JP2020168138A - 磁気計測装置、及び頭部装着型磁気計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサの保持部を含む磁気計測装置の可搬性を向上させること。【解決手段】開示の技術の一態様に係る磁気計測装置は、磁気センサと、少なくとも１つが前記磁気センサを保持する複数の板状部材と、を備え、前記板状部材同士は、それぞれの端部で着脱可能に連結されている。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気計測装置、及び頭部装着型磁気計測装置に関する。

生体から発せられる磁場は生体磁場（Biomagnetism）と呼ばれる。微弱な生体磁場を計測する装置として、脳の神経細胞の電気的活動によって生じた磁場（脳磁場）を計測する脳磁計（Magnetoencephalography；MEG）が知られている。

このような脳磁計で用いられる磁気センサとして、極低温環境を必要としない光ポンピング原子磁気センサ（Optical Pumping Atomic Magnetometer）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、光ポンピング原子磁気センサを保持する保持部を、顔や頭部の形状に合わせて、積層造形法により製作する技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

しかしながら、非特許文献１の技術では、光ポンピング原子磁気センサ等の磁気センサの保持部に、頭部全体を覆うだけのサイズが要求され、磁気計測装置の可搬性が低下する場合があった。また、特許文献１の技術では、磁気センサの保持方法については開示されていないため、磁気センサを保持可能な磁気計測装置の可搬性についての課題を解決することはできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、磁気センサを保持可能な磁気計測装置の可搬性を向上させることを課題とする。

開示の技術の一態様に係る磁気計測装置は、磁気センサと、少なくとも１つが前記磁気センサを保持する複数の板状部材と、を備え、前記板状部材同士は、それぞれの端部で着脱可能に連結されている。

本発明によれば、磁気センサを保持可能な磁気計測装置の可搬性を向上させることができる。

第１の実施形態に係る磁気計測装置の構成の一例を説明する図である。 板状部材に係合した筒状部材の状態の一例を説明する図である。 筒状部材に挿通された磁気センサの状態の一例を説明する斜視図である。 筒状部材に挿通された磁気センサの状態の一例を、図３における筒状部材の側面の一部を取り除いて説明する斜視図である。 筒状部材の長手方向における磁気センサの位置調整の様子の一例を説明する図である。 頭部に装着された状態における磁気センサの位置調整の様子の一例を説明する図であり、（ａ）はサイズの大きい頭部に磁気センサが装着された状態を示す図、（ｂ）はサイズの小さい頭部に磁気センサが装着された状態を示す図である。 側面に目盛を付した磁気センサの構成の一例を説明する図である。 円形状の筒状部材及び磁気センサの構成の一例を説明する分解斜視図である。 磁気センサの計測感度の方向性の影響を説明する図であり、（ａ）は磁気センサの外形が円柱状である場合を説明する図、（ｂ）は磁気センサの外形が角柱状である場合を説明する図である。 板状部材の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は外形が六角形状である板状部材を説明する図、（ｂ）は外形が五角形状である板状部材を説明する図である。 蝶番を用いて板状部材同士を連結させる様子の一例を説明する図である。 複数の板状部材同士を連結させた状態の一例を説明する図である。 外形が三角形状である板状部材同士を連結させる様子の一例を説明する図である。 把持部の構成の一例を説明する図であり、（ａ）はヘルメットに取り付けられた把持部が頭部を把持する様子の一例を説明する図、（ｂ）は把持部に含まれる接続用板状部材の構成の一例を説明する図である。 第１の実施形態に係る磁気計測装置を備える磁気計測システムの構成の一例を説明する図である。 先端に断熱材が設けられた磁気センサの構成の一例を説明する図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

実施形態では、光ポンピング原子磁気センサを備える磁気計測装置を頭部に装着させ、脳の神経細胞の電気的活動によって生じた磁場（脳磁場）を計測する頭部装着型磁気計測装置を一例として説明する。但し、実施形態の説明では、簡略化のため、「頭部装着型磁気計測装置」を「磁気計測装置」と省略して示す。

［第１の実施形態］
＜第１の実施形態に係る磁気計測装置の構成＞
図１は、本実施形態に係る磁気計測装置１００の構成の一例を説明する図である。図１に示すように、磁気計測装置１００は、板状部材１を複数含んで構成されている。また、複数の板状部材１には、平面部の外形が六角形状の板状部材１ａと、平面部の外形が五角形状の板状部材１ｂとがそれぞれ複数含まれている。複数の板状部材１のそれぞれの端部には蝶番１３が設けられ、板状部材１同士は、蝶番１３を介して、その端部で着脱可能に連結されている。

ここで、以下では、複数の板状部材のそれぞれを区別しない場合は、１枚の板状部材を指す場合であっても複数の板状部材を指す場合であっても板状部材１と称する。特定の板状部材１を指して説明する時に、板状部材１ａ等と英字を添えた部品番号で示す場合があるが、このような板状部材１ａ等は板状部材１に含まれるものとする。このような取扱いは、複数の筒状部材２や複数の磁気センサ３においても同様である。

また、板状部材１ａの平面部の外形を「六角形状」等と示す場合があるが、これは、外形が完全な六角形でなく、一部に凸部や凹部等が含まれていても良いことを意味する。この点は、他の「三角形状」や「五角形状」、「円形状」等においても同様である。

図１に戻り説明を続ける。図１に示すように、連結された板状部材１を全体的にみると、サッカーボールを半分にしたような形態をしている。連結された板状部材１を、頭部５０に被せるようにして、磁気計測装置１００は頭部５０に装着される。なお、図１では、側方からみた頭部５０が示されている。また、説明を簡単にするために、板状部材１が連結された部材を、以下ではヘルメット１０と称する。

板状部材１同士は着脱可能であり、板状部材１同士を連結させたり、連結された板状部材１同士を分解したりすることができる。換言すると、複数の板状部材１を用いて、図１に示すヘルメット１０の組立と分解が可能である。

また、図１に示すように、複数の板状部材１のうちの一部のものには、筒状部材２の一端が係合している。例えば、図１において、板状部材１ｃには、筒状部材２ａが係合している。ここで、筒状部材２と板状部材１の係合とは、筒状部材２と板状部材１とが係り合うことをいう。

係合について、より詳しく説明する。板状部材１のそれぞれには、厚み方向に貫通する矩形状の貫通孔が形成されている。１つの板状部材１に形成される貫通孔の数及び形状は、特に限定はされないが、図１に示す例では、１つの板状部材１に２つ、又は１つの矩形状の貫通孔が形成されている。例えば、板状部材１ａには、貫通孔１１が２つ形成されている。また、貫通孔１１の周囲には、４つのタップ孔１２が形成されている。

一方、筒状部材２の内部は中空になっており、筒状部材２の長手方向と直交する中空部の断面形状は矩形状の形状をしている。筒状部材２の一端における中空部の開口は矩形状の形状をしており、この開口の形状と板状部材に形成された貫通孔１１の形状は略一致している。なお、略一致とは、一致していることをいい、一般に加工誤差と認められる程度の差は含まれても良いことを意味する。このような「略」の意味は、略合致等の他の用語で用いる場合においても同様である。

筒状部材２ａの開口が板状部材１ｃに形成された貫通孔に略合致するように、筒状部材２ａが位置合わせされる。そして、位置合わせされた状態で、筒状部材２ａに端部に設けられた４つのネジ穴にネジを通し、それぞれを４つのタップ孔１２に螺合させることで、筒状部材２ａは板状部材１ｃに結合される。筒状部材２ａ以外の他の筒状部材２も、同様にして板状部材１に結合されている。

このように、筒状部材２と板状部材１の係合は、一例として、筒状部材２の一端の開口と板状部材１の貫通孔を略合致させた状態で、両者をネジ等で結合させることをいう。但し、これに限定されるものではなく、他の例として、筒状部材２と板状部材１の結合のために接着剤等を用いても良いし、筒状部材２の先端を板状部材１の貫通孔に嵌合させても良い。また、筒状部材２を円筒状にして先端にネジ部を形成し、矩形の貫通孔に代えて板状部材１に形成した円形の貫通タップ孔に筒状部材２の先端を螺合させることで結合させても良い。さらに、１つの板状部材１に複数の筒状部材２を結合させても良い。

また、上述した例では、筒状部材２ａの開口の形状と板状部材１ｃの貫通孔の形状とを略一致させたが、これに限定されるものではない。筒状部材２に挿通させた磁気センサ３の先端と頭部５０との間の空間が、板状部材１で完全に遮断されない限り、筒状部材２ａの開口の形状と板状部材１ｃの貫通孔の形状とは必ずしも一致していなくても良い。

図１に戻り、説明を続ける。筒状部材２は、中空部で磁気センサ３を移動可能に保持している。より詳しくは、磁気センサ３は、外形が角柱状であり、図１に示すように、筒状部材２ｂの中空部に挿通されている。中空部に磁気センサ３を挿通させた状態で、筒状部材２ｂの側面を貫通するタップ孔を通して筒状部材２ｂの外側から内側にネジ２１を進行させる。そして、筒状部材２ｂの内部でネジ２１の先端が磁気センサ３の側面を押し付けることで、磁気センサ３は筒状部材２ｂに固定される。

ネジ２１による押し付けを緩めると、磁気センサ３は筒状部材２ｂの内部で、筒状部材２ｂの長手方向に移動可能になる。そのため、筒状部材２ｂの中空部に挿通させた状態で、磁気センサ３を筒状部材２ｂの長手方向における所望の位置に移動させ、その後、ネジ２１で押し付けることで、磁気センサ３は長手方向の所望の位置に固定される。このようにして、筒状部材２は、中空部で磁気センサ３を移動可能に保持している。

ここで、磁気センサ３は、光ポンピング法により生成されたアルカリ金属原子のスピン偏極を利用し、磁場の強度を検出する光ポンピング原子磁気センサである。なお、光ポンピング法とは近接した２つのエネルギー準位における原子の占拠数に、光により大きな差を作る方法である。

光ポンピングされたアルカリ金属原子はスピン偏極する。被計測対象となる磁場は、偏極されたスピンを回転させ、プローブ光として入射した直線偏光の偏光面を回転させる。実施形態に係る原子磁気センサは、プローブ光の偏光面の回転角に基づき、磁場の強度を計測する。磁気センサ３はケーブル３１を用いて計測データ（信号）をＰＣ（Personal Computer）等の外部装置に出力することができる。

なお、磁気センサ３には、特開２０１４−２１５１５１号公報等に記載された技術や、或いはスピン偏極したアルカリ金属原子を透過した光の強度を検出する技術（"A new generation of magnetoencephalography: Room temperature measurements using optically-pumped magnetometer"、Neuroimage、Vol.49、404-414、Apr. 2017、Boto.Eほか参照）等を適用できるため、ここでは更に詳細な説明は省略する。

また、磁気計測装置１００は、頭部５０にヘルメット１０を装着させた場合に、頭部５０を把持する把持部４を備える。把持部４はベルトを含み、ヘルメット１０を装着した頭部５０に含まれる顎部にベルトを掛けることで、頭部５０を把持する。これにより、頭部５０に対してヘルメット１０を動きにくくすることができ、磁気計測装置１００を頭部５０に安定して装着させることができる。

なお、図１では、複数の板状部材１のうちの一部のものに筒状部材２が係合し、また、板状部材１に係合する複数の筒状部材２のうちの一部のものに磁気センサ３が保持された例を示したが、これに限定されるものではない。板状部材１の数に対する筒状部材２の数、及び磁気センサ３の数は任意であって良い。また、全ての板状部材１に筒状部材２を係合させ、筒状部材２のそれぞれが磁気センサ３を保持する構成にしても良い。

さらに、図１では、サッカーボールを半分にしたような形態のヘルメット１０の例を示したが、板状部材１の数をさらに増加させて、頭部５０における顔面部や後頭部も被覆し、これらの箇所に磁気センサ３が配置されるように構成しても良い。

頭部５０の箇所によって磁場の生じ方が異なるが、ヘルメット１０の所望の位置に保持された磁気センサ３により、ヘルメット１０が装着された頭部５０の所望の箇所の磁場を計測することができる。

＜各部の詳細＞
以下において、本実施形態に係る磁気計測装置１００の各部の詳細を説明する。

図２は、板状部材１に係合した筒状部材２の状態の一例を説明する図である。図２は、頭部５０に装着されたヘルメット１０の一部を拡大して示している。図２に示すように、板状部材１の平面部に対して筒状部材２の一端が対向するように、筒状部材２は板状部材１に当接される。筒状部材２の端部に設けられたネジ穴２２ａ（図３参照）にネジ２２が通され、板状部材１の貫通孔の周りに形成されたタップ孔１２にネジ２２が螺合することで、筒状部材２は板状部材１に結合される。

磁気センサ３は筒状部材２の中空部に挿通され、太矢印で示す筒状部材２の長手方向２３に移動可能である。磁気センサ３は、長手方向２３の所望の位置に移動された後、筒状部材２の側面を貫通するタップ孔を通してネジ２１により筒状部材２に固定され、筒状部材２に保持される。

次に、図３は、筒状部材２に挿通された磁気センサ３の状態の一例を説明する斜視図である。図３に示すように、磁気センサ３は、図３の右側の筒状部材２の一端から筒状部材２の中空部に挿通され、図３の左側の筒状部材２の他端まで貫通している。図３では、筒状部材２の他端の開口２４に、筒状部材２の中空部を貫通した磁気センサ３の先端が見えている。磁気センサ３は、筒状部材２の側面を貫通するタップ孔２１ａを通してネジ２１（図２参照）により筒状部材２に固定され、筒状部材２に保持される。

筒状部材２は、筒状部材２の開口２４が板状部材１の貫通孔１１（図１参照）に略合致するように板状部材１上で位置合わせされる。その後、筒状部材２の端部に設けられた４つのネジ穴２２ａに図３の右から左にネジ２２（図２参照）が通されて、ネジ２２が板状部材１の４つのタップ孔１２（図１参照）に螺合することで、筒状部材２は板状部材１に結合される。これにより、筒状部材２の中空部を貫通した磁気センサ３の先端は、板状部材１の貫通孔１１を通して、頭部５０に近接、又は当接して対向した状態になる。

図４は、筒状部材２に挿通された磁気センサ３の状態の一例を、図３における筒状部材２の側面の一部を取り除いて説明する斜視図である。図４に示すように、磁気センサ３は、筒状部材２の中空部に挿通され、タップ孔２１ａを通してネジ２１（図２参照）により筒状部材２に固定され、筒状部材２に保持される。

図５は、筒状部材２の長手方向２３における磁気センサ３の位置調整の様子の一例を説明する図である。図５は、筒状部材２の中空部に磁気センサ３を挿通させた状態で、長手方向２３に磁気センサ３を移動させた時の３つの状態５ａ〜５ｃを示している。また、破線は頭部５０の表面５０ａを示している。

状態５ａは、状態５ａ〜５ｃのうちで、磁気センサ３の先端（表面５０ａに対向する側）が表面５０ａから最も離れた状態である。状態５ｂは、状態５ａから磁気センサ３の先端が表面５０ａに近づくように、磁気センサ３を長手方向２３に移動させた状態である。状態５ｃは、状態５ｂから更に磁気センサ３を長手方向２３に移動させた状態である。磁気センサ３を長手方向２３に移動させることにより、状態５ａ〜５ｃのように、頭部５０の表面５０ａに対して、磁気センサ３の先端の位置を変化させることができる。そして、頭部５０の表面５０ａに対して、磁気センサ３の先端が所望の位置に配置された状態で、ネジ２１により筒状部材２に磁気センサ３を固定し、保持することができる。

次に、図６は、頭部５０に装着された状態における磁気センサ３の位置調整の様子の一例を説明する図であり、（ａ）は、サイズの大きい頭部５１に磁気センサ３が装着された状態を示す図、（ｂ）はサイズの小さい頭部５２に磁気センサ３が装着された状態を示す図である。例えば、頭部５１は大人の頭部であり、頭部５２は、大人と比較して小さい子供の頭部である。

図６に示すように、図６（ａ）と図６（ｂ）では、ヘルメット１０の位置及び形状は同じであるが、頭部５２が頭部５１に対して小さいため、図６（ｂ）では、図６（ａ）に対してヘルメット１０から頭部までの距離が大きくなっている。頭部に対する磁気センサ３の先端の位置（距離）に応じて、磁気センサ３による磁場の計測感度が変化する。従って、図６（ａ）の状態の磁気計測装置１００により、頭部５１を計測する場合と、頭部５２を計測する場合では、磁場の計測感度が異なるものとなる。

そこで、図６（ｂ）に示すように、磁気センサ３を筒状部材２の長手方向に頭部に近づくように移動量Ｓだけ前進させて、頭部５２に対する磁気センサ３の先端の位置を調整する。これにより、頭部５２に対して磁気センサ３の先端を所定の位置に配置することができ、所定の計測感度で磁場を計測することができる。なお、ヘルメット１０は、頭部に合わせて曲面状の形状になるため、図６に示すように、ヘルメット１０に設けられた位置に応じて、磁気センサ３毎で筒状部材２の長手方向は異なる。従って、磁気センサ３毎で異なる方向に、磁気センサ３の先端の位置調整が行われる。また、頭部に対して磁気センサ３の先端が所定の位置に配置されるように、頭部の形状に合わせて磁気センサ３毎の移動量を異ならせても良い。

一方、ヘルメット１０に配置されたそれぞれの磁気センサ３の位置は、ヘルメット１０、筒状部材２、及び磁気センサ３の設計値等から特定される。そのため、図６に示した三次元ＸＹＺ座標系で、ヘルメット１０に配置された磁気センサ３毎で、磁気センサ３の先端の位置を管理すると好適である。このようにすることで、頭部に対する磁気センサ３の先端の位置を磁気センサ３毎で定量的に管理することができ、頭部にサイズや形状に依らず所定の計測感度で、各磁気センサによる磁場の計測を行うことができる。

ここで、磁気センサ３の移動量Ｓは、磁気センサ３の側面に目盛を付すことで定量的に管理可能である。図７は、側面に目盛を付した磁気センサ３の構成の一例を説明する図である。図７に示すように、磁気センサ３の側面には、目盛３２が付されている。目盛３２に対する筒状部材２の端面２５の位置を目視することで、端面２５に対する磁気センサ３の位置、又は移動量が定量的に検出される。

また、目盛３２を目視することだけでなく、目盛３２と端面２５をカメラで撮影し、撮影画像を画像処理して目盛３２に対する端面２５の位置を取得しても良い。カメラによる撮影と画像処理を用いることで、端面２５に対する磁気センサ３の位置、又は移動量を、目視と比較してより高精度に検出することが可能となる。

但し、端面２５に対する磁気センサ３の位置、又は移動量の検出は、上述したものに限定されるものではない。他の例として、磁気センサ３にリニアスケールを付設し、筒状部材２に設けたエンコーダでリニアスケール読み取ることで検出しても良い。リニアスケールを用いることで、さらに高精度に磁気センサ３の位置、又は移動量を検出することができる。一方、カメラによる撮影と画像処理によれば、リニアスケールを用いる場合と比較して、より低コストに端面２５に対する磁気センサ３の位置、又は移動量を検出することができる。

次に、図８は、円形状の筒状部材及び磁気センサの構成の一例を説明する分解斜視図である。図８に示すように、磁気センサ３ｃは円柱状に形成され、また、筒状部材２ｃは円筒状に形成されている。筒状部材２ｃの中空部の断面形状、及び開口２４ｃの形状も円形状である。

筒状部材２ｃは、中空部で磁気センサ３ｃを移動可能に保持する。より詳しくは、筒状部材２ｃの中空部に磁気センサ３ｃを挿通させた状態で、筒状部材２ｃの側面を貫通するタップ孔を通して筒状部材２ｃの外側から内側にネジを進行させる。そして、筒状部材２ｃの内部でネジの先端が磁気センサ３ｃの側面を押し付けることで、磁気センサ３ｃは筒状部材２ｃに固定される。また、ネジを緩めれば、筒状部材２ｃの中空部の内部で、磁気センサ３ｃを筒状部材２ｃの長手方向に移動させることができ、所望の位置に移動させた後、ネジを押し付けて、磁気センサ３ｃを固定することができる。

筒状部材２ｃの一端が板状部材１に当接された状態で、筒状部材２ｃの端部に設けられた貫通孔２２ｃａにネジを通してタップ孔１２ｃに螺合させることで、筒状部材２ｃは板状部材１ｃに結合される。磁気センサ３ｃの先端は、板状部材１ｃの貫通孔１１ｃを介して頭部５０に対向する。先端を頭部５０に対向させた状態で、磁気センサ３ｃは頭部５０の磁場を計測することができる。

ところで、光ポンピング原子磁気センサである磁気センサ３の計測感度は方向性を有し、磁気センサ３の保持方法によっては、この方向性が磁場の計測に影響する場合がある。図９は、磁気センサ３の計測感度の方向性の影響を説明する図であり、（ａ）は磁気センサの外形が円柱状である場合を説明する図、（ｂ）は磁気センサの外形が角柱状である場合を説明する図である。

図９（ａ）において、外形が円柱状である磁気センサ３ｃは、矢印３ｃｙの方向の磁場と、矢印３ｃｚの方向の磁場を計測可能である。矢印３ｃｙの方向がＹ軸方向に一致し、また、矢印３ｃｚの方向がＺ軸方向に一致するように、それぞれ予め調整することで、磁気センサ３ｃの計測信号に基づき、磁場の方向データを正確に取得することが可能になる。

しかし、図９（ａ）では、磁気センサ３ｃの外形はＺ軸方向を円柱軸とした円柱状であるため、磁気計測装置１００に加えられた振動や突発的な衝撃等に起因して、磁気センサ３ｃがＺ軸回りに回転する場合がある。また、磁気センサ３ｃがＺ軸回りに回転した場合に、回転したことを容易に認識することができない。磁気センサ３ｃがＺ軸回りに回転すると、矢印３ｃｙの方向とＹ軸方向とがずれ、磁気センサ３ｃの計測信号に基づいて、磁場の方向データを正確に取得できなくなる。

これに対し、図９（ｂ）では、磁気センサ３の外形は角柱状であり、磁気センサ３は、矢印３ｙの方向の磁場と、矢印３ｚの方向の磁場を計測可能である。矢印３ｙの方向がＹ軸方向に一致し、また、矢印３ｚの方向がＺ軸方向に一致するように、それぞれ予め調整することで、磁気センサ３の計測信号に基づき、磁場の方向データを正確に取得することができる。

磁気センサ３の外形は角柱状であるため、磁気計測装置１００に振動や突発的な衝撃等が加えられた場合に、円柱状の磁気センサ３ｃに比べて、Ｚ軸回りの回転が抑制される。また、仮に、磁気センサ３がＺ軸回りに回転しても、回転により磁気センサ３が傾くため、磁気センサ３が回転したことが容易に認識され、回転を取り除くように再調整される。これにより、磁気センサ３ｃの計測信号に基づいて磁場の方向データを正確に取得することができる。

このように、外形が角柱状（矩形状）の磁気センサ３を用い、また、中空部の長手方向に直交する断面形状が矩形状の筒状部材２により磁気センサ３を保持することで、振動や突発的な衝撃等に対する磁気計測装置１００のロバスト性を向上させることができる。

次に、板状部材１の構成の詳細について説明する。図１０は、板状部材１の構成の一例を説明する図であり、（ａ）は外形が六角形状である板状部材１ａを説明する図、（ｂ）は外形が五角形状である板状部材１ｂを説明する図である。図１０は、筒状部材２を係合させていない状態の板状部材１を示している。

図１０（ａ）において、板状部材１ａは、２つの貫通孔１１ａと、２つの貫通孔１１ａのそれぞれの周囲に４つずつ設けられたタップ孔１２ａとを備える。上述したように、筒状部材２の開口が貫通孔１１ａに略合致するように筒状部材２が位置合わせされ、４つのタップ孔１２ａを用いて、ネジにより筒状部材２が板状部材１ａに結合される。また、板状部材１ａの外周には蝶番１３ａが設けられている。蝶番１３ａは、六角形の一つの辺につき１つずつ合計６つが設けられている。

図１０（ｂ）において、板状部材１ｂは、１つの貫通孔１１ｂと、貫通孔１１ｂの周囲に設けられた４つのタップ孔１２ｂとを備える。上述したように、筒状部材２の開口が貫通孔１１ｂに略合致するように筒状部材２が位置合わせされ、４つのタップ孔１２ｂを用いて、ネジにより筒状部材２が板状部材１ｂに結合される。また、板状部材１ｂの外周には蝶番１３ｂが設けられている。蝶番１３ｂは、五角形の一つの辺につき１つずつ合計５つが設けられている。

なお、図１０では、板状部材１ａが２つの貫通孔１１ａを備え、板状部材１ｂが１つの貫通孔１１ｂを備える例を示したが、これに限定されるものではない。板状部材１ａが１つの貫通孔１１ａを備え、板状部材１ｂが２つの貫通孔１１ｂを備えても良いし、板状部材１ａ及び１ｂの両方が、１つ又は２つの貫通孔を備えても良い。

次に、図１１は、蝶番１３を用いて板状部材１同士を連結させる様子の一例を説明する図である。図１１は、外形が六角形状の２つの板状部材１ａ及び１ａ'を連結させる例を示している。

板状部材１ａの外周に設けられた蝶番１３ａには、ピン１３１を挿通させるための中空部が形成されている。同様に、板状部材１ａ'の外周に設けられた蝶番１３ａ'にも、ピン１３１を挿通させるための中空部が形成されている。

また、蝶番１３ａ及び１３ａ'は、それぞれの板状部材の辺の中心に対して、対称となる位置に設けられている。そして、図１１に示すように、蝶番１３ａ及び１３ａ'の両方に共通のピン１３１を挿通させることで、板状部材１ａと板状部材１ａ'が連結される。

蝶番１３を用いることにより、板状部材１が連結した状態で、板状部材１を頭部５０の３次元形状に合わせて動かすことが可能になる。これにより、ヘルメット１０の形状を頭部５０の３次元形状に適合させ、より安定して頭部５０に磁気計測装置１００を装着させることができる。また、蝶番１３を用いることで、板状部材１同士の連結と分解を容易に行うことができる。換言すると、蝶番１３を用いることで、板状部材１同士の着脱を容易に行うことができる。

図１１では、六角形状の板状部材１ａ同士を連結させる例を示したが、六角形状の板状部材１ａと五角形状の板状部材１ｂとを連結させても良いし、五角形状の板状部材１ｂ同士を連結させても良い。何れの場合も上述した例と同様に、蝶番１３を用いて連結させることができる。

次に、図１２は、複数の板状部材を連結させた状態の一例を説明する図である。図１２は、外形が正六角形状である板状部材１ａと、外形が正五角形状である板状部材１ｂとを組み合わせて連結させる例を示し、より詳しくは１０枚の板状部材１ａと６枚の板状部材１ｂを組み合わせて連結させる例を示している。この組み合わせにより、図１に示したようなサッカーボールを半分にしたような形態のヘルメット１０が構成される。なお、図１２では、板状部材１ａ及び１ｂのそれぞれに形成された蝶番とタップ孔の図示を省略している。

サッカーボールを半分にしたような形態のヘルメット１０により、板状部材１同士の間の無駄な空間を抑制してヘルメット１０を構成することができる。

なお、上述した例では、外形が正六角形状である板状部材１ａと、外形が正五角形状である板状部材１ｂとを組み合わせて連結させる場合を説明したが、これに限定されるものではない。三角形状や四角形状、円形状等の他の外形形状の板状部材を用いても良い。

図１３は、外形が三角形状である板状部材同士を連結させる様子の一例を説明する図である。図１３に示すように、板状部材１ｄの外形は、三角形状に形成されている。板状部材１ｄは、上述した板状部材１ａ等と同様に、貫通孔１１ｄと、貫通孔１１ｄの周りに４つのタップ孔１２ｄとを備える。また、外周の各辺に蝶番１３ｄを備えている。貫通孔１１ｄやタップ孔１２ｄ、蝶番１３ｄの機能は、板状部材１ａ等の説明で述べたものと同様であるため、ここでは重複した説明を省略する。

次に、磁気計測装置１００に含まれる把持部４の構成について説明する。図１４は、把持部４の構成の一例を説明する図であり、（ａ）はヘルメット１０に取り付けられた把持部４が頭部５０を把持する様子の一例を説明する図、（ｂ）は把持部４に含まれる接続用板状部材４１の構成の一例を説明する図である。

図１４（ａ）に示すように、把持部４は、接続用板状部材４１と、フック４２と、ベルト４３と、バックル４４とを備える。接続用板状部材４１、フック４２、及びベルト４３は、それぞれ２つずつ備えられている。

２つの接続用板状部材４１のそれぞれは、ヘルメット１０に含まれる板状部材１と把持部４とを接続するためのものである。図１４に示すように、接続用板状部材４１のそれぞれの外形は、一例として、二等辺三角形状に形成されており、２つの等辺にそれぞれ蝶番４１１が設けられている。蝶番４１１には、ピン１３１（図１１参照）を挿通させるための中空部が形成され、蝶番４１１の中空部と、板状部材１における蝶番１３の中空部の両方に、ピン１３１を挿通させることで、接続用板状部材４１と板状部材１とが連結される。図１４（ａ）に示すように、２つの接続用板状部材４１は、ヘルメット１０の２箇所に連結されている。

また、２つの接続用板状部材４１のそれぞれの平面部には、フック４２を嵌め込む突起部４１２が形成されている。２つのベルト４３の一端に取り付けられたフック４２が接続用板状部材４１の突起部４１２に嵌め込まれ、２つのベルト４３は２つの接続用板状部材４１にそれぞれ接続される。また、２つのベルト４３の他端にはバックル４４が取り付けられている。

頭部５０に装着されたヘルメット１０に、接続用板状部材４１を介して２つのベルト４３が接続され、ベルト４３が頭部５０における顎部５３に掛かるようにした状態で、バックル４４を留めて２つのベルト４３を繋げる。バックル４４を留めた時に顎部５３に掛けられたベルト４３が動かないように、ベルト４３の長さは予め調整されている。このようにして、把持部４は頭部５０を把持する。

ここで、磁気計測装置１００は、ヘルメット１０を被せるようにして頭部５０に装着される。磁気計測装置１００に含まれる複数の磁気センサ３のそれぞれには、計測データを送信したり、磁気センサ３を駆動させたりするケーブルの一端が接続され、これらのケーブルの他端はＰＣ等の制御装置に接続されている。そのため、頭部５０が動いたり、ケーブルに人や物が触れたりすると、頭部５０に対して磁気計測装置１００がずれる場合がある。磁場の計測中において、頭部５０に対して磁気計測装置１００がずれると、磁場の計測誤差が生じる。

上述したように把持部４が頭部５０を把持することで、磁場の計測中に、頭部５０が動いたり、ケーブルに人や物が触れたりしても、頭部５０に対して磁気計測装置１００がずれることを防ぐことができる。

なお、接続用板状部材４１として、外形が二等辺三角形状のものを例示したが、これに限定されるものではなく、任意の外形形状であっても良い。但し、接続用板状部材４１の外形を二等辺三角形状にし、ヘルメット１０の端部の凸凹部分の凹部分に、二等辺三角形を嵌めるようにすると、凸凹を抑制し、ヘルメット１０の端部を平らに（滑らかに）することができるため好適である。

以上、板状部材１、筒状部材２、磁気センサ３、及び把持部４等を説明してきたが、板状部材１、筒状部材２、及び把持部４は非磁性材料で構成することが好適である。非磁性材料を用いることで、磁気センサ３の計測ノイズが低減され、被計測対象である頭部５０の磁場をより高精度に計測することが可能となる。

また、板状部材１と筒状部材２は、一例として、３Ｄプリンタを用いて製造される。３Ｄプリンタには、粉末積層造形方式や熱溶融積層方式、光造形方式等の様々な方式があるが、何れの方式を適用しても良い。但し、粉末積層造形方式は、多様な材料を用いることができ、また、複雑な三次元形状を造形できるため、より好適である。

３Ｄプリンタで製造する場合、頭部５０に装着させるヘルメットを一体で製造しようとすると、頭部５０と同等のサイズの大きなヘルメットを製造可能な大型の３Ｄプリンタが必要になり、製造コストが増大する場合がある。

これに対し、本実施形態では、複数の板状部材１を連結させてヘルメット１０を組み立て、ヘルメット１０に筒状部材２を係合させて磁気計測装置１００を構成する。そのため、３Ｄプリンタで製造する部品は、板状部材１や筒状部材２等の小型の部品のみで良い。従って、小型の３Ｄプリンタで製造可能となり、製造コストを低減させることができる。

把持部４のベルト４３以外の部品も、３Ｄプリンタで製造することができる。ベルト４３は、頭部５０を安定して把持するために、柔軟性のある布や樹脂等を用いて構成することが好適である。

＜効果＞
以上説明してきたように、本実施形態では、磁気センサ３を保持する複数の板状部材１同士を、その端部で着脱可能に連結させて、磁気計測装置１００を頭部５０に装着させるヘルメット１０を構成する。これにより、複数の板状部材１を連結させて磁気計測装置１００を組み立て、また、板状部材１同士の連結を解除して磁気計測装置１００を複数の板状部材１に分解することができる。１つ１つは小さく、持ち運びが容易な板状部材１に分解可能にすることで、ヘルメット１０を一体に構成する場合と比較して、磁気計測装置１００の可搬性を向上させることができる。

また、本実施形態に係る磁気計測装置１００は、一端が板状部材１に係合し、中空部で磁気センサ３を移動可能に保持する筒状部材２を備え、板状部材１は、筒状部材２を介して磁気センサ３を保持する。これにより、磁気計測装置１００が装着された頭部５０に対する磁気センサ３の位置（距離）を調整することができ、頭部のサイズや形状等の違いの影響を受けずに、所定の感度で頭部５０等の被計測対象の磁場を計測することができる。

また、本実施形態では、板状部材１の外形を多角形状にすることで、板状部材１同士の間の無駄な空間を抑制してヘルメット１０を構成することができる。また、六角形状の板状部材１ａと五角形状の板状部材１ｂとを組み合わせてヘルメット１０を構成することで、板状部材１同士の間の無駄な空間を更に抑制して、球体の一部となるヘルメット１０を構成することができる。

また、本実施形態では、蝶番１３を用いることにより、板状部材１が連結した状態で、板状部材１を頭部５０の３次元形状に合わせて板状部材１を動かすことができる。これにより、ヘルメット１０の形状を頭部５０の３次元形状に適合させ、より安定して頭部５０に磁気計測装置１００を装着させることができる。さらに、板状部材１同士の連結に蝶番１３を用いることで、板状部材１同士の着脱を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、板状部材１、及び筒状部材２の少なくとも何れか一方を非磁性材料で構成することで、磁気センサ３の計測ノイズを低減し、被計測対象である頭部５０の磁場を高精度に計測することができる。

また、本実施形態では、磁気センサ３の外形を矩形状の形状とし、筒状部材２の長手方向に直交する中空部の断面形状が矩形状である筒状部材２により、磁気センサ３を保持する。これにより、磁気計測装置１００に振動や突発的な衝撃等が加えられた場合に、磁気センサ３の回転を抑えることができる。また、仮に、磁気センサ３が回転しても、磁気センサ３を回転したことを容易に認識でき、回転を取り除くように再調整することができる。このようにして、振動や突発的な衝撃等に対する磁気計測装置１００のロバスト性を向上させることができる。

また、本実施形態では、磁気計測装置１００は、頭部５０を把持する把持部４を備える。把持部４が頭部５０を把持することで、磁気計測装置１００を頭部５０に安定して装着させることができ、また、頭部５０に対して磁気センサ３を安定して保持することができる。

＜磁気計測システムへの適用例＞
ここで、本実施形態に係る磁気計測装置１００の変形例として、磁気計測装置１００の磁気計測システムへの適用例について説明する。図１５は、磁気計測装置１００を備える磁気計測システム１１０の構成の一例を説明する図である。

図１５に示すように、磁気計測システム１１０は、磁気計測装置１００と、制御装置２００とを備える。磁気計測装置１００は、磁気シールドルーム１０１内に設置され、磁気シールドルーム１０１の外部に設置されたＰＣ等の制御装置２００と、ケーブル３１を用いて電気的に接続されている。

磁気シールドルーム１０１内に磁気計測装置１００を設置することで、計測ノイズとなる地磁気が遮断され、より高精度に磁場が計測される。脳の磁場を計測する場合、図１５に示すように、被験者が磁気シールドルーム１０１内に入り、磁気計測装置１００を頭部５０に装着して、計測が行われる。

制御装置２００は、図１５に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３と、ＳＳＤ（Solid State Drive）２０４と、センサＩ／Ｆ（Interface）２０５とを備える。これらはシステムバスＢで相互に電気的に接続されている。

ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２やＳＳＤ２０４等の記憶装置からプログラムやデータをＲＡＭ２０３上に読み出し、処理を実行することで、制御装置２００全体の制御や機能を実現する。なお、ＣＰＵ２０１の有する機能の一部、又は全部を、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の電子回路により実現させてもよい。

ＲＯＭ２０２は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することが可能な不揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。ＲＯＭ２０２には、制御装置２００の起動時に実行されるＢＩＯＳ（Basic Input／Output System）、ＯＳ設定等のプログラムやデータが格納されている。ＲＡＭ２０３は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリ（記憶装置）である。

ＳＳＤ２０４は、制御装置２００による処理を実行するプログラムや各種データが記憶された不揮発性メモリである。なお、ＳＳＤはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であっても良い。

磁気センサ３の動作は、制御装置２００からの駆動信号により制御され、また、磁気センサ３による計測データは、磁気センサ３から制御装置２００に送信される。なお、図１５では、図が煩雑になることを避けるため、ケーブルとしてケーブル３１のみを図示したが、ケーブル３１には駆動信号用のケーブルと、計測データの送信用のケーブルとが別々に含まれるものとする。

複数の磁気センサ３による計測データは制御装置２００に送信され、ＣＰＵ２０１が所定のプログラムを実行することで、磁場の計測のための各種のデータ処理、及びデータ解析が行われる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る磁気計測装置１００ａについて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の構成部についての説明は省略する。

磁気センサの一例としての光ポンピング原子磁気センサでは、アルカリ金属ガスを封入したガラスセル（ガスセル）を加熱して蒸気にする必要がある。カリウムの場合で、ガラスセル内の温度は１００度程度になる。このような磁気センサの熱が、磁気計測装置を装着する頭部等の被計測対象に伝熱されることは、安全性の面で好ましくない。

そこで、本実施形態に係る磁気計測装置１００ａは、磁気センサ３の頭部５０に対向する側の先端に断熱材５を設けている。図１６は、先端に断熱材５が設けられた磁気センサ３の構成の一例を説明する図である。

断熱材５として、グラスウールやロックウール等の繊維系断熱材や、ウレタンフォームやフェノールフォーム等の発砲系断熱材、エアロゲル等が用いられる。また、断熱材５を部材として磁気センサ３の先端に取り付けても良いし、磁気センサ３の先端に断熱材５を塗装等でコーティングしても良い。

断熱材５を設けることにより、磁気センサ３の熱が頭部５０に伝わることを防ぐことができ、より安全で信頼性の高い磁場の計測を実現することができる。

なお、これ以外の効果は、第１の実施形態で述べたものと同様である。

以上、本発明の実施形態の例について記述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 板状部材
１１ 貫通孔
１２ タップ孔
１３ 蝶番
１３１ ピン
２ 筒状部材
２１ ネジ
２１ａ タップ孔
２２ ネジ
２２ａ ネジ穴
２４ 開口
３ 磁気センサ
３１ ケーブル
３２ 目盛
４ 把持部
４１ 接続用板状部材
４１２ 突起部
４２ フック
４３ ベルト
４４ バックル
５ 断熱材
５０ 頭部
５３ 顎部
１０ ヘルメット
１００ 磁気計測装置
１０１ 磁気シールドルーム
１１０ 磁気計測
２００ 制御装置
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＯＭ
２０３ ＲＡＭ
２０４ ＳＳＤ
２０５ センサＩ／Ｆ

特開２０１４−２１５１５１号公報

"A new generation of magnetoencephalography: Room temperature measurements using optically-pumped magnetometer"、Neuroimage、Vol.49、404-414、Apr. 2017、Boto.Eほか

Claims (13)

1. 磁気センサと、
   少なくとも１つが前記磁気センサを保持する複数の板状部材と、を備え、
   前記板状部材同士は、それぞれの端部で着脱可能に連結されている
   磁気計測装置。
2. 一端が前記板状部材に係合し、中空部で前記磁気センサを移動可能に保持する筒状部材を備え、
   前記板状部材は、前記筒状部材を介して前記磁気センサを保持する
   請求項１に記載の磁気計測装置。
3. 前記板状部材は、前記板状部材の厚み方向に貫通する貫通孔を含み、
   前記筒状部材における前記一端の開口の形状と前記貫通孔の形状は一致している
   請求項１、又は２に記載の磁気計測装置。
4. 前記複数の板状部材の外形は、多角形状に形成されている
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁気計測装置。
5. 前記複数の板状部材のうちの一部の前記板状部材は、外形が五角形状に形成され、
   前記複数の板状部材のうちの一部の前記板状部材は、外形が六角形状に形成されている
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁気計測装置。
6. 前記板状部材、及び前記筒状部材の少なくとも何れか一方は、
   非磁性材料で構成されている
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の磁気計測装置。
7. 前記板状部材同士は、蝶番により着脱可能に連結されている
   請求項１乃至６の何れか１項に記載の磁気計測装置。
8. 前記蝶番は、非磁性材料で構成されている
   請求項１乃至７の何れか１項に記載の磁気計測装置。
9. 前記筒状部材の長手方向と直交する方向における前記中空部の断面形状は、矩形状の形状をしている
   請求項１乃至８の何れか１項に記載の磁気計測装置。
10. 前記磁気センサは、光ポンピング原子磁気センサである
    請求項１乃至９の何れか１項に記載の磁気計測装置。
11. 前記磁気センサは、被計測対象と対向する部分に断熱材が設けられている
    請求項１乃至１０の何れか１項に記載の磁気計測装置。
12. 磁気センサと、
    少なくとも１つが前記磁気センサを保持し、頭部を被覆する複数の板状部材と、を備え、
    前記板状部材同士は、それぞれの端部で着脱可能に連結されている
    頭部装着型磁気計測装置。
13. 前記頭部を把持する把持部を備える
    請求項１２に記載の磁気計測装置。