磁场测量方法以及磁场测量装置的制造方法

磁场测量方法以及磁场测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及利用了光的磁场测量方法以及磁场测量装置。
【背景技术】
[0002] 利用了光的磁场测量装置能够对来自心脏的磁场(心磁）、来自脑的磁场(脑磁)等 由生物体产生的微少的磁场进行测量，期待被应用于医疗图像诊断装置等。在这样的磁场 测量装置中，对装入有碱金属等的气(气体）的气室照射栗浦光以及探测光。被装入气室内 的原子被栗浦光激发而自旋极化，透过该气室的探测光的偏振面利用磁光效应根据磁场而 旋转。通过测定该气室的透过前后的探测光的偏振面的旋转角度，来测量磁场(例如，专利 文献1)。
[0003] 专利文献1:日本特开2013-108833号公报
[0004] 现有的一般的光栗浦式的磁场测量装置在磁场的检测轴是单方向，检测轴和磁场 的方向不同的情况下，测量磁场向检测轴的射影分量。但是，实际分布于空间的磁场是三维 的矢量，在欲更加精密地测量磁场的情况下，优选测量XYZ正交三轴这样的三轴方向的磁 场。由于检测轴为与探测光的照射方向对应的方向，所以简单地说，在通过增加探测光的照 射方向来增加检测轴情况下，需要使各个照射方向精密地正交。若照射方向相对于假定的 方向倾斜，则伴随于此在检测轴上产生倾斜，其结果为，在作为三维矢量的磁场的测量值上 产生误差。

【发明内容】

[0005] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于在光栗浦式的磁场测量中，能够测 量探测光是单方向，并且多个方向的磁场，或者高精度地进行磁测量。
[0006] 应用例1
[0007] 用于解决上述课题的第一发明是磁场测量装置用于测量测量区域的磁场的磁场 测量方法，该磁场测量装置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，且具备:光源，射 出光;介质，使上述光沿着上述第三方向通过，根据上述测量区域的磁场使光学特性变化； 光检测器，检测上述光学特性；以及第一磁场产生器，将上述第一方向的磁场施加给上述测 量区域，该磁场测量方法包含:使上述第一磁场产生器产生上述第一方向侧第一能级的恒 定磁场、上述第一方向侧第二能级的恒定磁场、以及上述第一方向侧第三能级的恒定磁场 作为上述第一方向的磁场；以及使用上述光检测器的检测结果以及上述第一方向的磁场， 来计算上述测量区域的磁场。
[0008] 根据本应用例的磁场测量方法，能够通过仅对第三方向（Z方向）这样的单方向的 光的照射，来计算测量区域的磁场矢量。即，能够通过仅对单方向的光的照射，来计算测量 区域的磁场的第一方向（X方向）成分、第二方向(Y方向）成分以及第三方向（Z方向）成分。具 体而言，对根据测量区域的磁场使光的光学特性变化的介质，施加3个能级的恒定磁场作为 与光的射出方向亦即第三方向（Z方向）正交的第一方向（X方向）的磁场。而且，使用光的光 学特性的检测结果以及第一方向(X方向）的磁场来计算测量区域的磁场。
[0009] 应用例2
[0010] 作为第二发明，是根据第一发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域 的磁场的处理包含基于上述光检测器的检测结果来计算表示上述介质的磁化矢量的上述 第一方向的成分的磁化值，使用产生上述第一方向侧第一能级的恒定磁场时的第1-1的磁 化值、产生上述第一方向侧第二能级的恒定磁场时的第2-1的磁化值、产生上述第一方向侧 第三能级的恒定磁场时的第3-1的磁化值、以及上述第一方向的磁场，来计算上述测量区域 的磁场的磁场测量方法。
[0011] 根据本应用例的磁场测量方法，基于介质的光学特性的检测结果来计算表示介质 的磁化矢量的第一方向（X方向）的成分的磁化值，使用作为第一方向(X方向）的磁场分别产 生3个能级的恒定磁场时的3个磁化值以及第一方向（X方向）的磁场，来计算测量区域的磁 场矢量(磁场的第一方向(X方向）成分、第二方向(Y方向）成分以及第三方向（Z方向）成分）。
[0012] 应用例3
[0013] 作为第三发明，根据第二发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域的 磁场的处理使作为上述第一方向的磁场的上述第一方向侧第i能级（i = l、2、3)的恒定磁场 与产生上述第一方向的磁场时的磁化值的各个组合适用下述公式1的磁场测量方法。
[0014] [式 1]
[0015]
* ⑴
[0016] 其中，上述测量区域的磁场C= (Cx，Cy，Cz)，x、y、z分别是上述第一方向、上述第二 方向、上述第三方向的空间坐标，M xi是产生上述第一方向侧第i能级的恒定磁场时的磁化 值，a、c是常量，Aiofi是上述第一方向侧第i能级的恒定磁场。
[0017] 根据本应用例的磁场测量方法，对作为第一方向（X方向）的磁场的3个能级的恒定 磁场与产生该恒定磁场时的磁化值的各个组合，求解由将各值代入公式1所得的3个式子构 成的连立方程式，从而能够计算作为三维矢量的介质的测量区域的磁场(C x、Cy、Cz)。
[0018] 应用例4
[0019]作为第四发明，根据第一~第三中任意一个磁场测量方法，也可以构成上述第一 方向侧第一能级的恒定磁场、上述第一方向侧第二能级的恒定磁场以及上述第一方向侧第 三能级的恒定磁场中的至少一个是零磁场的磁场测量方法。
[0020] 应用例5
[0021] 第五发明是磁场测量装置用于测量测量区域的磁场的磁场测量方法，该磁场测量 装置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，且具备:光源，射出光；介质，使上述光 沿着上述第三方向通过，根据上述测量区域的磁场使光学特性变化;光检测器，检测上述光 学特性；以及第二磁场产生器，将上述第二方向的磁场施加给上述测量区域，该磁场测量方 法包含:使上述第二磁场产生器作为上述第二方向的磁场产生上述第二方向侧第一能级的 恒定磁场、上述第二方向侧第二能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧第三能级的恒定磁 场；以及使用上述光检测器的检测结果以及上述第二方向的磁场，来计算上述测量区域的 磁场。
[0022] 根据本应用例的磁场测量方法，能够通过仅向第三方向（Z方向）这样的单方向的 光的照射，来计算测量区域的磁场矢量。即，能够通过仅向单方向的光的照射，来计算测量 区域的磁场的第一方向（X方向）成分、第二方向(Y方向）成分以及第三方向（Z方向）成分。具 体而言，对根据测量区域的磁场使光的光学特性变化的介质，施加3个能级的恒定磁场作为 与光的射出方向亦即第三方向（Z方向）正交的第二方向（Y方向）的磁场。而且，使用光的光 学特性的检测结果以及第二方向(Y方向）的磁场，来计算测量区域的磁场。
[0023] 应用例6
[0024] 作为第六发明，根据第五发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域的 磁场的处理包含基于上述光检测器的检测结果来计算表示上述介质的磁化矢量的上述第 一方向的成分的磁化值，使用产生上述第二方向侧第一能级的恒定磁场时的第1-1的磁化 值、产生上述第二方向侧第二能级的恒定磁场时的第1-2的磁化值、产生上述第二方向侧第 三能级的恒定磁场时的第1-3的磁化值以及上述第二方向的磁场，来计算上述测量区域的 磁场的磁场测量方法。
[0025] 根据本应用例的磁场测量方法，基于介质的光学特性的检测结果来计算表示介质 的磁化矢量的第一方向（X方向）的成分的磁化值，使用作为第二方向(Y方向）的磁场分别产 生3个能级的恒定磁场时的3个磁化值以及第二方向（Y方向）的磁场，来计算测量区域的磁 场矢量(磁场的第一方向(X方向）成分、第二方向(Y方向）成分以及第三方向（Z方向）成分）。
[0026] 应用例7
[0027] 作为第七发明，根据第六发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域的 磁场的处理使作为上述第二方向的磁场的上述第二方向侧第j能级（j = l、2、3)的恒定磁场 与产生上述第二方向的磁场时的磁化值的各个组合适用下述公式2的磁场测量方法。
[0028] [式2]
[0029]
* (2)
[0030] 其中，上述测量区域的磁场C= (Cx，Cy，Cz)，x、y、z分别是上述第一方向、上述第二 方向、上述第三方向的空间坐标，Mxj是产生上述第二方向侧第j能级的恒定磁场时的磁化 值，a、c是常量，A2〇gj是上述第二方向侧第j能级的恒定磁场。
[0031 ]根据本应用例的磁场测量方法，能够对作为第二方向（Y方向）的磁场的3个能级的 恒定磁场与产生该恒定磁场时的磁化值的各个组合，求解由将各值代入公式2所得的3个式 子构成的连立方程式，从而计算作为三维矢量的介质的测量区域的磁场(C x，Cy，Cz)。
[0032] 应用例8
[0033] 作为第八发明，根据第五~第七中任意一个磁场测量方法，也可以构成上述第二 方向侧第一能级的恒定磁场、上述第二方向侧第二能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧 第三能级的恒定磁场中的至少一个是零磁场的磁场测量方法。
[0034] 应用例9
[0035] 第九发明是磁场测量装置用于测量上述测量区域的磁场的磁场测量方法，磁场测 量装置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，具备:光源，射出光；介质，使上述光 沿着上述第三方向通过，根据测量区域的磁场使光学特性变化;光检测器，检测上述光学特 性;第一磁场产生器，将上述第一方向的磁场施加给上述测量区域；以及第二磁场产生器， 将上述第二方向的磁场施加给上述测量区域，该磁场测量方法包含:使上述第一磁场产生 器产生上述第一方向侧第一能级的恒定磁场以及上述第一方向侧第二能级的恒定磁场作 为上述第一方向的磁场;使上述第二磁场产生器产生上述第二方向侧第一能级的恒定磁场 以及上述第二方向侧第二能级的恒定磁场作为上述第二方向的磁场；以及使用上述光检测 器的检测结果、上述第一方向的磁场以及上述第二方向的磁场来计算上述测量区域的磁 场。
[0036] 根据本应用例的磁场测量方法，能够通过仅向第三方向（Z方向）这样的单方向的 光的照射，来计算测量区域的磁场矢量。具体而言，对根据测量区域的磁场使光的光学特性 变化的介质，施加两个能级的恒定磁场作为与光的射出方向即第三方向（Z方向）正交的第 一方向（X方向）的磁场，并施加两个能级的恒定磁场作为与第三方向（Z方向）以及第一方向 (X方向）正交的第二方向(Y方向）的磁场。而且，使用光的光学特性的检测结果、第一方向（X 方向）的磁场以及第二方向(Y方向）的磁场，来计算测量区域的磁场。
[0037] 应用例10
[0038] 作为第十发明，根据第九发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域的 磁场的处理包含基于上述光检测器的检测结果来计算表示上述介质的磁化矢量的上述第 一方向的成分的磁化值，使用下述来计算上述测量区域的磁场：1)产生上述第一方向侧第 一能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧第一能级的恒定磁场时的第1-1的磁化值、产生上 述第一方向侧第一能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧第二能级的恒定磁场时的第H 的磁化值、产生上述第一方向侧第二能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧第一能级的恒 定磁场时的第2-1的磁化值、产生上述第一方向侧第二能级的恒定磁场、以及上述第二方向 侧第二能级的恒定磁场时的第2-2的磁化值中的3个以上的磁化值;2)上述第一方向的磁 场;3)上述第二方向的磁场、的磁场测量方法。
[0039] 根据本应用例的磁场测量方法，基于介质的光学特性的检测结果来计算表示介质 的磁化矢量的第一方向（X方向）的成分的磁化值，使用分别产生作为第一方向(X方向）的磁 场的两个能级的恒定磁场、以及作为第二方向（Y方向）的磁场的两个能级的恒定磁场时的4 个磁化值中的3个以上的磁化值、第一方向(X方向）的磁场以及第二方向（Y方向）的磁场，来 计算测量区域的磁场。
[0040] 应用例11
[0041] 作为第十一发明，根据第十发明的磁场测量方法，也可以构成计算上述测量区域 的磁场基于作为上述第一方向的磁场的上述第一方向侧第i能级（i = 1、2)的恒定磁场、作 为上述第二方向的磁场的上述第二方向侧第j能级（j = l、2)的恒定磁场、以及产生上述第 一方向的磁场以及上述第二方向的磁场时的磁化值的各个组合满足下述公式3,来计算上 述测量区域的磁场的磁场测量方法。
[0042] [式3]
[0043]
? * * (3)
[0044] 其中，上述测量区域的磁场C= (Cx、Cy、Cz)，x、y、z分别是上述第一方向、上述第二 方向、上述第三方向的空间坐标，Mxij是产生上述第一方向侧第i能级的恒定磁场和上述第 二方向侧第j能级的恒定磁场时的磁化值，a、c是常量，A 1Qf1是上述第一方向侧第i能级的恒 定磁场，A2Qgj是上述第二方向侧第j能级的恒定磁场。
[0045] 根据本应用例的磁场测量方法，能够对作为第一方向（X方向）的磁场的X侧第i能 级的恒定磁场、作为第二方向（Y方向）的磁场的Y侧第j能级的恒定磁场、以及产生该第一方 向(X方向）的磁场以及第二方向（Y方向）的磁场时的磁化值的各个组合，求解由将各值代入 公式3所得的4个式子构成的连立方程式，从而计算作为三维矢量的介质的测量区域的磁场 (C x、Cy、Cz)。
[0046] 应用例12
[0047] 作为第十二发明，根据第九~第十一中任意一个发明的磁场测量方法，也可以构 成上述第一方向侧第一能级的恒定磁场、以及上述第一方向侧第二能级的恒定磁场的一方 是零磁场，并且上述第二方向侧第一能级的恒定磁场、以及上述第二方向侧第二能级的恒 定磁场的一方是零磁场的磁场测量方法。
[0048] 应用例13
[0049] 第十三发明是磁场测量装置用于测量上述测量区域的磁场的磁场测量方法，该磁 场测量装置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，具备:光源，射出光;介质，使上 述光沿着上述第三方向通过，根据测量区域的磁场使光学特性变化;光检测器，检测上述光 学特性;第一磁场产生器，将上述第一方向的磁场施加给上述测量区域;第二磁场产生器， 将上述第二方向的磁场施加给上述测量区域；以及第三磁场产生器，将上述第三方向的磁 场施加给上述测量区域，该磁场测量方法包含:使上述第一磁场产生器产生第一方向侧第 一能级的恒定磁场作为上述第一方向的磁场;使用上述光检测器的检测结果以及上述第一 方向的磁场来计算上述测量区域的磁场作为原磁场的第一工序；向上述测量区域配置测定 对象物的第二工序;使上述第一磁场产生器、上述第二磁场产生器以及上述第三磁场产生 器产生欲形成于上述测量区域的磁场即靶磁场与上述原磁场的差分的磁场的第三工序；以 及在进行上述第三工序且上述第二工序结束的期间使用上述光检测器的检测结果，来测定 上述测定对象物所产生的磁场的第四工序。
[0050] 根据本应用例的磁场测量方法，能够在将测量区域作为规定的靶磁场的状态下， 测定测定对象物所产生的磁场。例如，若为了抵消从外部漏入测量区域的原磁场，将靶磁场 作为零磁场，则能够准确地测量测定对象物所产生的磁场。
[0051 ] 应用例14
[0052] 第十四发明是磁场测量装置用于测量上述测量区域的磁场的磁场测量方法，该磁 场测量装置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，且具备:光源，射出光;介质，使 上述光沿着上述第三方向通过，根据测量区域的磁场使光学特性变化;光检测器，其检测上 述光学特性;第一磁场产生器，将上述第一方向的磁场施加给上述测量区域;第二磁场产生 器，将上述第二方向的磁场施加给上述测量区域;第三磁场产生器，将所述第三方向的磁场 施加给上述测量区域，该磁场测量方法包含:使上述第一磁场产生器作为上述第一方向的 磁场，产生第一方向侧第一能级的恒定磁场;使用上述光检测器的检测结果以及上述第一 方向的磁场来计算上述测量区域的磁场作为原磁场的第一工序；向上述测量区域配置测定 对象物的第二工序;使上述第一磁场产生器产生将欲形成于上述测量区域的磁场即靶磁场 与上述原磁场的差分的磁场的第一方向的成分施加给上述第一方向侧第一能级的恒定磁 场的恒定磁场、使上述第二磁场产生器产生上述差分的磁场的第二方向的成分的磁场、使 上述第三磁场产生器产生上述差分的磁场的第三方向的成分的磁场的第三工序；以及在进 行上述第三工序且上述第二工序结束的期间使用上述光检测器的检测结果和第一方向侧 第四能级的恒定磁场，来测定上述测定对象物所产生的磁场的第四工序。
[0053] 根据本应用例的磁场测量方法，能够在将测量区域作为规定的靶磁场的状态下， 对测定对象物所产生的磁场进行测定。例如，若为了抵消从外部漏入测量区域的原磁场，将 靶磁场设为零磁场