JP2011237362A - 磁気計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のセルを用いた磁気計測装置を小型化する技術を提供する。
【解決手段】磁気計測装置1は、内部空間に円偏光によって励起する所定の原子を含み、光を透過させる第1の面及び第2の面と、第2の面から入射した光が通過する第3の面とを有する複数のセル31〜33が、第1の面、第2の面、第3の面の向きが各セルにおいて同じになるように台座4に配置されて構成される。また、台座4には、各セルの第3の面を通過した光を第2の面方向に反射させる反射鏡5が設けられている。磁気計測装置1は、ポンプ光照射部10により各セルの第1の面にポンプ光の平行光を照射し、プローブ光検出部20によってセル内でポンプ光と交差するようにプローブ光の平行光を第2の面に照射し、反射鏡5で反射されたプローブ光を検出することでセル31〜33における磁気を検出する。
【選択図】図1
【解決手段】磁気計測装置1は、内部空間に円偏光によって励起する所定の原子を含み、光を透過させる第1の面及び第2の面と、第2の面から入射した光が通過する第3の面とを有する複数のセル31〜33が、第1の面、第2の面、第3の面の向きが各セルにおいて同じになるように台座4に配置されて構成される。また、台座4には、各セルの第3の面を通過した光を第2の面方向に反射させる反射鏡5が設けられている。磁気計測装置1は、ポンプ光照射部10により各セルの第1の面にポンプ光の平行光を照射し、プローブ光検出部20によってセル内でポンプ光と交差するようにプローブ光の平行光を第2の面に照射し、反射鏡5で反射されたプローブ光を検出することでセル31〜33における磁気を検出する。
【選択図】図1
Description
本発明は、磁気計測装置に関する。
生体の心臓等から発せられる磁場を検出する磁気計測装置等において、光ポンピングを利用した磁気センサーが利用されている。このような磁気センサーにおいては、所定の原子が封入された各セルに対して円偏光成分を有するポンプ光と直線偏光成分を有するプローブ光とが直交するように照射し、各セルにおける生体から発する磁場をプローブ光によって検出する。下記特許文献1には、そのような光ポンピング原子磁力計が開示されている。
多数のセルを並べて配置して心臓等の生体から発する磁場を広範囲に測定する場合、磁気センサーの構成はできるだけ小さい方が望ましい。
本発明は、複数のセルを用いた磁気計測装置を小型化する技術を提供する。
本発明は、複数のセルを用いた磁気計測装置を小型化する技術を提供する。
本発明の一態様に係る磁気計測装置は、内部空間を有し、円偏光により励起される原子群が当該内部空間に封入され、光を透過させる第1の面及び第2の面と、前記第2の面から前記内部空間に入射した光が通過する第3の面とを有する多面体で構成された複数のセルと、前記セルが有する前記第1の面、前記第2の面、前記第3の面の各々の向きが、前記複数のセルにおいて同じ方向となるように保持する台座と、前記台座に保持されている各セルの前記第1の面に対してポンプ光の平行光を照射するポンプ光照射部と、前記台座に保持されている各セルの前記第2の面に対し、当該セルに照射された前記ポンプ光と交差するように第1のプローブ光の平行光を照射する第1プローブ光照射部と、前記各セルの第2の面から当該セルの内部空間に入射して前記第3の面を通過した前記第1のプローブ光を前記第2の面方向へ反射させ、反射光を当該セルの外部へ出射する第1反射部と、
前記各セルの前記第1反射部から出射された前記反射光を受光し、セル毎の反射光の偏光成分を検出する第1検出部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、ポンプ光とプローブ光の各平行光が全てのセルに対して一度に照射されるようにセルが配置されるので、磁気計測装置を小型化することができる。
前記各セルの前記第1反射部から出射された前記反射光を受光し、セル毎の反射光の偏光成分を検出する第1検出部とを備えることを特徴とする。
この構成によれば、ポンプ光とプローブ光の各平行光が全てのセルに対して一度に照射されるようにセルが配置されるので、磁気計測装置を小型化することができる。
本発明に係る磁気計測装置は、別の好ましい態様において、前記各セルの第1の面及び前記第2の面の各々は、各面を構成する各辺から予め定められた距離だけ当該面の内側に設けられた前記ポンプ光及び前記プローブ光の各平行光を透過させる透過可能領域と、前記透過可能領域を除く領域であって、前記ポンプ光及び前記プローブ光を吸収する非透過領域とを有することとしてもよい。
この構成によれば、各セルに対して位照射された光が、セルの面を構成する辺等にあたった際の散乱光を軽減し、磁気の検出精度を向上させることができる。
この構成によれば、各セルに対して位照射された光が、セルの面を構成する辺等にあたった際の散乱光を軽減し、磁気の検出精度を向上させることができる。
本発明に係る磁気計測装置は、さらに別の好ましい態様において、前記複数のセルは、第2のプローブ光を透過させる第4の面と、当該第4の面から当該セルの内部空間に入射された前記第2のプローブ光が通過する第5の面とを有し、前記台座は、前記複数のセルの前記第1の面、前記第2の面、前記第3の面、前記第4の面の各々の向きが同じ方向となるように前記複数のセルを保持し、前記台座に保持されている前記各セルの第4の面に対して前記第2のプローブ光の平行光を照射する第2プローブ光照射部と、前記第2プローブ光照射部により前記各セルの第4の面に照射されて当該セルの前記第5の面を通過した前記第2のプローブ光を当該セルの前記第4の面方向へ反射させ、反射光を当該セルの外部へ出射する第2反射部と、前記各セルの前記第2反射部から出射された前記反射光を受光し、セル毎の反射光の偏光成分を検出する第2検出部とを備えることとしてもよい。
この構成によれば、2つのプローブ光の各平行光が各セルに対して照射されるようセルが配置されるので、2つのプローブ光の照射方向に応じた異なる2方向の磁気を計測することができる。
この構成によれば、2つのプローブ光の各平行光が各セルに対して照射されるようセルが配置されるので、2つのプローブ光の照射方向に応じた異なる2方向の磁気を計測することができる。
本発明に係る磁気計測装置は、さらに別の好ましい態様において、前記各セルの前記第4の面は、前記透過可能領域と前記非透過領域とを有することとしてもよい。
この構成によれば、各セルに対して照射された光が、セルの面を構成する辺等にあたった際の散乱光を軽減し、磁気の検出精度を向上させることができる。
この構成によれば、各セルに対して照射された光が、セルの面を構成する辺等にあたった際の散乱光を軽減し、磁気の検出精度を向上させることができる。
(構成)
図1は、本発明に係る実施形態の磁気計測装置の構成を表す図である。図1において、磁気計測装置1は、矢印D方向に位置する検体から発せられる磁場を計測するものであり、この例においては、直交する3軸(XYZ軸)のZ軸方向における磁場が計測される。磁気計測装置1は、図1に示すように、磁気センサーアレイ2、ポンプ光照射部10、プローブ光検出部20を含んでいる。以下、本実施形態に係る磁気計測装置1の各部について説明する。
図1は、本発明に係る実施形態の磁気計測装置の構成を表す図である。図1において、磁気計測装置1は、矢印D方向に位置する検体から発せられる磁場を計測するものであり、この例においては、直交する3軸(XYZ軸)のZ軸方向における磁場が計測される。磁気計測装置1は、図1に示すように、磁気センサーアレイ2、ポンプ光照射部10、プローブ光検出部20を含んでいる。以下、本実施形態に係る磁気計測装置1の各部について説明する。
磁気センサーアレイ2は、一列に配列された各セル31〜33と各セルを配置する台座4を備える。以下、各セルを区別しない場合はセル3と言う。ここで、磁気センサーアレイ2の各部について図2を用いて説明する。図2(a)は、セル3を模式的に表した図である。セル3は、光を透過するガラス等の素材で構成され、内部に所定の原子を含む立方体形状の物体である。
図2(a)に示すように、セル3の第1の面3Aと第2の面3Bは、光を透過させるための円形状の部分3p(以下、透過領域と言う)と斜線で示す光を吸収する領域3q(以下、非透過領域と言う)を有し、非透過領域3qは、黒色の樹脂が接着されて形成されている。本実施形態では、第1の面3Aにポンプ光が照射され、第2の面3Bにポンプ光と直交するようにプローブ光が照射される。
なお、上記セル3は立方体の例を用いたが、セル3の形状は、所定の誤差範囲であれば必ずしも隣り合う全ての面の間の角度が直角でなくてもよい。また、セル内においてポンプ光とプローブ光は直交するように照射されることが好ましいが、ポンプ光とプローブ光はセル内で交差していればよい。また、上記非透過領域3qは、黒色の樹脂が接着されている例を用いたが、光を吸収する色であって、ポンプ光及びプローブ光の熱に耐えうる素材で形成されていればよい。また、上記透過領域3Pは、円形状である例を用いたが第1の面3A及び第2の面3Bを構成する各辺から一定の距離の内側に設けられた領域であれば円形以外の形状でもよい。
図2(a)に示すように、セル3の第1の面3Aと第2の面3Bは、光を透過させるための円形状の部分3p(以下、透過領域と言う)と斜線で示す光を吸収する領域3q(以下、非透過領域と言う)を有し、非透過領域3qは、黒色の樹脂が接着されて形成されている。本実施形態では、第1の面3Aにポンプ光が照射され、第2の面3Bにポンプ光と直交するようにプローブ光が照射される。
なお、上記セル3は立方体の例を用いたが、セル3の形状は、所定の誤差範囲であれば必ずしも隣り合う全ての面の間の角度が直角でなくてもよい。また、セル内においてポンプ光とプローブ光は直交するように照射されることが好ましいが、ポンプ光とプローブ光はセル内で交差していればよい。また、上記非透過領域3qは、黒色の樹脂が接着されている例を用いたが、光を吸収する色であって、ポンプ光及びプローブ光の熱に耐えうる素材で形成されていればよい。また、上記透過領域3Pは、円形状である例を用いたが第1の面3A及び第2の面3Bを構成する各辺から一定の距離の内側に設けられた領域であれば円形以外の形状でもよい。
所定の原子は、円偏光によって励起状態となり、スピン偏極する原子であり、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)及びフランシウム(Fr)等のアルカリ金属であり、気体(ガス)の状態でセル3に含まれている。セル3内でスピン偏極している原子は、検体からの磁場の大きさに応じて歳差運動を行う。セル3内部のアルカリ金属の原子は、磁気センサーアレイ2により磁気を検出する際に気体の状態であればよく、常時気体の状態である必要はない。また、ヘリウム(He)、窒素(N)などのバッファーガスも含まれていてもよい。
図2(b)は、本実施形態に係る磁気センサーアレイ2の断面を示す図である。この例において、台座4は、セル3の第1の面3Aに対向する面(図示略)と、第2の面3Bに対向し、第2の面3Bに照射されたプローブ光を透過する第3の面(図示略)が台座4に接するように凹凸が形成されており、3つのセル3が一列に配置される。このようにセル3を台座4に配置することで、第1の面3A、第2の面3B、第3の面のそれぞれの向きが各セル3において同じ方向となる。また、各セル3における第3の面が接する台座4の部分には、第3の面を透過したプローブ光を第2の面3B方向へ反射させる反射鏡5が接着されている。なお、上記の例では3つのセル3を一列に配置する台座4であるが、複数のセル3を上記のように配置する構成であればセル3の数はこれに限定されない。
以上が、本実施形態に係る磁気センサーアレイ2の構成である。次に、図1に戻り、ポンプ光照射部10及びプローブ光検出部20の構成について説明する。ポンプ光照射部10は、円偏光成分を有するポンプ光を出力する手段であり、ポンプ光光源11、コリメートレンズ12、偏光板13、1/4波長板14を含んで構成されている。ポンプ光光源11は、無偏光のレーザー光であって、セル3内部のアルカリ金属原子を励起させる波長のレーザー光を発生させる光源である。ポンプ光源11から出射されたレーザー光は、コリメートレンズ12によって平行光にされ、偏光板13で直線偏光にされて1/4波長板14に入射され、1/4波長板14で円偏光に変換されて出力される。これにより、円偏光成分を有するポンプ光が磁気センサーアレイ2における各セル3の第1の面3Aに照射される。
プローブ光検出部20は、直線偏光成分を有するプローブ光をセル3の第2の面3Bに向けて照射し、セル3を透過して反射されたプローブ光を検出する。プローブ光検出部20は、プローブ光源21、ビームスプリッター22、コリメートレンズ23、半波長板24、偏光ビームスプリッター25、P偏光受光素子26、S偏光受光素子27、演算部28を含んでいる。プローブ光源21は、無偏光のレーザー光を出力する。ビームスプリッター22は、プローブ光源21から出力されたレーザー光を反射してコリメートレンズ23に入射させる。コリメートレンズ23に入射された光は平行光にされ、半波長板24により偏光面が回転されて各セル3の第2の面3Bに向けて照射される。なお、プローブ光は、各セル3内においてポンプ光と直交し、各セル3の第3の面と対応する位置に設けられている反射鏡5に対して垂直に透過するように第2の面3Bに照射される。
各セル3の第2の面3Bに照射されたプローブ光はセル3内に入射すると、セル3内のスピン偏極された原子の歳差運動による回転力に応じて、偏光面が回転されて当該セル3の第3の面(第2の面3Bに対向する面)を透過し、台座4に設けられた反射鏡5によって第2の面3B方向に反射されてセル3の外部へ出力される。各セル3から出力されたプローブ光は、再び、半波長板24とコリメートレンズ23を透過し、コリメートレンズ23で集光されたプローブ光はビームスプリッター22に入射され、ビームスプリッター22を透過したプローブ光は偏光ビームスプリッター25に向かう。
偏光ビームスプリッター25は、反射光であるプローブ光をP偏光成分とS偏光成分に分離し、P偏光成分のプローブ光は直進してP偏光受光素子26に向かい、S偏光成分のプローブ光はP偏光成分と直交するS偏光受光素子27の方へ向かう。P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27は、入射光に応じた電気信号を出力するフォトダイオード等で構成されており、P偏光成分のプローブ光とS偏光成分のプローブ光を各々受光し、受光した光量に応じた電気信号を出力する。演算部28は、P偏光受光素子26から出力された電気信号と、S偏光受光素子27から出力された電気信号との差分を求めることによりプローブ光の偏光面の回転角度を求め、検体が発した磁場の大きさを回転角に基づいて検出する。
偏光ビームスプリッター25は、反射光であるプローブ光をP偏光成分とS偏光成分に分離し、P偏光成分のプローブ光は直進してP偏光受光素子26に向かい、S偏光成分のプローブ光はP偏光成分と直交するS偏光受光素子27の方へ向かう。P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27は、入射光に応じた電気信号を出力するフォトダイオード等で構成されており、P偏光成分のプローブ光とS偏光成分のプローブ光を各々受光し、受光した光量に応じた電気信号を出力する。演算部28は、P偏光受光素子26から出力された電気信号と、S偏光受光素子27から出力された電気信号との差分を求めることによりプローブ光の偏光面の回転角度を求め、検体が発した磁場の大きさを回転角に基づいて検出する。
(動作)
以上が、本実施形態に係る磁気計測装置1の構成である。この磁気計測装置1を用いて、図1に示す台座4の下方に配置された検体から発せられる磁場を測定する動作を説明する。
磁気計測装置1において磁気の計測が開始されると、ポンプ光照射部10のポンプ光光源11からレーザー光が出力される。ポンプ光光源11から出力されたレーザー光は、コリメートレンズ12、偏光板13、1/4波長板14を透過し、円偏光成分を有する平行光のポンプ光として出力される。出力されたポンプ光は各セル3の第1の面3Aに照射され、第1の面3Aの透過領域3pを通過したポンプ光のみが各セル3内に入射し、それ以外のポンプ光は各セル3の第1の面3Aに設けられている非透過領域3qで吸収される。
以上が、本実施形態に係る磁気計測装置1の構成である。この磁気計測装置1を用いて、図1に示す台座4の下方に配置された検体から発せられる磁場を測定する動作を説明する。
磁気計測装置1において磁気の計測が開始されると、ポンプ光照射部10のポンプ光光源11からレーザー光が出力される。ポンプ光光源11から出力されたレーザー光は、コリメートレンズ12、偏光板13、1/4波長板14を透過し、円偏光成分を有する平行光のポンプ光として出力される。出力されたポンプ光は各セル3の第1の面3Aに照射され、第1の面3Aの透過領域3pを通過したポンプ光のみが各セル3内に入射し、それ以外のポンプ光は各セル3の第1の面3Aに設けられている非透過領域3qで吸収される。
各セル3内の原子は、セル3内に入射した円偏光成分を有するポンプ光により励起されてスピン偏極され、検体からの磁場に応じて歳差運動を始める。続いて、プローブ光検出部20のプローブ光光源21からレーザー光が出力される。出力されたレーザー光は、ビームスプリッター22によってコリメートレンズ23に導かれ、半波長板24を透過して直線偏光成分を有する平行光のプローブ光として出力される。出力されたプローブ光は、各セル3の第2の面3Bに照射され、第2の面3Bの透過領域3pを透過したプローブ光が各セル3内に入射し、それ以外のプローブ光は各セル3の第2の面3Bに設けられている非透過領域3qで吸収される。
各セル3内に入射したプローブ光は、セル3内で磁化されている原子群を通過すると、ファラデー回転効果により偏光面が角度θだけ回転されて第2の面3Bと対向する第3の面の方へ進み、反射鏡5で反射される。反射鏡5で反射された反射光は、セル3の内部空間へ向けて進み、プローブ光の入射方向とは逆方向、即ち、入射時の磁界の方向とは逆方向に原子群を通過する。これにより、プローブ光の反射光の偏光面は、ファラデー回転の非相反性によって1回目の偏光面の回転方向と同じ方向に角度θだけ回転される。つまり、セル3から出力されたプローブ光は偏光面が角度2θだけ回転され、セル3の透過領域3pを通過して外部へ出力される。
各セル3の第2の面3Bから出力されたプローブ光の反射光は、半波長板24、コリメートレンズ23を再び透過し、コリメートレンズ23によって集光されてビームスプリッター22に入射する。各セル3からの反射光は、偏光ビームスプリッター25によってP偏光成分とS偏光成分に分離され、反射光のP偏光成分はP偏光受光素子26に進み、反射光のS偏光成分はS偏光受光素子27に進む。P偏光受光素子26は、偏光ビームスプリッター25から各セル3からの反射光のP偏光成分を受光し、受光した光量に応じた電気信号をセル3毎に演算部28へ出力する。また、S偏光受光素子27は、偏光ビームスプリッター25から各セル3からの反射光のS偏光成分を受光し、受光した光量に応じた電気信号をセル3毎に演算部28に出力する。
図3は、P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27において、図1のセル31〜33の各々から出力されたプローブ光が受光される際の受光イメージを表す図である。P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27では、図3に示すように、セル31、セル32、セル3の各第2の面3Bに設けられた円形状の透過領域3pを透過したプローブ光の光量に応じた光の強度が検出される。
P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27は、各セル3に対応する受光領域で受光された反射光のP偏光成分とS偏光成分の光量に応じた電気信号を各々A/D変換したデータと、当該セル3を示す情報とを演算部28へ出力する。演算部28は、P偏光受光素子26とS偏光受光素子27から出力されたセル31、セル32、セル33の各P偏光成分と各S偏光成分のセル毎の差分に基づいてプローブ光の偏光面の回転角を求め、セル31、セル32、セル33における磁場の大きさを求める。
P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27は、各セル3に対応する受光領域で受光された反射光のP偏光成分とS偏光成分の光量に応じた電気信号を各々A/D変換したデータと、当該セル3を示す情報とを演算部28へ出力する。演算部28は、P偏光受光素子26とS偏光受光素子27から出力されたセル31、セル32、セル33の各P偏光成分と各S偏光成分のセル毎の差分に基づいてプローブ光の偏光面の回転角を求め、セル31、セル32、セル33における磁場の大きさを求める。
本実施形態では、磁気センサーアレイ2は、ポンプ光とプローブ光の各平行光が各セル3に一度に照射されるように各セル3を隣接して台座4に配置する構造であるため、セル3毎にポンプ光照射部10及びプローブ光検出部20を設けなくても一方向の磁場を検出することができ、磁気計測装置1を小型化することができる。また、磁気計測装置1は、各セル3から出力されたプローブ光がセル3毎にP偏光成分とS偏光成分に分離されて受光されるように構成され、セル3毎のP偏光成分とS偏光成分のプローブ光の解析を行うことができるので、各セル3における磁場を計測することができる。また、本実施形態におけるセル3は、第1の面3Aと第2の面3Bに設けられた非透過領域3qにおいて、セル3の辺や角の部分に照射されたレーザー光が吸収されるように構成されているので、セル3の辺や角の部分にあたった散乱光が除去され、プローブ光の検出精度を向上させることができる。
<変形例>
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
(1)上述した実施形態では、1方向の磁場を測定する例について説明したが、2方向の磁場を測定するようにしてもよい。なお、この場合には、セル3は、図4(a)に示すように第1の面3A及び第2の面3Bに加えて、第1の面3A及び第2の面3Bに隣接する第4の面3Cに透過領域3pと非透過領域3qを設けるように構成する。第4の面3Cは、第2の面3Bに照射するプローブ光(以下、プローブ光1と言う)とは別のプローブ光(以下、プローブ光2と言う)がポンプ光と直交するように照射される面である。このように構成されたセル3は、図4(b)に示すように、セル3の第1の面3A、第2の面3B、第4の面3Cの向きが各セル3において同じ方向となるように台座4に配置される。なお、図4(b)においては、便宜上、台座4及びセル3の透過領域3p及び非透過領域3qの図示を省略している。本変形例では、台座4(図示略)において、第4の面3Cに対向する面(図示略)、即ち、第4の面3Cからセル3内に入射したプローブ光2が透過する第5の面と接する部分には、実施形態と同様の反射鏡5が設けられる。また、図4(b)に示すように、台座4は、前列310のセル3とセル3の間に後列320の各セル3を配置し、各セル3の第1の面3Aにポンプ光の平行光が照射されるように構成される。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
(1)上述した実施形態では、1方向の磁場を測定する例について説明したが、2方向の磁場を測定するようにしてもよい。なお、この場合には、セル3は、図4(a)に示すように第1の面3A及び第2の面3Bに加えて、第1の面3A及び第2の面3Bに隣接する第4の面3Cに透過領域3pと非透過領域3qを設けるように構成する。第4の面3Cは、第2の面3Bに照射するプローブ光(以下、プローブ光1と言う)とは別のプローブ光(以下、プローブ光2と言う)がポンプ光と直交するように照射される面である。このように構成されたセル3は、図4(b)に示すように、セル3の第1の面3A、第2の面3B、第4の面3Cの向きが各セル3において同じ方向となるように台座4に配置される。なお、図4(b)においては、便宜上、台座4及びセル3の透過領域3p及び非透過領域3qの図示を省略している。本変形例では、台座4(図示略)において、第4の面3Cに対向する面(図示略)、即ち、第4の面3Cからセル3内に入射したプローブ光2が透過する第5の面と接する部分には、実施形態と同様の反射鏡5が設けられる。また、図4(b)に示すように、台座4は、前列310のセル3とセル3の間に後列320の各セル3を配置し、各セル3の第1の面3Aにポンプ光の平行光が照射されるように構成される。
この磁気センサーアレイ2の各セル3に対し、第1の面3Aにポンプ光を照射し、第2の面3Bにプローブ光1を照射すると、ポンプ光とプローブ光1の各方向に直交するZ1方向の磁気を測定することができる。また、第1の面3Aにポンプ光を照射し、第4の面3Cにプローブ光2を照射すると、ポンプ光とプローブ光2の各方向に直交するZ2方向の磁気を測定することができる。なお、本変形例では、実施形態と同様のポンプ光照射部10を備え、プローブ光1を照射してその反射光を検出する実施形態と同様のプローブ光検出部(第1のプローブ光検出部)と、プローブ光2を照射してその反射光を検出する実施形態と同様のプローブ光検出部(第2のプローブ光検出部)を備える。
(2)上述した実施形態では、反射鏡5は、台座4において、セル3の第2の面3Bと対向する第3の面と接する部分に設けられている例であったが、第1の面3Aと対向する面と接する部分にも設けられていてもよい。このような構成にすることで、右円偏光又は左円偏光のポンプ光は、第1の面3Aからセル3内の原子群に入射し、第1の面3Aと対向する面の位置に設けられた反射鏡で反射されて、左円偏光又は右円偏光の反射光となる。そして、この反射光は、入射方向とは逆方向に原子群を通過する。原子のスピン偏極の方向は、右円偏光の場合には光の伝搬方向となり、左円偏光の場合には光の伝搬方向とは逆方向となる。従って、原子群のスピン偏極は、ポンプ光がセル3に入射された入射方向に揃うこととなり、原子群のスピン偏極率を向上させることができる。
(3)また、上述した実施形態では、プローブ光検出部20は演算部28を備える構成である例について説明したが、P偏光受光素子26及びS偏光受光素子27から出力された電気信号を磁気計測装置1の外部の演算装置に出力し、当該演算装置においてプローブ光の回転角を算出し、回転角に応じた磁場の大きさを検出するようにしてもよい。
(4)上述した実施形態では、黒色の樹脂を各セル3の第1の面3A及び第2の面3Bに接着させて非透過領域3qを形成する例であったが、台座4に配置した各セル3の透過領域3pを除く部分に、黒色等の光を透過させない色の樹脂で形成され、台座4に配置された各セル3の形状と一致する蓋状のものを被せるように構成してもよい。
(5)上述した実施形態では、セル3の形状が立方体である例であったが、セル3の形状は立方体形状に限らない。各セルに対してポンプ光が同時に照射される第1の面と、ポンプ光と交差するように各セルに対してプローブ光が同時に照射される第2の面と、各セルの第2の面から入射したプローブ光が透過する第3の面を有する多面体であればよい。なお、ポンプ光とプローブ光が直交していない場合には、プローブ光の方向に生じるポンピングベクトルの成分を除去するように補正してもよい。また、このような多面体の形状を有するセル3を保持する台座4は、セルの第1の面、第2の面、第3の面の各々の向きが各セルにおいて同じ方向となるように保持する構成であればよい。また、磁気センサーアレイ2において、各セル3の第3の面が台座4と接している場合には、実施形態と同様に第3の面が接する台座4の部分に反射鏡5を接着し、反射鏡5と一体となって形成されていてもよい。また、セル3の第3の面の外側の部分に反射鏡5を接着して、セル3と反射鏡5とが一体となって形成されていてもよい。また、磁気センサーアレイ2において、反射鏡5は、セル3及び台座4とは別体として、セル3の第3の面と台座4との間に設けてもよい。
1・・・磁気計測装置、2・・・磁気センサーアレイ、3,31,32,33・・・セル、3A・・・第1の面、3B・・・第2の面、3C・・・第4の面、4・・・台座、5・・・反射鏡、10・・・ポンプ光照射部、11・・・ポンプ光光源、12,23・・・コリメートレンズ、13・・・偏光板、14・・・1/4波長板、20・・・プローブ光検出部、21・・・プローブ光源、22・・・ビームスプリッター、24・・・半波長板、25・・・偏光ビームスプリッター、26・・・P偏光受光素子、27・・・S偏光受光素子、28・・・演算部
Claims (4)
- 内部空間を有し、円偏光により励起される原子群が当該内部空間に封入され、光を透過させる第1の面及び第2の面と、前記第2の面から前記内部空間に入射した光が通過する第3の面とを有する多面体で構成された複数のセルと、
前記セルが有する前記第1の面、前記第2の面、前記第3の面の各々の向きが、前記複数のセルにおいて同じ方向となるように保持する台座と、
前記台座に保持されている各セルの前記第1の面に対してポンプ光の平行光を照射するポンプ光照射部と、
前記台座に保持されている各セルの前記第2の面に対し、当該セルに照射された前記ポンプ光と交差するように第1のプローブ光の平行光を照射する第1プローブ光照射部と、
前記各セルの第2の面から当該セルの内部空間に入射して前記第3の面を通過した前記第1のプローブ光を前記第2の面方向へ反射させ、反射光を当該セルの外部へ出射する第1反射部と、
前記各セルの前記第1反射部から出射された前記反射光を受光し、セル毎の反射光の偏光成分を検出する第1検出部と
を備えることを特徴とする磁気計測装置。 - 前記各セルの第1の面及び前記第2の面の各々は、各面を構成する各辺から予め定められた距離だけ当該面の内側に設けられた前記ポンプ光及び前記プローブ光の各平行光を透過させる透過可能領域と、前記透過可能領域を除く領域であって、前記ポンプ光及び前記プローブ光を吸収する非透過領域とを有すること
を特徴とする請求項1に記載の磁気計測装置。 - 前記複数のセルは、第2のプローブ光を透過させる第4の面と、当該第4の面から当該セルの内部空間に入射された前記第2のプローブ光が通過する第5の面とを有し、
前記台座は、前記複数のセルの前記第1の面、前記第2の面、前記第3の面、前記第4の面の各々の向きが同じ方向となるように前記複数のセルを保持し、
前記台座に保持されている前記各セルの第4の面に対して前記第2のプローブ光の平行光を照射する第2プローブ光照射部と、
前記第2プローブ光照射部により前記各セルの第4の面に照射されて当該セルの前記第5の面を通過した前記第2のプローブ光を当該セルの前記第4の面方向へ反射させ、反射光を当該セルの外部へ出射する第2反射部と、
前記各セルの前記第2反射部から出射された前記反射光を受光し、セル毎の反射光の偏光成分を検出する第2検出部とを備えること
を特徴とする請求項2に記載の磁気計測装置。 - 前記各セルの前記第4の面は、前記透過可能領域と前記非透過領域とを有すること
を特徴とする請求項3に記載の磁気計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010110884A JP2011237362A (ja) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | 磁気計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010110884A JP2011237362A (ja) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | 磁気計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011237362A true JP2011237362A (ja) | 2011-11-24 |
Family
ID=45325494
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010110884A Withdrawn JP2011237362A (ja) | 2010-05-13 | 2010-05-13 | 磁気計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011237362A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015064213A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | セイコーエプソン株式会社 | 測定装置および磁気測定装置 |
| US9500722B2 (en) | 2014-01-31 | 2016-11-22 | Seiko Epson Corporation | Magnetic field measurement apparatus |
| JP2017223527A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場計測装置、およびセルアレイ |
| CN119619934A (zh) * | 2025-01-02 | 2025-03-14 | 北京航空航天大学 | 一种双泵浦光半透半反式小型化三轴serf原子磁强计装置 |
-
2010
- 2010-05-13 JP JP2010110884A patent/JP2011237362A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9500722B2 (en) | 2014-01-31 | 2016-11-22 | Seiko Epson Corporation | Magnetic field measurement apparatus |
| JP2017223527A (ja) * | 2016-06-15 | 2017-12-21 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場計測装置、およびセルアレイ |
| CN119619934A (zh) * | 2025-01-02 | 2025-03-14 | 北京航空航天大学 | 一种双泵浦光半透半反式小型化三轴serf原子磁强计装置 |
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