磁気センサー装置及び磁気計測装置
【課題】複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させる。
【解決手段】磁気センサー装置は、アルカリ金属原子を収容した複数のセル（１６１）と、直線偏光成分を有する入射光を出射する出射部（１０，１２）と、入射光の偏光面の角度を保持した状態で複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構（１４）と、複数のセルに各々対応して設けられ、第１光学機構から入射した入射光の偏光面の角度を保持した状態で入射時の光束径より小さい光束径の入射光をセルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構（１５）と、各セルを透過した入射光を当該セルに向けて反射させる反射部（１６２）と、反射されて各セルを透過して第２光学機構と第１光学機構とを通過した反射光を第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部（１８，１９，２０）とを備える。
【解決手段】磁気センサー装置は、アルカリ金属原子を収容した複数のセル（１６１）と、直線偏光成分を有する入射光を出射する出射部（１０，１２）と、入射光の偏光面の角度を保持した状態で複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構（１４）と、複数のセルに各々対応して設けられ、第１光学機構から入射した入射光の偏光面の角度を保持した状態で入射時の光束径より小さい光束径の入射光をセルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構（１５）と、各セルを透過した入射光を当該セルに向けて反射させる反射部（１６２）と、反射されて各セルを透過して第２光学機構と第１光学機構とを通過した反射光を第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部（１８，１９，２０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサー装置及び磁気計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の心臓等から発せられる磁場を検出する磁気計測装置等において、光ポンピングを利用した磁気センサーが利用されている。このような磁気センサーにおいては、所定の原子が封入された各セルに対して円偏光成分を有するポンプ光と直線偏光成分を有するプローブ光とを直交するように照射し、各セルにおける生体から発する磁場をプローブ光によって検出する。下記特許文献１には、そのような光ポンピング原子磁力計が開示されている。また、他の検出方法として、ポンプ光を兼ねた直線偏光成分を有するプローブ光をセルに照射し、アライメントされて歳差運動を行っている原子を透過したプローブ光の偏光面の角度を検出することでセルにおける磁場の検出を行う非線形磁気光学効果による方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記光ポンピング方式と非線形磁気光学効果による方式のいずれの方法を用いても、セルの数だけプローブ光を入射させて検出する構成が必要となるため、例えば、図８に示すように、プローブ光の入射と検出の構成とを磁場の発生源５０から離れた一箇所に集中させる構成が考えられる。図８に示す構成では、光源６０から円偏光のポンプ光（破線）をセル７２に照射すると共に、光源７０からビームスプリッター７１を介して直線偏光のプローブ光（二点鎖線）をセル７２に照射する。セル７２に照射されたプローブ光は、セル７２の底面側に設置された反射板７３によって反射されてセル７２の内部に再び入射し、セル７２を透過した後、ビームスプリッター７１によって偏光ビームスプリッター７４に導かれ、偏光ビームスプリッター７４でＰ波成分とＳ波成分とに分離されて受光部７５、７６に受光される。このように構成した場合でも、磁場を広範囲に測定するために多数のセルを配置すると図８に示した構成がセルの数だけ必要となり、装置規模が大きくなると共に消費電力が増大する。また、１つの光源から各セル７２に対してプローブ光を照射する構成として、例えば、光ファイバーや石英などの導波路を用いてセルの数だけプローブ光を分岐させる方法がある。しかし、光ファイバーや導波路を用いてプローブ光を単に分岐させるだけの構成では反射光の光路において偏光状態が保持されないため、反射光の光路の構成を別途構築しなければならない。
本発明は、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る磁気センサー装置は、アルカリ金属原子を収容した複数のセルと、直線偏光成分を有する光を入射光として出射する出射部と、前記出射部から出射された入射光の偏光面の角度を保持した状態で、前記複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の前記入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構と、前記複数のセルに各々対応して設けられ、前記第１光学機構から入射した前記入射光の偏光面の角度を保持した状態で、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を対応する前記セルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構と、前記第２光学機構から前記セルの各々に対して入射し、当該セルを透過した前記入射光を当該セルに向けて反射させる反射部と、前記反射部によって反射されて前記各セルを透過し、前記入射光の入射方向とは反対方向から前記第２光学機構と前記第１光学機構とを通過した当該入射光の反射光の第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第２光学機構を収容する筐体の上面及び底面は、光を透過させる透過領域と光を透過させない非透過領域とを有し、前記透過領域は、前記第２光学系が配置された部分に対応し、前記非透過領域は、前記第２光学系が配置されていない部分に対応することとしてもよい。この構成によれば、第２光学系以外の部分で乱反射した光が受光されないようにすることができる。
【０００７】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第２光学系を出射した前記入射光を偏光面の角度を保持した状態で伝送する伝送媒体によって前記複数のセルと前記第２光学系とが接続され、前記伝送媒体から出射された前記入射光の平行光を対応する前記セルに出射させる第３光学系を有することとしてもよい。この構成によれば、複数のセルを配置する際の自由度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第３光学系は、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を出射させることとしてもよい。この構成によれば、より高い強度の光をセルに照射することができる。
【０００９】
また、本発明に係る磁気計測装置は、上記いずれかに記載の磁気センサー装置と、前記磁気センサー装置から出力された受光情報に基づいて、前記複数のセルの位置における磁気を検出する検出部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る磁気計測装置の構成を表す図である。
【図２】（ａ）は、実施形態に係る第１光学機構と第２光学機構とを表す図である。（ｂ）及び（ｃ）は、第２光学機構の上面と底面とを表す図である。
【図３】実施形態に係る第２光学部材を表す図である。
【図４】実施形態に係る第２光学系とセルとの位置関係を表す図である。
【図５】（ａ）は、実施形態に係るセンサー機構の断面図である。（ｂ）は、実施形態に係るセルを表す図である。
【図６】変形例（１）に係る磁気計測装置の構成例を表す図である。
【図７】（ａ）は、変形例（２）に係る磁気計測装置の構成を表す図である。（ｂ）は、変形例（２）におけるポンプ光照射部とセルとの位置関係を示す図である。
【図８】従来における磁気検出装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（構成）
図１は、本発明に係る実施形態の磁気計測装置の構成例を表す模式図である。磁気計測装置１は、磁気センサー装置としての、レーザー発振装置１０、伝送媒体Ｆ１、ビームエクスパンダー１１、偏光子１２、ビームスプリッター１３、第１光学機構１４、第２光学機構１５、センサー機構１６、偏光ビームスプリッター１８、Ｓ波検出用フォトディテクター１９、及びＰ波検出用フォトディテクター２０と、検出部としての信号処理装置２１とを有する。
【００１２】
レーザー発振装置１０は、無偏光成分を有するレーザー光を伝送媒体Ｆ１に出射する。伝送媒体Ｆ１は、光ファイバーで構成され、入射したレーザー光をビームエクスパンダー１１に伝送する。ビームエクスパンダー１１は、出力端においてレーザー光の光束を拡げ、平行光にしてレーザー光を出射させる。偏光子１２は、半波長板を有し、ビームエクスパンダー１１から出射されたレーザー光（二点鎖線）を直線偏光に変換する。ビームスプリッター１３は、偏光子１２から出射された直線偏光成分を有するレーザー光の一部を反射させて図中Ｙ軸方向に出射させる。レーザー発振装置１０及び偏光子１２は、本発明の出射部として機能する。
【００１３】
次に、第１光学機構１４及び第２光学機構１５について説明する。図２（ａ）は、第１光学機構１４と第２光学機構１５とを表す図である。図２（ｂ）は、第２光学機構１５を上面側から見た図であり、図２（ｃ）は第２光学機構１５を底面側から見た図である。図２（ａ）において、第１光学機構１４は、筐体１４０内に第１光学系１４１を有する。筐体１４０の側面の内側には、例えば光を乱反射させない黒色などの樹脂が接着され、筐体１４０の底面部１４０Ａと上面部１４０Ｂは光を透過させるガラスなどの素材で構成されている。底面部１４０Ａと上面部１４０Ｂは円形状であり、底面部１４０Ａは上面部１４０Ｂより大きく構成されている。第１光学系１４１は、例えば平凹レンズと平凸レンズとを組み合わせて構成され、ビームスプリッター１３から出射された直線偏光成分を有するレーザー光（二点鎖線）の光束径を拡げた平行光を底面部１４０Ａから出射させる。第１光学系１４１は、出射する平行光のレーザー光が、後述するセンサー機構１６に設けられている各セル１６１が含まれる大きさの光束径ｘとなるように設計されている。
【００１４】
第２光学機構１５は、円筒形状の筐体１５０内に、複数の円筒形状の第２光学部材１５１を有する。筐体１５０は、光を透過させるガラスなどの素材で構成され、筐体１５０の上面及び底面は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、第２光学部材１５１が配置された部分以外の斜線部（非透過領域）は例えば黒色の樹脂が接着されている。つまり、第２光学部材１５１が配置された部分（透過領域）に光を透過させ、第２光学部材１５１が設けられていない斜線部ではレーザー光が透過及び乱反射しないように構成されている。
【００１５】
図３は、第２光学部材１５１を表す図である。また、図４は、第２光学部材１５１とセンサー機構１６における各セル１６１との位置関係を表した図である。図３において、第２光学部材１５１は、光を透過させるガラスなどで構成された円筒形状の筐体１５１ａ内に、例えば平凸レンズと平凹レンズとを含む第２光学系１５２を有する。第２光学部材１５１は、筐体１５１ａの上面部１５１Ｂから入射した第１光学系１４１からの直線偏光成分を有するレーザー光（二点鎖線）の光束径ｘ１より小さい光束径ｘ２の平行光を底面部１５１Ａから出射させる。図４に示すように、各第２光学部材１５１は、第２光学系１５２の光軸がセンサー機構１６における対応するセル１６１の中心部を通るように各々配置されており、各第２光学部材１５１の底面部１５１Ａから出射されたレーザー光は対応する各セル１６１に照射される。
【００１６】
図５（ａ）は、センサー機構１６の断面を表す図であり、図５（ｂ）は、センサー機構１６におけるセル１６１を表す図である。センサー機構１６は、光を透過させる例えばガラスなどで構成された円筒形状の筐体１６０内に、複数のセル１６１を有して構成されている。本実施形態では、図４に示したように、５つのセル１６１が筐体１６０内に配置されている。セル１６１は、図５（ｂ）に示すように、４面体で構成され、光を透過させるガラス等の素材で形成されており、内部に所定の原子からなる原子群が含まれている。
【００１７】
所定の原子は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）及びフランシウム（Ｆｒ）等のアルカリ金属原子である。なお、セル１６１の少なくとも上面１６１Ｂ及び底面１６１Ａは光を透過するように構成されていればよく、各セル１６１の底面１６１Ａ又は上面１６１Ｂが同じ向きとなるように配置されていればよい。また、セル１６１内には、アルカリ金属原子の他に、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ）などのバッファーガスが含まれていてもよい。アルカリ金属原子は、磁気を検出する際に気体の状態であればよく、常時気体の状態でなくてもよい。
【００１８】
また、図５（ａ）に示すように、各セル１６１の底面１６１Ａ側、つまり、筐体１６０内の底面部には、筐体１６０内の底面部と同一の径を有する反射板１６２が設けられている。反射板１６２は、金属膜または誘電体多層膜を用いた反射面を有する。反射板１６２は、各セル１６１の底面１６１Ａを透過したレーザー光を反射させ、各セル１６１の底面１６１Ａ側から内部に向けてレーザー光を再び入射させる。
【００１９】
図１に戻り、偏光ビームスプリッター１８は、反射板１６２で反射されて各セル１６１を透過し、第２光学機構１５及び第１光学機構１４とビームスプリッター１３を透過した反射光のＳ波成分（第１偏光成分）とＰ波成分（第２偏光成分）とを分離し、Ｓ波成分をＳ波検出用フォトディテクター１９に入射させ、Ｐ波成分をＰ波検出用フォトディテクター２０に入射させる。Ｓ波検出用フォトディテクター１９は、入射したＳ波成分の光量に応じた信号（受光情報）を信号処理部２１へ出力する。Ｐ波検出用フォトディテクター２０は、入射したＰ波成分の光量に応じた信号（受光情報）を信号処理部２１へ出力する。信号処理部２１は、Ｓ波検出用フォトディテクター１９とＰ波検出用フォトディテクター２０とから出力されたＳ波成分とＰ波成分の光量を示す電気信号を解析して反射光の偏光面の回転角度を求め、回転角度に応じた磁場の強度を算出する。なお、本実施形態において、偏光ビームスプリッター１８とＰ波検出用フォトディテクター２０とＳ波検出用フォトディテクター１９は本発明の受光部として機能し、信号処理部２１は本発明の検出部として機能する。
【００２０】
（動作）
次に、磁気計測装置１の動作について図１を参照しつつ説明する。検体からの磁気を測定する際には、磁気計測装置１におけるセンサー機構１６の下方の位置に測定対象となる検体が位置するように磁気計測装置１が設定される。利用者は、磁気の計測を開始する際、磁気計測装置１において、レーザー発振装置１０からプローブ光であるレーザー光を出力させる。レーザー発振装置１０から出力された無偏光のレーザー光は、伝送媒体Ｆ１を介してビームエクスパンダー１１に入射する。レーザー光はビームエクスパンダー１１によって平行光にされて偏光子１２に入射し、偏光子１２によって直線偏光に変換されてビームスプリッター１３に向かう。ビームスプリッター１３に入射した直線偏光のレーザー光は、光路Ｒ１を通ってセル１６１に照射される。以下、光路Ｒ１を通るレーザー光を入射光と称する。
【００２１】
つまり、直線偏光の入射光は、ビームスプリッター１３で反射されて第１光学機構１４の第１光学系１４１に入射し、第１光学系１４１において、偏光面の角度が保持された状態で光束径が拡げられ、第１光学機構１４から平行光の状態で出射される。第１光学機構１４を出射した入射光は、第２光学機構１５の各第２光学部材１５１に入射する。レーザー光は、第２光学部材１５１の第２光学系１５２によって偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られ、センサー機構１６の側へ平行光の状態で出射される。第２光学機構１５の各第２光学系１５２から出射された直線偏光の入射光は、対応する各セル１６１に向けて入射する。
【００２２】
各セル１６１に直線偏光の入射光が入射すると、各セル１６１内のアルカリ金属原子群はアライメントされ、線形二色性が生じる。アルカリ金属原子群は、各セル１６１が配置された位置における検体からの磁場に応じて歳差運動を行う。入射光は、各セル１６１内のアルカリ金属原子群を通過すると、ファラデー回転効果により偏光面が回転されて各セル１６１を透過する。
【００２３】
偏光面が回転された入射光は反射板１６２によって反射される。そして、その反射光は、各セル１６１の底面１６１Ａからセル１６１内に再び入射し、アルカリ金属原子群を通過する。反射光の偏光面は、ファラデー回転の非相反性によって光路Ｒ１における偏光面の回転方向と同じ方向に回転される。各セル１６１において偏光面が回転されて各セル１６１を透過した反射光は、光路Ｒ２を通って第２光学機構１５に向かう。第２光学機構１５の底面側から入射した各セル１６１からの反射光は、各セル１６１に対応する各第２光学系１５２に各々入射する。反射光は、偏光面の角度が保持された状態で、第２光学部材１５１の上面部１５１Ｂにおいて光束径が拡げられ、第１光学機構１４の側へ平行光の状態で出射される。第１光学機構１４に入射した反射光は、偏光面の角度が保持された状態で第１光学系１４１の上面部１４０Ｂにおいて光束径が絞られ、第１光学機構１４から出射してビームスプリッター１３に向かう。
【００２４】
ビームスプリッター１３に入射した反射光の一部が偏光ビームスプリッター１８に導かれる。偏光ビームスプリッター１８において、反射光はＰ波成分とＳ波成分とに分離され、Ｐ波成分はＰ波検出用フォトディテクター２０で受光され、Ｓ波成分はＳ波検出用フォトディテクター１９で受光される。Ｐ波検出用フォトディテクター２０とＳ波検出用フォトディテクター１９は、Ｐ波成分とＳ波成分の各光量に応じた電気信号を信号処理部２１に各々出力する。信号処理部２１は、Ｐ波成分とＳ波成分の各光量に応じた電気信号に基づいて、反射光の偏光面の回転角度から検体における磁場の強度を算出する。
【００２５】
上記実施形態では、複数のセル１６１に共通の光源からプローブ光を分配して照射する構成となっており、各セル１６１に対して照射されたプローブ光の反射光を光源の側において受光する構成となっているため、セル１６１ごとにプローブ光を照射して受光する構成と比べて装置を小型化することができる。また、各セル１６１に照射されるプローブ光は、第１光学系１４１によって、各セル１６１が配置される範囲を含むようにプローブ光の光束径が拡げられ、第２光学系１５２においてセル１６１ごとにプローブ光の光束径が絞られるため、より高い光強度のプローブ光を各セル１６１に入射させることができる。また、各セル１６１を透過して反射されたプローブ光は、光路Ｒ２において、第２光学機構１５と第１光学機構１４において偏光面の角度が保持された状態で受光されるため、信号処理部２１における磁場の検出精度を低下させないようにすることができる。
【００２６】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００２７】
（１）上述した実施形態において、センサー機構１６の部分が第２光学機構１５と分離された構成であってもよい。このような構成例を図６に示す。図６において、実施形態と同様の構成は実施形態で用いた符号を付している。本変形例に係る磁気計測装置１Ａは、図６に示すように、第２光学機構１５とセンサー機構１６Ａとを伝送媒体Ｆ２によって接続して構成されている。第２光学機構１５には、実施形態と同様に、第２光学部材１５１が各セル１６１に対応して設けられており、センサー機構１６Ａの筐体１６０内の上面には、第２光学機構１５における第２光学系１５２と同じ構成の第３光学系１６３が各セル１６１と対応する位置に設けられている。第２光学部材１５１と第３光学系１６３の組の数だけ伝送媒体Ｆ２が設けられている。伝送媒体Ｆ２は、偏波保持光ファイバーなどで構成され、偏光面の角度を保持した状態で光を伝送する。
【００２８】
ビームスプリッター１３から直線偏光の入射光が第１光学機構１４に入射すると、入射光は、偏光面の角度が保持された状態で光束径が拡げられて平行光として第２光学機構１５に入射する。入射光は、第２光学機構１５に入射すると、各第２光学部材１５１で偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られて伝送媒体Ｆ２に入射する。伝送媒体Ｆ２内を通過して出射した入射光は、センサー機構１６Ａにおける各第３光学系１６３に入射する。入射光は、各第３光学系１６３に入射すると、偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られて平行光として第３光学系１６３から出射し、各セル１６１に入射する。各セル１６１に入射した入射光は、実施形態と同様に反射板１６２で反射され、その反射光が各セル１６１の内部に向けて入射する。反射光は、各セル１６１を透過して第３光学系１６３に入射し、第３光学系１６３において光束径が拡げられて伝送媒体Ｆ２に入射する。各伝送媒体Ｆ２を通過した反射光は、第２光学機構１５の各第２光学部材１５１に入射し、第２光学系１５２において偏光面が保持された状態で光束径が拡げられて第１光学機構１４に入射する。第１光学機構１４に入射した反射光は、偏光面が保持された状態で第１光学系１４１によって光束径が絞られてビームスプリッター１３に入射する。なお、ビームスプリッター１３を透過した反射光は実施形態と同様にしてＰ波成分とＳ波成分に分離されて受光される。このように、センサー機構１６の部分を伝送媒体Ｆ２によって接続することにより、センサー機構１６の配置の自由度を向上させることができる。
【００２９】
（２）上述した実施形態では、各セル１６１にポンプ光を照射しない例であったが、各セル１６１にポンプ光を照射するように構成してもよい。この場合の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、実施形態と同様の構成は実施形態で用いた符号を付している。磁気計測装置１Ｂは、センサー機構１６に対してＸ軸方向にポンプ光を照射するポンプ光照射ユニット４０を有する。図７（ｂ）は、センサー機構１６の上面側から見た各セル１６１とポンプ光照射ユニット４０の位置関係を表す図である。この図に示すように、ポンプ光照射ユニット４０は、Ｘ軸方向におけるセル１６１の列と対応するように３つのポンプ光照射部４０１を有する。ポンプ光照射部４０１は、無偏光成分を有するレーザー光を出射する光源、コリメートレンズ、偏光板、四分の一波長板等の光学部材（図示略）を出力端に有し、光源からのレーザー光を円偏光成分を有するポンプ光に変換して出力する。この構成の場合、Ｚ軸方向の磁場が検出される。
【００３０】
（３）上述した実施形態では、信号処理部２１において各セル１６１における磁場の強度を算出する例を説明したが、Ｓ波検出用フォトディテクター１９とＰ波検出用フォトディテクター２０で受光されたＳ波成分とＰ波成分の光量に応じた電気信号を磁気計測装置１の外部の演算装置に出力し、当該演算装置においてプローブ光の回転角を算出し、回転角に応じた磁場の大きさを求めるようにしてもよい。
【００３１】
（４）上述した実施形態では、第２光学機構１５の筐体１５０の上面と底面の一部に黒色の樹脂を接着する例を説明したが、筐体１５０の内面にも同様に黒色の樹脂を接着し、筐体１５０内において光が乱反射しないように構成してもよい。
【００３２】
（５）上述した実施形態では、第２光学系１５２は平凸レンズと平凹レンズとを組み合わせて構成されている例を説明したが、例えば、フライアレイレンズを複数段組み合わせて構成するなど、第２光学系１５２を透過する光の偏光状態を保持し、光路Ｒ１における第２光学系１５２の入射側より出射側の光束径が絞られる光学系であればこれに限らない。
【符号の説明】
【００３３】
１，１Ａ，１Ｂ・・・磁気計測装置、１０・・・レーザー発振装置、１１・・・ビームエクスパンダー、１２・・・偏光子、１３・・・ビームスプリッター、１４・・・第１光学機構、１５・・・第２光学機構、１６・・・センサー機構、１８・・・偏光ビームスプリッター、１９・・・Ｓ波検出用フォトディテクター、２０・・・Ｐ波検出用フォトディテクター、２１・・・信号処理部、４０・・・ポンプ光照射ユニット、１４０，１５０，１６０・・・筐体、１４１・・・第１光学系、１５１・・・第２光学部材、１５２・・・第２光学系、１６１・・・セル、１６２・・・反射板、４０１・・・ポンプ光照射部、Ｆ１，Ｆ２・・・伝送媒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサー装置及び磁気計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体の心臓等から発せられる磁場を検出する磁気計測装置等において、光ポンピングを利用した磁気センサーが利用されている。このような磁気センサーにおいては、所定の原子が封入された各セルに対して円偏光成分を有するポンプ光と直線偏光成分を有するプローブ光とを直交するように照射し、各セルにおける生体から発する磁場をプローブ光によって検出する。下記特許文献１には、そのような光ポンピング原子磁力計が開示されている。また、他の検出方法として、ポンプ光を兼ねた直線偏光成分を有するプローブ光をセルに照射し、アライメントされて歳差運動を行っている原子を透過したプローブ光の偏光面の角度を検出することでセルにおける磁場の検出を行う非線形磁気光学効果による方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３６５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記光ポンピング方式と非線形磁気光学効果による方式のいずれの方法を用いても、セルの数だけプローブ光を入射させて検出する構成が必要となるため、例えば、図８に示すように、プローブ光の入射と検出の構成とを磁場の発生源５０から離れた一箇所に集中させる構成が考えられる。図８に示す構成では、光源６０から円偏光のポンプ光（破線）をセル７２に照射すると共に、光源７０からビームスプリッター７１を介して直線偏光のプローブ光（二点鎖線）をセル７２に照射する。セル７２に照射されたプローブ光は、セル７２の底面側に設置された反射板７３によって反射されてセル７２の内部に再び入射し、セル７２を透過した後、ビームスプリッター７１によって偏光ビームスプリッター７４に導かれ、偏光ビームスプリッター７４でＰ波成分とＳ波成分とに分離されて受光部７５、７６に受光される。このように構成した場合でも、磁場を広範囲に測定するために多数のセルを配置すると図８に示した構成がセルの数だけ必要となり、装置規模が大きくなると共に消費電力が増大する。また、１つの光源から各セル７２に対してプローブ光を照射する構成として、例えば、光ファイバーや石英などの導波路を用いてセルの数だけプローブ光を分岐させる方法がある。しかし、光ファイバーや導波路を用いてプローブ光を単に分岐させるだけの構成では反射光の光路において偏光状態が保持されないため、反射光の光路の構成を別途構築しなければならない。
本発明は、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る磁気センサー装置は、アルカリ金属原子を収容した複数のセルと、直線偏光成分を有する光を入射光として出射する出射部と、前記出射部から出射された入射光の偏光面の角度を保持した状態で、前記複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の前記入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構と、前記複数のセルに各々対応して設けられ、前記第１光学機構から入射した前記入射光の偏光面の角度を保持した状態で、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を対応する前記セルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構と、前記第２光学機構から前記セルの各々に対して入射し、当該セルを透過した前記入射光を当該セルに向けて反射させる反射部と、前記反射部によって反射されて前記各セルを透過し、前記入射光の入射方向とは反対方向から前記第２光学機構と前記第１光学機構とを通過した当該入射光の反射光の第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させることができる。
【０００６】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第２光学機構を収容する筐体の上面及び底面は、光を透過させる透過領域と光を透過させない非透過領域とを有し、前記透過領域は、前記第２光学系が配置された部分に対応し、前記非透過領域は、前記第２光学系が配置されていない部分に対応することとしてもよい。この構成によれば、第２光学系以外の部分で乱反射した光が受光されないようにすることができる。
【０００７】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第２光学系を出射した前記入射光を偏光面の角度を保持した状態で伝送する伝送媒体によって前記複数のセルと前記第２光学系とが接続され、前記伝送媒体から出射された前記入射光の平行光を対応する前記セルに出射させる第３光学系を有することとしてもよい。この構成によれば、複数のセルを配置する際の自由度を向上させることができる。
【０００８】
また、本発明に係る磁気センサー装置は、上記磁気計測装置において、前記第３光学系は、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を出射させることとしてもよい。この構成によれば、より高い強度の光をセルに照射することができる。
【０００９】
また、本発明に係る磁気計測装置は、上記いずれかに記載の磁気センサー装置と、前記磁気センサー装置から出力された受光情報に基づいて、前記複数のセルの位置における磁気を検出する検出部とを備えることを特徴とする。この構成によれば、複数のセルを配列して検体からの磁場を計測する際の装置構成を小型化しつつ、磁場の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る磁気計測装置の構成を表す図である。
【図２】（ａ）は、実施形態に係る第１光学機構と第２光学機構とを表す図である。（ｂ）及び（ｃ）は、第２光学機構の上面と底面とを表す図である。
【図３】実施形態に係る第２光学部材を表す図である。
【図４】実施形態に係る第２光学系とセルとの位置関係を表す図である。
【図５】（ａ）は、実施形態に係るセンサー機構の断面図である。（ｂ）は、実施形態に係るセルを表す図である。
【図６】変形例（１）に係る磁気計測装置の構成例を表す図である。
【図７】（ａ）は、変形例（２）に係る磁気計測装置の構成を表す図である。（ｂ）は、変形例（２）におけるポンプ光照射部とセルとの位置関係を示す図である。
【図８】従来における磁気検出装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（構成）
図１は、本発明に係る実施形態の磁気計測装置の構成例を表す模式図である。磁気計測装置１は、磁気センサー装置としての、レーザー発振装置１０、伝送媒体Ｆ１、ビームエクスパンダー１１、偏光子１２、ビームスプリッター１３、第１光学機構１４、第２光学機構１５、センサー機構１６、偏光ビームスプリッター１８、Ｓ波検出用フォトディテクター１９、及びＰ波検出用フォトディテクター２０と、検出部としての信号処理装置２１とを有する。
【００１２】
レーザー発振装置１０は、無偏光成分を有するレーザー光を伝送媒体Ｆ１に出射する。伝送媒体Ｆ１は、光ファイバーで構成され、入射したレーザー光をビームエクスパンダー１１に伝送する。ビームエクスパンダー１１は、出力端においてレーザー光の光束を拡げ、平行光にしてレーザー光を出射させる。偏光子１２は、半波長板を有し、ビームエクスパンダー１１から出射されたレーザー光（二点鎖線）を直線偏光に変換する。ビームスプリッター１３は、偏光子１２から出射された直線偏光成分を有するレーザー光の一部を反射させて図中Ｙ軸方向に出射させる。レーザー発振装置１０及び偏光子１２は、本発明の出射部として機能する。
【００１３】
次に、第１光学機構１４及び第２光学機構１５について説明する。図２（ａ）は、第１光学機構１４と第２光学機構１５とを表す図である。図２（ｂ）は、第２光学機構１５を上面側から見た図であり、図２（ｃ）は第２光学機構１５を底面側から見た図である。図２（ａ）において、第１光学機構１４は、筐体１４０内に第１光学系１４１を有する。筐体１４０の側面の内側には、例えば光を乱反射させない黒色などの樹脂が接着され、筐体１４０の底面部１４０Ａと上面部１４０Ｂは光を透過させるガラスなどの素材で構成されている。底面部１４０Ａと上面部１４０Ｂは円形状であり、底面部１４０Ａは上面部１４０Ｂより大きく構成されている。第１光学系１４１は、例えば平凹レンズと平凸レンズとを組み合わせて構成され、ビームスプリッター１３から出射された直線偏光成分を有するレーザー光（二点鎖線）の光束径を拡げた平行光を底面部１４０Ａから出射させる。第１光学系１４１は、出射する平行光のレーザー光が、後述するセンサー機構１６に設けられている各セル１６１が含まれる大きさの光束径ｘとなるように設計されている。
【００１４】
第２光学機構１５は、円筒形状の筐体１５０内に、複数の円筒形状の第２光学部材１５１を有する。筐体１５０は、光を透過させるガラスなどの素材で構成され、筐体１５０の上面及び底面は、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、第２光学部材１５１が配置された部分以外の斜線部（非透過領域）は例えば黒色の樹脂が接着されている。つまり、第２光学部材１５１が配置された部分（透過領域）に光を透過させ、第２光学部材１５１が設けられていない斜線部ではレーザー光が透過及び乱反射しないように構成されている。
【００１５】
図３は、第２光学部材１５１を表す図である。また、図４は、第２光学部材１５１とセンサー機構１６における各セル１６１との位置関係を表した図である。図３において、第２光学部材１５１は、光を透過させるガラスなどで構成された円筒形状の筐体１５１ａ内に、例えば平凸レンズと平凹レンズとを含む第２光学系１５２を有する。第２光学部材１５１は、筐体１５１ａの上面部１５１Ｂから入射した第１光学系１４１からの直線偏光成分を有するレーザー光（二点鎖線）の光束径ｘ１より小さい光束径ｘ２の平行光を底面部１５１Ａから出射させる。図４に示すように、各第２光学部材１５１は、第２光学系１５２の光軸がセンサー機構１６における対応するセル１６１の中心部を通るように各々配置されており、各第２光学部材１５１の底面部１５１Ａから出射されたレーザー光は対応する各セル１６１に照射される。
【００１６】
図５（ａ）は、センサー機構１６の断面を表す図であり、図５（ｂ）は、センサー機構１６におけるセル１６１を表す図である。センサー機構１６は、光を透過させる例えばガラスなどで構成された円筒形状の筐体１６０内に、複数のセル１６１を有して構成されている。本実施形態では、図４に示したように、５つのセル１６１が筐体１６０内に配置されている。セル１６１は、図５（ｂ）に示すように、４面体で構成され、光を透過させるガラス等の素材で形成されており、内部に所定の原子からなる原子群が含まれている。
【００１７】
所定の原子は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）及びフランシウム（Ｆｒ）等のアルカリ金属原子である。なお、セル１６１の少なくとも上面１６１Ｂ及び底面１６１Ａは光を透過するように構成されていればよく、各セル１６１の底面１６１Ａ又は上面１６１Ｂが同じ向きとなるように配置されていればよい。また、セル１６１内には、アルカリ金属原子の他に、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ）などのバッファーガスが含まれていてもよい。アルカリ金属原子は、磁気を検出する際に気体の状態であればよく、常時気体の状態でなくてもよい。
【００１８】
また、図５（ａ）に示すように、各セル１６１の底面１６１Ａ側、つまり、筐体１６０内の底面部には、筐体１６０内の底面部と同一の径を有する反射板１６２が設けられている。反射板１６２は、金属膜または誘電体多層膜を用いた反射面を有する。反射板１６２は、各セル１６１の底面１６１Ａを透過したレーザー光を反射させ、各セル１６１の底面１６１Ａ側から内部に向けてレーザー光を再び入射させる。
【００１９】
図１に戻り、偏光ビームスプリッター１８は、反射板１６２で反射されて各セル１６１を透過し、第２光学機構１５及び第１光学機構１４とビームスプリッター１３を透過した反射光のＳ波成分（第１偏光成分）とＰ波成分（第２偏光成分）とを分離し、Ｓ波成分をＳ波検出用フォトディテクター１９に入射させ、Ｐ波成分をＰ波検出用フォトディテクター２０に入射させる。Ｓ波検出用フォトディテクター１９は、入射したＳ波成分の光量に応じた信号（受光情報）を信号処理部２１へ出力する。Ｐ波検出用フォトディテクター２０は、入射したＰ波成分の光量に応じた信号（受光情報）を信号処理部２１へ出力する。信号処理部２１は、Ｓ波検出用フォトディテクター１９とＰ波検出用フォトディテクター２０とから出力されたＳ波成分とＰ波成分の光量を示す電気信号を解析して反射光の偏光面の回転角度を求め、回転角度に応じた磁場の強度を算出する。なお、本実施形態において、偏光ビームスプリッター１８とＰ波検出用フォトディテクター２０とＳ波検出用フォトディテクター１９は本発明の受光部として機能し、信号処理部２１は本発明の検出部として機能する。
【００２０】
（動作）
次に、磁気計測装置１の動作について図１を参照しつつ説明する。検体からの磁気を測定する際には、磁気計測装置１におけるセンサー機構１６の下方の位置に測定対象となる検体が位置するように磁気計測装置１が設定される。利用者は、磁気の計測を開始する際、磁気計測装置１において、レーザー発振装置１０からプローブ光であるレーザー光を出力させる。レーザー発振装置１０から出力された無偏光のレーザー光は、伝送媒体Ｆ１を介してビームエクスパンダー１１に入射する。レーザー光はビームエクスパンダー１１によって平行光にされて偏光子１２に入射し、偏光子１２によって直線偏光に変換されてビームスプリッター１３に向かう。ビームスプリッター１３に入射した直線偏光のレーザー光は、光路Ｒ１を通ってセル１６１に照射される。以下、光路Ｒ１を通るレーザー光を入射光と称する。
【００２１】
つまり、直線偏光の入射光は、ビームスプリッター１３で反射されて第１光学機構１４の第１光学系１４１に入射し、第１光学系１４１において、偏光面の角度が保持された状態で光束径が拡げられ、第１光学機構１４から平行光の状態で出射される。第１光学機構１４を出射した入射光は、第２光学機構１５の各第２光学部材１５１に入射する。レーザー光は、第２光学部材１５１の第２光学系１５２によって偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られ、センサー機構１６の側へ平行光の状態で出射される。第２光学機構１５の各第２光学系１５２から出射された直線偏光の入射光は、対応する各セル１６１に向けて入射する。
【００２２】
各セル１６１に直線偏光の入射光が入射すると、各セル１６１内のアルカリ金属原子群はアライメントされ、線形二色性が生じる。アルカリ金属原子群は、各セル１６１が配置された位置における検体からの磁場に応じて歳差運動を行う。入射光は、各セル１６１内のアルカリ金属原子群を通過すると、ファラデー回転効果により偏光面が回転されて各セル１６１を透過する。
【００２３】
偏光面が回転された入射光は反射板１６２によって反射される。そして、その反射光は、各セル１６１の底面１６１Ａからセル１６１内に再び入射し、アルカリ金属原子群を通過する。反射光の偏光面は、ファラデー回転の非相反性によって光路Ｒ１における偏光面の回転方向と同じ方向に回転される。各セル１６１において偏光面が回転されて各セル１６１を透過した反射光は、光路Ｒ２を通って第２光学機構１５に向かう。第２光学機構１５の底面側から入射した各セル１６１からの反射光は、各セル１６１に対応する各第２光学系１５２に各々入射する。反射光は、偏光面の角度が保持された状態で、第２光学部材１５１の上面部１５１Ｂにおいて光束径が拡げられ、第１光学機構１４の側へ平行光の状態で出射される。第１光学機構１４に入射した反射光は、偏光面の角度が保持された状態で第１光学系１４１の上面部１４０Ｂにおいて光束径が絞られ、第１光学機構１４から出射してビームスプリッター１３に向かう。
【００２４】
ビームスプリッター１３に入射した反射光の一部が偏光ビームスプリッター１８に導かれる。偏光ビームスプリッター１８において、反射光はＰ波成分とＳ波成分とに分離され、Ｐ波成分はＰ波検出用フォトディテクター２０で受光され、Ｓ波成分はＳ波検出用フォトディテクター１９で受光される。Ｐ波検出用フォトディテクター２０とＳ波検出用フォトディテクター１９は、Ｐ波成分とＳ波成分の各光量に応じた電気信号を信号処理部２１に各々出力する。信号処理部２１は、Ｐ波成分とＳ波成分の各光量に応じた電気信号に基づいて、反射光の偏光面の回転角度から検体における磁場の強度を算出する。
【００２５】
上記実施形態では、複数のセル１６１に共通の光源からプローブ光を分配して照射する構成となっており、各セル１６１に対して照射されたプローブ光の反射光を光源の側において受光する構成となっているため、セル１６１ごとにプローブ光を照射して受光する構成と比べて装置を小型化することができる。また、各セル１６１に照射されるプローブ光は、第１光学系１４１によって、各セル１６１が配置される範囲を含むようにプローブ光の光束径が拡げられ、第２光学系１５２においてセル１６１ごとにプローブ光の光束径が絞られるため、より高い光強度のプローブ光を各セル１６１に入射させることができる。また、各セル１６１を透過して反射されたプローブ光は、光路Ｒ２において、第２光学機構１５と第１光学機構１４において偏光面の角度が保持された状態で受光されるため、信号処理部２１における磁場の検出精度を低下させないようにすることができる。
【００２６】
＜変形例＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下のように変形させて実施してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００２７】
（１）上述した実施形態において、センサー機構１６の部分が第２光学機構１５と分離された構成であってもよい。このような構成例を図６に示す。図６において、実施形態と同様の構成は実施形態で用いた符号を付している。本変形例に係る磁気計測装置１Ａは、図６に示すように、第２光学機構１５とセンサー機構１６Ａとを伝送媒体Ｆ２によって接続して構成されている。第２光学機構１５には、実施形態と同様に、第２光学部材１５１が各セル１６１に対応して設けられており、センサー機構１６Ａの筐体１６０内の上面には、第２光学機構１５における第２光学系１５２と同じ構成の第３光学系１６３が各セル１６１と対応する位置に設けられている。第２光学部材１５１と第３光学系１６３の組の数だけ伝送媒体Ｆ２が設けられている。伝送媒体Ｆ２は、偏波保持光ファイバーなどで構成され、偏光面の角度を保持した状態で光を伝送する。
【００２８】
ビームスプリッター１３から直線偏光の入射光が第１光学機構１４に入射すると、入射光は、偏光面の角度が保持された状態で光束径が拡げられて平行光として第２光学機構１５に入射する。入射光は、第２光学機構１５に入射すると、各第２光学部材１５１で偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られて伝送媒体Ｆ２に入射する。伝送媒体Ｆ２内を通過して出射した入射光は、センサー機構１６Ａにおける各第３光学系１６３に入射する。入射光は、各第３光学系１６３に入射すると、偏光面の角度が保持された状態で光束径が絞られて平行光として第３光学系１６３から出射し、各セル１６１に入射する。各セル１６１に入射した入射光は、実施形態と同様に反射板１６２で反射され、その反射光が各セル１６１の内部に向けて入射する。反射光は、各セル１６１を透過して第３光学系１６３に入射し、第３光学系１６３において光束径が拡げられて伝送媒体Ｆ２に入射する。各伝送媒体Ｆ２を通過した反射光は、第２光学機構１５の各第２光学部材１５１に入射し、第２光学系１５２において偏光面が保持された状態で光束径が拡げられて第１光学機構１４に入射する。第１光学機構１４に入射した反射光は、偏光面が保持された状態で第１光学系１４１によって光束径が絞られてビームスプリッター１３に入射する。なお、ビームスプリッター１３を透過した反射光は実施形態と同様にしてＰ波成分とＳ波成分に分離されて受光される。このように、センサー機構１６の部分を伝送媒体Ｆ２によって接続することにより、センサー機構１６の配置の自由度を向上させることができる。
【００２９】
（２）上述した実施形態では、各セル１６１にポンプ光を照射しない例であったが、各セル１６１にポンプ光を照射するように構成してもよい。この場合の例を図７（ａ）に示す。図７（ａ）において、実施形態と同様の構成は実施形態で用いた符号を付している。磁気計測装置１Ｂは、センサー機構１６に対してＸ軸方向にポンプ光を照射するポンプ光照射ユニット４０を有する。図７（ｂ）は、センサー機構１６の上面側から見た各セル１６１とポンプ光照射ユニット４０の位置関係を表す図である。この図に示すように、ポンプ光照射ユニット４０は、Ｘ軸方向におけるセル１６１の列と対応するように３つのポンプ光照射部４０１を有する。ポンプ光照射部４０１は、無偏光成分を有するレーザー光を出射する光源、コリメートレンズ、偏光板、四分の一波長板等の光学部材（図示略）を出力端に有し、光源からのレーザー光を円偏光成分を有するポンプ光に変換して出力する。この構成の場合、Ｚ軸方向の磁場が検出される。
【００３０】
（３）上述した実施形態では、信号処理部２１において各セル１６１における磁場の強度を算出する例を説明したが、Ｓ波検出用フォトディテクター１９とＰ波検出用フォトディテクター２０で受光されたＳ波成分とＰ波成分の光量に応じた電気信号を磁気計測装置１の外部の演算装置に出力し、当該演算装置においてプローブ光の回転角を算出し、回転角に応じた磁場の大きさを求めるようにしてもよい。
【００３１】
（４）上述した実施形態では、第２光学機構１５の筐体１５０の上面と底面の一部に黒色の樹脂を接着する例を説明したが、筐体１５０の内面にも同様に黒色の樹脂を接着し、筐体１５０内において光が乱反射しないように構成してもよい。
【００３２】
（５）上述した実施形態では、第２光学系１５２は平凸レンズと平凹レンズとを組み合わせて構成されている例を説明したが、例えば、フライアレイレンズを複数段組み合わせて構成するなど、第２光学系１５２を透過する光の偏光状態を保持し、光路Ｒ１における第２光学系１５２の入射側より出射側の光束径が絞られる光学系であればこれに限らない。
【符号の説明】
【００３３】
１，１Ａ，１Ｂ・・・磁気計測装置、１０・・・レーザー発振装置、１１・・・ビームエクスパンダー、１２・・・偏光子、１３・・・ビームスプリッター、１４・・・第１光学機構、１５・・・第２光学機構、１６・・・センサー機構、１８・・・偏光ビームスプリッター、１９・・・Ｓ波検出用フォトディテクター、２０・・・Ｐ波検出用フォトディテクター、２１・・・信号処理部、４０・・・ポンプ光照射ユニット、１４０，１５０，１６０・・・筐体、１４１・・・第１光学系、１５１・・・第２光学部材、１５２・・・第２光学系、１６１・・・セル、１６２・・・反射板、４０１・・・ポンプ光照射部、Ｆ１，Ｆ２・・・伝送媒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属原子を収容した複数のセルと、
直線偏光成分を有する光を入射光として出射する出射部と、
前記出射部から出射された入射光の偏光面の角度を保持した状態で、前記複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の前記入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構と、
前記複数のセルに各々対応して設けられ、前記第１光学機構から入射した前記入射光の偏光面の角度を保持した状態で、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を対応する前記セルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構と、
前記第２光学機構から前記セルの各々に対して入射し、当該セルを透過した前記入射光を当該セルに向けて反射させる反射部と、
前記反射部によって反射されて前記各セルを透過し、前記入射光の入射方向とは反対方向から前記第２光学機構と前記第１光学機構とを通過した当該入射光の反射光の第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部と
を備えることを特徴とする磁気センサー装置。
【請求項２】
前記第２光学機構を収容する筐体の上面及び底面は、光を透過させる透過領域と光を透過させない非透過領域とを有し、前記透過領域は、前記第２光学系が配置された部分に対応し、前記非透過領域は、前記第２光学系が配置されていない部分に対応することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサー装置。
【請求項３】
前記第２光学系を出射した前記入射光を偏光面の角度を保持した状態で伝送する伝送媒体によって前記複数のセルと前記第２光学系とが接続され、
前記伝送媒体から出射された前記入射光の平行光を対応する前記セルに出射させる第３光学系を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサー装置。
【請求項４】
前記第３光学系は、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を出射させることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサー装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁気センサー装置と、
前記磁気センサー装置から出力された受光情報に基づいて、前記複数のセルの位置における磁気を検出する検出部と
を備えることを特徴とする磁気計測装置。
【請求項１】
アルカリ金属原子を収容した複数のセルと、
直線偏光成分を有する光を入射光として出射する出射部と、
前記出射部から出射された入射光の偏光面の角度を保持した状態で、前記複数のセルが配置された範囲の大きさに相当する光束径の前記入射光を出射させる第１光学系を有する第１光学機構と、
前記複数のセルに各々対応して設けられ、前記第１光学機構から入射した前記入射光の偏光面の角度を保持した状態で、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を対応する前記セルに出射させる第２光学系を有する第２光学機構と、
前記第２光学機構から前記セルの各々に対して入射し、当該セルを透過した前記入射光を当該セルに向けて反射させる反射部と、
前記反射部によって反射されて前記各セルを透過し、前記入射光の入射方向とは反対方向から前記第２光学機構と前記第１光学機構とを通過した当該入射光の反射光の第１偏光成分と第２偏光成分とに分離し、各成分の受光量を示す受光情報を出力する受光部と
を備えることを特徴とする磁気センサー装置。
【請求項２】
前記第２光学機構を収容する筐体の上面及び底面は、光を透過させる透過領域と光を透過させない非透過領域とを有し、前記透過領域は、前記第２光学系が配置された部分に対応し、前記非透過領域は、前記第２光学系が配置されていない部分に対応することを特徴とする請求項１に記載の磁気センサー装置。
【請求項３】
前記第２光学系を出射した前記入射光を偏光面の角度を保持した状態で伝送する伝送媒体によって前記複数のセルと前記第２光学系とが接続され、
前記伝送媒体から出射された前記入射光の平行光を対応する前記セルに出射させる第３光学系を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気センサー装置。
【請求項４】
前記第３光学系は、入射時の光束径より小さい光束径の前記入射光を出射させることを特徴とする請求項３に記載の磁気センサー装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁気センサー装置と、
前記磁気センサー装置から出力された受光情報に基づいて、前記複数のセルの位置における磁気を検出する検出部と
を備えることを特徴とする磁気計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７９８９３（Ｐ２０１３−７９８９３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０７２６（Ｐ２０１１−２２０７２６）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【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２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【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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