JP2013164312A - Magnetic field measurement device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an increase of a distance between an object to be measured and a cell in a magnetic field measurement device that measures intensity of a magnetic field in a direction connecting the object to be measured and the cell.SOLUTION: An optical fiber 2 is led out from a light source 1, is guided from a lateral direction with respect to a line segment connecting an object 8 to be measured and an expander 3, is bent and enters the expander 3. By passing through the optical fiber 2, a laser beam irradiated by the light source 1 is made incident to the expander 3 with a traveling direction thereof bent. The expander 3 increases a luminous flux diameter of the laser beam made incident and emits the laser beam to a polarizer 4. The polarizer 4 converts the laser beam with the luminous flux diameter increased and generates detection light including linearly polarized light. The detection light generated by the polarizer 4 is made incident to a cell 5. The detection light transmitted through the cell 5 is made incident to a detector 6. The detector 6 detects intensity of a magnetic field received by the cell 5 at a position of the cell 5 out of magnetic fields emitted by the object 8 to be measured.

Description

本発明は、磁場の強度を測定する際のノイズの影響を低減させる技術に関する。   The present invention relates to a technique for reducing the influence of noise when measuring the strength of a magnetic field.

心臓や脳など、生体から発せられる磁場の強度を測定する磁場測定装置において、光ポンピングを利用した磁気センサーが採用されている。特許文献１には、ガス状態をとり得る原子群が封入されているセルと、原子群をスピン偏極させるためのポンプ光を発生するポンプ光源と、セルにプローブ光を照射するプローブ光源と、プローブ光の偏光面の回転を検出するための検出器と、プローブ光を反射させるための反射ミラーとを備えた光ポンピング磁力計が記載されている。   2. Description of the Related Art A magnetic sensor using optical pumping is employed in a magnetic field measuring device that measures the intensity of a magnetic field emitted from a living body such as a heart or a brain. Patent Document 1 discloses a cell in which an atomic group capable of taking a gas state is enclosed, a pump light source that generates pump light for spin-polarizing the atomic group, a probe light source that irradiates the cell with probe light, An optical pumping magnetometer is described that includes a detector for detecting the rotation of the polarization plane of the probe light and a reflection mirror for reflecting the probe light.

特開２００９−２３６５９９号公報JP 2009-236599 A

ところで、心臓などから発せられる磁場は、例えば、地磁気などと比較しても微弱である。このような微弱な磁場の強度を測定する磁場測定装置は、地磁気や、磁気センサーの近傍に置かれた金属、交流電源などによって生じるノイズの影響を受け易い。一般に、これらのノイズの影響を受け難くするため、磁気センサーは磁性体で構成された筒状のシールドなどに収容されて利用されるが、さらにこれらのノイズの影響を低減させるためには、測定対象と磁気センサーとの距離を短くすることが望ましい。   By the way, the magnetic field emitted from the heart or the like is weak compared with, for example, geomagnetism. Such a magnetic field measuring apparatus that measures the intensity of a weak magnetic field is easily affected by noise caused by geomagnetism, metal placed near the magnetic sensor, AC power supply, and the like. In general, in order to make it less susceptible to the effects of these noises, magnetic sensors are housed and used in cylindrical shields made of magnetic materials, but in order to further reduce the effects of these noises, measurement is required. It is desirable to shorten the distance between the object and the magnetic sensor.

しかしながら、光ポンピングを利用して磁場の強度を測定する場合、光源から測定対象に向かって検出光（プローブ光）が照射され、その検出光の光路中に磁気センサーとして機能するセルが配置されていることが一般的である。この場合、セルを透過した検出光を受光して磁場の強度を算出する検出器を、この検出光の進行方向においてセルよりも下流側に置かなければならないため、測定対象とセルとの間を結ぶ線分上にこの検出器を配置するスペースを確保しなければならない。   However, when measuring the intensity of a magnetic field using optical pumping, detection light (probe light) is irradiated from a light source toward a measurement target, and a cell functioning as a magnetic sensor is arranged in the optical path of the detection light. It is common to be. In this case, a detector that receives the detection light transmitted through the cell and calculates the intensity of the magnetic field must be placed downstream of the cell in the traveling direction of the detection light. A space for arranging this detector must be secured on the connecting line segment.

なお、測定対象とセルとの間を結ぶ線分上に反射器（反射ミラーなど）を設けることにより、セルから見て測定対象のある側の反対側に検出器を配置することも試みられているが、反射器を経た後で偏光成分の割合が変化してしまうことや、検出光がセルを２度透過することなどによって、測定値に影響が生じる場合がある。   In addition, by providing a reflector (such as a reflection mirror) on the line segment connecting the measurement object and the cell, an attempt has been made to arrange the detector on the opposite side of the measurement object from the cell side. However, the measurement value may be affected by the fact that the ratio of the polarization component changes after passing through the reflector or the detection light passes through the cell twice.

本発明の目的の一つは、測定対象とセルとを結ぶ方向の磁場の強度を測定する磁場測定装置において、測定対象とセルとの間が大きくなることを抑制することである。   One of the objects of the present invention is to suppress an increase in the space between a measurement object and a cell in a magnetic field measurement apparatus that measures the intensity of a magnetic field in a direction connecting the measurement object and the cell.

本発明に係る磁場測定装置は、光源と、前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、前記光源から照射される光の進行方向を曲げて、当該光を前記偏光子に導く光ファイバーと、直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器とを具備することを特徴とする。
この構成によれば、測定対象とセルとの間が大きくなることを抑制することができる。 A magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a light source, a polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light, and a traveling direction of the light emitted from the light source is bent. An optical fiber that guides the light to the polarizer and a medium that rotates the polarization plane of linearly polarized light according to the strength of the magnetic field are housed inside, arranged at a predetermined position with respect to the measurement target, and generated by the polarizer. And a detector for detecting the intensity of the magnetic field received by the cell from the measurement object based on the detection light transmitted through the cell.
According to this structure, it can suppress that the space between a measuring object and a cell becomes large.

また、本発明に係る磁場測定装置は、光源と、前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器と、前記セルを透過した前記検出光の進行方向を曲げて、当該検出光を前記検出器に導く光ファイバーとを具備することを特徴とする。
この構成によれば、測定対象とセルとの間が大きくなることを抑制することができる。 The magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a light source, a polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light, and a polarization plane of linearly polarized light according to the intensity of the magnetic field. A medium to be rotated and housed therein, arranged at a predetermined position with respect to the measurement target, and a cell that transmits the detection light generated by the polarizer, and the detection light transmitted through the cell, A detector that detects the intensity of the magnetic field received by the cell from the measurement object, and an optical fiber that bends the traveling direction of the detection light transmitted through the cell and guides the detection light to the detector. And
According to this structure, it can suppress that the space between a measuring object and a cell becomes large.

また、本発明に係る磁場測定装置は、光源と、前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器と、前記偏光子によって生成された前記検出光の進行方向を曲げて、当該検出光を前記セルに導く光ファイバーとを具備することを特徴とする。
この構成によれば、測定対象とセルとの間が大きくなることを抑制することができる。 The magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a light source, a polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light, and a polarization plane of linearly polarized light according to the intensity of the magnetic field. A medium to be rotated and housed therein, arranged at a predetermined position with respect to the measurement target, and a cell that transmits the detection light generated by the polarizer, and the detection light transmitted through the cell, A detector that detects the intensity of the magnetic field received by the cell from the measurement target; and an optical fiber that bends the traveling direction of the detection light generated by the polarizer and guides the detection light to the cell. Features.
According to this structure, it can suppress that the space between a measuring object and a cell becomes large.

好ましくは、前記光源および前記検出器は、前記測定対象と前記セルとの間を結ぶ線分上以外の位置にそれぞれ配置されているとよい。
この構成によれば、測定対象とセルとの間が大きくなることを抑制することができる。 Preferably, the light source and the detector may be arranged at positions other than on a line segment connecting the measurement object and the cell.
According to this structure, it can suppress that the space between a measuring object and a cell becomes large.

また、好ましくは、前記光ファイバーから入射した光の光束径を変化させて出射する光学機構を具備するとよい。
この構成によれば、セルの大きさに応じた光束径を有する検出光をセルに照射することができる。 In addition, it is preferable that an optical mechanism that emits light by changing a light beam diameter of light incident from the optical fiber is provided.
According to this configuration, it is possible to irradiate the cell with detection light having a light beam diameter corresponding to the size of the cell.

また、好ましくは、前記光ファイバーは、入射された光の偏光状態を保持して出射する偏光保持特性を有するとよい。
この構成によれば、磁場の測定を正確に行うことができる。 Preferably, the optical fiber has a polarization maintaining property of maintaining and maintaining the polarization state of incident light.
According to this configuration, the magnetic field can be accurately measured.

本発明に係る第１実施形態の磁場測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic field measuring apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. 従来の磁場測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional magnetic field measuring apparatus. 本発明に係る第２実施形態の磁場測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic field measuring apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第３実施形態の磁場測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic field measuring apparatus of 3rd Embodiment concerning this invention.

１．第１実施形態
図１は、本発明に係る第１実施形態の磁場測定装置９の構成を示す図である。磁場測定装置９は、光源１、光ファイバー２、エキスパンダー３、偏光子４、セル５、検出器６を備える。磁場測定装置９は、測定対象８に対してセル５が所定の位置に配置されるように設置され、測定対象８から発生する磁場の強度を測定する。 1. First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic field measuring apparatus 9 according to a first embodiment of the present invention. The magnetic field measuring device 9 includes a light source 1, an optical fiber 2, an expander 3, a polarizer 4, a cell 5, and a detector 6. The magnetic field measuring device 9 is installed so that the cell 5 is disposed at a predetermined position with respect to the measuring object 8 and measures the strength of the magnetic field generated from the measuring object 8.

光源１は、例えば磁場の測定に用いられるレーザー光を発生させるレーザー発振器である。光ファイバー２は、光源１の照射側に一端が接続され、エキスパンダー３の入射側に他端が接続されている。光ファイバー２は、光源１から出て、測定対象８とエキスパンダー３との間を結ぶ線分に対して横方向から導かれて曲げられ、エキスパンダー３に入っている。この光ファイバー２を通ることで、光源１が照射したレーザー光は、その進行方向を曲げられてエキスパンダー３に入射する。   The light source 1 is a laser oscillator that generates laser light used for measuring a magnetic field, for example. The optical fiber 2 has one end connected to the irradiation side of the light source 1 and the other end connected to the incident side of the expander 3. The optical fiber 2 exits from the light source 1, is guided and bent from the lateral direction with respect to a line segment connecting the measurement object 8 and the expander 3, and enters the expander 3. By passing through the optical fiber 2, the laser light emitted from the light source 1 is incident on the expander 3 with its traveling direction being bent.

エキスパンダー３は、例えば平凹レンズと平凸レンズとを組み合わせて構成された光学機構であり、光ファイバー２を通るレーザー光の光束径を、セル５を透過させる検出光の光束径に合うように拡大させるものである。エキスパンダー３は、光ファイバー２を通って入射したレーザー光の光束径を拡大して偏光子４に出射する。偏光子４は、エキスパンダー３によって拡大されたレーザー光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する。偏光子４は、例えば偏光フィルムなどであり、この偏光フィルムを経たレーザー光は所定の方向に向いた直線偏光が抽出された検出光となる。偏光子４によって生成された検出光は、セル５に入射する。セル５は、例えば光を透過させるガラスなどの素材で形成された四面体で構成され、内部に所定の原子からなる原子群が収容されている。   The expander 3 is an optical mechanism configured by combining, for example, a plano-concave lens and a plano-convex lens, and expands the light beam diameter of the laser light passing through the optical fiber 2 so as to match the light beam diameter of the detection light transmitted through the cell 5. It is. The expander 3 enlarges the beam diameter of the laser light incident through the optical fiber 2 and emits it to the polarizer 4. The polarizer 4 converts the laser light magnified by the expander 3 to generate detection light including linearly polarized light. The polarizer 4 is, for example, a polarizing film, and the laser light that has passed through the polarizing film becomes detection light from which linearly polarized light directed in a predetermined direction is extracted. Detection light generated by the polarizer 4 enters the cell 5. The cell 5 is composed of, for example, a tetrahedron formed of a material such as glass that transmits light, and an atomic group including predetermined atoms is accommodated therein.

所定の原子は、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）及びフランシウム（Ｆｒ）などのアルカリ金属原子である。セル５内には、アルカリ金属原子の他に、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。この所定の原子は、磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体として機能する。 The predetermined atom is an alkali metal atom such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). The cell 5 may contain a buffer gas such as helium (He) and nitrogen (N) in addition to the alkali metal atom. The alkali metal atom may be in a gaseous state when detecting magnetism, and may not always be in a gaseous state. This predetermined atom functions as a medium for rotating the polarization plane of light according to the strength of the magnetic field.

偏光子４によって生成された検出光がセル５を透過すると、セル５内の原子群はアライメントされ、線形二色性が生じる。この原子群は、セル５が配置された位置における測定対象８からの磁場に応じて歳差運動を行う。その結果、検出光に含まれる直線偏光の偏光面はセル５が受ける磁場の強度に応じて回転する。この偏光面の回転の大きさは、測定対象８が発する磁場のうち、セル５の位置において検出光の進む方向の磁場の強度に応じたものである。セル５を透過した検出光は、検出器６に入射する。   When the detection light generated by the polarizer 4 passes through the cell 5, the atomic groups in the cell 5 are aligned and linear dichroism occurs. This atomic group performs precession according to the magnetic field from the measuring object 8 at the position where the cell 5 is disposed. As a result, the polarization plane of linearly polarized light included in the detection light rotates according to the strength of the magnetic field received by the cell 5. The magnitude of the rotation of the polarization plane corresponds to the intensity of the magnetic field in the direction in which the detection light travels at the position of the cell 5 among the magnetic field generated by the measurement object 8. The detection light transmitted through the cell 5 is incident on the detector 6.

検出器６は、ビームスプリッターと２つのフォトディテクター、および信号処理装置とを備える。ビームスプリッターは、入射した検出光をＰ波成分とＳ波成分とに分離する。２つのフォトディテクターはＰ波検出用フォトディテクターとＳ波検出用フォトディテクターとであり、ビームスプリッターで分離されたＰ波成分の光はＰ波検出用フォトディテクターに、Ｓ波成分の光はＳ波検出用フォトディテクターに、それぞれ入射する。各フォトディテクターは、Ｐ波成分とＳ波成分の各光量に応じた電気信号を信号処理装置に各々出力する。信号処理装置は、各フォトディテクターが出力した電気信号に基づいて、検出光の偏光面の回転角度を求め、この回転角度から測定対象８が発する磁場の強度を算出する。以上の構成により磁場測定装置９の検出器６は、測定対象８が発する磁場のうち、セル５の位置においてセル５が受ける磁場の強度を検出する。   The detector 6 includes a beam splitter, two photodetectors, and a signal processing device. The beam splitter separates incident detection light into a P wave component and an S wave component. The two photodetectors are a P-wave detection photodetector and an S-wave detection photodetector. The P-wave component light separated by the beam splitter is supplied to the P-wave detection photo detector, and the S-wave component light is the S-wave detection light. Each is incident on a photodetector for detection. Each photodetector outputs an electrical signal corresponding to each light quantity of the P wave component and the S wave component to the signal processing device. The signal processing device obtains the rotation angle of the polarization plane of the detection light based on the electrical signal output from each photodetector, and calculates the strength of the magnetic field generated by the measurement object 8 from this rotation angle. With the above configuration, the detector 6 of the magnetic field measuring device 9 detects the strength of the magnetic field received by the cell 5 at the position of the cell 5 out of the magnetic field generated by the measurement object 8.

ここで、第１実施形態の磁場測定装置９の特徴を説明するため、従来に用いられている磁場の測定装置の一例を説明する。図２は、従来の磁場測定装置９００の構成を示す図である。磁場測定装置９００は、光源１００と、偏光子４００と、セル５００と、検出器６００とを有する。光源１００はレーザー発振器などであり、磁場の測定に用いられるレーザー光を発生させる。偏光子４００は光源１００が発生させたレーザー光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する。セル５００には、磁場の強度に応じて光の偏光面を回転させる媒体が内部に封入されている。セル５００は、偏光子４００によって生成された検出光を透過せ、この検出光の偏光面を回転させる。検出器６００は、セル５００を透過した検出光をＰ波成分とＳ波成分とに分離してそれぞれの光量を計測し、各光量に基づいて上記の偏光面の回転角度を求める。そして、求めたその回転角度を用いて測定対象８００が発する磁場の強度を算出する。これにより、磁場測定装置９００は、測定対象８００から発生する磁場の強度を測定する。   Here, in order to explain the characteristics of the magnetic field measurement apparatus 9 of the first embodiment, an example of a magnetic field measurement apparatus conventionally used will be described. FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional magnetic field measuring apparatus 900. As shown in FIG. The magnetic field measurement apparatus 900 includes a light source 100, a polarizer 400, a cell 500, and a detector 600. The light source 100 is a laser oscillator or the like, and generates laser light used for measuring a magnetic field. The polarizer 400 converts the laser light generated by the light source 100 to generate detection light including linearly polarized light. In the cell 500, a medium that rotates the polarization plane of light according to the strength of the magnetic field is enclosed. The cell 500 transmits the detection light generated by the polarizer 400 and rotates the polarization plane of the detection light. The detector 600 separates the detection light transmitted through the cell 500 into a P-wave component and an S-wave component, measures each light amount, and obtains the rotation angle of the polarization plane based on each light amount. And the intensity | strength of the magnetic field which the measuring object 800 emits is calculated using the calculated | required rotation angle. Thereby, the magnetic field measuring apparatus 900 measures the intensity of the magnetic field generated from the measurement object 800.

磁場測定装置９００において、光ファイバーは用いられていないため、磁場測定装置の各構成は光の進行方向に沿って配置されている必要がある。そのため、測定対象８００とセル５００との間を結ぶ線分上に検出器６００が配置されており、この検出器６００の大きさに応じて測定対象８００とセル５００との間の距離Ｌ０を確保しなければならない。   Since no optical fiber is used in the magnetic field measuring apparatus 900, each component of the magnetic field measuring apparatus needs to be arranged along the light traveling direction. Therefore, the detector 600 is arranged on a line segment connecting the measurement object 800 and the cell 500, and a distance L0 between the measurement object 800 and the cell 500 is secured according to the size of the detector 600. Must.

一方、磁場測定装置９は、光ファイバー２によってレーザー光の進行方向を曲げて、このレーザー光をエキスパンダー３および偏光子４に導くので、光源１を測定対象８とセル５との間を結ぶ線分上に置く必要がない。したがって、この磁場測定装置９において測定対象８とセル５との間の距離Ｌは、光ファイバー２を用いない場合に比べて短くなる。また検出光は、測定対象８に近づく方向に進んでセル５を透過するのではなく、測定対象８から遠ざかる方向に進んでセル５を透過するので、セル５を透過した後の構成である検出器６を、測定対象８とセル５との間を結ぶ線分上に置く必要がない。したがって、この磁場測定装置９において測定対象８とセル５との間の距離Ｌは、上述した磁場測定装置９００のように、検出光を測定対象８に近づく方向に進ませてセル５を透過させる場合に比べて短くなる。   On the other hand, the magnetic field measuring device 9 bends the traveling direction of the laser light by the optical fiber 2 and guides the laser light to the expander 3 and the polarizer 4. Therefore, the line segment connecting the light source 1 between the measuring object 8 and the cell 5. There is no need to put it on. Therefore, the distance L between the measuring object 8 and the cell 5 in the magnetic field measuring device 9 is shorter than that in the case where the optical fiber 2 is not used. Further, the detection light does not travel in the direction approaching the measurement object 8 and transmits through the cell 5, but travels in the direction away from the measurement object 8 and transmits through the cell 5. It is not necessary to place the vessel 6 on a line segment connecting the measurement object 8 and the cell 5. Accordingly, the distance L between the measurement object 8 and the cell 5 in the magnetic field measurement device 9 is transmitted through the cell 5 by advancing the detection light in a direction approaching the measurement object 8 as in the magnetic field measurement device 900 described above. Shorter than the case.

２．第２実施形態
図３は、本発明に係る第２実施形態の磁場測定装置９ａの構成を示す図である。磁場測定装置９ａは、光源１ａ、光ファイバー２ａ、エキスパンダー３ａ、偏光子４ａ、セル５ａ、検出器６ａ、コンプレッサー７ａを備える。磁場測定装置９ａは、測定対象８ａに対してセル５ａが所定の位置に配置されるように設置され、測定対象８ａから発生する磁場の強度を測定する。光源１ａ、偏光子４ａ、セル５ａ、検出器６ａはそれぞれ、第１実施形態における磁場測定装置９に備えられた光源１、偏光子４、セル５、検出器６に相当する構成であり、その接続順序が異なっている。 2. Second Embodiment FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a magnetic field measurement apparatus 9a according to a second embodiment of the present invention. The magnetic field measuring device 9a includes a light source 1a, an optical fiber 2a, an expander 3a, a polarizer 4a, a cell 5a, a detector 6a, and a compressor 7a. The magnetic field measuring device 9a is installed so that the cell 5a is arranged at a predetermined position with respect to the measuring object 8a, and measures the strength of the magnetic field generated from the measuring object 8a. The light source 1a, the polarizer 4a, the cell 5a, and the detector 6a are respectively equivalent to the light source 1, the polarizer 4, the cell 5, and the detector 6 provided in the magnetic field measuring device 9 in the first embodiment. Connection order is different.

また、光ファイバー２ａおよびエキスパンダー３ａは、偏光保持特性を有する点が光ファイバー２およびエキスパンダー３と異なっている。偏光保持特性とは、入射光の偏光状態（偏波状態）を保持して出射させる特性である。コンプレッサー７ａは、エキスパンダー３ａと共通する構造を有しており、光の進行方向をエキスパンダー３ａと逆にすることで、入射光の光束径を絞って出射光にするものである。   The optical fiber 2a and the expander 3a are different from the optical fiber 2 and the expander 3 in that they have polarization maintaining characteristics. The polarization maintaining property is a property of maintaining and emitting the polarization state (polarization state) of incident light. The compressor 7a has a structure that is common to the expander 3a, and by making the traveling direction of light reverse to that of the expander 3a, the light beam diameter of incident light is reduced to be emitted light.

光源１ａから照射されたレーザー光は、偏光子４ａに出射される。偏光子４ａは、光源１ａから照射されたレーザー光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する。偏光子４ａによって生成された検出光は、セル５ａに入射する。偏光子４ａによって生成された検出光がセル５ａを透過すると、セル５ａ内の原子群はアライメントされ、線形二色性が生じる。この原子群は、セル５ａが配置された位置における測定対象８ａからの磁場に応じて歳差運動を行う。その結果、検出光に含まれる直線偏光の偏光面はセル５ａが受ける磁場の強度に応じて回転する。この偏光面の回転の大きさは、測定対象８ａが発する磁場のうち、セル５ａの位置において検出光の進む方向の磁場の強度に応じたものである。セル５ａを透過した検出光は、コンプレッサー７ａに入射する。   The laser light emitted from the light source 1a is emitted to the polarizer 4a. The polarizer 4a converts the laser light emitted from the light source 1a to generate detection light including linearly polarized light. The detection light generated by the polarizer 4a enters the cell 5a. When the detection light generated by the polarizer 4a passes through the cell 5a, the atomic group in the cell 5a is aligned, and linear dichroism occurs. This atomic group performs precession according to the magnetic field from the measuring object 8a at the position where the cell 5a is disposed. As a result, the polarization plane of linearly polarized light included in the detection light rotates according to the strength of the magnetic field received by the cell 5a. The magnitude of the rotation of the polarization plane corresponds to the intensity of the magnetic field in the direction in which the detection light travels at the position of the cell 5a among the magnetic fields generated by the measurement object 8a. The detection light transmitted through the cell 5a is incident on the compressor 7a.

コンプレッサー７ａは、セル５ａを透過した検出光の光束径を、光ファイバー２ａを通る光の光束径に合うように縮小させるものである。コンプレッサー７ａは、セル５ａを透過した検出光の光束径を縮小して光ファイバー２ａに出射する。光ファイバー２ａは、コンプレッサー７ａから出て、測定対象８ａとエキスパンダー３ａとの間を結ぶ線分に対して横方向から導かれて曲げられ、エキスパンダー３ａに入っている。この光ファイバー２ａを通ることで、コンプレッサー７ａによって光束径を縮小された検出光は、その進行方向を曲げられてエキスパンダー３ａに入射する。   The compressor 7a reduces the beam diameter of the detection light transmitted through the cell 5a so as to match the beam diameter of the light passing through the optical fiber 2a. The compressor 7a reduces the light beam diameter of the detection light transmitted through the cell 5a and emits the light to the optical fiber 2a. The optical fiber 2a exits from the compressor 7a, is guided and bent from the lateral direction with respect to the line connecting the measurement object 8a and the expander 3a, and enters the expander 3a. By passing through the optical fiber 2a, the detection light whose beam diameter is reduced by the compressor 7a is bent in its traveling direction and enters the expander 3a.

エキスパンダー３ａは、光ファイバー２ａを通って入射した検出光の光束径を拡大して検出器６ａに出射する。検出器６ａは、エキスパンダー３ａから出射された検出光をビームスプリッターでＰ波成分とＳ波成分とに分離して、各成分の光量に応じて検出光の偏光面の回転角度を求める。そして、検出器６ａは、求めた回転角度を用いて、測定対象８ａが発する磁場のうち、セル５ａの位置においてセル５ａが受ける磁場の強度を検出する。   The expander 3a enlarges the light beam diameter of the detection light incident through the optical fiber 2a and emits it to the detector 6a. The detector 6a separates the detection light emitted from the expander 3a into a P wave component and an S wave component by a beam splitter, and obtains the rotation angle of the polarization plane of the detection light according to the amount of each component. And the detector 6a detects the intensity | strength of the magnetic field which the cell 5a receives in the position of the cell 5a among the magnetic fields which the measurement object 8a emits using the calculated | required rotation angle.

以上の構成により、磁場測定装置９ａは、セル５から出射してコンプレッサー７ａを経た検出光の進行方向を光ファイバー２ａによって曲げて、エキスパンダー３および検出器６ａに導くので、検出器６ａを測定対象８ａとセル５ａとの間を結ぶ線分上に置く必要がない。したがって、この磁場測定装置９ａにおいて測定対象８ａとセル５ａとの間の距離Ｌａは、光ファイバー２ａを用いない場合に比べて短くなる。   With the above configuration, the magnetic field measuring device 9a bends the traveling direction of the detection light emitted from the cell 5 and passed through the compressor 7a by the optical fiber 2a and guides it to the expander 3 and the detector 6a. There is no need to place it on the line connecting the cell 5a. Therefore, the distance La between the measuring object 8a and the cell 5a in the magnetic field measuring apparatus 9a is shorter than that in the case where the optical fiber 2a is not used.

３．第３実施形態
図４は、本発明に係る第３実施形態の磁場測定装置９ｂの構成を示す図である。磁場測定装置９ｂは、光源１ｂ、光ファイバー２ｂ、エキスパンダー３ｂ、偏光子４ｂ、セル５ｂ、検出器６ｂ、コンプレッサー７ｂを備える。磁場測定装置９ｂは、測定対象８ｂに対してセル５ｂが所定の位置に配置されるように設置され、測定対象８ｂから発生する磁場の強度を測定する。光源１ｂ、光ファイバー２ｂ、エキスパンダー３ｂ、偏光子４ｂ、セル５ｂ、検出器６ｂ、コンプレッサー７ｂはそれぞれ、第２実施形態における磁場測定装置９ａに備えられた光源１ａ、光ファイバー２ａ、エキスパンダー３ａ、偏光子４ａ、セル５ａ、検出器６ａ、コンプレッサー７ａに相当する構成であり、その接続順序が異なっている。 3. 3rd Embodiment FIG. 4: is a figure which shows the structure of the magnetic field measuring apparatus 9b of 3rd Embodiment based on this invention. The magnetic field measuring device 9b includes a light source 1b, an optical fiber 2b, an expander 3b, a polarizer 4b, a cell 5b, a detector 6b, and a compressor 7b. The magnetic field measurement device 9b is installed so that the cell 5b is disposed at a predetermined position with respect to the measurement target 8b, and measures the strength of the magnetic field generated from the measurement target 8b. The light source 1b, the optical fiber 2b, the expander 3b, the polarizer 4b, the cell 5b, the detector 6b, and the compressor 7b are the light source 1a, the optical fiber 2a, the expander 3a, and the polarizer 4a provided in the magnetic field measuring device 9a in the second embodiment, respectively. The structure corresponds to the cell 5a, the detector 6a, and the compressor 7a, and the connection order thereof is different.

光源１ｂから照射されたレーザー光は、偏光子４ｂに出射される。偏光子４ｂは、光源１ｂから照射されたレーザー光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する。偏光子４ｂによって生成された検出光は、コンプレッサー７ｂに入射する。コンプレッサー７ｂは、偏光子４ｂによって生成された検出光の光束径を、光ファイバー２ｂを通る光の光束径に合うように縮小させるものである。コンプレッサー７ｂは、偏光子４ｂによって生成された検出光の光束径を縮小して光ファイバー２ｂに出射する。光ファイバー２ｂは、コンプレッサー７ｂから出て、測定対象８ｂとエキスパンダー３ｂとの間を結ぶ線分に対して横方向から導かれて曲げられ、エキスパンダー３ｂに入っている。この光ファイバー２ｂを通ることで、コンプレッサー７ｂによって光束径を縮小された検出光は、その進行方向を曲げられてエキスパンダー３ｂに入射する。   The laser light emitted from the light source 1b is emitted to the polarizer 4b. The polarizer 4b converts the laser light emitted from the light source 1b to generate detection light including linearly polarized light. The detection light generated by the polarizer 4b enters the compressor 7b. The compressor 7b reduces the beam diameter of the detection light generated by the polarizer 4b so as to match the beam diameter of the light passing through the optical fiber 2b. The compressor 7b reduces the light beam diameter of the detection light generated by the polarizer 4b and emits it to the optical fiber 2b. The optical fiber 2b exits from the compressor 7b, is guided and bent from the lateral direction with respect to the line connecting the measurement object 8b and the expander 3b, and enters the expander 3b. By passing through the optical fiber 2b, the detection light whose beam diameter has been reduced by the compressor 7b is bent in its traveling direction and enters the expander 3b.

エキスパンダー３ｂは、光ファイバー２ｂを通って入射した検出光の光束径を拡大して、その検出光をセル５ｂに入射する。エキスパンダー３ｂにより光束径を拡大された検出光がセル５ｂを透過すると、セル５ｂ内の原子群はアライメントされ、線形二色性が生じる。この原子群は、セル５ｂが配置された位置における測定対象８ｂからの磁場に応じて歳差運動を行う。その結果、検出光に含まれる直線偏光の偏光面はセル５ｂが受ける磁場の強度に応じて回転する。この偏光面の回転の大きさは、測定対象８ｂが発する磁場のうち、セル５ｂの位置において検出光の進む方向の磁場の強度に応じたものである。   The expander 3b enlarges the beam diameter of the detection light incident through the optical fiber 2b and makes the detection light incident on the cell 5b. When the detection light whose beam diameter is expanded by the expander 3b is transmitted through the cell 5b, the atomic groups in the cell 5b are aligned, and linear dichroism occurs. This atomic group performs precession according to the magnetic field from the measuring object 8b at the position where the cell 5b is disposed. As a result, the polarization plane of linearly polarized light included in the detection light rotates according to the strength of the magnetic field received by the cell 5b. The magnitude of the rotation of the polarization plane depends on the intensity of the magnetic field in the direction in which the detection light travels at the position of the cell 5b among the magnetic field generated by the measurement object 8b.

セル５ｂを透過した検出光は、検出器６ｂに入射する。検出器６ｂは、セル５ｂを透過した検出光をビームスプリッターでＰ波成分とＳ波成分とに分離して、各成分の光量に応じて検出光の偏光面の回転角度を求める。そして、検出器６ｂは、求めた回転角度を用いて、測定対象８ｂが発する磁場のうち、セル５ｂの位置においてセル５ｂが受ける磁場の強度を検出する。   The detection light transmitted through the cell 5b enters the detector 6b. The detector 6b separates the detection light transmitted through the cell 5b into a P-wave component and an S-wave component by a beam splitter, and obtains a rotation angle of the polarization plane of the detection light according to the amount of each component. And the detector 6b detects the intensity | strength of the magnetic field which the cell 5b receives in the position of the cell 5b among the magnetic fields which the measurement object 8b emits using the calculated | required rotation angle.

以上の構成により、磁場測定装置９ｂは、コンプレッサー７ｂを経た検出光の進行方向を光ファイバー２ｂによって曲げて、エキスパンダー３、セル５ｂ、および検出器６ｂに導くので、光源１ｂや偏光子４ｂを、測定対象８ｂとセル５ｂとの間を結ぶ線分上に置く必要がない。したがって、この磁場測定装置９ｂにおいて測定対象８ｂとセル５ｂとの間の距離Ｌｂは、光ファイバー２ｂを用いない場合に比べて短くなる。   With the above configuration, the magnetic field measurement device 9b bends the traveling direction of the detection light that has passed through the compressor 7b by the optical fiber 2b and guides it to the expander 3, the cell 5b, and the detector 6b, so that the light source 1b and the polarizer 4b are measured. There is no need to place it on the line connecting the object 8b and the cell 5b. Therefore, the distance Lb between the measurement object 8b and the cell 5b in the magnetic field measurement apparatus 9b is shorter than that in the case where the optical fiber 2b is not used.

４．変形例
以上が実施形態（第１〜第３実施形態）の説明であるが、これら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。 4). The above is description of embodiment (1st-3rd embodiment), However, The content of these embodiment can be deform | transformed as follows. Further, the following modifications may be combined.

（１）上述した各実施形態において、磁場測定装置９（磁場測定装置９ａ，９ｂを含む、以下同じ）は、検出光のみを用いて磁場を測定していたが、磁場測定装置９は、ポンプ光と検出光とを用いて磁場を測定してもよい。この場合、磁場測定装置９は、ポンプ光を照射するポンプ光照射ユニットを備える。このポンプ光照射ユニットは、光源と偏光子とを有する。光源は、レーザー光を放射する。偏光子は、光源から放射されたレーザー光を変換して、円偏光成分を有するポンプ光を生成する。生成されたポンプ光は、例えば光ファイバーにより導かれ、セル５（セル５ａ，５ｂを含む、以下同じ）に対して検出光と直交する方向に照射される。ポンプ光が照射されると、セル５内のアルカリ金属原子の最外殻電子が励起され、スピン偏極が生じる。スピン偏極したアルカリ金属原子は、磁場により歳差運動をする。１つのアルカリ金属原子のスピン偏極は、時間の経過とともに緩和するが、ポンプ光がＣＷ（Continuous Wave）光であるので、スピン偏極の形成と緩和は、同時平行的かつ連続的に繰り返される。その結果、原子の集団全体としてみれば、定常的なスピン編極が形成される。セル５を透過した検出光は、検出器６，６ａ，６ｂにより受光され、その偏光面の回転角度が求められる。これにより、磁場測定装置９は磁場の強度を測定する。 (1) In each embodiment described above, the magnetic field measurement device 9 (including the magnetic field measurement devices 9a and 9b, the same applies hereinafter) measures the magnetic field using only the detection light. The magnetic field may be measured using light and detection light. In this case, the magnetic field measurement apparatus 9 includes a pump light irradiation unit that irradiates pump light. This pump light irradiation unit has a light source and a polarizer. The light source emits laser light. The polarizer converts the laser light emitted from the light source to generate pump light having a circularly polarized component. The generated pump light is guided by, for example, an optical fiber, and is applied to the cell 5 (including the cells 5a and 5b, the same applies hereinafter) in a direction orthogonal to the detection light. When pump light is irradiated, the outermost electrons of the alkali metal atoms in the cell 5 are excited and spin polarization occurs. The spin-polarized alkali metal atom precesses due to the magnetic field. The spin polarization of one alkali metal atom relaxes with time, but since the pump light is CW (Continuous Wave) light, the formation and relaxation of spin polarization are repeated simultaneously and continuously. . As a result, a steady spin knitting pole is formed as a whole group of atoms. The detection light transmitted through the cell 5 is received by the detectors 6, 6a and 6b, and the rotation angle of the plane of polarization is obtained. Thereby, the magnetic field measuring apparatus 9 measures the strength of the magnetic field.

（２）上述した各実施形態において、エキスパンダー３，３ａ，３ｂおよびコンプレッサー７ａ，７ｂの光学機構は平凸レンズと平凹レンズとを組み合わせて構成されていたが、例えば、フライアイレンズを複数段組み合わせて構成されてもよい。要するに、エキスパンダーおよびコンプレッサーは、入射する光の光束径を変化（拡大または縮小）させて出射する光学機構であればよい。 (2) In each of the above-described embodiments, the optical mechanisms of the expanders 3, 3a, 3b and the compressors 7a, 7b are configured by combining plano-convex lenses and plano-concave lenses. For example, a plurality of fly-eye lenses are combined. It may be configured. In short, the expander and the compressor need only be an optical mechanism that emits light by changing (enlarging or reducing) the light beam diameter of incident light.

１…光源、１００…光源、１ａ…光源、１ｂ…光源、２…光ファイバー、２ａ…光ファイバー、２ｂ…光ファイバー、３…エキスパンダー、３ａ…エキスパンダー、３ｂ…エキスパンダー、４…偏光子、４００…偏光子、４ａ…偏光子、４ｂ…偏光子、５…セル、５００…セル、５ａ…セル、５ｂ…セル、６…検出器、６００…検出器、６ａ…検出器、６ｂ…検出器、７ａ…コンプレッサー、７ｂ…コンプレッサー、８…測定対象、８００…測定対象、８ａ…測定対象、８ｂ…測定対象、９…磁場測定装置（第１実施形態）、９００…磁場測定装置（従来技術）、９ａ…磁場測定装置（第２実施形態）、９ｂ…磁場測定装置（第３実施形態） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 100 ... Light source, 1a ... Light source, 1b ... Light source, 2 ... Optical fiber, 2a ... Optical fiber, 2b ... Optical fiber, 3 ... Expander, 3a ... Expander, 3b ... Expander, 4 ... Polarizer, 400 ... Polarizer, 4a ... Polarizer, 4b ... Polarizer, 5 ... Cell, 500 ... Cell, 5a ... Cell, 5b ... Cell, 6 ... Detector, 600 ... Detector, 6a ... Detector, 6b ... Detector, 7a ... Compressor, 7 ... Compressor, 8 ... Measurement object, 800 ... Measurement object, 8a ... Measurement object, 8b ... Measurement object, 9 ... Magnetic field measurement device (first embodiment), 900 ... Magnetic field measurement device (prior art), 9a ... Magnetic field measurement Device (second embodiment), 9b ... Magnetic field measuring device (third embodiment)

Claims (6)

光源と、
前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、
前記光源から照射される光の進行方向を曲げて、当該光を前記偏光子に導く光ファイバーと、
直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、
前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器と
を具備することを特徴とする磁場測定装置。 A light source;
A polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light;
An optical fiber that bends the traveling direction of light emitted from the light source and guides the light to the polarizer;
A cell that accommodates a medium that rotates the polarization plane of linearly polarized light according to the strength of the magnetic field, is disposed at a predetermined position with respect to the measurement target, and transmits the detection light generated by the polarizer;
A magnetic field measuring apparatus comprising: a detector that detects the intensity of a magnetic field received by the cell from the measurement object based on the detection light transmitted through the cell. 光源と、
前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、
直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、
前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器と、
前記セルを透過した前記検出光の進行方向を曲げて、当該検出光を前記検出器に導く光ファイバーと
を具備することを特徴とする磁場測定装置。 A light source;
A polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light;
A cell that accommodates a medium that rotates the polarization plane of linearly polarized light according to the strength of the magnetic field, is disposed at a predetermined position with respect to the measurement target, and transmits the detection light generated by the polarizer;
A detector for detecting the intensity of the magnetic field received by the cell from the measurement object based on the detection light transmitted through the cell;
A magnetic field measuring apparatus comprising: an optical fiber that bends the traveling direction of the detection light transmitted through the cell and guides the detection light to the detector. 光源と、
前記光源から照射される光を変換して、直線偏光を含む検出光を生成する偏光子と、
直線偏光の偏光面を磁場の強度に応じて回転させる媒体を内部に収容し、測定対象に対して所定の位置に配置され、前記偏光子によって生成された前記検出光を透過させるセルと、
前記セルを透過した前記検出光に基づいて、当該セルが前記測定対象から受ける磁場の強度を検出する検出器と、
前記偏光子によって生成された前記検出光の進行方向を曲げて、当該検出光を前記セルに導く光ファイバーと
を具備することを特徴とする磁場測定装置。 A light source;
A polarizer that converts light emitted from the light source to generate detection light including linearly polarized light;
A cell that accommodates a medium that rotates the polarization plane of linearly polarized light according to the strength of the magnetic field, is disposed at a predetermined position with respect to the measurement target, and transmits the detection light generated by the polarizer;
A detector for detecting the intensity of the magnetic field received by the cell from the measurement object based on the detection light transmitted through the cell;
A magnetic field measuring apparatus comprising: an optical fiber that bends a traveling direction of the detection light generated by the polarizer and guides the detection light to the cell. 前記光源および前記検出器は、前記測定対象と前記セルとの間を結ぶ線分上以外の位置にそれぞれ配置されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁場測定装置。 The magnetic field according to any one of claims 1 to 3, wherein the light source and the detector are respectively arranged at positions other than on a line segment connecting the measurement object and the cell. measuring device. 前記光ファイバーから入射した光の光束径を変化させて出射する光学機構
を具備することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の磁場測定装置。 5. The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, further comprising an optical mechanism that emits light with a diameter of light incident from the optical fiber changed. 前記光ファイバーは、入射された光の偏光状態を保持して出射する偏光保持特性を有する
ことを特徴とする請求項２または３に記載の磁場測定装置。 The magnetic field measuring apparatus according to claim 2, wherein the optical fiber has a polarization maintaining characteristic of outputting while maintaining a polarization state of incident light.
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