JP5874808B2 - Magnetic field measuring device - Google Patents

Description

本発明は磁場を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a magnetic field.

磁場を測定する発明として、例えば特許文献１に開示された光ポンピング磁力計がある。この光ポンピング磁力計は、円偏光のポンプ光と、直線偏光のプローブ光をアルカリ金属のガスが封入されたセル内で交差させ、セルを通過したプローブ光の偏光回転角を測定することにより、磁場を測定する。   As an invention for measuring a magnetic field, for example, there is an optical pumping magnetometer disclosed in Patent Document 1. This optical pumping magnetometer intersects circularly polarized pump light and linearly polarized probe light in a cell filled with an alkali metal gas, and measures the polarization rotation angle of the probe light that has passed through the cell. Measure the magnetic field.

特開２００９−２３６５９９号公報JP 2009-236599 A

ところで、一つのセルでは磁場のうちの或る一箇所についてしか測定できないため、磁場を広い範囲で測定するには複数のセルが必要となる。しかしながら、複数のセルを配置するとなると、特許文献１に開示された光ポンピング磁力計では、セル毎にポンプ光やプローブ光の光源が必要となり、装置の規模が大きくなってしまう。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的の１つは、複数のセル毎に光源を設けなくとも、各セルにポンプ光とプローブ光を供給できるようにすることにある。 By the way, since one cell can measure only a certain part of the magnetic field, a plurality of cells are required to measure the magnetic field in a wide range. However, when a plurality of cells are arranged, the optical pumping magnetometer disclosed in Patent Document 1 requires a pump light source or a probe light source for each cell, which increases the scale of the apparatus.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and one of its purposes is to be able to supply pump light and probe light to each cell without providing a light source for each of the plurality of cells. .

上記目的を達成するために、本発明に係るセルユニットは、光により励起される原子を内部に有するセルを複数備えたセル層と、入射された第１光を分岐させ、分岐された前記第１光を前記複数のセルの各々に導く分配層とを有する。
本発明によれば、光が分岐されて複数の各セルに導かれる。分配層で光が分岐されて複数のセルに導かれるため、セル毎に複数の光源を設けなくても各セルに光を供給できる。 In order to achieve the above object, a cell unit according to the present invention includes a cell layer including a plurality of cells having atoms excited by light therein, and the incident first light is branched and branched. A distribution layer for guiding one light to each of the plurality of cells.
According to the present invention, light is branched and guided to a plurality of cells. Since light is branched in the distribution layer and guided to a plurality of cells, light can be supplied to each cell without providing a plurality of light sources for each cell.

本発明においては、前記分配層は、入射された第２光を分岐させ、前記複数の各セル内において前記第２光が前記第１光と交差するように、分岐された前記第２光を前記複数のセルに導く構成としてもよい。本発明によれば、第１光がセルユニットに照射されると、第１光が分岐されて複数の各セルに導かれ、第２光がセルユニットに照射されると、第２光が分岐されて複数の各セルに導かれる。分配層で光が分岐されて複数のセルに導かれるため、セル毎に複数の光源を設けなくても各セルに第１光と第２光を供給できる。
また、本発明においては、一の前記分配層に前記セル層が積層されており、前記第１光と前記第２光が、前記一の分配層から前記セル層に入射する構成としてもよい。この構成によれば、第１光と第２光がセル層の一方の面側から照射されることとなるので、セルユニットの厚みを抑えることができる。
また、本発明においては、前記分配層は、前記第１光を導く第１分配層と、前記第２光を導く第２分配層を有し、前記第１分配層は、前記セル層に積層され、前記第２層は、前記セル層において前記第１分配層に向いた面と交わる面に接して設けられている構成としてもよい。この構成によれば、一の分配層は、１種類の光を分岐させて導き、他の種類の光を分岐させて導かないので、一の分配層の構成を簡素にできる。
また、本発明においては、前記セルを透過した前記第２光を検出する検出部を有する構成としてもよい。また、本発明においては、前記セルを透過した前記第１光を検出する検出部を有する構成としてもよい。これらの構成によれば、セルユニットで光を検出できるため、セルユニットを備える装置に別途検出部を設けずに済み、装置の構成を簡素にできる。 In the present invention, the distribution layer branches the incident second light, and splits the second light so that the second light intersects the first light in each of the plurality of cells. It is good also as a structure led to the plurality of cells. According to the present invention, when the first light is irradiated to the cell unit, the first light is branched and guided to each of the plurality of cells, and when the second light is irradiated to the cell unit, the second light is branched. And led to a plurality of cells. Since light is branched in the distribution layer and guided to a plurality of cells, the first light and the second light can be supplied to each cell without providing a plurality of light sources for each cell.
In the present invention, the cell layer may be stacked on one of the distribution layers, and the first light and the second light may be incident on the cell layer from the one distribution layer. According to this configuration, since the first light and the second light are irradiated from one surface side of the cell layer, the thickness of the cell unit can be suppressed.
In the present invention, the distribution layer includes a first distribution layer that guides the first light and a second distribution layer that guides the second light, and the first distribution layer is stacked on the cell layer. The second layer may be provided in contact with a surface of the cell layer that intersects the surface facing the first distribution layer. According to this configuration, one distribution layer branches and guides one type of light and does not branch and guide the other types of light. Therefore, the configuration of one distribution layer can be simplified.
Moreover, in this invention, it is good also as a structure which has a detection part which detects the said 2nd light which permeate | transmitted the said cell. Moreover, in this invention, it is good also as a structure which has a detection part which detects the said 1st light which permeate | transmitted the said cell. According to these configurations, since light can be detected by the cell unit, it is not necessary to provide a separate detection unit in the device including the cell unit, and the configuration of the device can be simplified.

また、本発明においては、前記分配層は、入射した光を反射および透過する膜を複数有し、入射した前記光が進む方向に前記膜が並べられ、前記複数の膜で反射された光が前記複数のセルに照射される構成としてもよい。この構成によれば、膜により光を分岐させてセルに導くことができるので、光学部品で光の分岐や案内を行う構成と比較して、セルユニットの構成を簡素にできる。
また、本発明においては、前記分配層は、入射した光の一部を通過させ且つ残りを反射する回折格子を前記セル層に面した側に有し、前記回折格子を通過した光が前記複数のセルに照射される構成としてもよい。
また、本発明においては、前記分配層は、入射した光を第１方向と第２方向へ反射する回折格子を前記セル層に面する面と反対側の面に有し、前記第１方向へ反射された光が前記複数のセルに照射される構成としてもよい。
これらの構成によれば、回折格子により光を分岐させてセルに導くことができるので、光学部品で光の分岐や案内を行う構成と比較して、セルユニットの構成を簡素にできる。 In the present invention, the distribution layer includes a plurality of films that reflect and transmit incident light, the films are arranged in a direction in which the incident light travels, and the light reflected by the plurality of films is The plurality of cells may be irradiated. According to this configuration, since the light can be branched by the film and guided to the cell, the configuration of the cell unit can be simplified as compared with the configuration in which the optical component branches and guides the light.
In the present invention, the distribution layer has a diffraction grating on the side facing the cell layer that transmits a part of incident light and reflects the remaining light, and the light that has passed through the diffraction grating is the plurality of light beams. It is good also as a structure irradiated to this cell.
In the present invention, the distribution layer has a diffraction grating that reflects incident light in the first direction and the second direction on a surface opposite to the surface facing the cell layer, and extends in the first direction. The reflected light may be applied to the plurality of cells.
According to these configurations, since the light can be branched by the diffraction grating and guided to the cell, the configuration of the cell unit can be simplified as compared with the configuration in which the optical components are branched and guided.

また、本発明に係るセルユニット群は、上記いずれかの構成のセルユニットが多段に配置された構成である。この構成によれば、各段のセルを通過した光を測定することにより、セルユニットが多段に配置されている方向の磁場勾配を測定することができる。   Moreover, the cell unit group according to the present invention has a configuration in which the cell units having any one of the above configurations are arranged in multiple stages. According to this configuration, the magnetic field gradient in the direction in which the cell units are arranged in multiple stages can be measured by measuring the light that has passed through the cells in each stage.

また、上記目的を達成するために、本発明に係る磁場測定装置は、光により励起される原子を内部に有するセルを複数備えたセル層と、入射された第１光を分岐させ、前記複数のセルの各々に分岐された前記第１光を導く分配層とを有するセルユニットと、前記セルユニットへ前記第１光を照射する第１照射部と、前記セルを透過した前記第１光を検出する検出部とを有する。
本発明によれば、第１光が第１照射部からセルユニットに照射されると、第１光が分岐されて複数の各セルに導かれる。このため、磁場測定装置において、セル毎に複数の光源を設けなくても各セルに第１光を供給し、セルを通過した第１光を測定することができる。
また、本発明に係る磁場測定装置は、光により励起される原子を内部に有するセルを複数備えたセル層と、前記原子を励起させる入射された第１光を分岐させて前記複数のセルの各々に分岐された前記第１光を導き、入射された第２光を分岐させ、前記複数の各セル内において前記第２光が前記第１光と交差するように分岐された前記第２光を前記複数のセルに導く分配層とを有するセルユニットと、前記セルユニットへ前記第１光を照射する第１照射部と、前記セルユニットへ前記第２光を照射する第２照射部と、前記セルを透過した前記第２光を検出する検出部とを有する。
本発明によれば、第１光が第１照射部からセルユニットに照射されると、第１光が分岐されて複数の各セルに導かれ、第２光がセルユニットに照射されると、第２光が分岐されて複数の各セルに導かれる。分配層で光が分岐されて複数のセルに導かれるため、磁場測定装置において、セル毎に複数の光源を設けなくても各セルに第１光と第２光を供給できる。 In order to achieve the above object, a magnetic field measurement apparatus according to the present invention branches a cell layer including a plurality of cells having therein atoms excited by light, and the incident first light, A cell unit having a distribution layer for guiding the first light branched into each of the cells, a first irradiation unit for irradiating the cell unit with the first light, and the first light transmitted through the cell. And a detecting unit for detecting.
According to the present invention, when the first light is irradiated to the cell unit from the first irradiation unit, the first light is branched and guided to each of the plurality of cells. For this reason, in the magnetic field measurement apparatus, it is possible to supply the first light to each cell and measure the first light that has passed through the cell without providing a plurality of light sources for each cell.
In addition, the magnetic field measurement apparatus according to the present invention includes a cell layer including a plurality of cells having atoms excited by light therein, and the incident first light that excites the atoms to branch the plurality of cells. The first light that is branched into each of the first light, the incident second light is branched, and the second light is branched so that the second light intersects the first light in each of the plurality of cells. A cell unit having a distribution layer that guides the plurality of cells, a first irradiation unit that irradiates the cell unit with the first light, and a second irradiation unit that irradiates the cell unit with the second light, A detection unit that detects the second light transmitted through the cell.
According to the present invention, when the first light is irradiated from the first irradiation unit to the cell unit, the first light is branched and guided to each of the plurality of cells, and when the second light is irradiated to the cell unit, The second light is branched and guided to each of the plurality of cells. Since light is branched in the distribution layer and guided to a plurality of cells, the magnetic field measurement apparatus can supply the first light and the second light to each cell without providing a plurality of light sources for each cell.

本発明の一実施形態に係る磁場測定装置１の構成を示した図。The figure which showed the structure of the magnetic field measuring apparatus 1 which concerns on one Embodiment of this invention. セルユニット１０の外観を示した図。The figure which showed the external appearance of the cell unit 10. FIG. セルユニット１０の断面の模式図。3 is a schematic cross-sectional view of the cell unit 10. FIG. 変形例に係るセルユニット１０Ａの外観を示した図。The figure which showed the external appearance of 10A of cell units which concern on a modification. 変形例に係る光分配層１１Ｃの模式図。The schematic diagram of 11C of light distribution layers which concern on a modification. 変形例に係る光分配層１１Ｄの模式図。The schematic diagram of light distribution layer 11D which concerns on a modification. 変形例に係る光分配層１１Ｅの模式図。The schematic diagram of the light distribution layer 11E which concerns on a modification. 変形例に係るセル１２１の傾きを説明する図。The figure explaining the inclination of the cell 121 which concerns on a modification.

［実施形態］
図１は、本発明の一実施形態に係る磁場測定装置１の構成を示した図である。磁場測定装置１は、光ポンピング法を用いて磁場を測定する装置である。磁場測定装置１は、第１照射部２０、第２照射部３０、検出部４０、生体により生じた磁場（例えば、心臓２により生じた磁場）がかかるセルユニット１０を有する。
なお、図１においては、光ポンピング法に係る部分の構成を示しており、地磁気などの磁気を低減する磁気シールドや、磁気シールド内の残留磁場を低減する複数のヘルムホルツコイル等、周知の構成については図示を省略し、以下、その説明についても省略する。 [Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a magnetic field measurement apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The magnetic field measurement apparatus 1 is an apparatus that measures a magnetic field using an optical pumping method. The magnetic field measurement apparatus 1 includes a first irradiation unit 20, a second irradiation unit 30, a detection unit 40, and a cell unit 10 to which a magnetic field generated by a living body (for example, a magnetic field generated by the heart 2) is applied.
In addition, in FIG. 1, the structure of the part which concerns on an optical pumping method is shown, and about well-known structures, such as a magnetic shield which reduces magnetism, such as geomagnetism, and a plurality of Helmholtz coils which reduce a residual magnetic field in a magnetic shield Is omitted, and the description thereof is also omitted below.

第１照射部２０は、円偏光のポンプ光を出力する手段の一例であり、光源２１と、変換部２２を有する。光源２１は、レーザー光を出力する装置である。光源２１から出力される無偏光のレーザー光は、外部共振器型レーザーや分布帰還型レーザーなどでスペクトル幅が狭いものが好ましい。
変換部２２は、無偏光のレーザー光を円偏光のレーザー光に変換する手段の一例である。変換部２２は、ビームエキスパンダー、コリメートレンズ、偏光板、四分の一波長板などの光学部品を有する。変換部２２に入射したレーザー光は、ビームエキスパンダーで広げられ、コリメートレンズで平行光にされる。コリメートレンズから出た平行光は、偏光板で直線偏光にされ、四分の一波長板で円偏光にされる。円偏光にされた光は、光ポンピング法におけるポンプ光として、セルユニット１０に照射される。
なお、ポンプ光は、円偏光の成分を有していれば、他の偏光成分を含んでいてもよい。 The first irradiation unit 20 is an example of a unit that outputs circularly polarized pump light, and includes a light source 21 and a conversion unit 22. The light source 21 is a device that outputs laser light. The non-polarized laser light output from the light source 21 is preferably an external resonator type laser or a distributed feedback type laser having a narrow spectrum width.
The converter 22 is an example of means for converting non-polarized laser light into circularly polarized laser light. The conversion unit 22 includes optical components such as a beam expander, a collimator lens, a polarizing plate, and a quarter wave plate. The laser light incident on the conversion unit 22 is spread by a beam expander and converted into parallel light by a collimator lens. The parallel light emitted from the collimating lens is linearly polarized by the polarizing plate and circularly polarized by the quarter wavelength plate. The circularly polarized light is applied to the cell unit 10 as pump light in the optical pumping method.
The pump light may contain other polarization components as long as it has a circular polarization component.

第２照射部３０は、直線偏光のプローブ光を出力する手段の一例であり、光源３１と、変換部３２を有する。光源３１は、光源２１と同じくレーザー光を出力する装置である。
変換部３２は、無偏光のレーザー光を直線偏光のレーザー光に変換する手段の一例である。変換部３２は、ビームエキスパンダー、コリメートレンズ、偏光板、半波長板などの光学部品を有する。変換部３２に入射したレーザー光は、ビームエキスパンダーで広げられ、コリメートレンズで平行光にされる。コリメートレンズから出た平行光は、偏光板で直線偏光にされ、半波長板で偏光面が回転させられる。半波長板で偏光面が回転させられた直線偏光の光は、光ポンピング法におけるプローブ光としてセルユニット１０に照射される。
なお、プローブ光は、直線偏光の成分を有していれば、他の偏光成分を含んでいてもよい。 The second irradiation unit 30 is an example of a unit that outputs linearly polarized probe light, and includes a light source 31 and a conversion unit 32. The light source 31 is a device that outputs laser light in the same manner as the light source 21.
The converter 32 is an example of means for converting non-polarized laser light into linearly polarized laser light. The conversion unit 32 includes optical components such as a beam expander, a collimator lens, a polarizing plate, and a half-wave plate. The laser light incident on the conversion unit 32 is spread by a beam expander and is converted into parallel light by a collimator lens. The parallel light emitted from the collimating lens is linearly polarized by the polarizing plate, and the polarization plane is rotated by the half-wave plate. The linearly polarized light whose polarization plane is rotated by the half-wave plate is applied to the cell unit 10 as probe light in the optical pumping method.
The probe light may contain other polarization components as long as it has linear polarization components.

検出部４０は、後述するセルユニット１０のセル１２１を通過したプローブ光を検出する手段の一例である。検出部４０は、半波長板４１、偏光ビームスプリッター４２、センサー４３Ａ、４３Ｂを有する。
半波長板４１は、セル１２１を通過したプローブ光の偏光面を回転させる光学部品である。半波長板４１で偏光面が回転させられた光は、偏光ビームスプリッター４２に入る。
偏光ビームスプリッター４２は、プローブ光をＰ偏光とＳ偏光に分岐する光学部品である。偏光ビームスプリッターで分離されたＰ偏光は、直進してセンサー４３Ａに入射する。一方、偏光ビームスプリッターで分離されたＳ偏光は、Ｐ偏光と直交する方向に進み、センサー４３Ｂに入射する。
センサー４３Ａとセンサー４３Ｂは、入射した光に応じた電気信号を出力するフォトダイオード等の素子を有している。センサー４３Ａは、偏光ビームスプリッター４２で分岐されたＰ偏光を検出し、検出した光に応じた電気信号を演算部５０へ出力する。また、センサー４３Ｂは、偏光ビームスプリッター４２で分岐されたＳ偏光を検出し、検出した光に応じた電気信号を演算部５０へ出力する。
演算部５０は、差動増幅器を有しており、センサー４３Ａから出力された信号と、センサー４３Ｂから出力された信号との差分を増幅した信号を出力する。演算部５０から出力された信号を解析することに、生体により生じた磁場の情報を知ることができる。 The detection unit 40 is an example of a unit that detects probe light that has passed through a cell 121 of the cell unit 10 described later. The detection unit 40 includes a half-wave plate 41, a polarization beam splitter 42, and sensors 43A and 43B.
The half-wave plate 41 is an optical component that rotates the polarization plane of the probe light that has passed through the cell 121. The light whose polarization plane is rotated by the half-wave plate 41 enters the polarization beam splitter 42.
The polarization beam splitter 42 is an optical component that branches the probe light into P-polarized light and S-polarized light. The P-polarized light separated by the polarization beam splitter travels straight and enters the sensor 43A. On the other hand, the S-polarized light separated by the polarization beam splitter proceeds in the direction orthogonal to the P-polarized light and enters the sensor 43B.
The sensor 43A and the sensor 43B have an element such as a photodiode that outputs an electrical signal corresponding to incident light. The sensor 43 </ b> A detects the P-polarized light branched by the polarization beam splitter 42 and outputs an electrical signal corresponding to the detected light to the calculation unit 50. The sensor 43 </ b> B detects the S-polarized light branched by the polarization beam splitter 42 and outputs an electrical signal corresponding to the detected light to the calculation unit 50.
The calculation unit 50 includes a differential amplifier, and outputs a signal obtained by amplifying the difference between the signal output from the sensor 43A and the signal output from the sensor 43B. By analyzing the signal output from the calculation unit 50, it is possible to know information on the magnetic field generated by the living body.

次に、セルユニット１０について説明する。図２（ａ）は、セルユニット１０の平面図であり、図２（ｂ）は、セルユニット１０の正面図である。また、図３は、セルユニット１０の断面を模式的に示した図である。図３において、矢印は、レーザー光の進行方向を示している。なお、説明の便宜上、図においては、直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸で方向を示しており、セルユニット１０を正面から見たときの左右方向をＸ軸の方向、奥行き方向をＹ軸の方向、高さ方向をＺ軸の方向としている。また、図中の各構成要素の寸法は、構成要素の形状を容易に理解できるように実際の寸法とは異ならせてある。
セルユニット１０は、光分配層１１、セル層１２および受光層１３を有しており、光分配層１１の上にセル層１２が積層され、セル層１２の上に受光層１３が積層されている。各層は、Ｚ軸方向から見ると形状が正方形となっているが、Ｚ軸方向から見た形状が矩形や矩形以外の形状となっていてもよい。 Next, the cell unit 10 will be described. FIG. 2A is a plan view of the cell unit 10, and FIG. 2B is a front view of the cell unit 10. FIG. 3 is a diagram schematically showing a cross section of the cell unit 10. In FIG. 3, the arrows indicate the traveling direction of the laser light. For convenience of explanation, in the figure, directions are indicated by orthogonal X-axis, Y-axis, and Z-axis. When the cell unit 10 is viewed from the front, the left-right direction is the X-axis direction, and the depth direction is the Y-axis. The direction of height and the height direction are the Z-axis direction. In addition, the dimensions of each component in the drawing are different from the actual dimensions so that the shape of the component can be easily understood.
The cell unit 10 includes a light distribution layer 11, a cell layer 12, and a light receiving layer 13. The cell layer 12 is stacked on the light distribution layer 11, and the light receiving layer 13 is stacked on the cell layer 12. Yes. Each layer has a square shape when viewed from the Z-axis direction, but the shape viewed from the Z-axis direction may be a rectangle or a shape other than a rectangle.

セル層１２は、ガラス等の光を透過する材料で形成されている。セル層１２は、中空のセル１２１−１〜１２１−９を有している。セル１２１−１〜１２１−９は、立方体の形状であり密閉されている。これらのセル１２１−１〜１２１−９は、Ｘ軸方向へ３列配置され、Ｙ軸方向へ３行配置されている。なお、各セルの構成は同じであるため、以下、各セルを区別する必要のない場合は、セルについて符号の枝番の記載を省略する。
セル１２１は、傾けられた状態でセル層１２内に位置している。具体的には、セル１２１は、上面および下面がＸＹ平面に平行であり、側面がＸＺ平面とＹＺ平面に平行である状態から、Ｙ軸方向の中心軸を中心に予め定められた角度で回転させた状態でセル層１２に配置されている。つまり、セル１２１は、直交する２つの面が斜めに光分配層１１に向けられ、光分配層１１に向けられた面と対向する面が斜めに受光層１３に向けられた状態となっている。 The cell layer 12 is formed of a material that transmits light such as glass. The cell layer 12 has hollow cells 121-1 to 121-9. The cells 121-1 to 121-9 have a cubic shape and are sealed. These cells 121-1 to 121-9 are arranged in three columns in the X-axis direction and in three rows in the Y-axis direction. In addition, since the structure of each cell is the same, description of the branch number of a code | symbol is abbreviate | omitted about a cell below, when it is not necessary to distinguish each cell.
The cell 121 is located in the cell layer 12 in a tilted state. Specifically, the cell 121 rotates at a predetermined angle around the central axis in the Y-axis direction from a state in which the upper surface and the lower surface are parallel to the XY plane and the side surfaces are parallel to the XZ plane and the YZ plane. In this state, it is arranged in the cell layer 12. That is, in the cell 121, two orthogonal surfaces are obliquely directed to the light distribution layer 11, and a surface opposite to the surface directed to the light distribution layer 11 is obliquely directed to the light receiving layer 13. .

セル１２１は、予め定められた原子を内部に有する。ここで予め定められた原子とは、円偏光により励起されてスピン偏極される原子であり、例えば、第１族元素のうちの水素（Ｈ）を除くもの、すなわちアルカリ金属の原子である。アルカリ金属に該当する元素は、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）である。セル１２１に封入されているアルカリ金属は、典型的には１種類であるが、複数種類であることを妨げない。セル１２１には、かかるアルカリ金属の原子が気体の状態（すなわちガス状態）で封入されている。なお、セル１２１に封入されるアルカリ金属の原子は、検出部４０で磁場の情報を得る時に気体の状態であれば足り、常時気体として存在している必要はない。また、セル１２１は、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ）などをバッファーガスとして内部に含んでいてもよい。   The cell 121 has a predetermined atom inside. Here, the predetermined atom is an atom that is excited by circularly polarized light and spin-polarized, and is, for example, an atom of a group 1 element excluding hydrogen (H), that is, an alkali metal atom. Elements corresponding to alkali metals are lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). The alkali metal sealed in the cell 121 is typically one type, but it does not preclude multiple types. In the cell 121, such alkali metal atoms are enclosed in a gaseous state (that is, in a gas state). The alkali metal atoms enclosed in the cell 121 need only be in a gaseous state when the detection unit 40 obtains magnetic field information, and need not always exist as a gas. The cell 121 may contain helium (He), nitrogen (N), or the like as a buffer gas.

なお、セル１２１の数は、上述した数に限定されるものではなく、１０個以上または８個以下であってもよい。また、セルの配列は、３行３列に限定されるものではなく、他の配列であってもよい。また、セル１２１の形状は、立方体の形状に限定されるものではなく、直方体の形状であってもよい。また、セル１２１の形状は、立方体や直方体について面取りをした形状であってもよい。   The number of cells 121 is not limited to the number described above, and may be 10 or more or 8 or less. Further, the cell arrangement is not limited to 3 rows and 3 columns, and may be another arrangement. The shape of the cell 121 is not limited to a cubic shape, and may be a rectangular parallelepiped shape. The shape of the cell 121 may be a shape obtained by chamfering a cube or a rectangular parallelepiped.

光分配層１１は、透明なガラスまたは樹脂で形成されており、光を分岐させる分岐カプラー１１１Ａ、１１１Ｂと、分岐カプラー１１１Ａ、１１１Ｂで分岐された光をセル１２１に導く光ファイバー１１２を内部に有する。
分岐カプラー１１１Ａには、ポンプ光が入射する。このポンプ光は、分岐カプラー１１１Ａで９つのポンプ光に分岐される。分岐カプラー１１１Ａには、９本の光ファイバー１１２が接続されている。一本の光ファイバー１１２には、分岐されたポンプ光のうちの一のポンプ光が入射する。光ファイバー１１２は、一本の光ファイバーが一つのセル１２１にポンプ光を導くように配置されている。光ファイバー１１２において、分岐カプラー１１１Ａに接続されている側と反対側の端部は、セル１２１において光分配層１１の側に向いた一方の面に向けられている。分岐カプラー１１１Ａで分岐されたポンプ光は、光ファイバー１１２により導かれ、光ファイバー１１２の端部からセル層１２に入り、セル１２１へ照射される。 The light distribution layer 11 is made of transparent glass or resin, and includes branch couplers 111A and 111B that branch light and an optical fiber 112 that guides the light branched by the branch couplers 111A and 111B to the cell 121.
Pump light is incident on the branch coupler 111A. This pump light is branched into nine pump lights by the branch coupler 111A. Nine optical fibers 112 are connected to the branch coupler 111A. One of the branched pump lights is incident on one optical fiber 112. The optical fiber 112 is arranged so that one optical fiber guides the pump light to one cell 121. The end of the optical fiber 112 opposite to the side connected to the branching coupler 111A is directed to one surface of the cell 121 that faces the light distribution layer 11 side. The pump light branched by the branch coupler 111A is guided by the optical fiber 112, enters the cell layer 12 from the end of the optical fiber 112, and is irradiated to the cell 121.

一方、分岐カプラー１１１Ｂには、プローブ光が入射する。このプローブ光は、分岐カプラー１１１Ｂで９つのプローブ光に分岐される。分岐カプラー１１１Ｂには、９本の光ファイバー１１２が接続されている。一本の光ファイバー１１２には、分岐されたプローブ光のうちの一のプローブ光が入射する。光ファイバー１１２は、一の光ファイバーが一のセル１２１にプローブ光を導くように配置されている。光ファイバー１１２において、分岐カプラー１１１Ｂに接続されている側と反対側の端部は、セル１２１において光分配層１１の側に向いた面であって、ポンプ光が入射する側の面と直交するに向けられている。分岐カプラー１１１Ｂで分岐されたプローブ光は、光ファイバー１１２により導かれ、光ファイバー１１２の端部からセル層１２に入り、セル１２１へ照射される。
なお、光ファイバー１１２の端部は、出力するポンプ光とプローブ光とがセル１２１の内部で交差するように位置や向きが設定されている。 On the other hand, the probe light is incident on the branch coupler 111B. This probe light is branched into nine probe lights by the branch coupler 111B. Nine optical fibers 112 are connected to the branch coupler 111B. One probe light out of the branched probe lights enters one optical fiber 112. The optical fiber 112 is arranged so that one optical fiber guides the probe light to one cell 121. The end of the optical fiber 112 opposite to the side connected to the branching coupler 111B is a surface facing the light distribution layer 11 side in the cell 121 and orthogonal to the surface on the side where the pump light is incident. Is directed. The probe light branched by the branch coupler 111B is guided by the optical fiber 112, enters the cell layer 12 from the end of the optical fiber 112, and is irradiated to the cell 121.
Note that the position and orientation of the end of the optical fiber 112 are set so that the pump light and the probe light to be output intersect inside the cell 121.

受光層１３は、透明なガラスまたは樹脂で形成されており、セル１２１を通過して受光層１３に到達したプローブ光を検出部４０へ導く層である。受光層１３は、プローブ光を検出部４０へ導く９本の光ファイバー１３１を有している。光ファイバー１３１は、一の光ファイバー１３１ーが一のプローブ光を受けて導くように配置されており、光ファイバー１３１の一方の端部は、セル１２１に向けられている。また、光ファイバー１３１のもう一方の端部は、半波長板４１に面している。   The light receiving layer 13 is formed of transparent glass or resin, and is a layer that guides the probe light that has passed through the cell 121 and reached the light receiving layer 13 to the detection unit 40. The light receiving layer 13 includes nine optical fibers 131 that guide the probe light to the detection unit 40. The optical fiber 131 is arranged so that one optical fiber 131 receives and guides one probe light, and one end of the optical fiber 131 is directed to the cell 121. The other end of the optical fiber 131 faces the half-wave plate 41.

本実施形態に係る磁場測定装置１の各部の構成は、以上のとおりである。この構成のもと、磁場測定装置１は、生体により生じた磁場の測定を行う。なお、磁場測定装置１のセルユニット１０は、測定を行う際には測定対象の上方に位置する。例えば、心臓２により生じる磁場を測定する際には、人間は仰向けになり、心臓２の上方にセルユニット１０が位置する。
磁場測定装置１が測定を開始すると、光源２１と光源３１からレーザー光が出力される。光源２１から出力されたレーザー光は、変換部２２で円偏光にされ、ポンプ光としてセルユニット１０に到達する。なお、ポンプ光は、Ｘ軸のマイナス方向からセルユニット１０へ到達する。一方、光源３１から出力されたレーザー光は、変換部３２で直線偏光にされ、プローブ光としてセルユニット１０に到達する。なお、プローブ光は、Ｘ軸のプラス方向からセルユニット１０へ到達する。 The configuration of each part of the magnetic field measurement apparatus 1 according to the present embodiment is as described above. Under this configuration, the magnetic field measurement apparatus 1 measures a magnetic field generated by a living body. Note that the cell unit 10 of the magnetic field measurement apparatus 1 is positioned above the measurement target when performing measurement. For example, when measuring the magnetic field generated by the heart 2, the person is on his back and the cell unit 10 is located above the heart 2.
When the magnetic field measuring apparatus 1 starts measurement, laser light is output from the light source 21 and the light source 31. The laser light output from the light source 21 is circularly polarized by the conversion unit 22 and reaches the cell unit 10 as pump light. The pump light reaches the cell unit 10 from the negative direction of the X axis. On the other hand, the laser light output from the light source 31 is linearly polarized by the conversion unit 32 and reaches the cell unit 10 as probe light. The probe light reaches the cell unit 10 from the plus direction of the X axis.

セルユニット１０に到達したポンプ光は、分岐カプラー１１１Ａに入る。分岐カプラー１１１Ａに入ったポンプ光は、９本のポンプ光に分岐される。分岐されたポンプ光は、一つのセルに一のポンプ光が到達するように、光ファイバー１１２でセル１２１の下方に導かれる。セル１２１の下方に導かれたポンプ光は、光ファイバー１１２の端部からセル１２１に照射される。
一方、セルユニット１０に到達したプローブ光は、分岐カプラー１１１Ｂに入る。分岐カプラー１１１Ｂに入ったプローブ光は、９本のプローブ光に分岐される。分岐されたプローブ光は、一つのセルに一のプローブ光が到達するように、光ファイバー１１２でセル１２１の下方に導かれる。セル１２１の下方に導かれたプローブ光は、光ファイバー１１２の端部からセル１２１に照射される。
セル１２１に照射されたプローブ光は、セル１２１内を通過してポンプ光と交差した後、セル１２１から出て受光層１３に到達する。なお、プローブ光は、心臓２による磁場に応じて、直線偏光の偏光面が回転する。 The pump light reaching the cell unit 10 enters the branching coupler 111A. The pump light entering the branch coupler 111A is branched into nine pump lights. The branched pump light is guided below the cell 121 by the optical fiber 112 so that one pump light reaches one cell. The pump light guided below the cell 121 is irradiated to the cell 121 from the end of the optical fiber 112.
On the other hand, the probe light reaching the cell unit 10 enters the branch coupler 111B. The probe light entering the branching coupler 111B is branched into nine probe lights. The branched probe light is guided below the cell 121 by the optical fiber 112 so that one probe light reaches one cell. The probe light guided below the cell 121 is irradiated to the cell 121 from the end of the optical fiber 112.
The probe light applied to the cell 121 passes through the cell 121 and intersects with the pump light, and then exits the cell 121 and reaches the light receiving layer 13. Note that the polarization plane of the linearly polarized light rotates in response to the magnetic field generated by the heart 2.

受光層１３に到達した９つのプローブ光は、光ファイバー１３１により導かれ半波長板４１に到達する。半波長板４１に到達したプローブ光は、偏光面が回転させられ、偏光ビームスプリッター４２に入る。偏光ビームスプリッター４２で分離されたＰ偏光は、直進してセンサー４３Ａに入射し、分離されたＳ偏光は、センサー４３Ｂに入射する。
なお、偏光ビームスプリッター４２には、９つのプローブ光が入るため、センサー４３Ａには、９つのＰ偏光が入射し、センサー４３Ｂには、９つのＳ偏光が入射する。センサー４３Ａは、入射した９つのＰ偏光について、９つのＰ偏光毎に電気信号を生成して演算部５０へ出力する。また、センサー４３Ｂは、入射した９つのＳ偏光について、９つのＳ偏光毎に電気信号を生成して演算部５０へ出力する。 The nine probe lights reaching the light receiving layer 13 are guided by the optical fiber 131 and reach the half-wave plate 41. The probe light that has reached the half-wave plate 41 has its polarization plane rotated and enters the polarization beam splitter 42. The P-polarized light separated by the polarization beam splitter 42 travels straight and enters the sensor 43A, and the separated S-polarized light enters the sensor 43B.
Since nine probe lights enter the polarization beam splitter 42, nine P-polarized light enters the sensor 43A, and nine S-polarized light enters the sensor 43B. The sensor 43A generates an electrical signal for each of the nine incident P-polarized lights and outputs the electrical signal to the computing unit 50. Further, the sensor 43B generates an electrical signal for each of the nine S-polarized lights and outputs the electrical signal to the calculation unit 50.

演算部５０は、一のプローブ光から分離されたＰ偏光に対応する電気信号と、このプローブ光から分離されたＳ偏光に対応する電気信号との差分を増幅した信号を出力する。
例えば、セル１２１−１を通過したプローブ光から分離されたＰ偏光に対応する電気信号と、このプローブ光から分離されたＳ偏光に対応する電気信号との差分を増幅した信号を出力する。また、セル１２１−２を通過したプローブ光から分離されたＰ偏光に対応する電気信号と、このプローブ光から分離されたＳ偏光に対応する電気信号との差分を増幅した信号を出力する。なお、他のセル１２１を通過したプローブ光から得られた電気信号についても、同様に電気信号の差分を増幅した信号を出力する。
演算部５０から出力された信号を解析することにより、一つのセルを用いる場合と比較して、磁場を広い範囲で測定することができる。 The computing unit 50 outputs a signal obtained by amplifying the difference between the electric signal corresponding to the P-polarized light separated from the one probe light and the electric signal corresponding to the S-polarized light separated from the probe light.
For example, a signal obtained by amplifying the difference between the electric signal corresponding to the P-polarized light separated from the probe light that has passed through the cell 121-1 and the electric signal corresponding to the S-polarized light separated from the probe light is output. Further, a signal obtained by amplifying the difference between the electric signal corresponding to the P-polarized light separated from the probe light that has passed through the cell 121-2 and the electric signal corresponding to the S-polarized light separated from the probe light is output. Note that a signal obtained by amplifying the difference between the electrical signals is also output for the electrical signal obtained from the probe light that has passed through the other cell 121.
By analyzing the signal output from the calculation unit 50, the magnetic field can be measured in a wider range than in the case of using one cell.

本実施形態によれば、光分配層１１でポンプ光が複数に分岐されるため、一つの光源２１で複数のセル１２１にポンプ光を供給できる。また、本実施形態によれば、光分配層１１でプローブ光が複数に分岐されるため、一つの光源３１で複数のセル１２１にプローブ光を供給できる。   According to this embodiment, since the pump light is branched into a plurality of light distribution layers 11, the pump light can be supplied to the plurality of cells 121 with one light source 21. Further, according to the present embodiment, since the probe light is branched into a plurality of light distribution layers 11, the probe light can be supplied to the plurality of cells 121 with one light source 31.

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態及び以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。 [Modification]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can implement with another various form. For example, the present invention may be implemented by modifying the above-described embodiment as follows. In addition, you may combine each of embodiment mentioned above and the following modifications.

上述した実施形態では、ポンプ光は、セル層１２の下面側からセル層１２に入射しているが、ポンプ光をセル層１２に照射する構成は、この構成に限定されるものではない。
例えば、光分配層１１をセルユニット１０の側面にも設け、セルユニット１０の下面側からプローブ光をセル層１２に照射し、ポンプ光をセルユニット１０の側面から照射してもよい。 In the embodiment described above, the pump light is incident on the cell layer 12 from the lower surface side of the cell layer 12, but the configuration for irradiating the cell layer 12 with the pump light is not limited to this configuration.
For example, the light distribution layer 11 may also be provided on the side surface of the cell unit 10, the probe light may be irradiated to the cell layer 12 from the lower surface side of the cell unit 10, and the pump light may be irradiated from the side surface of the cell unit 10.

図４（ａ）は、この変形例に係るセルユニット１０Ａの平面図であり、図４（ｂ）は、セルユニット１０Ａの正面図である。図４（ａ）と図４（ｂ）において、矢印は、レーザー光の進行方向を示している。セルユニット１０Ａは、セル層１２に３つのセル１２１−１〜１２１−３を有している。なお、上述した実施形態とは異なり、セル１２１の上面と下面はＸＹ平面に平行となっており、セル１２１の側面のうちの２面はＺＹ平面に平行となっている。また、セルユニット１０Ａは、セル層１２の下面側に光分配層１１Ａを有し、セル層１２の側面に光分配層１１Ｂを有している。
光分配層１１Ａは、上述した光分配層１１と同様に分岐カプラー１１１Ｂと光ファイバー１１２を有する。なお、光分配層１１Ａは、分岐カプラー１１１Ａを備えていない。また、光分配層１１Ｂは、分岐カプラー１１１Ａと光ファイバー１１２を有する。 FIG. 4A is a plan view of a cell unit 10A according to this modification, and FIG. 4B is a front view of the cell unit 10A. In FIG. 4A and FIG. 4B, the arrows indicate the traveling direction of the laser light. The cell unit 10 </ b> A has three cells 121-1 to 121-3 in the cell layer 12. Unlike the above-described embodiment, the upper surface and the lower surface of the cell 121 are parallel to the XY plane, and two of the side surfaces of the cell 121 are parallel to the ZY plane. The cell unit 10 </ b> A has a light distribution layer 11 </ b> A on the lower surface side of the cell layer 12 and a light distribution layer 11 </ b> B on the side surface of the cell layer 12.
The light distribution layer 11 </ b> A includes the branch coupler 111 </ b> B and the optical fiber 112 similarly to the light distribution layer 11 described above. The light distribution layer 11A does not include the branch coupler 111A. The light distribution layer 11B includes a branch coupler 111A and an optical fiber 112.

プローブ光が入射する分岐カプラー１１１Ｂは、Ｙ軸方向の端部に位置し、入射するプローブ光を３つに分岐させる。分岐カプラー１１１Ｂには、３本の光ファイバー１１２が接続されている。光ファイバー１１２は、一本の光ファイバーが一つのセル１２１にプローブ光を導くように配置されている。３つに分岐されたプローブ光は、光ファイバー１１２で導かれ、セル１２１−１〜１２１−３の下面に照射される。
また、ポンプ光が入射する分岐カプラー１１１Ａは、入射するポンプ光を３つに分岐させる。分岐カプラー１１１Ａには、３本の光ファイバー１１２が接続されている。光ファイバー１１２は、一本の光ファイバーが一つのセル１２１にポンプ光を導くように配置されている。３つに分岐されたポンプ光は、光ファイバー１１２で導かれ、セル１２１−１〜１２１−３の側面に照射される。
この構成においても、一つの光源２１で複数のセル１２１にポンプ光を供給できる。また、一つの光源３１で複数のセル１２１にプローブ光を供給できる。なお、図４においては、セル１２１は一列のみとなっているが、本変形例に係るセルユニット１０Ａを複数列ならべてもよい。 The branch coupler 111B on which the probe light is incident is located at the end in the Y-axis direction, and branches the incident probe light into three. Three optical fibers 112 are connected to the branch coupler 111B. The optical fiber 112 is arranged so that one optical fiber guides the probe light to one cell 121. The probe light branched into three is guided by the optical fiber 112 and irradiated to the lower surfaces of the cells 121-1 to 121-3.
Further, the branch coupler 111A into which the pump light is incident branches the incident pump light into three. Three optical fibers 112 are connected to the branch coupler 111A. The optical fiber 112 is arranged so that one optical fiber guides the pump light to one cell 121. The pump light branched into three is guided by the optical fiber 112 and irradiated to the side surfaces of the cells 121-1 to 121-3.
Also in this configuration, pump light can be supplied to the plurality of cells 121 with one light source 21. In addition, probe light can be supplied to the plurality of cells 121 with one light source 31. In FIG. 4, the cells 121 are only one row, but the cell units 10 </ b> A according to this modification may be arranged in a plurality of rows.

上述した構成においては、光分配層１１、１１Ａ、１１Ｂは、分岐カプラーで光を分岐させているが、光を分岐させる構成は分岐カプラーに限定されるものではない。
図５は、本変形例に係る光分配層１１Ｃの模式図である。図５において、矢印は、レーザー光の進行方向を示している。光分配層１１Ｃは、透明なガラスや樹脂などレーザー光が透過する材料で形成された導光体１１３と、レーザー光を分岐させる膜１１４−１〜１１４−Ｎで構成されている。
膜１１４−１〜１１４−Ｎは、誘電体の多層膜であり、入射する光の一部を反射し、残りの光を透過して光を分岐させる。膜１１４−１〜１１４−Ｎで反射されて分岐された光が均等になるように、膜１１４−１〜１１４−Ｎの反射率は調整されている。また、膜の角度と位置は、セル１２１に照射されるように設定されている。
なお、Ｎ番目の膜に入射するレーザー光の光パワーをＰｉｎ_N、Ｎ番目の膜で反射されたレーザー光の光パワーをＰｏｕｔ_N、Ｎ番目の膜の反射率をＲ_Nとし、膜での吸収がないものと仮定すると、透過率は、１−Ｒ_Nで表され、以下の数１〜数４の式が成り立つ。

In the above-described configuration, the light distribution layers 11, 11 </ b> A, and 11 </ b> B branch light with a branch coupler, but the configuration for branching light is not limited to the branch coupler.
FIG. 5 is a schematic diagram of a light distribution layer 11C according to this modification. In FIG. 5, the arrow indicates the traveling direction of the laser beam. The light distribution layer 11 </ b> C includes a light guide 113 formed of a material that transmits laser light, such as transparent glass or resin, and films 114-1 to 114 -N that branch the laser light.
The films 114-1 to 114-N are dielectric multilayer films that reflect a part of incident light and transmit the remaining light to split the light. The reflectances of the films 114-1 to 114-N are adjusted so that the light beams reflected and branched by the films 114-1 to 114-N are uniform. Further, the angle and position of the film are set so that the cell 121 is irradiated.
Incidentally, the optical power of the laser beam incident on the N-th layer Pin N, Pout the optical power of the _N-th laser beam reflected by the film N, the reflectivity of the _N-th layer as R _N, in film If it is assumed that there is no absorption, the transmittance is expressed by 1- _RN , and the following equations 1 to 4 hold.

これらの式から以下の数５の式が得られ、Ｒ_Nの逆数は、等差級数であることが分かる。この結果、Ｒ_Nは、数６の式で表すことができる。

Expression of the following Equation 5 from these equations is obtained, the inverse of R _N is found to be arithmetically. As a result, R _N can be represented by the formula 6.

Ｒ₀は、レーザー光が最初に反射する膜の反射率であり、レーザー光の分岐数に応じて設定される。なお、膜１１４−１〜１１４−ＮをＹ軸方向に沿って設けてもよい。この構成の場合、レーザー光をビームエキスパンダーで広げ、光分配層１１ＢのＸ軸方向の端面全体にレーザー光が入射するようにしてもよい。また、この構成においては、ポンプ光を反射する膜と、プローブ光を反射する膜を設け、一つの分配層でポンプ光とプローブ光の両方を分岐させてもよい。 R ₀ is the reflectance of the film that the laser beam first reflects, and is set according to the number of branches of the laser beam. Note that the films 114-1 to 114 -N may be provided along the Y-axis direction. In the case of this configuration, the laser light may be spread by a beam expander so that the laser light is incident on the entire end surface in the X-axis direction of the light distribution layer 11B. In this configuration, a film that reflects the pump light and a film that reflects the probe light may be provided, and both the pump light and the probe light may be branched by a single distribution layer.

上述した変形例では、光分配層１１Ｃは、膜を使用してレーザー光を分岐させているが、レーザー光を分岐させる構成は、膜に限定されるものではない。
図６は、変形例に係る光分配層１１Ｄの模式図である。図６において、矢印は、レーザー光の進行方向を示している。光分配層１１Ｄは、透明なガラスや樹脂などレーザー光が透過する材料で形成された導光体１１３と、回折格子１１５で構成されている。なお、導光体１１３の上面の端部には、レーザー光が入射する三角プリズム１１６が設けられている。この構成においては、レーザー光は、三角プリズム１１６を通過して導光体１１３に入る。導光体１１３に入ったレーザー光は、導光体１１３の下面で全反射され、回折格子１１５に到達する。
回折格子１１５に到達した光は、一部が回折格子１１５を通過し、残りの光が回折格子１１５で反射される。回折格子１１５で反射された光は、再度導光体１１３の下面で全反射され、再び回折格子１１５に到達する。このように、レーザー光が回折格子１１５で分岐されながら導光体１１３の内部を進むことにより、レーザー光が複数に分岐されて光分配層１１Ｄの外部に出力される。なお、回折格子１１５は、通過した光がセル１２１に照射されるように設定されている。 In the modification described above, the light distribution layer 11C uses a film to split the laser light, but the configuration for branching the laser light is not limited to the film.
FIG. 6 is a schematic diagram of a light distribution layer 11D according to a modification. In FIG. 6, the arrows indicate the traveling direction of the laser light. The light distribution layer 11D includes a light guide 113 formed of a material that transmits laser light, such as transparent glass or resin, and a diffraction grating 115. Note that a triangular prism 116 on which laser light is incident is provided at the end of the upper surface of the light guide 113. In this configuration, the laser light passes through the triangular prism 116 and enters the light guide 113. The laser light entering the light guide 113 is totally reflected by the lower surface of the light guide 113 and reaches the diffraction grating 115.
A part of the light that reaches the diffraction grating 115 passes through the diffraction grating 115, and the remaining light is reflected by the diffraction grating 115. The light reflected by the diffraction grating 115 is again totally reflected by the lower surface of the light guide 113 and reaches the diffraction grating 115 again. As described above, the laser light travels through the light guide 113 while being branched by the diffraction grating 115, so that the laser light is branched into a plurality of parts and outputted to the outside of the light distribution layer 11D. The diffraction grating 115 is set so that the passed light is irradiated to the cell 121.

なお、回折格子１１５は、光分配層１１Ｄの上面側ではなく、図７に示したように下面側に設けられていてもよい。図７において、矢印は、レーザー光の進行方向を示している。この場合、レーザー光は、一部が回折格子１１５で分岐されてＺ軸の方向へ反射される。また、残りの光は、Ｚ軸の方向とは異なる方向へ進み導光体１１３の上面で全反射され、再び回折格子１１５に到達する。このように、レーザー光が回折格子１１５で分岐されながら導光体１１３の内部を進むことにより、レーザー光が複数に分岐されて光分配層１１Ｅの外部に出力される。   The diffraction grating 115 may be provided not on the upper surface side of the light distribution layer 11D but on the lower surface side as shown in FIG. In FIG. 7, the arrows indicate the traveling direction of the laser light. In this case, a part of the laser light is branched by the diffraction grating 115 and reflected in the Z-axis direction. Further, the remaining light travels in a direction different from the Z-axis direction, is totally reflected by the upper surface of the light guide 113, and reaches the diffraction grating 115 again. As described above, the laser light travels inside the light guide 113 while being branched by the diffraction grating 115, so that the laser light is branched into a plurality of parts and outputted to the outside of the light distribution layer 11E.

本発明においては、セル層１２におけるセル１２１−１〜１２１−９の傾きの角度は、上述したものに限定されるものではない。
図８は、上述した構成とは別の角度で傾けられたセル１２１の一例を示した図である。この構成においては、セル１２１の中心を通り鉛直方向に沿ったＺ軸を想定する。そして、このＺ軸と、セル１２１の中心を通り直交する３本の各レーザー光Ｌ１〜Ｌ３とのなす角度θが各々同じ角度となるようにセル１２１を傾けてもよい。
また、この構成にあっては、レーザー光Ｌ１〜Ｌ３を、ポンプ光にする状態とプローブ光にする状態とに切り替えられる構成とし、セル１２１を通過したレーザー光Ｌ１〜Ｌ３毎に、検出部４０を設けるようにしてもよい。
この構成において、例えば、レーザー光Ｌ１をポンプ光、レーザー光Ｌ２をプローブ光として磁場を測定したあと、レーザー光Ｌ１をポンプ光、レーザー光Ｌ３をプローブ光として磁場を測定してもよい。また、この後で、レーザー光Ｌ２をポンプ光、レーザー光Ｌ１をプローブ光として磁場を測定したあと、レーザー光Ｌ２をポンプ光、レーザー光Ｌ３をプローブ光として磁場を測定してもよい。本変形例においては、このようにポンプ光とプローブ光の方向を順番に切り替えて磁場を測定してもよい。 In the present invention, the inclination angles of the cells 121-1 to 121-9 in the cell layer 12 are not limited to those described above.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the cell 121 tilted at a different angle from the above-described configuration. In this configuration, a Z axis passing through the center of the cell 121 and extending along the vertical direction is assumed. Then, the cell 121 may be tilted so that the angles θ formed by the Z axis and the three laser beams L1 to L3 orthogonal to each other through the center of the cell 121 are the same angle.
Further, in this configuration, the laser light L1 to L3 can be switched between the pump light state and the probe light state, and the detection unit 40 is provided for each laser light L1 to L3 that has passed through the cell 121. May be provided.
In this configuration, for example, after measuring the magnetic field using the laser light L1 as pump light and the laser light L2 as probe light, the magnetic field may be measured using the laser light L1 as pump light and the laser light L3 as probe light. Further, after this, after measuring the magnetic field using the laser light L2 as pump light and the laser light L1 as probe light, the magnetic field may be measured using the laser light L2 as pump light and the laser light L3 as probe light. In this modification, the magnetic field may be measured by sequentially switching the directions of the pump light and the probe light in this way.

本発明においては、受光層１３においてプローブ光が入射する位置に偏光ビームスプリッターを配置し、受光層１３でプローブ光をＰ偏光とＳ偏光に分岐させてもよい。また、受光層１３にフォトダイオードを配置し、受光層１３で偏光ビームスプリッターにより分岐されたＰ偏光とＳ偏光を検出してもよい。また、受光層１３において、半波長板を配置し、半波長板を通過した光を偏光ビームスプリッターで分岐させてもよい。つまり、受光層１３が、上述した検出部４０の構成を備えていてもよい。
また、上述した実施形態においては、検出部４０へプローブ光を導く光ファイバー１３１をセル層１２の上面に配置し、セル層１２の上面には透明なガラスまたは樹脂で形成された層を設けなくてもよい。
また、本発明においては、セルユニット１０に偏光板や半波長板、四分の一波長板などを配置し、セル１２１にレーザー光が入射する前に円偏光や直線偏光の状態を整えるようにしてもよい。 In the present invention, a polarization beam splitter may be disposed at a position where the probe light is incident on the light receiving layer 13, and the probe light may be branched into P-polarized light and S-polarized light by the light receiving layer 13. Alternatively, a photodiode may be disposed in the light receiving layer 13 to detect P-polarized light and S-polarized light branched by the polarizing beam splitter in the light receiving layer 13. Further, in the light receiving layer 13, a half-wave plate may be disposed, and the light that has passed through the half-wave plate may be branched by a polarization beam splitter. That is, the light receiving layer 13 may have the configuration of the detection unit 40 described above.
In the above-described embodiment, the optical fiber 131 that guides the probe light to the detection unit 40 is disposed on the upper surface of the cell layer 12, and a layer made of transparent glass or resin is not provided on the upper surface of the cell layer 12. Also good.
In the present invention, a polarizing plate, a half-wave plate, a quarter-wave plate, or the like is arranged in the cell unit 10 so that the state of circularly polarized light or linearly polarized light is adjusted before the laser light enters the cell 121. May be.

上述した実施形態においては、ポンプ光とプローブ光の２種類の光をセル１２１に照射して磁場を測定しているが、磁場を測定する方法は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、非線形磁気光学効果（ＮＭＯＲ：Nonlinear Magneto-Optical Rotation）を利用して磁場を測定する場合、直線偏光にされた１本のレーザー光を一つのセルに照射し、セル内の原子を励起させる。また、セルを通過したレーザー光を検光子に案内し、検光子で分岐された光を測定することにより、磁場の測定が行われる。
このため、非線形磁気光学効果を利用して磁場の測定を行う場合、磁場測定装置は、１本のレーザー光を複数本のレーザー光に分岐する光分配層、即ち、上述した光分配層１１Ａ〜１１Ｅのいずれかを備えるセルユニットを用いて磁場の測定を行う。
なお、本変形例においては、上述した検光子と、検光子を通過した光を検知するフォトダイオードを受光層１３に配置してもよい。 In the embodiment described above, the magnetic field is measured by irradiating the cell 121 with two types of light, pump light and probe light, but the method of measuring the magnetic field is not limited to the embodiment described above.
For example, when measuring a magnetic field using a non-linear magneto-optical effect (NMOR), one laser beam that is linearly polarized is irradiated to one cell to excite atoms in the cell. . Further, the magnetic field is measured by guiding the laser beam that has passed through the cell to the analyzer and measuring the light branched by the analyzer.
For this reason, when the magnetic field measurement is performed using the nonlinear magneto-optical effect, the magnetic field measurement apparatus has a light distribution layer that branches one laser beam into a plurality of laser beams, that is, the above-described light distribution layers 11A to 11A. A magnetic unit is measured using a cell unit including any of 11E.
In the present modification, the above-described analyzer and a photodiode that detects light that has passed through the analyzer may be disposed in the light receiving layer 13.

上述した実施形態においては、磁場測定装置１は、一つのセルユニット１０を用いて磁場を測定しているが、光分配層１１を同じ方向に向け、Ｚ軸方向から見て重なるようにセルユニット１０を複数個配置したセルユニット群（即ち、セルユニット１０を多段に配置したセルユニット群）を配置し、各セルユニット１０のセル１２１を通過したレーザー光を測定して磁場を測定してもよい。なお、本変形例においても、セル１２１を通過した光をセルユニット１０の受光層１３に配置されたフォトダイオードで測定してもよい。
この構成によれば、多段に配置されたセルユニット１０によって磁場勾配を測定することが可能となる。具体的には、心臓２に近いセルユニット１０は、心臓２からの磁場と、心臓２からの磁場以外の環境磁場とを測定し、心臓２から遠いセルユニット１０は、環境磁場を測定することとなる。心臓２に近いセルユニット１０で得た測定結果と、心臓２から遠いセルユニット１０で得た測定結果との差を取ることにより、環境磁場の影響を除き心臓２により生じた磁場を測定することができる。
なお、本実施形態に係るセルユニットによれば、セル１２１と光分配層１１とが一体化されているため、セルと、光を分配する構成とを別個に設ける場合と比較して、セルが多段に配置される方向の高さを抑えることができ、装置の構成をコンパクトにすることができる。 In the embodiment described above, the magnetic field measuring apparatus 1 measures the magnetic field using one cell unit 10, but the cell units are arranged so that the light distribution layer 11 is directed in the same direction and overlapped when viewed from the Z-axis direction. A cell unit group in which a plurality of cell units 10 are arranged (that is, a cell unit group in which the cell units 10 are arranged in multiple stages) is arranged, and a laser beam passing through the cell 121 of each cell unit 10 is measured to measure a magnetic field. Good. Also in this modification, the light passing through the cell 121 may be measured by a photodiode disposed in the light receiving layer 13 of the cell unit 10.
According to this configuration, the magnetic field gradient can be measured by the cell units 10 arranged in multiple stages. Specifically, the cell unit 10 close to the heart 2 measures the magnetic field from the heart 2 and the environmental magnetic field other than the magnetic field from the heart 2, and the cell unit 10 far from the heart 2 measures the environmental magnetic field. It becomes. Measuring the magnetic field generated by the heart 2 excluding the influence of the environmental magnetic field by taking the difference between the measurement result obtained by the cell unit 10 close to the heart 2 and the measurement result obtained by the cell unit 10 far from the heart 2 Can do.
In addition, according to the cell unit according to the present embodiment, since the cell 121 and the light distribution layer 11 are integrated, the cell is different from the case where the cell and the light distribution structure are provided separately. The height in the direction of multi-stage arrangement can be suppressed, and the configuration of the apparatus can be made compact.

１・・・磁場測定装置、１０・・・セルユニット、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ・・・光分配層、１２・・・セル層、１３・・・受光層、２０・・・第１照射部、２１・・・光源、２２・・・変換部、３０・・・第２照射部、３１・・・光源、３２・・・変換部、４０・・・検出部、４１・・・半波長板、４２・・・偏光ビームスプリッター、４３Ａ、４３Ｂ・・・センサー、１１１Ａ、１１１Ｂ・・・分岐カプラー、１１２・・・光ファイバー、１１３・・・導光体、１１４−１〜１１４−Ｎ・・・膜、１１５・・・回折格子、１２１、１２１−１〜１２１−９・・・セル、１３１・・・光ファイバー。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field measuring apparatus, 10 ... Cell unit, 11, 11A, 11B, 11C, 11D, 11E ... Light distribution layer, 12 ... Cell layer, 13 ... Light receiving layer, 20 ... First irradiation unit, 21 ... light source, 22 ... conversion unit, 30 ... second irradiation unit, 31 ... light source, 32 ... conversion unit, 40 ... detection unit, 41. ..Half-wave plate, 42... Polarizing beam splitter, 43A, 43B... Sensor, 111A, 111B .. Branch coupler, 112 .. Optical fiber, 113. -N ... film, 115 ... diffraction grating, 121, 121-1 to 121-9 ... cell, 131 ... optical fiber.

Claims (8)

第１のセルと第２のセルとを含む複数のセルが平面に行列状に配置されたセル層と、  A cell layer in which a plurality of cells including a first cell and a second cell are arranged in a matrix on a plane;
前記セル層に対して前記平面の法線方向に積層され、直線偏光を含む光を、第１のプローブ光と第２のプローブ光とを含む複数のプローブ光へと分岐する分配層と、  A distribution layer that is laminated in the normal direction of the plane with respect to the cell layer and branches light including linearly polarized light into a plurality of probe lights including a first probe light and a second probe light;
前記第１のセルを通過した前記第１のプローブ光を検出部に導く第１の光路と、  A first optical path for guiding the first probe light that has passed through the first cell to a detection unit;
前記第２のセルを通過した前記第２のプローブ光を検出部に導く第２の光路と、  A second optical path for guiding the second probe light that has passed through the second cell to a detection unit;
を備え、With
前記セルは磁場に応じて直線偏光の偏光面を回転させる原子を含み、  The cell contains atoms that rotate the plane of polarization of linearly polarized light in response to a magnetic field;
前記プローブ光の光軸は前記平面と交差する事を特徴とする磁場測定装置。  A magnetic field measuring apparatus characterized in that an optical axis of the probe light intersects the plane. 前記複数のプローブ光の光軸は互いにほぼ平行である事を特徴とする請求項１に記載の磁場測定装置。  The magnetic field measuring apparatus according to claim 1, wherein optical axes of the plurality of probe lights are substantially parallel to each other. 前記複数のプローブ光の光軸は前記法線方向にほぼ沿っている事を特徴とする請求項２に記載の磁場測定装置。  The magnetic field measuring apparatus according to claim 2, wherein optical axes of the plurality of probe lights are substantially along the normal direction. 前記直線偏光を含む光は前記分配層に対して前記平面に沿って入射される事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁場測定装置。  4. The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the light including the linearly polarized light is incident on the distribution layer along the plane. 5. 前記分配層は、第１の誘電体多層膜と第２の誘電体多層膜とを含み、  The distribution layer includes a first dielectric multilayer film and a second dielectric multilayer film,
前記直線偏光を含む光は、前記第１の誘電体多層膜により一部が反射されて前記第１のプローブ光となり、  The light including the linearly polarized light is partially reflected by the first dielectric multilayer film to become the first probe light,
前記直線偏光を含む光で前記第１の誘電体多層膜を透過した光は、前記第２の誘電体多層膜により一部が反射されて前記第２のプローブ光となり、  The light that has passed through the first dielectric multilayer film with the light including the linearly polarized light is partially reflected by the second dielectric multilayer film to become the second probe light,
前記第１のプローブ光の強度と前記第２のプローブ光の強度とが均等になる様に、前記第１の誘電体多層膜の反射率と前記第２の誘電体多層膜の反射率とが調整されている事を特徴とする請求項４に記載の磁場測定装置。  The reflectivity of the first dielectric multilayer film and the reflectivity of the second dielectric multilayer film are such that the intensity of the first probe light and the intensity of the second probe light are equal. The magnetic field measuring apparatus according to claim 4, wherein the magnetic field measuring apparatus is adjusted. 前記直線偏光を含む光は前記分配層に対して前記平面に交差する方向に入射される事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁場測定装置。  4. The magnetic field measurement apparatus according to claim 1, wherein the light including the linearly polarized light is incident on the distribution layer in a direction intersecting the plane. 5. 前記分配層は、導光体と回折格子と三角プリズムとを含み、  The distribution layer includes a light guide, a diffraction grating, and a triangular prism,
前記直線偏光を含む光は、前記三角プリズムを通過して前記導光体に導入され、  The light containing the linearly polarized light passes through the triangular prism and is introduced into the light guide,
前記回折格子は前記導光体の前記平面に平行な第一面に配置されており、  The diffraction grating is disposed on a first surface parallel to the plane of the light guide;
前記導光体に導入された前記直線偏光を含む光は、前記回折格子を一部が透過して前記第１のプローブ光となり、  The light including the linearly polarized light introduced into the light guide is partially transmitted through the diffraction grating to become the first probe light,
前記導光体に導入された前記直線偏光を含む光で前記回折格子により反射された光は、前記導光体の前記第一面に平行な第二面で反射された後に前記回折格子を一部が透過して前記第２のプローブ光となる事を特徴とする請求項６に記載の磁場測定装置。  The light including the linearly polarized light introduced into the light guide and reflected by the diffraction grating is reflected by the second surface parallel to the first surface of the light guide and then is reflected by the diffraction grating. The magnetic field measuring apparatus according to claim 6, wherein a part is transmitted to become the second probe light. 前記分配層は、導光体と回折格子と三角プリズムとを含み、  The distribution layer includes a light guide, a diffraction grating, and a triangular prism,
前記直線偏光を含む光は、前記三角プリズムを通過して前記導光体に導入され、  The light containing the linearly polarized light passes through the triangular prism and is introduced into the light guide,
前記回折格子は前記導光体の前記平面に平行な第二面に配置されており、  The diffraction grating is disposed on a second surface parallel to the plane of the light guide;
前記導光体に導入された前記直線偏光を含む光は、前記回折格子にて反射され、一部が前記第二面に平行な第一面を透過して前記第１のプローブ光となり、残りの一部は、前記第一面で反射された後に前記回折格子にて反射され、一部が第一面を透過して前記第２のプローブ光となる事を特徴とする請求項６に記載の磁場測定装置。  The light including the linearly polarized light introduced into the light guide is reflected by the diffraction grating, and part of the light is transmitted through the first surface parallel to the second surface to become the first probe light, and the rest A part of is reflected by the diffraction grating after being reflected by the first surface, and a part is transmitted through the first surface to become the second probe light. Magnetic field measuring device.

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