JP2016020852A

JP2016020852A - Magnetic detection device

Info

Publication number: JP2016020852A
Application number: JP2014144754A
Authority: JP
Inventors: 勝博岩崎; Katsuhiro Iwasaki; 翔平板垣; Shohei Itagaki
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-02-04

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic detection device capable of detecting a leakage magnetic field with high sensitivity by a simple configuration.SOLUTION: A magnetic detection device 1b comprises: a polarizer 30 receiving light from a light source 20 and emitting linear polarization light; exciting means 60 for causing a magnetic material 102 of a detection object 100 to generate a leakage magnetic field H; a magneto-optic element 10 arranged on a top face 101 of the detection object, reflecting the linear polarization light coming from the upper side upwards and rotating the polarization plane of the linear polarization light; an image pick-up element 50 including a light receiving element receiving reflectance from a predetermined light reception position 51 on the magneto-optic element and converting it into an electric signal; an imaging optical system 70 imaging the reflectance on the light receiving element; and an analyser 40 interposed on an optical path of the reflectance and transmitting therethrough light of an intensity according to a rotation angle of the polarization plane of the reflectance. The distribution of a magnetic field intensity H by the exciting means is left-right asymmetric with respect to the light reception position, in which a magnetic-field component in either one upward or downward direction is applied to the magneto-optic element as a bias magnetic field.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

この発明は物質の磁気特性を光学的に読み取る磁気検出装置に関する。 The present invention relates to a magnetic detection device that optically reads magnetic characteristics of a substance.

物質の磁気特性を利用した検査装置としては、鋼板や鋼管などの磁性材料の表面に生じた欠陥部分を検出する磁気探傷装置、あるいは磁気インクによる情報が記録された紙幣の真贋を判定する紙幣鑑別装置などがある。これらの装置（以下、磁気検出装置とも言う）は永久磁石や電磁石を用いて磁気の検出対象物における磁性体を励磁させて漏洩磁界を発生させるとともに、その漏洩磁界の空間的な変化を磁気抵抗素子（ＭＲ素子）やコイルなどの磁気センサを用いて検出するものがある。 As an inspection device using the magnetic properties of a substance, a magnetic flaw detection device that detects a defective portion generated on the surface of a magnetic material such as a steel plate or a steel pipe, or a bill discrimination that determines the authenticity of a bill in which information by magnetic ink is recorded There are devices. These devices (hereinafter also referred to as magnetic detection devices) use permanent magnets or electromagnets to excite magnetic bodies in magnetic detection objects to generate a leakage magnetic field, and the spatial change of the leakage magnetic field is magnetoresistive. Some of them are detected using a magnetic sensor such as an element (MR element) or a coil.

また近年では、磁性ガーネットなどの磁気光学効果（以下、ファラデー効果とも言う）を有する物質（以下、磁気光学物質とも言う）からなる薄膜（以下、磁気光学膜とも言う）を用い、漏洩磁界の変化を光量の変化（以下、磁気画像とも言う）として検出する磁気光学式の磁気検出技術が注目されている。この磁気光学式の磁気検出技術を用いた磁気検出装置では、磁気光学膜を備えた素子（以下、磁気光学素子ともいう）と磁気画像を検出する素子（以下、撮像素子とも言う）が磁気センサとして機能することになる。そして、この種の磁気検出装置では、光量の変化を撮像素子を用いて検出することができるため、撮像素子としてフォトダイオードなどの受光素子を二次元配列してなるエリアイメージセンサ、あるいは受光素子を列方向に配置してなるリニアイメージセンサが組み込まれた既存の画像検査装置を漏洩磁界の検出用途に利用することができるとともに、空間的な漏洩磁界の変化を画像として可視化することができる。 In recent years, a change in leakage magnetic field has been achieved using a thin film (hereinafter also referred to as a magneto-optical film) made of a material (hereinafter also referred to as a magneto-optical material) having a magneto-optical effect (hereinafter also referred to as a Faraday effect) such as magnetic garnet. Attention has been paid to a magneto-optical magnetic detection technique for detecting a change in the amount of light (hereinafter also referred to as a magnetic image). In a magnetic detection apparatus using this magneto-optical magnetic detection technology, an element having a magneto-optical film (hereinafter also referred to as a magneto-optical element) and an element for detecting a magnetic image (hereinafter also referred to as an imaging element) are magnetic sensors. Will function as. In this type of magnetic detection device, a change in the amount of light can be detected by using an image sensor. Therefore, an area image sensor or a light receiving element in which light receiving elements such as photodiodes are two-dimensionally arranged as an image sensor. An existing image inspection apparatus in which a linear image sensor arranged in the column direction is incorporated can be used for detecting a leakage magnetic field, and a spatial change in the leakage magnetic field can be visualized as an image.

図１に磁気光学式の磁気検出装置１による漏洩磁界の検出原理を示した。光源２０、互いにクロスニコルの関係にある偏光子３０と検光子４０、磁気光学素子１０、および撮像素子５０などを用いる。なお、撮像素子５０は上述したエリアイメージセンサやリニアイメージセンサに限らず、フォトダイオードなどの単一の受光素子であってもよい。 FIG. 1 shows the principle of leakage magnetic field detection by the magneto-optical magnetic detection device 1. A light source 20, a polarizer 30 and an analyzer 40, a magneto-optical element 10, an imaging element 50, and the like that are in a crossed Nicols relationship are used. The image sensor 50 is not limited to the area image sensor or linear image sensor described above, and may be a single light receiving element such as a photodiode.

磁気光学素子１０は透明基板上に磁気光学膜と反射膜が順次積層された構造を有し、透明基板側から入射した光を反射膜で反射して再度透明基板側から出射するように配置されている。周知のごとく、磁気光学膜は、磁界が印加されると、膜面に入射された直線偏光の偏波面を磁界の大きさに応じた角度（ファラデー回転角ともいう）で回転させるように動作する。 The magneto-optical element 10 has a structure in which a magneto-optical film and a reflective film are sequentially laminated on a transparent substrate, and is arranged so that light incident from the transparent substrate side is reflected by the reflective film and emitted from the transparent substrate side again. ing. As is well known, when a magnetic field is applied, the magneto-optic film operates to rotate the polarization plane of linearly polarized light incident on the film surface by an angle (also referred to as Faraday rotation angle) according to the magnitude of the magnetic field. .

図１に示した構成において、磁気検出対象物１００は、磁気光学素子１０の反射膜側に近接配置されており、磁気光学素子１０における磁気光学膜は、この磁気検出対象物１００からの漏洩磁界Ｈ^leakageが印加されると、透明基板側の面（以下、上面１１とも言う）から入射された直線偏光Ｂ１の偏波面を回転させる。さらにその偏波面が回転された直線偏光は、下面１２の反射膜で反射しさらに偏波面が回転して磁気光学素子１０の上面から出射する。この出射光Ｂ２が結合光学系７０を経て検光子４０に入射すると、検光子４０は偏波面のファラデー回転角度に応じた強度で光を透過させる。撮像素子５０は検光子４０を介して受光した光量に応じた電気信号を出力する。なお、一般的な磁気光学式の磁気検出装置では、検出対象物上の磁性体が磁化されていなかったり、あるいは磁化されていても経年劣化により磁界強度が低下したりした場合に対応して、磁化されていない磁性体を磁化したり、あるいは低下した磁界強度を復活させたりするための永久磁石や電磁石などからなる励磁手段を備えている。 In the configuration shown in FIG. 1, the magnetic detection object 100 is disposed close to the reflective film side of the magneto-optical element 10, and the magneto-optical film in the magneto-optical element 10 is a leakage magnetic field from the magnetic detection object 100. When H ^leakage is applied, the polarization plane of the linearly polarized light B1 incident from the surface on the transparent substrate side (hereinafter also referred to as the upper surface 11) is rotated. Further, the linearly polarized light whose polarization plane is rotated is reflected by the reflection film on the lower surface 12, and further, the polarization plane is rotated and emitted from the upper surface of the magneto-optical element 10. When the emitted light B2 enters the analyzer 40 through the coupling optical system 70, the analyzer 40 transmits light with an intensity corresponding to the Faraday rotation angle of the polarization plane. The image sensor 50 outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received through the analyzer 40. Incidentally, in a general magneto-optical magnetic detection device, the magnetic body on the detection object is not magnetized, or even if it is magnetized, the magnetic field strength is reduced due to aging, Exciting means comprising a permanent magnet or an electromagnet for magnetizing a non-magnetized magnetic material or restoring a reduced magnetic field strength is provided.

上記構成の磁気光学式の磁気検出装置１では、撮像素子５０の受光素子の集積度と結像光学系７０を含めた光学的な構成により決定される視野によって検出範囲と解像度（以下、空間分解能ともいう）が決まり、磁気光学素子１０や撮像素子５０の感度によって漏洩磁界の検出範囲が決まる。例えば、撮像素子５０として周知のＣＣＤやＣＭＯＳのエリアイメージセンサを用いれば二次元上の広い検出範囲の漏洩磁界Ｈ^leakageを高い解像度で一括して面で検出することができる。撮像素子５０が個々の受光素子を線状に並べたリニアイメージセンサであっても、磁気検出対象物１００やリニアイメージセンサ自身を受光素子の配列方向と直交する方向に走査することで漏洩磁界を面で検出することができる。 In the magneto-optical magnetic detection device 1 having the above-described configuration, the detection range and resolution (hereinafter referred to as spatial resolution) are determined according to the visual field determined by the degree of integration of the light receiving elements of the image sensor 50 and the optical configuration including the imaging optical system 70. Also, the detection range of the leakage magnetic field is determined by the sensitivity of the magneto-optical element 10 and the image sensor 50. For example, if a well-known CCD or CMOS area image sensor is used as the image sensor 50, the leakage magnetic field H ^leakage in a wide two-dimensional detection range can be detected on the surface at a high resolution. Even if the image sensor 50 is a linear image sensor in which individual light receiving elements are arranged in a line, a leakage magnetic field is detected by scanning the magnetic detection object 100 or the linear image sensor itself in a direction orthogonal to the arrangement direction of the light receiving elements. Can be detected on the surface.

なお本発明に関わる技術としては、以下の特許文献１に記載されている物体の磁気特性を検査する装置と方法（DEVICE AND METHOD FOR EXAMINING MAGNETIC CHARACTERISTICS OF OBJECTS）がある。また以下の非特許文献１は、磁気光学膜を用いた非破壊検査のシミュレーション技術（A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto−Optical Film）に関するものであり、磁気光学式の磁気検出装置の磁気検出原理や漏洩磁界の検出感度を高めるための手法などについて記載されている。 As a technique related to the present invention, there is an apparatus and method (DEVICE AND METHOD FOR EXAMINING MAGNETIC CHARACTERISTICS OF OBJECTS) for inspecting magnetic characteristics of an object described in Patent Document 1 below. Non-Patent Document 1 below relates to a simulation technique for non-destructive testing using a magneto-optic film (A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto-Optical Film). It describes the detection principle and techniques for increasing the detection sensitivity of the leakage magnetic field.

米国特許第７８２１２５９号明細書US Pat. No. 7,821,259

Huy Minh LE 、外３名、「A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto−Optical Film」、E-Journal of Advanced Maintenance、 Vol.3,No.1(2011)、p. 25-38Huy Minh LE, 3 others, "A Simulation Technique of Non-Destructive Testing using Magneto-Optical Film", E-Journal of Advanced Maintenance, Vol.3, No.1 (2011), p. 25-38

上述した磁気光学式の磁気検出装置では、磁気検出対象物からの漏洩磁界を高い空間分解能で広い範囲の漏洩磁界を面で一括して検出できる。しかし撮像素子としてエリアイメージセンサを用いる場合では、広い面積の磁気光学素子を漏洩磁界の検出範囲にわたって配置する必要がある。また磁気光学素子の各点から出射される光を撮像素子の個々の受光素子に結合させるための光学系も複雑になる。したがって、実際には広い面積にわたって漏洩磁界を検出する用途には向かない。一方リニアイメージセンサを用いれば、極めて広い領域にわたって漏洩磁界を検出することができ、しかも磁気光学素子の形状も帯状でよく、光学系も簡素な構成にできる。 In the above-described magneto-optical magnetic detection device, a leakage magnetic field from a magnetic detection object can be collectively detected on a surface with a wide range of leakage magnetic fields with high spatial resolution. However, in the case where an area image sensor is used as the imaging element, it is necessary to dispose a large-area magneto-optical element over the leakage magnetic field detection range. In addition, an optical system for coupling the light emitted from each point of the magneto-optical element to each light receiving element of the imaging element becomes complicated. Therefore, in practice, it is not suitable for use in detecting a leakage magnetic field over a wide area. On the other hand, if a linear image sensor is used, a leakage magnetic field can be detected over a very wide area, and the shape of the magneto-optical element may be a belt shape, and the optical system can be configured simply.

ところで、磁気光学式の磁気検出装置（以下、磁気検出装置とも言う）は、漏洩磁界を光量の変化として検出するという観点からは確かに高い空間分解能を備えている。すなわち撮像素子を構成する受光素子の受光感度や分解能については高い性能を備えている。しかしながら、従来の磁気検出装置では磁気光学膜への磁界の印加状態に起因して非常に小さな漏洩磁界を検出することが難しい、という問題がある。 Incidentally, a magneto-optical magnetic detection device (hereinafter also referred to as a magnetic detection device) certainly has a high spatial resolution from the viewpoint of detecting a leakage magnetic field as a change in the amount of light. In other words, the light receiving sensitivity and resolution of the light receiving elements constituting the image pickup device have high performance. However, the conventional magnetic detection device has a problem that it is difficult to detect a very small leakage magnetic field due to the application state of the magnetic field to the magneto-optical film.

具体例として、磁気光学膜として磁性ガーネット膜を用いた磁気検出装置を挙げて上記問題について検証してみると、まず、受光素子による受光光量をｌ_outとし、磁気光学膜におけるファラデー回転角をθ_Ｆ（ｄｅｇ）とすると、ｌ_outは近似的に以下の式１のように表される。 As a specific example, a magnetic detection device using a magnetic garnet film as a magneto-optic film will be described and the above problem will be verified. First, the amount of light received by the light-receiving element is l _out and the Faraday rotation angle in the magneto-optic film is θ. Assuming _F (deg), l _out is approximately expressed by the following equation 1.

なお式１におけるｌ_inとαは磁気検出装置の光学部材（照明など）やその配置などに由来するパラメータであり、ｌ_inは光源の光量であり、α（ｄｅｇ）は偏光子と検光子の光透過軸の交差角度である。一方ファラデー回転角θ_Ｆは、以下の式２により求められる。

Note the l _in the alpha in Formula 1 is a parameter derived from such the optical member (lighting, etc.) and their arrangement of the magnetic detection device, l _in is the intensity of the light source, alpha (deg) is the polarizer and the analyzer This is the angle of intersection of the light transmission axes. On the other hand, the Faraday rotation angle θ _F is obtained by the following equation 2.

式２は磁気光学膜の膜面に垂直に光が入射した場合のファラデー回転角を示している。θ_Ｆ ^Ｃ（ｄｅｇ／ｃｍ）はファラデー回転係数、ｔ（ｃｍ）は磁気光学膜の膜厚、Ｈ_⊥ ^sat（ｋＡ／ｍ）は磁性ガーネット膜の膜面垂直方向の飽和に要する磁界であり、これらのパラメータ（θ_Ｆ ^ｃ、Ｈ_⊥ ^sat）は磁性ガーネット膜の材料特性によって決定する。Ｈ_⊥（ｋＡ／ｍ）は磁性ガーネット膜に掛かる外部からの膜面垂直方向の磁界成分であり、磁気検出対象物からの漏洩磁界の垂直成分、すなわち垂直磁界Ｈ_⊥ ^leakage（ｋＡ／ｍ）に一致する。

Formula 2 shows the Faraday rotation angle when light is incident perpendicularly to the film surface of the magneto-optical film. θ _F ^C (deg / cm) is the Faraday rotation coefficient, t (cm) is the thickness of the magneto-optical film, and H _⊥ ^sat (kA / m) is the magnetic field required for saturation in the direction perpendicular to the film surface of the magnetic garnet film, These parameters (θ _F ^c , H _⊥ ^sat ) are determined by the material characteristics of the magnetic garnet film. H _⊥ (kA / m) is a magnetic field component in the direction perpendicular to the film surface from the outside applied to the magnetic garnet film. The vertical component of the leakage magnetic field from the magnetic detection object, that is, the vertical magnetic field H _⊥ ^leakage (kA / m) Match.

ここで式１および式２に、例えば、θ_Ｆ ^ｃ＝５００００（ｄｅｇ／ｃｍ）、ｔ＝２×１０^−４（ｃｍ）、Ｈ_⊥ ^sat＝８（ｋＡ／ｍ）とした場合の垂直磁界の大きさＨ_⊥（ｋＡ／ｍ）と光量ｌ_outとの関係を、偏光子と検光子の光透過軸の交差角度αをパラメータとして計算してみた。図２にその計算結果を示した。Ｈ_⊥（ｋＡ／ｍ）の符号は磁界の印加方向の違いを表している。ここでは、当該計算結果として上記α（ｄｅｇ）をパラメータとするとともに、上記垂直磁界Ｈ_⊥の大きさを横軸、受光素子による受光量を縦軸としたグラフを示した。なお、グラフの縦軸となる受光量は、受光素子が出力する電気信号を８ビット処理して数値化したものであり、飽和値が２５５となる値（以下、光濃淡値とも言う）によって示している。 Here, in Formula 1 and Formula 2, for example, when θ _F ^c = 50000 (deg / cm), t = 2 × 10 ⁻⁴ (cm), and H _⊥ ^sat = 8 (kA / m), The relationship between the magnitude H _⊥ (kA / m) and the light quantity l _out was calculated using the intersection angle α of the light transmission axes of the polarizer and the analyzer as a parameter. FIG. 2 shows the calculation results. The sign of H _⊥ (kA / m) represents the difference in the application direction of the magnetic field. Here, along with the parameters above α a (deg) as the calculation result, the horizontal axis the magnitude of the vertical magnetic field H _⊥, showed graph the vertical axis the amount of light received by the light receiving element. The amount of light received on the vertical axis of the graph is a numerical value obtained by processing the electric signal output from the light receiving element by 8 bits, and is indicated by a value with a saturation value of 255 (hereinafter also referred to as light intensity value). ing.

この図２に示したグラフにおいて、α＝９０ｄｅｇとなるクロスニコルの配置では、垂直磁界Ｈ_⊥（＝Ｈ_⊥ ^leakage）が０（ｋＡ／ｍ）のときに光濃淡値が最も小さくなる。すなわち受光素子は暗状態を検出する。そして垂直磁界Ｈ_⊥の絶対値が増加するのに伴って光濃淡値も増加する、すなわち明状態になっていくことが分かる。しかし、漏洩磁界の大きさＨ_⊥ ^leakageは非常に小さく、Ｈ_⊥＝０（ｋＡ／ｍ）の近傍では垂直磁界Ｈ_⊥の変化に対して十分な光濃淡値の変化が得られない。すなわちコントラストが低い磁気画像しか得られない。そこでαをクロスニコル配置から僅かにずらすことによって（例えばα＝７８ｄｅｇ）、垂直磁界がＨ_⊥が小さい領域でも大きな光濃淡値変化が得られるようにして実質的に増感させる方法がある。図２に示したように、計算上では偏光子と検光子の光学軸の交差角度αを変えることで、きわめて微弱な磁界強度でも光学的な濃淡として検出することができる。 In the graph shown in FIG. 2, alpha = a in is a cross-Nicol arrangement 90deg, vertical magnetic field H _{_⊥} (= H _⊥ ^leakage) light gray value becomes smallest when the 0 (kA / m). That is, the light receiving element detects a dark state. And also increases the light gray values along with the absolute value of the vertical magnetic field H _⊥ is increased, it can be seen that That will become bright state. However, the size H _⊥ ^Leakage of leakage magnetic field is very small, it can not be obtained changes in sufficient light gray value with respect to the change of the vertical magnetic field H _⊥ in the vicinity of _{H ⊥ = 0 (kA / m} ). That is, only a magnetic image with low contrast can be obtained. Therefore by slightly shifting it to alpha from the cross Nicol arrangement (e.g. α = 78deg), the vertical magnetic field is a method to substantially sensitized also be large light gray value change is obtained in the region H _⊥ is small. As shown in FIG. 2, by calculating the crossing angle α between the optical axes of the polarizer and the analyzer in the calculation, even a very weak magnetic field strength can be detected as optical shading.

ところが、実際に垂直磁界Ｈ_⊥と光濃淡値との関係を測定してみると、図３に示したような結果となる。図３に示したグラフでは、図２に示した計算結果と同様に、交差角度αをクロスニコルの配置からずらすことで垂直磁界Ｈ_⊥が小さい領域でも光濃淡値の変化が大きくなっているものの、光濃淡値の最小値も徐々に大きくなっている。またグラフ曲線における垂直磁界Ｈ_⊥＝０（ｋＡ／ｍ）の近傍をよく見ると、当該曲線の傾きが図２に示した計算結果よりも小さくなっている。そのため、コントラストの高い磁気画像が得られない。この原因は磁性ガーネット膜に入射した直線偏光が磁気円二色性により楕円偏光になることにより消光性が劣化したためであると考えられる。磁気円二色性の影響は光源の波長によっても変わり、磁気光学式の磁気検出技術でよく用いられる可視光帯域ではその影響がより顕著となる。 However, when we measured the relationship between the actual vertical magnetic field H _⊥ and optical density values, the result as shown in FIG. In the graph shown in FIG. 3, as in the calculation result shown in FIG. 2, the change in the light intensity value is large even in the region where the vertical magnetic field H _{小さい} is small by shifting the crossing angle α from the crossed Nicol arrangement. In addition, the minimum value of the light gray value is gradually increased. The look closely in the vicinity of the vertical magnetic field _{H ⊥ = 0 (kA / m} ) in the graph curve, the slope of the curve is smaller than the calculated results shown in FIG. Therefore, a magnetic image with high contrast cannot be obtained. The reason for this is thought to be that the extinction property is deteriorated because the linearly polarized light incident on the magnetic garnet film becomes elliptically polarized light due to magnetic circular dichroism. The influence of magnetic circular dichroism also changes depending on the wavelength of the light source, and the influence becomes more remarkable in the visible light band often used in the magneto-optical magnetic detection technology.

なお上記非特許文献１には、感度を向上させるために磁気光学膜に対し、膜面に垂直な方向にバイアス磁界を印加する方法について記載されている。概略的には、磁気光学膜にかかる垂直磁界成分Ｈ_⊥を、検出対象物からの漏洩磁界Ｈ_⊥ ^leakageにバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasを重畳した状態で検出する。すなわち、以下の式３に基づいて磁気画像を検出する。 Non-Patent Document 1 describes a method of applying a bias magnetic field to a magneto-optical film in a direction perpendicular to the film surface in order to improve sensitivity. Schematically, the vertical magnetic field component H _{かかる} applied to the magneto-optical film is detected in a state in which the bias magnetic field H _⊥ ^bias is superimposed on the leakage magnetic field H _⊥ ^leakage from the detection target. That is, a magnetic image is detected based on the following formula 3.

ここで、図３に示したグラフにおいてα＝９０ｄｅｇであるときの曲線を見ると、例えば、＋６ｋＡ／ｍの一定磁界がバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasとして印加されていれば、漏洩磁界Ｈ_⊥ ^leakageの変化が小さくても光濃淡値が大きく変化するため、高コントラストの磁気画像が得られることが分かる。しかしながら、バイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasを印加するためには、磁気検出対象物を励磁するための電磁石あるいは永久磁石に加え、このバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasを発生させるための構成を追加する必要があり、磁気検出装置の部品点数が増加し、装置自体も大型化する。

Here, looking at the curve when α = 90 deg in the graph shown in FIG. 3, for example, if a constant magnetic field of +6 kA / m is applied as the bias magnetic field H _⊥ ^bias , the change in the leakage magnetic field H _⊥ ^leakage It can be seen that a high contrast magnetic image can be obtained because the light intensity value changes greatly even if the value is small. However, in order to apply a bias magnetic field H _⊥ ^bias, in addition to the electromagnet or permanent magnet for exciting the magnetic detection object, it is necessary to add the configuration for generating the bias magnetic field H _⊥ ^bias, magnetic The number of parts of the detection device increases and the size of the device itself increases.

そこで本発明は、簡素な構成で磁気検出対象物からの漏洩磁界を高感度で検出できる磁気検出装置を提供することを主な目的としている。 Accordingly, the main object of the present invention is to provide a magnetic detection device that can detect a leakage magnetic field from a magnetic detection object with high sensitivity with a simple configuration.

上記目的を達成するための本発明は、一主面上に磁性体が存在する検出対象物からの漏洩磁界の強度を光学的に読み取るための磁気検出装置であって、
前記検出対象物の一主面側を上方とするとともに、上下方向を法線とする面上で互いに直交する方向を前後および左右方向として、
光源からの光を入射して直線偏光を出射する偏光子と、
前記検出対象物の前記一主面に対して左右いずれかの一方向に磁界を印加するように構成されて、当該磁界により前記磁性体を磁化させて漏洩磁界を発生させる励磁手段と、
ファラデー効果を有する磁気光学物質からなる膜の下方に反射膜が積層されて、前記直線偏光を上方から入射して上方へ反射する磁気光学素子と、
前記磁気光学素子の所定の位置を受光位置として、当該受光位置からの反射光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えた撮像素子と、
前記磁気光学素子からの前記反射光を前記受光素子に結像させる結像光学系と、
前記磁気光学素子からの反射光が前記受光素子に結像するまでの光路上に介在する検光子と、
を備え、
前記磁気光学素子は、前記検出対象物の上面に近接しつつ対面して配置されるとともに、前記漏洩磁界により当該入射から出射までの光路で前記入射した直線偏光の偏波面を回転させ、
前記検光子は、前記反射光の直線偏光の偏波面の回転角度に応じた強度の光を透過し、
前記励磁手段による磁界強度の分布は、前記受光位置に対して左右非対称であり、当該受光位置では上下いずれか一方向の磁界成分がバイアス磁界として前記磁気光学素子に印加されている、
ことを特徴とする磁気検出装置としている。 The present invention for achieving the above object is a magnetic detection device for optically reading the intensity of a leakage magnetic field from a detection target having a magnetic body on one main surface,
With the one main surface side of the detection object as the upper side, and the directions orthogonal to each other on the surface with the vertical direction as the normal line, the front and rear and the left and right direction,
A polarizer that receives light from a light source and emits linearly polarized light;
Exciting means configured to apply a magnetic field in one of the left and right directions with respect to the one main surface of the detection object, and magnetizing the magnetic body with the magnetic field to generate a leakage magnetic field;
A magneto-optical element in which a reflective film is stacked below a film made of a magneto-optical material having a Faraday effect, and the linearly polarized light is incident from above and reflected upward;
An imaging element including a light receiving element that receives a reflected light from the light receiving position as a light receiving position and converts the reflected light into an electric signal, with the predetermined position of the magneto-optical element as a light receiving position;
An imaging optical system for imaging the reflected light from the magneto-optical element on the light-receiving element;
An analyzer interposed on an optical path until the reflected light from the magneto-optical element forms an image on the light receiving element;
With
The magneto-optical element is disposed so as to face the upper surface of the detection object, and rotates the polarization plane of the incident linearly polarized light in the optical path from the incident to the exit by the leakage magnetic field,
The analyzer transmits light having an intensity corresponding to the rotation angle of the polarization plane of the linearly polarized light of the reflected light,
The distribution of the magnetic field strength by the excitation means is asymmetrical with respect to the light receiving position, and a magnetic field component in one of the upper and lower directions is applied to the magneto-optical element as a bias magnetic field at the light receiving position.
This is a magnetic detection device.

前記励磁手段が二つの磁石が左右に離間して配置されてなり、
当該二つの磁石のそれぞれが上下方向に、かつ磁極が互いに逆になるように磁化されているとともに、前記受光素子による前記受光位置に対して左側と右側に配置されている磁気検出装置とすることもできる。 The excitation means comprises two magnets spaced apart on the left and right,
Each of the two magnets is magnetized in the vertical direction and the magnetic poles are opposite to each other, and the magnetic detection device is arranged on the left side and the right side with respect to the light receiving position by the light receiving element. You can also.

前記二つの磁石の上下方向の位置が互いに異なっている磁気検出装置とすることができる。そして二つの磁石は同じものであってもよいし、異なっていてもよい。前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に位置する領域からの反射光を受光するように配置されていてもよいし、前記左右の磁石間の距離の中央に対して左右いずれかの方向にずれた領域からの反射光を受光するように配置されていてもよい。 It can be set as the magnetic detection apparatus from which the position of the up-down direction of the two magnets mutually differs. The two magnets may be the same or different. The light receiving element may be arranged so as to receive reflected light from a region located in the center of the distance between the left and right magnets, and either the left or right with respect to the center of the distance between the left and right magnets. It may be arranged so as to receive the reflected light from the region shifted in the direction.

上記いずれかの磁気検出装置において、前記撮像素子は、前記磁気検出対象物の前後方向の長さに渡って複数の前記受光素子を前後方向に並べたリニアイメージセンサであるとともに、前記磁気検出対象物を左右方向に搬送する副走査手段を備え、
前記磁気検出対象物の上面に二次元配置されている前記磁性体からの漏洩磁界を光学的に検出する、
ことを特徴とする磁気検出装置とすることができる。 In any one of the above magnetic detection devices, the imaging element is a linear image sensor in which a plurality of the light receiving elements are arranged in the front-rear direction over the length in the front-rear direction of the magnetic detection target, and the magnetic detection target Sub-scanning means for conveying the object in the left-right direction,
Optically detecting a leakage magnetic field from the magnetic body two-dimensionally arranged on the upper surface of the magnetic detection object;
Thus, the magnetic detection device can be obtained.

本発明に係る磁気検出装置によれば、簡素な構成とすることができるとともに、磁気検出対象物からの漏洩磁界を高感度で検出することができる。 The magnetic detection device according to the present invention can have a simple configuration and can detect a leakage magnetic field from a magnetic detection object with high sensitivity.

磁気光学式の磁気検出装置における磁界検出原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the magnetic field detection principle in a magneto-optical type magnetic detection apparatus. 磁気光学式の磁気検出装置による磁気検出特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic detection characteristic by a magneto-optical type magnetic detection apparatus. 磁気光学式の磁気検出装置の問題点を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the problem of a magneto-optical type magnetic detection apparatus. 本発明の比較例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic detection apparatus which concerns on the comparative example of this invention. 上記比較例における励磁手段の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the excitation means in the said comparative example. 本発明の第１の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic detection apparatus based on the 1st Example of this invention. 上記第１の実施例における磁気検出特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic detection characteristic in the said 1st Example. 本発明の第２の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic detection apparatus based on the 2nd Example of this invention. 上記第２の実施例における磁気検出特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic detection characteristic in the said 2nd Example. 本発明の第３の実施例に係る磁気検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic detection apparatus based on the 3rd Example of this invention. 上記第３の実施例における磁気検出特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetic detection characteristic in the said 3rd Example. 本発明のその他の実施例に係る磁気検出装置が備える励磁手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the excitation means with which the magnetic detection apparatus based on the other Example of this invention is provided.

本発明の実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明に用いた図面において、同一または類似の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略することがある。図面によっては説明に際して不要な符号を省略することもある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that in the drawings used for the following description, the same or similar parts may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted. In some drawings, unnecessary symbols may be omitted in the description.

＝＝＝比較例に係る磁気検出装置＝＝＝
図４は本発明の比較例となる磁気検出装置（以下、比較例１ａとも言う）の構成を示す図である。図４（Ａ）は、当該比較例１ａの構成を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は比較例１ａの構成を一方向から見たときの側面図である。また図４（Ｃ）は比較例１ａを構成する磁気光学素子１０の構造を示す図である。比較例１ａは、磁気インクからなる磁性体によって何らかの情報が記録された紙媒体を磁気検出対象物（以下、検出対象物１００）とし、磁気インクからの漏洩磁界を検出するための構成として、磁気光学素子１０、光源２０、偏光子３０、検光子４０、リニアイメージセンサ（以下、ラインセンサ５０とも言う）、励磁手段６０、結像光学系７０を備えている。 === Magnetic Detection Device According to Comparative Example ===
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a magnetic detection device (hereinafter also referred to as Comparative Example 1a) as a comparative example of the present invention. FIG. 4A is a perspective view illustrating the configuration of the comparative example 1a, and FIG. 4B is a side view of the configuration of the comparative example 1a viewed from one direction. FIG. 4C is a diagram showing the structure of the magneto-optical element 10 constituting the comparative example 1a. In Comparative Example 1a, a paper medium on which some information is recorded by a magnetic material made of magnetic ink is used as a magnetic detection object (hereinafter, detection object 100), and a magnetic field is detected as a configuration for detecting a leakage magnetic field from the magnetic ink. An optical element 10, a light source 20, a polarizer 30, an analyzer 40, a linear image sensor (hereinafter also referred to as a line sensor 50), an excitation unit 60, and an imaging optical system 70 are provided.

ここで、検出対象物１００において磁気インクによる情報が記録されている面を上面１０１として上下方向を規定することとする。またラインセンサ５０の延長方向を前後方向とし、前方から見たときに光源２０が左方に配置されることとして前後、左右の各方向を規定することとする。また前後左右の方向を含む面を水平面とする。したがって図４（Ａ）は比較例１ａを左前上方から見たときの斜視図であり、（Ｂ）は前方から見たときの側面図（正面図）となる。以下に比較例１ａの構成や動作についてより詳しく説明する。 Here, it is assumed that the vertical direction is defined with the upper surface 101 being the surface on the detection object 100 where information by magnetic ink is recorded. The extension direction of the line sensor 50 is the front-rear direction, and the light source 20 is arranged on the left when viewed from the front, and the front-rear and left-right directions are defined. A plane including the front, rear, left and right directions is a horizontal plane. Accordingly, FIG. 4A is a perspective view when the comparative example 1a is viewed from the upper left front, and FIG. 4B is a side view (front view) when viewed from the front. Hereinafter, the configuration and operation of Comparative Example 1a will be described in more detail.

検出対象物１００の上方には平板状の磁気光学素子１０が対面するように近接配置されている。図４（Ｃ）に示したように、磁気光学素子１０は、透明基板１３を最上層として下方に向かって磁気ガーネット結晶などからなる磁気光学物質を薄膜状にしてなる磁気光学膜１４、誘電体ミラーなどからなる反射膜１５、保護膜１６がこの順に積層された構造を有している。 Above the detection object 100, a flat magneto-optical element 10 is arranged close to each other so as to face each other. As shown in FIG. 4C, the magneto-optical element 10 includes a magneto-optical film 14 having a transparent substrate 13 as the uppermost layer and a magneto-optical material made of a magnetic garnet crystal or the like formed in a thin film downward, and a dielectric. A reflection film 15 made of a mirror or the like and a protective film 16 are stacked in this order.

ラインセンサ５０は前後方向に受光素子を並べた構成である。各受光素子の受光部は下方を向いており、下方から上方に向かう光を受光してその受光強度に応じた電気信号を出力する。そして比較例１ａでは、ラインセンサ５０において受光素子が配列されている前後方向を主走査方向とするとともに、当該主走査方向と直交する左右方向を副走査方向としている。すなわち、検出対象物１００を副走査方向に沿って移動させながら主走査方向の漏洩磁界を順次検出するように構成されている。それによって検出対象物１００上に配置されている磁気インクからの漏洩磁界を二次元の画像として検出できるようになっている。 The line sensor 50 has a configuration in which light receiving elements are arranged in the front-rear direction. The light receiving portion of each light receiving element faces downward, receives light traveling from below to above, and outputs an electrical signal corresponding to the received light intensity. In Comparative Example 1a, the front-rear direction in which the light receiving elements are arranged in the line sensor 50 is defined as the main scanning direction, and the left-right direction orthogonal to the main scanning direction is defined as the sub-scanning direction. That is, it is configured to sequentially detect the leakage magnetic field in the main scanning direction while moving the detection object 100 along the sub-scanning direction. Thereby, the leakage magnetic field from the magnetic ink arranged on the detection target 100 can be detected as a two-dimensional image.

まず比較例１ａにおける光学構成について説明する。ラインセンサ５０に対して左方には光源２０と偏光子３０が配置されている。光源２０は、例えば、前後方向に点光源を並べた構成を有して右方に向かって光Ｂ１１を出射する。偏光子３０は、前後方向に延長しつつ左右方向を法線方向とした光の入出射面を有している。したがって偏光子３０は、光源２０から光Ｂ１１を左方から入射して直線偏光Ｂ１２を右方に向けて出射する。また、ラインセンサ５０の下方には水平面と平行な面を光の入出射面として前後方向に延長する検光子４０が配置されている。結像光学系７０は偏光子３０が右方に向けて出射した直線偏光Ｂ１２を磁気光学素子１０の上面１１に垂直に入射させるともに（Ｂ１２→Ｂ１３）、磁気光学素子１０からの反射光Ｂ１４をラインセンサ５０を構成する個々の受光素子に結像させる構成を有している。この例では、所謂「同軸落射型」の光学系を採用している。 First, the optical configuration in Comparative Example 1a will be described. A light source 20 and a polarizer 30 are arranged on the left side of the line sensor 50. For example, the light source 20 has a configuration in which point light sources are arranged in the front-rear direction, and emits light B11 toward the right. The polarizer 30 has a light incident / exit surface extending in the front-rear direction and having the left-right direction as a normal direction. Therefore, the polarizer 30 enters light B11 from the light source 20 from the left side and emits linearly polarized light B12 toward the right side. Also, below the line sensor 50, an analyzer 40 is disposed that extends in the front-rear direction using a plane parallel to the horizontal plane as a light incident / exit plane. The imaging optical system 70 causes the linearly polarized light B12 emitted from the polarizer 30 to the right to enter the upper surface 11 of the magneto-optical element 10 perpendicularly (B12 → B13), and reflects the reflected light B14 from the magneto-optical element 10. The line sensor 50 is configured to form an image on each light receiving element. In this example, a so-called “coaxial incident type” optical system is employed.

同軸落射型の結像光学系７０は、ハーフミラーなどのビームスプリッタ（以下、ハーフミラー７１とも言う）とレンズアレイ７２とによって構成することができる。レンズアレイ７２は上下方向に光軸を有する微小なレンズを前後方向に並べたものである。レンズアレイ７２の下方に配置されているハーフミラー７１は、左方から右方に向かう光については下方に向けて反射し、下方から鉛直上方に向かう光についてはそのまま透過させるように配置されている。したがって、偏光子３０が出射した直線偏光Ｂ１２は、ハーフミラー７１により下方に向けて屈曲して磁気光学素子１０の上面１１に垂直に入射する。この入射光Ｂ１３は磁気光学素子１０の反射膜１５にて上方に向けて反射され、当該反射光Ｂ１４はハーフミラー７１を透過し、その透過光Ｂ１４がレンズアレイ７１を経て検光子４０に入射する。検光子４０は結合光学系７０を経て入射した反射光Ｂ１５の偏波面の方向に応じた強度の光を出射する。そして、その出射光Ｂ１６がラインセンサ５０における受光素子に結像する。 The coaxial incident type imaging optical system 70 can be constituted by a beam splitter such as a half mirror (hereinafter also referred to as a half mirror 71) and a lens array 72. The lens array 72 is configured by arranging minute lenses having optical axes in the vertical direction in the front-rear direction. The half mirror 71 disposed below the lens array 72 is disposed so as to reflect light traveling downward from the left to the right and transmitting light traveling downward from the bottom as it is. . Therefore, the linearly polarized light B12 emitted from the polarizer 30 is bent downward by the half mirror 71 and enters the upper surface 11 of the magneto-optical element 10 perpendicularly. The incident light B13 is reflected upward by the reflective film 15 of the magneto-optical element 10, the reflected light B14 passes through the half mirror 71, and the transmitted light B14 enters the analyzer 40 through the lens array 71. . The analyzer 40 emits light having an intensity corresponding to the direction of the polarization plane of the reflected light B15 incident through the coupling optical system 70. Then, the emitted light B <b> 16 forms an image on the light receiving element in the line sensor 50.

なお上記光学構成において、光源２０としてはレーザー発振器やＬＥＤなどを採用することができる。光源２０は点光源を前後方向に配列させた構成であってもよいし、点光源をくさび形の導光板を用いて線状に光を出射する所謂エッジライト方式の光源であってもよい。また図中では、光源２０から結像光学系７０に至る光路（Ｂ１１、Ｂ１２）の途上に介在するレンズなどついては省略している。 In the optical configuration, a laser oscillator, an LED, or the like can be used as the light source 20. The light source 20 may have a configuration in which point light sources are arranged in the front-rear direction, or may be a so-called edge light type light source that emits light linearly using a wedge-shaped light guide plate. Further, in the drawing, a lens or the like interposed in the middle of an optical path (B11, B12) from the light source 20 to the imaging optical system 70 is omitted.

つぎに比較例１ａにおける漏洩磁界の検出動作について説明する。比較例１ａによる漏洩磁界の検出原理については先に図１に基づいて説明したものと同様である。すなわち、磁気光学素子１０が入射した直線偏光Ｂ１３の偏波面を漏洩磁界の強度に応じて回転させ、ラインセンサ５０における個々の受光素子により磁気光学素子１０からの出射光Ｂ１４を検光子４０を介して受光させる。受光素子は受光強度に応じた電気信号を出力する。以下では、比較例１ａにおける漏洩磁界の発生動作と漏洩磁界の発生状態との関係について説明する。 Next, the detection operation of the leakage magnetic field in the comparative example 1a will be described. The principle of detection of the leakage magnetic field in Comparative Example 1a is the same as that described above with reference to FIG. That is, the plane of polarization of the linearly polarized light B13 on which the magneto-optical element 10 is incident is rotated according to the strength of the leakage magnetic field, and the light B14 emitted from the magneto-optical element 10 by the individual light receiving elements in the line sensor 50 is passed through the analyzer 40. To receive light. The light receiving element outputs an electrical signal corresponding to the received light intensity. Hereinafter, the relationship between the generation operation of the leakage magnetic field and the generation state of the leakage magnetic field in Comparative Example 1a will be described.

検出対象物１００における磁気インクを励磁して漏洩磁界を発生させるための励磁手段６０は、図４（Ｂ）に示したように、前後方向に延長する二つの角柱状の永久磁石（以下、磁石６１、磁石６２とも言う）をラインセンサ５０を中心として左右対称に配置された構成となっている。またそれぞれの磁石（６１、６２）は上下に磁極を有し、その磁極の方向が互いに異なっている。励磁手段６０は、当該構成により検出対象物１００の上面１０１に左右方向の励磁用磁界を印加する。 As shown in FIG. 4B, the exciting means 60 for exciting the magnetic ink in the detection object 100 to generate a leakage magnetic field includes two prismatic permanent magnets (hereinafter referred to as magnets) extending in the front-rear direction. 61, also referred to as magnet 62) are arranged symmetrically about the line sensor 50. Moreover, each magnet (61, 62) has a magnetic pole up and down, and the direction of the magnetic pole differs mutually. The excitation means 60 applies a magnetic field for excitation in the left-right direction to the upper surface 101 of the detection target 100 with this configuration.

図５に当該比較例１ａにおける磁気的な構成を示した。なお、この図５では光源２０と偏光子３０を省略している。この図に示したように、レンズアレイ７２における各レンズの光軸２００を中心にして二つの同じ磁石（６１、６２）が左右対称に配置されていることから、磁気光学素子１０が配置されている領域内でラインセンサ５０による受光位置５１には励磁手段６０による励磁用磁界Ｈが水平方向に印加されることになる。それによって、この受光位置５１では、磁気光学素子１０の磁気光学膜１４を垂直な方向に磁気飽和させるのに要する磁界（Ｈ_⊥ ^satとする）以上の磁界が印加されることがない。すなわち、漏洩磁界Ｈ^leakageによってファラデー回転角が必ず変化する。 FIG. 5 shows a magnetic configuration in the comparative example 1a. In FIG. 5, the light source 20 and the polarizer 30 are omitted. As shown in this figure, since two identical magnets (61, 62) are arranged symmetrically about the optical axis 200 of each lens in the lens array 72, the magneto-optical element 10 is arranged. The exciting magnetic field H by the exciting means 60 is applied in the horizontal direction to the light receiving position 51 by the line sensor 50 within the area. As a result, at the light receiving position 51, a magnetic field greater than the magnetic field required to magnetically saturate the magneto-optic film 14 of the magneto-optic element 10 in the vertical direction (H _⊥ ^sat ) is not applied. That is, the Faraday rotation angle always changes due to the leakage magnetic field H ^leakage .

ところで比較例１ａの励磁手段６０による励磁用磁界Ｈは、磁気光学素子１０の面（１１、１２）に平行な磁界成分Ｈ_//と垂直な磁界成分Ｈ_⊥とに分けることができるが、Ｈ_//の大きさは磁気光学素子１０の下方に配置される検出対象物１００の磁気インク１０２を磁化して漏洩磁界Ｈ^leakageを発生させるのに十分な大きさである。その一方で、Ｈ_⊥は二つの磁石間（６１−６２）の中心において上下の方向が逆転するためゼロとなる。また、ラインセンサ５０による受光位置５１が磁石間（６１−６２）の中心位置と一致するので、磁気光学素子１０に印加される垂直磁界成分Ｈ_⊥もゼロとなる。したがって受光素子による受光強度は、平行磁界成分Ｈ_//によって磁化された磁気インク１０２からの漏洩磁界Ｈ^leakageの垂直成分（Ｈ_⊥ ^leakageとする）のみによって変化することになる。これは、先に図２や図３に示したように、偏光子２０と検光子４０をクロスニコルの関係で配置した場合には検出感度が低くなり、クロスニコルの関係から僅かにずらせば磁気光学膜の磁気円二色性により消光比が劣化するということを意味する。そこで本発明の実施例に係る磁気検出装置では、上記比較例１ａと同じ構成要素を備えつつ、各構成要素の配置や構造などを工夫することで、漏洩磁界の検出感度を向上させることに成功している。以下に、その配置や構造が異なる各種実施例をいくつか挙げる。 By the way, the exciting magnetic field H by the exciting means 60 of the comparative example 1a can be divided into a magnetic field component H _// parallel to the surfaces (11, 12) of the magneto-optical element 10 and a perpendicular magnetic field component H _⊥. The size of _// is large enough to magnetize the magnetic ink 102 of the detection target 100 disposed below the magneto-optical element 10 and generate a leakage magnetic field H ^leakage . On the other hand, H _⊥ becomes zero because the vertical direction is reversed at the center between the two magnets (61-62). Further, since the receiving position 51 by the line sensor 50 coincides with the center position between the magnets (61-62), the vertical magnetic field components H _⊥ also zero applied to the magneto-optical element 10. Accordingly, the intensity of light received by the light receiving element changes only by the vertical component of the leakage magnetic field H ^leakage from the magnetic ink 102 magnetized by the parallel magnetic field component H _// ( _H⊥ ^leakage ). As shown in FIG. 2 and FIG. 3, when the polarizer 20 and the analyzer 40 are arranged in a crossed Nicols relationship, the detection sensitivity is lowered. It means that the extinction ratio deteriorates due to the magnetic circular dichroism of the optical film. Therefore, in the magnetic detection device according to the embodiment of the present invention, the same components as those of the comparative example 1a are provided, and the arrangement and structure of each component are devised to successfully improve the detection sensitivity of the leakage magnetic field. doing. Several examples with different arrangements and structures are given below.

＝＝＝第１の実施例＝＝＝
図６は第１の実施例に係る磁気検出装置（以下、第１の実施例１ｂとも言う）の概略図である。この図においても光源２０と偏光子３０を省略している。第１の実施例１ｂは、比較例１ａと同じ構成要素を備えているものの、各構成要素間の相対的な配置関係が異なっている。具体的には、励磁手段６０を構成する二つの磁石（６１、６２）がラインセンサ５０および結像光学系７０の光軸２００に対して左右非対称に配置されている。この例では、上記光軸２００が二つの磁石（６１、６２）の左右中央２０１に対して右方に距離Δｘだけ離間して配置されている。それによって、磁気光学素子１０におけるラインセンサ５０の受光位置５１に励磁磁界Ｈの垂直成分Ｈ_⊥が十分なバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasとして印加されるようになっている。ここで第１の実施例１ｂの特性を評価するために、Δｘの値と磁気光学素子１０に印加される励磁磁界Ｈの大きさとの関係を調べた。なお、使用した磁石（６１、６２）は、上下高ｈ＝８ｍｍ、左右幅ｗ＝８ｍｍ、前後長（Ｌとする）＝１００ｍｍのサイズを有するネオジム磁石であり、左右に間隔Ｄ＝１５．５ｍｍを設けて対面させた。また、図３（Ｃ）に示した磁気光学素子１０における磁気光学膜１４から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離ｄを２．９ｍｍとした。磁気光学素子１０の下面１２からの磁気光学素子１０の下面１２なお、磁石（６１、６２）の磁極は比較例１ａと同様である。なお磁気光学素子１０を構成する磁気光学膜１４、反射膜１５および保護膜１６は基板１３に対して非常に薄いため、上下方向における磁気光学膜１４の位置を磁気光学素子１０の下面１２位置と見なしても問題はない。そこで、本実施例を含む以下の各実施例では、磁気光素子１０の下面１２から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離を磁気光学膜１４から磁石（６１、６２）の下面６３まで距離ｄとして測定している。 === First Embodiment ===
FIG. 6 is a schematic view of a magnetic detection device according to the first embodiment (hereinafter also referred to as first embodiment 1b). Also in this figure, the light source 20 and the polarizer 30 are omitted. Although 1st Example 1b is provided with the same component as the comparative example 1a, the relative arrangement | positioning relationship between each component differs. Specifically, the two magnets (61, 62) constituting the exciting means 60 are arranged asymmetrically with respect to the line sensor 50 and the optical axis 200 of the imaging optical system 70. In this example, the optical axis 200 is arranged to the right by a distance Δx with respect to the left and right center 201 of the two magnets (61, 62). As a result, the vertical component H _の of the excitation magnetic field H is applied as a sufficient bias magnetic field H _に ^{bias to} the light receiving position 51 of the line sensor 50 in the magneto-optical element 10. Here, in order to evaluate the characteristics of the first example 1b, the relationship between the value of Δx and the magnitude of the excitation magnetic field H applied to the magneto-optical element 10 was examined. The used magnets (61, 62) are neodymium magnets having a vertical height h = 8 mm, a lateral width w = 8 mm, a longitudinal length (L) = 100 mm, and a distance D = 15.5 mm on the left and right. And faced. Further, the distance d from the magneto-optical film 14 in the magneto-optical element 10 shown in FIG. 3C to the lower surface 63 of the magnets (61, 62) was set to 2.9 mm. The bottom surface 12 of the magneto-optical element 10 from the bottom surface 12 of the magneto-optical element 10 Note that the magnetic poles of the magnets (61, 62) are the same as those in the comparative example 1a. Since the magneto-optical film 14, the reflective film 15 and the protective film 16 constituting the magneto-optical element 10 are very thin with respect to the substrate 13, the position of the magneto-optical film 14 in the vertical direction is the position of the lower surface 12 of the magneto-optical element 10. There is no problem even if it is considered. Therefore, in each of the following embodiments including this embodiment, the distance from the lower surface 12 of the magneto-optical element 10 to the lower surface 63 of the magnet (61, 62) is the distance from the magneto-optical film 14 to the lower surface 63 of the magnet (61, 62). Measured as d.

図７に二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１に対する副走査方向の位置ｘと、磁気光学素子１０に印加される励磁用磁界Ｈの大きさとの関係を示した。図７（Ａ）は励磁用磁界Ｈの垂直成分Ｈ_⊥と位置ｘとの関係を示すグラフであり、図７（Ｂ）は左右方向の水平成分Ｈ_//との関係を示すグラフである。ここでは磁石間（６１−６２）の中心２０１の位置をｘ＝０として、そのｘ＝０の位置に対して副走査方向左側の距離をマイナスの値で示している。したがってｘ＝０ｍｍであれば、二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１にラインセンサ５０の光軸２００があり、比較例１ａと同じ構成となる。そしてｘ＝０ｍｍではＨ_⊥成分はゼロであり感度が低くなる。一方、第１の実施例１ｂに対応して、例えば、ｘ＝２．５ｍｍの位置ではＨ_⊥＝２．３ｋＡ／ｍとなり、このＨ_⊥成分がバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasとして磁気光学素子１０に印加される。すなわち先に示した式３に基づいて感度を大きくすることができる。 FIG. 7 shows the relationship between the position x in the sub-scanning direction with respect to the center 201 between the two magnets (61-62) and the magnitude of the excitation magnetic field H applied to the magneto-optical element 10. 7 (A) is a graph showing the relationship between the vertical component H _⊥ and position x of the excitation magnetic field H, FIG. 7 (B) is a graph showing the relationship between the horizontal component H _// the lateral direction. Here, the position of the center 201 between the magnets (61-62) is x = 0, and the distance on the left side in the sub-scanning direction with respect to the position of x = 0 is indicated by a negative value. Therefore, if x = 0 mm, the optical axis 200 of the line sensor 50 is at the center 201 between the two magnets (61-62), and the configuration is the same as that of the comparative example 1a. When x = 0 mm, the _H⊥ component is zero and the sensitivity is low. On the other hand, corresponding to the first embodiment 1b, for example, at the position of x = 2.5 mm, H _⊥ = 2.3 kA / m, and this H _⊥ component is applied to the magneto-optical element 10 as a bias magnetic field H _⊥ ^bias. Is done. That is, the sensitivity can be increased based on Equation 3 shown above.

また図７（Ｂ）に示したように、水平成分Ｈ_//についてはｘ＝０から離間するのに従って若干増加するため、ラインセンサ５０による受光位置５１がｘ＝０から離間していても磁気インク１０２は十分に磁化されて漏洩磁界Ｈ^leakageが小さくなることはない。このように第１の実施例１ｂでは、磁気インク１０２を磁化させるための励磁手段６０が磁気光学素子１０にバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasを印加する手段を兼ねており、簡素な構成としながら微小な漏洩磁界Ｈ^leakageを高感度で検出することができる。 Further, as shown in FIG. 7B, the horizontal component H _// increases slightly as it moves away from x = 0, so that even if the light receiving position 51 by the line sensor 50 is away from x = 0, the magnetic component is magnetic. The ink 102 is not sufficiently magnetized to reduce the leakage magnetic field H ^leakage . Thus in the first embodiment 1b, the excitation means 60 for magnetizing the magnetic ink 102 also serves as a means for applying a bias magnetic field H _⊥ ^bias to the magneto-optical element 10, small leak with a simple structure The magnetic field H ^leakage can be detected with high sensitivity.

なおｘの値とバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasの大きさの関係は、磁石間（６１−６２）の距離Ｄや検出対象物１００と磁気光学膜１４との距離によって決定される。また必要なバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasの大きさは、磁気光学素子１０を飽和させるのに要する磁界Ｈ_⊥ ^satやラインセンサ５０における個々の受光素子が検出可能な光強度範囲によって変わる。例えば、第１の実施例１ｂの構成において、磁石（６１、６２）の下面６３と磁気光学膜１４までの距離をｄ＝５．８ｍｍとした場合には、ｘに対する磁界Ｈの強度変化が大きくなり、ｘ＝２．５ｍｍの位置でＨ_⊥＝１４ｋＡ／ｍのバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasをかけることができた。いずれにしても、使用する磁気光学素子１０における飽和磁界強度Ｈ_⊥ ^satを考慮しつつ、励磁用磁界Ｈに対する光濃淡値の変化が最も大きくなるように第１の実施例１ｂの各構成要素の位置や物性を設定すればよい。 Note that the relationship between the value of x and the magnitude of the bias magnetic field H _{によ} ^って bias is determined by the distance D between the magnets (61-62) and the distance between the detection object 100 and the magneto-optical film 14. The magnitude of the required bias field H _⊥ ^bias will vary with the individual light receiving elements detectable light intensity range of the magnetic field H _⊥ ^sat and the line sensor 50 takes a magneto-optical element 10 to saturate. For example, in the configuration of the first embodiment 1b, when the distance between the lower surface 63 of the magnet (61, 62) and the magneto-optical film 14 is d = 5.8 mm, the intensity change of the magnetic field H with respect to x is large. Thus, a bias magnetic field H _⊥ ^bias of H _⊥ = 14 kA / m could be applied at the position of x = 2.5 mm. In any case, in consideration of the saturation magnetic field strength H _⊥ ^sat in the magneto-optical element 10 to be used, each component of the first embodiment 1b is maximized so that the change in light density value with respect to the excitation magnetic field H becomes the largest. What is necessary is just to set a position and a physical property.

＝＝＝第２の実施例＝＝＝
本発明の実施例に係る磁気検出装置は、受光素子による受光位置に対して励磁手段による磁界強度分布が左右方向で非対称であり、その受光位置における上下方向の磁界を磁気光学素子に印加するバイアス磁界として利用することを特徴としている。第１の実施例１ｂでは、励磁手段６０を構成する二つの同じ磁石間（６１−６２）の中心２０１に対してラインセンサ５０の受光位置５１を左右のいずれかの方向にずらすこととしていた。 === Second Embodiment ===
In the magnetic detection device according to the embodiment of the present invention, the magnetic field intensity distribution by the excitation means is asymmetric in the left-right direction with respect to the light receiving position by the light receiving element, and the bias for applying the vertical magnetic field at the light receiving position to the magneto-optical element. It is characterized by being used as a magnetic field. In the first embodiment 1b, the light receiving position 51 of the line sensor 50 is shifted in either the left or right direction with respect to the center 201 between two identical magnets (61-62) constituting the exciting means 60.

本発明の第２の実施例では、第１の実施例１ｂとは異なる方法で受光位置５１における励磁用磁界Ｈが左右非対称となるようにしている。図８に第２の実施例に係る磁気検出装置（以下、第２の実施例１ｃとも言う）について、光源と偏光子を除いた構成を示した。第２の実施例１ｃの構成要素は比較例１ａや第１の実施例１ｂと同様であるが、比較例１ａに対し、二つの磁石（６１、６２）の一方が他方に対して上下方向にΔｚの距離だけ離間している。 In the second embodiment of the present invention, the exciting magnetic field H at the light receiving position 51 is asymmetric in the left-right direction by a method different from that of the first embodiment 1b. FIG. 8 shows a configuration of the magnetic detection apparatus according to the second embodiment (hereinafter also referred to as second embodiment 1c) excluding the light source and the polarizer. The constituent elements of the second example 1c are the same as those of the comparative example 1a and the first example 1b, but one of the two magnets (61, 62) is in the vertical direction with respect to the other relative to the comparative example 1a. They are separated by a distance of Δz.

ここで第２の実施例１ｃの特性を検討するために、第１の実施例１ｂで用いたものと同じ２個のネオジム磁石を励磁手段６０として用いるとともに、磁性ガーネット膜を磁気光学膜とした磁気光学素子１０を用い、Δｚと励磁手段６０による励磁用磁界Ｈの強度分布との関係を調べた。具体的には、磁気光学素子１０の上面１１と右方の磁石６２の下面６３との距離ｄをｄ＝２．９ｍｍとし、左方の磁石６１については右方の磁石６２に対してΔｚｍｍだけ上方に配置した。なお磁石（６１、６２）の大きさ（ｗ、ｈ、Ｌ）や磁石間（６１−６２）の距離Ｄは第１の実施例と同様である。 Here, in order to examine the characteristics of the second embodiment 1c, the same two neodymium magnets used in the first embodiment 1b are used as the excitation means 60, and the magnetic garnet film is used as the magneto-optical film. Using the magneto-optical element 10, the relationship between Δz and the intensity distribution of the excitation magnetic field H by the excitation means 60 was examined. Specifically, the distance d between the upper surface 11 of the magneto-optical element 10 and the lower surface 63 of the right magnet 62 is d = 2.9 mm, and the left magnet 61 is only Δzmm with respect to the right magnet 62. Arranged above. The size (w, h, L) of the magnets (61, 62) and the distance D between the magnets (61-62) are the same as in the first embodiment.

図９は、Δｚをパラメータとして、二つの磁石間（６１−６２）の中心２０１に対する副走査方向の位置ｘと、磁気光学素子１０に印加される励磁用磁界Ｈの大きさとの関係を示した。図９（Ａ）は励磁用磁界Ｈの垂直成分Ｈ_⊥と位置ｘとの関係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は左右方向の水平成分Ｈ_//との関係を示すグラフである。図９（Ａ）より、Δｚの増加に伴ってＨ_⊥が大きくなり、ｘ＝０ｍｍの位置でも、Δｚ＝０．５ｍｍとすることでＨ_⊥＝３．３６ｋＡ／ｍが得られ、このＨ_⊥をバイアス磁界Ｈ_⊥ ^baiasとして磁気光学素子１０に印加することができる。すなわち漏洩磁界Ｈ^leakageの検出感度を大きくすることが可能となる。また図９（Ｂ）より励磁用磁界Ｈの水平成分Ｈ_//はΔｚの大きさに依らず、ほとんど変化しない。すなわち、磁気インク１０２からの漏洩磁界Ｈ^leakageの大きさが小さくなることはない。 FIG. 9 shows the relationship between the position x in the sub-scanning direction with respect to the center 201 between the two magnets (61-62) and the magnitude of the excitation magnetic field H applied to the magneto-optical element 10 with Δz as a parameter. . Figure 9 (A) is a graph showing the relationship between the vertical component H _⊥ and position x of the excitation magnetic field H, FIG. 9 (B) is a graph showing the relationship between the horizontal component H _// the lateral direction. From FIG. 9 (A), H _⊥ increases with increasing Delta] z, x = at 0mm position, H _⊥ by the Δz = 0.5mm = 3.36kA / m is obtained, the H _⊥ Can be applied to the magneto-optical element 10 as a bias magnetic field H _⊥ ^baias . That is, it becomes possible to increase the detection sensitivity of the leakage magnetic field H ^leakage . Further, from FIG. 9B, the horizontal component H _// of the exciting magnetic field H hardly changes regardless of the magnitude of Δz. That is, the magnitude of the leakage magnetic field H ^leakage from the magnetic ink 102 does not decrease.

＝＝＝第３の実施例＝＝＝
本発明の第３の実施例は、ラインセンサ５０の受光位置５１に対して左右非対称な磁界を発生させるために左右の磁石（６１、６２）の大きさを変えている。図１０に本発明の第３の実施例に係る磁気検出装置（以下、第３の実施例１ｄとも言う）について、光源と偏光子を除いた構成を示した。左右の磁石（６１、６２）は、左右幅ｗと前後方向の長さＬが同じであるが、上下方向の高さ（ｈ１、ｈ２）が異なっている。図示した例では、左右の磁石（６１、６２）は、ラインセンサ５０の光軸２００に対して左右対称に配置されているとともに、左右の磁石（６１、６２）の下面６３から磁気光学膜１４までの距離ｄも同じとなっている。しかし左方の磁石６１の上下方向の高さｈ１が右方より大きく（ｈ１＞ｈ２）、左方の磁石６１は右方の磁石６２よりも体積が大きくなっている。 === Third embodiment ===
In the third embodiment of the present invention, the sizes of the left and right magnets (61, 62) are changed in order to generate a magnetic field that is asymmetrical with respect to the light receiving position 51 of the line sensor 50. FIG. 10 shows a configuration of a magnetic detection device (hereinafter also referred to as third embodiment 1d) according to the third embodiment of the present invention, excluding the light source and the polarizer. The left and right magnets (61, 62) have the same left-right width w and length L in the front-rear direction, but are different in height (h1, h2) in the up-down direction. In the illustrated example, the left and right magnets (61, 62) are arranged symmetrically with respect to the optical axis 200 of the line sensor 50, and the magneto-optical film 14 is formed from the lower surface 63 of the left and right magnets (61, 62). The distance d to is also the same. However, the height h1 in the vertical direction of the left magnet 61 is larger than that on the right side (h1> h2), and the volume of the left magnet 61 is larger than that of the right magnet 62.

ここで第３の実施例１ｄの特性を検討するために、二つのネオジム磁石を用いて励磁手段６０を構成するともに、右方の磁石６２については第１および第２の実施例（１ｂ、１ｃ）で用いたものと同じサイズのものを用いた。磁気光学素子１０の上面１１と左右の磁石（６１、６２）の下面６３との距離ｄも先の実施例（１ｂ、１ｃ）と同様にｄ＝２．９ｍｍとした。そして左方の磁石６１と右方の磁石６２の体積比をパラメータとして副走査方向の位置ｘと励磁手段６０による励磁用磁界Ｈの強度分布との関係を調べた。なお、左右の磁石（６１、６２）の体積比は（ｗ×Ｌ×ｈ１）／（ｗ×Ｌ×ｈ２）であることから、当該体積比は各磁石（６１、６２）の上下方向の高さの比（ｈ１／ｈ２）で表すことができる。 Here, in order to examine the characteristics of the third embodiment 1d, the excitation means 60 is configured by using two neodymium magnets, and the right magnet 62 is used for the first and second embodiments (1b, 1c). ) Of the same size as that used in). The distance d between the upper surface 11 of the magneto-optical element 10 and the lower surfaces 63 of the left and right magnets (61, 62) was also set to d = 2.9 mm as in the previous examples (1b, 1c). Then, using the volume ratio of the left magnet 61 and the right magnet 62 as a parameter, the relationship between the position x in the sub-scanning direction and the intensity distribution of the excitation magnetic field H by the excitation means 60 was examined. Since the volume ratio of the left and right magnets (61, 62) is (w × L × h1) / (w × L × h2), the volume ratio is the height in the vertical direction of each magnet (61, 62). It can be expressed by the ratio (h1 / h2).

図１１に体積比ｈ１／ｈ２＝１．１〜１．５としたときのｘと垂直方向の磁界強度Ｈ_⊥との関係を示した。受光位置における励磁用磁界の垂直成分Ｈ_⊥と水平成分Ｈ_//の強度分布と副走査方向の位置ｘとの関係を示した。図１１より、体積比ｈ１／ｈ２の増加に伴ってＨ_⊥が大きくなり、ｘ＝０ｍｍの位置でも、ｈ１／ｈ２＝１．５とすることでＨ_⊥＝４．５ｋＡ／ｍが得られ、このＨ_⊥をバイアス磁界Ｈ_⊥ ^biasとして磁気光学素子１０に印加することができる。すなわち磁気の検出感度を大きくすることが可能となる。なお励磁用磁界Ｈの水平成分Ｈ_//は実施例１、２と同様にほとんど変化しないことを確認した。 Showing the relationship between x and the vertical direction of the magnetic field intensity H _⊥ when the volume ratio h1 / h2 = 1.1 to 1.5 in FIG. 11. The relationship between the intensity distribution of the vertical component H _の and the horizontal component H _// of the excitation magnetic field at the light receiving position and the position x in the sub-scanning direction is shown. From FIG. 11, H _⊥ increases with increasing volume ratio h1 / h2, x = at 0mm position, H _⊥ = 4.5kA / m was obtained by a h1 / h2 = 1.5, This H _⊥ can be applied to the magneto-optical element 10 as a bias magnetic field H _⊥ ^bias . That is, it is possible to increase the magnetic detection sensitivity. It was confirmed that the horizontal component H _// of the excitation magnetic field H hardly changed as in the first and second embodiments.

＝＝＝その他の実施例＝＝＝
上記各実施例の構成を適宜に組み合わせることができる。例えば、図８に示した第２の実施例１ｃと、図６に示した第１の実施例１ｂとを組み合わせて、ラインセンサ５０の受光位置５１を磁石間（６１−６２）の中心２０１から副走査方向にずらしてもよい。 === Other Embodiments ===
The configurations of the above embodiments can be combined as appropriate. For example, by combining the second embodiment 1c shown in FIG. 8 and the first embodiment 1b shown in FIG. 6, the light receiving position 51 of the line sensor 50 is moved from the center 201 between the magnets (61-62). It may be shifted in the sub-scanning direction.

上記各実施例では、励磁手段として、二つ一組の永久磁石を検出対象物の上方に配置しているが、もう一組の永久磁石を検出対象物の下側に配置し、より均一な平行磁界を検出対象物に印加することとしてもよい。もちろん、一定磁界を印加できるのであれば励磁手段を電磁石によって構成してもよい。また検出対象物に対して左右水平方向の磁界を印加できるのであれば、励磁手段は一つの磁石で構成されていてもよい。例えば、図１２に示したように、検出対象物１００の下方に左右に延長する一つの永久磁石６４を配置し、その磁石６４の左右両端を磁極にすれば、検出対象物１００に水平方向の励磁用磁界Ｈを印加して漏洩磁界Ｈ^leakageを発生させることができる。 In each of the above-described embodiments, two sets of permanent magnets are arranged above the detection target as the excitation means, but another set of permanent magnets is arranged below the detection target to make it more uniform. A parallel magnetic field may be applied to the detection target. Of course, the excitation means may be constituted by an electromagnet as long as a constant magnetic field can be applied. Further, the excitation means may be composed of a single magnet as long as a horizontal magnetic field can be applied to the detection target. For example, as shown in FIG. 12, if one permanent magnet 64 extending left and right is disposed below the detection target 100 and both left and right ends of the magnet 64 are used as magnetic poles, the detection target 100 is horizontally aligned. An excitation magnetic field H can be applied to generate a leakage magnetic field H ^leakage .

上記各実施例では主走査方向に延長するラインセンサを用い、検出対象物を副走査方向に搬送することで検出対象物上の磁界強度分布を面で検出していたが、上記各実施例は一つの受光素子を用いた磁界検出用途にも適用できる。すなわち直線上の磁界強度分布や磁性体の一点における磁界強度を検出するように変更することもできる。また検出対象物を主走査方向と副走査方向の双方に搬送可能な機構を用いれば、一つの受光素子であっても磁界強度分布を面で検出することができる。 In each of the above embodiments, a line sensor extending in the main scanning direction is used, and the magnetic field strength distribution on the detection target is detected on the surface by transporting the detection target in the sub scanning direction. The present invention can also be applied to a magnetic field detection application using one light receiving element. That is, the magnetic field intensity distribution on a straight line or the magnetic field intensity at one point of the magnetic material can be changed. Further, if a mechanism capable of transporting the detection target object in both the main scanning direction and the sub-scanning direction is used, the magnetic field intensity distribution can be detected on the surface even with one light receiving element.

上記各実施例では検光子４０が結像光学系７０とラインセンサ５０間の光路上に介在していたが、磁気光学素子１０からの出射光が結像光学系７０に入射する前の光路上であってもよい。磁気光学素子１０にて偏波面が回転された後の直線偏光が通る光路上の適宜な位置に検光子４０が介在していればよい。また結像光学系７０は同軸落射型に限らず、先に図１に示したように、磁気光学素子１０に対して光源２０から斜め方向の光Ｂ１を入射して正反射方向に出射する光Ｂ２をラインセンサ５０などの撮像素子にて受光させるようにしてもよい。 In each of the embodiments described above, the analyzer 40 is interposed on the optical path between the imaging optical system 70 and the line sensor 50. However, on the optical path before the light emitted from the magneto-optical element 10 enters the imaging optical system 70. It may be. The analyzer 40 may be interposed at an appropriate position on the optical path through which the linearly polarized light passes after the plane of polarization is rotated by the magneto-optical element 10. Further, the imaging optical system 70 is not limited to the coaxial incident type, and as shown in FIG. 1, the light B1 in the oblique direction is incident on the magneto-optical element 10 from the light source 20 and is emitted in the regular reflection direction. B2 may be received by an image sensor such as the line sensor 50.

１、１ａ〜１ｄ磁気検出装置１０磁気光学素子、１４磁気光学膜、１５反射膜、２０光源、３０偏光子、４０検光子、
５０リニアイメージセンサ（ラインセンサ）または受光素子、５１受光位置
６０励磁手段、６１、６２、６４永久磁石、７０結像光学系、
７１ハーフミラー、７２レンズアレイ、２００受光素子の光軸、Ｈ励磁用磁界、
Ｈ^leakage 漏洩磁界 1, 1a to 1d Magnetic detection device 10 Magneto-optical element, 14 Magneto-optical film, 15 Reflective film, 20 Light source, 30 Polarizer, 40 Analyzer,
50 Linear image sensor (line sensor) or light receiving element, 51 Light receiving position
60 excitation means, 61, 62, 64 permanent magnet, 70 imaging optical system,
71 Half mirror, 72 Lens array, 200 Optical axis of light receiving element, magnetic field for H excitation,
H ^leakage magnetic field

Claims

一主面上に磁性体が存在する検出対象物からの漏洩磁界の強度を光学的に読み取るための磁気検出装置であって、
前記検出対象物の一主面側を上方とするとともに、上下方向を法線とする面上で互いに直交する方向を前後および左右方向として、
光源からの光を入射して直線偏光を出射する偏光子と、
前記検出対象物の前記一主面に対して左右いずれかの一方向に磁界を印加するように構成されて、当該磁界により前記磁性体を磁化させて漏洩磁界を発生させる励磁手段と、
ファラデー効果を有する磁気光学物質からなる膜の下方に反射膜が積層されて、前記直線偏光を上方から入射して上方へ反射する磁気光学素子と、
前記磁気光学素子の所定の位置を受光位置として、当該受光位置からの反射光を受光して電気信号に変換する受光素子を備えた撮像素子と、
前記磁気光学素子からの前記反射光を前記受光素子に結像させる結像光学系と、
前記磁気光学素子からの反射光が前記受光素子に結像するまでの光路上に介在する検光子と、
を備え、
前記磁気光学素子は、前記検出対象物の上面に近接しつつ対面して配置されるとともに、前記漏洩磁界により当該入射から出射までの光路で前記入射した直線偏光の偏波面を回転させ、
前記検光子は、前記反射光の直線偏光の偏波面の回転角度に応じた強度の光を透過し、
前記励磁手段による磁界強度の分布は、前記受光位置に対して左右非対称であり、当該受光位置では上下いずれか一方向の磁界成分がバイアス磁界として前記磁気光学素子に印加されている、
ことを特徴とする磁気検出装置。 A magnetic detection device for optically reading the intensity of a leakage magnetic field from a detection object having a magnetic substance on one main surface,
With the one main surface side of the detection object as the upper side, and the directions orthogonal to each other on the surface with the vertical direction as the normal line, the front and rear and the left and right direction,
A polarizer that receives light from a light source and emits linearly polarized light;
Exciting means configured to apply a magnetic field in one of the left and right directions with respect to the one main surface of the detection object, and magnetizing the magnetic body with the magnetic field to generate a leakage magnetic field;
A magneto-optical element in which a reflective film is stacked below a film made of a magneto-optical material having a Faraday effect, and the linearly polarized light is incident from above and reflected upward;
An imaging element including a light receiving element that receives a reflected light from the light receiving position as a light receiving position and converts the reflected light into an electric signal, with the predetermined position of the magneto-optical element as a light receiving position;
An imaging optical system for imaging the reflected light from the magneto-optical element on the light-receiving element;
An analyzer interposed on an optical path until the reflected light from the magneto-optical element forms an image on the light receiving element;
With
The magneto-optical element is disposed so as to face the upper surface of the detection object, and rotates the polarization plane of the incident linearly polarized light in the optical path from the incident to the exit by the leakage magnetic field,
The analyzer transmits light having an intensity corresponding to the rotation angle of the polarization plane of the linearly polarized light of the reflected light,
The distribution of the magnetic field strength by the excitation means is asymmetrical with respect to the light receiving position, and a magnetic field component in one of the upper and lower directions is applied to the magneto-optical element as a bias magnetic field at the light receiving position.
A magnetic detection device.

請求項１において、
前記励磁手段は、二つの磁石が左右に離間して配置されてなり、
当該二つの磁石は、それぞれが上下方向に、かつ磁極が互いに逆になるように磁化されているとともに、前記受光素子による前記受光位置に対して左側と右側に配置されている、
ことを特徴とする磁気検出装置。 In claim 1,
The excitation means is composed of two magnets spaced apart on the left and right,
The two magnets are magnetized so that each of the two magnets is in the vertical direction and the magnetic poles are opposite to each other, and are disposed on the left side and the right side with respect to the light receiving position by the light receiving element,
A magnetic detection device.

請求項２において、前記二つの磁石は、上下方向の位置が互いに異なっていることを特徴とする磁気検出装置。 The magnetic detection device according to claim 2, wherein the two magnets have different vertical positions.

請求項３において前記二つの磁石は同じものであることを特徴とする磁気検出装置。 The magnetic detection apparatus according to claim 3, wherein the two magnets are the same.

請求項２または３において、前記二つの磁石は大きさが互いに異なっていることを特徴とする磁気検出装置。 4. The magnetic detection device according to claim 2, wherein the two magnets have different sizes.

請求項２〜５のいずれかにおいて、前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に位置する領域からの反射光を受光するように配置されていることを特徴とする磁気検出装置。 6. The magnetic detection device according to claim 2, wherein the light receiving element is disposed so as to receive reflected light from a region located in the center of the distance between the left and right magnets.

請求項２〜５のいずれかにおいて、前記受光素子は、前記左右の磁石間の距離の中央に対して左右いずれかの方向にずれた領域からの反射光を受光するように配置されていることを特徴とする磁気検出装置。 6. The light receiving element according to claim 2, wherein the light receiving element is disposed so as to receive reflected light from a region shifted in either the left or right direction with respect to the center of the distance between the left and right magnets. Magnetic detection device characterized by the above.

請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記撮像素子は、前記磁気検出対象物の前後方向の長さに渡って複数の前記受光素子を前後方向に並べたリニアイメージセンサであるとともに、前記磁気検出対象物を左右方向に搬送する副走査手段を備え、
前記磁気検出対象物の上面に二次元配置されている前記磁性体からの漏洩磁界を光学的に検出する、
ことを特徴とする磁気検出装置。
In any one of Claims 1-7,
The image sensor is a linear image sensor in which a plurality of light receiving elements are arranged in the front-rear direction over the length of the magnetic detection object in the front-rear direction, and the sub-scan that conveys the magnetic detection object in the left-right direction With means,
Optically detecting a leakage magnetic field from the magnetic body two-dimensionally arranged on the upper surface of the magnetic detection object;
A magnetic detection device.