(57)【要約】【課題】磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出することができる磁気センサーを提供する。【解決手段】複数の光束を射出する光束射出部と、前記光束射出部から射出され第１方向に進行する光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第１セルと、前記光束射出部から射出された複数の光束の一部を、前記第１方向とは異なる第２方向に折り曲げる第１光束折り曲げ部と、前記第１光束折り曲げ部において前記第２方向に折り曲げられた光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第２セルと、前記第１セルから射出された光束の光学特性を検出する第１光検出器と、前記第２セルから射出された光束の光学特性を検出する第２光検出器と、を含む、磁気センサー。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光束を射出する光束射出部と、
前記光束射出部から射出され第１方向に進行する光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第１セルと、
前記光束射出部から射出された複数の光束の一部を、前記第１方向とは異なる第２方向に折り曲げる第１光束折り曲げ部と、
前記第１光束折り曲げ部において前記第２方向に折り曲げられた光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第２セルと、
前記第１セルから射出された光束の光学特性を検出する第１光検出器と、
前記第２セルから射出された光束の光学特性を検出する第２光検出器と、
を含む、磁気センサー。
【請求項２】
請求項１において、
前記光束射出部から射出された複数の光束の一部を、前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向に折り曲げる第２光束折り曲げ部と、
前記第２光束折り曲げ部において前記第３方向に折り曲げられた光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第３セルと、
前記第３セルから射出された光束の光学特性を検出する第３光検出器と、
を含む、磁気センサー。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１方向、前記第２方向、および前記第３方向は、互いに直交する、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セル、前記第２セル、および前記第３セルの何れかは、３個以上設けられ、
前記３個以上設けられたセルの中心の全ては、直線上に並んでいない、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セルの数と前記第３セルの数とは、同じである、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、
前記第１セル、前記第２セル、および前記第３セルは、同一平面上に設けられている、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、
前記第２セルから射出された光束を、前記第２光検出器に導く光束案内部を含む、磁気センサー。
【請求項８】
請求項７において、
前記光束案内部は、前記第２セルから射出された光束を反射させる位相補償ミラーであり、
前記光束案内部は、偏光面が回転した光束のＰ波とＳ波の位相差を維持したまま反射させる、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、
前記光束射出部は、複数の光束を前記第１方向に射出する、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１１】
磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第１セルと、
前記第１セルの第１方向に設けられ、光束の光学特性を検出する第１光検出器と、
磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容し、前記第１方向と直交する第２方向において互いに対向する第１面および第２面を有する第２セルと、
前記第１面側に設けられ、前記第１面に対して４５°傾斜した第１反射ミラーと、
前記第２面側に設けられ、前記第２面に対して４５°傾斜した第２反射ミラーと、
前記第２反射ミラーの前記第１方向に設けられ、光束の光学特性を検出する第２光検出器と、
を含む、セルユニット。
【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セルユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
地磁気に比べて微弱な心臓の磁場（心磁場）や脳の磁場（脳磁場）等の生体磁場を計測するための磁場計測装置が知られている。磁場計測装置は非侵襲であるため、磁場計測装置により、被検体（生体）に負荷をかけずに臓器の状態を計測することができる。このような磁場計測装置において、３次元空間に分布する磁場を計測するためには、磁場の３軸方向の成分を検出可能な磁気センサーを備える必要がある。
【０００３】
例えば非特許文献１には、検出軸がｙ軸方向であるセルに対して、ｘ軸方向にＡＣ磁場βｘｍｏｄｓｉｎ（ωｘｔ）を印加してロックイン検波することでｚ軸方向成分βｚ０を計測でき、ｚ軸方向にＡＣ磁場βｚｍｏｄｓｉｎ（ωｚｔ）を印加してロックイン検波することでｘ軸方向成分βｘ０を計測できることが記載されている。このような磁気センサーでは、磁場の３軸方向の成分を検出することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓ．Ｊ．Ｓｅｌｔｅｒ  ａｎｄ  Ｍ．Ｖ．Ｒｏｍａｌｉｓ，“Ｕｎｓｈｉｅｌｄｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ａｘｉｓ  ｖｅｃｔｏｒ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｐｉｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ−ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ−ｆｒｅｅ  ａｔｏｍｉｃ  ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ”，ＡＰＰＬＩＥＤ  ＰＨＹＳＩＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ，ＶＯＬＵＭＥ  ８５，ＮＵＭＢＥＲ  ２０，  ｐ．４８０４−４８０６，１５  ＮＯＶＥＭＢＥＲ  ２００４
【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、非特許文献１では、磁場のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、およびＺ軸方向性分を検出するためにヘルムホルツコイルを３ペア設けており、磁気センサーの構成が複雑となる場合があった。さらに、非特許文献１では、複数のヘルムホルツコイル間で電磁的に干渉し、精度よく磁場を検出することができない場合があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出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、磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出することができるセルユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る磁気センサーは、
複数の光束を射出する光束射出部と、
前記光束射出部から射出され第１方向に進行する光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第１セルと、
前記光束射出部から射出された複数の光束の一部を、前記第１方向とは異なる第２方向に折り曲げる第１光束折り曲げ部と、
前記第１光束折り曲げ部において前記第２方向に折り曲げられた光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第２セルと、
前記第１セルから射出された光束の光学特性を検出する第１光検出器と、
前記第２セルから射出された光束の光学特性を検出する第２光検出器と、
を含む。
【０００８】
このような磁気センサーでは、例えば磁場の複数方向の成分を検出するためにヘルムホルツコイルのペアを複数設けなくても、磁場の複数方向の成分を検出することができる。したがって、このような磁気センサーでは、磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出することができる。
【０００９】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記光束射出部から射出された複数の光束の一部を、前記第１方向および前記第２方向とは異なる第３方向に折り曲げる第２光束折り曲げ部と、
前記第２光束折り曲げ部において前記第３方向に折り曲げられた光束が入射し、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第３セルと、
前記第３セルから射出された光束の光学特性を検出する第３光検出器と、
を含んでもよい。
【００１０】
このような磁気センサーでは、磁場の３つの方向の成分を検出することができる。
【００１１】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第１方向、前記第２方向、および前記第３方向は、互いに直交してもよい。
【００１２】
このような磁気センサーでは、磁場の互い直交する３軸方向の成分を検出することができる。
【００１３】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第１セル、前記第２セル、および前記第３セルの何れかは、３個以上設けられ、
前記３個以上設けられたセルの中心の全ては、直線上に並んでいなくてもよい。
【００１４】
このような磁気センサーでは、磁場の互い直交する３軸方向の成分を、より確実に検出することができる。
【００１５】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第２セルの数と前記第３セルの数とは、同じであってもよい。
【００１６】
このような磁気センサーでは、磁場の第２軸方向成分と第３軸方向成分とを、同じ精度で検出することができる。
【００１７】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第１セル、前記第２セル、および前記第３セルは、同一平面上に設けられていてもよい。
【００１８】
このような磁気センサーでは、例えば１つの基板によって容易に第１セル、第２セル、および第３セルを支持することができる。
【００１９】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記第２セルから射出された光束を、前記第２光検出器に導く光束案内部を含んでもよい。
【００２０】
このような磁気センサーでは、第１光束案内部によって、第２セルから射出された光束
を、第１光束案内部に入射させることができる。
【００２１】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記光束案内部は、前記第２セルから射出された光束を反射させる位相補償ミラーであり、
前記光束案内部は、偏光面が回転した光束のＰ波とＳ波の位相差を維持したまま反射させてもよい。
【００２２】
このような磁気センサーでは、第２光検出器の感度が低下することを抑制することができる。
【００２３】
本発明に係る磁気センサーにおいて、
前記光束射出部は、複数の光束を前記第１方向に射出してもよい。
【００２４】
このような磁気センサーでは、光束折り曲げ部を用いずに、第１セルに第１方向に進行する光束を入射させることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
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、第１セル、第２セル、または第３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。
【００２７】
本発明に係るセルユニットは、
磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容する第１セルと、
前記第１セルの第１方向に設けられ、光束の光学特性を検出する第１光検出器と、
磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容し、前記第１方向と直交する第２方向において互いに対向する第１面および第２面を有する第２セルと、
前記第１面側に設けられ、前記第１面に対して４５°傾斜した第１反射ミラーと、
前記第２面側に設けられ、前記第２面に対して４５°傾斜した第２反射ミラーと、
前記第２反射ミラーの前記第１方向に設けられ、光束の光学特性を検出する第２光検出器と、
を含む。
【００２８】
このようなセルユニットでは、磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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第１磁気センサーを模式的に示す側面図。
【図３】本実施形態に係る磁場計測装置の第１磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図４】本実施形態に係る磁場計測装置の処理装置の構成例を示す図。
【図５】本実施形態に係る磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図６】本実施形態に係る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】本実施形態に係る磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図１１】本実施形態の変形例に係る磁気センサーを模式的に示す平面図。
【図１２】本実施形態の変形例に係る磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図１３】本実施形態の変形例に係る磁気センサーを模式的に示す断面図。
【図１４】本実施形態の変形例に係る磁気センサーを模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
１．  磁場計測装置
１．１．  構成
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および以下に示す図２，３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。
【００３２】
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、第１磁気センサー１０と、本発明に係る磁気センサー（図示の例では第２磁気センサー１００）と、処理装置２（図４参照）と、土台３と、テーブル４と、磁気シールド装置６と、を含む。
【００３３】
第１磁気センサー１０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）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２磁気センサー１００は、外部磁場（磁気ノイズ）等の環境磁場を計測するためのセンサーである。第１磁気センサー１０および第２磁気センサー１００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。
【００３４】
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Ｙ軸方向とする。
【００３５】
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、Ｙ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、Ｙ軸方向テーブル４ａと、Ｚ軸方向テーブル４ｂと、Ｘ軸方向テーブル４ｃと、を有している。土台３上には、Ｙ軸方向直動機構３ａによりＹ軸方向に沿って移動するＹ軸方向テーブル４ａが設置されている。Ｙ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Ｘ軸方向直動機構によりレール上をＸ軸方向に沿って移動するＸ軸方向テーブル４ｃが設置されている。
【００３６】
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、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を通る面（Ｘ−Ｚ断面でＹ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、Ｙ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。
【００３７】
第１磁気センサー１０および第２磁気センサー１００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、第１磁気センサー１０および第２磁気センサー１００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、第１磁気センサー１０および第２磁気センサー１００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１磁気センサー１０への影響が抑制されている。
【００３８】
本体部６ａの開口部６ｃから＋Ｙ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、Ｙ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Ｙ軸方向に沿って移動して出入することができる。
【００３９】
処理装置２（図４参照）は、第１磁気センサー１０からの電気信号と、第２磁気センサー１００からの電気信号と、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１磁気センサー１０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１磁気センサー１０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。
【００４０】
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。
【００４１】
本体部６ａおよび土台３の＋Ｙ方向側および−Ｙ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Ｙ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。
【００４２】
第１磁気センサー１０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１０は、第２磁気センサー１００よりも被検体９側に位置している。第１磁気センサー１０は、磁場のＺ軸方向の成分を検出する。すなわち、第１磁気センサー１０の検出軸は、Ｚ軸方向を向いている。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１磁気センサー１０と対向する位置になるようにＹ軸方向テーブル４ａおよびＸ軸方向テーブル４ｃを移動させ、胸部９ａが第１磁気センサー１０に接近するようにＺ軸方向テーブル４ｂを上昇させる。
【００４３】
第２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２磁気センサー１００は、第１磁気センサー１０と離間し、第２磁気センサー１００よりも被検体９から遠い側に位置している。第２磁気センサー１００は、磁場のＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の成分を検出する。すなわち、第２磁気センサー１００の検出軸は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向を向いている。
【００４４】
１．２．  第１磁気センサーの構成
図２は、第１磁気センサー１０を模式的に示す側面図である。図３は、第１磁気センサー１０を模式的に示す平面図である。
【００４５】
図３に示すように、第１磁気センサー１０は、レーザー光源１８を含む。レーザー光源１８から射出されたレーザー光１８ａは、光ファイバー１９を通って基板（透明基板）１７に供給される。基板１７と光ファイバー１９とは、光コネクター２０を介して接続されている。
【００４６】
レーザー光源１８は、例えば、セシウム（Ｃｓ）の吸収線に応じた波長のレーザー光１８ａを出力（射出）する。レーザー光１８ａの波長は、特に限定されないが、本実施形態では、例えば、Ｄ１線に相当する８９４ｎｍの波長に設定している。レーザー光源１８は、チューナブルレーザーであり、レーザー光源１８から出力されるレーザー光１８ａは、一定の光量を有する連続光である。
【００４７】
光コネクター２０を介して供給されたレーザー光１８ａは、＋Ｘ方向に進行して偏光板２１に入射する。偏光板２１を通過したレーザー光１８ａは、直線偏光になっている。そして、レーザー光１８ａは、ハーフミラー２２、ハーフミラー２３、ハーフミラー２４、反射ミラー２５に順次入射する。なお、レーザー光源１８から射出されるレーザー光１８ａが直線偏光の場合は、偏光板２１は設けられていなくてもよい。
【００４８】
ハーフミラー２２，２３，２４は、レーザー光１８ａの一部を反射させて＋Ｙ方向に進行させ、一部のレーザー光１８ａを通過させて＋Ｘ方向に進行させる。反射ミラー２５は、入射したレーザー光１８ａを全て＋Ｙ方向に反射させる。ハーフミラー２２，２３，２４および反射ミラー２５により、レーザー光１８ａは４つの光路に分割される。ハーフミラー２２，２３，２４および反射ミラー２５の反射率は、各光路のレーザー光１８ａの光強度が同じ光強度になるように設定されている。
【００４９】
次に、図２に示すように、レーザー光１８ａは、ハーフミラー２６、ハーフミラー２７、ハーフミラー２８、反射ミラー２９に順次入射する。ハーフミラー２６，２７，２８は、レーザー光１８ａの一部を反射させて＋Ｚ方向に進行させ、一部のレーザー光１８ａを通過させて＋Ｙ方向に進行させる。反射ミラー２９は、入射したレーザー光１８ａを全て＋Ｚ方向に反射させる。
【００５０】
ハーフミラー２６，２７，２８および反射ミラー２９により、１つの光路のレーザー光１８ａは、４つの光路に分割される。ハーフミラー２６，２７，２８および反射ミラー２９の反射率は、各光路のレーザー光１８ａの光強度が同じ光強度になるように設定されている。したがって、レーザー光１８ａは、１６個の光路に分離される。そして、ハーフミラー２２，２３，２４，２６，２７，２８および反射ミラー２５，２９の反射率は、各光路のレーザー光１８ａの光強度が同じ強度になるように設定されている。
【００５１】
レーザー光源１８、光ファイバー１９、光コネクター２０、偏光板２１、ハーフミラー２２，２３，２４，２６，２７，２８および反射ミラー２５，２９は、レーザー光１８ａを複数の光束（図示の例では１６個の光束）としてＺ軸方向に射出する光束射出部３０を構成している。
【００５２】
ハーフミラー２６，２７，２８および反射ミラー２９の＋Ｚ方向側には、レーザー光１８ａの各光路に、４行４列の１６個のガスセル１２が設置されている。そして、ハーフミラー２６，２７，２８および反射ミラー２９にて反射されたレーザー光１８ａは、ガスセル１２を通過する。ガスセル１２は、内部に空隙を有する箱であり、この空隙にはアルカ
リ金属のガスが封入されている。アルカリ金属は、特に限定されず、例えば、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等を用いる。本実施形態では、例えばアルカリ金属にセシウムを用いている。
【００５３】
各ガスセル１２の＋Ｚ方向側には、偏光分離器１３が設置されている。偏光分離器１３は、入射したレーザー光１８ａを、互いに直交する２つの偏光成分のレーザー光１８ａに分離する素子である。偏光分離器１３には、例えば、ウォラストンプリズム、偏光ビームスプリッター等を用いることができる。
【００５４】
偏光分離器１３の＋Ｚ方向側には第１検出部１４が設置され、偏光分離器１３の＋Ｙ方向側には第２検出部１５が設置されている。偏光分離器１３を通過したレーザー光１８ａは第１検出部１４に入射し、偏光分離器１３にて反射されたレーザー光１８ａは第２検出部１５に入射する。第１検出部１４および第２検出部１５は、入射したレーザー光１８ａの光量に応じた電流を処理装置２に出力する。
【００５５】
第１検出部１４および第２検出部１５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、第１検出部１４および第２検出部１５は、非磁性の材料で構成されることが望ましい。第１磁気センサー１０は、Ｘ軸方向の両面およびＹ軸方向の両面に設置されたヒーター１６を有している。ヒーター１６は、磁界を発生しない構造であることが好ましく、例えば、流路中に蒸気や熱風を通過させて加熱する方式のヒーターを用いることができる。ヒーターの代わりに、高周波電圧によりガスセル１２を誘電加熱してもよい。
【００５６】
第１磁気センサー１０は、被検体９（図１参照）の＋Ｚ方向側に配置される。被検体９が発する磁気ベクトルは、−Ｚ方向側から第１磁気センサー１０に入る。磁気ベクトルは、ハーフミラー２６〜反射ミラー２９を通過し、ガスセル１２を通過した後、偏光分離器１３を通過して第１磁気センサー１０から出る。
【００５７】
ガスセル１２内のセシウムは、加熱されてガス状態になっている。そして、直線偏光になったレーザー光１８ａをセシウムガスに照射することにより、セシウム原子が励起され磁気モーメントの向きが揃えられる。この状態でガスセル１２を磁気ベクトルが通過するとき、セシウム原子の磁気モーメントが磁気ベクトルの磁場により歳差運動する。この歳差運動をラーモア歳差運動と称する。
【００５８】
ラーモア歳差運動の大きさは、磁気ベクトルの磁場の強さと正の相関を有している。ラーモア歳差運動は、レーザー光１８ａの偏光面を回転させる。ラーモア歳差運動の大きさとレーザー光１８ａの偏光面の回転角の変化量とは、正の相関を有する。したがって、磁場の強さとレーザー光１８ａの偏光面の回転角の変化量とは、正の相関を有している。
【００５９】
偏光分離器１３は、レーザー光１８ａを直交する２成分の直線偏光に分離する。そして、第１検出部１４および第２検出部１５は、直交する２成分の直線偏光の強さを検出する。これにより、第１検出部１４および第２検出部１５は、レーザー光１８ａ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は、レーザー光１８ａ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。偏光分離器１３、第１検出部１４、および第２検出部１５は、レーザー光１８ａ（光束）の光学特性を検出する光検出器４０を構成している。
【００６０】
ガスセル１２、偏光分離器１３、第１検出部１４、および第２検出部１５により検出ユニット１１が構成される。この検出ユニット１１は、光ポンピング式磁気センサーや光ポンピング原子磁気センサーと称されるセンサーである。検出ユニット１１の感度は、Ｚ軸方向において高く、Ｚ軸方向と直交する方向において低く、あるいは零になっている。図
３に示すように、例えば、第１磁気センサー１０には、検出ユニット１１が４行４列の１６個配置されている。第１磁気センサー１０における検出ユニット１１の個数および配置は特に限定されない。検出ユニット１１は、３行以下でもよく５行以上でもよい。同様に検出ユニット１１は、３列以下でもよく５列以上でもよい。検出ユニット１１の個数が多い程空間分解能を高くすることができる。
【００６１】
１．３．  第２磁気センサーの構成
第１磁気センサー１０が配置される計測対象空間は、磁気シールド装置６（図１参照）により外部磁場の流入が抑制されているが、外部磁場の流入を皆無とすることは困難である。第２磁気センサー１００は、例えば、第１磁気センサー１０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）を計測するためのものである。なお、第２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）を検知してもよい。
【００６２】
第２磁気センサー１００は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の検出軸を有している。これにより、例えば第２磁気センサー１００がＺ軸方向の検出軸のみを有している場合と比較して、第２磁気センサー１００の周辺の平面的な環境磁場の分布あるいは空間的な環境磁場の分布を精度良く推定することができる。第２磁気センサー１００の詳細な構成については、後述する「２．  磁気センサー」で説明する。
【００６３】
１．４．  処理装置の構成
図４は、処理装置２の構成例を示す図である。図４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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  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。
【００６７】
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、上述した校正処理や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１０の第１計測値および第２磁気センサー１００の第２計測値を取得し、第１計測値および第２計測値に基づいて、磁場計算処理を行う。これにより、磁場計測装置１では、第１磁気センサー１０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。
【００６８】
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１００（以下、単に「磁気センサー１００」ともいう）について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る磁気センサー１００を模式的に示す平面図である。図６〜図９は、本実施形態に係る磁気センサー１００を模式的に示す断面図である。なお、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、図８は図５のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であり、図９は図５のＩＸ−ＩＸ線断面図である。また、図５〜図９および以下に示す図１０〜図１４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。
【００６９】
以下、本実施形態に係る磁気センサー１００において、上述した本実施形態に係る第１磁気センサー１０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。このことは、以下に示す本実施形態の変形例に係る第２磁気センサーについても同様である。
【００７０】
磁気センサー１００は、図５〜図９に示すように、ガスセル１２と、光束射出部３０と、光検出器４０と、光束折り曲げ部５０，５２と、光束案内部６０，６２と、を含む。磁気センサー１００は、ヒーター１６および基板１７（図３参照）を含んでいてもよい。なお、便宜上、図５では、光検出器４０を破線で示している。
【００７１】
光束射出部３０は、複数の光束を第１方向（図示の例ではＺ軸方向、Ｚ軸に平行な方向）に射出する。光束射出部３０は、レーザー光源１８と、ハーフミラー２２，２３，２４，３２と、反射ミラー２５，３４と、を有している。光束射出部３０は、光ファイバー１９、光コネクター２０、および偏光板２１を有していてもよい（図３参照）。なお、便宜上、図５では、ハーフミラー３２および反射ミラー３４を一点鎖線で示している。
【００７２】
レーザー光源１８から射出されたレーザー光１８ａは、図５に示すように、＋Ｘ方向に進行したのち、ハーフミラー２２，２３，２４および反射ミラー２５に順次入射する。ハーフミラー２２，２３，２４は、レーザー光１８ａの一部を反射させ＋Ｙ方向に進行させ、一部のレーザー光１８ａを通過させて＋Ｘ方向に進行させる。反射ミラー２５は、入射したレーザー光１８ａを全て＋Ｙ方向に反射させる。
【００７３】
反射ミラー２５において反射されたレーザー光１８ａは、図７に示すように、ハーフミラー３２および反射ミラー３４に順次入射する。ハーフミラー３２は、レーザー光１８ａの一部を反射させて＋Ｚ方向に進行させ、一部のレーザー光１８ａを通過させて＋Ｙ方向に進行させる。反射ミラー３４は、入射したレーザー光１８ａを全て＋Ｚ方向に反射させる。
【００７４】
ハーフミラー２４において反射されたレーザー光１８ａは、図６に示すように、２つのハーフミラー３２および反射ミラー３４に順次入射する。ハーフミラー２３において反射されたレーザー光１８ａは、図５に示すように、ハーフミラー３２および反射ミラー３４に順次入射する。ハーフミラー２２において反射されたレーザー光１８ａは、２つのハーフミラー３２および反射ミラー３４に順次入射する。
【００７５】
図示の例では、ハーフミラー２２，２３，２４，３２および反射ミラー２５，３４により、１つの光路のレーザー光１８ａは、１０個の光路に分離されて、＋Ｚ方向に進行する複数の光束となる。ハーフミラー３２は６個設けられ、反射ミラー３４は４個設けられている。ハーフミラー３２および反射ミラー３４の数によって、レーザー光１８ａの光路の
数を決定することができる。ハーフミラー３２および反射ミラー３４の数は、特に限定されない。ハーフミラー２２，２３，２４，３２および反射ミラー２５，３４の反射率は、例えば、各光路のレーザー光１８ａの光強度が同じ強度になるように設定されている。＋Ｚ方向に進行する複数の光束は、Ｚ軸方向からみて、アレイ状に配置されていてもよい。＋Ｚ方向に進行する複数の光束は、Ｚ軸方向からみて、等間隔に配置されていてもよい。
【００７６】
第１光束折り曲げ部５０は、光束射出部３０から射出された複数の光束の一部（分離されたレーザー光１８ａ）を、Ｚ軸方向とは異なる第２方向（図示の例ではＸ軸方向、Ｘ軸に平行な方向）に折り曲げる。具体的には、第１光束折り曲げ部５０は、反射ミラーであり、＋Ｚ方向に進行するレーザー光１８ａを、Ｘ軸方向に反射させる。図示の例では、第１光束折り曲げ部５０は、３個設けられ、１０個の光束のうち３個の光束をＸ軸方向に反射させる。第１光束折り曲げ部５０は、ハーフミラー３２または反射ミラー３４の＋Ｚ方向に設けられている。
【００７７】
第２光束折り曲げ部５２は、光束射出部３０から射出された複数の光束の一部（分離されたレーザー光１８ａ）を、Ｘ軸方向およびＺ軸方向とは異なる第３方向（図示の例ではＹ軸方向、Ｙ軸に平行な方向）に折り曲げる。具体的には、第２光束折り曲げ部５２は、反射ミラーであり、＋Ｚ方向に進行するレーザー光１８ａを、Ｙ軸方向に反射させる。第１方向、第２方向、および第３方向は、互いに直交する方向である。図示の例では、第２光束折り曲げ部５２は、３個設けられ、１０個の光束のうち３個の光束をＹ軸方向に反射させる。第２光束折り曲げ部５２は、ハーフミラー３２または反射ミラー３４の＋Ｚ方向に設けられている。光束折り曲げ部５０，５２は、ガスセル１２に貼り付けられていてもよいし、図示せぬ基板に貼り付けられていてもよい。
【００７８】
なお、図示はしないが、第１光束折り曲げ部５０および第２光束折り曲げ部５２は、それぞれ第２方向および第３方向に光束を折り曲げることができれば、光ファイバーや、半導体によって構成された光導波路等であってもよい。
【００７９】
ガスセル１２は、磁場の大きさに応じて光束の光学特性を変化させる媒体を収容している。ガスセル１２は、具体的には、気体のアルカリ金属（アルカリ金属の蒸気）を収容している。アルカリ金属は、レーザー光１８ａの発振波長の光を吸収し、光ポンピングされる。アルカリ金属は、この状態で印加されている磁場と相互作用し、円複屈折や線形二色性の作用によりガスセル１２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。
【００８０】
ガスセル１２は、例えば、図５に示すようにＺ軸方向からみて、Ｚ軸方向に進行する光束（分離されたレーザー光１８ａ）の間に設けられている。図５では、Ｚ軸方向に進行する光束を黒丸で図示している。図示の例では、ガスセルの形状は、立方体であるが、特に限定されない。ガスセル１２の材質は、例えば、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等である。
【００８１】
ガスセル１２は、光束射出部３０から射出された光束の数に応じて、複数設けられている。複数のガスセル１２は、図示せぬ基板に支持されていてもよい。図示の例では、ガスセル１２は、１０個設けられている。複数のガスセル１２は、第１ガスセル（第１セル）１２ａと、第２ガスセル（第２セル）１２ｂと、第３ガスセル（第３セル）１２ｃと、に分類される。第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃの各々は、例えば、３個以上設けられている。
【００８２】
第１ガスセル１２ａには、光束射出部３０から射出された光束であって、Ｚ軸方向に進行する光束が入射する。第１ガスセル１２ａは、光束がＺ軸方向に通過するガスセルである。第１ガスセル１２ａは、ハーフミラー３２または反射ミラー３４の＋Ｚ方向に設けら
れている。図示の例では、第１ガスセル１２ａは、４個設けられている。
【００８３】
第１ガスセル１２ａは、図６〜図９に示すように、光束が入射する光入射面１２０ａと、光束が射出する光射出面１２０ｂと、を有している。光入射面１２０ａおよび光射出面１２０ｂは、Ｚ軸方向において互いに対向している。すなわち、光入射面１２０ａおよび光射出面１２０ｂは、Ｚ軸方向の垂線（Ｚ軸方向に延出する垂線）を有している。
【００８４】
第２ガスセル１２ｂには、第１光束折り曲げ部５０においてＸ軸方向に折り曲げられた光束が入射する。第２ガスセル１２ｂは、光束がＸ軸方向に通過するガスセルである。図示の例では、第２ガスセル１２ｂは、３個設けられている。
【００８５】
第２ガスセル１２ｂは、光束が入射する光入射面（第１面）１２２ａと、光束が射出する光射出面（第２面）１２２ｂと、を有している。光入射面１２２ａおよび光射出面１２２ｂは、Ｘ軸方向において互いに対向している。すなわち、光入射面１２２ａおよび光射出面１２２ｂは、Ｘ軸方向の垂線（Ｘ軸方向に延出する垂線）を有している。
【００８６】
第３ガスセル１２ｃは、第２光束折り曲げ部５２においてＹ軸方向に折り曲げられた光束が入射する。第３ガスセル１２ｃは、光束がＹ軸方向に通過するガスセルである。図示の例では、第３ガスセル１２ｃは、３個設けられている。第２ガスセル１２ｂの数と第３ガスセル１２ｃの数とは、例えば、同じである。
【００８７】
第３ガスセル１２ｃは、光束が入射する光入射面１２４ａと、光束が射出する光射出面１２４ｂと、を有している。光入射面１２４ａおよび光射出面１２４ｂは、Ｙ軸方向において互いに対向している。すなわち、光入射面１２４ａおよび光射出面１２４ｂは、Ｙ軸方向の垂線（Ｘ軸方向に延出する垂線）を有している。
【００８８】
第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃは、同一平面上に設けられている。すなわち、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、所定の平面が通過するように設けられている。図示の例では、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、ＸＹ平面（Ｘ軸方向およびＺ軸方向を通る面）上に設けられている。
【００８９】
第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃの何れかは、３個以上設けられ、３個以上設けられたセルの中心の全ては、直線上（一直線上）に並んでいない。図示の例では、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各々は、３個以上設けられている。３個以上の第１ガスセル１２ａの中心は、直線上に並んでいない。例えば、図５に示すように、第１ガスセル１２ａ−１，１２ａ−４の中心は、第１ガスセル１２ａ−２，１２ａ−３の中心を通る仮想直線α上に位置しない。すなわち、第１ガスセル１２ａ−１，１２ａ−４の中心は、仮想直線αと離間して位置している。同様に、３個以上の第２ガスセル１２ｂの中心は、直線上に並んでいない。３個以上の第３ガスセル１２ｃの中心は、直線上に並んでいない。ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通る光束は、例えば、それぞれガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中心を通る。
【００９０】
なお、複数の第１ガスセル１２ａは、分散して設けられていることが好ましく、複数の第２ガスセル１２ｂは、分散して設けられていることが好ましく、複数の第３ガスセル１２ｃは、分散して設けられていることが好ましい。これにより、磁気センサー１００は、磁場の各方向の成分を、精度よく検出することができる。
【００９１】
第１光束案内部６０は、第２ガスセル１２ｂから射出された光束を、第２光検出器４０ｂに導く。具体的には、第１光束案内部６０は、反射ミラーであり、第２ガスセル１２ｂから射出されＸ軸方向に進行する光束を、＋Ｚ方向に反射させる。図示の例では、第１光
束案内部６０は、第２ガスセル１２ｂに対応して３個設けられている。第２ガスセル１２ｂは、Ｘ軸方向において第１光束折り曲げ部５０と第１光束案内部６０とに挟まれて設けられている。第１光束折り曲げ部５０は、例えば、第２ガスセル１２ｂの光入射面１２２ａ側に設けられ、光入射面１２２ａに対して４５°傾斜した傾斜ミラー（第１反射ミラー）である。第１光束案内部６０は、例えば、第２ガスセル１２ｂの光射出面１２２ｂ側に設けられ、光射出面１２２ｂに対して４５°傾斜した傾斜ミラー（第２反射ミラー）である。
【００９２】
第２光束案内部６２は、第３ガスセル１２ｃから射出された光束を、第３光検出器４０ｃに導く。具体的には、第２光束案内部６２は、反射ミラーであり、第３ガスセル１２ｃから射出されＹ軸方向に進行する光束を、＋Ｚ方向に反射させる。図示の例では、第２光束案内部６２は、第３ガスセル１２ｃに対応して３個設けられている。第３ガスセル１２ｃは、Ｙ軸方向において第２光束折り曲げ部５２と第２光束案内部６２とに挟まれて設けられている。第２光束折り曲げ部５２は、例えば、第３ガスセル１２ｃの光入射面１２４ａ側に設けられ、光入射面１２４ａに対して４５°傾斜した傾斜ミラーである。第２光束案内部６２は、例えば、第３ガスセル１２ｃの光射出面１２４ｂ側に設けられ、光射出面１２４ｂに対して４５°傾斜した傾斜ミラーである。
【００９３】
第１光束案内部６０は、第２ガスセル１２ｂから射出された光束を反射させる位相補償ミラーであってもよい。第２光束案内部６２は、第３ガスセル１２ｃから射出された光束を反射させる位相補償ミラーであってもよい。光束案内部６０，６２は、偏光面が回転した光束（入射光束）のＰ波とＳ波の位相差を維持したまま反射させる。光束案内部６０，６２の光束が入射する部分は、入射光束のＰ波とＳ波の位相差を維持したまま反射させるような誘電体多層膜によって構成されていてもよい。光束案内部６０，６２は、ガスセル１２に貼り付けられていてもよいし、図示せぬ基板に貼り付けられていてもよい。
【００９４】
光検出器４０は、偏光分離器１３、第１検出部１４、および第２検出部１５（図２参照）を含んで構成されている。なお、便宜上、図５〜図９では、光検出器４０を簡略化して図示している。光検出器４０は、第１光検出器４０ａと、第２光検出器４０ｂと、第３光検出器４０ｃと、に分類される。
【００９５】
第１光検出器４０ａには、第１ガスセル１２ａから射出された光束が入射する。第１光検出器４０ａは、第１ガスセル１２ａの＋Ｚ方向に設けられている。第２光検出器４０ｂには、第２ガスセル１２ｂから射出された光束が、第１光束案内部６０を介して入射する。第２光検出器４０ｂは、第１光束案内部６０の＋Ｚ方向に設けられている。第３光検出器４０ｃには、第３ガスセル１２ｃから射出された光束が、第２光束案内部６２を介して入射する。第３光検出器４０ｃは、第２光束案内部６２の＋Ｚ方向に設けられている。
【００９６】
光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれ、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃから射出された光束の光学特性を検出する。具体的には、光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、それぞれ、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃから射出された光束の偏光面の回転角を検出する。印加磁場の絶対的強度が微小の場合は、偏光面の回転角は、ガスセル１２内における光束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、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、およびＹ軸方向に進行する光束が通過する３種類のガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを複数設けることにより、磁気センサー１００では、３次元成分の磁場分布の検出が可能となる。
【００９７】
ガスセル１２ａ，１２ｂ、光検出器４０ａ，４０ｂ、第１光束折り曲げ部５０、および第１光束案内部６０は、セルユニット１０１を構成している。セルユニット１０１は、さらに、第３ガスセル１２ｃ、第３光検出器４０ｃ、第２光束折り曲げ部５２、および第２
光束案内部６２を含んでいてもよい。
【００９８】
磁気センサー１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００９９】
磁気センサー１００では、光束射出部３０から射出され第１方向に進行する光束が入射する第１ガスセル１２ａと、第１光束折り曲げ部５０において第２方向に折り曲げられた光束が入射する第２ガスセル１２ｂと、を含む。そのため、磁気センサー１００では、例えば磁場の複数方向の成分を検出するためにヘルムホルツコイルのペアを複数設けなくても、磁場の複数方向の成分を検出することができる。したがって、磁気センサー１００では、磁場の複数方向の成分を検出可能であり、簡素な構成で精度よく磁場を検出することができる。さらに、磁気センサー１００では、磁場の複数方向の成分を検出するためにヘルムホルツコイルのペアを駆動する回路を設けなくてもよい。
【０１００】
磁気センサー１００では、第２光束折り曲げ部５２において第３方向に折り曲げられた光束が入射する第３ガスセル１２ｃを含む。したがって、磁気センサー１００では、磁場の３つの方向の成分を検出することができる。
【０１０１】
磁気センサー１００では、第１方向、第２方向、および第３方向は、互いに直交する。したがって、磁気センサー１００では、磁場の互い直交する３軸方向の成分を検出することができる。
【０１０２】
磁気センサー１００では、第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃの何れかは、３個以上設けられ、３個以上設けられたセルの中心の全ては、直線上に並んでいない。
【０１０３】
ここで、任意の点（ｘ，ｙ，ｚ）でのある時間における計算上の磁場の各成分Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚは、計測する磁場分布の次数に合わせることが理想的であるが、本実施形態では、下記式（１），（２），（３）の１次式で表されるものとする。なお、下記式（１），（２），（３）において、ａ１ｘ〜ａ４ｘ、ａ１ｙ〜ａ４ｙ、およびａ１ｚ〜ａ４ｚは、係数である。
【０１０４】
Ｂｘ＝ａ１ｘ＋ａ２ｘｘ＋ａ３ｘｙ＋ａ４ｘｚ  ・・・  （１）
Ｂｙ＝ａ１ｙ＋ａ２ｙｘ＋ａ３ｙｙ＋ａ４ｙｚ  ・・・  （２）
Ｂｚ＝ａ１ｚ＋ａ２ｚｘ＋ａ３ｚｙ＋ａ４ｚｚ  ・・・  （３）
【０１０５】
ここで、式（１）〜（３）の未知数は、係数ａ１ｘ〜ａ４ｘ、ａ１ｙ〜ａ４ｙ、およびａ１ｚ〜ａ４ｚの１２個であるが、磁場の性質である、発散と回転が共に零であるという条件より、関係式を４つ作ることができ、式（１）〜（３）の未知数を８個に減らすことが可能である。言い換えると、８個のセルがあると全ての係数を求めることができる。すなわち、第１〜第３ガスセルのうち２種類のガスセルが３個、１種類のガスセルが２個でもよいということになるが、第１〜第３ガスセルの何れかを構成するガスセルが一直線上に並んでしまうと不定の係数が発生するので、好ましくない。したがって、磁気センサー１００では、第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃの何れかは、３個以上設けられ、前記３個以上設けられたセルの中心の全ては、直線上に並んでいないことにより、磁場の互い直交する３軸方向の成分を、より確実に検出することができる。
【０１０６】
磁気センサー１００では、第２ガスセル１２ｂの数と第３ガスセル１２ｃの数とは、同じである。そのため、磁気センサー１００では、磁場のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを、同じ精度で検出することができる。磁気センサー１００は、例えば被検体９のＺ軸方向
に位置しているため、磁場のＸ軸方向成分とＹ軸方向成分とを、同じ精度で検出することが好ましい。
【０１０７】
磁気センサー１００では、第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃは、同一平面上に設けられている。そのため、磁気センサー１００では、例えば１つの基板によって容易に第１ガスセル１２ａ、第２ガスセル１２ｂ、および第３ガスセル１２ｃを支持することができる。
【０１０８】
磁気センサー１００では、第２ガスセル１２ｂから射出された光束を、第２光検出器４０ｂに導く第１光束案内部６０を含む。そのため、磁気センサー１００では、第１光束案内部６０によって、第２ガスセル１２ｂから射出された光束を、第１光束案内部６０に入射させることができる。
【０１０９】
磁気センサー１００では、第１光束案内部６０は、第２ガスセル１２ｂから射出された光束を反射させる位相補償ミラーであり、第１光束案内部６０は、偏光面が回転した光束のＰ波とＳ波の位相差を維持したまま反射させる。そのため、磁気センサー１００では、第２光検出器４０ｂの感度が低下することを抑制することができる。例えば、第１光束案内部６０において光束を反射させる際に、反射する前の光束と反射した後の光束とでＰ波とＳ波の位相差が異なると、第２光検出器４０ｂの感度が低下する場合がある。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。
【０１１０】
磁気センサー１００では、光束射出部３０は、複数の光束を第１方向に射出する。そのため、磁気センサー１００では、光束折り曲げ部を用いずに、第１ガスセル１２ａに第１方向に進行する光束を入射させることができる。
【０１１１】
磁気センサー１００では、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、気体のアルカリ金属を収容している。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１２ａ，１２ｂ，１２ｃ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。
【０１１２】
なお、磁気センサー１００においてガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの配置は、図５の例に限定されず、例えば図１０のような配置であってもよい。
【０１１３】
また、磁気センサー１００では、光束がガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃを通る方向は、互い直交していたが、互いに非平行な方向であれば、直交していなくてもよい。また、第２ガスセル１２ｂおよび第３ガスセル１２ｃの一方は、設けられていなくてもよい。
【０１１４】
また、本発明に係る磁場計測装置では、磁気センサー１００がＺ軸方向と直交する方向に複数並んで設けられていてもよい。
【０１１５】
３．  磁気センサーの変形例
次に、本実施形態の変形例に係る第２磁気センサーについて、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態の変形例に係る第２磁気センサー２００（以下、単に「磁気センサー２００」ともいう）を模式的に示す平面図である。図１２〜図１４は、本実施形態の変形例に係る磁気センサー２００を模式的に示す断面図である。なお、図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図であり、図１３は図１１のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図であり、図１４は図１１のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。なお、図１１では、光検出器４０ａ，４０ｂ，４０ｃを破線で示している。
【０１１６】
以下、本実施形態の変形例に係る磁気センサー２００において、上述した本実施形態に
係る磁気センサー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。
【０１１７】
上述した磁気センサー１００は、図５〜図９に示すように、第１ガスセル１２ａは、光束がＺ軸方向に通過するガスセルであり、第２ガスセル１２ｂは、光束がＸ軸方向に通過するガスセルであり、第３ガスセル１２ｃは、光束がＹ軸方向に通過するガスセルであった。
【０１１８】
これに対し、磁気センサー２００は、図１１〜図１４に示すように、磁気センサー２００は、第１ガスセル１２ａは、光束がＸ軸方向に直交する方向であってＹ軸およびＺ軸に対して傾斜した方向（例えばＺ軸から＋Ｙ方向に４５°傾斜した方向、第１方向）に通過するガスセルであり、第２ガスセル１２ｂは、光束がＸ軸方向（第２方向）に通過するガスセルであり、第３ガスセル１２ｃは、光束がＸ軸方向に直交する方向であってＹ軸およびＺ軸に対して傾斜した方向（例えばＺ軸から−Ｙ方向に対して４５°傾斜した方向、第３方向）に通過するガスセルである。
【０１１９】
磁気センサー２００の光束射出部３０は、第１ライトガイド２１０と、第２ライトガイド２１２と、回折素子２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２と、を有している。
【０１２０】
第１ライトガイド２１０には、レーザー光源１８から射出されたレーザー光１８ａが入射する。図示の例では、第１ライトガイド２１０は、Ｘ軸方向に延出している。第１ライトガイド２１０に入射したレーザー光１８ａは、第１ライトガイドの内面を多重反射しながら＋Ｘ方向に進行する。第１ライトガイド２１０の材質は、例えば、ガラス、アクリル樹脂などの樹脂等である。
【０１２１】
回折素子２２０，２２２は、第１ライトガイド２１０に設けられている。図示の例では、回折素子２２０は３個設けられ、回折素子２２２は１個設けられている。回折素子２２２は、第１ライトガイド２１０を進行するレーザー光１８ａの一部を回折により取り出して＋Ｙ方向側に進行させる。回折素子２２２は、回折素子２２０よりも＋Ｘ方向側に設けられている。回折素子２２２は、入射したレーザー光１８ａの全てを回折により取り出して＋Ｙ方向側に反進行させる。
【０１２２】
第２ライトガイド２１２は、第１ライトガイド２１０に接続されている。図示の例では、第２ライトガイド２１２は、４個設けられている。回折素子２２０，２２２によって取り出されたレーザー光１８ａは、第２ライトガイド２１２に入射する。第２ライトガイド２１２は、Ｙ軸方向に延出している。第２ライトガイド２１２に入射したレーザー光１８ａは、第２ライトガイド２１２の内面を多重反射しながら＋Ｙ方向に進行する。第２ライトガイド２１２の材質は、例えば、第１ライトガイド２１０と同じである。
【０１２３】
回折素子２３０，２３２は、第２ライトガイド２１２に設けられている。図示の例では、回折素子２３０は４個設けられ、回折素子２３２は２個設けられている。回折素子２３２は、回折素子２３０よりも＋Ｙ方向側に設けられている。回折素子２３０は、第２ライトガイド２１２を進行するレーザー光１８ａの一部を回折により取り出して、第１方向に進行させる。回折素子２３２は、入射したレーザー光１８ａの全てを回折により取り出して、第１方向に進行させる。第１方向に進行したレーザー光１８ａは、第１ガスセル１２ａまたは第１光束折り曲げ部５０に入射する。
【０１２４】
回折素子２４０，２４２は、第２ライトガイド２１２に設けられている。図示の例では、回折素子２４０は４個設けられ、回折素子２４２は２個設けられている。回折素子２４
２は、回折素子２４０よりも＋Ｙ方向側に設けられている。回折素子２４０は、第２ライトガイド２１２を進行するレーザー光１８ａの一部を回折により取り出して、第３方向に進行させる。回折素子２４２は、入射したレーザー光１８ａの全てを回折により取り出して、第３方向に進行させる。第３方向に進行したレーザー光１８ａは、第３ガスセル１２ｃまたは第１光束折り曲げ部５０に入射する。
【０１２５】
図示の例では、回折素子２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２により、１つの光路のレーザー光１８ａは、１２個の光路に分離される。回折素子２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２は、例えば、各光路のレーザー光１８ａの光強度が同じ強度になるように設計されている。回折素子２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２は、図示せぬ透明基板上にナノインプリント法等によって形成されてもよい。図示の例では、ガスセル１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ４個ずつ設けられている。
【０１２６】
磁気センサー２００では、磁気センサー１００のように第２光束折り曲げ部５２および第２光束案内部６２を設けなくても、レーザー光１８ａを３つの方向に分割することができる。
【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…Ｙ軸方向直動機構、４…テーブル、４ａ…Ｙ軸方向テーブル、４ｂ…Ｚ軸方向テーブル、４ｃ…Ｘ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…第１磁気センサー、１１…検出ユニット、１２…ガスセル、１２ａ…第１ガスセル、１２ｂ…第２ガスセル、１２ｃ…第３ガスセル、１３…偏光分離器、１４…第１検出部、１５…第２検出部、１６…ヒーター、１７…基板、１８…レーザー光源、１８ａ…レーザー光、２０…光コネクター、２１…偏光板、２２，２３，２４…ハーフミラー、２５…反射ミラー、２６，２７，２８…ハーフミラー、２９…反射ミラー、３０…光束射出部、３２…ハーフミラー、３４…反射ミラー、４０…光検出器、４０ａ…第１光検出器、４０ｂ…第２光検出器、４０ｃ…第３光検出器、５０…第１光束折り曲げ部、５２…第２光束折り曲げ部、６０…第１光束案内部、６２…第２光束案内部、１００…磁気センサー、１０１…セルユニット、１１０…操作部、１１２…表示部、１１４…記憶部、１１６…演算部、１２０ａ…光入射面、１２０ｂ…光射出面、１２２ａ…光入射面、１２２ｂ…光射出面、１２４ａ…光入射面、１２４ｂ…光射出面、２００…磁気センサー、２１０…第１ライトガイド、２１２…第２ライトガイド、２２０，２２２，２３０，２３２，２４０，２４２…回折格子
【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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