磁場測量方法以及磁場測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用了光的磁場測量方法以及磁場測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用了光的磁測量裝置能夠測量來自心臟的磁場(心磁）、來自腦的磁場(腦磁)等 由生物體產(chǎn)生的微少的磁場的一個(gè)成分，正被期待應(yīng)用在醫(yī)療圖像診斷裝置等。在這樣的 磁測量裝置中，向封入了堿金屬等氣體(氣體)的氣室照射栗浦光以及探測光。封入在氣室 內(nèi)的原子通過栗浦光被激發(fā)而自旋極化，透過了該氣室的探測光的偏振面由于磁光效應(yīng)而 根據(jù)磁場旋轉(zhuǎn)。通過測定該氣室的透過前后的探測光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角度，來測量磁場的 一個(gè)成分(例如，專利文獻(xiàn)1)。
[0003] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2013 -108833號(hào)公報(bào)
[0004] 對(duì)于以往的一般的光栗浦式的磁測量裝置來說，磁場的檢測軸為一個(gè)方向，在檢 測軸與磁場的方向不同的情況下，測量磁場的在檢測軸的投影成分。但是，實(shí)際上在空間分 布的磁場是三維的矢量，在想更精密地測量磁場的情況下，優(yōu)選測量x、Y、z正交三軸這樣的 三軸方向的磁場。檢測軸成為與探測光的照射方向?qū)?yīng)的方向，所以在單純地通過增加探 測光的照射方向來增加檢測軸的情況下，需要使各個(gè)照射方向精密地正交。若照射方向相 對(duì)于假定的方向傾斜，則隨之檢測軸產(chǎn)生傾斜，其結(jié)果為，作為三維矢量的磁場的測量值產(chǎn) 生誤差。另外，在使探測光從三軸方向射入氣室的情況下，裝置的構(gòu)成變得復(fù)雜，存在難以 實(shí)現(xiàn)這樣的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于，在光栗浦式的磁測量中，能夠在探 測光為一個(gè)方向的同時(shí)，測量多個(gè)方向的磁場，或者高精度地進(jìn)行磁測量。
[0006] 應(yīng)用例1
[0007] 用于解決上述課題的第一發(fā)明是一種磁場測量方法，是磁場測量裝置用于測量上 述測量區(qū)域的磁場的磁場測量方法，上述磁場測量裝置的第一方向、第二方向以及第三方 向相互正交且具備:光源，射出光;介質(zhì)，上述光沿上述第三方向通過，根據(jù)測量區(qū)域的磁場 而使其光學(xué)特性變化;光檢測器，檢測上述光學(xué)特性;第一磁場產(chǎn)生器，將上述第一方向的 磁場施加給上述介質(zhì)；以及第二磁場產(chǎn)生器，將上述第二方向的磁場施加給上述介質(zhì)，該磁 場測量方法包括:使上述第一磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生第一交變磁場;使上述第二磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生 與上述第一交變磁場相同周期且與上述第一交變磁場的相位差為S的第二交變磁場；以及 使用上述光檢測器的檢測結(jié)果、上述第一交變磁場以及上述第二交變磁場，來計(jì)算上述測 量區(qū)域的磁場。
[0008] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，能夠通過僅向第三方向（Ζ方向）這樣的一個(gè)方向 的光的照射，計(jì)算測量區(qū)域的磁場。具體而言，針對(duì)根據(jù)測量區(qū)域的磁場使光的光學(xué)特性變 化的介質(zhì)，施加與作為光的射出方向的第三方向（Ζ方向）正交的第一方向（X方向）的磁場亦 即第一交變磁場、和與第三方向（Z方向）以及第一方向（X方向）正交的第二方向（Y方向）的 磁場，即與第一交變磁場相同周期且與第一交變磁場的相位差為S的第二交變磁場。然后， 使用光的光學(xué)特性的檢測結(jié)果、第一交變磁場以及第二交變磁場，計(jì)算測量區(qū)域的磁場。
[0009] 應(yīng)用例2
[0010] 作為第二發(fā)明，是第一發(fā)明的磁場測量方法，也可以構(gòu)成計(jì)算上述測量區(qū)域的磁 場包括基于上述光檢測器的檢測結(jié)果來計(jì)算使上述第一交變磁場和上述第二交變磁場產(chǎn) 生時(shí)的表示上述介質(zhì)的磁化矢量的上述第一方向的成分的磁化值，或者與上述磁化值對(duì)應(yīng) 的值的磁場測量方法。
[0011] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，基于光的光學(xué)特性的檢測結(jié)果來計(jì)算表示介質(zhì)的 磁化矢量的第一方向（X方向）的成分的磁化值，并使用該磁化值、第一交變磁場以及第二交 變磁場，來計(jì)算測量區(qū)域的磁場。
[0012] 應(yīng)用例3
[0013] 作為第三發(fā)明，其為第二發(fā)明的磁場測量方法，也可以構(gòu)成計(jì)算上述測量區(qū)域的 磁場包括使上述第一交變磁場與上述第二交變磁場的組合在三個(gè)以上不同的磁場測量方 法。
[0014] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，使用磁化值、第一交變磁場的值以及第二交變磁 場的值的組合，即磁化值不同的三個(gè)以上的時(shí)刻下的組合，能夠計(jì)算測量區(qū)域的磁場。
[0015] 應(yīng)用例4
[0016] 作為第四發(fā)明，其為第三發(fā)明的磁場測量方法，也可以構(gòu)成計(jì)算上述測量區(qū)域的 磁場包括使以下的公式1適用于上述組合的各個(gè)的磁場測量方法。
[0017] 式1
[0018]
·，?(!.)
[0019] 其中，上述測量區(qū)域的磁場為0=((^義、(：〇，1、7、2分別為上述第一方向、上述第 二方向、上述第三方向的空間坐標(biāo)，Μ χ是上述磁化值，a、c是常數(shù)，Aiof ( ω t)是上述第一交變 磁場，Α2〇?·(〇η+δ)是上述第二交變磁場，δ是上述相位差，ω是上述第一交變磁場與上述第 二交變磁場的角頻率，t是時(shí)間。
[0020] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，通過生成由對(duì)于磁化值、第一交變磁場的值、以及 第二交變磁場的值的組合的每一個(gè)，將各值代入公式1的三個(gè)以上的式子構(gòu)成的聯(lián)立方程 式，并求解該聯(lián)立方程式，能夠計(jì)算作為三維矢量的介質(zhì)的測量區(qū)域的磁場(C x、Cy、Cz)。
[0021] 應(yīng)用例5
[0022] 第二方向的交變磁場以及第一方向的交變磁場具體而言能夠如以下那樣決定。例 如，作為第五發(fā)明，也可以構(gòu)成上述相位差為V2的磁場測量方法。
[0023] 應(yīng)用例6
[0024]另外，作為第六發(fā)明，也可以構(gòu)成上述第一交變磁場和上述第二交變磁場為三角 函數(shù)波的磁場測量方法。
[0025] 應(yīng)用例7
[0026]另外，作為第七發(fā)明，也可以構(gòu)成上述第一交變磁場和上述第二交變磁場為三角 波的磁場測量方法。
[0027] 應(yīng)用例8
[0028] 另外，作為第八發(fā)明，也可以構(gòu)成上述第一交變磁場和上述第二交變磁場為矩形 波的磁場測量方法。
[0029] 應(yīng)用例9
[0030] 第九發(fā)明是一種磁場測量方法，是磁場測量裝置用于測量上述測量區(qū)域的磁場的 磁場測量方法，該磁場測量裝置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，且具備:光 源，射出光;介質(zhì)，上述光沿上述第三方向通過，根據(jù)測量區(qū)域的磁場而使光學(xué)特性變化;光 檢測器，檢測上述光學(xué)特性;第一磁場產(chǎn)生器，將上述第一方向的磁場施加給上述介質(zhì);第 二磁場產(chǎn)生器，將上述第二方向的磁場施加給上述介質(zhì)；以及第三磁場產(chǎn)生器，將上述第三 方向的磁場施加給上述介質(zhì)，所述磁場測量方法包括:使上述第一磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生第一交 變磁場;使上述第二磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生與上述第一交變磁場相同周期且與上述第一交變磁場 的相位差為S的第二交變磁場;使用上述光檢測器的檢測結(jié)果、上述第一交變磁場以及上述 第二交變磁場，來計(jì)算上述測量區(qū)域的磁場作為原磁場的第一工序;在上述測量區(qū)域配置 測定對(duì)象物的第二工序;使上述第一磁場產(chǎn)生器、上述第二磁場產(chǎn)生器以及上述第三磁場 產(chǎn)生器產(chǎn)生欲在上述測量區(qū)域形成的磁場亦即目標(biāo)磁場與上述原磁場的差分的磁場的第 三工序；以及在進(jìn)行上述第三工序而上述第二工序結(jié)束的期間使用上述光檢測器的檢測結(jié) 果，來測定上述測定對(duì)象物產(chǎn)生的磁場的第四工序。
[0031] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，能夠在使測量區(qū)域?yàn)橐?guī)定的目標(biāo)磁場的狀態(tài)下， 測定測定對(duì)象物產(chǎn)生的磁場。例如，若為了抵消從外部漏入到測量區(qū)域的原磁場而使目標(biāo) 磁場為零磁場，則能夠準(zhǔn)確地測量測定對(duì)象物產(chǎn)生的磁場。
[0032] 應(yīng)用例10
[0033] 第十發(fā)明是一種磁場測量方法，是磁場測量裝置用于測量上述測量區(qū)域的磁場的 磁場測量方法，該磁場測量裝置的第一方向、第二方向以及第三方向相互正交且具備：光 源，射出光;介質(zhì)，上述光沿上述第三方向通過，根據(jù)測量區(qū)域的磁場而使光學(xué)特性變化;光 檢測器，檢測上述光學(xué)特性;第一磁場產(chǎn)生器，將上述第一方向的磁場施加給上述介質(zhì);第 二磁場產(chǎn)生器，將上述第二方向的磁場施加給上述介質(zhì)；以及第三磁場產(chǎn)生器，將上述第三 方向的磁場施加給上述介質(zhì)，該磁場測量方法包括:使上述第一磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生第一交變 磁場;使上述第二磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生與上述第一交變磁場相同周期，并且，與上述第一交變磁 場的相位差為S的第二交變磁場;使用上述光檢測器的檢測結(jié)果、上述第一交變磁場以及上 述第二交變磁場，來計(jì)算上述測量區(qū)域的磁場作為原磁場的第一工序;在上述測量區(qū)域配 置測定對(duì)象物的第二工序;使上述第一磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生對(duì)上述第一交變磁場加上欲在上述 測量區(qū)域形成的磁場亦即目標(biāo)磁場與上述原磁場的差分的磁場的第一方向的成分后的第 三交變磁場，使上述第二磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生對(duì)上述第二交變磁場加上上述差分的磁場的第二 方向的成分后的第四交變磁場，并使上述第三磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生上述差分的磁場的第三方向 的成分的磁場的第三工序；以及在進(jìn)行上述第三工序而上述第二工序結(jié)束的期間使用上述 光檢測器的檢測結(jié)果、上述第三交變磁場以及上述第四交變磁場，測定上述測定對(duì)象物產(chǎn) 生的磁場的第四工序。
[0034]根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量方法，能夠在使測量區(qū)域?yàn)橐?guī)定的目標(biāo)磁場的狀態(tài)下， 測定測定對(duì)象物產(chǎn)生的磁場。例如，若為了抵消從外部漏入到測量區(qū)域的原磁場，而使目標(biāo) 磁場為零磁場，則能夠作為矢量準(zhǔn)確地測量測定對(duì)象物產(chǎn)生的磁場。
[0035] 應(yīng)用例11
[0036]第^ 發(fā)明是一種磁場測量裝置，第一方向、第二方向以及第三方向相互正交，且 具備:光源，射出光;介質(zhì)，上述光沿上述第三方向通過，根據(jù)測量區(qū)域的磁場而使光學(xué)特性 變化;光檢測器，檢測上述光學(xué)特性;第一磁場產(chǎn)生器，將上述第一方向的磁場施加給上述 介質(zhì)；第二磁場產(chǎn)生器，將上述第二方向的磁場施加給上述介質(zhì)；以及運(yùn)算控制部，執(zhí)行使 上述第一磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生第一交變磁場、使上述第二磁場產(chǎn)生器產(chǎn)生與上述第一交變磁場 相同周期且與上述第一交變磁場的相位差為S的第二交變磁場、以及使用上述光檢測器的 檢測結(jié)果、上述第一交變磁場以及上述第二交變磁場，來計(jì)算上述測量區(qū)域的磁場。
[0037] 根據(jù)本應(yīng)用例的磁場測量裝置，能夠通過僅向第三方向（Z方向）這樣的一個(gè)方向 的光的照射，計(jì)算測量區(qū)域的磁場。具體而言，針對(duì)根據(jù)測量區(qū)域的磁場使光的光學(xué)特性變 化的介質(zhì)，施加與作為光的射出方向的第三方向（Z方向）正交的第一方向（X方向）的磁場亦 即第一交變磁場、和與第三方向（Z方向）以及第一方向（X方向）正交的第二方向（Y方向）的 磁場，即與第一交變磁場相同周期且與第一交變磁場的相位差為S的第二交變磁場。然后， 使用光的光學(xué)特性的檢測結(jié)果、第一交變磁場以及第二交變磁場，來計(jì)算測量區(qū)域的磁場。
【附圖說明】
[0038] 圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的磁場測量裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子的示意側(cè)視圖。
[0039] 圖2是說明本實(shí)施方式所涉及的磁場產(chǎn)生器的構(gòu)成的示意圖，具體而言，是從Y方 向觀察到的圖。
[0040] 圖3是說明本實(shí)施方式所涉及的磁場產(chǎn)生器的構(gòu)成的示意圖，具體而言，是從X方 向觀察到的圖。
[0041] 圖4是說明本實(shí)施方式所涉及的磁場產(chǎn)生器的構(gòu)成的示意圖，具體而言，是從Z方 向觀察到的圖。
[0042]圖5是說明本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的示意圖，具體而言，是從Z方向 觀察到的俯視圖。
[0043] 圖6是說明本實(shí)施方式所涉及的磁傳感器的構(gòu)成的示意圖，具體而言，是從Y方向 觀察到的側(cè)視圖。
[0044] 圖7是本實(shí)施方式所涉及的運(yùn)算控制部的功能構(gòu)成圖。
[0045] 圖8是說明沒有磁場的情況下的校準(zhǔn)的圖。
[0046] 圖9是說明磁場所帶來的校準(zhǔn)的變化的圖。
[0047] 圖10是說明由于透過氣室所帶來的直線偏振光的偏振面的變化的圖。
[0048] 圖11是說明由于透過氣室所帶來的直線偏振光的偏振面的變化的圖。
[0049]圖12是表示校準(zhǔn)方位角Θ與探測光