JP2000284032A

JP2000284032A - Ｓｑｕｉｄ磁束計

Info

Publication number: JP2000284032A
Application number: JP11090330A
Authority: JP
Inventors: Shigeharu Oyu; 重治大湯; Yoichi Takada; 洋一高田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP4427122B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高温超伝導ＳＱＵＩＤにも適用でき、参照用マ
グネットメータを必要とせず、補償電流の調整を頻繁に
行なう必要が無く、且つ、環境磁場の高い除去率を実現
する高次微分グラジオメータを成すＳＱＵＩＤ磁束計を
提供する。【解決手段】３個以上のＳＱＵＩＤと、そのＳＱＵＩＤ
夫々を独立して駆動する駆動回路と、ＳＱＵＩＤ夫々に
駆動回路夫々の出力に比例した大きさの磁束をフィード
バックさせるフィードバックコイルとを備える。３個以
上のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤに、
他の１個のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大き
さのフィードバック磁束をフィードバックコイルを介し
て印加する。これらのＳＱＵＩＤ以外の他のＳＱＵＩＤ
の駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁
束を前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤにフィードバック
コイルを介して加法的に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＳＱＵＩＤ（超伝
導量子干渉素子：ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱ
ＵａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃ
ｅ）と呼ばれる高感度な磁気センサを用いたＳＱＵＩＤ
磁束計に関わり、とくに、ＳＱＵＩＤとして高温超伝導
ＳＱＵＩＤを用いて、外来磁気雑音の除去に有効なグラ
ジオメータの構成を採るＳＱＵＩＤ磁束計に関する。こ
のＳＱＵＩＤ磁束計は主に生体磁気計測装置に好適であ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＳＱＵＩＤを多数用いたマルチチ
ャネル型ＳＱＵＩＤ磁束計が盛んに開発されており、こ
の磁束計を用いた脳磁図、心磁図などの生体磁気計測が
研究されている。この生体磁気計測は、既に、大脳生理
学の研究及び虚血性心疾患や不整脈の診断に有効である
ことが見出されている。

【０００３】極低音で動作するＳＱＵＩＤは大掛かりな
冷却機構を必要とするため、どうしても、生体磁気計測
装置の全体構成も大形化し、かつ、運用コストも高いと
いう問題が付きまとう。

【０００４】このような中、近年、高温超伝導材料を用
いたＳＱＵＩＤが実用化に近づいている。高温超伝導Ｓ
ＱＵＩＤは取り扱いが容易な液体窒素により冷却でき
る。このため、高温超伝導ＳＱＵＩＤを生体磁気計測装
置に組み込むことにより、ことさら大規模な冷却機構は
必要なくなり、装置全体の大形化も回避でき、且つ、運
用コストも低減できるものと、期待されている。

【０００５】ところで、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて生体
磁気を計測するには、生体から発生する磁場は非常に微
弱であることから、生体以外から発生する磁場（以下、
これを「環境磁場」を呼ぶことにする）を除去しない限
り、有効な計測は期待できない。このため、環境磁場を
除去する技術が生体磁気計測の主要な分野の１つを形成
している。

【０００６】図１３に、環境磁場を除去するための従来
法のいくつかを示す。同図（ａ）はＳＱＵＩＤ磁束計に
用いられる磁束検出用の１次微分型ピックアップ（検
出）コイルと呼ばれている。このピックアップコイル
は、主に液体ヘリウム温度で動作するＳＱＵＩＤ磁束計
に採用されるコイルであり、超伝導線によって２つのル
ープが互いに逆向きに巻装されている。この１次微分型
ピックアップコイルは、心臓や脳など、このコイルの近
傍から発生する磁場に対しては感度の良い検出特性を示
す一方で、遠方で発生した環境磁場に対しては２つのコ
イルにほぽ同じ大きさの磁束が鎖交するためことからキ
ャンセルするようになっている。

【０００７】また、同図（ｂ）は、上述した１次微分型
ピックアップコイルを２つ用いて、その中心軸方向にお
いて逆向きに重ねた状態で接続した構成のピックアップ
コイルを示す。このピックアップコイルは２次微分型ピ
ックアップコイルと呼ばれており、１次微分型よりも更
に高い環境磁場の除去能力を発揮できる。これらの微分
型ピックアップコイルを備え、磁場の勾配成分を計測す
る磁束計は「グラジオメータ」と呼ばれている。

【０００８】このグラジオメータを電気的あるいはソフ
トウェア的に実現する手法が、例えば、米国特許第５，
１２２，７４４号、特開平４−２６４２８１号、特開平
５−２３２２０２号、特開平６−１３８１９７号などに
よる提案として知られている。これらの電気的あるいは
ソフトウェア的な手法は、極低温用のＳＱＵＩＤ磁束計
にも適用可能であるが、図１３（ａ），（ｂ）のような
ビックアップコイルを形成することが難しい高温超伝導
ＳＱＵＩＤ磁束計に好適にも適用できる。

【０００９】この内、とくに、特開平５−２３２２０２
号にはソフトウェア的に２次微分のグラジオメータを構
成する例が開示されており、これを図１３（ｃ）に模式
的に示す。同図によれば、４個のマグネットメータを用
い、その中の２個ずつのマグネットメータ同士の出力の
差分を演算して１次微分の出力を求め、さらに、その差
分出力同士の差分を再度演算することにより、２次微分
の出力を得ている。加えて、参照用のマグネットメータ
を別に用意し、この参照用マグネットメータの計測値に
比例する電流を補償電流として、他の４つのマグネット
メータに供給することにより、４つのマグネットメータ
に共通に入力される大きな値を持つ空間的に一様な環境
磁場を予め各検出値から差し引く構成になっている。

【００１０】このように２次微分型のグラジオメータ構
成することで、１次微分グラジオメータよりも環境磁場
の除去能力を上げることができる。当然に、３次以上な
ど、高次の微分次数を持つグラジオメータを構成するほ
ど、環境磁場をその高次成分まで除去できることにな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平５−２
３２２０２号記載の２次微分グラジオメータは、大きな
値を持つ環境磁場の一様成分を予め除去した後、差分を
演算するようにしているため、各マグネットメータのダ
イナミックレンジは小さくても、１段目の差分演算の出
力である１次微分出力値は、高い精度の計測値を得るこ
とができる。

【００１２】しかし、同公開公報記載の２次微分グラジ
オメータにあっては、環境磁場に同様に含まれている、
大きな値を持つ磁場の１次勾配成分に対する除去能力が
極めて低いという問題がある。

【００１３】すなわち、この１次勾配成分はその殆どが
２つの１次微分出力に混入している。そのため、２段目
の差分演算により、大きな環境磁場の１次勾配成分の中
に含まれる小さな２次勾配成分を取り出さなければなら
ない。したがって、２次微分出力値を高精度に得ようと
すれば、１次微分出力値に大きなダイナミックレンジと
厳密なゲイン設定が必要になる。そして、１次微分出力
値に大きなダイナミックレンジと厳密なゲイン設定を確
保するには、結局、各マグネットメータのダイナミック
レンジを大きくする必要がある。したがって、ＳＱＵＩ
Ｄ駆動回路や各増幅器の厳密なゲイン設定が要求され
る。

【００１４】例えば、環境磁場の一様成分のピーク値を
約１０ｎＴ、１次勾配成分のビーク値を約１００ｐΤ、
２次勾配成分のビーク値をｌｐΤ、単位周波数当たりの
環境磁場は一様成分で１００ｐＴ／√Ｈｚ、１次勾配成
分で１ｐＴ／√Ｈｚ、２次勾配成分で１０ｆＴ／√Ｈｚ
とし、１０ｆＴ／√Ｈｚの最小分解能で計測したいとす
る。

【００１５】この場合、各マグネットメータの出力およ
び１次微分出力にはピーク時に１００ｐＴの信号が出力
されるので、１次微分出力の最小分解能は、少なくとも
１０ｆＴ／√Ｈｚ以下を維持しつつ、１００ｐＴのピー
ク値で振り切れることの無いように設計しなければなら
ない。また、１次微分出力の信号値は単位周波数当たり
１ｐＴ／√Ｈｚであり、この中から１０ｆＴ／√Ｈｚの
信号を取り出す必要があるので、各マグネットメータや
増幅器、差分演算器のゲインの設定精度および１段目の
差分演算および２段目の差分演算の同相信号除去比は少
なくとも４０ｄΒ以上である必要がある。さらに、環境
磁場の一様成分１００ｐＴ／√Ｈｚが含まれる中から最
小分解能１０ｆＴ／√Ｈｚの１次微分出力を差分演算に
より取り出す必要があるから、参照用のマグネットメー
タによって磁場の一様成分を除去するために各々のマグ
ネットメータに与える補償の量は８０ｄＢの精度で一致
させること必要がある。

【００１６】かかる公報記載の従来例の場合、各々のマ
グネットメータに与える補償の量を８０ｄＢの精度で一
致させようとして、補償電流の調整回路（可変抵抗）が
備えられ、各マグネットメータのばらつき分を補正する
構成となっている。

【００１７】しかし、全てのマグネットメータのばらつ
きを人手で調整するのは手間が掛かる。加えて、調整を
完了した後であっても、調整抵抗や配線抵抗の温度変化
などに因る抵抗値の時間的な揺らぎは発生するので、か
かる調整を頻繁に行なわなければならないという問題が
あった。

【００１８】また、４つのマグネットメータの他に、参
照用としてマグネットメータを別途付加しなければなら
ないという問題もあつた。

【００１９】本発明は、上述した特開平５−２３２２０
２号記載の２次微分グラジオメータなどに見られる従来
の問題を考慮してなされたもので、空間的に立体的なビ
ックアップコイルの形成が困難な高温超伝導ＳＱＵＩＤ
にも適用できるとともに、参照用のマグネットメータを
必要とせず、補償電流の調整を頻繁に行なう必要が無
く、且つ、環境磁場の高い除去率を実現することができ
る高次微分グラジオメータを成すＳＱＵＩＤ磁束計を提
供することを、その目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計によれば、３個以上
のＳＱＵＩＤと、この３個以上のＳＱＵＩＤ夫々を独立
して駆動する駆動回路と、前記３個以上のＳＱＵＩＤ夫
々に対して取り付けられ且つ前記駆動回路夫々の出力に
比例した大きさの磁束をフィードバックさせるフィード
バックコイルとを備える。そして、前記３個以上のＳＱ
ＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤに、他の１個
のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィ
ードバック磁束を当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイ
ルを介して印加する手段と、これらのＳＱＵＩＤ以外の
他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフ
ィードバック磁束を前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤに
当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して加法的
に印加する手段とを備えたことを特徴とする。これによ
り、２次以上のグラジオメータが構成される。

【００２１】さらに、このように構成したグラジオメー
タの各々の駆動回路にフィードバックゲインの微調整回
路を設けることにより、各々のＳＱＵＩＤの微妙なばら
つきによる出力精度の劣化を防止する。

【００２２】また、本発明の別の態様によれば、複数の
ＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆
動する駆動回路と、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々に対して
取り付けられたフィードバックコイルとを備えたＳＱＵ
ＩＤ磁束計において、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々にその
ＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィー
ドバック磁束をそのＳＱＵＩＤのフィードバックコイル
を介して印加する手段と、前記複数のＳＱＵＩＤの内の
複数個のＳＱＵＩＤ夫々のフィードバックコイルに、他
の１個のＳＱＵＩＤに供給されるフィードバック電流を
加法的に印加する手段と、前記フィードバック電流が加
法的に印加される複数個のＳＱＵＩＤの内の少なくとも
１個のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルに、その複数
個のＳＱＵＩＤの内の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力
電圧に比例した大きさのフィードバック電流を更に加法
的に印加する手段と、前記出力電圧から電流への変換係
数を変更可能な手段とを備えたことを特徴とする。

【００２３】このように、本発明により、２次以上の電
気的差分グラジオメータを持つＳＱＵＩＤ磁束計が構成
される。この構成の１つの態様を要約すると、マグネッ
トメータで２個の電気的１次微分グラジオメータをそれ
ぞれ構成し、片方の１次微分グラジオメータのフィード
バック電流を、もう片方の１次微分グラジオメータに加
算して印加する構成である。本構成により一様磁場除去
用の余分なマグネットメータを備える必要がなくなると
共に、広いダイナミックレンジを持つ特性の良い高次微
分グラジオメータを容易に構成することができる。

【００２４】さらに、本発明の別の態様によれば、複数
のＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱＵＩＤを個別に駆動す
る複数の駆動回路とを備えたＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々に正負に交番するバイア
ス電流と正負に交番する変調磁束との内の少なくとも一
方を与える手段と、前記複数の駆動回路の内の少なくと
も２個の駆動回路には共通の発振器により生成された変
調信号及びバイアス信号の内の少なくとも一方を供給す
る手段とを備え、前記少なくとも２個の駆動回路は前記
共通の発振器の発振出力に基づく参照信号を用いて前記
ＳＱＵＩＤの出力を復調する手段を有することを特徴と
する。

【００２５】例えば、前記複数のＳＱＵＩＤの内の少な
くとも２個のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを相互
に直列に接続する一方で、前記共通の発振器の発振出力
に基づく変調電流をその直列接続したフィードバックコ
イルに共通に供給する手段を備える。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、添付
図面を参照して説明する。

【００２７】（第１の実施形態）第１の実施形態に係る
ＳＱＵＩＤ磁束計を図２に基づき説明する。この実施形
態は、本発明を実施する原理的な構成を示す。

【００２８】このＳＱＵＩＤ磁束計は、マグネットメー
タを用いて電気的な２次微分グラジオメータとして構成
してある。各マグネットメータに組み込んだＳＱＵＩＤ
は、高温超伝導材料で形成されている。

【００２９】この２次微分グラジオメータ１は、図２に
示す如く、第１〜第４の４つのマグネットメータ１１〜
１４から構成される。各マグネットメータ１１（〜１
４）は、高温超伝導材料で形成されたＳＱＵＩＤ（超伝
導リング）１１ａ（〜１４ａ）、このＳＱＵＩＤを駆動
するＦＬＬ（ｆｌｕｘｌｏｃｋｅｄｌｏｏｐ）回路
１１ｂ（〜１４ｂ）、ＳＱＵＩＤに磁束をフィードバッ
クするフィードバックコイル１１ｃ（〜１４ｃ）、およ
びフィードバックコイルに接続されたフィードバックル
ープに挿入されたフィードバックアンプ１１ｄ（〜１４
ｄ）を備える。フィードバックアンプ１１ｄ〜１４ｄの
ゲインはそれぞれβ_１〜β_４である。

【００３０】４個のマグネットメータの内、第２および
第４のマグネットメータ１２および１４は加算回路１５
および１６を夫々備える。加算回路１５および１６の夫
々は、フィードバックループ内のフィードバックコイル
１２ｂ（１４ｂ）およびアンプ１２ｄ（１４ｄ）の間に
挿入されいる。この加算回路１５および１６は、本来の
フィードバックループを１入力とするほか、他のマグネ
ットメータからの入力を受け、それらの合成入力をＳＱ
ＵＩＤにフィードバックするようになっている。

【００３１】第２のマグネットメータ１２の加算回路１
５には、第１のマグネットメータ１１のＦＬＬ回路１１
ｃの出力端から分岐した分岐路が接続される。この分岐
路にはゲインβ′_１のアンプ１７が挿入されている。

【００３２】また、第４のマグネットメータ１４の加算
回路１６には、第２および第３のマグネットメータ１１
のＦＬＬ回路１２ｃおよび１３ｃの出力端から分岐した
分岐路が接続される。これらの分岐路にはゲインβ′_２
およびβ′_３のアンプ１８および１９が夫々挿入されて
いる。

【００３３】第１〜第４のマグネットメータ１１〜１４
のＳＱＵＩＤ１１ａ〜１４ａには、それぞれ、図示しな
いバイアス電流供給回路によりバイアス電流が供給され
る。また、このＳＱＵＩＤ１１〜１４には、ＦＬＬ回路
１１ｃ〜１４ｃ内の図示しない変調回路から変調磁束が
印加されている。ＳＱＵＩＤ１１ａ〜１４ａの出力は夫
々、ＦＬＬ回路１１ｃ〜１４ｃ内の増幅器により増幅さ
れ、検波回路により検波・復調され、積分器によって積
分され、さらに必要に応じて再度増幅されて出力電圧Ｖ
１と供給される（増幅器、検波回路、積分器などは図示
せず）。

【００３４】第１のＳＱＵＩＤ１１において、フィード
バック回路（ループ）は、出力電圧Ｖ１に比例する「β
_１・Ｖ_１」なる大きさのフィードバック磁束をフィード
バックコイル１１ｂを経由してＳＱＵＩＤ１１ａに印可
する。ＦＬＬ回路１１ｃは外部からＳＱＵＩＤ１１ａに
印加される、すなわち生体から検出する磁束Φ_１とフィ
ードバック磁束β_１・Ｖ_１が等しくなるように動作する
ことから、

【数１】Φ_１＝β_１・Ｖ_Ｉとなり、出力電圧Ｖ_Ｉは

【数２】Ｖ_１＝Φ_１／β_１となる。すなわち、第１のマグネットメータ１１は入力
される磁束Φ_１に比例した出力電圧Ｖ_Ｉを出力する。

【００３５】また、第２のマグネットメータ１２のＳＱ
ＵＩＤ１２ａには、その出力電圧Ｖ _２に比例する「β_２
・Ｖ_２」なる大きさのフィードバック磁束と、第１のマ
グネットメータ１１の出力電圧Ｖ_１に比例する「β′_１
・Ｖ_１」なる大きさのフィードバック磁束との和の磁束
が印可される。すなわち、

【数３】Φ_２＝β′_１Ｖ_１＋β_２Ｖ_２であり、出力電圧Ｖ_２は

【数４】Ｖ_２＝（Φ_２−（β′_１／β_１）Φ_１）／β_２となる。従って、ゲインβ′_１とβ_１が一致していれ
ば、第２のマグネットメータ１２は、第１のマグネット
メ一夕１１で検出される磁束Φ_１と第２のマグネットメ
ータ１２検出される磁束Φ_２との差、すなわち磁束の１
階差分値に比例する電圧Ｖ_２（＝（Φ_２−Φ_１）／
β_２）を出力する。

【００３６】第３のマグネットメータ１３のＳＱＵＩＤ
１３ａには、その出力電圧Ｖ_３に比例する「β_３・
Ｖ_３」なる大きさのフィードバック磁束が印加される。
すなわち、

【数５】Φ_３＝β_３Ｖ_３となり、その出力電圧Ｖ_３は

【数６】Ｖ_３＝Φ_３／β_３となる。従って、第３のマグネットメータ１３は、その
検出する磁束Φ_３に比例した電圧Ｖ_３を出力する。

【００３７】第４のマグネットメータ１４のＳＱＵＩＤ
１４ａには、第２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ
_２に比例するβ′_２Ｖ_２なる大きさのフィードバック磁
束と、第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ_３に比
例するβ′_３Ｖ_３なる大きさのフィードバック磁束と、
第４のマグネットメータ１４の出力電圧Ｖ_４に比例する
β_４Ｖ_４なる大きさのフィードバック磁束との和の磁束
が印加される。すなわち、

【数７】Φ_４＝β′_２Ｖ_２＋β′_３Ｖ_３＋β_４Ｖ_４となり、その出力電圧Ｖ_４は

【数８】となる。従つて、ゲインβ′_１とβ_１、β′_２とβ_２、
β′_３とβ_３がそれぞれ一致していれば、第４のマグネ
ットメータ１４は、第１および第２のマグネットメータ
１１および１２で検出される磁束Φ_１およびΦ_２の差
と、第３および第４のマグネットメータ１３および１４
で検出される磁束Φ_３およびΦ_４の差とを更に差分した
値、すなわち磁束の２階差分値に比例する電圧Ｖ_４を出
力する。

【００３８】このように、第１〜第４までマグネットメ
ータ１１〜１４を４個使用し、第１のマグネットメータ
１１の出力値Ｖ_１をゲイン倍して第２のマグネットメー
タ１２のフィードバック信号に加算するとともに、第３
のマグネットメータ１３の出力値Ｖ_３をゲイン倍して第
４のマグネットメータ１４のフィードバック信号に加算
する。さらに、第２のマグネットメータ１２の１階差分
出力Ｖ_２をゲイン倍して第４のマグネットメータ１４の
フィードバック信号に更に加算する。これにより、第４
のマグネットメータ１４から２階差分された電圧Ｖ_４が
得られる。

【００３９】本実施形態の２階微分グラジオメータは、
立体的なピックアップコイルを必要としないので高温超
伝導ＳＱＵＩＤにも適用可能であり、しかも参照用のマ
グネットメータを別途備えなけばならないという構成を
採る必要がないため、製造コストの低減化も可能にな
る。

【００４０】（第２の実施形態）ところで、上述した第
１の実施形態において、２階微分グラジオメータ１によ
り検出された出力に含まれる環境磁場成分は、各々のマ
グネットメータ１１〜１４で検出された磁場の一様成分
の約「１−（２）^１／２β′／β」倍、または、環境磁
場の１次勾配成分の「１−β′_２／β_２」倍の内、大き
い方の値程度まで低下する。ここで、「β′／β」は、
「β′_１／β_１」および「β′_３／β_３」の典型的な値
である。例えば、磁場の一様成分の大きさを約１００ｐ
Ｔ／√Ηｚ、必要な磁場分解能を１０ｆＴ／√Ηｚとす
ると、１−２β′／βは、１０^−４程度以下の大きさに
する必要がある。つまり、β_１およびβ_３の各ゲインの
ぺアは１０^−４の半分程度の誤差で一致させる必要があ
る。また、環境磁場の１次勾配成分の大きさを約１ｐＴ
／√Ｈｚとすると、１−β′_２／β_２は１０^−２程度以
下の大きさにする必要があり、β_２のゲインのぺアは１
０^−２程度の精度で一致させる必要がある。

【００４１】これを実現するための具体的な実施形態
を、本第２の実施形態として図２に基づき説明する。な
お、これ以降の実施形態において、それまでに説明した
実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計と同一または同等の構成要
素には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化
する。

【００４２】図２に示すＳＱＵＩＤ磁束計は、第１の実
施形態のものと同様に、４個のマグネットメータ１１〜
１４を電気的に接続することで、ＳＱＵＩＤ磁束計とし
ての２次微分グラジオメータ１を構成したものである。

【００４３】同図に示す如く、マグネットメータ１１〜
１４のフィードバックアンプとして抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_４
を夫々用いている。さらに、第２および第４のマグネッ
トメータ１２および１４のＳＱＵＩＤ１２ａおよび１４
ａには、夫々、２個のフィードバックコイル１２ｂ′及
び１２ｂ"、および、１４ｂ′及び１４ｂ"が備えられて
いる。

【００４４】第１のマグネットメータ１１のフィードバ
ックループの抵抗素子Ｒ_１はその自身のフィードバック
コイル１１ｂに接続された後、このコイル１１ｂは第２
のマグネットメータ１２の２つのフィードバックコイル
の内の一方のコイル１２ｂ'に直列に接続されている。
第２のマグネットメータ１２のフィードバックループの
抵抗素子Ｒ_２は、もう一方のフィードバックコイル１２
ｂ"に接続されている。同様にして、第３のマグネット
メータ１１のフィードバックループの抵抗素子Ｒ_３はそ
の自身のフィードバックコイル１３ｂに接続された後、
このコイル１３ｂは第４のマグネットメータ１４の２つ
のフィードバックコイルの内の一方のコイル１４ｂ'に
直列に接続されている。第４のマグネットメータ１４の
フィードバックループの抵抗素子Ｒ_４は、もう一方のフ
ィードバックコイル１４ｂ"に接続されている。

【００４５】この２次微分型グラジオメータ１は、第２
及び第４のマグネットメータ１２および１４に２つのフ
ィードバックコイルを備えることで、フィードバックゲ
インβ_１とβ′_１、および、β_３とβ′_３の一致度を夫
々上げることができる。以下、本実施形態のフィードバ
ックゲインの一致度および出力信号の精度に関して説明
する。

【００４６】フィードバックゲインβ_１、β′_１は、夫
々、

【数９】β_１＝Μ_１／Ｒ_１， β′_１＝Μ_２／Ｒ_１である。Μ_１は第１のマグネットメータメータ１１にお
けるフィードバックコイル１１ｂとＳＱＵＩＤ１１ａと
の間の相互インダクタンスであり、Μ_２およびＭ′_２は
第２のマグネットメータ１２におけるフィードバックコ
イル１２ｂ′および１２ｂ"とＳＱＵＩＤ１２ａとの間
の夫々の相互インダクタンスであり、ＳＱＵＩＤとコイ
ルを薄膜で形成する場合、１０^−４より高い精度で形成
可能である。

【００４７】第３および第４のマグネットメータ１３お
よび１４に関しても同様である。Μ _３は第３のマグネッ
トメータメータ１３におけるフィードバックコイル１３
ｂとＳＱＵＩＤ１３ａとの間の相互インダクタンスであ
り、Μ_４およびＭ′_４は第４のマグネットメータ１４に
おけるフィードバックコイル１４ｂ′および１４ｂ"と
ＳＱＵＩＤ１４ａとの間の夫々の相互インダクタンスで
ある。従って、「１−２^１／２β′／β」を１０^４程度
以下の大きさに設定できる。

【００４８】また、フィードバックゲインβ_２および
β′_２は、夫々、

【数１０】であり、Μ′_２とΜ′_４は１０^−２よりも高い精度で容
易に形成でき、Ｒ_２とＲ′_２も１０^−２より高い精度で
一致させることができるため、「１−β′_２／β _２」に
関しても１０^−２程度以下の大きさにする設定すること
ができる。

【００４９】２次微分型グラジオメータ１としての差分
値検出機能は第１の実施形態のものと同様である。すな
わち、第４のマグネットメータ１４から出力される２次
微分の出力電圧Ｖ_４は、

【数１１】である。

【００５０】本実施形態では従来例のような差分演算器
を必要とせずに、２階微分グラジオメータが構成され
る。従って、従来例のように２つのマグネットメータ間
のゲインの違いや差分演算器の同相信号除去比によっ
て、２階微分出力の精度が制限されるということがな
く、環境磁場を高い精度で除去することができる。ま
た、補償電流を調整する調整抵抗無しに必要な高精度な
環境磁場の除去能を得ることができるため、補償電流の
調整を頻繁に行なう必要も無い。

【００５１】（第３の実施形態）第３の実施形態を図３
および４に示す。

【００５２】この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計も、４個
のマグネットメータ１１〜１４を用いて電気的２次微分
型グラジオメータ１として構成されている。

【００５３】マグネットメータ１１〜１４の各フィード
バックループには、フィードバック電流を供給する回路
として定電流回路１１ｅ〜１４ｅ（ゲインα_１〜α_４）
をそれぞれ採用している。図中、Ｍ１〜Ｍ４は、それぞ
れ、各ＳＱＵＩＤとフィードバックコイルとの間の相互
インダクタンスである。

【００５４】また、第１のマグネットメータ１１のフィ
ードバックコイル１１ｂと第２のマグネットメータ１２
のフィードバックコイル１２ｂとを直列に接続し、一
方、第３のマグネットメータ１３のフィードバックコイ
ル１３ｂと第４のマグネットメータ１４のフィードバッ
クコィル１４ｂとを直列に接続し、これにより、第２の
実施形態で説明したと同様に、フィードバックゲインβ
_１とβ′_１、および、β _３とβ′_３の一致度を向上させ
ている。

【００５５】さらに、第２のマグネットメータ１２の出
力電圧Ｖ_２を、別の定電流回路２１（ゲインα′_２）を
介して第４のマグネットメータ１４のフィードバックコ
イル１４ｂに加えている。

【００５６】本実施形態で使用している定電流回路１１
ｅ〜１４ｅの一例を図４に示す。この定電流回路は電圧
−電流変換回路として構成されている。この回路におい
て、図示した各抵抗素子は以下の関係を保つ値のものを
用いている。

【００５７】

【数１２】Ｒ_ｆ／Ｒ_ｓ＝（Ｒ_２＋Ｒ_３）／Ｒ_１これにより、この定電流回路の出力電流Ｉ_Ｌは、下記式
で表されるように、入力電圧Ｖ_ｓに比例した値となる。

【００５８】

【数１３】Ｉ_Ｌ＝（Ｒ_ｆ／（Ｒ_ｓＲ_３））Ｖ_ｓ本実施形態における２次微分型グラジオメータ１として
の差分値検出機能は第１の実施形態のものと同様であ
る。すなわち、第４のマグネットメータ１４から出力さ
れる２次微分の出力電圧Ｖ_４は、

【数１４】である。

【００５９】このように、第１の実施形態と同様に差分
演算器を用いることなく、２次微分グラジオメータが構
成される。従来例のように、差分演算器の同相信号除去
比によって２階微分出力の精度が制限されることなく、
環境磁場を高い精度で除去できる２次微分グラジオメー
タを提供できる。さらに、補償電流を調整する調整抵抗
無しに必要な精度を得ることができるため、補償電流の
調整を頻繁に行なう必要のない２次微分グラジオメータ
を提供できる。さらにまた、第１の実施形態で示したよ
うな、第２、第４のマグネットメータそれぞれにフィー
ドバックコイルを２個設ける必要がないため、構成が簡
単化されると共に、それらのコイル間のクロストークに
よる歪みの発生も解消される。

【００６０】（第４の実施形態）第４の実施形態を図５
に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計
も、４個のマグネットメータ１１〜１４を用いて電気的
２次微分型グラジオメータ１として構成されている。

【００６１】この２次微分型グラジオメータ１は、第３
の実施形態と同様に、フィードバック電流を供給する回
路として定電流回路１１ｅ〜１４ｅを各マグネットメー
タに採用している。その一方で、第１のマグネットメー
タ１１のフィードバックコイル１１ｂと第２のマグネッ
トメータ１２のフィードバックコイル１２ｂとを直列に
接続し、同様に、第３のマグネットメータ１３のフィー
ドバックコイル１３ｂと第４のマグネットメータ１４の
フィードバックコイル１４ｂとを直列に接続し、これに
より、フィードバックゲインβ_１とβ′_１、及び、β_３
とβ′_３の一致度を向上させている。

【００６２】とくに、第３の実施形態のグラジオメータ
と異なるのは、第１および第３のマグネットメータ１１
および１３の出力電圧に比例する電流を、新たに付加し
た定電流回路により第２および第４のマグネットメータ
１２および１４に夫々供給する回路が加えられた点であ
る。すなわち、第１のマグネットメータ１１の出力電圧
Ｖ_１は定電流回路２２（ゲインγ_１）を介して第２のマ
グネットメータ１２のフィードコイル１２ｂに加えら
れ、また、第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ_３
は定電流回路２３（ゲインγ_３）を介して第４のマグネ
ットメータ１４のフィードコイル１４ｂに加えられてい
る。

【００６３】本実施形態における２次微分型グラジオメ
ータ１としての差分値検出機能は第１の実施形態のもの
と同様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４
から出力される２次微分の出力電圧Ｖ_４は、

【数１５】である。

【００６４】上述した新たに加えられた定電流回路２
２，２３は、第３の実施形態において相互インダクタン
スΜ_１，Μ_２間およびＭ_３，Ｍ_４間の値が僅かに異なっ
ていた場合、β_１とβ′_１、及び、β_３とβ′_３に要求
される高い一致度を確保できなくなる点を改善するため
のものである。具体的には、第１と第２（及び第３と第
４）のマグネットメータ１１，１２（及び１３、１４）
のフィードバックコイル１１ｂ，１２ｂ（及び１３ｂ，
１４ｂ）に共通に供給される電流Ι_１＝α_１Ｖ_１（及び
Ι_３＝α_３Ｖ_３）に比べて、小さい電流Ｉ′_２＝γ_１Ｖ
_１（及びΙ′_４＝γ_３Ｖ_３）を第２のマグネットメータ
１２のフィードバックコイル１２ｂ（及び第４のマグネ
ットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂ）に供給
することにより、相互インダクタンスＭ_１，Μ_２（及び
Ｍ_３，Ｍ_４）の値の僅かな違いを補正するものである。

【００６５】この新たに加えられた定電流回路２２，２
３はそのゲインが可変になっている。このため、各マグ
ネットメータに一様な磁場を与えたとき、第２及び第４
のマグネットメータ１２、１４の出力が最も小さくなる
ように調整される。この定電流回路２２，２３のゲイン
調整は、例えば、前述した図４の抵抗Ｒ_３の値を調整す
ることで達成される。理想的に調整されたときのゲイン
は、

【数１６】γ_１＝α_１（Ｍ_１／Ｍ_２−１）及び

【数１７】γ_３＝α_３（Ｍ_３／Ｍ_４−１）という値になる。これらのゲインは、相互インダクタン
スＭ_１，Ｍ_２が互いに高精度に一致していればα_１、α
_３よりも相当小さな値となるため、これらの値が出力値
の精度に与える影響は小さく、従来の方法に比べて調整
が容易である。

【００６６】また、相互インダクタンスＭ_１，Μ_２，Μ
_３，Μ_４のばらつきは主に製造時に発生するものであっ
て、時問的な変化は極めて小さいため、一度調整を行な
った後は、長期間にわたって調整する必要は無い。

【００６７】本実施形態によれば、第２の実施形態と同
様の効果に加え、ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと
超伝導リングとの間の相互インダクタンスの僅かなばら
つきに因る２階微分グラジオメータの出力精度の劣化
を、ゲイン調整可能な定電流回路によって補償すること
ができる。このため、２階微分の出力精度をさらに上げ
ることができる。また、そのための調整作業も頻繁に行
なう必要がないという利点がある。

【００６８】（第５の実施形態）第５の実施形態を図６
及び７に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁
束計も、４個のマグネットメータ１１〜１４を用いて電
気的２次微分型グラジオメータ１として構成されてい
る。

【００６９】この２次微分型グラジオメータ１は、第３
の実施形態と同様に、フィードバック電流を供給する回
路として定電流回路１１ｅ〜１４ｅを採用している。第
１のマグネットメータ１１のフィードバックコイル１１
ｂと第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイ
ル１２ｂとを直列に接続するとともに、第３のマグネッ
トメータ１３のフィードバックコイル１３ｂと第４のマ
グネットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂとを
直列に接続することにより、フィードバックゲインβ_１
とβ′_１の一致度、及び、β_３とβ′_３の一致度を上げ
ている。

【００７０】また、第３の実施形態の構成に加えて、第
２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ_２を増幅回路３
２（ゲインγ_２）で増幅して加算回路３３を介して第４
のマグネットメータ３４の出力に加えるようになってい
る。

【００７１】さらに、第１のマグネットメータ１１の出
力電圧Ｖ_１に比例する電圧を、新たに加えた増幅回路３
０（ゲインγ_１）により生成し、この電圧を加算回路３
１により第２のマグネットメータ１２の出力電圧に加算
する構成が新たに設けられている。第３のマグネットメ
ータ１３の出力電圧Ｖ_３に比例する電圧を、新たに加え
た増幅回路３４（ゲインγ_３）により生成し、この電圧
を加算回路３５により第４のマグネットメータ１４の出
力電圧に加算する構成が新たに設けられている。

【００７２】本実施形態における２次微分型グラジオメ
ータ１としての差分値検出機能は上述した実施形態と同
様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４から
出力される２次微分の出力電圧Ｖ_４は、

【数１８】である。

【００７３】この新たに加えられた増幅回路３０、３４
および加算回路３１、３５は、第３の実施形態において
相互インダクタンスＭ_１，Ｍ_２、Μ_３，Ｍ_４およびα_２
とα′_２が僅かに異なっていた場合、２次微分成分のみ
を出力すべき出力値に一様成分や１次勾配成分が混入す
る問題を改善することができる。

【００７４】増幅回路３０、３２、３４はそのゲインを
変更可能に構成されており、各マグネットメータに一様
な磁場を加えたときに第２、第４のマグネットメータの
微分出力が０となるようにゲインγ_１、γ_３を調整し、
各マグネットメータに一様な勾配磁場を加えたときに第
４のマグネットメータの出力が０になるようにγ_２を調
整する。

【００７５】図７にゲインを調整するための具体的な回
路構成を示す。コンピュータ４０内のゲイン制御部４１
からゲイン値がデジタル信号として出力されると、この
ゲイン値はＤ／Α変換回路４４によって対応するアナロ
グ電圧に変換される。各マグネットメータのから出力さ
れた出力電圧（入力信号１）とアナログ電圧に変換され
たゲイン信号とが乗算回路４５に入力され、両者の積信
号が演算される。この積信号は、他のマグネットメータ
のＦＬＬ回路からの出力電圧（入力信号２）に加算回路
４６で加算される。この加算信号は、信号処理回路４７
により、ゲイン調整、フィルタ処理などの信号処理が施
された後、コンピュータ４０の信号収集部４３に送られ
る。この信号収集部４３によってデジタル信号に変換さ
れ、ゲイン制御部４１でのゲイン制御に供せられる。ま
た、コンピュータ４０は磁場発生コイル制御部４２を備
えており、この制御部がＳＱＵＩＤセンサ付近に設置し
た参照用の磁場発生コイル４８からの磁場発生を制御で
きるようになっている。本構成によれば、コンビュータ
４０からの指令に応じて増幅回路３０、３２、３４のゲ
インを任意に変更することができる。

【００７６】なお、このコンピュータ４０は、この２次
微分型グラジオメータ１の検出出力（少なくとも第４の
マグネットメータの出力電圧Ｖ_４）を受けて磁場源など
を解析する装置と兼用することができる。

【００７７】次にゲイン調整の手順を説明する。ゲイン
制御部４１は全ての増幅回路３０、３２、３４のゲイン
をまず一度、零に設定する。次いで、磁場発生コイル制
御部４２は、ＳＱＵＩＤセンサ付近に設置された複数の
磁場発生コイル４８に予め決められたパターンの磁場を
発生させる。信号収集部４３ではその時の各磁束計の出
力を収集し、コンピュータ内のメモリに記憶する。次い
で、図示されてない演算部により、例えば特開平９−２
０６６２６号に記載されている方法を用いて各増幅回路
のゲインを決定し、ゲイン制御部４１はこの決定したゲ
イン値を元に各増幅回路のゲインを制御する。

【００７８】本実施形態によれば、Μ_１，Μ_２，Μ_３，
Ｍ_４のばらつきによる出力精度の劣化を防止することが
できる。相互インダクタンスΜ_１，Ｍ_２，Ｍ_３，Ｍ_４の
ばらつきは主に製造時に発生するものであり、時問的な
変化は極めて小さいため、一度調整を行なうと、その
後、長期間にわたり再調整することは殆ど必要無くな
る。

【００７９】本実施形態によれば、第３の実施形態と同
様の効果に加え、ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと
超伝導リングとの間の相互インダクタンスのわずかなば
らつきに因って２階微分グラジオメータの出力精度が劣
化するような場合であっても、ゲイン調整可能な増幅回
路および加算回路により、これを補償することが可能に
なる。したがって、２階微分の出力精度をさらに高くす
ることができ、そのための調整作業も頻繁には行なう必
要が無いという特徴がある。

【００８０】なお、本実施形態では、新たに追加した増
幅回路および加算回路が電気的に構成されている場合を
例示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。
他の構成例として、ソフトウェア処理によるものであつ
てもよい。ソフトウェア処理により増幅及び加算を行な
うと、増幅のためのゲイン調整がソフトウェア処理によ
り容易に行なえるため、図７に示したような特別なゲイ
ン調整手段が不要になり、回路構成が大幅に簡単化でき
るという効果がある。

【００８１】（第６の実施形態）第６の実施形態を図８
に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計
は、３個のマグネットメータを用いて電気的２次微分型
グラジオメータ１として構成されている。このグラジオ
メータは、本発明に係る２次微分グラジオメータのほか
の基本的な構成を成す。

【００８２】２次微分グラジオメータ１は３個のマグネ
ットメータ１１〜１３から成り、各マグネットメータは
３つのＳＱＵＩＤ１１ａ（〜１３ｃ）と駆動回路として
のＦＬＬ回路１１ｃ（〜１３ｃ）から成っている。ま
た、各マグネットメータにおいて、ゲインβ_１（〜
β_３）のフィードバックアンプ１１ｃ（〜１３ｃ）によ
り、出力電圧に比例した電流が夫々のフィードバックコ
イル１１ｂ（〜１３ｂ）に戻されるようになっている。

【００８３】これに加えて、第１のマグネットメータ１
１の出力電圧Ｖ_１がゲインβ′_１のフィードバックアン
プ５１により増幅されて、第２のマグネットメータ１２
のフィードバックループに挿入されている加算器５２に
印加される。また、第３のマグネットメータ１３の出力
電圧Ｖ_３がゲインβ′_３のフィードバックアンプ５３に
より増幅されて加算回路５２に印加される。加算器５２
で加算された第１〜第３のマグネットメータの出力電圧
は第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル
１２ｂに与えられる。

【００８４】この結果、第１と第３のマグネットメータ
１１、１３は通常のマグネットメータとして動作し、そ
の一方で、それらの出力電圧Ｖ_１、Ｖ_３を夫々β_１、β
_３倍した大きさの磁束が第２のマグネットメータ１２の
ＳＱＵＩＤ１２ａに、第２のマグネットメータ自体の出
力に比例した磁束と共に印加される。このため、第２の
マグネットメータ１２の出力電圧Ｖ_２は

【数１９】のように表される。

【００８５】そこで、β′_１／β_１、β′_３／β_３を夫
々１／２にすることにより、２次微分に相当する出力を
得ることができる。この回路構成の場合、１次微分の出
力を得るには、第１と第３のマグネットメータの出力電
圧の差分演算を行なう必要はあるが、その一方で、従来
５組必要であったＳＱＵＩＤ及び駆動回路の組が３組で
済むため、構成が非常に簡素化されるという容易になる
という利点がある。

【００８６】上述した図８の原理的な２次微分グラジオ
メータ１を更に具体的に構成した例を図９に示す。この
構成は、上述した各実施形態と同様の手法を用いること
ができ、１次微分出力を直接得ることができない点を除
いて、上述のものと同等のの効果を得ることができる。

【００８７】具体的には、マグネットメータ１１〜１３
のフィードバックループには定電流回路１１ｅ〜１３ｅ
（ゲインα_１〜α_３）が夫々挿入されている。また、マ
グネットメータ１１〜１３の夫々において、ＳＱＵＩＤ
１１ａ（〜１３ａ）に対するフィードバックコイルは２
個ずつ備えられている。

【００８８】第１のマグネットメータ１１のフィードバ
ックコイル１１ｂ'および１１"（相互インダクタンスは
Ｍ_１、Ｍ'_１）は互いに直列に接続されて、自分の出力
のフィードバック電流を受けるとともに、その直列接続
のコイルは更に第２のマグネットメータ１２の２個のフ
ィードバックコイル１２ｂ'および１２"（相互インダク
タンスはＭ_２、Ｍ'_２）の内の一方１２ｂ'に接続されて
いる。同様に、第３のマグネットメータ１３のフィード
バックコイル１３ｂ'および１３"（相互インダクタンス
はＭ_３、Ｍ'_３）は互いに直列に接続されて、自分の出
力のフィードバック電流を受けるとともに、その直列接
続のコイルは更に第２のマグネットメータ１２の一方の
フィードバックコイル１２ｂ'に接続されている。第２
のマグネットメータ１２では、残りの一方のフィードバ
ックコイル１２ｂ"に自分の検出出力に比例した電流が
フィードバックされている。

【００８９】このグラジオメータ１の出力は第２のマグ
ネットメータ１２から与えられ、その値は、

【数２０】で表される。１個のＳＱＵＩＤに対して２個備えられて
いるフィードバックコイルの超伝導リングヘの相互イン
ダクタンスＭが全て同一になるように構成すると、２次
微分に相当する出力を得ることができる。

【００９０】第２の実施形態と同様に、２次微分出力を
得るために減算回路などを使用しないので、高精度に磁
場の２次勾配成分を計測することが可能になる。

【００９１】（第７の実施形態）第７の実施形態を図１
０に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計
は、３次以上のグラジオメータとして、電気的３次微分
型グラジオメータとし構成したものである。

【００９２】図１０には、３次微分型グラジオメータ１
の１つの基本的な構成を示す。このグラジオメータ１
は、８個のマグネットメータ１１〜１４、６１〜６４を
備える。この内、図面左側に表した４個のマグネットメ
ータ１１〜１４は前述した第１の実施形態のものと同一
に構成されている。図面右側に記載した残り４個のマグ
ネットメータ６１〜６４も左側の４個のマグネットメー
タ１１〜１４と同様に構成されている。さらに、第４の
マグネットメータ１４の検出出力Ｖ_４がフィードバック
アンプ７０を介して第８のマグネットメータ６４のフィ
ードバックループに供給されている。

【００９３】したがって、第１、第３、第５及び第７の
マグネットメータ１１，１３，６１及び６３にマグネッ
トメータ出力Ｖ_１，Ｖ_３，Ｖ_５及びＶ_７、第２及び第６
のマグネットメータ１２及び６２に１次微分出力Ｖ_２及
びＶ_６、第４のマグネットメータ１４に２次微分出力Ｖ
_４、並びに第８のマグネットメータ６４に３次微分出力
Ｖ_８を得ることができる。

【００９４】（第８の実施形態）第８の実施形態を図１
１に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計
も、３次以上のグラジオメータとして、電気的３次微分
型グラジオメータとし構成したものである。

【００９５】図１１には、３次微分型グラジオメータ１
の別の基本的な構成を示す。このグラジオメータ１は、
４個のマグネットメータ１１〜１４を備える。このマグ
ネットメータ１１〜１４のＳＱＵＩＤ、フィードバック
コイル、ＦＬＬ回路及びフィードバックアンプによる基
本回路は今まで説明したものと同様である。

【００９６】これに加えて、第３のマグネットメータ１
３のフィードバックループには、加算回路７１が挿入さ
れており、この加算回路７１には自前の検出出力Ｖ_３に
加えて、第２のマグネットメータ１２の検出出力Ｖ_２を
フィードバックアンプ７２（ゲインβ′_２）を介して、
また第４のマグネットメータ１４の検出出力Ｖ_４をフィ
ードバックアンプ７３（ゲインβ′_４）を介して加える
ようになっている。さらに、第４のマグネットメータ１
４のフィードバックループには別の加算回路７５が挿入
されて、自前の検出出力Ｖ_４をゲイン倍した電流と第１
のマグネットメータ１１の検出出力Ｖ_１をフィードバッ
クアンプ（ゲインβ′_１）でゲイン倍した電流とを加算
してフィードバックコイル１４ｂに与えるようになって
いる。

【００９７】したがって、ゲインに関して、β′_１／β
_１とβ′_２／β_２を１、β′_４／β _４を１／２や１／３
などのある定数に設定することで、第３のマグネットメ
ータ１３から３次微分出力Ｖ_３が

【数２１】が得られる。このようにして、４組のマグネットメータ
だけで３次微分出力を得ることができる。

【００９８】同様にして、本発明に係る４次以上の微分
型グラジオメータも構成することができる。

【００９９】（第９の実施形態）第９の実施形態を図１
２に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計
は、フィードバック回路の改善に関する。

【０１００】高温超伝導ＳＱＵＩＤを用いたＳＱＵＩＤ
磁束計では、低周波雑音を低減することを意図して、交
流バィアス回路を採用し、フィードバック電流に加えた
変調信号をフィードバックコイルに入力させる構成を採
ることが多い。このような回路の構成例は特公平６−３
８１０３に詳細に記述されている。

【０１０１】図１２は、かかる回路構成を用いたＳＱＵ
ＩＤ磁束計の好ましい実施形態を示す。ＳＱＵＩＤ磁束
計１は、複数のマグネットメータ９１、９２、…を有
し、各マグネットメータは高温超伝導リング９１ａ（９
２ａ）、フィードバックコイル９１ｂ（９２ｂ）、駆動
回路９１ｃ（９２ｃ）、及びフィードバック系に挿入さ
れた電圧・電流変換用の定電流回路９１ｄ（９２ｄ）を
備える。駆動回路９１ｃ及び９２ｃは夫々、増幅器Ｄ
ａ、復調器Ｄｂ、積分器Ｄｃを入力側からこの順に備え
る。超伝導リング９１ａ，９２ａのフィードバックコイ
ル９１ｂ，９２ｂは、自己のフィードバックループに夫
々、直列に接続されながらも、相互に直列に接続されて
いる。

【０１０２】複数のマグネットメータ９１、９２、…に
は共通の交流バイアス回路９３が装備されている。この
交流バイアス回路９３は、発信器９４、分周器９５、排
他的論理和回路９６、および定電流回路９７を備える。

【０１０３】この交流バイアス回路９３は、フィードバ
ックコイル９１ｂ、９２ｂ、…が直列に接続された複数
のマグネットメータ９１、９２、…に対して、変調信号
を発生する発振器９４を１台だけ設け、その変調信号を
定電流回路９７で電圧・電流変換し、変換した電流を直
列接続のフィードバックコイル９１ｂ、９２ｂ、…に共
通に供給するという特徴を有する。また、駆動回路９１
ｃ，９２ｃの夫々は、ＳＱＵＩＤ９１ａ，９２ａ，…の
夫々の出力電圧を増幅器Ｄａで増幅した後、共通の発振
器９４を起源とする参照信号を用いて復調器Ｄｂで復調
することを特徴とする。この回路構成は、前述した第１
〜第８の実施形態の各々に対して適用され、フィードバ
ック電流は第１〜第８の実施形態の各々に記されている
方法で生成される。

【０１０４】本実施形態によれば、高温超伝導ＳＱＵＩ
Ｄに顕著な低周波雑音を効果的に抑制することができる
ため、高温超伝導ＳＱＵＩＤに対して好適に適用できる
ようになる。さらに、駆動回路夫々に共通の発振器によ
り生成された変調信号が供給され、共通の発振器に基づ
く参照信号により復調されるので、チャンネル間の意図
しない相互作用に因って、出力電圧に歪みが発生して
も、その歪みはチャンネル間に常に一定に作用するの
で、この相互作用は各チャンネルのばらつきと同様の歪
みとして現れる。このため、第５の実施形態で説明した
手法によって測定及び、補正することが可能である。し
たがって、第５の実施形態と組み合わせて実施すること
によってチャンネル問の相互作用の影響を排除して、磁
場勾配をさらに高精度に計測できるという効果がある。

【０１０５】上述した実施形態では、電気的な回路によ
るグラジオメータを例に説明したが、本発明の主要な構
成要素はソフトウェア的にも実行可能なものであり、そ
の場合にも電気的に構成されたのと同様の効果が得られ
る。

【０１０６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＳＱＵＩ
Ｄ磁束計によれば、参照用の余分なマグネットメータを
設ける必要がなく、２次以上のグラジオメータを電気的
に又はソフトウェア的に構成できる。このため、空間的
に立体的なピックアップコイルが構成困難な高温超伝導
ＳＱＵＩＤを用いて、補償電流の調整を頻繁に行なう必
要が無く、且つ環境磁場の高い除去率を実現する高次微
分グラジオメータを提供することができる。したがっ
て、安価で運用の容易な生体磁気計測装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を
示す構成図。

【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を
示す構成図。

【図３】図３は、本発明の第３の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を
示す構成図。

【図４】図４は、フィードバック回路に用いる定電流回
路の回路図。

【図５】図５は、本発明の第４の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を
示す構成図。

【図６】図６は、本発明の第５の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を
示す構成図。

【図７】ゲイン調整法を説明する回路図。

【図８】図８は、本発明の第６の実施形態に係るＳＱＵ
ＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの別の基
本形を示す構成図。

【図９】図８の２次微分型グラジオメータを具体例を示
す構成図。

【図１０】図１０は、本発明の第７の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ磁束計としての３次微分型グラジオメータの一
例を示す構成図。

【図１１】図１１は、本発明の第８の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ磁束計としての３次微分型グラジオメータの別
の例を示す構成図。

【図１２】図１２は、本発明の第９の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。

【図１３】従来技術を説明するために用いピックアップ
コイルおよびグラジオメータの構成図。

【符号の説明】

１２次微分型グラジオメータ（ＳＱＵＩＤ磁束計）１１〜１４マグネットメータ１１ａ〜１４ａＳＱＵＩＤ（超伝導リング）１１ｂ〜１４ｂフィードバックコイル１１ｃ〜１４ｃＦＬＬ回路１１ｄ〜１４ｄフィードバックアンプ１１ｅ〜１４ｅ定電流回路１１′ｂ，１１"ｂ，１２′ｂ，１２"ｂ，１４′ｂ，１
４"ｂフィードバックコイル１７〜１９フィードバックアンプ２１定電流回路２２，２３定電流回路３０、３２、３４増幅回路３１、３３、３５加算回路４０コンピュータ４４Ｄ／Ａ変換回路４５乗算回路４６加算回路４７信号処理回路４８磁場発生コイル５１，５３フィードバックアンプ５２加算回路６１〜６４マグネットメータ７１，７５加算回路７２，７３，７４フィードバックアンプ９１，９２マグネットメータ９１ａ，９２ｂ高温超伝導リング９１ａ，９２ｂフィードバック回路９３交流バイアス回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３個以上のＳＱＵＩＤと、この３個以上
のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記
３個以上のＳＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられ且つ前
記駆動回路夫々の出力に比例した大きさの磁束をフィー
ドバックさせるフィードバックコイルとを備えたＳＱＵ
ＩＤ磁束計において、前記３個以上のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱ
ＵＩＤに、他の１個のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比
例した大きさのフィードバック磁束を当該ＳＱＵＩＤの
フィードバックコイルを介して印加する手段と、これら
のＳＱＵＩＤ以外の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に
比例した大きさのフィードバック磁束を前記少なくとも
１個のＳＱＵＩＤに当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコ
イルを介して加法的に印加する手段とを備えたことを特
徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項２】請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤに対してフィードバッ
クコイルを複数個備え、その内の少なくとも１個のフィ
ードバックコイルは前記他のＳＱＵＩＤのフィードバッ
クコイルと直列に接続したことを特徴とするＳＱＵＩＤ
磁束計。
【請求項３】請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記３個以上のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルの夫
々には当該ＳＱＵＩＤ夫々の駆動回路の出力端を定電流
回路を介して接続するとともに、その複数のフィードバ
ックコイルの内、特定のフィードバックコイルを他の１
つのＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと直列に接続
し、この直列接続の接続点に、他の直列接続されたフィ
ードバックコイル対の内の一方のＳＱＵＩＤに接続され
た駆動回路の出力端を別の定電流回路を介して接続した
ことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項４】請求項３記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記接続点に接続した前記別の定電流回路は前記駆動回
路の出力電圧に比例した電流を供給する回路であること
を特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項５】請求項３記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記接続点には他のＳＱＵＩＤのフィードバックコイル
を接続したことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項６】請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記複数個の駆動回路の内、ある１つの駆動回路の出力
に他の複数個の駆動回路の出力値に比例した大きさの信
号を加える加算演算器を備え、前記変換係数はそれぞれ
個別に変更可能であることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束
計。
【請求項７】請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、前記複数個の駆動回路の出力信号をデジタル値に変換す
る手段と、デジタル値に変換された各駆動回路の出力信
号を相互に重み付け加算する演算手段とを備え、その重
み係数が変更可能であることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁
束計。
【請求項８】複数のＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱＵ
ＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記複数のＳ
ＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられたフィードバックコ
イルとを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々にそのＳＱＵＩＤの駆動回路
の出力に比例した大きさのフィードバック磁束をそのＳ
ＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して印加する手段
と、前記複数のＳＱＵＩＤの内の複数個のＳＱＵＩＤ夫
々のフィードバックコイルに、他の１個のＳＱＵＩＤに
供給されるフィードバック電流を加法的に印加する手段
と、前記フィードバック電流が加法的に印加される複数
個のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤのフ
ィードバックコイルに、その複数個のＳＱＵＩＤの内の
他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力電圧に比例した大きさ
のフィードバック電流を更に加法的に印加する手段と、
前記出力電圧から電流への変換係数を変更可能な手段と
を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項９】請求項６乃至８の何れか一項に記載のＳ
ＱＵＩＤ磁束計において、磁場発生コイルを備え、この磁場発生コイルが発生した
磁場の計測値に基づいて前記変更可能な変換係数を決定
する手段を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項１０】複数のＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱ
ＵＩＤを個別に駆動する複数の駆動回路とを備えたＳＱ
ＵＩＤ磁束計において、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々に正負に交番するバイアス電
流と正負に交番する変調磁束との内の少なくとも一方を
与える手段と、前記複数の駆動回路の内の少なくとも２
個の駆動回路には共通の発振器により生成された変調信
号及びバイアス信号の内の少なくとも一方を供給する手
段とを備え、前記少なくとも２個の駆動回路は前記共通
の発振器の発振出力に基づく参照信号を用いて前記ＳＱ
ＵＩＤの出力を復調する手段を有することを特徴とする
ＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項１１】請求項１０記載のＳＱＵＩＤ磁束計に
おいて、前記複数のＳＱＵＩＤの内の少なくとも２個のＳＱＵＩ
Ｄのフィードバックコイルを相互に直列に接続する一方
で、前記共通の発振器の発振出力に基づく変調電流をそ
の直列接続したフィードバックコイルに共通に供給する
手段を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。