JP2018040610A - 磁場計測装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
<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。
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VXの関数であるため、説明の便宜上、磁場強度を電位VXに置き換えて説明する。
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VXの関数であるため、説明の便宜上、磁場強度を電位VX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VA、磁気センサー12が検出した磁場強度(出力)をVB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、VB>VAとなる。
VAは、磁場源Mの磁場強度VAM、計測環境に由来するノイズの磁場強度VAN、磁場発生部130が発生させる磁場の強度VACの和である。同様に、VBは、磁場源Mの磁場強度VBM、環境由来の磁場を含むノイズの磁場強度VBN、磁場発生部130が発生させる磁場の強度VBC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VAN,VBN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。
VA=VAM+VAN+VAC ・・・(1)
VB=VBM+VBN+VBC ・・・(2)
VAM=VA−(VAN+VAC) ・・・(1’)
VBM=VB−(VBN+VBC) ・・・(2’)
VA=VAM+VAN+VAC ・・・(1)
VB=VBM+VBN+VBC ・・・(2)
VAM=VA−(VAN+VAC) ・・・(1’)
VBM=VB−(VBN+VBC) ・・・(2’)
求めるべき磁場源Mの磁場強度は、VAMとVBMとの差分値、すなわち(VBM−VAM)であることから、式(1’),(2’)から下記式(3)が得られる。
VBM−VAM=VB−VA−(VBN−VAN)−(VBC−VAC) ・・・(3)
VBM−VAM=VB−VA−(VBN−VAN)−(VBC−VAC) ・・・(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、VANとVBNとは等しくなる。そのため、式(3)は下記式(3’)となる。
VBM−VAM=(VB−VA)−(VBC−VAC) ・・・(3’)
VBM−VAM=(VB−VA)−(VBC−VAC) ・・・(3’)
式(3’)において、(VBC−VAC)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、VACとVBC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、(VBC−VAC)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、(VBC−VAC)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(VBM−VAM)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(VBC0−VAC0)とする。磁場源Mの磁場強度の計測時に流す電流値をIm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(VBC0−VAC0)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((VBC0−VAC0)Im/I0)の計算は、第2の演算部105bにて行う。
(VBC−VAC)=(VBC0−VAC0)Im/I0 ・・・(4)
(VBC−VAC)=(VBC0−VAC0)Im/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(VBC0−VAC0)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Im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(VB−VA)を補正(減算)することで、磁場源Mの磁場強度(VBM−VAM)を求めることができる。
(VBM−VAM)=(VB−VA)−(VBC0−VAC0)Im/I0 ・・・(5)
(VBM−VAM)=(VB−VA)−(VBC0−VAC0)Im/I0 ・・・(5)
ここで、図2に示したV7は、例えば、(VBC0−VAC0)に相当し、V17は、例えば、(VB−VA)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(VBM−VAM)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Im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(VBM−VAM)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。
<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。
<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。
<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。
<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。
<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。
<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。
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Im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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016173388A JP2018040610A (ja) | 2016-09-06 | 2016-09-06 | 磁場計測装置 |
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ID=61625627
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JP (1) | JP2018040610A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024024181A1 (ja) * | 2022-07-29 | 2024-02-01 | スミダコーポレーション株式会社 | 測定装置および測定方法 |
-
2016
- 2016-09-06 JP JP2016173388A patent/JP2018040610A/ja active Pending
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