JPH0816695B2 - 磁場補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、核磁気共鳴用マグネット等に使用される
磁場補正装置に関するものである。

［従来の技術］ 第８図は例えば特開昭52−193230号公報に示された従
来の磁場補正装置であり、図において、符号（10）で示
されるものは非磁性体の円筒内壁で、この円筒内壁（1
0）には棒状の磁性体（２）が貼りつけられている。円
筒内壁（10）の外周には主磁場を発生するコイル（３）
が設けられており、この円筒内壁（10）内には、磁場均
一性が要求される領域（４）が破線で示されている。

従来の磁場補正装置は以上のように構成されており、
以下に、その動作について説明する。一般的にコイル
（３）によって発生する磁場は、領域（４）においては
必ずしも必要とされる磁場均一性を有していない。そこ
で磁場均一性を高める手段１つとして、円筒内壁（10）
に棒状の磁性体（２）を貼りつけることにより、発生磁
場の空間分布に変化を与えることが考えられる。前述の
従来の装置では予め磁性体（２）を円筒内壁（10）の適
当な位置に複数個配置した状態で、領域（４）の磁場分
布がどのように変化するのを実験的に確かめておき、幾
つかの磁性体の組み合わせで経験的に磁場の均一性を高
める手段がとられていた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の磁場補正装置は以上のように構成されているの
で、磁性体の大きさ、形状、本数、貼付位置等の決定に
際しては、取付ける人間の経験的な勘に頼ることが多
く、かつ一定の規則が無いため、組立後の各磁場補正装
置は必ずしも最適な磁性体の設定になっておらず、特性
にバラツキがあると云うだけではなく、他の構成品との
干渉を考慮した制作者の意図する範囲に磁性体取付位置
を限定できない場合が生じるという重大な課題を有して
いた。

この発明は以上のような課題を解決するためになされ
たもので、特に必要とする磁性体の構成、取付け経度、
取付け緯度等を一定の規則に従って制作者の意図する取
付範囲内に定めることができる磁場補正装置を得ること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第一の発明に係る磁場補正装置は、主磁場
に含まれる不均一な誤差成分を補正するための磁性体
が、磁性体の端面角度と端面断面積比を相互の関係に基
く適切な値に選定した２つの磁性体対で構成されたもの
を用いるようにしたものである。

また、この発明の他の発明は、磁性体の端面角度と端
面断面積比の関係が、一定の具体的な関係式によってい
る。

［作 用］ この発明においては、補正すべき特定の磁場成分の補
正量が分かれば、それに応じた所定量の磁性体を制作者
の意図した範囲内の位置に配置する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図および第２図において、非磁性体よりなる非磁
性管（１）内には棒状の磁性体（２）が選択的に取付け
および取外しができるように設けられており、これらの
非磁性管（１）および磁性体（２）は、円筒状をなし主
磁場を発生するコイル（３）内に配設されている。ま
た、破線で示される部分（４）は均一性が要求される磁
場領域である。

第３図および第４図は主磁場方向（Ｚ軸方向）に沿っ
て、断面積Ａを有する棒状磁性体が取付角の位置に配
置された様子を示している。この磁性体（２）が均一性
の必要な領域（４）の任意点Ｐ（r,θ，φ）に作る磁場
のＺ方向成分B_Zは、次式で表わされる。

ここで、K:磁性体の磁気特性で決まる定数 a:磁性体の取付半径 εm:ノイマン係数,m＝０ならεｍ＝1,m≠０ならεｍ＝
2, P^m _n:n次ｍ位のルジャンドル陪多項式 である。

式は極座標系による表示であるが、通常用いられる
直交座標系との対応は表１のとおりである。

一方、コイル（３）が均一度領域（４）に作る磁場の
ｚ方向成分Bczは次式で表わされる。

Bcz＝B₀＋A₁X＋A₂Y＋A₃ZX＋A₄ZY＋A₅XY＋ A₆（X²−Y²）＋ ここで、B₀は原点（0,0,0）での磁場、従って、例え
ば、A₁Xは、Ｘに比例した誤差成分を示している。

即ち、均一度領域（４）の均一性を高めるには式の
A₁X等を打消すような磁性体（２）が必要であることが
分かる。以下に、一例として、Ｘ成分補正用の磁性体
（２）について述べる。前述の式から分かるように、
磁性体（２）が作る磁場成分は無限個あるが、一般的に
ａ＞ｒであるからｎの値が大きい成分は式中の が非常に小さくなるために無視できる。そこで、実用上
はn,mの値が小さい成分についてのみ考えればよい。こ
こで、前述の磁場のｚ方向成分Bzの径方向成分（即ちｍ
≠０）のみに注目して以下の成分を考える。

B¹¹,B²¹,B²²,B³¹,B³²,B³³,B⁴¹,B⁴²,B⁴³,B⁴⁴,B⁵¹,B⁵²,
B⁵³,B⁵⁴。ここでB¹¹成分は表１によりＸ成分に対応して
いる。従って、B¹¹成分だけを発生するような磁性体
（２）の形状、位置は次の手順で決まる。ｍ＝2,3,4の
成分を発生しないように、取付角度を に選ぶと式でcos（φ−）＝０となるから、B²²,
B³²,B³³,B⁴²,B⁴³,B⁴⁴,B⁵²,B⁵³,B⁵⁴の成分はなくなるこ
とになり、残りはB¹¹,B²¹,B³¹,B⁴¹,B⁵¹である。

また、前記磁性体（２）の一方の端面角度をαとした
とき、もう一方の端面角度を（π−α）に選べば、即
ち、Ｚ軸について対称な磁性体（２）であれば、式で B²¹∝［P¹ ₃（cosα）sin⁴α▲］^α _π▼_−α＝０ B⁴¹∝［P¹ ₅（cosα）sin⁶α▲］^α _π▼_−α＝０ となり、結局、B²¹,B⁴¹は発生しないことになる。最後
にB⁵¹＝0,B³¹＝０を満たすように、第５図に示す如くの
２つの部分で構成された磁性体（２）の端面角度と、そ
れらの断面積比を決める。いま２つの部分で構成された
磁性体（２）の両端の端面角度のうち、小さい方の角度
（以下内側端面角度と呼ぶ）、断面積をそれぞれα₁,A₁
およびα₂,A₂とすると、B³¹,B⁵¹の出力は B³¹∝A₁［P¹ ₄（cosα_１）sin⁵α_１］ ＋A₂［P¹ ₄（cosα_２）sin⁵α_２］ B⁵¹∝A₁［P¹ ₆（cosα_１）sin⁷α_１］ ＋A₂［P¹ ₆（cosα_２）sin⁷α_２］ となる。

ｇ（α）＝P¹ ₆（cosα）sin⁷α/P¹ ₄（cosα）sin⁵α ＝P¹ ₆（cosα）sin²α/P¹ ₄（cosα） なる量を導入すると式は B⁵¹∝A₁g（α_１）［P¹ ₄（cosα_１）sin⁵α_１］ ＋A₂g（α_２）［P¹ ₄（cosα_２）sin⁵α_２］ （4a） となる。式のαを変化させたときのグラフを第６図に
示す。

第６図より Ｒ＝ｇ（α_１）＝ｇ（α_２） α_１≠α_２ なるα₁,α_２が存在することがわかる。

式を（4a）式に代入すれば、 B⁵¹∝Ｒ｛A₁［P¹ ₄（cosα_１）sin⁵α_１］ ＋A₂［P¹ ₄（cosα_２）sin⁵α_２］｝ （4b） （4b）の｛ ｝は式の右辺と全く同じである。従って
式において、あるを決めると、それに対応する が決まり、このときのB³¹,B⁵¹の出力はそれぞれ以下の
とおりである。

B³¹,B⁵¹の出力が共に零となるためには、断面積比が すなわち の条件を満せば良い。ここで設計例を示す。製作者の意
図する磁性体取付範囲が端面角度で140゜以下である場
合を考える。この場合第６図よりｇ（α）＝−0.5を選
べば２つの磁性体の各々の内側端面角度はα_１＝40.1
0、α_２＝66.50となるこれらに対応した外側の端面角度
（磁性体の両端の端面角度のうち大きい方の角度）はπ
−40.1＝139.90、π−66.50＝113.50となり製作者の意
図する範囲140゜以内となる。このとき、式より とすれば、本比率および上記端面角を満足する２つの部
分で構成された磁性体を用いることによりB³¹,B⁵¹は共
に零となる。

以上のようにしてＸ成分磁性体に対して製作者の意図
した端面角度（α）、取付角度（ψ）、断面積を決める
ことができた。このような組合せは、Ｒを変えることに
よって設計自由度の確保を可能としていることがわか
る。

第５図の磁性体（２）を第１図のように に配置すると、Ｘのマイナス出力（A₁X＜０）が発生
し、各々→＋πとすると、Ｘのプラス出力（A₁X＞
０）となる。また、A₁Xの出力調整は、前述の式から
分かるように、磁性体（２）の２つの構成部分の断面積
比率を変えない条件で総断面積を変えることによって可
能である。

そこで補正前に長さと断面積比が上記の条件に同一で
断面積の異なるいくつかの種類の棒を用意しておき、選
択的に用いれば簡単に磁場調整ができる。

また、本発明に対し、磁場の均一度調整に先立つて、
予め、Ｘ成分用の磁性体（２）が取付けられる位置に磁
性体（２）を挿入する非磁性体よりなる非磁性管（１）
を取付けておき、この非磁性管（１）の長さは、磁性体
（２）の長さ相当分であり、この非磁性管（１）の内径
は、必要とされる成分の出力の絶対値によって定められ
るように磁場補正装置を構成している。

さらに、Y,ZX,ZY,XY,X²−Y²用の棒状の磁性体（２）
の構成についても２つの部分から構成された磁性体の端
面角度と端面断面積比をＸ成分用と同様に相互の関係に
基く適切な値に選定することにより、製作者の意図する
範囲内への磁性体の取り付けを可能とし、必要な補償磁
界を発生し得ることとなる。

表２はその一例を示したもので断面積比と端面角度は
設計条件により変化する。

尚第７図は以上、X,Y,ZX,ZY,XY,Z²−Y²の不均一磁界
成分を補正するために１つの円周上に配置された磁性体
挿入用の非磁性管を示したものである。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、誤差成分ごとに磁
性体を製作者の取付を意図した範囲内に設定でき、か
つ、当該成分用の非磁性管を取付け、この磁性体を非磁
性管内に対して選択的に取付け、または取外しできるよ
うにしたので、均一度の調整が簡単、かつ、確実にでき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例の横断面図、第２図は第１
図のものの側側面図、第３図および第４図は磁性体の発
生磁場を説明するための模式図、第５図はＸ成分補正用
磁性体の斜視図、第６図は端面角度の特性線図、第７図
は各成分補正用磁性体の配置図、第８図は従来の磁場補
正装置の斜視図である。 （１），（1A），（1B），（1C）……非磁性管、（２）
……磁性体、（３）……コイル、（４）……均一度領
域。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空間的に均一な磁場分布が要求される円筒
   形状のマグネットに使用される磁性体を用いた磁場補正
   装置において、主磁場に含まれる不均一な誤差成分を補
   正するための前記磁性体が、均一性の必要な領域におい
   て磁場を直交座標系で級数展開したときに現れる各成分
   に応じ特定の位置に配置されるように、前記マグネット
   の内周面の円周方向の特定位置に配置された複数本の非
   磁性管の内部に対して選択的に取付け取外しができ、か
   つ、前記磁性体が、前記磁性体の端面角度と端面断面積
   比を相互の関係に基づく適切な値に選定し、特定の不均
   一磁界成分を発生しないようにした２つの磁性体対でな
   ることを特徴とする磁場補正装置。
2. 【請求項２】２つの磁性体対が円周方向の取付位置 のいずれかに取り付けられ、この磁性体対の各々の磁性
   体の両端それぞれの端面角の和がπであり、かつ前記磁
   性体対をなす各磁性体の両端の端面角度のうち小さい方
   の角度と前記各磁性体の断面積比が （ただしA₁,A₂は断面積、α₁,α_２は各磁性体の両端の
   端面角度のうち小さい方の端面角度、P_n ^mはルジャンド
   ルの多項式を示す。）であることを特徴とする請求項
   （１）記載の磁場補正装置。