(57)【要約】【課題】改良された磁力計システムを提供する。【解決手段】磁力計システムは、アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを含む。システムは、またセンサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するプローブレーザと、センサセルを通る複数の磁場を生成する磁場システムとを含む。システムは、また磁場に基づく少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した検出ビームの特性に基づいて外部磁場の検出を実施する検出システムを含む。システムは、さらに磁場に対する所定の変化を実施すること、および検出ビームをフィードバック方式で監視することに基づいて磁力計システムを較正するように構成された較正コントローラを含む。【選択図】  図１
2019066479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁力計システムであって、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するように構成されたプローブレーザと、
前記センサセルを貫通する個々の複数の軸を通る複数の磁場を生成するように構成された磁場システムと、
前記複数の磁場に基づく前記アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した前記検出ビームの特性に基づいて外部磁場の検出を実施するように構成された検出システムと、
前記複数の磁場に対する所定の変化を実施すること、および前記検出ビームをフィードバック方式で監視することに基づいて前記磁力計システムを較正するように構成された較正コントローラと、を備える磁力計システム。
【請求項２】
前記較正コントローラは、前記センサセルを貫通する各軸におけるゼロの正味の磁場を生成する、個々の前記複数の磁場に関連する複数の電流振幅を決定することに基づいて前記磁力計システムを較正するように構成される、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項３】
前記較正コントローラは、前記複数の磁場の各々の複数の大きさの各々において前記検出ビームを介して前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を前記フィードバック方式で監視して前記磁力計システムを較正するように構成されている、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項４】
前記較正コントローラは、
個々の前記複数の磁場に関連する複数の電流を制御するように構成された電流コントローラであって、前記電流コントローラは、前記複数の電流のうちの少なくとも１つをＤＣベースライン振幅に関して方形波変調するように構成されている、前記電流コントローラと、
前記磁力計システムを較正するために、複数の電流の少なくとも１つの変調された振幅の各々において、少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタと、を含む、請求項３に記載の磁力計システム。
【請求項５】
前記周波数モニタは、フィードバック方式で前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、前記複数の電流の少なくとも１つの各々の方形波変調振幅に関して等しくなるように設定して、前記複数の電流の少なくとも１つの個々の１つに対応する３つの直交軸の個々の１つに沿ったゼロの正味の磁場に対応するＤＣベースライン振幅を決定するように構成される、請求項４に記載の磁力計システム。
【請求項６】
前記較正コントローラは、方形波変調の振幅を変化させて、前記複数の電流のうちの少なくとも１つの変調された振幅の各々において前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を決定することに基づいて、第１、第２、および第３の磁場に関連するスケールファクタを較正するように構成されている、請求項４に記載の磁力計システム。
【請求項７】
前記磁場システムは、前記センサセルを通ように互いにほぼ直交して設けられた第１の磁場、第２の磁場、および第３の磁場を生成するように構成されている、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項８】
３つの直交軸は、第１軸、第２軸及び第３軸を含み、前記較正コントローラは、前記複数の磁場の第１の磁場を第２軸および第３軸に沿ったゼロ磁場成分を含むように前記第１軸と整列するものとして指定し、前記第２軸に関連する複数の磁場の第２の磁場が前記第１軸に関連する磁場成分を含み、前記第３軸に関連する複数の磁場の第３の磁場が前記第１軸および前記第２軸に関連する磁場成分を含むようにするように構成され、前記較正コントローラは、第１の磁場に関連する第１の電流、第２の磁場に関連する第２の電流、および第３の磁場に関連する第３の電流を制御するように構成された電流コントローラを含む、請求項７に記載の磁力計システム。
【請求項９】
前記電流コントローラは、前記第３の電流のゼロ振幅で、かつ前記第１の電流の第１のＤＣ電流振幅および第２のＤＣ電流振幅の各々の間に前記第２の電流を方形波変調して、前記検出ビームに基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場の大きさに関連する第１のＤＣベースライン電流振幅を決定し、前記第２の電流のゼロ振幅で、かつ前記第１の電流の第１のＤＣ電流振幅および第２のＤＣ電流振幅の各々の間に前記第３の電流を方形波変調して、前記検出ビームに基づいて、および前記３つの直交軸の間の三角法関係に基づいて前記第３軸に沿ったゼロの正味の磁場の大きさに関連する第２のＤＣベースライン電流振幅を決定するようにさらに構成されている、請求項８に記載の磁力計システム。
【請求項１０】
前記アルカリ金属粒子を励起して前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動を促進するように構成された光ポンプビームを生成するように構成されたポンプレーザをさらに備え、前記光ポンプビームが、前記第１軸にほぼ整列されている、請求項８に記載の磁力計システム。
【請求項１１】
前記較正コントローラは、前記光ポンプビーム、前記複数の磁場のうちの１つ、および光プローブビームのうちの少なくとも１つの極性の反転を制御して、前記光ポンプビーム、前記複数の磁場のうちの１つ、および前記光プローブビームのうちの少なくとも１つの各極性に基づく監視された検出ビームに基づいて前記磁力計システムをフィードバック方式で較正するように構成されている、請求項１０に記載の磁力計システム。
【請求項１２】
前記較正コントローラは、前記複数の磁場に対する前記所定の変化を実施すること、およびテスト装置における３つの直交軸に関する前記磁力計システムの所定の回転において前記検出ビームを前記フィードバック方式で監視することに基づいて前記磁力計システムを較正して、前記テスト装置に関連する磁気異常を実質的に軽減するように構成されている、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項１３】
磁力計システムを較正する方法であって、
第１の電流に応答して３つの直交軸の第１軸に整列した第１の磁場、第２の電流に応答して前記３つの直交軸の第２軸にほぼ整列した第２の磁場、および第３の電流に応答して前記３つの直交軸の第３軸にほぼ整列した第３の磁場を印加するステップと、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを通過するプローブビームを提供するステップと、
前記センサセルを通過する前記プローブビームに関連する検出ビームの特性に基づいて前記第１、第２及び第３の磁場の少なくとも１つに応答した前記センサセルにおける前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップと、
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅をフィードバック方式で制御するステップと、を含む方法。
【請求項１４】
前記振幅を制御するステップは、前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうちの少なくとも１つの各々においてゼロの正味の磁場を検出するまで、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの振幅を制御することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップは、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視することを含み、前記振幅を制御するステップは、
ＤＣベースライン振幅について前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの各々を方形波変調すること、
前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの方形波変調された振幅に関して等しくなるように設定することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１軸が前記第２の磁場および前記第３の磁場に関連するゼロ磁場成分を含むように、前記第１の磁場を前記第１軸と整列されているものとして指定するステップと、
前記第２軸が前記第１の磁場に関連する磁場成分を含むように、前記第２の磁場を前記第２軸とほぼ整列されているものとして指定するステップと、
前記第３軸が前記第１の磁場および前記第２の磁場の各々に関連する磁場成分を含むように、前記第３の磁場を前記第３軸とほぼ整列されているものとして指定するステップと、をさらに含み、
前記第１の電流、前記第２の電流および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御するステップは、
前記第１の電流の２つの振幅の各々で、かつ前記第３の電流のゼロ振幅で前記第２の電流を制御して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場をフィードバック方式で決定すること、
前記第１の電流の２つの振幅の各々で、かつ前記第２の電流のゼロ振幅で前記第３の電流を制御して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、かつ３つの直交軸の三角法関係に基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場をフィードバック方式で決定することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記磁力計システムの向きを前記３つの直交軸の各々を中心にテスト装置内で所定の方法でシフトさせるステップをさらに含み、前記第１の電流、前記第２の電流、および第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御するステップは、テスト装置に対する所定の方法での前記磁力計システムの回転中に、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御して、テスト装置に関連する磁気異常を実質的に軽減することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記振幅を制御するステップは、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の各々を方形波変調すること、および前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の各々の方形波変調の振幅を変化させることを含み、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップは、前記第１の電流、前記第２の電流、及び前記第３の電流の各々の方形波変調振幅における歳差運動周波数を監視して、前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の各々における磁力計に関連するスケールファクタを較正することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）および電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）の組み合わせ型磁力計システムであって、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するように構成されたプローブレーザと、
前記センサセルに関連する３つの直交軸の第１軸に整列された第１の磁場、前記３つの直交軸の第２軸にほぼ整列された第２の磁場、および前記３つの直交軸の第３軸にほぼ整列された第３の磁場を生成するように構成された磁場システムと、
複数の磁場に基づく前記アルカリ金属粒子および前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した前記検出ビームの特性に基づいて外部磁場のＮＭＲ検出およびＥＰＲ検出を実施するように構成された検出システムと、
較正コントローラと、を備え、前記較正コントローラは、
前記第１の磁場、前記第２の磁場、および前記第３の磁場にそれぞれ関連する第１の電流、第２の電流、および第３の電流を制御するように構成された電流コントローラであって、前記電流コントローラは、前記第１の電流、前記第２の電流及び前記第３の電流の少なくとも１つをＤＣベースライン振幅について方形波変調するように構成されている、前記電流コントローラと、
ＥＰＲおよびＮＭＲの組み合わせ型磁力計システムを較正するために、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの各変調された振幅で、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタとを含む、組み合わせ型磁力計システム。
【請求項２０】
前記周波数モニタは、フィードバック方式で前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、複数の電流の少なくとも１つの各々の方形波変調振幅に関して等しくなるように設定して、前記複数の電流の少なくとも１つの個々の１つに対応する前記３つの直交軸の個々の１つに沿ったゼロの正味の磁場に対応するＤＣベースライン振幅を決定するように構成される、請求項１９に記載の組み合わせ型磁力計システム。
【請求項２１】
前記較正コントローラは、方形波変調の振幅を変化させて、複数の電流のうちの少なくとも１つの変調された振幅の各々において前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を決定することに基づいて、前記第１、第２、および第３の磁場に関連するスケールファクタを較正するように構成されている、請求項１９に記載の組み合わせ型磁力計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般にセンサシステムに関し、具体的には磁力計システムの較正に関する。
【背景技術】
【０００２】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）磁力計および／または電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）磁力計などの磁力計システムは、外部磁場に応じた歳差運動特性を示す、ルビジウムまたはセシウムなどの１つまたは複数のアルカリ金属蒸気を含むセルを含むことができる。従って、磁力計システムは、アルカリ金属蒸気の歳差運動特性に基づいて外部磁場を検出するように構成することができる。３つのベクトル軸の外部磁場の検出を実現する典型的な磁力計システムは、複数の単軸または二軸ベクトルシステムの組み合わせを実施している。このような磁力計システムは、全磁場スカラー測定値を特定することを試みるときに、不正確さを生じさせ得るダイナミクスまたはシステムミスアライメントに対する感度を典型的に示す可能性がある。従って、動的環境において高い感度及び安定性が要求される場合、全磁場スカラー磁力計システムがしばしば実施される。しかしながら、このような全磁場スカラー磁力計システムは、動的測定値を提供する際に、多軸測定値を提供することができず、典型的には低帯域幅を示す。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の一実施形態は、磁力計システムを含む。システムは、アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを含む。システムは、またセンサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するプローブレーザと、センサセルを通る複数の磁場を生成する磁場システムとを含む。システムは、また磁場に基づく少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した検出ビームの特性に基づいて外部磁場の検出を実施する検出システムを含む。システムは、さらに磁場に対する所定の変化を実施すること、および検出ビームをフィードバック方式で監視することに基づいて磁力計システムを較正するように構成された較正コントローラを含む。
【０００４】
本発明の別の実施形態は、磁力計システムを較正する方法を含む。方法は、第１の電流に応答して３つの直交軸の第１軸に整列した第１の磁場、第２の電流に応答して３つの直交軸の第２軸にほぼ整列した第２の磁場、および第３の電流に応答して３つの直交軸の第３軸にほぼ整列した第３の磁場を印加するステップを含む。方法は、アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを通過するプローブビームを提供するステップを含む。方法は、センサセルを通過するプローブビームに関連する検出ビームの特性に基づいて第１、第２及び第３の磁場の少なくとも１つに応答したセンサセルにおける少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップを含む。方法は、少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、第１の電流、第２の電流、および第３の電流の少なくとも１つの振幅をフィードバック方式で制御するステップを含む。
【０００５】
本発明の別の実施形態は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）および電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）の組み合わせ型磁力計システムを含む。システムは、アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルと、センサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するように構成されたプローブレーザとを含む。システムは、またセンサセルに関連する３つの直交軸の第１軸に整列された第１の磁場、３つの直交軸の第２軸にほぼ整列された第２の磁場、および３つの直交軸の第３軸にほぼ整列された第３の磁場を生成するように構成された磁場システムを含む。システムは、また複数の磁場に基づくアルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した検出ビームの特性に基づいて外部磁場のＮＭＲ検出およびＥＰＲ検出を実施するように構成された検出システムを含む。システムは、さらに較正コントローラを含む。較正コントローラは、第１の磁場、第２の磁場、および第３の磁場にそれぞれ関連する第１の電流、第２の電流、および第３の電流を制御するように構成された電流コントローラであって、電流コントローラは、第１の電流、第２の電流及び第３の電流の少なくとも１つをＤＣベースライン振幅について方形波変調するように構成されている、電流コントローラを含む。較正コントローラは、ＥＰＲおよびＮＭＲの組み合わせ型磁力計システムを較正するために、第１の電流、第２の電流、および第３の電流の少なくとも１つの各変調された振幅で、少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一例の磁力計システムを示す。
【図２】一例のセンサセルを示す。
【図３】一例の較正コントローラを示す。
【図４】一例のタイミング図の例を示す。
【図５】別の例のタイミング図を示す。
【図６】さらに別の例のタイミング図を示す。
【図７】磁力計を較正するための一例の方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本開示は、一般にセンサシステムに関し、具体的には磁力計システムの較正に関する。磁力計システムは、アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを含むことができる。一例として、アルカリ金属はルビジウム（Ｒｂ）またはセシウム（Ｃｓ）とすることができ、少なくとも１つの核スピン同位体は１つまたは複数のキセノン（Ｘｅ）同位体とすることができる。システムは、３つの直交軸の各々において磁場を生成するように構成された磁場システムを含むことができる。第１の磁場に応答して、アルカリ金属粒子は、光ポンプビームによるアルカリ金属粒子の光ポンピングに基づいて励起されて、核スピン同位体と共に、センサセル内で歳差運動することができる。アルカリ金属粒子の歳差運動は、外部磁場に部分的に基づく特性を示し、歳差運動は、センサセルに印加される正味の総ＤＣ磁場とすることができる。本明細書で記載するように、「外部磁場」という用語は、磁力計システムに対して外部に存在する磁場を指し、磁力計システムによって測定される磁場に対応する。従って、磁力計システムは、センサセルを通過するプローブビームを提供するように構成されたプローブレーザを含み、プローブビームのファラデー回転がアルカリ金属粒子の歳差運動の特性を示すようにすることができる。それに応答して、磁場発生器は、３つの直交軸のうちの２つの軸の各々の磁場を制御して、アルカリ金属粒子の歳差運動の特性に基づいてフィードバック方式で２つの軸の外部磁場を実質的に相殺するように構成することができる。その結果、外部磁場の残りの成分は、第３の直交軸と整列することとなる。従って、制御された磁場に基づいてＥＰＲ方式で２つの軸の外部磁場の大きさを測定することができる。
【０００８】
プローブビームは、センサセル内部のアルカリ金属粒子への磁場の正味の影響に基づいて、核スピン同位体の歳差運動周波数を決定するように実施することもできる。核スピン同位体の歳差運動周波数を決定することで、歳差運動周波数を例えば局部発振器から生成された実質的に安定した周波数基準と比較することができる。核スピン同位体の歳差運動は第３軸の正味の磁場に依存するため、磁場システムは、歳差運動周波数を基準周波数にほぼ等しくなるようにフィードバック方式で第３軸の磁場を制御するように構成することができる。従って、外部磁場の大きさは、ＮＭＲ方式で第３軸において測定することができ、単一のセンサセルの磁力計システムにおいて３つの直交軸における外部磁場を測定することができる。従って、外部磁場のスカラー量は、３つの直交軸における外部磁場のベクトル成分の二乗和（ＲＳＳ）の平方根を計算することによって決定することができる。
【０００９】
磁力計システムは、３つの直交軸に沿ってほぼ配置された磁場の所定の制御に基づいて磁力計システムを較正するように構成された較正コントローラを含むことができる。例えば、較正コントローラは、電流コントローラおよび周波数モニタを含むことができる。電流コントローラは、センサセルを貫通する３つの直交軸とほぼ整列した個々の第１、第２および第３の磁場に関連する第１の電流、第２の電流、および第３の電流を制御するように構成することができる。電流コントローラは、磁力計システムを較正するために、シーケンス内の個々のＤＣベースライン振幅について電流を方形波変調するように構成することができる。周波数モニタは、フィードバック方式で磁力計システムを較正するために、方形波変調された電流の各変調振幅で少なくとも１つの核スピン同位体（例えば、１２９Ｘｅ）の歳差運動周波数を監視するように構成することができる。
【００１０】
例えば、周波数モニタは、個々の方形波変調された電流の個々のＤＣベースライン振幅をフィードバック信号により調整して、各方形波変調振幅における歳差運動周波数が等しくなるように設定し、よって直交軸の個々の１つを通るほぼゼロの大きさの正味の磁場に対応するように構成することができる。さらに、周波数モニタは、個々の電流に基づいて各磁場の複数の異なる方形波変調振幅の各々において歳差運動周波数を監視して、磁場の大きさに対する電流振幅に関連するスケールファクタを較正することができる。さらに、較正処理をテスト装置内で実行して、磁力計システムを所定の方法で直交軸の個々を中心に回転させて、テスト装置に関連する磁気異常を実質的に軽減するようにすることができる。
【００１１】
図１は、一例の磁力計システム１０を示す。一例として、磁力計システム１０は、単一センサセル１２を使用して電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）磁力計および核磁気共鳴（ＮＭＲ）磁力計の両方の測定特性を実現することができる。磁力計システム１０は、外部磁場および印加磁場の測定を必要とする様々な用途で任意に実施することができる。
【００１２】
センサセル１２は、例えば、様々な形状及び大きさの任意のガラスケーシングとすることができる。センサセル１２は、アルカリ金属１４と、１つまたは複数の核スピン同位体１６とを含む。一例として、アルカリ金属１４は、８５Ｒｂなどのルビジウム（Ｒｂ）蒸気、または１３３Ｃｓなどのセシウム（Ｃｓ）蒸気とすることができ、核スピン同位体１６は、ヘリウム（Ｈｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、またはキセノン（Ｘｅ）（例えば、３Ｈｅ、８３Ｋｒ、１２９Ｘｅおよび／または１３１Ｘｅ）などの希ガス同位体を含むことができる。磁力計システム１０は、アルカリ金属１４の粒子をスピン偏極状態に励起（例えば、ポンプ）するために、一組の光学系を介してセンサセル１２を通過するように指向される光ポンプビームＯＰＭＰを生成するように構成されたポンプレーザ１８を含む。アルカリ金属１４のスピン偏極状態の粒子は、印加されたＡＣ磁場に応答してセンサセル１２内で例えば核スピン同位体１６とともに歳差運動することができる。図１の例では、磁力計システム１０は、３つの直交軸の各々に磁場を生成するように構成された磁場システム２０を含む。詳しくは、磁場システムは、磁場ＢＸを発生するＸ軸磁場発生器２２と、磁場ＢＹを発生するＹ軸磁場発生器２４と、磁場ＢＺを発生するＺ軸磁場発生器２６とを備えている。一例として、磁場ＢＺは、ポンプビームＯＰＭＰと実質的に同一線上にあるＺ軸のＤＣ成分（即ち、ＤＣオフセット）を有するＡＣ磁場とすることができる。従って、磁場ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺの正味のＤＣ磁場に基づいて、磁場ＢＺのＡＣ成分と組み合わせて、アルカリ金属１４の粒子は、磁場ＢＺに応答して歳差運動することができる。
【００１３】
アルカリ金属１４の粒子の歳差運動は、外部磁場（磁力計システム１０はその外部磁場を測定するように構成されている）を含む正味のＤＣ磁場に対応する軸を中心とすることができる。磁力計システム１０はまた、例えばポンプビームＯＰＭＰに対してほぼ直交してセンサセル１２を通過するように指向されるプローブビームＯＰＲＢを生成するように構成されたプローブレーザ２８を含む。ＯＤＥＴとして図１の例で示された、センサセル１２から放出されるプローブビームは、アルカリ金属１４の粒子の歳差運動に対応する特性を示すことができる。例えば、スピン偏極したアルカリ金属１４の複屈折に起因して、アルカリ金属１４の粒子の歳差運動角は、センサセル１２を通過するように提供されるプローブビームＯＰＲＢに関連する検出ビームＯＤＥＴに対してファラデー回転効果を示すことができる。センサセル１２から放出される検出ビームＯＤＥＴは、検出ビームＯＤＥＴのファラデー回転を決定するように構成された検出システム３０に供給され、ファラデー回転は、ポンプビームＯＰＭＰと実質的に直交するＸＹ平面における正味の磁場の成分を示す。従って、検出システム３０は、磁場システム２０にフィードバック信号ＦＤＢＫを提供して、Ｘ軸磁場発生器２２およびＹ軸磁場発生器２４に、個々の磁場ＢＸおよびＢＹを調整して、ＸＹ平面における正味の磁場の成分をほぼゼロに設定することに基づいて検出ビームＯＤＥＴのファラデー回転をフィードバック方式で実質的に軽減して、正味の磁場をＺ軸に整列させるように指示することができる。従って、磁場ＢＸ及び磁場ＢＹの大きさは、個々のＸ軸及びＹ軸における外部磁場のベクトルの大きさとは反対に対応する。よって、磁力計システム１０は、アルカリ金属１４の粒子の歳差運動の特性を決定することに基づいて、Ｘ軸およびＹ軸における外部磁場のベクトル成分のＥＰＲ検出を実施することができる。
【００１４】
個々のＸ軸及びＹ軸における外部磁場のベクトルの大きさは、信号ＤＥＴを介してコントローラ３２に供給される。コントローラ３２は、ベクトル成分３４およびスカラー成分３６を有し、コントローラ３２は、外部磁場の大きさを、ベクトル成分３４を介して３つの直交軸のベクトルの大きさとして、スカラー成分３６を介してスカラーの大きさとして測定するか、またはそれ以外に提供することができる。一例として、コントローラ３２は、ベクトル成分３４を介して、個々のＸ軸およびＹ軸における外部磁場のベクトルの大きさの値を格納および／または実質的に常に更新することができる。したがって、磁力計システム１０は、２０１４年６月１２日に公開された２０１２年１２月１１日に出願の「複合電子共鳴（ＥＰＲ）および核磁気共鳴（ＮＭＲ）磁力計システム」という名称の、代理人整理番号ＮＧ（ＮＳＤ）０２０８１１  ＵＳ  ＰＲＩの米国特許出願第１３／７１１，１９９号、現在、２０１７年５月９日に発行された米国特許第９６４５２０５号に記載されている磁力計システムと実質的に同様に動作することができ、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１５】
さらに、磁力計システム１０は、磁力計システム１０を較正するように構成された較正コントローラ３８を含む。較正コントローラ３８は、例えばテスト装置において磁力計システム１０のオフライン較正を行って、個々の磁場ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺを生成する電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺに対する印加磁場ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺのスケールファクタを決定し、３つの直交軸の各々に沿ったゼロの正味のベースライン磁場に対して磁力計システム１０を較正するように実施することができる。従って、較正コントローラ３８は、バイアス、温度、または他の誤差の原因に起因して生じる可能性のある検出される外部磁場の誤差を実質的に軽減するように構成することができる。
【００１６】
図１の例では、較正コントローラは、磁場システム２０に供給される電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺを制御するように構成されている。電流ＩＸ、ＩＹ、ＩＺは、個々の磁場ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺを発生するＸ軸磁場発生器２２、Ｙ軸磁場発生器２４、およびＺ軸磁場発生器２６にそれぞれ対応している。図１の例は、較正コントローラ３８が磁場システム２０に対して別個のコンポーネントであることを示しているが、電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺを制御または生成する電流コントローラは、Ｘ軸磁場発生器２２、Ｙ軸磁場発生器２４、Ｚ軸磁場発生器２６にそれぞれ関連する別々の電流コントローラに対応することができることは理解されるべきである。さらに、本明細書に記載されている磁場は、互いにほぼ直交するように生成され、３つの直交軸に沿って復調されるように選択されるが、本明細書でより詳細に説明するように、磁場は互いに対して異なる（例えば、非直交）角度で生成し、較正方式の復調は、互いに所定の関係を有し、かつ発生した磁場にほぼ対応する角度で提供することができるようにすることは理解されるべきである。
【００１７】
図１の例では、較正コントローラ３８は、信号ＤＥＴを介して示されるように、核スピン同位体１６の１つの歳差運動に基づいて電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺを制御するように構成される。例えば、核スピン同位体１６は、百万分の１の精度レベルで識別できる単位磁場当たりの所定の歳差運動周波数（すなわち、磁気回転比）をそれぞれ有することができる１２９Ｘｅおよび１３１Ｘｅとすることができる。１３１Ｘｅ核スピン同位体１６が３／２核スピン、したがって多極モーメントを有し、１２９Ｘｅ核スピン同位体１６が１／２核スピン、したがって磁気双極子モーメントのみを有すると仮定すると、信号ＤＥＴは、１２９Ｘｅ核スピン同位体１６の歳差運動周波数を監視して、較正のためのより正確な基準を提供するように実施され得る。したがって、本明細書より詳細に説明するように、較正コントローラ３８は、電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺの制御に応答して１２９Ｘｅ核スピン同位体１６によって提供される周波数基準を使用して、磁場ＢＸ、ＢＹ、及びＢＺに対する磁力計システムのスケールファクタを決定し、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の各々に沿った正味のゼロの磁場に対応する電流ＩＸ、ＩＹ及びＩＺの振幅をそれぞれ決定して、磁力計システム１０の正確な較正を提供することができる。
【００１８】
図２は、テスト装置５２に対して配置されたセンサセル５０の例を示し、較正処理の間にセンサセル５０がテスト装置５２内に存在する。テスト装置５２は、較正処理を実行することができる実質的に磁気シールドされた環境に対応している。一例として、センサセル５０は、図１の例のセンサセル１２に対応しているので、図２の例の以下の説明において図１の例を参照する。センサセル５０は、図２の例では、３つの直交軸に対して配向されているように示されている。詳しくは、図２の例は、磁力計システム１０の感度軸を形成する３つの直交軸に対応するＸ軸５４、Ｙ軸５６、およびＺ軸５８を示す。Ｘ軸５４、Ｙ軸５６、及びＺ軸５８は、磁場ＢＸ、ＢＹ、及びＢＺがほぼ整列する３つの直交軸に対応することができる。Ｘ軸磁場発生器２２、Ｙ軸磁場発生器２４、およびＺ軸磁場発生器２６を、特定の個々のＸ軸５４、Ｙ軸５６、およびＺ軸５８に整列することがほぼ不可能であるため、較正コントローラ３８は、センサセル５０を通過する磁場ＢＸ、ＢＹ、ＢＺの向きを指定するように構成することができる。
【００１９】
一例として、較正コントローラ３８は、Ｚ軸５８を磁場ＢＺに正確に整列された主軸として指定して、較正コントローラ３８が磁場ＢＺをＺ軸５８に正確に対応するものとして定義するように構成することができる。図２の例では、磁場ＢＺは、Ｚ軸５８に関して同一線上にあるベクトル「ＢＺ」として示されている。その結果、Ｚ軸５８がＸ軸５４またはＹ軸５６におけるゼロ投影成分を含むように定義されて、磁場ＢＺが、Ｘ軸５４またはＹ軸５６におけるゼロの正味の磁場成分を含むようにする。同様に、較正コントローラ３８は、Ｘ軸５４を、Ｙ軸５６と同一平面上にあり、かつＺ軸５８に直交する第２軸として指定するように構成することができる。従って、磁場ＢＸは、Ｘ軸５４に沿った一次磁場成分とＺ軸５８に沿った二次磁場成分とＹ軸５６に沿ったゼロの正味の磁場成分とを有するＸＺ平面内に存在するものとして定義される。図２の例では、磁場ＢＸは、Ｘ軸５４に対してオフセット角θＺだけオフセットされたベクトル「ＢＸ」として示され、オフセット角θＺは、Ｘ軸５４に対する磁場ＢＸのオフセット角に対応し、かつＸ軸５４およびＺ軸５８によって形成されるＸＺ平面内に含まれる。同様に、較正コントローラ３８は、Ｙ軸５６を、Ｘ軸５４およびＺ軸５８の両方に直交する第３軸として指定するように構成することができる。従って、磁場ＢＹは、Ｙ軸５６に沿った一次磁場成分と、Ｘ軸５４およびＺ軸５８に沿った二次磁場成分とを含む。図２の例では、磁場ＢＹは、ベクトル「ＢＹ」として示されている。磁場ＢＹは、Ｙ軸５６及びＺ軸５８の平面に対する磁場ＢＹのオフセット角に対応する第１のオフセット角φＸだけ、およびＸ軸５４及びＹ軸５６のＸＹ平面に対する磁場ＢＹのオフセット角に対応する第２のオフセット角φＺだけＹ軸５６に対してオフセットされている。
【００２０】
図３は、一例の較正コントローラ１００を示す。較正コントローラ１００は、図１の例における較正コントローラ３８に対応することができる。従って、図３の例の以下の説明において、図１の例を参照する。
【００２１】
較正コントローラ１００は、電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺの振幅をそれぞれ制御するように構成された電流コントローラ１０２を含む。電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺは、それぞれ個々の磁場ＢＸ、ＢＹ、およびＢＺを発生する図１の例におけるＸ軸磁場発生器２２、Ｙ軸磁場発生器２４、およびＺ軸磁場発生器２６に対応する。一例として、電流コントローラ１０２は、磁場ＢＸ、ＢＹおよびＢＺをそれぞれ発生する電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺを生成することができる。別の例として、電流コントローラ１０２は、Ｘ軸磁場発生器２２、Ｙ軸磁場発生器２４、およびＺ軸磁場発生器２６にそれぞれ関連付けられた別個の電流コントローラに制御信号を供給して、電流ＩＸ、ＩＹ、ＩＺの個々の振幅、ひいては磁場ＢＸ、ＢＹ、ＢＺの大きさをそれぞれ制御することができる。
【００２２】
一例として、電流コントローラ１０２は、電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺの各々を個々のＤＣベースライン振幅について方形波変調して、個々の磁場ＢＸ、ＢＹおよびＢＺの交番変調振幅を提供するように構成することができる。図３の例では、較正コントローラ１００は、所定の周波数（例えば、Ｈｚのオーダーのような比較的低い周波数）を有する発振器信号ＬＯを生成するように構成された局部発振器１０４を含み、発振器信号ＬＯは、発振器信号ＬＯの周波数で１つまたは複数の電流ＩＸ、ＩＹ、ＩＺの方形波変調を可能にするために電流コントローラ１０２に供給される。一例として、ＤＣベースライン振幅は、理想動作条件では、電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺの方形波変調が電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺの等しい振幅および反対の振幅、従って、個々の磁場ＢＸ、ＢＹ、ＢＺの等しい大きさと反対の大きさを提供できるように、ほぼゼロの公称振幅を有して、直交軸のうちの所定の１つに関してＤＣベースライン振幅について（例えば、ゼロアンペアで）正味のゼロ時間平均磁場の大きさに対応するようにする。しかしながら、製造条件、温度、または他のバイアス源の固有の変動により、ＤＣベースライン振幅は、直交軸の個々の１つに正味のゼロ磁場を提供するために非ゼロであり得る。従って、電流コントローラ１０２は、較正処理の間、フィードバック方式で個々の電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺのＤＣベースライン振幅を調整するようにさらに構成される。
【００２３】
図３の例では、較正コントローラ１００は、センサセル１２内の少なくとも１つの核スピン同位体１６に関する歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタ１０６をも含む。図３の例では、周波数モニタ１０６は、光検出ビームＯＤＥＴに関する信号ＤＥＴを受信し、核スピン同位体１６の歳差運動周波数の表示を提供することができる。従って、較正処理中、周波数モニタ１０６は、電流ＩＸ、ＩＹ、およびＩＺの個々の１つまたは複数の変調された振幅の各々において、核スピン同位体１６の歳差運動周波数を監視し、歳差運動周波数に対応するフィードバック信号ＦＢを電流コントローラ１０２に供給することができる。その結果、周波数モニタ１０６は、個々の１つまたは複数の直交軸に沿った１つまたは複数の個々の磁場ＢＸ、ＢＹ、ＢＺの正味のゼロの大きさに対応するＤＣベースライン振幅を決定することができる。例えば、周波数モニタ１０６は、核スピン同位体１６の歳差運動周波数の決定に基づいて電流ＩＸ、ＩＹ、ＩＺの個々の１つの正および負の変調された振幅においてほぼ等しくなるような電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺの個々の１つまたは複数のＤＣベースライン振幅を決定することができる。従って、電流コントローラ１０２は、フィードバック信号ＦＢに応答して、電流ＩＸ、ＩＹおよびＩＺの個々の１つのＤＣベースライン振幅を調整して、変調された振幅の各々に対応する歳差運動周波数をほぼ等しい値に設定することができる。
【００２４】
図２の例で説明したように、較正コントローラ１００は、磁場ＢＺに正確に整列された主軸としてＺ軸を指定して、較正コントローラ３８が磁場ＢＺをＺ軸に正確に対応するものとして定義できるように構成することができる。その結果、磁場ＢＺは、Ｘ軸５４またはＹ軸５６に沿ったゼロの正味の磁場成分を含むように定義される。従って、較正コントローラ１００は、Ｚ軸に沿った磁場ＢＺの定義のみに基づいて、Ｚ軸に沿った正味のゼロ磁場の決定に関してＺ軸を較正することができる。磁場ＢＺは、正味のＤＣ成分と、アルカリＥＰＲを駆動するためのＡＣ成分との両方を有し、よってＸ軸５４とＹ軸５６の両方に沿った磁場の測定を行うことができる。磁場ＢＺは、定義上、Ｘ軸５４またはＹ軸５６のいずれかに沿った成分を有していないので、磁場ＢＸまたは磁場ＢＹの測定を妨げることなく、磁場ＢＸおよびＢＹを測定するためのアルカリＥＰＲ磁力計の動作を磁場ＢＺに対する変調を利用して継続することができる。
【００２５】
しかしながら、Ｘ軸は、Ｙ軸と同一平面上にある第２軸として定義されるので、Ｘ軸は、磁場ＢＸがＸ軸５４に沿った磁場成分を主に含むとともに、Ｚ軸５８に沿った磁場成分を含むように、ＸＹ平面内に整列される。従って、電流コントローラ１０２は、電流ＩＺの２つの別々の振幅の各々で電流ＩＸを方形波変調して、磁力計システム１０をＸ軸に対して較正することができる。同様に、Ｙ軸５６は、Ｘ軸およびＺ軸に直交する第３軸として定義されるので、磁場ＢＹは、Ｙ軸５６に沿った磁場成分を主に含むとともに、Ｘ軸５４およびＺ軸５８に沿った磁場成分を含む。従って、電流コントローラ１０２は同様に、電流ＩＺの２つの別々の振幅の各々で電流ＩＹを方形波変調して、磁力計システム１０をＹ軸に対して較正することができる。図３の例では、較正コンポーネント１００は、周波数モニタ１０６および電流コントローラ１０２に信号ＳＱを供給して較正シーケンスを定義するように構成された較正シーケンサ１０８をさらに含む。一例として、較正シーケンサ１０８は、Ｘ軸に沿った磁場ヌルを決定すること、Ｙ軸に沿った磁場ヌルを決定すること、および磁力計システム１０をＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれに沿った磁力計システム１０のスケールファクタ較正を決定することを含む磁力計システム１０の較正シーケンスを定義する。
【００２６】
図４は、一例のタイミング図１５０を示す。タイミング図１５０は、（例えば、較正シーケンサ１０８に基づく）較正処理の間の所定の時間にどの直交軸が較正されているかに応じた電流ＩＸまたはＩＹの１つに対応する電流ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙを示す。例えば、現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、電流ＩＹがゼロ振幅に保持されている間に、Ｘ軸の較正中の電流ＩＸに対応するか、または現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、電流ＩＸがゼロ振幅に保持されている間に、Ｙ軸の較正中の電流ＩＹに対応することができる。タイミング図１５０はまた、電流ＩＺを示す。
【００２７】
図４の例では、現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙについて方形波変調されて、電流ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙが、第１の振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋と第２の振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−との間で発振するようになっている。一例として、方形波変調は、発振器信号ＬＯに基づいており、電流ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙが発振器信号ＬＯの周波数で変調されるようになっている。時間Ｔ０において、電流ＩＺは振幅ＩＭＩＤ＿Ｚに対して振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ−を有する。一例として、振幅ＩＭＩＤ＿Ｚはゼロ振幅に対応することができる。従って、周波数モニタ１０６は、信号ＤＥＴに基づいて、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−の各々において核スピン同位体１６の歳差運動周波数を監視することができるとともに、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−に対する振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋における歳差運動周波数間の差の表示をフィードバック信号ＦＢを介して電流コントローラ１０２に供給することができる。よって、電流コントローラ１０２は、フィードバック信号ＦＢに基づいて振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙを調整して、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−における核スピン同位体１６の歳差運動周波数に等しくなるように設定することができる。
【００２８】
時間Ｔ１において、電流ＩＺの振幅は振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ−から振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ＋に切り替わる。従って、時間Ｔ１において、周波数モニタ１０４は、信号ＤＥＴに基づいて、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を再び監視することができるとともに、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−に対する振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋における歳差運動周波数間の差の表示をフィードバック信号ＦＢを介して電流コントローラ１０２に供給することができる。従って、電流コントローラ１０２は、フィードバック信号ＦＢに基づいて振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙを再び調整して、振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋における核スピン同位体１６の歳差運動周波数が振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−における核スピン同位体１６の歳差運動周波数に等しくなるように設定することができる。よって、電流コントローラ１０２は、振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙ、即ち電流ＩＸおよびＩＹの個々のＤＣベースライン振幅を決定することができ、ＤＣベースライン振幅は、電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅およびＩＭＯＤ＿Ｚ＋振幅間の振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙの平均に基づくＸ軸およびＹ軸の個々の１つに沿ったゼロの正味の磁場に対応する。換言すれば、変調された振幅ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ＋及びＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の等しい歳差運動周波数に対応する電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ＋振幅及びＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅の各々において振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙを決定することによって、個々の磁場ＢＸ、ＢＹの個々の１つのＸ軸方向またはＹ軸成分の影響が、個々の磁場発生器２２，２４の１つによって生成されたＺ軸成分から分離される。従って、電流ＩＸまたはＩＹのＤＣ成分にそれぞれ対応するＤＣ磁場のコイル駆動が、電流ＩＺに関連する振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ＋においてＮＭＲが感知したヌルと、振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ−においてＮＭＲが感知したヌルとの間の中間にあるときに、即ち磁場ＢＺの関連する磁場の大きさであるとき、Ｘ軸またはＹ軸の個々の１つに沿った真のゼロの磁場の大きさが達成される。
【００２９】
正味のゼロ磁場の大きさに対応する磁場ヌルを決定する前述の方法は、例えばシーケンスにおいて一度に１つずつ実行されるように、Ｘ軸とＹ軸の両方に対応する。しかしながら、前述したように、Ｘ軸及びＺ軸に直交する第３軸としてＹ軸５６が定義され、磁場ＢＹはＸ軸５４及びＺ軸５８に沿った磁場成分を含む。従って、較正コントローラ１００は、３つの直交軸の間に三角法関係を実施して、磁場ＢＸの成分を、Ｙ軸に沿った磁場ＢＹのヌルの決定から分離する。一例として、磁力計システム１０のＥＰＲ部分は、光検出ビームＯＤＥＴの復調方式に基づいてＸ軸に平行な磁場ＢＹの成分を測定して、外部磁場のＹ軸の磁場成分の復調が外部磁場のＸ軸の磁場成分の復調に対して９０度ずれるように選択される。このように、Ｙ軸の較正は、Ｙ軸磁場発生器２４にＡＣ信号を印加し、Ｘ軸に沿って測定された磁場とＹ軸に沿って測定された磁場との比を測定することによって（例えば、ＥＰＲ磁力計感度モデルによって補正されるように）実行することができる。測定された比は、ＸＹ平面におけるＸ軸と磁場ＢＹとの間の角度の接線を提供するように選択される。この角度は、次に、Ｘ軸及びＹ軸の両方に真のヌル磁場を達成するために、（例えば、電流ＩＸ及びＩＹの個々のＤＣベースライン振幅に関連する）個々のＸ及びＹのヌル設定を補正するために使用することができる。
【００３０】
図５は、別の例のタイミング図２００を示す。タイミング図２００は、電流ＩＸ、電流ＩＹ、および電流ＩＺを示す。タイミング図２００は、磁場ＢＺに対する電流ＩＺのスケールファクタ較正のための電流ＩＺの方形波変調を示す。磁場ＢＺのスケールファクタ較正の間、電流ＩＸは、例えば、図３および図４の例に関して先に説明した較正処理に基づいてＸ軸に沿ったゼロの正味の磁場が生じるように決定されたＤＣベースライン振幅に対応することができる振幅ＩＭＩＤ＿Ｘを有するように制御することができる。同様に、電流ＩＹは、例えば、図３および図４の例に関して先に説明した較正処理に基づいてＹ軸に沿ったゼロの正味の磁場が生じるように決定されたＤＣベースライン振幅に対応することができる振幅ＩＭＩＤ＿Ｙを有するように制御することができる。
【００３１】
時間Ｔ０において、電流ＩＺは、第１の変調振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ＋と第２の変調振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ−との間のＤＣベースライン振幅ＩＭＩＤ＿Ｚについて（例えば、発振器信号ＬＯの周波数で）方形波変調される。変調振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ＋およびＩＭＯＤ１＿Ｚ−の各々において、較正コントローラ１００は、核磁気同位体１６の歳差運動周波数を記録することができる。時間Ｔ１において、電流コントローラ１０２は、電流ＩＺが、第１の変調振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ＋と第２の変調振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ−との間のＤＣベースライン振幅ＩＭＩＤ＿Ｚについて方形波変調されるように、電流ＩＺの方形波変調を変更することができる。第１の変調振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ＋および第２の変調振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ−の各々は、個々の変調振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ＋およびＩＭＯＤ１＿Ｚ−よりも絶対値の振幅が大きい。従って、変調振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ＋及びＩＭＯＤ２＿Ｚ−の各々において、較正コントローラ１００は、核磁気同位体１６の歳差運動周波数を記録することができる。さらに、時間Ｔ２において、電流コントローラ１０２は、電流ＩＺが、第１の変調振幅ＩＭＯＤ３＿Ｚ＋と第２の変調振幅ＩＭＯＤ３＿Ｚ−との間のＤＣベースライン振幅ＩＭＩＤ＿Ｚについて方形波変調されるように、電流ＩＺの方形波変調を変更することができる。第１の変調振幅ＩＭＯＤ３＿Ｚ＋および第２の変調振幅ＩＭＯＤ３＿Ｚ−は、振幅ＩＭＯＤ２＿Ｚ＋およびＩＭＯＤ２＿Ｚ−よりも絶対値の振幅が大きい。
【００３２】
従って、較正コントローラ１００は、生成された磁場ＢＺに基づいて、電流ＩＺの振幅と、核スピン同位体１６の歳差運動周波数に及ぼす影響との間の相関を決定することができる。Ｘ軸およびＹ軸に沿った真のヌルをそれぞれ決定するために、電流ＩＸおよびＩＹのＤＣベースライン振幅を既に決定しているので、較正コントローラ１００は、ＸＹ平面内の磁場の影響と、Ｚ軸磁場発生器２６における非線形性の影響との間で区別することができる。従って、較正コントローラ１００は、個々の電流振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ、ＩＭＯＤ２＿Ｚ、およびＩＭＯＤ３＿Ｚの各々において生成される磁場ＢＺの異なる離散した大きさに基づいて較正曲線を生成することができる。よって、電流ＩＺの変化に対する、例えばＺ軸磁場発生器２６を介して提供されるような、磁場ＢＺへの絶対的変化の較正は、Ｚ軸磁場発生器の任意の非線形性（例えば、コイル、駆動電子部品、および内部接続の組み合わせを含む）を考慮して決定することができる。図５の例は、３つの別個の変調振幅ＩＭＯＤ１＿Ｚ、ＩＭＯＤ２＿Ｚ、およびＩＭＯＤ３＿Ｚのみを示しているが、電流ＩＺの方形波変調は、スケールファクタを較正するためにより多くの（例えば、４つ以上）またはより少ない（例えば、１つまたは２つの）個別の離散変調振幅を含むことができることは理解されるべきである。
【００３３】
さらに、Ｚ軸のスケールファクタの較正の際に、偏極アルカリ蒸気１４によって生成される磁場成分による残留オフセットを測定することによって、Ｚ軸磁場発生器２６からの絶対磁場ＢＺを決定することができる。アルカリ磁場オフセットの最大成分は、例えば、Ｚ軸に沿ってポンプビームＯＰＭＰを提供するトポロジーに基づく等、Ｚ軸に沿ったものとすることができるが、Ｘ軸およびＹ軸に沿った成分を有することもできる。ポンプレーザ１８の電力を変化させ、核スピン同位体１６の歳差運動周波数の対応する変化を監視することにより、較正曲線を生成することができる。較正曲線は、絶対的なＺ軸磁場発生器２６のオフセットを決定するためにゼロのアルカリ磁場に戻って外挿される。一例として、較正コントローラ１００は、磁場ＢＺの正の大きさおよび負の大きさの両方について、光ポンプビームＯＰＭＰの正の振幅および負の振幅の両方について、および光プローブビームＯＰＲＢ（例えば、検出ビームＯＤＥＴ）の正の振幅および負の振幅の両方、同様に光プローブビームＯＰＲＢの様々な強度について、プロセスを繰り返すことができる。従って、較正コントローラ１００は、アルカリ磁場のオフセット、磁場ＢＺの真のオフセット、光プローブビームＯＰＲＢの電力に対するアルカリ磁場の依存性を正確に決定することができるとともに、光プローブビームＯＰＲＢの理想的でない直線偏極に対応することができる。
【００３４】
図６は、別の例のタイミング図２５０を示す。タイミング図２５０は、直交軸のどの軸が（例えば、較正シーケンサ１０８に基づく）較正処理の間の任意の時間にスケールファクタ較正されているかに応じた電流ＩＸまたはＩＹのうちの１つに対応する電流ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙを示す。例えば、現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、電流ＩＹがゼロ振幅に保持されている間に、Ｘ軸の較正中の電流ＩＸに対応することができるか、または現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、電流ＩＸがゼロ振幅に保持されている間に、Ｙ軸の較正中の電流ＩＹに対応することができる。タイミング図１５０はまた、電流ＩＺを示す。
【００３５】
図６の例では、現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、振幅ＩＭＩＤ＿Ｘ、Ｙについて方形波変調されており、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれ１つのヌル磁場に対応していると既に決定されている。時間Ｔ０において、電流ＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙは、例えば、発振器信号ＬＯの周波数に基づいて、振幅ＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ＋と振幅ＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ−との間で発振する。時間Ｔ０において、電流ＩＺは、振幅ＩＭＩＤ＿Ｚ（例えばゼロ振幅）に対して振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ−を有する。従って、周波数モニタ１０６は、電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅における信号ＤＥＴに基づいて、振幅ＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を監視することができる。時間Ｔ１において、電流ＩＺは振幅ＩＭＩＤ＿Ｚに対して振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ＋を有する。従って、周波数モニタ１０６は、電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅における信号ＤＥＴに基づいて、振幅ＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を再び監視することができる。
【００３６】
時間Ｔ２において、電流コントローラ１０２は、現在のＩＭＯＤ＿Ｘ、Ｙの絶対値の変調振幅をＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ１＿Ｘ、Ｙ−からＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ−にそれぞれ増加させることができる。従って、時間Ｔ２において、電流ＩＺは、振幅ＩＭＩＤ＿Ｚに対して振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ−を有し、周波数モニタ１０６は、電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅における信号ＤＥＴに基づいて振幅ＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ＋およびＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を監視することができる。時間Ｔ３において、電流ＩＺは、振幅ＩＭＩＤ＿Ｚに対して振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ＋を有し、周波数モニタ１０６は、電流ＩＺのＩＭＯＤ＿Ｚ−振幅における信号ＤＥＴに基づいて振幅ＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ＋及びＩＭＯＤ２＿Ｘ、Ｙ−の各々における核スピン同位体１６の歳差運動周波数を再び監視することができる。従って、電流コントローラ１０２は、増加する離散振幅において方形波変調を継続することができるとともに、図５の例で前述したのと同様に、個々の較正曲線を生成することができる。よって、較正コンポーネント１００は、電流ＩＺの振幅ＩＭＯＤ＿Ｚ＋およびＩＭＯＤ＿Ｚ−の各々において電流ＩＸおよびＩＹの離散した別個の振幅に基づいて生成された較正曲線に応答してＸ軸およびＹ軸に沿った磁力計システム１０のスケールファクタ較正を提供することができる。
【００３７】
較正コントローラ１００はまた、３つの全ての直交軸に対するセンサバイアスに関して磁力計システム１０を較正するように構成することもできる。一例として、較正コンポーネント１００は、図３および図４の例に関して前述したように磁場のヌル較正を実行して、個々のＸ軸およびＹ軸の各々に対して測定磁場ＢＸおよびＢＹのＤＣおよびＡＣ成分を分離しつつ、磁力計システム１０を既知の速度で、および／または磁力計システム１０の複数の既知の向きにＺ軸を中心に回転させることによって、Ｘ軸およびＹ軸センサバイアス値を測定するように構成することができる。個々の磁場ＢＸおよびＢＹのＤＣ部分は、磁力計システム１０のセンサバイアスに対応する。しかしながら、回転周波数における個々の磁場ＢＸ及び磁場ＢＹのＡＣ部分は、テスト装置の環境に対応する。従って、較正コンポーネント１００は、センサバイアスを回転から分離して、テスト装置に関連する磁気異常を判定して、外部磁場の測定における磁気異常を相殺することができるようにすることができる。同様に、較正コンポーネントは、所定の速度でＺ軸に対して直交な軸を中心に磁力計システム１０を物理的に回転させ、測定磁場ＢＺのＤＣ成分およびＡＣ成分を分離して、Ｚ軸に関してテスト装置に関連する磁気異常を判定して、外部磁場の測定において磁気異常が再び相殺されるようにすることができる。
【００３８】
上記の構造的および機能的特徴を考慮して、本開示の様々な態様による方法が、図７を参照して、よりよく理解されるであろう。説明を簡単にするために、図７の方法が連続的に実行されるように示され、かつ説明されているが、本開示は図示された順序に限定されず、いくつかの態様は、本開示に従って、本明細書に示されかつ記載されたものとは異なる順序で、及び／又は他の態様と同時に発生することが理解されるべきである。さらに、本開示の一態様による方法を実施するために全ての示された特徴が必要とされるわけではない。
【００３９】
図７は、磁力計システム（例えば、磁力計システム１０）を較正するための一例の方法３００を示す。３０２において、第１の電流（例えば、電流ＩＺ）に応答して３つの直交軸の第１軸（例えば、Ｚ軸５８）に整列された第１の磁場（例えば、磁場ＢＺ）が印加され、第２の電流（例えば、電流ＩＸ）に応答して３つの直交軸の第２軸（例えば、Ｘ軸５４）にほぼ整列された第２の磁場（例えば、磁場ＢＸ）が印加され、第３の電流（例えば、ＩＹ）に応答して３つの直交軸の第３軸（例えば、Ｙ軸５６）にほぼ整列された第３の磁場（例えば、磁場ＢＹ）が印加される。３０４において、プローブビーム（例えば、プローブビームＯＰＲＢ）が、アルカリ金属粒子（例えば、アルカリ金属粒子１４）および少なくとも１つの核スピン同位体（例えば、核スピン同位体１６）を含むセンサセル（例えば、センサセル１２）を通過するように供給される。３０６において、第１、第２及び第３の磁場の少なくとも１つに応答したセンサセル内の少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性が、センサセルを通過するプローブビームに関連する検出ビーム（例えば、検出ビームＯＤＥＴ）の特性に基づいて監視される。３０８において、第１の電流、第２の電流および第３の電流の少なくとも１つの振幅が、少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいてフィードバック方式で制御される。
【００４０】
上記の説明は、本開示の例である。当然のことながら、本開示を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲内に含まれる変更、修正および変形をすべて包含することが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年10月26日(2018.10.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁力計システムであって、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するように構成されたプローブレーザと、
前記センサセルを貫通する個々の複数の軸を通る複数の磁場を生成するように構成された磁場システムと、
前記複数の磁場に基づく前記アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した前記検出ビームの特性に基づいて外部磁場の検出を実施するように構成された検出システムと、
前記複数の磁場に対する所定の変化を実施すること、および前記検出ビームをフィードバック方式で監視することに基づいて前記磁力計システムを較正するように構成された較正コントローラと、を備える磁力計システム。
【請求項２】
前記較正コントローラは、前記センサセルを貫通する各軸におけるゼロの正味の磁場を生成する、個々の前記複数の磁場に関連する複数の電流振幅を決定することに基づいて前記磁力計システムを較正するように構成される、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項３】
前記較正コントローラは、前記複数の磁場の各々の複数の大きさの各々において前記検出ビームを介して前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を前記フィードバック方式で監視して前記磁力計システムを較正するように構成されている、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項４】
前記較正コントローラは、
個々の前記複数の磁場に関連する複数の電流を制御するように構成された電流コントローラであって、前記電流コントローラは、前記複数の電流のうちの少なくとも１つをＤＣベースライン振幅に関して方形波変調するように構成されている、前記電流コントローラと、
前記磁力計システムを較正するために、複数の電流の少なくとも１つの変調された振幅の各々において、少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタと、を含む、請求項３に記載の磁力計システム。
【請求項５】
前記周波数モニタは、フィードバック方式で前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、前記複数の電流の少なくとも１つの各々の方形波変調振幅に関して等しくなるように設定して、前記複数の電流の少なくとも１つの個々の１つに対応する３つの直交軸の個々の１つに沿ったゼロの正味の磁場に対応するＤＣベースライン振幅を決定するように構成される、請求項４に記載の磁力計システム。
【請求項６】
前記較正コントローラは、方形波変調の振幅を変化させて、前記複数の電流のうちの少なくとも１つの変調された振幅の各々において前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を決定することに基づいて、第１、第２、および第３の磁場に関連するスケールファクタを較正するように構成されている、請求項４に記載の磁力計システム。
【請求項７】
前記磁場システムは、前記センサセルを通ように互いにほぼ直交して設けられた第１の磁場、第２の磁場、および第３の磁場を生成するように構成されており、３つの直交軸は、第１軸、第２軸及び第３軸を含み、前記較正コントローラは、前記複数の磁場の第１の磁場を第２軸および第３軸に沿ったゼロ磁場成分を含むように前記第１軸と整列するものとして指定し、前記第２軸に関連する複数の磁場の第２の磁場が前記第１軸に関連する磁場成分を含み、前記第３軸に関連する複数の磁場の第３の磁場が前記第１軸および前記第２軸に関連する磁場成分を含むようにするように構成され、前記較正コントローラは、第１の磁場に関連する第１の電流、第２の磁場に関連する第２の電流、および第３の磁場に関連する第３の電流を制御するように構成された電流コントローラを含む、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項８】
前記電流コントローラは、前記第３の電流のゼロ振幅で、かつ前記第１の電流の第１のＤＣ電流振幅および第２のＤＣ電流振幅の各々の間に前記第２の電流を方形波変調して、前記検出ビームに基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場の大きさに関連する第１のＤＣベースライン電流振幅を決定し、前記第２の電流のゼロ振幅で、かつ前記第１の電流の第１のＤＣ電流振幅および第２のＤＣ電流振幅の各々の間に前記第３の電流を方形波変調して、前記検出ビームに基づいて、および前記３つの直交軸の間の三角測量関係に基づいて前記第３軸に沿ったゼロの正味の磁場の大きさに関連する第２のＤＣベースライン電流振幅を決定するようにさらに構成されている、請求項７に記載の磁力計システム。
【請求項９】
前記アルカリ金属粒子を励起して前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動を促進するように構成された光ポンプビームを生成するように構成されたポンプレーザをさらに備え、前記光ポンプビームが、前記第１軸にほぼ整列されている、請求項７に記載の磁力計システム。
【請求項１０】
前記較正コントローラは、前記光ポンプビーム、前記複数の磁場のうちの１つ、および光プローブビームのうちの少なくとも１つの極性の反転を制御して、前記光ポンプビーム、前記複数の磁場のうちの１つ、および前記光プローブビームのうちの少なくとも１つの各極性に基づく監視された検出ビームに基づいて前記磁力計システムをフィードバック方式で較正するように構成されている、請求項９に記載の磁力計システム。
【請求項１１】
前記較正コントローラは、前記複数の磁場に対する前記所定の変化を実施すること、およびテスト装置における３つの直交軸に関する前記磁力計システムの所定の回転において前記検出ビームを前記フィードバック方式で監視することに基づいて前記磁力計システムを較正して、前記テスト装置に関連する磁気異常を実質的に軽減するように構成されている、請求項１に記載の磁力計システム。
【請求項１２】
磁力計システムを較正する方法であって、
第１の電流に応答して３つの直交軸の第１軸に整列した第１の磁場、第２の電流に応答して前記３つの直交軸の第２軸にほぼ整列した第２の磁場、および第３の電流に応答して前記３つの直交軸の第３軸にほぼ整列した第３の磁場を印加するステップと、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを通過するプローブビームを提供するステップと、
前記センサセルを通過する前記プローブビームに関連する検出ビームの特性に基づいて前記第１、第２及び第３の磁場の少なくとも１つに応答した前記センサセルにおける前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップと、
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅をフィードバック方式で制御するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記振幅を制御するステップは、前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうちの少なくとも１つの各々においてゼロの正味の磁場を検出するまで、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの振幅を制御することを含み、
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップは、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視することを含み、前記振幅を制御するステップは、
ＤＣベースライン振幅について前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの各々を方形波変調すること、
前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの方形波変調された振幅に関して等しくなるように設定することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記磁力計システムの向きを前記３つの直交軸の各々を中心にテスト装置内で所定の方法でシフトさせるステップをさらに含み、前記第１の電流、前記第２の電流、および第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御するステップは、テスト装置に対する所定の方法での前記磁力計システムの回転中に、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御して、テスト装置に関連する磁気異常を実質的に軽減することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記振幅を制御するステップは、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の各々を方形波変調すること、および前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の各々の方形波変調の振幅を変化させることを含み、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップは、前記第１の電流、前記第２の電流、及び前記第３の電流の各々の方形波変調振幅における歳差運動周波数を監視して、前記第１軸、前記第２軸及び前記第３軸の各々における磁力計に関連するスケールファクタを較正することを含む、請求項１２に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
上記の説明は、本開示の例である。当然のことながら、本開示を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本開示の多くのさらなる組み合わせおよび置換が可能であることを認識するであろう。従って、本開示は、添付の特許請求の範囲の技術思想および範囲内に含まれる変更、修正および変形をすべて包含することが意図されている。
以下に、上記実施形態から把握できる技術思想を付記として記載する。
［付記１］
磁力計システムを較正する方法であって、
第１の電流に応答して３つの直交軸の第１軸に整列した第１の磁場、第２の電流に応答して前記３つの直交軸の第２軸にほぼ整列した第２の磁場、および第３の電流に応答して前記３つの直交軸の第３軸にほぼ整列した第３の磁場を印加するステップと、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルを通過するプローブビームを提供するステップと、
前記センサセルを通過する前記プローブビームに関連する検出ビームの特性に基づいて前記第１、第２及び第３の磁場の少なくとも１つに応答した前記センサセルにおける前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップと、
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅をフィードバック方式で制御するステップと、を含み、
前記振幅を制御するステップは、前記第１軸、前記第２軸、および前記第３軸のうちの少なくとも１つの各々においてゼロの正味の磁場を検出するまで、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの振幅を制御することを含み、
前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の特性を監視するステップは、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視することを含み、前記振幅を制御するステップは、
ＤＣベースライン振幅について前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの各々を方形波変調すること、
前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流のうちの少なくとも１つの個々の１つの方形波変調された振幅に関して等しくなるように設定することを含み、
前記第１軸が前記第２の磁場および前記第３の磁場に関連するゼロ磁場成分を含むように、前記第１の磁場を前記第１軸と整列されているものとして指定するステップと、
前記第２軸が前記第１の磁場に関連する磁場成分を含むように、前記第２の磁場を前記第２軸とほぼ整列されているものとして指定するステップと、
前記第３軸が前記第１の磁場および前記第２の磁場の各々に関連する磁場成分を含むように、前記第３の磁場を前記第３軸とほぼ整列されているものとして指定するステップと、をさらに含み、
前記第１の電流、前記第２の電流および前記第３の電流の少なくとも１つの振幅を制御するステップは、
前記第１の電流の２つの振幅の各々で、かつ前記第３の電流のゼロ振幅で前記第２の電流を制御して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場をフィードバック方式で決定すること、
前記第１の電流の２つの振幅の各々で、かつ前記第２の電流のゼロ振幅で前記第３の電流を制御して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動の検出された特性に基づいて、かつ３つの直交軸の三角測量関係に基づいて前記第２軸に沿ったゼロの正味の磁場をフィードバック方式で決定することを含む、方法。
［付記２］
核磁気共鳴（ＮＭＲ）および電子常磁性共鳴（ＥＰＲ）の組み合わせ型磁力計システムであって、
アルカリ金属粒子および少なくとも１つの核スピン同位体を含むセンサセルと、
前記センサセルを通過するプローブビームを提供して検出ビームを生成するように構成されたプローブレーザと、
前記センサセルに関連する３つの直交軸の第１軸に整列された第１の磁場、前記３つの直交軸の第２軸にほぼ整列された第２の磁場、および前記３つの直交軸の第３軸にほぼ整列された第３の磁場を生成するように構成された磁場システムと、
複数の磁場に基づく前記アルカリ金属粒子および前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動に応答した前記検出ビームの特性に基づいて外部磁場のＮＭＲ検出およびＥＰＲ検出を実施するように構成された検出システムと、
較正コントローラと、を備え、前記較正コントローラは、
前記第１の磁場、前記第２の磁場、および前記第３の磁場にそれぞれ関連する第１の電流、第２の電流、および第３の電流を制御するように構成された電流コントローラであって、前記電流コントローラは、前記第１の電流、前記第２の電流及び前記第３の電流の少なくとも１つをＤＣベースライン振幅について方形波変調するように構成されている、前記電流コントローラと、
ＥＰＲおよびＮＭＲの組み合わせ型磁力計システムを較正するために、前記第１の電流、前記第２の電流、および前記第３の電流の少なくとも１つの各変調された振幅で、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を監視するように構成された周波数モニタとを含む、組み合わせ型磁力計システム。
［付記３］
前記周波数モニタは、フィードバック方式で前記ＤＣベースライン振幅を調整して、前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を、複数の電流の少なくとも１つの各々の方形波変調振幅に関して等しくなるように設定して、前記複数の電流の少なくとも１つの個々の１つに対応する前記３つの直交軸の個々の１つに沿ったゼロの正味の磁場に対応するＤＣベースライン振幅を決定するように構成される、付記２に記載の組み合わせ型磁力計システム。
［付記４］
前記較正コントローラは、方形波変調の振幅を変化させて、複数の電流のうちの少なくとも１つの変調された振幅の各々において前記少なくとも１つの核スピン同位体の歳差運動周波数を決定することに基づいて、前記第１、第２、および第３の磁場に関連するスケールファクタを較正するように構成されている、請求項付記２に記載の組み合わせ型磁力計システム。
【外国語明細書】
2019066479000001.pdf