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公開番号2024131673
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023042087
出願日2023-03-16
発明の名称高周波磁場印加装置および磁気センサ
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人ゆうあい特許事務所
主分類G01R 33/20 20060101AFI20240920BHJP(測定;試験)
要約【課題】窒素-空孔中心を含有する磁気共鳴素子を備えた磁気センサにおいて、かかる磁気共鳴素子の厚さ方向の磁場を良好に検出あるいは計測することを可能とする構成を提供すること。
【解決手段】高周波磁場印加装置(3)は、誘電体基板(300)と、アンテナ素子部(301)と、貫通孔(308)と、を備えている。アンテナ素子部は、給電によりマイクロ波の高周波磁場を発生するように誘電体基板の一面(300a)上に形成された導体膜からなり、磁気共鳴素子に対向配置されている。貫通孔は、誘電体基板の一面に沿った沿面方向について磁気共鳴素子に対応する位置にて、誘電体基板とアンテナ素子部とを貫通するように設けられている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
窒素－空孔中心を含有する磁気共鳴素子（２）を備えた磁気センサ（１）に用いられる高周波磁場印加装置（３）であって、
誘電体基板（３００）と、
給電によりマイクロ波の高周波磁場を発生するように前記誘電体基板の一面（３００ａ）上に形成された導体膜からなり、前記磁気共鳴素子に対向配置されるアンテナ素子部（３０１）と、
前記一面に沿った沿面方向について前記磁気共鳴素子に対応する位置にて、前記誘電体基板と前記アンテナ素子部とを貫通するように設けられた貫通孔（３０８）と、
を備えた高周波磁場印加装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記アンテナ素子部は、前記マイクロ波の波長をλとした場合にｎλ／２（ｎは自然数）の線路長を有する伝送線路共振器としての構成を有し、
前記貫通孔は、前記線路長における一端からｍλ／４（ｍは２ｎ以下の自然数且つ奇数）に対応する位置であって且つ線路幅における中央に設けられた、
請求項１に記載の高周波磁場印加装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記誘電体基板の他面（３００ｂ）に向かうにつれて拡径するテーパ部（３０８ａ）を有する、
請求項１に記載の高周波磁場印加装置。
【請求項４】
前記磁気共鳴素子にて発生した熱を吸収するように、前記磁気共鳴素子と前記アンテナ素子部との間に設けられた放熱基板（３２）をさらに備えた、
請求項１に記載の高周波磁場印加装置。
【請求項５】
前記アンテナ素子部は、コプレーナ導波路共振器としての構成を有する、
請求項１に記載の高周波磁場印加装置。
【請求項６】
磁気センサ（１）であって、
窒素－空孔中心を含有する、磁気共鳴素子（２）と、
前記磁気共鳴素子に対してマイクロ波の高周波磁場を印加するように、前記磁気共鳴素子に対向配置された高周波磁場印加装置（３）と、
前記磁気共鳴素子に励起光を照射するように設けられた照射装置（４）と、
前記磁気共鳴素子にて発生した蛍光を検出するように設けられた検出装置（５）と、
を備え、
前記高周波磁場印加装置は、
誘電体基板（３００）と、
前記誘電体基板の一面（３００ａ）上に形成された導体膜からなり、給電により前記高周波磁場を発生するように設けられたアンテナ素子部（３０１）と、
前記一面に沿った沿面方向について前記磁気共鳴素子に対応する位置にて、前記誘電体基板と前記アンテナ素子部とを貫通するように設けられた貫通孔（３０８）と、
を備え、
前記検出装置は、前記貫通孔を通過した前記蛍光を集光するように前記誘電体基板を挟んで前記磁気共鳴素子と対向配置された対物レンズ（５０１）を備えた、
磁気センサ。
【請求項７】
前記アンテナ素子部は、前記マイクロ波の波長をλとした場合にｎλ／２（ｎは自然数）の線路長を有する伝送線路共振器としての構成を有し、
前記貫通孔は、前記線路長における一端からｍλ／４（ｍは２ｎ以下の自然数且つ奇数）に対応する位置であって且つ線路幅における中央に設けられた、
請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項８】
前記貫通孔は、前記誘電体基板の他面（３００ｂ）に向かうにつれて拡径するテーパ部（３０８ａ）を有する、
請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項９】
前記磁気共鳴素子にて発生した熱を吸収するように、前記磁気共鳴素子と前記アンテナ素子部との間に設けられた放熱基板（３２）をさらに備えた、
請求項６に記載の磁気センサ。
【請求項１０】
前記アンテナ素子部は、コプレーナ導波路共振器としての構成を有する、
請求項６に記載の磁気センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素－空孔中心を含有する磁気共鳴素子を備えた磁気センサ、および、これに用いられる高周波磁場印加装置に関するものである。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＯＤＭＲすなわち光検出磁気共鳴を利用して、磁気を検出あるいは計測する手法が、従来種々提案されている。ＯＤＭＲはOptically Detected Magnetic Resonanceの略である。ここで、窒素－空孔対を含む磁気共鳴素子であるダイヤモンド結晶を用いることで、常温大気中で高感度な磁場計測を行うことが可能となる。このような、窒素－空孔対を含むダイヤモンドを用いたＯＤＭＲは、例えば、脳磁気検出や、ＩＣが発生する磁場の検出や、車載磁気センサ等に、好適に適用される。ＩＣはIntegrated Circuitの略である。この点、特許文献１に記載の装置は、窒素－空孔中心を含有するダイヤモンド基板を、ループ状のマイクロ波共振器の内側に配置した構成を有している。特許文献１に記載の装置においては、磁場の検出対象（例えばＩＣ）は、ダイヤモンド基板およびマイクロ波共振器の下側に配置される。そして、斜め上方から励起レーザ光がダイヤモンド基板に向けて照射され、上方に設けられたカメラで蛍光が検知される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許第１１，５１９，９８９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置においては、マイクロ波共振器により印加される高周波磁場は、ループの軸方向、すなわち、ダイヤモンド基板の厚さ方向となる。このため、検出可能な磁場の方向は、原理上、高周波磁場に対して垂直な方向である、ダイヤモンド基板の表面に沿った沿面方向となる。一方、ダイヤモンド基板の厚さ方向の磁場を検出するためには、ダイヤモンド基板における磁場検出対象と対向する表面に沿った沿面方向に高周波磁場を形成する必要がある。このような高周波磁場を発生させる方法として、特許文献１に記載の構成においては、ダイヤモンド基板の上方または下方に導体線路を設けることが考えられる。しかしながら、ダイヤモンド基板の上方にはカメラを含む検出光学系が存在し、下方には磁場検出対象が存在するため、このような導体線路を設けると検出の障害となり得る。
【０００５】
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、例えば、窒素－空孔中心を含有する磁気共鳴素子を備えた磁気センサにおいて、かかる磁気共鳴素子の厚さ方向の磁場を良好に検出あるいは計測することを可能とする構成を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の高周波磁場印加装置（３）は、窒素－空孔中心を含有する磁気共鳴素子（２）を備えた磁気センサ（１）に用いられるものであって、
誘電体基板（３００）と、
給電によりマイクロ波の高周波磁場を発生するように前記誘電体基板の一面（３００ａ）上に形成された導体膜からなり、前記磁気共鳴素子に対向配置されるアンテナ素子部（３０１）と、
前記一面に沿った沿面方向について前記磁気共鳴素子に対応する位置にて、前記誘電体基板と前記アンテナ素子部とを貫通するように設けられた貫通孔（３０８）と、
を備えている。
請求項６に記載の磁気センサ（１）は、
窒素－空孔中心を含有する、磁気共鳴素子（２）と、
前記磁気共鳴素子に対してマイクロ波の高周波磁場を印加するように、前記磁気共鳴素子に対向配置された高周波磁場印加装置（３）と、
前記磁気共鳴素子に励起光を照射するように設けられた照射装置（４）と、
前記磁気共鳴素子にて発生した蛍光を検出するように設けられた検出装置（５）と、
を備え、
前記高周波磁場印加装置は、
誘電体基板（３００）と、
前記誘電体基板の一面（３００ａ）上に形成された導体膜からなり、給電により前記高周波磁場を発生するように設けられたアンテナ素子部（３０１）と、
前記一面に沿った沿面方向について前記磁気共鳴素子に対応する位置にて、前記誘電体基板と前記アンテナ素子部とを貫通するように設けられた貫通孔（３０８）と、
を備え、
前記検出装置は、前記貫通孔を通過した前記蛍光を集光するように前記誘電体基板を挟んで前記磁気共鳴素子と対向配置された対物レンズ（５０１）を備えている。
【０００７】
なお、出願書類の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付される場合がある。しかしながら、かかる参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の単なる一例を示すものにすぎない。よって、本発明は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る磁気センサの概略構成図である。
図１に示された高周波磁場印加装置の概略構成を示す平面図である。
図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面の一部を拡大して示す断面図である。
比較例における磁場分布の計算機シミュレーション結果を示す図である。
図４の一部を拡大した図である。
図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面での磁場分布の計算機シミュレーション結果を示す図である。
図６の一部を拡大した図である。
図２に示された実施形態における貫通孔の位置を示す平面図である。
一変形例に係る構成における貫通孔の位置を示す平面図である。
他の一変形例に係る構成における貫通孔の位置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例は、一連の実施形態の説明の後に、まとめて記載する。また、後述するように、各図およびこれを用いた以下の説明は、専ら、本実施形態に係る概略的な構成および機能を説明するために簡略化されたものであって、実際に製造販売される具体的な装置構成とは必ずしも一致するとは限らない。さらに、図示および説明の便宜上、各図において、右手系ＸＹＺ座標を設定する。各図におけるＸＹＺ座標は、互いに整合しているものとする。但し、Ｚ軸正方向あるいはＺ軸負方向は、必ずしも重力作用方向を意味するものではない。
【００１０】
（全体構成）
磁気センサ１は、磁気共鳴素子２における光検出磁気共鳴を利用して、磁気共鳴素子２に近接あるいは接触する被測定物Ｍにおける磁気を検出あるいは計測するように構成されている。具体的には、図１に示されているように、磁気センサ１は、磁気共鳴素子２と、高周波磁場印加装置３と、照射装置４と、検出装置５とを備えている。
（【００１１】以降は省略されています）

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