JPH05297095A

JPH05297095A - 死界のない光学的に励起されるＭｚ磁気計

Info

Publication number: JPH05297095A
Application number: JP9970992A
Authority: JP
Inventors: Costick Edmund; コスティクエドマンド; Mason Dino; メイソンディノ
Original assignee: CAE ELECTRON Ltd; CAE Electronics Ltd
Current assignee: CAE ELECTRON Ltd; CAE Electronics Ltd
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1993-11-12
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3202059B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】磁束計の死界問題を解消する光学的に励起され
る磁束計を提供すること。【構成】好ましくは半球状のガスセル７がヘリウム又は
アルカリ金属蒸気のための透明容器を形成する。コイル
２９は容器内に交流磁界Ｈ₁を形成する。この磁界は多
方向磁力線を有している。ヘリウム又はアルカリ金属蒸
気を含む一つのランプ１１又は複数のランプは、円偏光
された共鳴放射を、容器を通して伝搬する放射が多方向
である様に、容器に向ける。一つの光検出器２５又は複
数の光検出器は、ガスセルを透過した放射線を検出す
る。放射線の多方向性及び交流磁界Ｈ₁は、磁気計が死
界を通過しないことを補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、死界のない磁気計に関
する。より詳細には、本発明は、ガスセル、前記セル内
に形成された多方向交流磁界Ｈ₁、及び前記交流磁界Ｈ
₁によって前記ガスセルを通過する円偏光された複数の
共鳴放射線を含み、前記線の少なくとも一つの伝搬方向
が他の前記線の少なくとも一つの伝搬方向とは異なって
いる磁気計に関する。

【０００２】

【従来の技術】一つの又は複数のガスセル（これは蒸気
セル又は吸収セルとも呼ばれる）を使用する磁気計は、
例えば、RUBIDIUM VAPOUR MAGNETOMETER, L.W. Parsons
及びZ.M. Wiatr, Journal of Scientific Instruments,
Vol. 39, pp. 292-300, 1962年6 月, PRINCIPLES OF O
PERATION OF THE RUBIDIUM VAPOR MAGNETORMETER, A.L.
Bloom, Applied Optics, Vol. 1, 61 頁 1962 年1
月、米国特許3,206,671 号, Colegrove, Jr.等 1965 年
9月14日、及び米国特許3,350,632 号, Robinson,1967
年10月31日に説明される従来技術である。Parsons 等及
びBloom の参考文献において、ガスセルはアルカリ金属
の蒸気で充填されている。公知の磁気計において、アル
カリ金属ランプからの光Ｄ₁又はＤ₂はガスセルに向け
られる。交番磁界Ｈ₁はガスセル内に形成される。セル
を介して伝搬する光線は単一方向に沿って伝搬し、線の
全てが互いに略平行となる。同様の手法で、ガスセル内
に形成された交流磁場Ｈ₁は単一方向磁界である。

【０００３】Colegrove Jr. 等及びRobinson特許は、吸
収セルにヘリウムガスが充填され、ランプがヘリウムラ
ンプである磁気計を開示している。この様な公知の構成
は死界を有する。即ち、周囲磁界に対してセンサーが或
る方向にある時、センサーは信号を発生しない。この問
題に対する一つの解決は、この様な死界が除去される様
に磁気計を連続的に再位置される様にする機構を提供す
ることにある。この様な解決法は上記のJensonに説明さ
れている。しかしながら、この様な解決法は磁気計を再
位置するために、洗練され且つ高価な装置を必要とす
る。

【０００４】

【発明の要約】本発明の目的は、従来の磁束計の死界問
題を解消する光学的に励起される磁束計を提供すること
にある。本発明の更に特定の目的は、死界のないＭ_z磁
気計を提供することにある。本発明の更に別の目的は、
可動部品を必要としない死界のない磁気計を提供するこ
とにある。

【０００５】本発明の広い原理に従うと、死界のない光
学的に励起された磁気計は、セル内に形成される多方向
交流磁界Ｈ₁、及び交流磁界Ｈ₁によってセルを透過す
る円偏光された複数の共鳴放射線を含み、線の少なくと
も一つ伝搬方向が、他の線の少なくとも一つの伝搬方向
とは異なっている。或る実施例において、円偏光共鳴放
射線は円偏光共鳴光線である。

【０００６】本発明の特定の実施例に従うと、透明容器
からなるガスセル、前記容器内に交流磁界Ｈ₁を形成す
るための手段、前記放射線が前記容器を透過し、前記放
射線の少なくとも一つの伝搬方向が他の放射線の少なく
とも一つの伝搬方向とは異なる様に、複数の円偏光共鳴
放射線を前記容器に向けるための手段、及び前記光線を
向けるための検出器手段からなる死界のない光学的に励
起される磁気計が提供される。

【０００７】

【実施例】図１及び２を参照する。１として示される本
発明に従う磁気計は底面５及び半球上ドーム７から成る
中空容器を有するガスセル３からなる。この容器は、透
明材料、例えはパイレックスからなり、当該技術で良く
知られる様に、アルカリ金属蒸気又はヘリウムガスの何
れかが充填される。

【０００８】本出願の図面に示される容器は半球状ドー
ムであるが、この容器は他の形状、例えば、反転円錐形
状、又は半楕円形状断面を有することができる。底面
は、ドームの形状に依存して円又は他の形態である。鏡
９はドーム７の底面５に設置される。図２に示すことが
できる様に、鏡９も円状であり、底面と同心である。

【０００９】放射放出装置、例えば、ランプ１１は、図
１から最も良く分かる様に、ミラー９の方向に線を向け
る様に位置されている。ランプ１１は、当技術で良く知
られる様にアルカリ金属蒸気又はヘリウムの何れかを含
む。図示された実施例において、ランプ１１はセシウム
ランプである。ガスセルはセシウム蒸気を含む。しかし
ながら、上述の様に、ランプ及びガスセルの両方が他の
化学種からなることができる。

【００１０】ランプ１１はレンズ１３によって平行にさ
れた光ビームを放射する。平行な光線は、８９４４オン
グストローム（セシウムＤ₁線スペトル）にピーク透過
率を有する干渉フィルター１５を透過し、単色光は円偏
光子１７を通過し、レンズ１９を次に通過し、半球状ガ
スセル１３を導入する。レンズ１９は光を光平面鏡９に
向け、光は次に鏡９から反射され、反射された光はレン
ズ２７によって光検出器２５に集められる。図示された
実施例におていは、光検出器は光検出器、特にシリコン
光検出器から成る。しかしながら、他の形態の光検出器
を使用することができる。

【００１１】反射は、当分野で良く知られる様に、偏光
光を円偏光から楕円偏光の状態に変更する。光の中央入
射及び反射線は、互いに９０°の角度を成している。検
出器鏡で右手円偏光光を反射した再に、この光は左手偏
光光に偏光される。Ｈ₁コイルとも呼ばれるコイル２９
は図１及び２に示されるガスセル３の頂部に設置され
る。図２に示される様に、コイルは、底面の円と同心の
円状の形態である。以下に示される様に、他の形態のコ
イルを使用することができる。

【００１２】図２に示される様に、各々別体のレンズ構
成を伴う２つのランプ１１及び１１ａ、及びランプ１１
及び１１ａの反射線をそれぞれ検出する別体の光検出器
２５及び２５ａがある。ランプ１１及び１１ａは図示さ
れる様に好ましくは９０°離れている。図４に示される
様に、各ランプ１１及び１１ａには、１００MHz 電流を
与えて、無電極ランプを駆動するR.F.発振器を有するラ
ンプ駆動回路３１が関連している（例えは、米国特許第
3,109,960 号、カナダ特許768,824 及びW.E.Bell等TheR
eview of Scientific Instruments, 1961年 6月, Vol.
32, 68 頁) 。

【００１３】Ｈ₁コイル２９は電圧制御矩形波又は３角
波発生器３３によって駆動される。コイル内の電流は扱
うセシウム原子のラーマ周波数ｆ_Lの付近で周波数変調
される。コイルの駆動信号は図３Ａ及び３Ｂに図示され
ている。スイープ周波数は約９００Hzとすることができ
る。電圧制御矩形波発生器３３の少なくとも一つの出力
及び検出器構成２５又は２５ａの出力はプロセッサー又
はディスプレー３５に送られる。当分野で良く知られる
様に、ラーマ周波数ｆ_Lは光学的無線周波数二重共鳴か
ら見出される。この二重共鳴は、磁界Ｈ₁＝Ｈ₁ ⁰ｃｏｓ
２πｆｔの周波数ｆがｆ_Lに等しい時に、光学的に励起
されたアルカリ蒸気内で発生する。ｆ＝ｆ_Lの時、円偏
光された共鳴放射の強い吸収がガスセル内で観測され
た。この吸収はプロセッサー３５によって検出され、こ
のプロセッサー３５は同時に二重吸収が発生する時に発
生器３３の周波数を測定する。地球磁界の値は以下の公
式を使用して決定することができる。

【００１４】Ｈ₀＝ｆ_L／Ｃ・・・(1) ここで、Ｈ₀は地球磁界の強度であり、ｆ_Lはラーマ周
波数であり、Ｃはセシウムの場合、値3.５Hz／nTを有す
る磁気回転比てある。他のアルカリ金属が使用される
時、この定数は勿論異なる値を有する。図１及び２はラ
ンプ１１及び１１ａによって放射された光線がどの様に
してガスセル３を介して伝搬するかを示している。図２
に示される様に、ランプ１１及び１１ａは互いに９０°
離されており、線の少なくとも一つの伝搬方向は他の線
の少なくとも一つの伝搬方向とは異なっている。実際
は、線の何れの伝搬方向も、他の線の何れの線の伝搬方
向と異なっている。

【００１５】図５を参照する。点線３７は、Ｈ₁コイル
２９が活動される時ガスセル３に形成されたＨ₁磁界の
磁力線を表している。各磁力線の方向は他の磁力線の方
向とは異なっていることが分かる。ガスセルを介して伝
搬する円偏光光Ｄ₁の吸収Ｓは、ガスセル及びランプの
材料が上述されたものである時、Ｓ≒Ｓ₀cos⁴（Ｈ₀,Ｄ
₁）｜sin （Ｈ₀,Ｈ₁）｜^3/2と大まかに近似される。
ここで、Ｓ₀は最大吸収である。

【００１６】表現（Ｈ₀,Ｄ₁）は、地球磁界Ｈ₀とＤ₁
放射線間の角度を意味し、表現（Ｈ ₀,Ｈ₁）はＨ₀と形
成されたＨ₁磁界との間の角度を意味している。Ｄ₁光
線の方向が地球磁界の方向に直交する時、及びＨ₁磁界
の方向が地球磁界の方向に平行な時は、吸収の読みが可
能でないことが理解できる。多方向光線、及び多方向Ｈ
₁磁場を設けることにより、全線の方向を地球磁界の方
向に垂直となる状況とは決してならず、又Ｈ₁磁力線の
全てが地球磁場の方向に平行である状況とは成らない。
従って、極及び赤道線部死界が本発明の磁気計で除去さ
れる。

【００１７】本発明の磁気計の大きさを示すと、図１及
び２に示された実施例において、底面の直径は５cmの程
度であり、球状ドームの半径は2.５cmである。レンズ及
び干渉フィルター及び円偏光子は２5.４mmの直径を有し
ており、各レンズの焦点距離は３２mmである。干渉フィ
ルターのバンド幅は約１００オングストロームであり、
ホトセルの活動領域の直径は８mmの程度である。

【００１８】Ｈ₁コイルは１２０巻銅ワイヤーを含み、
コイル直径は１３mmである。勿論、検出器の全部分は非
磁性材料から作成されるべきである。図６及び７を参照
する。Ｈ₁コイルを巻く別の方法を説明している。図６
に示される実施例において、コイル巻はミツバチの巣状
の形態であり、ドームの外部表面に設置された複数の平
行な空間巻から成る。図７に示される実施例はトロイダ
ルコイルからなる。細いガラス管３９はワイヤーがセル
を通過するために必要となる。

【００１９】図８に示される磁気計の別の実施例におい
て、ランプ１１はランプアッセンブリ４１に取り付けら
れている。平行化非球面レンズ４３がランプと空間を開
けて設置されている。干渉フィルター及び円偏光子アッ
センブリ４５がレンズ４３の下にある。第２非球面レン
ズ４７がアッセンブリ４５の下にあり、Ｈ₁コイル２９
がコイルアッセンブリ４９内に取り付けられている。

【００２０】全構成が外部管ハウジング５１内に収容さ
れていおり、このハウジング５１は円状床部材５３及び
円状天井部材５５を含む。ガスセル３が床部材の上に、
これと同軸に取り付けられており、光検出器２５が、管
状部材５１とも同軸な光検出器アッセンブリ５６内に取
り付けられている。光検出器２５の中央は管状部材の軸
と一致することができる。

【００２１】光学スペーサ５７は種々の要素を互いに引
き離している。図８の実施例において、ランプ１１によ
って放出された線は第１レンズ４３によって曲げられ、
レンズ４３及び４７間の管状構成を形成する。この線は
次にレンズ４３によって更に曲げられ、ガスセルを介し
て伝搬する線が逆円錐状構成を形成する。円錐状の線は
全て光検出器２５に向けられ、ガスセルを通過する線の
伝搬方向は、何れの線の伝搬方向も他の線の少なくとも
一つの伝搬の方向から異なる様にされる。実際、何れの
線の伝搬方向も他のいずれの線の伝搬方向とは異なって
いる。ガスセル内のＤ₁光の両極端の線間の角度は好ま
しくは１００°以上を越えてはならない。

【００２２】図９に示される実施例は、非球面レンズ４
３が３つの凸レンズ５８、５９及び６１によって置き換
えられることを除いて図８に示される実施例と同じであ
る。非球面レンズ４７は凸レンズ６３、６５及び６７に
よって置き換えることができる。更に別の実施例が図１
０に示されている。図１０の実施例は、円状床部材５３
及び円状天井部材５５を有する管状ハウジング５１内に
収納される。ランプ１１は同様にランプアッセンブリ４
１内にマウントされており、光検出器２５は光検出器ア
ッセンブリ５６内に取り付けられている。しかしなが
ら、図１０の実施例は、床部材５３上に取り付けられた
放物面反射鏡６９、天井部材５５上に取り付けられた第
２の放物面鏡７１を含んでいる。放物面鏡は好ましくは
放物面鏡である。ランプ１１及び光検出器２５は鏡の焦
点に取り付けられている。

【００２３】ランプ１１から放出された光は放物面鏡６
９によって反射されて、放物面反射鏡６９及び放物面反
射鏡７１との間に平行線を形成する。放物面鏡７１は光
を反射し、これを光検出器に向け、ガスセル３を通して
伝搬する光線が反転円錐構成を形成するようにする。光
の或る部分は、ガスセルの不透明ホールダによって光検
出器に到達する以前に遮断される。これは得られる信号
を減少する。従って、図８及び９への実施例に示される
様に、ガスセルを通過する光線の伝搬方向は、各線の方
向は他の線の方向から異なる様にされる。

【００２４】別の実施例が図１１に示される。同様に、
図１１の構成が床部材５３及び天井部材５５を有する管
状ハウジング５１内に収容される。ランプ１１が同様に
ランプアッセンブリ４１内に取り付けられている。放出
された光ビームは、例えば、平凸レンズとすることがで
きるレンズ７３によって平行化される。次に、平行光
は、干渉フィルター及び円状偏光子アッセンブリ４５を
通過する。ガスセル３に導入する前に、円偏光された共
鳴放射は凹レンズ７５よって発散される。レンズは、平
凸レンズとすることができる。光線は、ガスセル３上に
存在する球状ホトセルアレイ７３上に射る。球状アレイ
７３はガスセルと同軸である。

【００２５】ガスセルを伝搬する光の円錐の頂角は約１
００°である。ホトセルアレイは、図１２Ａ及びＢに示
される検出器の対称軸に対して４５°の、３つのホトセ
ル２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃによって置き換えることがで
きる。より強い信号を補償するために、光は変換レンズ
８１によってホトセル上に収束される。同様に、ガスセ
ルを通して伝搬する光線の各々は、少なくとも一つの光
線と異なる方向で伝搬する。実際、各光線は他の何れの
光線とも異なる方向で伝搬する。

【００２６】光学スペーサ５７が同様に与えられ、種々
の要素を互いに離している。従って、種々の異なる実施
例が与えられており、ランプ１１によって放出された光
ビームの光線は、何れの光線の伝搬方向は他の光線の少
なくとも一つの伝搬方向と異なる様にして、ガスセル３
を通して伝搬し、実際、各光線の伝搬方向は、ガスセル
を介して伝搬する他の光線何れの伝搬方向とも異なる。
図５の議論から同様に想起される様に、ガスセル内に形
成される磁場Ｈ₁は複数の磁力線からなる。各磁力線の
方向は他の磁力線の少なくとも一つの方向から異なって
いる。

【００２７】複数の検出器の出力、又は各検出器の種々
の出力に、公知の方法で加算、平均化又は他の処理を施
すことができる。上述の実施例の全てにおいては、ガス
セルの一部のみが使用されている。特に、この部分は、
ランプからの光を種々の光検出器又は単一の光検出器の
種々の部分に向けるのに必要とされる。

【００２８】図１３に示される本発明の別の実施例に従
うと、複数のガスセルが使用され、各ガスセルはそれ自
体の光検出器と関連している。図１３を参照する。ガス
セル３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、別個の検出器２５Ａ、２５
Ｂ及び２５Ｃとそれぞれ関連している。好ましくは、ガ
スセルの各々は透明材料の円筒からなる。ランプ１から
の光はガスセルの各々を介して放出されて、対応する光
検出器２５Ａ、２５Ｂ及び２５Ｃ上に射る。勿論、ラン
プ及び各ガスセルとの間及びガスセルと対応する光検出
器との間に適当なレンズ及び偏光子が通常設けられる。
また、図１３で分かる様に、各光検出器は対応するガス
セルと整列される。

【００２９】図１３の実施例において、Ｈ₁コイル１０
Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、図１４に良く図示される様
に、円筒３Ａ、３Ｂ及び３Ｃの回りにそれぞれ巻かれて
いる。図１４で分かる様に、この構成のために、各ガス
セル内のＨ₁フィールドは平行レンズを有している。し
かしながら、ガスセルは他のものに対して角度γである
ので（ここで、γは２０から９０度の範囲にある）、異
なるガスセルのＨ₁磁界は互いに平行でなく、各ガスセ
ルの磁界は他の何れのガスセルの磁界とも異なる方向を
有している。

【００３０】Ｈ₁コイルは直列又は並列に接続すること
ができる。各単一ガスセル内の円偏光された放射線ビー
ムは、光検出器上に収束された平行線を含むことが出来
る。しかしながら、同様に、セルは互いに或る一つの角
度を有しているので、一つのセル内の線の方向は他の何
れのセルの線の方向と異なっている。

【００３１】別の実施例においては、図１５に示される
様に、単一のＨ₁コイル１０のみが存在する。この様な
単一Ｈ₁コイルからのＨ₁磁界が図１６に図示されいて
る。従って、何れのセル内の磁界の方向も他のセル内の
磁界の方向とは異なることが理解できる。単一Ｈ₁コイ
ルは、図１６に図示されるのとは異なる場所に位置する
ことができる。例えは、ガスセル間又はガスセルと検出
器との間に設置することができる。

【００３２】出願人は、ラーマ周波数を追跡するための
電子回路を考案した。この回路は図１７、１８及び１９
内に図示されている。しかしながら、図２２、２３及び
２４に図示される回路の動作の説明を進める前に、出願
人は、ここに記載された磁気計及び電子回路の動作が基
づく理論の簡単な説明を与える。

【００３３】図１７を参照する。Ｈ₁コイルは特定の周
波数ｆ_L（ラーマ周波数）の交番電流で駆動され、ホト
セルによって測定される光強度が最小（光学−ＲＦ二重
共鳴）になることが観測される。ホトセル電流に対して
Ｈ₁コイルの駆動交替電流の周波数ｆをプロットするこ
とにより、Ｖ形曲線が図１７に示される様に観測され
る。

【００３４】曲線の最小ディップは、吸収点と呼ばれ、
曲線のＶ形部分は吸収曲線と呼ばれる。最小ディップが
発生する周波数はラーマー周波数ｆ_Lと呼ばれる。環境
磁界Ｈ ₀の強度が変化する場合、ラーマー周波数ｆ_Lも
図１８に示される様に変化することに注意する。

【００３５】Ｈ₁コイル中の交流電流がｆ_FMでの周波数
変調であり、その平均周波数がｆ_av＝ｆ_Lである場合、
光強度は２ｆ_FMで変調される（図１９）。平均周波数ｆ
_avは一完全走査（又はサイクル）中の平均周波数として
定義される。図１９及び図２１Ｂで分かる様に、Ｈ₁コ
イルを駆動する電流の平均周波数ｆ_avはラーマー周波数
ｆ_Lに等しい場合、ホトセルの出力信号は対称的であ
る。図２０及び図２１Ｃ及び２１Ｄに示される様に、ｆ
_av＜ｆ_L又はｆ_av＞ｆ_Lの場合、ホトセル電流は対称的
でない。図に示される様に、ホトセル電流は交互にＡ及
びＢ領域に落ちる。

【００３６】図２２を参照する。ラーマー周波数を電子
的に追従するための回路は、全体として１００で表され
ており、ホトセル増幅器１０１及びサンプルホールド装
置１０３及び１０５を含む。サンプルホールド装置の出
力は、比比較器１０７に送られる。この比較器の出力は
エラー増幅器に送られる。サンプルホールド装置１０３
及び１０５は、制御論理構成１１１の制御下にある。変
調周波数を制御する制御論理はサンプルホールド装置を
切り換えて、例えは、１０３は図２０及び２１中の
“Ａ”と呼ばれる領域を通過し、１０５は図２０及び１
６中の“Ｂ”と呼ばれる領域を通過する。

【００３７】制御論理１１１は、出力矩形波信号（９０
０Hz）を供給する。これは、加算点１１３でエラー増幅
器１０９の出力信号と加算される。この加算された信号
は次にＶＣＯ１１５を制御する。増幅器１０１のより詳
細な図が図２３に示されている。図２３で分かる様に、
増幅器３つの演算増幅器Ｕ１、Ｕ２及びＵ３から構成で
きる。図２３に示される増幅器はインピーダンス変換増
幅器に構成することができる。増幅器Ｕ１は電流−電圧
変換器として構成される。演算増幅器Ｕ２は単に電圧増
幅器である。

【００３８】演算増幅器Ｕ３は電圧オフセット補償回路
として構成され、インピーダンス変換増幅器の直流出力
を零ボルトに調整する。サンプルホールド装置及び比比
較器のより詳細な記述は図２４に示される。図２４にお
いて、比比較器は増幅器Ｕ６からなり、ＡＤ５３４と示
される乗算チップから構成することができる。

【００３９】乗算チップ１１５は比増幅器（Ｚ₁−
Ｚ₂）／（Ｘ₁−Ｘ₂）×１０＝Ｖ_outとして構成され
る。反転増幅器１１７が図２４内に接続される時、回路
は以下の割合を発生する様に機能する。（Ｚ₁−Ｚ₂）／（Ｚ₁＋Ｚ₂）×１０＝Ｖ_out 図２２に戻る。作動中、Ａ及びＢの振幅は、交互に１０
３及び１０５に送られる。Ａ及びＢ間の差の比は１０７
の出力に発生される。Ａ及び／又はＢの強度と無関係に
扱える様に比が発生されることが重要である。

【００４０】この比はエラー増幅器に送られ、次いで加
算点１１３に送られる。加算点１１３への第２入力には
制御論理１１からの変調信号が送られ、この変調信号は
１０９の出力に従って加算点１１３で変調される。この
変調電圧は次に電圧制御発振器１１５に送られ、この発
振器は周波数変調された信号を与えて、Ｈ₁コイル２９
を駆動する。

【００４１】光学的励起における光放射源の使用のみが
記述されたが、異なる電磁放射源、例えば、マイクロ波
放射源、紫外線放射源、赤外線放射源、ガンマ放射源等
をこの目的のために使用することができることは当業者
に明らかであり、本出願における用語「光学的に励起さ
れる」は上記源の何れかを使用する処理を意味してい
る。

【００４２】種々の実施例が記述されたが、これは本発
明の説明のためであり、本発明を制限するためのもので
はない。当業者に容易に想起される種々の変更が添付さ
れた特許請求の範囲に記載される本発明の範囲内にあ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の側面図、

【図２】図１の実施例の平面図、

【図３】波形図、

【図４】磁気計で使用される電子回路の簡略ブロック
図、

【図５】本発明の原理を理解するのに有用な図、

【図６】ガスセルのＨ₁コイルに対する別のコイル構成
を示す図、

【図７】ガスセルのＨ₁コイルに対する別のコイル構成
を示す図、

【図８】本発明の別の実施例の図、

【図９】本発明の別の実施例の図、

【図１０】レンズの代わりに反射鏡を使用する発明の更
に別の実施例の図、

【図１１】本発明の更に別の実施例の図、

【図１２】図１１の実施例の別の検出器の構成の図、

【図１３】本発明の他の実施例の図、

【図１４】図１３の実施例のコイルの図、

【図１５】本発明の他の実施例の図、

【図１６】図１５の実施例により発生する磁界、

【図１７】ホトセル出力電流対Ｈ₁磁界周波数のグラ
フ、

【図１８】ラーマー周波数対磁界強度のグラフ、

【図１９】光強度対Ｈ₁磁界周波数のグラフであり、平
均Ｈ₁フィールド周波数ｆ_avがラーマー周波数ｆ_Lに等
しい時の、光強度（ホトセル電流）に対するＨ₁磁界周
波数の変化の影響を示している。

【図２０】図１４と同じであるが、平均Ｈ₁磁界周波数
がラーマー周波数よりも大きい時の状況を示している。

【図２１】ラーマー周波数と等しい、より小さい及びよ
り大きい周波数の平均Ｈ₁磁界のホトセル出力への影響
を示す。

【図２２】ラーマー周波数追跡のための電子回路のブロ
ック図、

【図２３】図１７のホトセル増幅器のより詳細なブロッ
ク図、

【図２４】図１７のサンプルホールド及び比較回路のよ
り詳細なブロック図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明容器手段からなるガスセル手段、前記容器手段内に交流磁界Ｈ₁を形成する手段、複数の円偏光した放射線を、これら放射線が前記容器手
段を通して伝搬し、前記放射線の少なくとも一つの伝搬
方向が少なくとも一つの他の前記放射線の伝搬の方向と
は異なっている様に、前記容器手段に向ける手段、前記放射線を検出するための検出器から成る死界のない
光学的に励起される磁気計。
【請求項２】前記ガスセル手段が、底面及びこの底面上
に取り付けられたドームを有し、前記底面及び前記ドー
ムが透明である請求項１記載の磁気計。
【請求項３】前記Ｈ₁磁界を形成するための、前記ガス
セルに隣接して設けられたＨ₁コイル、電圧制御矩形又は三角波発生器からなる、前記Ｈ₁コイ
ルを活動するためのコイル駆動装置を更に有し、前記Ｈ
₁コイル及び前記コイル駆動装置が、前記容器内に交流
磁界Ｈ₁を形成するための前記手段からなる請求項２に
記載の磁気計。
【請求項４】前記複数の放射線を検出するための前記手
段が、少なくとも一つの放射線放出素子、及び前記ランプと前
記ガスセルとの間に設置された第１レンズ構成からなる
請求項３に記載の磁気計。
【請求項５】前記放射線が光であり、前記検出する手段
が、少なくとも一つの光検出器、前記ガスセルと前記光検出器との間の第２レンズ構成か
らなる請求項４記載の磁気計。
【請求項６】前記底面が反射鏡を有し、前記光放出ランプによって放出された光が、前記鏡で検
出され、これによって、前記ランプによって放出され、前記ガス
セルを介して通過した光が前記鏡によって反射され、前記光検出器が前記反射光を受信する様に設置されてい
る請求項５記載の磁気計。
【請求項７】光を検出するための前記手段が、第１光放出ランプおよひ第２光放出ランプ、前記第１ランプと第２ガスセルとの間に設置された、第
１フィルター及び第１円偏光子を含む第１レンズ構成、前記第２光放出ランプとガスセルとの間に設置された、
第２フィルター及び第２円偏光子を含む第２レンズ構
成、前記検出器が、第１光検出器、第２光検出器、前記ガス
セルと前記第１光検出器との間の第３レンズ、及び前記
ガスセルと前記第２光検出器との間の第４のレンズ構成
からなり、前記底面が反射鏡からなり、前記第１及び第２ランプによって放射された光が前記鏡
に向けられ、これによって、前記ランプによって放射され、前記ガス
セルを通過した光が前記鏡によって反射され、前記第１光検出器が、前記第１ランプの反射光を受信す
る様設置されており、前記第２光検出器が前記第２ランプの反射光を受信する
様設置されており、前記第１ランプが前記第２ランプから角度的に離されて
いる請求項３記載の磁気計。
【請求項８】前記ドームが半球状である請求項２、３又
は７記載の磁気計。
【請求項９】前記ドームが半球状であり、前記ガスセル
がヘリウムガス又はアルカリ金属で充填されており、前
記ランプがヘリウムガス又はアルカリ金属ランプである
請求項７記載の磁気計。
【請求項１０】前記ドームが半球状であり、セシウム蒸
気で充填されており、前記ランプがセシウムランプであ
る請求項何れか記載の磁気計。
【請求項１１】前記第１レンズ構成が、前記ランプから放出された光の放出方向である第１の方
向で前記ランプから離された第１レンズアッセンブリ、前記第１方向で前記第１レンズアッセンブリから離され
たフィルター及び偏光子、前記第１方向で前記第フィルター及び偏光子から離され
た第２レンズアッセンブリーから成り、前記ガスセルが
前記第１方向で前記第２レンズ構成から離されている請
求項２、３又は７何れかに記載の磁気計。
【請求項１２】前記第１ランプアッセンブリが、非球面
レンズからなる第１凸レンズからなり、前記第２レンズアッセンブリが、非球面レンズからなる
第２凸レンズからなり、そして前記光検出器が、底面の
中央に設置されている請求項１１記載の磁気計。
【請求項１３】第１レンズアッセンブリが同軸の第１の
複数の凸レンズからなり、第２レンズアッセンブリが同軸の第２の複数の凸レンズ
からなり、前記光検出器がガスセルの前記底面の中央に設置されて
いる請求項１１記載の磁気計。
【請求項１４】前記第１レンズアッセンブリが、平凸レ
ンズからなり、前記第２レンズアッセンブリが、平凸レンズ、第１の方
向で前記ガスセルから離された球状ホトセル構成からな
り、前記球状ホトセル構成が、前記ホトセル構成の円周
内の互いに間隔を開けられた複数の光検出器からなる請
求項１１記載の磁気計。
【請求項１５】前記磁気計が、床部材及び天井部材を有
する管状ハウジング内に収納されている請求項１１、１
２、１３又は１４記載の磁気計。
【請求項１６】前記ドームが半球状である請求項１１、
１２又は１３記載の磁気計。
【請求項１７】前記ドームが半球状であり、前記ガスセ
ルにヘリウム又はアルカリ金属蒸気が充填されており、
前記ランプがヘリウム又はアルカリ金属ランプである請
求項１１、１２又は１３記載の磁気計。
【請求項１８】前記ドームが半球状であり、セシウム蒸
気で充填されており、前記ランプがセシウムランプであ
る請求項１１、１２又は１３記載の磁気計。
【請求項１９】前記放射が光であり、前記複数の光線を
検出するための前記手段が、光放出ランプ、前記ランプから放出された光の伝搬方向である第１方向
で前記ランプから離された第１放物面反射鏡、前記第１放物反射面によって反射された光の伝搬方向で
ある第２方向で前記第１放物面反射郷から離された第２
放物面反射鏡、前記ガスセルと前記ランプとの間に設置された干渉フィ
ルター及び偏光子アッセンブリからなり、前記ガスセルが、前記第１方向で前記第２放物面反射鏡
から離されており、検出するための前記手段が、前記底面に設置された光検
出器からなる請求項３記載の磁気計。
【請求項２０】前記磁気計が、床部材及び天井部材を有
する管状ハウジング内に収容されている請求項１９記載
の磁気計。
【請求項２１】前記ドームが半球状である請求項１９記
載の磁気計。
【請求項２２】前記ドームが半球状であり、前記ガスセ
ルにヘリウム又はアルカリ金属蒸気が充填されており、
前記ランプがヘリウム又はアルカリ金属ランプである請
求項１９記載の磁気計。
【請求項２３】前記ドームが半球状であり、セシウム蒸
気が充填されており、前記ランプがセシウムランプであ
る請求項１９記載の磁気計。
【請求項２４】前記ドームが半球状であり、前記磁気コ
イルが円状に形成され、前記半球状の頂部に隣接して設
置された複数の巻からなる、請求項４、７、１１、１
２、１３、１４又は１９記載の磁気計。
【請求項２５】前記ドームが半球状であり、前記コイル
が前記半球の外部表面に沿った複数の巻からなるミツバ
チの巣状である請求項４、７、１１、１２、１３、１４
又は１９記載の磁気計。
【請求項２６】前記ドームが半球状であり、前記磁気コ
イルがトロイダル状を有している請求項４、７、１１、
１２、１３、１４、又は１９記載の磁気計。
【請求項２７】前記容器内に形成される前記交流磁界Ｈ
₁が複数の非方向性フィールドラインからなる請求項
１、４、７、１１、１２、１３、１４又は１９記載の磁
気計。
【請求項２８】前記ガスセルが複数のガスセルからな
り、各前記個別のガスセルが全ての他のガスセルに対し
て或る一定の角度で設置されており、前記検出手段が、各々前記個々のガスセルの対応するも
のと整列する同数の個別検出器からなり、複数の円偏光した共鳴放射線を検出するための手段が、
一つ以上の放射放出素子からなり、前記放射が光であ
り、前記放射放出素子が少なくとも一つの光放出ランプ
であり、前記少なくとも一つの光放出ランプが、複数の前記個別
のガスセルの一端に設置されており、前記個別の検出手段が、各ガスセルの他端に設置されて
いる請求項１記載の磁気計。
【請求項２９】交流磁界Ｈ₁を形成するため前記手段
が、各個別のガスセルの回りを巻かれた同数の個別Ｈ₁
コイルからなる請求項２８記載の磁気計。
【請求項３０】交流磁界Ｈ₁を形成するための前記手段
が、前記光放出ランプ及び前記個別ガスセルの前記一端
との間に設置された単一のＨ₁コイルからなる請求項２
８記載の磁気計。
【請求項３１】前記個別のガスセルが透明円筒からな
り、前記透明円筒の長手軸が、前記光放出ランプ及び前記個
別のセルの対応する個別センサの両方に整列している請
求項２８、２９又は３０記載の磁気計。
【請求項３２】前記個別のガスセルが透明円筒からな
り、前記磁気計が３つのこの様なシリンダからなり、前記円筒が、各隣接する円筒から２０°及び９０°の間
の角度で設置されており、各円筒の長手軸が、前記光放出手段及び前記円筒と関連
する前記個別のセンサーと整列している請求項２８、２
９又は３０記載の磁気計。
【請求項３３】単一のガスセル磁気計からなり、このガ
スセル内に非単一方向性振動Ｈ₁磁界、及び前記ガスセ
ル内に非単一方向性円偏光共鳴励起放出を含む、死界の
ない光学的に励起される磁気計。
【請求項３４】複数のガスセル磁気計からなり、対応す
るガスセル内で円偏光された共鳴放射伝搬する少なくと
も３つの非平面ビーム、及び残りのガスセル内のＨ₁磁
界とは異なる方向を有する少なくとも一つのガスセル内
の振動Ｈ₁磁界を含む死界のない光学的に励起される磁
気計。