JP2017223527A - 磁場計測装置、およびセルアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】光学的なクロストークを抑え、かつメンテナンス性を向上させたセルアレイおよび磁場計測装置を提供すること。【解決手段】本発明の磁場計測装置１００は、入射したレーザー光Ｌの偏光回転角を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した複数のセル１２１を含むセルアレイ１２０と、レーザー光Ｌを射出する光源１１１と、セル１２１のそれぞれに設けられた遮蔽材１３１と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、磁場計測装置、およびセルアレイに関する。

従来、心臓や脳から発せられる微弱な磁場を、光を利用して測定する光ポンピング式磁気センサー（磁場計測装置）が知られている。光ポンピング式磁気センサーは、アルカリ金属などのガスが封入されたセルを備えている。アルカリ金属原子は、直線偏光が照射されると、印加されている磁場の強弱に応じて、直線偏光の偏光回転角を変化させる特性を持っている。光ポンピング式磁気センサーは、上記の偏光回転角を検出することによって、磁場の強度を計測する装置である。このような光ポンピング式磁気センサーでは、磁場の計測範囲の拡大や分解能の向上のために、複数のセルを用いた多チャンネル計測が検討されている。

例えば、特許文献１には、マトリックス状に配置したセルの間に隔壁を設置して、セル間の光学的なクロストークを防止しようとする磁場測定装置が提案されている。

特開２０１２−１７７５８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁場測定装置では、セル間の光学的なクロストークを抑えた上で、セルのメンテナンス性を向上させることが難しいという課題があった。詳しくは、マトリックス状に配置されたセル（セルアレイ）と隔壁などとは、低融点ガラスなどで接合されているため、例えば、不具合があるセルを交換したり、取り外して整備したりすることが困難であった。また、同様に、磁場測定装置の製造工程においても、完成品検査で不良判定となったセルを、個別に交換することが難しかった。すなわち、光学的なクロストークが抑制され、かつセルのメンテナンス性を向上させた磁場測定装置（磁場計測装置）が求められていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部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］本適用例に係る磁場計測装置において、入射したプローブ光の偏光回転角を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した第１のセル、および第２のセル、を含むセルアレイと、プローブ光を射出する光源と、第１のセルおよび第２のセルのそれぞれに設けられた遮蔽材と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、第１のセルおよび第２のセルは、それぞれ独立した遮蔽材を有しているため、セル間の光学的なクロストークを抑えた上で、セルのメンテナンス性を向上させることができる。詳しくは、遮蔽材は、従来技術のようにセルと一体化された隔壁ではなく、セルごとに独立して設けられている。そのため、第１のセルおよび第２のセルを含むセルアレイから、セルを個別に容易に取り外すことができる。これにより、磁場計測装置のメンテナンスや製造検査後の修正などにおいて、セルのメンテナンス性が向上する。また、第１のセルおよび第２のセルのそれぞれに遮蔽材が設けられているため、第１のセルと第２のセルとの間の光学的な遮蔽性が向上する。これにより、セル間の光学的なクロストークに由来するノイズを低減することができる。したがって、光学的なクロストークの抑制により検出感度が改善され、かつセルのメンテナンス性を向上させた磁場計測装置を提供することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、遮蔽材は、第１のセルと第２のセルとにおいて、隣り合う面に設けられていることが好ましい。

これによれば、第１のセルおよび第２のセルにおいて、隣り合うセルに向かって射出される光（蛍光）、および隣り合うセルから入射する光（蛍光）の双方が低減される。したがって、磁場の計測において、セル間の光学的なクロストークによるノイズがより低減される。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１のセルおよび第２のセルは、それぞれプローブ光が入射する第１室を有し、遮蔽材は、第１室を形成する外殻において、プローブ光が透過する領域を除く領域に設けられていることが好ましい。

これによれば、遮蔽材によって、磁場計測用のプローブ光の透過が妨げられなくなる。その上で、セルの第１室から放出され、磁場の計測においてノイズとなる蛍光が低減される。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、遮蔽材は、吸光性を有することが好ましい。

これによれば、吸光性を有する遮蔽材によって、蛍光の散乱を低減することができる。そのため、磁場計測装置における光学的なクロストークをいっそう抑制することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、遮蔽材は、布帛を含むことが好ましい。

これによれば、遮蔽材として容易に加工、設置することができる。また、セルを衝撃などの外力から保護する機能を付与することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、遮蔽材は、樹脂層を含むことが好ましい。

これによれば、遮蔽材（樹脂層）の形成材料を液状とすることが可能となり、セルに塗布して遮蔽材を設置することができる。そのため、セルに凹凸があっても、所望の塗布範囲に隙間なく遮蔽材が形成可能となり、蛍光の遮蔽性が確保される。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、媒体は、アルカリ金属を含むことが好ましい。

これによれば、光源から射出されたプローブ光に対して、磁場強度に応じてプローブ光の偏光面方位を変化させることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１のセルおよび第２のセルには、バッファーガスが収容されていることが好ましい。

これによれば、セル内における媒体の移動がバッファーガスによって制限され、媒体がセル内壁に直接衝突することが妨げられて、プローブ光の照射によって生じた励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、バッファーガスがない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置の検出感度を向上させることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１のセルおよび第２のセルの内面には、炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素を含むパラフィン膜が設けられていることが好ましい。

これによれば、励起された媒体がセルの内壁に直接衝突しにくくなり、媒体の励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、パラフィン膜が設けられていない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置の検出感度が時間経過と共に低下することを抑制できる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１のセルおよび第２のセルは、それぞれプローブ光が入射する第１室と、第１室に連通する第２室と、を有し、第１室および第２室に、遮蔽材が設けられていることが好ましい。

これによれば、第１室にて発生し、第２室から漏れ出す蛍光が低減される。そのため、磁場計測装置における光学的なクロストークをいっそう抑制することができる。

［適用例］本適用例に係わるセルアレイにおいて、入射したプローブ光の偏光面方位を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した少なくとも第１のセルおよび第２のセルと、第１のセルおよび第２のセルのそれぞれに設けられた遮蔽材と、を有し、少なくとも第１のセルおよび第２のセルが隣り合って配置されたことを特徴とする。

本適用例によれば、第１のセルおよび第２のセルは、それぞれ独立した遮蔽材を有しているため、セル間の光学的なクロストークを抑えた上で、セルアレイとしてのメンテナンス性を向上させることができる。

実施形態１に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図。 セルアレイの構成を示す概略平面図。 セルアレイの構成を示す概略断面図。 セルを示す概略斜視図。 実施形態２に係るセルの主室と副室とを示す概略斜視図。 変形例１に係るセルを示す概略斜視図。 変形例２に係るセルを示す概略斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各部品や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各部品や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
＜磁場計測装置＞
本実施形態に係る磁場計測装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態においては、非線形磁気光学効果（ＮＭＯＲ：Nonlinear Magneto-Optical Rotation）を利用して磁場を計測する、いわゆるワンビーム方式の磁場計測装置を例に挙げて説明する。ワンビーム方式の磁場計測装置では、直線偏光を含むレーザー光をセルに照射し、セルの内部に収容された媒体（アルカリ金属）原子を励起させる。そして、セルを透過したレーザー光を受光素子によって検出することにより、磁場の計測が行われる。すなわち、ワンビーム方式とは、媒体原子を励起させるポンプ光と、励起された媒体原子によって変化される偏光回転角を検出するためのプローブ光（直線偏光）と、を兼用する方式である。

図１に示した磁場計測装置１００は、光照射部１０１と、複数のセル１２１を含むセルアレイ１２０と、を有している。また、磁場計測装置１００には、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３、受光部１０４、信号処理部１０５、表示部１０６、制御部１０７が備えられている。

光照射部１０１は、光源１１１、変換部１１２を有している。光源１１１は、プローブ光としての直線偏光を含むレーザー光Ｌを射出するレーザー光発生装置であり、例えばチューナブルレーザーである。レーザー光Ｌは、連続的に一定の光量で照射される、いわゆるＣＷ（Continuous Wave）光である。光源１１１の出力は、例えば、セル１２１に入射するレーザー光Ｌの光量が、数１０μＷ程度となるように調整される。変換部１１２は、例えば偏光板であって、光源１１１が発するレーザー光Ｌを光軸を中心として所定方向の偏光角を有する直線偏光に変換する。

光照射部１０１から発せられた１本のレーザー光Ｌは、分岐光学素子１１７に入射する。分岐光学素子１１７は、入射したレーザー光Ｌをセル１２１ごとに分岐して入射させる。

セル１２１には、入射したレーザー光Ｌの偏光面方位を、磁場強度に応じて変化させる媒体が内部に収容されている。媒体としては、比較的に低い温度で帰化することが可能であることから、アルカリ金属を用いることが好ましく、具体的には、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）などが挙げられる。セル１２１に収容されるアルカリ金属は、計測時には少なくとも一部が気化する。本実施形態では、媒体としてセシウムを用いている。そのため、上述したレーザー光Ｌ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）を有するように調整されている。

セル１２１の外殻は、レーザー光Ｌを透過する、例えば石英によって形成されている。セル１２１の外殻の形成材料としては、レーザー光Ｌを透過可能であって、アルカリ金属などの媒体と反応しない材料であればよく、石英、ホウケイ酸ガラスなどの無機材料の他、有機材料も用いることができる。複数のセル１２１は隣り合って配置され、セルアレイ１２０が形成されている。複数のセル１２１を含むセルアレイ１２０を用いることにより、磁場の計測範囲の拡大や計測の分解能向上が可能となる。また、複数のセル１２１には、それぞれに後述する遮蔽材１３１（図２参照）が設けられている。複数のセル１２１の中で、隣り合うセル１２１のうち、一方が本発明の第１のセルに該当し、他方が本発明の第２のセルに該当するものである。

レーザー光Ｌは、セル１２１の外殻表面での反射や、セル１２１の内部での吸収によって減衰する。上記媒体としてのアルカリ金属の原子は、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光を吸収することにより、基底状態から励起状態の間の遷移を繰り返し、固有のエネルギー分布（スピン偏極；アライメント）を形成する。このエネルギー分布（スピン偏極；アライメント）が維持された状態で磁場が印加されると、上記原子による直線偏光の吸収に異方性が生じる。すなわち、スピン偏極（アライメント）の状態が変化する。セル１２１に入射した直線偏光は、スピン偏極（アライメント）の変化の影響を受けて偏光面方位（偏光回転角）が変化する。その結果、偏光面方位（偏光回転角）が変化したレーザー光Ｌが、セル１２１から射出され、偏光分離素子１０３に入射する。

偏光分離素子１０３は、複数のセル１２１ごとに配置されている。偏光分離素子１０３は、変換部１１２によって変換されたレーザー光Ｌの直線偏光成分と同じ偏光方向（偏光面方位）の直線偏光成分（Ｐ偏光成分）を透過させ、上記直線偏光成分の偏光方向と直交する直線偏光成分（Ｓ偏光成分）を反射させる。偏光分離素子１０３としては、例えば、偏光ビームスプリッターやウォラストンプリズムを用いることができる。偏光分離素子１０３において、透過される光を偏光Ｌｐ、反射される光を偏光Ｌｓとする。偏光Ｌｐ，Ｌｓは受光部１０４へ入射する。

受光部１０４は、受光素子１４１および受光素子１４２を備えている。１つの偏光分離素子１０３に対して、受光素子１４１と受光素子１４２とが１つずつ配置されている。受光素子１４１，１４２は、レーザー光Ｌの波長に対して感度を有する検出器である。受光素子１４１は偏光Ｌｐを受光可能な位置に配置され、受光素子１４２は、偏光Ｌｓを受光可能な位置に配置されている。受光素子１４１は、受光した偏光Ｌｐの光量に応じた電流（信号）を出力し、信号処理部１０５へ送信する。受光素子１４２は、受光した偏光Ｌｓの光量に応じた電流（信号）を出力し、信号処理部１０５へ送信する。受光素子１４１，１４２の形成材料は、磁場計測装置１００の計測に干渉しないように、非磁性であることが好ましい。なお、当明細書において、非磁性とは磁性を有さないという意味である。

信号処理部１０５は、受光素子１４１および受光素子１４２から送信された上記信号を受信する。信号処理部１０５は、上記信号から、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光成分が、セル１２１を透過して変化した偏光回転角の変化量、すなわち、偏光面方位の回転角度を計測する。

偏光分離素子１０３、受光部１０４、および信号処理部１０５は、セル１２１内で変化した偏光面方位の回転角度を検出する機能を有している。セル１２１に印加された磁場の大きさ（強度）によって偏光面方位の回転角度が変化することから、磁場計測装置１００は、上記偏光面方位の回転角度を検出することにより、所定の方向（計測方向）においてセル１２１に印加された磁場の強弱を計測することができる。

表示部１０６は、信号処理部１０５と電気的に接続されている。表示部１０６は、信号処理部１０５によって計測された上記回転角度などを表示する。表示部１０６は、例えば、液晶パネルなどを用いた表示装置である。

制御部１０７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置（図示せず）およびメモリー（図示せず）を備えている。制御部１０７は、光照射部１０１、信号処理部１０５、表示部１０６などと電気的に接続され、それらの動作を統合して制御する機能を有している。

＜セルアレイ＞
次に、セルアレイ１２０、およびセルアレイ１２０に付随する分岐光学素子１１７などの構成について、図２を参照して説明する。図２は、セルアレイの構成を示す概略平面図である。なお、図２においては、レーザー光Ｌを点線にて示している。

図２に示したセルアレイ１２０は、入射したレーザー光Ｌの偏光面方位を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した複数のセル１２１と、セル１２１のそれぞれに設けられた遮蔽材１３１とを有している。セルアレイ１２０には、セル容器１５１に、複数のセル１２１がマトリックス状に配置されている。また、セルアレイ１２０に対して、セル容器１５１を介して分岐光学素子１１７が設けられている。

セル容器１５１は、レーザー光Ｌを透過する材料によって形成されている。セル容器１５１の形成材料としては、例えば石英を用いることができる。ここで、図２において、セル１２１の縦方向の配列と略平行な方向をＺ方向（上向きを正方向）とし、セル１２１の横方向の配列と略平行で、Ｚ方向と直交する方向をＸ方向（右向きを正方向）とし、Ｚ方向およびＸ方向と直交する方向をＹ方向とする。セルアレイ１２０を透過するレーザー光Ｌの進行方向は、Ｙ方向と略平行となる。

セルアレイ１２０は、図２に示したように、Ｚ方向およびＸ方向にセル１２１がそれぞれ４個ずつ配置され、計１６個のセル１２１を有している。隣り合うセル１２１同士は、所定の間隔を空けて配置されている。そのため、セル１２１を、磁場計測装置１００から個別に取り外して、交換や修理などのメンテナンスを容易に行うことができる。ここで、上記の所定の間隔とは、例えば、約０．１ｍｍから約１０ｍｍである。

セル１２１は略立方体を成し、遮蔽材１３１を有している。遮蔽材１３１は、セル１２１のＹ方向と略平行な面（Ｙ方向と略直交する面を除く面）に接するように設けられている。以降、セル１２１において、レーザー光Ｌが入射または射出する面以外の面（Ｙ方向と略平行な面）を、「側面」ともいう。

分岐光学素子１１７は、上述したように、入射したレーザー光Ｌをセル１２１ごとに分岐して入射させる機能を有している。分岐光学素子１１７は、ミラー１１５Ａ〜１１５Ｃ，１１６，１１８Ａ〜１１８Ｄ（図３参照）を有している。分岐光学素子１１７に入射したレーザー光Ｌは、Ｘ方向（正方向）に進行して、最初にミラー１１６に到達する。ミラー１１６は、レーザー光Ｌの一部をＺ方向（正方向）に反射させ、残りを透過させる。

ミラー１１６で反射されたレーザー光Ｌの進行方向（Ｚ方向）には、ミラー１１５Ａ，１１５ｂ，１１５Ｃが設けられている。ミラー１１５Ａ，１１５Ｂ，１１５Ｃは、Ｚ方向に３列配置されたセル１２１と対応する位置に、３個配置されている。ミラー１１６によって反射されたレーザー光Ｌは、まずミラー１１５Ａに到達する。ミラー１１５Ａは、レーザー光Ｌの一部をＸ方向（正方向）に反射させ、レーザー光Ｌの残りを透過させる。これと同様にして、ミラー１１５Ｂ，１１５Ｃにおいても、レーザー光Ｌが反射または透過されて、Ｘ方向と略平行なセル１２１の列に対応して、Ｘ方向（正方向）へ分岐される。なお、ミラー１１５Ｃは、レーザー光Ｌを全反射するものとしてもよい。

次に、セルアレイ１２０、およびセルアレイ１２０に付随する、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３などの構成について、図３を参照して説明する。図３は、セルアレイの構成を示す概略断面図である。なお、図３は、図２に示したセルアレイ１２０をＡ−Ａ断面で切断し、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３などを表示した図である。ここで、図３のＹ方向において、図３の上方に向かう方向を正方向とする。

ミラー１１６によって透過されたレーザー光Ｌは、Ｘ方向（正方向）へ進行する。Ｘ方向に４個配置されたセル１２１と対応する位置に、ミラー１１８Ａ〜１１８Ｄが設けられている。ミラー１１６を透過したレーザー光Ｌは、まずミラー１１８Ａに到達する。ミラー１１８Ａは、レーザー光Ｌの一部をＹ方向（正方向）に反射させて、対応するセル１２１に入射させる。また、ミラー１１８Ａは、レーザー光Ｌの残りを透過させ、ミラー１１８Ｂへ到達させる。これと同様にして、ミラー１１８Ｂ，１１８Ｃ，１１８Ｄにおいても、レーザー光Ｌが反射または透過されて、対応するセル１２１へ分岐され、入射する。なお、ミラー１１８Ｄは、レーザー光Ｌを全反射するものとしてもよい。

また、セルアレイ１２０において、Ａ−Ａ断面以外のＸ方向の構成は、ミラー１１６がミラー１１５Ａ〜１１５Ｃに代わる以外は、上述したＡ−Ａ断面と同様としている。そのため、ミラー１１５Ａ〜１１５ＣによってＸ方向（正方向）に反射されたレーザー光Ｌは、上述したミラー１１６を透過したレーザー光Ｌと同様にして、Ｘ方向に配置されたミラー１１８Ａ，１１８Ｂ，１１８Ｃ，１１８Ｄによって対応するセル１２１に照射される。

ミラー１１６，１１５Ａ〜１１５Ｃ，１１８Ａ〜１１８Ｄとしては、例えば、部分偏光ビームスプリッター、または偏光面方位によらず透過率が一定となる無偏光ビームスプリッターを用いることができる。なお、１６個のセル１２１に入射するレーザー光Ｌの光量は、均等であることが好ましい。そのため、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光に対して、ミラー１１６，１１５Ａ〜１１５Ｃ，１１８Ａ〜１１８Ｄの透過率および反射率を調整して、上記の光量が均等となるように設定している。

以上の構成によって、１本のレーザー光Ｌは、分岐光学素子１１７によって分岐され、１６個のセル１２１のそれぞれに１本ずつ照射される。

セル１２１の側面（Ｙ方向と略平行な面）には、遮蔽材１３１が設けられている。後述する遮蔽材１３１は、レーザー光Ｌなどの光に対して吸光性を有しているため、セル１２１間で光学的なクロストークが抑えられている。

レーザー光Ｌは、上述したように、磁場強度に応じて偏光面方位の変化を受け、セル１２１を透過する。レーザー光Ｌは、セル１２１を透過した後、偏光分離素子１０３にて偏光Ｌｐと偏光Ｌｓとに分離され、それぞれ受光素子１４１と受光素子１４２とに受光される。以上により、光照射部１０１から照射されたレーザー光Ｌは、セル１２１を透過した後、受光素子１４１，１４２に受光されて、磁場の計測に供される。

なお、図３において、磁場計測装置１００は、セル１２１をレーザー光Ｌが１回だけ透過する、所謂シングルパス方式として説明したが、この方式に限定されない。例えば、ミラーなどを用いて、セル１２１をレーザー光Ｌが複数回透過する、マルチパス方式としてもよい。また、レーザー光Ｌは、セル１２１に対して、必ずしもＹ方向と略平行に透過する必要はない。

＜セル＞
本実施形態のセルの構成について、図４を参照して説明する。図４は、セルを示す概略斜視図である。

図４に示したセル１２１は、本実施形態において第１室の例である主室１２２と、遮蔽材１３１とを有している。主室１２２は、略立方体の外殻に囲まれた内部空間である。上記外殻の１辺の長さは、例えば、約２ｃｍである。主室１２２には、レーザー光Ｌが入射する。上記の外殻は、略正方形の面ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの６面によって形成されている。主室１２２には、アルカリ金属（媒体）として、少なくとも一部にガス状のセシウムが封入され、外殻によって気密が維持されている。

面ａはレーザー光Ｌが入射する面であり、面ｂはレーザー光Ｌがセル１２１を透過して射出する面である。面ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、外殻のＹ方向と略平行な面（側面）であって、セル１２１をセルアレイ１２０として配置した際に、セル１２１同士が隣り合う面を含んでいる。

上述したように、レーザー光Ｌが入射すると、セル１２１（主室１２２）内のアルカリ金属の原子は、励起状態となる。この励起状態が基底状態に戻る（遷移する）際に、蛍光が発せられる。このような遷移に伴う蛍光は、遷移が生じる固有状態のエネルギー準位によって偏光の種別が決まる。上記の基底状態への遷移の場合、固有状態における全てのエネルギー準位に同じ確率で起きることから、発せられる蛍光は直線偏光や円偏光などが混在したものとなる。

そのため、上記蛍光が、隣り合うセル１２１に入射し、光学的なクロストークの原因となるおそれがあった。特に、心臓や脳などの生体組織の微弱な磁場を計測する場合に、光学的なクロストークに由来するノイズによって検出感度（分解能）が低下することがあった。そこで、上記蛍光の放出や入射を抑制するため、面ｃ，ｄ，ｅ，ｆには、遮蔽材１３１が設けられていてもよい。すなわち、面ａ，ｂには遮蔽材１３１が設けられていない。遮蔽材１３１は、面ｃ，ｄ，ｅ，ｆを連続して被覆するように設置されている。また、遮蔽材１３１は、レーザー光Ｌが透過する領域を除く領域に、設けられることが好ましい。すなわち、レーザー光Ｌの透過を阻害しない限り、セル１２１の外殻を広範囲に被覆することで、セル１２１間の光学的なクロストークがさらに抑えられる。したがって、セル１２１の側面以外の、レーザー光Ｌが入射する面ａ、レーザー光Ｌが射出する面ｂにおいても、レーザー光Ｌが透過する領域以外の領域に、遮蔽材１３１を設けてもよい。これにより、セル１２１の光学的な遮蔽性がいっそう向上する。

遮蔽材１３１は、吸光性を有している。すなわち、隣り合うセル１２１からの蛍光を適切に吸収する吸光性を有していることが好ましく、例えば、媒体のアルカリ金属原子がセシウムであり、Ｄ１吸収線を使用する場合には、波長８９４ｎｍ付近の光に対する透過率を、０．０１％以下とすることが好ましい。遮蔽材１３１がこのような吸光性を有することにより、遮蔽材１３１に入射した上記蛍光が、透過光や散乱光として放出されることが抑えられる。これによって、セル１２１の光学的な遮蔽性が向上する。

また、遮蔽材１３１は、非磁性であることが好ましい。遮蔽材１３１を非磁性とすることにより、セル１２１に収容されたアルカリ金属に対する、遮蔽材１３１由来の磁場の影響が低減される。そのため、磁場計測装置１００の検出感度をより改善することができる。

遮蔽材１３１は、布帛を含むことが好ましい。布帛の形成材料としては、特に限定されないが、例えば、綿、麻などの植物性繊維、絹、羊毛などの動物性繊維、ポリエステル、アセテート、ポリアミドなどの合成繊維、ポリ乳酸などの生分解性繊維などが挙げられる。遮蔽材１３１には、これらの少なくとも１種を、織物、編物、不織布などの布帛に加工したものを用いることができる。これらの布帛を着色材により黒色などに着色して、布帛の吸光性を高めることが好ましい。本実施形態の遮蔽材１３１では、カーボンブラックを主体とする着色材によって、ポリエステルの不織布を黒色に着色した布帛を用いている。

布帛を遮蔽材１３１として用いる場合、セル１２１への設置方法としては、例えば、布帛が持つ伸縮性を利用して被覆する方法、セル１２１の外殻と布帛との間に接着層を設ける方法などを採用することができる。遮蔽材１３１として用いる布帛の厚さは、吸光性が確保されれば特に限定されないが、例えば、約０．１ｍｍから約０．５ｍｍとすることができる。なお、遮蔽材１３１とセル１２１の外殻とは、必ずしも接している必要はない。

また、遮蔽材１３１は、布帛以外では、樹脂層を含むことが好ましい。樹脂層の形成材料としては、特に限定されないが、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル系樹脂などが挙げられ、これらの少なくとも１種を用いることができる。樹脂層には黒色などの着色材を添加して、樹脂層の吸光性を高めることが好ましい。

樹脂層を遮蔽材１３１に用いる場合、セル１２１への設置方法としては、液状の樹脂層原料をセル１２１の外殻に塗布して固化させる方法が採用可能である。また、予めシート状に成形した樹脂層を外殻に設置してもよい。遮蔽材１３１として用いる樹脂層の厚さは、吸光性が確保されれば特に限定されないが、例えば、約０．０５ｍｍから約０．１ｍｍとすることができる。

さらに、遮蔽材１３１には、上述した布帛や樹脂層を組み合わせて用いてもよい。吸光性を向上させるために、セル１２１（外殻）に対して、遮蔽材１３１として、布帛および樹脂層の双方を重ねて設置してもよい。また、設置する外殻の部位に応じて、布帛と樹脂層とを使い分けてもよい。なお、セルアレイ１２０の外縁側に配置されたセル１２１において、隣り合う面以外の側面については、遮蔽材１３１の設置を省略してもよい。

セル１２１（主室１２２）の内面には、炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素を含むパラフィン膜（図示せず）が設けられていてもよい。炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素としてパラフィンを含むパラフィン膜によって、励起された媒体（アルカリ金属）の原子がセルの内壁（内面）に直接衝突しにくくなり、媒体の励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、パラフィン膜が設けられていない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置１００の検出感度が時間経過と共に低下することを抑制できる。

セル１２１（主室１２２）には、バッファーガスとして、希ガスなどの不活性ガスが収容されていてもよい。セル１２１にバッファーガスを収容することにより、セル１２１内における媒体の移動がバッファーガスによって制限され、媒体がセル内壁に直接衝突することが妨げられる。この結果、レーザー光Ｌの照射によって生じた励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、バッファーガスがない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置１００の検出感度が時間経過と共に低下することを抑制できる。

以上に述べたように、上記実施形態に係る磁場計測装置１００およびセルアレイ１２０によれば、以下の効果を得ることができる。

上記実施形態によれば、複数のセル１２１は、それぞれ独立した遮蔽材１３１を有しているため、セル１２１同士の光学的なクロストークを抑えた上で、セル１２１のメンテナンス性を向上させることができる。詳しくは、セル１２１の光学的な遮蔽性が向上するため、隣り合うセル１２１同士の光学的なクロストークを抑えることができる。また、遮蔽材１３１は、セル１２１ごとに独立して設けられているため、セルアレイ１２０から、セル１２１を個別に容易に取り外し、交換することができる。これにより、従来よりもセル１２１のメンテナンス性が向上する。したがって、光学的なクロストークの抑制により検出感度が改善され、かつセル１２１のメンテナンス性を向上させた、磁場計測装置１００およびセルアレイ１２０を提供することができる。

セル１２１において、少なくとも隣り合う面に遮蔽材１３１が設けられ、側方に放出される蛍光が低減される。そのため、隣り合うセル１２１に向かって放出される蛍光と、隣り合うセル１２１から入射する蛍光との双方が低減される。これにより、セル１２１間の光学的なクロストークを抑えることができる。

遮蔽材１３１として黒色に着色した布帛（ポリエステルの不織布）を用いることにより、蛍光の吸光性がさらに向上して、光学的なクロストークがいっそう抑えられる。また、遮蔽材１３１が布帛を含むことによって、遮蔽材１３１の加工や設置が容易となることに加え、取扱い時の衝撃（外力）などに対する保護機能を付与することができる。さらに、非磁性の布帛を用いることで、磁場計測装置１００の検出感度を改善することができる。

（実施形態２）
＜セル＞
本実施形態に係るセルの構成について、図５を参照して説明する。図５は、実施形態２に係るセルにおいて、第１室の例である主室と、第２室の例である副室とを示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図５に示したセル２２１は、レーザー光Ｌが入射する第１室としての主室２２２と、主室２２２と連通する第２室としての副室２２３とを有している。主室２２２と副室２２３との外殻に囲まれた内部空間には、実施形態１と同様に、媒体としてセシウムが封入されている。主室２２２および副室２２３の外殻には遮蔽材２３１が設けられている。

主室２２２の外殻は、略正方形の面ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ（エル）の６面によって形成されている。副室２２３は略円柱状を成し、面ｊの外縁部に接して、主室２２２の外殻から突出して設けられている。副室２２３および主室２２２の外殻によって、セル２２１の内部は気密が維持されている。主室２２２および副室２２３の外殻は、上述した実施形態１と同様な形成材料を用いることができる。本実施形態では、主室２２２および副室２２３の外殻の形成材料として、石英を用いている。

面ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌのうち、面ｇはレーザー光Ｌが入射する面であり、面ｈはレーザー光Ｌがセル２２１を透過して射出する面である。面ｉ，ｊ，ｋ，ｌは、主室２２２の外殻のＹ方向と略平行な面（側面）であって、セル２２１をセルアレイ２２０（図示せず）として配置した際に、セル２２１同士が隣り合う面を含んでいる。

副室２２３は、セル２２１の製造工程において、セシウム（媒体）などをセル２２１（主室２２２）に収容するための導入部として設けられている。副室２２３の外殻に設けた開口部から、主室２２２にセシウムなどを導入した後、上記開口部をシール材などで加熱封止する方法を用いている。この方法によれば、主室２２２に開口部を設ける場合と比べて、開口部を封止する際に、収容されたセシウムなどにかかる熱負荷を低減することができる。

また、副室２２３を設けることにより、上記開口部から、セシウム、バッファーガスなどが収納されたアンプルを、副室２２３へ導入する製造方法を採用することも可能となる。これによれば、上記アンプルを副室２２３へ導入した後、上記開口部を封止する。次いで、レーザー光の照射などを用いてアンプルを開封し、セシウムなどを主室２２２に蒸散させて収容させることができる。この製造方法によっても、セシウムなどにかかる熱負荷を低減することができる。

遮蔽材２３１は、副室２２３の外殻全面、および主室２２２の面ｉ，ｊ，ｋ，ｌを覆って設けられている。すなわち、面ｇ，ｈには遮蔽材２３１は設けられていない。遮蔽材２３１によって、セル２２１から放出される蛍光、およびセル２２１へ入射する蛍光を抑制することができる。遮蔽材２３１は、吸光性および非磁性を備えた樹脂層を含んでいる。樹脂層としては、実施形態１で述べた形成材料を用いることができる。本実施形態では、遮蔽材２３１の形成材料としてアクリル系樹脂を用い、カーボンブラックを主体とする着色剤を添加して吸光性を向上させている。

樹脂層の設置方法としては、上述した方法が採用できる。本実施形態では、水を主体とした媒体に、上記アクリル系樹脂の微粒子およびカーボンブラック顔料を分散させたエマルションを用いている。上記エマルションは液体であるため、セル２２１に対して塗布することで遮蔽材２３１を設置することができる。上記エマルションを塗布後に乾燥させることによって、被膜（樹脂層）が形成される。この方法によれば、セル２２１から突出した副室２２３の外殻に対しても、遮蔽材２３１の設置を容易にすることができる。すなわち、布帛製遮蔽材の設置が難しい、凹凸を有する領域への設置に適している。

本実施形態では、遮蔽材２３１の設置に水系のアクリル系樹脂エマルションを用いたが、これに限定されない。例えば、非水系のエマルション、熱硬化型やエネルギー線硬化型のコート材などを用いてもよい。また、樹脂層を予めシート状に成形した後、セル２２１に設置する方法を用いてもよい。

なお、本実施形態では、副室２２３をセル２２１の側面（面ｊ）に設けたが、これに限定されない。例えば、レーザー光Ｌが透過する面ｇ，ｈにおいて、レーザー光Ｌが透過する領域以外に設けてもよい。また、副室２２３の形状は略円柱形に限定されるものではなく、その他の柱状、錐形状などであってもよく、部分的に断面形状が異なっていてもよい。

上述したように、セル２２１は、主室２２２に接して副室２２３を有し、副室２２３の外殻にも遮蔽材２３１を設けた点が、実施形態１とは異なっている。以上に述べたように、上記実施形態に係るセル２２１によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

上記実施形態によれば、遮蔽材２３１が樹脂層を含むため、遮蔽材２３１の形成材料を液状にすることができる。そのため、塗布によって遮蔽材２３１を設置することが可能となる。これにより、設置領域に凹凸などがあっても遮蔽材２３１を設置可能となり、セル２２１の遮蔽性を向上させることができる。また、セル２２１のメンテナンス性を確保した上で、セル２２１を含むセルアレイ２２０や磁場計測装置において、光学的なクロストークを抑えて、検出感度を向上させることができる。

副室２２３の外殻も遮蔽材２３１で被覆されるため、主室２２２で発生し、副室２２３から漏れ出した蛍光が、磁場の計測においてノイズとなることを効果的に抑制することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
＜セル＞
実施形態１では、レーザー光Ｌが入射する面（面ａ）と、レーザー光Ｌが射出する面（面ｂ）とには、遮蔽材１３１が設置されない構成として説明したが、この構成に限定されるものではない。本変形例に係るセルの構成について、図６を参照して説明する。図６は、変形例１に係るセルを示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図６に示したセル３２１は、レーザー光Ｌが入射する主室３２２と、遮蔽材３３１とを有している。主室３２２は、略立方体の外殻に囲まれた内部空間である。主室３２２には、レーザー光Ｌが入射する。上記の外殻は、略正方形の面ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒの６面によって形成されている。主室３２２には、実施形態１と同様にセシウムが封入され、外殻によって気密が維持されている。

面ｍはレーザー光Ｌが入射する面であり、面ｎはレーザー光Ｌがセル３２１を透過して射出する面である。面ｏ，ｐ，ｑ，ｒは、外殻のＹ方向と略平行な面（側面）であって、複数のセル３２１をセルアレイ３２０（図示せず）として配置した際に、セル３２１同士が隣り合う面を含んでいる。

遮蔽材３３１は、主室３２２を形成する外殻（面ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒ）において、レーザー光Ｌが透過（入射または射出）する領域を除く領域に設けられている。すなわち、上記外殻において、面ｍのレーザー光Ｌが透過する領域３３５、および面ｎのレーザー光Ｌが透過する領域３３６以外には、遮蔽材３３１が設置されている。ここで、領域３３５および領域３３６の大きさは、レーザー光Ｌのビーム直径以上とすることが好ましい。なお、レーザー光Ｌが透過する領域３３５，３３６を略円形としたが、この形状に限定されない。また、領域３３５、領域３３６の位置は、それぞれ面ｍ、面ｎの略中央でなくてもよい。

遮蔽材３３１の形成材料としては、上述した形成材料を用いることができる。遮蔽材３３１としては、カーボンブラックを主体とする着色材によって、綿製のベルベットを黒色に着色した布帛を用いている。

以上述べたように、本変形例に係るセル３２１によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。レーザー光Ｌが透過する領域３３５，３３６を除いて、レーザー光Ｌが透過する面ｍ，ｎにも遮蔽材３３１が設置されているため、セル３２１の遮光性がいっそう向上する。これにより、複数のセル３２１を含むセルアレイ３２０（図示せず）や磁場計測装置において、光学的なクロストークをさらに抑えて、検出感度をいっそう向上させることができる。

（変形例２）
＜セル＞
本変形例に係るセルの構成について、図７を参照して説明する。図７は、変形例２に係るセルを示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図７に示したセル４２１は、レーザー光Ｌが入射する主室４２２と、遮蔽材４３１とを有している。主室４２２は、略立方体の外殻に囲まれた内部空間である。主室４２２には、レーザー光Ｌが入射する。上記の外殻は、略正方形の面ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗ，αの６面によって形成されている。主室４２２には、実施形態１と同様にセシウムが封入され、外殻によって気密が維持されている。

面ｓはレーザー光Ｌが入射する面であり、面ｔはレーザー光Ｌがセル４２１を透過して射出する面である。面ｕ，ｖ，ｗ，αは、外殻のＹ方向と略平行な面（側面）であって、複数のセル４２１をセルアレイ４２０（図示せず）として配置した際に、セル４２１同士が隣り合う面を含んでいる。

遮蔽材４３１は、主室４２２を形成する外殻（面ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗ，α）のうち、側面（面ｕ，ｖ，ｗ，α）と、面ｔにおけるレーザー光Ｌが透過する領域４３６を除く領域とに設けられている。換言すれば、面ｓおよび領域４３６には、遮蔽材４３１が設けられていない。すなわち、レーザー光Ｌが射出する面ｔにも遮蔽材４３１を設置した点が、実施形態１とは異なっている。上記領域４３６の大きさは、レーザー光Ｌのビーム直径以上とすることが好ましい。遮蔽材４３１としては、実施形態１と同様な形成材料を用いている。

以上述べたように、本変形例に係るセル４２１によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。レーザー光Ｌが透過する領域４３６を除いて、レーザー光Ｌが射出する面ｔにも遮蔽材４３１が設置されているため、セル４２１の遮光性がより向上する。また、レーザー光Ｌが入射する面ｓには遮蔽材４３１を設けないため、上述した変形例１と比べて、セル４２１の構造が簡略化されて製造が容易になる。これにより、複数のセル４２１を含むセルアレイ４２０（図示せず）や磁場計測装置において、簡略化された構成で、光学的なクロストークをさらに抑えることができる。

（変形例３）
＜セル＞
本変形例に係るセルは、上述した布帛や樹脂層に代えて、遮蔽材として遮蔽容器を用いている。すなわち、１つのセルを１つの遮蔽容器に収納し、複数配置してセルアレイを形成する。遮蔽容器には、セルに対してレーザー光Ｌが透過可能なように、対応する領域に開口部が設けられている。遮蔽容器の形成材料としては、吸光性を有し、非磁性であれば特に限定されない。具体的には、例えば、カーボンブラックなどを混練した、ゴム材、樹脂などが挙げられる。これによれば、収納するセルを交換しても、遮蔽容器は再使用が可能であるため、セルアレイ、磁場計測装置のメンテナンス性をさらに向上させることができる。

１００…磁場計測装置、１１１…光源、１２０…セルアレイ、１２１，２２１，３２１，４２１…セル（第１のセル、第２のセル）、１２２，２２２，３２２，４２２…主室、１３１，２３１，３３１，４３１…遮蔽材、２２３…副室、３３５，３３６，４３６…レーザー光Ｌが透過する領域、Ｌ…レーザー光、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｎ，ｏ，ｐ，ｑ，ｒ，ｓ，ｔ，ｕ，ｖ，ｗ，α…面。

Claims (11)

1. 入射したプローブ光の偏光回転角を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した第１のセル、および第２のセル、を含むセルアレイと、
   前記プローブ光を射出する光源と、
   前記第１のセルおよび前記第２のセルのそれぞれに設けられた遮蔽材と、を有する磁場計測装置。
2. 前記遮蔽材は、前記第１のセルと前記第２のセルとにおいて、隣り合う面に設けられている請求項１に記載の磁場計測装置。
3. 前記第１のセルおよび前記第２のセルは、それぞれ前記プローブ光が入射する第１室を有し、
   前記遮蔽材は、前記第１室を形成する外殻において、前記プローブ光が透過する領域を除く領域に設けられている請求項１または請求項２に記載の磁場計測装置。
4. 前記遮蔽材は、吸光性を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
5. 前記遮蔽材は、布帛を含む請求項４に記載の磁場計測装置。
6. 前記遮蔽材は、樹脂層を含む請求項４または請求項５に記載の磁場計測装置。
7. 前記媒体は、アルカリ金属を含む請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
8. 前記第１のセルおよび前記第２のセルには、バッファーガスが収容されている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
9. 前記第１のセルおよび前記第２のセルの内面には、炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素を含むパラフィン膜が設けられている請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
10. 前記第１のセルおよび前記第２のセルは、それぞれ前記プローブ光が入射する前記第１室と、前記第１室に連通する第２室と、を有し、
    前記第１室および前記第２室に、前記遮蔽材が設けられている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
11. 入射したプローブ光の偏光面方位を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容した少なくとも第１のセルおよび第２のセルと、
    前記第１のセルおよび前記第２のセルのそれぞれに設けられた遮蔽材と、を有し、
    少なくとも前記第１のセルおよび前記第２のセルが隣り合って配置されたセルアレイ。

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