JP2016197068A - 磁気検出センサーおよび磁気計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気反応部を交換しても光路の調整をすることなく、簡便に磁気を検出する感度を回復できる磁気検出センサーを提供する。【解決手段】磁気センサー４は磁気ベクトル５８の強度に対応して通過するレーザー光４３の偏光面を回転させる気体が充填されたガスセル５３を有する磁気反応部３４と、磁気反応部３４にレーザー光４３を導光する導光部３８と、磁気反応部３４を通過したレーザー光４３の偏光面の回転角を検出する光検出部４１と、を備え、導光部３８と光検出部４１とは相対位置が固定され、磁気反応部３４が導光部３８及び光検出部４１に対して着脱可能に設置される。【選択図】図６

Description

本発明は、磁気検出センサーおよび磁気計測装置に関するものである。

地磁気に比べて微小な心臓の磁場や脳の磁場等を測定するための生体磁場計測装置が研究されている。生体磁場計測装置は非侵襲であり、被検体に負荷をかけずに臓器の状態を計測できる。微小な磁場を検出する磁気測定装置が特許文献１に開示されている。それによると、本装置には光ポンピング式磁気検出センサーが用いられている。当磁気検出センサーではセル内にアルカリ金属原子を含む気体が封入されている。そして、セルにレーザー光が照射される。このときセル内ではアルカリ金属原子の磁気モーメントの向きが揃う。

磁気検出センサーに磁気が作用するとき磁気モーメントに歳差運動が生じる。セルに直線偏光を通過させるとき磁気モーメントの歳差運動により光の偏光面が回転する。そして、偏光面の回転角を検出することにより磁気検出センサーに作用する磁気の強度を計測する。磁気検出センサーではセルがマトリックス状に配置された磁気反応部を備えている。そして、各セルに光を導く導光部とセルを通過した光の偏光面の回転角を検出する光検出部とが重ねられている。

特開２０１２−１７７５８５号公報

セルに封止された気体は時間の経過にしたがって漏出する。これにより、磁気検出センサーの感度が低下する。従って、セルに気体を封止してから所定の時間が経過したとき、セルに気体を再充填する必要がある。このとき、特許文献１の磁気検出センサーでは導光部と磁気反応部と光検出部とを分離する。そして、磁気反応部の各セルに気体を再充填する。次に、導光部と磁気反応部と光検出部とを重ねて組み立てる。導光部の光軸と光検出部の光軸とを合わせる調整を行い、光軸の検査を行う。セルの数が多くなる程光軸を合わせることの作業が難しくなる。そこで、磁気反応部を交換しても光路の調整を省いて、簡便に磁気を検出する感度を回復できる磁気検出センサーが望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる磁気検出センサーであって、磁気の強度に対応して通過する光の偏光面を回転させる気体が充填された気体室を有する磁気反応部と、前記磁気反応部に光を導光する導光部と、前記磁気反応部を通過した光の偏光面の回転角を検出する光検出部と、を備え、前記導光部と前記光検出部とは相対位置が固定され、前記磁気反応部が前記導光部及び前記光検出部に対して着脱可能に設置されることを特徴とする。

本適用例によれば、磁気検出センサーは導光部、磁気反応部及び光検出部を備えている。導光部は磁気反応部に光を導光する。磁気反応部は気体室を有し、気体室には磁気に反応して通過する光の偏光面を回転させる気体が充填されている。そして、導光部により導光された光が気体室を通過する。気体室を通過する光は磁気に反応して偏光面が回転する。気体室を通過した光は光検出部に入力される。光検出部は光の偏光面の回転角を検出する。光の偏光面の回転角は磁気の強度に対応する。従って、光検出部の出力から磁気の強度を検出することができる。

磁気反応部が導光部及び光検出部に対して着脱可能に設置されている。気体室に充填された気体は時間の経過に伴い漏れ出ることがある。そして、所定の時間が経たときに交換することにより磁気を検出する感度を回復することができる。導光部と光検出部とは相対位置が固定されている。従って、磁気反応部が導光部及び光検出部から取り外されて、再度設置されても導光部から光検出部に向かう光路が変らない。その結果、磁気反応部を交換しても光路の調整を省くことができる為、簡便に磁気を検出する感度を回復することができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記磁気反応部を着脱可能に収納する収納部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、磁気検出センサーは収納部を備え、収納部は磁気反応部を着脱可能に収納する。収納部は磁気反応部を配置する空間を確保する。従って、磁気反応部が取り外されたときにも、磁気反応部を配置する空間が維持される。その結果、磁気反応部を外した位置と同じ位置に容易に磁気反応部を設置することができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記磁気反応部は前記気体室を複数備え、前記光検出部は光を受光する受光素子を複数備え、前記導光部は複数の前記磁気反応部に光を導光し、前記気体室と前記受光素子とは同一間隔で配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、磁気反応部は気体室を複数備えている。さらに、光検出部は光を受光する受光素子を複数備えている。導光部は複数の磁気反応部に光を導光するので、複数の気体室を光が通過する。そして、気体室と受光素子とは同一間隔で配置されている為、気体室を通過したそれぞれの光を受光素子に入力させることができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記導光部から前記磁気反応部に進行する光軸と前記磁気反応部から前記光検出部に進行する光軸とが同一直線上に位置するように前記導光部及び前記光検出部が配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、導光部から磁気反応部に進行する光軸と磁気反応部から光検出部に進行する光軸とが同一直線上に位置する。従って、導光部から磁気反応部に進行する光を確実に光検出部に入力させることができる。

［適用例５］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記磁気反応部を着脱するときに前記磁気反応部が移動する方向である着脱方向と前記導光部から前記光検出部に進行する光軸とは直交することを特徴とする。

本適用例によれば、着脱方向と導光部から光検出部に進行する光軸とは直交している。従って、導光部と光検出部との距離を変えずに磁気反応部を着脱方向に移動させることができる。

［適用例６］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記収納部は前記磁気反応部を前記着脱方向に案内する案内部を備えることを特徴とする。

本適用例によれば、収納部は案内部を備え、案内部は磁気反応部を着脱方向に案内する。従って、案内部を用いて磁気反応部を容易に着脱方向に移動させることができる。

［適用例７］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記案内部は前記着脱方向に延在し、前記着脱方向と直交する方向において前記磁気反応部の両側に設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、案内部は着脱方向と直交する方向において磁気反応部の両側に設置されている。そして、案内部は着脱方向に延在する。従って、磁気反応部は着脱方向と直交する方向の両側で支えられている為、磁気反応部は導光部及び光検出部と離して支持することができる。その結果、磁気反応部と導光部とを断熱し、磁気反応部と光検出部とを断熱することができる。

［適用例８］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記磁気反応部は前記導光部と前記光検出部との間に位置することを特徴とする。

本適用例によれば、導光部、磁気反応部、光検出部がこの順に並んでいる。従って、光の進行方向に３つの部位が並んで配置されているので光の進行を制御する光学素子が不要である為、磁気検出センサーを生産性の良い構造にすることができる。

［適用例９］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記導光部から進行する光を前記光検出部に向けて反射する反射部を備え、前記反射部、前記磁気反応部、前記導光部、前記光検出部がこの順に設置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、導光部が光を磁気反応部に導光する。そして、磁気反応部を通過した光は反射部にて反射されて、再度磁気反応部を通過する。磁気反応部を通過した光は導光部を通過して光検出部に入力する。光は磁気反応部で磁気の強度に応じて偏光面が回転し、光検出部が偏光面の回転角を検出する。従って、磁気検出センサーは磁気の強さを検出することができる。さらに、光は磁気反応部を２回通過する為、光は磁気の影響を２倍受ける。従って、磁気検出センサーは感度よく磁気を検出することができる。

［適用例１０］
上記適用例にかかる磁気検出センサーにおいて、前記導光部は直線偏光を出力する偏光交換素子を含み、前記気体はアルカリ金属を含み、前記光検出部は直交分離素子を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、導光部は直線偏光を出力する偏光交換素子を含んでいる。従って、導光部は磁気反応部に直線偏光を出力する。磁気反応部はアルカリ金属を含む気体が充填されている。従って、磁気反応部は磁気の強度に対応して通過する光の偏光面を回転させることができる。そして、光検出部は直交分離素子を含んでおり、光を直交する２方向の直線偏光に分離することができる。従って、２つの直線偏光の光強度を検出することにより偏光面の回転角を検出することができる。偏光面の回転角は磁気の強度に対応する為、磁気検出センサーは磁気の強度を検出することができる。

［適用例１１］
本適用例にかかる磁気計測装置であって、被検体からでる磁気を検出する磁気検出センサーと、前記磁気検出センサーが検出する磁気の状態を表示する表示部と、を備え、前記磁気検出センサーは上記のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであることを特徴とする。

本適用例によれば、磁気計測装置は、磁気検出センサー及び表示部を備えている。磁気検出センサーが磁気を検出し、表示部が磁気の状態を表示する。そして、磁気検出センサーには上記に記載の磁気検出センサーが用いられている。従って、磁気計測装置は磁気反応部を交換しても光軸の調整が不要である為、簡便に磁気を検出する感度を回復できる磁気検出センサーを備えた装置とすることができる。

第１の実施形態にかかわる生体磁場計測装置の構成を示す概略斜視図。 （ａ）は生体磁場計測装置の構造を説明するための模式側断面図、（ｂ）は生体磁場計測装置の構造を説明するための模式側面図。 （ａ）及び（ｂ）はテーブルの構造を示す模式側断面図。 （ａ）は磁気センサーの構造を示す概略斜視図、（ｂ）は磁気センサーの構造を示す概略分解斜視図。 （ａ）は磁気センサーの構造を示す模式側断面図、（ｂ）は磁気センサーの構造を示す模式側面図。 （ａ）は磁気センサーの構造を示す模式透過側面図、（ｂ）は磁気センサーの構造を示す模式平面図。 制御部の電気制御ブロック図。 磁気反応部の交換方法を説明するための模式図。 第２の実施形態にかかわる磁気センサーの構造を示す要部模式透過側面図。

以下、実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。

（第１の実施形態）
本実施形態では、生体磁場計測装置と、この生体磁場計測装置の保守方法との特徴的な例について、図に従って説明する。本実施形態にかかわる生体磁場計測装置の構造について図１〜図７に従って説明する。図１は、生体磁場計測装置の構成を示す概略斜視図である。図１に示すように、磁気計測装置としての生体磁場計測装置１は主に電磁シールド装置２、テーブル３、磁気検出センサーとしての磁気センサー４及びレーザーポインター５から構成されている。

電磁シールド装置２は角筒状の本体部２ａを備え、本体部２ａの長手方向をＹ方向とする。重力加速度方向を−Ｚ方向とし、Ｙ方向及びＺ方向と直交する方向をＸ方向とする。電磁シールド装置２は地磁気などの外部磁場が、磁気センサー４が配置された空間へ流入する事態を抑制している。即ち、電磁シールド装置２により外部磁場の磁気センサー４への影響が抑制され、磁気センサー４のある場所は外部磁場に比べて著しく低磁場に制御されている。本体部２ａはＹ方向に延在しており、これ自体でパッシブ磁気シールドとして機能している。本体部２ａの内部は空洞となっており、Ｘ方向及びＺ方向を通る面（ＸＺ断面でＹ方向に直交した平面）の断面形状は概ね四角形になっている。本実施形態では、本体部２ａの断面形状は正方形となっている。電磁シールド装置２は−Ｙ方向側に第１開口部２ｂが設置され、第１開口部２ｂからテーブル３が突出している。電磁シールド装置２の大きさは特に限定されないが本実施形態では、例えば、Ｙ方向の長さを約２００ｃｍとし、第１開口部２ｂの一辺が９０ｃｍ程度になっている。そして、電磁シールド装置２の第１開口部２ｂからテーブル３上に設置された被検体６がテーブル３と共に出入することができる。

本体部２ａは、比透磁率が例えば数千以上の強磁性体、または、高伝導率の導体によって形成される。強磁性体にはパーマロイ、フェライト、または鉄、クロムもしくはコバルト系のアモルファス等を用いることができる。高伝導率の導体には例えば、アルミニウム等で、渦電流効果によって磁場低減効果を有するものを用いることができる。尚、強磁性体と高伝導率の導体とを交互に積層して本体部２ａを形成することも可能である。本実施形態では例えば本体部２ａはアルミニウム板とパーマロイ板とを交互に２層ずつ積層し、その合計の厚みを２０〜３０ｍｍ程度としている。

本体部２ａの＋Ｙ方向側及び−Ｙ方向側の端には第１ヘルムホルツコイル２ｃが設置されている。第１ヘルムホルツコイル２ｃは第１補正コイルと称す。第１ヘルムホルツコイル２ｃは本体部２ａの内部空間へ流入する流入磁場を補正するためのコイルである。流入磁場は、外部磁場が第１開口部２ｂを通過して内部空間に入り込む磁場である。流入磁場は第１開口部２ｂに対してＹ方向で最も強くなる。第１ヘルムホルツコイル２ｃは電流により流入磁場をキャンセルする様に磁界を発生させる。

テーブル３は土台７を備えている。テーブル３の土台７上にはＹ方向に延在する一対のＹ方向レール８が設置されている。Ｙ方向レール８上にはＹ方向レール８に沿ってＹ方向に移動するＹ方向テーブル９が設置されている。２つのＹ方向レール８の間にはＹ方向テーブル９を移動させるＹ方向直動機構１０が設置されている。

Ｙ方向テーブル９の上にはＺ方向テーブル１１が設置され、Ｙ方向テーブル９とＺ方向テーブル１１との間には図示しない昇降装置が設置されている。昇降装置はＺ方向テーブル１１を昇降する。Ｚ方向テーブル１１の＋Ｚ方向側の面にはＸ方向に延在するＸ方向レール１２が６本設置されている。そして、Ｘ方向レール１２上にはＸ方向レール１２に沿ってＸ方向に移動するＸ方向テーブル１３が設置されている。

Ｚ方向テーブル１１上の−Ｙ方向側にはＸ方向テーブル１３をＸ方向に移動させるＸ方向直動機構１４が設置されている。Ｘ方向直動機構１４は一対の軸受部１４ａを有し、軸受部１４ａはＺ方向テーブル１１上に立てて設置されている。２つの軸受部１４ａの間にＸ方向テーブル１３が位置している。そして、２つの軸受部１４ａは第１ねじ棒１４ｂを回転可能に支えている。Ｘ方向テーブル１３にはＸ方向に貫通する図示しない第１貫通孔が設置され、第１ねじ棒１４ｂはＸ方向テーブル１３の第１貫通孔を貫通して設置されている。そして、第１貫通孔には図示しない雌ネジが形成され、第１ねじ棒１４ｂは雌ネジと係合している。

第１ねじ棒１４ｂの−Ｘ方向側の一端には脱着部１５が設置され、脱着部１５は第１ねじ棒１４ｂに固定されている。そして、脱着部１５を回転すると第１ねじ棒１４ｂが回転する。第１ねじ棒１４ｂはＸ方向テーブル１３の雌ネジと係合しているので、第１ねじ棒１４ｂが回転するとＸ方向テーブル１３がＸ方向に移動する。脱着部１５はＸ方向テーブルモーター１６の回転軸と接続されている。従って、Ｘ方向テーブルモーター１６が脱着部１５を回転することによりＸ方向テーブル１３をＸ方向に移動させることが可能になっている。

Ｘ方向テーブルモーター１６はＸ方向テーブルモーター１６をＸ方向に移動させるモーター移動部１７と接続されている。モーター移動部１７がＸ方向テーブルモーター１６を−Ｘ方向に移動するとき、脱着部１５は溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとに分離する。溝付円筒１５ａはＸ方向テーブルモーター１６の回転軸に接続され、溝付棒１５ｂは第１ねじ棒１４ｂに接続されている。そして、脱着部１５が溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとに分離されるとき、Ｘ方向テーブル１３はＸ方向テーブルモーター１６と離れてＹ方向に移動することができる。Ｘ方向直動機構１４は軸受部１４ａ、第１ねじ棒１４ｂ、脱着部１５、Ｘ方向テーブルモーター１６及びモーター移動部１７等により構成されている。

電磁シールド装置２には第１開口部２ｂの＋Ｚ方向側にレーザーポインター５が設置されている。レーザーポインター５は被検体６の位置決めするときに用いられる。第１開口部２ｂをテーブル３に設置された被検体６が通過する。レーザーポインター５の近くを被検体６が通過する為、レーザーポインター５は容易に被検体６に光線を照射することができる。

電磁シールド装置２の内部には磁気センサー４が設置されている。磁気センサー４は被検体６の心臓から発せられる磁場を検出するセンサーである。磁気センサー４は電磁シールド装置２に固定されている。生体磁場計測装置１が位置する場所は電磁シールド装置２により磁場がほぼない状態に調整されている。従って、磁気センサー４は心臓から発せられる磁場をノイズの影響を受けずに計測することができる。磁気センサー４はＺ方向と同じ方向である磁場検出方向４ａの磁場の強度成分を検出する。

磁場検出方向４ａとＹ方向とは直交する方向である。磁場検出方向４ａとＸ方向とは直交する方向である。そして、Ｙ方向とＸ方向とも直交する方向になっている。テーブル３は被検体６を互いに直交するＹ方向とＸ方向とに移動する。従って、テーブル３は直交する座標系に沿って移動させることができる為、テーブル３の移動位置を容易に制御することができる。電磁シールド装置２が延在する方向はＹ方向になっている。

第１開口部２ｂから離れた場所には制御部１８が設置されている。制御部１８は電気信号を流動させて生体磁場計測装置１を制御する。詳しくは、制御部１８は電磁シールド装置２、テーブル３、磁気センサー４及びレーザーポインター５を制御する。制御部１８の電気信号により磁場や残留磁場が発生して磁気センサー４に検出されるときノイズとなる。制御部１８が第１開口部２ｂから離れた場所に位置している為、制御部１８から発生される磁場や残留する磁場が磁気センサー４に到達し難くなっている。その結果、磁気センサー４はノイズが少ない計測を行うことができる。

制御部１８には表示部としての表示装置２１及び入力装置２２が設置されている。表示装置２１はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）等の表示装置である。表示装置２１には測定の状況や測定結果等が表示される。入力装置２２はキーボードや回転つまみ等から構成されている。操作者は入力装置２２を操作して生体磁場計測装置１の測定開始指示や測定条件等の各種指示入力を行う。

図２（ａ）は生体磁場計測装置の構造を説明するための模式側断面図であり、電磁シールド装置２の側面に沿って切断した図になっている。図２（ｂ）は生体磁場計測装置の構造を説明するための模式側面図であり、生体磁場計測装置１を−Ｙ方向から見た図である。図２において、レーザーポインター５は第１開口部２ｂにおける本体部２ａの天井に設置され、−Ｚ方向に向けてレーザー光５ｃを射出する。レーザー光５ｃは被検体６の正面６ａを照射する。レーザー光５ｃが正面６ａで反射する反射点５ｄは１つの点になる。

被検体６の位置合わせをするとき、テーブル３上には被検体６が仰向けに設置される。そして、レーザーポインター５がレーザー光５ｃを被検体６の胸部を照射する。そして、レーザー光５ｃが胸部に位置する剣状突起６ｅを照射するようにＹ方向テーブル９及びＸ方向テーブル１３の位置を調整する。

まず、操作者はＹ方向直動機構１０を駆動させてＹ方向テーブル９を移動させる。そして、溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとが対向する場所にＹ方向テーブル９を移動する。次に、操作者はモーター移動部１７を駆動させて溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとを連結させる。さらに、操作者はＸ方向直動機構１４及びＸ方向テーブルモーター１６を駆動させてＸ方向テーブル１３をＸ方向に移動する。そして、レーザー光５ｃが被検体６の剣状突起６ｅのＹ方向に位置するようにＸ方向テーブル１３の位置を調整する。次に、操作者はモーター移動部１７を駆動させて溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとを分離する。続いて、操作者はＹ方向直動機構１０を駆動させてＹ方向テーブル９をＹ方向に移動させる。そして、操作者はレーザー光５ｃが剣状突起６ｅを照射するようにテーブル３のＸ方向及びＹ方向の位置を調整する。

図３はテーブルの構造を示す模式側断面図である。図３（ａ）はテーブル３が−Ｙ方向に移動している状態を示し、図３（ｂ）はテーブル３が電磁シールド装置２の内部に移動して被検体６の心磁場を計測している状態を示している。図３（ａ）に示すように、土台７は下土台７ａ及び上土台７ｂから構成されている。下土台７ａには一対の第１ヘルムホルツコイル２ｃが配置されている。第１ヘルムホルツコイル２ｃの形状は枠状であり本体部２ａを囲んで配置されている。下土台７ａ上には本体部２ａが設置され、本体部２ａの−Ｚ方向側の部分及び下土台７ａの上に上土台７ｂが設置されている。下土台７ａと上土台７ｂとで本体部２ａの一部を挟む構造になっている。上土台７ｂは本体部２ａの内側の底面上に配置され、本体部２ａの内部から第１開口部２ｂを経て第１開口部２ｂの外側にまで、被検体６の移動可能方向であるＹ方向に沿って延在している。

下土台７ａ及び上土台７ｂの材質は非磁性であり剛性があれば良く、特に限定されない。下土台７ａ及び上土台７ｂの材質は木材や樹脂、セラミック、非磁性金属等の非磁性材料にて形成される。本実施形態では例えば下土台７ａ及び上土台７ｂの材質に木材を用いている。上土台７ｂの上には第２ヘルムホルツコイル２０が設置されている。第２ヘルムホルツコイル２０の下側の部分の上にＹ方向レール８及びＹ方向直動機構１０が設置されている。

Ｙ方向直動機構１０はモーター１０ａを備えている。モーター１０ａの回転軸には第１プーリー１０ｂが設置され、Ｙ方向直動機構１０のＹ方向側の端には第２プーリー１０ｃが回転可能に設置されている。そして、第１プーリー１０ｂと第２プーリー１０ｃとにタイミングベルト１０ｄが掛けられている。タイミングベルト１０ｄには連結部１０ｅが設置され、連結部１０ｅはタイミングベルト１０ｄとＹ方向テーブル９とを連結する。モーター１０ａが第１プーリー１０ｂを回転させるときモーター１０ａのトルクにより連結部１０ｅがＹ方向に移動する。連結部１０ｅの移動によりＹ方向テーブル９が移動する。従って、モーター１０ａはＹ方向テーブル９をＹ方向に移動させることができる。モーター１０ａは第１プーリー１０ｂの回転方向を変えることにより、Ｙ方向テーブル９の移動方向を＋Ｙ方向と−Ｙ方向との両方向に移動させることができる。

Ｙ方向レール８、第２プーリー１０ｃ、タイミングベルト１０ｄ及び連結部１０ｅの材質は非磁性の材質である。タイミングベルト１０ｄはゴム及び樹脂からなっている。Ｙ方向レール８、第２プーリー１０ｃ及び連結部１０ｅはセラミックにより構成されている。従って、Ｙ方向直動機構１０のうち電磁シールド装置２の内部に入る部分は非磁性になっている。

Ｙ方向テーブル９には昇降装置２３が４個Ｙ方向に並べて設置されている。各昇降装置２３はエアーシリンダーがＸ方向に３個並んだ構造になっている。昇降装置２３はエアーシリンダーを伸縮させることによりＺ方向テーブル１１を磁場検出方向４ａに昇降することができる。各エアーシリンダーには図示しない測長装置が設置されており、昇降装置２３はＺ方向テーブル１１の移動量を検出することができる。そして、各エアーシリンダーがＺ方向テーブル１１を同じ距離移動させることにより昇降装置２３はＺ方向テーブル１１を平行移動させることができる。制御部１８の内部には図示しないコンプレッサー及び電磁弁等の空圧機器が設置されている。そして、昇降装置２３は制御部１８により制御される。Ｙ方向テーブル９、昇降装置２３及びＺ方向テーブル１１の材質は非磁性であり、本実施形態では例えばセラミックにより構成されている。従って、Ｙ方向テーブル９、昇降装置２３及びＺ方向テーブル１１は非磁性になっている。

Ｘ方向テーブル１３にはＸ方向レール１２と接して車輪２４が設置されている。車輪２４が回転することによりＸ方向テーブル１３は容易にＸ方向に移動させることが可能になっている。Ｘ方向テーブル１３、Ｘ方向レール１２及び車輪２４の材質は非磁性の材質であり、セラミックにより構成されている。従って、Ｘ方向テーブル１３、Ｘ方向レール１２及び車輪２４は非磁性になっている。そして、テーブル３のうち電磁シールド装置２の内部に移動する部分は非磁性になっている。従って、テーブル３が着磁して磁場測定に影響を及ぼすことを抑制することができる。

磁気センサー４は本体部２ａの天井に支持部材２５を介して設置されている。磁気センサー４の中心のＺ方向の位置は本体部２ａの天井と本体部２ａの底面との中央の位置である。磁気センサー４の中心のＸ方向の位置は本体部２ａの＋Ｘ方向側の壁と−Ｘ方向側の壁との中央の位置である。Ｙ方向において磁気センサー４の中心と本体部２ａの−Ｙ方向側の端との距離は磁気センサー４の中心と本体部２ａの＋Ｙ方向側の壁との距離の２倍である。磁気センサー４の中心の位置がこの位置にあるとき、磁気センサー４が電磁シールド装置２の外部から入る磁場の影響を受け難くすることができる。

第２ヘルムホルツコイル２０は電磁シールド装置２の内部に配置され立方体の枠形状の外形を有している。第２ヘルムホルツコイル２０は第２補正コイルと称す。具体的には、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ直交する様に、少なくとも３対の第２補正コイルが設置されている。Ｘ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、一対のコイルが、被検体６が計測時に配置される計測空間と磁気センサー４とを、Ｘ方向（左右方向）から挟む。Ｘ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、計測空間と磁気センサー４が配置された空間との磁場のＸ成分が計測に悪影響を及ぼさぬ程度以下に小さくなる様に、Ｘ方向に磁場を発生させＸ方向の外部磁場をキャンセルし得る。Ｙ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、二対のコイル（即ち、４個のコイル）が、計測空間と磁気センサー４とを、Ｙ方向（前後方向）から挟む。Ｙ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、計測空間と磁気センサー４が配置された空間との磁場のＹ成分が計測に悪影響を及ぼさぬ程度以下に小さくなる様に、Ｙ方向に磁場を発生させＹ方向の外部磁場をキャンセルし得る。本体部２ａが前後方向の筒状で、Ｙ方向に沿った流入磁場が大きい為、Ｙ方向に関しては、第２ヘルムホルツコイル２０を２対設ける。Ｚ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、一対のコイルが、計測空間と磁気センサー４とを、Ｚ方向（上下方向）から挟む。Ｚ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０は、計測空間と磁気センサー４が配置された空間との磁場のＺ成分が計測に悪影響を及ぼさぬ程度以下に小さくなる様に、Ｚ方向に磁場を発生させＺ方向の外部磁場をキャンセルし得る。第２ヘルムホルツコイル２０はそれぞれ直交する方向側から見た形状が正方形の枠形状であり、正方形の枠の中心の位置と磁気センサー４の中心の位置とが重なるように配置されている。正方形の辺の長さは特に限定されないが、本実施形態では例えば一辺の長さが７５ｃｍ以上８５ｃｍ以下になっている。尚、図中第２ヘルムホルツコイル２０の形状は図を見易くするために長方形になっているが本来の形状は正方形である。

正方形の枠形状で、Ｙ方向に直交する第２ヘルムホルツコイル２０はＹ方向に４つ等間隔に配置されている。そして、Ｘ方向からみたとき第２ヘルムホルツコイル２０の外周は正方形の枠形状であり、さらに、正方形の枠形状の中に２つのコイルが配置された構造になっている。そして、正方形の枠の中心の位置と磁気センサー４の中心の位置とが重なるように配置されている。

第２ヘルムホルツコイル２０をＺ方向から見た形状はＸ方向から見た形状と同じ形状になっている。そして、正方形の枠の中心の位置と磁気センサー４の中心の位置とが重なるように配置されている。第２ヘルムホルツコイル２０をこの形状にすることにより、磁気センサー４における外乱の磁場をさらに低下させることができる。特に、電磁シールド装置２の−Ｙ方向側から進入する磁気の影響を低下させることができる。

テーブル３が−Ｙ方向側に位置するとき、テーブル３の半分以上が電磁シールド装置２から突出する。これにより、被検体６をテーブル３上に載置し易くなっている。そして、テーブル３上に被検体６が設置されたときの被検体６の床から鼻までの高さは床から磁気センサー４の−Ｚ方向側の面の高さより低くなっている。従って、Ｙ方向テーブル９をＹ方向に移動するとき被検体６が磁気センサー４と干渉しないようになっている。

図３（ｂ）に示すように、Ｙ方向テーブル９をＹ方向に移動した後、Ｚ方向テーブル１１を上昇させる。被検体６の胸部６ｃの表面のうち磁気センサー４が測定する場所を測定面６ｄとする。このとき、測定面６ｄは磁気センサー４と対向する場所に位置し磁気センサー４に接近する。そして、測定面６ｄと磁気センサー４との距離は接触しない程度に接近する距離にする。この距離は特に限定されないが本実施形態では、例えば、測定面６ｄと磁気センサー４との距離は５ｍｍにしている。そして、測定面６ｄを磁気センサー４が測定する。

図４（ａ）は磁気センサーの構造を示す概略斜視図であり、図４（ｂ）は磁気センサーの構造を示す概略分解斜視図である。図４（ａ）に示すように、磁気センサー４は直方体のケース２６を備えている。ケース２６の＋Ｚ方向側の面が支持部材２５と接続する面である。ケース２６の＋Ｙ方向側には第１蓋部２７が設置されている。第１蓋部２７はＸ方向に長い板である。第１蓋部２７の四隅には第１ねじ２８が設置され、第１ねじ２８により第１蓋部２７はケース２６に固定されている。

第１蓋部２７の＋Ｙ方向側の面にはヒーター２９が設置されている。ヒーター２９はケース２６における−Ｙ方向側の面、＋Ｘ方向側の面、−Ｘ方向側の面にも設置されている。ヒーター２９は磁界を発生しない構造であるのが好ましく、例えば、流路中に蒸気や熱風を通過させて加熱する方式のヒーターを用いることができる。他にも、高周波電圧により気体室としてのガスセル５３を誘電加熱してもよい。

ケース２６の−Ｘ方向側の面には光コネクター３０が設置され、光コネクター３０には光ファイバー３１の一端が接続されている。光ファイバー３１の他端は制御部１８に接続されている。光コネクター３０は磁気センサー４と着脱可能になっている。

図４（ｂ）に示すように、ケース２６には第１雌ねじ２６ａが設置されている。第１ねじ２８を回転することにより、第１ねじ２８を第１雌ねじ２６ａから外すことができる。そして、第１蓋部２７をケース２６から離脱させることができる。ケース２６には＋Ｙ方向に開口する空洞３２が設置されている。空洞３２の形状は直方体である。空洞３２の−Ｚ方向側の面には＋Ｘ方向側と−Ｘ方向側に案内部としてのレール３３が設置されている。各レール３３はＹ方向に延在する。

レール３３上には磁気反応部３４が設置され、磁気反応部３４はレール３３に沿って移動させることができる。さらに、磁気反応部３４を引き出すことにより、磁気反応部３４を空洞３２から取り出すことができる。従って、磁気反応部３４は磁気センサー４に対して着脱可能になっている。磁気反応部３４は磁気に反応して磁気反応部３４を通過する光の偏光面の偏光角をかえる部位である。

レール３３の＋Ｙ方向側の面には第２雌ねじ３３ａが設置されている。磁気反応部３４の＋Ｙ方向側には抑え部３５が設置され、抑え部３５は第２ねじ３６によりレール３３に固定させる。従って、抑え部３５はレール３３と着脱可能になっている。空洞３２、レール３３、抑え部３５及び第１蓋部２７等により収納部３７が構成されている。収納部３７において磁気反応部３４がレール３３に沿って移動する方向を着脱方向３７ａとする。着脱方向３７ａはＹ方向である。そして、着脱方向３７ａに沿って磁気反応部３４を収納部３７に収納して、収納部３７から取り出すことができる。つまり、収納部３７は磁気反応部３４を着脱方向３７ａに案内するレール３３を備えている。レール３３を用いて磁気反応部３４を容易に着脱方向３７ａに移動させることができる。ケース２６及び収納部３７の材質は非磁性で剛性のある材質であれば良く。セラミック、樹脂材料、木材等を用いることができる。本実施形態では、例えば、ケース２６及び収納部３７の材質にセラミックを用いている。

図５（ａ）は磁気センサーの構造を示す模式側断面図であり、図４（ａ）のＡ−Ａ‘線に沿って切断した切断面を−Ｘ方向側から見た図である。図５（ａ）に示すように、ケース２６の内部には−Ｚ方向側に導光部３８が設置され、＋Ｚ方向側に、光検出部４１が設置されている。導光部３８は磁気反応部３４に光を導く部位であり、光検出部４１は光の偏光角を検出する部位である。

導光部３８と光検出部４１との間に空洞３２が設置され、空洞３２にはレール３３及び磁気反応部３４が設置されている。重力により磁気反応部３４はレール３３上に載っている。レール３３は−Ｙ方向側に突部３３ｂが設置されている。抑え部３５により磁気反応部３４は突部３３ｂに押圧され固定されている。これにより、磁気反応部３４はＹ方向の位置が再現性良く設定される。第１蓋部２７により空洞３２は密閉されており、埃や塵の進入が防止されている。

図５（ｂ）は磁気センサーの構造を示す模式側面図であり、磁気センサー４を＋Ｙ方向側から見た図である。本図は第１蓋部２７及び抑え部３５を除いた図である。図５（ｂ）に示すように、レール３３は導光部３８と磁気反応部３４との間に位置しており、着脱方向３７ａに延在する。そして、着脱方向３７ａと直交するＸ方向において磁気反応部３４の両側に設置されている。一対のレール３３の間は空間になっているので、導光部３８から磁気反応部３４に向けて光が通過することができる。さらに、磁気反応部３４は着脱方向３７ａと直交する方向の両側で支えられている為、磁気反応部３４は導光部３８及び光検出部４１と離して支持することができる。その結果、磁気反応部３４と導光部３８とを断熱し、磁気反応部３４と光検出部４１とを断熱することができる。

磁気反応部３４の＋Ｚ方向側には光検出部４１が位置し、磁気反応部３４と光検出部４１との間は空間になっている。そして、磁気反応部３４から光検出部４１に向けて光が通過することができる。

レール３３は磁気反応部３４の＋Ｘ方向側の面と−Ｘ方向側の面とも接触する。これにより、レール３３は磁気反応部３４のＸ方向の位置も案内する。従って、磁気反応部３４はレール３３によりＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の位置が再現性良く設定される。

図６（ａ）は磁気センサーの構造を示す模式透過側面図であり、図６（ｂ）は磁気センサーの構造を示す模式平面図である。図６に示すように磁気センサー４にはレーザー光源４２から光としてのレーザー光４３が供給される。レーザー光源４２は制御部１８に設置され光ファイバー３１を通って磁気センサー４に供給される。磁気センサー４と光ファイバー３１とは光コネクター３０を介して接続されている。

レーザー光源４２は、セシウムの吸収線に応じた波長のレーザー光４３を出力する。レーザー光４３の波長は特に限定されないが本実施形態では、例えば、Ｄ１線に相当する８９４ｎｍの波長に設定している。レーザー光源４２はチューナブルレーザーであり、レーザー光源４２から出力されるレーザー光４３は一定の光量を有する連続光である。

光コネクター３０を介して供給されたレーザー光４３は導光部３８に進行する。導光部３８ではレーザー光４３は＋Ｘ方向に進行して偏光交換素子としての偏光板４４を照射する。偏光板４４を通過したレーザー光４３は直線偏光になっている。次に、レーザー光４３は第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６、第３ハーフミラー４７、第１反射ミラー４８を順次照射する。第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６及び第３ハーフミラー４７はレーザー光４３の一部を反射して−Ｙ方向に進行させる。そして、一部のレーザー光４３を通過させて＋Ｘ方向に進行させる。第１反射ミラー４８は入射されたレーザー光４３を総て−Ｙ方向に反射する。第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６、第３ハーフミラー４７、第１反射ミラー４８によりレーザー光４３は４つの光路に分割される。各光路のレーザー光４３は光強度が同じ光強度になるように各ミラーの反射率が設定されている。

次に、レーザー光４３は第４ハーフミラー４９、第５ハーフミラー５０、第６ハーフミラー５１、第２反射ミラー５２を順次照射する。第４ハーフミラー４９、第５ハーフミラー５０及び第６ハーフミラー５１はレーザー光４３の一部を反射して＋Ｚ方向に進行させる。そして、一部のレーザー光４３を通過させて−Ｙ方向に進行させる。第２反射ミラー５２は入射されたレーザー光４３を総て＋Ｚ方向に反射する。第４ハーフミラー４９、第５ハーフミラー５０、第６ハーフミラー５１、第２反射ミラー５２により１つの光路のレーザー光４３は４つの光路に分割される。各光路のレーザー光４３は光強度が同じ光強度になるように各ミラーの反射率が設定されている。従って、レーザー光４３は１６個の光路に分離される。そして、各光路のレーザー光４３の光強度は同じ強度になるように各ミラーの反射率が設定されている。

第４ハーフミラー４９、第５ハーフミラー５０、第６ハーフミラー５１、第２反射ミラー５２の＋Ｚ方向側には磁気反応部３４が位置している。磁気反応部３４ではレーザー光４３の各光路にガスセル５３が設置されている。ガスセル５３は、内部に空洞を有する箱であり、この空洞にはアルカリ金属のガスが封入されている。アルカリ金属は特に限定されず、カリウム、ルビジウムまたはセシウムを用いることができる。本実施形態では例えばアルカリ金属にセシウムを用いている。ガスセル５３の個数は４行４列の１６個である。そして、第４ハーフミラー４９、第５ハーフミラー５０、第６ハーフミラー５１、第２反射ミラー５２にて反射したレーザー光４３はガスセル５３を通過する。

各ガスセル５３の＋Ｚ方向側には光検出部４１が位置している。光検出部４１には直交分離素子としての偏光分離器５４が設置されている。偏光分離器５４は、入射したレーザー光４３を、互いに直交する２つの偏光成分のレーザー光４３に分離する素子である。偏光分離器５４には、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を用いることができる。

偏光分離器５４の＋Ｚ方向側には第１光検出器５５が設置され、偏光分離器５４の−Ｙ方向側には第２光検出器５６が設置されている。偏光分離器５４、第１光検出器５５及び第２光検出器５６等により受光素子５７が構成されている。偏光分離器５４を通過したレーザー光４３は第１光検出器５５を照射し、偏光分離器５４にて反射したレーザー光４３は第２光検出器５６を照射する。第１光検出器５５及び第２光検出器５６は、入射したレーザー光４３の光量に応じた電流を制御部１８に出力する。第１光検出器５５及び第２光検出器５６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、第１光検出器５５及び第２光検出器５６は非磁性の材料で構成されることが望ましい。

磁気センサー４は被検体６の＋Ｚ側に配置される。そして、被検体６が発する磁気としての磁気ベクトル５８は−Ｚ方向側から磁気センサー４に入力させる。磁気ベクトル５８は導光部３８を通過し、次に、磁気反応部３４のガスセル５３を通過する。そして、光検出部４１を通過して磁気センサー４から出る。

磁気センサー４は光ポンピング磁力計や光ポンピング原子磁気センサーと称されるセンサーである。ガスセル５３内ではアルカリ金属のセシウムが加熱されてガス状態になっている。そして、セシウムガスに直線偏光になったレーザー光４３を照射することにより、セシウム原子は励起され磁気モーメントの向きが揃えられる。この状態でガスセル５３に磁気ベクトル５８が通過するとき、セシウム原子の磁気モーメントが磁気ベクトル５８の磁場により歳差運動する。この歳差運動をラーモア歳差運動と称す。ラーモア歳差運動の大きさは磁気ベクトル５８の強さと正の相関を有している。ラーモア歳差運動はレーザー光４３の偏光面を回転させる。ラーモア歳差運動の大きさとレーザー光４３の偏光面の回転角の変化量とは正の相関を有する。従って、磁気ベクトル５８の強さとレーザー光４３の偏光面の回転角の変化量とは正の相関を有している。磁気センサー４は磁気ベクトル５８の磁場検出方向４ａの感度が高く、磁場検出方向４ａと直交する成分の感度が低くなっている。

偏光分離器５４はレーザー光４３を直交する２成分の直線偏光に分離する。そして、第１光検出器５５及び第２光検出器５６は直交する２成分の直線偏光の強さを検出する。これにより、第１光検出器５５及び第２光検出器５６はレーザー光４３の偏光面の回転角を検出することができる。そして、レーザー光４３の偏光面の回転角の変化から磁気センサー４は磁気ベクトル５８の強さを検出する。

導光部３８は直線偏光を出力する偏光板４４を含んでいる。従って、導光部３８は磁気反応部３４に直線偏光を出力する。磁気反応部３４はアルカリ金属を含むセシウムガスが充填されている。従って、磁気反応部３４は磁気の強度に対応して通過する光の偏光面を回転させることができる。そして、光検出部４１は偏光分離器５４を含んでおり、レーザー光４３を直交する２方向の直線偏光に分離することができる。従って、２つの直線偏光の光強度を検出することにより偏光面の回転角を検出することができる。偏光面の回転角は磁気の強度に対応する為、磁気センサー４は磁気の強度を検出することができる。

ガスセル５３、偏光分離器５４、第１光検出器５５及び第２光検出器５６からなる素子をセンサー素子４ｄと称す。磁気センサー４にはセンサー素子４ｄが４行４列の１６個配置されている。磁気センサー４におけるセンサー素子４ｄの個数及び配置は特に限定されない。センサー素子４ｄは３行以下でもよく５行以上でもよい。同様にセンサー素子４ｄは３列以下でもよく５列以上でもよい。センサー素子４ｄの個数が多い程空間分解能を高くすることができる。

Ｘ方向におけるセンサー素子４ｄの間隔を第１素子間隔６１とし、Ｙ方向におけるセンサー素子４ｄの間隔を第２素子間隔６２とする。Ｘ方向では各素子間における第１素子間隔６１は同じ間隔になっており、Ｙ方向では各素子間における第２素子間隔６２は同じ間隔になっている。そして、磁気反応部３４では隣り合うガスセル５３のＸ方向における間隔が第１素子間隔６１になっており、隣り合うガスセル５３のＹ方向における間隔が第２素子間隔６２になっている。光検出部４１では隣り合う受光素子５７のＸ方向における間隔が第１素子間隔６１になっており、隣り合う受光素子５７のＹ方向における間隔が第２素子間隔６２になっている。従って、ガスセル５３と受光素子５７とは同一間隔で配置されている。この為、ガスセル５３を通過したそれぞれのレーザー光４３を受光素子５７に入力することができる。

導光部３８から磁気反応部３４に進行するレーザー光４３の光軸と磁気反応部３４から光検出部４１に進行するレーザー光４３の光軸とが同一直線上に位置するように第１ハーフミラー４５〜第２反射ミラー５２及び受光素子５７が配置されている。これにより、導光部３８から磁気反応部３４に進行する光を確実に光検出部４１に入力させることができる。

着脱方向３７ａと導光部３８から光検出部４１に進行するレーザー光４３の光軸とは直交する配置になっている。従って、導光部３８と光検出部４１との距離を変えずに磁気反応部３４を着脱方向３７ａに移動させることができる。

図７は制御部の電気制御ブロック図である。図７に示すように、生体磁場計測装置１は生体磁場計測装置１の動作を制御する制御部１８を備えている。そして、制御部１８はプロセッサーとして各種の演算処理を行うＣＰＵ６３（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、各種情報を記憶するメモリー６４とを備えている。レーザーポインター５、テーブル駆動装置６５、電磁シールド装置２、磁気センサー駆動装置６６、表示装置２１及び入力装置２２は入出力インターフェイス６７及びデータバス６８を介してＣＰＵ６３に接続されている。

テーブル駆動装置６５はＸ方向テーブル１３、Ｙ方向テーブル９、Ｚ方向テーブル１１及びモーター移動部１７を駆動する装置である。テーブル駆動装置６５はＣＰＵ６３からＸ方向テーブル１３の位置を移動する指示信号を入力する。溝付棒１５ｂが溝付円筒１５ａと対向する場所に位置するときにのみＸ方向テーブル１３を移動することができる。このため、まず、Ｙ方向テーブル９を移動する。テーブル駆動装置６５はＹ方向テーブル９の位置を検出する。Ｙ方向テーブル９には自分の位置を検出する測長装置が設置されおり、Ｙ方向テーブル９の位置を検出することができる。そして、Ｙ方向テーブル９を移動して溝付棒１５ｂが溝付円筒１５ａと対向する場所にＹ方向テーブル９を移動する。

次に、テーブル駆動装置６５はモーター移動部１７を駆動して溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとを結合する。続いて、テーブル駆動装置６５はＸ方向テーブル１３の位置を検出する。Ｘ方向テーブル１３には自分の位置を検出する測長装置が設置されおり、Ｘ方向テーブル１３の位置を検出することができる。そして、Ｘ方向テーブル１３を移動する予定の位置とＸ方向テーブル１３の現在位置との差を演算する。そして、テーブル駆動装置６５はＸ方向テーブルモーター１６を駆動してＸ方向テーブル１３を移動する予定の位置まで移動する。これにより、テーブル駆動装置６５はＸ方向テーブル１３を指示された場所に移動させることができる。続いて、テーブル駆動装置６５はモーター移動部１７を駆動して溝付円筒１５ａと溝付棒１５ｂとを分離する。

同様に、テーブル駆動装置６５はＣＰＵ６３からＹ方向テーブル９の位置を移動する指示信号を入力する。テーブル駆動装置６５はＹ方向テーブル９の位置を検出する。そして、Ｙ方向テーブル９を移動する予定の位置とＹ方向テーブル９の現在位置との差を演算する。そして、テーブル駆動装置６５はモーター１０ａを駆動してＹ方向テーブル９を移動する予定の位置まで移動する。これにより、テーブル駆動装置６５はＹ方向テーブル９を電磁シールド装置２内の位置と電磁シールド装置２外の位置との間で移動させることができる。

同様に、テーブル駆動装置６５はＣＰＵ６３からＺ方向テーブル１１の位置を移動する指示信号を入力する。Ｚ方向テーブル１１を昇降する昇降装置２３にはそれぞれＺ方向テーブル１１の位置を検出する測長装置が設置されており、テーブル駆動装置６５はＺ方向テーブル１１の位置を検出する。そして、Ｚ方向テーブル１１を移動する予定の位置とＺ方向テーブル１１の現在位置との差を演算する。昇降装置２３はエアーシリンダーであり、テーブル駆動装置６５は昇降装置２３を駆動するコンプレッサーや電磁弁等の空圧機器を備えている。そして、テーブル駆動装置６５は昇降装置２３に供給する空気の量を制御してＺ方向テーブル１１を移動する予定の位置まで移動する。

電磁シールド装置２は第１ヘルムホルツコイル２ｃ、第２ヘルムホルツコイル２０及び内部の磁場を検出するセンサーを備えている。そして、電磁シールド装置２はＣＰＵ６３の指示を受けて第１ヘルムホルツコイル２ｃ及び第２ヘルムホルツコイル２０を駆動し本体部２ａの内部の磁界を低減させる。

磁気センサー駆動装置６６は磁気センサー４及びレーザー光源４２を駆動する装置である。磁気センサー４には第１光検出器５５、第２光検出器５６及びヒーター２９が設置されている。磁気センサー駆動装置６６はレーザー光源４２、ヒーター２９、第１光検出器５５及び第２光検出器５６を駆動する。磁気センサー駆動装置６６はレーザー光源４２を駆動して磁気センサー４にレーザー光４３を供給する。さらに、磁気センサー駆動装置６６はヒーター２９を駆動して磁気センサー４の磁気反応部３４を所定の温度に維持する。そして、磁気センサー駆動装置６６は第１光検出器５５、第２光検出器５６が出力する電気信号をデジタル信号に変換してＣＰＵ６３に出力する。

表示装置２１はＣＰＵ６３の指示により所定の情報を表示する。表示内容に基づき操作者が入力装置２２を操作して指示内容を入力する。そして、この指示内容はＣＰＵ６３に伝達される。他にも、表示装置２１は磁気センサー４が検出する磁気の状態を表示する。操作者は表示装置２１を見て被検体６の検査結果を参照する。

メモリー６４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体メモリー、ハードディスク及びＤＶＤ−ＲＯＭ等の外部記憶装置を含む概念である。機能的には、生体磁場計測装置１の動作の制御手順が記述されたプログラムソフト６９を記憶する記憶領域や、磁気センサー４の磁気反応部３４が稼働した累積時間のデータであるセンサー経年データ７０を記憶するための記憶領域が設定される。センサー経年データ７０は磁気反応部３４を交換したときにリセットされる。そして、磁気反応部３４を稼働した時間がセンサー経年データ７０に累積される。他にも、Ｘ方向テーブル１３、Ｙ方向テーブル９及びＺ方向テーブル１１の移動量のデータであるテーブル移動量データ７１を記憶するための記憶領域が設定される。

他にも、メモリー６４には磁気センサー４を駆動するときに用いるパラメーター等のデータである磁気センサー関連データ７２を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、メモリー６４には磁気センサー４が測定したデータである磁気測定データ７３を記憶するための記憶領域が設定される。他にも、ＣＰＵ６３のためのワークエリアやテンポラリーファイル等として機能する記憶領域やその他各種の記憶領域が設定される。

ＣＰＵ６３は、メモリー６４内に記憶されたプログラムソフト６９に従って、被検体６の心臓が発する磁場を測定する制御を行うものである。具体的な機能実現部としてＣＰＵ６３は、テーブル移動制御部７４を有する。テーブル移動制御部７４は、Ｘ方向テーブル１３、Ｙ方向テーブル９及びＺ方向テーブル１１の移動と停止位置を制御する部位である。他にも、ＣＰＵ６３は、電磁シールド制御部７５を有する。電磁シールド制御部７５は、電磁シールド装置２を駆動して磁気センサー４の周囲の磁場を抑制する制御を行う部位である。

他にも、ＣＰＵ６３は、磁気センサー制御部７６を有する。磁気センサー制御部７６は、磁気センサー駆動装置６６に磁気センサー４を駆動させて磁気ベクトル５８の強度を検出する制御を行う部位である。他にも、ＣＰＵ６３は、レーザーポインター制御部７７を有する。レーザーポインター制御部７７は、レーザーポインター５を駆動して所定の場所の１か所にのみレーザー光５ｃを照射する制御を行う部位である。

他にも、ＣＰＵ６３は、センサー交換判定部７８を有する。センサー交換判定部７８は、センサー経年データ７０と判定値とを比較する。そして、磁気反応部３４の稼働時間が判定値を越えたときに磁気反応部３４を交換する判断を行う部位である。磁気反応部３４を交換する判断をしたときにはセンサー交換判定部７８は表示装置２１に磁気反応部３４の交換を促す表示を指示する。尚、本実施形態では、生体磁場計測装置１の上記の各機能がＣＰＵ６３を用いてプログラムソフトで実現することとしたが、上記の各機能がＣＰＵ６３を用いない単独の電子回路（ハードウェア）によって実現できる場合には、そのような電子回路を用いることも可能である。

次に上述した生体磁場計測装置１の磁気反応部３４を交換する交換方法について図８を用いて説明する。図８は磁気反応部の交換方法を説明するための模式図である。
図８（ａ）に示すように、ケース２６の内部には磁気反応部３４が設置されている。磁気反応部３４の稼働時間が判定値を越えており、操作者は磁気反応部３４を交換する作業を行う。まず、第１蓋部２７に設置された４つの第１ねじ２８を回転する。これにより、第１ねじ２８がケース２６の第１雌ねじ２６ａと離れる。そして、第１蓋部２７をケース２６から離脱させる。これにより、ケース２６の＋Ｙ方向側には空洞３２、抑え部３５、第２ねじ３６及び磁気反応部３４の一部が露出する。

図８（ｂ）に示すように、抑え部３５に設置された２つの第２ねじ３６を回転する。これにより、第２ねじ３６がレール３３の第２雌ねじ３３ａと離れる。そして、抑え部３５をレール３３から離脱させる。これにより、ケース２６の＋Ｙ方向側には空洞３２及び磁気反応部３４が露出する。磁気反応部３４はレール３３上に設置されている。

図８（ｃ）に示すように、磁気反応部３４をレール３３に沿って着脱方向３７ａのうち＋Ｙ方向に移動する。これにより、磁気反応部３４がケース２６から離脱される。続いて、未使用の磁気反応部３４をケース２６内の空洞３２に設置する。未使用の磁気反応部３４をレール３３に沿って着脱方向３７ａのうち−Ｙ方向に移動する。

図８（ｂ）に示すように、抑え部３５をレール３３及び磁気反応部３４に当てる。次に、２つの第２ねじ３６を回転して第２ねじ３６を第２雌ねじ３３ａと螺合させる。これにより、磁気反応部３４がケース２６に固定される。そして、磁気反応部３４のＸ方向の側面はレール３３により挟まれるので、磁気反応部３４のＸ方向の位置はレール３３により設定される。磁気反応部３４のＹ方向の側面はレール３３の突部３３ｂと抑え部３５により挟まれるので、磁気反応部３４のＹ方向の位置はレール３３及び抑え部３５により設定される。磁気反応部３４はレール３３上に設置され重力によりレール３３に押圧されるので磁気反応部３４のＺ方向もレール３３により設定される。

図８（ａ）に示すように、第１蓋部２７をケース２６及び空洞３２に当てる。次に、４つの第１ねじ２８を回転して第１ねじ２８を第１雌ねじ２６ａと螺合させる。これにより、第１蓋部２７がケース２６に固定される。以上により、磁気反応部３４の交換作業を終了する。上記のように、磁気反応部３４の交換作業では導光部３８及び光検出部４１をケース２６から移動しない。従って、導光部３８から磁気反応部３４を経て光検出部４１に入るレーザー光４３の光軸の位置が変わらない為、導光部３８と光検出部４１との光軸調整をしなくても良いので生産性良く磁気反応部３４の交換作業を行うことができる。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、磁気反応部３４が導光部３８及び光検出部４１に対して着脱可能に設置されている。ガスセル５３に充填されたセシウムガスは時間の経過に伴い漏れ出ることがある。そして、所定の時間が経たときに交換することにより磁気を検出する感度を回復することができる。導光部３８と光検出部４１とは相対位置が固定されている。従って、磁気反応部３４が導光部３８及び光検出部４１から取り外されて、再度設置されても導光部３８から光検出部４１に向かう光路が変らない。その結果、磁気反応部３４を交換しても光路の調整を省くことができる為、簡便に磁気を検出する感度を回復することができる。

（２）本実施形態によれば、磁気センサー４は収納部３７を備え、収納部３７は磁気反応部３４を着脱可能に収納する。収納部３７は磁気反応部３４を配置する空洞３２を備えている。従って、磁気反応部３４が取り外されたときにも、磁気反応部３４を配置する空洞３２が維持される。その結果、容易に磁気反応部３４を磁気センサー４の所定の位置に設置することができる。

（３）本実施形態によれば、磁気反応部３４はガスセル５３を複数備えている。さらに、光検出部４１はレーザー光４３を受光する受光素子５７を複数備えている。導光部３８は複数の磁気反応部３４にレーザー光４３を導光するので、複数のガスセル５３をレーザー光４３が通過する。そして、ガスセル５３と受光素子５７とは同一間隔で配置されている為、ガスセル５３を通過したそれぞれのレーザー光４３を受光素子５７に入力することができる。

（４）本実施形態によれば、導光部３８から磁気反応部３４に進行する光軸と磁気反応部３４から光検出部４１に進行する光軸とが同一直線上に位置する。従って、導光部３８から磁気反応部３４に進行するレーザー光４３を確実に光検出部４１に入力させることができる。

（５）本実施形態によれば、着脱方向３７ａと導光部３８から光検出部４１に進行する光軸とは直交している。従って、導光部３８と光検出部４１との距離を変えずに磁気反応部３４を着脱方向３７ａに移動させることができる。

（６）本実施形態によれば、収納部３７はレール３３を備え、レール３３は磁気反応部３４を着脱方向３７ａに案内する。従って、レール３３を用いて磁気反応部３４を容易に着脱方向３７ａに移動させることができる。

（７）本実施形態によれば、レール３３は着脱方向３７ａと直交する方向において磁気反応部３４の両側に設置されている。そして、レール３３は着脱方向３７ａに延在する。従って、磁気反応部３４は着脱方向３７ａと直交する方向の両側で支えられている為、磁気反応部３４は導光部３８及び光検出部４１と離して支持することができる。その結果、磁気反応部３４と導光部３８とを断熱し、磁気反応部３４と光検出部４１とを断熱することができる。

（８）本実施形態によれば、導光部３８、磁気反応部３４、光検出部４１がこの順に並んでいる。従って、レーザー光４３の進行方向に３つの部位が並んで配置されているのでレーザー光４３の進行を制御する光学素子が不要であり、少ない要素数で生産性の良い構造にすることができる。

（９）本実施形態によれば、導光部３８は直線偏光を出力する偏光板４４を含んでいる。従って、導光部３８は磁気反応部３４に直線偏光を出力する。磁気反応部３４はアルカリ金属を含む気体が充填されている。従って、磁気反応部３４は磁気の強度に対応して通過する光の偏光面を回転させることができる。そして、光検出部４１は偏光分離器５４を含んでおり、レーザー光４３を直交する２方向の直線偏光に分離することができる。従って、２つの直線偏光の光強度を検出することにより偏光面の回転角を検出することができる。偏光面の回転角は磁気の強度に対応する為、磁気センサー４は磁気の強度を検出することができる。

（１０）本実施形態によれば、生体磁場計測装置１は磁気センサー４及び表示装置２１を備えている。磁気センサー４が磁気を検出し、表示装置２１が磁気の状態を表示する。そして、磁気センサー４は磁気反応部３４を交換することが可能になっている。従って、生体磁場計測装置１は磁気反応部３４を交換して、簡便に磁気を検出する感度を回復できる磁気センサー４を備えた装置とすることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した磁気センサーの一実施形態について図９の磁気センサーの要部模式透過側面図を用いて説明する。
本実施形態が第１の実施形態と異なるところは、反射部、磁気反応部３４、導光部、光検出部４１の順に重ねて設置されている点にある。尚、第１の実施形態と同じ点については説明を省略する。

すなわち、本実施形態では、図９に示すように生体磁場計測装置８１に設置された磁気センサー８２は反射部８３を備えている。反射部８３は反射板８４を備え、反射板８４はレーザー光４３を反射する。反射板８４はＸ方向及びＹ方向に延在している。そして、反射板８４は＋Ｚ方向から−Ｚ方向に進行するレーザー光４３を＋Ｚ方向に反射する。

反射部８３上にはレール３３が設置され、レール３３上に磁気反応部３４が設置されている。磁気反応部３４の内部にはガスセル５３が４行４列に配置されている。磁気反応部３４はレール３３に沿って着脱方向３７ａに移動できる。そして、磁気反応部３４は磁気センサー８２から着脱可能になっている。

磁気反応部３４の＋Ｚ方向側には隙間をあけて導光部８５が設置されている。導光部８５には偏光板４４、第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６、第３ハーフミラー４７及び第１反射ミラー４８を備えている。他にも、導光部８５は、さらに、第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７、第６ハーフミラー８８、第２反射ミラー８９を備えている。導光部８５の＋Ｚ方向側には光検出部４１が設置されている。導光部８５と光検出部４１とは互いに固定されている。そして、反射部８３も図示しないケースにより導光部８５及び光検出部４１と固定されている。従って、反射部８３、導光部８５及び光検出部４１は磁気反応部３４を移動しても相対位置が変わらないようになっている。そして、光検出部４１に設置された受光素子５７とガスセル５３によりセンサー素子８２ｄが構成されている。

光コネクター３０を介して供給されたレーザー光４３は導光部８５に進行する。導光部８５ではレーザー光４３は＋Ｘ方向に進行して偏光板４４を照射する。偏光板４４を通過したレーザー光４３は直線偏光になっている。次に、レーザー光４３は第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６、第３ハーフミラー４７、第１反射ミラー４８を順次照射する。第１ハーフミラー４５、第２ハーフミラー４６、第３ハーフミラー４７、第１反射ミラー４８によりレーザー光４３は４つの光路に分割され−Ｙ方向に進行する。

次に、レーザー光４３は第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７、第６ハーフミラー８８、第２反射ミラー８９を順次照射する。第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７及び第６ハーフミラー８８はレーザー光４３の一部を反射して−Ｚ方向に進行させる。そして、一部のレーザー光４３を通過させて−Ｙ方向に進行させる。第２反射ミラー８９は入射されたレーザー光４３を総て−Ｚ方向に反射する。第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７、第６ハーフミラー８８、第２反射ミラー８９により１つの光路のレーザー光４３は４つの光路に分割される。従って、レーザー光４３は１６個の光路に分離される。そして、各光路のレーザー光４３の光強度は同じ強度になるように各ミラーの反射率が設定されている。

第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７、第６ハーフミラー８８、第２反射ミラー８９の−Ｚ方向側には磁気反応部３４が位置している。磁気反応部３４ではレーザー光４３の各光路にガスセル５３が設置されている。そして、第４ハーフミラー８６、第５ハーフミラー８７、第６ハーフミラー８８、第２反射ミラー８９にて反射したレーザー光４３はガスセル５３を通過する。

磁気反応部３４の−Ｚ方向側には反射部８３が位置している。ガスセル５３を通過したレーザー光４３は反射部８３に入力し反射板８４にて反射してガスセル５３に戻る。従って、レーザー光４３はガスセル５３を２回通過する為、ガスセル５３を通過する距離が第１の実施形態の磁気センサー４の場合の２倍になっている。ガスセル５３を通過したレーザー光４３は導光部８５を通過して光検出部４１の受光素子５７に進入する。光検出部４１の構造及び作用は第１の実施形態と同じであり、説明を省略する。

上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）本実施形態によれば、導光部８５がレーザー光４３を磁気反応部３４に導光する。そして、磁気反応部３４を通過したレーザー光４３は反射部８３にて反射されて、再度磁気反応部３４を通過する。磁気反応部３４を通過したレーザー光４３は導光部８５を通過して光検出部４１に入力する。レーザー光４３は磁気反応部３４で磁気の強度に応じて偏光面が回転し、光検出部４１が偏光面の回転角を検出する。従って、磁気センサー８２は磁気の強さを検出することができる。さらに、レーザー光４３は磁気反応部３４を２回通過する為、レーザー光４３は磁気の影響を２倍受ける。従って、磁気センサー８２は感度よく磁気を検出することができる。

尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により種々の変更や改良を加えることも可能である。変形例を以下に述べる。
（変形例１）
前記第１の実施形態では、磁気センサー４における着脱方向３７ａがＹ方向であり、磁気反応部３４を＋Ｙ方向に移動して着脱した。磁気センサー４を支持部材２５に設置する方向を変えても良い。そして、磁気反応部３４を−Ｙ方向に移動して着脱する配置にしてもよい。着脱方向３７ａをＸ方向にして、磁気反応部３４をＸ方向に移動して着脱しても良い。磁気反応部３４を着脱しやすくすることができる。

（変形例２）
前記実施形態では、電磁シールド装置２の内部で磁場の測定をした。生体磁場計測装置１を電磁シールドされた部屋に設置するときには電磁シールド装置２を省略しても良い。部品数を減らせるので生産性良く生体磁場計測装置１を製造することができる。

（変形例３）
前記実施形態では、電磁シールド装置２の−Ｙ方向側に壁が無く開口していた。電磁シールド装置２の−Ｙ方向側の開口している場所に扉を設置してもよい。扉の材質は本体部２ａと同じ材質にして磁気を遮蔽する材質にする。そして、Ｙ方向テーブル９が電磁シールド装置２の内部に入ったとき扉を閉じる。これにより、電磁シールド装置２の−Ｙ方向側から磁気センサー４に向かって進行する磁気を遮蔽することができる。その結果、磁気センサー４は磁場の外乱の影響を受けずにさらに精度良く被検体６の磁場を検出することができる。

電磁シールド装置２の−Ｙ方向側に扉を設置するとき、磁気センサー４及び第２ヘルムホルツコイル２０の位置を変更するのが好ましい。磁気センサー４の中心のＹ方向の位置は本体部２ａの＋Ｙ方向側の壁と−Ｙ方向側の扉との中央の位置にする。そして、第２ヘルムホルツコイル２０の中心の位置を磁気センサー４の中心の位置と同じ位置にする。磁気センサー４の中心の位置がこの位置にあるとき、磁気センサー４が電磁シールド装置２の外部から入る磁場の影響を受け難くすることができる。

（変形例４）
前記実施形態では、ケース２６にヒーター２９が設置された。磁気反応部３４にヒーター２９を取り付けても良い。熱源がガスセル５３に近くなるので、効率よくガスセル５３を加熱することができる。

（変形例５）
前記実施形態ではヒーター２９に蒸気、熱風、高周波電圧を用いる方式を用いた。ヒーター２９にセラミックヒーターを用いても良い。このとき、測定しないときに加熱し、測定する時には加熱を停止する。測定が磁場の影響を受けることを抑制することができる。

（変形例６）
前記実施形態では磁気反応部３４にはガスセル５３が並べて配置された。磁気反応部３４は複数のガスセル５３のみを互いに接着した形態でも良く、容器内にガスセル５３を並べた形態にしても良い。容器の材料としては、容器の磁化が測定に影響を及ぼさない程度に小さく、かつ熱伝導性の高い材料であれば良い。容器の材料には、例えば、黒鉛や炭化シリコン等を用いることができる。容器を用いるときには容器にヒーター２９を設置しても良い。容器にヒーター２９の位置決め用の凹凸を配置してヒーター２９を位置精度良く容器に設置することができる。

１…磁気計測装置としての生体磁場計測装置、４…磁気検出センサーとしての磁気センサー、６…被検体、２１…表示部としての表示装置、３３…案内部としてのレール、３４…磁気反応部、３７…収納部、３７ａ…着脱方向、３８，８５…導光部、４１…光検出部、４３…光としてのレーザー光、４４…偏光交換素子としての偏光板、５３…気体室としてのガスセル、５４…直交分離素子としての偏光分離器、５７…受光素子、５８…磁気としての磁気ベクトル、８３…反射部。

Claims (11)

1. 磁気の強度に対応して通過する光の偏光面を回転させる気体が充填された気体室を有する磁気反応部と、
   前記磁気反応部に光を導光する導光部と、
   前記磁気反応部を通過した光の偏光面の回転角を検出する光検出部と、を備え、
   前記導光部と前記光検出部とは相対位置が固定され、前記磁気反応部が前記導光部及び前記光検出部に対して着脱可能に設置されることを特徴とする磁気検出センサー。
2. 請求項１に記載の磁気検出センサーであって、
   前記磁気反応部を着脱可能に収納する収納部を備えることを特徴とする磁気検出センサー。
3. 請求項１または２に記載の磁気検出センサーであって、
   前記磁気反応部は前記気体室を複数備え、
   前記光検出部は光を受光する受光素子を複数備え、
   前記導光部は複数の前記磁気反応部に光を導光し、
   前記気体室と前記受光素子とは同一間隔で配置されていることを特徴とする磁気検出センサー。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであって、
   前記導光部から前記磁気反応部に進行する光軸と前記磁気反応部から前記光検出部に進行する光軸とが同一直線上に位置するように前記導光部及び前記光検出部が配置されていることを特徴とする磁気検出センサー。
5. 請求項４に記載の磁気検出センサーであって、
   前記磁気反応部を着脱するときに前記磁気反応部が移動する方向である着脱方向と前記導光部から前記光検出部に進行する光軸とは直交することを特徴とする磁気検出センサー。
6. 請求項５に記載の磁気検出センサーであって、
   前記収納部は前記磁気反応部を前記着脱方向に案内する案内部を備えることを特徴とする磁気検出センサー。
7. 請求項６に記載の磁気検出センサーであって、
   前記案内部は前記着脱方向に延在し、前記着脱方向と直交する方向において前記磁気反応部の両側に設置されていることを特徴とする磁気検出センサー。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであって、
   前記磁気反応部は前記導光部と前記光検出部との間に位置することを特徴とする磁気検出センサー。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであって、
   前記導光部から進行する光を前記光検出部に向けて反射する反射部を備え、
   前記反射部、前記磁気反応部、前記導光部、前記光検出部がこの順に設置されていることを特徴とする磁気検出センサー。
10. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであって、
    前記導光部は直線偏光を出力する偏光交換素子を含み、前記気体はアルカリ金属を含み、前記光検出部は直交分離素子を含むことを特徴とする磁気検出センサー。
11. 被検体からでる磁気を検出する磁気検出センサーと、
    前記磁気検出センサーが検出する磁気の状態を表示する表示部と、を備え、
    前記磁気検出センサーは請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気検出センサーであることを特徴とする磁気計測装置。

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