(57)【要約】【課題】計測対象から十分な強度の磁気を計測できる磁気計測装置と磁気センサ素子の製造方法とを提供する。【解決手段】電子スピン共鳴を用いて磁気を検出する検出器１と、検出器１を搭載するベース部７と、を備える。検出器１は検出器１の先端部１ｂに設けられた磁気センサ素子１ａを有し、磁気センサ素子１ａは電子スピン共鳴信号を出力するダイヤモンドからなり、磁気センサ素子１ａのダイヤモンドは０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子と１００ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子とを含み、磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれており磁気センサ素子１ａのダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の５％以上であり、ベース部７は、主面を有しており、先端部１ｂの位置をこの主面と交差する方向で調整するための位置調整部を有する。【選択図】図１
2012110489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子スピン共鳴を用いて磁気を検出する検出器と、
前記検出器を搭載するベース部と、
を備えた磁気計測装置であって、
前記検出器は、当該検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子を有し、
前記磁気センサ素子は、電子スピン共鳴信号を出力するダイヤモンドからなり、
前記磁気センサ素子のダイヤモンドは、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子と１００ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子とを含み、
前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれており前記磁気センサ素子のダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の５％以上であり、
前記ベース部は、主面を有しており、前記先端部の位置を該主面と交差する方向で調整するための位置調整部を有する、
ことを特徴とする磁気計測装置。
【請求項２】
前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれるボロン原子の原子濃度は、１ｐｐｍ未満である、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気計測装置。
【請求項３】
前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、
前記位置調整部は、一又は複数のＯリングを有し、
前記一又は複数のＯリングの孔部は、前記ベース部の孔部に連通し、
前記検出器は、前記一又は複数のＯリングに接して前記一又は複数のＯリングのそれぞれの孔部及び前記ベース部の孔部に挿入される、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気計測装置。
【請求項４】
前記ベース部は、当該ベース部の孔部の二つの開口のそれぞれの縁部に設けられた二つの溝部を有し、
前記位置調整部は、二つのＯリングを有し、
前記二つのＯリングのうちの一のＯリングは、前記二つの溝部のうちの一の溝部に配置され、前記二つのＯリングのうちの他のＯリングは、前記二つの溝部のうちの他の溝部に配置されている、ことを特徴とする請求項３に記載の磁気計測装置。
【請求項５】
前記位置調整部は、
前記主面に設けられており前記主面の上に延びる筒状の突出部と、
前記突出部に螺合するキャップ部と、
前記突出部の端面と前記キャップ部との間に設けられたＯリングと、
を有し、
前記突出部と前記キャップ部とは前記Ｏリングを挟んだ状態で螺合し、
前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、
前記突出部は、前記主面の上に延びる側壁を有し、
前記突出部の側壁の外面には、ねじ溝が形成され、
前記キャップ部は、側壁と、この側壁に交差する方向に延びる底壁とを有し、
前記キャップ部の側壁の内面には、前記突出部との螺合が可能なねじ溝が形成され、
前記キャップ部の底壁には、当該底壁を貫通する孔部が設けられ、
前記キャップ部の底壁の孔部、前記Ｏリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部は連通し、
前記検出器は、前記Ｏリングに接して、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Ｏリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部、に挿入され、
前記Ｏリングは、前記突出部の端面と前記キャップ部の底壁とによって挟まれている、ことを特徴とする請求項１に記載の磁気計測装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、
０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、
１０ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１×１０１３／ｃｍ−２以上１×１０２０／ｃｍ−２以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入するステップと、
１時間以上３時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、
を備える、ことを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、
０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍを超える原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、
０．７ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１Ｇｙ以上１ＧＧｙ以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行うステップと、
３時間以上４時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、
を備える、ことを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気計測装置、及び、磁気センサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体ヘリウム温度下で利用されるＳＱＵＩＤ（Superconducting QUantum Interference Device）や、液体窒素温度で動作する高温超電導ＳＱＵＩＤ等の磁気センサが知られている（非特許文献１）。このような磁気センサは、何れも、ｆＴ／√（Ｈｚ）の磁気検出感度を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６３４１８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】編者：John Clarke and Alex I.Braginski、書名：“The SQUID Handbook”、巻数：Vol. 1, pp. 171〜250、発行国：ドイツ、発行所：WILEY-VCH
【非特許文献２】J. R.Maze, P. L. Stanwix, J. S. Hodges, S. Hong, J. M. Taylor, P.Cappellaro, L. Jiang, M. V. Gurudev Dutt, E. Togan, A. S. Zibrov, A.Yacoby, R. L. Walsworth & M. D. Lukin、“Nanoscale magnetic sensing with an individual electronic spin in diamond”、Nature 455, 644-647 (2 October 2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなＳＱＵＩＤを用いた従来の磁気センサは、動作温度が比較的低いので、磁気センサと対象物との間には断熱層と冷媒層とが必要となる。磁気センサと対象物との間に断熱層と冷媒層とを設けるので、磁気センサと対象物との間の距離は比較的長い。このため、従来の磁気センサを用いて、計測対象から十分な強度の磁気を計測することは困難である。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、計測対象から十分な強度の磁気を計測できる磁気計測装置と磁気センサ素子の製造方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係る磁気計測装置は、電子スピン共鳴を用いて磁気を検出する検出器と、前記検出器を搭載するベース部と、を備える。前記検出器は、当該検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子を有し、前記磁気センサ素子は、電子スピン共鳴信号を出力するダイヤモンドからなり、前記磁気センサ素子のダイヤモンドは、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子と１００ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子とを含み、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれており前記磁気センサ素子のダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の５％以上であり、前記ベース部は、主面を有しており、前記先端部の位置を該主面と交差する方向で調整するための位置調整部を有する、ことを特徴とする。
【０００７】
この磁気計測装置によれば、１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下なので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。このように１３Ｃ原子の原子濃度が比較的に低いので、Ｎ−Ｖセンターを構成していない窒素原子の原子濃度も低い。よって、スピン緩和時間が比較的に長くなり、生体磁気信号（人などの生体から発せられる磁気信号）の計測が可能となる。すなわち、ノイズ源となる核スピンをもつ１３Ｃの原子濃度が０．０１％以下なので、ｎＴ（nano Tesla）のオーダー以下（すなわち、ａＴ（atto Tesla）以上ｎＴ以下の範囲）の磁気が、ダイヤモンドの光照射ＥＳＲ測定（ＯＤＭＲ）において計測できる。スピン緩和時間が長くなるほど、ＥＳＲの微細構造がシャープになるためである。１３Ｃ濃度の原子濃度を０．０１％以下にすることによって、スピン緩和時間は２０ｍｓ程度まで高くすることができる。なお、例えば、１３Ｃ原子の原子濃度が１．１％の場合のスピン緩和時間は、数μｓから１００μｓ程度である。ダイヤモンドの光照射ＥＳＲ測定（ＯＤＭＲ）を用いて磁気を計測した例は、公知文献（“Nature”455(2008)644）に開示されている。この公知文献では、天然ダイヤモンドを用いて０．５μＴ（micro Tesla）／√Ｈｚ以上の磁気の計測が可能となっている。上記の公知文献においては、核スピンをもつ１３Ｃ原子の原子濃度が１．１％となっているので、スピン緩和時間は、この１３Ｃ原子の原子濃度に起因して、比較的短い。このため、本発明者は、上記の公知文献の技術では０．５μＴ／√Ｈｚ未満の磁気の計測は不可能と考える一方、核スピンを持つ１３Ｃ原子の原子濃度の低減と不純物（窒素）の原子濃度の低減とを行うことで、０．５μＴ／√Ｈｚ未満の磁気の計測は可能と考えた。そこで、磁気センサ素子に好適な１３Ｃ原子の原子濃度と不純物（窒素）の原子濃度と、を有するダイヤモンド結晶を合成し、今回の発明に至った。
【０００８】
この磁気計測装置によれば、磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれる窒素原子の原子濃度は、１００ｐｐｍ以下なので、ＥＳＲ（Electron Spin Resonance）を抑制する微小な磁場の発生が低減される。
【０００９】
空格子点と隣接していない窒素原子が磁気検出感度を抑制するが、この磁気計測装置によれば、磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子のうち、このダイヤモンドに含まれている窒素原子の総数の５％以上の数の窒素原子が空格子点に隣接しているので、十分な磁気検出感度が得られる。
【００１０】
この磁気計測装置によれば、磁気の計測対象の表面に沿ってベース部の主面を配置し、ベース部に搭載された検出器の先端部の磁気センサ素子を計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。
【００１１】
この磁気計測装置では、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれるボロン原子の原子濃度は、１ｐｐｍ未満である。この磁気計測装置によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。
【００１２】
この磁気計測装置では、前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、前記位置調整部は、一又は複数のＯリングを有し、前記一又は複数のＯリングの孔部は、前記ベース部の孔部に連通し、前記検出器は、前記一又は複数のＯリングに接して前記一又は複数のＯリングのそれぞれの孔部及び前記ベース部の孔部に挿入される。
【００１３】
この磁気計測装置によれば、検出器は、位置調整部が有するＯリングに接して、このＯリングの孔部とベース部の孔部とに挿入されるので、検出器とＯリングとの摩擦によって、検出器がベース部に安定に保持されるとともに、ベース部の主面に交差する方向（検出器が挿入されるベース部の孔部の延びている方向）において、磁気センサ素子が配置されている検出器の先端部の位置が十分な精度（例えば、１ｍｍの長さを単位として）で調整可能となる。
【００１４】
この磁気計測装置では、前記ベース部は、当該ベース部の孔部の二つの開口のそれぞれの縁部に設けられた二つの溝部を有し、前記位置調整部は、二つのＯリングを有し、前記二つのＯリングのうちの一のＯリングは、前記二つの溝部のうちの一の溝部に配置され、前記二つのＯリングのうちの他のＯリングは、前記二つの溝部のうちの他の溝部に配置されている。
【００１５】
この磁気計測装置によれば、二つのＯリングのうちの一のＯリングは、ベース部の孔部の一の開口の縁部に設けられた溝部に配置され、二つのＯリングのうちの他のＯリングは、ベース部の孔部の他の開口の縁部に設けられた溝部に配置されるので、二つのＯリングは、一方がベース部の主面の側に配置され、他方がベース部の裏面の側に配置される。そして、検出器は、この二つのＯリングの孔部と、ベース部の孔部とに挿入される。従って、検出器の外面と二つのＯリングとの摩擦によって、検出器がベース部に十分に安定に保持されるとともに、ベース部の主面に交差する方向（検出器が挿入されるベース部の孔部の延びている方向）において、磁気センサ素子が配置されている検出器の先端部の位置が比較的高い精度で調整可能となる。
【００１６】
この磁気計測装置では、前記位置調整部は、前記主面に設けられており前記主面の上に延びる筒状の突出部と、前記突出部に螺合するキャップ部と、前記突出部の端面と前記キャップ部との間に設けられたＯリングと、を有し、前記突出部と前記キャップ部とは前記Ｏリングを挟んだ状態で螺合し、前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、前記突出部は、前記主面の上に延びる側壁を有し、前記突出部の側壁の外面には、ねじ溝が形成され、前記キャップ部は、側壁と、この側壁に交差する方向に延びる底壁とを有し、前記キャップ部の側壁の内面には、前記突出部との螺合が可能なねじ溝が形成され、前記キャップ部の底壁には、当該底壁を貫通する孔部が設けられ、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Ｏリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部は連通し、前記検出器は、前記Ｏリングに接して、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Ｏリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部、に挿入され、前記Ｏリングは、前記突出部の端面と前記キャップ部の底壁とによって挟まれている、ことを特徴とする。
【００１７】
この磁気計測装置によれば、ベース部の孔部、突出部の筒孔、Ｏリングの孔部、及び、キャップ部の底壁の孔部、に検出器が挿入されるので、検出器がベース部に安定して保持される。また、Ｏリングがキャップ部の底壁と突出部の端面との間に挟まれた状態で、キャップ部が突出部に螺合するので、Ｏリングは、キャップ部の底壁と突出部の端面とによって押し潰されて変形し、Ｏリングの孔部の直径が比較的小さくなる。このため、この変形したＯリングの孔部に挿入される検出器とこのＯリングとの摩擦は比較的大きくなり、よって、検出器は、より安定した状態でベース部に保持される。
【００１８】
本発明の一側面に係る磁気センサ素子の製造方法は、上記の何れかの磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、１０ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１×１０１３／ｃｍ−２以上１×１０２０／ｃｍ−２以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入するステップと、１時間以上３時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００１９】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下であると、熱伝導率が天然存在比の炭素を用いた場合の１．５倍まで高まるので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。
【００２０】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。
よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。
【００２１】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、１０ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１×１０１３／ｃｍ−２以上１×１０２０／ｃｍ−２以下の原子濃度で、単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入し、この後、１時間以上３時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、イオン注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このようなイオン注入及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が１００ｐｐｍ以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の５％以上となる。従って、ＥＳＲを抑制する微小な磁場の発生が低減されるので、十分な磁気検出感度が得られる。
【００２２】
本発明の一側面に係る磁気センサ素子の製造方法は、上記の何れかの磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍを超える原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、０．７ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１Ｇｙ以上１ＧＧｙ以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行うステップと、３時間以上４時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、を備える、ことを特徴とする。
【００２３】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下なので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。
【００２４】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。
【００２５】
この磁気センサ素子の製造方法によれば、０．７ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１Ｇｙ以上１ＧＧｙ以下の照射量で、単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行い、この後、３時間以上４時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このような電子線照射及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が１００ｐｐｍ以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が、単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の５％以上となる。従って、ＥＳＲを抑制する微小な磁場の発生が低減されるとともに、十分な磁気検出感度が得られる。また、０．１ｐｐｍ以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いたので、イオン注入を用いた場合に比較して、低コストで磁気センサ素子の製造が可能となる。すなわち、イオン注入において結晶の厚みの深さ方向にまでイオンを均一に注入するためには、加速電圧を変化させながら複数回注入しなくてはならず、コストが高くなるが、０．１ｐｐｍ以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いて電子線照射を行えば、より低コストで磁気センサ素子の製造が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、磁気の計測対象から十分な強度の磁気を計測できる磁気計測装置と磁気センサ素子の製造方法とが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、実施形態に係る磁気計測装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る磁気計測装置の光送受信ユニットの構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る磁気計測装置の利用例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る磁気計測装置のベース部が検出器を保持する構成を説明するための図である。
【図５】図５は、実施形態に係る磁気計測装置のベース部が検出器を保持する他の構成を説明するための図である。
【図６】図６は、図５に示す構成の分解斜視図である。
【図７】図７は、実施形態に係る磁気計測装置の検出器の内部の構成を説明するための図である。
【図８】図８は、実施形態に係る磁気計測装置の磁気センサ素子の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１に示すように、磁気計測装置１００は、検出器１、光送受信ユニット３、制御装置５、及び、ベース部７、を備える。
【００２９】
検出器１は、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Electron Spin Resonance）を用いて磁気を検出する。検出器１は、円柱状の外形の筐体を有する。検出器１の筐体の端面は、例えば、一辺が５ｍｍの正方形内に収容できる大きさを有し、検出器１の筐体の長手方向の長さは、２ｃｍ以上４ｃｍ以下である。検出器１は、磁気センサ素子１ａを有する。磁気センサ素子１ａは、検出器１の先端部１ｂに設けられている。磁気センサ素子１ａは、ＥＳＲ信号を出力するダイヤモンドからなる。電子スピン共鳴信号は、磁気センサ素子１ａが、緑色の光（波長５３２ｎｍ）に応じて生じる電子スピン共鳴によって発せられる赤色の蛍光（波長６３７ｎｍ）である。磁気センサ素子１ａのダイヤモンドの結晶のタイプは、ＩＩａタイプ〜Ｉｂタイプの間（窒素濃度としてＩＩａタイプでは０．１ｐｐｍ以下、Ｉｂタイプでは１００ｐｐｍｎ以上２００ｐｐｍｎ以下であり、ＩＩａタイプ〜Ｉｂタイプの間の領域では窒素濃度０．１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下）に相当する。
【００３０】
ＥＳＲは、材料からの磁気を計測するために広く用いられている。ダイヤモンド中の窒素と空格子点とが結合した欠陥（Ｎ−Ｖセンターと称される）のスピンは、ゼロ磁場分裂を生じるので、磁気計測に適していることが実証されている。ダイヤモンド中では、窒素や磁性イオンのスピン等も存在するが、Ｎ−Ｖセンターは光を供給することによってＥＳＲ信号を強調することができることなどから、窒素や磁性イオンのスピン等とは厳密に区別することができる。Ｎ−Ｖセンターは、緑色の光を吸収して赤色の光を蛍光するが、ＥＳＲが生じた場合には、赤色の光の強度は、減少する。磁気計測装置１００は、検出器１からの受信光（赤色の光）の強度の変化を計測することによって、磁気を計測する。なお、ＥＳＲは、材料中の磁気も外部の磁場によって影響を受けるので、磁気の計測を高精度で行うためには、外部の磁場を十分に低減することが必要となる。
【００３１】
磁気センサ素子１ａのダイヤモンドは、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子を含む。１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下なので、磁気センサ素子１ａに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。このように１３Ｃ原子の原子濃度が比較的に低いので、Ｎ−Ｖセンターを構成していない窒素原子の原子濃度も低い。よって、スピン緩和時間が比較的に長くなり、生体磁気信号の計測が可能となる。すなわち、１３Ｃの原子濃度が０．０１％以下なので、ｎＴ（nano Tesla）のオーダー以下（ａＴ以上ｎＴ以下の範囲）の磁気が、ダイヤモンドの光照射ＥＳＲ測定（ＯＤＭＲ）において計測できる。スピン緩和時間が長くなるほど、ＥＳＲの微細構造がシャープになるためである。１３Ｃ濃度の原子濃度を０．０１％以下にすることによって、スピン緩和時間は２０ｍｓ程度となる。なお、例えば、１３Ｃ原子の原子濃度が１．１％の場合のスピン緩和時間は、１００μｓ程度である。窒素原子の全体の量（数）は、ＥＳＲとＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：２次イオン質量分析）とによって測定される。ＮＶセンターに隣接する窒素原子の量（数）については、測定される原子濃度から見積もることができる。
【００３２】
磁気センサ素子１ａのダイヤモンドは、１００ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子を含む。磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれる窒素原子の原子濃度は、１００ｐｐｍ以下なので、ＥＳＲを抑制する微小な磁場の発生が低減される。
【００３３】
磁気センサ素子１ａのダイヤモンドは、例えば、１ｐｐｂ以上１００ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子を含むことができる。磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれており磁気センサ素子１ａのダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の５％以上である。空格子点と隣接していない窒素原子が磁気検出感度を抑制するが、磁気センサ素子１ａの場合、磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれている窒素原子のうち、このダイヤモンドに含まれている窒素原子の総数の５％以上の数の窒素原子が空格子点に隣接しているので、十分な磁気検出感度が得られる。磁気検出感度とは、検出可能な最小の磁場によって表される。磁気検出感度の測定は、ＯＤＭＲを用いて行われる。このＯＤＭＲを用いた測定方法は、磁場の強度によってＮＶ−センターの磁気共鳴周波数がずれるために、ＮＶ−センターの蛍光強度が変化することを利用した測定方法である。
【００３４】
磁気センサ素子１ａのダイヤモンドは、ボロン原子を含むことができる。磁気センサ素子１ａのダイヤモンドに含まれるボロン原子の原子濃度は、１ｐｐｍ未満である。ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子１ａは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを磁気センサ素子１ａに直接行うことが可能となる。
【００３５】
光送受信ユニット３は、制御装置５に接続されている。光送受信ユニット３は、図２に示すように、発振装置３ａ、光送信装置３ｂ、及び、光受信装置３ｃを有する。また、複数の光送受信ユニット３は、図３に示すように、光送受信ユニット群３１に含まれる。光送受信ユニット群３１の筐体の内部には、磁気計測装置１００が備える複数の光送受信ユニット３の全てが格納されている。
【００３６】
発振装置３ａは、電気ケーブルＫ１を介して検出器１に接続されている。発振装置３ａは、電気ケーブルＫ１を介して検出器１に電気信号を出力する。発振装置３ａが検出器１に出力する電気信号は、磁気センサ素子１ａに出力する高周波信号と、検出器１が有する後述のコイル１ｄ（図７を参照）に出力する電気信号と、検出器１が有する後述のコイル１ｇ（図７を参照）に出力する電気信号とである。光送信装置３ｂは、光ファイバＫ２を介して検出器１に接続されている。光送信装置３ｂは、光ファイバＫ２を介して検出器１に光を送信する。光送信装置３ｂが検出器１に送信する光は、波長５３２ｎｍの緑色光である。光受信装置３ｃは、光ファイバＫ２を介して検出器１に接続されている。光受信装置３ｃは、光ファイバＫ２を介して検出器１からの光を受信する。光受信装置３ｃが検出器１から受信する光は、波長６３７ｎｍの赤色光（電子スピン共鳴信号）である。電気ケーブルＫ１及び光ファイバＫ２は、纏まっており、一のケーブルＫを構成する。
【００３７】
一台の検出器１は一台の光送受信ユニット３に接続されている。一台の検出器１と一台の光送受信ユニット３とを１セットとすると、磁気計測装置１００は、複数のセット（例えば、２０セット以上１００セット以下）を備える。図１等には、説明簡略化のために、検出器１及び光送受信ユニット３の２セットのみが記載されている。
【００３８】
制御装置５は、光送受信ユニット３の動作を制御する装置である。制御装置５は、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭなど）を有する。制御装置５は、ディスプレイを更に有することができる。制御装置５のＣＰＵは、制御装置５のメモリに格納されているコンピュータプログラムを実行することによって、制御装置５の動作を統括的に制御する。制御装置５は、光送受信ユニット３によって取得される検出器１からの電子スピン共鳴信号を解析する。制御装置５は、制御装置５のディスプレイに、電子スピン共鳴信号の解析結果を表示できる。制御装置５は、電子スピン共鳴信号の解析結果を、制御装置５のメモリに格納できる。
【００３９】
ベース部７は、一又は複数の検出器１を搭載する。ベース部７は、一例として、ヘルメットの形状を有している。ベース部７は、一例として、支持器具９のような椅子の背もたれにアーム１１を介して接続されている。また、支持器具９の椅子の背もたれには、複数のケーブルＫを通す孔部９ａが設けられている。ケーブルＫの一端は、ベース部７に搭載されている一の検出器１に接続され、他端は、光送受信ユニット群３１に格納されている一の光送受信ユニット３に接続されている。
【００４０】
ベース部７は、主面Ｆ１を有している。ベース部７は、複数の位置調整部を有する。ベース部７の位置調整部のそれぞれは、検出器１の先端部１ｂの位置を先端部１ｂと交差する方向（主面Ｆ１の法線方向）で調整する。ベース部７の位置調整部のそれぞれは、一又は複数のＯリングを有する。ベース部７の位置調整部は、検出器１ごとに設けられている。一の位置調整部は、一の検出器１の位置を調整する。ベース部７の主面Ｆ１及び裏面Ｆ２のそれぞれの全面には、何れも、磁気遮蔽シート、例えば、パーマロイ（Permalloy）が前面に設けられている。ベース部７の材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。ベース部７の材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムおよびパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、ベース部７の材料（コーティングの材料を含む）としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであればよい。
【００４１】
図１に示すように、実施形態に係る磁気計測装置１００は、一例として、人の頭部の磁気を計測する構成を有する。ベース部７は、頭部を覆うヘルメットの形状を有する。なお、ベース部７の形状は、ヘルメットの形状に限らない。例えば、背中、胸、又は、腰等を覆うことが可能なシート状のベース部７であってもよい。また、ベース部７は、硬質で変形し難くてもよいが、可撓性を有し変形が比較的に容易であってもよい。
【００４２】
図４を参照して、ベース部７が検出器１を保持する構成を具体的に説明する。図４（ａ）に示すベース部７の位置調整部は一対のＯリング（すなわち、Ｏリング１１ａ及びＯリング１１ｂ）を有する。ベース部７は、主面Ｆ１からベース部７の裏面Ｆ２に貫通する孔部７ａが設けられている。一の孔部７ａには、一の検出器１が挿入されている。検出器１の先端部１ｂは、ベース部７の裏面Ｆ２の上にあり、検出器１の他端は、ベース部７の主面Ｆ１の上にある。位置調整部のＯリング１１ａの孔部１１ａ１、位置調整部のＯリング１１ｂの孔部１１ｂ１、及び、ベース部７の孔部７ａは、連通している。
【００４３】
ベース部７は、ベース部７の孔部７ａの開口７ａ１、開口７ａ３のそれぞれの縁部７ａ２、縁部７ａ４に設けられた溝部７ｂ１、溝部７ｂ２を有している。溝部７ｂ１は、縁部７ａ２に設けられ、縁部７ａ２は、開口７ａ１の縁部である。溝部７ｂ１は、ベース部７の主面Ｆ１の側に設けられている。溝部７ｂ２は、縁部７ａ４に設けられ、縁部７ａ４は、開口７ａ３の縁部である。溝部７ｂ２は、ベース部７の裏面Ｆ２の側に設けられている。Ｏリング１１ａは、溝部７ｂ１に配置され、Ｏリング１１ｂは、溝部７ｂ２に配置されている。検出器１は、Ｏリング１１ａ及びＯリング１１ｂのそれぞれに接してＯリング１１ａの孔部１１ａ１及びＯリング１１ｂの孔部１１ｂ１、並びに、ベース部７の孔部７ａに挿入される。
【００４４】
磁気の計測対象の表面に沿ってヘルメットの形状のベース部７の主面Ｆ１及び裏面Ｆ２を配置し、ベース部７に搭載された検出器１の先端部１ｂの磁気センサ素子１ａを計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。
【００４５】
検出器１は、ベース部７の位置調整部が有するＯリング１１ａ及びＯリング１１ｂに接して、Ｏリング１１ａの孔部１１ａ１及びＯリング１１ｂの孔部１１ｂ１とベース部７の孔部７ａとに挿入されるので、検出器１とＯリング１１ａ及びＯリング１１ｂとの摩擦によって、検出器１がベース部７に安定して保持されるとともに、ベース部７の主面Ｆ１に交差する方向（検出器１が挿入されるベース部７の孔部７ａの延びている方向）において、検出器１の先端部１ｂ、すなわち磁気センサ素子１ａの位置が十分な精度（例えば、１ｍｍの長さを単位として）で調整可能となる。
【００４６】
Ｏリング１１ａは、ベース部７の孔部７ａの一の開口７ａ１の縁部７ａ２に設けられた溝部７ｂ１に配置され、Ｏリング１１ｂは、ベース部７の孔部７ａの他の開口７ａ３の縁部７ａ４に設けられた溝部７ｂ２に配置されるので、Ｏリング１１ａがベース部７の主面Ｆ１の側に配置され、Ｏリング１１ｂがベース部７の裏面Ｆ２の側に配置される。そして、検出器１は、Ｏリング１１ａの孔部１１ａ１、Ｏリング１１ｂの孔部１１ｂ１、及び、ベース部７の孔部７ａに挿入される。従って、検出器１の外面と、Ｏリング１１ａ及びＯリング１１ｂとの摩擦によって、検出器1がベース部７に十分に安定に保持されるとともに、ベース部７の主面Ｆ１に交差する方向（検出器１が挿入されるベース部７の孔部７ａの延びている方向）において、検出器１の先端部１ｂ、すなわち磁気センサ素子１ａの位置が比較的高い精度で調整可能となる。
【００４７】
なお、磁気計測装置１００は、図４（ａ）に示すベース部７に替えて、図４（ｂ）に示すベース部７１を備えてもよい。ベース部７１は、位置調整部の構成（Ｏリング及び孔部）がベース部７と異なっているが、ベース部７１のその他の構成は、ベース部７と同一である。ベース部７１の材料（コーティングの材料を含む）もベース部７と同一である。図４（ｂ）に示すベース部７１の位置調整部は一のＯリング、すなわち、Ｏリング１１ｃ、を有する。ベース部７１は、主面Ｆ３からベース部７１の裏面Ｆ４に貫通する孔部７１ａが設けられている。一の孔部７１ａには、一の検出器１が挿入されている。検出器１の先端部１ｂは、ベース部７１の裏面Ｆ４の上にあり、検出器１の他端は、ベース部７１の主面Ｆ３の上にある。位置調整部のＯリング１１ｃの孔部１１ｃ１、及び、ベース部７１の孔部７１ａは、連通している。検出器１は、Ｏリング１１ｃに接して、Ｏリング１１ｃの孔部１１ｃ１、及び、ベース部７１の孔部７１ａ、に挿入される。ベース部７１の孔部７１ａの側面７１ｂの形状は、Ｏリング１１ｃの形状に合わせてあり、孔部７１ａ内にＯリング１１ｃを安定して収容できるようになっている。側面７１ｂのこのような形状により、孔部１１ｃ１に挿入されている検出器１を移動させても、検出器１の移動に応じてＯリング１１ｃが孔部７１ａから抜け出る（はずれる）、という事態が生じる可能性は比較的低い。
【００４８】
磁気の計測対象の表面に沿ってヘルメットの形状のベース部７１の主面Ｆ３及び裏面Ｆ４を配置し、ベース部７１に搭載された検出器１の先端部１ｂの磁気センサ素子１ａを計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。
【００４９】
検出器１は、ベース部７１の位置調整部が有するＯリング１１ｃに接して、Ｏリング１１ｃの孔部１１ｃ１とベース部７１の孔部７１ａとに挿入されるので、検出器１とＯリング１１ｃとの摩擦によって、検出器１がベース部７１に安定して保持されるとともに、ベース部７１の主面Ｆ３に交差する方向（検出器１が挿入されるベース部７１の孔部７１ａの延びている方向）において、検出器１の先端部１ｂ、すなわち磁気センサ素子１ａの位置が十分な精度（例えば、１ｍｍの長さを単位として）で調整可能となる。
【００５０】
磁気計測装置１００は、図４（ａ）に示すベース部７に替えて、図５及び図６に示すベース部７２を備えてもよい。なお、ベース部７２は、位置調整部の構成（Ｏリング及び孔部）がベース部７と異なっているが、ベース部７２のその他の構成は、ベース部７と同一である。ベース部７２の材料（コーティングの材料を含む）もベース部７と同一である。ベース部７２の前記位置調整部は、突出部１３、キャップ部１５、及び、Ｏリング１１ｄを有する。突出部１３は、ベース部７２の主面Ｆ５に設けられており主面Ｆ５の上に延びる筒状の形状を有する。キャップ部１５は、突出部１３に螺合する。Ｏリング１１ｄは、突出部１３の端面１３ｃとキャップ部１５との間に設けられる。突出部１３とキャップ部１５とはＯリング１１ｄを挟んだ状態で螺合する。ベース部７２は、主面Ｆ５からベース部７２の裏面Ｆ６に貫通する孔部７２ａが設けられている。突出部１３は、主面Ｆ５の上に延びる側壁１３ｂを有する。突出部１３の側壁１３ｂの外面には、ねじ溝が形成されている。キャップ部１５は、側壁１５ａと、この側壁１５ａに交差する方向に延びる底壁１５ｂとを有する。キャップ部１５の側壁１５ａの内面には、突出部１３との螺合が可能なねじ溝が形成されている。突出部１３の底壁１５ｂには、底壁１５ｂを貫通する孔部１５ｃが設けられている。キャップ部１５の底壁１５ｂの孔部１５ｃ、Ｏリング１１ｄの孔部１１ｄ１、突出部１３の筒孔１３ａ、及び、ベース部７２の孔部７２ａは連通している。検出器１は、Ｏリング１１ｄに接して、キャップ部１５の底壁１５ｂの孔部１５ｃ、Ｏリング１１ｄの孔部１１ｄ１、突出部１３の筒孔１３ａ、及び、ベース部７２の孔部７２ａ、に挿入される。Ｏリング１１ｄは、突出部１３の端面１３ｃとキャップ部１５の底壁１５ｂとによって挟まれている。突出部１３の材料は、ベース部７２と同じ材料であることができるが、ベース部７２が純アルミニウムである場合には、真鍮などの、硬い素材を用いた突出部とすることで、耐久性を持たせることができる。キャップ部１５の材料は、磁気シールド効果のある材料だけでなく、樹脂なども利用することができるが、本実施形態においては、突出部１３の材料と同じである。
【００５１】
ベース部７２の位置調整部の構成によれば、ベース部７２の孔部７２ａ、突出部１３の筒孔１３ａ、Ｏリング１１ｄの孔部１１ｄ１、及び、キャップ部１５の底壁１５ｂの孔部１５ｃ、に検出器１が挿入されるので、検出器１がベース部７２に安定して保持される。また、Ｏリング１１ｄがキャップ部１５の底壁１５ｂと突出部１３の端面１３ｃとの間に挟まれた状態で、キャップ部１５が突出部１３に螺合するので、Ｏリング１１ｄは、キャップ部１５の底壁１５ｂと突出部１３の端面１３ｃとによって押し潰されて変形し、Ｏリング１１ｄの孔部１１ｄ１の直径が比較的小さくなる。このため、この変形したＯリング１１ｄの孔部１１ｄ１に挿入される検出器１とこのＯリング１１ｄとの摩擦は比較的大きくなり、よって、検出器１は、より安定した状態でベース部７２に保持される。ベース部７２の主面Ｆ５に交差する方向（検出器１が挿入されるベース部７２の孔部７２ａの延びている方向）において、検出器１の先端部１ｂ、すなわち磁気センサ素子１ａの位置が十分な精度（例えば、１ｍｍの長さを単位として）で調整可能となる。
【００５２】
図７を参照して、検出器１の先端部の構成について説明する。磁気センサ素子１ａは、固定具１ｃ、コイル１ｄ、被覆部１ｅ、導体部１ｆ、コイル１ｇ、導体部１ｈ、導波部１ｉ、絶縁部１ｊ、絶縁部１ｋ、外皮部１ｍ、磁気遮蔽部１ｎ、Ｏリング１ｐ、及び、スペーサ部１ｑを有する。導体部１ｆ、導体部１ｈ、導波部１ｉ、絶縁部１ｊ、絶縁部１ｋ、外皮部１ｍ、スペーサ部１ｑは、磁気センサ素子１ａの先端部１ｂから磁気センサ素子１ａの他端に延びる。スペーサ部１ｑは導波部１ｉの上に設けられ、絶縁部１ｊはスペーサ部１ｑの上に設けられ、導体部１ｈは絶縁部１ｊの上に設けられ、絶縁部１ｋは導体部１ｈの上に設けられ、導体部１ｆは絶縁部１ｋの上に設けられ、外皮部１ｍは導体部１ｆの上に設けられている。外皮部１ｍは、絶縁部１ｊ及び絶縁部１ｋと同様に、高い絶縁性を有する。被覆部１ｅは、先端部１ｂの端面を被覆する。
【００５３】
磁気センサ素子１ａは、検出器１の先端部１ｂに設けられている。固定具１ｃは、磁気センサ素子１ａを先端部１ｂに安定に固定する。導波部１ｉの端面は、Ｏリング１ｐによって安定して磁気センサ素子１ａに接している。導波部１ｉは、光ファイバＫ２から導かれた緑色光（波長５３２ｎｍ）を磁気センサ素子１ａまで導波し、更に、磁気センサ素子１ａから発せられた赤色光（波長６３７ｎｍ）を光ファイバＫ２まで導波する。コイル１ｇはヘルムホルツコイルであり、磁気センサ素子１ａの一方の表面（導波部１ｉに接している面）の上に（換言すれば、導波部１ｉの端部を巻くように）設けられている。コイル１ｇは、導体部１ｈに含まれる導体（導線）に接続されており、この導体は、電気ケーブルＫ１に接続されている。導体部１ｈは、コイル１ｇに接続されている導体と異なる他の導体（導線）を含む。他の導体は磁気センサ素子１ａに接続されている。磁気センサ素子１ａの表面には金属配線パターンが直接設けられており、他の導体は、この金属配線パターンに接続されている。コイル１ｇに接続されている導体と、磁気センサ素子１ａに接続されている導体とは、何れも、導体部１ｈに含まれているが、互いに絶縁されている。電気ケーブルＫ１は、互いに絶縁されている三つの導線から成り、そのうちの二つの導線のそれぞれが、コイル１ｇに接続されている導体部１ｈの導体と、磁気センサ素子１ａに接続されている導体部１ｈの導体とに接続されている。すなわち、電気ケーブルＫ１の一の導線は、コイル１ｇに接続されている導体部１ｈの導体に接続され、電気ケーブルＫ１の他の導線は、磁気センサ素子１ａに接続されている導体部１ｈの導体に接続されている。
【００５４】
コイル１ｄはヘルムホルツコイルであり、磁気センサ素子１ａの他方の表面（導波部１ｉに接している面の反対側の面）の上に設けられている。コイル１ｄは、導体部１ｆに含まれている導体（導線）に接続されており、この導体は、電気ケーブルＫ１に含まれている三つの導線のうちの一の導線に接続されている。導体部１ｆに含まれている導体に接続されている電気ケーブルＫ１の導線は、電気ケーブルＫ１の他の二つの導線と絶縁されている。電気ケーブルＫ１の他の二つの導線のうち、一方の導線はコイル１ｇに接続され、もう一方の導線は磁気センサ素子１ａに接続されている。
【００５５】
磁気遮蔽部１ｎは、磁気センサ素子１ａを含む先端部１ｂを覆う。磁気遮蔽部１ｎは、例えば、パーマロイ等である。
【００５６】
固定具１ｃの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。固定具１ｃの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、固定具１ｃの材料（コーティングの材料を含む）としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。コイル１ｄの材料は、銅及びニッケルなどの金属、又は、テフロン（登録商標）及びゴムなど、が利用できる。本実施形態においては、コイル１ｄにゴムリングが用いられている。
【００５７】
被覆部１ｅの材料は、被覆部１ｅの中心部分が塞がれている場合には、アクリルのような樹脂、サファイヤのような非磁性結晶、等が利用できる。また、被覆部１ｅの中心部分に磁気センサ素子１ａを露出するための穴が設けられている場合には、例えば、被覆部１ｅの材料にアルミニウム合金等を用いることができる。このようにアルミニウム合金が材料に用いられている場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。被覆部１ｅの中心部分に磁気センサ素子１ａを露出するための穴が設けられている場合には、被覆部１ｅの材料に、例えば、プラスチック等を用いることができる。このようにプラスチックが材料に用いられている場合、プラスチックの表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、被覆部１ｅの中心部分に磁気センサ素子１ａを露出するための穴が設けられている場合には、被覆部１ｅの材料（コーティングの材料を含む）に、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のある材料を用いることができる。
【００５８】
導体部１ｆの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。導体部１ｆの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、導体部１ｆの材料（コーティングの材料を含む）としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。コイル１ｇの材料は、銅など、電気抵抗の低い導電体が利用できる。導体部１ｈの材料は、銅など、電気抵抗の低い導電体が利用できる。導波部１ｉの材料は、石英や、光ファイバに用いる高分子素材が利用できる。絶縁部１ｊの材料は、絶縁材料、例えば、テフロン樹脂（テフロン：登録商標）のようなフッ素系樹脂やアクリルのような樹脂が利用できる。絶縁部１ｋの材料は、絶縁材料、例えば、テフロン樹脂（テフロン：登録商標）のようなフッ素系樹脂やアクリルのような樹脂が利用できる。
【００５９】
外皮部１ｍの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。外皮部１ｍの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、外皮部１ｍの材料（コーティングの材料を含む）としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。磁気遮蔽部１ｎの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。磁気遮蔽部１ｎの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、磁気遮蔽部１ｎの材料（コーティングの材料を含む）としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。スペーサ部１ｑの材料は、絶縁体が用いられる。
【００６０】
制御装置５は、コイル１ｄ及びコイル１ｇのそれぞれに電流を供給し、静磁場を生じさせる、マイクロ波を生じさせる、又は、μ波を生じさせる。制御装置５は、例えば、コイル１ｇに静磁場を生じさせ、且つ、コイル１ｄにマイクロ波を生じさせることによって、磁気センサ素子１ａの周辺の磁場を校正する。制御装置５は、例えば、コイル１ｇにμ波を生じさせ、且つ、コイル１ｄに静磁場を生じさせることによって、磁気センサ素子１ａの周辺の磁場を校正する。制御装置５は、例えば、コイル１ｇに静磁場を生じさせ、且つ、コイル１ｄに静磁場を生じさせることによって、磁気センサ素子１ａの周辺の磁場を校正する。制御装置５は、例えば、コイル１ｇにマイクロ波を生じさせ、且つ、コイル１ｄには電流の供給を行わないことによって、磁場の測定を行う。制御装置５は、例えば、コイル１ｇには電流の供給を行わず、且つ、コイル１ｄにマイクロ波を生じさせることによって、磁場の測定を行う。制御装置５は、例えば、コイル１ｇにマイクロ波を生じさせ、且つ、コイル１ｄにマイクロ波を生じさせることによって、二波長同時測定を行う（Ｓ＝０とＳ＝±１（“Ｓ”はスピン角運動量）との間の共鳴周波数、及び、Ｓ＝＋１とＳ＝−１（“Ｓ”はスピン角運動量）との間の共鳴周波数のそれぞれに相当する二種類のマイクロ波を交互または同時に磁気センサ素子１ａにあてることを意味する。特に、この二つの共鳴周波数のそれぞれに相当する二種類のマイクロ波を同時に磁気センサ素子１ａにあてた場合には、信号の変化が強調され、この信号の変化は、実験的に微分値で二倍程度に強調され、Ｓ／Ｎ比が若干高くなる場合がある。）。
【００６１】
次に、図８（ａ）を参照して、実施形態に係る磁気センサ素子１ａの製造方法を説明する。まず、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍ以下の原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意する（ステップＳ１）。次に、１０ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１×１０１３／ｃｍ−２以上１×１０２０／ｃｍ−２以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入する（ステップＳ２）。次に、１時間以上３時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する（ステップＳ３）。以上のステップＳ１〜ステップＳ３の工程の後に単結晶ダイヤモンドの外形を整えて、磁気センサ素子１ａが製造される。
【００６２】
図８（ａ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下なので、磁気センサ素子１ａに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。図８（ａ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子１ａは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子１ａに直接行うことが可能となる。
【００６３】
図８（ａ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、１０ｋｅＶ以上３ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１×１０１３／ｃｍ−２以上１×１０２０／ｃｍ−２以下の原子濃度で、単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入し、この後、１時間以上３時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、イオン注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このようなイオン注入及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が１００ｐｐｍ以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の５％以上となる。従って、ＥＳＲ検出によるスピン-スピン緩和時間を抑制する微小な磁場の発生が低減されるので、十分な磁気検出感度が得られる。
【００６４】
なお、磁気センサ素子１ａは、図８（ｂ）に示す工程に従って製造されることもできる。図８（ｂ）を参照して、実施形態に係る磁気センサ素子１ａの他の製造方法を説明する。まず、０．０１％以下の原子濃度の１３Ｃ原子、０．１ｐｐｍを超える原子濃度の窒素原子、及び、１ｐｐｍ未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意する（ステップＳ４）。次に、０．７ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１Ｇｙ以上１ＧＧｙ以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行う（ステップＳ５）。次に、３時間以上４時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する（ステップＳ６）。以上のステップＳ４〜ステップＳ６の工程の後に単結晶ダイヤモンドの外形を整えて、磁気センサ素子１ａが製造される。
【００６５】
図８（ｂ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、１３Ｃ原子の原子濃度が０．０１％以下なので、磁気センサ素子１ａに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。
【００６６】
８（ｂ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子１ａは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子１ａに直接行うことが可能となる。
【００６７】
８（ｂ）に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、０．７ＭｅＶ以上１０ＭｅＶ以下のエネルギー、及び、１Ｇｙ以上１ＧＧｙ以下の照射量で、単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行い、この後、３時間以上４時間以下の時間内において摂氏６００度以上摂氏１４００度以下の範囲の温度で、電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このような電子線照射及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が１００ｐｐｍ以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が、単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の５％以上となる。従って、ＥＳＲを抑制する微小な磁場の発生が低減されるとともに、十分な磁気検出感度が得られる。また、０．１ｐｐｍ以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いたので、イオン注入を用いた場合に比較して、低コストで磁気センサ素子１ａの製造が可能となる。すなわち、イオン注入において結晶の厚みの深さ方向にまでイオンを均一に注入するためには、加速電圧を変化させながら複数回注入しなくてはならず、コストが高くなるが、０．１ｐｐｍ以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いて電子線照射を行えば、より低コストで磁気センサ素子１ａの製造が可能となる。
【００６８】
（実施例１）ダイヤモンド単結晶の合成には、まず、炭素供給源としてシリコン基板上に気相合成で作成した多結晶ダイヤモンドを利用した。気相合成には、構成炭素中の１３Ｃ存在率が０．０１％のメタンガスを用いた。シリコン基板上に合成した多結晶ダイヤモンドは、ふっ酸によってシリコン基板を除去することで得られ、重量は２カラットであった。次に、この炭素源を用いて、高温高圧合成ダイヤモンドを作成した。高温高圧合成では５．５ＧＰａ、摂氏１３５０度の既知のダイヤモンド合成条件を用い、Ａｌ系チタンゲッターを混ぜた溶媒を用いた。こうして、合成したダイヤモンドから、３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ程度の外形のダイヤモンド片を切り出した。不純物の窒素は０．１ｐｐｍ以下であった。ボロン濃度は０．０００１ｐｐｍであった。このダイヤモンド片に対し、２ＭｅＶ且つ１０１８ｃｍ−２で窒素イオンを照射し、真空中（１×１０−２Ｐａ）、摂氏８００度でアニール処理したところ、光吸収スペクトルから、Ｎ−Ｖセンターに対応する５７０ｎｍの吸収及び、６３８ｎｍのゼロフォノン吸収を観測することができた。このダイヤモンド片からなる磁気センサ素子を用いて検出器を作成し、この検出器を用いてフレクシブルな磁気計測装置を作成した。ベース部をヘルメット状の構造にして、ベース部に２０個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子と、頭部表皮と、の距離を１ｍｍ程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、ＮＭＲパルスによって磁気を測定したところ、１０ｎＴ以上の磁気が計測できた（磁気検出感度が１０ｎＴであった。）。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。更に、ヘルメット状のベース部に替えて、脊椎を取り囲むように首の形の窪みがある形状のベース部を用い、このベース部に２０個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、首の表皮と、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子との距離を１ｍｍ程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、ＥＳＲパルスによって磁気を計測したところ、１０ｎＴ以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。
【００６９】
（実施例２）ダイヤモンド単結晶の合成には、まず、炭素供給源としてシリコン基板上に気相合成で作成した多結晶ダイヤモンドを利用した。気相合成には、構成炭素中の１３Ｃ存在率が０．０１％のメタンガスを用いた。シリコン基板上に合成した多結晶ダイヤモンドは、ふっ酸によってシリコン基板を除去することで得られ、重量は２カラットであった。次に、この炭素源を用いて、高温高圧合成ダイヤモンドを作成した。高温高圧合成では５．５ＧＰａ、摂氏１３５０度の既知のダイヤモンド合成条件を用い、Ａｌ系チタンゲッターを混ぜた溶媒を用いた。こうして、合成したダイヤモンドから、３ｍｍ×３ｍｍ×１ｍｍ程度の外形のダイヤモンド片を切り出した。不純物の窒素は０．１ｐｐｍ以下であった。ボロン濃度は０．０００１ｐｐｍであった。このダイヤモンド片に対し、２ＭｅＶで且つ１００Ｇｙの照射量で、電子線照射を行い、真空中（１×１０−２Ｐａ）、摂氏８００度でアニール処理したところ、光吸収スペクトルから、Ｎ−Ｖセンターに対応する５７０ｎｍの吸収及び、６３８ｎｍのゼロフォノン吸収を観測することができた。このダイヤモンド片からなる磁気センサ素子を用いて検出器を作成し、この検出器を用いてフレクシブルな磁気計測装置を作成した。ベース部をヘルメット状の構造にして、ベース部に２０個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子と、頭部表皮と、の距離を、１ｍｍ程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、ＮＭＲパルスによって磁気を測定したところ、１０ｎＴ以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。更に、ヘルメット状のベース部に替えて、脊椎を取り囲むように首の形の窪みがある形状のベース部を用い、このベース部に２０個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、首の表皮と、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子との距離を１ｍｍ程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、パルスＥＳＲによって磁気を測定したところ、１０ｎＴ以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。
【００７０】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７１】
１…検出器、１００…磁気計測装置、１１…アーム、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１ｐ…Ｏリング、１１ａ１，１１ｂ１，１１ｃ１，１１ｄ１，１５ｃ，７１ａ，７２ａ，７ａ，９ａ…孔部、１３…突出部、１３ａ…筒孔、１３ｂ，１５ａ…側壁、１３ｃ…端面、１５…キャップ部、１５ｂ…底壁、１ａ…磁気センサ素子、１ｂ…先端部、１ｃ…固定具、１ｄ，１ｇ…コイル、１ｅ…被覆部、１ｆ…導体部、１ｈ…導体部、１ｉ…導波部、１ｊ，１ｋ…絶縁部、１ｍ…外皮部、１ｎ…磁気遮蔽部、１ｑ…スペーサ部、３…光送受信ユニット、３１…光送受信ユニット群、３ａ…発振装置、３ｂ…光送信装置、３ｃ…光受信装置、５…制御装置、７，７１，７２…ベース部、７１ｂ…側面、７ａ１，７ａ３…開口、７ａ２，７ａ４…縁部、７ｂ１，７ｂ２…溝部、９…支持器具、Ｆ１，Ｆ３，Ｆ５…主面、Ｆ２，Ｆ４，Ｆ６…裏面、Ｋ…ケーブル、Ｋ１…電気ケーブル、Ｋ２…光ファイバ
【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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