JP2014092520A

JP2014092520A - 磁場測定装置および磁場測定方法

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Publication number: JP2014092520A
Application number: JP2012244755A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ueno; 仁上野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-11-06
Filing date: 2012-11-06
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-06
Also published as: JP6119196B2

Abstract

【課題】セルに入射する光の量を、設定値を含む所定の範囲内に収める磁場測定装置を提供する。
【解決手段】磁場測定装置１は、アルカリ金属原子を内部に収容したガスセル５０と、アルカリ金属原子と相互作用するレーザービームを、ガスセル５０に出射する光源１０と、レーザービームを光源１０からガスセル５０側に導く光ファイバー２０と、光ファイバー２０を通過した光の量を調節する液晶パネル３０と、液晶パネル３０により調節された光の量を測定する光量モニター１２０と、光量モニター１２０により測定された光の量に基づいて、液晶パネル３０により調節された光の量が設定値を含む所定の範囲内に収まるように、液晶パネル３０を制御するＣＰＵ９０１とを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁場を測定する技術に関する。

アルカリ金属ガスが封入されたセルに直線偏光を入射させ、偏光面の回転角に応じて磁場を測定する光ポンピング式磁気センサーが知られている。特許文献１には、ガラス製のセルに設けられたレーザー照射光通過部に通電して温度制御を行なうことにより、レーザー照射光通過部への原子の付着を防ぐことが記載されている。

特開２００９−１０５４７号公報

特許文献１に記載の技術は、セルに入射するレーザービームの量を調節するものではなかった。これに対して本発明は、磁気測定装置において、セルに入射する光の量を、設定値を含む所定の範囲内に収めることを目的とする。

本発明は、アルカリ金属原子を内部に収容したセルと、前記アルカリ金属原子と相互作用する光を、前記セルに出射する光源と、前記光を前記光源から前記セル側に導くシングルモード光ファイバーと、前記シングルモード光ファイバーを通過した光の量を調節する光量調節部と、前記光量調節部により調節された光の量を測定する光量測定部と、前記光量測定部により測定された光の量に基づいて、前記光量調節部により調節された光の量が設定値を含む所定の範囲内に収まるように、前記光量調節部を制御する制御部とを有する磁場測定装置を提供する。この磁場測定装置によれば、シングルモード光ファイバーが光源からセル側に光を導く場合において、セルに入射する光の量を、設定値を含む所定の範囲内に収めることができる。

好ましい態様において、前記セルの温度を測定する温度測定部と、前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、前記制御部は、前記温度測定部により測定された温度において、前記感度が予め定められた目標値になる前記光の量を、前記パラメーターに基づいて特定し、当該特定された光の量を、前記設定値として設定することを特徴とする。この磁場測定装置によれば、セルの温度が変化する場合に、磁気に対する感度を目標値に近づけることができる。

別の好ましい態様において、前記セルの温度を測定する温度測定部と、前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると上昇し、前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を下回る場合には、前記設定値を上昇させることを特徴とする。この磁場測定装置によれば、磁気に対する感度が目標値を下回る場合に設定値を低下させるときに比べて、磁気に対する感度を目標値に近づけることができる。

別の好ましい態様において、前記セルの温度を測定する温度測定部と、前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると上昇し、前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を上回る場合には、前記設定値を下降させることを特徴とする。この磁場測定装置によれば、磁気に対する感度が目標値を上回る場合に設定値を上昇させるときに比べて、磁気に対する感度を目標値に近づけることができる。

別の好ましい態様において、前記セルの温度を測定する温度測定部と、前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると低下し、前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を下回る場合には、前記設定値を下降させることを特徴とする。この磁場測定装置によれば、磁気に対する感度が目標値を下回る場合に設定値を上昇させるときに比べて、磁気に対する感度を目標値に近づけることができる。

別の好ましい態様において、前記セルの温度を測定する温度測定部と、前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると低下し、前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を上回る場合には、前記設定値を上昇させることを特徴とする。この磁場測定装置によれば、磁気に対する感度が目標値を上回る場合に設定値を低下させるときに比べて、磁気に対する感度を目標値に近づけることができる。

また、本発明は、アルカリ金属原子を内部に収容したセルに対して、前記アルカリ金属原子と相互作用する光を出射するステップと、シングルモード光ファイバーにより前記光を前記セル側に導くステップと、前記シングルモード光ファイバーを通過した光の量を、光量調節部により調節するステップと、前記光量調節部により調節された光の量を測定するステップと、測定された前記光の量に基づいて、前記光量調節部により調節された前記光の量が設定値を含む所定の範囲内に収まるように、前記光量調節部を制御するステップと、前記セルを透過した光に基づいて磁気を測定するステップとを有する磁場測定方法を提供する。この磁場測定方法によれば、シングルモード光ファイバーが光をセル側に導く場合において、セルに入射する光の量を、設定値を含む所定の範囲内に収めることができる。

比較例に係る磁場測定装置の構成を示す図。レーザービームの光量と磁場の測定の感度との関係を示す図。ガスセルの内部の温度と磁場の測定の感度との関係を示す図。本発明の一実施形態に係る磁場測定装置の構成を示すブロック図。液晶パネルの構造を示す図。磁場測定装置の動作を示すフローチャート。温度と感度との関係をレーザービームの光量毎に例示した図。

１．概要
図１は、比較例に係る磁場測定装置２の構成を示す図である。磁場測定装置２は、非線形光学回転（Nonlinear Magneto-Optical Rotation、ＮＭＯＲ）を用いた磁場測定装置である。磁場測定装置２は、光源１０と、光ファイバー２０と、偏光板３１と、コネクター４０と、ガスセル５０と、偏光分離器６０と、ＰＤ（Photo Detector、光検出器）７０と、ＰＤ８０と、制御部９０と、表示装置１００とを有する。ガスセル５０内には、気体の状態のアルカリ金属原子が封入されている。アルカリ金属原子は、照射される光の偏光方向に応じてスピン偏極し、磁化された状態になる。この磁化ベクトルは、測定軸（レーザービームの進行方向）に直交する軸に対して定常的に傾いている。レーザービームがガスセル５０を通過するとき、ファラデー効果によってその偏光面が回転する。偏光面の回転角は、測定軸方向の磁場の強さに比例する。レーザービームの偏光面の回転角をＰＤ７０およびＰＤ８０により検出することで、磁場が測定される。

磁場測定装置２において、光源１０から偏光板３１までのレーザービームの伝播には、シングルモードの光ファイバー２０が用いられる。光ファイバー２０において、コアのわずかな歪みまたは外部からの応力（環境的な温度変化または機械的な振動）などによりランダムな複屈折が生じると、光ファイバー２０を通過するレーザービームの偏光方向が変化する。偏光方向が変化するとガスセル５０に入射するレーザービームの光量が変化する。また、光ファイバー２０として偏波保持ファイバー（複屈折ファイバー）を用いた場合であっても、光源１０により出射されるレーザービームの偏光方向と、偏波保持ファイバーの高速軸または低速軸との間にずれが生じて偏光方向が変化し、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量が変化する場合がある。

図２は、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量と磁場の測定の感度（以下、単に「感度」という）との関係を示す図である。横軸は、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量Ａを表す。縦軸は、磁場測定装置による感度Ｘを表す。図２に示す通り、感度Ｘは、光量Ａの値に応じて変化する。したがって、光量Ａが変化すると、たとえ磁場が一定であっても観測される磁場の値が変動してしまう。光量Ａと感度Ｘとの関係は、例えば、凸型の曲線により表される。図２に示す曲線では、光量がＡｍのときに感度が最大値のＸｍになっており、光量Ａｍと感度Ｘｍとにより表される点は変曲点である。したがって、光量ＡがＡｍを下回る場合には、光量Ａが増加すると感度Ｘは上昇する。また、光量ＡがＡｍを上回る場合には、光量Ａが増加すると感度Ｘは低下する。本発明に係る磁場測定装置は、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量が変動して感度が変動することを防止する。

図３は、ガスセル５０の内部の温度（以下、単に「ガスセル５０の温度」という）と感度との関係を示す図である。横軸は、ガスセル５０の温度Ｔを表す。縦軸は、磁場測定装置による感度Ｘを表す。ガスセル５０の温度が上昇すると、気化したアルカリ金属原子の数が増加するため、感度は上昇する。本発明に係る磁場測定装置は、ガスセル５０の温度が磁場を測定する度に異なる場合でも、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量と感度との関係を利用して感度を予め定められた目標値に近づける。

２．構成
図４は、本発明の一実施形態に係る磁場測定装置１の構成を示すブロック図である。この例で、磁場測定装置１は、心磁または脳磁等、生体から発生される磁場を生体の状態の指標として測定する生体状態測定装置（心磁計または脳磁計等）に用いられる。磁場測定装置１は、光源１０と、光ファイバー２０と、液晶パネル３０と、コネクター４０と、ガスセル５０と、偏光分離器６０と、ＰＤ７０と、ＰＤ８０と、制御部９０と、表示装置１００と、無偏光分離器１１０と、光量モニター１２０と、温度センサー１３０と、ドライバー１４０とを有する。

光源１０は、セシウムの吸収線に応じた波長（例えばＤ１線に相当する８９４ｎｍ）のレーザービームを出力する装置、例えばチューナブルレーザーである。光源１０から出力されるレーザービームは、連続的に一定の光量を有する、いわゆるＣＷ（Continuous Wave）光である。光ファイバー２０は、光源１０により出力されたレーザービームを、ガスセル５０側に導く部材である。光ファイバー２０には、例えば、基本モードのみを伝播するシングルモードの光ファイバーが用いられる。液晶パネル３０（光量調節部の一例）は、光ファイバー２０を通過したレーザービームの量を調節するパネルである。コネクター４０は、光ファイバー２０を液晶パネル３０に接続するための部材である。コネクター４０は、ねじ込み式で、光ファイバー２０を液晶パネル３０に接続させる。

図５は、液晶パネル３０の構造を示す図である。液晶パネル３０は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）型であり、液晶層３０１と、配向膜３０２と、偏光板３０３と、透明電極３０４とを有する。液晶層３０１は、ネマティック液晶の液晶分子３００を含む層である。配向膜３０２は、一定方向に微細な溝が設けられた一対の膜である。配向膜３０２ａおよび３０２ｂは、液晶層３０１を挟んで対向するように設けられる。配向膜３０２ａと３０２ｂとは、互いの溝が直交するように配置される。図５（ａ）に示すように、液晶層３０１が配向膜３０２に挟まれると、配向膜３０２ａと接触した液晶分子３００は配向膜３０２ａの溝に沿って矢印ａの方向に並び、配向膜３０２ｂと接触した液晶分子３００は配向膜３０２ｂの溝に沿って矢印ｂの方向に並ぶ。また、矢印ａの方向に並んだ液晶分子３００と矢印ｂの方向に並んだ液晶分子３００との間に位置する液晶分子３００は、配向膜３０２ａから配向膜３０２ｂに向かうに従って矢印ａから矢印ｂの方向に次第に向きを変えながら並ぶ。したがって、液晶分子３００は９０°ねじれた状態で配向される。偏光板３０３は、レーザービームを特定方向に偏光させ、直線偏光にする一対の素子である。偏光板３０３ａと偏光板３０３ｂとは、配向膜３０２を挟むように設けられる。液晶パネル３０は、ノーマリーホワイトモードであり、電圧を印加しない状態で透過率が最大となり、所定の電圧を印加した状態で透過率は最小となる。具体的には、配向膜３０２ａ側の偏光板３０３ａは、偏光方向が配向膜３０２ａの溝に沿うように配置される。また、配向膜３０２ｂ側の偏光板３０３ｂは、偏光方向が配向膜３０２ｂの溝に沿うように配置される。すなわち、偏光板３０３ａと偏光板３０３ｂとは、偏光方向が直交するように配置される。透明電極３０４は、液晶層３０１に電圧を印加するための２枚の電極である。透明電極３０４を介して、電源から液晶層３０１に電圧が印加されると、液晶分子３００の配向状態は、印加される電圧に応じて変化する。

液晶層３０１に電圧が印加されていない場合、図５（ａ）に示すように、液晶分子３００はねじれた状態で配向されるため、偏光板３０３ａ側から入射したレーザービームの偏光面は９０°回転する。この場合、レーザービームは、偏光板３０３ｂを通過する。液晶層３０１に電圧が印加された場合、図５（ｂ）に示すように、液晶分子３００は電界の方向に沿って配向されるため、偏光板３０３ａ側から入射したレーザービームの偏光面は回転しない。この場合、レーザービームは、偏光板３０３ｂにより遮断される。液晶パネル３０は、印加される電圧に応じて液晶分子３００の配向を変化させ、透過させる直線偏光の量を調節する。

再び図４を参照する。ガスセル５０は、内部に空隙を有する箱（セル）であり、この空隙にはアルカリ金属原子（この例ではセシウム）が封入されている。ガスセル５０は、石英ガラスまたはホウケイ酸ガラス等の無機材料により形成される。ガスセル５０に封入されているアルカリ金属原子は、測定時には少なくとも一部が気化する。アルカリ金属ガスには、希ガス等の不活性ガスが混ぜられていてもよい。また、ガスセル５０の内壁は、パラフィン等によりコーティングされていてもよい。

偏光分離器６０は、入射したレーザービームを、互いに直交する２つの偏光成分のビームに分離する素子である。偏光分離器６０は、例えば、ウォラストンプリズムまたは偏光ビームスプリッターである。ＰＤ７０およびＰＤ８０は、レーザービームの波長に感度を有する検出器であり、入射光の光量に応じた電流を制御部９０に出力する。ＰＤ７０およびＰＤ８０が磁場を発生すると測定に影響を与える可能性があるので、非磁性の材料で構成されることが望ましい。ＰＤ７０およびＰＤ８０は、ガスセル５０からみて偏光分離器６０と同じ側に配置される。

レーザービームの経路に沿って説明すると、上記の素子は、以下のように配置されている。レーザービームの経路の最上流には光源１０が位置し、以下、上流側から、光ファイバー２０、コネクター４０、液晶パネル３０、無偏光分離器１１０、ガスセル５０、偏光分離器６０、およびＰＤ７０（ＰＤ８０）の順で配置されている。レーザービームの進行について説明すると、光源１０から出力されたレーザービームは、光ファイバー２０に導かれて液晶パネル３０に到達する。液晶パネル３０に到達したレーザービームは、偏光度がより高い直線偏光になる。ガスセル５０を透過しているレーザービームは、ガスセル５０に封入されているアルカリ金属原子を励起（光ポンピング）させる。このとき、レーザービームは、磁場の強さに応じた偏光面回転作用を受けて偏光面が回転する。ガスセル５０を透過したレーザービームは偏光分離器６０により２つの偏光成分のビームに分離される。２つの偏光成分のビームの光量は、ＰＤ７０およびＰＤ８０で計測（プロービング）される。

制御部９０は、磁場測定装置１の各部の動作を制御するコンピュータである。制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１とＲＡＭ（Random Access Memory）９０２とＲＯＭ（Read Only Memory）９０３とを有する。ＣＰＵ９０１は、プログラムを実行することにより磁場測定装置１の各部を制御する制御装置である。ＲＡＭ９０２は、データを記憶する揮発性の記憶装置である。ＲＯＭ９０３は、各種のプログラムおよびデータを記憶した不揮発性の記憶装置である。ＣＰＵ９０１は、ＰＤ７０およびＰＤ８０により計測されたビームの光量を示す信号をそれぞれ受け取る。ＣＰＵ９０１は、受け取った各信号に基づいて、レーザービームの偏光面の回転角を計測する。偏光面の回転角は、レーザービームの伝播方向の磁場の強さに基づく関数で表される（例えば、Ｄ．バドカー、外５名，「原子の共鳴非線形磁気光学回転効果」，レビュー・オブ・モダン・フィジクス誌，米国，米国物理学会，２００２年１０月，第７４巻，第４号，ｐ．１１５３−１２０１の数式（２）を参照。数式（２）は線形光学回転に関するものであるが、ＮＭＯＲの場合もほぼ同様の式を用いることができる）。ＣＰＵ９０１は、偏光面の回転角からレーザービームの伝播方向における磁場の強さを測定する。表示装置１００は、制御部９０により測定された磁場の強さを表示する。

無偏光分離器１１０は、液晶パネル３０により偏光された直線偏光の偏光方向を変えることなく、ガスセル５０に向かう直線偏光と光量モニター１２０に向かう直線偏光とに分離する。つまり、無偏光分離器１１０により分離された直線偏光は、一部が光量モニター１２０に到達し、残りがガスセル５０に入射する。なお、無偏光分離器１１０に替えて、液晶パネル３０を透過したＳ波またはＰ波の直線偏光をある一定の比率で分離する偏光分離器が用いられてもよい。光量モニター１２０に到達する直線偏光の量はガスセル５０に入射する直線偏光の量に比べて極めて少なく、液晶パネル３０を透過する直線偏光の量をガスセル５０に入射する直線偏光の量と近似しても、感度に支障は生じない。光量モニター１２０は、入射した光の量に応じた電圧をＣＰＵ９０１に出力する。温度センサー１３０は、ガスセル５０の温度を測定する。温度センサー１３０には、例えば、熱電対が用いられる。

ドライバー１４０は、液晶パネル３０を駆動する装置である。ドライバー１４０は、ＣＰＵ９０１からの信号を受けて、２枚の透明電極３０４間に印加される電圧（以下、印加電圧という）を制御する。具体的には、ＣＰＵ９０１は、光量モニター１２０により検出された直線偏光の量に基づいて、液晶パネル３０を透過する直線偏光の量が設定値になるように、液晶パネル３０の透過率の設定値を決定する。さらに、ＣＰＵ９０１は、透過率を設定値にするための電圧値を決定する。ＣＰＵ９０１は、この電圧値の電圧を液晶パネル３０に印加するように命令する信号を、ドライバー１４０に出力する。ＲＯＭ９０３は、透過率を印加電圧に変換するための情報（例えばテーブル）を記憶している。ＣＰＵ９０１は、この情報を参照して、透過率の設定値を電圧に変換する。ドライバー１４０は、ＣＰＵ９０１からの信号により示される電圧値を有する印加電圧を、液晶パネル３０に印加する。このようにして、ＣＰＵ９０１は、液晶パネル３０を透過する光の量を制御する。なお、光量の設定値は、ガスセル５０の温度の平均値と当該設定値とにより決まる感度が目標値になるように、予め初期値が定められている。

３．動作
図６は、磁場測定装置１の動作を示すフローチャートである。以下の処理は、例えば、ユーザが図示せぬ入力部を操作して磁場測定装置１を起動したことを契機として開始される。磁場測定装置１が起動されると、光源１０からレーザービームが出力される。ステップＳ１において、ＣＰＵ９０１は、ガスセル５０の温度を測定する。具体的には、ＣＰＵ９０１は、ガスセル５０の温度を示す信号を、温度センサー１３０から取得する。ＣＰＵ９０１は、測定された温度をＲＡＭ９０２に記憶する。なお、測定中のガスセル５０の温度を一定にするため、磁場測定装置１は図示せぬヒーターおよび温度制御装置を備えている。図６の処理が行われている間、この温度制御装置は、温度センサー１３０により測定されるガスセル５０の温度が一定になるようにヒーターを制御する。

ステップＳ２において、ＣＰＵ９０１は、液晶パネル３０を透過するレーザービームの光量の設定値を設定する。ＲＯＭ９０３には、ガスセル５０の温度と、感度との関係（図３）を示す複数のパラメーターが、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量毎に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、これらのパラメーターを参照して光量の設定値を設定する。具体的には以下の通りである。この例で、ＲＯＭ９０３は、温度と感度との関係を示すパラメーターとして、行方向に温度が、列方向に感度が割り当てられ、与えられた温度および感度における光量がセルに記載されたテーブルを記憶している。ＣＰＵ９０１は、例えば、このテーブルにおいて、温度の測定値を挟む２つの温度に対応する行と、感度の目標値を挟む２つの感度に対応する列が交わる４つのセルに記載された４つの光量の値を用いて線形補間を行なうことにより、感度が予め定められた目標値になるレーザービームの光量を特定する。一定温度で光量Ａが増加すると感度Ｘが上昇する領域において、感度が目標値を下回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を上昇させる。この領域において感度が目標値を上回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を下降させる。また、一定温度で光量Ａが増加すると感度Ｘが低下する領域において、感度が目標値を下回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を下降させ、感度が目標値を上回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を上昇させる。

図７は、ガスセル５０の温度と感度との関係を、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量毎に例示した図である。図７において、光量Ａ１から光量Ａｎまでは、Ａｎ＞Ａｎ−１＞Ａｎ−２＞Ａｍ＞Ａ３＞Ａ２＞Ａ１の関係にある。感度Ｘ０は、感度の目標値である。図７（ａ）は、光量ＡがＡｍを下回る場合の特性を示し、図７（ｂ）は、光量ＡがＡｍを上回る場合の特性を示している。図７（ａ）の例では、全温度領域において、光量Ａが増加すると感度Ｘが上昇する。したがって、ガスセル５０の温度Ｔとガスセル５０に入射するレーザービームの光量Ａとにより定まる感度Ｘが目標値Ｘ０を下回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を上昇させる。例えば、ガスセル５０の温度がＴ１で、且つ、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量がＡ１である場合に定まる感度Ｘ１は、目標値Ｘ０を下回っている。したがって、ＣＰＵ９０１は、感度が目標値Ｘ０になる光量Ａ２に設定値を上昇させる。

また、図７（ａ）において、温度Ｔと光量Ａとにより定まる感度Ｘが目標値Ｘ０を上回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を下降させる。例えば、ガスセル５０の温度がＴ１で、且つ、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量がＡ３である場合に定まる感度Ｘ３は、目標値Ｘ０を上回っている。したがって、ＣＰＵ９０１は、感度が目標値Ｘ０になる光量Ａ２に設定値を下降させる。

図７（ｂ）の例では、全温度領域において、光量Ａが増加すると感度Ｘが低下する。したがって、温度Ｔと光量Ａとにより定まる感度Ｘが目標値Ｘ０を下回る場合には、ＣＰＵ９０１は、光量の設定値を下降させる。例えば、ガスセル５０の温度がＴ１で、且つ、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量がＡｎである場合に定まる感度Ｘｎは、目標値Ｘ０を下回っている。したがって、ＣＰＵ９０１は、感度が目標値Ｘ０になる光量Ａｎ−１に設定値を下降させる。

また、図７（ｂ）において、温度Ｔと光量Ａとにより定まる感度Ｘが目標値Ｘ０を上回る場合には、ＣＰＵ９０１は、設定値を上昇させる。例えば、ガスセル５０の温度がＴ１で、且つ、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量がＡｎ−２である場合に定まる感度Ｘｎ−２は、目標値Ｘ０を上回っている。したがって、ＣＰＵ９０１は、感度が目標値Ｘ０になる光量Ａｎ−１に設定値を上昇させる。

再び図６を参照する。ステップＳ３において、ＣＰＵ９０１は、ドライバー１４０を制御して、液晶パネル３０を透過するレーザービームの光量を設定値に近づける。ＣＰＵ９０１は、光量モニター１２０に入射した直線偏光の量に基づいて、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量を測定する。光量モニター１２０に入射する直線偏光の量と、ガスセル５０に入射するレーザービームの光量とは比例関係にあり、当該関係を示す関数は、予めＲＯＭ９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、測定したレーザービームの光量が設定値よりも大きい場合には液晶パネル３０の透過率の設定値を低下させ、また、設定値よりも小さい場合には液晶パネル３０の透過率の設定値を上昇させて、液晶パネル３０を透過するレーザービームの光量を設定値を含む所定の範囲内に収める。ステップＳ４において、ＣＰＵ９０１は、液晶パネル３０を透過するレーザービームの光量が設定値になったか否かを判断する。具体的には、ＣＰＵ９０１は、光量モニター１２０により測定したレーザービームの光量と、設定値との偏差が予め定められた閾値を下回ったか否かを判断する。レーザービームの光量が設定値になったと判断された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ＣＰＵ９０１は、処理をステップＳ５に移行する。レーザービームの光量が設定値になっていないと判断された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ＣＰＵ９０１は、ステップＳ３の処理を繰り返す。ステップＳ５において、ＣＰＵ９０１は、磁場の強さを測定する。

ステップＳ１からステップＳ４の処理が行なわれると、感度は、予め定められた目標値に近づく。本実施形態によれば、光源１０により出力されたレーザービームの偏光方向が光ファイバー２０を通過する過程で変化する場合であっても、一定の感度で磁場の測定が行なわれる。また、ガスセル５０の温度が磁場を測定する度に異なる場合であっても、一定の感度で磁場の測定が行なわれる。

４．変形例
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下で説明する変形例のうち、２つ以上のものが組み合わされて用いられてもよい。

実施形態に示したガスセル５０に入射するレーザービームの光量と感度との関係、およびガスセル５０の温度と感度との関係は、ガスセル５０の形状と材料、または封入されたアルカリ金属原子の種類と量などの各種条件により変化する。したがって、感度とレーザービームの光量またはガスセル５０の温度との関係が上述の関係に当てはまらない場合に、本発明における液晶パネル３０の制御が行なわれてもよい。例えば、ガスセル５０の温度が上昇する場合に、感度は直線的に上昇してもよい。また、別の例で、ガスセル５０の温度がある温度を超えると、感度は下降してもよい。

ステップＳ２において、ＣＰＵ９０１が新たな設定値を設定する方法は、線形補間を行なう方法に限らない。例えば、感度、ガスセル５０の温度、およびレーザービームの光量の関係を表す関数がＲＯＭ９０３に記憶されており、ＣＰＵ９０１は、測定されたガスセル５０の温度で感度が予め定められた目標値になるレーザービームの光量を、当該関数に基づいて特定し、特定された光量を新たな設定値として設定してもよい。

上述の実施形態では、液晶パネル３０を透過する直線偏光の量をガスセル５０に入射する直線偏光の量と近似できる場合について説明したが、これらが近似できない場合に本発明における液晶パネル３０の制御が行なわれてもよい。この場合、図６のステップＳ３において、ＣＰＵ９０１は、液晶パネル３０を透過するレーザービームの光量を、光量モニター１２０に入射した直線偏光の量を設定値に加算した値に近づける。

上述の実施形態では、ヒーターおよび温度制御装置によりガスセル５０の温度が一定に保たれた状態で図６の処理が行なわれる場合について説明したが、磁場測定装置は、ヒーターおよび温度制御装置を有していなくてもよい。この場合、磁場の強さが測定されている間に温度センサー１３０により温度の変化が検知されると、ステップＳ１以降の処理が再び行なわれる。

本発明が適用される磁場測定装置の構成は、図２に示したものに限らない。例えば、磁場測定装置１は、液晶パネル３０に替えて、印加される電圧に応じて光の吸収率が変化するエレクトロクロミック分子を用いたパネルを有していてもよい。また、上述の実施形態では、磁場測定装置が単一のガスセル５０を有する一チャンネルセンサーである場合について説明したが、磁場測定装置は、アレイ状に配置された複数のガスセル５０を有する多チャンネルセンサーであってもよい。

１,２…磁場測定装置、１０…光源、２０…光ファイバー、３０…液晶パネル、３００…液晶分子、３０１…液晶層、３０２…配向膜、３０３…偏光板、３０４…透明電極、３１…偏光板、４０…コネクター、５０…ガスセル、６０…偏光分離器、７０,８０…ＰＤ、９０…制御部、９０１…ＣＰＵ、９０２…ＲＡＭ、９０３…ＲＯＭ、１００…表示装置、１１０…無偏光分離器、１２０…光量モニター、１３０…温度センサー、１４０…ドライバー

Claims

アルカリ金属原子を内部に収容したセルと、
前記アルカリ金属原子と相互作用する光を、前記セルに出射する光源と、
前記光を前記光源から前記セル側に導くシングルモード光ファイバーと、
前記シングルモード光ファイバーを通過した光の量を調節する光量調節部と、
前記光量調節部により調節された光の量を測定する光量測定部と、
前記光量測定部により測定された光の量に基づいて、前記光量調節部により調節された光の量が設定値を含む所定の範囲内に収まるように、前記光量調節部を制御する制御部と
を有する磁場測定装置。
前記セルの温度を測定する温度測定部と、
前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、
前記制御部は、前記温度測定部により測定された温度において、前記感度が予め定められた目標値になる前記光の量を、前記パラメーターに基づいて特定し、当該特定された光の量を、前記設定値として設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
前記セルの温度を測定する温度測定部と、
前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、
前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると上昇し、
前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を下回る場合には、前記設定値を上昇させる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
前記セルの温度を測定する温度測定部と、
前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、
前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると上昇し、
前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を上回る場合には、前記設定値を下降させる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
前記セルの温度を測定する温度測定部と、
前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、
前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると低下し、
前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を下回る場合には、前記設定値を下降させる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
前記セルの温度を測定する温度測定部と、
前記温度と、磁気に対する感度との関係を示す複数のパラメーターを、前記セルに入射する光の量毎に記憶する記憶部とを有し、
前記感度は、前記光の量がある範囲に含まれる場合において、当該光の量が増加すると低下し、
前記制御部は、前記セルに入射する光の量が前記範囲に含まれており、且つ、前記温度測定部により測定された温度と前記セルに入射する光の量とにより定まる前記感度が、予め定められた目標値を上回る場合には、前記設定値を上昇させる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
アルカリ金属原子を内部に収容したセルに対して、前記アルカリ金属原子と相互作用する光を出射するステップと、
シングルモード光ファイバーにより前記光を前記セル側に導くステップと、
前記シングルモード光ファイバーを通過した光の量を、光量調節部により調節するステップと、
前記光量調節部により調節された光の量を測定するステップと、
測定された前記光の量に基づいて、前記光量調節部により調節された前記光の量が設定値を含む所定の範囲内に収まるように、前記光量調節部を制御するステップと、
前記セルを透過した光に基づいて磁気を測定するステップと
を有する磁場測定方法。