JP2013124873A - 磁場測定装置及びセルアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】磁場の測定における空間分解能を高めつつ、その測定下限を下げる。
【解決手段】磁場測定装置１は、測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさが異なる複数のセル１１を有し、単位面積当たりのセル１１の数が閾値よりも大きくなるように複数のセル１１が配置されるセルアレイと、複数のセル１１の各セル１１の内部に封入され、磁場の強度に応じて検出光の偏光面を回転させるアルカリ金属原子と、各セル１１の検出面に光を照射する照射ユニットと、各セル１１を透過した検出光の偏光面の回転角を検出する検出ユニットとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、生体から発生する磁場を測定する技術に関する。

心臓や脳から発生する微弱な磁場を測定するセンサーとして、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）センサーが知られている（特許文献１〜７参照）。

特開平１１−２５３４１２号公報 特開２０００−４１９６５号公報 特開２００８−８６６７５号公報 特開平７−７７５６４号公報 特開２００６−７５４４０３号公報 特開２００６−９４９８４号公報 特開２００５−８０９５１号公報

一般に、磁気センサーを用いて磁場を測定するときに、空間分解能を上げるには、磁気センサーを小さくして、単位面積当たりの磁気センサーの数を増やす必要がある。しかし、磁気センサーを小さくすると、感度が低くなるため、微弱な磁場を測定できなくなってしまう。
本発明の目的の１つは、磁場の測定における空間分解能を高めつつ、その測定下限を下げることである。

本発明に係る磁場測定装置は、測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさが異なる複数のセルを有し、単位面積当たりのセルの数が閾値よりも大きくなるように前記複数のセルが配置されるセルアレイと、前記複数のセルの各セルの内部に封入され、前記磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体と、前記各セルの検出面に光を照射する照射手段と、前記各セルを透過した前記光の偏光面の回転角を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。この構成によれば、磁場の測定における空間分解能を高めつつ、その測定下限を下げることができる。

前記複数のセルは、前記測定対象の磁場の発生源を複数の方向から覆うように配置されてもよい。この構成によれば、複数の軸方向成分の磁場を測定することができる。

前記発生源は、人間の心臓であり、前記人間の正面側には、前記複数のセルに含まれる第１のセルが配置されてもよい。この構成によれば、人間の正面から磁場を測定するときの空間分解能を高めることができる。

前記人間の側面側又は背面側には、前記複数のセルのうち前記第１のセルよりも前記検出面の大きい第２のセルが配置されてもよい。この構成によれば、人間の側面又は背面から磁場を測定するときの測定下限を下げることができる。

前記人間の側面側又は背面側において前記心臓から所定の範囲内の領域には、前記第１のセルが配置されてもよい。この構成によれば、人間の側面又は背面から磁場を測定する場合であっても、心臓から所定の範囲内の領域については、空間分解能を高めることができる。

前記複数のセルは、前記測定対象の磁場の発生源を単一の方向から覆うように配置され、前記発生源から所定の範囲内の領域には、前記複数のセルに含まれる第１のセルが配置され、それ以外の領域には前記第１のセルよりも前記検出面の大きい第２のセルが配置されてもよい。この構成によれば、測定対象から所定の範囲内の領域については磁場を測定するときの空間分解能を高めることができ、それ以外の領域については磁場を測定するときの測定限界を下げることができる。

本発明に係るセルアレイは、測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさが異なる複数のセルと、前記複数のセルの各セルの内部に封入され、前記磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体とを備え、前記複数のセルは、単位面積当たりのセルの数が閾値よりも大きくなるように配置されることを特徴とする。この構成によれば、このセルアレイを用いて磁場を測定したときに、磁場の測定における空間分解能を高めつつ、その測定下限を下げることができる。

磁場測定装置の構成を表すブロック図 磁場測定装置の全体構成を示す図 被検者の正面側に配置されたセルを図２のｙ軸方向から見た図 被検者の左側面側に配置されたセルを図２のｘ軸方向から見た図 被検者の背面側に配置されたセルを図２の−ｙ軸方向から見た図 被検者の正面から磁場を測定する原理を説明する図 被検者の左側面から磁場を測定する原理を説明する図 被検者の背面から磁場を測定する原理を説明する図 心磁を測定した結果を示す図 変形例に係るセルの配置の一例を示す図 変形例に係るセルの配置の一例を示す図 変形例に係るセルの配置の一例を示す図 変形例に係る磁場の測定原理を説明する図

１．実施形態
図１は、実施形態に係る磁場測定装置１の構成を表すブロック図である。磁場測定装置１は、例えば光ポンピング式の磁気センサーである。磁場測定装置１は、例えば心臓から発生する磁場（心磁）を測定する心磁計に用いられる。

磁場測定装置１は、セルアレイ１０と、照射ユニット２０（照射手段の一例）と、検出ユニット３０（検出手段の一例）と、解析装置４０とを備える。セルアレイ１０は、複数のセル１１を有する。セル１１は、石英又はガラス等の光透過性を有する材料で形成されている。セル１１の内部には、アルカリ金属原子１５（例えばセシウム）が封入されている。アルカリ金属原子１５は、磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体である。セル１１は、例えば立方体の形状をしている。セル１１を構成する面には、セル１１が測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面１２が含まれる。

照射ユニット２０は、光源と偏光部と光分配器とを有する。光源は、レーザ光を放射する。偏光部は、光源から放射されたレーザ光を偏光して、直線偏光成分を有する検出光Ｌ１を生成する。光分配器は、偏光部により生成された検出光Ｌ１をセルアレイ１０に含まれるセル１１の数に分岐させる。光分配器により複数本に分岐された検出光Ｌ１は、例えば光ファイバーにより導かれ、セルアレイ１０に含まれる各セル１１へと照射される。各セル１１に照射された検出光Ｌ１はセル１１を透過する。このとき、検出光Ｌ１の偏光面は、セル１１の内部に封入されたアルカリ金属原子１５により回転させられる（ファラデー効果）。

検出ユニット３０は、セルアレイ１０に含まれるセル１１と同じ数の検出器３１を有する。検出器３１は、対応するセル１１を透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した回転角に応じた信号を出力する。解析装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリーとを有する。メモリーには、予め磁場の強度と検出光Ｌ１の偏光面の回転角との対応関係を示す情報が記憶されている。ＣＰＵは、メモリーに記憶された情報に基づき、検出ユニット３０から出力された信号を用いて磁場の強度を算出する。このようにして、磁場が測定される。

図２は、磁場測定装置１の全体構成を示す図である。なお、この図では、照射ユニット２０、検出ユニット３０及び解析装置４０の図示を省略している。磁場測定装置１は、被験者Ｐ（人間）を寝かせるのに用いられる寝台２を備える。被検者Ｐの心磁を測定する場合、通常、被検者Ｐは、寝台２の上に仰向けの状態で寝かせられる。

セルアレイ１０に含まれる複数のセル１１は、この被検者Ｐの正面、左側面及び背面の３方向から心臓Ｈ（測定対象の磁場の発生源の一例）を覆うように配置される。なお、「覆う」とは、心臓Ｈが完全に隠れるように隣接するセル１１が隙間なく配置される必要はなく、隣接するセル１１とセル１１との間に隙間があってもよい。具体的には、複数のセル１１は、被検者Ｐの正面側、左側面側及び背面側において被検者Ｐとの距離が最小限度の距離となるように配置される。この正面側とは、被検者Ｐから見て−ｙ軸方向にある領域をいう。左側面側とは、被検者Ｐから見て−ｘ軸方向にある領域をいう。背面側とは、被検者Ｐから見てｙ軸方向にある領域をいう。

磁場測定装置１は、被検者Ｐの正面側に配置されるセル１１を収容する筐体３ａと、被検者Ｐの左側面側に配置されるセル１１を収容する筐体３ｂと、被検者Ｐの背面側に配置されるセル１１を収容する筐体３ｃとを備える。筐体３ａ、３ｂ及び３ｃにおいて、セル１１は、その筐体に固定された図示せぬ支持部により支持されている。また、各セル１１と被検者Ｐとの間には、ミラー１３が設けられている。筐体３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、支柱５に接続されたアーム４ａ、４ｂ、４ｃにより支持されている。支柱５は、基部６により固定されている。

図３は、被検者Ｐの正面側に配置されたセル１１を図２に示すｙ軸方向から見た図である。被検者Ｐの正面側には、第１のセル１１ａが８行８列のマトリクス状に配置されている。この第１のセル１１ａは、被検者Ｐの左側面側又は背面側に配置される後述する第２のセル１１ｂよりも小さい。第１のセル１１ａの検出面１２の大きさは、被検者Ｐの正面側における磁場の強度に応じて予め設定されている。例えば、第１のセル１１ａの検出面１２は、被検者Ｐの正面側における磁場の強度以上の測定下限を有する最小限度の大きさに設定される。この測定下限とは、測定できる磁場の最小強度をいう。

図４は、被検者Ｐの左側面側に配置された第２のセル１１ｂを図２に示すｘ軸方向から見た図である。被検者Ｐの左側面側には、第２のセル１１ｂが３行５列のマトリクス状に配置されている。この第２のセル１１ｂは、被検者Ｐの正面側に配置される第１のセル１１ａよりも大きい。なお、第２のセル１１ｂは、全体の大きさだけではなく、検出面１２の大きさも第１のセル１１ａより大きい。

図５は、被検者Ｐの背面側に配置された第２のセル１１ｂを図２に示す−ｙ軸方向から見た図である。被検者Ｐの背面側には、第２のセル１１ｂが５行５列のマトリクス状に配置されている。この第２のセル１１ｂは、被検者Ｐの正面側に配置される第１のセル１１ａよりも大きい。なお、第２のセル１１ｂは、全体の大きさだけではなく、検出面１２の大きさも第１のセル１１ａより大きい。

第１のセル１１ａは、第２のセル１１ｂに比べて小さいため、その分、単位面積当たりの数が多くなるように配置されている。例えば、図３と図５では同一の面積に配置されるセル１１を示しているが、図５に示す第２のセル１１ｂの数は５×５＝２５個であるのに対し、図３に示す第１のセル１１ａの数は８×８＝６４個である。このように、第１のセル１１ａは、その単位面積当たりの数が、第２のセル１１ｂの単位面積当たりの数（閾値の一例）よりも大きくなるように配置されている。

図６は、被検者Ｐの正面から磁場を測定する原理を説明する図である。図６では、３次元座標系（左手系）を用いて方向が示されている。なお、上述した第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとは、いずれを用いた場合にも磁場を測定する原理は同じであるため、ここでは、これらのセルを総称して「セル１１」という。また、この図では、説明を分かり易くするために、被検者Ｐの正面側に配置された複数のセル１１のうち一つだけを示している。

被検者Ｐの正面側に配置されたセル１１は、ｘｚ平面に平行な検出面１２を有する。照射ユニット２０は、セル１１の検出面１２に対向する面に検出光Ｌ１を照射する。照射ユニット２０から照射された検出光Ｌ１は、この面から入射してセル１１を透過する。セル１１を透過した検出光Ｌ１は、ミラー１３で反射されセル１１の検出面１２に入射し、セル１１を−ｙ軸方向に透過する。このとき、検出光Ｌ１の偏光面は、セル１１内のアルカリ金属原子１５により、−ｙ軸方向の磁場の強度に応じて回転角θだけ回転させられる。セル１１を透過した検出光Ｌ１はミラー３２により検出器３１に導かれる。検出器３１は、検出光Ｌ１を受光すると、検出光Ｌ１の偏光面の回転角θを検出する。この回転角θは、セル１１内の−ｙ軸方向の磁場の強度に応じた値になる。したがって、この回転角θを検出することにより、セル１１内の−ｙ軸方向の磁場を測定することができる。

図７は、被検者Ｐの左側面から磁場を測定する原理を説明する図である。図７では、３次元座標系（左手系）を用いて方向が示されている。また、この図では、説明を分かり易くするために、被検者Ｐの左側面側に配置された複数のセル１１のうち一つだけを示している。

被検者Ｐの左側面側に配置されたセル１１は、ｙｚ平面に平行な検出面１２を有する。照射ユニット２０は、セル１１の検出面１２と対向する面に対して検出光Ｌ１を照射する。照射ユニット２０から照射された検出光Ｌ１は、この面から入射してセル１１を透過する。セル１１を透過した検出光Ｌ１は、ミラー１３で反射されセル１１の検出面１２に入射し、セル１１を−ｘ軸方向に透過する。このとき、検出光Ｌ１の偏光面は、セル１１内のアルカリ金属原子１５ガスにより、−ｘ軸方向の磁場の強度に応じて回転角θだけ回転させられる。セル１１を透過した検出光Ｌ１はミラー３２により検出器３１に導かれる。検出器３１は、検出光Ｌ１を受光すると、検出光Ｌ１の偏光面の回転角θを検出する。この回転角θは、セル１１内の−ｘ軸方向の磁場の強度に応じた値になる。したがって、この回転角θを検出することにより、セル１１内の−ｘ軸方向の磁場を測定することができる。

図８は、被検者Ｐの背面から磁場を測定する原理を説明する図である。図８では、３次元座標系（左手系）を用いて方向が示されている。また、この図では、説明を分かり易くするために、被検者Ｐの背面側に配置された複数のセル１１のうち一つだけを示している。

被検者Ｐの背面側に配置されたセル１１は、ｘｚ平面に平行な検出面１２を有する。照射ユニット２０は、セル１１の検出面１２と対向する面に対して検出光Ｌ１を照射する。照射ユニット２０から照射された検出光Ｌ１は、この面から入射してセル１１を透過する。セル１１を透過した検出光Ｌ１は、ミラー１３で反射されセル１１の検出面１２に入射し、セル１１をｙ軸方向に透過する。このとき、検出光Ｌ１の偏光面は、セル１１内のアルカリ金属原子１５により、ｙ軸方向の磁場の強度に応じて回転軸θだけ回転させられる。セル１１を透過した検出光Ｌ１はミラーにより検出器３１に導かれる。検出器３１は、検出光Ｌ１を受光すると、検出光Ｌ１の偏光面の回転角θを検出する。この回転角θは、セル１１内のｙ軸方向の磁場の強度に応じた値になる。したがって、この回転角θを検出することにより、セル１１内のｙ軸方向の磁場を測定することができる。

被験者Ｐの正面は、左側面や背面に比べると心臓Ｈからの距離が小さいため、体表面から発生する心磁の強度が大きい。そのため、第２のセル１１ｂほど感度が高くない第１のセル１１ａを用いても、磁場を測定することができる。そこで、被験者Ｐの正面側には、第２のセル１１ｂよりも小さい第１のセル１１ａを配置するとともに、第１のセル１１ａを単位面積当たりの数が多くなるように配置にしている。このように、第１のセル１１ａを高密度で配置することにより、被検者Ｐの正面から磁場を測定するときの空間分解能を高めることができる。

一方、被検者Ｐの左側面及び背面は、正面に比べると心臓Ｈからの距離が大きいため、体表面から発生する心磁の強度が小さい。そのため、被検者Ｐの左側面側及び背面側には、微弱な磁場を測定できるように、第１のセル１１ａより大きい第２のセル１１ｂを配置する。上述したように、第２のセル１１ｂは、全体の大きさだけではなく、検出面１２の大きさも第１のセル１１ａより大きい。したがって、被検者Ｐの側面及び背面から磁場を測定するときの感度を上げることができる。つまり、被検者Ｐの側面及び背面から磁場を測定するときの測定下限を下げることができる。

このように、被検者Ｐの正面側、側面側及び背面側にそれぞれセル１１を配置することにより、被検者Ｐの正面だけでなく、側面や背面からも磁場を測定することができる。これにより、複数の軸方向成分の磁場を測定することができる。

磁場測定装置１を心磁計として用いる場合、測定した磁場の強度に基づき心臓Ｈの表面を流れる電流の分布を推定し、診断に利用することがある。例えば、測定した磁場の強度から磁界分布図を作成し、ビオ・サバールの法則を用いて心起電力を推定する。このとき、測定した磁場から、ある程度の体積を持って流れる電流の大きさと距離を逆問題などにより推定することは困難であるため、通常は磁界分布の波形から電流の位置と大きさを推定する最小ノルム法や波形のカーブフィッティングなどを用いて最適な解を求める。しかし、例えば２つの電流双極子が別の位置と大きさを持つ場合には、被検者Ｐの正面から心磁を測定しただけでは、それぞれの電流双極子を分離することが困難である。

図９は、心磁を測定した結果を示す図である。図９（ａ）に示すグラフは、被検者Ｐの正面から心磁を測定した結果を示す。図９（ａ）において、横軸はｘ軸方向の位置（任意単位）を、縦軸は測定値（磁場の強度）（任意単位）を表している。図９（ｂ）に示すグラフは、被検者Ｐの左側面から心磁を測定した結果を示す。図９（ｂ）において、横軸はｙ軸方向の位置（任意単位）を、縦軸は測定値（磁場の強度）（任意単位）を表している。

例えば、図９に示す二次元座標系において（ｘ，ｙ）＝（０，２）となる位置（つまり、ｙ軸方向の距離が２となる位置）に第１の電流源が存在する場合を想定する。この第１の電流源から出力される電流の大きさは１であり、電流の方向は−ｚ軸方向（紙面の裏から表に向かう方向）である。この第１の電流源だけが存在する場合、被検者Ｐの心磁を正面から測定したときの測定値は波形ｓ１となる。これに対し、この第１の電流源の他に、図９に示す２次元座標系において（ｘ，ｙ）＝（０，４）となる位置（つまり、ｙ軸方向の距離が４となる位置）に第２の電流源が存在する場合を想定する。この第２の電流源から出力される電流の大きさは０．３であり、電流の方向はｚ軸方向（紙面の表から裏に向かう方向）である。このように第１の電流源と第２の電流源とが存在する場合、被検者Ｐの心磁を正面から測定したときの測定値は波形ｓ２となる。この波形ｓ１と波形ｓ２とは波形が似ているため、その差を判断する事は困難である。

そこで、被検者Ｐの心磁を左側面から測定した結果を見てみると、上述した第１の電流源だけが存在する場合、被検者Ｐの心磁を測定から測定したときの測定値は波形ｓ３となる。これに対し、この第１の電流源と上述した第２の電流源とが存在する場合、被検者Ｐの心磁を左側面から測定したときの測定値は波形ｓ４となる。この波形ｓ２と波形ｓ４とは波形が大きく異なる。よって、第１の電流源と第２の電流源を分離する事が容易になる。

このように、被検者Ｐの正面だけではなく側面や背面からも磁場を測定することにより、電流双極子の位置（ｙ軸方向の距離）を推定することができれば、電流の大きさのみを解く問題となるため、推定の精度を上げることができる。その結果、心臓に流れる電流についてより高精度な電流分布を作成することができる。

２．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、種々の変形が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

（１）変形例１
上述した実施形態では、被検者Ｐの左側面側及び背面側には第２のセル１１ｂだけが配置されていたが、この左側面側又は背面側にも第１のセル１１ａが配置されてもよい。この場合、被検者Ｐの心臓Ｈから近い領域には第１のセル１１ａが配置され、心臓Ｈから遠い領域には第２のセル１１ｂが配置されてもよい。この心臓Ｈから近い領域とは、心臓Ｈから所定の範囲内の領域であり、心臓Ｈから遠い領域とは、それ以外の領域である。

図１０は、この変形例に係る磁場測定装置１Ａにおけるセル１１の配置の一例を示す図である。図１０の例では、被検者Ｐの左側面側に、第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとが配置されている。この第１のセル１１ａは、被検者Ｐの心臓Ｈに近い中央部に配置されている。一方、第２のセル１１ｂは、被検者Ｐの心臓Ｈから遠い端部に配置されている。また、被検者Ｐの背面側にも、第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとが配置されている。この第１のセル１１ａは、被検者Ｐの心臓Ｈに近い中央部に配置されている。一方、第２のセル１１ｂは、被検者Ｐの心臓Ｈから遠い端部に配置されている。これにより、被検者Ｐの左側面又は背面から磁場を測定する場合であっても、心臓Ｈに近い領域については空間分解能を高めることができる。

（２）変形例２
上述した実施形態では、被検者Ｐの正面側には第１のセル１１ａだけが配置され、側面側及び背面側には第２のセル１１ｂだけが配置されていたが、大きさの異なるセル１１が混在して配置されてもよい。この場合、被検者Ｐの心臓Ｈから近い領域には第１のセル１１ａが配置され、心臓Ｈから遠い領域には第２のセル１１ｂが配置されてもよい。この心臓Ｈから近い領域とは、心臓Ｈから所定の範囲内の領域であり、心臓Ｈから遠い領域とは、それ以外の領域である。

図１１は、この変形例に係るセル１１の配置の一例を示す図である。この図１１では、被検者Ｐの正面側に配置されるセル１１が示されている。被検者Ｐの正面側には、第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとが配置されている。第１のセル１１ａは、被検者Ｐの心臓Ｈから近い中央部に配置されている。一方、第２のセル１１ｂは、被検者Ｐの心臓Ｈから遠い端部に配置されている。これにより、被検者Ｐの心臓Ｈに近い領域については空間分解能を高めることができ、被検者Ｐの心臓Ｈから遠い領域については磁場を測定するときの感度を上げる（測定下限を下げる）ことができる。

（３）変形例３
上述した実施形態では、被検者Ｐの正面側、左側面側及び背面側にはそれぞれ複数のセル１１がマトリクス状に２次元配置されていたが、複数のセル１１の配置はこれに限定されない。
図１２は、この変形例に係る磁場測定装置１Ｂのセル１１の配置の一例を示す図である。被検者Ｐの側面は丸みを帯びた形状をしている。そこで、図１２の例では、被検者Ｐの左側面側のセル１１は、被検者Ｐの体の丸みに合わせて配置されている。なお、この場合には、図２に示す筐体３ａ,３ｂ,３ｃに代えて、セルアレイ１０に含まれる全てのセル１１を収容する筐体３が設けられていてもよい。このように、セル１１は、被検者Ｐの体の形状に沿って配置されてもよい。これにより、心臓Ｈとセル１１との間の距離を小さくすることができる。その結果、磁場を測定するときの感度を上げる（測定下限を下げる）ことができる。

（４）変形例４
セル１１の大きさは、２種類の大きさに限定されない。例えば、３種類の大きさを有するセル１１が用いられてもよい。この場合、例えば心臓Ｈから近い領域には、最も小さいセル１１が配置され、心臓Ｈから遠い領域には、最も大きいセル１１が配置され、その間の領域には、中くらいの大きさのセル１１が配置される。つまり、心臓Ｈから所定の範囲内の領域には、検出面１２の最も小さいセルが配置され、心臓Ｈから離れるほど、検出面１２の大きいセルが配置される。また、この場合、検出面１２の小さいセル１１ほど、単位面積当たりのセル１１の数が多くなるように配置される。

（５）変形例５
セル１１の数は、実施形態で説明したものに限定されない。セル１１の数は、例えば測定対象の磁場の大きさやその発生源の位置に基づいて決められればよい。セル１１の形状は、立方体に限定されない。例えば、セル１１は直方体又は球体であってもよい。セル１１の配置は、マトリクス状に限定されない。例えば、複数のセル１１が放射線状に配置されていてもよい。また、セル１１の形状を正六角柱にしてハニカム構造で配置してもよい。

（６）変形例６
上述した実施形態では、被検者Ｐの正面側、左側面側及び背面側にセル１１が配置されていたが、これらの全ての領域にセル１１が配置される必要はない。例えば、被検者Ｐの正面側と背面側、又は正面側と左側面側だけにセル１１が配置されてもよい。この場合、セル１１は、被検者Ｐの心臓Ｈを２方向から覆うように配置されることになる。あるいは、被検者Ｐの正面側、左側面側及び背面側に加えて、被検者Ｐの右側面側にもセル１１が配置されてもよい。この右側面側とは、被検者Ｐから見て図２に示すｘ軸方向にある領域をいう。この場合、セル１１は、被検者Ｐの心臓Ｈを４方向から覆うように配置されることになる。

（７）変形例７
磁場測定装置１が測定する磁場は、心磁に限定されない。例えば、脳から発生する磁場（脳磁）であってもよい。この場合、セル１１は、被検者Ｐの正面側、背面側、左側面側、右側面側及び頭上側に配置されてもよい。この頭上側とは、被検者Ｐが立ったときに頭の上方にある領域という。この場合、セル１１は、被検者Ｐの頭を５方向から覆うように配置されることになる。

（８）変形例８
上述した実施形態では、複数の方向から磁場の測定を行っていた。しかし、１つの方向のみから磁場の測定を行ってもよい。例えば、被検者Ｐの正面のみから磁場の測定を行う場合には、被検者Ｐの正面側のみに、第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとが配置される。この場合、図１１に示すように、被検者Ｐの心臓Ｈに近い領域には第１のセル１１ａが配置され、それ以外の領域には第２のセル１１ｂが配置されてもよい。

（９）変形例９
磁場測定装置１の構造は、図２に示すものに限定されない。例えば、寝台２に代えて椅子が用いられてもよい。磁場測定装置１は、被検者Ｐから見て複数の方向にセル１１を配置できるような構造を有していればよい。

（１０）変形例１０
磁場測定装置１は、ポンプ光Ｌ２と検出光Ｌ１とを用いて磁場を測定してもよい。この場合、磁場測定装置１は、ポンプ光Ｌ２を照射するポンプ光照射ユニットを備える。このポンプ光照射ユニットは、光源と偏光部と光分配器とを有する。光源は、レーザ光を放射する。偏光部は、光源から放射されたレーザ光を偏光して、円偏光成分を有するポンプ光Ｌ２を生成する。光分配器は、偏光部により生成されたポンプ光Ｌ２をセルアレイ１０に含まれるセル１１の数に分岐させる。光分配器により複数本に分岐されたポンプ光Ｌ２は、例えば光ファイバーにより導かれ、セルアレイ１０に含まれる各セル１１へと照射される。

図１３は、この変形例に係る磁場の測定原理を説明する図である。ポンプ光照射ユニットは、セル１１に対して検出光Ｌ１と直交する方向にポンプ光Ｌ２を照射する。ポンプ光Ｌ２が照射されると、セル１１内のアルカリ金属原子１５の最外殻電子が励起され、スピン偏極が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子１５は、磁場により歳差運動をする。１つのアルカリ金属原子１５のスピン偏極は、時間の経過とともに緩和するが、ポンプ光Ｌ２がＣＷ（Continuous Wave）光であるので、スピン偏極の形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的なスピン編極が形成される。次に、照射ユニット２０は、セル１１の検出面１２に検出光Ｌ１を照射する。セル１１を透過した検出光Ｌ１は、検出器３１により受光され、その偏光面の回転角θが検出される。これにより、磁場を測定することができる。

（１１）変形例１１
磁場測定装置１は、光ポンピング式の磁気センサーに限定されない。例えば、磁場測定装置１は、フラックスゲート磁力計であってもよい。このフラックスゲート磁力計は、高透磁率材料の磁化飽和特性を利用して磁場の１方向成分を測定する。フラックスゲート磁力計の原理は以下の通りである。まず、パーマロイなどの強磁性体の磁芯に１次コイルと２次コイルを巻き、１次コイルに正弦波電流を流すと、磁性体の飽和特性のため２次コイルには正弦波からずれた交流が現れる。外部磁場が無いときは、２次コイルの波形は基本波と奇数次の高調波のみを含むが、外部磁場が重畳していると偶数次の高調波も含む。従って、元の正弦波の倍周波成分の振幅を抽出することにより、外部磁場のこの磁芯の方向の成分強度が得られる。

このフラックスゲート磁力計は、光ポンピング式の磁気センサーと同様に、測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさにより感度が変わる。つまり、磁場測定装置１は、測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさにより感度が変わるという特性を有する磁気センサーであればよい。また、磁気測定装置１は、心磁計として用いることができるように、心磁などの微弱な磁場を測定できる感度を有していることが好ましい。さらに、磁場測定装置１は、被検者Ｐの正面だけではなく側面や背面からも磁場を測定できるように、各部の配置に対して自由度を有するような方式で磁場を測定するものが好ましい。

（１２）変形例１２
上述した実施形態では、磁場測定装置１において、各セル１１と被検者Ｐとの間にはミラー１３が設けられていたが、ミラー１３を設けない構成であってもよい。この場合、セル１１を透過した検出光は、例えば導波路を用いて検出器へ導かれる。あるいは、検出器の磁性の影響が少ない場合には、セル１１と被検者Ｐとの間に検出器を設けてもよい。

１…磁場測定装置、１０…セルアレイ、１１…セル、１５…アルカリ金属原子、２０…照射ユニット、３０…検出ユニット、３１…検出器、４０…解析装置

Claims (7)

1. 測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさが異なる複数のセルを有し、単位面積当たりのセルの数が閾値よりも大きくなるように前記複数のセルが配置されるセルアレイと、
   前記複数のセルの各セルの内部に封入され、前記磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体と、
   前記各セルの検出面に光を照射する照射手段と、
   前記各セルを透過した前記光の偏光面の回転角を検出する検出手段と
   を備えることを特徴とする磁場測定装置。
2. 前記複数のセルは、前記測定対象の磁場の発生源を複数の方向から覆うように配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
3. 前記発生源は、人間の心臓であり、
   前記人間の正面側には、前記複数のセルに含まれる第１のセルが配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の磁場測定装置。
4. 前記人間の側面側又は背面側には、前記複数のセルのうち前記第１のセルよりも前記検出面の大きい第２のセルが配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁場測定装置。
5. 前記人間の側面側又は背面側において前記心臓から所定の範囲内の領域には、前記第１のセルが配置される
   ことを特徴とする請求項４に記載の磁場測定装置。
6. 前記複数のセルは、前記測定対象の磁場の発生源を単一の方向から覆うように配置され、
   前記発生源から所定の範囲内の領域には、前記複数のセルに含まれる第１のセルが配置され、それ以外の領域には前記第１のセルよりも前記検出面の大きい第２のセルが配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
7. 測定対象の磁場の中に配置されたときに磁束が通る検出面の大きさが異なる複数のセルと、
   前記複数のセルの各セルの内部に封入され、前記磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体とを備え、
   前記複数のセルは、単位面積当たりのセルの数が閾値よりも大きくなるように配置される
   ことを特徴とするセルアレイ。

Images