(57)【要約】【課題】レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された容器を破壊する際に、当該容器を安定に保持できるガスセルを提供することにある。【解決手段】第１室と、前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、を備え、前記第１室には、気体のアルカリ金属が収容され、前記第１室の内壁には、有機膜が形成され、前記第２室には、第１容器と、第２容器と、が収容され、前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である、ガスセル。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１室と、
前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、
を備え、
前記第１室には、気体のアルカリ金属が収容され、
前記第１室の内壁には、有機膜が形成され、
前記第２室には、第１容器と、第２容器と、が収容され、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である、ガスセル。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数ｎは、２以上であり、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数ｍは、１である、ガスセル。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２容器には、前記第２容器の内部空間と前記第２室とを接続する開口部が形成されている、ガスセル。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記有機膜は、パラフィンの膜である、ガスセル。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガスセルを含む磁場計測装置。
【請求項６】
第１室と、前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、を備えた構造体を準備する工程と、
前記第２室に、有機膜の材料が収容された第１容器およびアルカリ金属が収容された第２容器を収容する工程と、
前記構造体を加熱し、気化した前記有機膜の材料を前記第１室に充填して、前記第１室の内壁に有機膜を成膜する工程と、
前記第２容器にレーザー光を照射して前記第２容器を破壊し、気化した前記アルカリ金属を前記第１室に充填する工程と、
を含み、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列される前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列される前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である、ガスセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセル、磁場計測装置、およびガスセルの製造方法に関する。
【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では、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。
【０００３】
このような磁場計測装置に用いられるガスセルの製造方法として、例えば、特許文献１には、コーティング層が形成された板材を組み立ててセルを形成した後、アルカリ金属が充填されたアンプルをセル内に収納し、収納されたアンプルをレーザー光で破壊することでアルカリ金属ガスを拡散させてセルに充填する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されたガスセルの製造方法では、セル内において、アルカリ金属が充填されたアンプルが固定されていない。そのため、アンプルの位置がばらついてレーザー光の照射位置からずれてしまったり、レーザー光が照射された衝撃でアンプルが動いてしまったりする場合がある。この結果、アンプルを破壊できずに、セル内にアルカリ金属を拡散させることができない場合がある。したがって、このようなガスセルの製造方法では、歩留まりが低下してしまう。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された容器を破壊する際に、当該容器を安定に保持できるガスセルおよびその製造方法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、上記ガスセル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】
【０００７】
本発明に係るガスセルは、
第１室と、
前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、
を備え、
前記第１室には、気体のアルカリ金属が収容され、
前記第１室の内壁には、有機膜が形成され、
前記第２室には、第１容器と、第２容器と、が収容され、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。
【０００８】
このようなガスセルでは、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された第２容器を破壊する工程において、第２室の幅方向における第２容器の位置ずれを第２容器の内部空間の幅の半分以下にできる（すなわち、第２容器を安定に保持できる）。したがって、このようなガスセルでは、確実に第２容器を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。
【０００９】
本発明に係るガスセルにおいて、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第１容器の数ｎは、２以上であり、
前記第２室の幅方向に配列されている前記第２容器の数ｍは、１であってもよい。
【００１０】
このようなガスセルでは、第１容器の数が２以上であることにより、第１室の内壁に有機膜を成膜する工程において、より多くの有機膜の材料を供給することができる。さらに、このようなガスセルでは、第２容器の数が１であることにより、例えば第２容器が複数ある場合と比べて、レーザー光を照射して第２容器を破壊する工程において、レーザー光の照射回数を減らすことできる。
【００１１】
本発明に係るガスセルにおいて、
前記第２容器には、前記第２容器の内部空間と前記第２室とを接続する開口部が形成されていてもよい。
【００１２】
このようなガスセルでは、製造工程において、第２容器に収容されていたアルカリ金属から気化したアルカリ金属ガスを第２容器の開口部から、第２室および連通孔を介して、第１室に拡散させることができる。
【００１３】
本発明に係るガスセルにおいて、
前記有機膜は、パラフィンの膜であってもよい。
【００１４】
このようなガスセルでは、第１室に収容されているアルカリ金属原子が第１室の内壁に衝突したときの挙動の変化（例えばスピンの変化）を抑制または低減することができる。
【００１５】
本発明に係る磁場計測装置は、
本発明に係るガスセルを含む。
【００１６】
このような磁場計測装置では、本発明に係るガスセルを含むため、生産性を向上できる。
【００１７】
本発明に係るガスセルの製造方法は、
第１室と、前記第１室に連通孔を介して連通する第２室と、を備えた構造体を準備する工程と、
前記第２室に、有機膜の材料が収容された第１容器およびアルカリ金属が収容された第２容器を収容する工程と、
前記構造体を加熱し、気化した前記有機膜の材料を前記第１室に充填して、前記第１室の内壁に有機膜を成膜する工程と、
前記第２容器にレーザー光を照射して前記第２容器を破壊し、気化した前記アルカリ金属を前記第１室に充填する工程と、
を含み、
前記第１容器の幅をＡ、前記第２室の幅方向に配列される前記第１容器の数をｎ（ｎは自然数）、前記第２容器の幅をＢ、前記第２室の幅方向に配列される前記第２容器の数をｍ（ｍは自然数）、前記第２容器の内部空間の幅方向の大きさをＣとした場合に、
前記第２室の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。
【００１８】
このようなガスセルの製造方法では、レーザー光を照射してアルカリ金属が収容された第２容器を破壊する工程において、第２室の幅方向における第２容器の位置ずれを第２容器の内部空間の幅の半分以下にできる。したがって、このようなガスセルの製造方法では、確実に第２容器を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係る磁場計測装置のガスセルを模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る磁場計測装置のガスセルを模式的に示す断面図。
【図４】第１容器を模式的に示す断面図。
【図５】第１容器を模式的に示す断面図。
【図６】第２容器を模式的に示す断面図。
【図７】第２容器を模式的に示す断面図。
【図８】ガスセルの製造方法の一例を示すフローチャート。
【図９】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１０】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１１】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１２】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１３】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１４】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１５】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１６】ガスセルの製造工程を模式的に示す断面図。
【図１７】ガスセルの変形例を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
１．  磁場計測装置の構成
まず、本実施形態に係る磁場計測装置の構成について、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１００の構成を示すブロック図である。
【００２２】
本実施形態に係る磁場計測装置１００は、非線形光学回転（Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ：ＮＭＯＲ）を用いた磁場計測装置である。磁場計測装置１００は、例えば、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発せられる微小な磁場を測定する生体状態測定装置（心磁計または脳磁計など）に用いられる。磁場計測装置１００は、金属探知機などにも用いることができる。
【００２３】
磁場計測装置１００は、本発明に係るガスセルを含む。以下では、本発明に係るガスセルとして、ガスセル１０を用いた例について説明する。
【００２４】
磁場計測装置１００は、光源１と、光ファイバー２と、コネクター３と、偏光板４と、ガスセル１０と、偏光分離器５と、光検出器（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＤ）６と、光検出器（ＰＤ）７と、信号処理回路８と、表示装置９と、を含んで構成されている。ガスセル１０内には、アルカリ金属ガス（気体のアルカリ金属）が収容されている。アルカリ金属としては、例えば、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）などを用いることができる。以下では、アルカリ金属としてセシウムを用いる場合を例に取り説明する。
【００２５】
光源１は、セシウムの吸収線に応じた波長（例えばＤ１線に相当する８９４ｎｍ）のレーザービームを出力する装置、例えばチューナブルレーザーである。光源１から出力されるレーザービームは、連続的に一定の光量を有する、いわゆるＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光である。
【００２６】
光ファイバー２は、光源１により出力されたレーザービームを、ガスセル１０側に導く部材である。光ファイバー２には、例えば、基本モードのみを伝播するシングルモードの光ファイバーが用いられる。
【００２７】
コネクター３は、光ファイバー２を偏光板４に接続するための部材である。コネクター３は、例えば、ねじ込み式で、光ファイバー２を偏光板４に接続する。
【００２８】
偏光板４は、レーザービームを特定方向に偏光させ、直線偏光にする素子である。
【００２９】
ガスセル１０は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、この空隙（図２に示す主室１４）には気体のアルカリ金属（アルカリ金属の蒸気）が収容されている。ガスセル１０の構成については、後述する。
【００３０】
偏光分離器５は、入射したレーザービームを、互いに直交する２つの偏光成分のビームに分離する素子である。偏光分離器５は、例えば、ウォラストンプリズムまたは偏光ビームスプリッターである。
【００３１】
光検出器６および光検出器７は、レーザービームの波長に感度を有する検出器であり、入射光の光量に応じた電流を信号処理回路８に出力する。光検出器６および光検出器７は、それ自体が磁場を発生すると測定に影響を与える可能性があるので、非磁性の材料で構成されることが望ましい。光検出器６および光検出器７は、ガスセル１０からみて偏光分離器５と同じ側（下流側）に配置される。
【００３２】
磁場計測装置１００において、レーザービームの経路の最上流には光源１が位置し、以下、上流側から下流側に向かって、光ファイバー２、コネクター３、偏光板４、ガスセル１０、偏光分離器５、および光検出器６，７の順で配置されている。
【００３３】
磁場計測装置１００における各部の動作を説明する。
【００３４】
光源１から出力されたレーザービームは、光ファイバー２に導かれて偏光板４に到達する。偏光板４によってレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル１０において、レーザービームは、ガスセル１０に封入されているアルカリ金属原子を励起（光ポンピング）する。このとき、レーザービームは、磁場の強さに応じた偏光面の回転作用を受けて偏光面が回転する。ガスセル１０を透過したレーザービームは偏光分離器５により２つの偏光成分のビームに分離される。２つの偏光成分のビームの光量は、それぞれ光検出器６および光検出器７で計測（プロービング）される。
【００３５】
信号処理回路８は、光検出器６および光検出器７により計測されたビームの光量を示す信号をそれぞれから受け取る。信号処理回路８は、受け取った各信号に基づいて、レーザービームの偏光面の回転角を求める。また、信号処理回路８は、偏光面の回転角からレーザービームの伝播方向における磁場の強さを求める。表示装置９は、信号処理回路８で求められた磁場の強さを表示する。
【００３６】
２．  ガスセルの構成
次に、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０の構成について、図面を参照しながら説明する。図２は、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０を模式的に示す断面図である。図３は、本実施形態に係る磁場計測装置１００のガスセル１０を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図２および図３には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００３７】
ガスセル１０は、セル本体１２と、封止栓１９と、を含んで構成されている。
【００３８】
セル本体１２の材質は、耐熱性に優れ、紫外光領域での吸収が小さい石英が望ましい。セル本体１２は、例えば、石英板を貼り合わせることで形成することができる。セル本体１２を構成する石英板の厚さは、例えば、１．５ｍｍ程度である。
【００３９】
セル本体１２は、主室（第１室）１４と、連通孔１５と、リザーバー（第２室）１６と、投入口１８と、を備えている。
【００４０】
主室１４には、アルカリ金属ガス５０（気体のアルカリ金属）が収容されている。主室１４に収容されるアルカリ金属がセシウムである場合、セシウムの融点は約２８℃であるため、磁場計測装置１００は、ガスセル１０の温度が室温付近でも動作が可能となる。例えば、主室１４に収容されるアルカリ金属がルビジウムである場合、ルビジウムの融点は約３７℃であるため、磁場計測装置１００は、動作時にはヒーター等でガスセル１０を加熱する必要がある。
【００４１】
主室１４の内壁には、有機膜１１（コーティング膜）が形成されている。有機膜１１は、例えば、直鎖状の分子構造を有する炭化水素、例えばパラフィンにより構成される。すなわち、有機膜１１は、例えば、パラフィンの膜である。パラフィンは、炭素数が２０以上のアルカン（一般式がＣｎＨ２ｎ＋２の鎖式飽和炭化水素）をいう。有機膜１１は、例えば、鎖式飽和炭化水素（ＣｎＨ２ｎ＋２）のうち炭素数ｎが２０〜１００のものが好ましく、より好ましくは炭素数ｎが５０程度である。有機膜１１は、主室１４内のアルカリ金属原子が主室１４の内壁に衝突したときの挙動の変化（例えばスピンの変化）を抑制または低減する機能を有する。
【００４２】
リザーバー１６は、連通孔１５を介して主室１４に連通している。リザーバー１６と主室１４とは、Ｙ軸に沿って配置されており、Ｙ軸に沿って延在する連通孔１５によって接続されている。連通孔１５は、主室１４に収容されているアルカリ金属ガス５０が主室１４からリザーバー１６に戻る割合が小さくなるような大きさに形成されている。
【００４３】
リザーバー１６には、有機膜１１の材料（有機材料）が収容されていた第１容器２０と、アルカリ金属が収容されていた第２容器３０と、が収容されている。すなわち、磁場計測装置１００において、第１容器２０には有機材料は収容されておらず、第２容器３０にはアルカリ金属は収容されていない。なお、図２では、便宜上、第１容器２０および第２容器３０を簡略化して図示している。第１容器２０および第２容器３０の構成については後述する。
【００４４】
図示の例では、リザーバー１６には、第１容器２０が５個、第２容器３０が１個収容されているが、リザーバー１６に収容される第１容器２０の数、および第２容器３０の数は特に限定されない。リザーバー１６には、少なくとも第１容器２０および第２容器３０が１つずつあればよい。
【００４５】
リザーバー１６には、複数（図示の例では５個）の第１容器２０および第２容器３０がリザーバー１６の幅方向であるＸ軸方向に配列されている。リザーバー１６において、第１容器２０は、第１容器２０の幅方向がＸ軸方向、第１容器２０の長さ方向（長手方向）がＹ軸方向となるように配置されている。同様に、リザーバー１６において、第２容器３０は、第２容器３０の幅方向がＸ軸方向、第２容器３０の長さ方向（長手方向）がＹ軸方向となるように配置されている。
【００４６】
図２に示すように、第１容器２０の幅をＡ、リザーバー１６の幅方向（すなわちＸ軸方向）に配列されている第１容器２０の数をｎ（ｎは自然数）、第２容器３０の幅をＢ、リザーバー１６の幅方向（すなわちＸ軸方向）に配列されている第２容器３０の数をｍ（ｍは自然数）、第２容器３０の内部空間３２の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさをＣとした場合に、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、次式の範囲である。
【００４７】
ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２
【００４８】
リザーバー１６の幅Ｗが上記の範囲であることにより、後述するように、レーザー光を照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０を安定に保持できる。
【００４９】
リザーバー１６のＹ軸方向の大きさは、第１容器２０のＹ軸方向の大きさおよび第２容器３０のＹ軸方向の大きさよりも大きければ特に限定されない。
【００５０】
投入口１８は、第１容器２０および第２容器３０を外部からリザーバー１６に導入するための入口である。投入口１８は、第１容器２０および第２容器３０を通過させることができれば、その大きさは特に限定されない。
【００５１】
封止栓１９は、投入口１８を密封している。これにより、セル本体１２内の空間（主室１４、連通孔１５、リザーバー１６、投入口１８）を気密にできる。封止栓１９の材質は、例えば、石英ガラスである。封止栓１９の材質は、セル本体１２の材質と同じであってもよい。封止栓１９は、例えば、低融点ガラスの粉末（ガラスフリット）を用いてセル本体１２に接合される。
【００５２】
３．  第１容器の構成
次に、リザーバー１６に収容されている第１容器２０の構成について、図面を参照しながら説明する。図４は、第１容器２０を模式的に示す断面図である。図５は、第１容器２０を模式的に示す図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図４および図５には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００５３】
第１容器２０は、有機膜１１の材料を収容するための容器であるが、ガスセル１０が磁場計測装置１００に搭載されている状態において（すなわち、ガスセル１０が機能を発揮できる状態において）、第１容器２０には有機膜１１の材料は収容されていない。
【００５４】
第１容器２０は、筒状の細管である。図示の例では、第１容器２０の形状は、Ｙ軸に沿った中心軸を有する円筒状である。第１容器２０は、両端部にそれぞれ開口を有している。すなわち、第１容器２０の内部空間２２は、開口を介して、外部（リザーバー１６）に接続されている。第１容器２０の内部空間２２は、有機膜１１の材料を収容するための空間である。
【００５５】
第１容器２０の幅Ａ（すなわち第１容器２０の外径）は、有機膜１１の材料を収容するための容器として機能する限り限定されない。第１容器２０の幅Ａは、例えば、２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。第１容器２０の幅Ａは、第１容器２０をリザーバー１６に収容したときの第１容器２０のＸ軸方向の大きさである。また、第１容器２０の内径は、有機膜１１の材料を収容するための容器として機能する限り限定されない。第１容器２０の内径は、例えば、０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である。第１容器２０の内径を０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下程度にすることで、有機膜１１の材料を第１容器２０に充填する際に毛細管現象を利用できる。
【００５６】
第１容器２０の材質は、例えば、ガラス、石英などの耐熱性を有する無機材料である。また、第１容器２０の材質は、ガラス、石英など磁化されにくいものが望ましい。第１容器２０の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスである。
【００５７】
なお、第１容器２０の形状は、有機膜１１の材料を収容可能であれば、図４および図５に示す形状に限定されない。
【００５８】
４．  第２容器の構成
次に、リザーバー１６に収容されている第２容器３０の構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２容器３０を模式的に示す断面図である。図７は、第２容器３０を模式的に示す図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。なお、図６および図７には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００５９】
第２容器３０は、アルカリ金属を収容するための容器（アンプル）であるが、ガスセル１０が磁場計測装置１００に搭載されている状態において（すなわち、ガスセル１０が機能を発揮できる状態において）、第２容器３０にはアルカリ金属は収容されていない。
【００６０】
第２容器３０は、中空状のガラス管であり、その両端部が溶着されている。図示の例では、第２容器３０の両端部は半球状であるが、その形状は特に限定されない。第２容器３０は、Ｙ軸方向に長手方向を有している。
【００６１】
第２容器３０には、第２容器３０の内部空間３２とリザーバー１６とを接続する開口部３４が形成されている。すなわち、第２容器３０の内部空間３２は、開口部３４を介してリザーバー１６に接続されている。開口部３４は、後述するレーザー光の照射により第２容器３０を破壊する工程で形成される。開口部３４は、図示の例では、第２容器３０を貫通して内部空間３２とリザーバー１６とを接続する貫通孔である。なお、開口部３４は、図示はしないが、レーザー光の照射により第２容器３０に生じた亀裂であってもよいし、レーザー光の照射により第２容器３０が分断されて生じた開口であってもよい。また、図示の例では、第２容器３０に１つの開口部３４が形成されているが、第２容器３０に複数の開口部３４が形成されていてもよい。
【００６２】
第２容器３０の幅Ｂ（すなわち第２容器３０の外径）は、アルカリ金属を収容するための容器として機能する限り限定されない。第２容器３０の幅Ｂは、例えば、２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。第２容器３０の幅Ｂは、第２容器３０をリザーバー１６に収容したときの第２容器３０のＸ軸方向の大きさである。また、第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃ（すなわち第２容器３０の内径）は、アルカリ金属を収容するための容器として機能する限り限定されない。第２容器３０の内部空間の幅Ｃは、例えば、１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃは、第２容器３０をリザーバー１６に収容したときの第２容器３０の内部空間３２のＸ軸方向の大きさである。
【００６３】
第２容器３０の幅Ｂは、第１容器２０の幅Ａと同じであってもよい。すなわち、第２容器３０の外径は、第１容器２０の外径と同じであってもよい。
【００６４】
第２容器３０の材質は、例えば、ガラス、石英などの耐熱性を有する無機材料である。また、第２容器３０の材質は、ガラス、石英など磁化されにくいものが望ましい。第２容器３０の材質は、例えば、ホウケイ酸ガラスである。第２容器３０の材質は、第１容器２０の材質と同じであってもよい。
【００６５】
５．  ガスセルの製造方法
次に、ガスセル１０の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図８は、ガスセル１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図９〜図１６は、ガスセル１０の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６６】
図９および図１０に示すように、主室１４とリザーバー１６とを備えた構造体（セル本体）１２を準備する（ステップＳ１０）。構造体（セル本体）１２は、例えば、石英板を貼り合わせることで形成することができる。
【００６７】
図１１および図１２に示すように、リザーバー１６に、有機膜１１の材料（有機材料）１１ａが収容されている第１容器２０、および固体（または液体）のアルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を収容する（ステップＳ１２）。
【００６８】
本工程（ステップＳ１２）では、まず、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０を準備する。第１容器２０への有機材料１１ａの充填は、例えば、毛細管現象を利用して行われる。例えば、有機材料１１ａがペンタコンタン（Ｃ５０Ｈ１０２）である場合、２×１０−６Ｔｏｒｒ程度の真空環境で１５０℃〜２００℃程度で加熱することで、第１容器２０に有機材料１１ａを毛細管現象により充填することができる。有機材料１１ａが収容されている第１容器２０は、有機膜１１を形成するために必要な個数分（図示の例では５個）だけ準備される。
【００６９】
次に、アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を準備する。アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０は、例えば、真空状態において、管状のガラス管の内部にアルカリ金属５０ａを充填し、ガラス管の両端を溶着し密封することで得られる。アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０は、主室１４に所定量のアルカリ金属ガス５０を充填するために必要な個数分（図示の例では１個）だけ準備される。
【００７０】
次に、真空環境下において、構造体（セル本体）１２を加熱し、脱ガスを行う。脱ガスは、例えば、５×１０−６Ｔｏｒｒ以下の真空環境下で、構造体（セル本体）１２を４００℃に加熱することで行われる。その後、構造体（セル本体）１２は、室温まで冷却される。
【００７１】
次に、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０を投入口１８に挿入し、第１容器２０をリザーバー１６に収容する。ここでは、準備した５個の第１容器２０をリザーバー１６に収容する。次に、アルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を投入口１８に挿入し、第２容器３０をリザーバー１６に収容する。ここでは、準備した１個の第２容器３０をリザーバー１６に収容する。
【００７２】
ここで、上述したように、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。したがって、リザーバー１６内において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれは、内部空間３２の幅Ｃの半分以下となる。
【００７３】
なお、ここでは、５個の第１容器２０を収容した後に第２容器３０を収容したが、後述するレーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、リザーバー１６内における第２容器３０の位置を特定できれば、容器を収容する順番は特に限定されない。例えば、あらかじめ決められた順番で、第１容器２０および第２容器３０をリザーバー１６に収容すれば、第２容器３０の位置を特定できる。
【００７４】
次に、真空環境下（例えば２×１０−６Ｔｏｒｒ程度）において、投入口１８を封止栓１９で密封する。これにより、構造体（セル本体）１２内の空間を、真空状態にすることができる。
【００７５】
以上の工程により、リザーバー１６に、有機材料１１ａが収容されている第１容器２０、およびアルカリ金属５０ａが収容されている第２容器３０を収容することができる。
【００７６】
図１３および図１４に示すように、構造体（セル本体）１２を加熱して、気化した有機材料１１ａを主室１４に充填し、主室１４の内壁に有機膜１１を成膜する（ステップＳ１４）。例えば、リザーバー１６を２３０℃程度で加熱して主室１４に気化した有機材料１１ａを充填し、主室１４の内壁に有機膜１１を成膜する。次に、構造体（セル本体）１２を、２００℃で１０分間加熱した後、徐冷することで有機膜１１の膜厚を均一化する。さらなる均一化を図るために、構造体（セル本体）１２を、８０℃〜２００℃で１〜１０時間加熱してもよい。
【００７７】
図１５および図１６に示すように、レーザー光Ｌを第２容器３０に照射して、第２容器３０を破壊し、気化したアルカリ金属５０ａを主室１４に充填する（ステップＳ１６）。
【００７８】
図１６に示すように、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２を透過して、第２容器３０に照射される。そのため、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２に損傷を与えることなく第２容器３０を破壊できる波長のレーザー光が用いられる。レーザー光Ｌは、例えば、パルスレーザー光である。
【００７９】
レーザー光Ｌは、Ｚ軸に沿って照射される。すなわち、レーザー光Ｌは、構造体（セル本体）１２の面に対して垂直に入射する。例えば、レーザー光Ｌを構造体（セル本体）１２の面に対して斜め方向から入射させた場合、レーザー光Ｌが屈折するため、レーザー光Ｌの照射位置の制御が困難になってしまう。
【００８０】
ここで、上述したように、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲であるため、リザーバー１６内において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを、内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。したがって、第２容器３０にＸ軸方向の位置ずれが生じたとしても、レーザー光Ｌの照射位置は内部空間３２と重なる位置となるため、確実に第２容器３０を破壊して気化したアルカリ金属５０ａを拡散させることができる。
【００８１】
レーザー光Ｌの照射により、第２容器３０が破壊されて開口部３４が形成される。開口部３４が形成されることにより、第２容器３０の内部空間３２に充填されていたアルカリ金属５０ａから気化したアルカリ金属ガス５０がリザーバー１６に放出される。このアルカリ金属ガス５０は、リザーバー１６から連通孔１５を通って主室１４に拡散する。この結果、図２および図３に示すように、主室１４がアルカリ金属ガス５０で満たされる。
【００８２】
以上の工程により、ガスセル１０を製造することができる。
【００８３】
ガスセル１０、ガスセル１０の製造方法、および磁場計測装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８４】
ガスセル１０では、第１容器２０の幅をＡ、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第１容器２０の数をｎ、第２容器３０の幅をＢ、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第２容器３０の数をｍ、第２容器３０の内部空間３２の幅方向（Ｘ軸方向）の大きさをＣとした場合に、リザーバー１６の幅Ｗ（すなわちＸ軸方向の大きさ）は、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。そのため、ガスセル１０では、リザーバー１６に収容されている第２容器３０の位置が個体によってばらついたり、レーザー光Ｌの照射による衝撃で第２容器３０が動いてしまったりした場合であっても、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。このように、ガスセル１０では、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０を安定に保持することができる。したがって、ガスセル１０では、確実に第２容器３０を破壊してアルカリ金属ガス５０を拡散させることができる。よって、ガスセル１０では、歩留まりの低下を抑制して、生産性を向上できる。
【００８５】
ガスセル１０では、第１容器２０の数が２以上であることにより、有機膜１１を成膜する工程において、より多くの有機材料１１ａを供給することができる。また、ガスセル１０では、第２容器３０の数が１であることにより、例えば第２容器３０の数が複数の場合と比べて、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、レーザー光Ｌの照射回数を減らすことできる。
【００８６】
ガスセル１０では、第２容器３０には、第２容器３０の内部空間３２とリザーバー１６とを接続する開口部３４が形成されている。そのため、ガスセル１０では、製造工程において、第２容器３０に収容されていたアルカリ金属５０ａから気化したアルカリ金属ガス５０を、第２容器３０の開口部３４から、リザーバー１６および連通孔１５を介して、主室１４に拡散させることができる。
【００８７】
ガスセル１０では、有機膜１１は、パラフィンの膜であるため、主室１４内のアルカリ金属原子が主室１４の内壁に衝突したときの挙動の変化（例えばスピンの変化）を抑制または低減することができる。
【００８８】
磁場計測装置１００は、ガスセル１０を含むため、生産性を向上できる。
【００８９】
ガスセル１０の製造方法では、第２容器３０にレーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊し、気化したアルカリ金属５０ａを主室１４に充填する工程を含み、リザーバー１６の幅Ｗは、ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ≦Ｗ≦ｎ×Ａ＋ｍ×Ｂ＋Ｃ／２の範囲である。そのため、ガスセル１０の製造方法では、上述したように、レーザー光Ｌを照射して第２容器３０を破壊する工程において、第２容器３０のＸ軸方向の位置ずれを第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃの半分以下にできる。したがって、ガスセル１０の製造方法では、確実に第２容器３０を破壊してアルカリ金属を拡散させることができるため、歩留まりの低下を抑制して生産性を向上できる。
【００９０】
６．  変形例
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【００９１】
例えば、上述した実施形態では、有機膜１１がパラフィンの膜である例について説明したが、有機膜１１の材質はこれに限定されない。有機膜１１は、例えば、シラン系の材料からなる膜であってもよい。
【００９２】
また、例えば、上述した実施形態では、図３に示すように、複数の第１容器２０および第２容器３０がＸ軸方向に配列されており、それぞれが重ならないように１段に配置されている例について説明したが、図１７に示すように、容器の列を複数段（図示の例では２段）に重ねて配置してもよい。このとき、リザーバー１６の幅方向（Ｘ軸方向）に配列されている第１容器２０の数ｎおよび第２容器３０の数ｍは、第２容器３０を含む列である２段目に配列された第１容器２０および第２容器３０の数である。すなわち、リザーバー１６の幅Ｗは、２段目に配列された、第１容器２０の数ｎ、第１容器２０の幅Ａ、第２容器３０の数ｍ、第２容器３０の幅Ｂ、第２容器３０の内部空間３２の幅Ｃで規定される。図１７に示すように、ガスセル１０において容器の列を複数段に重ねることにより、例えば、有機膜１１を成膜する工程において、より多くの有機材料１１ａを供給することができる。
【００９３】
また、例えば、上述した実施形態では、本発明に係るガスセルを磁場計測装置に適用した例について説明したが、本発明に係るガスセルを適用できる装置は磁場計測装置に限定されない。例えば、本発明に係るガスセルは原子発振器にも適用できる。本発明に係るガスセルを含み原子発振器によれば、上述した磁場計測装置の例と同様に、生産性を向上できる。
【００９４】
なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。
【００９５】
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、方法およ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】
【００９６】
１…光源、２…光ファイバー、３…コネクター、４…偏光板、５…偏光分離器、６…光検出器、７…光検出器、８…信号処理回路、９…表示装置、１０…ガスセル、１１…有機膜、１１ａ…有機材料、１２…セル本体、１４…主室、１５…連通孔、１６…リザーバー、１８…投入口、１９…封止栓、２０…第１容器、２２…内部空間、３０…第２容器、３２…内部空間、３４…開口部、５０…アルカリ金属ガス、５０ａ…アルカリ金属、１００…磁場計測装置
【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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【図１７】
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