JP2018004462A - 磁場計測装置、磁場計測装置の調整方法、および磁場計測装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整を簡便とする、磁場計測装置、磁場計測装置の調整方法、および磁場計測装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の磁場計測装置１００は、複数の磁気センサー１２１を含む磁気センサーアレイ１２０と、磁場発生部１３１と、磁場発生部１３１により磁場Ｂｚ１を発生させたときの、２つの磁気センサー１２１間の磁気出力の差を解消させる、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の演算を行う演算部１０５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁場計測装置、磁場計測装置の調整方法、および磁場計測装置の製造方法に関する。

従来、心臓や脳から発せられる微弱な磁場を、光ポンピング作用を利用して測定する磁気センサー（磁場測定装置）が知られていた。このような光ポンピング式磁気センサーでは、磁場の計測範囲の拡大や分解能の向上のために、複数の磁気センサーを用いた多チャンネル計測が検討されている。

例えば、特許文献１には、所定の方向に配置された第１ガスセルおよび第２ガスセルを、一対の磁場発生手段によって挟んで外乱の影響を抑え、被測定物から発せられる微弱な磁場を測定する磁場測定装置が提案されている。

特開２０１２−２１５４９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁場測定装置では、磁場発生手段に対する第１ガスセルおよび第２ガスセルの相対的な位置の調整が難しいという課題があった。詳しくは、環境由来の磁場を含む外乱の影響を抑えるには、磁場発生手段が発生させる磁場強度や磁場方向が均一な磁場空間に対して、第１ガスセルおよび第２ガスセルなどの位置決めを精密に行う必要がある。そのため、上記相対的な位置の調整は複雑な作業となり易く、長時間の調整や熟練が要求される。また、ガスセル（磁気センサー）の数を増やして多チャンネル化するほど、上記の調整が難しくなる。すなわち、磁場発生手段に対する磁気センサーの相対的な位置の調整を、簡便とする磁場計測装置（磁場測定装置）が求められていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例］本適用例に係る磁場計測装置おいて、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイと、磁場発生部と、磁場発生部により磁場を発生させたときの、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの磁気出力の差を解消させる、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の演算を行う演算部と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、磁気センサーアレイと磁場発生部との相対的な位置の調整を、従来よりも簡便とすることができる。詳しくは、磁場発生部が発生させる磁場に対して、演算部により、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの磁気出力の差を解消させる、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置が演算される。上記相対的な位置とは、磁気センサーアレイにおいて、環境由来の磁場などの影響が最も低減される位置に他ならない。そのため、演算部によって、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの調整すべき位置が演算されることから、磁気出力の確認および位置調整などを繰り返す回数が低減される。これにより、環境由来の磁場などを含む外乱の影響を抑え、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置調整を、簡便とする磁場計測装置を提供することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、演算部は、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーのうち、磁気出力の小さい方を、磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行うことが好ましい。

これによれば、演算部によって、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーのうち、磁気出力の小さい方、つまり磁場発生部の中心から離れた方を、磁場発生部の中心に近づける移動距離が演算される。そのため、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置調整を、より簡便とすることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、演算部の演算結果に基づいて、磁気センサーアレイを磁場発生部に対して相対的に移動させる移動手段を有することが好ましい。

これによれば、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置調整を、いっそう簡便とすることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、磁場発生部は、コイルを含むことが好ましい。

これによれば、簡素な構造で、所望の強度を有する磁場を発生させることが可能となる。そのため、磁場計測装置を、従来よりも小型で軽量なものとすることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、磁場発生部は、ヘルムホルツコイルを含むことが好ましい。

これによれば、ヘルムホルツコイルを用いれば、所定の間隔を置いて配置された２つのコイルの中心部分に磁場方向や磁場強度が均一な磁場空間を作ることができる。そのため、ヘルムホルツコイルに対する第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの相対的な位置を調整することにより、環境由来の磁場を含む外乱の影響をさらに抑えることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーは、入射したプローブ光の偏光面方位を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容したセルを有することが好ましい。

これによれば、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーが光ポンピング方式を採用していることから、セルに入射したプローブ光における、偏光面方位の変化を検出することによって、計測対象から発せられる微弱な磁場の強度を正確に計測することができる。

［適用例］本適用例に係る磁場計測装置の調整方法において、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイと、磁場発生部と、を備え、磁場発生部により磁場を発生させた状態で、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの磁気出力の差を求める第１の工程と、磁気出力の差を解消すべく、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーのうち、磁気出力が小さい方を、磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第２の工程と、第２の工程の演算結果に基づいて、前記磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置を調整する第３の工程と、を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、演算部によって、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーのうち、磁場発生部の中心から離れた方を、磁場発生部の中心に近づける移動距離が演算される。そのため、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整を、従来よりも簡便とする磁場計測装置の調整方法を提供することができる。これによって、磁場計測装置の校正が容易となり、良好な状態で磁場計測装置を使用することが可能となる。

［適用例］本適用例に係る磁場計測装置の製造方法において、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイに磁場発生部を組み込む第１の工程と、磁場発生部により磁場を発生させた状態で、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの磁気出力の差を求める第２の工程と、磁気出力の差を解消すべく、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーのうち、磁気出力が小さい方を、磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第３の工程と、第３の工程の演算結果に基づいて、前記磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置を調整する第４の工程と、を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、磁場計測装置の製造工程において、前記磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整を、従来よりも簡便かつ正確に行うことができる。そのため、製造時間が短縮されると共に、上記位置の調整精度が向上する。

実施形態１に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図。 磁気センサーアレイにおける複数の磁気センサーの配置を示す概略斜視図。 磁気センサーアレイの構成を示す概略平面図。 磁気センサーアレイの構成を示す概略断面図。 磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整方法を示す工程フロー図。 磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整方法を示すフローチャート図。 実施形態２に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 実施形態３に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図。 実施形態４に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図。 実施形態５に係る磁場計測装置の製造方法を示す工程フロー図。 変形例３に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
＜磁場計測装置＞
本実施形態に係る磁場計測装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る磁場計測装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態においては、非線形磁気光学効果（ＮＭＯＲ：Nonlinear Magneto-Optical Rotation）を利用して磁場を計測する、いわゆるワンビーム方式の磁場計測装置を例に挙げて説明する。ワンビーム方式の磁場計測装置では、直線偏光を含むレーザー光を磁気センサー（セル）に照射し、セルの内部に収容された媒体（アルカリ金属）原子を励起させる。そして、セルを透過したレーザー光を受光素子によって検出することにより、磁場強度の計測が行われる。すなわち、ワンビーム方式とは、媒体原子を励起させるポンプ光と、励起された媒体原子に印加される磁場強度によって偏光回転角が変化するプローブ光（直線偏光）と、を兼用する方式である。

図１に示した磁場計測装置１００は、光照射部１０１、複数の磁気センサー１２１を含む磁気センサーアレイ１２０、磁場発生部１３１、演算部１０５を有している。また、磁場計測装置１００には、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３、受光部１０４、表示部１０６、制御部１０７、移動手段１３０などが備えられている。

光照射部１０１は、光源１１１、変換部１１２を有している。光源１１１は、プローブ光としての直線偏光を含むレーザー光Ｌを射出するレーザー光発生装置であり、例えばチューナブルレーザーである。レーザー光Ｌは、連続的に一定の光量で照射される、いわゆるＣＷ（Continuous Wave）光である。変換部１１２は、例えば偏光板であって、光源１１１が発するレーザー光Ｌを光軸を中心として所定方向の偏光角を有する直線偏光に変換する。光源１１１の出力は、例えば、磁気センサー１２１に入射するレーザー光Ｌの光量が、数１０μＷ程度となるように調整される。なお、図１においては、光源１１１および変換部１１２の数を各２個として２組を用いているが、これに限定されない。磁気センサー１２１の数や配置などに応じて、光源１１１および変換部１１２の組み合わせの数は、１組としてもよく、３組以上としてもよい。

光照射部１０１から発せられたレーザー光Ｌは、分岐光学素子１１７に入射する。分岐光学素子１１７は、入射したレーザー光Ｌを磁気センサー１２１ごとに分岐して入射させる。

磁気センサー１２１は、略立方体のセルによって構成されている。磁気センサー１２１のセルには、入射したレーザー光Ｌの偏光面方位を、磁場強度に応じて変化させる媒体が内部に収容されている。媒体としては、比較的低い温度で気化することが可能であることから、アルカリ金属を用いることが好ましく、具体的には、カリウム（Ｋ）、セシウム（Ｃｓ）などが挙げられる。磁気センサー１２１のセルに収容されるアルカリ金属は、計測時には少なくとも一部が気化する。本実施形態では、媒体としてセシウムを用いている。そのため、上述したレーザー光Ｌは、セシウムの吸収線に応じた波長（例えば、Ｄ１線に相当する８９４ｎｍ）を有するように調整されている。以降、説明の都合上、略立方体のセルを指し示して磁気センサー１２１と呼ぶこととする。

磁気センサー１２１の外殻は、レーザー光Ｌを透過する、例えば石英によって形成されている。磁気センサー１２１の外殻の形成材料としては、レーザー光Ｌを透過可能であって、アルカリ金属などの媒体と反応しない材料であればよく、石英、ホウケイ酸ガラスなどの無機材料の他、有機材料も用いることができる。また、磁気センサー１２１の寸法は特に限定されないが、例えば、外殻の１辺の長さが約２ｃｍである。このような複数の磁気センサー１２１が隣り合って配置され、磁気センサーアレイ１２０が形成されている。複数の磁気センサー１２１を含む磁気センサーアレイ１２０を用いることにより、磁場強度の計測範囲の拡大や計測の分解能向上が可能となる。複数の磁気センサー１２１の中で、隣り合う磁気センサー１２１のうち、一方が本発明の第１の磁気センサーに該当し、他方が本発明の第２の磁気センサーに該当するものである。

レーザー光Ｌは、磁気センサー１２１の外殻表面での反射や、磁気センサー１２１の内部での吸収によって減衰する。上記媒体としてのアルカリ金属の原子は、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光を吸収することにより、基底状態から励起状態の間の遷移を繰り返し、固有のエネルギー分布（スピン偏極；アライメント）を形成する。このエネルギー分布（スピン偏極；アライメント）が維持された状態で磁場が印加されると、アルカリ金属の原子による直線偏光の吸収に異方性が生じる。すなわち、スピン偏極（アライメント）の状態が変化する。磁気センサー１２１（セル）に入射した直線偏光は、スピン偏極（アライメント）の変化の影響を受けて偏光面方位（偏光回転角）が変化する。その結果、偏光面方位（偏光回転角）が変化したレーザー光Ｌが、磁気センサー１２１（セル）から射出され、偏光分離素子１０３に入射する。

偏光分離素子１０３は、複数の磁気センサー１２１ごとに配置されている。偏光分離素子１０３は、変換部１１２によって変換されたレーザー光Ｌの直線偏光成分と同じ第１の偏光方向（偏光面方位）の直線偏光成分（Ｐ偏光成分）を透過させ、上記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の直線偏光成分（Ｓ偏光成分）を反射させる。偏光分離素子１０３としては、例えば、偏光ビームスプリッターやウォラストンプリズムを用いることができる。偏光分離素子１０３において、透過される光を偏光Ｌｐ、反射される光を偏光Ｌｓとする。偏光Ｌｐ，Ｌｓは受光部１０４へ入射する。

受光部１０４は、受光素子１４１および受光素子１４２を備えている。１つの偏光分離素子１０３に対して、受光素子１４１と受光素子１４２とが１つずつ配置されている。受光素子１４１，１４２は、レーザー光Ｌの波長に対して感度を有する検出器である。受光素子１４１は偏光Ｌｐを受光可能な位置に配置され、受光素子１４２は、偏光Ｌｓを受光可能な位置に配置されている。受光素子１４１は、受光した偏光Ｌｐの光量に応じた電流（信号）を出力し、演算部１０５へ送信する。受光素子１４２は、受光した偏光Ｌｓの光量に応じた電流（信号）を出力し、演算部１０５へ送信する。なお、受光素子１４１，１４２の形成材料は、磁場計測装置１００の計測に干渉しないように、非磁性であることが好ましい。なお、当明細書において、非磁性とは磁性を有さないという意味である。

演算部１０５は、受光素子１４１および受光素子１４２から送信された上記信号を受信する。演算部１０５は、上記信号から、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光成分が、磁気センサー１２１を透過して変化した偏光回転角の変化量、すなわち、偏光面方位の回転角度を計測する。

偏光分離素子１０３、受光部１０４、および演算部１０５は、磁気センサー１２１内で変化したレーザー光Ｌの偏光面方位の回転角度を検出する機能を有している。磁気センサー１２１に印加された磁場の強度に応じて、レーザー光Ｌの偏光面方位の回転角度が変化することから、磁場計測装置１００は、偏光面方位の回転角度を検出することにより、所定の方向（計測方向）において磁気センサー１２１に印加された磁場強度を計測することができる。そのため、複数の磁気センサー１２１の各々から、磁気出力としての磁場強度が求められる。

ところで、計測対象以外の磁場が、外乱（ノイズ）として計測対象の磁場に含まれて計測されることがある。計測対象以外の磁場は、例えば、地磁気、電気設備、電気装置といった計測環境などに由来している。このような計測対象以外の磁場の影響は、生体などから発せられる数ｐＴ（ピコテスラ）程度の微弱な磁場を計測する場合に、無視することができなくなる。そこで、上記ノイズの影響を抑えるため、磁場発生部１３１を用いている。

本実施形態の磁場計測装置１００は、コイルを含む磁場発生部１３１を有し、該コイルに電流を流すことで磁場を発生させる機能を有している。磁場発生部１３１が発生させた磁場（磁場空間）内に、磁気センサーアレイ１２０を配置することによって、上記ノイズを減衰させることができる。磁場発生部１３１は、少なくとも、上記ノイズに相当する程度の強度を有する磁場を発生させることが好ましい。

磁場発生部１３１が発生させる磁場は、磁場強度に分布を有している。したがって、上記ノイズを減衰させるためには、後述する上記磁場発生部の中心に対して、複数の磁気センサー１２１の距離が等しくなる位置に、磁気センサーアレイ１２０（複数の磁気センサー１２１）が配置されていなければならない。すなわち、磁場発生部１３１が発生させる磁場について、複数の磁気センサー１２１の磁気出力（検出される磁場強度）の差を解消させるように、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置が調整される。

そのため、演算部１０５は、計測対象の磁場強度を演算、処理することに加え、磁場発生部１３１が発生させる磁場についても磁場強度などを演算、処理する機能を有している。さらに、演算部１０５では、磁場発生部１３１が発生させた磁場について、複数の磁気センサー１２１間の磁気出力を比較し、双方の差を解消させるための、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の演算も行われる。

移動手段１３０は、磁場発生部１３１が発生させた磁場に関する演算部１０５の演算結果に基づいて、磁気センサーアレイ１２０を磁場発生部１３１に対して相対的に移動させる機能を有している。本実施形態では、移動手段１３０を磁場発生部１３１に付設して、磁場発生部１３１を移動させる構成としているが、これに限定されない。移動手段１３０は、磁場発生部１３１に対して、磁気センサーアレイ１２０の位置を相対的に調整できればよい。したがって、移動手段１３０は、磁気センサーアレイ１２０および磁場発生部１３１のうち、少なくとも一方の移動を可能にすればよい。

移動手段１３０の移動機構としては、ダイヤルを備えた３軸ステージを用いている。該移動機構は、演算部１０５の演算結果に基づいて、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整するために、３軸方向の移動が可能であれば特に限定されない。移動手段１３０の移動動力としては、モーターや人力を用いることができる。

表示部１０６は、演算部１０５と電気的に接続されている。表示部１０６は、演算部１０５の演算結果などを表示する。表示部１０６は、例えば、液晶パネルなどを用いた表示装置である。

制御部１０７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの処理装置（図示せず）およびメモリー（図示せず）を備えている。制御部１０７は、光照射部１０１、演算部１０５、表示部１０６、磁場発生部１３１などと電気的に接続され、それらの動作を統合して制御する機能を有している。なお、制御部１０７と移動手段１３０とを電気的に接続して、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整を、制御部１０７に行わせてもよい。

＜磁気センサーアレイ＞
次に、磁気センサーアレイ１２０における磁気センサー１２１の配置構成について、図２を参照して説明する。図２は、磁気センサーアレイにおける複数の磁気センサーの配置を示す概略斜視図である。なお、図２においては、磁気センサー１２１（セル）に付随して設けられる、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３、受光部１０４などの表示を省略している。

図２に示したように、磁気センサーアレイ１２０は、複数の磁気センサー１２１として、８個の磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２１Ｇ，１２１Ｈによって構成されている。磁気センサーアレイ１２０においては、同一平面内で、マトリックス状に２個×２個の計４個の磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｄが等間隔で配置され、さらに上記４個の磁気センサー１２１のそれぞれ直上に、所定の間隔にて磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈが配置されている。すなわち、合計８個の磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈが、立体的に配置されている。磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈが配置された空間を空間１２０Ｑと呼び、点線で示している。ここで、図２において、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈの縦方向の配列と略平行な方向をＺ方向（矢印の方向を正方向）とし、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈの横方向の配列と略平行で、Ｚ方向と直交する方向をＸ方向（矢印の方向を正方向）とし、Ｚ方向およびＸ方向と直交する方向をＹ方向（矢印の方向を正方向）とする。したがって、空間１２０Ｑは、ＸＹＺの３方向において、各辺が磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈの対応する配列と略平行な、略直方体を成している。

すなわち、磁気センサーアレイ１２０は、ＸＹＺの３方向に、２列ずつ磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈが配置されている。換言すれば、ＸＹ平面において、２列×２列のマトリックス状に配置された４個の磁気センサー１２１を、Ｚ方向（上下方向）に重ねて配置したグラディオ構造である。このとき、Ｘ方向およびＹ方向において隣り合う磁気センサー１２１の間隔は、略均等としている。空間１２０Ｑ（磁気センサーアレイ１２０）の寸法は、特に限定されないが、例えば、Ｘ方向およびＹ方向の寸法を約０．１ｍ、Ｚ方向の寸法を約０．２ｍとしている。ここで、空間１２０Ｑの８つの頂点から等しい距離にある点を、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）の中心とし、略立方体を成す磁気センサー１２１の８つの頂点から等しい距離にある点を、磁気センサー１２１の中心とする。このとき、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）の中心と、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈの各中心との距離は、全てほぼ等しく設定されている。

また、上述したように、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈにおいて、ＸＹＺのいずれかの方向において隣り合う磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈのうち、一方が本発明の第１の磁気センサーに該当し、他方が本発明の第２の磁気センサーに該当するものである。なお、本実施形態においては、磁気センサーアレイ１２０における８個の磁気センサー１２１の配置を、上述したようにＸＹＺ方向に２列×２列×２列の配置としたが、これに限定されない。本発明は、ＸＹＺの少なくとも１方向に、少なくとも２個の磁気センサー（第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサー）が隣り合って配置された磁場計測装置に適用できる。

次に、磁気センサーアレイ１２０および分岐光学素子１１７の構成について、図３を参照して説明する。図３は、磁気センサーアレイの構成を示す概略平面図である。なお、図３は、磁気センサーアレイ１２０をＺ方向（正方向）から俯瞰した平面図であり、Ｚ方向の上方に配置された磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈを表示している。また、図３においては、レーザー光Ｌを点線にて示している。

磁気センサー１２１（セル）の内面には、炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素を含むパラフィン膜（図示せず）を設けてもよい。炭素数が２０以上の脂肪族炭化水素としてパラフィンを含むパラフィン膜によって、励起された媒体（アルカリ金属）の原子がセルの内壁（内面）に直接衝突しにくくなり、媒体の励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、パラフィン膜が設けられていない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置１００の検出感度が時間経過と共に低下することを抑制できる。

磁気センサー１２１（セル）には、媒体としてのセシウムの他に、バッファーガスとして希ガスなどの不活性ガスを収容してもよい。これにより、レーザー光Ｌの照射によって生じた励起状態が減衰する時間を長くすることができる。そのため、バッファーガスがない場合と比べて、媒体の励起状態が長く保たれ、磁場計測装置１００の検出感度が時間経過と共に低下することを抑制できる。

磁気センサーアレイ１２０には、分岐光学素子１１７が付設されている。分岐光学素子１１７は、上述したように、入射したレーザー光Ｌを磁気センサー１２１ごとに分岐して入射させる機能を有している。分岐光学素子１１７は、ミラー１１５，１１６，１１８（図４参照），１１９（図４参照）を有している。分岐光学素子１１７にＸ方向から入射したレーザー光Ｌは、最初にミラー１１６に到達する。ミラー１１６は、レーザー光Ｌの一部をＹ方向（負方向）に反射させ、残りをＸ方向（正方向）へ透過させる。

ミラー１１６で反射されたレーザー光Ｌの進行方向（Ｙ方向）には、ミラー１１５が設けられている。ミラー１１５は、Ｘ方向に配列された磁気センサー１２１Ｇ，１２１Ｈと対応する位置に設けられている。ミラー１１６によって反射されたレーザー光Ｌは、ミラー１１５によってＸ方向（正方向）に反射され、磁気センサー１２１Ｇ，１２１Ｈの列に方向が変えられる。

次に、磁気センサーアレイ１２０、および磁気センサーアレイ１２０に付随する、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３などの構成について、図４を参照して説明する。図４は、磁気センサーアレイの構成を示す概略断面図である。なお、図４は、図３に示した磁気センサーアレイ１２０をＡ−Ａ断面で切断し、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３などを表示した図である。

磁気センサーアレイ１２０は、上述したように、ＸＹ平面にて、マトリックス状（２列×２列）に配置された４個の磁気センサー１２１を、Ｚ方向に重ねた構造である。そのため、図３における磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈと同様に、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｄにも分岐光学素子１１７が付設されている。また、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈのそれぞれに対応して、偏光分離素子１０３および受光素子１４１，１４２が付設されている。このように、磁気センサー１２１Ａ〜１２Ｄと磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈとは、付設された、分岐光学素子１１７、偏光分離素子１０３、受光素子１４１，１４２の構成および配置が同様である。そこで、以下、磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈ側を代表例として説明する。

上述したように、ミラー１１６によって透過されたレーザー光Ｌは、Ｘ方向（正方向）へ進行する。ミラー１１６を透過したレーザー光Ｌの進行方向には、ミラー１１８，１１９が設けられている。ミラー１１８，１１９の位置は、Ｘ方向に２個配置された磁気センサー１２１Ｅ，１２１Ｆと対応している。ミラー１１８は、到達したレーザー光Ｌの一部をＺ方向（正方向）に反射させ、磁気センサー１２１Ｅに入射させる。レーザー光Ｌの一部は、ミラー１１８を透過してミラー１１９へ到達する。ミラー１１９は、レーザー光Ｌの少なくとも一部を反射させ、磁気センサー１２１Ｆに入射させる。

以上では、磁気センサーアレイ１２０のＡ−Ａ断面の構成、換言すれば、磁気センサー１２１Ｅ，１２１Ｆおよびこれらに付随する構成を述べた。これに対して、磁気センサー１２１Ｇ，１２１ＨをＸＺ平面で切断した断面の構成も、ミラー１１６がミラー１１５に代わる以外は、上述したＡ−Ａ断面と同様としている。そのため、ミラー１１５によってＸ方向（正方向）に反射されたレーザー光Ｌは、上述したミラー１１６を透過したレーザー光Ｌと同様にして、Ｘ方向に配置されたミラー１１８，１１９によって、対応する磁気センサー１２１Ｇ，１２１Ｈに入射される。

ミラー１１６，１１５，１１８，１１９としては、例えば、部分偏光ビームスプリッター、または偏光面方位によらず透過率が一定となる無偏光ビームスプリッターを用いることができる。なお、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈに入射するレーザー光Ｌの光量は、均等であることが好ましい。そのため、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光に対して、ミラー１１６，１１５，１１８，１１９の透過率および反射率を個別に調整して、上記の光量が均等となるように設定している。

レーザー光Ｌは、上述したように、磁気センサー１２１を透過することで、磁気センサー１２１に封入されたアルカリ金属の原子が受ける磁場強度に応じた偏光面方位の変化を受ける。レーザー光Ｌは、磁気センサー１２１を透過した後、偏光分離素子１０３にて偏光Ｌｐと偏光Ｌｓとに分離され、それぞれ受光素子１４１と受光素子１４２とに受光される。

以上に述べた磁気センサー１２１Ｅ〜１２１Ｈ側の構成は、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｄ側も同様としている。これらによって、光照射部１０１から照射されたレーザー光Ｌは、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈを透過した後、対応する受光素子１４１，１４２に受光されて、磁場強度の計測に供される。

なお、図４において、磁場計測装置１００は、磁気センサー１２１をレーザー光Ｌが１回だけ透過する、所謂シングルパス方式として説明したが、この方式に限定されない。例えば、ミラーなどを用いて、磁気センサー１２１をレーザー光Ｌが複数回透過する、マルチパス方式としてもよい。また、レーザー光Ｌは、磁気センサー１２１に対して、必ずしもＺ方向と略平行に透過する必要はない。

＜磁場発生部＞
磁気センサーアレイ１２０に対する磁場発生部１３１の配置状態について、図５を参照して説明する。図５は、磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図である。なお、以降の説明においては、上述した略直方体の空間１２０Ｑ（図２参照）を、磁気センサーアレイ１２０と見なして説明することがある。

磁場発生部１３１は円形のコイルを有している。図５に示したように、磁場発生部１３１のコイルは、磁気センサーアレイ１２０に対して、十分大きなコイル内径を有し、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）を取り囲んで配置されている。該コイルに一定の向きで電流を流すことにより、コイルの中心部分において、方向や強度が安定した磁場Ｂｚ１が発生する。このとき、磁場発生部１３１の中心としての、円形のコイルの中心と、磁場Ｂｚ１の中心とは合致することから、磁場Ｂｚ１の中心を磁場発生部１３１の中心とする。ここで、上記コイルは、回転軸がＺ方向と略平行なＺ軸コイルとしている。上述したように、磁気センサー１２１に対するレーザー光Ｌの透過方向（進行方向）もＺ方向であるため、磁場強度の検出方向と磁場Ｂｚ１の方向はほぼ等しくなる。なお、本明細書においては、磁場発生部がコイルを含む場合に、磁場発生部の中心はコイルの中心とする。

磁場発生部１３１には、移動手段１３０（図１参照）が付設されている。移動手段１３０は、演算部１０５の演算結果に基づいて、磁気センサーアレイ１２０を、磁場発生部１３１に対して相対的に移動させる（相対的な位置を調整する）ことが可能である。

＜磁場＞
磁場発生部１３１が発生させる磁場Ｂｚ１の状態について、図６Ａおよび図６Ｂを参照して説明する。図６Ａおよび図６Ｂは磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図である。

図６Ａおよび図６Ｂは、磁場発生部１３１が発生させる磁場Ｂｚ１について、ビオ・サバールの公式により算出した結果を図示したものである。図６Ａにおいては、磁場発生部１３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝０．１［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ１の状態を、磁束密度の大小で示している。図６Ｂにおいては、磁場発生部１３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝−０．１［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ１の状態を、磁束密度の大小で示している。ここで、磁気センサーアレイ１２０の中心および磁場発生部１３１の中心を一致させたとき、磁気センサー１２１Ａの中心をａ、磁気センサー１２１Ｂの中心をｂ、磁気センサー１２１Ｃの中心をｃ、磁気センサー１２１Ｄの中心をｄ、磁気センサー１２１Ｅの中心をｅ、磁気センサー１２１Ｆの中心をｆ、磁気センサー１２１Ｇの中心をｇ、磁気センサー１２１Ｈの中心をｈとする。

図６Ａ、図６Ｂ共に、磁場Ｂｚ１は、磁場発生部１３１のコイルの回転軸を中心として発生している。図６Ａでは、磁束密度はコイルの回転軸上が最も大きく、そこから離れるにしたがって等間隔で小さくなっている。図６Ｂでは、磁束密度はコイルの回転軸上が最も小さく、そこから離れるにしたがって等間隔で大きくなり、図６Ａに対して面対称となっている。これは、磁束密度がベクトル値であるためであり、磁束密度を絶対値で表せば、図６Ａと図６Ｂとは同じ形状となる。

すなわち、ＸＹ平面において、上記回転軸を中心とする同心円上に、磁場強度が等しい点が分布している。また、図６Ａおよび図６Ｂの比較から、磁場強度は、Ｚ＝０のＸＹ平面を対称面とする分布状態にあり、絶対値が等しくなる分布を有している。したがって、上述したように、磁場発生部１３１の中心（上記コイルの中心）は、磁場Ｂｚ１の中心となる。また、磁場計測装置１００の実際の計測においては、磁場強度の計測対象を、磁場Ｂｚ１の中心を通るＺ軸上に配置して計測を実行することとなる。

これにより、磁気センサーアレイ１２０の中心を、磁場発生部１３１の中心に置くことによって、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈに印加される磁場Ｂｚ１を揃えることができる。詳しくは、ＸＹ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士では、磁場Ｂｚ１の磁気出力（磁場強度）を等しく、Ｚ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士では、磁場Ｂｚ１の磁気出力（磁場強度）の絶対値を等しくすることができる。ここで、ＸＹ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士とは、例えば、磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｂ、磁気センサー１２１Ｆおよび磁気センサー１２１Ｈなどを指す。また、Ｚ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士とは、例えば、磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｅ、磁気センサー１２１Ｄおよび磁気センサー１２１Ｈなどを指す。すなわち、磁気センサーアレイ１２０の中心を、磁場発生部１３１の中心に置くことによって、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈの中心ａ〜ｈでは、磁場Ｂｚ１の磁場強度（磁束密度）の絶対値を等しくすることができる。

＜磁場計測装置の調整方法＞
本実施形態に係る磁場計測装置１００の調整方法について、図７を参照して説明する。図７は、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整方法を示す工程フロー図である。

本実施形態の磁場計測装置１００の調整方法は、磁場発生部１３１により磁場Ｂｚ１を発生させた状態で、ＸＹＺのいずれかの方向において隣り合う磁気センサー１２１間の磁気出力の差を求める第１の工程と、上記磁気出力の差を解消すべく、上記隣り合う磁気センサー１２１のうち、磁気出力が小さい方を、磁場Ｂｚ１の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第２の工程と、演算部１０５の演算結果に基づいて、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整する第３の工程と、を備えている。

図７の工程Ｓ１の磁気出力の差を求める工程（第１の工程）では、隣り合う磁気センサー１２１の磁気出力の差を求める。詳しくは、磁場発生部１３１によって磁場Ｂｚ１を発生させた状態で、ＸＹＺのいずれかの方向において隣り合う磁気センサー１２１のうちの２つの磁気センサー１２１において、磁場Ｂｚ１から印加された磁場強度を磁気出力として検出させる。次いで、演算部１０５において上記磁気出力が比較され、双方の磁気出力の差が計算により求められる。

工程Ｓ２の移動距離の演算を行う工程（第２の工程）では、磁場発生部１３１に対して、磁気センサーアレイ１２０を相対的に移動させるための移動距離を演算する。詳しくは、演算部１０５において、上記磁気出力が小さい方の磁気センサー１２１について、工程Ｓ１で求めた磁気出力の差を解消させる移動距離が演算される。

工程Ｓ３の位置を調整する工程（第３の工程）では、演算部１０５の演算結果（移動距離）にしたがって、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整する。本実施形態では、移動手段１３０が磁場発生部１３１に付設されているため、上記位置の調整は、磁気センサーアレイ１２０に対して、磁場発生部１３１を移動させて行う。このとき、磁場発生部１３１の移動の方向は、磁気出力を比較した２つの磁気センサー１２１の隣り合う方向（ＸＹＺのいずれかの方向）と一致し、その向きは、磁気出力が小さい方の磁気センサー１２１が、磁場発生部１３１の中心に近づく向きとする。ここで、上記位置の調整に必要な情報（移動距離、移動方向など）は、演算部１０５の演算結果を受けて表示部１０６に表示される。したがって、表示部１０６の表示（指示）が参照され、手動によって移動手段１３０を動かすことで上記位置が調整される。

上述した調整を、３方向（ＸＹＺ方向）について行うことにより、磁場発生部１３１（磁場Ｂｚ１）の中心と、磁気センサーアレイ１２０の中心とを略一致させることができる。

次に、磁場計測装置１００のより詳細な調整方法について、具体例を挙げ、図８を参照して説明する。図８は、磁場発生部に対する磁気センサーアレイの相対的な位置の調整方法を示すフローチャート図である。なお、図８に示した調整方法のフローは一例であって、これに限定されるものではない。

先ず、工程Ｓ０では、磁場発生部１３１によって磁場Ｂｚ１を発生させる。

Ｘ方向の位置の調整のため、Ｘ方向で隣り合う磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｂについて、磁場Ｂｚ１から印加される磁場強度を検出させ、演算部１０５にて受信する。ここで、磁気センサー１２１Ａの磁場強度（磁気出力）をＡ、磁気センサー１２１Ｂの磁場強度（磁気出力）をＢとする。

工程Ｓ１では、演算部１０５において、磁場強度Ａ，Ｂの大小を比較する。

磁場強度Ａ，Ｂが等しくない場合、例えば、磁場強度がＡ＞Ｂであったとすると、磁場強度の差Ａ−Ｂを求める。磁場強度がＡ＞Ｂであることから、磁気センサー１２１Ｂは、磁気センサー１２１Ａより磁場発生部１３１（磁場Ｂｚ１）の中心から離れている。そこで、工程Ｓ２では、演算部１０５にて、磁場強度の差Ａ−Ｂを解消させるための、磁気センサー１２１Ｂの移動距離が演算される。この演算結果は、移動距離、移動方向などの調整条件として、表示部１０６に表示される。なお、本例における移動方向は、Ａ＞ＢであることからＸの負方向であり、磁気出力が小さい磁気センサー１２１Ｂを、磁場発生部１３１の中心へ近づける方向となる。ただし、上述した通り、磁場発生部１３１側を移動させるため、磁場発生部１３１の移動方向としては、逆向き（Ｘの正方向）となる。また、Ａ＜Ｂの場合は、磁気センサー１２１Ａを磁場発生部１３１の中心へ近づける方向の移動となるが、上述した手順は変わらない。

工程Ｓ３では、上記演算結果（調整条件）にしたがって、移動手段１３０を手動にて移動させ、Ｘ方向における、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整する。

次いで、フローを再び工程Ｓ１（磁場強度Ａ，Ｂの検出）に戻し、位置調整後の確認を実行して、Ａ＝Ｂとなるまで上記フローを繰り返す。Ａ＝Ｂとしたところで、Ｘ方向の調整は完了し、Ｚ方向の調整に移行する。

Ｚ方向の位置の調整は、Ｚ方向で隣り合う磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｅについて、磁場Ｂｚ１から印加される磁場強度を検出させ、演算部１０５にて受信する。ここで、磁気センサー１２１Ｅの磁場強度（磁気出力）をＥとする。

次いで、演算部１０５において、磁場強度Ａ，Ｅの大小を比較する。これ以降は、磁場強度Ａ，Ｅを用いて、Ｚ方向について位置の調整を行う他は、上述したＸ方向と同様に行う。Ａ＝Ｅとしたところで、Ｚ方向の調整は完了し、Ｙ方向の調整に移行する。

Ｙ方向の位置の調整は、Ｙ方向で隣り合う磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｃについて、磁場Ｂｚ１から印加される磁場強度を検出させ、演算部１０５にて受信する。ここで、磁気センサー１２１Ｃの磁場強度（磁気出力）をＣとする。

次いで、演算部１０５において、磁場強度Ａ，Ｃの大小を比較する。これ以降は、磁場強度Ａ，Ｃを用いて、Ｙ方向について位置の調整を行う他は、上述したＸ方向と同様に行う。Ａ＝Ｃとしたところで、Ｙ方向の調整は完了する。

以上のフローによって、ＸＹＺの３方向における、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整が完了する。そのため、磁気センサーアレイ１２０の中心と磁場発生部１３１の中心とが、略一致する状態に調整され、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈに印加される磁場Ｂｚ１の磁場強度を揃えることができる。

以上に述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置１００およびその調整方法によれば、以下の効果が得られる。

１）磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整を、従来よりも簡便な方法で達成することができる。詳しくは、演算部１０５によって、磁場Ｂｚ１に対する磁気センサー１２１間の磁気出力の差を解消させる、調整条件（移動方向、移動距離）が演算され、表示部１０６に示される。そのため、上記調整条件を参照して調整を行うことにより、磁気センサーアレイ１２０の中心と磁場発生部１３１の中心とを、従来よりも容易に、略一致する状態に調整することができる。すなわち、環境由来の磁場などを含む外乱の影響を抑え、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置調整を簡便とする磁場計測装置１００を提供することができる。

２）磁場発生部１３１がコイルを含むことにより、簡素な構造で、所望の強度を有する磁場Ｂｚ１を発生させることが可能となる。そのため、磁場計測装置１００を、従来よりも小型で軽量なものとすることができる。また、上記位置の調整が簡便であることによって、例えば、毎使用時などに校正として実施することが可能となる。これにより、磁場計測装置１００の磁場強度の検出能力を、常に良好に保つことができる。

（実施形態２）
＜磁場発生部＞
本実施形態に係る磁場発生部の構成について、図９を参照して説明する。図９は、実施形態２に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図９に示した磁場発生部２３１は、本実施形態の磁場計測装置２００（図示せず）に含まれている。磁場発生部２３１は、ヘルムホルツコイルを含み、移動手段２３０が付設されている。本実施形態は、実施形態１の磁場発生部１３１に代えて、ヘルムホルツコイルを含む磁場発生部２３１を配置した点が、実施形態１とは異なっている。

ヘルムホルツコイルとは、大きさが同じである１対の円形のコイルを、同一の回転軸上に、該コイルの半径に等しい距離で配置したものをいう。ヘルムホルツコイルにおいては、回転軸上においてコイル間の中間点がコイルの中心となる。

図９に示したように、磁場発生部２３１の１対のコイルが、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）をＺ方向に挟んで配置されている。すなわち、磁場発生部２３１のヘルムホルツコイルは、回転軸がＺ方向と略平行な、Ｚ軸コイルとしている。このとき、上述した通り、１対のコイルの距離ｈ２は、該ヘルムホルツコイルの半径ｒ２に等しい。磁場発生部２３１によって、Ｚ方向の磁場Ｂｚ２が発生される。ここで、図４に示したように、磁気センサー１２１に対するレーザー光Ｌの透過方向もＺ方向であるため、磁場強度の検出方向と磁場Ｂｚ２の方向はほぼ等しくなる。

磁場発生部２３１のヘルムホルツコイルは、磁気センサーアレイ１２０に対して、十分大きなコイル半径ｒ２を有している。また、磁場発生部２３１に付設された移動手段２３０によって、磁場発生部２３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整が可能である。ここで、上記ヘルムホルツコイルの中心を、磁場発生部２３１の中心とする。

＜磁場＞
磁場発生部２３１が発生させる磁場Ｂｚ２の状態について、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明する。図１０Ａおよび図１０Ｂは、磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図である。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、磁場発生部２３１が発生させる磁場Ｂｚ２について、ビオ・サバールの公式により算出した結果を図示したものである。図１０Ａにおいては、磁場発生部２３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝０．０５［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ２の状態を、磁束密度の大小で示している。図１０Ｂにおいては、磁場発生部２３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝−０．０５［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ２の状態を、磁束密度の大小で示している。

図１０Ａ、図１０Ｂ共に、磁場Ｂｚ２は、磁場発生部２３１のヘルムホルツコイルの回転軸を中心として発生している。図１０Ａ、図１０Ｂに共通して、磁束密度はヘルムホルツコイルの回転軸上が最も大きく、そこから離れるにしたがって等間隔で小さくなっている。すなわち、該ヘルムホルツコイルの２つのコイルに挟まれた空間であれば、Ｚ方向における正負両側で磁場（磁束密度）の向きが等しく、磁場強度の分布も同様となっている。

そのため、磁気センサーアレイ１２０の中心を、磁場発生部２３１の中心（磁場Ｂｚ２の中心）に置くことによって、磁気センサー１２１Ａ〜１２１Ｈに印加される磁場Ｂｚ２を揃えることができる。換言すれば、ＸＹＺの３方向において隣り合う磁気センサー１２１同士では、磁場Ｂｚ２の磁気出力を等しくすることができる。

磁場発生部２３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整は、移動手段２３０を用いて、実施形態１の移動手段１３０と同様に行う他は、実施形態１と同様な方法で実施することができる。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置２００によれば、実施形態１における効果に加えて、以下の効果が得られる。

ヘルムホルツコイルを用いているため、１個のコイルを用いる場合と比べて、磁場Ｂｚ２において、磁場の方向や強度が均一な範囲が広くなる。これにより、磁場発生部２３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整を、より容易にすることができる。また、磁場発生部２３１（磁場Ｂｚ２）の中心に対して、ヘルムホルツコイルに挟まれた空間内であれば、Ｚ方向における正負両側で磁場（磁束密度）の向きが等しくなる。そのため、磁束密度（ベクトル）の向きが等しく、演算部１０５における移動距離などの演算を簡略化することができる。

（実施形態３）
＜磁場発生部＞
本実施形態に係る磁場発生部の構成について、図１１を参照して説明する。図１１は、実施形態３に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図１１に示した磁場発生部３３１は、本実施形態の磁場計測装置３００（図示せず）に含まれている。磁場発生部３３１は、ヘルムホルツコイルを含み、移動手段３３０が付設されている。本実施形態は、実施形態２に対して、磁気センサーアレイ１２０とヘルムホルツコイルとの配置を変更している。

図１１に示したように、磁場発生部３３１の１対のコイルが、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）をＸ方向に挟んで配置されている。すなわち、磁場発生部３３１のヘルムホルツコイルは、回転軸がＸ方向と略平行な、Ｘ軸コイルとなっている。このとき、上述した通り、上記の１対のコイルの距離ｈ３は、該ヘルムホルツコイルの半径ｒ３に等しい。磁場発生部３３１によって、Ｘ方向の磁場Ｂｚ３が発生される。ここで、上述したように、磁気センサー１２１に対するレーザー光Ｌの透過方向はＺ方向であるため、磁場強度の検出方向と磁場Ｂｚ３の方向はほぼ直交する。

上記ヘルムホルツコイルは、磁気センサーアレイ１２０に対して、十分大きなコイル半径ｒ３を有している。また、磁場発生部３３１に付設された移動手段３３０によって、磁場発生部３３１に対する磁気センサーアレイ３２０の相対的な位置の調整が可能である。ここで、上述した上記ヘルムホルツコイルの中心を、磁場発生部３３１の中心とする。

＜磁場＞
磁場発生部３３１が発生させる磁場Ｂｚ３の状態について、図１２Ａおよび図１２Ｂを参照して説明する。図１２Ａおよび図１２Ｂは、磁場発生部が発生させる磁場を示す模式図である。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、磁場発生部３３１が発生させる磁場Ｂｚ３について、ビオ・サバールの公式により算出した結果を図示したものである。図１２Ａにおいては、磁場発生部３３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝−０．０５［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ３の状態を、磁束密度の大小で示している。図１２Ｂにおいては、磁場発生部３３１の中心をＸＹＺ座標の原点に置き、Ｚ＝０．０５［ｍ］のＸＹ平面における磁場Ｂｚ３の状態を、磁束密度の大小で示している。ここで、図１２Ａおよび図１２Ｂは、上述した磁場を示す模式図（図６Ａ、図６Ｂ、図１０Ａ、図１０Ｂ）とは異なり、グラフの縦軸に、磁束密度がゼロの目盛を設けてある。つまり、図１２Ａおよび図１２Ｂでは、正負両方向の磁束密度の分布が示されている。

図１２Ａ、図１２Ｂ共に、磁場Ｂｚ３は、Ｙ軸に対して線対称の磁場強度の分布を有している。また、ＸＺ平面に対しては、面対称の分布を有している。詳しくは、Ｚ＝−０．０５［ｍ］およびＺ＝０．０５［ｍ］のどちらにおいても、磁束密度が正の領域と、負の領域とが存在している。また、図１２Ａおよび図１２Ｂは、磁束密度がＹ＝０の直線に対する線対称の分布を形成している。

図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、磁場Ｂｚ３は、磁場Ｂｚ１と比べて複雑な分布を有しているが、磁気センサーアレイ１２０の中心を、磁場発生部３３１の中心（磁場Ｂｚ３の中心）に置くことによって、上記位置の調整が可能であることに変わりはない。

磁場発生部３３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整は、移動手段３３０を用いて、実施形態１の移動手段１３０と同様に行う他は、実施形態１と同様な方法で実施することができる。ただし、Ｙ方向に隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｃ）と、Ｚ方向に隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａおよび磁気センサー１２１Ｅ）との上記位置の調整においては、磁場Ｂｚ３の絶対値を用いて行う。

以上に述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置３００によれば、実施形態２における効果に加えて、以下の効果が得られる。

磁場発生部３３１のヘルムホルツコイルをＸ軸コイル（コイルの回転軸とＸ軸とが略平行なコイル）としたため、コイルの回転軸（Ｘ軸）と、レーザー光Ｌの透過方向（Ｚ方向）とが直交する。そのため、磁気センサーアレイ１２０と、磁場強度の計測対象との間に、ヘルムホルツコイルの片方のコイルを配置しなくてもよい。これにより、磁気センサーアレイ１２０と計測対象との距離を短くすることが可能となり、磁場強度計測の検出感度を向上させることができる。

（実施形態４）
＜磁場発生部＞
本実施形態に係る磁場発生部の構成について、図１３を参照して説明する。図１３は、実施形態４に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図である。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図１３に示した磁場発生部４３１は、本実施形態の磁場計測装置４００（図示せず）に含まれている。磁場発生部４３１は、３つのヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚを含んでいる。磁場計測装置４００は、移動手段４３０を有している。移動手段４３０は、磁場発生部４３１ではなく、磁気センサーアレイ１２０に付設されている。その他の構成は、実施形態１の磁場計測装置１００と同様としている。

図１３に示したように、磁場発生部４３１の３つのヘルムホルツコイルが、磁気センサーアレイ１２０（空間１２０Ｑ）をＸＹＺの３方向に挟んで配置されている。ヘルムホルツコイル４３１Ｘは、磁気センサーアレイ１２０をＸ方向に挟んで配置され、回転軸がＸ方向と略平行なＸ軸コイルとなっている。ヘルムホルツコイル４３１Ｙは、磁気センサーアレイ１２０をＹ方向に挟んで配置され、回転軸がＹ方向と略平行なＹ軸コイルとなっている。ヘルムホルツコイル４３１Ｚは、磁気センサーアレイ１２０をＺ方向に挟んで配置され、回転軸がＺ方向と略平行なＺ軸コイルとなっている。

ここで、ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚの半径は、磁気センサーアレイ１２０に対して十分大きく、それぞれ異なる寸法に設定されている。また、ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚにおける、各回転軸上のコイル間の中心は一致させており、一致させた中心を磁場発生部４３１の中心とする。

以上の配置から、磁場発生部４３１において、ヘルムホルツコイル４３１Ｚは、実施形態２にて説明したＺ方向の磁場Ｂｚ２と、ヘルムホルツコイル４３１Ｘは、実施形態３で説明したＸ方向の磁場Ｂｚ３と、ヘルムホルツコイル４３１Ｙは、磁場Ｂｚ３の磁場の方向のみＹ方向となる磁場と、それぞれ類似した磁場強度の分布を有する磁場を発生させることができる。

本実施形態に係る磁場計測装置４００の調整は、３つのヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚのいずれか１つによって磁場を発生させて行う。その調整方法は、上述したように、実施形態２または実施形態３の調整方法に準じて実施される。このとき、３つのヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚを、任意の順番で順次作動させて、ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚの全てを用いて調整を行ってもよい。また、３つのヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚの中から、１つまたは２つを任意に選択して調整を行ってもよい。なお、計測対象の磁場強度の計測は、ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚのうち少なくとも１つを作動させて行う。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置４００によれば、実施形態１における効果に加えて、以下の効果が得られる。

ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚの半径が異なる寸法に設定されているため、それぞれによって発生される磁場強度の範囲が異なる。そのため、計測対象の磁場強度やノイズ（環境由来の磁場など）に応じて、調整に用いるヘルムホルツコイルを選択することができる。また、ヘルムホルツコイル４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚを用いて、順次調整を行うことにより、調整の精度をさらに向上させることができる。

（実施形態５）
＜磁場計測装置の製造方法＞
本実施形態に係る磁場計測装置の製造方法について、実施形態１の磁場計測装置１００を例に挙げて、図１４を参照して説明する。図１４は、実施形態５に係る磁場計測装置の製造方法を示す工程フロー図である。

本実施形態の磁場計測装置１００の製造方法は、複数の磁気センサー１２１を含む磁気センサーアレイ１２０に磁場発生部１３１を組み込む第１の工程（Ｓ１１）と、磁場発生部１３１により磁場Ｂｚ１を発生させた状態で、ＸＹＺのいずれかの方向において隣り合う磁気センサー１２１間の磁気出力の差を求める第２の工程（Ｓ１２）と、上記磁気出力の差を解消すべく、上記隣り合う磁気センサー１２１のうち、磁気出力が小さい方を、磁場Ｂｚ１の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第３の工程（Ｓ１３）と、演算部１０５の演算結果に基づいて、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整する第４の工程（Ｓ１４）と、を備えている。

図１４の工程Ｓ１１の磁場発生部１３１を組み込む工程（第１の工程）では、磁場発生部１３１のコイルが、磁気センサーアレイ１２０を取り囲むように組み込む。

工程Ｓ１２の磁気出力の差を求める工程（第２の工程）では、隣り合う磁気センサー１２１の磁気出力の差を求める。詳しくは、磁場発生部１３１によって磁場Ｂｚ１を発生させた状態で、ＸＹＺのいずれかの方向において隣り合う磁気センサー１２１のうちの２つにおいて、磁場Ｂｚ１から印加された磁場強度を磁気出力として検出させる。次いで、演算部１０５において上記磁気出力が比較され、双方の磁気出力の差が計算により求められる。

工程Ｓ１３の移動距離の演算を行う工程（第３の工程）では、磁場発生部１３１に対して、磁気センサーアレイ１２０を相対的に移動させるための移動距離を演算する。詳しくは、演算部１０５において、上記磁気出力が小さい方の磁気センサー１２１について、工程Ｓ１で求めた磁気出力の差を解消させる移動距離が演算される。

工程Ｓ１４の位置を調整する工程（第４の工程）では、演算部１０５の演算結果（移動距離）にしたがって、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置を調整する。磁場計測装置１００では、移動手段１３０が磁場発生部１３１に付設されているため、上記位置の調整は、磁気センサーアレイ１２０に対して、磁場発生部１３１を移動させて行う。このとき、磁場発生部１３１の移動の方向は、磁気出力を比較した２つの磁気センサー１２１の隣り合う方向（ＸＹＺのいずれかの方向）と一致し、その向きは、磁気出力が小さい方の磁気センサー１２１が、磁場発生部１３１の中心に近づく向きとする。ここで、上記位置の調整に必要な情報（移動距離、移動方向など）は、演算部１０５の演算結果を受けて表示部１０６に表示されてもよいし、磁場計測装置１００の製造工程の途中で上記位置の調整を行う場合は、表示部１０６とは別の製造工程用の表示装置を用いてもよい。演算結果を参照して移動手段１３０を作動させ、上記位置が調整される。

上述した調整を、磁気センサー１２１が隣り合う３方向（ＸＹＺ方向）について行うことにより、磁場発生部１３１（磁場Ｂｚ１）の中心と、磁気センサーアレイ１２０の中心とを略一致させることができる。これにより、製造工程における、上記位置の調整が完了する。なお、本実施形態の磁場計測装置１００の製造方法における詳細な調整方法のうち、工程Ｓ１２以降は実施形態１の調整方法に準じて行うことができる。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置１００の製造方法によれば、実施形態１における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。

製造工程において、磁場発生部１３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整を、従来よりも簡便な方法で行うことが可能となる。これにより、製造工程における上記位置の調整の時間が低減され、製造時間を短縮することができる。また、製造工程において、上記位置の調整を行うため、磁場計測装置１００の納入などの際に、磁場計測装置１００の校正、調整の時間を短縮することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
変形例１に係る磁場計測装置では、実施形態２における磁場発生部２３１が含むヘルムホルツコイルに代えて、１対のコイル（ヘルムホルツコイルではないコイル）を用いている。１対のコイルを用いた他は、該１対のコイルの配置を含めて実施形態２と同様としている。

本変形例によれば、実施形態２と同様な効果を得ることができる。さらに、ヘルムホルツコイルを用いないことにより、コイルの半径と１対のコイル間の距離を等しくする必要がなく、磁場発生部のレイアウト上の自由度が向上する。また、ヘルムホルツコイルを用いた実施形態３、実施形態４においても、ヘルムホルツコイルを、ヘルムホルツコイルでない１対のコイルに代替しても、それぞれ実施形態３、実施形態４と同様な効果を得ることができる。

（変形例２）
変形例２に係る磁場計測装置は、上述した実施形態１から実施形態４および変形例１で示した磁場計測装置もしくは磁場発生部を有する磁場計測装置が、透磁率が高い合金にて形成されたシールド機器内に配置された形態としている。変形例２の磁場計測装置においても、磁気センサーアレイ１２０の中心と、磁場発生部の中心とを一致させるため、磁場発生部に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整がなされる。本変形例によれば、シールド機器によって環境由来の磁場などを含む外乱の影響が低減されることに加え、上記実施形態または上記変形例で示した磁場計測装置によって、上記外乱の影響がさらに低減される。そのため、計測対象の磁場の強度をいっそう正確に計測することができる。

（変形例３）
変形例３に係る磁場発生部の配置状態について、図１５を参照して説明する。図１５は、変形例３に係る磁場発生部の配置状態を示す概略斜視図である。

図１５に示したように、磁場発生部７３１は、コイル７３１Ｘとコイル７３１Ｙとを有している。コイル７３１Ｘ，７３１Ｙは、磁気センサーアレイ１２０を取り囲んで設けられている。詳しくは、コイル７３１Ｘは、コイルの回転軸がＸ方向と略平行に配置され、コイル７３１Ｙは、コイルの回転軸がＹ方向と略平行に配置されている。コイル７３１Ｘよびコイル７３１Ｙの半径は、磁気センサーアレイ１２０に対して十分大きく、それぞれ異なる寸法に設定されている。円形を成す、コイル７３１Ｘよびコイル７３１Ｙの中心は一致させており、該中心を磁場発生部７３１の中心とする。また、磁気センサーアレイ１２０には、移動手段７３０が付設されている。

ここで、コイル７３１Ｘ，７３１Ｙに加えて、コイルの回転軸がＺ方向と略平行に配置されるコイル７３１Ｚ（図示せず）を追加して、３つのコイルを含む磁場発生部７３１としてもよい。

磁場発生部７３１に対する磁気センサーアレイ１２０の相対的な位置の調整は、コイル７３１Ｘ，７３１Ｙのいずれか１つによって磁場を発生させて行う。コイル７３１Ｘおよびコイル７３１Ｙが単独で発生させる磁場強度は、一様な傾斜平面として分布している。詳しくは、コイル７３１Ｘによる磁場強度の分布は、コイル７３１Ｘの回転軸を通り、ＸＹ平面に対して、面対称かつ傾斜角度を有する平面を成している。コイル７３１Ｙによる磁場強度の分布は、コイル７３１Ｙの回転軸を通り、ＸＹ平面に対して、面対称かつ傾斜角度を有する平面を成している。

そのため、コイル７３１Ｘで磁場を発生させた場合、Ｘ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｂ）以外は、磁場強度（磁束密度）のベクトルが逆向きとなる。そのため、上記位置の調整では、Ｙ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｃ）、およびＺ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｅ）の磁気出力の比較は、絶対値を用いて行う。

コイル７３１Ｙにおいても、同様な理由から、コイル７３１Ｙで磁場を発生させた場合、上記位置の調整では、Ｘ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｂ）、およびＺ方向において隣り合う磁気センサー１２１同士（例えば、磁気センサー１２１Ａ，１２１Ｅ）の磁気出力の比較は、絶対値を用いて行う。なお、上述した以外の調整については、実施形態１に準じて行うことができる。

以上述べたように、変形例３に係る磁場発生部７３１によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果が得られる。

１対のコイル（合計２個）を要するヘルムホルツコイルと比べて、単一のコイルをＸ軸コイルおよびＹ軸コイルとして配置しているため、簡素な構成でありながら、ＸおよびＹの２方向の回転軸を有するコイルを選択できる。したがって、７３１Ｘ，７３１Ｙの双方を用いて、順次調整を行うことにより、調整の精度をより向上させることができる。

１００…磁場計測装置、１０５…演算部、１２０…磁気センサーアレイ、１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ，１２１Ｅ，１２１Ｆ，１２１Ｇ，１２１Ｈ…磁気センサー、１３０，２３０，３３０，４３０，７３０…移動手段、１３１，２３１，３３１，４３１，７３１…磁場発生部、４３１Ｘ，４３１Ｙ，４３１Ｚ…ヘルムホルツコイル、７３１Ｘ，７３１Ｙ…コイル、Ｂｚ１，Ｂｚ２，Ｂｚ３…磁場、Ｓ１，Ｓ１１…第１の工程、Ｓ２，Ｓ１２…第２の工程、Ｓ３，Ｓ１３…第３の工程、Ｓ１４…第４の工程。

Claims (8)

1. 第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイと、
   磁場発生部と、
   前記磁場発生部により磁場を発生させたときの、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーの磁気出力の差を解消させる、前記磁場発生部に対する前記磁気センサーアレイの相対的な位置の演算を行う演算部と、を有する磁場計測装置。
2. 前記演算部は、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーのうち、前記磁気出力の小さい方を、前記磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う請求項１に記載の磁場計測装置。
3. 前記演算部の演算結果に基づいて、前記磁気センサーアレイを前記磁場発生部に対して相対的に移動させる移動手段を有する請求項１または請求項２に記載の磁場計測装置。
4. 前記磁場発生部は、コイルを含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
5. 前記磁場発生部は、ヘルムホルツコイルを含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
6. 前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーは、入射したプローブ光の偏光面方位を磁場強度に応じて変化させる媒体を、内部に収容したセルを有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
7. 第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイと、
   磁場発生部と、を備えた磁場計測装置の調整方法であって、
   前記磁場発生部により磁場を発生させた状態で、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーの磁気出力の差を求める第１の工程と、
   前記磁気出力の差を解消すべく、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーのうち、前記磁気出力が小さい方を、前記磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第２の工程と、
   前記第２の工程の演算結果に基づいて、前記磁場発生部に対する前記磁気センサーアレイの相対的な位置を調整する第３の工程と、を備えた磁場計測装置の調整方法。
8. 第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを含む磁気センサーアレイに磁場発生部を組み込む第１の工程と、
   前記磁場発生部により磁場を発生させた状態で、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーの磁気出力の差を求める第２の工程と、
   前記磁気出力の差を解消すべく、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーのうち、前記磁気出力が小さい方を、前記磁場発生部の中心に近づける方向における移動距離の演算を行う第３の工程と、
   前記第３の工程の演算結果に基づいて、前記磁場発生部に対する前記磁気センサーアレイの相対的な位置を調整する第４の工程と、を備えた磁場計測装置の製造方法。

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