原子励起層形成方法、原子励起層形成装置および磁場計測システム
【課題】光ポンピングを利用した測定装置が備えるセルに封入された媒体の原子スピンの緩和を抑制する効果を、場所によって均一に、かつ長期間継続して得ること。
【解決手段】原子励起層形成装置は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面を覆う原子励起層を形成する。
【解決手段】原子励起層形成装置は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面を覆う原子励起層を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子励起層形成方法、原子励起層形成装置および磁場計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ポンピングを利用した測定装置においては、セルに封入された媒体の原子がセルの内壁面に衝突すると、媒体の原子の原子スピンが緩和されてしまい、この結果、測定対象の検出感度が低下してしまう。そこで、特許文献１には、セルの内壁面に衝突した媒体の原子スピンを強制的に復帰させる事により、媒体の原子の原子スピンが緩和されてしまうことを抑制することを目的として、内壁面に非磁性物質がコーティングされたセルを光ポンピング磁束計に用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では、コーティングの状態が場所によって均一でないと、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、場所によって均一に得ることができない。また、コーティングが経年変化してしまうので、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができない。そこで、本発明は、上記課題を解決することで、光ポンピングを利用した測定装置が備えるセルの内部空間に封入された媒体の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができる、原子励起層形成方法、原子励起層形成装置および磁場計測システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の原子励起層形成方法は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成することを特徴とする。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【０００６】
上記原子励起層形成方法において、前記内部空間の端面において、前記内部空間の端面を包含する面形状となる前記原子励起層形成用ビームを、前記内部空間の端面に対して照射してもよい。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、セルの壁部の周方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セルの壁部の周方向の全域に亘って得ることができる。
【０００７】
上記原子励起層形成方法において、前記測定装置が備える光ポンピングビーム照射装置が前記セルに照射する光ポンピングビームと同一の波長の前記原子励起層形成用ビームを、前記セルに対して照射してもよい。係る構成によれば、セルの壁部に衝突した媒体の原子を、生成した原子励起層で励起し、強制的に原子スピンを復帰することができる。また、原子励起層形成用ビームの照射源と、光ポンピングビームの照射源とで、構成部品を共用することができるため、原子励起層形成用ビームの照射源にかかるコストを削減することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様の原子励起層形成装置は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成することを特徴とする。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【０００９】
また、本発明の第３の態様の磁場計測システムは、光ポンピングを利用した測定装置と、前記測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する原子励起層形成装置とを備えることを特徴とする。係る構成によれば、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができるため、均一かつ長期間安定した検出感度で、測定対象を測定することができる。
【００１０】
上記磁場計測システムにおいて、前記測定装置は、複数の前記セルを有し、当該磁場計測システムは、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成装置が設けられていてもよい。係る構成によれば、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００１１】
上記磁場計測システムにおいて、前記測定装置は、複数の前記セルを有し、当該磁場計測システムは、前記原子励起層形成装置から出力された前記原子励起層形成用ビームを、複数の前記原子励起層形成用ビームに分岐し、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させる光スプリッターをさらに備えてもよい。係る構成によれば、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。特に、原子励起層形成装置から出力された原子励起層形成用ビームを複数の原子励起層形成用ビームに分岐して、複数のセルに照射するので、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルを変更する場合、原子励起層形成装置から出力される原子励起層形成用ビームのプロファイルを変更すればよいため、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルを容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【図２】原子励起層が形成された状態のセル２１０の断面を示す。
【図３】原子励起層が形成された状態のセル２１０の断面を示す。
【図４】第２実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【図５】第３実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施例＞
図１は、第１実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。磁場計測システム１０は、測定対象の測定位置での磁場を計測する。たとえば、磁場計測システム１０は、脳磁計、心磁計などの、数ｆＴ（フェムトテスラ）以下の非常に微弱な磁場を測定する生体計測システムに用いられる。磁場計測システム１０は、光ポンピングを利用した測定装置である光ポンピング磁力計２００を備える。光ポンピング磁力計２００は、セル２１０、プローブ光照射装置２２０、光ポンピングビーム照射装置２３０、および検出装置２４０を有する。
【００１４】
セル２１０は、内部空間を有する筒形状を有する。図１に示す例では、セル２１０は、円筒形状を有している。セル２１０の内部空間には、媒体の一例としてアルカリ金属ガスの一つであるセシウムガスが封入されている。
【００１５】
光ポンピングビーム照射装置２３０は、セル２１０に対して光ポンピングビーム２３０Ａを照射する。具体的には、光ポンピングビーム照射装置２３０は、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の光ポンピングに適した波長の円偏光を、光ポンピングビーム２３０Ａとしてｘ軸方向（セル２１０の中心軸方向）からセル２１０へ照射して、セル２１０の内部空間を通過させる。これにより、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子が励起され、電子スピンの向きが揃えられる。
【００１６】
プローブ光照射装置２２０は、セル２１０に対してプローブ光２２０Ａを照射する。具体的には、プローブ光照射装置２２０は、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子の電子スピンの向きが揃えられた状態で、直線偏光を、プローブ光２２０Ａとしてｙ軸方向（ｘ軸方向と直交する方向）からセル２１０へ照射して、セル２１０の内部空間を通過させる。セル２１０の内部空間を通過したプローブ光２２０Ａは、測定対象の測定位置での磁場の強度に応じて、偏光面が回転される。
【００１７】
検出装置２４０は、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａから、測定対象の測定位置における磁場の強度を検出する。たとえば、検出装置２４０は、偏光板によって、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａから特定の回転角度の偏光を透過する。そして、検出装置２４０は、フォトダイオードによって、偏光板を透過した偏光の強度を検出する。さらに、検出装置２４０は、検出した偏光の強度および回転角度に基づいて、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａの偏光回転角を算出する。そのうえ、検出装置２４０は、検出された偏光回転角に基づいて、測定対象の測定位置における磁場の強度を算出する。
【００１８】
本実施形態の磁場計測システム１０は、原子励起層形成装置１００をさらに備える。原子励起層形成装置１００は、セル２１０に対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射して、セル２１０の壁部（セル２１０の壁部のうちのｘ軸方向に延伸する壁部）の内部空間側の表面（以下、「内壁面」という）に沿って、セル２１０の壁部の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させることにより、セル２１０の内壁面に、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する。具体的には、原子励起層形成装置１００は、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と同一の波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをｘ軸方向からセル２１０の内部空間の端面へ照射して、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させる。これにより、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層であって、セル２１０に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を、セル２１０の内壁面における原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一に形成する。
【００１９】
原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内部空間の端面を包含する面形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射することで、セル２１０の内壁面において、セル２１０の壁部の周方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成する。たとえば、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内部空間の端面の形状と同一の面形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射する。図１に示す例では、セル２１０の内部空間の端面は円形状を有しているので、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において円形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射する。このようにして、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面の全域に亘って、均一かつ経年変化の少ない原子励起層を効率的に形成する。
【００２０】
セル２１０の内壁面が原子励起層で覆われることで、セル２１０の壁部へ衝突した媒体の原子は、セル２１０の壁部の手前にある原子励起層で励起され、強制的に原子スピンが復帰される。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面に対して、不均一かつ経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、均一かつ経年変化の少ない原子励起層を形成するため、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができる。
【００２１】
図２は、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部の断面を示す。図２では、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部を、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向であるｘ軸方向から見たときの断面を示す。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域に亘って、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射する。これにより、図２に示すように、セル２１０の内壁面には、セル２１０の内壁面の周方向の全域に亘って、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層２１０Ａが形成される。
【００２２】
図３は、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部の断面を示す。図３では、原子励起層が形成された状態のセル２１０壁部を、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向と直交する方向から見たときの断面を示す。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面に沿ってセル２１０の内部空間を通過する条件を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。たとえば、原子励起層形成装置１００は、下記条件（１）および（２）を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。（１）セル２１０の内部空間の端面（断面）と同一の面形状を有する。（２）セル２１０の内部空間の軸方向と進行方向が平行である。
【００２３】
原子励起層形成装置１００から照射された原子励起層形成用ビーム１００Ａは、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間をｘ軸方向に通過する。これにより、図３に示すように、セル２１０の内壁面には、ｘ軸方向（原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向）の全域に亘って、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層２１０Ａが形成される。
【００２４】
＜第２実施例＞
図４は、第２実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。図４に示す磁場計測システム１０は、角筒形状のセル２１０が、プローブ光２２０Ａの照射方向（ｙ軸方向）に複数設けられており、複数のセル２１０のそれぞれに対して、光ポンピングビーム照射装置２３０と、原子励起層形成装置１００とが設けられている点で、図１に示した磁場計測システム１０と異なる。複数の原子励起層形成装置１００のそれぞれは、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００と同様に動作する。すなわち、複数の原子励起層形成装置１００のそれぞれは、対応するセル２１０に原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、対応するセル２１０の内壁面に、原子励起層を形成する。
【００２５】
第２実施例に係る磁場計測システム１０によれば、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セル２１０の内壁面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域、および原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セル２１０の内壁面の周方向の全域、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、複数のセル２１０のそれぞれに対して、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成する。このため、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００２６】
なお、第２実施例に係る磁場計測システム１０においては、セル２１０が１軸（ｙ軸）方向に複数設けられているが、セル２１０が２軸方向に複数設けられてもよい。たとえば、複数のセル２１０が、ｘ軸方向から見て格子状に並べて設けられてもよい。これらの場合も、複数のセル２１０の位置に対応して、複数の原子励起層形成装置１００、および複数の光ポンピングビーム照射装置２３０を設け、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成することができる。
【００２７】
＜第３実施例＞
図５は、第３実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。図５に示す磁場計測システム１０は、複数の原子励起層形成装置１００の代わりに、一の原子励起層形成装置１００と、光スプリッター５１０とを備える点で、図４に示した磁場計測システム１０と異なる。光スプリッター５１０は、原子励起層形成装置１００から出力された原子励起層形成用ビーム１００Ａを、複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐する。具体的には、光スプリッター５１０は、原子励起層形成装置１００の位置に対応して設けられた入射口から入射された原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の数分の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐する。複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａのそれぞれは、対応するセル２１０の位置に対応して設けられた出射口から出射され、対応するセル２１０に対して照射される。
【００２８】
光スプリッター５１０は、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００と同様に、セル２１０の内壁面に沿ってセル２１０の内部空間を通過する条件を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。すなわち、光スプリッター５１０は、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成する。
【００２９】
第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セル２１０の内壁面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域、および原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セル２１０の内壁面の周方向の全域、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、複数のセル２１０のそれぞれに対して、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成する。このため、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００３０】
特に、第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、一の原子励起層形成装置１００から出力された原子励起層形成用ビーム１００Ａを複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐して、複数のセル２１０に照射するので、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを変更する場合、原子励起層形成装置１００から出力される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを変更すればよいため、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを容易に変更することができる。
【００３１】
図５に示す磁場計測システム１０は、複数の光ポンピングビーム照射装置２３０の代わりに、一の光ポンピングビーム照射装置２３０と、光スプリッター５２０とを備える点でも、図４に示した磁場計測システム１０と異なる。光スプリッター５２０は、光ポンピングビーム照射装置２３０から出力された光ポンピングビーム２３０Ａを、複数の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐する。具体的には、光スプリッター５２０は、光ポンピングビーム照射装置２３０の位置に対応して設けられた入射口から入射された光ポンピングビーム２３０Ａを、セル２１０の数分の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐する。複数の光ポンピングビーム２３０Ａのそれぞれは、対応するセル２１０の位置に対応して設けられた出射口から出射され、対応するセル２１０に対して照射される。
【００３２】
第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、一の光ポンピングビーム照射装置２３０から出力された光ポンピングビーム２３０Ａを複数の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐して、複数のセル２１０に照射するので、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを変更する場合、光ポンピングビーム照射装置２３０から出力される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを変更すればよいため、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを容易に変更することができる。
【００３３】
なお、第３実施例に係る磁場計測システム１０においては、セル２１０が１軸（ｙ軸）方向に複数設けられているが、セル２１０が２軸方向に複数設けられてもよい。たとえば、複数のセル２１０が、ｘ軸方向から見て格子状に並べて設けられてもよい。これらの場合も、複数のセル２１０の位置に対応して、複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射する光スプリッター５１０、および複数の複数の光ポンピングビーム２３０Ａを照射する光スプリッター５２０を設け、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成することができる。
【００３４】
第３実施例に係る磁場計測システム１０において、原子励起層形成装置１００および光スプリッター５１０を複数備え、複数の原子励起層形成装置１００および光スプリッター５１０によって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射してもよい。また、光ポンピングビーム照射装置２３０および光スプリッター５２０を複数備え、複数の光ポンピングビーム照射装置２３０および光スプリッター５２０によって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、光ポンピングビーム２３０Ａを照射してもよい。
【００３５】
本実施形態の磁場計測システム１０は、第１実施例−第３実施例で説明した構成に限らない。たとえば、原子励起層形成装置１００と光ポンピングビーム照射装置２３０とは、図４に示すように、セル２１０を挟んで対向して設けられていてもよく、図１に示すように、セル２１０の一方の方向に設けられていてもよい。また、磁場計測システム１０は、磁場を計測するシステムであれば、生体計測システムに限らず、これ以外のシステムにも用いてもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０に封入されている媒体の光ポンピングに適した波長の円偏光であれば、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と同一の波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをセル２１０へ照射してもよく、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と異なる波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをセル２１０へ照射してもよい。
【００３６】
また、原子励起層形成装置１００は、原子励起層形成用ビーム１００Ａの幅を調整することで、原子励起層の幅を調整することができる調整機構を有してもよい。これにより、たとえば、ユーザーは、原子励起層の幅を、光ポンピングセンサー感度が最も高くなるように、容易に調整することができる。
【００３７】
また、セル２１０は、円筒形状および角筒形状に限らず、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させることができるものであれば、これ以外の形状を有してもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面の形状に合わせて原子励起層形成用ビーム１００Ａの面形状を調整することができる調整機構を有していてもよい。また、セル２１０に封入される媒体には、セシウムガスに限らず、これ以外の、カリウムガス、ルビジウムガスなどのアルカリ金属ガスを用いてもよい。また、セル２１０に封入される媒体には、アルカリ金属ガスに限らず、これ以外の、希ガスなどの媒体を用いてもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０に封入されている媒体に合わせて原子励起層形成用ビーム１００Ａの波長を調整することができる調整機構を有していてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…磁場計測システム、１００…原子励起層形成装置、１００Ａ…原子励起層形成用ビーム、２００…光ポンピング磁力計、２１０…セル、２１０Ａ…原子励起層、２２０…プローブ光照射装置、２２０Ａ…プローブ光、２３０…光ポンピングビーム照射装置、２３０Ａ…光ポンピングビーム、２４０…検出装置、５１０…光スプリッター、５２０…光スプリッター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子励起層形成方法、原子励起層形成装置および磁場計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ポンピングを利用した測定装置においては、セルに封入された媒体の原子がセルの内壁面に衝突すると、媒体の原子の原子スピンが緩和されてしまい、この結果、測定対象の検出感度が低下してしまう。そこで、特許文献１には、セルの内壁面に衝突した媒体の原子スピンを強制的に復帰させる事により、媒体の原子の原子スピンが緩和されてしまうことを抑制することを目的として、内壁面に非磁性物質がコーティングされたセルを光ポンピング磁束計に用いることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６７６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術では、コーティングの状態が場所によって均一でないと、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、場所によって均一に得ることができない。また、コーティングが経年変化してしまうので、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができない。そこで、本発明は、上記課題を解決することで、光ポンピングを利用した測定装置が備えるセルの内部空間に封入された媒体の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができる、原子励起層形成方法、原子励起層形成装置および磁場計測システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様の原子励起層形成方法は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成することを特徴とする。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【０００６】
上記原子励起層形成方法において、前記内部空間の端面において、前記内部空間の端面を包含する面形状となる前記原子励起層形成用ビームを、前記内部空間の端面に対して照射してもよい。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、セルの壁部の周方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セルの壁部の周方向の全域に亘って得ることができる。
【０００７】
上記原子励起層形成方法において、前記測定装置が備える光ポンピングビーム照射装置が前記セルに照射する光ポンピングビームと同一の波長の前記原子励起層形成用ビームを、前記セルに対して照射してもよい。係る構成によれば、セルの壁部に衝突した媒体の原子を、生成した原子励起層で励起し、強制的に原子スピンを復帰することができる。また、原子励起層形成用ビームの照射源と、光ポンピングビームの照射源とで、構成部品を共用することができるため、原子励起層形成用ビームの照射源にかかるコストを削減することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様の原子励起層形成装置は、光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成することを特徴とする。係る構成によれば、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【０００９】
また、本発明の第３の態様の磁場計測システムは、光ポンピングを利用した測定装置と、前記測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する原子励起層形成装置とを備えることを特徴とする。係る構成によれば、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができるため、均一かつ長期間安定した検出感度で、測定対象を測定することができる。
【００１０】
上記磁場計測システムにおいて、前記測定装置は、複数の前記セルを有し、当該磁場計測システムは、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成装置が設けられていてもよい。係る構成によれば、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００１１】
上記磁場計測システムにおいて、前記測定装置は、複数の前記セルを有し、当該磁場計測システムは、前記原子励起層形成装置から出力された前記原子励起層形成用ビームを、複数の前記原子励起層形成用ビームに分岐し、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させる光スプリッターをさらに備えてもよい。係る構成によれば、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの壁部の内部空間側の表面において、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、原子励起層形成用ビームの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成するため、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、原子励起層形成用ビームを照射し続けることで、測定装置が備える複数のセルのそれぞれに対して、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。特に、原子励起層形成装置から出力された原子励起層形成用ビームを複数の原子励起層形成用ビームに分岐して、複数のセルに照射するので、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルを変更する場合、原子励起層形成装置から出力される原子励起層形成用ビームのプロファイルを変更すればよいため、複数のセルに照射される原子励起層形成用ビームのプロファイルを容易に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【図２】原子励起層が形成された状態のセル２１０の断面を示す。
【図３】原子励起層が形成された状態のセル２１０の断面を示す。
【図４】第２実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【図５】第３実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施例＞
図１は、第１実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。磁場計測システム１０は、測定対象の測定位置での磁場を計測する。たとえば、磁場計測システム１０は、脳磁計、心磁計などの、数ｆＴ（フェムトテスラ）以下の非常に微弱な磁場を測定する生体計測システムに用いられる。磁場計測システム１０は、光ポンピングを利用した測定装置である光ポンピング磁力計２００を備える。光ポンピング磁力計２００は、セル２１０、プローブ光照射装置２２０、光ポンピングビーム照射装置２３０、および検出装置２４０を有する。
【００１４】
セル２１０は、内部空間を有する筒形状を有する。図１に示す例では、セル２１０は、円筒形状を有している。セル２１０の内部空間には、媒体の一例としてアルカリ金属ガスの一つであるセシウムガスが封入されている。
【００１５】
光ポンピングビーム照射装置２３０は、セル２１０に対して光ポンピングビーム２３０Ａを照射する。具体的には、光ポンピングビーム照射装置２３０は、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の光ポンピングに適した波長の円偏光を、光ポンピングビーム２３０Ａとしてｘ軸方向（セル２１０の中心軸方向）からセル２１０へ照射して、セル２１０の内部空間を通過させる。これにより、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子が励起され、電子スピンの向きが揃えられる。
【００１６】
プローブ光照射装置２２０は、セル２１０に対してプローブ光２２０Ａを照射する。具体的には、プローブ光照射装置２２０は、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子の電子スピンの向きが揃えられた状態で、直線偏光を、プローブ光２２０Ａとしてｙ軸方向（ｘ軸方向と直交する方向）からセル２１０へ照射して、セル２１０の内部空間を通過させる。セル２１０の内部空間を通過したプローブ光２２０Ａは、測定対象の測定位置での磁場の強度に応じて、偏光面が回転される。
【００１７】
検出装置２４０は、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａから、測定対象の測定位置における磁場の強度を検出する。たとえば、検出装置２４０は、偏光板によって、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａから特定の回転角度の偏光を透過する。そして、検出装置２４０は、フォトダイオードによって、偏光板を透過した偏光の強度を検出する。さらに、検出装置２４０は、検出した偏光の強度および回転角度に基づいて、セル２１０から出射されたプローブ光２２０Ａの偏光回転角を算出する。そのうえ、検出装置２４０は、検出された偏光回転角に基づいて、測定対象の測定位置における磁場の強度を算出する。
【００１８】
本実施形態の磁場計測システム１０は、原子励起層形成装置１００をさらに備える。原子励起層形成装置１００は、セル２１０に対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射して、セル２１０の壁部（セル２１０の壁部のうちのｘ軸方向に延伸する壁部）の内部空間側の表面（以下、「内壁面」という）に沿って、セル２１０の壁部の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させることにより、セル２１０の内壁面に、セル２１０の内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する。具体的には、原子励起層形成装置１００は、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と同一の波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをｘ軸方向からセル２１０の内部空間の端面へ照射して、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させる。これにより、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層であって、セル２１０に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を、セル２１０の内壁面における原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一に形成する。
【００１９】
原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内部空間の端面を包含する面形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射することで、セル２１０の内壁面において、セル２１０の壁部の周方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成する。たとえば、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内部空間の端面の形状と同一の面形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射する。図１に示す例では、セル２１０の内部空間の端面は円形状を有しているので、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において円形状となる原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対して照射する。このようにして、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面の全域に亘って、均一かつ経年変化の少ない原子励起層を効率的に形成する。
【００２０】
セル２１０の内壁面が原子励起層で覆われることで、セル２１０の壁部へ衝突した媒体の原子は、セル２１０の壁部の手前にある原子励起層で励起され、強制的に原子スピンが復帰される。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面に対して、不均一かつ経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、均一かつ経年変化の少ない原子励起層を形成するため、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、均一かつ長期間継続して得ることができる。
【００２１】
図２は、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部の断面を示す。図２では、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部を、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向であるｘ軸方向から見たときの断面を示す。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域に亘って、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射する。これにより、図２に示すように、セル２１０の内壁面には、セル２１０の内壁面の周方向の全域に亘って、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層２１０Ａが形成される。
【００２２】
図３は、原子励起層が形成された状態のセル２１０の壁部の断面を示す。図３では、原子励起層が形成された状態のセル２１０壁部を、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向と直交する方向から見たときの断面を示す。原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内壁面に沿ってセル２１０の内部空間を通過する条件を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。たとえば、原子励起層形成装置１００は、下記条件（１）および（２）を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。（１）セル２１０の内部空間の端面（断面）と同一の面形状を有する。（２）セル２１０の内部空間の軸方向と進行方向が平行である。
【００２３】
原子励起層形成装置１００から照射された原子励起層形成用ビーム１００Ａは、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間をｘ軸方向に通過する。これにより、図３に示すように、セル２１０の内壁面には、ｘ軸方向（原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向）の全域に亘って、セル２１０の内壁面を覆う原子励起層２１０Ａが形成される。
【００２４】
＜第２実施例＞
図４は、第２実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。図４に示す磁場計測システム１０は、角筒形状のセル２１０が、プローブ光２２０Ａの照射方向（ｙ軸方向）に複数設けられており、複数のセル２１０のそれぞれに対して、光ポンピングビーム照射装置２３０と、原子励起層形成装置１００とが設けられている点で、図１に示した磁場計測システム１０と異なる。複数の原子励起層形成装置１００のそれぞれは、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００と同様に動作する。すなわち、複数の原子励起層形成装置１００のそれぞれは、対応するセル２１０に原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、対応するセル２１０の内壁面に、原子励起層を形成する。
【００２５】
第２実施例に係る磁場計測システム１０によれば、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セル２１０の内壁面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域、および原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セル２１０の内壁面の周方向の全域、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、複数のセル２１０のそれぞれに対して、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成する。このため、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００２６】
なお、第２実施例に係る磁場計測システム１０においては、セル２１０が１軸（ｙ軸）方向に複数設けられているが、セル２１０が２軸方向に複数設けられてもよい。たとえば、複数のセル２１０が、ｘ軸方向から見て格子状に並べて設けられてもよい。これらの場合も、複数のセル２１０の位置に対応して、複数の原子励起層形成装置１００、および複数の光ポンピングビーム照射装置２３０を設け、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成することができる。
【００２７】
＜第３実施例＞
図５は、第３実施例に係る磁場計測システム１０の構成を示す。図５に示す磁場計測システム１０は、複数の原子励起層形成装置１００の代わりに、一の原子励起層形成装置１００と、光スプリッター５１０とを備える点で、図４に示した磁場計測システム１０と異なる。光スプリッター５１０は、原子励起層形成装置１００から出力された原子励起層形成用ビーム１００Ａを、複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐する。具体的には、光スプリッター５１０は、原子励起層形成装置１００の位置に対応して設けられた入射口から入射された原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の数分の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐する。複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａのそれぞれは、対応するセル２１０の位置に対応して設けられた出射口から出射され、対応するセル２１０に対して照射される。
【００２８】
光スプリッター５１０は、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００と同様に、セル２１０の内壁面に沿ってセル２１０の内部空間を通過する条件を満たす原子励起層形成用ビーム１００Ａを、セル２１０の内部空間の端面に対してｘ軸方向から照射する。すなわち、光スプリッター５１０は、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成する。
【００２９】
第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セル２１０の内壁面において、セル２１０の内壁面の周方向の全域、および原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って均一な原子励起層を形成することができる。したがって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、セルの内部空間に封入された媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、セル２１０の内壁面の周方向の全域、原子励起層形成用ビーム１００Ａの進行方向の全域に亘って得ることができる。また、複数のセル２１０のそれぞれに対して、経年変化の多い物理的なコーティングを施さずに、経年変化の少ない原子励起層を形成する。このため、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射し続けることで、媒体の原子の原子スピンの緩和を抑制する効果を、長期間継続して得ることができる。
【００３０】
特に、第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、一の原子励起層形成装置１００から出力された原子励起層形成用ビーム１００Ａを複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａに分岐して、複数のセル２１０に照射するので、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを変更する場合、原子励起層形成装置１００から出力される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを変更すればよいため、複数のセル２１０に照射される原子励起層形成用ビーム１００Ａのプロファイルを容易に変更することができる。
【００３１】
図５に示す磁場計測システム１０は、複数の光ポンピングビーム照射装置２３０の代わりに、一の光ポンピングビーム照射装置２３０と、光スプリッター５２０とを備える点でも、図４に示した磁場計測システム１０と異なる。光スプリッター５２０は、光ポンピングビーム照射装置２３０から出力された光ポンピングビーム２３０Ａを、複数の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐する。具体的には、光スプリッター５２０は、光ポンピングビーム照射装置２３０の位置に対応して設けられた入射口から入射された光ポンピングビーム２３０Ａを、セル２１０の数分の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐する。複数の光ポンピングビーム２３０Ａのそれぞれは、対応するセル２１０の位置に対応して設けられた出射口から出射され、対応するセル２１０に対して照射される。
【００３２】
第３実施例に係る磁場計測システム１０によれば、一の光ポンピングビーム照射装置２３０から出力された光ポンピングビーム２３０Ａを複数の光ポンピングビーム２３０Ａに分岐して、複数のセル２１０に照射するので、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルのばらつきを容易に抑えることができる。また、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを変更する場合、光ポンピングビーム照射装置２３０から出力される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを変更すればよいため、複数のセル２１０に照射される光ポンピングビーム２３０Ａのプロファイルを容易に変更することができる。
【００３３】
なお、第３実施例に係る磁場計測システム１０においては、セル２１０が１軸（ｙ軸）方向に複数設けられているが、セル２１０が２軸方向に複数設けられてもよい。たとえば、複数のセル２１０が、ｘ軸方向から見て格子状に並べて設けられてもよい。これらの場合も、複数のセル２１０の位置に対応して、複数の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射する光スプリッター５１０、および複数の複数の光ポンピングビーム２３０Ａを照射する光スプリッター５２０を設け、複数のセル２１０のそれぞれに対して、第１実施例で説明した原子励起層形成装置１００が照射する原子励起層形成用ビーム１００Ａと同条件の原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射することで、複数のセル２１０のそれぞれの内壁面に、原子励起層を形成することができる。
【００３４】
第３実施例に係る磁場計測システム１０において、原子励起層形成装置１００および光スプリッター５１０を複数備え、複数の原子励起層形成装置１００および光スプリッター５１０によって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、原子励起層形成用ビーム１００Ａを照射してもよい。また、光ポンピングビーム照射装置２３０および光スプリッター５２０を複数備え、複数の光ポンピングビーム照射装置２３０および光スプリッター５２０によって、複数のセル２１０のそれぞれに対して、光ポンピングビーム２３０Ａを照射してもよい。
【００３５】
本実施形態の磁場計測システム１０は、第１実施例−第３実施例で説明した構成に限らない。たとえば、原子励起層形成装置１００と光ポンピングビーム照射装置２３０とは、図４に示すように、セル２１０を挟んで対向して設けられていてもよく、図１に示すように、セル２１０の一方の方向に設けられていてもよい。また、磁場計測システム１０は、磁場を計測するシステムであれば、生体計測システムに限らず、これ以外のシステムにも用いてもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０に封入されている媒体の光ポンピングに適した波長の円偏光であれば、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と同一の波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをセル２１０へ照射してもよく、光ポンピングビーム２３０Ａの波長と異なる波長の原子励起層形成用ビーム１００Ａをセル２１０へ照射してもよい。
【００３６】
また、原子励起層形成装置１００は、原子励起層形成用ビーム１００Ａの幅を調整することで、原子励起層の幅を調整することができる調整機構を有してもよい。これにより、たとえば、ユーザーは、原子励起層の幅を、光ポンピングセンサー感度が最も高くなるように、容易に調整することができる。
【００３７】
また、セル２１０は、円筒形状および角筒形状に限らず、セル２１０の内壁面に沿って、セル２１０の内部空間に原子励起層形成用ビーム１００Ａを通過させることができるものであれば、これ以外の形状を有してもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０の内部空間の端面の形状に合わせて原子励起層形成用ビーム１００Ａの面形状を調整することができる調整機構を有していてもよい。また、セル２１０に封入される媒体には、セシウムガスに限らず、これ以外の、カリウムガス、ルビジウムガスなどのアルカリ金属ガスを用いてもよい。また、セル２１０に封入される媒体には、アルカリ金属ガスに限らず、これ以外の、希ガスなどの媒体を用いてもよい。また、原子励起層形成装置１００は、セル２１０に封入されている媒体に合わせて原子励起層形成用ビーム１００Ａの波長を調整することができる調整機構を有していてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１０…磁場計測システム、１００…原子励起層形成装置、１００Ａ…原子励起層形成用ビーム、２００…光ポンピング磁力計、２１０…セル、２１０Ａ…原子励起層、２２０…プローブ光照射装置、２２０Ａ…プローブ光、２３０…光ポンピングビーム照射装置、２３０Ａ…光ポンピングビーム、２４０…検出装置、５１０…光スプリッター、５２０…光スプリッター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する
ことを特徴とする原子励起層形成方法。
【請求項２】
前記内部空間の端面において、前記内部空間の端面を包含する面形状となる前記原子励起層形成用ビームを、前記内部空間の端面に対して照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の原子励起層形成方法。
【請求項３】
前記測定装置が備える光ポンピングビーム照射装置が前記セルに照射する光ポンピングビームと同一の波長の前記原子励起層形成用ビームを、前記セルに対して照射する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の原子励起層形成方法。
【請求項４】
光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する
ことを特徴とする原子励起層形成装置。
【請求項５】
光ポンピングを利用した測定装置と、
前記測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する原子励起層形成装置と
を備えることを特徴とする磁場計測システム。
【請求項６】
前記測定装置は、
複数の前記セルを有し、
当該磁場計測システムは、
前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成装置が設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の磁場計測システム。
【請求項７】
前記測定装置は、
複数の前記セルを有し、
当該磁場計測システムは、
前記原子励起層形成装置から出力された前記原子励起層形成用ビームを、複数の前記原子励起層形成用ビームに分岐し、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させる光スプリッターをさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の磁場計測システム。
【請求項１】
光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する
ことを特徴とする原子励起層形成方法。
【請求項２】
前記内部空間の端面において、前記内部空間の端面を包含する面形状となる前記原子励起層形成用ビームを、前記内部空間の端面に対して照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の原子励起層形成方法。
【請求項３】
前記測定装置が備える光ポンピングビーム照射装置が前記セルに照射する光ポンピングビームと同一の波長の前記原子励起層形成用ビームを、前記セルに対して照射する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の原子励起層形成方法。
【請求項４】
光ポンピングを利用した測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する
ことを特徴とする原子励起層形成装置。
【請求項５】
光ポンピングを利用した測定装置と、
前記測定装置が備える内部空間を有するセルに対して、原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させることにより、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に、前記内部空間に封入されている媒体の原子を励起する原子励起層を形成する原子励起層形成装置と
を備えることを特徴とする磁場計測システム。
【請求項６】
前記測定装置は、
複数の前記セルを有し、
当該磁場計測システムは、
前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成装置が設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の磁場計測システム。
【請求項７】
前記測定装置は、
複数の前記セルを有し、
当該磁場計測システムは、
前記原子励起層形成装置から出力された前記原子励起層形成用ビームを、複数の前記原子励起層形成用ビームに分岐し、前記複数のセルのそれぞれに対して、前記原子励起層形成用ビームを照射して、前記セルの壁部の前記内部空間側の表面に沿って、前記内部空間に前記原子励起層形成用ビームを通過させる光スプリッターをさらに備える
ことを特徴とする請求項５に記載の磁場計測システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０６９５０（Ｐ２０１１−１０６９５０Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１９６８（Ｐ２００９−２６１９６８）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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