(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、
照射光を発生し、前記照射光を発光面から出射する面光源と、
前記磁気転写素子と前記面光源の間に挿入された円偏光板
とを具備し、
前記面光源の前記発光面が前記円偏光板を介して前記磁気転写素子に接合された
磁場測定デバイス。
【請求項２】
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、
照射光を発生し、前記照射光を発光面から出射する面光源と、
円偏光板
とを具備し、
前記磁気転写素子が、前記円偏光板と前記面光源の間に設けられている
磁場測定デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の磁場測定デバイスであって、
前記面光源が、エレクトロルミネセンス光源を具備する
磁場測定デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の磁場測定デバイスであって、
前記面光源が、蛍光体を具備し、
前記蛍光体は、前記蛍光体に入射される励起光を受けて蛍光により前記照射光を生成するように構成された
磁場測定デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の磁場測定デバイスと、
前記磁場測定デバイスを撮像して前記磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成する撮像装置
とを備える
磁場測定装置。
【請求項６】
第１光ファイバーと、
前記第１光ファイバーの第１端に接合された磁場測定デバイスを備えたプローブと、
前記第１光ファイバーの第２端に接合された計測光処理部
とを具備し、
前記磁場測定デバイスが、
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、
蛍光体を備え、前記蛍光体に入射される励起光を受けて蛍光により照射光を発生し、前記照射光を出射するように構成された面光源
とを備え、
前記計測光処理部は、
前記励起光を発生する励起光生成部と、
光検出デバイス
とを具備し、
前記蛍光体によって生成された前記照射光のうち前記磁気転写素子を通過した光である計測光が、前記第１光ファイバーの前記第１端に入射され、前記第１光ファイバーを伝搬して前記第１光ファイバーの第２端から出射され、前記光検出デバイスに入射される
磁場測定システム。
【請求項７】
請求項６に記載の磁場測定システムであって、
更に、演算装置を含み、
前記光検出デバイスは、前記計測光を撮像する撮像素子を含み、
前記演算装置は、前記撮像素子から出力される撮像信号から前記磁気転写膜の位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成する
磁場測定システム。
【請求項８】
請求項６に記載の磁場測定システムであって、
前記励起光が、前記励起光生成部から前記第１光ファイバーの前記第２端に入射され、前記第１光ファイバーを伝搬して前記第１光ファイバーの前記第１端から出射され、前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項９】
請求項６に記載の磁場測定システムであって、
更に、
第２光ファイバーを具備し、
前記励起光が、前記第２光ファイバーを介して前記励起光生成部から前記プローブに伝送され、前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の磁場測定システムであって、
前記プローブが、
更に、
前記磁場測定デバイスを収容するスリーブと、
レンズと、
前記スリーブの一端に設けられたミラー
とを具備しており、
前記磁場測定デバイスは、前記レンズと前記ミラーの間に位置しており、
前記励起光は、前記第１光ファイバーの前記第１端から前記レンズに入射され、前記レンズから前記ミラーに入射され、前記ミラーによって反射されて前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の磁場測定システムであって、
前記プローブが、
更に、
前記磁場測定デバイスを収容するスリーブと、
レンズと、
前記スリーブの一端に設けられたミラー
とを具備しており、
前記磁場測定デバイスは、前記レンズと前記ミラーの間に位置しており、
前記励起光は、前記第２光ファイバーを介して前記励起光生成部から前記レンズに入射され、前記レンズから前記ミラーに入射され、前記ミラーによって反射されて前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項１２】
請求項８に記載の磁場測定システムであって、
前記プローブが、
更に、
前記磁場測定デバイスを収容するスリーブと、
レンズと、
散乱体
とを具備しており、
前記励起光は、前記第１光ファイバーの前記第１端から前記レンズに入射され、前記レンズから前記散乱体に入射され、前記散乱体によって散乱されて前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項１３】
請求項９に記載の磁場測定システムであって、
前記プローブが、
更に、
前記磁場測定デバイスを収容するスリーブと、
レンズと、
散乱体
とを具備しており、
前記励起光は、前記第２光ファイバーを介して前記励起光生成部から前記レンズに入射され、前記レンズから前記散乱体に入射され、前記散乱体によって散乱されて前記磁場測定デバイスの前記蛍光体に入射される
磁場測定システム。
【請求項１４】
磁場測定デバイスと、
ビームスプリッタと、
第１円偏光板と、
第２円偏光板と、
第１撮像装置と、
第２撮像装置と、
演算装置
とを具備し、
前記磁場測定デバイスは、
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、
照射光を発生し、前記照射光を発光面から出射する面光源
とを具備し、
前記面光源の前記発光面が前記磁気転写素子に接合され、
前記ビームスプリッタは、前記磁気転写素子から出射される計測光のビームから第１ビーム及び第２ビームを生成し、
前記第１ビームは、前記第１円偏光板を介して前記第１撮像装置に入射され、
前記第２ビームは、前記第２円偏光板を介して前記第２撮像装置に入射され、
前記第１撮像装置は、前記第１ビームを撮像して第１撮像画像を生成し、
前記第２撮像装置は、前記第２ビームを撮像して第２撮像画像を生成し、
前記演算装置は、前記第１撮像画像及び前記第２撮像画像の差分像を前記磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像として生成する
磁場測定システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の磁場測定システムであって、
前記ビームスプリッタは、前記磁気転写素子から出射される計測光のビームの一部を透過して前記第１ビームを生成し、一部を反射して前記第２ビームを生成し、
前記第１円偏光板及び前記第２円偏光板から出射される円偏光の回転方向が同一である
磁場測定システム。
【請求項１６】
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、照射光を発生し、前記照射光を発光面から出射する面光源と、円偏光板とを具備し、前記面光源の前記発光面が前記円偏光板を介して前記磁気転写素子に接合された磁場測定デバイスを所望の位置に配置するステップと、
前記面光源によって生成される前記照射光を前記円偏光板を介して前記磁気転写素子に入射し、前記磁気転写素子から円偏光である計測光が出射された状態で前記磁場測定デバイスを撮像して前記磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成するステップ
とを備える
磁場測定方法。
【請求項１７】
磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、照射光を発生し、前記照射光を発光面から出射する面光源と、円偏光板とを具備し、前記面光源の前記発光面が前記磁気転写素子に接合され、前記磁気転写素子が前記円偏光板と前記面光源の間に設けられている磁場測定デバイスを所望の位置に配置するステップと、
前記面光源によって生成される前記照射光を前記磁気転写素子に入射し、前記円偏光板から円偏光である計測光が出射されている状態で前記磁場測定デバイスを撮像して前記磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成するステップ
とを備える
磁場測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場測定デバイス、磁場測定装置、磁場測定システム及び磁場測定方法に関し、特に、磁気光学効果を用いて磁場を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間磁場を非破壊的に測定する方法として、磁気転写膜を用いた磁気光学イメージングが知られている。磁気転写膜は、磁場によって容易に磁化され、且つ、磁気光学効果（例えば、ファラデー効果）を発現する膜として構成される。当該磁気転写膜の各位置において該位置の磁場に応じて発生する磁気光学効果（例えば、偏光面の回転）を利用して磁場分布を光強度分布に変換し、この光強度分布を光学的に観察することで、磁場分布の情報を得ることができる。この方法では、磁化や電流によって発生する磁場分布を観測することで、磁化分布や電流分布を観測することもできる。磁気転写膜としては、例えば、Ｂｉ置換磁性ガーネット膜が用いられる。磁気転写膜を用いた磁気光学イメージングは、例えば、非特許文献１、特許文献１〜３に知られている。
【０００３】
磁気光学イメージングは、簡便に実施できることが望ましい。上述の非特許文献１、特許文献１〜３は、磁気光学イメージングにおいて偏光顕微鏡を用いる方法を開示しているが、より簡便な構成の装置で磁気光学イメージングを実施できれば、磁気光学イメージングにおける利便性を向上させることができるため、より好ましい。
【０００４】
また、空間磁場の測定に用いられる磁場測定デバイスは、小型であることが望ましい。磁場測定デバイスを小型化することにより、空間磁場の測定を希望する位置に該磁場測定デバイスを配置することが容易になる。このような事情は、磁気転写膜を備えた磁場測定デバイス及びそれを用いた磁気光学イメージングにおいても同様に当てはまる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】小坂 明正、永沼 昌之、青柳 光春、小林 司、S. Niratisairak、野村 龍男、石橋 隆幸、「有機金属分解法を用いたY3-XBiXFe5O12磁気転写膜の作製と評価」、Journal of the Magnetics Society of Japan、日本磁気学会、2011年、Vol. 35、No. 3、p. 194-198
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４３９６４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１７０７号公報
【特許文献３】特開２００５−２９２１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、磁気光学イメージングにおける利便性の向上及び磁場測定デバイスの小型化のうちの少なくとも一方を達成することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的及び新規の特徴は、下記の開示から当業者には容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一の観点では、磁場測定デバイスが、磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、照射光を発生し、照射光を発光面から出射する面光源とを具備する。面光源の発光面が磁気転写素子に接合されている。
【００１０】
本発明の他の観点では、上記の磁場測定デバイスと、磁場測定デバイスを撮像して磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成する撮像装置とを備えている。
【００１１】
本発明の更に他の観点では、磁場測定装置が、光ファイバーと、光ファイバーの第１端に接合され、上記の磁場測定デバイスを備えたプローブと、励起光を発生する光源と、光検出デバイスとを具備する。磁場測定デバイスの面光源としては、蛍光体が用いられる。励起光は、磁場測定デバイスの該蛍光体に入射され、蛍光体によって生成された照射光のうち磁気転写素子を通過した光である計測光が、光ファイバーの一端に入射され、光ファイバーを伝搬して光ファイバーの他端から出射されて光検出デバイスに入射される。
【００１２】
本発明の更に他の観点では、磁場測定システムが、磁場測定デバイスと、ビームスプリッタと、第１円偏光板と、第２円偏光板と、第１撮像装置と、第２撮像装置と、演算装置
とを具備し、磁場測定デバイスは、磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、照射光を発生し、照射光を発光面から出射する面光源とを具備する。面光源の発光面は、磁気転写素子に接合されている。ビームスプリッタは、磁気転写素子から出射される計測光のビームから第１ビーム及び第２ビームを生成する。第１ビームは、第１円偏光板を介して第１撮像装置に入射され、第２ビームは、第２円偏光板を介して第２撮像装置に入射される。第１撮像装置は、第１ビームを撮像して第１撮像画像を生成し、第２撮像装置は、第２ビームを撮像して第２撮像画像を生成する。演算装置は、第１撮像画像及び第２撮像画像の差分像を磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像として生成する。
【００１３】
本発明の更に他の観点では、磁場測定方法が、磁気光学効果を発現する磁気転写膜を備える磁気転写素子と、照射光を発生し、照射光を発光面から出射する面光源とを具備し、面光源の発光面が磁気転写素子に接合された磁場測定デバイスを所望の位置に配置するステップと、面光源によって生成される照射光を磁気転写素子に入射した状態で磁場測定デバイスを撮像して磁気転写膜の各位置における磁場の分布を示す磁場分布画像を生成するステップ
とを備えている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、磁気光学イメージングにおける利便性の向上及び磁場測定デバイスの小型化のうちの少なくとも一方を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の磁場測定デバイスの構成を示す側面図である。
【図２】図１の磁場測定デバイスの２枚の直線偏光板の透過軸の向きを示す平面図である。
【図３】図１の磁場測定デバイスを用いた磁場測定を示す概念図である。
【図４Ａ】磁気転写膜の膜厚方向の磁場とファラデー回転角の関係を示す図である。
【図４Ｂ】角度θ（一方の直線偏光板の透過軸に垂直な面と他方の直線偏光板の透過軸の間の角度）が０°である場合の計測光の強度と膜厚方向の磁場の関係を示すグラフである。
【図４Ｃ】角度θがαＦＳ≦θ≦９０°−αＦＳの範囲にある場合の計測光の強度と膜厚方向の磁場の関係を示すグラフである。
【図４Ｄ】２枚の直線偏光板の透過軸の間の角度θが−αＦＳ＜θ＜αＦＳの範囲にある場合の計測光の強度と膜厚方向の磁場の関係を示すグラフである。
【図４Ｅ】飽和ファラデー回転角αＦＳが大きい場合の計測光の強度と膜厚方向の磁場の関係を示すグラフである。
【図５】磁場測定デバイスの変形例を示す側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の磁場測定デバイスの構成を示す側面図である。
【図７】図６の磁場測定デバイスを用いた磁場測定を示す概念図である。
【図８】磁場測定デバイスの他の変形例を示す側面図である。
【図９】図８の磁場測定デバイスを用いた磁場測定を示す概念図である。
【図１０Ａ】磁場測定デバイスの更に他の変形例を示す側面図である。
【図１０Ｂ】磁場測定デバイスの更に他の変形例を示す側面図である。
【図１１】本発明の一実施形態における磁場測定システムの構成を示すシステム構成図である。
【図１２】本実施形態の磁場測定システムにおいて用いられるプローブの構成を示す断面図である。
【図１３】本実施形態の磁場測定システムにおいて用いられるプローブの他の構成を示す断面図である。
【図１４】本実施形態の磁場測定システムにおいて用いられるプローブの更に他の構成を示す断面図である。
【図１５】磁場測定システムの変形例を図示するシステム構成図である。
【図１６】磁場測定システムの他の変形例を図示するシステム構成図である。
【図１７】本発明の他の実施形態における磁場測定システムの構成を示すシステム構成図である。
【図１８】本実施形態の磁場測定システムによって磁場分布画像を得る動作を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下では、本発明の様々な実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は対応する構成要素は、同一又は対応する参照符号で参照され得ることに留意されたい。また、添付図面においては、発明の理解を容易にするために、部材の寸法が実際の寸法の比率とは異なる比率で図示されることがあることにも留意されたい。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態の磁場測定デバイス１の構成を示す側面図である。本実施形態の磁場測定デバイス１は、磁場光学イメージングにおいて使用される磁場センサーであり、面光源１１と、直線偏光板１２と、磁気転写素子１３と、直線偏光板１４とを備えている。磁場測定デバイス１は、直線偏光板１２と磁気転写素子１３と直線偏光板１４とが積層されて一体化された構造体として構成されている。詳細には、直線偏光板１２は、面光源１１に接合され、磁気転写素子１３は、その直線偏光板１２に接合されている。更に、直線偏光板１４は、磁気転写素子１３に接合されている。磁気転写素子１３は、直線偏光板１２、１４の間に設けられていることになる。
【００１８】
面光源１１は、磁気転写素子１３に照射する照射光を発生し、発光面１１ａから出射する。面光源１１の発光面１１ａは、直線偏光板１２を挟んで磁気転写素子１３に接合されている。即ち、発光面１１ａから出射された照射光は、直線偏光板１２を介して磁気転写素子１３に入射される。
【００１９】
面光源１１としては、例えば、エレクトロルミネセンスを利用して光を発生するエレクトロルミネセンス光源（ＥＬ光源）が使用され得る。エレクトロルミネセンス光源を面光源１１として利用することで、面光源１１の厚さを薄くすることができ、好適である。
【００２０】
後述の実施形態で詳細に述べられるように、面光源１１としては、蛍光体を用いてもよい。面光源１１として蛍光体を用いる場合、面光源１１に電気を供給しなくても励起光を供給することで磁気転写素子１３に照射する照射光を発生できる。よって、面光源１１として蛍光体を用いることは、電気を用いることが困難な環境、例えば、防爆が求められる環境や電気配線を配線することが難しい環境における使用に好適である。
【００２１】
直線偏光板１２は、偏光面が特定の向きである直線偏光を通過するように構成されている。直線偏光板１２は、面光源１１と磁気転写素子１３との間に挿入されており、磁気転写素子１３には、偏光面が特定の向きである直線偏光の照射光が入射される。
【００２２】
磁気転写素子１３は、基板１３ａと、基板１３ａの一方の主面に形成された磁気転写膜１３ｂとを備えている。磁気転写膜１３ｂとしては、大きなファラデー効果を発現する磁性膜が使用されることが好ましい。一実施形態では、磁気転写膜１３ｂとしては、面内磁化を有する（即ち、磁化容易軸が膜面に平行である）磁性膜を用いてもよい。この場合、磁化（及びファラデー回転角）が磁場に対して比例関係になり、これは、磁気光学イメージングにおいて良好な画像を得るために好ましい。
【００２３】
磁気光学イメージングの感度の向上のためには、磁気転写膜１３ｂとして、面直磁化を有し（即ち、磁化容易軸が膜面に垂直であり）、且つ、残留磁化が小さい磁性膜が用いられることが好ましい。この場合も、磁化（及びファラデー回転角）が磁場に対して比例関係になる上、飽和磁場が小さくなるため磁場に対するファラデー回転角の増加量が大きくなる。なお、面直磁化を有し、且つ、残留磁化が小さい磁性膜が磁気転写膜１３ｂとして用いられる場合には、保磁力が小さくなって迷路状磁区が形成しやすいので、必要とする空間分解能よりも磁区幅が十分に小さい磁性膜が使用されることが好ましい。
【００２４】
好適な一実施形態では、磁気転写膜１３ｂとして、磁性ガーネット膜、例えば、Ｂｉ置換磁性ガーネット（Ｙ３−ＸＢｉＸＦｅ５Ｏ１２）で形成された膜が用いられる。Ｂｉ置換磁性ガーネットで形成された薄膜は、面内磁化を有しており、磁気転写膜１３ｂとして好適に使用することができる。また、Ｂｉ置換磁性ガーネットに、イットリウム（Ｙ）と置換する他の元素（例えば、ルテチウム（Ｌｕ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ネオジム（Ｎｄ）、鉛（Ｐｂ））、及び／又は、鉄（Ｆｅ）と置換する他の元素（例えば、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ））が添加された材料が、磁気転写膜１３ｂとして用いられてもよい。
【００２５】
他の実施形態では、磁気転写膜１３ｂとして、（Ｎｄ，Ｂｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２で形成された薄膜又は（Ｎｄ，Ｂｉ）３（Ｆｅ，Ｇａ）５Ｏ１２で形成された薄膜が用いられてもよい。（Ｎｄ，Ｂｉ）３Ｆｅ５Ｏ１２で形成された薄膜は、面直磁化を有しながら保磁力及び残留磁化が小さく、磁気転写膜１３ｂとしての使用に好適である。また、（Ｎｄ，Ｂｉ）３（Ｆｅ，Ｇａ）５Ｏ１２についても、特にＧａの含有量が小さい範囲については面直磁化を有しながら保磁力及び残留磁化が小さく、磁気転写膜１３ｂとしての使用に好適である。
【００２６】
磁気光学イメージングにおいて良好な画像を得るためには、磁気転写膜１３ｂは、結晶粒が極めて小さいグラニュラー構造を有するように形成されることが好ましい。グラニュラー構造を有する磁気転写膜１３ｂでは、大きな磁区が発生しにくいので、磁場と無関係に磁区の存在による像が生じにくくなる。磁気転写膜１３ｂの結晶粒の粒径は、一例としては、５０ｎｍ程度に形成されることが好ましい。このような構造の磁気転写膜１３ｂは、例えば、有機金属堆積法（Metal Organic Deposition（MOD））を用いて形成され得る。
【００２７】
基板１３ａは、磁気転写膜１３ｂの形成に適した材料で形成される。磁気転写膜１３ｂとして磁性ガーネット膜が用いられる場合、基板１３ａとしては、例えば、ガドリニウムガリウムガーネット（Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２）の単結晶基板が用いられてもよく、また、ガラス基板が用いられてもよい。基板１３ａとしてガラス基板を用いることは、磁気転写素子１３の大面積化が容易にできる点で好ましい。
【００２８】
直線偏光板１４は、偏光面が特定の向きである直線偏光を通過するように構成されている。直線偏光板１４は、磁気転写素子１３を挟んで直線偏光板１２に対向するように設けられている。直線偏光板１４は、磁気転写素子１３を通過した光のうち、偏光面が特定の向きである直線偏光を選択的に出射する。直線偏光板１４から出射された光が、磁気光学イメージングにおいて画像を生成するために用いられる計測光として用いられる。
【００２９】
なお、図１には、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂが直線偏光板１２に接合され、基板１３ａが直線偏光板１４に接合されている構造が図示されているが、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂが直線偏光板１４に接合され、基板１３ａが直線偏光板１２に接合されてもよい。ただし、磁気転写膜１３ｂを磁場分布の測定を希望する位置に近づけやすくするという観点では、磁気転写膜１３ｂが面光源１１に近い側に設けられることが好ましく、よって、磁気転写膜１３ｂが直線偏光板１２に接合される構成が好適である。
【００３０】
図２は、直線偏光板１２の透過軸と直線偏光板１４の透過軸の方向を示す平面図である。図２において、直線偏光板１２の透過軸の向きは、破線矢印１２ａによって示されており、直線偏光板１４の透過軸の向きは、矢印１４ａによって示されている。直線偏光板１２の透過軸は、Ｘ軸方向に平行な向きに規定されている。
【００３１】
本実施形態では、図２に図示されているように、直線偏光板１２の透過軸と直線偏光板１４の透過軸とが異なる方向に向けられている。図２においては、直線偏光板１２の透過軸に垂直な面と直線偏光板１４の透過軸の間の角度（即ち、直線偏光板１２を通過する直線偏光の偏光面に垂直な面と、直線偏光板１４を通過する直線偏光の偏光面の間の角度）が“θ”として図示されている。後に詳細に議論するように、角度θには好適な範囲がある。
【００３２】
上記の構成の磁場測定デバイス１の各位置から出射される計測光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置の磁場に依存するので、磁場測定デバイス１を撮像装置２によって撮像することにより、磁場分布画像（磁場分布を示す画像）を取得することができる。図３は、本実施形態の磁場測定デバイス１を用いた磁場測定を示す概念図である。図３は、一例として、磁場発生源３によって発生される磁場の分布の測定に磁場測定デバイス１が用いられる場合を図示している。
【００３３】
図３に図示されているように、磁場測定デバイス１は、磁場分布の測定を希望する位置に設置される。磁場分布の測定の際には、面光源１１を動作させて照射光が発生される。発生した照射光は、直線偏光板１２を介して磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂに入射される。磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂには、直線偏光の照射光が入射されることになる。
【００３４】
磁気転写膜１３ｂのファラデー効果により、照射光が磁気転写膜１３ｂを膜厚方向（図３におけるＺ軸方向）に通過する間に照射光の偏光面が回転する。磁気転写膜１３ｂの各位置における偏光面の回転角、即ち、ファラデー回転角αは、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場、より厳密には、磁気転写膜１３ｂの各位置における膜厚方向（図３のＺ軸方向）の磁場ＨＺに依存している。図４Ａは、膜厚方向の磁場ＨＺに対するファラデー回転角αの依存性の一例を示している。ファラデー回転角αは、磁気転写膜１３ｂの各位置の磁場ＨＺが十分に大きい場合には飽和する。図４Ａにおいて、αＦＳは、ファラデー回転角αが飽和したときの絶対値（飽和ファラデー回転角）であり、ＨＦＳは、ファラデー回転角が飽和する磁場ＨＺの絶対値である。なお、偏光面の回転の向き（ファラデー回転角αの符号）は、磁場ＨＺの方向に依存しており、磁場ＨＺの方向が逆になると偏光面の回転の向きも逆になる。
【００３５】
磁気転写膜１３ｂを膜厚方向（図３におけるＺ軸方向）に通過する間における偏光面の回転により、直線偏光板１４の各位置からは、磁気転写膜１３ｂの各位置におけるファラデー回転角α、即ち、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存した強度を有する計測光が出射される。よって、直線偏光板１４から出射される計測光を撮像装置２で撮像することで磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存した強度を反映した画像、即ち、磁場分布画像を得ることができる。
【００３６】
膜厚方向の磁場ＨＺと計測光の強度との間に一対一対応の関係を成立させるためには、角度θ（即ち、直線偏光板１２の透過軸に垂直な面と直線偏光板１４の透過軸の間の角度）は、下記式（１）の範囲にあることが好ましい。
αＦＳ≦θ≦９０°−αＦＳ                ・・・（１）
ここで、αＦＳは、十分に大きな磁場が印加されて偏光面の回転が飽和したときにおける偏光面の回転角、即ち、飽和ファラデー回転角である。以下では、角度θが、式（１）の範囲にあることが好適な理由について議論する。
【００３７】
一般的な光学系では、透過軸の間の角度が９０°であるような一対の偏光子が用いられることが多い。これは、図２の直線偏光板１２、１４の配置において、角度θを０°に設定することに相当する。しかしながら、直線偏光板１２、１４の透過軸の間の角度を９０°に設定すると、即ち、角度θを０°に設定すると、図４Ｂに図示されているように、磁場測定デバイス１から出射される計測光の強度は、磁場ＨＺの向きに依存せずに磁場ＨＺの絶対値に依存することになる。これは、図４Ａのグラフにも示されているように、磁場ＨＺの大きさ（絶対値）を同一にしたまま磁場Ｈｚの向きを逆にすると、ファラデー回転角αも、その大きさを同一にしたまま逆の向きになるからである。詳細には、計測光の強度は、磁場ＨＺが−ＨＦＳ＜ＨＺ＜＋ＨＦＳの範囲において、概ね、磁場ＨＺに対してｓｉｎ２（γＨＺｄ）に比例する。ここで、γはベルデ定数であり、ｄは、磁気転写膜１３ｂの膜厚である。よって、角度θを９０°に設定すると、計測光の強度から磁場ＨＺの向きを特定することができない。これは、得られる磁場分布画像からは磁場ＨＺの向きを把握できないことを意味している。
【００３８】
一方、図４Ｃに図示されているように、角度θを式（１）の範囲に設定すると、ファラデー回転角αが飽和しないような磁場ＨＺの範囲（即ち、−ＨＦＳ＜ＨＺ＜＋ＨＦＳの範囲）のうち、磁場ＨＺと計測光の強度との間に一対一対応が成立する範囲を広くすることができる。これは、広範囲の磁場ＨＺについて、計測光の強度から、磁場ＨＺを、その向きを含めて特定可能であることを意味している。このように、角度θを上記の式（１）の範囲を設定することにより、磁場ＨＺの向きを把握可能な磁場分布画像を得ることができる。更に、磁場分布画像の各位置における輝度から、磁気転写膜１３ｂの各位置の磁場を特定することも可能になる。
【００３９】
なお、図４Ｄに図示されているように、−αＦＳ＜θ＜αＦＳである場合には、磁場ＨＺと計測光の強度との間に一対一対応の関係が成立する磁場ＨＺの範囲と、成立しない磁場ＨＺの範囲とが存在することになる。磁場ＨＺがとり得る範囲が既知である場合には、−αＦＳ＜θ＜αＦＳが成立するように角度θを設定してもよい。しかしながら、向きを含めた磁場ＨＺの特定のためには、角度θが上記式（１）で規定される範囲にあることが好ましい。
【００４０】
また、図４Ｅに図示されているように、飽和ファラデー回転角αＦＳが大きい場合（より具体的には、角度θと飽和ファラデー回転角αＦＳの和が９０°を超える場合）、磁場ＨＺの絶対値が大きい範囲において磁場ＨＺと計測光の強度との対応関係が一対一関係にならない場合が生じ得る。図４Ｅでは、磁場ＨＺが−ＨＦＳ＜ＨＺ＜Ｈ１（＜０）の範囲と（０＜）Ｈ２＜ＨＺ＜ＨＦＳの範囲において、場ＨＺと計測光の強度との対応関係が一対一関係にならない。しかしながら、このような設定は、小さな磁場ＨＺの計測においては感度を高めることができるので、むしろ好適である。
【００４１】
本実施形態の磁場測定デバイス１の利点の一つは、磁気光学イメージングを容易に実施できることである。本実施形態では、面光源１１と直線偏光板１２と磁気転写素子１３と直線偏光板１４とが一体化された構造体として構成された磁場測定デバイス１を、磁場分布を測定する空間に設置し、面光源１１を動作させた状態で磁場測定デバイス１を撮像装置２で撮影するだけで磁場分布画像を得ることができる。
【００４２】
図５は、本実施形態の磁場測定デバイス１の変形例を示す側面図である。図５に図示されている磁場測定デバイス１では、面光源１１の裏面１１ｂ（発光面１１ａに対向する面）に反射板１５が接合されている。このような構成では、面光源１１の裏面から出射される光が反射板１５によって反射されるため、磁気転写素子１３に照射される照射光の強度を増加させることができる。このような構成は、面光源１１が発生する光を磁場測定に有効に利用するために好適である。
【００４３】
図６は、本発明の他の実施形態における磁場測定デバイス１Ａの構成を示す側面図である。図６に図示されている磁場測定デバイス１Ａは、一対の直線偏光板１２、１４の代わりに、円偏光板１６を備えている。円偏光板１６は、入射光から円偏光を生成する機能を有する光学素子であり、最も典型的には、積層された直線偏光板と１／４波長板で構成される。
【００４４】
詳細には、面光源１１の発光面１１ａに円偏光板１６が接合され、その円偏光板１６に磁気転写素子１３が接合されている。図６の構造では、磁気転写素子１３が、円偏光板１６を介して面光源１１の発光面１１ａに接合されていることになる。図６の構造では、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂが円偏光板１６に接合されているが、基板１３ａが円偏光板１６に接合されてもよい。ただし、磁気転写膜１３ｂを磁場分布の測定を希望する位置に近づけやすくするという観点では、磁気転写膜１３ｂが面光源１１に近い側に設けられることが好ましく、よって、磁気転写膜１３ｂが円偏光板１６に接合される構成が好適である。
【００４５】
第２の実施形態の磁場測定デバイス１Ａについても、磁場測定デバイス１Ａの各位置から出射される計測光の強度が磁気転写膜１３ｂの各位置の磁場に依存するので、磁場測定デバイス１Ａを撮像装置２によって撮像することにより、磁場分布画像（磁場分布を示す画像）を得ることができる。図７は、本実施形態の磁場測定デバイス１Ａを用いた磁場測定を示す概念図である。図７は、一例として、磁場発生源３によって発生される磁場の分布の測定に磁場測定デバイス１Ａが用いられる場合を図示している。
【００４６】
図７に図示されているように、磁場測定デバイス１Ａは、磁場分布の測定を希望する位置に設置される。磁場分布の測定の際には、面光源１１を動作させて照射光が発生される。発生した照射光は、円偏光板１６を介して磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂに入射する。磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂには、円偏光の照射光が入射されることになる。以下の説明では、便宜上、円偏光板１６が右回り円偏光を生成するとして説明を行う。ただし、円偏光板１６が左回り円偏光を生成する場合でも同様の原理によって磁場分布画像を得ることができることに留意されたい。
【００４７】
本実施形態では、磁気転写膜１３ｂが有する偏光円二色性（右回り円偏光と左回り円偏光の吸収係数が異なるという性質）、及び、吸収係数が磁場に依存するという現象が利用される。磁気転写膜１３ｂに右回り円偏光が入射されると、磁気転写膜１３ｂのファラデー効果により、磁気転写膜１３ｂにおいて右回り円偏光と左回り円偏光とが生成される。磁気転写膜１３ｂの各位置において生成される右回り円偏光と左回り円偏光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場、より厳密には、磁場の膜厚方向（図３のＺ軸方向）の磁場ＨＺに依存している。
【００４８】
ここで、偏光円二色性により、右回り円偏光と左回り円偏光とで磁気転写膜１３ｂにおける吸収係数が異なっているので、結果として、磁気転写膜１３ｂの各位置から出射される計測光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存することになる。よって、磁気転写膜１３ｂから出射される計測光を撮像装置２で撮像することで磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存した強度を反映した画像、即ち、磁場分布画像を得ることができる。
【００４９】
図６に図示されている磁場測定デバイス１Ａも、図１に図示されている磁場測定デバイス１と同様に、磁気光学イメージングを容易に実施できるという利点を有している。図６の実施形態では、面光源１１と円偏光板１６と磁気転写素子１３とが一体化された構造体として構成された磁場測定デバイス１Ａを、磁場分布を測定する空間に設置し、面光源１１を動作させた状態で磁場測定デバイス１Ａを撮像装置２で撮影するだけで磁場分布画像を得ることができる。
【００５０】
図８は、磁場測定デバイスの変形例を示している。該変形例の磁場測定デバイスは、符号“１Ｂ”で参照されている。図６の磁場測定デバイス１Ａでは、円偏光板１６で生成した円偏光を照射光として磁気転写素子１３に入射する構成となっているが、図８の磁場測定デバイス１Ｂでは、磁気転写素子１３から出射される光から円偏光板１６により円偏光を取り出す構成が採用される。
【００５１】
詳細には、面光源１１の発光面１１ａに磁気転写素子１３が接合され、その磁気転写素子１３に円偏光板１６が接合されている。図８の構造では、磁気転写素子１３が、面光源１１の発光面１１ａに直接に接合されていることになる。図８では、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂが面光源１１の発光面１１ａに接合され、基板１３ａが円偏光板１６に接合されているが、基板１３ａが発光面１１ａに接合され、磁気転写膜１３ｂが円偏光板１６に接合されてもよい。
【００５２】
図８の磁場測定デバイス１Ｂについても、磁場測定デバイス１Ｂの各位置から出射される計測光の強度が磁気転写膜１３ｂの各位置の磁場に依存するので、磁場測定デバイス１Ｂを撮像装置２によって撮像することにより、磁場分布画像（磁場分布を示す画像）を得ることができる。図９は、本実施形態の磁場測定デバイス１Ｂを用いた磁場測定を示す概念図である。図９は、一例として、磁場発生源３によって発生される磁場の分布の測定に磁場測定デバイス１Ｂが用いられる場合を図示している。以下の説明では、便宜上、円偏光板１６が右回り円偏光を生成するとして説明を行う。ただし、円偏光板１６が左回り円偏光を生成する場合でも同様の原理により、磁場分布画像を得ることができることに留意されたい。
【００５３】
図９に図示されているように、磁場測定デバイス１Ｂは、磁場分布の測定を希望する位置に設置される。磁場分布の測定の際には、面光源１１を動作させて照射光が発生される。発生した照射光は、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂに入射する。磁気転写膜１３ｂに入射する照射光は、様々な偏光を含んでいる。
【００５４】
本実施形態では、磁気転写膜１３ｂが有する偏光円二色性（右回り円偏光と左回り円偏光の吸収係数が異なるという性質）、及び、吸収係数が磁場に依存するという現象が利用される。磁気転写膜１３ｂに照射光が入射すると、磁気転写膜１３ｂのファラデー効果により、磁気転写膜１３ｂにおいて右回り円偏光と左回り円偏光とが生成される。磁気転写膜１３ｂの各位置において生成される右回り円偏光と左回り円偏光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場、より厳密には、磁場の膜厚方向（図３のＺ軸方向）の磁場ＨＺに依存している。
【００５５】
ここで、偏光円二色性により、右回り円偏光と左回り円偏光とで磁気転写膜１３ｂにおける吸収係数が異なっているので、結果として、磁気転写膜１３ｂの各位置から出射される光における右回り円偏光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存することになる。
【００５６】
磁気転写膜１３ｂから出射される光は、円偏光板１６に入射される。これにより、磁気転写膜１３ｂから出射された光のうち右回り円偏光の成分が計測光として円偏光板１６から出射される。上述のように、磁気転写膜１３ｂの各位置から出射される右回り円偏光の強度は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存するので、結果として、円偏光板１６から出射される計測光の強度も磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存することになる。よって、円偏光板１６から出射される計測光を撮像装置２で撮像することで磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場Ｈｚに依存した強度を反映した画像、即ち、磁場分布画像を得ることができる。
【００５７】
図８に図示されている磁場測定デバイス１Ｂも、図１に図示されている磁場測定デバイス１、及び、図６に図示されている磁場測定デバイス１Ａと同様に、磁気光学イメージングを容易に実施できるという利点を有している。図８の実施形態では、面光源１１と磁気転写素子１３と円偏光板１６とが一体化された構造体として構成された磁場測定デバイス１Ｂを、磁場分布を測定する空間に設置し、面光源１１を動作させた状態で磁場測定デバイス１Ｂを撮像装置２で撮影するだけで磁場分布画像を得ることができる。
【００５８】
なお、本実施形態においても、図１０Ａ、図１０Ｂに図示されているように、面光源１１の裏面１１ｂ（発光面１１ａに対向する面）に反射板１５が接合されてもよい。このような構成では、面光源１１の裏面から出射される光が反射板１５によって反射されるため、磁気転写素子１３に照射される照射光の強度を増加させることができる。このような構成は、面光源１１が発生する光を磁場測定に有効に利用するために好適である。
【００５９】
上述の磁場測定デバイス１、１Ａ、１Ｂは、板状の構造体が積層された積層体という簡単な構造を有しており、小型化が容易であるという利点も有している。このような磁場測定デバイス１、１Ａ、１Ｂの利点を生かす好適な応用の一つは、磁場を計測するためのプローブである。以下では、磁場を計測するためのプローブ及び該プローブを備えた磁場測定システムの実施形態を説明する。
【００６０】
図１１は、一実施形態における磁場測定システム２０の構成を示すシステム構成図である。磁場測定システム２０は、プローブ２１と、光ファイバー２２と、計測光処理部２３とを備えている。
【００６１】
図１２は、プローブ２１の構成を示す断面図である。プローブ２１は、磁場測定デバイス１と、スリーブ４１と、レンズ４２と、凹面鏡４３と、フィルター４４とを備えている。
【００６２】
磁場測定デバイス１は、上述されているように、面光源１１と、直線偏光板１２と、磁気転写素子１３と、直線偏光板１４とを備えている。ただし、本実施形態では、面光源１１として蛍光体が用いられる。図１２では、面光源１１として用いられる蛍光体が、符号１１Ａで示されている。なお、図１２には、図１に図示されている構成の磁場測定デバイス１がプローブ２１において使用される実施形態が図示されているが、図６に図示されている構成の磁場測定デバイス１Ａ、図８に図示されている構成の磁場測定デバイス１Ｂを使用してもよい。この場合にも面光源１１として蛍光体が用いられることが好ましい。
【００６３】
スリーブ４１は、円筒状の中空の構造体であり、その一端にレンズ４２が取り付けられると共に、他端に凹面鏡４３（凹面ミラー）が取り付けられている。スリーブ４１の内部空間には、磁場測定デバイス１とフィルター４４とが収容されている。磁場測定デバイス１は、レンズ４２の光軸上に位置するように設けられており、レンズ４２と凹面鏡４３の間に位置している。フィルター４４は、磁場測定デバイス１の周囲を取り囲むように設けられている。フィルター４４は、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａを励起する励起光を選択的に通過させる波長特性を有している。本実施形態では、励起光として青色光が用いられるので、フィルター４４としては、青色光を選択的に透過する青透過フィルターが用いられる。
【００６４】
図１１に戻り、光ファイバー２２は、プローブ２１と計測光処理部２３とを接続するために用いられる。光ファイバー２２の一端は、プローブ２１に光学的に接続されており、他端が計測光処理部２３に光学的に接続されている。
【００６５】
計測光処理部２３は、プローブ２１の磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａを励起する励起光を生成すると共に、磁場測定デバイス１から出射される計測光から磁場測定デバイス１の位置における磁場を算出する。詳細には、計測光処理部２３は、レーザーダイオード３１と、レンズ３２と、青反射ミラー３３と、レンズ３４と、フォトダイオード３５と、インタフェース３６と、演算装置３７とを備えている。
【００６６】
レーザーダイオード３１は、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａを励起する励起光を発生する。励起光として青色光が用いられる本実施形態では、レーザーダイオード３１として青色レーザーダイオードが用いられる。
【００６７】
レンズ３２は、レーザーダイオード３１で発生された励起光を平行光にコリメートする。青反射ミラー３３は、レンズ３２から出射される励起光を反射してレンズ３４に入射する。後述されるように、青反射ミラー３３は、青色光である励起光を反射する一方で、計測光を通過するように形成される。レンズ３４は、青反射ミラー３３によって反射された励起光を光ファイバー２２に入射すると共に、光ファイバー２２から出射される計測光を平行光にコリメートして青反射ミラー３３に向けて出射する。レンズ３４から出射された計測光は、青反射ミラー３３を透過してフォトダイオード３５に入射される。
【００６８】
フォトダイオード３５は、それに入射した計測光を電気信号に変換し、該電気信号を出力する光検出デバイスとして用いられる。フォトダイオード３５から出力される電気信号は、計測光の強度に対応する信号レベルを有している。
【００６９】
インタフェース３６は、フォトダイオード３５から受け取った電気信号に対してデジタル−アナログ変換を行い、電気信号の信号レベルに対応するデジタル測定データを生成する。フォトダイオード３５から受け取った電気信号の信号レベルは、磁場測定デバイス１から出力される計測光の強度、即ち、磁場測定デバイス１が設けられた位置（より厳密には、磁気転写膜１３ｂの位置）における磁場の強度に対応している。
【００７０】
演算装置３７は、インタフェース３６から受け取ったデジタル測定データに基づいて、磁場測定デバイス１が設けられた位置の磁場を算出する。
【００７１】
続いて、磁場測定システム２０を用いた磁場測定について説明する。本実施形態の磁場測定システム２０は、プローブ２１の磁場測定デバイス１が設けられた位置における磁場を測定するように構成されている。磁場測定システム２０は、下記のような動作によって磁場を測定する。
【００７２】
図１１を参照して、磁場の測定の際には、レーザーダイオード３１により、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａを励起する励起光が発生される。発生された励起光は、図１１においては符号２４で示されている。上述のように、本実施形態では、励起光２４は青色光である。励起光２４は、レンズ３２によって平行光にコリメートされ、青反射ミラー３３によって反射され、更に、レンズ３４によって集光されて光ファイバー２２の一端に入射される。光ファイバー２２に入射された励起光２４は、光ファイバー２２によってプローブ２１に伝送される。
【００７３】
図１２に図示されているように、プローブ２１に伝送された励起光２４は、光ファイバー２２の他端から出射されてプローブ２１のレンズ４２に入射され、レンズ４２によって平行光にコリメートされる。レンズ４２から出射した励起光２４が、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａに供給され、励起光２４による励起によって蛍光体１１Ａが発生する光が、磁気転写素子１３に照射される照射光として用いられる。詳細には、レンズ４２から出射した励起光２４のビームのうち、レンズ４２の光軸の近傍の部分は、磁場測定デバイス１に直接に入射されて蛍光体１１Ａの励起に使用される。一方、レンズ４２の光軸から離れた部分は、フィルター４４を通過して凹面鏡４３に入射される。凹面鏡４３によって反射された励起光２４は、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａに入射されて蛍光体１１Ａの励起に使用される。フィルター４４は、磁場測定デバイス１から出射された計測光のうちレンズ４２に入射しなかった光が凹面鏡４３に入射することを防ぐ役割を果たしている。蛍光体１１Ａによって発生される照射光は、励起光２４の波長よりも長い波長を有している。
【００７４】
蛍光体１１Ａによって発生された照射光は、直線偏光板１２を介して磁気転写素子１３に入射され、更に、直線偏光板１４に入射される。直線偏光板１４から出射される光が、計測光２５として用いられる。計測光２５の強度は、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂの位置における磁場に依存している。計測光２５は、レンズ４２に入射され、更に、光ファイバー２２に入射される。光ファイバー２２に入射された計測光２５は、光ファイバー２２によって計測光処理部２３に伝送される。
【００７５】
図１１を再度に参照して、計測光処理部２３に伝送された計測光２５は、光ファイバー２２から出射されて計測光処理部２３のレンズ３４に入射され、レンズ３４によって平行光にコリメートされる。レンズ３４から出射された計測光２５は、青反射ミラー３３を通過してフォトダイオード３５に入射される。蛍光体１１Ａの材料を適切に選択すれば、磁気転写素子１３に入射される照射光の波長、即ち、計測光２５の波長を、計測光２５が青反射ミラー３３を通過するように設定することが可能である。ここで、励起光２４の一部が、プローブ２１の内部において散乱され、光ファイバー２２を介して計測光処理部２３に戻ってくることが発生し得るが、計測光処理部２３に戻ってきた励起光２４は、青反射ミラー３３によって反射されるので、フォトダイオード３５には入射しない。
【００７６】
フォトダイオード３５に入射した計測光２５は電気信号に変換され、該電気信号はインタフェース３６に供給される。フォトダイオード３５から出力される電気信号は、計測光の強度に対応する信号レベルを有している。
【００７７】
インタフェース３６に供給された電気信号から、デジタル−アナログ変換により、該電気信号の信号レベルに対応するデジタル測定データが生成される。該電気信号の信号レベルは、磁場測定デバイス１から出力される計測光の強度、即ち、磁場測定デバイス１が設けられた位置（より厳密には、磁気転写膜１３ｂの位置）における磁場の強度に対応している。該デジタル測定データに基づいて、演算装置３７により、磁場測定デバイス１が設けられた位置における磁場が算出される。
【００７８】
なお、図１１に図示されている構成では、計測光２５の強度の測定のためにフォトダイオード３５が用いられているため、磁場分布画像を得ることはできない。しかしながら、後述されるように、フォトダイオード３５の代わりにＣＣＤ（charge carrying device）やＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）センサーのような撮像素子を用いることで、磁場分布画像を得ることもできる。
【００７９】
図１１に図示されている磁場測定システム２０の利点の一つは、プローブ２１に電気を供給しなくても磁気転写素子１３に照射すべき照射光を蛍光体１１Ａによって発生できることである。このような構成は、電気を使用できない環境（例えば、防爆が要求される環境）における磁場の測定に好適である。
【００８０】
図１３は、プローブの構成の変形例を図示している。図１３に図示されているプローブ２１Ａでは、凹面鏡４３の代わりに、コーンミラー４３Ａ（円錐形状又は円錐の一部分の形状の反射面を有するミラー）が用いられている。図１３の構成は、磁場測定デバイス１が配置される位置をプローブ２１Ａの端（スリーブ４１の端）に近づけるために適している。凹面鏡４３を用いる図１１の構成では、凹面鏡４３の焦点の近傍に蛍光体１１Ａが位置するように磁場測定デバイス１を配置する必要があるため、凹面鏡４３と磁場測定デバイス１との間にある程度の距離を確保する必要がある。一方、コーンミラー４３Ａを使用する場合には、磁場測定デバイス１とコーンミラー４３Ａとの間の距離を近づけることができ、よって、磁場測定デバイス１が配置される位置をプローブ２１Ａの端に近づけることができる。このような構成は、磁場を測定したい位置のなるべく近くに磁場測定デバイス１を位置させて磁場の測定を行うために好適である。
【００８１】
図１４は、プローブの構成の他の変形例を図示している。図１４に図示されているプローブ２１Ｂでは、凹面鏡４３やコーンミラー４３Ａの代わりに、散乱体４３Ｂが用いられている。図１４の構成では、磁場測定デバイス１を取り囲むように散乱体４３Ｂが配置される。レンズ４２から出射した励起光２４のビームのうち、レンズ４２の光軸の近傍の部分は、磁場測定デバイス１に直接に入射されて蛍光体１１Ａの励起に使用される。一方、レンズ４２の光軸から離れた部分は、フィルター４４を通過して散乱体４３Ｂに入射される。散乱体４３Ｂは、乱反射が発生するように構成されており、散乱体４３Ｂによって散乱された励起光２４のうち磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａに入射された光が蛍光体１１Ａの励起に使用される。一方、散乱体４３Ｂを使用する構成では、磁場測定デバイス１をプローブ２１Ｂの端（スリーブ４１の端）に近づけることができる、コーンミラー４３Ａとの間の距離を近づけることができる。このような構成は、磁場を測定したい位置のなるべく近くに磁場測定デバイス１を位置させて磁場の測定を行うために好適である。
【００８２】
図１５は、磁場測定システムの変形例を図示するシステム構成図である。図１５に図示されている磁場測定システム２０Ａは、プローブを用いて磁場分布画像を得ることができるように構成されている。詳細には、図１５に図示されている磁場測定システム２０Ａは、概ね、図１１に図示されている磁場測定システム２０と同様の構成を有しているが、図１５に図示されている磁場測定システム２０Ａでは、計測光処理部２３Ａが、フォトダイオード３５の代わりに、撮像素子、より具体的には、ＣＣＤ３８が用いられる。加えて、ＣＣＤ３８の受光面に計測光２５を入射するためのレンズ３９が設けられる。
【００８３】
光ファイバー２２から出射された計測光２５は、計測光処理部２３Ａのレンズ３４に入射され、レンズ３４によって平行光にコリメートされる。レンズ３４から出射された計測光２５は、青反射ミラー３３を通過してレンズ３９に入射される。レンズ３９は、計測光２５を集光してＣＣＤ３８に入射する。ＣＣＤ３８は、該ＣＣＤ３８に入射した計測光２５を撮像する。ＣＣＤ３８から出力される撮像信号は、インタフェース３６に供給され、デジタル測定データに変換される。演算装置３７は、該デジタル測定データから磁場分布画像を生成する。加えて、演算装置３７は、磁場分布画像の各位置における輝度（各画素の輝度）から磁場測定デバイス１の各位置における磁場を算出してもよい。
【００８４】
このような構成の磁場測定システム２０Ａでは、プローブ（図１５ではプローブ２１Ｂ）の磁場測定デバイス１の位置（厳密には、磁場測定デバイス１の磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂの位置）における磁場の分布を示す磁場分布画像を得ることができる。また、該磁場分布画像に対して演算装置３７によって画像処理を行えば、磁場分布画像の各位置における輝度（各画素の輝度）から磁場測定デバイス１の各位置における磁場を特定することも可能である。
【００８５】
なお、図１５では、図１４に図示されているプローブ２１Ｂが用いられている磁場測定システム２０Ａの構成が図示されているが、図１２、図１３に図示されているプローブ２１、２１Ａを用いてもよい。
【００８６】
図１６は、磁場測定システムの他の変形例を図示している。図１６に図示されている磁場測定システム５０は、励起光２４と計測光２５とを別の光ファイバーで伝送するように構成されている。励起光２４と計測光２５とは異なる波長を有しており、励起光２４と計測光２５とを別の光ファイバーで伝送する構成では、それぞれに適した特性の光ファイバーを使用することができる。これは、励起光２４と計測光２５の光ファイバーにおける減衰を低減するために有効である。
【００８７】
詳細には、図１６に図示されている磁場測定システム５０は、プローブ２１Ｂと、２本の光ファイバー２２ａ、２２ｂと、計測光処理部５１とを備えている。
【００８８】
プローブ２１Ｂの構成は、上述した通りである。但し、本実施形態では、励起光２４は、光ファイバー２２ａからレンズ４２に入射され、計測光２５は、レンズ４２から光ファイバー２２ｂに入射される。
【００８９】
計測光処理部５１は、励起光生成部５２と、計測光受光部５３と、インタフェース５７と、演算装置５８とを備えている。
【００９０】
励起光生成部５２は、レーザーダイオード５４と、レンズ５５、５６とを備えている。レーザーダイオード５４は、磁場測定デバイス１の蛍光体１１Ａを励起する励起光２４を発生する。励起光２４として青色光が用いられる本実施形態では、レーザーダイオード５４として青色レーザーダイオードが用いられる。レンズ５５は、レーザーダイオード５４で発生された励起光を平行光にコリメートする。レンズ５６は、レンズ５５によってコリメートされた励起光２４を光ファイバー２２ａに入射する。
【００９１】
計測光受光部５３は、青色カットフィルター５３ａと、レンズ５３ｂと、ＣＣＤ５３ｃとを備えている。青色カットフィルター５３ａは、励起光２４がプローブ２１Ｂの内部において散乱されて光ファイバー２２ｂを介して計測光処理部５１に戻ってきた場合に、計測光処理部５１に戻ってきた励起光２４を除去する。レンズ５３ｂは、光ファイバー２２ｂから出射された計測光２５を集光してＣＣＤ５３ｃに入射する。ＣＣＤ５３ｃは、該ＣＣＤ５３ｃに入射した計測光２５を撮像する。ＣＣＤ５３ｃから出力される撮像信号は、インタフェース５７に供給され、デジタル測定データに変換される。演算装置５８は、該デジタル測定データから磁場分布画像を生成する。加えて、演算装置５８は、磁場分布画像の各位置における輝度（各画素の輝度）から磁場測定デバイス１の各位置における磁場を算出してもよい。
【００９２】
なお、図１６には、図１４に図示されているプローブ２１Ｂが用いられている磁場測定システム５０の構成が図示されているが、図１２、図１３に図示されているプローブ２１、２１Ａを用いてもよい。
【００９３】
図１７は、他の実施形態における磁場測定システム７０の構成を示すシステム構成図である。図１７の磁場測定システム７０は、磁場測定デバイスから出射される計測光に含まれる右回り円偏光及び左回り円偏光のそれぞれから磁場分布画像を取得し、該磁場分布画像を合成することで良好な磁場分布画像を得るように構成されている。以下では、磁場測定システム７０の構成について説明する。
【００９４】
磁場測定システム７０は、磁場測定デバイス１Ｂと、無偏光ビームスプリッタ７１と、円偏光板７２、７３と、撮像装置７４、７５と、画像処理部７６とを備えている。
【００９５】
磁場測定デバイス１Ｂは、面光源１１と磁気転写素子１３とを備えている。面光源１１は、磁気転写素子１３に照射する照射光を発生し、発光面１１ａから出射する。面光源１１の発光面１１ａは、磁気転写素子１３に接合されている。即ち、発光面１１ａから出射された照射光は、磁気転写素子１３に入射される。磁気転写素子１３は、基板１３ａと、基板１３ａに形成された磁気転写膜１３ｂとを備えている。磁気転写素子１３の構成の詳細は上述されているとおりである。図１７には、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂが面光源１１の発光面１１ａに接合されている磁場測定デバイス１Ｂの構成が図示されているが、基板１３ａが面光源１１に接合されてもよい。ただし、磁気転写膜１３ｂを磁場分布の測定を希望する位置に近づけやすくするという観点では、磁気転写膜１３ｂが面光源１１に近づけられることが好ましく、よって、磁気転写膜１３ｂが面光源１１に接合される構成が好適である。
【００９６】
無偏光ビームスプリッタ７１は、磁気転写素子１３から出射される計測光の一部を反射することで、計測光のビームを２つのビームに分離する。無偏光ビームスプリッタ７１を通過した計測光が円偏光板７２に入射され、無偏光ビームスプリッタ７１によって反射された計測光が円偏光板７３に入射される。
【００９７】
円偏光板７２、７３は、それぞれから出射される円偏光の偏光面の回転方向が同一であるように構成されている。即ち、円偏光板７２、７３は、いずれも右回り円偏光を出射するように構成されるか、いずれも左回り円偏光を出射するように構成される。ここで、右回り円偏光は反射されると左回り円偏光になり、左回り円偏光は反射されると右回り円偏光になるから、円偏光板７２、７３がいずれも右回り円偏光を出射するように構成されている場合には、円偏光板７２からは計測光のうちの右回り円偏光の成分が出射され、円偏光板７３からは計測光のうち左回り円偏光の成分の強度分布に対応する強度分布を有する右回り円偏光が出射されることになる。
【００９８】
撮像装置７４は、円偏光板７２から出射される計測光を撮像して撮像画像を取得し、同様に、撮像装置７５は、円偏光板７３から出射される計測光を撮像して撮像画像を取得する。撮像装置７４、７５は、それぞれが取得した撮像画像に対応する撮像画像データを生成し、生成した撮像画像データを画像処理部７６に送る。
【００９９】
画像処理部７６は、インタフェース７７と演算装置７８とを備えている。インタフェース７７は、撮像装置７４、７５によって得られた撮像画像データを演算装置７８に転送する。演算装置７８は、撮像装置７４、７５のそれぞれによって得られた撮像画像から磁場分布画像を生成する。本実施形態では、演算装置７８は、転送された撮像画像データから、撮像装置７４、７５によって得られた撮像画像の差分像を生成し、当該差分像が、最終的に得られる磁場分布画像として用いられる。
【０１００】
図１８は、図１７の磁場測定システム７０によって磁場分布画像を得る動作を示す概念図である。以下では、円偏光板７２、７３が、いずれも右回り円偏光を出射するように構成されているとして磁場測定システム７０の動作を説明する。ただし、円偏光板７２、７３が、いずれも左回り円偏光を出射するように構成されている場合にも、同様の動作により磁場分布画像を得ることができることは当業者には容易に理解されよう。
【０１０１】
磁場分布の測定の際には、面光源１１を動作させて照射光が発生される。発生した照射光は、磁気転写素子１３の磁気転写膜１３ｂに入射される。磁気転写膜１３ｂにおけるファラデー効果により、磁気転写膜１３ｂを出射した計測光は、磁気転写膜１３ｂの各位置における磁場の情報を含んでいる。
【０１０２】
磁気転写膜１３ｂから出射される計測光のビームは、無偏光ビームスプリッタ７１により、２つのビームに分離される。無偏光ビームスプリッタ７１を通過した計測光のビームは、円偏光板７２を介して撮像装置７４に入射され、無偏光ビームスプリッタ７１によって反射された計測光のビームは、円偏光板７３を介して撮像装置７５に入射される。
【０１０３】
撮像装置７４、７５によって取得される撮像画像は、いずれも、磁気分布画像である。詳細には、円偏光板７２、７３が、いずれも右回り円偏光を出射するように構成されているので、磁気転写素子１３から出射される計測光のうちの右回り円偏光の成分から得られる磁気分布画像８１が撮像装置７４によって生成され、磁気転写素子１３から出射される計測光のうちの左回り円偏光の成分から得られる磁気分布画像８２が撮像装置７５によって生成される。撮像装置７４によって生成された磁気分布画像８１に対応する撮像画像データと、撮像装置７５によって生成された磁気分布画像８２に対応する撮像画像データとは、画像処理部７６の演算装置７８に転送される。演算装置７８は、転送された撮像画像データから、磁気分布画像８１、８２の差分像８３を算出する。この差分像８３が、最終的に得られる磁気分布画像として用いられる。また、最終的に得られた磁気分布画像（差分像８３）に対して演算装置７８によって画像処理を行うことにより、磁場分布画像の各位置における輝度（各画素の輝度）から磁場測定デバイス１の各位置における磁場を特定することも可能である。
【０１０４】
このような動作によれば、磁気転写素子１３から出射される計測光に含まれる磁場分布の情報をより有効に利用できるので、磁場分布の検出感度を向上させることができる。加えて、面光源１１の明るさのムラや、磁気転写膜１３ｂの特性の位置バラツキなどに起因するノイズをキャンセルすることができるので、磁場分布画像の画質を向上し、又は、磁場分布画像から得られる磁場の精度を向上することができる。
【０１０５】
なお、本実施形態において、円偏光板７２、７３から出射される円偏光の回転方向は、磁気転写素子１３から出射された計測光が円偏光板７２に入射されるまでに該計測光が反射される回数と、磁気転写素子１３から出射された計測光が円偏光板７３に入射されるまでに計測光が反射される回数との間の差に応じて決定されるべきであることに留意されたい。例えば、計測光が円偏光板７２に入射されるまでに反射される回数と、計測光が円偏光板７３に入射されるまでに反射される回数との間の差が奇数である場合、円偏光板７２、７３は、それぞれから出射される円偏光の偏光面の回転方向が同一であるように構成される。一方、計測光が円偏光板７２に入射されるまでに反射される回数と、計測光が円偏光板７３に入射されるまでに反射される回数との間の差が偶数（ゼロを含む）である場合、円偏光板７２、７３は、それぞれから出射される円偏光の偏光面の回転方向が反対であるように構成される。円偏光板７２、７３から出射される円偏光の回転方向をこのように設定することで、磁気転写素子１３から出射される計測光のうちの右回り円偏光の成分と左回り円偏光の成分とを別々に抽出した撮像画像を取得し、該撮像画像に含まれる磁場分布の情報を有効に利用することができる。
【０１０６】
以上には、本発明の様々な実施形態が具体的に記述されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されると解釈してはならない。本発明が様々な変更と共に実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
【符号の説明】
【０１０７】
１、１Ａ、１Ｂ：磁場測定デバイス
２      ：撮像装置
３      ：磁場発生源
１１    ：面光源
１１Ａ  ：蛍光体
１１ａ  ：発光面
１１ｂ  ：裏面
１２    ：直線偏光板
１２ａ  ：破線矢印
１３    ：磁気転写素子
１３ａ  ：基板
１３ｂ  ：磁気転写膜
１４    ：直線偏光板
１４ａ  ：矢印
１５    ：反射板
１６    ：円偏光板
２０、２０Ａ：磁場測定システム
２１、２１Ａ、２１Ｂ：プローブ
２２、２２ａ、２２ｂ：光ファイバー
２３、２３Ａ：計測光処理部
２４    ：励起光
２５    ：計測光
３１    ：レーザーダイオード
３２    ：レンズ
３３    ：青反射ミラー
３４    ：レンズ
３５    ：フォトダイオード
３６    ：インタフェース
３７    ：演算装置
３８    ：ＣＣＤ
３９    ：レンズ
４１    ：スリーブ
４２    ：レンズ
４３    ：凹面鏡
４３Ａ  ：コーンミラー
４３Ｂ  ：散乱体
４４    ：フィルター
５０    ：磁場測定システム
５１    ：計測光処理部
５２    ：励起光生成部
５３    ：計測光受光部
５３ａ  ：青色カットフィルター
５３ｂ  ：レンズ
５３ｃ  ：ＣＣＤ
５４    ：レーザーダイオード
５５、５６：レンズ
５７    ：インタフェース
５８    ：演算装置
７０    ：磁場測定システム
７１    ：無偏光ビームスプリッタ
７２、７３：円偏光板
７４、７５：撮像装置
７６    ：画像処理部
７７    ：インタフェース
７８    ：演算装置
８１、８２：磁気分布画像
８３    ：差分像
【図１】
0006731606.tif 000002
【図２】
0006731606.tif 000003
【図３】
0006731606.tif 000004
【図４Ａ】
0006731606.tif 000005
【図４Ｂ】
0006731606.tif 000006
【図４Ｃ】
0006731606.tif 000007
【図４Ｄ】
0006731606.tif 000008
【図４Ｅ】
0006731606.tif 000009
【図５】
0006731606.tif 000010
【図６】
0006731606.tif 000011
【図７】
0006731606.tif 000012
【図８】
0006731606.tif 000013
【図９】
0006731606.tif 000014
【図１０Ａ】
0006731606.tif 000015
【図１０Ｂ】
0006731606.tif 000016
【図１１】
0006731606.tif 000017
【図１２】
0006731606.tif 000018
【図１３】
0006731606.tif 000019
【図１４】
0006731606.tif 000020
【図１５】
0006731606.tif 000021
【図１６】
0006731606.tif 000022
【図１７】
0006731606.tif 000023
【図１８】
0006731606.tif 000024