JP6300381B2 - 磁場計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ポンピングによる磁場計測に用いられる磁場計測装置の技術に関する。

光ポンピングしたアルカリ金属の磁場光学特性を利用した光ポンピング磁場計測装置は、アルカリ金属ガス（例えば、カリウム、ルビジウム、セシウム等）を封入したガラスセルをセンサとして用いる。磁場計測時において、このガラスセルに静磁場が印加され、ガラスセル内のアルカリ金属のエネルギー準位がゼーマン効果により分裂される。そして、磁場計測時において、光ポンピング磁場計測装置は、静磁場印加時のガラスセルに、偏光状態を操作した光（例えば、直線偏光、円偏光、楕円偏光等）や、光強度や位相を操作した光（強度変調光、位相変調光）を入力する。そして、光ポンピング磁場計測装置は、光が入力された結果、ガラスセル内で生じたアルカリ金属のスピンの状態を利用してガラスセルにおける磁場を検出する。

光ポンピング磁場計測装置に関する技術として、特許文献１に記載の技術が開示されている。特許文献１に記載の技術は、ポンプ光（円偏光）でガラスセル内のアルカリ金属をスピン偏極し、当該ポンプ光と直交する向きに当該ガラスセルに入力するプローブ光（直線偏光）の偏光面の回転角で当該ガラスセルに入る磁場を検出するものである。

また、光ポンピング磁場計測装置に関する技術として、特許文献２に記載の技術が開示されている。特許文献２に記載の技術は、ポンプ光（円偏光）でガラスセル内のアルカリ金属をスピン偏極し、当該ガラスセルにＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）磁場を印加してガラスセル内で磁気共鳴を生じさせ、当該ガラスセルに入った磁場をセル通過のポンプ光で検出するものである。

そして、光ポンピング磁場計測装置に関する技術として、特許文献３に記載の技術が開示されている。特許文献３に記載の技術は、レーザ光でガラスセル内のアルカリ金属に電磁誘起透過現象を生じさせ、当該電磁誘起透過現象を発生するための光源の駆動周波数でガラスセルに入った磁場を検出するものである。

さらに、光ポンピング磁場計測装置に関する技術として、特許文献４に記載の技術が開示されている。特許文献４に記載の技術は、特許文献２に記載の技術と同様にＲＦ磁場で生じた磁気共鳴を利用してガラスセルに入る磁場を検出し、２つのガラスセルを通過した光の差分を取ることで光源由来の雑音を除去するものである。

特開２００９−２３６５９９号公報 特開２０１１−７６５９号公報 特開２０１１−８９８６８号公報 特開昭６１−２３３３８３号公報

特許文献１に記載の技術は、零磁場環境下のガラスセルを１００℃以上に高温にすることで、ポンプ光（円偏光）でスピン偏極した当該ガラスセル内のアルカリ金属原子のスピン交換衝突による緩和を顕著に抑制し、高感度な磁場検出を行う。ここで、高感度磁場センシングを実現するにあたり、磁場検出の信号を安定させるためには、使用する光の強度（以下、光強度と称する）が安定である必要がある。

一般に、光強度は、光源に流れる電流の変動、光源環境下の振動、光源周囲の温度変化等の様々な物理的要因で変動する。光強度の変動が生じると、その変動が磁場検出の信号に混入してしまう。そのため、高感度かつ安定な磁場検出を実現するためには、前記したように光強度が安定である必要がある。特許文献１に記載の技術は、ポンプ光用光源ならびにプローブ光用光源ともに光強度の安定動作を考慮していないため、光源の強度変動の影響で高感度かつ安定な磁場検出を実現することができない。

また、特許文献２に記載の技術でも、特許文献１に記載の技術と同様に光強度を安定動作させることは考慮されていない。特許文献２に記載の技術は、ガラスセルに印加されるＲＦ磁場を変調することで１／ｆノイズが少ない周波数帯域で動作できる。しかしながら、当該ガラスセルを通過した光には光の強度変動成分が変調周波数に重畳するため高感度かつ安定な磁場検出が妨げられてしまう。また、特許文献２に記載の技術は、ガラスセルに入力する光の周波数変動が当該ガラスセル内で光強度変動に変換されるため、ガラスセルで生じる光強度変動の影響も防ぐことができない。

特許文献３に記載の技術でも、光源からの光強度が安定動作していないため、特許文献１に記載の技術や、特許文献２に記載の技術と同様に光強度変動が磁場検出の感度ならびに安定性に影響を及ぼしてしまう。また、特許文献３に記載の技術は、ガラスセルで生じた光強度変動も特許文献２に記載の技術と同様に残ってしまう。

特許文献４に記載の技術は、２つのガラスセルを通過した光の信号を差分することで光源由来の光強度変動を除去している。しかしながら、ガラスセルの個体差等により各ガラスセルで生じる光強度変動は異なるため、特許文献４に記載の技術は、光強度の変動を抑制するには不十分である。つまり、特許文献４に記載の技術は、ガラスセルに由来する光強度の変動（ノイズ）が残っている状態となっている。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、光ポンピングによる磁場計測において、信号を安定化させることを課題とする。

本発明は、光源部から出力された光を通過させる１つのセンサ部と、前記センサ部を通過した２つの光を基に、光の強度の変動を除去する信号制御処理部と、同一の前記光源部から発信させた光を、第１の光及び第２の光に分離する光分割部と、前記信号制御処理部から送られた電気信号の変動を前記第１の光に重畳する光強度制御部と、を、有し、前記センサ部は、前記第１の光を円偏光させる円偏光部と、前記円偏光部の後段に備えられるとともに、アルカリ金属ガスが封入されており、前記第１の光及び第２の光が通過するセンサ用ガラスセルと、を有し、前記信号制御処理部は、前記センサ用ガラスセルを通過した前記第２の光の強度を電気信号に変換する変換部と、基準電圧を供給する基準電圧部と、前記変換部によって変換された電圧と、前記基準電圧との差分値を算出する差分部と、前記差分値の変動を、前記電気信号の変動として前記光強度制御部へ送る駆動部と、を有することを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中で適宜説明する。

本発明によれば、光ポンピングによる磁場計測において、信号を安定化させることができる。

第１実施形態に適用される光源装置の概要構成例を示す図である。 第１実施形態に適用される光源装置の詳細な構成例を示す図である。 第２実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。 第２実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図である。 第２実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。 第３実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。 第３実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図である。 第３実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。 第４実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。 第４実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図である。 第４実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。 本実施形態に係る磁場計測装置の他の例を示す図（その１）である。 本実施形態に係る磁場計測装置の他の例を示す図（その２）である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、実用性（安定性や性能）を考慮し、光源としてレーザを使用した例を示しているが、ランプを光源として使用してもよい。
なお、本実施形態における各図において、破線矢印は光（レーザ光）を示し、実線矢印は、電気信号を示すものとする。また、本実施形態で示される光源装置や、磁場計測装置は、心磁計、脳磁計、筋磁計等の生体磁場計測装置や、磁性材料の物性測定等に用いられるものである。

《第１実施形態：光源装置》
図１は、第１実施形態に適用される光源装置の概要構成例を示す図である。
光源装置１０は、レーザ出力部（光発生部）１１、周波数安定化部１２、強度安定化部１４及び駆動部１３を有している。
レーザ出力部１１は、電圧が印加されることでレーザ光Ｌ１１を発生して出力する。
周波数安定化部１２は、駆動部１３を制御することで、レーザ出力部１１が出力するレーザ光Ｌ１１の周波数を安定化させる。
強度安定化部１４は、周波数安定化部１２から出力されたレーザ光Ｌ１４の光強度を安定化させ、光強度が安定化しているレーザ光Ｌ１７を出力する。なお、強度安定化部１４は、周波数安定化部１２の後段に別の構成として備えられていることが望ましい。このようにすることで、周波数安定化部１２で周波数安定化を行ったレーザ光Ｌ１４の光強度安定を行うことができ、周波数安定かつ光強度が安定しているレーザ光Ｌ１７を出力することができる。

図２は、第１実施形態に適用される光源装置の詳細な構成例を示す図である。
光源装置１０は、レーザ出力部１１としてのレーザ出力装置１０１と、駆動部１３としての駆動回路１０２とを有している。
また、光源装置１０は、周波数安定化部１２の構成として、ビームスプリッタ１１１、ハーフミラー１１２、参照ガラスセル１１３、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ１１４、ミラー１１５、光検出器１１６、位相検出回路１１７及び積分回路１１８を有する。各構成の機能は後記して説明する。ここで、参照ガラスセル１１３にはアルカリ金属ガスが封入されている。

さらに、光源装置１０は、強度安定化部１４の構成として、音響光学変調器（光強度変動補正部、音響光学変調部）１２１、ビームスプリッタ１２２、光検出器１２３、基準電圧回路１２４、差動増幅回路１２５、積分回路１２６及び駆動回路（光強度変動補正部）１２７とを有する。各構成の機能は後記して説明する。なお、光検出器１２３、基準電圧回路１２４、差動増幅回路１２５及び積分回路１２６は、レーザ出力部１１が出力している光の強度の変動を検出する光強度変動検出回路（光強度変動検出部）１３０を構成している。また、音響光学変調器１２１は、光強度変動検出回路１３０が検出した光の強度の変動を基に、光の強度が一定となるよう補正するものである。また、音響光学変調器は１２１は、電圧が印加されることで出力される光の強度を変更可能なものである。

レーザ光Ｌ１１の発振周波数は、参照ガラスセル１１３に封入されているアルカリ金属の吸収線（Ｄ１線、Ｄ２線）を含み、シングルモードで発振している必要がある。また、特にレーザ光のスペクトル線幅が、参照ガラスセル１１３に封入されているアルカリ金属の吸収線幅以下であることが望ましい。これらの条件を満たし、コストやサイズ等の実用性をもつレーザ光として、半導体レーザの使用が適している。使用する半導体レーザとしては、レーザ素子外部に共振器長調整用の回折格子やミラー等を有する外部共振器型半導体レーザや、レーザ素子内部に共振器長調整機構を有する分布帰還型レーザが候補となる。また、分布反射型（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）レーザや、垂直共振器型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）も候補となる。

まず、駆動回路１０２による制御により、レーザ出力装置１０１でレーザ光Ｌ１１が発振され、レーザ出力装置１０１からレーザ光Ｌ１１が出力される。

（周波数安定化）
レーザ出力装置１０１から出力されたレーザ光Ｌ１１は、周波数安定化部１２に入力し、周波数安定化が行われる。以下、周波数安定化部１２の機能を説明するが、周波数安定化部１２は既知の技術であるため、説明は簡単なものとする。
ここでは、レーザ光の周波数安定化の手法として、アルカリ金属の吸収線、もしくは干渉計を周波数安定化の基準として使用する手法を用いる。

レーザ出力装置１０１から出力したレーザ光Ｌ１１は、ビームスプリッタ１１１で２つのレーザ光Ｌ１２，Ｌ１４に分離される。
まず、レーザ光Ｌ１２は、参照ガラスセル１１３に封入されているアルカリ金属の吸収線を得るため、ハーフミラー１１２を経由してアルカリ金属のみが入った参照ガラスセル１１３を通過する。レーザ光Ｌ１２は、参照ガラスセル１１３を通過する際、参照ガラスセル１１３内のアルカリ金属を励起する。従って、レーザ光Ｌ１２はポンプ光とも称される。励起される際、レーザ光Ｌ１２は特定の周波数成分が吸光される。

参照ガラスセル１１３を通過したレーザ光Ｌ１２は、ＮＤフィルタ１１４を通過した後、ミラー１１５によって反射し、ＮＤフィルタ１１４を再度通過し、参照ガラスセル１１３を再度通過する。
ミラー１１５で反射し、再度参照ガラスセル１１３に入力したレーザ光Ｌ１２は、２回ＮＤフィルタ１１４を通過することで、光強度が弱められる。ミラー１１５で反射し、再度参照ガラスセル１１３に入力したレーザ光Ｌ１２をレーザ光Ｌ１３と称する。レーザ光Ｌ１３はプローブ光とも称される。なお、レーザ光Ｌ１３は、レーザ光Ｌ１２とは同一の光路を逆方向に進むことになる。
レーザ光Ｌ１３は、参照ガラスセル１１３を通過後、ハーフミラー１１２で反射され、光検出器１１６に入力する。

光検出器１１６は、レーザ光Ｌ１３の光強度を電気信号に変換する。そして、位相検出回路１１７には、予めアルカリ金属原子本来の吸収線の周波数を有する正弦波が参照信号として入力されている。位相検出回路１１７は、光検出器１１６で検出されたレーザ光Ｌ１３の信号強度変化と、参照信号との位相、周波数が一致していない場合、その差信号を出力する。
続いて、積分回路１１８が位相検出回路１１７から出力された電気信号における高周波成分を除去した後、駆動回路１０２へ電気信号を出力する。
駆動回路１０２は、積分回路１１８から出力された電気信号を基に、周波数安定化部１２から出力されたレーザ光Ｌ１４の周波数制御を行う。

前記したように、レーザ光Ｌ１２（ポンプ光）の光強度は強く、レーザ光Ｌ１３（プローブ光）の光強度はＮＤフィルタ１１４を２回通過することでレーザ光Ｌ１２（ポンプ光）に比べて十分弱くなっている。
光強度が強いレーザ光Ｌ１２（ポンプ光）は、参照ガラスセル１１３に封入されているアルカリ金属原子の励起を飽和する。このとき、参照ガラスセル１１３での光吸収周波数特性は、本来なら吸収線が現れるはずであるが、アルカリ金属原子の揺動等により、幅の広い吸収スペクトルが現れる。この吸収スペクトルのピーク値に周波数がロックされることで、周波数の安定化を図ることも可能であるが、ここでは、より正確を期すためレーザ光Ｌ１３（プローブ光）が使用される。

レーザ光Ｌ１３（プローブ光）は、前記したように弱い光強度となっている。従って、レーザ光Ｌ１３（プローブ光）は、飽和している参照ガラスセル１１３内のアルカリ金属原子によって吸光されない。レーザ光Ｌ１２における幅の広い吸収スペクトルのうち、アルカリ金属原子の揺動による吸収は行われるので、レーザ光Ｌ１３においても、アルカリ金属原子本来の吸収光以外の光は吸収される。その結果、前記した幅の広い吸収スペクトルのうち、アルカリ金属原子本来の吸収光以外のスペクトルはより吸収され、アルカリ金属原子本来の吸収線のみがレーザ光Ｌ１３に残ることになる。
その結果、レーザ光Ｌ１３（プローブ光）のスペクトル特性において、前記した幅の広い吸収スペクトル中に、レーザ光Ｌ１４による鋭い非吸収スペクトルが生じる。この非吸収スペクトルに、周波数がロックされることで、正確な周波数安定化が行われる。

（光強度安定）
次に、強度安定化部１４による光強度安定処理について説明する。なお、周波数安定化部１２による周波数安定処理と、強度安定化部１４による光強度の安定化処理は、並行して行われる。
ビームスプリッタ１１１で分離され、強度安定化部１４に道かれたレーザ光Ｌ１４は、音響光学変調器１２１に入力する。このレーザ光Ｌ１４は音響光学変調器１２１から出力される際にブラッグ回折によって、０次光、１次光、・・・、Ｎ次光（Ｎは整数）に分離されたレーザ光となって出射する。一般的には、０次光Ｌ１５と、１次光Ｌ１６との２つのレーザ光が分離される。

ここで、音響光学変調器１２１について、詳細に説明する。
音響光学変調器１２１には、電圧が印加可能となっており、電圧が音響光学変調器１２１に印加されると、音響光学変調器１２１内部の音響光学素子に密着している圧電素子が、印加された電圧に応じた所定の振動数で振動する。この振動は、音響光学素子に伝達し、音響光学素子そのものも当該振動数で振動する。

音響光学変調器１２１に電圧が印加された状態で、音響光学変調器１２１にレーザ光Ｌ１４が入力されると、前記したように該レーザ光は０次光Ｌ１５と、１次光Ｌ１６とに分離されて、音響光学変調器１２１から出力される。このとき、音響光学変調器１２１に電圧が印加されたときの音響光学素子の振動数をＦとし、音響光学変調器１２１に入力したレーザ光Ｌ１４の振動数をｆ０とすると、０次光Ｌ１５の振動数はｆ０となり、１次光Ｌ１６の振動数はｆ０＋Ｆとなる。
さらに、音響光学変調器１２１に入力されたレーザ光Ｌ１４の光強度をＡとし、音響光学変調器１２１から出力される０次光Ｌ１５の光強度をＡ０、１次光Ｌ１６の光強度をＡ１とすると、Ａ＝Ａ０＋Ａ１の関係が成り立つ。そして、Ａ０、Ａ１の値は、音響光学変調器１２１に印加される電圧によって調整可能である（ただし、Ａ＝Ａ０＋Ａ１の関係は維持される）。このような性質は、一般に音響光学効果と呼ばれる。

本願では、このような音響光学変調器１２１の性質を利用する。
前記したように、周波数安定部によって周波数を安定化したレーザ光Ｌ１４が音響光学変調器１２１に入力すると、０次光Ｌ１５及び１次光Ｌ１６が出力される。
その際に、１次光Ｌ１６の光強度が最大となるよう、音響光学変調器１２１に入力するレーザ光Ｌ１４の角度（ブラッグアングル）を調節することが望ましい。このとき、入力するレーザ光Ｌ１４の角度調節のため、音響光学変調器１２１に３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）かつ角度（θ軸）等の位置調節機構があると容易に調整が可能となる。

本実施形態では、０次光Ｌ１５を用いて、１次光Ｌ１６は用いない。理由は、前記したように、音響光学変調器１２１に入力するレーザ光Ｌ１４と、０次光Ｌ１５の周波数が同一のものとなるためである。
音響光学変調器１２１からの０次光Ｌ１５はビームスプリッタ１２２によって、強度安定化制御を行うためのレーザ光Ｌ１８と、磁場計測に用いられるレーザ光Ｌ１７（センサ励起光）の２つに分離される。
レーザＬ１８光は、光検出器１２３に入力される。光検出器１２３は、入力された制御用レーザ光の光強度を電気信号に変換する。

そして、差動増幅回路１２５が、基準電圧回路１２４から供給される基準電圧と、光検出器１２３から送られるレーザ光Ｌ１５の光強度から変換された電気信号の電圧との差分を行い、適切なゲインに増幅させる。なお、基準電圧は、音響光学変調器１２１における目標印加電圧である。
続いて、積分回路１２６が、差動増幅回路１２５から出力される電圧変動のうち、所定の周波数以上の成分をカットする。つまり、積分回路１２６はローパスフィルタの機能を有する。
そして、駆動回路１２７が、積分回路１２６から出力された電圧を基に、音響光学変調器１２１に印加する電圧を変更する。具体的には、駆動回路１２７は、入力された電圧（積分回路１２６から出力された電圧）が＋Ｖ１であれば、音響光学変調器１２１に印加する電圧をＶ１だけ下げる。逆に、入力された電圧が−Ｖ１であれば、駆動回路１２７は、音響光学変調器１２１に印加する電圧をＶ１だけ上げる。
音響光学変調器１２１は、印加される電圧に応じて０次光であるレーザ光Ｌ１５の強度を変更する。すなわち、音響光学変調器１２１は、音響光学効果によってレーザ出力装置１０１から出力され、周波数安定化されたレーザ光Ｌ１４を変更可能である。
つまり、駆動回路１２７は、光強度変動検出回路１３０が検出した光強度の変動を基に、音響光学変調器１２１に印加される電圧を制御することで、音響光学変調器１２１を駆動する。
以上のことが行われることにより、音響光学変調器１２１は、レーザ出力装置１０１から出力され、周波数安定化されたレーザ光Ｌ１４を入力して、音響光学効果により入力したレーザ光Ｌ１４の強度を変調し、０次光として出力する。

すなわち、光検出器１２３、基準電圧回路１２４、差動増幅回路１２５、積分回路１２６、駆動回路１２７は、全体として音響光学変調器１２１に印加される電圧が基準電圧となるようフィードバック制御する。
このように、光源装置１０は、レーザ出力装置１０１から出力された光が、音響光学変調器１２１に入力され、音響光学変調器１２１から出力される０次光を出力している。さそして、光強度変動検出回路１３０は、音響光学変調器１２１から出力される０次光を基に、光の強度の変動を検出している。
これにより、音響光学変調器１２１に印加される電圧が一定となり、０次光Ｌ１５の光強度が一定となる。

なお、安定化する光強度を変更したい場合、基準電圧回路１２４の出力電圧が変更されることで実現できる。

第１実施形態の光源装置１０は、自身が出力している光の強度の変動を検出し、この光の強度が一定となるよう補正している。このようにすることで、光源装置１０が出力する光の強度を安定化させることができ、この光から変換される信号も安定化させることができる。
また、第１実施形態による光強度安定化処理は、実際の光（レーザ光）の光強度を基に行われるため、物理的な振動による光強度変動も除去可能である。物理的な振動とは、例えば、光源装置１０が設置してある台が振動すること等である。

また、第１実施形態の光源装置１０は、光変動補正部を音響光学変調器１２１とし、音響光学変調器１２１から出力される０次光を基に、前記光の強度の変動を検出している。音響光学変調器１２１の０次光は、入力される光（レーザ光Ｌ１４）と同一の周波数を出力する性質があるため、周波数調整の設定等を行うことなく、光源装置１０から出力されるレーザ光Ｌ１７を磁場計測に用いることができる。

さらに、第１実施形態の光源装置１０は、周波数安定化部１２を有することで、出力する光（レーザ光Ｌ１７）の周波数を安定化させることができる。そして、強度安定化部１４を、周波数安定化部１２の後段に設けることで、周波数安定化部１２で生じる光強度の変動が出力される光（レーザ光Ｌ１７）に重畳することを防ぐことができる。

［磁場計測装置］
次に、磁場計測装置について説明する。
《第２実施形態》
図３〜図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る磁場計測装置について説明する。
第２実施形態に係る磁場計測装置２０は、ＲＦ磁場で生じる光-ＲＦ二重共鳴を利用してセンサ部２５に印加される磁場を検出するものである。
図３は、第２実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。
磁場計測装置２０は、光源部２１、光分割部２２、センサ部２５、静磁場発生部２６、ＲＦ磁場発生部２７、信号制御処理部２４及び磁場解析部５０を有する。
光源部２１は、光を出力するものであり、第１実施形態における光源装置１０を用いることが望ましいが、用いられなくてもよい。
光分割部２２は、光源部２１から出力されたレーザ光Ｌ２１を、レーザ光Ｌ２２，Ｌ２３の２つに分離する。

光源部２１から出力された光を通過させる１つのセンサ部２５、静磁場発生部２６及びＲＦ磁場発生部２７が磁場シールド２３内に配置されている。
センサ部２５には、静磁場発生部２６による静磁場、ＲＦ磁場発生部２７によるＲＦ磁場が印加されている。また、測定対象（不図示）がセンサ部２５の近傍にあり、測定対象による磁場も印加されている。
光分割部２２によって、分割されたレーザ光Ｌ２２はセンサ部２５を通過することで、測定対象から生じる磁場の情報と、センサ部２５に由来する光強度の変動、すなわちノイズとを有するレーザ光Ｌ２４となる。なお、レーザ光Ｌ２３はセンサ部２５に由来するノイズ成分を有する。これらについては、後記して説明する。

信号制御処理部２４は、センサ部２５を通過したレーザ光Ｌ２３，Ｌ２４を基に、レーザ光Ｌ２４より得られる電気信号からセンサ部２５に由来するノイズ（光強度の変動）を除去する。また、信号制御処理部２４は、磁場解析に必要な電気信号を磁場解析部５０へ送る。さらに、信号制御処理部２４は、静磁場発生部２６に定電流を供給するとともに、ノイズを除去した信号を基にＲＦ磁場発生部２７におけるＲＦ磁場の周波数を制御する。
そして、磁場解析部５０は信号制御処理部２４から送られる、磁場解析に必要な電気信号を基に磁場解析を行う。なお、磁場解析部５０は、磁場計測装置２０とは別の装置としてもよい。

ここで、磁場シールド２３は高透磁率であるパーマロイを使用することが好ましい。また、磁場シールド２３のサイズは、測定対象に依存する。例えば、ヒトの心臓や脳から生体磁場を計測する場合には、磁場シールド２３のサイズは人体を覆うことが可能なサイズとなる。

次に、図３における各構成の詳細な説明をする。まず、図４、図５を参照して、磁場計測装置２０の構成について簡単に説明し、その後、各構成の詳細な機能を記載する。
図４は、第２実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図であり、図５は、第２実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。
図４に示すように、磁場計測装置２０は、光源部２１である光源装置２０１を有している。前記したように、光源装置２０１は、第１実施形態における光源装置１０が好ましいが、そうでなくてもよい。
そして、光分割部２２は、例えば、ビームスプリッタ２０２と、複数のミラー２０３を有している。

センサ装置２１１は、測定対象となる磁場の発生源とともに磁場シールド２３の内部に配置されている。また、磁場シールド２３の内部には、センサ装置２１１におけるセンサ用ガラスセル２２３（図５）に、光源装置２０１から入力されるレーザ光の光軸と４５度の各度をなす方向に静磁場を引加する静磁場発生装置２１２が配置されている。さらに、磁場シールド２３の内部には、静磁場発生装置２１２が発生する静磁場に対して、直交する方向の振動磁場を発生するＲＦ磁場発生装置２１３が配置されている。

ここで、ＲＦ磁場発生装置２１３も静磁場発生装置２１２と同様にコイルであり、センサ用ガラスセル２２３を挟む配置となるヘルムホルツコイルが望ましい。ＲＦ磁場発生装置２１３の機能は、信号制御処理部２４の発振回路２３７によって、精密にＲＦ周波数を制御された振動磁場が供給されることである。

また、信号制御処理部２４は、２つの光検出器（変換部）２３１，２３２、差動増幅回路（差分部）２３３、フィルタ回路２３４、位相検出回路２３５、ループフィルタ回路２３６、発振回路２３７を有する。これらの機能については、後記して説明する。
そして、信号制御処理部２４は、静磁場発生装置２１２に対し精密に制御された定電流を供給する安定化電流源２３８を有する。

また、図５に示すように、センサ装置２１１は、コリメートレンズ２２１，２２５、λ／４波長板（円偏光部）２２２、センサ用ガラスセル２２３及び集光レンズ２２４，２２６を有する。ここで、センサ用ガラスセル２２３にはアルカリ金属ガスが封入されている。

以下、図４及び図５を参照して、各装置の機能を詳細に説明する。
光源装置２０１から出力されるレーザ光Ｌ２１は、センサ用ガラスセル２２３に封入されているアルカリ金属の吸収線（Ｄ１線もしくはＤ２線）の波長を含むレーザ光である。

図４に示すように、光源装置２０１からのレーザ光Ｌ２１は、同じ光強度になるように、光分割部２２のビームスプリッタ２０２によって、レーザ光Ｌ２２，Ｌ２３の２つに分離される。分離されたレーザ光Ｌ２２、Ｌ２３はミラー２０３によって、重ならないように平行に進むレーザ光となって、センサ装置２１１に入力する。

図５に示すように、センサ用ガラスセル２２３は、λ/４波長板２２２の後段に備えられるとともに、アルカリ金属ガスが封入されており、光分割部２２（図４）によって分離された２つの光（レーザ光Ｌ２２，Ｌ２３）が入力する。
図５に示すように、光分割部２２から入力される２つのレーザ光Ｌ２２，Ｌ２３のうち、一方のレーザ光であるレーザ光Ｌ２２は、コリメートレンズ２２１、λ/４波長板２２２を介してセンサ用ガラスセル２２３に入力される。
レーザ光Ｌ２２は、コリメートレンズ２２１で平行光となり、λ/４波長板２２２で円偏光のレーザ光Ｌ２４となってセンサ用ガラスセル２２３に入力される。コリメートレンズ２２１による平行光とは、拡散及び収束しない光という意味である。

また、レーザ光Ｌ２３は、コリメートレンズ２２５を介してセンサ用ガラスセル２２３に導入される。レーザ光Ｌ２３はコリメートレンズ２２５で平行光となり、無偏光の状態でセンサ用ガラスセル２２３に入力される。

そして、センサ用ガラスセル２２３を通過した各レーザ光Ｌ２４，Ｌ２３は集光レンズ２２４，２２６でそれぞれ集光され、信号制御処理部２４の光検出器２３１，２３２それぞれに入力される。光検出器２３１，２３２は、センサ用ガラスセル２２３を通過した２つの光（レーザ光Ｌ２４，Ｌ２３）それぞれの強度を電気信号に変換する。

ここで、レーザ光Ｌ２３，Ｌ２４は平行な状態で、センサ用ガラスセル２２３に入力される。また、同一の光源装置２０１（図４）から出力されることで、レーザ光Ｌ２３，Ｌ２４は、光の波長及び光強度が同じである。
図４に示すように、光検出器２３１，２３２それぞれから出力される電気信号は、差動増幅回路２３３において差分され・適切なゲインに増幅される。
ここで、差動増幅回路２３３によって、光検出器２３１，２３２それぞれからの電気信号が差分されることで、円偏光であるレーザ光Ｌ２４から無偏光のレーザ光Ｌ２３の差分がとられることになる。

ここで、無偏光のレーザ光Ｌ２３はほぼノイズ成分のみのレーザ光であるとみなされる。従って、差動増幅回路２３３が、円偏光のレーザ光Ｌ２４に由来する電気信号から無偏光のレーザ光Ｌ２３に由来する電気信号を差分する。このようにすることで、レーザ光Ｌ２４におけるノイズ成分が除去される。つまり、センサ用ガラスセル２２３由来のノイズ成分がレーザ光Ｌ２４から除去される。

差動増幅回路２３３から出力された電気信号は、フィルタ回路２３４によって解析に必要な帯域に調整される。
一方、位相検出回路２３５は、発振回路２３７からの電気信号を参照信号としてフィルタ回路２３４からの電気信号を検出する。ループフィルタ回路２３６は、検出された電気信号が発振しないように制御する。さらに、ループフィルタ回路２３６から出力された信号が発振回路２３７に入力されることで、発振回路２３７の発振周波数が電圧制御される。
そして、発振回路２３７の発信周波数がＲＦ磁場発生装置２１３に入力されることで、ＲＦ磁場発生装置２１３のＲＦ磁場の周波数がフィードバック制御される。なお、位相検出回路２３５、発振回路２３７、ループフィルタ回路２３６によるＲＦ磁場発生装置２１３の制御は既知の技術である。
そして、磁場解析部５０が、フィードバック制御時のループフィルタ回路２３６の出力変化から、センサ用ガラスセル２２３の近傍の測定対象で発生する微弱磁場を計測する。

第２実施形態の磁場解析装置２０によれば、光源部２１から出力された光（レーザ光）を通過させる１つのセンサ部２５と、センサ部２５を通過した光に基づく２つの光（レーザ光）を基に、光の強度の変動を除去する。つまり、同一のセンサ部２５を通過した光に基づいて、差分をとることで光強度の変動を除去することで、センサ部２５に由来する光強度の変動（ノイズ）を除去することができる。これにより、該光（レーザ光）に基づく信号を安定化させることができる。

また、同一の光源部２１から出力された光を用いることで、周波数及び光強度が同じ光（レーザ光）によるノイズ除去が可能となり、ノイズ除去後の光（レーザ光）を安定化させ、かつ、周波数及び光強度の調整を不要とすることができる。

また、第１実施形態に係る光源装置１０を、光源部２１（光源装置２０１）として用いることで、第１実施形態における光源装置１０と同様の効果を有することができる。

《第３実施形態》
図６〜図８を参照して、本発明の第３実施形態に係る磁場計測装置について説明する。
第３実施形態に係る磁場計測装置は、第２実施形態と同様にＲＦ磁場で生じる光-ＲＦ二重共鳴を利用してセンサ部３５に印加される測定対象の磁場を検出するものである。
図６は、第３実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。
磁場計測装置３０は、光源部３１、光分割部３２、センサ部３５、静磁場発生部３６、ＲＦ磁場発生部３７、信号制御処理部３４、磁場解析部５０及び光強度制御部３９を有する。
光源部３１は、光を出力するものであり、第１実施形態における光源装置２０を用いることが望ましいが、用いられなくてもよい。
光分割部３２は、光源部３１から出力されたレーザ光Ｌ３１を、レーザ光Ｌ３２，Ｌ３３の２つに分離する。つまり、光分割部３２は、同一の前記光源部から発信させたレーザ光Ｌ３１を、第１の光であるレーザ光Ｌ３２及び第２の光であるレーザ光Ｌ３３に分離する。
光強度制御部３９は、後記する機能によって、レーザ光Ｌ３１にノイズ成分を意図的に重畳することで、レーザ光Ｌ３１をレーザ光Ｌ３４に変換し、出力する。つまり、光強度制御部３９は、信号制御処理部３４から送られた電気信号の変動であるノイズを第１の光であるレーザ光Ｌ３２に重畳する。

磁場シールド３３内には、センサ部３５、静磁場発生部３６及びＲＦ磁場発生部３７が配置されている。
磁場シールド３３は、第２実施形態と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
センサ部３５には、静磁場発生部３６による静磁場、ＲＦ磁場発生部３７によるＲＦ磁場が印加されている。また、測定対象（不図示）がセンサ部３５の近傍にあり、測定対象による磁場も印加されている。
レーザ光Ｌ３４はセンサ部３５を通過することで、測定対象から生じる磁場の情報と、センサ部３５に由来するノイズとを有するレーザ光Ｌ３６となる。なお、レーザ光Ｌ３３はセンサ部３５に由来するノイズ成分を有するレーザ光Ｌ３３となる。これらについては、後記して説明する。

信号制御処理部３４は、レーザ光Ｌ３３におけるノイズ成分を光強度制御部３９に送る。光強度制御部３９は、レーザ光Ｌ３２の光強度を制御することで、送られたノイズ成分をレーザ光Ｌ３２に重畳する。また、信号制御処理部３４は、レーザ光Ｌ３４に基づく電気信号を基に、ＲＦ磁場発生部３７にＲＦ磁場の周波数を制御する。さらに、信号制御処理部３４は、静磁場発生部３６に定電流を供給する。
また、信号制御処理部３４は、磁場解析に必要な電気信号を磁場解析部５０へ送る。
そして、磁場解析部５０は信号制御処理部３４から送られる、磁場解析に必要な電気信号を基に磁場解析を行う。なお、磁場解析部５０は磁場計測装置３０とは別の装置としてもよい。

次に、図６における各構成の詳細な説明をする。まず、図７、図８を参照して、磁場計測装置３０の構成について簡単に説明し、その後、各構成の詳細な機能を記載する。
図７は、第３実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図であり、図８は、第３実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。
図７に示すように、磁場計測装置３０は、光源部３１である光源装置３０１を有している。前記したように、光源装置３０１は第１実施形態の光源装置１０であることが望ましいが、そうでなくてもよい。
そして、光分割部３２は、ビームスプリッタ３０２と、複数のミラー３０３を有している。
また、磁場計測装置３０は、光強度制御部３９として音響光学変調器（音響光学変調部）３５１を有している。音響光学変調器３５１は、第１実施形態（図２）における音響光学変調器１２１と同様の性質を有するものである。
さらに、磁場シールド３３内には、センサ部３５であるセンサ装置３１１と、静磁場発生部３６である静磁場発生装置３１２と、ＲＦ磁場発生部３７であるＲＦ磁場発生装置３１３が配置されている。

また、信号制御処理部３４は、２つの光検出器（変換部）３３１，３４１、基準電圧回路（基準電圧部）３３２、差動増幅回路３３３、積分回路３３４及び駆動回路（駆動部）３３５を有している。さらに、信号制御処理部３４は、増幅回路３４２、フィルタ回路３４３、位相検出回路３４４、ループフィルタ回路３４５、発振回路３４６を有する。これらの機能については、後記して説明する。
そして、信号制御処理部３４は、静磁場発生装置３１２に対し精密に制御された定電流を供給する安定化電流源３４７を有する。

また、図８に示すように、センサ装置３１１は、コリメートレンズ３２１，３２５、λ／４波長板（円偏光部）３２２、センサ用ガラスセル３２３及び集光レンズ３２４，３２６を有する。
ここで、図８に示すように、センサ用ガラスセル３２３は、λ／４波長板３２２の後段に備えられるとともに、アルカリ金属ガスが封入されており、円偏光された第１の光であるレーザ光Ｌ３６及び第２の光であるレーザ光Ｌ３３が通過するものである。

以下、図７及び図８を参照して、各装置の機能を詳細に説明する。
光源装置３０１から出力されるレーザ光Ｌ３１は、センサ装置３１１におけるセンサ用ガラスセル３２３に封入されているアルカリ金属の吸収線（Ｄ１線もしくはＤ２線）の波長を含むレーザ光である。

図７に示すように、光源装置３０１からのレーザ光Ｌ３１は、同じ光強度になるようにビームスプリッタ３０２によって２つのレーザ光Ｌ３２，Ｌ３３に分離される。分離されたレーザ光Ｌ３２、Ｌ３３はミラー３０３によって、重ならないように平行に進むレーザ光となって、センサ装置３１１に入力する。

レーザ光Ｌ３２、Ｌ３３のうち、レーザ光Ｌ３２は、音響光学変調器３５１によって光強度の制御が行われることで、センサ用ガラスセル３２３（図８）に由来するノイズがレーザ光Ｌ３２に重畳し、レーザ光Ｌ３４となる。音響光学変調器３５１による光強度の制御については後記する。

図８に示すように、レーザ光Ｌ３３、Ｌ３４のうち、レーザ光Ｌ３４は、コリメートレンズ３２１、λ/４波長板３２２を介してセンサ用ガラスセル３２３に入力される。レーザ光Ｌ３２は音響光学変調器３５１で０次光Ｌ３４と１次光Ｌ３５とに分離するが、そのうち０次光Ｌ３４がコリメートレンズ３２１によって平行光となる。１次光Ｌ３５は第１実施形態における音響光学変調器１２１と同様の理由から使用しない。そして、当該０次光Ｌ３４はλ/４波長板３２２によって円偏光のレーザ光Ｌ３６に変換された後、センサ用ガラスセル３２３に入力する。

また、レーザ光Ｌ３３は、キャンセル用励起光としてコリメートレンズ３２５を介してセンサ用ガラスセル３２３に入力される。レーザ光Ｌ３３は、コリメートレンズ３２５で平行光となり、無偏光の状態でセンサ用ガラスセル３２３に入力する。

センサ用ガラスセル３２３を通過した各レーザ光Ｌ３３、Ｌ３６は集光レンズ３２６，３２４それぞれで集光され、それぞれの光検出器３３１，３４１で光強度が電気信号に変換される。
レーザ光Ｌ３３，Ｌ３６がセンサ用ガラスセル３２３に入力する条件は第２実施形態と同様である。つまり、レーザ光Ｌ３３，Ｌ３６がセンサ用ガラスセル３２３に入力する条件は、光の波長が同じであり、光強度が同じであり、重ならないように平行に入力することである。

図７に示すように、光検出器３４１から出力された電気信号は、増幅回路３４２によって適切なゲインに増幅され、フィルタ回路３４３によって解析に必要な帯域に調整される。
また、フィルタ回路３４３から出力された電気信号は、位相検出回路３４４、ループフィルタ回路３４５、発振回路３４６によって、ＲＦ磁場発生装置３１３のＲＦ磁場の周波数制御に用いられる。磁場解析部５０、位相検出回路３４４、ループフィルタ回路３４５、発振回路３４６の機能は、第２実施形態と同様であるので、ここでは、詳細な説明を省略する。

一方、光検出器３３１から出力された電気信号は、差動増幅回路３３３によって基準電圧回路３３２から供給される基準電圧と差分され、適切なゲインに増幅される。基準電圧は、例えば、光検出器３３１から出力された電気信号からノイズ成分のみを抽出できるような電圧に予め設定されている。

このようにすることで、差動増幅回路３３３から出力される電気信号は、無偏光のレーザ光Ｌ３３におけるセンサ用ガラスセル３２３に由来するノイズ成分のみを含む電気信号となる。
従って、差動増幅回路３３３から出力された電気信号は、センサ用ガラスセル３２３（図８）に由来するノイズ成分のみを含む電気信号となる。

差動増幅回路３３３から出力された電気信号は積分回路３３４によって、必要な帯域に制御された後、駆動回路３３５に入力される。
駆動回路３３５は、積分回路３３４から出力された電気信号に基づいて、音響光学変調器３５１の印加電圧を制御する。つまり、駆動回路３３５は、電気信号の変動の正負を逆転させた前記電圧の変化を前記音響光学変調器３５１に印加する。このとき、駆動回路３３５は、積分回路３３４から出力された電気信号の正負を逆転させた電気信号に基づいて、音響光学変調器３５１の印加電圧を制御する。
音響光学変調器３５１は、第１実施形態における音響光学変調器１２１と同様の機能により、レーザ光Ｌ３２の光強度を変動させる。

このようにすることで、レーザ光Ｌ３２にレーザ光Ｌ３３のノイズ成分（センサ用ガラスセル３２３に由来するノイズ成分）の正負が逆転した信号が重畳する。これにより、レーザ光Ｌ３２は、正負が逆転したノイズ成分が重畳されたレーザ光Ｌ３４となる。
λ／４波長板３２２で円偏光されたレーザ光Ｌ３６がセンサ用ガラスセル３２３に入力すると、レーザ光Ｌ３６における正負が逆転したノイズ成分と、センサ用ガラスセル３２３に由来するノイズとがキャンセルし合う。結果として、センサ用ガラスセル３２３を通過したレーザ光Ｌ３６はセンサ用ガラスセル３２３由来のノイズ成分が除去されたものとなる。

第３実施形態における磁場計測装置３０によれば、第２実施形態における磁場計測装置２０の効果に加えて、磁場計測に用いる光（レーザ光）を１つにすることができるので、一般的な磁場計測装置の構成を利用することができる。つまり、既存の磁場計測装置に各部３３１〜３３５を追加することで、磁場計測装置３０を実現することができる。なお、各部３３１〜３３５と、各部３４１〜３４７とは、別の装置としてもよい。
また、光強度制御部３９として音響光学変調器３５１が用いられることによって、光源装置３０１から出力される光（レーザ光）の周波数調整等の設定が不要となる。

さらに、第１実施形態に係る光源装置１０を、光源部２１（光源装置２０１）として用いることで、第１実施形態における光源装置１０と同様の効果を有することができる。

《第４実施形態》
図９〜図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係る磁場計測装置について説明する。
第４実施形態に係る磁場計測装置４０では、直線偏光の偏光面の傾きでセンサ部４５に印加される磁場を検出する。
図９は、第４実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。
磁場計測装置４０は、光源部４１，４２、センサ部４５、静磁場発生部４６、信号制御処理部４４及び磁場解析部５０を有する。
光源部４１，４２は、レーザ光Ｌ４１，Ｌ４２を出力するものであり、第１実施形態における光源装置１０を用いることが望ましいが、用いられなくてもよい。

センサ部４５及び静磁場発生部４６が磁場シールド４３内に配置されている。
磁場シールド４３は、第２実施形態におけるものと同様のものであるので、説明を省略する。
センサ部４５には、静磁場発生部４６による静磁場が印加されている。また、測定対象（不図示）がセンサ部４５の近傍にあり、測定対象による磁場も印加されている。
光源部４１から出力されたレーザ光Ｌ４１はセンサ部４５を通過することで、測定対象から生じる磁場の情報を有するレーザ光Ｌ４５，Ｌ４６となる。なお、レーザ光Ｌ４２はセンサ部４５におけるアルカリ金属をスピン偏極させるために用いられる。これらについては、後記して説明する。

信号制御処理部４４は、センサ部４５を通過したレーザ光Ｌ４５，Ｌ４６を基に、センサ部４５に由来するノイズを除去する。また、信号制御処理部４４は、磁場解析に必要な電気信号を磁場解析部５０へ送る。さらに、信号制御処理部４４は、静磁場発生部４６に定電流を供給する。
そして、磁場解析部５０は信号制御処理部４４から送られる、磁場解析に必要な電気信号を基に磁場解析を行う。磁場解析部５０は磁場計測装置４０とは別の装置としてもよい。

センサ部４５及び静磁場発生部４６が配置される磁場シールド４３は、第２実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。

次に、図９における各構成の詳細な説明をする。まず、図１０、図１１を参照して、磁場計測装置４０の構成について簡単に説明し、その後、各構成の詳細な機能を記載する。
図１０は、第４実施形態に係る磁場計測装置の詳細な構成を示す図であり、図１１は、第４実施形態に係るセンサ装置の詳細な構成を示す図である。
図１０に示すように、磁場計測装置４０は、光源部４１，４２である２つの光源装置４０１，４０２を有している。前記したように光源装置４０１，４０２は第１実施形態の光源装置１０であることが望ましいが、そうでなくてもよい。また、光源装置４０１のみが第１実施形態の光源装置１０でもよい。
さらに、磁場シールド内には、センサ部４５であるセンサ装置４１１と、静磁場発生部４６である静磁場発生装置４１２が配置されている。

また、信号制御処理部４４は、２つの光検出器（変換部）４３１，４３２、差動増幅回路４３３、フィルタ回路４３４を有する。これらの機能については、後記して説明する。

図１０に示すように、センサ装置４１１は測定磁場の発生源である測定対象（不図示）とともに磁場シールドの４３内部に配置されている。そして、磁場シールド４３の内部には、センサ装置４１１に、レーザ光Ｌ４１と、レーザ光Ｌ４２との光軸に対して、直交方向の静磁場を引加する静磁場発生装置４１２も配置されている。

静磁場発生装置４１２はコイルであり、例えば、センサ装置４１１におけるセンサ用ガラスセル４２３を挟むような配置となるヘルムホルツコイル等でよい。静磁場発生装置４１２は磁場シールド４３外に備えられている安定化電流源４３５から精密に制御された一定電流が供給されることで、安定した静磁場をセンサ装置４１１に印加する。

また、図１１に示すように、センサ装置４１１は、コリメートレンズ４２１，４２４、λ／２波長板（直線偏光部）４２２、λ／４波長板（円偏光部）４２５、センサ用ガラスセル４２３、偏光ビームスプリッタ（分離部）４２６及び集光レンズ４２７，４２８を有する。ここで、センサ用ガラスセル４２３にはアルカリ金属ガスが封入されている。

以下、図１０及び図１１を参照して、各装置の機能を詳細に説明する。
光源装置４０１（図１０）から出力されるレーザ光Ｌ４１は、センサ用ガラスセル４２３（図１１）に封入されているアルカリ金属の吸収線（Ｄ１線もしくはＤ２線）の波長を含むレーザ光である。また、光源装置４０２から出力されるレーザ光Ｌ４２は当該アルカリ金属の吸収線の波長を含まないレーザ光である。図１１に示すように、レーザ光Ｌ４１とレーザ光Ｌ４２との進行方向は９０度異なり、センサ用ガラスセル４２３内で直交交差する。つまり、センサ用ガラスセル４２３は、λ/２波長板４２２及びλ/４波長板４２５の後段に備えられている。そして、センサ用ガラスセル４２３は、アルカリ金属ガスが封入され、直線偏光された光（レーザ光Ｌ４３）と、円偏光された光（レーザ光Ｌ４４）とが直交して入力するものである。

図１１に示すように、光源装置４０２（図１０）から出力される第２の光であるレーザ光Ｌ４２は、コリメートレンズ４２４で平行光となった後、λ/４波長板４２５により円偏光のレーザ光Ｌ４４となり、センサ用ガラスセル４２３に入力する。円偏光のレーザ光Ｌ４４によって、センサ用ガラスセル４２３内部のアルカリ金属原子はスピン偏極状態となる。

また、光源装置４０１から出力される第１の光であるレーザ光Ｌ４１（プローブ光）は、コリメートレンズ４２１で平行光となった後、λ/２波長板４２２で直線偏光のレーザ光Ｌ４３となり、センサ用ガラスセル４２３に入力する。

センサ用ガラスセル４２３を通過した直線偏光のレーザ光Ｌ４３は偏光ビームスプリッタ４２６で、左回りの円偏光のレーザ光Ｌ４５と右回りの円偏光のレーザ光Ｌ４６に分離される。左回りの円偏光のレーザ光Ｌ４５は集光レンズ４２７で集光され、光検出器４３１が集光した左回りの円偏光のレーザ光Ｌ４５を電気信号に変換する。
同様に、右回りの円偏光のレーザ光Ｌ４６は集光レンズ４２８で集光され、光検出器４３２が集光した右回りの円偏光のレーザ光Ｌ４６を電気信号に検出変換する。

そして、図１０に示すように、光検出器４３１，４３２それぞれから出力された電気信号は差動増幅回路４３３で差分され、さらに、適切なゲインに増幅される。つまり、差動増幅回路４３３は、左回りの円偏光の光（レーザ光Ｌ４５）が変換された電気信号と、右周りの円偏光の光（レーザ光Ｌ４６）が変換された電気信号とを差分する。
差動増幅回路４３３において、光検出器４３１，４３２それぞれからの出力の差分がとられることで、左回りの円偏光のレーザ光Ｌ４５と、右回りの円偏光のレーザ光Ｌ４６の差分がとられる。これにより、互いに逆向きの円偏光の差分がとられることにより、左回りの円偏光のレーザ光Ｌ４５と右回りの円偏光のレーザ光Ｌ４６とにおけるノイズは互いに打ち消しあい、センサ用ガラスセル４２３に由来するノイズがキャンセルされる。

差動増幅回路４３３から出力された電気信号は、適切な信号帯域の信号成分を取り出すためにフィルタ回路４３４で処理される。フィルタ回路４３４から出力された電気信号は、センサ用ガラスセル４２３に入る磁場に対応した直線偏光の偏光面の傾き変動を反映している。
そして、フィルタ回路４３４から出力された電気信号は、磁場解析部５０によって解析される。

第４実施形態における磁場計測装置４０によれば、第２実施形態における磁場計測装置２０の効果に加えて、システムをシンプルにすることができる。

（その他の例）
なお、図１２に示すように第２実施形態の図３における磁場計測装置２０からＲＦ磁場計測部２７が省略された磁場計測装置２０ａとしてもよい。ここで、磁場計測装置２０ａは、直線偏光の偏光面の傾きでセンサ部２５に印加される磁場を検出する。従って、図１２に示す磁場計測装置２０ａでは、光源部２１とは別に、レーザ光Ｌ５１を出力する光源部５１を有している。
また、磁場計測装置２０ａの信号制御処理部２４ａでは、図４の位相検出回路２３５、ループフィルタ回路２３６、発振回路２３７が省略された構成となっている。
そして、磁場計測装置２０ａのセンサ部２５ａの構成は、図１１の構成から偏光ビームスプリッタ４２６が省略され、集光レンズ４２７，４２８及び光検出器４３１，４３２が図５の集光レンズ２２４，２２６及び光検出器２３１，２３２の機能を有するものである。
ここで、レーザ光Ｌ５１は、第４実施形態におけるレーザ光Ｌ４２と同様の機能を有する。

また、図１３に示すように第３実施形態の図６における磁場計測装置３０からＲＦ磁場計測部３７が省略された磁場計測装置３０ａとしてもよい。ここで、磁場計測装置３０ａは、直線偏光の偏光面の傾きでセンサ部３５に印加される磁場を検出する。従って、図１３に示す磁場計測装置３０ａでは、光源部３１とは別に、レーザ光Ｌ５２を出力する光源部５２を有している。
また、磁場計測装置３０ａの信号制御処理部３４ａでは、図４の位相検出回路３４４、ループフィルタ回路３４５、発振回路３４６が省略された構成となっている。
そして、磁場計測装置３０ａのセンサ部３５ａの構成は、図１１の構成から偏光ビームスプリッタ４２６が省略され、集光レンズ４２７，４２８及び光検出器４３１，４３２が図８の集光レンズ３２４，３２６及び光検出器３３１，３４１の機能を有するものである。
ここで、レーザ光Ｌ５２は、第４実施形態におけるレーザ光Ｌ４２と同様の機能を有する。

さらに、第３実施形態の図９における静磁場計測装置４０にＲＦ磁場解析装置が付加されてもよい。
この場合、光源部４２が省略され、センサ部、信号制御処理部の構成は、第２実施形態又は第３実施形態におけるセンサ部、信号処理部の構成となる。

センサ用ガラスセル２２３，３２３，４２３への各レーザ光Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ３３、Ｌ３４，Ｌ３６，Ｌ４１，Ｌ４２，Ｌ４３，Ｌ４４の導入は、空間伝播によってもよいが、実用性を考慮すると光ファイバを使用した導入が好ましい。その際に、光ファイバを通過するレーザ光Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ３３、Ｌ３６，Ｌ４２，Ｌ４３の偏光状態安定性を配慮して、偏波保持光ファイバを使用することが望ましい。また、センサ用ガラスセル２２３，３２３，４２３を通過したレーザ光Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ３３、Ｌ３６，Ｌ４３を各光検出器２３２，２３１，３３１，３４１，４３１，４３２へ導く際においても、空間伝播光でもよいが、実用性を考慮すると光ファイバの使用が望ましい。その場合には、光ファイバの結合効率を考慮して、コア径が大きいマルチモード光ファイバを使用することが望ましい。
以上のことは、第１実施形態の参照ガラスセル１１３でも同様である。

マルチモード光ファイバは、一般に偏波面保存の機能を有さない。しかし、センサ用ガラスセル２２３，３２３，４２３への入力で問題である偏光の崩れは、光検出器２３１，２３２，３３１，３４１，４３１，４３２による光検出時では問題とならないため、マルチモード光ファイバを使用することによる問題は生じない。

さらに、導入に使用される偏波保持光ファイバと光源装置２０１，３０１，４０１，４０２との接続箇所にλ/４波長板及びλ/２波長板を挿入し、偏波保持光ファイバの光学軸に偏光面を調整して使用するようにしてもよい。

本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、前記した各構成１０２，１１７，１１８，１２５〜１２７，２３３〜２３７，３３３〜３３５，３４２〜３４６は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、前記した各構１０２，１１７，１１８，１２５〜１２７，２３３〜２３７，３３３〜３３５，３４２〜３４６成、機能等は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤ（Hard Disk）に格納すること以外に、メモリや、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１０ 光源装置
１１ レーザ出力部（光発生部）
１２ 周波数安定化部
１３ 駆動部
１４ 強度安定化部
２０，３０，４０ 磁場計測装置
１２１，３５１ 音響光学変調器（光強度変動補正部，音響光学変調部）
１３０ 光強度変動検出回路（光強度変動検出部）
２１，３１，４１，４２ 光源部
２２，３２ 光分割部
２４，３４，４４ 信号制御処理部
２５，３５，４５ センサ部
３９ 光強度制御部
１２７ 駆動回路（光強度変動補正部，変調駆動部）
２２２，３２２，４２５ λ／４波長板（円偏光部）
２２３，３２３，４２３ センサ用ガラスセル
２３１，２３２，３３１，３４１，４３１，４３２ 光検出器（変換部）
２３３，３３３，４３３ 差分増幅回路（差分部）
３３２ 基準電圧回路（基準電圧部）
３３５ 駆動回路（駆動部、光強度変動補正部）
４２２ λ／２波長板（直線偏光部）
４２６ 偏光ビームスプリッタ（分離部）

Claims (6)

1. 光源部から出力された光を通過させる１つのセンサ部と、
   前記センサ部を通過した２つの光を基に、光の強度の変動を除去する信号制御処理部と、
   同一の前記光源部から発信させた光を、第１の光及び第２の光に分離する光分割部と、
   前記信号制御処理部から送られた電気信号の変動を前記第１の光に重畳する光強度制御部と、
   を、有し、
   前記センサ部は、
   前記第１の光を円偏光させる円偏光部と、
   前記円偏光部の後段に備えられるとともに、アルカリ金属ガスが封入されており、前記第１の光及び第２の光が通過するセンサ用ガラスセルと、
   を有し、
   前記信号制御処理部は、
   前記センサ用ガラスセルを通過した前記第２の光の強度を電気信号に変換する変換部と、
   基準電圧を供給する基準電圧部と、
   前記変換部によって変換された電圧と、前記基準電圧との差分値を算出する差分部と、
   前記差分値の変動を、前記電気信号の変動として前記光強度制御部へ送る駆動部と、
   を有することを特徴とする磁場計測装置。
2. 前記光強度制御部は、電圧が印加されることで、出力される光の強度を変更可能な音響光学変調部であり、
   前記駆動部は、前記電気信号の変動の正負を逆転させた前記電圧の変化を前記音響光学変調部に印加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁場計測装置。
3. 前記光源部は、
   電圧が印加されることで光を発生して出力する光発生部と、
   前記光発生部が出力している光の強度の変動を検出する光強度変動検出部と、
   前記光強度変動検出部が検出した前記光の強度の変動を基に、前記光発生部が出力する光の強度が一定となるよう補正する光強度変動補正部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の磁場計測装置。
4. 前記光強度変動補正部は、前記光発生部から出力される光の強度を音響光学効果により変更可能な音響光学変調部と、前記音響光学変調部を駆動する変調駆動部と、を含んでおり、
   前記音響光学変調部は、前記光発生部から出力される光を入力して、前記音響光学効果により前記入力した光の強度を変調し、０次光として出力し、
   前記光強度変動検出部は、前記音響光学変調部から出力される前記０次光を基に、前記光の強度の変動を検出し、
   前記変調駆動部は、前記光強度変動検出部が検出した前記光の強度の変動を基に、前記音響光学変調部に印加される電圧を制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁場計測装置。
5. 前記光源部は、
   前記光発生部が出力する光の周波数を安定させる周波数安定化部をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の磁場計測装置。
6. 前記光強度変動検出部及び前記光強度変動補正部は、前記周波数安定化部の後段に備えられる
   ことを有する請求項５に記載の磁場計測装置。

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