JP2004177363A - 磁気シールド装置及び生体磁場計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気シールド筒型体の軸方向及びこの軸に垂直方向の外部磁場を遮蔽可能な磁気シールド装置を提供する。
【解決手段】磁気シールド装置は、両端に開口をもつ円筒型強磁性体２−１と、超電導閉ループ容器１−１、１−２のそれぞれの内部に収納された２つの超電導閉ループから構成される。超電導閉ループは高温超電導線材で構成される。２つの超電導閉ループは半円の形状をもち、円筒型強磁性体２−１の中心軸に対称に、ｘ方向に配置されている。超電導閉ループ容器１−１、１−２は、支持具２０により円筒型強磁性体２−１の両開口端の近傍の内部に配置される。超電導閉ループは円筒型強磁性体２−１の中心軸に垂直に配置される。超電導閉ループは、液体窒素又は冷凍機により冷却される。
【効果】開放性が高く、軽量、小型な磁気シールドを実現できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境磁場雑音を遮蔽する磁気シールド装置及びこれを用いる生体磁場計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境磁場雑音をシールドする磁気シールドは電子線を用いた電子描画装置、生体から発生する微弱磁場を計測する生体磁場計測装置等に用いられる。通常、磁気シールドルームは、アルミニウムやステンレス製の箱型の構造フレームに、高透磁率のＮｉを３５〜８０％含むＦｅ−Ｎｉ合金のパーマロイの板を隙間なくボルト等で締め付けて形成された閉じた部屋として構成されている。磁気シールド率を高めるためにパーマロイの板を多層としている。また、磁気シールドのみならず電波シールドもおこなえるように厚さ１〜１０ｍｍ程度のアルミニウム板からなる壁をパーマロイの層間に設けていた。パーマロイを用いた磁気シールドは、多くの部品と、加工後の熱処理が必要である。
【０００３】
パーマロイの代わりに、高透磁率の軟磁性アモルファス合金の薄膜をポリマーフィルムに貼り合わせた磁気シールドシートを用いる磁気シールドが知られている（特許文献１、特許文献２を参照）。この従来技術では、非磁性体で構成される材料で壁を構成し、この壁に磁気シールドシートを貼り合わせせて磁気シールドルーム、あるいは、円筒型の磁気シールド装置を構成している。
【０００４】
超伝導体で構成され筒状開口部をもつ磁気遮蔽容器の内部に、容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体を多数積層した磁気遮蔽容器が知られている（特許文献３を参照）。
【０００５】
未公開であり公知文献ではないが、超電導閉ループを用いた磁気遮蔽装置がある（特願２００２−１４８５１６号）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−０７７８９０号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３６４９２号公報
【特許文献３】
特開平７−２２６５９８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のパーマロイを多層に用いる磁気シールドルームは、装置全体を強磁性体で囲む必要があり、容量及び重量が大きくなり、大きな設置場所が必要であるという課題がある。クリーンルーム内に設置した電子描画装置のための磁気シールドルームでは内部に空調装置が必要となりコストが増大するという課題がある。
【０００８】
両端が開放された円筒型シールド装置では、開放端から内部に外部磁場が漏れてくるため、開口径に対して約２倍以上の円筒の長さが必要であり、長さ方向の短縮化に課題がある。容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体を多数積層した従来技術の磁気遮蔽容器では、両端が開放されているがこれ以外には開口部を自由に作成できないという課題がある。
【０００９】
超電導閉ループを用いた未公開の磁気遮蔽装置では、円筒型強磁性体の開口部に超電導閉ループを設けて、この超電導閉ループの作用によって、円筒の中心軸に平行な方向の外部磁場を遮蔽している。しかし、中心軸に対して垂直な方向の外部磁場に対しては配慮がなされていない。中心軸に垂直な方向の外部磁場は、開口端付近で円筒の内部に吸い込まれ、円筒の外部に吐き出される。つまり、中心軸に垂直な方向の外部磁場に起因し、超電導閉ループを貫く磁束の変化分は０であり、超電導閉ループにシールド電流は流れない。
【００１０】
本発明の目的は、少なくとも一端に開口をもつ磁気シールド筒型体の軸方向及びこの軸に垂直な方向の外部磁場を遮蔽可能な磁気シールド装置、及び、これを用いる生体磁場計測装置を提供することにある。本発明の他の目的は、磁気シールド装置と生体磁場計測装置との相対的配置方法、磁気シールド装置と荷電粒子線を用いる計測装置との相対的配置方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気シールド装置では、超電導閉ループ内の磁束は一定に保たれるという性質を応用して、閉ループ状の超電導体を用いて外部磁場の遮蔽を行う。超電導閉ループは、超電導線材の両端を超電導接続して閉ループを形成する。あるいはバルク状の超電導材料を用いて閉ループを形成してもよい。
【００１２】
本発明の磁気シールド装置は、生体から発する微弱な生体磁場を検出する生体磁場計測装置、荷電粒子線を用いる計測装置の磁気シールド装置として使用される。
【００１３】
本発明の磁気シールド装置は、強磁性体から構成される磁気シールド円筒体を有し、磁気シールド円筒体の中心軸の方向の少なくとも一方の開口端の近傍で、中心軸に垂直な面に複数の超電導閉ループを配置する。複数の超電導閉ループのなす面は中心軸に垂直である。超電導閉閉ループを貫く全磁束の変化分に対応して超電導閉ループにシールド電流が流れ、開口端の近傍で生じる、中心軸に平行な方向の外部磁場の吸い込みを抑えることができる。磁気シールド円筒体は、磁気シールド筒型体でもよい、以下の説明では、円筒体を例にとり説明する。
【００１４】
本発明の磁気シールド装置では、中心軸に平行な方向の外部磁場だけでなく、中心軸に垂直な方向の外部磁場もシールドできる。これにより、超電導閉ループが開口端面に１つある場合に比べて、磁気シールド円筒体の内部の磁気雑音をより低下させることができるので、磁気シールド円筒体の軸方向の長さを短くでき、より高い開放性を有し、小型、軽量な磁気シールド装置が実現できる。
【００１５】
本発明の磁気シールド装置では、大きな面積を持つ超電導体を使用しないので、冷却装置が容易である。また、超電導閉ループと磁気シールド円筒体とを別々に作成し、これらを組合わせて、簡単な構造を実現している。
【００１６】
本発明の生体磁場計測装置では、上記の磁気シールド装置を使用し、生体から発する生体磁場を検出する検出コイルを、検出コイルの面が、磁気シールド円筒体の中心軸に平行となるように配置する。即ち、本発明の上記の磁気シールド装置と生体磁場計測装置の相対的配置方法では、検出コイルを、磁気シールド円筒体の内側に、検出コイルの面が磁気シールド円筒体の中心軸に平行になるように配置する。この配置方法による生体磁場計測装置では、高いＳ／Ｎで生体磁場を計測できる。
【００１７】
本発明の荷電粒子線を用いる計測装置と上記の磁気シールド装置との相対的配置方法では、荷電粒子線の進行方向が磁気シールド円筒体の中心軸に平行となるように、計測装置を磁気シールド筒型体の内部に配置する。この配置方法によれば、荷電粒子線の進行方向に平行な方向及び垂直な方向の外部磁場を遮蔽でき、開放性が高いので、クリーンルームに装置を設置する場合でも、単独の空調設備を必要としない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気シールド装置では、強磁性体から構成され一軸を囲む磁気シールド筒型体の上記一軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍において、複数の超電導閉ループが、上記一軸に垂直な面に配置される。複数の超電導閉ループのなす面は、上記一軸に垂直である。また、異なる口径をもつ複数の磁気シールド筒型体が上記一軸を囲み配置される。
【００１９】
本発明の生体磁場計測装置では、上記の磁気シールド装置を使用する。磁気シールド装置の内部に挿入された生体から発する磁場の上記一軸に垂直な方向の成分を検出する検出コイルは、磁気シールド筒型体の内側に、検出コイルの面が上記一軸に平行になるように配置されている。
【００２０】
本発明の磁気シールド装置では、強磁性体から構成される磁気シールド円筒体の中心軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍において、複数の超電導閉ループが、上記中心軸に垂直な面に配置される。複数の超電導閉ループのなす面は、上記中心軸に垂直である。また、異なる直径をもつ複数の磁気シールド円筒体が上記中心軸を囲み配置される。この配置では、磁気シールド円筒体の上記中心軸の方向の長さは、磁気シールド円筒体の直径が大きいほど長く、直径が最も大きい磁気シールド円筒体の内側に、他の複数の磁気シールド円筒体が配置される。複数の磁気シールド円筒体の一部を、上記中心軸の周りに移動させる機構を設け、複数の磁気シールド円筒体の周方向に開口部を形成する。さらに、複数の超電導閉ループは、最も外側に配置される磁気シールド円筒体の内側の部位であり最も内側に配置される磁気シールド円筒体の外側の部位に配置される。
【００２１】
本発明の生体磁場計測装置では、上記の磁気シールド装置を使用する。ＳＱＵＩＤと検出コイルとを具備する複数の磁束計は、冷却容器の内部に、検出コイルの面が上記中心軸に平行になるように、複数の磁束計を１次元又は２次元に配置され、冷却される。冷却容器は、ガントリーにより、最も内側に配置される磁気シールド円筒体の内側に保持される。最も内側に配置される磁気シールド円筒体の内側に生体が挿入される。生体から発する磁場は、計測回路により複数の磁束計を駆動させて、検出され計測信号として出力される。計測信号の解析は、解析装置により行われ解析結果が表示される。複数の超電導閉ループは、異なるループ面積をもち、磁気シールド円筒体の一方の端部の側に配置される第１、第２の超電導閉ループから構成される。第１の超電導閉ループは、上記中心軸を囲むように配置され、第２の超電導閉ループは、上記中心軸を囲まないように配置される。第１及び第２の超電導閉ループのなす面は、上記中心軸に垂直である。また、複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、上記中心軸に対して対称な位置に配置され、他方の端部の側に配置される第３、第４の超電導閉ループから構成される。第３及び第４の超電導閉ループのなす面は、上記中心軸に垂直である。上記中心軸の方向は、地面に対して水平な方向にほぼ一致するように、あるいは、地面に対して垂直な方向にほぼ一致するように上記の磁気シールド装置は配置される。
【００２２】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の磁気シールド装置の構成を示す斜視図である。図２は、本発明の実施例１の超電導閉ループ容器１の断面図であり、図１に示すｙｚに平行であり超電導閉ループを通る面での断面図である。図３は、本発明の実施例１の磁気シールド装置の断面図であり、図１に示すｘｚ面での断面図である。
【００２３】
磁気シールド装置は、両端部に開口をもつ円筒型強磁性体２−１と、超電導閉ループ容器１−１、１−２のそれぞれの内部に収納された２つの超電導閉ループから構成される。超電導閉ループは高温超電導線材で構成される。２つの超電導閉ループは半円の形状をもち、円筒型強磁性体２−１の中心軸に対称に、ｘ方向に配置されている。
【００２４】
超電導閉ループ容器１−１、１−２は、支持具２０により円筒型強磁性体２−１の両開口端の近傍の内部に配置される。超電導閉ループ容器１−１、１−２を、支持具２０により円筒型強磁性体２−１の両開口端の近傍の外部に配置してもよい。超電導閉ループは円筒型強磁性体２−１の中心軸に垂直に配置される。
【００２５】
高温超電導線材で構成される超電導閉ループは、液体窒素又は冷凍機により冷却される。図２は、液体窒素により超電導閉ループを冷却する場合の超電導閉ループ容器１の構造を示す。超電導閉ループ３−１、３−２は、非磁性体の金属で形成されるパイプ１６の内部に収納される。パイプ１６の内部には液体窒素が循環され、超電導閉ループが冷却される。パイプ１６には、熱輻射を利用した可撓性の熱遮断フイルム１４が幾重にも積層するように巻きつけられており、熱的な遮断が強化されている。熱的に遮断が強化されたパイプ１６は、非磁性の金属で形成されたパイプ形状をもつ真空容器１７の内部にスペーサー１５を介して配置されている。補給パイプ１８からパイプ１６の内部に液体窒素が補給され、パイプ１６の内部で生じた窒素ガスは排出パイプ１９から排出される。
【００２６】
超電導閉ループを冷凍機を用いて冷却する場合には、パルス管冷凍機又はギフォード・マクマホン型冷凍機等を用いて、超電導線材を臨界温度以下に冷却する。
【００２７】
実施例１の磁気シールド装置は、円筒型強磁性体２−１の中心軸の方向（ｚ方向）に平行な外部磁場に対して閉ループを貫く磁束を一定に保つように外部磁場をシールドする。また、円筒型強磁性体２−１の中心軸に垂直な方向（ｘ方向）の外部磁場に対しても、円筒型強磁性体の内部に吸い込まれる磁場を効果的にシールドできる。
（実施例２）
図４は、本発明の実施例２の磁気シールド装置の構成を示す斜視図である。磁気シールド装置は、両端に開口をもつ円筒型強磁性体２−１と、超電導閉ループ容器１−３、１−４のそれぞれの内部に収納された４つの超電導閉ループから構成される。超電導閉ループは高温超電導線材で構成される。４つの超電導閉ループは四分の１円の形状をもち、円筒型強磁性体２−１の中心軸に対称に、ｘ方向及びｙ方向に配置されている。超電導閉ループ容器１−３、１−４は、支持具２０により円筒型強磁性体２−１の両開口端の近傍の内部に配置される。超電導閉ループ容器１−３、１−４を、支持具２０により円筒型強磁性体２−１の両開口端の近傍の外部に配置してもよい。超電導閉ループは円筒型強磁性体２−１の中心軸に垂直に配置される。
【００２８】
高温超電導線材で構成される超電導閉ループは、実施例１と同様にして、非磁性体の金属で形成されるパイプの内部に収納され、パイプの内部には液体窒素が循環され、超電導閉ループが冷却される。
【００２９】
実施例１の磁気シールド装置は、円筒型強磁性体２−１の中心軸の方向（ｚ方向）に平行な外部磁場に対して閉ループを貫く磁束を一定に保つように外部磁場をシールドする。また、円筒型強磁性体２−１の中心軸に垂直な方向（ｘ方向及びｙ方向）の外部磁場に対しても、円筒型強磁性体の内部に吸い込まれる磁場を効果的にシールドできる。
（実施例３）
本発明の実施例３の磁気シールド装置は、実施例１及び実施例２の磁気シールド装置の外側に円筒型強磁性体をさらに単数又は複数個配置した構成である。
【００３０】
図５は、本発明の実施例３の磁気シールド装置の構成を示す断面図であり、ｘｚ面での断面図である。実施例３の磁気シールド装置では、図１、図２、図３で説明した円筒型強磁性体２−１の中心軸と共軸に円筒型強磁性体２−２が、円筒型強磁性体２−１の外側に配置されている。図５に示す例では、円筒型強磁性体２−２の中心軸の方向の長さは、円筒型強磁性体２−１の中心軸の方向の長さより大であるが、ほぼ同じ長さとしてもよい。また、図５に示す例では、両端に開口をもつ円筒型強磁性体２−２を１個使用する例を示しているが、開口の口径が異なる円筒型強磁性体を複数個使用してもよい。
【００３１】
円筒型強磁性体を共軸に複数個配置する構造によって、円筒型強磁性体の中心軸に垂直な方向のシールド効果を高めるとともに、円筒型強磁性体の中心軸に平行な方向のシールド効果も高めることができる。また、この構造により円筒型強磁性体の内部に吸い込まれる外部磁場の強さも大きくなるので、より超電導閉ループの効果が増すことになる。
（実施例４）
図６は、本発明の各実施例で使用される超電導閉ループの形状、配置の例を示す図である。超電導閉ループは高温超電導線材で構成される。超電導閉ループの形状は閉ループであれば任意でき、図６に示す例に限定されるものではない。
【００３２】
図６（Ａ）に示す例では、実施例１で使用される超電導閉ループの形状、配置を示す。超電導閉ループ３−１、３−２は、同じ面積の半円の形状をもち、円筒型強磁性体の中心軸に対称に、一方向に配置されている。超電導閉ループ３−１、３−２はそれぞれ、１つの直線部と１つの円弧部とから形成されている。
【００３３】
図６（Ｂ）に示す例では、実施例２で使用される超電導閉ループの形状、配置を示す。超電導閉ループ３−３、３−４、３−５、３−６は、同じ面積の、四分の１円の形状をもち、円筒型強磁性体の中心軸に対称に、直交する２方向に配置されている。超電導閉ループ３−３、３−４、３−５、３−６はそれぞれ、２つの直線部と１つの円弧部とから形成されている。超電導閉ループ３−３、３−４、３−５、３−６は、図４に示す、超電導閉ループ容器１−３、１−４に収納される。
【００３４】
図６（Ｃ）に示す例では、異なるループ面積をもつ２つの超電導閉ループ３−１ａ、３−２ａを使用する。２つの超電導閉ループ３−１ａ、３−２ａは、一方向に対称に配置される。超電導閉ループ３−１ａは、円筒型強磁性体の中心軸を囲むように配置される。超電導閉ループ３−２ａは、上記中心軸を囲まないように配置される。
【００３５】
図６（Ｄ）に示す例では、図６（Ｃ）に示す超電導閉ループ３−１ａと同じ形状をもつ超電導閉ループ３−１ｂと、幅のせまい長方形の形状をもつ超電導閉ループ３−２ｂとを使用する。２つの超電導閉ループ３−１ｂ、３−２ｂは、一方向に対称に配置される。超電導閉ループ３−１ｂは、円筒型強磁性体の中心軸を囲むように配置される。超電導閉ループ３−２ｂは、上記中心軸を囲まないように配置される。
【００３６】
図６（Ｅ）に示す例では、図６（Ａ）に示す超電導閉ループ３−１、３−２と、これらを９０度回転させた超電導閉ループ３−１’、３−２’とが互いに重なるように配置して使用する。超電導閉ループ３−１、３−２、３−１’、３−２’は、円筒型強磁性体の中心軸に対称に、直交する２方向に配置される。
【００３７】
図６（Ｆ）に示す例では、高温超電導線材により多数の閉ループから構成される網状の超電導閉ループ３−７を使用する。図６（Ｆ）に示す例では、バルク状の高温超電導体を用いることもできる。網状の超電導閉ループ又はバルク状の高温超電導体は、磁気シールド円筒体の一方の端部の側に配置される。
【００３８】
本発明の磁気シールド装置を生体磁場計測装置に使用する場合、図６（Ｃ）に示す２つの超電導閉ループ３−１ａ、３−２ａを、磁気シールド円筒体の一方の端部の側に配置する。あるいは、図６（Ｄ）に示す２つの超電導閉ループ３−１ｂ、３−２ｂを磁気シールド円筒体の一方の端部の側に配置する。
（実施例５）
図７は、本発明の実施例５においてシミュレーション解析に用いた磁気シールド装置のモデル図である。円筒型強磁性体２−１は、比透磁率２００００、厚さ２ｍｍの強磁性体から構成される。円筒型強磁性体２−１の直径を１００ｃｍ、中心軸の方向の長さＬｃｍとした。図７に示すように、円筒型強磁性体２−１の両端部の開口面に、直径４９．６ｃｍの２つの超電導リング３−１ｃ、３−２ｃを０．４ｃｍ離して、外部磁場の方向（ｘ方向）で中心軸に対称な位置に配置した。ｘ方向の外部磁場の大きさは５μＴとした。
【００３９】
図８は、本発明の実施例５においてシミュレーション解析による結果例を示す図である。図８は、図７に示す磁気シールド装置の中心軸の方向（ｚ方向）の中心の位置を０として、中心軸（ｚ軸）上の位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）におけるｘ方向の磁場の大きさＢ（μＴ）を、シミュレーション解析により求めた結果である。図８では、図７において、（１）超電導リング３−１ｃ、３−２ｃを使用し、Ｌ＝１００ｃｍとした場合（ｓｕｐｅｒ）、（２）超電導リング３−１ｃ、３−２ｃを使用しないで、Ｌ＝１００ｃｍとした場合（ｎｏｒｍａｌ）、（３）超電導リング３−１ｃ、３−２ｃを使用しないで、Ｌ＝１２０ｃｍとした場合（ｎｏｒｍａｌ）の３通りの結果を示す。
【００４０】
図８に示す結果から、上記（１）の場合のように超電導リング３−１ｃ、３−２ｃの使用により、中心軸（ｚ軸）に垂直なｘ方向におけるシールド率が、上記（２）、（３）の場合よりも、向上していることがわかる。特に、両端部の開口位置（ｚ＝−５０ｃｍ、＋５０ｃｍ）の近傍でシールド率が向上がしている。なお、シールド率は、２０ｌｏｇ｛（ｘ方向に印加した外部磁場の大きさ）／（図８に示す縦軸の値Ｂ）｝で定義される。
【００４１】
また、超電導リング３−１ｃ、３−２ｃの効果により、中心軸（ｚ軸）上の位置でのｘ方向の磁場の大きさＢ（μＴ）の分布は、ｚ＝−４０ｃｍ〜＋４０ｃｍの範囲で、より均一になっており、Ｂ（μＴ）の分布のｚ方向の変化率（ｄＢ（μＴ）／ｄｚ）は、上記（２）、（３）の場合よりも小さいことが分かる。
【００４２】
図９は、本発明の実施例５において実験に用いた磁気シールド装置の構成を示す断面図であり、ｘｚ面での断面図である。この磁気シールド装置の構成は、従来技術の磁気シールドシートを用いて構成された磁気シールド装置に、超電導閉ループを付加した構成となっている。円筒型強磁性体２−１の中心軸と共軸に円筒型強磁性体２−２が、円筒型強磁性体２−１の外側に配置されている。円筒型強磁性体２−１、２−２は、従来技術の磁気シールドシートを用いて構成されている。
【００４３】
円筒型強磁性体２−１の直径は７３ｃｍ、中心軸の方向の長さは９０ｃｍである。円筒型強磁性体２−２の直径は９３ｃｍ、中心軸の方向の長さは１２０ｃｍである。円筒型強磁性体２−２の両端部の開口部の内側に、図６（Ａ）に示すような、半円形の形状をもつ高温超電導線材からなる超電導閉ループ３−１、３−２を、２個ずつ外部磁場の方向（ｘ方向）に沿って、円筒型強磁性体の中心軸に対称に配置した。超電導閉ループ３−１、３−２を液体窒素に浸すことにより超電導状態を保った。
【００４４】
図１０は、図９に示す磁気シールド装置の中心軸の方向（ｚ方向）の中心の位置を０として、中心軸（ｚ軸）上の位置（ｐｏｓｉｔｉｏｎ）におけるｘ方向の磁場の大きさＢ（μＴ）を、実験により求めた結果例である。なお、図９に示す磁気シールド装置の中心位置でｘ方向の外部磁場の大きさを１３．２μＴとした。図１０では、超電導閉ループ３−１、３−２を用いた場合（ｓｕｐｅｒ）と、超電導閉ループ３−１、３−２を用いない場合（ｎｏｒｍａｌ）とを示している。
【００４５】
図１０に示す結果から、中心軸（ｚ軸）に垂直なｘ方向におけるシールド率が、向上していることが分かる。なお、シールド率は、２０ｌｏｇ｛（ｘ方向に印加した外部磁場の大きさ）／（図１０に示す縦軸の値Ｂ）｝で定義される。超電導閉ループと円筒型強磁性体とを組合わせることにより、従来技術の円筒型磁気シールドに比べて短い長さの磁気シールド装置が可能となる。
（実施例６）
図１１は、本発明の実施例６であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す斜視図である。図１２は、本発明の実施例６の生体磁場計測装置の断面図であり、円筒型強磁性体の中心軸を通る面（図１１に示すｘｚ平面）での断面図である。実施例６の生体磁場計測装置では、生体の心臓から発する生体磁場（以下、単に心磁場という。）を検出する。円筒型強磁性体の中心軸が、地面に対して水平な方向にほぼ一致するように、磁気シールド装置は配置される。複数の磁束計の各検出コイルの面は、心磁場のｘ成分を検出するように、デュワ４の内部で、ｙｚ平面と平行に、２次元に配置される。
【００４６】
ｘ方向の環境磁場は円筒型強磁性体２−１、超電導閉ループ３−１ａ、３−２ａ、３−１、３−２によってシールドされる。超電導閉ループ３−１ａ、３−２ａは超電導閉ループ容器１−５に、超電導閉ループ３−１、３−２は超電導閉ループ容器１−２に、それぞれ収納される。これら超電導閉ループにより環境磁場雑音のｘ成分を抑えることができるので、心磁場のｘ成分をＳ／Ｎが良く検出できる。超電導閉ループ３−１、３−２は省略することも可能である。
【００４７】
検査対象１１（生体）は、円筒型強磁性体２−１の内部のベッド６の可動板７の上に置かれる。ガントリー１２により保持されるデュワ４は検査対象１１の胸部面に位置が調整される。ベッド６に対してｘ、ｙ、ｚの３方向に移動可能な可動板７により、デュワ３に対する胸部の位置が最適化される。ベッド６、可動板７は非磁性体より構成される。超電導閉ループは冷媒供給装置又は冷却装置５により冷却される。磁気シールド装置は、円筒型強磁性体２−１の側面で、磁場シールド装置支持台８に支持されている。
【００４８】
データ収集処理・センサ制御装置９により、複数の磁束計は駆動制御され、計測された心磁場のｘ成分の磁場波形が収集され、解析され、解析結果が表示装置１０に表示される。
【００４９】
図１１、図１２に示す構成において、超電導閉ループ３−１、３−２の代わりに、図６（Ｆ）に示す網状の超電導閉ループ又はバルク状の高温超電導体を使用できる。図１１、図１２に示す例では、超電導閉ループ容器１−２、１−５をそれぞれ、円筒型強磁性体２−１の両端部の開口の外側に配置しているが、円筒型強磁性体２−１の両端部の開口の内側に配置してもよい。また、図１１、図１２に示す構成において、超電導閉ループ３−１、３−２、３−１ａ、３−２ａの代わりに、図６（Ｄ）に示す２つの超電導閉ループ３−１ｂ、３−２ｂを用いることもできる。この場合、磁気シールド装置の断面はカマボコ型となる。
【００５０】
従来技術の円筒型強磁性体からなる磁気シールド装置を用いる生体磁場計測装置では、円筒型強磁性体の長さが円筒型強磁性体の開口部の直径の２倍以上必要であったが、実施例６の生体磁場計測装置では、円筒型強磁性体の長さを大幅に短縮できる。この結果、被験者に対する開放感を高め、測定者の装置の操作性を高めることができる。
（実施例７）
図１３は、本発明の実施例７であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す斜視図である。実施例７の生体磁場計測装置の構成は基本的に実施例６の生体磁場計測装置の構成と同じである。以下、実施例６の生体磁場計測装置の構成と異なる点について説明する。
【００５１】
円筒型強磁性体２−２の中心軸と共軸に円筒型強磁性体２−１が、円筒型強磁性体２−２の内側に配置されている。円筒型強磁性体２−１、２−２をそれぞれ、２つの部分に分けて構成して、円筒型強磁性体の周方向（矢印で示す）にスライド式の開閉機構を設け、円筒型強磁性体２−１、２−２の一部が開閉できるようにしている。
【００５２】
実施例６の生体磁場計測装置では、開口部からしか被験者の出入りや計測者による装置の操作ができない。実施例７の生体磁場計測装置では、円筒型強磁性体の側面から、被験者の出入りや計測者による装置の操作が行える。
【００５３】
図１３に示す例では、超電導閉ループ容器１−２、１−５をそれぞれ、円筒型強磁性体２−１、２−２の両端部の開口の外側に配置しているが、円筒型強磁性体２−１、２−２の両端部の開口の内側に配置してもよい。実施例６と同様に、超電導閉ループ３−１、３−２は省略することも可能である。
【００５４】
なお、実施例において、円筒型強磁性体２−１を省略することもできる。
（実施例８）
図１４は、本発明の実施例８であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す断面図である。円筒型強磁性体の中心軸が、地面に対して垂直な方向にほぼ一致するように、磁気シールド装置は配置される。実施例８の生体磁場計測装置の構成は基本的に実施例６の生体磁場計測装置の構成と同じである。以下、実施例６の生体磁場計測装置の構成と異なる点について説明する。
【００５５】
実施例６で使用した磁気シールド装置を、実施例８では、縦置きにして使用している。磁気シールド装置は、中心軸と直交する面で、磁場シールド装置支持台８’により保持されている。検査対象１１は立位で検査を受ける。実施例８の生体磁場計測装置では、ベッドが不要となり、より簡単な構成となる。
（実施例９）
図１５は、本発明の磁気シールド装置を用いた電子顕微鏡装置の構成を示す斜視図である。磁気シールド装置は、周方向にスライド可能な開閉機構を設け、円筒型強磁性体２−３の一部が開閉できるように、構成されている。４つの超電導閉ループは、円筒型強磁性体２−３の上部開口、下部開口に隣接してそれぞれ配置される、超電導閉ループ容器１−３、１−４のそれぞれの内部に収納され。超電導閉ループは高温超電導線材で構成される。４つの超電導閉ループは四分の１円の形状をもち、円筒型強磁性体２−３の中心軸に対称に、ｘ方向及びｙ方向に配置されている。
【００５６】
電子顕微鏡１３の電子線は上から下に走行するので、電子線の方向と超電導閉ループの軸方向を平行にする。図４と同様に、超電導閉ループを開口端に４個ずつ配置するので、電子線に影響を及ぼすｘ方向及びｙ方向の磁場の吸い込みをシールドできる。図１５に示す磁気シールド装置は電子顕微鏡だけでなく、例えば、電子描画装置等にも使用できる。
【００５７】
従来技術のパーマロイで製作した閉じた空間をもつ磁気シールドルームでは、磁気シールドルームに独自に空調装置をつける必要があったが、図１５に示す磁気シールド装置の構成により、電子顕微鏡をクリーンルームに設置する場合でも、クリーンルームの空調は一般にダウンフローで空調した空気を流しているので、この空気の流れを妨げることはない。
【００５８】
以上説明した各実施例で使用される超電導閉ループは、高温超電導線材、バルク状の高温超電導体により形成されるが、液体窒素温度で超電導状態になる高温超電導材料として、例えば、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｂｉ_２Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_ｘ、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ等を使用することができる。
【００５９】
また、以上説明した各実施例で使用される円筒型強磁性体、強磁性体から構成される磁気シールド筒型体は、周知の材料を用いて、単数又は複数からなる円筒型強磁性体（あるいは、筒型強磁性体）を形成することができる。このような代表的な材料として、例えば、高透磁率の軟磁性アモルファス合金（Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系）の薄膜をポリマーフィルムに貼り合わせた磁気シールドシートを使用することができる。
【００６０】
本発明の磁気シールド装置では、従来技術の円筒型の磁気シールド装置に比べて、中心軸の方向の長さを短縮することができる。実施例７に示した結果（図９、図１０）から、２重円筒シールドの例では、本発明の超電導閉ループを使用しないで生体から発する生体磁場を最低必要とするＳ／Ｎで検出する場合に、２重円筒シールドの中心軸の方向の長さは約１２０ｃｍ以上必要であるが、本発明の超電導閉ループを使用すれば、同等のＳ／Ｎを得るために、この２重円筒シールドの中心軸の方向の長さは約１００ｃｍとすることもできる。
【００６１】
以上説明したように、本発明では、開放性が高く、軽量、小型な磁気シールド装置を実現できる。また、多量の超電導体を使用しないので冷却が容易になる。また、外部磁場に応答したシールド電流が超電導閉ループに自然に発生するので、外部磁場をモニタするモニタ用磁気センサも必要としない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、強磁性体から構成される磁気シールド筒型体の軸方向及びこの軸に垂直な方向の外部磁場を遮蔽可能な磁気シールド装置、及び、これを用いて高Ｓ／Ｎで計測が可能な生体磁場計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の磁気シールド装置の構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例１の超電導閉ループ容器の断面図。
【図３】本発明の実施例１の磁気シールド装置の断面図。
【図４】本発明の実施例２の磁気シールド装置の構成を示す斜視図。
【図５】本発明の実施例３の磁気シールド装置の構成を示す断面図。
【図６】本発明の各実施例で使用される超電導閉ループの形状、配置の例を示す図。
【図７】本発明の実施例５のシミュレーション解析に用いた磁気シールド装置のモデル図。
【図８】本発明の実施例５のシミュレーション解析による結果例を示す図。
【図９】本発明の実施例５の実験に用いた磁気シールド装置の構成を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例５の実験の結果例を示す図。
【図１１】本発明の実施例６であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す斜視図。
【図１２】本発明の実施例６の生体磁場計測装置の断面図。
【図１３】本発明の実施例７であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す斜視図。
【図１４】本発明の実施例８であり、本発明の磁気シールド装置を用いた生体磁場計測装置の構成を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例９であり、本発明の磁気シールド装置を用いた電子顕微鏡装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１−１、１−２、１−３、１−４、１−５…超電導閉ループ容器、２−１、２−２、２−３…円筒型強磁性体、３−１、３−２、３−１’、３−２’、３−１ａ、３−２ａ、３−１ｂ、３−２ｂ、３−１ｃ、３−２ｃ、３−３、３−４、３−５、３−６、３−７…超電導閉ループ、４…デュワ、５…冷媒供給装置又は冷却装置、６…ベッド、７…可動板、８、８’…磁場シールド装置支持台、９…データ収集処理・センサ制御装置、１０…表示装置、１１…検査対象（患者）、１２…ガントリー、１３…電子顕微鏡、１４…熱遮断フイルム、１５…スペーサー、１６…パイプ、１７…真空容器、１８…補給パイプ、１９…排出パイプ、２０…支持具。

Claims (21)

1. 強磁性体から構成され一軸を囲む磁気シールド筒型体と、前記磁気シールド筒型体の前記一軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記一軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有することを特徴とする磁気シールド装置。
2. 請求項１に記載の磁気シールド装置において、異なる口径をもつ複数の前記磁気シールド筒型体が前記一軸を囲み配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
3. 請求項１に記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールド筒型体の一部を、前記一軸の周りに移動させる機構を有し、前記磁気シールド筒型体の周方向に開口部が形成されることを特徴とする磁気シールド装置。
4. 強磁性体から構成される磁気シールド円筒体と、前記磁気シールド円筒体の中心軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記中心軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有することを特徴とする磁気シールド装置。
5. 請求項４に記載の磁気シールド装置において、異なる直径をもつ複数の前記磁気シールド円筒体が前記中心軸を囲み配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
6. 請求項５に記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールド円筒体の前記中心軸の方向の長さは、前記磁気シールド円筒体の前記直径が大きいほど長く、前記直径が最も大きい前記磁気シールド円筒体の内側に、他の前記複数の前記磁気シールド円筒体が配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
7. 請求項４に記載の磁気シールド装置において、異なる直径をもつ複数の前記磁気シールド円筒体が前記中心軸を囲み配置され、前記磁気シールド円筒体の前記中心軸の方向の長さは、前記磁気シールド円筒体の前記直径が大きいほど長く、前記直径が最も大きい前記磁気シールド円筒体の内側に、他の前記複数の前記磁気シールド円筒体が配置され、前記複数の超電導閉ループが、最も外側に配置される前記磁気シールド円筒体の内側の部位であり最も内側に配置される前記磁気シールド円筒体の外側の部位に配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
8. 請求項７に記載の磁気シールド装置において、前記複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、前記中心軸に対して対称な位置に配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
9. 請求項７に記載の磁気シールド装置において、前記複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、前記中心軸に対して対称な位置に配置される第１、第２の超電導閉ループから構成され、前記第１と前記第２の超電導閉ループはそれぞれ、１つの直線部と１つの円弧部とを有することを特徴とする磁気シールド装置。
10. 請求項７に記載の磁気シールド装置において、前記複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、前記中心軸に対して対称な位置に配置される、第１、第２、第３、第４の超電導閉ループから構成され、前記第１から前記第４の超電導閉ループはそれぞれ、２つの直線部と１つの円弧部とを有することを特徴とする磁気シールド装置。
11. 請求項７に記載の磁気シールド装置において、前記複数の磁気シールド円筒体の一部を、前記中心軸の周りに移動させる機構を有し、前記複数の磁気シールド円筒体の周方向に開口部が形成されることを特徴とする磁気シールド装置。
12. 強磁性体から構成され一軸を囲む磁気シールド筒型体と、前記磁気シールド筒型体の前記一軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記一軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有する磁気シールド装置と、検出コイルを有し生体から発する磁場を計測する生体磁場計測装置との相対的配置方法であり、前記検出コイルを、前記磁気シールド筒型体の内側に、前記検出コイルの面が前記一軸に平行になるように配置することを特徴とする相対的配置方法。
13. 強磁性体から構成され一軸を囲む磁気シールド筒型体と、前記磁気シールド筒型体の前記一軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記一軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有する磁気シールド装置と、荷電粒子線を用いる計測装置との相対的配置方法であり、前記荷電粒子線の進行方向が前記一軸に平行となるように、前記計測装置を前記磁気シールド筒型体の内部に配置することを特徴とする相対的配置方法。
14. 強磁性体から構成され中心軸を囲み配置される、異なる直径をもつ複数の磁気シールド円筒体と、前記磁気シールド円筒体の前記中心軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記中心軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有し、前記磁気シールド円筒体の前記中心軸の方向の長さは、前記磁気シールド円筒体の前記直径が大きいほど長く、前記直径が最も大きい前記磁気シールド円筒体の内側に、他の前記複数の前記磁気シールド円筒体が配置され、前記複数の超電導閉ループが、最も外側に配置される前記磁気シールド円筒体の内側の部位であり最も内側に配置される前記磁気シールド円筒体の外側の部位に配置される磁気シールド装置と、ＳＱＵＩＤと検出コイルとを具備する複数の磁束計と、前記検出コイルの面が前記中心軸に平行になるように、前記複数の磁束計を１次元又は２次元に配置して収納して冷却する冷却容器と、最も内側に配置される前記磁気シールド円筒体の内側に前記冷却容器を保持するガントリーと、前記複数の磁束計を駆動させて、最も内側に配置される前記磁気シールド円筒体の内側に挿入される生体から発する磁場を検出し計測信号として出力する計測回路と、前記計測信号の解析を行ない解析結果を表示する解析装置とを有することを特徴とする生体磁場計測装置。
15. 請求項１４に記載の生体磁場計測装置において、前記複数の超電導閉ループは、異なるループ面積をもち、前記磁気シールド円筒体の一方の前記端部の側に配置される第１、第２の超電導閉ループから構成され、前記第１の超電導閉ループは、前記中心軸を囲むように配置され、前記第２の超電導閉ループは、前記中心軸を囲まないように配置されることを特徴とする生体磁場計測装置。
16. 請求項１５に記載の生体磁場計測装置において、前記複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、前記中心軸に対して対称な位置に配置され、他方の前記端部の側に配置される第３、第４の超電導閉ループから構成されることを特徴とする生体磁場計測装置。
17. 請求項１４に記載の生体磁場計測装置において、前記中心軸の方向が地面に対して水平な方向にほぼ一致することを特徴とする生体磁場計測装置。
18. 請求項１４に記載の生体磁場計測装置において、前記複数の磁気シールド円筒体の一部を、前記中心軸の周りに移動させる機構を有し、前記複数の磁気シールド円筒体の周方向に開口部が形成されることを特徴とする生体磁場計測装置。
19. 請求項１４に記載の生体磁場計測装置において、前記中心軸の方向が地面に対して垂直な方向にほぼ一致することを特徴とする生体磁場計測装置。
20. 請求項１９に記載の生体磁場計測装置において、前記複数の超電導閉ループは、同じループ面積をもち、前記中心軸に対して対称な位置に配置されることを特徴とする生体磁場計測装置。
21. 強磁性体から構成され一軸を囲む磁気シールド筒型体と、前記磁気シールド筒型体の前記一軸の方向の少なくとも一方の端部の近傍で、前記一軸に垂直な面に配置される複数の超電導閉ループとを有する磁気シールド装置と、前記磁気シールド装置の内部に挿入された生体から発する磁場の前記一軸に垂直な方向の成分を検出する検出コイルとを有し、前記検出コイルが、前記磁気シールド筒型体の内側に、前記検出コイルの面が前記一軸に平行になるように配置することを特徴とする生体磁場計測装置。

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