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公開番号2024057947
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022164955
出願日2022-10-13
発明の名称磁場測定装置
出願人スミダコーポレーション株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人
主分類G01R 33/20 20060101AFI20240418BHJP(測定;試験)
要約【課題】磁場測定のために、フラックストランスフォーマー(FT)で被測定磁場に対応する磁場を磁気共鳴部材に対して効率良く印加する。
【解決手段】磁気共鳴部材1は、高周波磁場発生器2によりマイクロ波を印加され磁石3により静磁場を印加される。FT4は、1次側コイル4aで被測定磁場を感受し、感受した被測定磁場に対応する印加磁場を2次側コイル4bで磁気共鳴部材1に印加する。導光部材41は、特定波長の入射光を磁気共鳴部材1へ導き、導光部材42は、磁気共鳴部材1の発する蛍光を磁気共鳴部材1から導く。磁気共鳴部材1は、FT4の2次側コイル4bの中空部かつ磁石3の中空部において、導光部材41の端面と導光部材42の端面とに挟まれて配置されている。また、2次側コイル4bはボビンレスコイルとされる。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
マイクロ波で電子スピン量子操作の可能な磁気共鳴部材と、
前記磁気共鳴部材に前記マイクロ波を印加する高周波磁場発生器と、
前記磁気共鳴部材に静磁場を印加する磁石と、
前記磁気共鳴部材に特定波長の入射光を照射する照射装置と、
１次側コイルで被測定磁場を感受し、感受した前記被測定磁場に対応する印加磁場を２次側コイルで前記磁気共鳴部材に印加するフラックストランスフォーマーと、
前記入射光を前記磁気共鳴部材へ導く柱状の第１導光部材と、
前記磁気共鳴部材の発する蛍光を前記磁気共鳴部材から導く柱状の第２導光部材とを備え、
前記磁気共鳴部材は、前記フラックストランスフォーマーの前記２次側コイルの中空部かつ前記磁石の中空部において、前記第１導光部材の端面と前記第２導光部材の端面とに挟まれて配置されており、
前記２次側コイルは、ボビンレスコイルであること、
を特徴とする磁場測定装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記高周波磁場発生器は、マイクロ波を放出する略円形状かつ板状のコイル部を備え、
前記コイル部は、２つの開口部を備え、
前記第１導光部材は、前記２つの開口部のうちの一方を貫通するように配置され、
前記第２導光部材は、前記２つの開口部のうちの他方を貫通するように配置されていること、
を特徴とする請求項１記載の磁場測定装置。
【請求項３】
前記高周波磁場発生器は、マイクロ波を放出する略円形状の２つのコイル部を備え、
前記第１導光部材の少なくとも一部および前記第２導光部材の少なくとも一部は、前記２つのコイル部の間の空間に配置されていること、
を特徴とする請求項１記載の磁場測定装置。
【請求項４】
前記マイクロ波の高周波電流を導通させる配線パターンを備えた基板をさらに備え、
第１板状部材と、
前記第１板状部材と略平行に配置された第２板状部材と、
前記２つのコイル部のうちの第１コイル部は、前記第１板状部材の表面上に配置されており、
前記２つのコイル部のうちの第２コイル部は、前記第１板状部材の表面に対向する前記第２板状部材の表面上に配置されており、
前記高周波磁場発生器は、前記第１コイル部から前記第１板状部材の側面に沿って延びる第１端子部と、前記第２コイル部から前記第２板状部材の側面に沿って延びる第２端子部とをさらに備え、
前記第１板状部材および前記第２板状部材は、それぞれ前記基板に直立して配置され、
前記第１端子部および前記第２端子部は、前記基板の前記配線パターンに電気的に接続されていること、
を特徴とする請求項３記載の磁場測定装置。
【請求項５】
前記第１板状部材および前記第２板状部材の間の空間に硬化樹脂を充填して形成された充填部材をさらに備えることを特徴とする請求項４記載の磁場測定装置。
【請求項６】
前記充填部材は、前記基板とは反対側から前記磁気共鳴部材を光学的に観測するための観測孔を備えることを特徴とする請求項５記載の磁場測定装置。
【請求項７】
前記第１導光部材の端面に隣接して配置され、前記励起光を透過し前記蛍光を反射する光学部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の磁場測定装置。
【請求項８】
前記２次側コイルは、前記第１導光部材、前記第２導光部材、および前記磁気共鳴部材の少なくとも１つに巻回されていることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の磁場測定装置。
【請求項９】
前記２次側コイルは、銅線と透明被覆とを備えることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の磁場測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場測定装置に関するものである。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ある磁場測定装置は、窒素と格子欠陥（ＮＶセンター：Nitrogen Vacancy Center）を有するダイヤモンド構造などといったセンシング部材の電子スピン共鳴を利用した光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ：Optically Detected Magnetic Resonance）で磁気計測を行っている（例えば特許文献１参照）。ＯＤＭＲでは、このようなＮＶセンターを有するダイヤモンドといった磁気共鳴部材に対して、被測定磁場とは別に静磁場が印加されるとともに、所定のシーケンスでレーザー光（励起光および測定光）並びにマイクロ波が印加され、その磁気共鳴部材から出射する蛍光の光量が検出されその光量に基づいて被測定磁場の磁束密度が導出される。
【０００３】
例えば、ラムゼイパルスシーケンスでは、（ａ）励起光をＮＶセンターに照射し、（ｂ）マイクロ波の第１のπ／２パルスをＮＶセンターに印加し、（ｃ）第１のπ／２パルスから所定の時間間隔ｔｔでマイクロ波の第２のπ／２パルスをＮＶセンターに印加し、（ｄ）測定光をＮＶセンターに照射してＮＶセンターの発光量を測定し、（ｅ）測定した発光量に基づいて磁束密度を導出する。また、スピンエコーパルスシーケンスでは、（ａ）励起光をＮＶセンターに照射し、（ｂ）マイクロ波の第１のπ／２パルスを被測定磁場の位相０度でＮＶセンターに印加し、（ｃ）マイクロ波のπパルスを被測定磁場の位相１８０度でＮＶセンターに印加し、（ｄ）マイクロ波の第２のπ／２パルスを被測定磁場の位相３６０度でＮＶセンターに印加し、（ｅ）測定光をＮＶセンターに照射してＮＶセンターの発光量を測定し、（ｆ）測定した発光量に基づいて磁束密度を導出する。
【０００４】
また、ある磁気センサーは、超伝導量子干渉計 (ＳＱＵＩＤ：Superconducting Quantum Interference Device）と、被測定磁場をピックアップコイルで検出しインプットコイルでＳＱＵＩＤへ印加する磁束トランス（フラックストランスフォーマー）とを備えている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－８２９８号公報
特開平８－７５８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の磁場測定装置は、磁気共鳴部材に対して、被測定磁場の他に、レーザー光、マイクロ波、および静磁場を印加しているため、磁気共鳴部材の周辺に、レーザー光、マイクロ波、および静磁場をそれぞれ印加する手段が実装されている。したがって、レーザー光、マイクロ波、および静磁場を磁気共鳴部材に対して印加する場合において、フラックストランスフォーマーを使用するにはレーザー光、マイクロ波、および静磁場の印加を妨げずにフラックストランスフォーマーの２次側コイルを配置する必要があり、幾何学的な構成上、フラックストランスフォーマーで被測定磁場に対応する磁場を磁気共鳴部材に対して効率良く印加することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、フラックストランスフォーマーで被測定磁場に対応する磁場を磁気共鳴部材に対して効率良く印加し、また、磁気共鳴部材、高周波磁場発生器および磁石とフラックストランスフォーマーの磁束の向きとを相対的に配置しやすく、レーザー光を照射する空間が確保されやすい磁場測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る磁場測定装置は、マイクロ波で電子スピン量子操作の可能な磁気共鳴部材と、磁気共鳴部材にマイクロ波を印加する高周波磁場発生器と、磁気共鳴部材に静磁場を印加する磁石と、磁気共鳴部材に特定波長の入射光を照射する照射装置と、１次側コイルで被測定磁場を感受し、感受した被測定磁場に対応する印加磁場を２次側コイルで磁気共鳴部材に印加するフラックストランスフォーマーと、入射光を磁気共鳴部材へ導く柱状の第１導光部材と、磁気共鳴部材の発する蛍光を磁気共鳴部材から導く柱状の第２導光部材とを備える。そして、磁気共鳴部材は、フラックストランスフォーマーの２次側コイルの中空部かつ磁石の中空部において、第１導光部材の端面と第２導光部材の端面とに挟まれて配置されており、２次側コイルは、ボビンレスコイルである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フラックストランスフォーマーで被測定磁場に対応する磁場を磁気共鳴部材に対して効率良く印加し、また、磁気共鳴部材、高周波磁場発生器および磁石とフラックストランスフォーマーの磁束の向きとを相対的に配置しやすく、レーザー光を照射する空間が確保されやすい磁場測定装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁場測定装置の構成を示すブロック図である。
図２は、図１におけるトランスフォーマーの１次側コイルを示す断面図である。
図３は、磁場測定時のトランスフォーマーの１次側コイルの配置について説明する図である。
図４は、図１に示す磁気センサー部（一部）の構成例を示す斜視図である。
図５は、図１に示す磁気センサー部における光学系の構成例を示す側面図である。
図６は、図１に示す磁気センサー部（一部）の変形例を示す斜視図である（１／３）。
図７は、図１に示す磁気センサー部（一部）の変形例を示す斜視図である（２／３）。
図８は、図１に示す磁気センサー部（一部）の変形例を示す斜視図である（３／３）。
図９は、実施の形態２に係る磁場測定装置における導光部材および磁気共鳴部材の一例を示す断面図である。
図１０は、実施の形態３における高周波磁場発生器の一例を示す斜視図である（１／３）。
図１１は、実施の形態３における高周波磁場発生器の一例を示す斜視図である（２／３）。
図１２は、実施の形態３における高周波磁場発生器の一例を示す斜視図である（３／３）。
図１３は、実施の形態４に係る磁場測定装置における導光部材、磁気共鳴部材、およびフラックストランスフォーマーの２次側コイルの例を示す斜視図である（１／２）。
図１４は、実施の形態４に係る磁場測定装置における導光部材、磁気共鳴部材、およびフラックストランスフォーマーの２次側コイルの例を示す斜視図である（２／２）。
図１５は、実施の形態５に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である。
図１６は、実施の形態６におけるフラックストランスフォーマーの２次側コイルの一例を示す斜視図である（１／２）。
図１７は、実施の形態６におけるフラックストランスフォーマーの２次側コイルの一例を示す斜視図である（２／２）。
図１８は、実施の形態７に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である。
図１９は、実施の形態８に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である（１／２）。
図２０は、実施の形態８に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である（２／２）。
図２１は、実施の形態９に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である。
図２２は、実施の形態９に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す断面図である。
図２３は、実施の形態１０に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す斜視図である。
図２４は、実施の形態１０に係る磁場測定装置における磁気センサー部（一部）の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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