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公開番号2024078741
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-11
出願番号2022191254
出願日2022-11-30
発明の名称センサ
出願人矢崎総業株式会社
代理人個人,個人
主分類G01N 21/64 20060101AFI20240604BHJP(測定;試験)
要約【課題】NVセンタを有する素子に対して、励起光を好適に照射させることができ、且つ、当該素子から発せられた蛍光の集光効率を高めることができるセンサを提供する。
【解決手段】励起光GLの照射により蛍光RLを発するカラーセンタを有するダイヤモンド素子2と、励起光GLを射出する光源3と、蛍光RLを受光する光センサ4と、光源3から射出された励起光GLをダイヤモンド素子2まで伝搬させるコア10Aと、コア10Aの外側に配されカラーセンタで発せられた蛍光RLを光センサ4に向けて伝搬させる第1クラッド10Bと、第1クラッド10Bの外側に配された第2クラッド10Cとを有するダブルクラッドファイバ10Dとを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
励起光の照射により蛍光を発するカラーセンタを有する素子と、
前記励起光を射出する光源と、
前記蛍光を受光する受光部と、
前記光源から射出された前記励起光を前記素子まで伝搬させるコアと、前記コアの外側に配され前記カラーセンタで発せられた前記蛍光を前記受光部に向けて伝搬させる第1クラッドと、前記第1クラッドの外側に配された第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバと
を備えるセンサ。
続きを表示(約 680 文字)【請求項2】
前記ダブルクラッドファイバから分岐して前記蛍光を前記受光部まで伝搬させるマルチモードファイバを備える請求項1に記載のセンサ。
【請求項3】
前記素子にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部を備える請求項1又は2に記載のセンサ。
【請求項4】
前記素子は、
前記ダブルクラッドファイバの端面が当接する面である第1面と、
前記第1面の周縁に連なる周面である第2面と
を備え、
前記第2面は、前記第1面に向かって前記素子の中心側から外側に傾斜する傾斜面を備える請求項1又は2に記載のセンサ。
【請求項5】
前記素子は、
前記カラーセンタを有する主部と、
前記主部と屈折率が等しい材料で形成され、前記主部と一体化され、前記傾斜面を含む副部と
を備える請求項4に記載のセンサ。
【請求項6】
前記素子は、
前記ダブルクラッドファイバの端面が当接する第1面と、
前記第1面の周縁に連なる周面である第2面と
を備え、
前記第2面は、前記蛍光を反射する反射膜で被覆されている請求項1又は2に記載のセンサ。
【請求項7】
前記素子にマイクロ波を照射するマイクロ波照射部を備え、
前記反射膜は、導電性材料で形成され、周方向の一部が絶縁されることにより、ループコイルとして構成されており、
前記マイクロ波照射部は、前記反射膜に高周波電流を供給する請求項6に記載のセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、センサに関する。
続きを表示(約 3,000 文字)【背景技術】
【0002】
NVセンタを有するダイヤモンド素子を用いて光検出磁気共鳴(ODMR:Optically Detected Magnetic Resonance)の原理により磁界を計測するセンサが知られている(例えば、非特許文献1参照)。このセンサでは、励起光としての緑色光をNVセンタに照射すると共にマイクロ波を周波数掃引しながらNVセンタに照射し、NVセンタから発せられる赤色の蛍光を検出する。このセンサでは、共鳴周波数のマイクロ波がNVセンタに照射されると、NVセンタにおいて電子スピン共鳴が生じてNVセンタから発せられる蛍光の輝度が低下する。ここで、磁界がNVセンタにゼーマン分裂を生じさせることにより、マイクロ波の周波数掃引時に少なくとも2点の蛍光の輝度低下点が生じる。NVセンタにおけるゼーマン分裂は、磁界強度に比例した大きさで生じるので、2点の蛍光の輝度低下点に対応するマイクロ波の周波数の差(以下、周波数のスプリットという)は、磁界強度に比例して大きくなる。これにより、このマイクロ波の周波数のスプリットの大きさに基づいて磁界強度を検出できる。
【0003】
非特許文献1に記載のセンサでは、励起光を、マルチモードファイバを介して、光源からダイヤモンド素子まで伝搬させ、蛍光を、当該マルチモードファイバを介して、ダイヤモンド素子から受光素子まで伝搬させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
Yang Gao, Chaoqun Xu, Kui Huang, Yuting Gao, Nankai Wu, Zhong Yi, “Research and Experiment on the System of Miniaturized Diamond NV Center Ensemble Magnetometer Based on Fiber Coupling”, 2021 IEEE 15th International Conference on Electronic Measurement & Instruments(ICEMI)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
マルチモードファイバのコア径は、数十~百μmと大きい。そのため、マルチモードファイバの採用により、ダイヤモンド素子から発せられた蛍光のコアによる集光効率を高くすることができる。しかしながら、マルチモードファイバでは、様々なモードの光が伝搬する。そのため、振動が発生する物体に搭載される場合には、マルチモードファイバにおいて、伝搬するモードが変化することによりモード間の干渉状態が変化し、モーダルノイズが過多に発生する。このモーダルノイズは、励起光の光学特性に大きな影響を及ぼし、励起光によるダイヤモンド素子の励起の性能を低下させる。
【0006】
他方で、モーダルノイズの発生を抑えるという観点から、シングルモードファイバを採用することが考えられる。しかしながら、シングルモードファイバは、コア径が10μm以下と相対的に小さく、ダイヤモンド素子から全方位に発せられる蛍光の集光効率が低くなる。そのため、シングルモードファイバの採用は、センサの感度を低下させる。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑み、NVセンタ等のカラーセンタを有する素子に対して、励起光を好適に照射させることができ、且つ、当該素子から発せられた蛍光の集光効率を高めることができるセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のセンサは、励起光の照射により蛍光を発するカラーセンタを有する素子と、前記励起光を射出する光源と、前記蛍光を受光する受光部と、前記光源から射出された前記励起光を前記素子まで伝搬させるコアと、前記コアの外側に配され前記カラーセンタで発せられた前記蛍光を前記受光部に向けて伝搬させる第1クラッドと、前記第1クラッドの外側に配された第2クラッドとを有するダブルクラッドファイバとを備えるセンサ。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、NVセンタ等のカラーセンタを有する素子に対して、励起光を好適に照射させることができ、且つ、当該素子から発せられた蛍光の集光効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、本発明の一実施形態に係るセンサの概略を示す図である。
図2は、NVセンタを有するダイヤモンド素子の構造を模式的に示す図である。
図3は、NVセンタを有するダイヤモンド素子を備え光検出磁気共鳴の原理により磁界強度等を計測するダイヤモンド量子センサの原理を説明するための図である。
図4は、マイクロ波の周波数掃引時の蛍光の輝度低下点とマイクロ波の周波数と磁界強度との関係を示すグラフである。
図5は、ダブルクラッドファイバを示す断面図である。
図6は、励起光がダブルクラッドファイバの先端面からダイヤモンド素子に入射している状態を示す図である。
図7は、蛍光がダイヤモンド素子の励起光により励起された部分から放射している状態を示す図である。
図8は、ダイヤモンド素子内での蛍光の状態を示す図である。
図9は、ダイヤモンド素子の励起部分から放射された蛍光の一部が第1クラッドに集光される状態を示す断面図である。
図10は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部とダイヤモンド素子とを示す斜視図である。
図11は、ダイヤモンド素子内での蛍光の状態を示す図である。
図12は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部とダイヤモンド素子とを示す斜視図である。
図13は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図14は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図15は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図16は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図17は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図18は、本発明の他の実施形態に係るダイヤモンド素子を示す斜視図である。
図19は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図20は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図21は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
図22は、本発明の他の実施形態に係るセンサのダブルクラッドファイバの先端部と素子とを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
(【0011】以降は省略されています)

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