JP5966351B2

JP5966351B2 - 磁場計測装置

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Publication number: JP5966351B2
Application number: JP2011283013A
Authority: JP
Inventors: 長坂　公夫; 公夫長坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: JP2013134086A

Description

本発明は、光を利用した磁場計測装置に関する。

光を利用した磁場計測装置は、心臓からの磁場（心磁）や脳からの磁場（脳磁）などの生体から発生する微小な磁場を計測するもので、医療画像診断装置などへの応用が期待されている。磁場の計測には、磁気モーメントに偏極を生じさせる媒体が用いられる。この媒体としては、窒素による格子欠陥を設けたダイヤモンドといった固体素子や、アルカリ金属原子などのガスを封入したガスセルを用いる。この素子にポンプ光を照射することで素子内の原子のエネルギーが磁場に応じて励起され、この素子を透過したプローブ光の偏光面は磁気光学効果により回転する。磁場計測装置は、この偏光面の回転角度を磁場情報として計測する。

これらの磁場計測装置において、複数方向の各成分について磁場を測定する試みが行われている。特許文献１には、ホール素子や磁気抵抗効果素子などの固体磁気センサーを用いて、これらを異なる検出方向に配置することにより、磁場の複数方向の成分を検出している。また、近年、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）を用いない方式として光ポンピング式の磁気センサーが複数提案され、高感度化の試みがなされている（非特許文献１〜３）。

特開２００８−９６２６１号公報

I. K. Kominis, T. W. Kornack, J. C. Allred, and M. V. Romalis, "A subfemtotesla multichannel atmic magnetometer", Nature, 422, 596-599(2003) G. Bison, N. Castagna, A. Hofer, P. Knowles, J.-L. Schenker, M. Kasprzak, H. Saudan, and A. Weis2, "A room temperature 19-channel magnetic field mapping device for cardiac signals", APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 173701 (2009) D. Budker et al., "Nonlinear magneto-optical rotation with frequency-modulated light", Phys. Rev. A, 65, 055403(2002)

特許文献１に開示された磁気センサーでは、センシング方式または素子の種類に依らず多方向成分を検出することが可能である。しかしながら、この磁気センサーは構造が複雑になる。また、この磁気センサーは異なる方向成分を異なる位置に置かれたセンサーでそれぞれ検出するので、厳密には同一位置の磁場について多方向成分を検出しているのではない。さらに、これをアレイ化して磁気分布を計測すると、空間分解能が低下するおそれがある。この問題はＳＱＵＩＤを用いた磁気センサーにおいても同じである。

また、非特許文献１〜３に挙げた磁気センサーはいずれも測定可能となる磁場ベクトル成分の方向が固定されているため、複数の成分を計測することは不可能である。
さらには、非特許文献３には、周波数変調により測定可能範囲を向上させる方法が紹介されているが、この方法では、測定磁場に対応する＋１次の共鳴周波数以外に０次および−１次等の複数の周波数が混在して共鳴を起すため、出力レベルが低下する。また、この方法では、各周波数が接近すると磁場強度の特定が困難になるという問題がある。

本発明は、同一位置の磁場について多方向成分を計測するとともに、共鳴による出力レベルの低下を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る磁場計測装置は、偏光された光が照射されているときに磁場が与えられると、前記光の偏光面を前記磁場の強さに応じて回転させる媒体と、直線偏光成分を有する照射光を前記媒体に対して異なる複数の軸からそれぞれ照射する照射部と、前記媒体を透過した前記各照射光の偏光面の回転量をそれぞれ計測する計測器と、前記計測器によって計測された各回転量を加算し、その加算値に対応した加算信号を出力する加算器と、前記加算信号に応じた周波数の周期信号を発生する発振器と、前記発振器が発生した周期信号に対して前記各軸に応じて予め定められた位相差を付与し位相差周期信号として出力する移相器と、前記照射部が照射する各軸の照射光を、各々対応する位相差を持つ前記位相差周期信号を用いて変調する変調器とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、同一位置の磁場について多方向成分を計測するとともに、共鳴による出力レベルの低下を抑制することができる。

好ましくは、上述の態様において、前記加算信号の高域周波数成分を除去するフィルターを具備し、前記発振器は、前記フィルターにより高域周波数成分が除去された加算信号に応じた周波数の周期信号を発生するとよい。
この構成によれば、外乱などの影響により生じる短周期の発振を抑制することができる。

また、上述の態様において、前記変調器は、前記各軸の照射光の光強度を、各々対応する位相差を持つ前記位相差周期信号を用いて変調してもよい。この構成によれば、照射光の強度を調節することで、磁場の計測を行うことができる。
また、上述の態様において、前記変調器は、前記各軸の照射光の波長を、各々対応する位相差を持つ前記位相差周期信号を用いて変調してもよい。この構成によれば、照射光の波長を調節することで、磁場の計測を行うことができる。

また、上述の態様において、前記加算器は、前記計測器によって計測された各回転量を決められた期間にわたって取得して、当該期間おける時間平均をそれぞれ算出して加算するとよい。
この構成によれば、計測器が計測する回転量の時間変動による誤差を抑制することができる。

また、上述の態様において、前記照射部は、直線偏光面を持つレーザー光を出力するレーザー光出力部と、レーザー光出力部の出力光を軸の数に応じて分岐させる分岐路とを有していてもよい。
この構成によれば、レーザー光の光源を１つにすることができる。

また、上述の態様において、前記照射部は、直線偏光面を持つレーザー光を出力するレーザー光出力部と、前記各軸毎に設けられ、入力されたレーザー光を各軸に応じた方向に出射する複数の出射部と、前記レーザー光出力部の出力光を前記各出射部にサイクリックに順次切り替えて入射させる切り替え手段とを有していてもよい。
この構成によれば、レーザー光出力部から出力されるレーザー光の光強度を下げずにそのレーザー光を各方向に出射することができる。

本発明の実施形態に係る磁場計測装置の全体構成を示す図である。ガスセルを説明するための図である。ｗ軸を説明するための図である。加算器の一例を示す図である位相差周期信号を説明するための図である。ワンビーム方式の計測装置により磁場を計測する原理を説明するための図である。変形例において＋ｗ方向から−ｗ方向を観察した光の振動方向とアライメントの配置を示す図である。変形例において印加磁場がｗ軸と平行なときの光の振動方向とアライメントの配置を示す図である。変形例における磁場計測装置の全体構成を示す図である。変形例における照射部を示す図である

１．実施形態
１−１．構成
図１は、本発明の実施形態に係る磁場計測装置１の全体構成を示す図である。磁場計測装置１は、ポンプ光の照射をプローブ光の照射によって兼ねる、いわゆるワンビーム方式の計測装置である。照射部１１は、光源１１１と分岐路１１２とを有する。光源１１１は、後述するガスセル１３に封入された原子の超微細構造準位の遷移に対応した周波数のレーザー光を出力するレーザー光出力装置（レーザー光出力部）である。具体的には、このレーザー光の波長は、ガスセル１３内に封入された気体原子の基底状態の超微細構造量子数Ｆと励起状態の超微細構造量子数Ｆ−１間に対応する波長である。

分岐路１１２は、光源１１１が発生させたレーザー光を、それぞれ異なる３つの方向に分岐させる。分岐路１１２は、例えば光ファイバーや導波路、ＡＯＭ（Acousto Optic Modulator；音響光学変調器）などにより、光源１１１により発生したレーザー光を上述した３方向のいずれかに導く。また、分岐路１１２は偏光板などを備える。この偏光板は、３方向のいずれかに導かれた上記のレーザー光から、所定方向の直線偏光成分を有するビーム（照射光）を抽出する。偏光成分の調整をされたこのビームはガスセル１３へ照射される。つまり、照射部１１は、直線偏光成分を有する照射光を各方向に沿ったガスセル１３に封入された気体原子（後述）に対して上記の３つの方向からそれぞれ照射する。

変調器１２は、分岐路１１２によって３方向に照射されるビームの光強度（放射強度）を、各々対応する位相差を持つ周期信号である位相差周期信号を用いて変調する。この周期信号とは、例えば正弦波である。これにより、この３方向に照射されるビームの光強度は、上記の周期信号に示された周期でそれぞれ変動する。

ガスセル１３は、気体原子が封入されたガラス製のセル（素子）である。ここで気体原子とは、例えばカリウム（Ｋ）や、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）などのアルカリ金属原子である。これら気体原子は、透過する光の偏光面を磁場の強さに応じて回転させる媒体としての性質を有する。ガスセル１３は、変調器１２から照射された上述のビームを透過させる。ガスセル１３を透過した上述のビームは、光ファイバーなどにより計測器１４に導かれる。なお、ガスセル１３の材質はガラスに限られず、ビームを透過する材質であれば、樹脂などであってもよい。また、ガスセル１３の内壁には炭化水素等によって非緩和コーティングがなされていてもよい。

図２は、ガスセル１３を説明するための図である。図２において、ガスセル１３が配置される空間はｘｙｚ右手系座標空間によって表される。この空間において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。

図２に示すように、ガスセル１３の形状は略立方体であり、その各辺はｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に沿っている。変調器１２は、それぞれ＋ｘ方向、＋ｙ方向、および＋ｚ方向の３方向に沿って、それぞれビームＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚをガスセル１３に向けて照射する。したがって、ビームＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚはそれぞれガスセル１３の面に略直交するように指定された周期で照射される。

ここで、＋ｘ方向、＋ｙ方向、および＋ｚ方向の３方向にそれぞれ向かって伸びる単位ベクトルを合成したベクトルを想定する。そして、この合成されたベクトルに沿った方向を＋ｗ方向といい、この＋ｗ方向に向かって伸びる軸をｗ軸という。

図３は、ｗ軸を説明するための図である。図３には、ｘｙｚ座標空間がいわゆるキャビネット投影法により表示されている。このｘｙｚ座標空間におけるベクトルを（ｘ，ｙ，ｚ）という成分によって表すと、ｘ軸方向の単位ベクトルは（１，０，０）となり、ｙ軸方向の単位ベクトルは（０，１，０）となり、ｚ軸方向の単位ベクトルは（０，０，１）となる。これら３つの単位ベクトルを合成したベクトル（１，１，１）は、ｗ軸方向に伸びる。ガスセル１３には、予めこのｗ軸方向に決められた強さの磁場が印加されている。この磁場をバイアス磁場という。

図２に示すように、ビームＢｘは、矢印Ｄｘ方向に沿った直線偏光成分を有する。矢印Ｄｘ方向は、＋ｙ方向および＋ｚ方向の単位ベクトルを合成したベクトルに沿った方向である。すなわち、矢印Ｄｘ方向は、ｘ軸方向に直交する方向である。ビームＢｙは、矢印Ｄｙ方向に沿った直線偏光成分を有する。矢印Ｄｙ方向は、＋ｚ方向および＋ｘ方向の単位ベクトルを合成したベクトルに沿った方向である。すなわち、矢印Ｄｙ方向は、ｙ軸方向に直交する方向である。ビームＢｚは、矢印Ｄｚ方向に沿った直線偏光成分を有する。矢印Ｄｚ方向は、＋ｘ方向および＋ｙ方向の単位ベクトルを合成したベクトルに沿った方向である。すなわち、矢印Ｄｚ方向は、ｚ軸方向に直交する方向である。

磁場計測装置１は、上述した＋ｘ方向、＋ｙ方向、および＋ｚ方向の３方向にそれぞれ対応する計測器１４を備える。３つの計測器１４は、それぞれ対応する方向に照射されガスセル１３を透過した上述のビームを受光する。そして、各計測器１４は、ビームに含まれる直線偏光成分がガスセル１３を透過して回転した回転量、すなわち、偏光面の回転角度をそれぞれ計測する。

加算器１５は、各計測器１４によって計測された各回転量を加算し、その加算値に対応した加算信号を出力する。図４は、加算器１５の一例を示す図である。加算器１５として、例えば図４に示す加算回路が用いられる。この加算回路は、ｘ，ｙ，ｚ方向の各ビームについて、それぞれ偏光面の回転量を示す信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚを加算して「Ｓｘ＋Ｓｙ＋Ｓｚ」として出力する。

アンプ１６は、加算器１５の出力した加算信号を増幅する増幅器であって、磁場計測装置１により構成されるフィードバック系のゲインと位相とを最適化するための回路を有する。ＶＣＯ（voltage controlled oscillator）１７は、電圧制御発振器であり、アンプ１６の出力レベルを基に決定された発振周波数を示す周期信号を発生する。

ＶＣＯ１７により発生した周期信号は移相器１９に入力される。移相器１９は、ＶＣＯ１７により発生した周期信号に対してｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向に応じて予め定められた位相差を付与する。例えば、ｘ軸方向に応じた位相差は０であり、ｙ軸方向に応じた位相差は（２π／３）であり、ｚ軸方向に応じた位相差は（４π／３）である。移相器１９は、この位相差を付与した周期信号を位相差周期信号として出力する。

そして、上述したように変調器１２は、照射部１１が照射する各軸の照射光を、各々対応する位相差を持つ位相差周期信号を用いて変調する。これら各位相差周期信号は、移相器１９により出力されたものである。
図５は、位相差周期信号を説明するための図である。図５に示すように、ビームＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚの光強度は時間とともに、移相器１９により出力されたそれぞれ対応する正弦波（位相差周期信号）に沿って変化する。ビームＢｘ、Ｂｙ、Ｂｚは、それぞれの位相差が等しくなるように制御されるため、各光強度は三相交流になる。なお、この位相差周期信号により示される周波数を、以下、変調周波数という。

１−２．動作
次に、磁場計測装置１による磁場の計測の動作を説明する。
図６は、ワンビーム方式の計測装置により磁場を計測する原理を説明するための図である。以下、図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。ワンビーム方式の計測装置において、ガスセルに封入された気体原子に直線偏光が照射されると、気体原子が光ポンピングされ、エネルギーが変化した際に生じる磁気モーメントの確率分布は、球形の原点対称な分布から変化する。例えば、超微細構造準位Ｆ→Ｆ´＝Ｆ−１のエネルギー遷移のときにおいて、気体原子の磁気モーメントの確率分布はその直線偏光の振動の向きに沿って伸びる領域Ｒ₁に応じた形状となる。この確率分布をアライメントという。

すなわち、図６（ａ）に示すように、例えば電場の振動方向が＋ｙ方向に平行な矢印Ｄ₀方向に沿っている直線偏光を、＋ｘ方向に向けて照射すると、この直線偏光が透過する気体原子には、ｙ軸方向に沿った領域Ｒ₁に分布するアライメントが生じる。ここに磁場が印加されると、磁場の方向を回転軸としてアライメントが回転する。この回転数は印加される磁場の強さに比例する。この運動を歳差運動という。気体原子のスピン偏極は、歳差運動と同時に系で決まる緩和作用が働いて定常状態を形成する。このスピン偏極の定常状態の方向が、透過する光の直線偏光の方向と異なる場合に、線形二色性により直線偏光の偏光面は回転する。

図６（ｂ）には、−ｘ方向に直線偏光の電場の振動方向を見たときの偏光面の回転角度φが示されている。この回転角度φが、＋ｘ方向の磁場の強さと相関があるため、この回転角度φを計測することにより、ガスセル１３の内部におけるｘ軸方向の磁場の強さが求まる。なお、ワンビーム方式において、測定する磁場の方向Ｄ_Mは、光を照射する方向（図６では＋ｘ方向）となる。

図１に示したように磁場計測装置１はフィードバック系を構成する。このフィードバック系を動作させることで、印加される磁場の強さに比例した歳差運動周波数に同期して、気体原子への光の照射がなされる。これによりアライメントが増幅され、一種の共鳴状態となる。磁場が変動した場合には、この系はその変動に対応した周波数に追従する。すなわち、磁場計測装置１は、フィードバック回路を有することによって、フェーズロックドループを構成している。

例えば、ｗ軸方向に上述したバイアス磁場が印加され、バイアス磁場以外の磁場が印加されていない場合を考える。変調器１２が歳差運動周波数に対応した変調周波数で動作しているときには、いずれの軸に対しても、アライメントの向きと直線偏光が照射された時点での振動方向とが一致するため、計測器１４が計測する回転角度はゼロとなり、安定状態となる。しかし、歳差運動周波数が変調周波数よりも遅い場合には、アライメントの向きと振動方向とが一致しないため、全ての計測器１４の計測結果がプラスとなり、ＶＣＯ１７が発生させる信号の発振周波数が増大する。その結果、磁場計測装置１は、歳差運動周波数と変調周波数とが一致する方向に調整される。

一方、測定対象となる磁場が印加された場合、印加されたその磁場がバイアス磁場に合成された磁場ベクトルは、ｗ軸と平行にならずに傾いた方向を向く。気体原子のアライメントは、この傾いた磁場ベクトルを軸として回転するため、各計測器１４の計測する回転角度は、それぞれ異なる値を示す。この時の変調周波数と各計測器１４の計測結果とに基づいて、磁場計測装置１は測定対象の磁場を算定する。

具体的には以下のとおりである。ここでは、いずれか１本のビームで磁化を飽和させた状態からビームを遮断した後、歳差運動させたときのアライメントを考える。また、横磁場はｗ軸方向の磁場成分に対して微小であると仮定する。図７は、この変形例において＋ｗ方向から−ｗ方向を観察した光の振動方向とアライメントの配置を示す図である。

印加磁場Ｂの横磁場がゼロであれば、ガスセル１３に封入された気体原子は、歳差運動の作用が無い状態となる。この状態においてこの気体原子に向けて、ｚ軸方向に伝搬し、矢印Ｄｚ方向に沿った直線偏光成分を有する照射光を照射すると、この照射光による光ポンピングによって生じるアライメントは、矢印Ｄｚ方向に向く。

一方、印加磁場Ｂに横磁場が存在する（ゼロでない）場合、アライメントはこれを軸として歳差運動し、その結果生じるアライメントの向く方向は矢印Ｄｚ２方向になるとする。

矢印Ｄｚ方向と矢印Ｄｚ２方向の差のベクトルをδＭとする。このδＭは、矢印Ｄｚ方向および矢印Ｄｚ２方向に比べて微小であると仮定するため、ｗ軸を法線する平面内にあるとする。ｘ軸およびｙ軸に対するアライメントに対しても同方向の変位δＭが生じる。矢印Ｄｚ方向に沿った直線偏光成分を有する照射光によって計測器１４に計測される値は、ｚ軸を法線とする平面に矢印Ｄｚ２方向が示すベクトルを射影したベクトルと、矢印Ｄｚ方向が示すベクトルとのなす角度θ（図示せず）に比例する。近似を用いると、角度θはｗ軸を法線とする平面に向けてδＭを射影した線分の長さに比例する。この線分は、ｚ軸と直行し、ｗ軸を法線とする平面内にある。δＭの長さを規格化するとこの射影成分の長さは次の式（１）で示されるように、ｃｏｓαである。

矢印Ｄｘ方向と矢印Ｄｙ方向に対するビームに対する出力も線分の方向を変えることで、同様に算出すると、以下に示す式（２）および式（３）となる。

各式の右辺を加算すると任意のαに対してゼロとなる。つまり加算器１５の処理が単純加算であるならば出力がゼロになるので、図１のフィードバック系が一定の周波数で安定する。印加磁場Ｂの大きさは変調周波数に対応し、その方向は各計測器１４の出力から算出することが可能となる。

また、印加磁場Ｂがｗ軸と平行であり（つまり、印加磁場Ｂの横磁場が存在しない）、光ポンピングによる磁化の影響がない場合を考える。図８は、この変形例において印加磁場Ｂがｗ軸と平行なときの光の振動方向とアライメントの配置を示す図である。図８に示すように、矢印Ｄｚ方向に沿った直線偏光成分を有する照射光を照射すると、この照射光による光ポンピングによって生じるアライメントは、矢印Ｄｚ方向に向く。さらに、アライメントは、印加磁場Ｂを軸として回転する。この回転したアライメントと回転前のアライメントとの差のベクトルをδＭｚで表す。δＭｚの長さを規格化するとこの射影成分の長さは上述した式（１）で示されるように、ｃｏｓαである。

この関係は全ての軸に対して同様の値をもつので、加算器１５の処理が単純加算であるならば出力が３ｃｏｓαとなる。この結果からＶＣＯ１７の周波数変化を生じ、フィードバック系の作用により変調周波数と歳差運動周波数が一致するように調整される。

以上説明したとおり、磁場計測装置１は、１つの位置に印加された磁場の強さをその向きに関わらず計測する。また、磁場計測装置１は、１方向の光で１方向の磁場を計測するのではなく、複数方向の光を用いて磁場を計測するので、測定磁場に対応する＋１次の共鳴周波数以外の周波数が混在し難い。そのため、磁場計測装置１を用いることで、出力レベルの低下が抑制される。

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）上述した実施形態において、変調器１２は、光源１１１が出力したレーザー光を、ｘ，ｙ，ｚ方向に沿ったビームとしてそれぞれガスセル１３に照射していたが、照射する方向は２方向であってもよいし、４方向以上であってもよい。この場合、移相器１９は、各方向に照射するビームの位相間隔が均等になるように位相差周期信号を出力すればよい。

（２）上述した実施形態において、加算器１５の加算信号はそのままアンプ１６に入力されていたが、加算器１５とアンプ１６またはＶＣＯ１７との間において、加算器１５の加算信号のうち一部を除去するフィルター１８を設けてもよい。図９は、この変形例における磁場計測装置１ａの全体構成を示す図である。磁場計測装置１ａは、加算器１５からアンプ１６までの間にフィルター１８を備えている点が、上述した磁場計測装置１と異なる。フィルター１８は、加算器１５の出力した加算信号のうち、予め決められた閾値以上の成分（高域周波数成分）を除去し、その閾値未満の成分（低域周波数成分）をアンプ１６に供給するローパスフィルターである。変調器１２→ガスセル１３→計測器１４→加算器１５→アンプ１６→ＶＣＯ１７→変調器１２というフィードバックの構成は、その構成ゆえに意図しない発振が生じうる場合があるが、フィルター１８を設けることにより、そのような発振を除去することができる。

（３）上述した実施形態において、変調器１２は、３方向のビームの光強度を、移相器１９により出力されたそれぞれ対応する正弦波（位相差周期信号）を用いて変調していたが、位相差周期信号の形状は正弦波に限られない。例えば、変調器１２は、３方向のビームの光強度をそれぞれ対応する矩形波や三角波に変調してもよい。この場合、移相器１９が、これら矩形波、三角波などを出力すればよい。

（４）上述した実施形態において、磁場計測装置１は、気体原子が封入されたガラス製のセル（素子）であるガスセル１３を備えていたが、透過する光の偏光面を磁場の強さに応じて回転させる媒体として、気体原子以外の媒体を用いてもよい。例えば、磁場計測装置１は、窒素による格子欠陥を設けたダイヤモンドといった固体素子を、上記の媒体として用いてもよい。

（５）上述した実施形態において、３本のビームの伝搬方向は互いに直交しており、電界の振動方向は直行していなかったが、任意の３方向の磁化方向を検出できればこの限りでない。例えば、分岐させた３本のビームに含まれる各直線偏光成分の振動方向が直交するように分岐路１１２を配置してもよい。

（６）上述した実施形態において、変調器１２は、各ビームの光強度をそれぞれ対応する位相差周期信号を用いて変調していたが、各ビームの波長をこの位相差周期信号を用いて変調してもよい。ビームの波長を変更するとそのビームに含まれる光のうち、気体原子の励起に寄与する波長の光の量は増減する。また、ガスセル１３におけるビームの透過率はその波長に応じて変わる場合がある。したがって、ビームの波長を変更するとガスセルを透過する光の量が増減する。つまり、変調器１２は、波長を変調することによってビームの光強度を変調していることとなる。

（７）上述した実施形態において、加算器１５は、各計測器１４が計測した回転量を取得して加算し、その加算値に対応した加算信号を出力していたが、加算器１５の行う加算はこれに限られない。例えば、加算器１５は、各計測器１４が計測した回転量をそれぞれ決められた期間にわたって取得して、その期間おける時間平均をそれぞれ算出して加算してもよい。なお、変形例２で示したフィルター１８は、加算器１５が備えていてもよく、例えば、この加算の前の時間平均に対して所定の高周波成分を除去するようにしてもよい。これにより、各計測器１４が計測した回転量が短期間に変動しても、その影響が磁場計測に顕れ難く、その時間変動による誤差は抑制される。

（８）上述した実施形態において、照射部１１は、光源１１１と分岐路１１２とを有していたが、分岐路１１２に代えて切り替え部１１２ｂと出射部１１３とを有していてもよい。図１０は、この変形例における照射部１１ｂを示す図である。出射部１１３は、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の各軸毎に設けられ、光ファイバーなどによって入力されたレーザー光を各軸に応じた方向に出射する。切り替え部１１２ｂは、信号を時分割多重化する装置であり、光源１１１の出力光を出射部１１３にサイクリックに順次切り替えて入射させる。これにより照射部１１は、分岐路を有していなくてよい。また、照射部１１は、光源１１１から出力されるレーザー光の光強度を下げずに、そのレーザー光を複数方向に照射する。

なお、上述したように切り替え部１１２ｂによって１つの光源を時分割でスイッチングするのではなく、複数のＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER；垂直共振器面発光レーザー）を用いて、それぞれを各ビームに割り当て、独立に変調させてもよい。

１，１ａ…磁場計測装置、１１，１１ｂ…照射部、１１１…光源、１１２…分岐路、１１２ｂ…切り替え部、１１３…出射部、１２…変調器、１３…ガスセル、１４…計測器、１５…加算器、１６…アンプ、１７…ＶＣＯ、１８…フィルター、１９…移相器

Claims

光の偏光面を磁場の強さに応じて回転させる媒体が封入されたガスセルと、
直線偏光成分を有する照射光を、前記ガスセルに対して、第１の方向と前記第１の方向とは異なる第２の方向とからそれぞれ照射する照射部と、
前記ガスセルに入射前の前記照射光の直線偏光成分の偏光面に対する、前記ガスセルを通過後の前記照射光の直線偏光成分の偏光面の回転量を、前記第１の方向と前記第２の方向とに関してそれぞれ計測する計測器と、
前記第１の方向に関する偏光面の回転量と前記第２の方向に関する偏光面の回転量とを加算し、その加算値に対応した加算信号を出力する加算器と、
前記加算信号に応じた周波数の周期信号を発生する発振器と、
前記周期信号に第１の位相差を付与して第１の位相差周期信号を出力し、前記周期信号に前記第１の位相差とは異なる第２の位相差を付与して第２の位相差周期信号を出力する移相器と、
前記第１の位相差周期信号を用いて前記第１の方向から照射される前記照射光を変調し、前記第２の位相差周期信号を用いて前記第２の方向から照射される前記照射光を変調する変調器と、
を具備することを特徴とする磁場計測装置。
前記加算信号の高域周波数成分を除去するフィルター
を具備し、
前記発振器は、前記高域周波数成分が除去された加算信号に応じた周波数の周期信号を発生する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場計測装置。
前記変調器は、前記照射光の光強度を変調する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場計測装置。
前記変調器は、前記照射光の波長を変調する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場計測装置。
前記加算器は、前記各回転量を決められた期間にわたって取得して、当該期間おける時間平均をそれぞれ算出して加算する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
前記照射部は、直線偏光面を持つレーザー光を出力するレーザー光出力部と、前記レーザー光を分岐させる分岐路と、を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
前記照射部は、直線偏光面を持つレーザー光を出力するレーザー光出力部と、入力された光を所定の方向に出射する複数の出射部と、前記レーザー光を前記複数の出射部に順次切り替えて入射させる切り替え手段と、
を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の磁場計測装置。