特許 7188965 光励起磁気センサ用セルモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】光励起磁気センサ用セルモジュール

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/26 20060101AFI20221206BHJP

   G01R 33/032 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

G01R33/26

G01R33/032

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018189913

(22)【出願日】2018-10-05

(65)【公開番号】P2020060378

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2021-08-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】加藤 統久

(72)【発明者】

【氏名】須山 本比呂

【審査官】青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２１３２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１２０７３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２００６－５１５２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３６５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／２６

Ｇ０１Ｒ ３３／０３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源から出射されたプローブ光を導く光導波部と前記プローブ光を反射するミラーとを備えた光励起磁気センサに用いられるセルモジュールであって、
アルカリ金属が封入されたセルと、
前記セルに近接して配置されて、前記アルカリ金属を加熱する加熱部と、
前記セルと前記加熱部とを収容する減圧領域を形成する収容部と、を備え、
前記収容部は、前記光導波部から前記プローブ光を受け入れる第１の窓穴と、前記第１の窓穴から受け入れられて前記セルを通過した前記プローブ光が通過する第２の窓穴と、を有し、
前記第１の窓穴は、前記光導波部によって閉鎖され、
前記第２の窓穴は、前記ミラーによって閉鎖されている、光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項2】

前記減圧領域は、真空領域である、請求項１に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項3】

前記加熱部は、前記セルの外面と熱的に結合されるとともに、前記収容部の内面と離間するように配置される、請求項１又は２に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項4】

前記収容部の内面と前記セルの外面とが離間するように前記収容部内において前記セルを支持する支持部をさらに備える、請求項１～３のいずれか一項に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項5】

前記セルは、所定の軸線方向に延びる形状を有し、前記軸線方向の一端側において磁気入射部を含むとともに、前記軸線方向の他端側において前記支持部に支持される、請求項４に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項6】

前記収容部の内面と前記セルの外面との間に配置された断熱部材をさらに備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項7】

前記断熱部材は、前記セルの外面からの輻射熱を反射する輻射熱反射部材である、請求項６に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項8】

前記収容部は、所定の軸線方向に延びる矩形の筒状部材であり、
前記収容部は、前記所定の軸線方向と直交する第１の方向において互い対面する第１の側面及び第２の側面を含み、
前記収容部の前記第１の側面には、前記第１の窓穴が設けられ、
前記収容部の前記第２の側面には、前記第２の窓穴が設けられている、請求項１に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項9】

前記収容部は、前記第１の方向と直交する第２の方向において互いに対面する第３の側面及び第４の側面と、をさらに含み、
前記収容部の前記第３の側面には、第３の窓穴が設けられ、
前記第３の窓穴は、前記光導波部である第１の光導波部とは別の第２の光導波部であって、前記アルカリ金属を励起するためのポンプ光を導く前記第２の光導波部によって閉鎖されている、請求項８に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【請求項10】

前記収容部の前記第４の側面に向き合う前記セルの側面には、前記加熱部が設けられ、ている、請求項９に記載の光励起磁気センサ用セルモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光励起磁気センサ用セルモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光ポンピングを利用する光励起磁気センサは、微小な磁気を測定する磁気センサである。光励起磁気センサは、超伝導量子干渉計（superconducting quantum interference device, SQUID）に代わる新たな磁気測定の技術として注目されている。例えば、特許文献１は、光ポンピングを利用した磁気センサを開示する。この磁気センサは、いわゆるポラリメータ型検出器の構成を採用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２３６５９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光励起磁気センサは、光ポンピングによりスピン偏極した蒸気状のアルカリ金属の原子（アルカリ金属蒸気）が磁気の影響を受けると、それらのスピン偏極がトルクを受けて回転し、向きが変わる（回転角が変化する）ことを利用する。このようなアルカリ金属蒸気は、セル内に封入されたアルカリ金属を加熱することにより得る。スピン偏極の向き（回転角）の変化は、セル内のアルカリ金属蒸気にプローブ光を照射することにより得られる。

【0005】

磁気の強さは、測定対象までの距離が大きくなるにつれて、指数関数的に減衰する。従って、磁気測定の感度の向上のためには、光励起磁気センサ（少なくともセル）は、測定対象にできるだけ近づけることが望ましい。一方、上記のように、光励起磁気センサにおいて、磁気を測定可能な状態とするためには、セル内にアルカリ金属蒸気を生じさせるために、アルカリ金属が気化するような高い温度までセルを加熱する必要がある。そして、測定対象としては、例えば生体や、高温下では特性が変化するもの等、温度条件に制限があるようなものも存在する。つまり、測定対象によっては、セルを測定対象に近接させるのが困難であるため、高感度な磁気測定が困難な場合があった。

【0006】

そこで、本発明は、多様な測定対象に対して、高感度な磁気測定を可能とする光励起磁気センサ用セルモジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一形態である光励起磁気センサ用セルモジュールは、アルカリ金属が封入されたセルと、セルに近接して配置されて、アルカリ金属を加熱する加熱部と、セルと加熱部とを収容する減圧領域を形成する収容部と、を備える。

【0008】

このセルモジュールは、アルカリ金属が封入されたセルと、当該アルカリ金属を加熱する加熱部とを備えている。そして、セル及び加熱部は、減圧領域を形成する収容部に収容されている。この配置によれば、セル及び加熱部が減圧領域に配置されているので、それらが発する熱が収容部に移動し難くなる。つまり、減圧領域によってセル及び加熱部の高温を断熱することで、収容部の温度上昇を抑制し、光励起磁気センサ用セルモジュール（セル）を測定対象に近接させることができる。従って、多様な測定対象に対して、高感度な磁気測定を行うことができる。

【0009】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールにおいて、減圧領域は、真空領域であってもよい。このような減圧領域によれば、セル及び加熱部からの熱がさらに収容部に移動し難くなる。

【0010】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールにおいて、加熱部は、セルの外面と熱的に結合されるとともに、収容部の内面と離間するように配置されてもよい。このような配置によれば、加熱部からの熱は、確実にセルに与えられるとともに収容部には移動し難くなる。

【0011】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールは、収容部の内面とセルの外面とが離間するように収容部内においてセルを支持する支持部をさらに備えてもよい。この支持部によれば、セルから収容部への熱の移動がさらに抑制される。

【0012】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールにおいて、セルは所定の軸線方向に延びる形状を有し、軸線方向の一端側において磁気入射部を備えるとともに、軸線方向の他端側において支持部に支持されてもよい。この支持部によれば、磁気入射部の熱が支持部を介して収容部へ移動することを抑制することができる。つまり、磁気入射部は高温に保ちつつ、測定対象に近い領域の収容部の温度上昇を抑制することができる。

【0013】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールは、収容部の内面とセルの外面との間に、断熱部材を備えてもよい。この断熱部材により、セルから収容部への熱の移動がさらに抑制される。

【0014】

上記の光励起磁気センサ用セルモジュールにおいて、断熱部材は、セルの外面からの輻射熱を反射する輻射熱反射部材であってもよい。減圧領域における熱の移動に関しては、セルの外面から収容部の内面への輻射も大きな要因の一つとなっている。そこで、断熱部材として、輻射熱反射部材を用いることにより、セルから収容部への輻射による熱移動をさらに低減することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、多様な測定対象に対して、高感度な磁気測定を可能とする光励起磁気センサ用セルモジュールが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、セルモジュールを光励起磁気センサに適用する場合の構成例を示す断面図である。

【図2】図２は、図１の光励起磁気センサが備えるセルの断面を示す斜視図である。

【図3】図３は、ポンプ光とプローブ光との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１に示すように、光励起磁気センサ１は、セルモジュール５を有する。セルモジュール５は、その内部にセル２を収容している。セル２は、アルカリ金属と封入ガスを収容している。アルカリ金属蒸気は、ポンプ光源（不図示）からポンプ光が照射されることにより、所定のスピン状態を形成する。この状態が、磁気測定が可能な状態である。そして、プローブ光源（不図示）から、アルカリ金属蒸気に対してスピン偏極の向きの変化（回転角の変化）を検出するためのプローブ光が、互いに異なる２か所の測定領域のそれぞれに照射される。このような構成によれば、光励起磁気センサ１は、いわゆるグラジオメータ型のセンサを構成する。そして、光検出部（不図示）によって、検出した光の強度に応じた電気信号を出力する。この電気信号を情報処理装置（不図示）などにより処理することにより、測定対象における磁気に関する情報を得ることができる。

【0019】

〔セルモジュール〕
光励起磁気センサ１は、アルカリ金属を加熱して気化させ、アルカリ金属蒸気を生成するためのヒータ１４（図１参照）をセル２に取り付けている。つまり、セル２の温度は、ヒータ１４によって高温になる。光励起磁気センサ１において、セル２内のアルカリ金属蒸気密度は、磁気の検出感度に対応する。具体的には、磁気の検出感度を高めるためには、アルカリ金属蒸気密度を高める必要がある。そして、アルカリ金属蒸気密度を高めるためには、アルカリ金属蒸気の温度が高温（好ましくは２００℃以上）となるように、アルカリ金属をヒータ１４によって加熱する必要が生じる。

【0020】

図１に示すように、光励起磁気センサ１において、セルモジュール（光励起磁気センサ用セルモジュール）５は、セル２と、ヒータ（加熱部）１４と、ケース（収容部）４３と、を有する。

【0021】

セル２は、例えばガラス製の封入容器であり、その内部にアルカリ金属（アルカリ金属蒸気）及び封入ガスを収容する。セル２については、後に詳細に説明する。

【0022】

ヒータ１４は、セル側面２ｂ（外面、図３参照）に取り付けられ、熱的に結合されている。また、後述するケース本体４４の内面４４Ｋと離間するように配置されている。なお、セル側面２ｂは、ポンプ光が入射される面であるセル側面２ａ（図３参照）に対向する面である。ヒータ１４は、セル２を加熱することでセル２内に収容されたアルカリ金属を加熱して気化させ、セル２内にアルカリ金属蒸気を生成する。つまり、セル２の温度は、ヒータ１４によって高温になる。光励起磁気センサ１において、セル２内のアルカリ金属蒸気密度は、磁気の検出感度に対応する。具体的には、磁気の検出感度を高めるためには、アルカリ金属蒸気密度を高める必要がある。よって、アルカリ金属蒸気密度を高めるために、アルカリ金属蒸気の温度が高温（好ましくは２００℃以上）となるように、アルカリ金属をヒータ１４によって加熱する。また、アルカリ蒸気密度は、ヒータ１４によって温度を制御することにより制御することができる。

【0023】

ケース４３は、略矩形の筒状部材であり、その内部に略直方体状の内部空間４４ｆを形成するケース本体４４と、内部空間４４ｆを封止する蓋４６と、を有する。ケース４３は、ケース本体４４と蓋４６とにより封止された内部空間４４ｆにより減圧領域４４Ｓを形成する。ケース４３は、いわゆる減圧容器であり、内部の圧力は、大気圧よりも低く、例えば真空領域である。そうすると、セル２及びヒータ１４の熱は、ケース４３に移動しにくくなるので、セル２を高温状態に加熱及び維持しながら、ケース４３の温度上昇を抑制できる。このような真空断熱構造によれば、セル２の周囲に断熱材を巻き付ける構成に対して、小型化することが可能である。さらに、ヒータ１４により供給された熱が逃げにくくなるので、所定の温度に維持するためにヒータ１４へ提供する電力を低減することができる。ケース本体４４は、減圧及び封止作業に用いる真空引き用の排気口４７及び封止蓋４８を有する。これらの構成によれば、測定対象への近接配置を可能としつつ、セル２を高温とすることによる検出感度の向上も可能とすることができる。

【0024】

ケース本体４４は、セラミック等の非磁性材料により構成され、減圧領域４４Ｓを構成する内部空間４４ｆと、開口４４Ｔと、を有する。ケース本体４４において、後述するセル２の一端側（先端側）に設けられた磁気入射部１２Ａが配置される一端側は閉鎖されている。開口４４Ｔは、ケース本体４４の他端側に設けられている。この開口４４Ｔから、セル２及びヒータ１４が内部に挿入される。ケース本体４４の開口は、蓋４６によって封止されている。

【0025】

さらに、ケース本体４４は、６つの窓穴を有する。図１に示すように、ケース本体４４の先端側には、窓穴４４ａ、４４ｂ、４４ｅ（図３参照）が設けられる。また、ケース本体４４の基端側には、窓穴４４ｃ、４４ｄが設けられる。なお、基端側には、さらにもう一つの窓穴が設けられるが、当該窓穴については図示を省略する。これらの窓穴４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅは、ポンプ光及びプローブ光をケース本体４４の内部に導き、セル２に提供するためのものである。窓穴４４ａ、４４ｄは、ケース側面５ｃに設けられる。窓穴４４ｂ、４４ｃは、ケース側面５ａと対向する面であるケース側面５ｄに設けられる。窓穴４４ｅは、ケース側面５ｃとケース側面５ｄとを接続する面であって、ケース側面５ｃ及びとケース側面５ｄと略垂直に交わる面であるケース側面５ａに設けられる。

【0026】

蓋４６は、いわゆるインターポーザであり、シール材４９を介してケース本体４４に固定される。蓋４６は、ヒータ１４に給電線を介して電力を供給するための端子５１を有する。蓋４６もケース本体４４と同様に、非磁性材料により構成されている。

【0027】

減圧領域４４Ｓ（内部空間４４ｆ）の大きさは、セル２の外形寸法よりも大きい。つまり、セル２を減圧領域４４Ｓに収めると、セル２と、ケース本体４４の内面４４Ｋとの間が離間し、セル２の周囲を囲むような隙間が設けられる。減圧領域４４Ｓは、減圧空間であるので、輻射による熱移動が支配的であり、熱伝達及び熱伝導による熱移動はごくわずかである。これらの隙間によれば、セル２からケース本体４４への熱移動を抑制することができる。

【0028】

セルモジュール５は、上述したように、セル２とケース本体４４との間の隙間を確保するように、セル２を支持する支持部５２を有する。支持部５２は、例えば、セル２の外形に合わせた環状部材でもよいし、ケース本体４４に一体形成され、その内面４４Ｋから突出する突起でもよい。支持部５２の形状は、その断面が円形であってもよいし、矩形であってもよいし、三角形であってよいし、半円状であってもよいが、セル２と接触する部分の面積をできるだけ小さくするのが好ましい。例えば、支持部５２は、セルの軸線方向に水平な方向での断面において、セル２との接触領域の断面積が、ケース本体４４の内面４４Ｋ側の領域の断面積以下の（より好ましくは小さい）形状を有したり、セル２に対して複数の突起で点接触してもよい。その結果、支持部５２を介したセル２からケース本体４４への熱移動を抑制することができる。さらに、支持部５２は、後述するセル２の他端側（基端側）、つまりセル２の磁気入射部１２Ａに対して離間した方の端部側においてセル２を支持するよう、ケース本体４４の他端側（開口４４Ｔの近傍）に設けられている。その結果、磁気入射部１２Ａの熱が支持部５２を介してケース本体４４へ移動することを抑制することができる。つまり、磁気入射部１２Ａ（磁気入射部１２Ａに隣接するセル２の内部空間である測定領域１６Ａ）は高温に保ちつつ、測定対象に近い領域であるケース本体４４の一端側（先端側）の温度上昇を抑制することができる。また、支持部５２は、セル２の加熱温度のような高温環境下においても安定な材料（例えば溶融したり、ガスを発生しないような材料）で構成するのが好ましく、さらに、セル２の熱膨張を吸収できるような弾性を備えた材料で構成すると、より好ましい。

【0029】

ケース本体４４の内面４４Ｋには、輻射熱反射膜（断熱部材）５３が設けられている。この輻射熱反射膜５３は、セル２からケース本体４４への熱移動をさらに低減させるものである。輻射は、互いに対面する面と面との間で生じる。そこで、輻射熱反射膜５３は、セル２の外面と対面するケース本体４４の内面４４Ｋに、セル２の外面及びヒータ１４と離間した状態で設けられている。輻射熱反射膜５３は、例えば、非磁性の金属膜を採用してよい。なお、輻射熱反射膜５３は、必要に応じて設けることとしてもよいが、セル２におけるヒータ１４が配置された領域に関しては、可能な限り広い範囲を包囲するように設けるのが好ましい。なお、本実施形態においては、セル２におけるヒータ１４が配置された領域のうち、支持部５２に対応する領域に関しては設けられていないが、当該領域やさらに他端側（基端側）におけるケース本体４４の内面４４Ｋにも輻射熱反射膜５３を設けてもよい。

【0030】

さらに、輻射熱反射膜５３は、ケース本体４４の窓穴４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４４ｅのそれぞれに対応する窓穴５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅを有する。つまり、窓穴５３ａは、窓穴４４ａと連通する。窓穴５３ｂは、窓穴４４ｂと連通する。
窓穴５３ｃは、窓穴４４ｃと連通する。窓穴５３ｄは、窓穴４４ｄと連通する。窓穴５３ｅは、窓穴４４ｅと連通する。なお、輻射熱反射膜５３がポンプ光及びプローブ光を透過するような光学特性を備えている場合、窓穴５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、５３ｅは設けなくてもよい。

【0031】

また、第１図及び第３図を参照して、ポンプ光およびプローブ光の光路に関して説明する。ポンプ光源（不図示）から出射されたポンプ光は柱状の光学部材からなる光導波部２２に入射され、光導波部２２に設けられた図示しない光学系によって第１ポンプ光１７Ａと第２ポンプ光（不図示）とに分割され、それぞれセル２内へと照射され、アルカリ金属蒸気を励起する。一方、プローブ光源（不図示）から出射されたプローブ光は図示しない光学系によって第１プローブ光２６Ａと第２プローブ光２６Ｂとに分割され、それぞれ柱状の光学部材からなる光導波部２９Ａ、２９Ｂを通過し、セル２内へと照射される。そして、セル２内へ入射した第１プローブ光２６Ａ及び第２プローブ光２６Ｂは、アルカリ金属蒸気を通過することで磁気情報を取得しながら、それぞれ反射部であるミラー３７Ａ及びミラー３７Ｂで反射され、再度、光導波部２９Ａ、２９Ｂに入射し、光検出部（不図示）まで導かれる。より具体的には、光導波部２２は、ケース側面５ａ上に固定され、第１ポンプ光１７Ａは、窓穴４４ｅ、窓穴５３ｅ及び減圧領域４４Ｓを通過して、セル側面２ａからセル２内の測定領域１６Ａへと照射される。一方、光導波部２９Ａは、ケース側面５ｃ上に固定され、第１プローブ光２６Ａは、窓穴４４ａ、窓穴５３ａ及び減圧領域４４Ｓを通過して、セル側面２ｃからセル２内の測定領域１６Ａへと照射される。また、セル側面２ｄから出射された、磁気情報を取得した第１プローブ光２６Ａは、減圧領域４４Ｓ、窓穴５３ｂ、窓穴４４ｂを通過して、ミラー３７Ａで反射され、同じ経路を逆行して、再度、光導波部２９Ａに入射し、光検出部（不図示）まで導かれる。同様に、光導波部２９Ｂは、ケース側面５ｄ上に固定され、第２プローブ光２６Ｂは、窓穴４４ｃ、窓穴５３ｃ及び減圧領域４４Ｓを通過して、セル側面２ｄからセル２内へと照射される。また、セル側面２ｃから出射された、磁気情報を取得した第２プローブ光２６Ｂは、減圧領域４４Ｓ、窓穴５３ｄ、窓穴４４ｄを通過して、ミラー３７Ｂで反射され、同じ経路を逆行して、再度、光導波部２９Ｂに入射し、光検出部（不図示）まで導かれる。

【0032】

このようなセルモジュール５によれば、光励起磁気センサ１を測定対象への近接配置を可能としつつ小型化することが可能であり、さらに、セル２を高温とすることによる検出感度の向上も可能とすることができる。

【0033】

〔セル〕
図２に示すように、セル２は、アルカリ金属（アルカリ金属蒸気）及び封入ガスを密封する空間を形成するガラス基体８を有する。

【0034】

本実施形態においてアルカリ金属は、カリウム（Ｋ）である。また、カリウム以外にも、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）を採用してもよく、これらを複数種類含んでもよい。なお、原子番号の小さなアルカリ金属ほど高感度化には好ましいため、封入されるアルカリ金属はカリウムを含むことが好ましい。

【0035】

封入ガスは、アルカリ金属蒸気を制御するために用いられる。封入ガスとしては、不活性ガスが好ましい。例えば、不活性ガスの原料として、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、窒素（Ｎ_２）、水素（Ｈ_２）を採用してよく、これらの混合ガスでもよい。封入ガスは、アルカリ金属原子との反応性が低く、原子番号の小さな原子ほど好適であるので、封入ガスとしてヘリウムを含むことが好ましい。封入ガスの封入圧力は、０．１ａｔｍ～４ａｔｍ程度が好ましい。

【0036】

ガラス基体８の材料として、例えば、石英、サファイア、シリコン、コバールガラス、ホウケイ酸ガラス（パイレックス（登録商標）ガラス）を採用してよい。特に、コバールガラスは、パイレックス（登録商標）ガラスと比較すると、ヘリウム（Ｈｅ）の透過係数が一桁低い。従って、厚さを薄くでき、小型化に資する。このような材料によれば、磁気測定のための光（ポンプ光及びプローブ光）を良好に透過して、内部のアルカリ金属蒸気に好適に提供することができる。

【0037】

ガラス基体８は、筒状のガラス本体部１２と、封じ切り部１３と、を有する。ガラス本体部１２は、所定の軸線方向に延びる略直方体状の筒形状を呈し、その軸線に対して垂直な方向での断面は一例として正方形である。ガラス本体部１２の一端（先端）は平面であり、測定対象に対向する磁気入射部１２Ａとなる。ガラス本体部１２の他端（基端）には、封じ切り部１３が形成されている。

【0038】

ここで、図３を参照しながら、第１ポンプ光１７Ａと第１プローブ光２６Ａとの関係について説明する。図３に示すように、第１ポンプ光１７Ａは、ケース側面５ａに設けられた光導波部２２から出射される。第１ポンプ光１７Ａは、セル側面２ａの法線方向に進む。そして、第１ポンプ光１７Ａは、ヒータ１４が設けられた、逆側のセル側面２ｂに至る。第１ポンプ光１７Ａは、測定領域１６Ａにおけるアルカリ金属蒸気を励起できればよい。従って、セル２は、一つの測定領域１６Ａに対して、第１ポンプ光１７Ａを入射する一つの入力部を有していればよい。

【0039】

第１プローブ光２６Ａは、ケース側面５ｃに設けられた光導波部２９Ａから出射される。ケース側面５ｃは、ケース側面５ａ、５ｂに対して直交する。換言すると、ケース側面５ａ、５ｃの間の角度は、直角である。第１プローブ光２６Ａは、セル側面２ｃの法線方向に進む。そうすると、ケース側面５ａ、５ｃは互いに直交しているので、第１ポンプ光１７Ａの進行方向及び第１プローブ光２６Ａの進行方向も互いに直交する。測定領域１６Ａを通過した第１プローブ光２６Ａは、ケース側面５ｄに設けられたミラー３７Ａに至り、反射される。つまり、第１プローブ光２６Ａは、測定領域１６Ａにおけるアルカリ金属蒸気を通過して磁気情報を取得した後に、ミラー３７Ａで反射され、再び測定領域１６Ａにおけるアルカリ金属蒸気を通過して、再度、磁気情報を取得した後、光導波部２９Ａに戻る。従って、セル２は、一つの測定領域１６Ａに対して、第１プローブ光２６Ａを受け入れる入力面と、第１プローブ光２６Ａを取り出す出力面とを有する。この入力面及び出力面は、本実施形態のように共通でもよい。この場合には、第１プローブ光２６Ａの進行方向を制御する光学部品（つまり、ミラー３７Ａ）が必要である。

【0040】

〔作用効果〕
このセルモジュール５は、アルカリ金属が封入されたセル２と、当該アルカリ金属を加熱するヒータ１４とを備えている。そして、セル２及びヒータ１４は、減圧領域４４Ｓを形成するケース４３に収容されている。この配置によれば、セル２及びヒータ１４が減圧領域４４Ｓに配置されているので、それらが発する熱がケース４３に移動し難くなる。つまり、減圧領域４４Ｓによってセル２及びヒータ１４の高温を断熱することで、ケース４３の温度上昇を抑制し、セルモジュール５（セル２）を測定対象に近接させることができる。従って、例えば生体や、高温下では特性が変化するもの等、温度条件に制限があるようなものを含む、多様な測定対象に対して、高感度な磁気測定を行うことができる。また、ケース４３の温度上昇を抑制できるので、セル２内のアルカリ金属を所望の高い温度に設定することができ、その点からも検出感度を向上することができる。

【0041】

セルモジュール５において、減圧領域４４Ｓは、真空領域である。このような減圧領域４４Ｓによれば、真空断熱効果によって、セル２及びヒータ１４からの熱がさらにケース４３に移動し難くなる。また、セル２の外部に存在するガス等がセル２内へ侵入してしまうことを抑制可能であるため、検出感度の変化を抑制し、安定した磁気測定が可能となる。

【0042】

セルモジュール５において、ヒータ１４は、セル２のセル側面２ｂと熱的に結合されるとともに、ケース本体４４（ケース４３）の内面４４Ｋと離間するように配置されている。このような配置によれば、ヒータ１４からの熱は、確実にセル２に与えられるとともに、ケース４３との間には減圧領域４４Ｓが介在するため、ケース４３には移動し難くなる。より詳細には、ヒータ１４は、発熱部を構成する領域の全体において、内面４４Ｋと離間するとともにセル側面２ｂに面接触した状態で固定されている。そのため、ヒータ１４からの熱は、確実にセル２に与えられるとともに、端子５１に対する給電線以外にヒータ１４とケース４３に対する熱的な接続部がないため、ケース４３には移動し難くなる。

【0043】

セルモジュール５は、ケース４３の内面４４Ｋからセル２のセル側面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが離間するように、ケース４３内においてセル２を支持する支持部５２をさらに備える。この支持部５２によれば、セル側面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとケース４３の内面４４Ｋとが直接に接触しない。つまり、直接の接触に起因するセル２からケース４３への熱移動がさらに抑制される。そのため、セル２及びヒータ１４の設定温度を更に高め、検出感度を上げることができる。

【0044】

セルモジュール５において、セル２は所定の軸線方向に延びる形状を有し、軸線方向の一端側において磁気入射部１２Ａを備えるとともに、軸線方向の他端側において支持部５２に支持されている。この支持部５２によれば、磁気入射部１２Ａの熱が支持部５２を介してケース４３へ移動することを抑制することができる。つまり、支持部５２を磁気入射部１２Ａ側に設けず、磁気入射部１２Ａと離間した端部側に設けることで、磁気入射部１２Ａ、およびそれに隣接した測定領域１６Ａは高温に保ちつつ、測定対象に近い領域のケース４３の温度上昇を抑制することができる。

【0045】

セルモジュール５において、ケース４３は、ケース４３の内面４４Ｋに設けられた断熱部材であって、セル側面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからの輻射熱を反射する輻射熱反射膜５３を有する。減圧領域４４Ｓにおける熱移動は、セル側面２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからケース４３の内面４４Ｋへの輻射も大きな要因の一つとなっている。そこで、輻射熱を受けるケース４３の内面４４Ｋへ、輻射熱反射膜５３を設けることにより、セル２からケース４３への輻射による熱移動をさらに低減することができる。特に、減圧領域４４Ｓ及び支持部５２等により、セル２およびヒータ１４とケース４３との直接接触及び熱的結合を可能な限り抑制した構造であるため、空間を介した輻射熱を抑制することで、確実な断熱効果を得ることができる。

【0046】

以上、本発明について説明したが、上記本発明の構成に限定されることなく様々な形態で実施してよい。

【符号の説明】

【0047】

１…光励起磁気センサ、２…セル、２ａ…セル側面、２ｂ，２ｄ…セル側面、２ｃ…セル側面、５…セルモジュール、８…ガラス基体、１２…ガラス本体部、１４…ヒータ、１６Ａ…測定領域、１７Ａ…第１ポンプ光、２６Ａ…第１プローブ光、２９Ａ，２９Ｂ…光導波部、３７Ａ，３７Ｂ…ミラー、４３…ケース、４４…ケース本体、４６…蓋、４４Ｓ…減圧領域、４４Ｔ…開口、４９…シール材、４４Ｋ…内面、５１…端子、５２…支持部、５３…輻射熱反射膜、５３ａ，５３ｂ…窓穴。

【図1】

【図2】

【図3】