CN105589048B - 磁场计测方法以及磁场计测装置 - Google Patents

磁场计测方法以及磁场计测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提议了一种指定存在于计测区域的原磁场的磁场计测方法以及磁场计测装置。光源部(2)向配置于计测区域的气室(3)照射前进方向为z轴方向且电场的振动方向为y轴方向的直线偏振光。偏光计(4)检测透过气室(3)的光的光学特性。磁场发生器(7)向计测区域施加x轴分量、y轴分量、z轴分量为可变的人工磁场。运算控制部(5)使磁场发生器(7)产生在x轴分量和y轴分量中的一个分量为固定值的状态下改变了z轴分量、及x轴分量和y轴分量中的另一个分量的多个人工磁场，并基于偏光计(4)的检测结果算出磁化值或者对应于该磁化值的值，利用磁化值或者对应于该磁化值的值满足极值条件时的人工磁场，算出计测区域中存在的原磁场。

Description

磁场计测方法以及磁场计测装置
技术领域
本发明涉及计测磁场的磁场计测方法等。
背景技术
作为用于计测来自心脏的磁场(心磁图(心磁))、来自大脑的磁场(脑磁图(脳磁))等由生物体发出的磁场(生物体磁场)等微弱磁场的装置，公知有一种使用光泵式的磁传感器的装置，其向密封有碱金属原子的气室照射直线偏振光，通过偏光面的旋转计测磁场(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-108833号公报
发明内容
在采用光泵式的磁传感器的微弱磁场计测中，需要消除存在于配置有气室的计测区域中的例如地磁、由城市噪声等环境引起的磁场(称为原磁场)。这是因为，当存在原磁场时，会受其影响而降低对于计测对象所产生的磁场的灵敏度，或招致计测精度下降。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提出一种指定存在于计测区域中的原磁场的新方法。
本发明为解决上述技术问题的至少一部分而作出，可通过下面的方式或应用例而实现。
[应用例]根据本应用例的磁场计测方法通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，所述磁场计测装置具备：光源部，射出直线偏振光；介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；光学检测器，检测所述光学特性；以及磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，所述磁场计测方法包括：使所述磁场发生器产生改变了所述第三方向的人工磁场分量的多个人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足特定条件时的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场。
根据本应用例，能够求出从计测对象发出的磁场所在的计测区域中的由环境带来的原磁场。
[应用例]根据本应用例的磁场计测方法通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，所述磁场计测装置具备：光源部，射出直线偏振光；介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；光学检测器，检测所述光学特性；以及磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，所述磁场计测方法包括：使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极值条件时的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场。
根据本应用例，能够求出从计测对象发出的磁场所在的计测区域中的由环境带来的原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，优选地，算出所述原磁场包括：利用第一磁场和第二磁场，所述第一磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场，所述第二磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极小值条件时的人工磁场。
根据该方法，能够正确地求出原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，其特征在于，所述一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，算出所述原磁场包括采用下式(1)～下式(3)，
[数学式1]
Figure BDA0000842244790000031
[数学式2]
Figure BDA0000842244790000032
[数学式3]
Figure BDA0000842244790000033
其中，Apx是所述第一磁场的第一方向的分量，Avx是所述第二磁场的第一方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afy是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，也可以是，所述一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，算出所述原磁场采用下式(4)～下式(6)，
[数学式4]
Figure BDA0000842244790000034
[数学式5]
Figure BDA0000842244790000035
[数学式6]
Figure BDA0000842244790000041
其中，Apy是所述第一磁场的第二方向的分量，Avy是所述第二磁场的第二方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afx是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
根据这些方法，能够更正确地求出原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，优选地，所述固定值为零。
根据该方法，通过在第一方向或第二方向上将人工磁场分量设为零，从而能够简化上述式子，能够更加简单地求出原磁场。
[应用例]根据本应用例的其它磁场计测方法，其特征在于，通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，所述磁场计测装置具备：光源部，射出直线偏振光；介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；光学检测器，检测所述光学特性；以及磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，所述磁场计测方法包括：使所述磁场发生器产生改变了所述第一方向～所述第三方向的人工磁场分量、且所述第三方向的人工磁场分量周期性变化的多个组合的人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值的时间变化与所述第三方向的人工磁场分量的时间变化之比满足极值条件时的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场。
根据本应用例，能够求出从计测对象发出的磁场所在的计测区域中的由环境带来的原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，优选地，基于满足所述极值条件时的所述计测区域的磁场为零磁场算出所述原磁场。
根据该方法，能够正确地求出原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，优选地，所述第三方向的人工磁场分量以截止角频率以下的周期变化。
根据该方法，能够简单且正确地求出原磁场。
在上述应用例所述的磁场计测方法中，优选地，还包括：使所述磁场发生器产生所述原磁场相对于目标磁场的差(差分)的磁场；将计测对象配置于所述计测区域；以及在产生所述差的磁场的期间，利用所述光学检测器的检测结果，计测所述计测对象所产生的磁场。
根据该方法，能够抵消计测区域中的原磁场的影响，正确地计测计测对象发出的磁场。
[应用例]根据本应用例的磁场计测装置，其特征在于，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，所述磁场计测装置具备：光源部，射出直线偏振光；介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；光学检测器，检测所述光学特性；磁场发生器，向所述计测区域施加所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向的各分量为可变的人工磁场；以及运算控制部，所述运算控制部执行：使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极值条件时的由所述磁场发生器产生的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场。
[应用例]根据本应用例的其它磁场计测装置，其特征在于，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，所述磁场计测装置具备：光源部，射出直线偏振光；介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；光学检测器，检测所述光学特性；磁场发生器，向所述计测区域施加所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向的各分量为可变的人工磁场；以及运算控制部，所述运算控制部执行：使所述磁场发生器产生改变了所述第一方向～所述第三方向的人工磁场分量、且所述第三方向的人工磁场分量周期性变化的多个组合的人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值的时间变化与所述第三方向的人工磁场分量的时间变化之比满足极值条件时的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场。
根据这些应用例，可提供能够求出从计测对象发出的磁场所在的计测区域中的由环境带来的原磁场的磁场计测装置。
附图说明
图1是示出实施方式1的磁场计测装置的整体构成例的图。
图2是概略示出光源部、气室、以及偏光计的配置关系的图。
图3是说明偏光面的旋转的图。
图4是示出队列方位角与探测光的检测结果的关系的图。
图5是示出自旋极化度Mx的分布的图。
图6是示出图5的分布的极大点和极小点在Bx-Bz平面内的位置关系的图。
图7是示出自旋极化度Mx的分布的另一个图。
图8是示出图7的分布的极大点和极小点在Bx-Bz平面内的位置关系的图。
图9是示出实施方式1的计测区域的磁场的坐标系与人工磁场的坐标系的关系的图。
图10是示出实施方式1的磁场形成处理的处理步骤的流程图。
图11是示出实施方式3的磁场计测装置的整体构成例的图。
图12是示出微分值
Figure BDA0000842244790000061
的Bx和Bz相关的三维分布的图。
图13是示出Bx＝0时的微分值
Figure BDA0000842244790000071
的Bz相关的二维分布的图。
图14是示出实施方式3的计测区域的磁场的坐标系与人工磁场的坐标系的关系的图。
图15是示出实施方式3的磁场形成处理的处理步骤的流程图。
附图标记说明
1…磁场计测装置、2…光源部、3…气室、4…作为光学检测器的偏光计、5…运算控制部、7…磁场发生器、8…磁屏、21…光源、23…偏振片(polarizing plate)、41…偏振光分离器(polarization splitter)、51…信号处理部、53…磁场算出部、55…校正磁场设定部、61…输入部、63…显示部、431，433…光检测器、531…人工磁场控制部、533…振幅检测部。
具体实施方式
下面，说明用于实施本发明的磁场计测方法和磁场计测装置的一方式。需要注意的是，本发明并不受下面说明的实施方式的限制，可应用本发明的方式也不限定于以下的实施方式。并且，在附图中对相同的部分标注相同的符号。
(实施方式1)
[整体构成]
图1是示出本实施方式的磁场计测装置1的整体构成例的图。并且，图2是概略示出构成磁场计测装置1的光源部2、气室3以及偏光计4的配置关系的图。本实施方式的磁场计测装置1用于计测心磁图的心磁图仪、计测脑磁图的脑磁图仪。该磁场计测装置1中组装有以探测光的照射兼作泵浦光的照射的所谓的单光束方式的磁传感器作为光泵式的磁传感器，利用非线性磁光效应(Nonlinear Magneto-Optical Rotation：NMOR)进行磁场的计测。需要说明的是，并不限于单光束方式的磁传感器，还可以采用使用于照射泵浦光的光源部和用于照射探测光的光源部分离的所谓双光束方式的构成。
如图1所示，磁场计测装置1具备光源部2、气室3、作为光学检测器的偏光计4、运算控制部5以及磁场发生器7。在本实施方式中，如图2所示，将由光源部2照射的作为泵浦光兼探测光的直线偏振光(照射光)的前进方向、即第三方向定义为z轴方向，将该直线偏振光的电场的振动方向、即第二方向定义为y轴方向，将与z轴方向和y轴方向正交的第一方向定义为x轴方向，将配置光源部2、气室3、偏光计4的空间表示为三轴正交的xyz坐标空间。
光源部2由光源21和偏振片23构成，射出在z轴方向上传播且沿y轴方向振动的直线偏振光作为照射光。光源21是产生与密封在气室3内的气体原子的超精细结构能级的跃迁(遷移)对应的频率的激光束的激光发生装置。具体地，激光束的波长是相当于气室3内的气体原子(例如，铯、钾、铷等)的D1线的超精细结构量子数F与F′(＝F-1)之间的状态转变的波长。偏振片23是使来自光源21的激光束向预定方向偏光而变成直线偏振光的元件。从光源部2射出的照射光通过例如光纤等的引导而照射至气室3。
气室3是钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)等碱金属原子以气体状态被封入的玻璃制成的元件。碱金属原子具有作为被来自光源部2的照射光(泵浦光及探测光)激励(光泵浦)而使透过气室3的光的偏光面根据磁场强度旋转的介质的性质。该气室3配置在图1中用双点划线表示的磁屏8的内部。磁屏8用于屏蔽一定以上的磁而形成磁低于磁屏8外部的空间，进行计测时，使心脏、脑等作为计测对象的受检者的部位定位于磁屏8内部中配置有气室3的计测区域(气室3的周边区域)。如后面说明地，计测区域可通过设于磁屏8内的磁场发生器7而成为目标磁场(ターゲット磁場)(例如零磁场)。磁场计测装置1在使计测区域的磁场成为目标磁场的状态之后，将受检者的测量部位配置在该计测区域，从而测定测量部位发出的磁场。因此，可以说磁场计测装置1中包括磁场形成装置。需要注意的是，气室3内的气体原子在计测磁场时为气体状态即可，可以不用始终为气体状态。并且，气室3的材质并不限定于玻璃，只要是使照射光透过的材质即可，可以是树脂等。
偏光计(polarimeter)4由偏振光分离器41和两个光检测器431、433构成，将透过气室3的照射光(探测光)分离为彼此正交的两个偏振光分量，并检测各自的光强度。偏振光分离器41是将来自气室3的照射光分离为正交的α轴以及β轴(参照图3)的各轴方向的分量的元件。被分离的一个偏振光分量被引导至光检测器431，另一个偏振光分量被引导至光检测器433。该偏振光分离器41例如由沃拉斯顿棱镜、偏振分束器等构成。光检测器431、433接收被偏振光分离器41分离的偏振光分量，并产生与接收光量相应的信号，将其输出至运算控制部5的信号处理部51。
运算控制部5采用CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等微处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、IC(IntegratedCircuit：集成电路)存储器等而构成，总体控制装置各部的动作。该运算控制部5具备信号处理部51、磁场算出部53以及校正磁场设定部55，其进行计测区域中的磁场计测、用于在计测区域形成目标磁场(例如零磁场)的磁场形成处理(参照图10)等。并且，运算控制部5具有闪存、硬盘等存储部，如果采用通过执行程序来实现磁场形成处理的构成，则该程序以可读方式存储在该存储部中。
并且，用于输入需要的信息的输入部61、用于显示磁场的计测结果等的显示部63适当地与运算控制部5连接。输入部61由按钮开关、杠杆开关、拨号盘开关等各种开关、触摸面板、键盘、鼠标等输入装置构成。显示部63由LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)、EL显示器(Electroluminescence display：电致发光显示器)等表示装置构成。
信号处理部51算出探测光透过气室3而旋转了的偏光面的旋转角度，从而计测计测区域的磁场。该信号处理部51对来自光检测器431、433的信号进行处理，按照下式(7)、(8)算出α轴及β轴的各轴方向的分量的平方和W+和平方差W-。Eα表示α轴方向的分量的光强度，Eβ表示β轴方向的分量的光强度。
[数学式7]
W+＝Eα 2+Eβ 2…(7)
[数学式8]
W-＝Eα 2-Eβ 2…(8)
磁场算出部53利用信号处理部51算出的平方差W-满足作为极值条件而在后描述的极大值条件和极小值条件等特定条件时的人工磁场的值，算出存在于计测区域的磁场。该磁场算出部53具有人工磁场控制部531。人工磁场控制部531控制磁场发生器7向计测区域施加人工磁场，磁场算出部53计测那时的自旋极化度(spin polarization degree)Mx。例如，当计测人工磁场为零时存在于计测区域的磁场(称为原磁场)时，使在计测区域依次产生在y轴方向的人工磁场分量(称为y轴分量)为固定值(预定值)的状态下使x轴方向的人工磁场分量(称为x轴分量)和z轴方向的人工磁场分量(称为z轴分量)发生了变化的多个人工磁场，在施加有一个人工磁场的状态下计测那时的自旋极化度Mx。总而言之，产生第一人工磁场，并计测施加第一人工磁场时的自旋极化度Mx。同样地，产生第二人工磁场，并计测施加第二人工磁场时的自旋极化度Mx。之后重复相同的工序，产生第N人工磁场(N是2以上的整数)，并计测施加第N人工磁场时的自旋极化度Mx。从第一人工磁场至第N人工磁场中，y轴分量为固定值，是公用的，但x轴分量和z轴分量被扫描(走査)，计测各状态下的自旋极化度Mx。需要注意的是，原磁场典型地是从外部漏入磁屏8的外部磁场，但原磁场本身也可以以例如生物体发出的心磁图或脑磁图等作为计测对象的磁场而存在。
校正磁场设定部55设定用于校正由磁场算出部53算出的原磁场的校正磁场，通过控制磁场发生器7，使在计测区域产生校正磁场而在计测区域形成目标磁场。原磁场是外部磁场时，原磁场校正的一个例子就是抵消原磁场而使目标磁场成为零磁场。
磁场发生器7由用于向x轴、y轴、及z轴的各轴方向施加磁场的三轴亥姆霍兹线圈构成，包括在磁屏8的内部夹着气室3在各轴方向各自上成一组配置的一对线圈、以及向这些线圈供给电流的电流供给部。磁场发生器7可在计测区域产生任意的三维方向的磁场。
需要说明的是，z轴方向在本发明中为第三方向，但照射光(泵浦光)并不限定于一定如图2所示那样从光源部2向z轴方向射出。射出后照射光(泵浦光)从z轴方向射入气室3即可。
[原理]
在构成为上述结构的磁场计测装置1中，当来自光源部2的泵浦光照射气室3时，气室3内的气体原子自旋极化。由于该自旋极化，能量从超精细结构量子数F跃迁至F′(＝F-1)时产生的磁矩的概率分布变成沿其直线偏振光的振动方向、即y轴方向延伸的椭圆体形状。该偏移的概率分布称为“队列(アライメント；alignment)”，产生队列的情形称为“光泵浦(光ポンピング)”。计测区域为零磁场时，所产生的队列沿着泵浦光的振动方向、即y轴方向，如果计测区域中存在不为零的磁场，则队列以磁场的方向为旋转轴进行旋进运动(歳差運動)。其结果，直线偏振光的偏光面将其前进方向、即z轴方向作为旋转轴，以对应于计测区域的磁场的角度旋转。
图3是说明偏光面的旋转的图。如上所述，队列根据计测区域的磁场(气室3受到的磁场)进行旋进运动。而且，随着施加泵浦光的光泵浦作用、和气体原子与气室3的内壁冲突等所引起的弛豫(緩和)作用，如图3中带剖面线的椭圆体所示，队列在相对于y轴旋转对应于磁场强度的角度(θ)的配置中成为稳态。
由于该队列，通过气室3的探测光受到线性二向色性的作用。线性二向色性是指在沿着队列的方向(
Figure BDA0000842244790000111
的方向)和垂直于队列的方向(
Figure BDA0000842244790000112
的方向)间直线偏振光的透过率不同的性质。具体地，与沿着队列的方向相比，垂直于队列的方向的分量被更多地吸收，因此，探测光的偏光面以靠近沿着队列的方向的方式旋转。
例如，在本实施方式中，射入气室3的探测光是电场的振动方向为y轴方向的向量EO的直线偏振光。由于队列，探测光中的
Figure BDA0000842244790000113
方向的分量以透过率tp透过气室3，
Figure BDA0000842244790000114
方向的分量以透过率ts透过气室3。根据线性二向色性，tp＞ts，因此，通过了气室3的探测光的电场的振动方向为向量E1。即、透过了气室3的探测光的偏光面以接近
Figure BDA0000842244790000115
方向的方式旋转。具体地，将向量E0的沿着队列的分量的向量表述为E0P，将向量E0的沿着与队列及直线偏振光的前进方向垂直的方向的分量的向量表述为E0s，将向量E1的沿着队列的分量的向量表述为E1P，将向量E1的沿着与队列及直线偏振光的前进方向垂直的方向的分量的向量表述为E1s时，处于E1P＝tp×E0P和E1s＝ts×E0s的关系。
如图3所示，将沿着队列的方向(
Figure BDA0000842244790000121
方向)与射入气室3的探测光的电场的振动方向(向量E0方向)所成的角(下面称为“队列方位角(アライメント方位角)”)设为θ时，根据上述关系，通过下式(9)算出向量E1的
Figure BDA0000842244790000122
方向及
Figure BDA0000842244790000123
方向的各分量，并通过下式(10)算出(α、β)的坐标系中的各分量。
[数学式9]
Figure BDA0000842244790000124
[数学式10]
Figure BDA0000842244790000125
图4是示出队列方位角θ与探测光的检测结果的关系的图。在图4中，当观察平方差W-的值时，平方差W-相对于队列方位角θ以180度为周期进行振动。而且，在队列方位角θ为-45度至+45度的范围内，平方差W-相对于队列方位角θ大致进行线性变化，因此，获得高灵敏度。并且，其线性变化的中心为0度，其线性变化的范围与其它(平方和W+等)相比更广，因此，适合计测计测区域中产生的磁场。心磁图或脑磁图等生物体磁场较为微弱，队列方位角θ小，因此，如果利用平方差W-的话则可以高灵敏度地观测偏光面的旋转角度。但是，如上所述，如果计测区域中存在外部磁场，则受其影响，灵敏度降低，招致计测精度下降。通常，为了对心磁图、脑磁图等计测对象的磁场进行计测，在通过磁屏8抑制了来自外部的磁场(外部磁场)侵入计测区域的环境下(外部磁场的侵入小的状态)进行计测，但是，通过磁屏8难以将外部磁场充分降低至不至于影响到测定的程度，有时在计测区域中会存在原磁场(即、漏入计测区域的外部磁场)。换言之，无法通过磁屏8完全地屏蔽外部磁场的侵入，往往会在计测区域中存在非零的原磁场。可完全屏蔽磁的磁屏其装置大，费用也高，在此基础上，设置成本和运营成本也高。为此，在本实施方式中，在利用磁屏8的基础上，对磁屏8内的原磁场进行计测，在通过磁场发生器7降低了原磁场的状态下对计测对象的磁场进行计测。不过，在外部磁场原本较低时(外部磁场与原磁场相等且较小时)、或外部磁场较为稳定时，甚至还可以不使用磁屏8来构成本实施方式。
平方差W-与气室3内产生的队列的自旋极化度(Mx，My，Mz)的x轴分量MX(下面表述为“自旋极化度Mx”。)的值大致成比例，因此，根据平方差W-的输出值计测自旋极化度Mx。自旋极化度(Mx，My，Mz)相当于气室3内的介质(碱金属原子的气体)的磁化向量。即、平方差W-是与磁化值对应的值的一个例子。下面，采用自旋极化度Mx作为表示磁化向量的第一方向的分量(x轴分量)的磁化值，对磁化值(自旋极化度Mx)如何随着计测区域的磁场的x轴分量、y轴分量及z轴分量(绝对磁通密度Bx、By、Bz)的变化而变化进行探讨。
由光泵浦产生的队列的自旋极化度(Mx，My，Mz)的时间演化通过下式(11)～(13)所示的布洛赫方程(Bloch equations)近似。γF表示根据气室3内的介质气体(碱金属原子气体)的种类确定的旋磁比。并且，Γ0表示自旋极化度(Mx，My，Mz)的弛豫速率，Γp表示光泵浦速度。自旋极化度的弛豫速率Γ0和光泵浦速度Γp以与角频率相同的单位制表示，具体地，具有每秒弧度(rad/s)的单位。或者，截止角频率ωC(カットオフ角振動数)是自旋极化度的弛豫速率Γ0和光泵浦速度Γp的和(ωC＝Γ0+Γp)。
[数学式11]
Figure BDA0000842244790000131
[数学式12]
Figure BDA0000842244790000141
[数学式13]
Figure BDA0000842244790000142
泵浦光和探测光以稳定不变的功率照射至气室3，因此，可以将上述式(11)～(13)的左边分别设为零来求出自旋极化度(Mx，My，Mz)的稳态解。以下式(14)～(17)表示解。
[数学式14]
Figure BDA0000842244790000143
[数学式15]
Figure BDA0000842244790000144
[数学式16]
Figure BDA0000842244790000145
[数学式17]
其中、
Figure BDA0000842244790000146
首先，图5中示出将计测区域的磁场的y轴分量、即By的值固定为By＝0[nT]，并边改变作为x轴分量的Bx及作为z轴分量的Bz的各值而边根据上述式(14)所求出的自旋极化度Mx的分布。如图5所示，在自旋极化度Mx的分布中，变为极大(最大)的点(极大点)P和变为极小(最小)的点(极小点)V各出现一个。并且，图6是示出图5所示的极大点P和极小点V在Bx-Bz平面上的位置关系的图。如图6所示，在Bx-Bz平面的俯视观察中，连接极大点P和极小点V的直线与Bz轴平行，各点P、V的中点F通过Bx-Bz平面的原点。
接着，图7中示出将计测区域的磁场的y轴分量、即By的值固定为By＝100[nT]，并边以与图5时同样的要领使Bx及Bz各值变化而边求出的自旋极化度Mx的分布。并且，图8是示出图7所示的自旋极化度Mx的分布的极大点P和极小点V在Bx-Bz平面上的位置关系的图。如图8所示，By的值为100[nT]时，连接极大点P和极小点V的直线相对于Bz轴倾斜，各点P、V的中点F通过Bx-Bz平面的原点的特性与图5所示的By＝0[nT]时相同。
当By为任意的固定值Bf时(By＝Bf)，自旋极化度Mx变为极大点P的磁场P＝(Px，Py，Pz)以及自旋极化度Mx变为极小点V的磁场V＝(Vx，Vy，Vz)可通过将用Bx对上述式(14)的Mx进行微分，并用Bz对上述式(14)的Mx进行微分所得的各值分别设为零后针对Bx和Bz进行求解而获得(下式(18))。
[数学式18]
Figure BDA0000842244790000151
解由下式(19)、(20)表示，可根据By的值和上述式(17)中所示的常数a求出。a是有关弛豫的常数。
[数学式19]
Figure BDA0000842244790000152
[数学式20]
Figure BDA0000842244790000153
并且，上述式(19)、(20)的解表示的各点P和V的中点F如下式(21)所示，与By的值无关地始终满足Bx＝Bz＝0的关系。另外，By＝Bf＝0时，中点F始终与原点一致。
[数学式21]
Figure BDA0000842244790000161
因此，在本实施方式的磁场形成处理中，基于以上说明的自旋极化度Mx的特性(即、平方差W-的特性)，首先，在将y轴分量设为固定值(Ay＝Afy)的状态下，边通过磁场发生器7产生使x轴分量(Ax)和z轴分量(Az)发生变化的多个人工磁场A，边计测计测区域的磁场、即磁化值(自旋极化度Mx)。具体地，基于偏光计4的检测结果，每施加人工磁场A时信号处理部51便算出平方差W-作为自旋极化度Mx，并加以存储。然后，利用平方差W-满足成为极大值的极大值条件时的第一磁场(计测区域的磁场变为极大点P的人工磁场)和平方差W-满足成为极小值的极小值条件时的第二磁场(计测区域的磁场变为极小点V的人工磁场)算出原磁场。
图9是示出人工磁场的y轴分量为零(Ay＝0)时计测区域的磁场B＝(Bx，By，Bz)的坐标系与由磁场发生器7产生的人工磁场A＝(Ax，Ay，Az)的坐标系的关系的图。如图9所示，可以对原磁场C＝(Cx，Cy，Cz)和人工磁场A＝(Ax，Ay，Az)进行向量相加而算出计测区域的磁场B＝(Bx、By、Bz)。算出公式如下式(22)所示。
[数学式22]
Figure BDA0000842244790000162
根据上述式(22)的关系和将人工磁场的y轴分量设为固定值(Ay＝Afy)的条件，以下式(23)、(24)表示：计测区域中的磁化值(自旋极化度Mx)成为极大点P＝(Px，Py，Pz)时的人工磁场为第一磁场Ap＝(Apx，Apy，Apz)、磁化值(自旋极化度Mx)成为极小点V＝(Vx，Vy，Vz)时的人工磁场为第二磁场Av＝(Avx，Avy，Avz)。
[数学式23]
(Px Py Pz)＝(Apx+Cx Apy+Cy Apz+Cz)
＝(Apx+Cx Afy+Cy Apz+Cz)…(23)
[数学式24]
(Vx Vy Vz)＝(Avx+Cx Avy+Cy Avz+Cz)
＝(Avx+Cx Afy+Cy Avz+Cz)…(24)
然后，根据上述式(21)和上述式(23)、(24)，极大点P和极小点V的中点F如下式(25)这样变形。
[数学式25]
Figure BDA0000842244790000171
因此，原磁场C的x轴分量、即Cx可通过下式(26)算出，原磁场C的z轴分量、即Cz可通过下式(27)算出。
[数学式26]
Figure BDA0000842244790000172
[数学式27]
Figure BDA0000842244790000173
并且，当在极大点P，x轴分量和y轴分量相等时，根据上述式(19)的Px＝Py的关系和上述式(23)，原磁场C的y轴分量、即Cy可通过下式(28)算出。
[数学式28]
Figure BDA0000842244790000174
需要注意的是，产生于计测区域的人工磁场A的y轴分量Ay是固定值Afy即可，其是任意的。当固定值Afy为零时，Afy＝0，Cy可按照下式(29)算出。
[数学式29]
Figure BDA0000842244790000181
如上所述，将人工磁场A的y轴分量设为固定值，改变x轴分量和z轴分量来扫描Ay＝Afy的Ax-Az平面，根据磁化值(自旋极化度Mx)变为极大的人工磁场(第一磁场Ap)和磁化值(自旋极化度Mx)变为极小的人工磁场(第二磁场Az)，可求出原磁场C。如上所述，原磁场C是漏入磁屏8内的外部磁场，因此，在进行心磁图等计测对象的磁测定时，如果控制磁场发生器7而使这样获得的原磁场C抵消，则可以在降低外部磁场的不利影响的基础上低噪声地计测计测对象的磁场。
[处理流程]
图10是示出实施方式1的磁场形成处理的处理步骤的流程图。在将受检者送入磁屏8内进行生物体磁场计测之前，磁场计测装置1进行图10所示的磁场形成处理。
如图10所示，在磁场形成处理中，首先，磁场算出部53算出存在于计测区域的原磁场C(步骤S1)。作为具体的处理步骤，首先，人工磁场控制部531在设Ay＝Afy(优选例为Afy＝0)的状态下，分别在预定范围内扫描Ax和Az的各值，从而通过磁场发生器7依次产生多个人工磁场A，利用平方差W-满足极大值条件时的第一磁场Ap以及满足极小值条件时的第二磁场Av，按照上述式(26)～(28)算出原磁场C。这时，原磁场C是漏入磁屏8内的外部磁场。
接着，校正磁场设定部55从目标磁场(ターゲット磁場)T＝(Tx，Ty，Tz)中减去在步骤S1中算出的原磁场C，设定校正磁场T-C(步骤S3)。于是，校正磁场设定部55使磁场发生器7产生所设定的校正磁场T-C。由此，通过上述式(22)，原磁场C被抵消，在计测区域内形成目标磁场T(步骤S5)。在本实施方式中，作为一个例子，设目标磁场T＝(0，0，0)来设定校正磁场T-C＝-C，在计测区域形成零磁场。这样一来，在计测区域中形成有零磁场等目标磁场的状态下(即、在计测区域中产生有校正磁场T-C的状态)，计测从配置于计测区域的计测对象(例如人)发出的微小磁场(心磁图、脑磁图)。由于在计测区域中形成有目标磁场，因此，能够高精度地计测微小磁场。
如上所说明的，根据本实施方式，能够算出存在于计测区域的原磁场C。并且，在计测区域中抵消原磁场C而形成零磁场，从而可以在此基础上将受检者送入磁屏8内进行生物体磁场的计测。由此，能够高灵敏度且高精度地计测生物体磁场。
(实施方式2)
在上述实施方式1中，将y轴分量Ay设为固定值Afy(例如零)，在该状态下，改变x轴分量Ax和z轴分量Az而产生多个人工磁场A。相对于此，在本实施方式中，也可以将x轴分量Ax设为固定值Afx(例如零)，在该状态下，改变y轴分量Ay和z轴分量Az而产生多个人工磁场A。于是，也可以利用平方差W-满足极大值条件时的第一磁场Ap＝(Afx，Apy，Apz)和平方差W-满足变为极小值的极小值条件时的第二磁场Av＝(Afx，Avy，Avz)，按照下式(30)～(32)来算出原磁场C＝(Cx，Cy，Cz)。
[数学式30]
Figure BDA0000842244790000191
[数学式31]
Figure BDA0000842244790000192
[数学式32]
Figure BDA0000842244790000193
上述式(30)至上述式(32)的求出方法与实施方式1相同。
在本实施方式的磁场计测方法(原磁场C的算出方法)中，可获得与上述实施方式1相同的作用及效果。
(实施方式3)
接着，参照图11～图15说明实施方式3的磁场计测装置和利用该磁场计测装置的磁场计测方法。
[整体构成]
首先，参照图11说明本实施方式的磁场计测装置。
图11是示出实施方式3的磁场计测装置的整体构成例的图。
如图11所示，本实施方式的磁场计测装置10具有与上述实施方式1的磁场计测装置1大致相同的构成。不过，运算控制部5的磁场算出部53除了具有人工磁场控制部531之外还具有振幅检测部533。因此，对于与上述实施方式1的磁场计测装置1相同的构成标注相同的符号，并省略详细的说明。下面，说明构成不同的部分。
人工磁场控制部531控制磁场发生器7，使得在计测区域依次产生改变x轴、y轴及z轴的各轴方向的人工磁场分量而得的多个组合的人工磁场，而且，关于这些人工磁场，通过在z轴方向的人工磁场分量(称为z轴分量)上叠加预定的交流分量，从而使z轴分量周期性变化。振幅检测部533从作为与由信号处理部51算出的磁化值对应的值的一个例子的平方差W-的时间变化提取其振幅及相位，从而检测平方差W-的时间变化与z轴分量的时间变化之比。该振幅检测部533可用锁定放大器等构成。
本实施方式的运算控制部5中的原磁场C的算出方法、即磁场计测方法与上述实施方式1或者上述实施方式2不同。
本实施方式的磁场计测方法着眼于以Bz对作为是气室3中的介质(气体原子)的磁化向量的x轴分量(第一方向的分量)的磁化值的自旋极化度Mx进行了微分后的微分值
Figure BDA0000842244790000201
来求出原磁场C。
具体地，以Bz对上述式(14)的自旋极化度Mx进行微分而得的微分值
Figure BDA0000842244790000202
由下式(33)表示。
[数学式33]
Figure BDA0000842244790000203
以上述式(33)表示的微分值
Figure BDA0000842244790000211
表示相对于检测量(磁场的z分量Bz)的变化的输出(自旋极化度Mx)的变化，因此，意味着检测灵敏度。即、在微分值
Figure BDA0000842244790000212
为最大的条件下，磁场计测装置10的计测灵敏度最高。不管Bx、By是什么值，上述式(33)的分母均以这些值的四次方增加。另一方面，上述式(33)的分子按Bx、By的二次方变化，因此，关于Bx和By，在Bx＝By＝0时，微分值
Figure BDA0000842244790000213
成为最大。这时的微分值
Figure BDA0000842244790000214
以下式(34)表示。
[数学式34]
Figure BDA0000842244790000215
图12是示出微分值
Figure BDA0000842244790000216
的Bx和Bz相关的三维分布的图，图13是示出Bx＝0时的微分值
Figure BDA0000842244790000217
的Bz相关的二维分布的图。
在By＝0[nT]时，改变Bx和Bz各值，则变成图12所示那样。并且，在Bx＝By＝0[nT]时，改变Bz各值，则变成图13所示那样。如图12及图13所示，微分值
Figure BDA0000842244790000218
的分布中出现一个极大值，在Bx＝By＝0的情况下，微分值
Figure BDA0000842244790000219
在Bz＝0时成为极大(最大)。因此，在计测区域为零磁场(Bx、By、Bz各值为零)的情况下，相对于沿着z轴方向(探测光的前进方向)的磁场变化的自旋极化度Mx(即平方差W-)的变化最大，灵敏度最高。换言之，为了使计测区域中的外部磁场等原磁场最小，调整人工磁场，使微分值
Figure BDA00008422447900002110
最大即可。
在此，微分值
Figure BDA00008422447900002111
(自旋极化度Mx的时间变化与Bz的时间变化之比)可置换为平方差W-的时间变化与Bz的时间变化之比。由此，在本实施方式的磁场形成处理中，使在计测区域中依次产生改变x轴分量、y轴分量和z轴分量后的多个组合的人工磁场，其中，使z轴分量周期性变化，寻找自旋极化度Mx的时间变化与Bz的时间变化之比、即微分值
Figure BDA00008422447900002112
最大的人工磁场。这时，优选地，z轴分量的角频率ω是截止角频率ωC以下的值。截止角频率ωC是自旋极化度Mx的弛豫速率Γ0与光泵浦速度Γp之和(ωC＝Γ0+Γp)，本实施方式中大致为100Hz左右。即、优选地，人工磁场的z轴分量满足ω＜ωC＝Γ0+Γp的关系，本实施方式中，角频率ω在100Hz以下。当z轴分量的角频率ω设为截止角频率ωC以下的值时，可以将dMx/dt大致视为零，将上述式(11)的左边近似为零被正当化。即、如果满足ω＜ωC＝Γ0+Γp的关系，则能够正确地计测存在于计测区域的原磁场C。不过，磁场计测装置10如初级(一次)低通滤波器这样动作，因此，截止角频率ωC附近的增益和相位随着角频率ω的增加而缓慢减少。为此，实际上叠加的周期函数的角频率ω可以比截止角频率ωC大百分之十(一成)左右。
作为具体的计测方法，将人工磁场的x轴分量Ax和y轴分量Ay设为固定磁场，对z轴分量施加用周期函数表示的磁场，从而计测自旋极化度Mx的时间变化与Bz的时间变化之比。以各种水准计测该值，指定微分值
Figure BDA0000842244790000221
为最大的人工磁场。例如，作为第一测定，设Ax＝0、Ay＝0、Az为0周围的振动磁场(例如，Az＝sinωt)，计测第一微分值
Figure BDA00008422447900002287
。接着，作为第二测定，设Ax＝0、Ay＝0、Az为1周围的振动磁场(例如，Az＝1+sinωt)，计测第二微分值
Figure BDA00008422447900002286
。接着，作为第三测定，设Ax＝0、Ay＝0、Az为-1周围的振动磁场(例如，Az＝-1+sinωt)，计测第三微分值
Figure BDA00008422447900002297
接着，作为第四测定，设Ax＝0、Ay＝1、Az为0周围的振动磁场(例如，Az＝sinωt)，计测第四微分值
Figure BDA00008422447900002288
。接着，作为第五测定，设Ax＝0、Ay＝1、Az为1周围的振动磁场(例如，Az＝1+sinωt)，计测第五微分值
Figure BDA00008422447900002289
。接着，作为第六测定，设Ax＝0、Ay＝1、Az为-1周围的振动磁场(例如，Az＝-1+sinωt)，计测第六微分值
Figure BDA00008422447900002290
。接着，作为第七测定，设Ax＝0、Ay＝-1、Az为0周围的振动磁场(例如，Az＝sinωt)，计测第七微分值
Figure BDA00008422447900002291
。接着，作为第八测定，设Ax＝0、Ay＝-1、Az为1周围的振动磁场(例如，Az＝1+sinωt)，计测第八微分值
Figure BDA00008422447900002292
。接着，作为第九测定，设Ax＝0、Ay＝-1、Az为-1周围的振动磁场(例如，Az＝-1+sinωt)，计测第九微分值
Figure BDA00008422447900002293
。这样，以Ay＝0为中心，重复多次测定，根据这样获得的多个微分值
Figure BDA00008422447900002294
，指定微分值
Figure BDA00008422447900002295
最大的人工磁场。换言之，对各组合的多个人工磁场中的每一个，从信号处理部51基于偏光计4的检测结果算出的平方差W-的周期变化提取振幅，从而检测微分值
Figure BDA00008422447900002296
。然后，利用满足微分值
Figure BDA00008422447900002330
为极大值的极值条件时的人工磁场算出原磁场C。边改变人工磁场边求出微分值
Figure BDA00008422447900002331
的极大值的处理可采用公知的优化处理而实现。如上所述，为了寻找微分值
Figure BDA00008422447900002332
为最大的人工磁场，从效率性方面考虑，优选从零附近开始寻找人工磁场的y轴分量Ay。
图14是示出本实施方式中的计测区域的磁场B＝(Bx，By，Bz)的坐标系与由磁场发生器7产生的人工磁场A＝(Ax，Ay，Az)的坐标系的关系的图。如图14所示，可通过对原磁场C＝(Cx，Cy，Cz)和人工磁场A＝(Ax，Ay，Az)的各分量进行向量相加来算出计测区域的磁场B＝(Bx，By，Bz)的各分量。算出式如下式(35)所示。
[数学式35]
Figure BDA0000842244790000231
如上所述，满足微分值
Figure BDA00008422447900002333
成为极大值的极值条件时、即提取的振幅最大时的计测区域的磁场是零磁场(B＝0)，因此，根据上述式(35)的关系，利用满足该极值条件时的人工磁场Ah(Ahx，Ahy，Ahz)，以下式(36)～(38)表示原磁场C(Cx，Cy，Cz)。
[数学式36]
Cx＝-Ahx…(36)
[数学式37]
Cy＝-Ahy…(37)
[数学式38]
Cz＝-Ahz…(38)
[处理流程]
图15是示出本实施方式中的磁场形成处理的处理步骤的流程图。在将受检者送入磁屏8内进行生物体磁场的计测之前，磁场计测装置10进行图15所示的磁场形成处理。
如图15所示，在磁场形成处理中，首先，磁场算出部53算出存在于计测区域中的原磁场C(步骤S11)。作为具体的处理步骤，首先，人工磁场控制部531通过磁场发生器7使在计测区域中依次产生上述多个组合的人工磁场，振幅检测部533每次均提取作为计测结果而获得的平方差W-的振幅。然后，磁场算出部53利用平方差W-的振幅为最大时的人工磁场Ah，按照上述式(36)～(38)算出原磁场C。
接着，校正磁场设定部55从目标磁场(ターゲット磁場)T＝(Tx，Ty，Tz)中减去在步骤S11中算出的原磁场C，设定校正磁场T-C(步骤S13)。于是，校正磁场设定部55使磁场发生器7产生所设定的校正磁场T-C，由此，抵消原磁场C，在计测区域中形成目标磁场T(步骤S15)。在本实施方式中，作为一个例子，设目标磁场T＝(0，0，0)来设定校正磁场T-C，在计测区域形成零磁场。
如上所说明的，根据本实施方式，能够算出存在于计测区域的原磁场C。并且，在计测区域中抵消原磁场C而形成零磁场，从而可以在此基础上将受检者送入磁屏8内进行生物体磁场的计测。由此，能够高灵敏度且高精度地计测生物体磁场。
上述实施方式1～上述实施方式3中的磁场计测方法共同的基本技术思想是一种下述的磁场计测方法，其特征在于，通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，在该磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，该磁场计测装置具备：射出直线偏振光的光源部；填充有介质的气室，电场的振动方向为第二方向(y轴方向)的直线偏振光沿第三方向(z轴方向)照射于气室，气室配置于计测区域，使直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；检测光学特性的光学检测器；以及向计测区域施加人工磁场的磁场发生器，磁场计测方法包括：使磁场发生器产生改变了第三方向(z轴方向)的人工磁场分量的多个人工磁场；基于所述光学检测器的检测结果算出作为所述介质的磁化向量的第一方向的分量的磁化值或者与所述磁化值对应的值；以及利用所述磁化值或者与所述磁化值对应的值满足特定条件时的人工磁场，算出存在于所述计测区域的原磁场C。
(变形例)
此外，在上述实施方式中，将碱金属原子作为使磁矩产生极化并根据磁场强度使透过的光的偏光面旋转的介质，采用该碱金属原子以气体状态被封入其中的气室3，但也可以采用碱金属原子以外的介质。例如，还可以构成为将设置了由氮导致的晶格缺陷的金刚石等固体元素用作介质。并且，本发明的磁场计测方法及磁场计测装置除了可应用于磁传感器之外，还可以应用于采用了毫米级的小型气室的原子振荡器。
并且，说明了将目标磁场设为零磁场的实施方式，但目标磁场还可以设为零磁场以外的任意磁场。

Claims (10)

1.一种磁场计测方法，其特征在于，
通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，
在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；以及
磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，
所述磁场计测方法包括：
使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；
基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及
利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场和满足极小值条件时的人工磁场，算出人工磁场为零时存在于所述计测区域的磁场即原磁场，
第一磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场，
第二磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极小值条件时的人工磁场，
所述一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，
算出所述原磁场包括采用下式(1)～下式(3)，
Figure FDA0002595298470000021
Figure FDA0002595298470000022
Figure FDA0002595298470000023
其中，Apx是所述第一磁场的第一方向的分量，Avx是所述第二磁场的第一方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afy是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
2.一种磁场计测方法，其特征在于，
通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，
在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；以及
磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，
所述磁场计测方法包括：
使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；
基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及
利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场和满足极小值条件时的人工磁场，算出人工磁场为零时存在于所述计测区域的磁场即原磁场，
第一磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场，
第二磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极小值条件时的人工磁场，
所述一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，
算出所述原磁场包括采用下式(4)～下式(6)，
Figure FDA0002595298470000031
Figure FDA0002595298470000032
Figure FDA0002595298470000041
其中，Apy是所述第一磁场的第二方向的分量，Avy是所述第二磁场的第二方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afx是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
3.根据权利要求1或2所述的磁场计测方法，其特征在于，
所述固定值为零。
4.根据权利要求1或2所述的磁场计测方法，其特征在于，还包括：
使所述磁场发生器产生所述原磁场相对于目标磁场的差的磁场；
将计测对象配置于所述计测区域；以及
在产生所述差的磁场的期间，利用所述光学检测器的检测结果，计测所述计测对象所产生的磁场。
5.一种磁场计测方法，其特征在于，
通过磁场计测装置计测计测区域的磁场，
在所述磁场计测装置中，第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于所述计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；以及
磁场发生器，向所述计测区域施加人工磁场，
所述磁场计测方法包括：
使所述磁场发生器产生改变了所述第一方向～所述第三方向的人工磁场分量、且所述第三方向的人工磁场分量周期性变化的多个组合的人工磁场；
基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及
利用对所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值以所述第三方向的人工磁场分量进行微分后而得的微分值满足极大值条件时的人工磁场，算出人工磁场为零时存在于所述计测区域的磁场即原磁场，
所述第三方向的人工磁场分量以截止角频率以下的周期变化，其中，所述截止角频率是所述磁化值的弛豫速率和光泵浦速度的和。
6.根据权利要求5所述的磁场计测方法，其特征在于，
基于满足所述极大值条件时的所述计测区域的磁场为零磁场算出所述原磁场。
7.根据权利要求5或6所述的磁场计测方法，其特征在于，还包括：
使所述磁场发生器产生所述原磁场相对于目标磁场的差的磁场；
将计测对象配置于所述计测区域；以及
在产生所述差的磁场的期间，利用所述光学检测器的检测结果，计测所述计测对象所产生的磁场。
8.一种磁场计测装置，其特征在于，
第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；
磁场发生器，向所述计测区域施加所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向的各分量为可变的人工磁场；以及
运算控制部，
所述运算控制部执行：
使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；
基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及
利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的由所述磁场发生器产生的人工磁场和满足极小值条件时的人工磁场，算出人工磁场为零时存在于所述计测区域的磁场即原磁场，
第一磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场，
第二磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极小值条件时的人工磁场，
所述一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，
算出所述原磁场包括采用下式(1)～下式(3)，
Figure FDA0002595298470000071
Figure FDA0002595298470000072
Figure FDA0002595298470000073
其中，Apx是所述第一磁场的第一方向的分量，Avx是所述第二磁场的第一方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afy是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
9.一种磁场计测装置，其特征在于，
第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；
磁场发生器，向所述计测区域施加所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向的各分量为可变的人工磁场；以及
运算控制部，
所述运算控制部执行：
使所述磁场发生器产生在所述第一方向和所述第二方向中的一方向的人工磁场分量为固定值的状态下改变了所述第三方向的人工磁场分量以及所述第一方向和所述第二方向中的另一方向的人工磁场分量的多个人工磁场；
基于所述光学检测器的检测结果算出磁化值或者与所述磁化值对应的值，所述磁化值是所述介质的磁化向量的所述第一方向的分量；以及
利用所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的由所述磁场发生器产生的人工磁场和满足极小值条件时的人工磁场，算出人工磁场为零时存在于所述计测区域的磁场即原磁场，
第一磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极大值条件时的人工磁场，
第二磁场是所述磁化值或者所述与所述磁化值对应的值满足极小值条件时的人工磁场，
所述一方向的人工磁场分量是所述第一方向的人工磁场分量，所述另一方向的人工磁场分量是所述第二方向的人工磁场分量，
算出所述原磁场包括采用下式(4)～下式(6)，
Figure FDA0002595298470000081
Figure FDA0002595298470000082
Figure FDA0002595298470000091
其中，Apy是所述第一磁场的第二方向的分量，Avy是所述第二磁场的第二方向的分量，Apz是所述第一磁场的第三方向的分量，Avz是所述第二磁场的第三方向的分量，Afx是所述固定值，Cx是所述原磁场的第一方向的分量，Cy是所述原磁场的第二方向的分量，Cz是所述原磁场的第三方向的分量。
10.一种磁场计测装置，其特征在于，
第一方向、第二方向和第三方向相互正交，
所述磁场计测装置具备：
光源部，射出直线偏振光；
介质，电场的振动方向为所述第二方向的所述直线偏振光沿所述第三方向照射所述介质，所述介质配置于计测区域，使所述直线偏振光的光学特性根据磁场而变化；
光学检测器，检测所述光学特性；
磁场发生器，向所述计测区域施加所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向的各分量为可变的人工磁场；以及
运算控制部，
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