JP2698209B2 - 磁場補正装置 - Google Patents

磁場補正装置

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JP2698209B2 JP2185854A JP18585490A JP2698209B2 JP 2698209 B2 JP2698209 B2 JP 2698209B2 JP 2185854 A JP2185854 A JP 2185854A JP 18585490 A JP18585490 A JP 18585490A JP 2698209 B2 JP2698209 B2 JP 2698209B2
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友二 島田
浩一 小川
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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装置における不
均一磁場成分を補正する磁場補正装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
第6図および第7図は従来の磁場補正装置を示す正面
断面図及び側面断面図であり、図において、1は非磁性
体よりなる非磁性管、2はこの非磁性管1内に選択的に
挿入および引き抜き自在、すなわち、取り付けおよび取
り外しができるように設けられた棒状の磁性体、3はこ
れらの非磁性管1および磁性体2を内部に配設し、かつ
円筒状をなす回転不可能な非磁性筒5に取り付けられ
て、主磁場を発生するコイル、4は均一性が要求される
磁場領域であり、ここでは点線の丸で囲んだ領域となっ
ている。
次に動作について説明する。
まず、第8図および第9図に示すように、マグネット
装置の主磁場方向Zに長い、断面積Aを有する棒状の磁
性体2が、XY面の取付角度ψ、ZY面の端面角度α1
の位置に配置された場合を考えると、磁性体2が均一性
の必要な磁場領域4の点P(r,θ,φ)に作る磁場のZ
方向成分BZは、次式で表わされる。
ここで、 K:磁性体の磁気特性によって決まる値で定数 a:磁性体の取付半径 εm:ノイマン係数(m≠0ならε=2,m=0ならε
=1) ▲Pm n▼:n次m位のルジャンドル陪多項式 となっている。この(1)式は極座標系での表式である
が、通常使われる直交座標との対応は、n=2までを例
に取ると、第11図に示す通りである。
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は極座標表示にて次式で表わされる。
BCZ=B0+A1B11+A2B21+A3B22+A4B31+A5B32+ …
(2) ここで、B0は位置によらず一定の成分を示し、具体的
には原点(0,0,0)での磁場に等しい。従って、例え
ば、A1B11は、B11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、(2)式
のA1B11等B0以外の成分を打ち消すような磁性体2が必
要であることが分かる。以下に、従来例としての、X及
びY方向空間不均一に対応するB11成分補正用の磁性体
2について述べる。(1)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、一般にa>rである
からnの値の大きい成分は(1)式中の(r/a)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。ここでは
上記磁場のZ方向成分BZの径方向成分(即ちm≠O)の
みに注目して、以下に示す不均一磁場補償成分を考え
る。この不均一磁場補償成分は、B11,B21,B22,B31,B32,
B33,B41,B42,B43,B44,B51,B52,B53,B54である。ここ
で、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。まず、m=2,3,4の成分を発生
しないように、磁性体2を挿入する非磁性管1の取付角
度ψを、 に選ぶ。すなわち、各々の取付角度ψは、 の8か所となり、m=2,3,4に対して(1)式でcos m
(φ−ψ)=0となる。βの値の決め方については後述
するが、βの値が如何に取られた場合でも、cos m
(φ−ψ)=0の関係は成立しているので、B22,B32,B
33,B42,B43,B44,B52,B53,B54の成分はなくなることとな
り、残りはB11,B21,B31,B41,B51である。
また、磁性体2の一方の端面角度をαとした時、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、(1)式で となり、結局、B21,B41は発生しない。最後にB51=0,B
31=0を満たすように第10図に示すように、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。B51=0となる端面角度は33.88゜、146.12
゜,117.96゜である。端面角度が(33.88゜,146.12゜)
の磁性体2の断面積をA1、(62.04゜,117.96゜)の磁性
体2の断面積をA2とすると、 B31αA1[▲P1 4▼(cos33.88゜)(sin33.88
゜)] +A2[▲P1 4▼(cos62.04゜)(sin62.04゜)]=0 より、A1/A2=7.16であればB31=0となる。
以上、取付角度,端面角度,断面積比の条件を決定す
ることにより所望の磁場補償成分B11を選択的に出力す
ることができる。
次に、磁場補償成分B11の実際の不均一磁界成分を補
償する際に、従来方式では上記の取付角度,端面角度,
断面積比の条件の下で、補償磁界成分B11を直交座標系
で示した場合のX成分,Y成分の各成分に相当する出力を
得る。
ところで、極座標表示された磁性体2の補償磁界成分
B11を直交座標X,Yに分離した成分BX,BYは、上記の取付
角度におけるβの値に対応して、BX=B11cosβ,BY=B11
sinβと表わせることから、X成分のプラス出力のみを
得るためには、β=0、Y成分のプラス出力のみを得る
ためにはβ=π/2の各取付角度とすればよく、これは第
12図(a)および(b)に示した位置への磁性体2の取
り付けとなる。逆にBXのマイナス出力のみを得るために
はβ=π、BYのマイナス出力のみを得るには(3/2)π
とすればよく、これは第12図(c)および(d)に示し
た位置への磁性体2の取り付けとなる。従って、任意の
X成分とY成分を出力するためには、磁性体2を挿入す
る非磁性管1を第12図(e)に示すように、同一に重な
ることを考慮しても最低16個設けることとなる。
一方、X,Y各成分の出力の大きさは、(1)式で明ら
かなように、使用する磁性体2の断面積に比例するた
め、必要に応じた断面積を有する磁性体2をX成分,Y成
分発生位置の非磁性管1の中に挿入することとなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の磁場補償装置は以上のように構成されているの
で、元来、極座標系で1成分であった不均一成分を直交
座標系の2成分に分解して補償するため、磁性体2を取
り付ける非磁性管1の数が多くなり、使用する磁性体2
の数も多くなって、構成の複雑化およびコストアップを
招くなどの課題があった。
この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、極座標系で1成分となる補償磁界を直交座標
系の2成分に分解することなく、簡単な構成で不均一成
分を補償す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〕
この発明に係る磁場補正装置は、非磁性筒の筒内空間
における不均一磁場成分が最大となる周方向角度を中心
として、該不均一磁場成分を補正する最適角度となるよ
うに、上記非磁性筒を回転可能または固定的に設けたも
のである。
〔作用〕
この発明における磁場補正装置は、不均一磁場の成分
に応じて磁性体を適切な位置に配置することにより、そ
の磁性体を取り付ける非磁性管の数を減らし、使用する
磁性体の量も低減し、構成の簡素化およびローコスト化
を可能にする。
〔発明の実施例〕
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、1は非磁性体よりなる
非磁性管、2はこの非磁性管1内に選択的に挿入および
引き抜き自在、すなわち、取り付けおよび取り外しがで
きるように設けられた棒状の磁性体、3はこれらの非磁
性管1および磁性体2を内部に配設し、かつ円筒状をな
す回転可能な非磁性筒6に取り付けられて、主磁場を発
生するコイル、4は均一性が要求される磁場領域であ
り、ここでは点線の丸で囲んだ領域となっている。
次に動作について説明する。
まず、主磁場方向Zに長い断面積Aを有する棒状の磁
性体2がX,Y面取付角度ψ、Z,Y平面の端面角度α、α
の位置に配置された様子は、第8図および第9図に示
した通りであり、棒状の磁性体2が断面積A1およびA2
2つの部分から構成されている様子は、第10図に示した
通りである。そして、極座表系で示された磁場補償成分
B11だけの補正磁場を磁性体2により発生するための
B22,B32,B33,B42,B43,B44,B52,B53,B54の各成分B21,B41
の各成分およびB31の成分を発生させないようにする各
条件は従来例と全く同一である。
一方、磁場補償成分B11の実際の不均一磁界成分を補
償する際には、磁場補償成分B11を直交座標系で示した
場合のX成分,Y成分の成分比に相当する出力を得るこ
と、および不均一磁界の大きさに相当する大きさの逆極
性の補償磁界出力を得ることが必要となる。まず、X成
分とY成分の出力比については、磁性体2の出力が上記
取付角度におけるβの値に対応して、BX=B11cosβ、BY
=sinβと表わせることから、βは=tan-1(BY/BX)と
なる。すなわち、回転可能な非磁性筒6に相対角度が、 の計8ケ所に取り付けられた非磁性管1に磁性体2を必
要な量挿入した後、非磁性筒6を第3図に示す様にβだ
け回転させる。これにより、所望のX成分とY成分の比
率を有する磁場補償成分B11の出力を得ることができ
る。このとき、磁場補正用の磁性体2は周方向角度βを
中心に配置されることになるが、この角度βで磁場補償
成分B11の値が最大となっていることは明らかである。
次に、不均一磁界の大きさに相当する大きさの補償磁
界出力を得ることが必要であるが、これは(1)式で示
した磁性体2の出力が断面積Aに比例していることか
ら、使用する磁性体2の2つの部分の断面積A1,A2を従
来例の条件と同じく断面積比率A1/A2=7.16を条件とし
て増減させることで、所望の大きさの補償磁界を得るこ
とができる。
ここで、従来例との比較を行うと、磁性体2を挿入す
る非磁性管1は従来16個必要であったものが8個に減少
し、従来、磁性体2の必要断面積X成分用AX,Y成分用AY
であったものが、この実施例の必要面積では、 (等号はAX=0もしくはAY=0)が明らかに成り立つこ
とから、必要磁性体量は従来必要量に対して の比率で少なくすることができる。
また、B21の成分,B22の成分についても、磁性体2を
回転可能な非磁性筒6に取り付けた非磁性管1内に挿入
し、非磁性筒6を回転させることにより、ZX成分とZY成
分およびXY成分とX2−Y2成分を同時にかつ少ない磁性体
量で補正することが可能である。このときの取付角度,
端面角度,断面積比は以上説明と同様な方法で決定する
ことができ、その結果は第4図に示すようになる。
なお、上記実施例では磁場補正用の磁性体2が主磁場
発生用のコイル3の内側に設けたものについて示した
が、第5図に示すように主磁場発生用のコイル3の外側
に設けてもよい。また、B11用,B21用,B22用のコイルを
同時に1つの電磁石に用いてもよい。さらに、上記実施
例では磁場補正用の磁性体2が回転可能な非磁性筒6に
取り付けられ、この非磁性筒6を回転させることによっ
て位置を決め、磁場補正を行うものを示したが、回転さ
せた位置へ当初より固定取付するようにしてもよい。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、不均一磁場成分が最
大となる周方向角度を中心として、該不均一磁場成分を
補正する最適角度となるように、上記非磁性筒を回転可
能または固定的に設けるように構成したので、極座標系
で示される1つの磁界成分を一度に且つ少ない磁性体で
補正することが可能となり、磁場補正に要する作業時間
が短縮され、使用材料も少なく、ローコストに構成でき
るものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による磁場補正装置を示す
正面断面図、第2図は第1図の磁場補正装置の詳細を示
す側面断面図、第3図は磁性体と非磁性筒との関係を示
す説明図、第4図はこの発明による磁性体の取付角度,
端面角度,断面積比の決定値を示す表図、第5図は磁場
補正装置の他の実施例を示す正面断面図、第6図は従来
の磁場補正装置を示す正面断面図、第7図は第6図の磁
場補正装置を示す側面断面図、第8図はZ方向から見た
棒状の磁性体の配置関係を示す説明図、第9図は第8図
の磁性体をX方向から見た配置関係を示す説明図、第10
図は磁性体を示す斜視図、第11図は磁性体による磁場の
直交座標系での成分表示を示す表図、第12図は磁性体の
磁場の成分に応じた取付角度を示す説明図である。 2は磁性体、3はコイル、6は非磁性筒。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】筒内に均一磁界の磁場領域を形成するコイ
    ルを配置した非磁性筒と、該非磁性筒の内部または外部
    に略筒形状に沿って配置した複数の磁性体とを備えた磁
    場補正装置において、極座標系で1成分となる補償磁界
    を直交座標系の2成分に分解することなく、空間の不均
    一磁場成分が最大となる周方向角度を中心として、該不
    均一磁場成分を補正する最適角度となるように、上記非
    磁性筒を回転可能または固定的に設けたことを特徴とす
    る磁場補正装置。
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