JPH06138197A - 差動型ｓｑｕｉｄ磁束計及びこれを用いたｓｑｕｉｄ磁束計システム - Google Patents
差動型ｓｑｕｉｄ磁束計及びこれを用いたｓｑｕｉｄ磁束計システムInfo
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- JPH06138197A JPH06138197A JP4292434A JP29243492A JPH06138197A JP H06138197 A JPH06138197 A JP H06138197A JP 4292434 A JP4292434 A JP 4292434A JP 29243492 A JP29243492 A JP 29243492A JP H06138197 A JPH06138197 A JP H06138197A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡易な磁気シールドルーム中で動作し、かつ
信頼性の高いＳＱＵＩＤ磁束計を実現する。 【構成】 センシング用マグネトメータには雑音消去コ
イル３４が設けられ、帰還コイル１３ａと直列に接続す
る。全体は被検者とともに遮蔽率３桁程度の磁気シール
ドルームに入れられ、キャンセレーション用マグネトメ
ータの感度はセンシング用に比べて２桁程度低く設定さ
れる。検出コイル１０を貫く磁束をＦＬＬ２５ａからの
帰還コイル１３ａの磁束で打ち消し、帰還コイル１３ａ
を流れた電流は雑音消去コイル３４に流れ、検出コイル
３０を貫く磁束も同時に打ち消し、センシング用マグネ
トメータの出力は、コイル１０とコイル３０の差分出力
となる。 【効果】 各々のマグネトメータは薄膜で構成するため
キャンセル率が高い。
信頼性の高いＳＱＵＩＤ磁束計を実現する。 【構成】 センシング用マグネトメータには雑音消去コ
イル３４が設けられ、帰還コイル１３ａと直列に接続す
る。全体は被検者とともに遮蔽率３桁程度の磁気シール
ドルームに入れられ、キャンセレーション用マグネトメ
ータの感度はセンシング用に比べて２桁程度低く設定さ
れる。検出コイル１０を貫く磁束をＦＬＬ２５ａからの
帰還コイル１３ａの磁束で打ち消し、帰還コイル１３ａ
を流れた電流は雑音消去コイル３４に流れ、検出コイル
３０を貫く磁束も同時に打ち消し、センシング用マグネ
トメータの出力は、コイル１０とコイル３０の差分出力
となる。 【効果】 各々のマグネトメータは薄膜で構成するため
キャンセル率が高い。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＳＱＵＩＤを用いたい
わゆるＳＱＵＩＤ磁束計に関する。特に薄膜型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計（以下、単に「ＳＱＵＩＤ磁束計」ともい
う）、およびこれを用いた生体磁気計測を多チャンネル
で行う生体磁気計測装置に好適な、差動型ＳＱＵＩＤ磁
束計及びこれを用いたＳＱＵＩＤ磁束計システムに関す
る。
わゆるＳＱＵＩＤ磁束計に関する。特に薄膜型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計（以下、単に「ＳＱＵＩＤ磁束計」ともい
う）、およびこれを用いた生体磁気計測を多チャンネル
で行う生体磁気計測装置に好適な、差動型ＳＱＵＩＤ磁
束計及びこれを用いたＳＱＵＩＤ磁束計システムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の例として、検
出コイルが差動構成をなさない、いわゆるマグネトメー
タの例を図４に示す。検出コイル３０が検出した磁束
は、入力コイル１１を通じてＳＱＵＩＤ２０に伝達す
る。ＳＱＵＩＤは図４中に略図を示したごとく、２個所
の弱結合部分（図中×印）を持つ超伝導リングである。
ＳＱＵＩＤは公知のＦＬＬといわれる帰還回路を用いて
駆動することにより、この磁束を電圧の形で出力する。
ここで変調コイル１２を介して変調磁束がＳＱＵＩＤに
入力している。また帰還磁束は帰還コイル１３を介して
検出コイルに入力している。マグネトメータでは、検出
コイルは信号磁束とともに雑音磁束も検出する。雑音磁
束は一般に脳磁場に比べ５桁以上大きいため、マグネト
メータを用いて脳磁場を測定する場合、外部磁場に対す
る遮蔽率が４〜５桁である磁気シールドルームが必要と
なる。マグネトメータ用のＳＱＵＩＤの例としてバイオ
マグネティズム’８７、（１９８８）、第４４６〜第４
４９頁（Biomagnetism'87(1988),pp.446-449)があげら
れる。遮蔽率が２〜３桁程度の簡易なシールドルーム中
で脳磁場を計測する場合は、検出コイルが差動型である
グラジオメータを用いるのが一般的である（図８に従来
型のグラジオメータの模式図を示す）。グラジオメータ
は上下のコイルの面積が等しく、並行であるほど性能が
よい。高性能のグラジオメータを実現するためにコイル
をＮｂ−Ｔｉ線のような線材ではなく、薄膜で製作する
例として、特開昭６１−１２２５８５号公報があげられ
る。バイオマグネティズム’８９、（１９８９）、第６
６９〜第６７２頁（Biomagnetism'89(1989),pp.669-67
2)に記載のように、脳磁計測装置のセンサーは、このよ
うなグラジオメータを３０〜４０個並列に配置した構造
である。
出コイルが差動構成をなさない、いわゆるマグネトメー
タの例を図４に示す。検出コイル３０が検出した磁束
は、入力コイル１１を通じてＳＱＵＩＤ２０に伝達す
る。ＳＱＵＩＤは図４中に略図を示したごとく、２個所
の弱結合部分（図中×印）を持つ超伝導リングである。
ＳＱＵＩＤは公知のＦＬＬといわれる帰還回路を用いて
駆動することにより、この磁束を電圧の形で出力する。
ここで変調コイル１２を介して変調磁束がＳＱＵＩＤに
入力している。また帰還磁束は帰還コイル１３を介して
検出コイルに入力している。マグネトメータでは、検出
コイルは信号磁束とともに雑音磁束も検出する。雑音磁
束は一般に脳磁場に比べ５桁以上大きいため、マグネト
メータを用いて脳磁場を測定する場合、外部磁場に対す
る遮蔽率が４〜５桁である磁気シールドルームが必要と
なる。マグネトメータ用のＳＱＵＩＤの例としてバイオ
マグネティズム’８７、（１９８８）、第４４６〜第４
４９頁（Biomagnetism'87(1988),pp.446-449)があげら
れる。遮蔽率が２〜３桁程度の簡易なシールドルーム中
で脳磁場を計測する場合は、検出コイルが差動型である
グラジオメータを用いるのが一般的である（図８に従来
型のグラジオメータの模式図を示す）。グラジオメータ
は上下のコイルの面積が等しく、並行であるほど性能が
よい。高性能のグラジオメータを実現するためにコイル
をＮｂ−Ｔｉ線のような線材ではなく、薄膜で製作する
例として、特開昭６１−１２２５８５号公報があげられ
る。バイオマグネティズム’８９、（１９８９）、第６
６９〜第６７２頁（Biomagnetism'89(1989),pp.669-67
2)に記載のように、脳磁計測装置のセンサーは、このよ
うなグラジオメータを３０〜４０個並列に配置した構造
である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記グラジオメータの
公知例に示すごとく、広い面積を要するコイル部分と高
い加工精度を要するＳＱＵＩＤは各々別の基板上に形成
するのが現実的である。この場合、コイルとＳＱＵＩＤ
間をつなぐ超伝導接合部が必要である。超伝導接合部は
室温−ヘリウム温度間の熱サイクルや経時変化に対して
十分高い信頼性が要求される。また、この接合部にイン
ダクタンスが寄生するのを防ぐことはできず、外部の電
磁気雑音が侵入する可能性もある。本発明の目的は簡易
な磁気シールドルーム中で動作し、かつ超伝導接合部を
必要としない薄膜型ＳＱＵＩＤ磁束計、およびこれを複
数個用いてなるＳＱＵＩＤ磁束計システムを実現するこ
とにある。
公知例に示すごとく、広い面積を要するコイル部分と高
い加工精度を要するＳＱＵＩＤは各々別の基板上に形成
するのが現実的である。この場合、コイルとＳＱＵＩＤ
間をつなぐ超伝導接合部が必要である。超伝導接合部は
室温−ヘリウム温度間の熱サイクルや経時変化に対して
十分高い信頼性が要求される。また、この接合部にイン
ダクタンスが寄生するのを防ぐことはできず、外部の電
磁気雑音が侵入する可能性もある。本発明の目的は簡易
な磁気シールドルーム中で動作し、かつ超伝導接合部を
必要としない薄膜型ＳＱＵＩＤ磁束計、およびこれを複
数個用いてなるＳＱＵＩＤ磁束計システムを実現するこ
とにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】検出コイル、入力コイ
ル、帰還コイル、変調コイル、ならびにＳＱＵＩＤを有
し、フラックス・ロックド・ループ（以下ＦＬＬ）で動
作するＳＱＵＩＤを用いた磁束計を少なくとも２個有
し、少なくとも一の磁束計の発生する信号を、少なくと
も一の他の磁束計に磁気的に印加する。差動型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計において、少なくとも一の磁束計の発生する信
号を少なくとも一の他の磁束計に磁気的に印加するため
の信号線を磁束計の動作温度において常伝導とし、少な
くとも一の磁束計の発生する信号を、少なくとも一の他
の磁束計の検出コイルに印加し、少なくとも一の磁束計
の発生する信号を、その磁束計の帰還磁束とし、少なく
とも一の磁束計の帰還磁束を、その磁束計の検出コイル
に印加する。また、差動型ＳＱＵＩＤ磁束計において、
検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイル、な
らびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加するための
コイルが、各々の磁束計ごとに１枚の基板上に形成され
る。他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度が、他の磁束計から信号を与えられる磁束計であるセ
ンシング用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度より高くする。さらに、キャンセレーション用磁束計
の一つに、センシング用磁束計が一つ接続してなる１組
の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複数組用いてＳＱＵＩＤ磁
束計システムを構成する。また、キャンセレーション用
磁束計の一つに、センシング用磁束計が複数個接続さ
れ、どのキャンセレーション用磁束計が動作するかを選
択可能とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を構成し、このよ
うな差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複数組用いてＳＱＵＩＤ
磁束計システムを構成する。これらＳＱＵＩＤ磁束計シ
ステムにおいて、センシング用磁束計が、キャンセレー
ション用磁束計よりも多くし、少なくとも相隣接する差
動型ＳＱＵＩＤ磁束計の間で変調周波数が異なるように
する。以上簡単に要約すると、センシング用、キャンセ
レーション用の１組のＳＱＵＩＤマグネトメータを用
い、キャンセレーション用マグネトメータの帰還磁束を
キャンセレーション用マグネトメータの検出コイルだけ
でなく、センシング用マグネトメータの検出コイルにも
磁気結合させる。また、検出磁束あたりの出力電圧とし
て定義されるマグネトメータの感度が、センシング用マ
グネトメータのほうがキャンセレーション用マグネトメ
ータよりも高くなるよう設定する。さらに、これを複数
個用いて磁束計システムとする場合は、すくなくとも相
隣接する磁束計では変調周波数を異なるように設定す
る。検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイ
ル、ならびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加する
ためのコイルが、各々の磁束計ごとに１枚の基板上に形
成される。
ル、帰還コイル、変調コイル、ならびにＳＱＵＩＤを有
し、フラックス・ロックド・ループ（以下ＦＬＬ）で動
作するＳＱＵＩＤを用いた磁束計を少なくとも２個有
し、少なくとも一の磁束計の発生する信号を、少なくと
も一の他の磁束計に磁気的に印加する。差動型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計において、少なくとも一の磁束計の発生する信
号を少なくとも一の他の磁束計に磁気的に印加するため
の信号線を磁束計の動作温度において常伝導とし、少な
くとも一の磁束計の発生する信号を、少なくとも一の他
の磁束計の検出コイルに印加し、少なくとも一の磁束計
の発生する信号を、その磁束計の帰還磁束とし、少なく
とも一の磁束計の帰還磁束を、その磁束計の検出コイル
に印加する。また、差動型ＳＱＵＩＤ磁束計において、
検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイル、な
らびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加するための
コイルが、各々の磁束計ごとに１枚の基板上に形成され
る。他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度が、他の磁束計から信号を与えられる磁束計であるセ
ンシング用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度より高くする。さらに、キャンセレーション用磁束計
の一つに、センシング用磁束計が一つ接続してなる１組
の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複数組用いてＳＱＵＩＤ磁
束計システムを構成する。また、キャンセレーション用
磁束計の一つに、センシング用磁束計が複数個接続さ
れ、どのキャンセレーション用磁束計が動作するかを選
択可能とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を構成し、このよ
うな差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複数組用いてＳＱＵＩＤ
磁束計システムを構成する。これらＳＱＵＩＤ磁束計シ
ステムにおいて、センシング用磁束計が、キャンセレー
ション用磁束計よりも多くし、少なくとも相隣接する差
動型ＳＱＵＩＤ磁束計の間で変調周波数が異なるように
する。以上簡単に要約すると、センシング用、キャンセ
レーション用の１組のＳＱＵＩＤマグネトメータを用
い、キャンセレーション用マグネトメータの帰還磁束を
キャンセレーション用マグネトメータの検出コイルだけ
でなく、センシング用マグネトメータの検出コイルにも
磁気結合させる。また、検出磁束あたりの出力電圧とし
て定義されるマグネトメータの感度が、センシング用マ
グネトメータのほうがキャンセレーション用マグネトメ
ータよりも高くなるよう設定する。さらに、これを複数
個用いて磁束計システムとする場合は、すくなくとも相
隣接する磁束計では変調周波数を異なるように設定す
る。検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイ
ル、ならびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加する
ためのコイルが、各々の磁束計ごとに１枚の基板上に形
成される。
【０００５】
【作用】キャンセレーション用マグネトメータは専ら雑
音磁束の計測に係る。ＦＬＬの動作から明らかなよう
に、この帰還磁束は近似的に雑音磁束量に等しい。これ
をセンシング用マグネトメータの検出コイルにも入力し
て雑音磁束を打ち消すことにより、センシング用マグネ
トメータの検出コイルには専ら信号磁束だけが入力する
ように動作する。センシング用マグネトメータがこれを
検出することにより、１組のマグネトメータがグラジオ
メータと同様の動作をするものである。キャンセレーシ
ョン用マグネトメータとセンシング用マグネトメータを
つなぐ信号線は常伝導であってよい。マグネトメータは
磁束密度あたりの感度が高いため、検出コイルの面積が
グラジオメータに比べて小さくてよい。そのため、公知
例に示したごとく検出コイル、ＳＱＵＩＤ、帰還コイ
ル、変調コイルのすべてを同一基板上に薄膜で形成する
ことが可能であり、超伝導接合部は不用である。ここで
簡易シールドルームにおいては雑音磁束のほうが信号磁
束より３桁程度大きいため、キャンセレーション用マグ
ネトメータの感度はセンシング用に比べて低く設定する
のが有効である。またさらに、本発明によるＳＱＵＩＤ
磁束計を複数個用いて脳磁計測装置を構成する場合、空
間的に磁気結合する可能性のある磁束計間で変調周波数
が異なっているためセンサー間の干渉もおこらない。
音磁束の計測に係る。ＦＬＬの動作から明らかなよう
に、この帰還磁束は近似的に雑音磁束量に等しい。これ
をセンシング用マグネトメータの検出コイルにも入力し
て雑音磁束を打ち消すことにより、センシング用マグネ
トメータの検出コイルには専ら信号磁束だけが入力する
ように動作する。センシング用マグネトメータがこれを
検出することにより、１組のマグネトメータがグラジオ
メータと同様の動作をするものである。キャンセレーシ
ョン用マグネトメータとセンシング用マグネトメータを
つなぐ信号線は常伝導であってよい。マグネトメータは
磁束密度あたりの感度が高いため、検出コイルの面積が
グラジオメータに比べて小さくてよい。そのため、公知
例に示したごとく検出コイル、ＳＱＵＩＤ、帰還コイ
ル、変調コイルのすべてを同一基板上に薄膜で形成する
ことが可能であり、超伝導接合部は不用である。ここで
簡易シールドルームにおいては雑音磁束のほうが信号磁
束より３桁程度大きいため、キャンセレーション用マグ
ネトメータの感度はセンシング用に比べて低く設定する
のが有効である。またさらに、本発明によるＳＱＵＩＤ
磁束計を複数個用いて脳磁計測装置を構成する場合、空
間的に磁気結合する可能性のある磁束計間で変調周波数
が異なっているためセンサー間の干渉もおこらない。
【０００６】
【実施例】図１は本発明の第１の実施例である差動型Ｓ
ＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図４のマグネト
メータと類似のＳＱＵＩＤマグネトメータを２個用い、
一方をキャンセレーション用マグネトメータ、もう一方
をセンシング用マグネトメータとして１組の差動型ＳＱ
ＵＩＤ磁束計を構成する。センシング用マグネトメータ
には雑音消去コイル３４が設けられており、キャンセレ
ーション用マグネトメータの帰還コイル１３ａと直列に
接続している。Ｍ１は検出コイル１０と帰還コイル１３
ａ間の相互インダクタンス、Ｍ２は検出コイル３０と雑
音消去コイル３４間の相互インダクタンスであり、Ｍ１
＝Ｍ２である。キャンセレーション用マグネトメータの
検出コイル１０とセンシング用マグネトメータの検出コ
イル３０は同じ軸上に形成されており面積も等しい。つ
まり図８の従来型グラジオメータと類似の構造である。
図では省略しているが、全体は被検者とともに遮蔽率３
桁程度の磁気シールドルームに入れられており、キャン
セレーション用マグネトメータの感度はセンシング用に
比べて２桁程度低く設定されている。なお、本構成では
キャンセレーション用とセンシング用で必ずしもコイル
面積が等しい必要はなく、キャンセレーション用のコイ
ル面積をＳ１、センシング用のコイル面積をＳ２とする
とき、Ｍ１：Ｍ２＝Ｓ１：Ｓ２であればよい。次に、各
々のマグネトメータの動作を述べる。キャンセレーショ
ン用マグネトメータは検出コイル１０を貫く磁束をＦＬ
Ｌ２５ａからの帰還コイル１３ａの磁束で打ち消すよう
に動作する。帰還コイル１３ａを流れた電流はセンシン
グ用マグネトメータの雑音消去コイル３４にも流れ、セ
ンシング用マグネトメータの検出コイル３０を貫く磁束
も同時に打ち消す。キャンセレーション用マグネトメー
タの検出コイル１０に検出される磁束には、信号磁束と
雑音磁束があるが、信号磁束に比べ雑音磁束は１００〜
１０００倍大きい。したがって、キャンセレーション用
マグネトメータの帰還コイル１３ａ、及び雑音消去コイ
ル３４が検出コイルに与える磁束は専ら雑音磁束であ
る。その結果、センシング用マグネトメータの検出コイ
ル３０には、専ら信号磁束が検出される。したがって、
センシング用マグネトメータの出力は、コイル１０とコ
イル３０の差分出力と考えてよい。
ＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図４のマグネト
メータと類似のＳＱＵＩＤマグネトメータを２個用い、
一方をキャンセレーション用マグネトメータ、もう一方
をセンシング用マグネトメータとして１組の差動型ＳＱ
ＵＩＤ磁束計を構成する。センシング用マグネトメータ
には雑音消去コイル３４が設けられており、キャンセレ
ーション用マグネトメータの帰還コイル１３ａと直列に
接続している。Ｍ１は検出コイル１０と帰還コイル１３
ａ間の相互インダクタンス、Ｍ２は検出コイル３０と雑
音消去コイル３４間の相互インダクタンスであり、Ｍ１
＝Ｍ２である。キャンセレーション用マグネトメータの
検出コイル１０とセンシング用マグネトメータの検出コ
イル３０は同じ軸上に形成されており面積も等しい。つ
まり図８の従来型グラジオメータと類似の構造である。
図では省略しているが、全体は被検者とともに遮蔽率３
桁程度の磁気シールドルームに入れられており、キャン
セレーション用マグネトメータの感度はセンシング用に
比べて２桁程度低く設定されている。なお、本構成では
キャンセレーション用とセンシング用で必ずしもコイル
面積が等しい必要はなく、キャンセレーション用のコイ
ル面積をＳ１、センシング用のコイル面積をＳ２とする
とき、Ｍ１：Ｍ２＝Ｓ１：Ｓ２であればよい。次に、各
々のマグネトメータの動作を述べる。キャンセレーショ
ン用マグネトメータは検出コイル１０を貫く磁束をＦＬ
Ｌ２５ａからの帰還コイル１３ａの磁束で打ち消すよう
に動作する。帰還コイル１３ａを流れた電流はセンシン
グ用マグネトメータの雑音消去コイル３４にも流れ、セ
ンシング用マグネトメータの検出コイル３０を貫く磁束
も同時に打ち消す。キャンセレーション用マグネトメー
タの検出コイル１０に検出される磁束には、信号磁束と
雑音磁束があるが、信号磁束に比べ雑音磁束は１００〜
１０００倍大きい。したがって、キャンセレーション用
マグネトメータの帰還コイル１３ａ、及び雑音消去コイ
ル３４が検出コイルに与える磁束は専ら雑音磁束であ
る。その結果、センシング用マグネトメータの検出コイ
ル３０には、専ら信号磁束が検出される。したがって、
センシング用マグネトメータの出力は、コイル１０とコ
イル３０の差分出力と考えてよい。
【０００７】図２は本発明第２の実施例である差動型Ｓ
ＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図２はキャンセ
レーション用マグネトメータの帰還コイル１３をセンシ
ング用マグネトメータの帰還コイル１３ｂに接続した実
施例である。ここでキャンセレーション用マグネトメー
タとセンシング用マグネトメータにおいて帰還コイルと
検出コイル間の相互インダクタンスは等しく、Ｍ１＝Ｍ
２である。本構成によれば、雑音消去コイルが不用にな
る効果がある。図３は本発明の第３の実施例である差動
型ＳＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図３はキャ
ンセレーション用マグネトメータの帰還出力を、キャン
セレーション用マグネトメータの帰還コイル１３ａとセ
ンシング用マグネトメータの雑音消去コイル３４に分流
させた実施例である。各々に電流量の調整手段（本実施
例では可変抵抗３２、３５）を設けている。本実施例に
よれば各検出コイル１０、３０に入力する磁束量が微調
整でき、特にＭ１とＭ２が異なる場合でも雑音のキャン
セル率が低下しないという効果がある。本発明において
は、ＳＱＵＩＤは外部磁場中に露出して使用される。Ｓ
ＱＵＩＤに対する外部磁場の影響を軽減するため、公知
の差動型ＳＱＵＩＤが有用である。図５に本発明による
差動型ＳＱＵＩＤの実施例を模式図により示す。これら
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すＳＱＵＩＤはＳＱＵ
ＩＤそのものがグラジオメータをなし、雑音を検出しな
いため、ＳＱＵＩＤが誤動作しないという効果がある。
一方、検出する磁束量を増加させるためには、例えばア
イイーイーイートランザクションズオンマグネティクス
２７巻２号、（１９９１）第３００１〜第３００４頁(I
EEE Transactions on Magnetics,vol.27,no.2,1991,pp.
3001〜3004)で公知のような直接結合のマグネトメータ
が有用である。検出コイルとＳＱＵＩＤの等価回路図を
図９に示す。
ＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図２はキャンセ
レーション用マグネトメータの帰還コイル１３をセンシ
ング用マグネトメータの帰還コイル１３ｂに接続した実
施例である。ここでキャンセレーション用マグネトメー
タとセンシング用マグネトメータにおいて帰還コイルと
検出コイル間の相互インダクタンスは等しく、Ｍ１＝Ｍ
２である。本構成によれば、雑音消去コイルが不用にな
る効果がある。図３は本発明の第３の実施例である差動
型ＳＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。図３はキャ
ンセレーション用マグネトメータの帰還出力を、キャン
セレーション用マグネトメータの帰還コイル１３ａとセ
ンシング用マグネトメータの雑音消去コイル３４に分流
させた実施例である。各々に電流量の調整手段（本実施
例では可変抵抗３２、３５）を設けている。本実施例に
よれば各検出コイル１０、３０に入力する磁束量が微調
整でき、特にＭ１とＭ２が異なる場合でも雑音のキャン
セル率が低下しないという効果がある。本発明において
は、ＳＱＵＩＤは外部磁場中に露出して使用される。Ｓ
ＱＵＩＤに対する外部磁場の影響を軽減するため、公知
の差動型ＳＱＵＩＤが有用である。図５に本発明による
差動型ＳＱＵＩＤの実施例を模式図により示す。これら
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すＳＱＵＩＤはＳＱＵ
ＩＤそのものがグラジオメータをなし、雑音を検出しな
いため、ＳＱＵＩＤが誤動作しないという効果がある。
一方、検出する磁束量を増加させるためには、例えばア
イイーイーイートランザクションズオンマグネティクス
２７巻２号、（１９９１）第３００１〜第３００４頁(I
EEE Transactions on Magnetics,vol.27,no.2,1991,pp.
3001〜3004)で公知のような直接結合のマグネトメータ
が有用である。検出コイルとＳＱＵＩＤの等価回路図を
図９に示す。
【０００８】図１〜図４において点線の内部は一枚の基
板上に構成する。図６にこの基板の実施例を示す。基板
５はシリコンである。各検出コイル１０、３０、帰還コ
イル１３、雑音消去コイル３４は、ニオブの細線で成膜
されている。２０は公知のケッチェン型のＳＱＵＩＤあ
るいは差動型ＳＱＵＩＤであり、信号端子、バイアス電
流端子２１、変調コイル端子２２がこのＳＱＵＩＤから
でている。図７は基板の別の実施例である。コイル１
０、３０の面積を基板上で最大にする構成になってい
る。本構成によれば、特に多チャンネルの生体磁気計測
装置に実装する場合、コイルの有効面積が大きくなりＳ
／Ｎが向上するという効果がある。図１０は、図６に示
した基板を７４枚用いて構成した３７チャネル生体磁気
計測装置の第１の実施例である。１１０はＦＬＬユニッ
ト、１００は液体ヘリウムデュワであり、下部のみ内部
構造を示している。上部平板１２０にはキャンセレーシ
ョン用マグネトメータ、下部平板１３０にはセンシング
用マグネトメータが各々３７枚づつ設けられている。こ
こで各チャネル間の干渉が問題となる場合には少なくと
も相隣会うチャネル間で変調周波数が異なるよう構成す
る。１４０は信号線を乗せたフレキシブル基板であり上
部のＦＬＬに接続している。被検者は測定部位をデュワ
の直下におく。また装置及び被検者は簡易な磁気シール
ドルームに入れられている。本実施例では上下相対応す
るマグネトメータが各々１対１に接続される構成である
が、マグネトメータの構成に関するの他の実施例を以下
図１１、図１２に示す。図１１は本発明の第４の実施例
である差動型ＳＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。
図１１は１個のセンシング用マグネトメータに３個のキ
ャンセレーション用マグネトメータを接続した実施例で
ある。本構成の磁束計の動作は図１の構成と同様である
が、３個のキャンセレーション用マグネトメータのう
ち、どれを測定にもちいるかが選択回路３６と制御入力
とにより選択可能になっている。本構成では測定対象の
深さによって、センシング用マグネトメータとキャンセ
レーション用マグネトメータの距離（いわゆるベースラ
イン）を選択できるという効果がある。ここでベースラ
インの選択に際して超伝導スイッチを用いる必要がな
く、信頼性が高い。これを例えば３７組用いれば、ベー
スライン可変の３７チャネル生体磁気計測装置が構成で
きるのは言うまでもない。図１２は１組のセンシング用
マグネトメータに対し４個のキャンセレーション用マグ
ネトメータを設けた、３７チャネル生体磁気計測装置の
第２の実施例である。１個のキャンセレーション用マグ
ネトメータに９または１０個のセンシング用マグネトメ
ータが接続されている。本構成では雑音のキャンセル率
が図１０の実施例に比べて低下するものの、キャンセレ
ーション用マグネトメータの数が少なくてすみ、システ
ム構成が簡単になるという効果がある。
板上に構成する。図６にこの基板の実施例を示す。基板
５はシリコンである。各検出コイル１０、３０、帰還コ
イル１３、雑音消去コイル３４は、ニオブの細線で成膜
されている。２０は公知のケッチェン型のＳＱＵＩＤあ
るいは差動型ＳＱＵＩＤであり、信号端子、バイアス電
流端子２１、変調コイル端子２２がこのＳＱＵＩＤから
でている。図７は基板の別の実施例である。コイル１
０、３０の面積を基板上で最大にする構成になってい
る。本構成によれば、特に多チャンネルの生体磁気計測
装置に実装する場合、コイルの有効面積が大きくなりＳ
／Ｎが向上するという効果がある。図１０は、図６に示
した基板を７４枚用いて構成した３７チャネル生体磁気
計測装置の第１の実施例である。１１０はＦＬＬユニッ
ト、１００は液体ヘリウムデュワであり、下部のみ内部
構造を示している。上部平板１２０にはキャンセレーシ
ョン用マグネトメータ、下部平板１３０にはセンシング
用マグネトメータが各々３７枚づつ設けられている。こ
こで各チャネル間の干渉が問題となる場合には少なくと
も相隣会うチャネル間で変調周波数が異なるよう構成す
る。１４０は信号線を乗せたフレキシブル基板であり上
部のＦＬＬに接続している。被検者は測定部位をデュワ
の直下におく。また装置及び被検者は簡易な磁気シール
ドルームに入れられている。本実施例では上下相対応す
るマグネトメータが各々１対１に接続される構成である
が、マグネトメータの構成に関するの他の実施例を以下
図１１、図１２に示す。図１１は本発明の第４の実施例
である差動型ＳＱＵＩＤ磁束計の構成を示す図である。
図１１は１個のセンシング用マグネトメータに３個のキ
ャンセレーション用マグネトメータを接続した実施例で
ある。本構成の磁束計の動作は図１の構成と同様である
が、３個のキャンセレーション用マグネトメータのう
ち、どれを測定にもちいるかが選択回路３６と制御入力
とにより選択可能になっている。本構成では測定対象の
深さによって、センシング用マグネトメータとキャンセ
レーション用マグネトメータの距離（いわゆるベースラ
イン）を選択できるという効果がある。ここでベースラ
インの選択に際して超伝導スイッチを用いる必要がな
く、信頼性が高い。これを例えば３７組用いれば、ベー
スライン可変の３７チャネル生体磁気計測装置が構成で
きるのは言うまでもない。図１２は１組のセンシング用
マグネトメータに対し４個のキャンセレーション用マグ
ネトメータを設けた、３７チャネル生体磁気計測装置の
第２の実施例である。１個のキャンセレーション用マグ
ネトメータに９または１０個のセンシング用マグネトメ
ータが接続されている。本構成では雑音のキャンセル率
が図１０の実施例に比べて低下するものの、キャンセレ
ーション用マグネトメータの数が少なくてすみ、システ
ム構成が簡単になるという効果がある。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、超伝導接合部を必要と
しない差動型のＳＱＵＩＤ磁束計が、外部磁場の遮蔽率
が２〜３桁程度の簡易な磁気シールドルーム中で動作す
るという効果がある。またここで、立体構造をもつ検出
コイルが薄膜で構成できるため、少なくとも４桁のキャ
ンセル率が得られるという効果がある。また本発明によ
れば上記ＳＱＵＩＤ磁束計を複数個用いて脳磁計測装置
を構成する場合、信号を搬送する変調信号の干渉を原因
とする、各磁束計間の干渉が発生しないという効果があ
る。マグネトメータ間には超伝導接合部を必要とせず、
信頼性が高い。
しない差動型のＳＱＵＩＤ磁束計が、外部磁場の遮蔽率
が２〜３桁程度の簡易な磁気シールドルーム中で動作す
るという効果がある。またここで、立体構造をもつ検出
コイルが薄膜で構成できるため、少なくとも４桁のキャ
ンセル率が得られるという効果がある。また本発明によ
れば上記ＳＱＵＩＤ磁束計を複数個用いて脳磁計測装置
を構成する場合、信号を搬送する変調信号の干渉を原因
とする、各磁束計間の干渉が発生しないという効果があ
る。マグネトメータ間には超伝導接合部を必要とせず、
信頼性が高い。
【図１】本発明の第１の実施例である差動型ＳＱＵＩＤ
磁束計の構成を示す図。
磁束計の構成を示す図。
【図２】本発明の第２の実施例である差動型ＳＱＵＩＤ
磁束計の構成を示す図。
磁束計の構成を示す図。
【図３】本発明の第３の実施例である差動型ＳＱＵＩＤ
磁束計の構成を示す図。
磁束計の構成を示す図。
【図４】ＳＱＵＩＤ磁束計の一例であるマグネトメータ
の従来例。
の従来例。
【図５】本発明による差動型ＳＱＵＩＤの実施例を示す
模式図。
模式図。
【図６】本発明によるＳＱＵＩＤ基板の第１の実施例。
【図７】本発明によるＳＱＵＩＤ基板の第２の実施例。
【図８】従来型のグラジオメータを示す模式図。
【図９】検出コイルとＳＱＵＩＤの等価回路図。
【図１０】本発明によるＳＱＵＩＤ基板を用いた生体磁
気計測装置の第１の実施例。
気計測装置の第１の実施例。
【図１１】本発明の第４の実施例である差動型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の構成を示す図。
Ｄ磁束計の構成を示す図。
【図１２】本発明によるＳＱＵＩＤ基板を用いた生体磁
気計測装置の第２の実施例。
気計測装置の第２の実施例。
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、７…ＳＱＵＩＤ素子基板、１０
…検出コイル（キャンセレーション用）、１１、１１
ａ、１１ｂ…入力コイル、１２、１２ａ、１２ｂ…変調
コイル、１３、１３ａ、１３ｂ…帰還コイル、２０、２
０ａ、２０ｂ…ＳＱＵＩＤ、２１…バイアス電流、信号
電圧端子、２２…変調コイル端子、２５ａ、２５ｂ…Ｆ
ＬＬ、３０…検出コイル（センシング用）、３４…雑音
消去コイル、３６…選択回路、１００…液体ヘリウムデ
ュワ、１１０…ＦＬＬ部分、１２０…キャンセレーショ
ン用マグネトメータ基板、１３０…センシング用マグネ
トメータ基板、１４０…信号線用基板。
…検出コイル（キャンセレーション用）、１１、１１
ａ、１１ｂ…入力コイル、１２、１２ａ、１２ｂ…変調
コイル、１３、１３ａ、１３ｂ…帰還コイル、２０、２
０ａ、２０ｂ…ＳＱＵＩＤ、２１…バイアス電流、信号
電圧端子、２２…変調コイル端子、２５ａ、２５ｂ…Ｆ
ＬＬ、３０…検出コイル（センシング用）、３４…雑音
消去コイル、３６…選択回路、１００…液体ヘリウムデ
ュワ、１１０…ＦＬＬ部分、１２０…キャンセレーショ
ン用マグネトメータ基板、１３０…センシング用マグネ
トメータ基板、１４０…信号線用基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神鳥 明彦 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 栗城 真也 北海道札幌市南区澄川４条11丁目７−17
Claims (12)
- 【請求項１】検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変
調コイル、ならびにＳＱＵＩＤを有し、フラックス・ロ
ックド・ループで動作するＳＱＵＩＤを用いた磁束計を
少なくとも２個有し、少なくとも一の磁束計の発生する
信号を、少なくとも一の他の磁束計に磁気的に印加する
ことを特徴とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項２】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、少なくとも一の磁束計の発生する信号を少なくとも
一の他の磁束計に磁気的に印加するための信号線が、磁
束計の動作温度において常伝導であることを特徴とする
差動型ＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項３】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、少なくとも一の磁束計の発生する信号を、少なくと
も一の他の磁束計の検出コイルに印加することを特徴と
する差動型ＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項４】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、少なくとも一の磁束計の発生する信号が、その磁束
計の帰還磁束であることを特徴とする差動型ＳＱＵＩＤ
磁束計。 - 【請求項５】請求項４の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、少なくとも一の磁束計の帰還磁束を、その磁束計の
検出コイルに印加することを特徴とする差動型ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計。 - 【請求項６】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、検出コイル、入力コイル、帰還コイル、変調コイ
ル、ならびに他の磁束計からの信号を磁気的に印加する
ためのコイルが、各々の磁束計ごとに１枚の基板上に形
成されたことを特徴とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項７】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度が、他の磁束計から信号を与えられる磁束計であるセ
ンシング用磁束計の検出磁束あたりの出力電圧である感
度より高いことを特徴とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束計。 - 【請求項８】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の一つに、他の磁束計から信号を与え
られる磁束計であるセンシング用磁束計が一つ接続して
なる１組の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複数組用いてなる
ことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計システム。 - 【請求項９】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計におい
て、他の磁束計に信号を与える磁束計であるキャンセレ
ーション用磁束計の一つに、他の磁束計から信号を与え
られる磁束計であるセンシング用磁束計が複数個接続さ
れ、どのキャンセレーション用磁束計が動作するかが選
択可能であることを特徴とする差動型ＳＱＵＩＤ磁束
計。 - 【請求項１０】請求項９の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計を複
数組用いてなるＳＱＵＩＤ磁束計システム。 - 【請求項１１】請求項１の差動型ＳＱＵＩＤ磁束計にお
いて、他の磁束計から信号を与えられる磁束計であるセ
ンシング用磁束計が、他の磁束計に信号を与える磁束計
であるキャンセレーション用磁束計よりも多いことを特
徴とするＳＱＵＩＤ磁束計システム。 - 【請求項１２】請求項８、請求項１０、請求項１１のい
ずれかのＳＱＵＩＤ磁束計システムにおいて、少なくと
も相隣接する差動型ＳＱＵＩＤ磁束計の間で変調周波数
が異なることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29243492A JP3156396B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 差動型ｓｑｕｉｄ磁束計及びこれを用いた生体磁場計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29243492A JP3156396B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 差動型ｓｑｕｉｄ磁束計及びこれを用いた生体磁場計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06138197A true JPH06138197A (ja) | 1994-05-20 |
| JP3156396B2 JP3156396B2 (ja) | 2001-04-16 |
Family
ID=17781746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29243492A Expired - Fee Related JP3156396B2 (ja) | 1992-10-30 | 1992-10-30 | 差動型ｓｑｕｉｄ磁束計及びこれを用いた生体磁場計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3156396B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5994891A (en) * | 1994-09-26 | 1999-11-30 | The Boeing Company | Electrically small, wideband, high dynamic range antenna having a serial array of optical modulators |
| JP2017062122A (ja) * | 2015-09-23 | 2017-03-30 | 国立大学法人名古屋大学 | 磁界検出装置 |
| CN119309692A (zh) * | 2024-11-22 | 2025-01-14 | 中国计量科学研究院 | 多通道squid低温温度计及其制备方法 |
| FR3156896A1 (fr) * | 2023-12-19 | 2025-06-20 | Thales | Gradiomètre radiofréquence à SQUID |
-
1992
- 1992-10-30 JP JP29243492A patent/JP3156396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5994891A (en) * | 1994-09-26 | 1999-11-30 | The Boeing Company | Electrically small, wideband, high dynamic range antenna having a serial array of optical modulators |
| JP2017062122A (ja) * | 2015-09-23 | 2017-03-30 | 国立大学法人名古屋大学 | 磁界検出装置 |
| FR3156896A1 (fr) * | 2023-12-19 | 2025-06-20 | Thales | Gradiomètre radiofréquence à SQUID |
| WO2025132394A1 (fr) * | 2023-12-19 | 2025-06-26 | Thales | Appareil d'imagerie par résonance magnétique à faible champ magnétique |
| CN119309692A (zh) * | 2024-11-22 | 2025-01-14 | 中国计量科学研究院 | 多通道squid低温温度计及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3156396B2 (ja) | 2001-04-16 |
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