JP2013164388A

JP2013164388A - 磁場測定装置およびプログラム

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Publication number: JP2013164388A
Application number: JP2012028493A
Authority: JP
Inventors: Ryuji Hokari; 龍治保刈
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】磁場の測定における感度を高めるとともに高い感度を必要としない測定対象の測定における空間分解能を高める。
【解決手段】第１セルアレイ１０ａ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を有する複数の第１セルを格子状に配置する。第２セルアレイ１０ｂは、第１セルよりも大きい検出面を有する複数の第２セルを第１セル同士の間隙に格子状に配置する。第１照射部２０ａは複数の第１セルの検出面に光を照射し、第２照射部２０ｂは複数の第２セルの検出面に光を照射する。第１検出部３０ａは複数の第１セルを透過した光の偏光面の回転角を検出してその回転角に応じた信号を出力し、第２検出部３０ｂは複数の第２セルを透過した光の偏光面の回転角を検出てその回転角に応じた信号を出力する。解析装置４０は第１検出部３０ａまたは第２検出部３０ｂから出力された信号を選択し、その信号を用いて測定対象の磁場の強度を算出する。
【選択図】図１

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。

ところで、磁気センサーによって例えば人間の心臓から発生する磁場の強さ（以下、心磁という）を測定する場合、成人の心磁と、胎児や小児の心磁とでは１０倍近く異なる。例えば、一般的に成人の心磁は１０^−１０〜１０^−９Ｔ（テスラ）程度であるのに対し、胎児の心磁は１０^−１１Ｔ（テスラ）程度である。そのため、共通の測定装置によって成人の心磁と胎児の心磁の両方を測定するためには、微弱な胎児の心磁に合わせて磁気センサーを大きくしなければならず、成人の心磁を測定するにあたって空間分解能を下げなければならない場合がある。
本発明の目的の１つは、磁場の測定における感度を高めるとともに高い感度を必要としない測定対象の測定における空間分解能を高めることである。

本発明に係る磁場測定装置は、磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体が内部に封入されているセルであって、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を有する複数の第１セルを、当該測定対象に沿った面上において格子状に配置した第１セルアレイと、前記媒体が内部に封入されているセルであって、前記第１セルよりも大きい前記検出面を有する複数の第２セルを、前記面上であって当該第１セル同士の間隙に格子状に配置した第２セルアレイと、前記複数の第１セルの前記検出面に光を照射する第１照射部と、前記複数の第２セルの前記検出面に光を照射する第２照射部と、前記複数の第１セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１検出部と、前記複数の第２セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第２検出部と、前記第１検出部または前記第２検出部から出力された信号を用いて前記測定対象の磁場の強度を算出する算出部と、前記算出部が用いる前記信号を選択する選択部とを具備す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感度を高めるとともに高い感度を必要としない測定対象の測定における空間分解能を高めることができる。

好ましくは、前記第１検出部および前記第２検出部から出力された各信号に含まれる検出信号の割合を求めて当該各信号をそれぞれ評価する評価部を具備し、前記選択部は、前記算出部が用いる前記信号を、前記評価部による当該信号の評価に基づいて選択するとよい。この構成によれば、空間分解能を高めることができる測定対象を測定結果から判別することができる。

また、好ましくは、前記評価部は、前記各信号に含まれる検出信号の割合が予め定められた閾値を超えているか否かによって当該各信号を評価し、前記選択部は、前記評価部により前記第１検出部から出力された信号に含まれる検出信号の割合が前記閾値を下回っていると評価された場合に、前記第２検出部から出力された信号のみを前記算出部が用いる信号として選択するとよい。この構成によれば、高い感度を必要とする測定対象に対してその測定におけるノイズの影響を抑制することができる。

また、好ましくは、前記第１セルまたは前記第２セルは、位置に応じて密度が異なるように前記面上に配置されているとよい。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。

また、本発明に係るプログラムは、磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体が内部に封入されているセルであって、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を有する複数の第１セルを、当該測定対象に沿った面上において格子状に配置した第１セルアレイと、前記媒体が内部に封入されているセルであって、前記第１セルよりも大きい前記検出面を有する複数の第２セルを、前記面上であって当該第１セル同士の間隙に格子状に配置した第２セルアレイと、前記複数の第１セルの前記検出面に光を照射する第１照射部と、前記複数の第２セルの前記検出面に光を照射する第２照射部と、前記複数の第１セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１検出部と、前記複数の第２セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第２検出部とを具備する磁場測定装置を制御するコンピューターを、前記第１検出部および前記第２検出部から出力された各信号に含まれる検出信号の割合を求めて当該各信号をそれぞれ評価する評価部と、前記第１検出部または前記第２検出部から出力された信号を用いて前記測定対象の磁場の強度を算出する算出部と、前記算出部が用いる前記信号を、前記評価部による当該信号の評価に基づいて選択する選択部として機能させるためのプログラムである。この構成によれば、磁場の測定における感度を高めるとともに高い感度を必要としない測定対象の測定における空間分解能を高めることができる。

実施形態に係る磁場測定装置の構成を表すブロック図である。磁場測定装置の全体構成を示す図である。被検者の正面側に配置されたセルを＋ｙ方向に向かって見た図である。被検者の正面から磁場を測定する原理を説明する図である。磁場測定装置に備えられた解析装置の動作を説明するフロー図である。

１．実施形態
（１）構成
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の強さ（心磁）を測定する心磁計に用いられる。

磁場測定装置１は、第１セルアレイ１０ａ，第２セルアレイ１０ｂと、第１照射部２０ａ，第２照射部２０ｂと、第１検出部３０ａ，第２検出部３０ｂと、解析装置４０とを備える。以下、特に区別の必要がない場合はそれぞれ、第１セルアレイ１０ａおよび第２セルアレイ１０ｂを総称して「セルアレイ１０」と、第１照射部２０ａおよび第２照射部２０ｂを総称して「照射部２０」と、第１検出部３０ａおよび第２検出部３０ｂを総称して「検出部３０」と記す。また、第１照射部２０ａ→第１セルアレイ１０ａ→第１検出部３０ａという検出処理の系列を第１系列と呼び、第２照射部２０ｂ→第２セルアレイ１０ｂ→第２検出部３０ｂという検出処理の系列を第２系列と呼ぶ。

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。

照射部２０は、光源と偏光部と光分配器とを有する。光源は、レーザー光を放射する。偏光部は、偏光板などを備え、光源から放射されたレーザー光を所定方向の直線偏光成分を有する検出光Ｌ１に変換する。光分配器は、偏光部により変換された検出光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）。

検出部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、ＣＰＵに読み込まれて実行されるコンピュータープログラム（以下、単にプログラムという）が記憶されている。このプログラムには、例えばフーリエ変換による周波数解析など、信号中に含まれる検出信号の割合を求める手順が記述されている。『検出信号』とは、検出部３０によって出力された信号からノイズを除いた信号であり、測定対象の磁場の強さに由来する信号である。そして、『ノイズ』とは、例えば測定対象の置かれる環境が有している磁場の強さなど、測定対象以外に由来するものである。ＣＰＵは、このプログラムを実行することにより、検出部３０から出力された信号に含まれる検出信号の割合を求めることで、その信号を評価する。ここでいう評価とは、求めた検出信号の割合が予め定められた閾値を超えたか否かによって行われる。解析装置４０のＣＰＵは、このように信号を評価することで、図１に示す評価部４１として機能する。

また、このプログラムには、評価部４１による信号の評価に基づいて、上述した第１系列、第２系列、およびその組み合わせのいずれかを選択する手順が記述されている。ＣＰＵは、このプログラムを実行することにより、第１系列、第２系列、およびその組み合わせのいずれかを選択する。例えば、第１検出部３０ａから出力された信号に含まれる検出信号の割合が予め定められた閾値を下回っていると評価部４１が評価し、かつ、第２検出部３０ｂから出力された信号に含まれる検出信号の割合がその閾値以上である（下回っていない）と評価した場合、ＣＰＵは、第２系列のみを選択する。一方、評価部４１がいずれの検出部３０から出力された信号に含まれる検出信号の割合も、上述した閾値以上であると評価した場合、ＣＰＵは、第１系列と第２系列の両方を選択する。選択された系列によって得られる信号は、算出部４３によって磁場の強度の算出に用いられる。解析装置４０のＣＰＵは、このように系列を選択することで、図１に示す選択部４２として機能する。

また、このプログラムには、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と、この回転角から磁場の強度を求める手順とが記述されている。ＣＰＵは、このプログラムを実行することにより、検出部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。つまり、解析装置４０のＣＰＵは、このように磁場の強度を算出することで、図１に示す算出部４３として機能する。

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、照射部２０、検出部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、被検者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。以下、図において、磁場測定装置１の各構成の配置を説明するため、各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、内側が白い円の中に交差する２本の線分を描いた記号は、紙面手前側から奥側に向かう矢印を表している。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。同様に、ｙ、ｚ成分についても、ｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

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３を備える。筐体３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３は、被検者Ｐの正面側において図示せぬアームなどにより支持されている。

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方向に向かって見た図である。被検者Ｐの正面側には、１６個の第１のセル１１ａが４行４列の正方格子状に配置されている。そして、９個の第２のセル１１ｂが第１のセル１１ａにおける対角方向の間隙にそれぞれ配置されて３行３列の正方格子を構成している。つまり、第１のセル１１ａと第２のセル１１ｂとは、いずれも正方格子を構成しており、互いの対角方向の間隙にそれぞれを構成するセル１１が配置される。これら１６個の第１のセル１１ａによって第１セルアレイ１０ａが構成され、９個の第２のセル１１ｂによって第２セルアレイ１０ｂが構成される。すなわち、第１セルアレイ１０ａの配置された領域と第２セルアレイ１０ｂの配置された領域とは互いに重複している。

第１のセル１１ａは、第２のセル１１ｂよりも小さい。第１のセル１１ａおよび第２のセル１１ｂの各検出面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が成人の場合において、そ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。そして、第２のセル１１ｂの検出面１２は、被検者Ｐが小児の場合において、そ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。なお、この測定下限とは、測定できる磁場の最小強度をいう。

第１のセル１１ａは、例えば、立方体の形状をしている。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２のセル１１ｂは、例えば八角柱の形状をしている。

被検者Ｐが小児の場合は、被検者Ｐが成人の場合に比べて心磁のレベルが小さい。つまり、小児の方が成人よりも高い感度のセンサーが必要であり、小児の被検者Ｐの心磁を測定可能にする測定下限の方が、成人の被検者Ｐにおける測定下限よりも厳しい（低い）。そのため、小児の被検者Ｐに合わせた第２のセル１１ｂの方が、成人の被検者Ｐに合わせた第１のセル１１ａよりも大きく設計されている。

図４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４では、３次元座標系（右手系）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（ここでは第１のセル１１ａ）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。照射部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。照射部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は反射器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方向の磁場の強度に応じた値になる。したがって磁場測定装置１は、この回転角θを検出することにより、セル１１内の−ｙ方向の磁場を測定する。

（２）動作
図５は、磁場測定装置１に備えられた解析装置４０の動作を説明するフロー図である。解析装置４０の図示しない電源が投入されると、解析装置４０のＣＰＵは、メモリーからプログラムを読み出す。ＣＰＵは、図示しない操作部から受け取る信号を監視してユーザーから測定を開始する旨の指示があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。指示がないと判定した場合（ステップＳ１０１；ＮＯ）、ＣＰＵは、ステップＳ１０１の判定を続ける。一方、指示があったと判定した場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、ＣＰＵは、第１系列および第２系列にテストを行う旨の指示をする（ステップＳ１０２）。第１系列および第２系列は、テストを行う旨の指示を受け取ると、各照射部２０によってそれぞれのセルアレイ１０を照射し、各セルアレイ１０を透過した光の偏光面の回転角を各検出部３０によって検出して、それぞれ検出した回転角に応じた信号を解析装置４０に出力する。

ＣＰＵは、各系列から受け取った信号に含まれる検出信号とノイズの割合を求め、その信号を評価する（ステップＳ１０３）。そして、ＣＰＵは、第２系列の第２検出部３０ｂから出力された信号に含まれる検出信号の割合が予め定められた閾値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。第２系列から得られた信号に含まれる検出信号の割合が閾値を下回っていると判定した場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）、ＣＰＵは、異常が発生したものとして磁場測定装置１の動作を終了する（ステップＳ１０５）。上述したように、第２のセル１１ｂの検出面１２は、小児の被検者Ｐの微弱な心磁でも測定可能なように設計されているので、第２のセル１１ｂを透過した光に基づく信号でさえ閾値以上の検出信号を含んでいない場合には、成人の心磁の測定も困難だからである。なお、この異常終了をする場合、ＣＰＵは、ユーザーに向けて、例えば図示しない表示部などに異常が発生した旨の警告を表示させてもよい。

第２系列から得られた信号に含まれる検出信号の割合が閾値を下回っていない（すなわち、閾値以上である）と判定した場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）、ＣＰＵは、第１系列の第１検出部３０ａから出力された信号に含まれる検出信号の割合が予め定められた閾値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。第１系列から得られた信号に含まれる検出信号の割合が閾値を下回っていると判定した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、ＣＰＵは、第２系列のみを選択する（ステップＳ１０７）。一方、第１系列から得られた信号に含まれる検出信号の割合が閾値を下回っていないと判定した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、ＣＰＵは、第１系列および第２系列の両方を選択する（ステップＳ１０８）。

ＣＰＵは、ステップＳ１０７またはステップＳ１０８で選択された系列に、上述した偏光面の回転角を検出するよう指示する（ステップＳ１０９）。そして、選択された系列の検出部３０から偏光面の回転角に応じた信号が出力されると、ＣＰＵは、その信号を用いて被検者Ｐの体内における磁場の強度を算出する（ステップＳ１１０）。

なお、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、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ようにしてもよい。

以上の動作により、磁場測定装置１は、被検者Ｐから発生する磁場の強さに応じて、用いるセルアレイ１０を選択するので、磁場の測定の感度は、被検者Ｐが成人であるか小児であるかに関わらず維持される。また、被検者Ｐが成人である場合には、第２系列に加えて、小児である場合に用いない第１系列を用いて磁場を測定するため、空間分解能が向上する。

２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

（１）変形例１
上述した実施形態では、被検者Ｐの正面側にだけセルアレイ１０が配置されていたが、被検者Ｐの正面側以外の側（例えば、左側面側又は背面側）にもセルアレイ１０が配置されてもよい。この構成では多方向から磁場の強度を測定するので、それらに基づいて電流の分布を推定することにより、例えば、異なる位置と大きさを持つ２つの電流双極子をそれぞれ分離することが容易になる。

（２）変形例２
上述した実施形態では、選択部４２は、算出部４３が磁場の強度の算出に用いる信号を、評価部４１による評価に基づいて選択していたが、算出部４３が磁場の強度の算出に用いる信号を選択する基準はこれに限られない。例えば、磁場を測定する旨の指示に、被検者Ｐが成人であるか否かを区別する情報が含まれている場合、選択部４２は、その情報に基づいて算出部４３が磁場の強度の算出に用いる信号を決めてもよい。具体的に選択部４２は、被検者Ｐが成人である場合に第１系列および第２系列の両方を選択し、被検者Ｐが小児や胎児である場合に第２系列のみを選択すればよい。この場合、解析装置４０のＣＰＵは、評価部４１として機能しなくてもよい。

（３）変形例３
上述した実施形態では、評価部４１による評価は、求めた検出信号の割合が予め定められた閾値を超えたか否かによって行われていたが、これ以外の基準に沿って行われてもよい。例えば、各検出部３０から出力された信号に含まれる検出信号とノイズの割合の比率を求め、その比率が閾値を超えたか否かに基づいて、各信号を評価してもよい。

（４）変形例４
上述した実施形態では、第１のセル１１ａおよび第２のセル１１ｂのいずれもが正方格子を構成しており、互いの対角方向の間隙にそれぞれを構成するセル１１が配置されていたが、セル１１の配置はこれに限られない。セル１１は、位置に応じて密度が異なるように、測定対象に沿った面上に配置されていてもよい。

例えば、被検者Ｐの心臓Ｈから近い領域に第１のセル１１ａが配置され、心臓Ｈから遠い領域に第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。これにより、被検者Ｐの心臓Ｈに近い領域において空間分解能が向上し、被検者Ｐの心臓Ｈから遠い領域において磁場の測定の感度が向上する（測定下限が下がる）。

（５）変形例５
解析装置４０のＣＰＵによって実行されるプログラムは、磁気テープや磁気ディスクなどの磁気記録媒体、光ディスクなどの光記録媒体、光磁気記録媒体、半導体メモリーなどの、コンピューターが読み取り可能な記録媒体に記憶された状態で提供し得る。また、このプログラムを、インターネットのようなネットワーク経由でダウンロードさせることも可能である。なお、解析装置４０のＣＰＵによって例示した制御手段としてはＣＰＵ以外にも種々の装置が適用される場合があり、例えば、専用のプロセッサーなどが用いられる。

（６）変形例６
上述した実施形態では、被検者Ｐの正面側に複数のセル１１が正方格子状に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。例えば、セル１１は、被検者Ｐの体の丸みに合わせて配置されていてもよい。

（７）変形例７
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、複数種類のセル１１によって構成される各セルアレイ１０にそれぞれその種類に応じた系列が割り当てられていればよい。そして、測定対象の磁場の強さまたは各系列から出力される信号に含まれる検出信号の割合に応じて、磁場の強度の算出に用いられる信号を出力する各系列が選択されればよい。

（８）変形例８
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、八角柱および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、正方格子状に限定されない。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。

（９）変形例９
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。

（１０）変形例１０
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。

（１１）変形例１１
磁場測定装置１は、ポンプ光と検出光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、ポンプ光を照射するポンプ光照射部を備える。このポンプ光照射部は、光源と偏光部と光分配器とを有する。光源は、レーザー光を放射する。偏光部は、光源から放射されたレーザー光を、円偏光成分を有するポンプ光に変換する。光分配器は、偏光部により変換されたポンプ光をセルアレイ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。このとき、ポンプ光は検出光Ｌ１と直交する方向に照射される。

ポンプ光照射部によってポンプ光が照射されると、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。照射部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、磁場測定装置１は磁場を測定する。

（１２）変形例１２
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、磁場測定装置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であってもよい。

（１３）変形例１３
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。

（１４）変形例１４
上述した実施形態では、選択部４２は、算出部４３が磁場の強度の算出に用いる信号を選択していたが、選択した信号以外の信号の出力を停止させるように磁場測定装置１の各構成を制御してもよい。例えば、選択部４２は、選択した信号以外の信号を出力する検出部３０に対し、その信号の出力を停止させる指示をしてもよい。また、選択部４２は、上記の検出部３０が偏光面の回転角を検出した光を透過させたセルアレイ１０に向けて検出光を照射する照射部２０に対し、その照射を停止させる指示をしてもよい。これにより磁場の強さの算出に用いられない系列が停止するので余分なエネルギーが節約される。

１…磁場測定装置、１０…セルアレイ、１０ａ…第１セルアレイ、１０ｂ…第２セルアレイ、１１…セル、１１ａ…第１セル、１１ｂ…第２セル、１２…検出面、１３…ミラー、１５…アルカリ金属原子（媒体）、２…寝台、２０…照射部、２０ａ…第１照射部、２０ｂ…第２照射部、３…筐体、３０…検出部、３０ａ…第１検出部、３０ｂ…第２検出部、３１…検出器、３２…反射器、４０…解析装置、４１…評価部、４２…選択部、４３…算出部、Ｈ…心臓、Ｌ１…検出光、Ｐ…被検者。

Claims

磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体が内部に封入されているセルであって、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を有する複数の第１セルを、当該測定対象に沿った面上において格子状に配置した第１セルアレイと、
前記媒体が内部に封入されているセルであって、前記第１セルよりも大きい前記検出面を有する複数の第２セルを、前記面上であって当該第１セル同士の間隙に格子状に配置した第２セルアレイと、
前記複数の第１セルの前記検出面に光を照射する第１照射部と、
前記複数の第２セルの前記検出面に光を照射する第２照射部と、
前記複数の第１セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１検出部と、
前記複数の第２セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第２検出部と、
前記第１検出部または前記第２検出部から出力された信号を用いて前記測定対象の磁場の強度を算出する算出部と、
前記算出部が用いる前記信号を選択する選択部と
を具備することを特徴とする磁場測定装置。
前記第１検出部および前記第２検出部から出力された各信号に含まれる検出信号の割合を求めて当該各信号をそれぞれ評価する評価部
を具備し、
前記選択部は、前記算出部が用いる前記信号を、前記評価部による当該信号の評価に基づいて選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
前記評価部は、前記各信号に含まれる検出信号の割合が予め定められた閾値を下回っているか否かによって当該各信号を評価し、
前記選択部は、前記評価部により前記第１検出部から出力された信号に含まれる検出信号の割合が前記閾値を下回っていると評価された場合に、前記第２検出部から出力された信号のみを前記算出部が用いる信号として選択する
ことを特徴とする請求項２に記載の磁場測定装置。
前記第１セルまたは前記第２セルは、位置に応じて密度が異なるように前記面上に配置されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁場測定装置。
磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体が内部に封入されているセルであって、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を有する複数の第１セルを、当該測定対象に沿った面上において格子状に配置した第１セルアレイと、
前記媒体が内部に封入されているセルであって、前記第１セルよりも大きい前記検出面を有する複数の第２セルを、前記面上であって当該第１セル同士の間隙に格子状に配置した第２セルアレイと、
前記複数の第１セルの前記検出面に光を照射する第１照射部と、
前記複数の第２セルの前記検出面に光を照射する第２照射部と、
前記複数の第１セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第１検出部と、
前記複数の第２セルを透過した光の偏光面の回転角を検出し、検出した当該回転角に応じた信号をそれぞれ出力する第２検出部と
を具備する磁場測定装置を制御するコンピューターを、
前記第１検出部および前記第２検出部から出力された各信号に含まれる検出信号の割合を求めて当該各信号をそれぞれ評価する評価部と、
前記第１検出部または前記第２検出部から出力された信号を用いて前記測定対象の磁場の強度を算出する算出部と、
前記算出部が用いる前記信号を、前記評価部による当該信号の評価に基づいて選択する
選択部
として機能させるためのプログラム。