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公開番号2025034793
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141414
出願日2023-08-31
発明の名称光励起磁気センサ及び脳磁計
出願人浜松ホトニクス株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類A61B 5/245 20210101AFI20250306BHJP(医学または獣医学;衛生学)
要約【課題】磁場強度の感度を高める。
【解決手段】光励起磁気センサ1は、アルカリ金属蒸気が封入されたセル2と、ポンプ光をセル2内の感度領域ARa～ARdにy軸方向に沿って入射させるポンプレーザ4及び第1光学系6と、プローブ光を感度領域ARa～ARdにx軸方向に沿って入射させるプローブレーザ5及び第2光学系7と、y軸方向に沿うバイアス磁場Byをセル2に印加し電子スピンの共鳴周波数を決定するバイアス磁場コイル11と、バイアス磁場Byの勾配を補正するバイアス磁場勾配補正コイル12,13と、電子スピンの回転軸方向を傾ける傾動用コイル14と、感度領域ARa～ARdを通過したプローブ光を検出する光センサペア43a～43dと、光センサペア43a～43dの出力を基に磁場強度を計測する読出回路10と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルカリ金属蒸気が封入されたセルと、
前記アルカリ金属蒸気を構成するアルカリ金属原子を励起するためのポンプ光を、前記セルの内部の感度領域に第１方向に沿って入射させるポンプ光入射部と、
前記アルカリ金属原子の励起状態における電子スピンの変化を検出するためのプローブ光を、前記感度領域に前記第１方向と交差する方向に沿って入射させるプローブ光入射部と、
前記第１方向に沿うバイアス磁場を前記セルの内部に印加し、前記電子スピンの共鳴周波数を決定するバイアス磁場コイルと、
前記バイアス磁場コイルにより印加した前記バイアス磁場の勾配を補正する勾配補正コイルと、
前記電子スピンの回転軸方向を前記第１方向に対して垂直な方向に傾ける電子スピン傾動部と、
前記感度領域を通過した前記プローブ光を検出する光センサと、
前記光センサの出力を基に、前記感度領域に係る磁場強度を計測する磁場計測部と、を備える、光励起磁気センサ。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記勾配補正コイルは、
前記第１方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第１方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量を補正する一対の第１コイルを含む、請求項１に記載の光励起磁気センサ。
【請求項３】
前記勾配補正コイルは、
前記第１方向に垂直な第２方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第２方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量を補正する一対の第２コイルを含む、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項４】
前記勾配補正コイルは、
前記第１方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第１方向に垂直な第３方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量とを補正する一対の第３コイルを含む、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項５】
前記勾配補正コイルは、前記光センサの出力から得られる自由誘導減衰の緩和時間が、前記勾配補正コイルによる補正を行わないときの第１時間よりも長くなるように、前記バイアス磁場の勾配を補正する、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項６】
前記勾配補正コイルは、前記光センサの出力から得られる自由誘導減衰の緩和時間が最も長くなるように、前記バイアス磁場の勾配を補正する、請求項５に記載の光励起磁気センサ。
【請求項７】
前記勾配補正コイルは、前記光センサの出力から得られる自由誘導減衰の緩和時間についての高速フーリエ変換後のスペクトルのピークが、前記勾配補正コイルによる補正を行わないときよりも急峻になるように、前記バイアス磁場の勾配を補正する、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項８】
前記勾配補正コイルは、前記光センサの出力から得られる自由誘導減衰の緩和時間についての高速フーリエ変換後のスペクトルのピークが最も急峻になるように、前記バイアス磁場の勾配を補正する、請求項７に記載の光励起磁気センサ。
【請求項９】
前記セル内において前記セル外へ向けて進行する、又は、前記セル内から前記セル外へ進行した前記プローブ光を、前記セル内へ戻るように反射させる１又は複数のミラーを備える、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項１０】
前記電子スピン傾動部は、前記共鳴周波数と同一の周波数のＲＦ信号を照射する、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態の一側面は、光励起磁気センサ及びそれを含む脳磁計に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
微弱な外部磁場を計測可能な光励起磁気センサが知られている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。光励起磁気センサにおいては、セルの内部のアルカリ金属原子をポンプ光によって励起し、ポンプ光に交わるようにセルに向けて照射したプローブ光を光センサによって計測し、光センサの出力を基に外部磁場の強度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許公開２０２２／００９１２００号公報
米国特許第１０，７８２，３６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような光励起磁気センサでは、例えば近年の益々の普及拡大に伴い、計測する磁場強度の感度を高めることが求められている。そこで、実施形態の一側面は、磁場強度の感度を高めることが可能な光励起磁気センサ及び脳磁計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態の第一の側面に係る光励起磁気センサは、［１］「アルカリ金属蒸気が封入されたセルと、前記アルカリ金属蒸気を構成するアルカリ金属原子を励起するためのポンプ光を、前記セルの内部の感度領域に第１方向に沿って入射させるポンプ光入射部と、前記アルカリ金属原子の励起状態における電子スピンの変化を検出するためのプローブ光を、前記感度領域に前記第１方向と交差する方向に沿って入射させるプローブ光入射部と、前記第１方向に沿うバイアス磁場を前記セルの内部に印加し、前記電子スピンの共鳴周波数を決定するバイアス磁場コイルと、前記バイアス磁場コイルにより印加した前記バイアス磁場の勾配を補正する勾配補正コイルと、前記電子スピンの回転軸方向を前記第１方向に対して垂直な方向に傾ける電子スピン傾動部と、前記感度領域を通過した前記プローブ光を検出する光センサと、前記光センサの出力を基に、前記感度領域に係る磁場強度を計測する磁場計測部と、を備える、光励起磁気センサ。」である。
【０００６】
光励起磁気センサでは、勾配補正コイルによりバイアス磁場の勾配を補正することで、バイアス磁場の均一性を高め、電子スピンの共鳴周波数のばらつきを抑えることができる。これにより、磁場強度の感度を高めることが可能となる。
【０００７】
実施形態の光励起磁気センサは、［２］「前記勾配補正コイルは、前記第１方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第１方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量を補正する一対の第１コイルを含む、上記［１］に記載の光励起磁気センサ。」であってもよい。この場合、第１方向の位置に関するバイアス磁場の均一性を高めることが可能となる。
【０００８】
実施形態の光励起磁気センサは、［３］「前記勾配補正コイルは、前記第１方向に垂直な第２方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第２方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量を補正する一対の第２コイルを含む、上記［１］又は［２］に記載の光励起磁気センサ。」であってもよい。この場合、第２方向の位置に関するバイアス磁場の均一性を高めることが可能となる。
【０００９】
実施形態の光励起磁気センサは、［４］「前記勾配補正コイルは、前記第１方向における前記セルの一方側及び他方側に配置され、前記第１方向に垂直な第３方向の位置の変化量に対する前記バイアス磁場の変化量とを補正する一対の第３コイルを含む、上記［１］～［３］の何れかに記載の光励起磁気センサ。」であってもよい。この場合、第３方向の位置に関するバイアス磁場の均一性を高めることが可能となる。
【００１０】
実施形態の光励起磁気センサは、［５］「前記勾配補正コイルは、前記光センサの出力から得られる自由誘導減衰の緩和時間が、前記勾配補正コイルによる補正を行わないときの第１時間よりも長くなるように、前記バイアス磁場の勾配を補正する、上記［１］～［４］の何れかに記載の光励起磁気センサ。」であってもよい。この場合、バイアス磁場の勾配を効果的に補正することが可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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