(57)【要約】【課題】高い空間分解能を有することができる磁気センサーを提供する。【解決手段】被検体を配置する被検体配置部と、２次元的に配置された複数のガスセルを収容するガスセル収容部と、前記ガスセルに光を入射させ、２次元的に配置された複数の光学プリズムと、前記ガスセルを透過した光を第１偏光と第２偏光とに分離させる偏光分離素子、および前記第１偏光または前記第２偏光を検出する光検出器を有し、２次元的に配置された複数の偏光計と、を含み、前記ガスセルは、磁場の大きさに応じて光の光学特性を変化させる媒体を収容し、前記ガスセル収容部は、前記被検体配置部と複数の前記光学プリズムとの間に設けられ、複数の前記光学プリズムは、前記ガスセル収容部と複数の前記偏光計との間に設けられ、前記偏光計は、前記偏光分離素子における入射光の偏光方向を変更可能に構成されている、磁気センサー。【選択図】図３
2018136217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を配置する被検体配置部と、
２次元的に配置された複数のガスセルを収容するガスセル収容部と、
前記ガスセルに光を入射させ、２次元的に配置された複数の光学プリズムと、
前記ガスセルを透過した光を第１偏光と第２偏光とに分離させる偏光分離素子、および前記第１偏光または前記第２偏光を検出する光検出器を有し、２次元的に配置された複数の偏光計と、
を含み、
前記ガスセルは、磁場の大きさに応じて光の光学特性を変化させる媒体を収容し、
前記ガスセル収容部は、前記被検体配置部と複数の前記光学プリズムとの間に設けられ、
複数の前記光学プリズムは、前記ガスセル収容部と複数の前記偏光計との間に設けられ、
前記偏光計は、前記偏光分離素子における入射光の偏光方向を変更可能に構成されている、磁気センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記ガスセル収容部は、
前記光学プリズムで反射した光を、複数の前記ガスセルのうちの第１ガスセルを透過するように第１方向に向けて反射させる第１反射板と、
前記第１反射板で反射し前記第１ガスセルを透過した光を、前記第１ガスセルを透過するように前記第１方向に対して傾いた第２方向に向けて反射させる第２反射板と、
を収容する、磁気センサー。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１反射板は、前記第２反射板で反射し前記第１ガスセルを透過した光を、前記偏光計に向けて反射させる、磁気センサー。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１反射板および前記第２反射板は、前記第１ガスセルを透過した光を、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を維持したまま反射させる位相補償膜を有する、磁気センサー。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項において、
前記第２反射板は、前記第１ガスセルと、複数の前記ガスセルのうちの第２ガスセルと、の間に設けられている、磁気センサー。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項において、
複数の前記ガスセルのうちの第３ガスセルは、前記第２方向と直交する第３方向から光が入射する、磁気センサー。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項において、
前記偏光計を支持し、開口部が設けられた支持部を含み、
前記偏光計は、前記開口部に対して回転可能に挿入される挿入部を有する、磁気センサー。
【請求項８】
請求項７において、
前記偏光計には、長穴が設けられ、
前記長穴には、前記偏光計を前記支持部に固定するネジが設けられている、磁気センサー。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項において、
前記媒体は、気体のアルカリ金属である、磁気センサー。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の磁気センサーを含む、磁場計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサーおよび磁場計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の心臓等から発せられる磁場を検出する磁場計測装置として、光ポンピング式の磁場計測装置が知られている。光ポンピング式の磁場計測装置は、アルカリ金属ガスが封入されたガスセルに直線偏光を照射し、ガスセルを透過した光の偏光面の回転角に応じて磁場を測定するための磁気センサーを備えている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−６２０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような磁気センサーでは、空間分解能を高くするためには、複数のガスセルをできる限り近づけることが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載された磁気センサーにおいて、光源から光が射出される方向（Ｚ軸方向）に複数のガスセルを配列させた場合は、光源が邪魔となって複数のガスセルを近づけることが困難な場合がある。また、特許文献１に記載された磁気センサーにおいて、光源から光が射出される方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に複数のガスセルを配列させた場合は、光検出器（ＰＤ）が邪魔となって複数のガスセルを近づけることが困難な場合がある。
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い空間分解能を有することができる磁気センサーを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記磁気センサーを含む磁場計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る磁気センサーは、
被検体を配置する被検体配置部と、
２次元的に配置された複数のガスセルを収容するガスセル収容部と、
前記ガスセルに光を入射させ、２次元的に配置された複数の光学プリズムと、
前記ガスセルを透過した光を第１偏光と第２偏光とに分離させる偏光分離素子、および前記第１偏光または前記第２偏光を検出する光検出器を有し、２次元的に配置された複数の偏光計と、
を含み、
前記ガスセルは、磁場の大きさに応じて光の光学特性を変化させる媒体を収容し、
前記ガスセル収容部は、前記被検体配置部と複数の前記光学プリズムとの間に設けられ、
複数の前記光学プリズムは、前記ガスセル収容部と複数の前記偏光計との間に設けられ、
前記偏光計は、前記偏光分離素子における入射光の偏光方向を変更可能に構成されている。
【０００７】
このような磁気センサーでは、複数のガスセルの間に、光源または光検出器が存在せず、複数のガスセルを近づけることができる。したがって、このような磁気センサーでは、高い空間分解能を有することができる。
【０００８】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記ガスセル収容部は、
前記光学プリズムで反射した光を、複数の前記ガスセルのうちの第１ガスセルを透過するように第１方向に向けて反射させる第１反射板と、
前記第１反射板で反射し前記第１ガスセルを透過した光を、前記第１ガスセルを透過するように前記第１方向に対して傾いた第２方向に向けて反射させる第２反射板と、
を収容してもよい。
【０００９】
このような磁気センサーでは、例えば第１ガスセルを１回しか光が透過しない場合に比べて、光の偏光面の回転角度を大きくすることができ、高い感度を有することができる。
【００１０】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第１反射板は、前記第２反射板で反射し前記第１ガスセルを透過した光を、前記偏光計に向けて反射させてもよい。
【００１１】
このような磁気センサーでは、光を第１ガスセルに向けて反射させるための反射板と、第１ガスセルを透過した光を偏光計に向けて反射させるための反射板と、を共通の反射板とすることができる。
【００１２】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第１反射板および前記第２反射板は、前記第１ガスセルを透過した光を、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を維持したまま反射させる位相補償膜を有してもよい。
【００１３】
このような磁気センサーでは、高い感度で光の偏光面の回転角を検出することができる。
【００１４】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第２反射板は、前記第１ガスセルと、複数の前記ガスセルのうちの第２ガスセルと、の間に設けられていてもよい。
【００１５】
このような磁気センサーでは、第１ガスセルに向けて光を反射させる反射板と、第２ガスセルに向けて光を反射させる反射板と、を共通の反射板とすることができる。
【００１６】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
複数の前記ガスセルのうちの第３ガスセルは、前記第２方向と直交する第３方向から光が入射してもよい。
【００１７】
このような磁気センサーを含む磁場計測装置では、磁場の２方向の成分を計測することができる。
【００１８】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記偏光計を支持し、開口部が設けられた支持部を含み、
前記偏光計は、前記開口部に対して回転可能に挿入される挿入部を有していてもよい。
【００１９】
このような磁気センサーでは、偏光計を、開口部の中心軸を軸として回転させることができ、偏光分離素子における入射光の偏光方向を変更することができる。
【００２０】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記偏光計には、長穴が設けられ、
前記長穴には、前記偏光計を前記支持部に固定するネジが設けられていてもよい。
【００２１】
このような磁気センサーでは、例えばガスセルが劣化してガスセルを交換した場合に、ネジを長穴から外して偏光計を回転させ、所望の位置で、再度、長穴にネジを挿入にして偏光計を支持部に固定することができる。
【００２２】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記媒体は、気体のアルカリ金属であってもよい。
【００２３】
このような磁気センサーでは、アルカリ金属が印加されている磁場と相互作用することにより、ガスセルを透過した光の偏光面を、磁場の大きさに応じて変化させることができる。
【００２４】
本発明に係る磁場計測装置は、
本発明に係る磁気センサーを含む。
【００２５】
このような磁場計測装置は、本発明に係る磁気センサーを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係る磁場計測装置を模式的に示す側面図。
【図２】本実施形態に係る磁場計測装置の処理装置の構成例を示す図。
【図３】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す斜視図。
【図１０】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る第１磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図１２】本実施形態に係る第２磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図１３】本実施形態に係る第２磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図１４】実験例に用いたモデルを説明するための図。
【図１５】実験例に用いたモデルを説明するための図。
【図１６】計算結果を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２８】
１．  磁場計測装置
まず、本実施形態に係る磁場計測装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る磁場計測装置１を模式的に示す側面図である。図１では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００２９】
磁場計測装置１は、図１に示すように、計測対象物としての被検体（生体）９の心臓から発せられる心磁場や被検体（生体）９の脳から発せられる脳磁場等を計測する装置である。磁場計測装置１は、非破壊で磁場を計測することができる。磁場計測装置１は、本発
明に係る磁気センサーを含む。以下では、本発明に係る磁気センサーとして、第１磁気センサー１００と、第２磁気センサー２００と、を含む磁場計測装置１について説明する。さらに、磁場計測装置１は、処理装置２（図２参照）と、土台３と、磁気シールド装置６と、を含む。
【００３０】
第２磁気センサー２００は、計測対象となる心磁場や脳磁場等の微弱な磁場（計測対象の磁場）と環境磁場とを計測するためのセンサーであり、心磁計や脳磁計等として使用される。第１磁気センサー１００は、外部磁場（磁気ノイズ）等の環境磁場を主に計測するためのセンサーである。磁気センサー１００，２００としては、例えば、光ポンピング式磁気センサー、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｖｉｃｅ）式磁気センサー、フラックスゲート磁気センサー、ＭＩセンサー、ホール素子等を含む。
【００３１】
磁場計測装置１の高さ方向（図１における上下方向）をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。土台３、テーブル４の上面が延在する方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、水平方向であり、Ｘ軸方向とＹ軸方向とは直交する方向である。横たわった状態の被検体９の身長方向（図１における左右方向）をＸ軸方向とする。
【００３２】
土台３は、磁気シールド装置６（本体部６ａ）の内側の底面上に配置され、本体部６ａの外側にまで、Ｘ軸方向（被検体９の移動可能方向）に沿って延在している。テーブル４は、Ｘ軸方向テーブル４ａと、Ｚ軸方向テーブル４ｂと、Ｙ軸方向テーブル４ｃと、を有している。土台３上には、Ｘ軸方向直動機構３ａによりＸ軸方向に沿って移動するＸ軸方向テーブル４ａが設置されている。Ｘ軸方向テーブル４ａの上には、図示しない昇降装置によりＺ軸方向に沿って昇降するＺ軸方向テーブル４ｂが設置されている。Ｚ軸方向テーブル４ｂの上には、図示しないＹ軸方向直動機構によりレール上をＹ軸方向に沿って移動するＹ軸方向テーブル４ｃが設置されている。テーブル４は、被検体９を配置する被検体配置部である。テーブル４は、磁気センサー１００，２００を構成している。
【００３３】
磁気シールド装置６は、開口部６ｃを有する角筒状の本体部６ａを備えている。本体部６ａの内部は空洞となっており、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を通る面（ＹＺ断面でＸ軸方向に直交した平面）の断面形状は概ね四角形になっている。心磁場を計測する際は、本体部６ａの内部に被検体９がテーブル４上に横たわった状態で収容される。本体部６ａは、Ｘ軸方向に延在しており、これ自体でパッシブ磁気シールドとして機能する。
【００３４】
磁気センサー１００，２００は、磁気シールド装置６の本体部６ａの内部に配置されている。磁気シールド装置６は、地磁気等の外部磁場が、磁気センサー１００，２００が配置された空間へ流入する事態を抑制している。すなわち、磁気シールド装置６により、磁気センサー１００，２００が配置された空間は外部磁場に比べて著しく低磁場とされ、外部磁場の第２磁気センサー２００への影響が抑制されている。
【００３５】
本体部６ａの開口部６ｃから＋Ｘ軸方向に土台３が突出している。磁気シールド装置６の大きさは、例えば、Ｘ軸方向の長さが約２００ｃｍ程度であり、開口部６ｃの一辺が９０ｃｍ程度である。そして、開口部６ｃから、磁気シールド装置６内に、テーブル４に横たわった被検体９がテーブル４と共に土台３上をＸ軸方向に沿って移動して出入することができる。
【００３６】
処理装置２（図２参照）は、磁気センサー１００，２００からの電気信号を受け取って、心磁場や脳磁場等の磁場を計測する装置である。処理装置２が発生する電気信号により磁場や残留磁場が発生して第２磁気センサー２００に検出されるとノイズとなる。そのた
め、処理装置２は、発生される磁場や残留する磁場が第２磁気センサー２００に到達し難くなるように、磁気シールド装置６の開口部６ｃから離れた場所に設置されているのが好ましい。
【００３７】
磁気シールド装置６の本体部６ａは、比透磁率が例えば数千以上の強磁性体、または、高伝導率の導体によって形成される。強磁性体には、例えば、パーマロイ、フェライト、または鉄、クロムもしくはコバルト系のアモルファス等を用いることができる。高伝導率の導体には、例えば、アルミニウム等で、渦電流効果によって磁場低減効果を有するものを用いることができる。なお、強磁性体と高伝導率の導体とを交互に積層して本体部６ａを形成することも可能である。
【００３８】
本体部６ａおよび土台３の＋Ｘ軸方向側および−Ｘ軸方向側の端には補正コイル（ヘルムホルツコイル）６ｂが設置されている。補正コイル６ｂの形状は枠状であり、本体部６ａを囲むように配置されている。補正コイル６ｂは、本体部６ａの内部空間へ流入する流入磁場を補正するためのコイルである。流入磁場は、外部磁場が開口部６ｃを通過して内部空間に入り込む磁場を指す。流入磁場は開口部６ｃに対してＸ軸方向で最も強くなる。補正コイル６ｂは、処理装置２から供給される電流により流入磁場をキャンセルするように磁界を発生させる。
【００３９】
第２磁気センサー２００は、本体部６ａの天井に支持部材７を介して固定されている。図示の例では、第２磁気センサー２００は、第１磁気センサー１００よりも被検体９側に位置している。被検体９の心磁場を計測する際は、被検体９における計測位置である胸部９ａが第２磁気センサー２００と対向する位置になるようにＸ軸方向テーブル４ａおよびＹ軸方向テーブル４ｃを移動させ、胸部９ａが第２磁気センサー２００に接近するようにＺ軸方向テーブル４ｂを上昇させる。
【００４０】
第１磁気センサー１００は、本体部６ａの天井に支持部材７を介して固定されている。図示の例では、第１磁気センサー１００は、第２磁気センサー２００と離間し、第２磁気センサー２００よりも被検体９から遠い側に位置している。磁気センサー１００，２００は、共通のテーブル４を含んで構成されている。磁気センサー１００，２００の詳細な構成については、後述する。
【００４１】
図２は、処理装置２の構成例を示す図である。図２に示すように、処理装置２は、操作部１１０と、表示部１１２と、記憶部１１４と、演算部１１６と、を含んで構成されている。
【００４２】
操作部１１０は、演算部１１６が行う処理に必要な情報（磁場の計測開始指示や計測条件等の各種指示等）を入力するためのものであり、例えば、ボタンスイッチやレバースイッチ、ダイヤルスイッチ等の各種スイッチ、タッチパネル、キーボード、マウス等であってもよい。
【００４３】
表示部１１２は、演算部１１６の処理結果を文字、グラフ、表、アニメーション、その他の画像として表示するものであり、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）やＥＬディスプレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｄｉｓｐｌａｙ）等であってもよい。なお、１つのタッチパネル型ディスプレイで操作部１１０および表示部１１２の機能を実現するようにしてもよい。
【００４４】
記憶部１１４は、演算部１１６が各種の処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶するためのものであり、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の各種ＩＣ（Ｉｎ
ｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）メモリーやハードディスクやメモリーカードなどの記録媒体等により構成される。また、記憶部１１４は、演算部１１６の作業領域として用いられ、演算部１４０が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。さらに、記憶部１３０は、演算部１４０の処理により生成されたデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記憶してもよい。
【００４５】
演算部１１６は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のマイクロプロセッサーで実現され、磁場計算処理等を行う。具体的には、演算部１１６は、第１磁気センサー１００の第１計測値および第２磁気センサー２００の第２計測値を取得し、第１計測値に基づいて測定対象空間における環境磁場を推定し、第２計測値からこれを差し引くことで計測対象磁場を抽出する計算処理を行う。これにより、磁場計測装置１では、第２磁気センサー２００が配置される計測対象空間における環境磁場（磁気ノイズ）の影響を小さくし、計測対象となる心磁場や脳磁場等の生体磁場を、より正確に計測することができる。
【００４６】
２．  磁気センサー
２．１．  第１磁気センサー
次に、本実施形態に係る第１磁気センサー１００について、図面を参照しながら説明する。第１磁気センサー１００は、例えば、第２磁気センサー２００（図１参照）が配置される計測対象空間における環境磁場（磁気ノイズ）を推定するためのセンサーである。なお、第１磁気センサー１００は、環境磁場（磁気ノイズ）とともに、計測対象の磁場（心磁場）を検知するためのセンサーであってもよい。
【００４７】
図３は、本実施形態に係る第１磁気センサー１００（以下、単に「磁気センサー１００」ともいう）を模式的に示す平面図である。図４は、本実施形態に係る磁気センサー１００を模式的に示す図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、本実施形態に係る磁気センサー１００を模式的に示す図３のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、本実施形態に係る磁気センサー１００を模式的に示す図３のＶＩ−ＶＩ線断面図である。なお、図３〜図６では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００４８】
磁気センサー１００は、図３〜図６に示すように、光源１０と、光学部品２０と、反射板３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７と、ガスセル４０と、ガスセル収容部５０と、容器６０と、支持部７０と、偏光計８０と、を含む。さらに、磁気センサー１００は、図１に示すように、被検体９を配置する被検体配置部であるテーブル４を含む。なお、便宜上、図３では、第７反射板３７、ガスセル収容部５０、および支持部７０を省略して図示している（ただし、支持部７０に設けられている開口部７４は図示している）。また、図３〜図６では、テーブル４の図示を省略している。
【００４９】
光源１０は、図３および図４に示すように、例えば、セシウム（Ｃｓ）の吸収線に応じた波長のレーザー光１２を射出する。レーザー光１２の波長は、例えば、Ｄ１線に相当する８９４ｎｍである。光源１０は、例えば、チューナブルレーザーであり、レーザー光１２は、一定の光量を有する連続光である。図４に示す例では、光源１０は、光学部品２０の−Ｘ軸方向側に設けられている。
【００５０】
光源１０から射出されたレーザー光１２は、偏光板１４に入射する。偏光板１４を通過したレーザー光１２は、直線偏光になっている。直線偏光となったレーザー光１２は、光学部品２０に入射する。レーザー光１２の偏波面（電界の振動面）は、例えば、ＸＹ平面に平行または垂直である。なお、光源１０から射出されるレーザー光１２が直線偏光の場合は、偏光板１４は設けられていなくてもよい。また、図示はしないが、レーザー光１２は、コリメートレンズを介して、光学部品２０に入射してもよい。
【００５１】
光学部品２０は、２次元的に配置された複数の光学プリズム２２を有している。すなわち、複数の光学プリズム２２は、所定の平面（図示の例ではＸＹ平面と平行な面）が複数の光学プリズム２２を通過するように配置されている。複数の光学プリズム２２は、ガスセル収容部５０と、複数の偏光計８０と、の間に設けられている。光学プリズム２２は、ガスセル４０にレーザー光１２を入射させる。
【００５２】
複数の光学プリズム２２のうちの第１光学プリズム２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇは、入射したレーザー光１２の一部を反射させ、入射したレーザー光１２の一部（他の一部）を透過させるハーフミラーである。複数の光学プリズム２２のうちの第２光学プリズム２２ｈ，２２ｉ，２２ｊは、入射したレーザー光１２の全て（ほぼ全て）反射させるミラー（反射板）である。
【００５３】
光学プリズム２２ａ，２２ｄ，２２ｇ，２２ｊの反射面の法線（図示せず）は、例えば、ＸＹ平面と平行な面内に存在し、Ｙ軸に対して４５°傾いている。光学プリズム２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｈ，２２ｉの反射面の法線（図示せず）は、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して所定の角度傾いている。なお、本発明において、「所定の角度」とは、例えば、２°以上５°以下であり、好ましくは３°である。
【００５４】
光源１０から射出され＋Ｘ軸方向に進行するレーザー光１２は、まず、第１光学プリズム２２ａに入射する。第１光学プリズム２２ａは、入射したレーザー光１２の一部を反射させて＋Ｙ軸方向に進行させ、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｘ軸方向に進行させる。
【００５５】
第１光学プリズム２２ａを透過して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、図４に示すように、第１光学プリズム２２ｂに入射する。第１光学プリズム２２ｂは、入射したレーザー光１２の一部を反射させてＺ軸に対して所定の角度傾いた進行させ、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｘ軸方向に進行させる。第１光学プリズム２２ｂにおいて反射した光は、第１反射板３１を介して、複数のガスセル４０のうちの第１ガスセル４１に入射する。
【００５６】
なお、複数のガスセル４０は、例えば、第１ガスセル４１、第２ガスセル４２、第３ガスセル４３、第４ガスセル４４、および第５ガスセル４５に分類される。
【００５７】
第１光学プリズム２２ｂを透過して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、第１光学プリズム２２ｃに入射する。第１光学プリズム２２ｃは、入射したレーザー光１２の一部を反射させてＺ軸に対して所定の角度傾いた進行させ、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｘ軸方向に進行させる。第１光学プリズム２２ｃにおいて反射した光は、第３反射板３３を介して、複数のガスセル４０のうちの第２ガスセル４２に入射する。
【００５８】
第１光学プリズム２２ｃを透過して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、第２光学プリズム２２ｈに入射する。第２光学プリズム２２ｈは、入射したレーザー光１２を反射させてＹ軸に対して所定の角度傾いた進行させる。第２光学プリズム２２ｈで反射した光は、第４反射板３４を介して、複数のガスセル４０のうちの第４ガスセル４４に入射する。
【００５９】
図３に示すように、第１光学プリズム２２ａで反射して＋Ｙ軸方向に進行したレーザー光１２は、第１光学プリズム２２ｄに入射する。第１光学プリズム２２ｄは、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｙ軸方向に進行させ、入射したレーザー光１２の一部を反射させて＋Ｘ軸方向に進行させる。
【００６０】
第１光学プリズム２２ｄで反射して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、図５に示すように、第１光学プリズム２２ｅに入射する。第１光学プリズム２２ｅは、入射したレーザー光１２の一部を反射させてＺ軸に対して所定の角度傾いた進行させ、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｘ軸方向に進行させる。第１光学プリズム２２ｅにおいて反射した光は、第４反射板３４を介して、第４ガスセル４４に入射する。
【００６１】
第１光学プリズム２２ｅを透過して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、第１光学プリズム２２ｆに入射する。第１光学プリズム２２ｆは、入射したレーザー光１２の一部を反射させてＺ軸に対して所定の角度傾いた進行させ、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｘ軸方向に進行させる。第１光学プリズム２２ｆにおいて反射した光は、複数のガスセル４０のうちの第３ガスセル４３に入射する。
【００６２】
第１光学プリズム２２ｆを透過して＋Ｘ軸方向に進行したレーザー光１２は、第２光学プリズム２２ｉに入射する。第２光学プリズム２２ｉは、Ｚ軸に対して所定の角度傾いた進行させる。第２光学プリズム２２ｉにおいて反射した光は、第３ガスセル４３に入射する。
【００６３】
第１光学プリズム２２ｄを透過して＋Ｙ軸方向に進行したレーザー光１２は、第１光学プリズム２２ｇに入射する。第１光学プリズム２２ｇは、入射したレーザー光１２の一部を透過させて＋Ｙ軸方向に進行させ、入射したレーザー光１２の一部を反射させて＋Ｘ軸方向に進行させる。
【００６４】
図示はしないが、第１光学プリズム２２ｇの＋Ｘ軸方向側には、２つの第１光学プリズム、および１つの第２光学プリズムが設けられている。２つの第１光学プリズムで反射したレーザー光１２は、それぞれ第３ガスセル４３に入射する。第２光学プリズムで反射したレーザー光１２は、第６反射板３６を介して、複数のガスセル４０のうちの第５ガスセル４５に入射する。
【００６５】
第１光学プリズム２２ｇを透過して＋Ｙ軸方向に進行したレーザー光１２は、第２光学プリズム２２ｊに入射する。第２光学プリズム２２ｊは、入射したレーザー光１２を反射させて＋Ｘ軸方向に進行させる。
【００６６】
図示はしないが、第２光学プリズム２２ｊの＋Ｘ軸方向側には、２つの第１光学プリズム、および１つの第２光学プリズムが設けられている。一方の第１光学プリズムで反射したレーザー光１２は、第６反射板３６を介して、第５ガスセル４５に入射する。他方の第１光学プリズムで反射したレーザー光１２は、第１反射板３１を介して、第１ガスセル４１に入射する。第２光学プリズムで反射したレーザー光１２は、第３反射板３３を介して、第２ガスセル４２に入射する。
【００６７】
図示の例では、光学プリズム２２によって、１つの光路のレーザー光１２は、１２個の光路に分離させる。光学プリズム２２の反射率は、例えば、各光路のレーザー光１２の強度が同じ強度になるように設定されている。なお、レーザー光１２が分離させる光路の数は、特に限定されず、光学プリズム２２の数によって変更可能である。
【００６８】
反射板３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７は、光学プリズム２２で反射したレーザー光１２を反射させる。反射板３１〜３７は、ガスセル４０を透過したレーザー光１２を、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差（Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との位相差）を維持したまま（位相差が変化しないように）反射させる位相補償膜３８を有している。位相補償膜３８は、反射板３１〜３７の反射面を構成している。位相補償膜３８は、例えば、酸化シリコ
ン膜、酸化チタン膜やフッ化マグネシウム膜などの誘電体多層膜である。反射板３１〜３７の位相補償膜３８以外の部分は、例えば、金属層によって構成されている。
【００６９】
第１反射板３１は、図４に示すように、光学プリズム２２で反射したレーザー光１２を、第１ガスセル４１を透過するように第１方向Ａ１に向けて反射させる。第１反射板３１に入射するレーザー光１２は、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して所定の角度傾いて進行する。図４に示す例では、第１反射板３１は、第１光学プリズム２２ｂで反射したレーザー光１２を、反射させる。第１反射板３１の反射面の法線（図示せず）は、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して４５°傾いている。第１方向Ａ１に進行するレーザー光１２は、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｘ軸に対して所定の角度傾いた方向に進行する光である。第１反射板３１に入射するレーザー光１２は、例えば、第１反射板３１の反射面に対してＰ偏光またはＳ偏光となる。第１反射板３１は、第１ガスセル４１の−Ｘ軸方向側に設けられている。
【００７０】
第２反射板３２は、第１反射板３１で反射し第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を、再度、第１ガスセル４１を透過するように第１方向Ａ１に対して傾いた第２方向Ａ２に向けて反射させる。第２反射板３２の反射面は、例えば、ＹＺ平面と平行である。第２方向Ａ２に進行するレーザー光１２は、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｘ軸に対して所定の角度傾いた方向に進行する。第２反射板３２は、第１ガスセル４１の＋Ｘ軸方向側に設けられている。第２反射板３２は、第１ガスセル４１と、第２ガスセル４２と、の間に設けられている。
【００７１】
第１反射板３１は、さらに、第２反射板３２で反射し第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を、偏光計８０に向けて反射させる。第１反射板３１は、レーザー光１２を、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して所定の角度傾いた方向に反射させて、偏光計８０に入射させる。
【００７２】
第３反射板３３は、例えば、ＹＺ平面に平行な面であって第２反射板３２の中心を通る面に関して、第１反射板３１と対称に設けられている。図４に示す例では、第３反射板３３は、第１光学プリズム２２ｃで反射したレーザー光１２を、反射させる。第３反射板３３は、入射したレーザー光１２を、第２ガスセル４２を透過するように反射させる。第３反射板３３は、第２ガスセル４２の＋Ｘ軸方向側に設けられている。
【００７３】
第２反射板３２は、第３反射板３３で反射し第２ガスセル４２を透過したレーザー光１２を、再度、第２ガスセル４２を透過するように反射させる。第３反射板３３は、さらに、第２反射板３２で反射し第２ガスセル４２を透過したレーザー光１２を、偏光計８０に向けて反射させる。
【００７４】
第４反射板３４は、光学プリズム２２で反射したレーザー光１２を、第４ガスセル４４を透過するように反射させる。図６に示す例では、第４反射板３４は、第２光学プリズム２２ｈ（図４参照）で反射したレーザー光１２を、反射させる。第４反射板３４の反射面の法線（図示せず）は、例えば、ＹＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して４５°傾いている。第４反射板３４は、レーザー光１２を、例えば、ＸＹ平面と平行な面内に存在し、Ｙ軸に対して所定の角度傾いた方向に反射させる。第４反射板３４は、第４ガスセル４４の−Ｙ軸方向側に設けられている。
【００７５】
第５反射板３５は、第４反射板３４で反射し第４ガスセル４４を透過したレーザー光１２を、再度、第４ガスセル４４を透過するように反射させる。第５反射板３５の反射面は、例えば、ＸＺ平面と平行である。第５反射板３５は、レーザー光１２を、例えば、ＸＹ平面と平行な面内に存在し、Ｙ軸に対して所定の角度傾いた方向に反射させる。第５反射
板３５は、第４ガスセル４４の＋Ｙ軸方向側に設けられている。第５反射板３５は、第４ガスセル４４と、第５ガスセル４５と、の間に設けられている。
【００７６】
第４反射板３４は、さらに、第５反射板３５で反射し第４ガスセル４４を透過したレーザー光１２を、偏光計８０に向けて反射させる。第４反射板３４は、レーザー光１２を、例えば、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して所定の角度傾いた方向に反射させて、偏光計８０に入射させる。
【００７７】
第６反射板３６は、例えば、ＸＺ平面に平行な面であって第５反射板３５の中心を通る面に関して、第４反射板３４と対称に設けられている。第６反射板３６は、入射したレーザー光１２を、第５ガスセル４５を透過するように反射させる。第６反射板３６は、第５ガスセル４５の＋Ｙ軸方向側に設けられている。
【００７８】
第５反射板３５は、第６反射板３６で反射し第５ガスセル４５を透過したレーザー光１２を、再度、第５ガスセル４５を透過するように反射させる。第６反射板３６は、さらに、第５反射板３５で反射し第５ガスセル４５を透過したレーザー光１２を、偏光計８０に向けて反射させる。
【００７９】
第７反射板３７は、光学プリズム２２で反射したレーザー光１２を、第３ガスセル４３を透過するように反射させる。具体的には、第７反射板３７は、光学プリズム２２で反射し第３ガスセル４３を透過したレーザー光１２を、再度、第３ガスセル４３を透過するように反射させる。図５に示す例では、第７反射板３７は、光学プリズム２２ｆ，２２ｉで反射したレーザー光１２を反射させる。第７反射板３７の反射面は、例えば、ＸＹ軸と平行である。図示の例では、第７反射板３７は、複数のガスセル４０の−Ｚ軸方向側に設けられている。
【００８０】
なお、図示はしないが、第７反射板３７は、複数の第３ガスセル４３の各々の−Ｚ軸方向側にのみ設けられていてもよい。ただし、図示のように、複数のガスセル４０の−Ｚ軸方向側に１個の第７反射板３７を設けることにより、部品数を減らすことができる。
【００８１】
ガスセル４０は、複数設けられている。複数のガスセル４０は、２次元的に配置されている。すなわち、ガスセル４０は、所定の平面（図示の例ではＸＹ平面と平行な面）が複数のガスセル４０を通過するように配置されている。ガスセル４０は、例えば、石英ガラス、ホウ珪酸ガラスなどの容器で密閉される構造を有している。図示の例では、ガスセル４０の形状は、立方体である。
【００８２】
ガスセル４０は、磁場の大きさに応じて光の光学特性を変化させる媒体４０ａを収容している。具体的には、媒体４０ａは、気体のアルカリ金属である。媒体４０ａとしてのアルカリ金属は、例えば、セシウム（Ｃｓ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）などである。
【００８３】
ガスセル４０に収容されたアルカリ金属原子にレーザー光１２が照射されると、アルカリ金属原子は、光ポンピングによりスピン偏極する（各原子のスピン方向がそろう）。スピン偏極の方位は、入射するレーザー光１２の偏光面によって決まる。この状態で、ガスセル４０に磁場が印加されると、アルカリ金属原子のスピン方向が磁界方向を軸にして回転する、いわゆる歳差運動が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子は、ガスセル４０の内壁に衝突するなどして緩和する。アルカリ金属原子のスピン偏極とその緩和とが釣り合うことで定常的なスピン偏極が生じる。このスピン偏極は、光学異方性（主に線形二色性）を持つことから、実質的に入射したレーザー光１２の偏光面を回転させて射出する。回転角は、印加磁場をレーザー光１２の進行方向に射影した成分の大きさに応じて変化す
る。
【００８４】
磁気センサー１００は、ガスセル４０において、一方側からレーザー光１２が入射して他方側に射出され（第１経路）、再度、他方側からレーザー光１２が入射して一方側に射出される（第２経路）、いわゆるダブルパス型の磁気センサーである。ガスセル４０において、第１経路と第２経路とは重複しない経路である。
【００８５】
第１ガスセル４１は、−Ｘ軸方向側からレーザー光１２が入射して＋Ｘ軸方向側に射出され、再度、＋Ｘ軸方向からレーザー光１２が入射して−Ｘ軸方向側に射出されるガスセルである。第２ガスセル４２は、＋Ｘ軸方向側からレーザー光１２が入射して−Ｘ軸方向側に射出され、再度、−Ｘ軸方向からレーザー光１２が入射して＋Ｘ軸方向側に射出されるガスセルである。第３ガスセル４３は、＋Ｚ軸方向側から（第２方向Ａ２と直交する第３方向Ａ３から）レーザー光１２が入射して−Ｚ軸方向側に射出され、再度、−Ｚ軸方向からレーザー光１２が入射して＋Ｚ軸方向側に射出されるガスセルである。第４ガスセル４４は、−Ｙ軸方向側からレーザー光１２が入射して＋Ｙ軸方向側に射出され、再度、＋Ｙ軸方向からレーザー光１２が入射して−Ｙ軸方向側に射出されるガスセルである。第５ガスセル４５は、＋Ｙ軸方向側からレーザー光１２が入射して−Ｙ軸方向側に射出され、再度、−Ｙ軸方向からレーザー光１２が入射して＋Ｙ軸方向側に射出されるガスセルである。
【００８６】
第１ガスセル４１および第２ガスセル４２は、磁場の略Ｘ軸方向の成分を検出するためのガスセルである。第３ガスセル４３は、磁場の略Ｚ軸方向の成分を検出するためのガスセルである。第４ガスセル４４および第５ガスセル４５は、磁場の略Ｚ軸方向の成分を検出するガスセルである。ガスセル４１，４２は、略Ｘ軸方向における磁場勾配計（グラディオメーター）を構成することができる。複数のガスセル４３は、略Ｚ軸方向における磁場勾配計を構成することができる。ガスセル４４，４５は、略Ｙ軸方向における磁場勾配計を構成することができる。
【００８７】
ガスセル収容部５０は、反射板３１〜３６およびガスセル４０を収容している。ガスセル収容部５０は、テーブル４（図１参照）と複数の光学プリズム２２との間に設けられている。図示の例では、ガスセル収容部５０は、光学部品２０の−Ｚ軸方向側に設けられている。ガスセル収容部５０は、例えば、直方体である。ガスセル収容部５０には、レーザー光１２を通過させるための貫通孔５２が設けられている。ガスセル収容部５０の材質は、特に限定されないが、例えば、熱伝導性の高い銅、アルミニウムあるいはカーボンなどである。ガスセル収容部５０を加熱することにより、ガスセル４０を加熱することができる。
【００８８】
容器６０は、光学部品２０、第７反射板３７、およびガスセル収容部５０を収容している。容器６０の材質は、特に限定されないが、例えば、断熱性のセラミック、プラスチック、ガラスなどである。容器６０には、図４に示すように、レーザー光１２を透過可能な窓部６２が設けられていてもよい。
【００８９】
支持部７０は、容器６０の開口を塞いで設けられている。図示の例では、支持部７０は、光学部品２０の＋Ｚ軸方向側に設けられている。支持部７０は、偏光計８０を支持している。支持部７０の材質は、特に限定されないが、例えば、断熱性のセラミック、プラスチック、ガラスなどである。支持部７０は、−Ｚ軸側の第１面７１と、＋Ｚ軸側の第２面７２と、を有している。第１面７１は、例えば、ＸＹ平面に平行な面である。第２面７２は、第１面７１に対して所定の角度傾いた傾斜面７３を有している。傾斜面７３は、複数設けられている。
【００９０】
支持部７０には、開口部７４が設けられている。開口部７４は、支持部７０を傾斜面７３から第１面７１まで貫通する貫通孔である。開口部７４の形状は、例えば、円筒状である。図４および図５に示す例では、開口部７４の中心軸Ｃは、傾斜面７３の法線（図示せず）と平行であり、偏光計８０に入射するレーザー光１２の入射方向と平行である。開口部７４は、傾斜面７３の数に応じて複数設けられている。図３に示す例では、複数の開口部７４は、マトリックス状に設けられている。
【００９１】
偏光計８０は、支持部７０に支持されている。偏光計８０は、複数設けられている。複数の偏光計８０は、２次元的に配置されている。すなわち、偏光計８０は、所定の平面（図示の例ではＸＹ平面と平行な面）が複数の偏光計８０を通過するように配置されている。
【００９２】
図７は、偏光計８０を模式的に示す図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図８は、偏光計８０を模式的に示す図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。偏光計８０には、図７および図８に示すように、長穴９０が設けられている。図示の例では、長穴９０は、１個の偏光計８０に２個設けられている。支持部７０には、長穴９２が設けられている。例えば、開口部７４の中心軸Ｃ方向からみて、長穴９０と長穴９２とは、重なっている。
【００９３】
長穴９０，９２には、偏光計８０を支持部７０に固定するネジ９４が設けられている。ネジ９４の頭部９５は、偏光計８０に当接されている。ネジ９４は、長穴９０を通過し長穴９２と螺合している。長穴９２は、ネジ９４と螺合するネジ穴である。ネジ９４の頭部９５が偏光計８０に当接され、ネジ９４が長穴９０を通過し長穴９２と螺合していることにより、偏光計８０は支持部７０に固定されている。長穴９０，９２の内壁は、図７に示すように、ネジ９４と接していない部分を有している。
【００９４】
図９は、偏光計８０を模式的に示す斜視図である。図１０は、偏光計８０を模式的に示す図９のＸ−Ｘ線断面図である。偏光計８０は、図９および図１０に示すように、挿入部８１と、偏光分離素子８２と、第１光検出器８３と、第２光検出器８４と、基板８５と、を有している。
【００９５】
挿入部８１は、支持部７０に設けられた開口部７４に挿入されている。ネジ９４を長穴９０，９２から抜いた状態で、挿入部８１は、開口部７４に回転可能に挿入される。ネジ９４を長穴９０，９２から抜いた状態で、偏光計８０は、開口部７４の中心軸Ｃを軸として回転可能である。
【００９６】
偏光計８０には、貫通孔８６が設けられている。貫通孔８６は、挿入部８１を貫通している。反射板３１，３３，３４，３６，３７で反射したレーザー光１２は、貫通孔８６を通って、偏光分離素子８２に入射する。
【００９７】
偏光分離素子８２は、ガスセル４０を透過したレーザー光１２を、第１偏光１２ａと第２偏光１２ｂとに分離させる。第１偏光１２ａおよび第２偏光１２ｂは、互いに直交する２つの偏光成分である。例えば、第１偏光１２ａはＰ偏光であり、第２偏光１２ｂはＳ偏光である。第１偏光１２ａおよび第２偏光１２ｂは、互いに直交する方向に進行する。偏光分離素子８２は、例えば、偏光ビームスプリッター、ウォラストンプリズムなどである。
【００９８】
偏光計８０は、偏光分離素子８２における入射光の偏光方向を変更することができる。具体的には、ネジ９４を長穴９０，９２から抜いた状態で、偏光計８０は、偏光分離素子８２の入射面８２ａが中心軸Ｃ（偏光計８０におけるレーザー光１２の入射方向と平行な軸）を軸として回転可能となるように構成されている。これにより、偏光計８０は、偏光
分離素子８２における入射光（レーザー光１２）の偏光方向を変更することができ、第１偏光１２ａの光量と第２偏光１２ｂの光量とを調整することができる。
【００９９】
第１光検出器８３は、第１偏光１２ａを検出する。第２光検出器８４は、第２偏光１２ｂを検出する。具体的には、光検出器８３，８４は、互いに直交する２成分の直線偏光１２ａ，１２ｂの強度を検出する。これにより、光検出器８３，８４は、レーザー光１２の偏光面の回転角を検出することができる。そして、処理装置２（図２参照）は、レーザー光１２の偏光面の回転角の変化から、磁場を計算することができる。偏光面の回転角は、ガスセル４０におけるレーザー光１２の進行方向に射影した磁場成分の大きさに比例する。したがって、磁気センサー１００を含む磁場計測装置１では、互いに略直交する３次元成分の磁場分布の計測が可能となる。光検出器８３，８４は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）である。
【０１００】
基板８５は、光検出器８３，８４を支持している。基板８５には、集積回路（ＩＣ）が搭載されていてもよい。
【０１０１】
磁気センサー１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【０１０２】
磁気センサー１００では、２次元的に配置された複数のガスセル４０を収容するガスセル収容部５０と、ガスセル４０に光を入射させ、２次元的に配置された複数の光学プリズム２２と、ガスセル４０を透過した光を検出する光検出器８３，８４を有し、２次元的に配置された複数の偏光計８０と、を含み、複数の光学プリズム２２は、ガスセル収容部５０と複数の偏光計８０との間に設けられている。そのため、磁気センサー１００では、複数のガスセル４０の間に、光源１０または光検出器８３，８４が存在せず、複数のガスセル４０を近づける（複数のガスセル４０の間隔を小さくする）ことができる。したがって、磁気センサー１００では、高い空間分解能を有することができる。
【０１０３】
さらに、磁気センサー１００では、ガスセル収容部５０は、被検体配置部４と複数の光学プリズム２２との間に設けられている。そのため、磁気センサー１００では、例えば被検体配置部４とガスセル収容部５０との間に複数の光学プリズム２２が設けられている場合に比べて、被検体配置部４とガスセル収容部５０との間隔を小さくすることができる。これにより、磁気センサー１００では、被検体とガスセル４０との間隔を小さくすることができ、高い感度を有することができる。
【０１０４】
さらに、磁気センサー１００では、偏光計８０は、偏光分離素子８２における入射光の偏光方向を変更可能に構成されている。そのため、磁気センサー１００では、既知の磁場を印加したときに、第１光検出器８３で検出される第１偏光１２ａの強度（光量）と、第２光検出器８４で検出される第２偏光１２ｂの強度（光量）とが所定の値になるように、偏光分離素子８２における光の入射方を変更することができる。したがって、磁気センサー１００では、より正確に磁場を検出することができる。
【０１０５】
磁気センサー１００では、ガスセル収容部５０は、光学プリズム２２で反射したレーザー光１２を、第１ガスセル４１を透過するように第１方向Ａ１に向けて反射させる第１反射板３１と、第１反射板３１で反射し第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を、第１ガスセル４１を透過するように第１方向Ａ１に対して傾いた第２方向Ａ２に向けて反射させる第２反射板３２と、を収容する。そのため、第１ガスセル４１は、一方側からレーザー光１２が入射して他方側に射出され（第１経路）、再度、他方側からレーザー光１２が入射して一方側に射出される（第２経路）。このように第１ガスセル４１では、２回レーザー光１２が透過し（通過し）、かつ、第１経路と第２経路とは重複しない経路である。したがって、磁気センサー１００では、例えば第１ガスセル４１を１回しかレーザー光
１２が透過しない場合に比べて、レーザー光１２の偏光面の回転角度を大きくすることができ、高い感度を有することができる。
【０１０６】
磁気センサー１００では、第１反射板３１は、第２反射板３２で反射し第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を、偏光計８０に向けて反射させる。そのため、磁気センサー１００では、レーザー光１２を第１ガスセル４１に向けて反射させるための反射板と、第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を偏光計８０に向けて反射させるための反射板と、を共通の反射板（第１反射板３１）とすることができる。したがって、磁気センサー１００では、レーザー光１２を第１ガスセル４１に向けて反射させるための反射板と、第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を偏光計８０に向けて反射させるための反射板と、を別々の反射板として設ける場合に比べて、部品数を減らすことができる。
【０１０７】
磁気センサー１００では、第１反射板３１および第２反射板３２は、第１ガスセル４１を透過したレーザー光１２を、Ｐ偏光とＳ偏光との位相差を維持したまま反射させる位相補償膜３８を有する。そのため、磁気センサー１００では、高い感度でレーザー光１２の偏光面の回転角を検出することができる。例えば、反射板３１，３２においてレーザー光１２を反射させる際に、反射する前のレーザー光１２と反射した後のレーザー光１２とでＰ偏光とＳ偏光との位相差が異なると消光比が低下し、高い感度でレーザー光１２の偏光面の回転角を検出することができない場合がある。磁気センサー１００では、このような問題を回避することができる。
【０１０８】
磁気センサー１００では、第２反射板３２は、第１ガスセル４１と第２ガスセル４２との間に設けられている。そのため、磁気センサー１００では、第１ガスセル４１に向けてレーザー光１２を反射させる反射板と、第２ガスセル４２に向けてレーザー光１２を反射させる反射板と、を共通の反射板（第２反射板３２）とすることができる。したがって、磁気センサー１００では、第１ガスセル４１に向けてレーザー光１２を反射させる反射板と、第２ガスセル４２に向けてレーザー光１２を反射させる反射板と、を別々の反射板として設ける場合に比べて、部品数を減らすことができる。
【０１０９】
磁気センサー１００では、第３ガスセル４３は、第２方向Ａ２と直交する第３方向Ａ３からレーザー光１２が入射する。そのため、磁気センサー１００を含む磁場計測装置では、磁場の２方向の成分を計測することができる。
【０１１０】
磁気センサー１００では、偏光計８０を支持し、開口部７４が設けられた支持部７０を含み、偏光計８０は、開口部７４に対して回転可能に挿入される挿入部８１を有する。そのため、磁気センサー１００では、偏光計８０を、開口部７４の中心軸Ｃを軸として回転させることができ、偏光分離素子８２における入射光の偏光方向を変更することができる。
【０１１１】
磁気センサー１００では、偏光計８０には、長穴９０が設けられ、長穴９０には、偏光計８０を支持部７０に固定するネジ９４が設けられている。そのため、磁気センサー１００では、例えばガスセル４０が劣化してガスセル４０を交換した場合に、ネジ９４を長穴９０から外して偏光計８０を回転させ、所望の位置で、再度、長穴９０にネジ９４を挿入にして偏光計８０を支持部７０に固定することができる。磁気センサー１００では、偏光計８０に設けられた穴が長穴９０であるため、偏光計８０を回転させて所望の位置で偏光計８０を支持部７０に固定することができる。磁気センサー１００では、偏光計８０は、磁気センサー１００の最も＋Ｚ軸方向側に設けられているため、容易に、偏光計８０を回転させることができる。
【０１１２】
なお、図１１に示すように、長穴９０は、中心軸Ｃ方向からみて、中心軸Ｃを中心とす
る円弧状の外縁を有していてもよい。これにより、磁気センサー１００では、より確実に、偏光計８０を回転させて所望の位置で偏光計８０を支持部７０に固定することができる。
【０１１３】
磁気センサー１００では、ガスセル４０に収容されている媒体４０ａは、気体のアルカリ金属である。そのため、磁気センサー１００では、アルカリ金属が印加されている磁場と相互作用することにより、ガスセル４０を透過した光の偏光面を、磁場の大きさに応じて変化させることができる。
【０１１４】
磁気センサー１００では、光学プリズム２２ｂ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｈ，２２ｉの反射面の法線は、ＸＺ平面と平行な面内に存在し、Ｚ軸に対して所定の角度傾いており、該所定の角度は、２°以上５°以下である。そのため、磁気センサー１００は、高い感度を有することができる。例えば、所定の角度が２°より小さい場合は、ダブルパスの効果が弱くなり、感度が低下する場合がある。所定の角度が５°より大きい場合は、反射板３１，３３，３４，３６が大きくなる分、ガスセル４０の体積が小さくなり、感度が低下する場合がある。
【０１１５】
なお、図示はしないが、磁気センサー１００は、第１光検出器８３および第２光検出器８４の一方を有していなくてもよい。光検出器８３で検出された光の強度と、偏光面を回転角の相関がわかっている場合には、上記のような形態でも、レーザー光１２の偏光面の回転角を検出することができる。
【０１１６】
２．２．  第２磁気センサー
次に、本実施形態に係る第２磁気センサー２００について、図面を参照しながら説明する。第２磁気センサー２００は、計測対象の磁場（心磁場）を検知するためのセンサーである。
【０１１７】
図１２は、本実施形態に係る第２磁気センサー２００を模式的に示す平面図である。図１３は、本実施形態に係る第２磁気センサー２００を模式的に示す図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。なお、便宜上、図１２では、第７反射板３７、ガスセル収容部５０、および支持部７０を省略して図示している（ただし、支持部７０に設けられている開口部７４は図示している）。また、図１２および図１３では、テーブル４の図示を省略している。また、図１２および図１３では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【０１１８】
以下、本実施形態に係る第２磁気センサー２００において、上述した本実施形態に係る第１磁気センサー１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１１９】
第２磁気センサー２００は、図１２および図１３に示すように、複数のガスセル４０が全て第３ガスセル４３である点において、上述した第１磁気センサー１００と異なる。
【０１２０】
第２磁気センサー２００（以下、単に「磁気センサー２００」ともいう）では、第３ガスセル４３は、１６個設けられている。図１２に示す例では、１６個のガスセル４３は、マトリックス状に設けられている。第２磁気センサー２００は、磁場の略Ｚ軸方向の成分を検出するためのセンサーである。
【０１２１】
３．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【０１２２】
実験例として、各光束（レーザー光）の追跡計算を行った。反射板の法線ベクトルをＮ、入射光の進行方向の単位ベクトルをｋｉｎとすると、反射光の進行方向の単位ベクトルｋｏｕｔは、下記式（１）で与えられる。下記式（１）を基に、各偏光計に入射する光束の進行方向を計算した。
【０１２３】
ｋｏｕｔ＝ｋｉｎ＋２（−ｋｉｎ・Ｎ）Ｎ  ・・・  （１）
【０１２４】
図１４および図１５は、実験例に用いたモデルを説明するための図である。図１４および図１５では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【０１２５】
図１４および図１５に示すように、光束ｋ１０，ｋ２０，ｋ３０，ｋ４０，ｋ５０の入射方向は、全てＸＺ平面と平行な面内にあり、進行方向は、Ｚ軸に対して３°傾いているとした。光束ｋ１０，ｋ２０，ｋ３０，ｋ４０は、第１反射板Ｒ１、第２反射板Ｒ２、第１反射板Ｒ１の順で反射し、偏光計Ｐに入射するとした。光束ｋ５０は、第２反射板Ｒ２で反射し、偏光計Ｐに入射するとした。第１反射板Ｒ１の反射面は、Ｚ軸に対して４５°傾斜しているとした。
【０１２６】
図１６は、計算結果を示す表である。光束ｋ１０，ｋ２０，ｋ３０，ｋ４０は、３回反射し、光束ｋ５０は、１回反射するが、偏光計入射光ベクトルは同じであった。したがって、入射光束ｋ１０，ｋ２０，ｋ３０，ｋ４０，ｋ５０は、偏光計Ｐに同一方向から入射することがわかった。これにより、各偏光計Ｐの姿勢を統一できることがわかった。そのため、例えば磁気センサー１００では、レイアウトを容易に変更することができる。すなわち、偏光計８０の姿勢を変更することなく、光学プリズム２２、ガスセル４０、および反射板３１〜３６の位置を変更することにより、レイアウトを容易に変更することができる。
【０１２７】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１２８】
１…磁場計測装置、２…処理装置、３…土台、３ａ…Ｘ軸方向直動機構、４…テーブル、４ａ…Ｘ軸方向テーブル、４ｂ…Ｚ軸方向テーブル、４ｃ…Ｙ軸方向テーブル、６…磁気シールド装置、６ａ…本体部、６ｂ…補正コイル、６ｃ…開口部、７…支持部材、９…被検体、９ａ…胸部、１０…光源、１２…レーザー光、１２ａ…第１偏光、１２ｂ…第２偏光、１４…偏光板、２０…光学部品、２２…光学プリズム、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，２２ｇ…第１光学プリズム、２２ｈ，２２ｉ，２２ｊ…第２光学プリズム、３１…第１反射板、３２…第２反射板、３３…第３反射板、３４…第４反射板、３５…第５反射板、３６…第６反射板、３７…第７反射板、３８…位相補償膜、４０…ガスセル、４１…第１ガスセル、４２…第２ガスセル、４３…第３ガスセル、４４…第４ガスセル、４５…第５…ガスセル、５０…ガスセル収容部、５２…貫通孔、６０…容器、６２…窓部、７０…支持部、７１…第１面、７２…第２面、７３…傾斜面、７４…開口部、８０…偏光計、８１…挿入部、８２…偏光分離素子、８２ａ…入射面、８３…第１光検出器、８４…第２光検出器、８５…基板、８６…貫通孔、９０，９２…長穴、９４…ネジ、９５…頭部、１００…第１磁気センサー、１１０…操作部、１１２…表示部、１１４…記憶部、１１６…演算部、２００…第２磁気センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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