JP3205021B2

JP3205021B2 - ピックアップコイル

Info

Publication number: JP3205021B2
Application number: JP33847891A
Authority: JP
Inventors: マティ・ヤーコ・カヨラ; ユカ・エルキ・タパニ・クヌーティラ
Original assignee: ナイロマーグ・オサケユキテュア
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: US5289121A; CA2057454A1; DE69120043D1; FI89417B; FI906341A0; JPH04309869A; EP0492261A2; EP0492261A3; FI906341A; EP0492261B1; FI89417C; DE69120043T2; CA2057454C

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁界の２つの成分また
はその磁界の勾配の２つの成分を同時に測定するのに使
用可能な単一のコイルに係るものであり、より詳しく
は、その勾配の１つの成分の測定に主として向けたもの
であって、いくつかの魅力的な特性をもち、２つの独立
した勾配成分を同時に測定するために容易に変更するこ
とができる、１つのコイルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】弱磁界の測定は、その測定したい磁界に
ピックアップコイルを配置しそしてこれを電流検知素子
に接続して行うことが多い。極限の感度が要求される場
合には、そのコイルは、超伝導材料で作ることが最も多
く、そしてこの作ったコイルを超伝導量子干渉デバイス
（ＳＱＵＩＤ）に接続するようにしている。このような
装置は、例えば、低温物理ジャーナル（Journal of Low
Temperature Physics,vol76 (1989), issue 5/6, pp/2
87-386）の記事に詳細に説明されている。このピックア
ップコイルは、そのＳＱＵＩＤの頂部に配置した１つの
信号コイルに結合することによってその信号を磁気的に
そのＳＱＵＩＤに結合するようにするか、あるいはその
ピックアップコイルを、そのＳＱＵＩＤループのガルヴ
ァーニ結合形部品とすることができる。尚、ガルヴァー
ニ結合とは、別の回路に電流が物理的に流れるような結
合を指す。最高の感度を得るためには、そのＳＱＵＩＤ
のインダクタンスを非常に小さくし（僅か１０^-11Ｈの
オーダー）、しかもそのループにわたる漂遊容量を最小
限にしなければならない、ということが示されている。

【０００３】一般的には、最適なピックアップコイル
は、その測定用素子の入力側のインピーダンスと等しい
インピーダンスをもつものである。ピックアップコイル
を流れる電流の測定にＳＱＵＩＤを使用するときには、
小さなインダクタンスをもったピックアップコイルを使
用することが望ましい。そして、そのように使用した場
合、ＳＱＵＩＤの頂部に置くその信号コイルには、ほん
の僅かの数のターンをもたせ、従ってそのＳＱＵＩＤル
ープにわたって小さな寄生容量しか有しないようにする
ことができ、そしてこれは、感度がより良好となること
を意味している。このことは、その電流検知用素子の入
力インダクタンスである上記信号コイルのインダクタン
スが、その信号コイルのターン数の二乗とそのＳＱＵＩ
Ｄループのインダクタンスとの積に正比例する、という
事実によっている。ＳＱＵＩＤループのそのインダクタ
ンスをできるだけ小さくしなくてはならないという要求
のため、そのＳＱＵＩＤのガルヴァーニ結合形部品とし
てそのピックアップコイルを使用することが困難にな
る。

【０００４】例えば、ヒトの脳から発生する極端に弱い
磁気信号を測定する場合には、超高感度の磁界検出器が
必要になる。医学上の研究及び診断においては、この方
法は、ますます関心を集めるようになっているが、それ
は、この方法によって、数ミリメートル及び数ミリ秒の
空間／時間分解能で脳の活動に関するソース電流の位置
を探索することが可能であるからである。それの測定
は、いくつかの場所で同時に行わなければならず、頭部
の全体にわたって百以上もの測定が必要である。磁界自
体ではなくその磁界の勾配のある成分を測定する方が都
合がよいことがある、ということが示されており、特に
これは、平面勾配∂Ｂ_Z／∂ｘ及び∂Ｂ_Z／∂ｙに当ては
まるものである（例えば，SQUID′85： “Superconduct
ing Quantum Interference Devices and their Applica
tions", edited by H.D.Hahlbohmand H.Lubbig，Walter
de Gruyter, Berlin (1985), pp.939-944 参照）。２
４のチャンネルを含む１つのそのような装置は、“生体
磁気における進歩”と題する本（the Book “Advances
in Biomagnetism", edited by S.J.Williamson, M.Hok
e, G.Stroink and N.Kotani, Plenum, New york (198
9), pp.673-676）に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１には、平面勾配を
測定する先行技術の２つの異なったコイル形態、即ち並
列形態（ａ）と直列形態（ｂ）とを示してある。現在で
は、その直列形態の方がより一般的となっている（例え
ば、ＵＳ４３２０３４１，ＥＰ２１０４８９，ＥＰ３９
９４９９参照）。その主な理由は、並列形態では、シー
ルド電流（shielding current）が１つの均一の磁界（h
omogeneous magnetic field）中に誘起されこれがその
均一磁界をキャンセルする傾向があるからである（直列
コイルにおいては、その電流は存在しない）。特に薄膜
ピックアップコイルにおいては、そのシールド電流がそ
の膜の臨界電流を越えると、その膜は非超伝導状態にな
る。さらに、均一磁界によるそのシールド電流は、局所
的な不均一成分を生じさせ、従って、マルチチャンネル
磁力計においては、その望ましくない勾配が、隣のピッ
クアップコイルに誤差信号として結合することになる。
しかしながら、この並列形態は、同一寸法の直列形コイ
ルのものの僅か１／４であるかなり小さなインダクタン
スを有している。従って、諸ループの並列接続は、ピッ
クアップコイルが実際のＳＱＵＩＤループのガルヴァー
ニ結合形部品となったデバイス、において使用されてき
ている。このデバイスの例は、応用物理ジャーナル内の
論文（Journal of Applied Physics, vol.58 (1985),
n:o 11, ss.4322-4325）に記載されている。また、並列
ループは、ＳＱＵＩＤのインダクタンスを減らすために
も応用されてきており、これは、応用物理ジャーナル
（Journalof Applied Physics, vol.42 (1971), issue
11, pp.4483-4487）と、応用物理レター（Applied Phys
ics Letters, volume 57 issue 4 (1990), pp.406-40
8）とに記載されている。

【０００６】それの横の平面勾配成分は、単一の箇所に
おいて測定しなければならず、したがって、２つの直交
した勾配計をその一方を他方の上にして有する構造体を
作らなければならない。在来の手段によって実現したそ
のような構造体は、前述した刊行物（ＵＳ４３２０３４
１，ＥＰ２１０４８９，SQUID′85: “Superconducting
Quantum Interference Devices and their Applicatio
ns",(1985), ss.939-944）で説明されているように、必
然的に比較的複雑となるものでる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、先行技術に
対し相当の改善が得られる。本発明に特有の特徴は、請
求項１−７に記載した通りである。

【０００８】この新規な構造体は、１つのコイルで２つ
の直交した勾配を測定することができる、という特性並
びに長所がある。従って、簡単な構造体が得られる。こ
の構造体が基礎としているのは、２つの電流検知素子で
測定する電流成分が、これら電流がたとえ同じ導体内で
ガルヴァーニ的に流れる場合でも、そのピックアップコ
イルの対称特性の故に、互いに磁気的に結合しない、と
いう具合にそれら２つの電流検知素子をそのコイルに接
続できる、ということである。

【０００９】本発明において説明するこのコイルは、平
坦であり、そしてこれは、このコイルの平面に垂直な磁
界成分の該コイルに平行な勾配を測定する。本コイル
は、並列接続した２対のループを備えており、そして各
ループ対の個々のループは、互いに直列接続とする。ま
た、これは、ピックアップコイルに望ましい２つの特
性、即ち、シールド電流が均一磁界中で発生しないとい
う特性と、コイルのインダクタンスが図１（ａ）に示し
た在来の並列形態のインダクタンスにほぼ等しいという
特性と、の双方を組み合わせもっている。これらの特性
は、請求項２に記載した構造によって得ることができ
る。また、本コイルは、前述したすべての参考文献にお
いて用いられてきたように、単に並列なループのみまた
は直列なループのみを単純に接続する、ということによ
っては構成することができないものである。コイルの直
列接続と並列接続とを組み合わせて、均一磁界中のシー
ルド電流を避けるように反対方向に作用させることが必
要である。本コイルは、磁界の４極子成分を測定する公
知のコイルとは、外観では似ているかもしれないが、そ
れとは類似のものではない。本発明のこのコイルは１次
の勾配を測定できるのに対し、その４極子コイルは、そ
の成分には不感である。

【００１０】

【実施例】以下、図２〜図４を参照して本発明の好まし
い実施例について説明する。

【００１１】図２は、本発明で説明するコイルの構造を
示したものである。このコイルの端子は、符号５及び６
で示してある。これのループ１とループ２は、直列に接
続してあり、またループ３とループ４も同様である。２
つの８の字コイル（１及び２と、３及び４）は、並列接
続としてある。この図２は、ｘ方向の磁界勾配が誘起す
る電流の方向と、各ループの感度の極性とを示してい
る。図３は、互いに直交した２つの勾配を測定するの
に、余分の端子７及び８によってこのコイルをどのよう
に使用できるかその方法を示している。端子５及び６に
接続する電流検知素子により、そのｘ方向の勾配を検出
し、そして端子７及び８間の別の電流検知素子により、
ｙ方向の勾配を検出するようにする。それらループが対
称の場合には、ｘ方向の勾配は、端子７及び８間のその
検知素子への電流を誘起することはない。また、ｙ方向
の勾配が端子５及び６間の電流を誘起することもなく、
したがって、勾配のそれら２つの成分は、ただ１つのピ
ックアップコイルを用いて測定することができる。

【００１２】本コイルのインダクタンスは、４つの各ル
ープ１，２，３，４を並列接続のいくつかのサブループ
に分割することによって、さらに小さくすることができ
る。図４には、それらループをさらに２つの部分（９と
１０、１１と１２、１３と１４、１５と１６）に分割し
て、これにより、すべてのループを相互に同等の位置に
あるようにし、またサブループ内の電流がこれら各半部
分間で等しく分割されるようにする方法を示してある。
コイルの対称性によってシールド電流が均一磁界中に誘
起されることはないため、上記の４つの主ループは、並
列接続したより小さな部分に更に分割することができ
る。

【００１３】上述したコイルにおいては、誘導結合形の
ＳＱＵＩＤを上記の電流検知素子として使用することが
できる。また、そのコイルは、超伝導量子干渉デバイス
のループのガルヴァーニ接続形部品とすることができ、
そして、そのようにした時には、その電流検知素子は、
ジョセフソン接合に置き換えるようにする。このように
すれば、既知のデバイスより優れた勾配測定デバイスが
得られる。

【００１４】以上、１つのコイル中を流れるいくつかの
独立した相互に非結合の電流成分が、同時に測定できる
ことを示した。この思想は、請求項２に述べたものとは
別の他のタイプのコイルにも適用することができる。図
５には、在来の並列接続のループで実現した、上記原理
に基づいたコイルの例を示してある。２つの独立した勾
配は、端子１７及び１８間と、端子１９及び２０間とに
２つの電流検知素子を接続して測定することができる。
但し、これでは、シールド電流が均一磁界中で誘起され
ることになり、したがって、請求項２〜５に述べたコイ
ルが望ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】平面形磁力計を作るときの２つの従来方法を示
す概略図である。

【図２】諸コイルの接続法を示す図である。

【図３】２つの直交した平面勾配成分を測定するのに、
どのようにしてそのコイルが使用できるかを示す図であ
る。

【図４】どのようにして余分の並列接続によってインダ
クタンスを更に減少させることができるかを示す図であ
る。

【図５】在来のものにより近い形で実現した１つのピッ
クアップコイルのみを使用して、２つの独立した勾配成
分を測定する代替の方法を示す図である。

【符号の説明】

１，２，３，４…ループ５，６…端子７，８…余分の端子１７，１８…コイルのターミナル９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６…サブ
ル−プ

フロントページの続き (72)発明者ユカ・エルキ・タパニ・クヌーティラフィンランド共和国 00100 ヘルシンキ，テンプペリカツ 11 アー８ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 33/00 - 33/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１次またはこれより高次の勾配を含む少
なくとも２つの独立の磁束密度成分を同時に測定するた
めのピックアップコイルであって、該ピックアップコイルが、１つの平面内にある複数の相互接続したループと、電流検知手段への接続のための少なくとも２つの出力端
子対と、から成り、該出力端子対の各対が、第１と第２の端子から成り、前記ループの各々が、前記出力端子対の各対の前記第１
および第２の端子の内の一方に接続し、前記複数のループの互いに対する巻線方向と、前記出力
端子対の前記端子に対する前記複数のループの接続とに
よって、イ）前記ピックアップコイルにおける１つの磁
束密度成分の存在が、前記複数のループにおいてかつ前
記出力端子対の内の１つの対において電流状態を発生し
て、これが、前記出力端子対の内の前記１つの対のみと
の間でそしてこれに接続した電流センサを通して電流を
流れさせ、かつ、ロ）前記ピックアップコイルにおける
別の磁束密度成分の存在が、前記複数のループにおいて
かつ前記出力端子対の内の他方の対において電流状態を
発生して、これが、前記出力端子対の内の前記他方の対
のみとの間でそして該出力端子対の内の前記他方の対に
接続した電流センサを通して電流を流れさせる、ように
したこと、を特徴とするピックアップコイル。
【請求項２】コイルの中央を通る軸に関して対称であ
ってかつそのコイル平面に垂直な平面またはほぼその平
面内に４つのループ（１，２，３，４）を有した、磁束
密度の１次の勾配を測定するピックアップコイルにおい
て、前記ループ（１，２，３，４）を相互接続しそしてこれ
に電流検知手段に接続するための端子（５，６）を設
け、これにより、隣接する第１及び第２のループ（１，
２）を直列接続とし、そしてこの形成した対を、隣接す
る第３及び第４のループ（３，４）を直列接続すること
によって形成した対応する対に並列に接続し、これによ
って、前記第１ループと前記第３ループとの間の１つの
端子（５）から送り込みそして前記第２ループと前記第
４ループとの間の別の端子（６）から取り出す電流が、
前記第１ループ（１）及び前記第２ループ（２）では互
いに反対の方向に、また前記第３ループ（３）及び前記
第４ループ（４）では互いに反対の方向に、前記第１ル
ープ（１）及び前記第３ループ（３）では互いに同じ方
向に、前記第２ループ（２）及び前記第４ループ（４）
では互いに同じ方向に、流れるようにしたこと、を特徴とするピックアップコイル。
【請求項３】前記コイルに、前記第１ループ（１）と
前記第２ループ（２）の間の直列接続部と、及び前記第
３ループ（３）と前記第４のループ（４）の間の直列接
続部と、に接続した第２の端子対（７，８）を含ませ、
そして別個の電流検知手段を、上記の端子対である第１
の端子対の間と前記第２の端子対の間とに接続したこ
と、を特徴とする請求項２に記載のピックアップコイ
ル。
【請求項４】上記の形態で接続したループ（１，２，
３，４）の各々は、同じ方向に巻いた少なくとも２つの
サブループを並列接続することによって形成したこと、
を特徴とする請求項１，２または３に記載のピックアッ
プコイル。
【請求項５】上記の形態で接続したすべてのループ
（１，２，３，４）は、並列接続の同じサイズの２つの
サブループ（９，１０；１１，１２；１３，１４；１
５，１６）に分割し、しかも該サブループの互いに隣接
する辺が、測定すべき勾配成分に対して４５度の角度と
なるようにしたこと、を特徴とする請求項３及び４に記
載のピックアップコイル。
【請求項６】前記電流検知手段は、誘導結合した超伝
導量子干渉デバイスであること、を特徴とする請求項
１，２，３，４または５に記載のピックアップコイル。
【請求項７】前記コイルは、超伝導量子干渉デバイス
の１部分であること、を特徴とする請求項１，２，３，
４または５に記載のピックアップコイル。