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JP5764949B2 - Magnetic field measuring device - Google Patents

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JP5764949B2 JP2011020926A JP2011020926A JP5764949B2 JP 5764949 B2 JP5764949 B2 JP 5764949B2 JP 2011020926 A JP2011020926 A JP 2011020926A JP 2011020926 A JP2011020926 A JP 2011020926A JP 5764949 B2 JP5764949 B2 JP 5764949B2
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龍治 保刈
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  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Description

本発明は、磁場計測装置に関する。   The present invention relates to a magnetic field measurement apparatus.

生体の心臓等から発せられる磁場を検出する生体磁気計測装置等において、光ポンピングを利用した磁気センサーが利用されている。このような磁気センサーとしては、アルカリ金属原子等のガスが封入された各セルに、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直交するように照射され、生体から発せられる磁場をプローブ光によって検出するものがある。下記特許文献1には、そのような光ポンピング原子磁力計が開示されている。   A magnetic sensor using optical pumping is used in a biomagnetic measuring apparatus that detects a magnetic field emitted from a living heart or the like. As such a magnetic sensor, each cell in which a gas such as an alkali metal atom is sealed is irradiated with a pump light having a circularly polarized component and a probe light having a linearly polarized component perpendicular to each other and emitted from a living body. There is one that detects a magnetic field by probe light. Patent Document 1 below discloses such an optical pumping atomic magnetometer.

特開2009−236599号公報JP 2009-236599 A

ところで、セルにおいて励起されるアルカリ金属原子の電子数は、セル内の原子量やポンプ光を照射するパワー等の違いによって異なる。複数のセルを並べて生体の広範囲な部分を測定する場合、各セルにおいて励起される電子数に差異があるとセルのスピン偏極率が異なり、各セルの磁場感度にばらつきが生じる。
本発明は、複数のセルを並べて磁場を計測する磁場計測装置において、各セルのポンプ光の光量を制御して磁場の測定精度を向上させる技術を提供する。
By the way, the number of electrons of the alkali metal atom excited in the cell differs depending on the difference in the amount of atoms in the cell, the power for irradiating pump light, and the like. When measuring a wide range of a living body by arranging a plurality of cells, if there is a difference in the number of electrons excited in each cell, the spin polarization rate of the cell differs, and the magnetic field sensitivity of each cell varies.
The present invention provides a technique for improving the measurement accuracy of a magnetic field by controlling the amount of pump light in each cell in a magnetic field measurement apparatus that measures a magnetic field by arranging a plurality of cells.

本発明に係る磁場計測装置は、ポンプ光により励起される原子からなる原子群を含むセルを複数有するセルアレイと、前記セルアレイの各セルに対してポンプ光を照射する第1照射手段と、前記各セルに対し、当該セルに対して照射される前記ポンプ光と当該セル内で交差するようにプローブ光を照射する第2照射手段と、前記各セルを透過した前記プローブ光を各々受光して前記各セルにおける磁場を検出する検出手段と、前記各セルに対応して設けられ、入力された制御信号に従って、前記第1照射手段で照射された前記ポンプ光が当該セルに入射する光量を調整する調整手段と、前記セル毎に、前記調整手段の調整量を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶されている前記セル毎の前記調整量に基づく前記制御信号を前記調整手段に入力する入力手段とを備えることを特徴とする。この構成によれば、予め検証されたセルのスピン偏極率が均一となるセル毎の調整量を記憶手段に記憶させておくことで、各セルの磁場感度が均一になるように各セルのポンプ光の光量が制御され、磁場の測定精度を向上させることができる。   A magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a cell array having a plurality of cells including atomic groups composed of atoms excited by pump light, first irradiation means for irradiating each cell of the cell array with pump light, A second irradiating means for irradiating the cell with the probe light irradiated to the cell and the probe light so as to intersect within the cell; and receiving the probe light transmitted through the cells, respectively. Detection means for detecting a magnetic field in each cell, and a light amount provided for each cell, and adjusting the amount of light incident on the cell by the pump light emitted by the first irradiation means, according to the input control signal Adjusting means; storage means for storing the adjustment amount of the adjusting means for each cell; and the control signal based on the adjustment amount for each cell stored in the storage means. Characterized in that it comprises input means for inputting. According to this configuration, by storing in the storage means the adjustment amount for each cell that makes the spin polarization rate of the cell verified in advance uniform, the magnetic field sensitivity of each cell becomes uniform. The amount of pump light is controlled, and the measurement accuracy of the magnetic field can be improved.

また、本発明に係る磁場計測装置は、上記磁場計測装置において、前記各セルに対して一定の磁場を印加すると共に、前記制御信号を変化させて前記調整手段に入力し、前記磁場検出手段で検出される前記各セルの磁場の検出値が予め定められた基準値となるときの前記制御信号を前記セル毎に特定し、特定した前記セル毎の前記制御信号に基づく前記調整量を前記記憶手段に記憶させる特定手段を備えることとしてもよい。この構成によれば、各セルにおけるスピン偏極が均一となるようにセル毎の調整量が設定できるので、磁場計測装置の設置環境が変化した場合やセルを交換した場合でも各セルの磁場感度を均一にすることができる。   In the magnetic field measurement apparatus according to the present invention, in the magnetic field measurement apparatus, a constant magnetic field is applied to each cell, the control signal is changed and input to the adjustment unit, and the magnetic field detection unit The control signal when the detected value of the magnetic field of each cell to be detected becomes a predetermined reference value is specified for each cell, and the adjustment amount based on the specified control signal for each cell is stored in the memory It is good also as providing the specific means memorize | stored in a means. According to this configuration, since the adjustment amount for each cell can be set so that the spin polarization in each cell is uniform, the magnetic field sensitivity of each cell can be changed even when the installation environment of the magnetic field measurement device is changed or the cell is replaced. Can be made uniform.

また、本発明に係る磁場計測装置は、上記磁場計測装置において、前記第1照射手段は、前記セルアレイにおける複数のセルに対して一の前記ポンプ光の光源を有し、当該光源から前記複数のセルに対して前記ポンプ光を分配して照射することとしてもよい。この構成によれば、セル毎にポンプ光の光源を設ける必要がなく装置を小型化することができる。   In the magnetic field measurement apparatus according to the present invention, in the magnetic field measurement apparatus, the first irradiation unit includes a light source of the pump light for a plurality of cells in the cell array, and the plurality of light sources from the light source It is good also as distributing and irradiating the said pump light with respect to a cell. According to this configuration, it is not necessary to provide a pump light source for each cell, and the apparatus can be downsized.

実施形態に係る磁場計測装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the magnetic field measuring device which concerns on embodiment. 実施形態に係るセルに対して照射されるポンプ光とプローブ光を説明する図である。It is a figure explaining the pump light and probe light which are irradiated with respect to the cell which concerns on embodiment. (a)は、実施形態に係る第1照射部と調整部とを説明する図である。(b)は、実施形態に係る第2照射部と検出部とを説明する図である。(A) is a figure explaining the 1st irradiation part and adjustment part which concern on embodiment. (B) is a figure explaining the 2nd irradiation part and detection part which concern on embodiment. 実施形態に係る記憶部に記憶されているセル毎の調整量を例示した図である。It is the figure which illustrated the adjustment amount for every cell memorized by the storage part concerning an embodiment.

<実施形態>
(構成)
図1は、本発明に係る実施形態の磁場計測装置の構成を表すブロック図である。磁場計測装置1は、セルアレイ10、ポンプ光調整ユニット20、磁場検出ユニット30、制御部40、操作部50及び記憶部60を備えている。
<Embodiment>
(Constitution)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a magnetic field measurement apparatus according to an embodiment of the present invention. The magnetic field measurement apparatus 1 includes a cell array 10, a pump light adjustment unit 20, a magnetic field detection unit 30, a control unit 40, an operation unit 50, and a storage unit 60.

セルアレイ10は、複数のセル(10a,10b,10c,10d)を一列に並べて構成されている。各セルは、光を透過するガラス等の素材で形成され、セル内部に所定の原子からなる原子群が含まれた立方体形状の各々独立した物体である。この所定の原子は、円偏光によって励起状態となりスピン偏極する原子であり、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)及びフランシウム(Fr)等のアルカリ金属である。なお、各セル内には、アルカリ金属の原子の他に、ヘリウム(He)、窒素(N)などのバッファーガスが含まれていてもよい。アルカリ金属の原子は、磁気を検出する際に気体の状態であればよく、常時気体の状態でなくてもよい。また、本実施形態では、セルアレイ10のセルは一列に4つ並べられている例であるが、セルの数は複数であればよく、複数列であってもよい。また、本実施形態では、各セルは独立した物体である例を用いるが、例えば、隣接するセルとの影響を受けないように直方体を仕切って形成されたものでもよいし、隣接するセルとの影響を受けない程度にセルとセルとの仕切りの一部に設けられた孔によって各セルが連通されていてもよい。要は、セルアレイ10は、区分けされた複数の空間が形成されていればよい。また、セルの形状は、立方体形状の例を用いるが、セルの形状はこの形状に限らない。   The cell array 10 is configured by arranging a plurality of cells (10a, 10b, 10c, 10d) in a line. Each cell is made of a material such as glass that transmits light, and each cell is an independent object having a cubic shape in which a group of atoms including predetermined atoms is included inside the cell. This predetermined atom is an atom that is excited by circularly polarized light and spin-polarized. For example, lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr ) And the like. Each cell may contain a buffer gas such as helium (He) and nitrogen (N) in addition to alkali metal atoms. The alkali metal atoms may be in a gaseous state when detecting magnetism, and may not always be in a gaseous state. In the present embodiment, four cells of the cell array 10 are arranged in a line. However, the number of cells may be plural, and may be plural. In this embodiment, an example is used in which each cell is an independent object. However, for example, the cell may be formed by partitioning a rectangular parallelepiped so as not to be affected by the adjacent cell. Each cell may be communicated by a hole provided in a part of the partition between the cells so as not to be affected. In short, the cell array 10 only needs to have a plurality of partitioned spaces. Moreover, although the example of a cube shape is used for the shape of a cell, the shape of a cell is not restricted to this shape.

磁場検出ユニット30は、各セル(10a,10b,10c,10d)における磁場を検出する磁場検出部(30a,30b,30c,30d)を有する。各磁場検出部は、各セル(10a,10b,10c,10d)内の原子を同一方向にスピン偏極させるためのポンプ光を照射する第1照射部(図示略)を共有する。また、各磁場検出部は、各セルにおける磁場を検出するためのプローブ光を照射する第2照射部(図示略)と、各セルを透過したプローブ光を検出して各セルにおける磁場を検出する検出部(図示略)を各々有する。本実施形態では、図2の破線矢印で示す各セルの上面方向(z軸方向)からポンプ光を照射し、図2の実線矢印で示す各セルの側面方向(y軸方向)からプローブ光を照射する。第1照射部、第2照射部、検出部についての詳細は後述する。   The magnetic field detection unit 30 includes magnetic field detection units (30a, 30b, 30c, 30d) that detect magnetic fields in the cells (10a, 10b, 10c, 10d). Each magnetic field detection unit shares a first irradiation unit (not shown) that emits pump light for spin-polarizing atoms in each cell (10a, 10b, 10c, 10d) in the same direction. In addition, each magnetic field detection unit detects a magnetic field in each cell by detecting a second irradiation unit (not shown) that irradiates probe light for detecting the magnetic field in each cell and probe light transmitted through each cell. Each has a detector (not shown). In the present embodiment, the pump light is irradiated from the upper surface direction (z-axis direction) of each cell indicated by the broken line arrow in FIG. 2, and the probe light is irradiated from the side surface direction (y-axis direction) of each cell indicated by the solid line arrow in FIG. Irradiate. Details of the first irradiation unit, the second irradiation unit, and the detection unit will be described later.

ポンプ光調整ユニット20は、各セル(10a,10b,10c,10d)に対応して設けられた調整部(20a,20b,20c,20d)を有する。各調整部は、調整手段の一例であり、対応するセルに入射するポンプ光の光量を調整する。本実施形態では、各調整部は、例えば液晶シャッターで実現され、後述する制御部40によって入力される制御信号に応じてポンプ光の透過率を変化させる。   The pump light adjustment unit 20 has adjustment units (20a, 20b, 20c, 20d) provided corresponding to the cells (10a, 10b, 10c, 10d). Each adjustment unit is an example of an adjustment unit, and adjusts the amount of pump light incident on the corresponding cell. In the present embodiment, each adjustment unit is realized by, for example, a liquid crystal shutter, and changes the transmittance of the pump light according to a control signal input by the control unit 40 described later.

図3(a)は、第1照射部310と図2に示した各セルと各調整部とを示す図である。図3(a)に示すように、第1照射部310は、第1照射手段の一例であり、光源311と、光源311から出力される光を分配する分配機構312とを有する。光源311は、無偏光のレーザー光をコリメートレンズ、偏光板、四分の一波長板等の光学部材(図示略)により円偏光成分を有するポンプ光に変換して出力する。分配機構312は、光源311からのポンプ光をセルの数だけ分岐させ、分岐させた各ポンプ光を各出力端から出力する分岐カプラーを有する。分岐カプラーで分岐されて出力された各ポンプ光は光ファイバ等の光を伝送する媒体を介して対応する各調整部に照射される。   FIG. 3A is a diagram illustrating the first irradiation unit 310, each cell illustrated in FIG. 2, and each adjustment unit. As illustrated in FIG. 3A, the first irradiation unit 310 is an example of a first irradiation unit, and includes a light source 311 and a distribution mechanism 312 that distributes light output from the light source 311. The light source 311 converts non-polarized laser light into pump light having a circularly polarized component by an optical member (not shown) such as a collimator lens, a polarizing plate, a quarter-wave plate, and the like, and outputs the pump light. The distribution mechanism 312 has a branch coupler that branches the pump light from the light source 311 by the number of cells and outputs the branched pump light from each output terminal. Each pump light branched and outputted by the branch coupler is irradiated to each corresponding adjustment unit via a medium for transmitting light such as an optical fiber.

図3(b)は、図2に示した各セルと各第2照射部(320a,320b,320c,320d)及び各検出部(330a,330b,330c,330d)を示す図である。図3(b)に示すように、各第2照射部と各検出部とは、セル毎に対応して設けられている。各第2照射部は、第2照射手段の一例であり、直線偏光成分を有するプローブ光を出力する光源を各々有する。
各光源は、無偏光のレーザー光をコリメートレンズ、偏光板、半波長板等の光学部材(図示略)により直線偏光成分を有するプローブ光に変換して出力する。各第2照射部から出力されるプローブ光は、当該第2照射部に対応するセルに照射されるポンプ光と当該セル内で略直交するように照射される。各セルに照射されたプローブ光は、各々のセルに入射し、各セルにおける磁場の影響によりセル内の原子が歳差運動を行った回転力に応じて偏光面が回転されてセルを透過する。なお、本実施形態では、セル内に入射したポンプ光とプローブ光とが略直交するようにポンプ光とプローブ光とが照射される例であるが、セル内でポンプ光とプローブ光とが交差していれば直交に限らない。
FIG. 3B is a diagram illustrating each cell, each second irradiation unit (320a, 320b, 320c, 320d), and each detection unit (330a, 330b, 330c, 330d) illustrated in FIG. As shown in FIG.3 (b), each 2nd irradiation part and each detection part are provided corresponding to every cell. Each second irradiation unit is an example of a second irradiation unit, and includes a light source that outputs probe light having a linearly polarized light component.
Each light source converts unpolarized laser light into probe light having a linearly polarized component by an optical member (not shown) such as a collimator lens, a polarizing plate, and a half-wave plate, and outputs the probe light. The probe light output from each second irradiation unit is irradiated so as to be substantially orthogonal to the pump light irradiated to the cell corresponding to the second irradiation unit. The probe light irradiated to each cell is incident on each cell, and the plane of polarization is rotated according to the rotational force that the atoms in the cell have precessed due to the influence of the magnetic field in each cell, and passes through the cell. . In this embodiment, the pump light and the probe light are irradiated so that the pump light and the probe light incident on the cell are substantially orthogonal to each other. However, the pump light and the probe light intersect in the cell. If it does, it is not restricted to orthogonal.

各検出部は、検出手段の一例であり、各セルを透過したプローブ光を偏光ビームスプリッター等によってP偏光成分とS偏光分成分とに分離し、分離した光をフォトディテクターで受光する。各検出部は、フォトディテクターから出力されたP偏光成分とS偏光成分の光量に応じた電気信号を解析してプローブ光の偏光面の回転角度を求め、回転角度に応じた磁場の強度を検出する。この例においては、図3(b)に示すx軸方向の磁場が検出される。   Each detection unit is an example of a detection unit, and the probe light transmitted through each cell is separated into a P-polarized component and an S-polarized component by a polarization beam splitter or the like, and the separated light is received by a photodetector. Each detection unit analyzes the electrical signal according to the light amount of the P-polarized component and S-polarized component output from the photodetector to determine the rotation angle of the polarization plane of the probe light, and detects the strength of the magnetic field according to the rotation angle To do. In this example, the magnetic field in the x-axis direction shown in FIG. 3B is detected.

図1に戻り、構成の説明を続ける。制御部40は、CPU(Central Processing Unit)とROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)のメモリとを有する。CPUは、ROMに予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、キャリブレーション処理と、検体から発する磁場を検出する磁場検出処理とを行う。   Returning to FIG. 1, the description of the configuration is continued. The control unit 40 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory). The CPU performs a calibration process and a magnetic field detection process for detecting a magnetic field emitted from the specimen by executing a control program stored in advance in the ROM.

制御部40は、操作部50を介したユーザー操作に応じて、キャリブレーション処理と磁場検出処理とを切り換えて行う。制御部40は、キャリブレーション処理として、各セルに対して設けられた図示しないコイルを用い、セルアレイ10に対して図2のx軸方向に一定の磁場を印加すると共に、ポンプ光調整ユニット20、第1照射部310、各第2照射部(320a,320b,320c,320d)、及び各検出部(330a,330b,330c,330d)を制御して各セル(10a,10b,10c,10d)における磁場を検出する。制御部40は、各セルにおける磁場の検出結果が予め定められた基準値となるように、各調整部の透過率を変化させた制御信号をポンプ光調整ユニット20に入力し、各検出部で検出された各セルの磁場の検出値が基準値となるときの各調整部の制御信号を特定すると共に、特定した各調整部の制御信号を示す調整量をセル毎に記憶部60に記憶する特定手段としての機能を有する。なお、本実施形態では、基準値の一例としてセルアレイ10に印加した磁場に相当する値を用いる。また、制御部40は、磁場検出処理において、記憶部60に記憶されているセル毎の調整部の調整量に基づく制御信号をポンプ光調整ユニット20へ入力する入力手段としての機能を有し、第1照射部310、各第2照射部、及び各検出部を制御して検体から発する磁場を検出して検出結果を出力する。   The control unit 40 switches between calibration processing and magnetic field detection processing in accordance with a user operation through the operation unit 50. The controller 40 uses a coil (not shown) provided for each cell as a calibration process, applies a constant magnetic field in the x-axis direction of FIG. In each cell (10a, 10b, 10c, 10d) by controlling the first irradiation unit 310, each second irradiation unit (320a, 320b, 320c, 320d), and each detection unit (330a, 330b, 330c, 330d). Detect magnetic field. The control unit 40 inputs, to the pump light adjustment unit 20, a control signal in which the transmittance of each adjustment unit is changed so that the detection result of the magnetic field in each cell becomes a predetermined reference value. The control signal of each adjustment unit when the detected value of the magnetic field of each detected cell becomes the reference value is specified, and the adjustment amount indicating the control signal of each specified adjustment unit is stored in the storage unit 60 for each cell. It has a function as a specifying means. In the present embodiment, a value corresponding to the magnetic field applied to the cell array 10 is used as an example of the reference value. The control unit 40 has a function as an input unit that inputs a control signal based on the adjustment amount of the adjustment unit for each cell stored in the storage unit 60 to the pump light adjustment unit 20 in the magnetic field detection process. The first irradiation unit 310, each second irradiation unit, and each detection unit are controlled to detect a magnetic field emitted from the specimen and output a detection result.

操作部50は、キャリブレーションの指示操作を受付ける操作スイッチと、検体から発する磁場の測定指示を受付ける操作スイッチ等の操作手段を有し、操作された内容を示す操作信号を制御部40に送出する。記憶部60は、記憶手段の一例であり、不揮発性の記憶媒体で構成される。記憶部60は、制御部40の制御の下、キャリブレーション処理によって特定されたセル毎の各調整部の調整量を記憶する。   The operation unit 50 has operation means such as an operation switch that accepts a calibration instruction operation and an operation switch that accepts a measurement instruction of a magnetic field emitted from a specimen, and sends an operation signal indicating the operated content to the control unit 40. . The storage unit 60 is an example of a storage unit, and is configured with a nonvolatile storage medium. The storage unit 60 stores the adjustment amount of each adjustment unit for each cell specified by the calibration process under the control of the control unit 40.

(動作例)
次に、この磁場計測装置1の動作例について説明する。磁場計測装置1の制御部40は、キャリブレーション処理を指示するユーザー操作が操作部50を介してなされると、制御部40は、円偏光成分を有するポンプ光を第1照射部310から照射すると共に、直線偏光成分を有するプローブ光を各第2照射部(320a,320b,320c,320d)から照射する。そして、制御部40は、ポンプ光とプローブ光とに直交する方向の一定の磁場を図示しないコイルを用いて印加する。また、制御部40は、各調整部における光の透過率を予め定められた下限値から順次変化させた制御信号を各調整部に入力して、各調整部における透過率を変化させる。
(Operation example)
Next, an operation example of the magnetic field measurement apparatus 1 will be described. When a user operation for instructing calibration processing is performed via the operation unit 50, the control unit 40 of the magnetic field measurement apparatus 1 emits pump light having a circularly polarized component from the first irradiation unit 310. At the same time, probe light having a linearly polarized light component is irradiated from each second irradiation unit (320a, 320b, 320c, 320d). And the control part 40 applies the fixed magnetic field of the direction orthogonal to pump light and probe light using the coil which is not shown in figure. In addition, the control unit 40 inputs a control signal in which the light transmittance in each adjustment unit is sequentially changed from a predetermined lower limit value to each adjustment unit, and changes the transmittance in each adjustment unit.

第1照射部310の光源311から照射されたポンプ光は、分配機構312によって分岐されて各調整部(20a,20b,20c,20d)に向けて照射される。各調整部に照射されたポンプ光は、調整部における透過率に応じた光量に調整されて各セルに入射する。各セル内の原子は、入射したポンプ光の光量に応じて励起されて同一方向にスピン偏極し、印加された磁場に応じて磁気モーメントの方向を変化させて歳差運動を行う。
各第2照射部から照射されて各セルに入射したプローブ光は、当該セル内の原子が受けている磁場の大きさに応じて偏光面を回転させ当該セルを透過する。各セルを透過したプローブ光は、対応する検出部で各々受光される。各検出部(330a,330b,330c,330d)は、受光したプローブ光の光量を解析してプローブ光の偏光面の回転角を求め、対応するセルにおける磁場を検出して制御部40に検出結果を出力する。
The pump light irradiated from the light source 311 of the first irradiation unit 310 is branched by the distribution mechanism 312 and irradiated toward the adjustment units (20a, 20b, 20c, 20d). The pump light irradiated to each adjustment unit is adjusted to a light amount corresponding to the transmittance in the adjustment unit and enters each cell. The atoms in each cell are excited according to the amount of incident pump light and spin-polarized in the same direction, and precess by changing the direction of the magnetic moment according to the applied magnetic field.
The probe light irradiated from each second irradiation unit and incident on each cell is transmitted through the cell by rotating the polarization plane according to the magnitude of the magnetic field received by the atoms in the cell. The probe light transmitted through each cell is received by the corresponding detector. Each detection unit (330a, 330b, 330c, 330d) analyzes the light amount of the received probe light to obtain the rotation angle of the polarization plane of the probe light, detects the magnetic field in the corresponding cell, and detects the detection result in the control unit 40. Is output.

制御部40は、各セルについて検出された検出値が印加した磁場に相当する値となるまで各セルに対応する調整部の透過率を変化させた制御信号を調整部に入力し、各セルの磁場を検出する。そして、制御部40は、各セルの磁場の検出値が印加した磁場に相当する値となるときの調整部の制御信号をセル毎に特定する。制御部40は、図4に示すように、セルを識別するセルNO.と、各セルについて特定した各調整部の制御信号を示す調整量とを対応づけて記憶部60に記憶する。   The control unit 40 inputs, to the adjustment unit, a control signal in which the transmittance of the adjustment unit corresponding to each cell is changed until the detected value detected for each cell becomes a value corresponding to the applied magnetic field. Detect magnetic field. And the control part 40 specifies the control signal of the adjustment part for every cell when the detected value of the magnetic field of each cell becomes a value equivalent to the applied magnetic field. As shown in FIG. 4, the control unit 40 uses a cell NO. And the adjustment amount indicating the control signal of each adjustment unit specified for each cell is stored in the storage unit 60 in association with each other.

次に、検体から発する磁場を計測する磁場計測処理を行う場合の動作例について説明する。制御部40は、ユーザーにより磁場計測処理を指示するユーザー操作が操作部50を介してなされると、記憶部60からセル毎の各調整部の調整量を読み出し、読み出した調整量に基づく制御信号を各調整部に入力する。各調整部は、入力された制御信号に従って、当該調整部における光の透過率を調整する。そして、制御部40は、各磁場検出部(30a,30b,30c,30d)を制御して検体から発する磁場を検出し、セル毎の検出結果を外部装置等に出力する。   Next, an operation example in the case of performing a magnetic field measurement process for measuring a magnetic field emitted from a specimen will be described. When a user operation instructing magnetic field measurement processing is performed by the user via the operation unit 50, the control unit 40 reads the adjustment amount of each adjustment unit for each cell from the storage unit 60, and a control signal based on the read adjustment amount Is input to each adjustment unit. Each adjusting unit adjusts the light transmittance in the adjusting unit in accordance with the input control signal. And the control part 40 controls each magnetic field detection part (30a, 30b, 30c, 30d), detects the magnetic field emitted from a test substance, and outputs the detection result for every cell to an external apparatus etc.

上記実施形態の例では、キャリブレーション処理において、各セルの磁場の検出感度が均一になるように各セルに入射させるポンプ光の光量を調整することができる。そして、検体からの磁場を検出する際には、キャリブレーション処理で調整した調整量に従って、各セルに入射させるポンプ光の光量が調整されるので、各セルの検出感度が均一化され磁場の検出精度を向上させることができる。また、第1照射部310から円偏光成分を有するポンプ光が分配されて出力された後、各セルにポンプ光が入射する前に、各セルの特性に応じたポンプ光の光量となるように各調整部で調整されるため、ポンプ光の光源をセル毎に設ける必要がなく装置を小型化することができる。   In the example of the above embodiment, in the calibration process, the amount of pump light incident on each cell can be adjusted so that the detection sensitivity of the magnetic field of each cell is uniform. When detecting the magnetic field from the specimen, the amount of pump light incident on each cell is adjusted according to the adjustment amount adjusted in the calibration process, so that the detection sensitivity of each cell is made uniform and the magnetic field is detected. Accuracy can be improved. In addition, after pump light having a circularly polarized component is distributed and output from the first irradiation unit 310, before the pump light enters each cell, the light amount of the pump light according to the characteristics of each cell is obtained. Since adjustment is performed by each adjustment unit, it is not necessary to provide a pump light source for each cell, and the apparatus can be downsized.

<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。
<Modification>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be carried out by being modified as follows. Further, the following modifications may be combined.

(1)上述した実施形態では、キャリブレーション処理における基準値として印加した磁場に相当する値を例に説明したが、例えば、キャリブレーション処理において、調整部の透過率を最大にした場合に検出感度が最も低いセルの最大検出値以下の値を基準値として設定してもよい。また、基準値は、例えば、印加した磁場に相当する値を基準に予め定めた一定の幅を有する値であってもよい。つまり、キャリブレーション処理において、各セルの磁場の検出値が基準値の範囲内であれば、当該検出値が得られたときの調整部の制御値を特定するようにしてもよい。 (1) In the above-described embodiment, the value corresponding to the magnetic field applied as the reference value in the calibration process has been described as an example. For example, in the calibration process, when the transmittance of the adjustment unit is maximized, the detection sensitivity A value equal to or lower than the maximum detection value of the lowest cell may be set as the reference value. In addition, the reference value may be a value having a certain width that is predetermined based on a value corresponding to the applied magnetic field, for example. That is, in the calibration process, if the detected value of the magnetic field of each cell is within the range of the reference value, the control value of the adjustment unit when the detected value is obtained may be specified.

(2)上述した実施形態では、第1照射部310は分岐カプラーを用いてセルの数だけポンプ光を分岐させて出力する例を説明したが、例えば、複数のセル単位に第1照射部310を設けるようにしてもよい。この場合には、第1照射部310が設けられる単位のセル数だけ各第1照射部310においてポンプ光を分岐させる。また、セル毎に第1照射部310を設ける場合にはポンプ光を分岐させることなく照射する。 (2) In the above-described embodiment, the example in which the first irradiation unit 310 branches and outputs the pump light by the number of cells using the branch coupler has been described, but for example, the first irradiation unit 310 in units of a plurality of cells. May be provided. In this case, the pump light is branched in each first irradiation unit 310 by the number of cells of the unit in which the first irradiation unit 310 is provided. Moreover, when providing the 1st irradiation part 310 for every cell, it irradiates without branching pump light.

(3)上述した実施形態では、磁場計測装置1は、キャリブレーション処理と磁場計測処理とを行う構成について説明したが、磁場計測装置1の製造時や出荷時において、各セルにおけるスピン偏極率が均一になるように予めセル毎に検証された各調整部の調整量を記憶部60に記憶させておいてもよい。この場合には、磁場計測装置1は、実施形態と同様の磁場計測処理だけを行うように構成されていてもよい。 (3) In the above-described embodiment, the magnetic field measurement apparatus 1 has been described with respect to the configuration for performing the calibration process and the magnetic field measurement process. However, the spin polarization rate in each cell at the time of manufacturing or shipping the magnetic field measurement apparatus 1. The adjustment amount of each adjustment unit verified in advance for each cell may be stored in the storage unit 60 so as to be uniform. In this case, the magnetic field measurement apparatus 1 may be configured to perform only the magnetic field measurement process similar to that of the embodiment.

(4)上述した実施形態では、操作部50を介したユーザー操作に応じてキャリブレーション処理と磁場検出処理とを切り換えて行う例を説明したが、1回のユーザー操作で、キャリブレーション処理を開始し、キャリブレーション処理の後に磁場検出処理に移行するようにしてもよい。 (4) In the above-described embodiment, the example in which the calibration process and the magnetic field detection process are switched according to the user operation via the operation unit 50 has been described. However, the calibration process is started by a single user operation. In addition, the calibration process may be followed by a magnetic field detection process.

(5)上述した実施形態では、調整部の一例として液晶シャッターを用いる例を説明したが、ポンプ光の光量を調整する機構であれば例えばレンズシャッター等でもよい。 (5) In the above-described embodiment, an example in which a liquid crystal shutter is used as an example of the adjustment unit has been described. However, a lens shutter or the like may be used as long as the mechanism adjusts the amount of pump light.

(6)上述した実施形態では、第1照射部310から出力された円偏光成分を有するポンプ光が各調整部に入射される例を説明したが、例えば、第1照射部310から無偏光のレーザー光を分岐させて各調整部に向けて照射し、各調整部を透過した当該レーザー光をコリメートレンズ、偏光板、四分の一波長板等の光学部材を用いて円偏光成分を有するポンプ光に変換し、当該ポンプ光をセルに照射するようにしてもよい。 (6) In the above-described embodiment, the example in which the pump light having the circularly polarized component output from the first irradiation unit 310 is incident on each adjustment unit has been described. A pump having a circularly polarized light component using an optical member such as a collimating lens, a polarizing plate, a quarter-wave plate, etc., using a laser beam that diverges and irradiates each adjusting unit and irradiates the laser beam through each adjusting unit It is also possible to convert the light into light and irradiate the cell with the pump light.

(7)上述した実施形態では、各セルに対して設けられたコイルを用いて一定の磁場を印加する例を説明したが、例えば、1組のコイルでセルアレイ10の全体に対して磁場を供給しても良いし、磁石等を用いて一定の磁場を印加するようにしてもよい。要は、予め定めた磁場を生成できる構成であればこれに限らない。 (7) In the above-described embodiment, an example in which a constant magnetic field is applied using a coil provided for each cell has been described. For example, a single set of coils supplies a magnetic field to the entire cell array 10. Alternatively, a constant magnetic field may be applied using a magnet or the like. In short, any configuration that can generate a predetermined magnetic field is not limited thereto.

1・・・磁場計測装置、10・・・セルアレイ、10a,10b,10c,10d・・・セル、20・・・ポンプ光調整ユニット、20a,20b,20c,20d・・・調整部、30・・・磁場検出ユニット、30a,30b,30c,30d・・・磁場検出部、40・・・制御部、301,302,303・・・光学部材、310・・・第1照射部、311・・・光源、312・・・分配機構、320a,320b,320c,320d・・・第2照射部、330a,330b,330c,330d・・・検出部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field measuring device, 10 ... Cell array, 10a, 10b, 10c, 10d ... Cell, 20 ... Pump light adjustment unit, 20a, 20b, 20c, 20d ... Adjustment part, 30. .. Magnetic field detection unit, 30a, 30b, 30c, 30d ... Magnetic field detection unit, 40 ... Control unit, 301, 302, 303 ... Optical member, 310 ... First irradiation unit, 311 ... Light source, 312... Distribution mechanism, 320a, 320b, 320c, 320d... Second irradiation unit, 330a, 330b, 330c, 330d.

Claims (4)

ポンプ光により励起される原子を含む複数のルと
記セルに対してポンプ光を出力する第1光源と、
記セルに対し、前記ポンプ光と当該セル内で交差するようにプローブ光を出力する第2光源と、
記セルを通過した前記プローブ光を受光して前記セルにおける磁場を検出する検出手段と、
記セに対応して設けられ、制御信号に従って、前記ポンプ光当該セルへの射光量を調整するセル毎の調整手段と、
前記セル毎に、前記ポンプ光の入射光量の調整量を記憶する記憶手段と
を備え、
前記セル毎の調整手段は、前記調整量に基づいて前記ポンプ光の当該セルへの入射光量を調整する
ことを特徴とする磁場計測装置。
A plurality of cell Le containing atomic excited by the pump light,
A first light source for outputting pump light to the front dress-le,
Over the previous xenon Le, a second light source for outputting probe light to cross in front Symbol pumping light and in the cell,
Detection means for detecting a magnetic field in the dress-le prior to receiving light of said probe light which has passed through the pre-xenon Le,
Provided for each front dress-le, control in accordance with control signals, and adjustment means for each cell to adjust the incoming Shako amount for the cell prior Symbol pump light,
Storage means for storing an adjustment amount of the incident light amount of the pump light for each cell;
The adjustment unit for each cell adjusts the amount of incident light of the pump light to the cell based on the adjustment amount.
前記第1光源と前記セル毎の調整手段との間に、前記第1光源から出力されたポンプ光を分配する分配機構を更に備える
ことを特徴とする請求項1に記載の磁場測定装置。
The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, further comprising a distribution mechanism that distributes the pump light output from the first light source between the first light source and the adjustment unit for each cell .
前記セル毎の調整手段と前記セルとの間には、前記第1光源から出力されたポンプ光を、円偏光成分を有する様に変換する光変換部と更に備えるBetween the adjustment means for each cell and the cell, a light conversion unit that converts the pump light output from the first light source so as to have a circularly polarized component is further provided.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁場測定装置。The magnetic field measuring apparatus according to claim 1 or 2.
前記各セルに対して一定の磁場を印加すると共に、前記制御信号を変化させて前記セル毎の調整手段に入力し、前記磁場検出手段で検出される前記各セルの磁場の検出値が予め定められた基準値となるときの前記制御信号を前記セル毎に特定し、特定した前記セル毎の前記制御信号に基づく前記調整量を前記記憶手段に記憶させる特定手段を備える
ことを特徴とする請求項に記載の磁場計測装置。
A constant magnetic field is applied to each cell, and the control signal is changed and input to the adjustment unit for each cell, and a detection value of the magnetic field of each cell detected by the magnetic field detection unit is determined in advance. A control unit configured to specify, for each cell, the control signal when the reference value is set, and to store the adjustment amount based on the specified control signal for each cell in the storage unit. Item 2. The magnetic field measurement apparatus according to Item 1 .
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JPH1152036A (en) * 1997-08-04 1999-02-26 Murata Mfg Co Ltd Method and apparatus calibrating sensitivity of field detecting element
EP1637898A1 (en) * 2004-09-16 2006-03-22 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Continuously calibrated magnetic field sensor
US20070167723A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-19 Intel Corporation Optical magnetometer array and method for making and using the same
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