JP2011220957A - Magnetic field measuring device - Google Patents

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Fumihiko Onuma
文彦 大沼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of magnetic field measurement.SOLUTION: A liquid crystal layer 620 of a liquid crystal panel 62 has a liquid crystal 622 of which orientation varies with a applied voltage. The liquid crystal 622 rotates a plane of polarization of a probe light passing through a cell in a period of time T1 in which no voltage is applied to the liquid crystal 622, and does not rotate the plane of polarization of the probe light in a period of time T2 in which a voltage is applied to the liquid crystal 622. A polarizing plate 625 of the liquid crystal panel 62 passes a polarization component in a predetermined direction of the probe light passing through the liquid crystal layer 620. A detector detects an s-polarization component of the probe light passing through the polarizing plate 625 in the period of time T1, and a p-polarization component of the probe light passing through the polarizing plate 625 in the period of time T2.

Description

本発明は、磁場を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a magnetic field.

光ポンピングを利用した磁気センサーが、いわゆるMRI(magnetic resonance imaging:磁気共鳴画像法)装置などに用いられている。この種の磁気センサーにおいては、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が交差するように(望ましくは、直交するように)セルに照射され、さらに、これらの光の照射方向に対して直交する方向の磁場が印加される(例えば、特許文献1参照)。   Magnetic sensors using optical pumping are used in so-called MRI (magnetic resonance imaging) devices and the like. In this type of magnetic sensor, the pump light having a circularly polarized light component and the probe light having a linearly polarized light component are irradiated to the cell so that they intersect (preferably orthogonally), and further, irradiation of these lights is performed. A magnetic field in a direction orthogonal to the direction is applied (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−14708号公報JP 2009-14708 A

ところで、光ポンピングを利用した磁気センサーでは、セルを透過したプローブ光を例えば偏光ビームスプリッターを用いてp偏光成分とs偏光成分とに分離し、2個の光センサーを用いてp偏光成分とs偏光成分とを検出する。このとき、偏光ビームスプリッターの傾きを正確に調整しないと、2つの偏光成分の光量がアンバランスになり、測定精度が低下してしまう。また、光センサーを2個用いると、光センサー自体のばらつきにより、測定精度が低くなってしまう。
本発明は、磁場の測定精度を向上させることを目的とする。
By the way, in a magnetic sensor using optical pumping, the probe light transmitted through the cell is separated into a p-polarized component and an s-polarized component using, for example, a polarizing beam splitter, and a p-polarized component and s are used using two optical sensors. A polarization component is detected. At this time, unless the inclination of the polarization beam splitter is accurately adjusted, the light amounts of the two polarization components become unbalanced, resulting in a decrease in measurement accuracy. In addition, when two optical sensors are used, measurement accuracy is lowered due to variations in the optical sensors themselves.
An object of this invention is to improve the measurement precision of a magnetic field.

本発明は、励起されると外部から印加された磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を内部に有するセルと、前記原子が励起されたセルに対し、直線偏光の成分を有する第1の光を照射する第1の照射部と、電圧の印加により配向が変化する液晶を有し、当該液晶に電圧が印加されない第1の期間においては、前記セルを透過した前記第1の光の偏光面を当該液晶により回転させ、当該液晶に電圧が印加される第2の期間においては、当該第1の光の偏光面を回転させない液晶層と、前記液晶層を透過した第1の光のうち、予め決められた方向の偏光成分を通過させる偏光部と、前記第1の期間においては、前記偏光部を通過した前記第1の光の第1の偏光成分を検出し、前記第2の期間においては、前記偏光部を通過した前記第1の光の第2の偏光成分を検出する検出部とを備えることを特徴とする磁場測定装置を提供する。この構成によれば、磁場の測定精度を向上させることができる。   The present invention includes a cell having therein an atom that rotates a polarization plane of linearly polarized light according to a magnetic field applied from the outside when excited, and a cell having a linearly polarized component with respect to the cell in which the atom is excited. A first irradiation section that irradiates one light; and a liquid crystal whose orientation is changed by application of a voltage, and the first light transmitted through the cell in a first period in which no voltage is applied to the liquid crystal. In the second period in which the polarization plane is rotated by the liquid crystal and a voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal layer that does not rotate the polarization plane of the first light and the first light transmitted through the liquid crystal layer Among these, a polarization unit that transmits a polarization component in a predetermined direction, and a first polarization component of the first light that has passed through the polarization unit in the first period are detected, and the second In the period, the first that has passed through the polarizing section. Providing a magnetic field measuring device, characterized in that it comprises a detection unit for detecting a second polarized component of light. According to this configuration, the magnetic field measurement accuracy can be improved.

上記磁場測定装置において、前記検出部は、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分との差分を算出してもよい。この構成によれば、第1の偏光成分と前記第2の偏光成分の差分の算出をも磁場測定装置内で行うことができる。   In the magnetic field measurement apparatus, the detection unit may calculate a difference between the first polarization component and the second polarization component. According to this configuration, the calculation of the difference between the first polarization component and the second polarization component can also be performed in the magnetic field measurement apparatus.

上記磁場測定装置において、前記液晶層は、ネマティック液晶を有してもよい。この構成によれば、ネマティック液晶を用いて液晶層を構成することができる。   In the magnetic field measurement apparatus, the liquid crystal layer may include a nematic liquid crystal. According to this configuration, the liquid crystal layer can be configured using nematic liquid crystal.

上記磁場測定装置において、前記セルは、円偏光により励起される原子を内部に有し、円偏光の成分を有する第2の光を前記第1の光と交差するように前記セルに照射する第2の照射部を備え、前記第1の照射部は、前記第2の光が照射されたセルに対し、前記第1の光を照射してもよい。この構成によれば、円偏光を利用した方式で磁場を測定することができる。   In the magnetic field measurement apparatus, the cell includes an atom excited by circularly polarized light, and irradiates the cell with second light having a circularly polarized component so as to intersect the first light. Two irradiating units, and the first irradiating unit may irradiate the cell irradiated with the second light with the first light. According to this configuration, the magnetic field can be measured by a method using circularly polarized light.

磁場測定装置の構成を示す図Diagram showing the configuration of the magnetic field measurement device セルの構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of a cell ネマティック液晶の動作原理を説明する図Diagram explaining the operation principle of nematic liquid crystal ネマティック液晶の動作原理を説明する図Diagram explaining the operation principle of nematic liquid crystal ネマティック液晶の動作原理を説明する図Diagram explaining the operation principle of nematic liquid crystal 液晶パネルの構成を示す図Diagram showing the configuration of the liquid crystal panel 液晶への電圧印加の制御を示す図Diagram showing control of voltage application to liquid crystal

図1は、磁場測定装置1の構成を示す図である。磁場測定装置1は、例えば心磁(心臓からの磁気)や脳磁(脳からの磁気)などの生体から発生する微弱な磁場の測定に用いられる。磁場測定装置1は、セル10と、照射部20、30と、磁場発生部40と、検出部50、60とを備える。磁場測定装置1は、測定対象の磁場の中にセル10が位置するように配置される。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the magnetic field measurement apparatus 1. The magnetic field measuring apparatus 1 is used for measuring a weak magnetic field generated from a living body such as a magnetocardiogram (magnetism from the heart) and a cerebral magnetism (magnetism from the brain). The magnetic field measurement apparatus 1 includes a cell 10, irradiation units 20 and 30, a magnetic field generation unit 40, and detection units 50 and 60. The magnetic field measuring apparatus 1 is arranged so that the cell 10 is positioned in the magnetic field to be measured.

図2は、セル10の構成を示す斜視図である。セル10は、中空の立方体の形状をしており、ガラス等の光を透過する材料で形成される。なお、セル10の形状は、他の立体形状であってもよい。セル10の内部には、例えばアルカリ金属の原子が気体の状態(すなわちガス状態)で封入される。このアルカリ金属は、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)、フランシウム(Fr)である。セル10内の原子は、円偏光により励起されて原子の外殻電子のスピンが偏極される。なお、セル10の内部には、典型的には単一種類のアルカリ金属の原子が封入されるが、複数種類のアルカリ金属の原子が含まれていてもよい。また、セル10内の原子は、常時気体の状態である必要はなく、磁場の測定を行うときに気体の状態であればよい。さらに、セル10の内部には、セル10の壁との衝突等によるアルカリ金属の原子の緩和を穏やかにするために、ヘリウム(He)、窒素(N)などが緩衝ガスとして含まれていてもよい。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the cell 10. The cell 10 has a hollow cubic shape and is formed of a material that transmits light, such as glass. The shape of the cell 10 may be another three-dimensional shape. Inside the cell 10, for example, alkali metal atoms are sealed in a gaseous state (that is, a gas state). Examples of the alkali metal include lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). The atoms in the cell 10 are excited by circularly polarized light, and the spins of the outer electrons of the atoms are polarized. The cell 10 typically contains a single type of alkali metal atom, but may contain a plurality of types of alkali metal atoms. Further, the atoms in the cell 10 do not always need to be in a gas state, and may be in a gas state when the magnetic field is measured. Further, the inside of the cell 10 may contain helium (He), nitrogen (N) or the like as a buffer gas in order to moderate the relaxation of alkali metal atoms due to collision with the wall of the cell 10 or the like. Good.

図1に示す照射部20(第2の照射部の一例)は、円偏光成分を有するポンプ光(第2の光の一例)をセル10に照射する。照射部20は、光源21と、半波長板22と、偏光ビームスプリッター23と、四分の一波長板24とを備える。光源21は、無偏光のレーザー光を図1に示す矢印X方向に照射する。半波長板22は、光源21から照射された光の偏光面を回転させる。偏向ビームスプリッター23は、半波長板22を透過した光のp偏光成分(入射面に対して平行な成分)を透過させ、s偏光成分(入射面に対して垂直な成分)を反射させる。このs偏光成分は、例えばレーザー光の出力のモニタリングに用いられてもよいし、光を吸収する部材により吸収されてもよい。なお、s偏光成分の反射方向は、図示した方向に限定されない。四分の一波長板24は、偏向ビームスプリッター23を透過した光を円偏光に変化させる。これにより、四分の一波長板24を透過した光は、円偏光成分を有するポンプ光となる。   The irradiation unit 20 (an example of the second irradiation unit) illustrated in FIG. 1 irradiates the cell 10 with pump light (an example of the second light) having a circularly polarized component. The irradiation unit 20 includes a light source 21, a half-wave plate 22, a polarization beam splitter 23, and a quarter-wave plate 24. The light source 21 irradiates non-polarized laser light in the direction of arrow X shown in FIG. The half-wave plate 22 rotates the polarization plane of the light emitted from the light source 21. The deflecting beam splitter 23 transmits the p-polarized component (component parallel to the incident surface) of the light transmitted through the half-wave plate 22 and reflects the s-polarized component (component perpendicular to the incident surface). This s-polarized component may be used for monitoring the output of laser light, for example, or may be absorbed by a member that absorbs light. Note that the reflection direction of the s-polarized component is not limited to the illustrated direction. The quarter-wave plate 24 changes the light transmitted through the deflecting beam splitter 23 into circularly polarized light. Thereby, the light transmitted through the quarter-wave plate 24 becomes pump light having a circularly polarized component.

照射部30(第1の照射部の一例)は、直線偏光成分を有するプローブ光(第1の光の一例)をセル10に照射する。照射部30は、光源31と、半波長板32と、偏向ビームスプリッター33と、偏光板34とを備える。光源31は、無偏光のレーザー光を図1に示す矢印Y方向に照射する。半波長板32は、光源31から照射された光の偏光面を回転させる。偏向ビームスプリッター33は、半波長板32を透過した光のp偏光成分を透過させ、s偏光成分を反射させる。偏光板34は、偏向ビームスプリッター33を透過した光のうち特定方向に偏光した光だけを透過させる。これにより、偏光板34を透過した光は、直線偏光成分を有するプローブ光となる。なお、ポンプ光とプローブ光とは、互いに直交する関係であることが好ましいが、交差する関係であれば完全に直交しなくてもよい。   The irradiation unit 30 (an example of the first irradiation unit) irradiates the cell 10 with probe light (an example of the first light) having a linearly polarized component. The irradiation unit 30 includes a light source 31, a half-wave plate 32, a deflection beam splitter 33, and a polarizing plate 34. The light source 31 irradiates non-polarized laser light in the arrow Y direction shown in FIG. The half-wave plate 32 rotates the polarization plane of the light emitted from the light source 31. The deflecting beam splitter 33 transmits the p-polarized component of the light transmitted through the half-wave plate 32 and reflects the s-polarized component. The polarizing plate 34 transmits only light polarized in a specific direction out of the light transmitted through the deflecting beam splitter 33. Thereby, the light transmitted through the polarizing plate 34 becomes probe light having a linearly polarized light component. Note that the pump light and the probe light are preferably orthogonal to each other, but may not be completely orthogonal as long as they intersect.

磁場発生部40は、コイル41と、磁気シールド42とを備える。コイル41は、信号用の磁場を印加するとともに、外部からの磁場に対する補正用の磁場を印加する。磁気シールド42は、測定対象以外の磁場を遮蔽するための部材であり、セル10及びコイル41を覆うように設けられている。磁気シールド42には、ポンプ光及びプローブ光が通るための経路が確保されている。   The magnetic field generator 40 includes a coil 41 and a magnetic shield 42. The coil 41 applies a magnetic field for signal and a magnetic field for correcting a magnetic field from the outside. The magnetic shield 42 is a member for shielding a magnetic field other than the measurement target, and is provided so as to cover the cell 10 and the coil 41. The magnetic shield 42 has a path through which the pump light and the probe light pass.

検出部50は、セル10を透過したポンプ光を検出する。検出部50は、光センサー51を備える。光センサー51は、例えばフォトダイオードであり、セル10を透過したポンプ光を電気信号に変換する。光センサー51の検出結果は、例えばポンプ光のモニタリングに用いられる。   The detection unit 50 detects the pump light transmitted through the cell 10. The detection unit 50 includes an optical sensor 51. The optical sensor 51 is, for example, a photodiode, and converts the pump light transmitted through the cell 10 into an electric signal. The detection result of the optical sensor 51 is used for monitoring pump light, for example.

検出部60(検出部の一例)は、セル10を透過したプローブ光を検出する。検出部60は、半波長板61と、液晶パネル62と、光センサー63と、A/D変換器64と、メモリー65と、演算部66とを備える。半波長板61は、セル10を透過したプローブ光の偏光面を回転させる。液晶パネル62は、ネマティック液晶と呼ばれる液晶を用いて、半波長板61を通過したプローブ光のp偏光成分又はs偏光成分を透過させる。光センサー63は、例えばフォトダイオードであり、液晶パネル62を透過したプローブ光を電気信号に変換して出力する。A/D変換器64は、光センサー63から出力された電気信号をデジタルデータに変換して出力する。メモリー65は、A/D変換器64から出力されたデータを記憶する。演算部66は、メモリー65に記憶されたデータを用いて、光センサー63により検出されたプローブ光のp偏光成分とs偏光成分との差分を算出する。   The detection unit 60 (an example of a detection unit) detects the probe light that has passed through the cell 10. The detection unit 60 includes a half-wave plate 61, a liquid crystal panel 62, an optical sensor 63, an A / D converter 64, a memory 65, and a calculation unit 66. The half-wave plate 61 rotates the polarization plane of the probe light transmitted through the cell 10. The liquid crystal panel 62 transmits the p-polarized component or the s-polarized component of the probe light that has passed through the half-wave plate 61 using a liquid crystal called a nematic liquid crystal. The optical sensor 63 is a photodiode, for example, and converts the probe light transmitted through the liquid crystal panel 62 into an electrical signal and outputs the electrical signal. The A / D converter 64 converts the electrical signal output from the optical sensor 63 into digital data and outputs the digital data. The memory 65 stores the data output from the A / D converter 64. The calculation unit 66 uses the data stored in the memory 65 to calculate the difference between the p-polarized component and the s-polarized component of the probe light detected by the optical sensor 63.

図3〜5は、ネマティック液晶の動作原理を説明する図である。ネマティック液晶の液晶分子Cは、印加電圧がない場合には、分子の長軸方向に沿ってゆるやかな規則性を持って並ぶ(図3(a)参照)。このとき、液晶分子Cを一定方向に微細な溝がある基板B(配向膜)に接触させると(図3(b)参照)、液晶分子Cが基板Bの溝に沿って並ぶ(図3(c)参照)。   3 to 5 are diagrams for explaining the operation principle of the nematic liquid crystal. The liquid crystal molecules C of the nematic liquid crystal are arranged with gradual regularity along the major axis direction of the molecules when there is no applied voltage (see FIG. 3A). At this time, when the liquid crystal molecules C are brought into contact with the substrate B (alignment film) having fine grooves in a certain direction (see FIG. 3B), the liquid crystal molecules C are aligned along the grooves of the substrate B (FIG. 3 ( c)).

この液晶分子Cは、図4に示すように2つの基板Bの間に保持される。この基板Bは、上側の基板Bの溝が延びる方向(矢印a方向)と、下側の基板Bの溝が延びる方向(矢印b方向)とが直交するように配置される。このとき、上側にある液晶分子Cは上側の基板Bの溝に沿って矢印a方向に並び、下側にある液晶分子Cは下側の基板Bの溝に沿って矢印b方向に並ぶ。そして、それらの中間にある液晶分子Cは、矢印a方向から矢印b方向の間を次第に向きを変えながら配列する。これにより、液晶分子Cの配向方向は、90度ねじれた状態になる。   The liquid crystal molecules C are held between two substrates B as shown in FIG. The substrate B is arranged so that the direction in which the groove of the upper substrate B extends (direction of arrow a) and the direction in which the groove of the lower substrate B extends (direction of arrow b) are orthogonal. At this time, the upper liquid crystal molecules C are aligned in the direction of the arrow a along the groove of the upper substrate B, and the lower liquid crystal molecules C are aligned in the direction of the arrow b along the groove of the lower substrate B. The liquid crystal molecules C in the middle of them are arranged while gradually changing the direction from the direction of the arrow a to the direction of the arrow b. As a result, the alignment direction of the liquid crystal molecules C is twisted by 90 degrees.

印加電圧がない状態のネマティック液晶に光Lを通すと、図5(a)に示すように、液晶分子Cの配列方向のねじれにより、光Lの偏光面が90度回転される。この現象は、旋光と呼ばれる。一方、ネマティック液晶に電圧を印加すると、図5(b)に示すように、液晶分子Cは基板Bに対して垂直に配向する。この状態のネマティック液晶に光Lを通すと、光Lの偏光面は回転されず、そのまま通過する。   When the light L is passed through the nematic liquid crystal in the absence of an applied voltage, the polarization plane of the light L is rotated by 90 degrees due to the twist in the alignment direction of the liquid crystal molecules C as shown in FIG. This phenomenon is called optical rotation. On the other hand, when a voltage is applied to the nematic liquid crystal, the liquid crystal molecules C are aligned perpendicular to the substrate B as shown in FIG. When the light L is passed through the nematic liquid crystal in this state, the polarization plane of the light L passes through without being rotated.

図6は、液晶パネル62の構成を示す図である。液晶パネル62は、液晶層620と、偏光板625(偏光部の一例)とを備える。液晶層620は、2枚の基板621a、621bと、液晶622と、駆動部623とを備える。基板621a及び基板621bの面には、一定方向に微細な溝がある配向膜が設けられる。基板621a及び基板621bは、図4に示すように、配光膜の溝の延びる方向が直交するように配置される。液晶622は、ネマティック液晶であり、基板621aと基板621bの間に保持される。駆動部623は、基板621a及び基板621bに電圧を印加して、液晶622を駆動する。偏光板625は、液晶層620を透過したプローブ光のうち、特定方向の偏光成分だけを通過させる。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the liquid crystal panel 62. The liquid crystal panel 62 includes a liquid crystal layer 620 and a polarizing plate 625 (an example of a polarizing unit). The liquid crystal layer 620 includes two substrates 621a and 621b, a liquid crystal 622, and a driving unit 623. An alignment film having fine grooves in a certain direction is provided on the surfaces of the substrate 621a and the substrate 621b. As shown in FIG. 4, the substrate 621a and the substrate 621b are arranged so that the extending directions of the grooves of the light distribution film are orthogonal to each other. The liquid crystal 622 is a nematic liquid crystal and is held between the substrate 621a and the substrate 621b. The driver 623 applies a voltage to the substrate 621a and the substrate 621b to drive the liquid crystal 622. The polarizing plate 625 allows only a polarization component in a specific direction to pass through among the probe light transmitted through the liquid crystal layer 620.

液晶622は、電圧の印加により配向が変化する。印加電圧がない場合、液晶622は、図6(a)に示すように基板621aと基板621bとの間で90度ねじれるように配列する。一方、電圧が印加されると、液晶622は、図6(b)に示すように基板621a、621bの面に垂直な方向に揃って並ぶ。   The alignment of the liquid crystal 622 is changed by application of a voltage. When there is no applied voltage, the liquid crystal 622 is arranged so as to be twisted 90 degrees between the substrate 621a and the substrate 621b as shown in FIG. On the other hand, when a voltage is applied, the liquid crystals 622 are aligned in a direction perpendicular to the surfaces of the substrates 621a and 621b as shown in FIG. 6B.

次に、磁場測定装置1の動作を説明する。照射部20は、セル10にポンプ光を照射する。これにより、セル10内の原子は励起状態となる。このとき、セル10内の原子は、セル10に印加された測定対象の磁場に応じたトルクを受けて歳差運動を行う。続いて、照射部30は、セル10にプローブ光を照射する。このプローブ光は、セル10の内部を通過するときに、セル10内の原子の歳差運動により、その偏光面が回転される。この偏光面の回転角は、セル10に印加された測定対象の磁場に応じた大きさを有する。セル10を透過したプローブ光は、半波長板61により偏光面が回転され、液晶パネル62に到達する。   Next, the operation of the magnetic field measuring apparatus 1 will be described. The irradiation unit 20 irradiates the cell 10 with pump light. As a result, the atoms in the cell 10 are excited. At this time, the atoms in the cell 10 precess by receiving torque corresponding to the magnetic field to be measured applied to the cell 10. Subsequently, the irradiation unit 30 irradiates the cell 10 with the probe light. When this probe light passes through the inside of the cell 10, the plane of polarization is rotated by the precession of atoms in the cell 10. The rotation angle of the plane of polarization has a magnitude corresponding to the magnetic field to be measured applied to the cell 10. The polarization plane of the probe light transmitted through the cell 10 is rotated by the half-wave plate 61 and reaches the liquid crystal panel 62.

このとき、液晶パネル62の液晶層620は、図7に示すように、液晶622への電圧印加を時分割で制御する。具体的には、駆動部623は、期間T1(第1の期間の一例)の間は、基板621a及び基板621bへの電圧印加を行わない。このとき、液晶622は、電圧が印加されないため、図6(a)に示すように基板621aと基板621bとの間で90度ねじれるように配列する。期間T1に液晶層620に入射したプローブ光は、液晶層620を通過するときに、液晶622の配向方向のねじれにより偏光面がほぼ90度回転される。液晶層620を透過したプローブ光は、偏光板625に到達する。このとき、偏光板625は、液晶層620を透過したプローブ光のうち、s偏光成分だけを通過させる。   At this time, the liquid crystal layer 620 of the liquid crystal panel 62 controls voltage application to the liquid crystal 622 in a time division manner as shown in FIG. Specifically, the driver 623 does not apply a voltage to the substrate 621a and the substrate 621b during the period T1 (an example of the first period). At this time, since no voltage is applied, the liquid crystal 622 is arranged so as to be twisted by 90 degrees between the substrate 621a and the substrate 621b as shown in FIG. When the probe light incident on the liquid crystal layer 620 in the period T1 passes through the liquid crystal layer 620, the plane of polarization is rotated by approximately 90 degrees due to the twist of the alignment direction of the liquid crystal 622. The probe light transmitted through the liquid crystal layer 620 reaches the polarizing plate 625. At this time, the polarizing plate 625 passes only the s-polarized light component of the probe light transmitted through the liquid crystal layer 620.

続いて、駆動部623は、期間T2(第2の期間の一例)の間、基板621a及び基板621bに電圧を印加する。このとき、液晶622は、電圧が印加されるため、図6(b)に示すように基板621a、621bの面に垂直な方向に揃って並ぶ。期間T2に液晶層620に入射したプローブ光は、偏光面が回転されずに液晶層620を通過する。つまり、プローブ光は、液晶パネル62を透過する前の偏光状態を保ったまま、液晶層620を通過する。液晶層620を透過したプローブ光は、偏光板625に到達する。このとき、偏光板625は、液晶層620を透過したプローブ光のうち、p偏光成分だけを通過させる。   Subsequently, the driver 623 applies a voltage to the substrate 621a and the substrate 621b during the period T2 (an example of the second period). At this time, since a voltage is applied, the liquid crystal 622 is aligned in a direction perpendicular to the surfaces of the substrates 621a and 621b as shown in FIG. 6B. The probe light that has entered the liquid crystal layer 620 in the period T2 passes through the liquid crystal layer 620 without rotating the polarization plane. That is, the probe light passes through the liquid crystal layer 620 while maintaining the polarization state before passing through the liquid crystal panel 62. The probe light transmitted through the liquid crystal layer 620 reaches the polarizing plate 625. At this time, the polarizing plate 625 passes only the p-polarized light component of the probe light transmitted through the liquid crystal layer 620.

液晶パネル62を透過したプローブ光は、光センサー63に到達する。光センサー63は、期間T1においては、偏光板625を通過したプローブ光のs偏光成分(第1の偏光成分の一例)を検出し、期間T2においては、偏光板625を通過したプローブ光のp偏光成分(第2の偏光成分の一例)を検出する。そして、光センサー63は、検出した偏光成分の光量を示す電気信号を出力する。A/D変換器64は、光センサー63から出力された電気信号をデジタルデータに変換して出力する。メモリー65は、A/D変換器64から出力されたデータを記憶する。これにより、メモリー65には、プローブ光のs偏光成分の光量を示すデータと、p偏光成分の光量を示すデータとが記憶される。演算部66は、メモリー65に記憶されたデータを用いて、p偏光成分とs偏光成分との差分を算出する。これにより、セル10の内部を通過するときに回転されたプローブ光の偏光面の回転角が得られる。上述したように、この偏光面の回転角は、セル10に印加された測定対象の磁場に応じた大きさを有する。従って、磁場測定装置1は、プローブ光の偏光面の回転角を求めることにより、測定対象の磁場を測定することができる。   The probe light transmitted through the liquid crystal panel 62 reaches the optical sensor 63. The optical sensor 63 detects the s-polarized component (an example of the first polarized component) of the probe light that has passed through the polarizing plate 625 in the period T1, and the p of the probe light that has passed through the polarizing plate 625 in the period T2. A polarization component (an example of a second polarization component) is detected. Then, the optical sensor 63 outputs an electrical signal indicating the detected light amount of the polarization component. The A / D converter 64 converts the electrical signal output from the optical sensor 63 into digital data and outputs the digital data. The memory 65 stores the data output from the A / D converter 64. As a result, the memory 65 stores data indicating the light amount of the s-polarized component of the probe light and data indicating the light amount of the p-polarized component. The calculation unit 66 uses the data stored in the memory 65 to calculate the difference between the p-polarized component and the s-polarized component. Thereby, the rotation angle of the polarization plane of the probe light rotated when passing through the inside of the cell 10 is obtained. As described above, the rotation angle of the plane of polarization has a magnitude corresponding to the magnetic field to be measured applied to the cell 10. Therefore, the magnetic field measuring apparatus 1 can measure the magnetic field to be measured by obtaining the rotation angle of the polarization plane of the probe light.

この実施形態によれば、偏光ビームスプリッターを用いずに、セル10を透過したプローブ光をp偏光成分とs偏光成分に分離することができる。そのため、例えば偏光ビームスプリッターの傾きの調整がずれたために、測定精度が低くなるということがない。加えて、偏光ビームスプリッターは比較的値段が高いため、偏光ビームスプリッターを使用しないことで、磁場測定装置1の製造原価を抑えることができる。また、セル10を透過したプローブ光を1つの光センサー63で検出しているため、光センサーのばらつきが起こらない。従って、磁場の測定精度が高くなる。   According to this embodiment, the probe light transmitted through the cell 10 can be separated into a p-polarized component and an s-polarized component without using a polarizing beam splitter. Therefore, for example, the adjustment of the inclination of the polarization beam splitter is not shifted, so that the measurement accuracy is not lowered. In addition, since the polarizing beam splitter is relatively expensive, the manufacturing cost of the magnetic field measuring apparatus 1 can be reduced by not using the polarizing beam splitter. Further, since the probe light transmitted through the cell 10 is detected by the single optical sensor 63, the variation of the optical sensor does not occur. Therefore, the measurement accuracy of the magnetic field is increased.

[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。
[Modification]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be carried out by being modified as follows. Further, the following modifications may be combined.

光センサー63によって検出されたプローブ光のs偏光成分及びp偏光成分は、例えばアナログ回路によってアナログの電気信号のまま保持されてもよい。この場合、電気信号を保持する回路は、s偏光成分の光量を示す電気信号とp偏光成分の光量を示す電気信号とを別々に分けて保持する。   The s-polarized component and the p-polarized component of the probe light detected by the optical sensor 63 may be held as an analog electric signal by an analog circuit, for example. In this case, the circuit that holds the electric signal separately holds the electric signal that indicates the light amount of the s-polarized component and the electric signal that indicates the light amount of the p-polarized component.

上述した実施形態では、印加電圧がない期間T1にプローブ光のs偏光成分を検出し、印加電圧がある期間T2にp偏光成分を検出していたが、これに限らない。例えば、液晶パネル62の向きを変えることにより、印加電圧がない期間T1にプローブ光のp偏光成分を検出し、印加電圧がある期間T2にs偏光成分を検出してもよい。   In the above-described embodiment, the s-polarized component of the probe light is detected during the period T1 when there is no applied voltage, and the p-polarized component is detected during the period T2 where the applied voltage is present, but this is not restrictive. For example, by changing the direction of the liquid crystal panel 62, the p-polarized component of the probe light may be detected during the period T1 when there is no applied voltage, and the s-polarized component may be detected during the period T2 when the applied voltage is present.

セル10に照射されるポンプ光及びプローブ光は、出射されてからセル10に入射するまでの進行方向が一定である必要はない。つまり、ポンプ光及びプローブ光は、セル10に入射するときに所定の方向になっていればよく、途中でミラー等によって反射され、進行方向が変更されてもよい。したがって、例えば、光の照射位置や検出位置を1箇所に集中させることも可能である。   The pump light and the probe light irradiated on the cell 10 do not need to have a constant traveling direction from when they are emitted until they enter the cell 10. That is, the pump light and the probe light only need to be in a predetermined direction when entering the cell 10, and may be reflected by a mirror or the like in the middle to change the traveling direction. Therefore, for example, it is possible to concentrate the light irradiation position and the detection position in one place.

磁場測定装置1は、セル10を透過したポンプ光を検出しなくてもよい。この場合、上述した光センサー51は不要になる。また、この場合、磁場測定装置1には、セル10を透過したポンプ光を吸収する部材を設けてもよい。この部材は、シート状であるとより好ましい。   The magnetic field measuring apparatus 1 does not have to detect the pump light transmitted through the cell 10. In this case, the above-described optical sensor 51 is not necessary. In this case, the magnetic field measurement apparatus 1 may be provided with a member that absorbs the pump light transmitted through the cell 10. This member is more preferably in the form of a sheet.

磁場測定装置1は、検出部60で検出した光に応じた信号を可視化し、これを表示する手段を備えてもよい。又は、磁場測定装置1は、検出部60で検出した光に応じた信号を生成し、これを外部装置(表示装置、コンピュータ装置など)に出力する構成のみを備えていてもよい。   The magnetic field measurement apparatus 1 may include a means for visualizing a signal corresponding to the light detected by the detection unit 60 and displaying the signal. Or the magnetic field measuring apparatus 1 may be provided only with the structure which produces | generates the signal according to the light detected by the detection part 60, and outputs this to an external device (a display apparatus, a computer apparatus, etc.).

液晶層620に保持される液晶622は、ネマティック液晶に限らない。例えば、液晶層620は、ネマティック液晶に代えて、コレステリック液晶を有していてもよい。   The liquid crystal 622 held in the liquid crystal layer 620 is not limited to nematic liquid crystal. For example, the liquid crystal layer 620 may include cholesteric liquid crystal instead of nematic liquid crystal.

磁場測定装置1が磁場を測定する方法は、上述した実施形態で説明した方法に限らない。例えば、磁場測定装置1は、磁気光学効果の原理を利用した、ポンプ光を用いない周知の方法で磁場を測定してもよい。   The method by which the magnetic field measuring apparatus 1 measures the magnetic field is not limited to the method described in the above embodiment. For example, the magnetic field measuring apparatus 1 may measure the magnetic field by a known method that uses the principle of the magneto-optical effect and does not use pump light.

液晶パネル62が用いられる装置は、磁場測定装置1に限らない。例えば、液晶パネル62は、光を2つの偏光成分に分離する偏光ビームスプリッターを備える装置において、この偏光ビームスプリッターの代わりに用いられてもよい。   The apparatus in which the liquid crystal panel 62 is used is not limited to the magnetic field measuring apparatus 1. For example, the liquid crystal panel 62 may be used in place of the polarization beam splitter in an apparatus including a polarization beam splitter that separates light into two polarization components.

1…磁場測定装置、10…セル、20、30…照射部、40…磁場発生部、50、60…検出部、62…液晶パネル、620…液晶層、625…偏光板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field measuring apparatus, 10 ... Cell, 20, 30 ... Irradiation part, 40 ... Magnetic field generation part, 50, 60 ... Detection part, 62 ... Liquid crystal panel, 620 ... Liquid crystal layer, 625 ... Polarizing plate

Claims (4)

励起されると外部から印加された磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を内部に有するセルと、
前記原子が励起されたセルに対し、直線偏光の成分を有する第1の光を照射する第1の照射部と、
電圧の印加により配向が変化する液晶を有し、当該液晶に電圧が印加されない第1の期間においては、前記セルを透過した前記第1の光の偏光面を当該液晶により回転させ、当該液晶に電圧が印加される第2の期間においては、当該第1の光の偏光面を回転させない液晶層と、
前記液晶層を透過した第1の光のうち、予め決められた方向の偏光成分を通過させる偏光部と、
前記第1の期間においては、前記偏光部を通過した前記第1の光の第1の偏光成分を検出し、前記第2の期間においては、前記偏光部を通過した前記第1の光の第2の偏光成分を検出する検出部と
を備えることを特徴とする磁場測定装置。
A cell having inside an atom that rotates a polarization plane of linearly polarized light according to a magnetic field applied from the outside when excited,
A first irradiating unit that irradiates the cell in which the atoms are excited with a first light having a linearly polarized component;
In a first period in which the orientation of the liquid crystal is changed by applying a voltage and no voltage is applied to the liquid crystal, the liquid crystal rotates the polarization plane of the first light transmitted through the cell. In the second period in which the voltage is applied, a liquid crystal layer that does not rotate the polarization plane of the first light;
Of the first light transmitted through the liquid crystal layer, a polarization unit that transmits a polarization component in a predetermined direction;
In the first period, a first polarization component of the first light that has passed through the polarization unit is detected, and in the second period, the first polarization component of the first light that has passed through the polarization unit is detected. A magnetic field measuring apparatus comprising: a detection unit that detects two polarization components.
前記検出部は、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分との差分を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁場測定装置。
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the detection unit calculates a difference between the first polarization component and the second polarization component.
前記液晶層は、ネマティック液晶を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁場測定装置。
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the liquid crystal layer includes a nematic liquid crystal.
前記セルは、円偏光により励起される原子を内部に有し、
円偏光の成分を有する第2の光を前記第1の光と交差するように前記セルに照射する第2の照射部を備え、
前記第1の照射部は、前記第2の光が照射されたセルに対し、前記第1の光を照射する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の磁場測定装置。
The cell has atoms inside that are excited by circularly polarized light,
A second irradiation unit configured to irradiate the cell with second light having a circularly polarized component so as to intersect the first light;
4. The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the first irradiation unit irradiates the cell irradiated with the second light with the first light. 5.
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