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公開番号2025034796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023141418
出願日2023-08-31
発明の名称光励起磁気センサ及びそれを含む脳磁計
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G01R 33/26 20060101AFI20250306BHJP(測定;試験)
要約【課題】光センサの光学系の調整を容易にすること。
【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、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出射するポンプレーザ4と、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、セル2内におけるポンプ光に交わる感度領域に出射するプローブレーザ5と、感度領域を通過したプローブ光の偏光面角度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、感度領域における磁場の強度を計測するための計測信号を生成する読出回路10とを備え、読出回路10は、光センサペア43a～43dの出力を、第1の条件において所定のゲインで増幅し、第2の条件において所定のゲイン未満のゲインで伝達する。
【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出射するポンプレーザと、
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、前記セル内における前記ポンプ光に交わる感度領域に出射するプローブレーザと、
前記感度領域を通過した前記プローブ光の偏光面角度を検出する光センサと、
前記光センサの出力を基に、前記感度領域における磁場の強度を計測するための計測信号を生成する読出回路とを備え、
前記読出回路は、
前記光センサの出力を、第１の条件において所定のゲインで増幅し、第２の条件において前記所定のゲイン未満のゲインで伝達する、
光励起磁気センサ。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記ポンプ光と同一方向に磁場を印加し、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、
前記電子スピンの方向を前記ポンプ光に対して垂直な方向に傾ける傾動手段と、をさらに備える、
請求項１に記載の光励起磁気センサ。
【請求項３】
前記傾動手段は、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２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項４】
前記傾動手段は、パルス状の光を照射する、
請求項２に記載の光励起磁気センサ。
【請求項５】
前記ポンプ光と前記プローブ光とが交わる前記感度領域が２つ以上あり、
前記読出回路は、隣接する２つの前記感度領域に対応した前記光センサの出力の差分を基に前記計測信号を生成する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の光励起磁気センサ。
【請求項６】
前記読出回路は、前記所定のゲインを有する計測用増幅器と、前記所定のゲイン未満のゲインを有する調整用増幅器と、前記光センサの出力と前記計測用増幅器の入力及び前記調整用増幅器の入力との間の接続を切り替えるスイッチと、を有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の光励起磁気センサ。
【請求項７】
前記読出回路は、前記磁場の強度の計測時の周波数帯域において、所定のゲインで増幅し、前記光センサの光学系の調整時の前記周波数帯域よりも低い周波数帯域において、前記所定のゲイン未満のゲインで伝達する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の光励起磁気センサ。
【請求項８】
前記読出回路は、前記磁場の強度の計測時の周波数帯域以上の信号を所定のゲインで増幅するハイパスフィルタを有する、
請求項７に記載の光励起磁気センサ。
【請求項９】
被検体の頭部の周りに配置可能に設けられ、前記被検体より発せられる磁場の強度を計測する請求項１～４のいずれか１項に記載の光励起磁気センサを備える、
脳磁計。

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 1,700 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および特許文献２参照）。光励起磁気センサにおいては、セル内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】
上述したような従来の光励起磁気センサにおいては、外部磁場の計測前に、光センサへのプロ―プ光の入射状態の設定のために光センサの光学系の調整が行われる。その一方で、外部磁場の計測精度を上げるためには、光センサの出力を増幅する機能を有することが好ましい。そのため、光センサの光学系の調整が困難となる傾向にあった。
【０００５】
そこで、実施形態の一側面は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、光センサの光学系の調整を容易にすることが可能な光励起磁気センサ及びそれを含む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】
【０００６】
実施形態の第一の側面に係る光励起磁気センサは、アルカリ金属蒸気が封入されたセルと、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出射するポンプレーザと、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、セル内におけるポンプ光に交わる感度領域に出射するプローブレーザと、感度領域を通過したプローブ光の偏光面角度を検出する光センサと、光センサの出力を基に、感度領域における磁場の強度を計測するための計測信号を生成する読出回路とを備え、読出回路は、光センサの出力を、第１の条件において所定のゲインで増幅し、第２の条件において所定のゲイン未満のゲインで伝達する。
【０００７】
あるいは、実施形態の第二の側面に係る脳磁計は、被検体の頭部の周りに配置可能に設けられ、被検体より発せられる磁場の強度を計測する上記光励起磁気センサを備える。
【０００８】
上記第一の側面、あるいは上記第二の側面によれば、アルカリ金属が封入されたセルにポンプ光が出射されることにより、アルカリ金属原子の電子スピンが生成される（励起される）。さらに、プローブ光がセル内のポンプ光に交わる感度領域に出射され、光センサによって感度領域を通過したプローブ光の偏光面角度が検出される。加えて、読出回路によって光センサの出力を基に感度領域における磁場の強度を計測するための計測信号が生成される。ここで、読出回路は、第１の条件において光センサの出力を所定のゲインで増幅し、第２の条件においては所定のゲイン未満のゲインで光センサの出力を伝達するので、第１の条件の時に磁場の計測精度を向上させることができるとともに、第２の条件の時に光センサの出力を基にした光センサの光学系の調整を容易に実行させることができる。
【０００９】
上記第一の側面においては、ポンプ光と同一方向に磁場を印加し、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と、電子スピンの方向をポンプ光に対して垂直な方向に傾ける傾動手段と、をさらに備える、ことが好適である。この場合、計測信号を用いて検出されるプローブ光の偏光面角度の変化の周波数に基づいて磁場の強度を計測することにより、環境磁場の影響を受けずに磁場の計測感度を保つことができる。
【００１０】
また、上記第一の側面においては、傾動手段は、共鳴周波数と同一の周波数のＲＦ信号を照射する、ことも好適である。これにより、簡易な手段により、プローブ光の偏光面角度の変化の周波数に基づいた磁場の計測を実現できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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