JP5736795B2 - 磁場測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁場を測定する技術に関する。

光ポンピングを利用した磁気センサーが、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging：磁気
共鳴画像法）装置などに用いられている。この磁気センサーにおいては、円偏光成分を有
するポンプ光と直線偏光成分を有するプローブ光とが交差するように（望ましくは、直交
するように）セルに照射され、さらに、これらの光の照射方向に対して直交する方向の磁
場が印加される（例えば、特許文献１参照）。

ポンプ光とプローブ光が照射されるセルには、アルカリ金属などの原子が気体の状態で
封入されている。この原子は、ポンプ光により励起されると外部から印加された磁場に応
じてプローブ光に含まれる直線偏光の偏光面を回転させる。磁気センサーは、このセルを
透過したプローブ光の偏光面の回転角を計測することで、磁場を測定する。

ところで、磁場の測定に先駆けて、上述した原子が気体の状態を保つようにセルが加熱
されるが、測定の最中や、測定が終了した後に、セルの温度制御がなされない期間がある
ために、セル内の原子が露点以下に冷やされて壁面等に析出（結露）することがある。こ
のとき、セルの壁面のうち、磁場測定のための光（ポンプ光やプローブ光）が照射される
領域に原子が析出すると、析出したその原子が光を吸収して測定の妨げとなる。このよう
な領域への原子の析出を低減させるために、例えば、特許文献２は、容器の窓部以外の部
分（特に窓部近傍）に、容器内部に向かって凹部を有する複数の突起部を設けるとともに
、容器を加熱するヒーターを設けることを開示する。特許文献２に記載の技術は、突起部
を冷却するとともにヒーターによって容器の窓部を加熱することで、突起部よりも窓部が
高温となる温度勾配を発生させ、その突起部にアルカリ金属を集める。

特開２００９−１４７０８号公報 特開２０１０−２０５８７５号公報

しかしながら、突起部を冷却する冷却装置に例えばペルティエ素子を採用した場合、こ
れにより発生する磁気ノイズが、上記の回転角の計測に影響する可能性があるため、計測
中に突起部を冷却することは望ましくない。そのため、計測中において、ペルティエ素子
等にセルを冷却させ続けるべきではない。

本発明は、光の照射される領域に原子が析出することを抑制するために、適切なタイミ
ングでセル内部に温度勾配を発生させることを目的とする。

本発明は、指示を示す指示信号を取得する取得手段と、光により励起されると磁場に応
じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を内部に封入し、当該原子に照射される前記直線
偏光を透過させるセルと、前記セルを透過した前記直線偏光の偏光面の回転角を計測する
計測部と、前記セルを外部から加熱する加熱部と、前記取得手段が前記計測部による計測
を停止する旨の指示を示す指示信号を取得すると、前記計測部に計測を停止させ、前記加
熱部に加熱を停止させるとともに、前記セルのうち前記光が照射される部分よりも温度が
低い前記光の照射されない部分が存在するように前記セルの内部に温度勾配を発生させる
温度勾配発生部とを備えることを特徴とする磁場測定装置を提供する。この構成によれば
、光の照射される領域に原子が析出することを抑制するために、適切なタイミングでセル
内部に温度勾配を発生させることができる。

上記磁場測定装置において、前記温度勾配発生部は、前記取得手段が前記計測部による
計測を開始する旨の指示を示す指示信号を取得すると、前記計測部に計測を開始させ、前
記加熱部に加熱を開始させるとともに、前記温度勾配を発生させるとよい。この構成によ
れば、磁場の測定を開始する際において、光の照射される領域に原子が析出することを抑
制するために、適切なタイミングでセル内部に温度勾配を発生させることができる。

また、上記磁場測定装置において、前記温度勾配発生部は、前記光が照射される部分を
加熱する補助加熱部を有してもよい。
また、上記磁場測定装置において、前記温度勾配発生部は、前記光が照射されない部分
を冷却する冷却部を有してもよい。

第１実施形態に係る磁場測定装置の構成を示す図である。 第１実施形態に係るセルの構成を示す斜視図である。 被覆層によってセルが覆われた様子を示す図である。 図３における矢視IV−IVからセル等を見た断面図である。 図３における矢視V−Vからセル等を見た断面図である。 磁場測定装置の制御に関する構成を示すブロック図である。 制御部による磁場測定装置の制御のタイミングを示す図である。 第２実施形態に係る磁場測定装置の構成を示す図である。 第２実施形態に係るセルの構成を示す斜視図である。 補助加熱部によって被覆層およびセルが覆われた様子を示す図である。 図１０における矢視XI−XIからセル等を見た断面図である。 磁場測定装置の制御に関する構成を示すブロック図である。 制御部による磁場測定装置の制御のタイミングを示す図である。

１．第１実施形態
１−１．構成
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁場測定装置１００の構成を示す図である。磁場
測定装置１００は、例えば心磁（心臓からの磁気）や脳磁（脳からの磁気）などの生体か
ら発生する微弱な磁場の測定に用いられる。磁場測定装置１００は、セル１と、被覆層２
と、ポンプ光照射部３と、プローブ光照射部４と、プローブ光計測部５と、冷却部６と、
加熱部７とを備える。

磁場測定装置１００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。図１に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描
いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。また、後述する図４に示す
座標記号のうち、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方向、
−ｙ方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

図１に示すように、セル１は被覆層２に覆われており、セル１の−ｘ方向には、ポンプ
光照射部３が設置される。ポンプ光照射部３は円偏光成分を有するポンプ光を、＋ｘ方向
に平行な矢印Ｄ１方向に沿ってセル１に照射する。

プローブ光照射部４は、セル１の−ｙ方向に設置されており、直線偏光成分を有するプ
ローブ光を、＋ｙ方向に平行な矢印Ｄ２方向に沿ってセル１に照射する。プローブ光計測
部５は、セル１の＋ｙ方向に設置される。プローブ光計測部５は、プローブ光照射部４か
ら矢印Ｄ２方向に沿って照射され、セル１を透過したプローブ光を受ける。磁場測定装置
１００は、測定対象の磁場の中にセル１が位置するように配置される。具体的には、磁場
測定装置１００は、セル１から見て−ｚ方向に測定対象が位置するように配置される。

図２は、第１実施形態に係るセル１の構成を示す斜視図である。セル１は、中空の立方
体の一面から末端が閉ざされた管が延びた形状をしており、ガラス等の光を透過する材料
で形成される。セル１の上述した中空の立方体は、外部と内部とを仕切り、光を透過する
少なくとも４枚の部材を有している。この光を透過する４枚の部材とは、セル１の＋ｘ方
向、−ｘ方向、＋ｙ方向、および−ｙ方向に面した各部材であり、−ｘ方向の部材を壁面
１１ａ（図２において図示せず）と、＋ｘ方向の部材を壁面１１ｂという。また、セル１
の部材のうち、−ｙ方向の部材を壁面１２ａと、＋ｙ方向の部材を壁面１２ｂ（図２にお
いて図示せず）という。また、セル１を構成する部材のうちポンプ光およびプローブ光が
照射されない＋ｚ方向の部材を壁面１３ｂといい、−ｚ方向の部材を壁面１３ａという（
図２において図示せず）。そして、壁面１３ｂから＋ｚ方向に延びてさらに−ｘ方向に曲
がる、末端の閉塞された筒状の部材を筒状部１４という。なお、セル１の形状は、他の立
体形状であってもよい。

セル１の内部には、例えばアルカリ金属などの原子（以下、偏光面回転物質という）が
気体の状態（すなわちガス状態）で封入される。この偏光面回転物質は、例えばリチウム
（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ
）、フランシウム（Ｆｒ）である。セル１内の原子は、円偏光により励起されて原子の外
殻電子のスピンが偏極される。なお、セル１の内部には、典型的には単一種類の偏光面回
転物質が封入されるが、複数種類の偏光面回転物質が含まれていてもよい。また、セル１
内の原子は、常時気体の状態である必要はなく、磁場の測定を行うときに気体の状態であ
ればよい。さらに、セル１の内部には、セル１の壁との衝突等による偏光面回転物質の緩
和を穏やかにするために、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ）などが緩衝ガスとして含まれて
いてもよい。

冷却部６は、例えばペルティエ素子であり、筒状部１４の末端に接触してその接触面か
ら吸熱することでセル１の内部に封入された気体を冷却する。加熱部７は、例えば電熱ヒ
ーターであり、セル１と壁面１３ａで接触し、その接触面を介してセル１の内部に封入さ
れた気体を加熱する。

被覆層２は、＋ｚ方向および−ｚ方向にそれぞれ正方形の開口部を有する四角柱状の部
材であり、セル１を−ｚ方向に移動させてその開口部に嵌め込むことで、壁面１１ａ、壁
面１１ｂ、壁面１２ａ、および壁面１２ｂに接し、これらをそれぞれ外側から覆う。

図３は、被覆層２によってセル１が覆われた様子を示す図である。図４は、図３におけ
る矢視IV−IVからセル１、被覆層２、冷却部６、および加熱部７を見た断面図である。そ
して、図５は、図３における矢視V−Vからセル１、被覆層２、冷却部６、および加熱部７
を見た断面図である。被覆層２には、ポンプ光を透過させるための孔２１ａ（図２におい
て図示せず）および孔２１ｂと、プローブ光を透過させるための孔２２ａおよび孔２２ｂ
（図２において図示せず）が設けられている。

被覆層２は、材質として例えば炭化ケイ素などを含んでおり、セル１内に封入された原
子をガス状態にするために加熱部７がセル１を加熱するときに、セル１とともに加熱され
る。

ポンプ光照射部３は、光源と、半波長板と、偏光ビームスプリッターと、四分の一波長
板とを備える。光源は、無偏光のレーザー光を図１に示す矢印Ｄ１方向に照射する。半波
長板は、光源から照射された光の偏光面を回転させる。偏向ビームスプリッターは、半波
長板を透過した光のｐ偏光成分（入射面に対して平行な成分）を透過させ、ｓ偏光成分（
入射面に対して垂直な成分）を反射させる。このｓ偏光成分は、例えばレーザー光の出力
のモニタリングに用いられてもよいし、光を吸収する部材により吸収されてもよい。四分
の一波長板は、偏向ビームスプリッターを透過した光を円偏光に変化させる。これにより
、四分の一波長板を透過した光は、円偏光成分を有するポンプ光となる。

プローブ光照射部４は、光源と、半波長板と、偏向ビームスプリッターと、偏光板とを
備える。光源は、無偏光のレーザー光を図１に示す矢印Ｄ２方向に照射する。半波長板は
、光源から照射された光の偏光面を回転させる。偏向ビームスプリッターは、半波長板を
透過した光のｐ偏光成分を透過させ、ｓ偏光成分を反射させる。偏光板は、偏向ビームス
プリッターを透過した光のうち特定方向に偏光した光だけを透過させる。これにより、偏
光板を透過した光は、直線偏光成分を有するプローブ光となる。なお、ポンプ光とプロー
ブ光とは、互いに直交する関係であることが好ましいが、交差する関係であれば完全に直
交しなくてもよい。

プローブ光計測部５は、プローブ光照射部４から照射されセル１を透過したプローブ光
を検出し、検出したプローブ光に含まれる直線偏光の偏光面の回転角を計測する。プロー
ブ光計測部５は、半波長板と、液晶パネルと、光センサーと、Ａ／Ｄ変換器と、メモリー
と、演算部とを備える。半波長板は、セル１を透過したプローブ光の偏光面を回転させる
。液晶パネルは、ネマティック液晶と呼ばれる液晶を用いて、半波長板を通過したプロー
ブ光のｐ偏光成分又はｓ偏光成分を透過させる。ここで液晶パネルは時分割制御されるた
め、上述したｐ偏光成分とｓ偏光成分とは時分割された期間ごとに透過されて分離される
。

光センサーは、例えばフォトダイオードであり、液晶パネルを透過したプローブ光を電
気信号に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器は、光センサーから出力された電気信号をデジ
タルデータに変換して出力する。メモリーは、Ａ／Ｄ変換器から出力されたデータを記憶
する。演算部は、メモリーに記憶されたデータを用いて、光センサーにより検出されたプ
ローブ光のｐ偏光成分とｓ偏光成分との差分を算出する。なお、プローブ光計測部５は、
偏光ビームスプリッターを用いて、セル１を透過したプローブ光をｐ偏光成分とｓ偏光成
分に分離し、これらの差分を算出してもよい。

図６は、磁場測定装置１００の制御に関する構成を示すブロック図である。制御部９は
、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random
Access Memory）や、ハードディスクドライブなどの記憶部を有し、記憶部やＲＯＭに記
憶されているコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、ポンプ光照射
部３、プローブ光照射部４、プローブ光計測部５、冷却部６、および加熱部７を制御する
。なお、制御部９は、利用者からの操作を受け付ける操作部や、操作部を備えた外部機器
と通信を行う通信インターフェイスなどを備えており、これらを介して利用者の指示を示
す指示信号を取得する。なお、これら操作部や通信インターフェイスなどは、利用者から
の指示を受け付けているが、例えば、異常が検知された際における緊急停止指示のように
、利用者以外からの指示を受け付けてもよい。要するに、これら操作部や通信インターフ
ェイスなどは、指示を示す指示信号を取得する取得手段の一例である。

磁場測定装置１００は、これらの構成のほかに、例えば、測定対象以外の磁場を遮蔽す
るための磁気シールドや、外部からの磁場に対する補正用の磁場を印加するコイルなどを
備えていてもよい。また、被覆層２が磁気シールドを兼ねていてもよい。

１−２．動作
次に、磁場測定装置１００の動作を説明する。図７は、制御部９による磁場測定装置１
００の制御のタイミングを示す図である。同図における横軸は時間経過を表しており、縦
軸には、制御される構成が行ごとに配列されている。Ｃｉｎは制御部９が利用者から操作
を受け取るタイミングを示す行である。Ｃ７は加熱部７がセル１を加熱するタイミングを
示す行である。Ｃ６は冷却部６がセル１を冷却するタイミングを示す行である。Ｃ３はポ
ンプ光照射部３がポンプ光を照射するタイミングを示す行である。Ｃ４はプローブ光照射
部４がプローブ光を照射するタイミングを示す行である。Ｃ５はプローブ光計測部５が直
線偏光の偏光面の回転角を計測するタイミングを示す行である。

時刻ｔ０において、制御部９が利用者から磁場の測定を開始する旨の指示を示す指示信
号Ｓｏｎを取得すると、制御部９は、加熱部７に加熱を開始させるとともに、冷却部６に
冷却を開始させる。加熱部７による加熱が開始されると例えば壁面１３ａの内壁に付着し
た固体ないし液体の偏光面回転物質が急激にガス化し、壁面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１
２ｂ（以下、光透過壁面という）の内壁の温度が偏光面回転物質の露点以下となるような
ガス分圧となり、その結果これらの内壁に偏光面回転物質が結露する場合がある。冷却部
６により筒状部１４の末端を冷却することで、光透過壁面においてこのような急激なガス
化に伴う結露が防止される。

Δｔ１は実験などに基づいて設定される時間であり、加熱部７による加熱の開始から、
系における熱の出入りがほぼ均衡して、セル１の内部の温度が安定し、セル１に封入され
た偏光面回転物質のガス濃度が予め決められた濃度に到達するまでの時間を示している。
時刻ｔ０からΔｔ１が経過した時刻ｔ１において、制御部９はポンプ光照射部３にポンプ
光の照射を開始させる。セル１の内部において偏光面回転物質が上述したような安定状態
になることで、磁場の測定が可能となるからである。

ポンプ光照射部３が、セル１にポンプ光を照射することにより、セル１内の偏光面回転
物質は励起状態となる。このとき、セル１内の偏光面回転物質は、セル１に印加された測
定対象の磁場に応じたトルクを受けて歳差運動を行う。

Δｔ２は実験などに基づいて設定される時間であり、加熱部７による加熱の開始から、
光透過壁面が加熱部７により温められることによって、その温度が光透過壁面の近傍にお
ける偏光面回転物質の露点を充分に上回るまでの時間を示している。時刻ｔ０からΔｔ２
が経過した時刻ｔ２において、制御部９は冷却部６に冷却を停止させる。光透過壁面の温
度がその近傍における偏光面回転物質の露点を充分に上回ることで、光透過壁面へ偏光面
回転物質が結露する可能性が低下するからである。なお、図７において、Δｔ２＞Δｔ１
であるが、Δｔ１＞Δｔ２であってもよい。

Δｔ３は実験などに基づいて設定される時間であり、ポンプ光照射部３によるポンプ光
の照射の開始から、セル１に封入されガス状態となった偏光面回転物質の励起状態が安定
するまでの時間を示している。時刻ｔ１からΔｔ３が経過した時刻ｔ３において、制御部
９は、プローブ光照射部４にプローブ光の照射を開始させる。偏光面回転物質の励起状態
が安定することで、正確な磁場の測定が可能となるからである。

プローブ光照射部４によりセル１に照射されたこのプローブ光は、セル１の内部を通過
するときに、セル１内の偏光面回転物質の歳差運動により、その偏光面が回転される。こ
の偏光面の回転角は、セル１に印加された測定対象の磁場に応じた大きさを有する。つま
り、この偏光面回転物質は、光により励起されるとセル１の外部から印加される磁場に応
じて直線偏光の偏光面を回転させる原子の一例である。

Δｔ４は実験などに基づいて設定される時間であり、プローブ光照射部４によるプロー
ブ光の照射の開始から、照射されたそのプローブ光の偏光面の回転角が安定するまでの時
間を示している。時刻ｔ３からΔｔ４が経過した時刻ｔ４において、制御部９は、プロー
ブ光計測部５に、プローブ光に含まれる直線偏光における偏光面の回転角の計測を開始さ
せる。安定した回転角を計測するためである。なお、上述した時刻ｔ２において、冷却部
６が停止されているが、冷却部６はプローブ光計測部５による回転角の計測が開始される
時刻ｔ４までに停止されていることが望ましい。冷却部６が、ペルティエ素子である場合
に、発生する磁気ノイズがプローブ光計測部５による計測に影響する可能性があるからで
ある。

セル１を透過したプローブ光は、プローブ光計測部５に備えられた半波長板により偏光
面が回転され、液晶パネルに到達する。プローブ光計測部５は、到達したプローブ光をｓ
偏光成分とｐ偏光成分とに分離し、ｐ偏光成分とｓ偏光成分との差分を算出する。これに
より、セル１の内部を通過するときに回転されたプローブ光の偏光面の回転角が得られる
。この偏光面の回転角は、セル１に印加された測定対象の磁場に応じた大きさを有する。
従って、磁場測定装置１００は、プローブ光の偏光面の回転角を求めることにより、測定
対象の磁場を測定する。

なお、磁場測定装置１００が、セル１の内部の温度を測定する温度測定部（図示せず）
を備えている場合、この温度測定部が測定する温度が予め決められた温度を下回らないよ
うに、制御部９は加熱部７を制御してもよい。これにより、セル１が過剰に加熱されるこ
とと、その加熱が不足することもなくなるので、エネルギーの節約に資するとともに、プ
ローブ光計測部５による計測中にセル１内部において偏光面回転物質が結露する可能性が
低減する。

次に、時刻ｔ５において、制御部９が利用者から磁場の測定を終了する旨の指示を示す
指示信号Ｓｏｆｆを取得すると、制御部９は、加熱部７によるセル１の加熱、ポンプ光照
射部３によるポンプ光の照射、プローブ光照射部４によるプローブ光の照射、およびプロ
ーブ光計測部５による回転角の計測を停止させるとともに、冷却部６に冷却を開始（再開
）させる。冷却部６により筒状部１４の末端が冷却されると、セル１の内壁のうち、筒状
部１４の末端に対応する部分（以下、末端部という）の温度が最低温度になる。すなわち
、セル１の内壁に温度勾配が生じる。これにより、セル１に封入されガス状態となってい
る偏光面回転物質は光透過壁面よりも末端部に結露しやすくなる。その結果、セル１内部
の偏光面回転物質の濃度が低下し、光透過壁面にこれが結露する可能性が低減する。

Δｔ６は実験などに基づいて設定される時間であり、冷却部６による冷却の再開から、
セル１内部の偏光面回転物質の濃度が予め決められた濃度を下回るまでの時間を示してい
る。時刻ｔ５からΔｔ６が経過した時刻ｔ６において、制御部９は冷却部６に筒状部１４
の冷却を停止させる。セル１に封入された偏光面回転物質のガス濃度が予め決められた濃
度に到達することにより、想定している外気温によって冷却され熱的に定常状態となった
セル１内部に新たに偏光面回転物質が結露する可能性、すなわち光透過壁面に偏光面回転
物質が結露する可能性が低減するからである。

なお、時刻ｔ５において、制御部９は加熱部７によるセル１の加熱を停止していたが、
図中破線で示すように、時刻ｔ５から一定時間にわたって加熱部７に加熱を続けさせても
よい。加熱部７が接している壁面１３ａから光透過壁面までの距離は壁面１３ａから末端
部までよりも近いため、加熱部７による加熱を継続させることで、光透過壁面の温度を上
昇させ、偏光面回転物質の結露が防止される可能性が高まるからである。

以上説明したように、利用者から磁場の測定を開始する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｎ
や、測定を終了する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｆｆを取得したことを契機として、磁場
測定装置１００の制御部９は冷却部６による筒状部１４の冷却を開始させる。磁場の測定
を開始する時や終了する時には、セル１の温度変化が激しくなる。したがって、そのよう
な時に、冷却部６による冷却を開始させることで、磁場測定装置１００は、セル１の内壁
に温度勾配を生じさせる。そして、その温度勾配によりセル１の内部でガス状態となって
いる偏光面回転物質のうち結露する可能性があるものは冷却している筒状部１４の末端部
に集まるため、光透過壁面における結露が防止される。

２．第２実施形態
２−１．構成
図８は、本発明の第２実施形態に係る磁場測定装置１００ａの構成を示す図である。磁
場測定装置１００ａは、冷却部６に代えて補助加熱部８が備えられている点が上述した第
１実施形態に係る磁場測定装置１００と相違している。以下、磁場測定装置１００ａにつ
いて、磁場測定装置１００と相違する点について主に説明する。

図９は、第２実施形態に係るセル１の構成を示す斜視図である。第２実施形態において
、セル１は第１実施形態と同じように、被覆層２によって＋ｘ方向、−ｘ方向、＋ｙ方向
、および−ｙ方向が覆われているが、被覆層２はさらに、補助加熱部８によってこれらの
方向が覆われている。補助加熱部８は、例えば電熱ヒーターであり、被覆層２を介してセ
ル１およびその内部を加熱する加熱手段である。なお、図９に示すように、補助加熱部８
は、＋ｚ方向に配置される補助加熱部８ａと−ｚ方向に配置される補助加熱部８ｂに分離
されていてもよい。

図１０は、補助加熱部８によって被覆層２およびセル１が覆われた様子を示す図である
。図１１は、図１０における矢視XI−XIからセル１、被覆層２、加熱部７、および補助加
熱部８を見た断面図である。被覆層２には、ポンプ光を透過させるための孔２１ａ（図２
において図示せず）および孔２１ｂと、プローブ光を透過させるための孔２２ａおよび孔
２２ｂ（図２において図示せず）が設けられている。補助加熱部８ａと補助加熱部８ｂは
上下に重ねられる。これら補助加熱部８には、その重なった部分において上述した被覆層
２に設けられた孔に対応する部分に孔が設けられている。これにより、セル１に照射され
るポンプ光およびプローブ光は被覆層２および補助加熱部８によって妨げられることなく
透過する。

図１２は、磁場測定装置１００ａの制御に関する構成を示すブロック図である。制御部
９ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（R
andom Access Memory）や、ハードディスクドライブなどの記憶部を有し、記憶部やＲＯ
Ｍに記憶されているコンピュータープログラムを読み出して実行することにより、ポンプ
光照射部３，プローブ光照射部４、プローブ光計測部５、加熱部７、および補助加熱部８
を制御する。その他の点において、制御部９ａは制御部９と共通するため、説明を省略す
る。

２−２．動作
次に、磁場測定装置１００ａの動作を説明する。図１３は、制御部９ａによる磁場測定
装置１００ａの制御のタイミングを示す図である。同図における横軸は時間経過を表して
おり、縦軸には、制御される構成が行ごとに配列されている。図１３には、図７に記載さ
れたＣ６に代えてＣ８が記載されている。このＣ８は補助加熱部８が被覆層２を介してセ
ル１を加熱するタイミングを示す行である。その他の行は、図１３は図７と共通するため
説明を省略する。

時刻ｔ０において、制御部９が利用者から磁場の測定を開始する旨の指示を示す指示信
号Ｓｏｎを取得すると、制御部９は、加熱部７にセル１の加熱を開始させるとともに、補
助加熱部８に加熱を開始させる。
また、時刻ｔ０からΔｔ２が経過した時刻ｔ２において、制御部９は補助加熱部８に被
覆層２を介したセル１の加熱を停止させる。
また、時刻ｔ５において、制御部９が利用者から磁場の測定を終了する旨の指示を示す
指示信号Ｓｏｆｆを取得すると、制御部９は、加熱部７によるセル１の加熱、ポンプ光照
射部３によるポンプ光の照射、プローブ光照射部４によるプローブ光の照射、およびプロ
ーブ光計測部５による回転角の計測を停止させるとともに、補助加熱部８に被覆層２を介
したセル１の加熱を開始（再開）させる。
そして、時刻ｔ５からΔｔ６が経過した時刻ｔ６において、制御部９は補助加熱部８に
被覆層２を介したセル１の加熱を停止させる。

以上説明したように、利用者から磁場の測定を開始する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｎ
や、測定を終了する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｆｆを取得したことを契機として、磁場
測定装置１００の制御部９は補助加熱部８に被覆層２を介したセル１の加熱を開始させる
。これは上述した第１実施形態と同じように、セル１の温度変化が激しくなる時に、補助
加熱部８による加熱を開始させることで、磁場測定装置１００は、セル１の内壁に温度勾
配を生じさせるためである。そして、その温度勾配によりセル１の内部でガス状態となっ
ている偏光面回転物質のうち結露する可能性があるものは補助加熱部８により加熱されて
いない筒状部１４の末端部や壁面１３ａ、１３ｂに集まるため、光透過壁面における結露
が防止される。

３．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、以下のように変形させて実施
してもよい。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

３−１．セル１に照射されるポンプ光及びプローブ光は、出射されてからセル１に入射す
るまでの進行方向が一定である必要はない。つまり、ポンプ光及びプローブ光は、セル１
に入射するときに所定の方向になっていればよく、途中でミラー等によって反射され、進
行方向が変更されてもよい。したがって、例えば、光の照射位置や検出位置を１箇所に集
中させることも可能である。

また、プローブ光がポンプ光を兼ねてもよい。この場合、プローブ光照射部４により照
射された光により、セル１に封入された偏光面回転物質が励起し、その励起された偏光面
回転物質によって、その光に含まれた直線偏光成分が回転すればよい。なお、この変形例
において、ポンプ光照射部３はなくてもよい。

３−２．磁場測定装置１００は、セル１を透過したポンプ光を検出してもよい。また、磁
場測定装置１００には、セル１を透過したポンプ光を吸収する部材を設けてもよい。この
部材は、シート状であるとより好ましい。

３−３．磁場測定装置１００は、プローブ光計測部５で検出した光に応じた信号を可視化
し、これを表示する手段を備えてもよい。また、磁場測定装置１００は、プローブ光計測
部５で検出した光に応じた信号を生成し、これを外部装置（表示装置、コンピュータ装置
など）に出力する構成を備えていてもよい。

３−４．被覆層２が透明な材質である場合、または、磁場測定に影響を与えない程度に光
を吸収する材質である場合には、被覆層２に孔２１ａなどを設けなくてもよい。また、被
覆層２はなくてもよい。第２実施形態において、被覆層２がない場合には、セル１の光透
過壁面を覆うように補助加熱部８が配置されていてもよい。

３−５．上述の実施形態において、セル１には、筒状部１４が設けられていたが、筒状部
１４はなくてもよい。第１実施形態において、筒状部１４がない場合には、壁面１３ｂに
接するように冷却部６が配置されていてもよい。これにより、セル１内部の偏光面回転物
質は、光透過壁面よりも壁面１３ｂに結露しやすくなるため、偏光面回転物質の光透過壁
面への結露が防止される。

また、壁面１３ｂに代えて、壁面１３ａに冷却部６が配置されていてもよい。加熱部７
によって加熱されていた壁面１３ａを、加熱部７の加熱を停止させた後に、冷却部６によ
って冷却することで、セル１内部の偏光面回転物質は、光透過壁面よりも壁面１３ａに結
露しやすくなる。

３−６．上述の実施形態において、時刻ｔ０において、制御部９が利用者から磁場の測定
を開始する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｎを取得すると、制御部９は、加熱部７に加熱を
開始させるとともに、冷却部６に冷却を開始させたり、補助加熱部８に加熱を開始させた
りしていたが、制御部９は、このタイミングにおいて、冷却部６または補助加熱部８を制
御しなくてもよい。制御部９は、少なくとも、時刻ｔ５において、制御部９が利用者から
磁場の測定を終了する旨の指示を示す指示信号Ｓｏｆｆを取得するタイミングで、冷却部
６または補助加熱部８を制御すればよい。したがって、制御部９および冷却部６、または
制御部９および補助加熱部８は、制御部９（取得手段）がプローブ光計測部５（計測部）
による計測を停止する旨の指示を示す指示信号を取得したときに、プローブ光計測部５（
計測部）に計測を停止させ、加熱部７に加熱を停止させるとともに、セル１のうち光が照
射される部分の温度が光の照射されない部分の温度よりも高くなる温度勾配を発生させる
温度勾配発生部の一例である。

なお、この場合、磁場の測定を開始する際に加熱部７による加熱により偏光面回転物質
が急激にガス化することについての弊害は、加熱部７によって加えられる熱量を小さくす
る、すなわち加熱速度を緩慢にすることによって、解決してもよい。

３−７．上述した第１実施形態および第２実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、磁
場測定装置１００は冷却部６と補助加熱部８とをともに備えていてもよい。この場合でも
、上述したタイミングで、冷却部６と補助加熱部８とを制御することにより、セル１の内
壁に温度勾配が生じるので光透過壁面における結露が防止される。

１，１ａ…セル、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ…壁面、１４…筒状
部、２…被覆層、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ…孔、３…ポンプ光照射部、４…プロ
ーブ光照射部、５…プローブ光計測部、６…冷却部、７…加熱部、８，８ａ，８ｂ…補助
加熱部、９，９ａ…制御部、１００，１００ａ…磁場測定装置。

Claims (4)

1. 指示信号を取得する取得手段と、
   光により励起されると磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子が内部に封入されており、当該原子に照射される前記直線偏光を透過させるセルと、
   前記セルを透過した前記直線偏光の偏光面の回転角を計測する計測部と、
   前記セルを外部から加熱する加熱部と、
   前記取得手段が前記計測部による計測を停止する旨の指示を示す指示信号を取得すると、前記計測部に計測を停止させる制御部と、
   前記取得手段が前記計測部による計測を停止する旨の指示を示す指示信号を取得すると、前記加熱部に加熱を停止させるとともに、前記セルのうち前記光が照射されない部分に、前記セルのうち前記光が照射される部分よりも温度が低い部分が存在するように、前記セルの内部に第一の温度勾配を発生させる温度勾配発生部と
   を備えることを特徴とする磁場測定装置。
2. 前記温度勾配発生部は、前記取得手段が前記計測部による計測を開始する旨の指示を示す指示信号を取得すると、前記加熱部に加熱を開始させるとともに、第二の温度勾配を発生させ、
   前記加熱部が加熱を開始された後に、前記制御部は、前記計測部に計測を開始させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。
3. 前記温度勾配発生部は、前記光が照射される部分を加熱する補助加熱部を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場測定装置。
4. 前記温度勾配発生部は、前記光が照射されない部分を冷却する冷却部を有する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場測定装置。

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