JP2018040610A - 磁場計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと、磁場発生部との相対的な位置の調整を省略する磁場計測装置を提供すること。【解決手段】本発明の磁場計測装置１００は、計測方向に配置される、磁気センサー１１および磁気センサー１２と、電流によって磁場を発生させる磁場発生部１３０と、磁場源Ｍがない状態で磁場を発生させたときの、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値を計算する第１の演算部１０５ａと、電流の電流値および差分値から、磁場源Ｍの磁場強度を計測したときの、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値を補正する、補正値を計算する第２の演算部１０５ｂと、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、磁場計測装置に関する。

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の強度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った。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ていた。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、上記相対的な位置の調整が難しくなっていた。

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は、第１の方向に配置される、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと、電流によって磁場を発生させる磁場発生部と、被測定物がない状態で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の磁気センサーの出力の差分値を計算する第１の演算部と、電流の電流値および差分値から、被測定物の磁場強度を計測したときの、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの出力の差分値を補正する、補正値を計算する第２の演算部と、を有する。

本適用例によれば、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと、磁場発生部との相対的な位置の調整を省略することができる。詳しくは、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと、磁場発生部とについて、第１の方向に相対的な位置のずれがある場合、磁場発生部が発生させた磁場に対して、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの出力に差が生じる。そこで、被測定物がない状態で、第１の演算部により、上記の差を差分値として計算する。第２の演算部によって、差分値と、磁場発生の電流値とから、補正値が計算される。この補正値を用いて、被測定物の磁場強度を計測したときの、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの出力の差分値を補正する。これにより、第１の方向における、上記位置のずれが数値的に補正されて、上記位置の調整を省略することができる。すなわち、磁場発生部と磁気センサーとの相対的な位置の調整を行わなくても、被測定物の磁場強度を適正に計測可能な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、第２の演算部は、調節部を有し、調節部は、電流値を調節し、被測定物の磁場強度を計測したときの電流値よりも、被測定物がない状態で磁場を発生させたときの電流値の方を大とすることが好ましい。

これによれば、被測定物の計測時よりも、磁場強度が比較的に大きな状態で、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーの出力の差分値が計算される。強度の大きな磁場によって上記補正値が計算されるため、計測誤差の影響などが抑えられて、補正値の精度が向上する。これにより、被測定物の微弱な磁場強度を、精度よく計測することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、調節部は、磁場発生部が発生させる磁場強度の範囲が、被測定物の磁場強度および環境由来の磁場の磁場強度を含むように電流値を調節することが好ましい。

これによれば、被測定物の磁場強度や環境由来の磁場の磁場強度に対応して、磁場強度の強弱を適宜調整することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、磁場強度の範囲は、１ｐＴ（ピコテスラ）以上、１０ｎＴ（ナノテスラ）以下であることが好ましい。

これによれば、環境由来の磁場などの外乱の影響を抑えるために、計測時には比較的に小さな強度の磁場を発生させたり、上記補正値を求めるときには、比較的に大きな強度の磁場を発生させたりすることができる。

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、容易に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、磁場発生部は回転軸が異なる２対以上の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て、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が形成される。このようなヘルムホルツコイルを、コイルの回転軸が異なる２対以上を配置することによって、外乱の影響をさらに抑えると共に、被測定物の磁場強度の計測における精度をさらに向上させることができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、第１の方向と交差する第２の方向に、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを１対とする磁気センサー群を有することが好ましい。

これによれば、第２の方向に磁気センサー群が配置される。これにより、被測定物の磁場強度を広範囲で計測することができる。

上記適用例に記載の磁場計測装置において、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、被測定物の微弱な磁場強度を正確に計測することができる。

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。 磁気センサーの配置および演算部の構成を示す概略図。 実施形態２に係るコイルの配置を示す概略図。 実施形態３に係るコイルの配置を示す概略図。 実施形態４に係るコイルの配置を示す概略図。 実施形態５に係るコイルの配置を示す概略図。 実施形態６に係るコイルの配置を示す概略図。 実施形態７に係る磁気センサーの配置を示す概略図。

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、各部材を認識可能な程度の大きさにするため、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）を利用して磁場強度を計測する、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のセルに照射し、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、第１の方向に配置される、第１の磁気センサーとしての磁気センサー１１、および第２の磁気センサーとしての磁気センサー１２と、電流によって磁場を発生させる磁場発生部１３０と、被測定物がない状態で磁場を発生させたときの、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値を計算する第１の演算部１０５ａと、上記電流の電流値および差分値から、被測定物の磁場強度を計測したときの、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値を補正する、補正値を計算する第２の演算部１０５ｂとを有している。第１の演算部１０５ａおよび第２の演算部１０５ｂは、演算部１０５に含まれている。

磁場計測装置１００には、光照射部１０１Ａ，１０１Ｂ、表示部１０６、制御部１０７などが備えられている。光照射部１０１Ａ，１０１Ｂは、同一の構成を有し、それぞれ光源１１１、変換部１１２を備えている。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、光軸中心に対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１１，１２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。光照射部１０１Ａは、磁気センサー１１へレーザー光Ｌを照射し、光照射部１０１Ｂは、磁気センサー１２へレーザー光Ｌを照射する。

図１においては、光源１１１および変換部１１２の組み合わせの数を２組としているが、これに限定されない。磁気センサー１１，１２などの数や配置などに応じて、光源１１１および変換部１１２の組み合わせの数を、１組としてもよい。その場合は、分岐光学素子などを用いて、レーザー光Ｌを分岐させてもよい。

磁気センサー１１および磁気センサー１２は、入射したプローブ光（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を、内部に収容したセル１０２を有している。また、磁気センサー１１，１２には、それぞれ偏光分離素子１０３、受光部１０４が備えられている。ここで、磁気センサー１１および磁気センサー１２は同一の構成であるため、以下、磁気センサー１１を例に挙げて構成を説明する。

セル１０２に収容される媒体としては、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１１のセル１０２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。

セル１０２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を設けてもよい。該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１０２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。

セル１０２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。

セル１０２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。セル１０２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。セル１０２の外形は特に限定されないが、例えば、外殻の１辺の長さが約２ｃｍの略立方体である。

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。セル１０２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、セル１０２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、セル１０２から射出されたレーザー光Ｌが入射する位置に、セル１０２と対向して配置されている。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の光量に応じた電位Ｖ₁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の光量に応じた電位Ｖ₂を出力し、演算部１０５へ送信する。すなわち、磁気センサー１１は、セル１０２に印加された磁場強度に対応した、出力としての電位Ｖ₁，Ｖ₂を演算部１０５へ送信する。ここで、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。

以上、磁気センサー１１の構成について説明した。磁気センサー１２においては、受光素子１４１からの電位Ｖ₃と、受光素子１４２からの電位Ｖ₄とが、磁気センサー１２の出力として演算部１０５へ送信される他は、磁気センサー１１と同一の構成である。

演算部１０５は、上述したように第１の演算部１０５ａと、第２の演算部１０５ｂとを含んでいる。演算部１０５においては、磁気センサー１１，１２が出力した電位Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄を受信する。演算部１０５は、電位Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄から、レーザー光Ｌに含まれる直線偏光成分が、セル１０２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。演算部１０５の詳細な説明は後述する。

偏光分離素子１０３、受光部１０４、および演算部１０５は、セル１０２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。セル１０２に印加された磁場の強度（磁場強度）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）においてセル１０２に印加された磁場強度を計測することができる。

ところで、被測定物以外の磁場が、外乱（ノイズ）として被測定物の磁場に含まれて計測されることがある。被測定物以外の磁場は、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。このような環境由来の磁場を含む、被測定物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１３０を用いている。

磁場発生部１３０は、円形状のコイル１３１を含んでいる。磁場発生部１３０は、コイル１３１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１３０と、演算部１０５とは、電気的に接続され、演算部１０５によって、コイル１３１に流れる電流値が調節される。ここで、図示を省略するが、コイル１３１は、電流の入力端と電流の出力端とを有している。被測定物の磁場強度の計測時には、磁場発生部１３０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１３０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、従来は、磁場発生部１３０のコイル１３１に対して、磁気センサー１１および磁気センサー１２の相対的な位置を調整する必要があった。つまり、コイル１３１に対して、磁気センサー１１および磁気センサー１２の複数のセル１０２を、等距離に配置しなければならなかった。これに対し、本実施形態の磁場計測装置１００では、コイル１３１と複数のセル１０２との位置調整を省略した上で、上記ノイズを低減することができる。

詳しくは、第２の演算部１０５ｂによって求めた補正値を用いることにより、被測定物の磁場強度の計測値を補正することができる。つまり、複数のセル１０２とコイル１３１の中心との距離が等しくなく、相対的な位置ずれがあっても、その状態で計測した計測値を上記補正値で補正して、磁場強度を求めることができる。補正方法については後述する。ここで、本明細書においては、円形状のコイルの円（コイル円）の中心を、コイルの中心と呼ぶ。

表示部１０６は、制御部１０７、演算部１０５と電気的に接続され、演算部１０５の演算結果などが表示される。表示部１０６としては、例えば、液晶パネルなどの表示装置を用いる。

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１０１Ａ，１０１Ｂ、演算部１０５、表示部１０６などと電気的に接続され、それらを統合して制御する機能を有している。

次に、磁気センサー１１，１２の配置および演算部１０５の構成について、図２を参照して説明する。図２は、磁気センサーの配置および演算部の構成を示す概略図である。

＜磁気センサーの配置＞
磁気センサー１１，１２は、それぞれのセル１０２に入射するレーザー光Ｌに対して、光軸の延長線が略一致するように配置されている。すなわち、磁気センサー１１，１２は、所謂グラディオ配置である。ここで、レーザー光Ｌの光軸の延長線を、直線Ｋとすると、磁気センサー１１，１２は、直線Ｋ上に重畳して設けられている。被測定物としての磁場源Ｍに対して、磁場強度の計測は、磁場源Ｍを直線Ｋ上に配置して行われる。換言すると、磁場強度の計測方向は直線Ｋと一致し、磁気センサー１１および磁気センサー１２は、第１の方向としての計測方向に配置されている。磁気センサー１１は、直線Ｋ上において、磁気センサー１２よりも磁場源Ｍから離れて設けられている。

磁場発生部１３０のコイル１３１の回転軸は、直線Ｋと略一致している。コイル１３１の中心は、磁気センサー１１と磁気センサー１２との略中間に配置されている。上述したように、コイル１３１の中心に対して、磁気センサー１１，１２が有する、それぞれのセル１０２（図１参照）は、等距離に配置されていることが好ましい。すなわち、コイル１３１の中心に対して、複数のセル１０２の相対的な位置ずれがないことが好ましいが、相対的な位置ずれは補正値を用いて補正することができる。

＜演算部の構成＞
演算部１０５は、上述したように、第１の演算部１０５ａおよび第２の演算部１０５ｂを含んでいる。演算部１０５は、磁気センサー１１，１２、磁場発生部１３０と電気的に接続されている。磁気センサー１１，１２から出力された電位Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄は、第１の演算部１０５ａに入力される。

第１の演算部１０５ａは、例えば、３つの演算増幅器１５１，１５２，１５３を有している。演算増幅器１５１により、電位Ｖ₁と電位Ｖ₂との差が演算され、電位Ｖ₅が出力される。演算増幅器１５２により、電位Ｖ₃と電位Ｖ₄との差が演算され、電位Ｖ₆が出力される。演算増幅器１５３により、電位Ｖ₅と電位Ｖ₆との差が演算され、電位Ｖ₇が出力される。電位Ｖ₇は、第２の演算部１０５ｂへ出力される。ここで、磁場源Ｍ（被測定物）の磁場がない状態で、磁場発生部１３０が発生させた磁場強度を計測すると、電位Ｖ₇は、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値となる。

第２の演算部１０５ｂは、ＬＰＦ（ローパスフィルター）１６１、増幅器１６２、演算増幅器１５４、演算子１６３、調節部としてのドライバー１６４を有している。第２の演算部１０５ｂは、電位Ｖ₅および電位Ｖ₆が比較的小さい場合に、ＬＰＦ１６１および増幅器１６２を経由して演算増幅器１５４へ入力させる回路を備えている。上記回路において、電位Ｖ₅は、ＬＰＦ１６１にてノイズなどを低減し、増幅器１６２にて増幅された後、電位Ｖ₁₅として演算増幅器１５４へ入力される。同様に、電位Ｖ₆は、ＬＰＦ１６１にてノイズなどを低減し、増幅器１６２にて増幅された後、電位Ｖ₁₆として演算増幅器１５４へ入力される。演算増幅器１５４により、電位Ｖ₁₅と電位Ｖ₁₆との差が演算され、電位Ｖ₁₇として演算子１６３へ出力される。

上述した演算増幅器１５３を通る回路は、電位Ｖ₅および電位Ｖ₆が、比較的に大きい場合、例えば、磁気センサー１１，１２と磁場発生部１３０との相対的な位置ずれの補正値を求める際に用いられる。ＬＰＦ１６１および増幅器１６２から演算増幅器１５４を通る回路は、例えば、被測定物（磁場源Ｍ）の微弱な磁場強度を計測する場合に用いられる。

演算子１６３は、演算増幅器１５３，１５４と電気的に接続され、電位Ｖ₇，Ｖ₁₇を受信して磁場強度を演算、処理すると共に、上記位置ずれの補正値を計算して、計測した磁場源Ｍの磁場強度を、該補正値で補正する機能を有している。また、演算子１６３は、ドライバー１６４、制御部１０７（図１参照）、表示部１０６（図１参照）とも電気的に接続され、これらと電気信号を送受信する機能を有している。

ドライバー１６４は、磁場発生部１３０が磁場を発生させる電流の電流値を調節する。該電流値は、磁場源Ｍの磁場強度を計測したときよりも、磁場源Ｍがない状態で、上記補正値を求めるために磁場を発生させたときの方を大とすることが好ましい。ドライバー１６４は、磁場発生部１３０が発生させる磁場強度の範囲が、磁場源Ｍの磁場強度および環境由来の磁場の磁場強度を含むように電流値を調節することが好ましい。環境由来の磁場としては、例えば、地磁気、電気設備、電気装置などの計測環境から受ける磁場が挙げられる。上記磁場強度の範囲は、１ｐＴ（ピコテスラ）以上、１０ｎＴ（ナノテスラ）以下であることが好ましい。これにより、微弱な磁場強度の計測時に、環境由来の磁場などの外乱の影響を抑えるために、比較的に小さな強度の磁場を発生させたり、上記補正値を求めるために、比較的に大きい強度の磁場を発生させたりすることができる。

ドライバー１６４が調節する電流値は、磁場発生部１３０によって発生される磁場強度が上記範囲内にあれば特に限定されず、コイル１３１の仕様などに応じて適宜設定することが可能である。コイル１３１の仕様としては、コイル１３１の太さ、直径、巻き数、形成材料などが挙げられる。なお、本実施形態においては、ドライバー１６４を、第２の演算部１０５ｂに設けたが、これに限定されない。ドライバー１６４は、例えば、制御部１０７に設けてもよい。

＜補正方法＞
次に、磁場発生部１３０（コイル１３１）に対する、磁気センサー１１および磁気センサー１２の相対的な位置ずれを補正する、補正値の計算方法（補正方法）について説明する。ここで、磁場強度は、磁気センサー１１，１２の出力としての電位Ｖ_Xの関数であるため、説明の便宜上、磁場強度を電位Ｖ_Xに置き換えて説明する。

被測定物（磁場源Ｍ）の磁場強度を磁場計測装置１００にて測定したときの、磁気センサー１１が検出した磁場強度（出力）をＶ_A、磁気センサー１２が検出した磁場強度（出力）をＶ_Bとする。磁場源Ｍに対する位置関係から、磁気センサー１１より、磁気センサー１２の方が磁場源Ｍに近いため、Ｖ_B＞Ｖ_Aとなる。

Ｖ_Aは、磁場源Ｍの磁場強度Ｖ_AM、計測環境に由来するノイズの磁場強度Ｖ_AN、磁場発生部１３０が発生させる磁場の強度Ｖ_ACの和である。同様に、Ｖ_Bは、磁場源Ｍの磁場強度Ｖ_BM、環境由来の磁場を含むノイズの磁場強度Ｖ_BN、磁場発生部１３０が発生させる磁場の強度Ｖ_BCの和である。したがって、下記式（１），（２）が成り立ち、それぞれ変形して下記式（１’），（２’）が得られる。なお、環境由来の磁場を含む外乱（ノイズ）の磁場強度Ｖ_AN，Ｖ_BNは、磁場発生部１３０が発生させた磁場によって、磁場源Ｍの磁場強度と同等以下まで相殺されているものとする。
Ｖ_A＝Ｖ_AM＋Ｖ_AN＋Ｖ_AC ・・・（１）
Ｖ_B＝Ｖ_BM＋Ｖ_BN＋Ｖ_BC ・・・（２）
Ｖ_AM＝Ｖ_A−（Ｖ_AN＋Ｖ_AC） ・・・（１’）
Ｖ_BM＝Ｖ_B−（Ｖ_BN＋Ｖ_BC） ・・・（２’）

求めるべき磁場源Ｍの磁場強度は、Ｖ_AMとＶ_BMとの差分値、すなわち（Ｖ_BM−Ｖ_AM）であることから、式（１’），（２’）から下記式（３）が得られる。
Ｖ_BM−Ｖ_AM＝Ｖ_B−Ｖ_A−（Ｖ_BN−Ｖ_AN）−（Ｖ_BC−Ｖ_AC） ・・・（３）

環境由来の磁場を含むノイズの磁場は、磁気センサー１１および磁気センサー１２の位置関係によらず一定であるため、Ｖ_ANとＶ_BNとは等しくなる。そのため、式（３）は下記式（３’）となる。
Ｖ_BM−Ｖ_AM＝（Ｖ_B−Ｖ_A）−（Ｖ_BC−Ｖ_AC） ・・・（３’）

式（３’）において、（Ｖ_BC−Ｖ_AC）は、磁場発生部１３０が発生させた磁場に対する、磁気センサー１１および磁気センサー１２が検出した磁場強度の差分値である。コイル１３１の中心と、磁気センサー１１，１２のそれぞれのセル１０２との距離が等しい場合、Ｖ_ACとＶ_BCとは等しくなる。上記の距離が等しくなく、位置ずれ（相対的な位置のずれ）がある場合、（Ｖ_BC−Ｖ_AC）が測定誤差として、磁場源Ｍの磁場強度に加減算されることになる。

本実施形態の磁場計測装置１００では、（Ｖ_BC−Ｖ_AC）に相当する補正値を計算して補正を行い、誤差を低減して磁場源Ｍ由来の磁場強度（Ｖ_BM−Ｖ_AM）を求めることができる。以下、その手順について述べる。

まず、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０（コイル１３１）によって磁場を発生させて、補正値を計算する。このときの磁場の強度は、補正値の精度を高めるため、環境由来の磁場を含むノイズの磁場を相殺する場合（磁場源Ｍの計測時）よりも、大きくすることが好ましい。すなわち、このとき磁場発生部１３０に流す電流値は、磁場源Ｍの計測時よりも大きくすることが好ましい。上記電流値は、補正値が求められれば特に限定されないが、例えば、１Ａ（アンペア）程度とすることができる。

磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０に電流値Ｉ₀を流して磁場を発生させたときの、磁気センサー１１の出力と、磁気センサー１２の出力との差分値を（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）とする。磁場源Ｍの磁場強度の計測時に流す電流値をＩ_mとする。磁場発生部１３０が発生させる磁場の強度は、コイル１３１に流れた電流値に比例するため、下記式（４）が成り立つ。すなわち、式（４）の右辺が、補正値となる。なお、差分値（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）の計算は、第１の演算部１０５ａにて行い、補正値としての式（４）の右辺（（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）Ｉ_m／Ｉ₀）の計算は、第２の演算部１０５ｂにて行う。
（Ｖ_BC−Ｖ_AC）＝（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）Ｉ_m／Ｉ₀ ・・・（４）

したがって、式（３’）に式（４）を代入して下記式（５）が得られる。これにより、予め磁場源Ｍがない状態で計測した磁場強度（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）と、その際に磁場発生部１３０に流した電流値Ｉ₀と、磁場源Ｍの計測時に流す電流値Ｉ_mとから、補正値が計算される。そして、該補正値を用いて、磁場源Ｍの磁場強度を計測したときの、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値（Ｖ_B−Ｖ_A）を補正（減算）することで、磁場源Ｍの磁場強度（Ｖ_BM−Ｖ_AM）を求めることができる。
（Ｖ_BM−Ｖ_AM）＝（Ｖ_B−Ｖ_A）−（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）Ｉ_m／Ｉ₀ ・・・（５）

ここで、図２に示したＶ₇は、例えば、（Ｖ_BC0−Ｖ_AC0）に相当し、Ｖ₁₇は、例えば、（Ｖ_B−Ｖ_A）に相当する。上記補正値は、都度計算によって求めてもよく、あるいは補正値テーブルを備えて照会することにより、計算を省略してもよい。

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

（１）磁気センサー１１および磁気センサー１２と、磁場発生部１３０との相対的な位置の調整を省略して、磁場源Ｍの磁場強度（Ｖ_BM−Ｖ_AM）を求めることができる。詳しくは、計測方向に配置された、磁気センサー１１および磁気センサー１２と、磁場発生部１３０とについて、計測方向に相対的な位置のずれがある場合、磁場発生部１３０が発生させた磁場に対して、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力に差が生じる。これを数値的に補正するため、第１の演算部１０５ａにより、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０に磁場を発生させ、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値が計算される。第２の演算部１０５ｂにより、差分値と、上記磁場を発生させたときの電流値Ｉ₀と、磁場源Ｍの計測時に流す電流の電流値Ｉ_mとから、上記位置ずれを数値的に補正するための補正値が計算される。これにより、上記位置ずれを調整することなく、該補正値を用いて磁気センサー１１，１２の出力を補正し、磁場源Ｍの磁場強度（Ｖ_BM−Ｖ_AM）が得られる。すなわち、磁場発生部１３０と磁気センサー１１，１２との相対的な位置の調整を行わなくても、磁場源Ｍの磁場強度を適正に計測可能な磁場計測装置１００を提供することができる。

（２）ドライバー１６４によって、磁場発生部１３０に流れる電流値が調整され、磁場源Ｍの計測時よりも、補正値を求めるために、磁場源Ｍがない状態で磁場を発生させたときの方が、磁場強度が大きくなる。そのため、磁場強度が比較的に大きな状態で、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値が計算される。強度の大きな磁場にて補正値が計算されるため、計測誤差の影響などが抑えられて、補正値の精度が向上する。これにより、磁場源Ｍの微弱な磁場強度を、精度よく計測することができる。

（３）磁気センサー１１または磁気センサー１２の出力が、１ｐＴ以上、１０ｎＴ以下となるように、磁場発生部１３０に流す電流が調節される。そのため、磁場強度の強弱を適宜調整することができる。これにより、例えば、外乱の影響を抑えるために、計測時には比較的に小さな電流値にて磁場を発生させたり、補正値を求めるときには、比較的に大きな電流値にて磁場を発生させたりすることができる。

（４）磁場発生部１３０はコイル１３１を含むため、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り、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、磁気センサー１１および磁気センサー１２は、磁場源Ｍの計測方向に配置されたグラディオ配置であるため、計測方向において上記補正値を計算することができる。さらに、磁気センサー１１，１２が光ポンピング方式を採用していることから、セル１０２に入射したレーザー光Ｌにおける、偏光面方位の変化を検出することによって、磁場源Ｍの微弱な磁場強度を正確に計測することができる。

（実施形態２）
＜コイルの配置＞
本実施形態に係るコイルの配置について、図３を参照して説明する。図３は、実施形態２に係るコイルの配置を示す概略図である。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。また、図示の便宜上、磁気センサー２１および磁気センサー２２を略立方体で表している。

図３に示した磁気センサー２１および磁気センサー２２は、実施形態１と同様に、磁場源Ｍを通る直線Ｋと計測方向が略一致する、グラディオ配置である。また、実施形態１のコイル１３１と同様に、直線Ｋと回転軸とが略一致するコイル２３１が、磁気センサー２１および磁気センサー２２の略中間に配置されている。さらに、直線Ｋと直交する直線Ｊに対して、回転軸が略一致するコイル２３２が配置されている。このように、実施形態２の磁場計測装置では、コイル２３１に加えてコイル２３２を配置し、２つのコイル２３１，２３２を有する点が、実施形態１と異なっている。

コイル２３１，２３２の直径は、磁気センサー２１，２２と比べて充分に大きい。そのため、コイル２３２は、直線Ｋ上に隣り合って配列された磁気センサー２１，２２を、コイル円の内側に収容することが可能である。なお、コイル２３１およびコイル２３２の直径は、異なっていることが好ましい。これにより、コイル２３１の中心と、コイル２３２の中心とを略一致させて配置することが容易になる。

ここで、図３において、直線Ｋと平行な矢印の方向をＺ方向とし、直線Ｊと略平行で、Ｚ方向と直交する矢印の方向をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向と直交する矢印の方向をＹ方向とする。すなわち、磁気センサー２１，２２が配置された第１の方向としての計測方向は、Ｚ方向となる。

上述した配置において、コイル２３１，２３２の中心に対して、磁気センサー２１，２２のそれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。また、コイル２３１の中心とコイル２３２の中心とは、一致していることが好ましいが、これらの中心の位置がずれていても、補正値によって補正することが可能である。

補正値の求め方（計算方法）は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０（図１参照）が発生させる磁場の強度を計測する。その際に、磁場源Ｍの磁場強度を計測する場合と同様にして、コイル２３１，２３２のどちらか片方か、または両方に電流を流して磁場を発生させる。したがって、得られる補正値は、コイル２３１，２３２のどちらか片方を用いる（磁場を発生させる）場合と、双方を用いる場合の３通りとなる。補正の精度、および磁場源Ｍの磁場強度の計測精度をより高めるために、コイル２３１，２３２の双方を用いて補正値を求め、磁場源Ｍを計測することがより好ましい。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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。Ｚ方向およびＸ方向の２方向について、相対的な位置ずれが補正される。これにより、補正の精度をより高めて、磁場源Ｍの計測精度をより向上させることができる。

（実施形態３）
＜コイルの配置＞
本実施形態に係るコイルの配置について、図４を参照して説明する。図４は、実施形態３に係るコイルの配置を示す概略図である。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４に示した磁気センサー３１および磁気センサー３２は、実施形態１と同様に、計測方向がＺ方向となる、グラディオ配置である。また、実施形態２と同様に、回転軸がＺ方向と平行なコイル３３１、回転軸がＸ方向と平行なコイル３３２が設けられている。さらに、回転軸がＹ方向と平行なコイル３３３が配置されている。このように、実施形態３の磁場計測装置では、３つのコイル３３１，３３２，３３３を有する点が、実施形態１と異なっている。

コイル３３１，３３２，３３３の直径は、磁気センサー３１，３２と比べて充分に大きい。そのため、コイル３３２，３３３は、Ｚ方向に隣り合って配列された磁気センサー３１，３２を、コイル円の内側に収容することが可能である。ここで、コイル３３１，３３２，３３３の直径は、異なっていることが好ましい。これにより、コイル３３１の中心と、コイル３３２の中心と、コイル３３３の中心とを略一致させて配置することが容易になる。

上述した配置において、コイル３３１，３３２，３３３の中心に対して、磁気センサー３１，３２のそれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。また、コイル３３１，３３２，３３３のそれぞれの中心は、一致していることが好ましいが、これらの中心の位置がずれていても、補正値によって補正することが可能である。

補正値の求め方は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０（図１参照）が発生させる磁場の強度を計測する。その際に、磁場源Ｍの磁場強度を計測する場合と同様にして、コイル３３１，３３２，３３３のいずれか１つ以上に、電流を流して磁場を発生させる。補正の精度、および磁場源Ｍの計測精度をより高めるために、コイル３３１，３３２，３３３の全てを用いることがより好ましい。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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。ＸＹＺの３方向について、相対的な位置ずれが補正される。これにより、補正の精度をいっそう高めて、磁場源Ｍの計測精度をいっそう向上させることができる。

（実施形態４）
＜コイルの配置＞
本実施形態に係るコイルの配置について、図５を参照して説明する。図５は、実施形態４に係るコイルの配置を示す概略図である。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５に示した磁気センサー４１および磁気センサー４２は、実施形態１と同様に、計測方向がＺ方向となる、グラディオ配置である。磁気センサー４１，４２は、Ｚ方向において１対のヘルムホルツコイル４３１に挟まれて配置されている。すなわち、ヘルムホルツコイル４３１は、回転軸が直線Ｋと一致する、Ｚ方向と略平行なＺ軸コイルとなっている。このように、実施形態４の磁場計測装置では、１対のヘルムホルツコイル４３１を有する点が、実施形態１と異なっている。ここで、ヘルムホルツコイルとは、大きさが同じである１対の円形状のコイルを、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、回転軸上におけるコイル間の中間点を、コイルの中心とする。

ヘルムホルツコイル４３１の直径は、磁気センサー４１，４２と比べて充分大きい。そのため、ヘルムホルツコイル４３１が発生させる磁場内に、磁気センサー４１，４２を配置することができる。

上述した配置において、ヘルムホルツコイル４３１の中心に対して、磁気センサー４１，４２のそれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。

補正値は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、ヘルムホルツコイル４３１が発生させる磁場の強度を計測して求める。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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４３１を用いているため、１つのコイルを用いる場合と比べて、発生する磁場の強度が均一な範囲が広くなる。そのため、相対的な位置ずれの補正において、補正値の精度をより向上させることができる。また、磁場源Ｍの磁場強度の計測において、環境由来の磁場を含むノイズを相殺しやすくすることができる。

（実施形態５）
＜コイルの配置＞
本実施形態に係るコイルの配置について、図６を参照して説明する。図６は、実施形態５に係るコイルの配置を示す概略図である。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。

本実施形態の磁場計測装置は、回転軸が異なる２対のヘルムホルツコイル５３１，５３２を含んでいる。

図６に示したように、磁気センサー５１および磁気センサー５２は、実施形態１と同様に、計測方向がＺ方向となる、グラディオ配置である。磁気センサー５１，５２は、Ｚ方向において１対のヘルムホルツコイル５３１に挟まれ、Ｘ方向においても１対のヘルムホルツコイル５３２に挟まれて配置されている。すなわち、ヘルムホルツコイル５３１は、回転軸がＺ方向と略平行なＺ軸コイルであり、ヘルムホルツコイル５３２は、回転軸がＸ方向と略平行なＸ軸コイルである。このように、実施形態５の磁場計測装置では、回転軸が異なる２対のヘルムホルツコイル５３１，５３２を有する点が、実施形態１と異なっている。

ヘルムホルツコイル５３１，５３２の直径は、磁気センサー５１，５２と比べて充分大きい。そのため、ヘルムホルツコイル５３１，５３２が発生させる磁場の内側に、磁気センサー５１，５２を配置することができる。ここで、ヘルムホルツコイル５３１およびヘルムホルツコイル５３２の直径は、異なっていることが好ましい。これにより、ヘルムホルツコイル５３１の中心と、ヘルムホルツコイル５３２の中心とを略一致させて配置することが容易になる。

上述した配置において、ヘルムホルツコイル５３１，５３２の中心に対して、磁気センサー５１，５２のそれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。また、ヘルムホルツコイル５３１，５３２のそれぞれの中心は、一致していることが好ましいが、これらの中心の位置がずれていても、補正値によって補正することが可能である。

補正値の求め方（計算方法）は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０（図１参照）が発生させる磁場の強度を計測する。その際に、磁場源Ｍの磁場強度の計測に用いる、ヘルムホルツコイル５３１，５３２のどちらか片方か、または両方に電流を流して磁場を発生させる。したがって、得られる補正値は、ヘルムホルツコイル５３１，５３２のどちらか片方を用いる場合と、双方を用いる場合の３通りとなる。補正の精度、および磁場源Ｍの計測精度をより高めるという観点から、ヘルムホルツコイル５３１，５３２の双方を用いることがより好ましい。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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。ＸＺの２方向において、２対のヘルムホルツコイル５３１，５３２を用いているため、１つのコイルを用いる場合と比べて、発生する磁場の方向や強度が均一な範囲が広くなる。そのため、相対的な位置ずれの補正において、補正値の精度をより向上させることができる。また、磁場源Ｍの磁場強度の計測において、環境由来の磁場を含む外乱を、さらに相殺しやすくすることができる。

（実施形態６）
＜コイルの配置＞
本実施形態に係るコイルの配置について、図７を参照して説明する。図７は、実施形態６に係るコイルの配置を示す概略図である。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。

本実施形態の磁場計測装置は、回転軸が異なる３対のヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３を含んでいる。

図７に示したように、磁気センサー６１および磁気センサー６２は、実施形態１と同様に、計測方向がＺ方向となる、グラディオ配置である。磁気センサー６１，６２は、Ｚ方向において１対のヘルムホルツコイル６３１に挟まれ、Ｘ方向においても１対のヘルムホルツコイル６３２に挟まれ、Ｙ方向においても１対のヘルムホルツコイル６３３に挟まれて配置されている。すなわち、ヘルムホルツコイル６３１は、回転軸がＺ方向と略平行なＺ軸コイルであり、ヘルムホルツコイル６３２は、回転軸がＸ方向と略平行なＸ軸コイルであり、ヘルムホルツコイル６３３は、回転軸がＹ方向と略平行なＹ軸コイルである。このように、実施形態６の磁場計測装置では、回転軸が異なる３対のヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３を有する点が、実施形態１と異なっている。

ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３の直径は、磁気センサー６１，６２と比べて充分に大きい。そのため、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３が発生させる磁場の内側に、磁気センサー６１，６２を配置することができる。ここで、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３の直径は、異なっていることが好ましい。これにより、ヘルムホルツコイル６３１の中心と、ヘルムホルツコイル６３２の中心と、ヘルムホルツコイル６３３の中心とを略一致させて配置することが容易になる。

上述した配置において、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３の中心に対して、磁気センサー６１，６２のそれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。また、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３のそれぞれの中心は、一致していることが好ましいが、これらの中心の位置がずれていても、補正値によって補正することが可能である。

補正値の求め方（計算方法）は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、磁場発生部１３０（図１参照）が発生させる磁場の強度を計測する。その際に、磁場源Ｍの磁場強度の計測に用いる、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３のいずれか１対以上に、電流を流して磁場を発生させる。補正の精度、および磁場源Ｍの計測精度をより高めるという観点から、ヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３の全てを用いることがより好ましい。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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。ＸＹＺの３方向において、３対のヘルムホルツコイル６３１，６３２，６３３を用いているため、１つのコイルを用いる場合と比べて、発生する磁場の方向や強度が均一な範囲が広くなる。そのため、相対的な位置ずれの補正において、補正値の精度をよりいっそう向上させることができる。また、磁場源Ｍの磁場強度の計測において、環境由来の磁場を含む外乱をよりいっそう相殺しやすくすることができる。

（実施形態７）
＜磁気センサーの配置＞
本実施形態に係る磁気センサーの配置について、図８を参照して説明する。図８は、実施形態７に係る磁気センサーの配置を示す概略図である。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８に示したように、本実施形態の磁場計測装置は、８個の磁気センサー７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８を有している。８個の磁気センサー７１〜７８は、Ｘ方向に２個×Ｙ方向に２個の計４個の磁気センサー７２，７４，７６，７８が、マトリックス状に等間隔で配置され、さらにこれらのＺ方向直上に、Ｘ方向に２個×Ｙ方向に２個の計４個の磁気センサー７１，７３，７５，７７が、同様なマトリックス状に配置されている。換言すると、８個の磁気センサー７１〜７８は、実施形態１の磁気センサー１１，１２に相当するＺ方向のグラディオ配置を、Ｘ方向に２組×Ｙ方向に２組の計４組配置している。ここで、８個の磁気センサー７１〜７８が有するぞれぞれのセル１０２（図示せず）から、等しい距離にある点を、８個の磁気センサーの中心とする。

すなわち、本実施形態の磁場計測装置は、第１の方向としてのＺ方向と交差する、第２の方向に、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーを対とする磁気センサー群を有している。ここで、上記第１の磁気センサーとは、４個の磁気センサー７１，７３，７５，７７のいずれかに該当し、第２の磁気センサーとは、第１の磁気センサーとＺ方向において隣り合う、４個の磁気センサー７２，７４，７６，７８のいずれかに該当するものである。また、上記磁気センサー群とは、Ｚ方向にグラディオ配置された１対（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）を指し、第２の方向とは、Ｘ方向またはＹ方向を指している。

ここで、本実施形態の磁場計測装置では、分岐光学素子（図示せず）を用いて分岐したレーザー光Ｌを、磁気センサー７１〜７８に照射している。なお、光源１１１および変換部１１２（共に図１参照）の組み合わせの数を、３組以上として用いてもよい。

８個の磁気センサー７１〜７８は、Ｚ方向において１対のヘルムホルツコイル７３１に挟まれて配置されている。すなわち、ヘルムホルツコイル７３１は、回転軸がＺ方向と略平行なＺ軸コイルとなっている。このように、実施形態７の磁場計測装置では、８個の磁気センサー７１〜７８を配置して、１対のヘルムホルツコイル７３１を有する点が、実施形態１と異なっている。

ヘルムホルツコイル７３１の直径は、８個の磁気センサー７１〜７８と比べて充分に大きい。そのため、ヘルムホルツコイル７３１が発生させる磁場の内側に、８個の磁気センサー７１〜７８を配置することができる。

上述した配置において、ヘルムホルツコイル７３１の中心に対して、８個の磁気センサーのぞれぞれのセル１０２（図示せず）が等距離になく、相対的な位置ずれがあっても、実施形態１と同様に、補正値を求めて磁場源Ｍの磁場強度を補正することができる。

補正値は実施形態１と同様に、磁場源Ｍがない状態で、ヘルムホルツコイル７３１が発生させる磁場の強度を計測して求める。

以上述べたように、本実施形態に係る磁場計測装置によれば、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。磁場源Ｍを含むＸＹ平面と平行な平面に、４組のグラディオ配置の磁気センサーを配列している。そのため、磁場源Ｍの磁場強度を、より広範囲に計測することが可能となる。また、上記位置ずれの補正値の精度がより向上する。さらに、ヘルムホルツコイル７３１を用いているため、１つのコイルを用いる場合と比べて、発生する磁場の強度が均一な範囲が広くなる。そのため、環境由来の磁場を含む外乱がさらに相殺しやすくなり、上記位置ずれの補正において、補正値の精度をよりいっそう向上させることができる。

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は、上述した実施形態１から実施形態７で示した磁場計測装置が、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１の磁場計測装置においても、複数の磁気センサーが有するそれぞれのセルと、磁場発生部のコイルの中心との相対的な位置のずれを、上記実施形態と同様に補正値を用いて補正する。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いっそう低減される。そのため、被測定物の磁場強度を、よりいっそう正確に計測することができる。

（変形例２）
実施形態１では、上述したように、磁気センサー１１および磁気センサー１２の出力の差分値から補正値を計算したが、これに限定されない。

変形例２に係る磁場計測装置では、図２に示した、磁気センサー１１または磁気センサー１２のうち、どちらか片方の出力を用いて補正値を計算する。詳しくは、電流値Ｉ₀およびコイル１３１の仕様などから、予め、コイル１３１に対して磁気センサー１１および磁気センサー１２のそれぞれのセル１０２（図示せず）を等距離に配置したときの、出力を理論値として計算する。該理論値は、用い得る電流値Ｉ₀の数値に対応させて、複数個取得しておく。

次いで、磁場源Ｍの磁場強度の計測に際し、磁場源Ｍがない状態で磁場を発生させる。このとき、磁気センサー１１または磁気センサー１２のどちらか片方の出力（電位Ｖ₅または電位Ｖ₆）を、該当する電流値Ｉ₀の上記理論値と照会する。電位Ｖ₅または電位Ｖ₆と照会したデータとに差異がある場合は、双方の差分値を計算し、電流値Ｉ₀、および磁場源Ｍの磁場強度の計測に用いる電流値Ｉ_mを加味して、第２の演算部１０５ｂにて補正値を計算する。その後、磁場源Ｍの磁場強度の出力（電位Ｖ₁₅，Ｖ₁₆）を、上記補正値を用いて補正し、磁場源Ｍの磁場強度を得る。

本変形例に係る磁場計測装置によれば、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。第１の演算部１０５ａにおける演算増幅器１５３を省略することが可能となり、演算部１０５の回路を簡素化することができる。

１１，１２，２１，２２，３１，３２，４１，４２，５１，５２，６１，６２，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８…磁気センサー、１００…磁場計測装置、１０２…セル、１０５ａ…第１の演算部、１０５ｂ…第２の演算部、１３０…磁場発生部、１３１，２３１，２３２，３３１，３３２，３３３…コイル、４３１，５３１，５３２，６３１，６３２，６３３，７３１…ヘルムホルツコイル、１６４…ドライバー、Ｌ…レーザー光、Ｍ…磁場源。

Claims (8)

1. 第１の方向に配置される、第１の磁気センサーおよび第２の磁気センサーと、
   電流によって磁場を発生させる磁場発生部と、
   被測定物がない状態で前記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の磁気センサーの出力の差分値を計算する第１の演算部と、
   前記電流の電流値および前記差分値から、前記被測定物の磁場強度を計測したときの、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーの出力の差分値を補正する、補正値を計算する第２の演算部と、を有する磁場計測装置。
2. 前記第２の演算部は、調節部を有し、
   前記調節部は、前記電流値を調節し、前記被測定物の磁場強度を計測したときの前記電流値よりも、前記被測定物がない状態で前記磁場を発生させたときの前記電流値の方を大とする、請求項１に記載の磁場計測装置。
3. 前記調節部は、前記磁場発生部が発生させる磁場強度の範囲が、前記被測定物の磁場強度および環境由来の磁場の磁場強度を含むように前記電流値を調節する、請求項１または請求項２に記載の磁場計測装置。
4. 前記磁場強度の範囲は、１ｐＴ以上、１０ｎＴ以下である、請求項３に記載の磁場計測装置。
5. 前記磁場発生部はコイルを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
6. 前記磁場発生部は、回転軸が異なる２対以上のヘルムホルツコイルを含む、請求項５に記載の磁場計測装置。
7. 前記第１の方向と交差する第２の方向に、前記第１の磁気センサーおよび前記第２の磁気センサーを１対とする磁気センサー群を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の磁場計測装置。
8. 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７のいずれか１項に記載の磁場計測装置。

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