JP3789024B2 - SQUID magnetometer - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジョセフソン接合を有する超伝導リング（超伝導量子干渉素子、ＳＱＵＩＤ素子）を用いて生体磁気等の微弱磁界を検出するＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉計）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＱＵＩＤ磁束計は、１つあるいは２つのジョセフソン接合が形成された超伝導リングにバイアス電流を流して超電導状態を崩すことにより、外部から印加される磁界を電圧として計測する計測デバイスであり、生体磁気等の極微弱な磁界を高感度で検出可能なデバイスとして近年注目を集めている。
【０００３】
ＳＱＵＩＤ磁束計の中でも２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子（ｄｃＳＱＵＩＤ）を用いた磁束計は１つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子（ｒｆＳＱＵＩＤ）を用いた磁束計と比べて高感度・低雑音であるため、最近では開発の主流となっている。
【０００４】
ｄｃＳＱＵＩＤ素子を用いたＳＱＵＩＤ磁束計（以下、単にＳＱＵＩＤ磁束計という）は、外部磁束Φの変化に対する電圧Ｖの変化｛Ｖ−Φ特性；１磁束量子（Φ0 ）を１周期として周期的に変化する｝を利用してＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束Φを電圧値として検出しているが、このＳＱＵＩＤ駆動回路には、大別して（１）ＳＱＵＩＤに対して変調磁束を加えることにより得られた電圧を同期検波し、この検波の結果得られた信号を磁束としてフィードバックする同期検波方式の駆動回路｛ＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路｝や（２）電圧変化を増幅し磁束として直接フィードバックする駆動回路｛ＤＯＩＴ（Direct Offset Integra-tion Technique ）方式の駆動回路｝が考案されている。これらのＳＱＵＩＤ駆 動回路は、何れもＳＱＵＩＤ磁束計の動作点がＶ−Φ特性上の一点にロックされるように外部磁場（測定磁場）変化を打ち消すフィードバック磁束をＳＱＵＩＤ素子に与え、このフィードバック磁束に比例した電圧を読取り出力とすることにより、測定磁場に比例した電圧を得ることができるようになっている。
【０００５】
図９は、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路の内ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示すものである（なお、図８においては、単１チャンネルのＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示している）。図９によれば、検出コイル８０により検出された測定磁場に基づく磁束は、予め電流源８１によりバイアス電流が流れて２つのジョセフソン接合部分に電圧が発生しているＳＱＵＩＤ素子８２に入力コイル８３を介して伝達される。そして、ＳＱＵＩＤ素子８２から入力磁束に基づく電圧が出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４の増幅器や積分器等を有する駆動回路８５に送られて増幅処理され、電圧信号Ｖoutとして出力される。
【０００６】
このとき、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４におけるフィードバック回路８６により、駆動回路８５から出力された電圧信号Ｖout は電圧／電流変換回路である抵抗８７（インピーダンス：Ｚf0）を介して電流に変換され、フィードバック電流としてフィードバックコイル８８に供給される。この結果、フィードバック磁束Φf がＳＱＵＩＤ素子８２に与えられ、測定磁場の変化が打ち消される。
【０００７】
一方、駆動回路８５から出力されたフィードバック磁束Φf に比例する電圧信号Ｖout は前処理部８９のフィルタ回路［ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９０及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）９１｛又はバンドパスフィルタ（ＢＥＦ）｝］及び増幅器（Ａｍｐ）９２によりゲイン調整及び帯域制限が施され、雑音除去処理及び増幅処理された電圧Ｖ'outとして出力される。なお、フィルタ回路のカットオフ周波数及び増幅器９２の増幅率（Ｇａｉｎ；ゲイン）は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路９３により所望の値に設定される。
【０００８】
前処理部８９から出力された電圧信号Ｖ'outは、図示しないＡ／Ｄ変換器等を介してディジタルデータに変換された後コンピュータ等のデータ処理装置に送られて様々なデータ処理が行なわれるようになっている。
【０００９】
ところで、ＳＱＵＩＤ駆動回路から出力された電圧信号Ｖout には、低周波磁束（直流磁束）成分に起因した直流電圧信号が含まれている。この直流磁束成分は、主にＶ−Φ特性上において上述したＳＱＵＩＤ磁束計の動作点を決定する際に生じるオフセット磁束（直流オフセット磁束）から成っており、このオフセット磁束は、磁束計の周囲の環境や増幅器９２等の電子回路群等に基づく一定の磁場（静磁場、オフセット磁場）に基づいて検出コイルにより検出される磁束成分から構成されている。
【００１０】
図１０（ａ）は、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性（正弦波に近似している）を示すとともに、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図である。また、図１０（ｂ）は、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性を示すとともに、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図である。
【００１１】
ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図１０（ａ）に示すように、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なライン（正の屈曲点と隣接する負の屈曲点とを結ぶライン）の略中間点にＳＱＵＩＤ駆動回路の０電圧ラインが交差するように調整して当該中間点を動作点に設定し、また、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図１０（ｂ）に示すように、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なラインの略中間点にＳＱＵＩＤ駆動回路の０電圧ラインが交差するように調整し、そのＶ−Φ特性の負の屈曲部分における極小点を動作点に設定している。
【００１２】
このようにして、ＳＱＵＩＤ磁束計の動作点（磁束がロックされる点；磁束ロック点）が設定された状態においてＳＱＵＩＤ磁束計動作が実行されると、ＳＱＵＩＤ駆動回路のフィードバック電流のＧＮＤと出力電圧Ｖout のＧＮＤが共通であるため、外部磁束Φのゼロ点ラインと動作点（磁束ロック点）の基準ラインは一致する。すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計動作の際においては、図１０における動作点の基準ラインを表すラインＬs と外部磁束Φのゼロ点ラインを表す電圧基準軸Ｓa が重なり合うことになる。この結果、ラインＬs と電圧基準軸Ｓa との間の一定の（直流的な）磁束差Φoff がオフセット磁束として出力されることになる。
【００１３】
このオフセット磁束が微弱磁場計測を実行する際にどの程度悪影響を及ぼすのかを以下に考察する。
【００１４】
今、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束計動作させた際のＳＱＵＩＤ磁束計の磁場−磁束変換効率を５００ｐＴ／Φ0 、磁束−電圧変換率を１Φ0 ／Ｖと設定した場合、当該ＳＱＵＩＤ磁束計の磁場−電圧変換効率は５００ｐＴ／Ｖに設定される。この磁場−電圧変換効率の値（５００ｐＴ／Ｖ）は、磁束計を構築したときの感度の良い磁束計の典型的な値である。
【００１５】
このように各変換効率が設定されたＳＱＵＩＤ磁束計において、１ｐＴp-p （ピークピーク値）の測定磁場を検出する場合、オフセット磁束が無ければ、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力段では、当該１ｐＴp-p の測定磁場に基づく磁束に対応する２ｍＶp-p の電圧が出力される筈である。しかしながら、ＳＱＵＩＤ磁束計をＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束計動作させた場合には、図１０（ａ）に示したように、最大で１／２Φ0 のオフセット磁束が測定磁場に基づく磁束に重畳するため、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力段からは５００ｍＶの電圧が出力される。すなわち、測定磁場に基づく磁束に対応する出力電圧２ｍＶに対して、最大で２５０倍のオフセット磁束に基づく直流電圧成分（直流磁束オフセット成分）が重畳することになる。
【００１６】
したがって、例えば、測定したい出力電圧２ｍＶp-p をＡ／Ｄ変換可能な電圧まで増幅してゲインを稼ごうした場合、例えば、２Ｖまで増幅させるには、２５００倍の増幅器（アンプ）を通してからＡ／Ｄ変換することになるが、このとき、５００ｍＶの直流オフセット成分は、１２５０Ｖまで増幅されることになり、ここまで大きな電圧に増幅し、且つ小電圧を計測するアンプの実現は不可能である。
【００１７】
以上述べたように、直流磁束オフセット成分により、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力後段の前処理部の増幅処理やフィルタリング処理に限界を与え、正確な測定磁場に基づく磁束に対応する出力電圧が得られなかった。
【００１８】
そこで、従来のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図９に示すように、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４の出力後段においてＨＰＦ９０（カットオフ周波数０．１Ｈｚ）を挿入配置しておき、このＨＰＦ９０によりＳＱＵＩＤ駆動回路８４から出力された電圧信号に含まれる直流電圧成分全体を低減させることにより、測定磁場に基づく信号電圧成分に対する直流磁束オフセット成分の影響を抑制し、増幅処理やフィルタリング処理を実行できるようにしていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた生体磁場等の極微弱磁場計測においては、非常に低周波な磁場信号（直流的な磁場信号；以下、直流磁場信号という）を数１０分程度の非常にゆっくりした時間に亘って計測し、得られた計測データに基づいて解析処理を行なうことにより磁場源を推定して神経ブロックや梗塞等を評価することが行なわれている。
【００２０】
しかしながら、このような直流磁場信号を計測する際において、従来のＳＱＵＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ駆動回路から出力された電圧信号に含まれる直流電圧成分全体をＨＰＦにより低減させているため、オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット成分に加えて、実際に計測したい直流磁場信号に基づく直流電圧成分をも低減させることになり、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することは困難だった。
【００２１】
そこで、ＨＰＦのカットオフ周波数をさらに小さくして直流磁場信号に基づく直流電圧成分のカットオフ量を抑制することが考えられているが、このような方法でも、実際に直流磁場信号に基づく直流電圧成分自体を計測しているわけではないため、ＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力電圧信号が直流磁場信号に基づく直流電圧成分に一致することはなく、直流磁場信号及びその変化を正確に計測することは困難であった。また、カットオフ周波数をさらに小さくしたＨＰＦを用いた場合、当該ＨＰＦが安定状態に入るまでにカットオフ周波数の逆数以上の時間が必要であることから計測時間をさらに増大させる結果となっていた。さらにまた、ＨＰＦのカットオフ周波数を小さくした場合、そのＨＰＦのコンデンサ容量がさらに大きくなってしまうため精度を維持することが難しく、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することは困難であった。
【００２２】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力電圧信号からオフセット磁束に基づく直流磁束オフセット成分のみを除去することにより、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することを可能にしたＳＱＵＩＤ磁束計を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計は、請求項１に記載したように、測定対象の測定ポイントから発せられる微弱磁場を検出可能な検出コイル及びこの検出コイルにより検出された磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を有する磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子から出力された電気信号を磁束として当該ＳＱＵＩＤ素子にフィードバックすることにより前記電気信号を前記微弱磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記ＳＱＵＩＤ駆動手段は、前記ＳＱＵＩＤ素子に近接して配置されたフィードバックコイルおよび前記駆動回路の積分器から出力された電圧信号を電流に変換する第１の電圧／電流変換回路を有し、この第１の電圧／電流変換回路により変換された電流をフィードバック電流として前記フィードバックコイルに供給する第１のフィードバック回路とを備えており、さらに、前記検出コイルを前記測定ポイントから離間させて配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号をディジタルデータに変換する第１の変換手段と、この第１の変換手段により変換されたディジタルデータから前記直流電圧成分に対応するディジタルデータを抽出し、抽出した直流電圧成分に対応するディジタルデータを複数のビットデータに分割して出力する抽出手段と、前記複数のビットデータをそれぞれラッチする複数のラッチ回路と各ラッチ回路でそれぞれラッチされたビットデータを読み出してそれぞれ前記直流電圧成分に対応する電流に変換する複数の第２の電圧／電流変換回路とを備えた第２の変換手段と、この第２の電圧／電流変換回路により変換された電流をそれぞれフィードバック電流とした前記フィードバックコイルに供給する第２のフィードバック回路を備え、前記第２の変換手段により変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて前記微弱磁場に比例した出力信号に含まれる直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分をキャンセルするキャンセル手段とを備えたものである。
【００２５】
請求項２に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記微弱磁場に比例した出力信号は、前記磁場測定手段の検出コイルを前記測定ポイントに近接して配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段を駆動させることにより当該ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された電気信号である。
【００２８】
請求項３に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記第２のフィードバック回路は前記第１のフィードバック回路の第１の電圧電流変換回路により変換されたフィードバック電流及び前記複数の電圧／電流変換回路により変換された各フィードバック電流を加算する加算手段を有し、当該加算回路から出力された加算フィードバック電流を前記フィードバックコイルに供給するようにしている。
【００２９】
請求項４に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記変換回路はＤ／Ａ変換器であり、前記第１の電圧／電流変換回路及び第２の電圧／電流変換回路は抵抗である。
【００３０】
請求項５に記載したＳＱＵＩＤ磁束計によれば、前記第１の電圧／電流変換回路及び前記第１のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量と前記第２の電圧／電流変換回路及び前記第２のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量とを異なるように構成している。
【００３２】
請求項６に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記第２の変換手段は、前記直流電圧成分に対応するディジタルデータをラッチする機能と、前記微弱磁場に比例した出力信号を得るための前記ＳＱＵＩＤ駆動手段の駆動に応じて前記ラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータを読み出して前記直流電圧成分に対応する電気信号に変換する変換機能とを有するＤ／Ａ変換器である。
【００３３】
本発明のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、図１に示すように、磁場測定手段１の検出コイル１ａ及びＳＱＵＩＤ素子１ｂを介して検出されＳＱＵＩＤ駆動手段２を介して出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号は、第１の変換手段３によりディジタルデータに変換され、抽出手段４によりディジタルデータから直流電圧成分に対応するディジタルデータが抽出される。
【００３４】
この抽出された直流電圧成分に対応するディジタルデータは、第２の変換手段５の例えばラッチ回路５ａによりラッチされており、このラッチ回路５ａによりラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータが変換回路５ｂにより直流電圧成分に対応する電気信号に変換される。
【００３５】
そして、変換回路５ｂにより変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて、キャンセル手段６である例えばフィードバック手段６ａにより、当該直流電圧成分に対応する電気信号が直流オフセット磁束キャンセル用の磁束（フィードバック磁束）としてＳＱＵＩＤ素子１ｂにフィードバックされる。
【００３６】
したがって、例えば外部環境等から生じた磁場に基づいてＳＱＵＩＤ素子１ｂに与えられる直流オフセット磁束は、フィードバック手段６ａからフィードバックされたフィードバック磁束によりキャンセルされる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計の実施の形態を図面に従って以下に説明する。
【００３８】
（第１の実施の形態）
本発明のＳＱＵＩＤ磁束計に係わる第１の実施の形態として、例えば生体を測定対象としたマルチチャンネル（ｎチャンネル）型のＳＱＵＩＤ磁束計を図２及び図３に従って以下に説明する。
【００３９】
図２及び図３に示すように、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各測定部（センサアレイ；第１チャンネルＣＨ1 〜第ｎチャンネルＣＨn ）における第１チャンネルＣＨ1 は、２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子１２と、生体から発せられた微弱磁場（測定磁場）を検出するための検出コイル１３と、この検出コイル１３により検出された測定磁場に基づく磁束Φs1をＳＱＵＩＤ素子１２に伝達する入力コイル１４と、ＳＱＵＩＤ素子１２にバイアス電流を流す電流源１５と、ＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧を増幅する増幅器（プリアンプ）１６ａや積分器１６ｂを有する駆動回路１６及びこの駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号Ｖout1（積分器１６ｂにより、増幅器１６ａにより増幅されて入力した電圧信号の極性を反転している）を電圧／電流変換回路である例えば抵抗１７ａ（インピーダンスＺf0）を介して電流に変換しフィードバック電流Ｉf1としてフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに流す第１のフィードバック回路１７を有したＳＱＵＩＤ駆動回路１８とを備えており、フィードバックコイル１７ｃに流れるフィードバック電流Ｉf1により測定磁場変化を打ち消すフィードバック磁束Φf1をＳＱＵＩＤ素子１２に与えるように構成されている。なお、図２及び図３においては、第１チャンネルＣＨ1 のみの構成を示すが、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn についても同等の構成である。
【００４０】
すなわち、第２のチャンネルＣＨ2 〜第ｎのチャンネルＣＨn の各フィードバック回路１７ｂにおいても、それぞれフィードバック電流Ｉf( 2〜n)をフィードバックライン１７ｂを介して各フィードバックコイル１７ｃに流すことにより、測定磁場Φs( 2〜n)の変化を打ち消すフィードバック磁束Φf( 2〜n)を各ＳＱＵＩＤ素子１２に与えるようになっている。
【００４１】
各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn におけるＳＱＵＩＤ素子１２、検出コイル１３、入力コイル１４、及びフィードバックコイル１７ｃは、それぞれ液体ヘリウムで満たされたデュワー２０内に収容されており、このデュワー２０を移動させて図示しない寝台に載置された生体（被検体）の測定ポイントに装着することにより、被検体の測定ポイントから発せられる生体磁気を測定するようになっている。
【００４２】
ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の動作点は、次のように設定されている。すなわち、積分器１６ｂのスイッチ（ＳＷ１）をＯＮにして通常のアンプとして動作させた状態においてフィードバックループのスイッチ（ＳＷ２）をＯＦＦにしてオープンループにする。この状態において、周期的磁界を印加してオシロスコープ等の測定機器によりＶ−Φ特性（略正弦波形）を表示しながら、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なラインと零電圧ラインが交差するように調整することにより、その中間点を動作点に設定している。なお、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の動作時においては、ＳＷ２をＯＮにしてフィードバックループにし、ＳＷ１をＯＦＦにして積分器１６ｂを動作させるようになっている。
【００４３】
一方、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の各駆動回路１６から出力されたフィードバック磁束Φf( 1〜n)に比例した電圧信号Ｖout( 1〜n)は、図示しない前処理部のフィルタ回路や増幅器に送られ、当該電圧信号Ｖout( 1〜n)に含まれるシステム雑音や単色雑音等の雑音除去処理や増幅処理が施された後で図示しないＡ／Ｄ変換器に送られる。そして、このＡ／Ｄ変換器を介してディジタルデータに変換された後コンピュータ等のデータ処理装置に送られて様々なデータ処理が行なわれるようになっている（前掲図９参照）。
【００４４】
そして、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計１１は、被検体の生体磁気を計測する前（例えば寝台に載置された被検体の測定ポイントに対してデュワー２０を装着する前）にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を駆動（初期駆動）させることにより、検出コイル１３で検出される上述したオフセット磁場に基づく直流オフセット磁束をキャンセルするための磁束をＳＱＵＩＤ素子１２にフィードバックするように構成されている。
【００４５】
すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、当該ＳＱＵＩＤ磁束計１１初期駆動時に検出コイル１３で検出されたオフセット磁場に基づく直流オフセット磁束に応じて各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の駆動回路１６の積分器１６ｂからそれぞれ出力された電圧信号Ｖo( 1〜n)に対して上述した前処理部と略同等の雑音除去処理及び増幅処理を施すプリプロセッサ回路２５を有している。
【００４６】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計１１は、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn に対して共通に設けられ、その各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のプリプロセッサ回路２５からそれぞれ出力された電圧信号Ｖ'o( 1 〜n)に基づいてディジタル信号処理を行なうディジタル信号処理回路２６を備えている。
【００４７】
ディジタル信号処理回路２６は、各プリプロセッサ回路２５から出力された電圧信号Ｖ 'o(1〜n)をそれぞれ例えば８ビットのディジタルデータＤo(1〜n)に変換するＡ／Ｄ変換器２７と、このＡ／Ｄ変換器２７により変換されたディジタルデータＤo(1〜n)から、直流オフセット磁束Φo(1〜n)により生じた直流電圧成分（直流磁束オフセット電圧成分）に基づくデータＤd(1〜n)のみをそれぞれ抽出（サンプリング）する演算処理部｛ＣＰＵ（Central ProcessingUnit）を有するマイクロプロセッサやディジタル信号処理専用ＤＳＰ（DigitalSignal Processor）等；以下、ＣＰＵ／ＤＳＰという｝２８と、このＣＰＵ／ＤＳＰ２８により抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1〜n)に応じて、各チャンネルＣＨ1〜ＣＨnのプリプロセッサ回路２５の雑音除去処理におけるカットオフ周波数及び増幅処理における増幅率（Ｇａｉｎ；ゲイン）をそれぞれ調整するとともに、抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1〜n)を各チャンネルＣＨ1〜ＣＨnへそれぞれ出力するディジタル制御回路（Ｄｉｇｉｔａｌ制御回路）２９とを備えている。
【００４８】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、ディジタル制御回路２９から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)を保持（ラッチ）した後で出力するラッチ回路（ラッチ）３０と、このラッチ回路３０から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)をアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する例えば８ビット精度のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３１と、このＤＡＣ３１から出力された直流電圧信号を電圧／電流変換回路である例えば抵抗３２ａ（インピーダンスＺf1）により電流（直流）に変換し、この変換された電流をフィードバック電流Ｉfo(1〜n)としてフィードバックライン３２ｂ及びフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに供給する第２のフィードバック回路３２とをそれぞれ備えている。
【００４９】
なお、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａのインピーダンスＺf1｛あるいは、フィードバックループのゲイン｛フィードバックコイル１７ｃとＳＱＵＩＤ素子１２の相互インダクタンスをＭf とすると、フィードバックループのゲインβ1 ＝Ｍf ／Ｚf1）｝は、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0（あるいは、第１のフィードバック回路１７のフィードバックループのゲインβ0 ＝Ｍf ／Ｚf0）及びプリプロセッサ回路２５の増幅率等に応じて設定されており、例えば抵抗３２ａのインピーダンスＺf1及びフィードバックループゲインβ1 は、抵抗１７ａのインピーダンスＺf0及びフィードバックループゲインβ0 とそれぞれ同一値を有するように設定してもよく、また、それぞれ異なる値を有するように設定してもよい。
【００５０】
好適な例として、プリプロセッサ回路２５の増幅率を１０倍とし、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0を１０ｋオームと設定した場合、抵抗３２ａのインピーダンスＺf1は１００ｋオームに設定している。
【００５１】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計１１の全体動作について説明する。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計１１における各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の動作は略同等であるため、以下では第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路２６の動作を中心に説明する。
【００５２】
測定対象である被検体を寝台に載置した状態において被検体の脳等の測定ポイントに対してデュワー２０を装着して測定ポイントから発せられる生体磁気を実際に測定する前に、まず、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の周囲の環境や駆動回路ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の各構成要素等に基づく一定のオフセット磁場に基づく磁束成分（直流オフセット磁束成分）を測定する。
【００５３】
すなわち、デュワー２０を被検体の測定ポイントに装着する前にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させることにより、第１チャンネルＣＨ1 の検出コイル１３では上述した直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束が検出される。
【００５４】
検出コイル１３により検出された直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束は、電流源１５によりバイアス電流が流れて２つのジョセフソン接合部分に電圧が発生しているＳＱＵＩＤ素子１２に入力コイル１４を介して伝達されてＳＱＵＩＤ素子１２から入力磁束に基づく電圧が出力される。ＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８における駆動回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理され、電圧信号Ｖo1としてプリプロセッサ回路２５に出力される。
【００５５】
プリプロセッサ回路２５へ出力された電圧信号Ｖo1は、当該プリプロセッサ回路２５によりシステム雑音や単色雑音等の雑音除去処理や増幅処理が施された後でディジタル信号処理回路２６のＡ／Ｄ変換器２７に送られてディジタルデータＤo1に変換される。
【００５６】
そして、Ａ／Ｄ変換器２７により変換されたディジタルデータＤo1はＣＰＵ／ＤＳＰ２８に送られてディジタル信号処理が施され、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1のみが抽出される。
【００５７】
抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1は、ディジタル制御回路２９を介してラッチ回路３０に送られ、このラッチ回路３０によりラッチされた後でＤＡＣ３１に送られる。ＤＡＣ３１では、送られた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1をアナログ値、すなわち、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換する。ＤＡＣ３１により変換された直流電圧信号は第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａに送られて直流電流に変換され、この変換された直流電流は、フィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００５８】
この結果、直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo1がキャンセルされる。
【００５９】
このように、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させて直流オフセット磁束成分Φo1のキャンセリング処理を行なうことにより、ラッチ回路３０に直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 を生成するためのディジタルデータＤd1をラッチすることができる。
【００６０】
続いて、ラッチ回路３０に直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のディジタルデータＤd1がラッチされた状態において、被検体の測定ポイントに対してデュワー２０を装着し、再度ＳＱＵＩＤ素子１２及びＳＱＵＩＤ駆動回路１８を駆動させて測定ポイントから発せられる生体磁気（測定磁場）の計測を行なう。
【００６１】
すなわち、測定ポイントから発せられた生体磁気（測定磁場）は、検出コイル１３により磁束としてそれぞれ検出され、この測定磁場に基づく磁束は、予め電流源１５によりバイアス電流が流れて常伝導状態となったＳＱＵＩＤ素子１２に入力コイル１４を介して伝達される。
【００６２】
そして、ＳＱＵＩＤ素子１２から入力磁束に基づく電圧が出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８における増幅回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理された後、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａを介して電流に変換されて第１のフィードバック回路１７のフィードバック電流Ｉf1としてフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給される。
【００６３】
一方、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて、ラッチ回路３０によりラッチされたディジタルデータＤd1はＤＡＣ３１に出力され、このＤＡＣ３１を介して直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換される。そして、この直流電圧信号は、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａにより直流電流に変換され、フィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックライン３２ｂ及びフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００６４】
すなわち、第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃには、測定磁場に基づく磁束Φs1をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉfo1 とが重畳して供給されることになる。
【００６５】
この結果、フィードバック電流Ｉf1、フィードバック電流Ｉfo1 及びフィードバックコイル１７ｃによりフィードバック磁束Φf1及びフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs1及び直流オフセット磁束Φo1がそれぞれキャンセルされる。
【００６６】
他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn においても、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動により各ラッチ回路３０にディジタルデータＤd( 2〜n)がそれぞれラッチされており、このラッチされたディジタルデータＤd( 2〜n)が生体磁気計測時におけるＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて読み出され、ＤＡＣ３１、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａを介してフィードバック電流Ｉfo(2〜n)として、フィードバック電流Ｉf( 2〜n)とともに第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給されることにより、フィードバック磁束Φf( 2〜n)及びフィードバック磁束Φfo(2〜n)が各チャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 2〜n)及び直流オフセット磁束Φo( 2〜n)がそれぞれキャンセルされる。
【００６７】
したがって、全てのチャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のＳＱＵＩＤ駆動回路１８における駆動回路１６の積分器１６ｂからそれぞれ出力される電圧信号Ｖout( 1〜n)には、直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分が含まれないため、上記直流オフセット磁束の存在に係わらず被検体の測定ポイントから発せられる非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。
【００６８】
また、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計１１によれば、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn 共通のディジタル信号処理回路２６を用いてＳＱＵＩＤ素子１２に与えるフィードバック磁束Φfo(1〜n)を調整することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に与える全体のフィードバック磁束の大きさを調整することができるため、例えば各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn 毎にトリマを設置してそれぞれのフィードバック磁束に係わる電圧値を調整する場合と比べて、当該ＳＱＵＩＤ磁束計１１のシステムを自動化できるとともに、その構成の小型化も可能である。
【００６９】
なお、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、ラッチ回路３０及びＤＡＣ３１を別個に備えていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、商品化されているラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０を備えていてもよい。すなわち、第１チャンネルＣＨ1 のＤＡＣ４０は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動時においては、ディジタル制御回路２９から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1を保持（ラッチ）し、このラッチされたディジタルデータＤd1をアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力するように構成されており、実際の計測時においては、ＤＡＣ４０は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じてラッチしたディジタルデータＤd1を直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換して第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａに出力するように構成されている。また、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０についても、第１チャンネルＣＨ1 のＤＡＣ４０と略同様の動作を行なうようになっている。なお、その他の構成及び作用は、第１実施形態（図２及び図３）と同等であるため、その説明は省略する。
【００７０】
すなわち、本変形例の構成によれば、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn においてラッチ回路を省略しながら上述した直流オフセット磁束キャンセル用の磁束をフィードバックすることができるため、第１実施形態で述べた効果に加えて、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成要素を減らして磁束計内の有効スペースを増大させることができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図５に従って以下に説明する。
【００７２】
図５によれば、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５のディジタル信号処理回路４６は、各プリプロセッサ回路２５から出力された電圧信号Ｖ'o(1〜n)を例えば１６ビットのディジタルデータＤo( 1〜n)に変換するＡ／Ｄ変換器２７ａと、このＡ／Ｄ変換器２７ａにより変換されたディジタルデータＤo( 1〜n)から、直流オフセット磁束Φo( 1〜n)により生じた直流電圧成分に基づくデータＤd( 1〜n)のみを抽出するＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａと、このＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａにより抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd( 1〜n)に応じて、プリプロセッサ回路２５の雑音除去処理におけるカットオフ周波数及び増幅処理における増幅率（ゲイン）をそれぞれ調整するとともに、抽出された直流電圧成分に基づく１６ビットのディジタルデータＤd( 1〜n)を、下位８ビットのディジタルデータＤL( 1〜n)と上位８ビットのディジタルデータＤM( 1〜n)とに分割し、当該ディジタルデータＤL( 1〜n)及びディジタルデータＤM( 1〜n)を対応する各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn へそれぞれ出力するディジタル制御回路（Ｄｉｇｉｔａｌ制御回路）４７とを備えている。
【００７３】
そして、ＳＱＵＩＤ磁束計４５の第１チャンネルＣＨ1 は、ディジタル制御回路４７から出力された下位８ビットのディジタルデータＤdL1 を保持（ラッチ）した後で出力する第１のラッチ回路（ラッチ１）４８と、ディジタル制御回路４７から出力された上位８ビットのディジタルデータＤM1を保持（ラッチ）した後で出力する第２のラッチ回路（ラッチ２）４９と、第１のラッチ回路４８から出力された８ビットのディジタルデータＤL1を下位８ビットのディジタル値に対応するアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する８ビットの精度を有する第１のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ１）５０と、第２のラッチ回路４９から出力された８ビットのディジタルデータＤM1を上位８ビットのディジタル値に対応するアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する８ビットの精度を有する第２のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ２）５１と、第１のＤＡＣ５０から出力された直流電圧信号及び第２のＤＡＣ５１から出力された直流電圧信号を電圧／電流変換回路である例えば抵抗５２ａ（インピーダンスＺf2）及び抵抗５２ｂによりそれぞれ電流（直流）に変換し、この変換された電流（フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1）をフィードバックライン５２ｃ及びフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに供給する第２のフィードバック回路５２とを備えている。
【００７４】
第２のフィードバック回路３２の抵抗５２ａのインピーダンスＺf2及びフィードバックループのゲインβ2 （＝Ｍf ／Ｚf2）並びに抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3及びフィードバックループのゲインβ3 （＝Ｍf ／Ｚf3）は、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0、フィードバックループのゲインβ0 及びプリプロセッサ回路２５の増幅率等に応じて設定されており、例えば抵抗５２ａのインピーダンスＺf2，フィードバックループゲインβ2 及び抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3，フィードバックループゲインβ3 は、抵抗１７ａのインピーダンスＺf0及びフィードバックループゲインβ0 とそれぞれ同一値を有するように設定してもよく、また、それぞれ異なる値を有するように設定してもよい。好適な例として、プリプロセッサ回路２５の増幅率を１０倍とし、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0を１０ｋオームと設定した場合、抵抗５２ａのインピーダンスＺf2及び抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3は共に１００ｋオームに設定している。
【００７５】
ＳＱＵＩＤ磁束計４５におけるその他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn についても、上述した第１チャンネルＣＨ1 と同等の構成になっている。なお、その他の構成要素については、第１実施形態（図１）で説明した構成要素と同等であるため、その説明は省略する。
【００７６】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の全体動作について説明する。なお、本実施形態においても第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路４６の動作を例にとって説明する。
【００７７】
本構成のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動時において、第１実施形態と同様の動作により、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８から出力された電圧信号Ｖo1は、プリプロセッサ回路２５を介して雑音除去処理や増幅処理が施された後でディジタル信号処理回路４６のＡ／Ｄ変換器２７ａに送られて１６ビットのディジタルデータＤo1に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器２７ａにより変換されたディジタルデータＤo1はＣＰＵ／ＤＳＰ２８に送られてディジタル信号処理が施され、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づく１６ビットのディジタルデータＤd1のみが抽出される。この抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1はディジタル制御回路２９に送られる。
【００７８】
このとき、１６ビットのディジタルデータＤd1は、ディジタル制御回路２９の演算制御処理により下位８ビットのディジタルデータＤL1と上位８ビットのディジタルデータＤM1とに分割される。そして、この分割された下位８ビットのディジタルデータＤL1及び上位８ビットのディジタルデータＤM1はそれぞれ第１のラッチ回路４８及び第２のラッチ回路４９に送られてラッチされる。そして、第１のラッチ回路４８によりラッチされた下位８ビットのディジタルデータＤL1は第１のＤＡＣ５０に送られ、第２のラッチ回路４９によりラッチされた上位８ビットのディジタルデータＤM1は第２のＤＡＣ５１に送られる。
【００７９】
第１のＤＡＣ５０では、送られた下位８ビットのディジタルデータＤL1が第１の直流電圧信号｛オフセット磁束Φo1から生じたディジタルデータＤd1の下位８ビット（８桁）に対応する直流電圧信号｝に変換され、第２のＤＡＣ５１では、送られた上位８ビットのディジタルデータＤM1が第２の直流電圧信号｛オフセット磁束Φo1から生じたディジタルデータＤd1の上位８ビット（８桁）に対応する直流電圧信号｝に変換される。
【００８０】
第１のＤＡＣ５０及び第２のＤＡＣにより変換された第１及び第２の直流電圧信号は、それぞれ第２のフィードバック回路５２の抵抗５２ａ及び抵抗５２ｂに送られて直流電流に変換され、これらの変換された直流電流は、それぞれフィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1としてフィードバックライン５２ｃ及びフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００８１】
すなわち、フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1が合成して第１実施形態と同様のフィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo1がキャンセルされる。なお、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn 及びディジタル信号処理回路４６の動作も第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路４６の動作と同等であり、この結果、フィードバック電流Ｉfoa( 2〜n)及びフィードバック電流Ｉfob( 2〜n)が合成して第１実施形態と同様のフィードバック電流Ｉfo(2〜n)としてフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)を打ち消すフィードバック磁束Φfo(2〜n)がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)がキャンセルされる。
【００８２】
したがって、実際の計測時においても、第１のラッチ回路４８によりラッチされたディジタルデータＤL( 1〜n)及び第２のラッチ回路４９によりラッチされたディジタルデータＤM( 1〜n)に基づいて上述した処理により生成されたフィードバック電流Ｉfoa( 1〜n)及びフィードバック電流Ｉfob( 1〜n)が合成したフィードバック電流Ｉfo(1〜n)として、測定磁場に基づく磁束Φs( 1〜n)をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉf( 1〜n)と重畳してフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、フィードバック電流Ｉf( 1〜n)、フィードバック電流Ｉfo(1〜n)及びフィードバックコイル１７ｃによりフィードバック磁束Φf( 1〜n)及びフィードバック磁束Φfo(1〜n)がＳＱＵＩＤ素子１２にそれぞれ与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 1〜n)及び直流オフセット磁束Φo( 1〜n)がそれぞれキャンセルされる。
【００８３】
以上述べたように、本構成によれば、ディジタル制御回路４７により１６ビット精度のディジタルデータＤd( 1〜n)を下位８ビットのディジタルデータＤL( 1〜n)と上位８ビットのディジタルデータＤM( 1〜n)とに分割し、この分割したディジタルデータＤL( 1〜n)及びＤM( 1〜n)を８ビット精度の２つのＤＡＣ（第１のＤＡＣ５０及び第２のＤＡＣ５１）によりＤ／Ａ変換することにより、仮想的に１６ビット精度を有するディジタルデータＤd'( 1 〜n)に基づいて得られたフィードバック磁束Φfo(1〜n)をフィードバックコイル１７ｃにフィードバックしている。
【００８４】
すなわち、８ビット精度のＤＡＣを２個用いることにより、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａは１６ビット精度という高い精度でディジタル信号処理を実行することができ、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)を高い精度で抽出することができる。
【００８５】
したがって、第１実施形態で述べた効果に加えて、より高い精度で直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分を検出してキャンセルすることができる。また、８ビット精度のＤＡＣは安価で且つ簡易な構成を有しているため、このような８ビット精度のＤＡＣを用いることにより、ＳＱＵＩＤ磁束計全体のコストやスペースを増大させることなく１６ビット精度の信号処理を実現することができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、８ビット精度のＤＡＣを２個用いて１６ビット精度のデータ処理を実現したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のＤＡＣを用いてもよい。例えば、８ビット精度のＤＡＣを４個用いることにより、３２ビット精度のデータ処理を実現することも可能である。
【００８７】
また、第１及び第２実施形態では、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn （以下、代表して第１チャンネルＣＨ1 について説明する）の第１のフィードバック回路から測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1をフィードバックコイル１７ｃに供給し、第２のフィードバック回路から直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 をフィードバックコイル１７ｃに供給することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束Φf1及びフィードバック磁束Φfo1 を与えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 とを加算回路（ａｄｄｅｒ）により加算し、この加算されたフィードバック電流ＩfA1 をフィードバックコイル１７ｃに供給することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対して、測定磁場に基づく磁束Φs1と直流オフセット磁束成分Φo1との合成磁束成分をキャンセルするフィードバック磁束ΦfA1 ｛＝フィードバック磁束Φf1＋フィードバック磁束Φfo1 ｝を与えるようにしてもよい。
【００８８】
例えば、図６は、第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の各チャンネルＣＨ1 〜チャンネルＣＨn にａｄｄｅｒ５５をそれぞれ配設した構成を示す図である。
【００８９】
図６によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａの第１チャンネルＣＨ1 における第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａから出力されたフィードバック電流Ｉf1、第２のフィードバック回路５２の抵抗５２ａから出力されたフィードバック電流Ｉfoa1及び抵抗５２ｂから出力されたフィードバック電流Ｉfob1は、それぞれａｄｄｅｒ５５に入力されるようになっている。
【００９０】
そして、ａｄｄｅｒ５５は、入力されたフィードバック電流Ｉf1、フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1を加算して合成し、合成フィードバック電流ＩfA1 としてフィードバックライン５６を介してフィードバックコイル１７ｃに供給するように構成されている。なお、その他のチャンネルＣＨ2 〜チャンネルＣＨn のａｄｄｅｒ５５も、第１チャンネルＣＨ1 のａｄｄｅｒ５５と同等の構成及び動作を行なうようになっており、また、ＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａのその他の構成及び動作は、第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の構成及び動作と同等であるため、その説明を省略する。
【００９１】
すなわち、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａによれば、第１チャンネルＣＨ1 のａｄｄｅｒ５５から出力されたフィードバック電流ＩfA1 は、測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 （＝Ｉfoa1＋Ｉfob1）との合成電流であるため、この合成電流ＩfA1 がフィードバックコイル１７ｃに供給されＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束ΦfA1 ｛＝フィードバック磁束Φf1＋フィードバック磁束Φfo1 ｝が与えられることにより、測定磁場に基づく磁束Φs1と直流オフセット磁束成分Φo1との合成磁束成分をキャンセルすることができる。なお、第２チャンネルＣＨ2 〜第ｎチャンネルＣＨn の各ａｄｄｅｒ５５からそれぞれ出力されたフィードバック電流ＩfA(2〜n)も、対応する各チャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給され各ＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束ΦfA(2〜n)｛＝フィードバック磁束Φf( 2〜n)＋フィードバック磁束Φfo(2〜n)｝がそれぞれ与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 2〜n)と直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)との合成磁束成分をキャンセルすることができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図７に従って以下に説明する。
【００９３】
図７によれば、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計６０の第１チャンネルＣＨ1 は、第１実施形態の変形例（図４）の構成における第２のフィードバック回路３２の代わりに、駆動回路１６とプリプロセッサ回路２５Ａとの間に配設され、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号とＤＡＣ４０から出力された直流電圧信号とを加算してプリプロセッサ回路２５Ａに出力する加算器（ａｄｄｅｒ）６１を有している。なお、その他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn も、第２のフィードバック回路３２の代わりに、駆動回路１６とプリプロセッサ回路２５Ａとの間に配設されたａｄｄｅｒ６１をそれぞれ有している。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計６０のその他の構成は、第１実施形態の変形例のＳＱＵＩＤ磁束計１１Ａの構成と同等であるため、その説明を省略する。
【００９４】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計６０の全体動作について説明する。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計６０における各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の動作は略同等であるため、以下では第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路２６の動作を中心に説明する。
【００９５】
第１実施形態と同様にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させることにより検出コイル１３で検出された直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づいてＳＱＵＩＤ素子１２を介して出力された電圧は駆動回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理されて電圧信号Ｖo1としてａｄｄｅｒ６１及びプリプロセッサ回路２５を介してディジタル信号処理回路２６に送られる。そして、このディジタル信号処理回路２６により直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1のみが抽出され、ＤＡＣ４０に送られる。ＤＡＣ４０に送られた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1は、当該ＤＡＣ４０にラッチされる。そして、このラッチされたディジタルデータＤd1は、ＤＡＣ４０により直流オフセット磁束Φo1のみから生じた直流電圧信号に変換され、フィードバック電圧信号としてａｄｄｅｒ６１に出力される。
【００９６】
このとき、ａｄｄｅｒ６１では、駆動回路１６から送られた直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づく電圧信号とＤＡＣ４０から送られたフィードバック電圧信号とが加算処理される。
【００９７】
すなわち、直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づく電圧信号Ｖo1と、直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1とが加算されるため、当該ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号は、直流オフセット磁束成分Φo1に基づく直流磁束オフセット電圧Ｖof1 がキャンセルされた信号となっている。
【００９８】
このように、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させて直流オフセット磁束成分Φo1に基づく直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 のキャンセリング処理を行なうことにより、当該直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を打ち消すフィードバック電圧信号Ｖf1を生成するためのディジタルデータＤd1をＤＡＣ４０にラッチすることができる。
【００９９】
続いて、ＤＡＣ４０に直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 キャンセル用のディジタルデータＤd1がラッチされた状態において、第１実施形態と同様に被検体の測定ポイントからの生体磁気測定を実行する。
【０１００】
すなわち、検出コイル１３により検出された測定磁場に基づく磁束はＳＱＵＩＤ素子１２を介して電圧として出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理された後で第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａを介して電流に変換されて第１のフィードバック回路１７のフィードバック電流Ｉf1としてフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給される。この結果、フィードバックコイル１７ｃに流れるフィードバック電流Ｉf1により測定磁場変化を打ち消すフィードバック磁束Φf1がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられる。
【０１０１】
一方、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて、ＤＡＣ４０によりラッチされたディジタルデータＤd1は、直流オフセット磁束Φo1のみから生じた直流電圧信号に変換され、フィードバック電圧信号Ｖf1としてａｄｄｅｒ６１に送られる。
【０１０２】
このとき、ａｄｄｅｒ６１には、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を含むフィードバック磁束Φf1に比例した電圧信号（測定磁束Φs1に基づく電圧信号）Ｖout1a も送られているため、当該ａｄｄｅｒ６１により送られた電圧信号Ｖout1a と直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1とが加算処理される。
【０１０３】
この結果、ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号Ｖout1は、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を含むフィードバック磁束Φf1に比例した電圧信号（測定磁束Φs に基づく電圧信号）Ｖout1a から直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1がキャンセルされた信号となっている。
【０１０４】
他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn においても、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動により各ＤＡＣ４０にディジタルデータＤd( 2〜n)がラッチされており、このラッチされたディジタルデータＤd( 2〜n)がＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて直流オフセット磁束Φo( 2〜n)のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf( 2〜n)として、測定磁束Φs に基づく電圧信号Ｖout( 1〜n)a とともにａｄｄｅｒ６１にそれぞれ送られるため、各ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号Ｖout( 2〜n)は、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof(2〜n)を含むフィードバック磁束Φf( 2〜n)に比例した電圧信号（測定磁束Φs( 2〜n)に基づく電圧信号）Ｖout( 2〜n)a から直流オフセット磁束Φo( 2〜n)のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf( 2〜n)がキャンセルされた信号となっている。
【０１０５】
したがって、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のａｄｄｅｒ６１からそれぞれ出力される電圧信号Ｖout( 1〜n)には、直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分が含まれないため、上記直流オフセット磁束の存在に係わらず被検体の測定ポイントから発せられる非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態ではラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０を用いたが、図２に示したラッチ回路３０及びＤＡＣ３１を併用する構成でもよい。
【０１０７】
また、本実施形態において、ＤＡＣ４０の出力段（ＤＡＣ４０とａｄｄｅｒ６１との間）にＤＡＣ４０から出力されるフィードバック電圧信号のゲインを調整するためのバッファアンプやゲイン調整回路を設けることも可能である。
【０１０８】
ところで、上述した各実施形態におけるディジタル信号処理回路のＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａは、ディジタルデータＤo(1 〜n)から直流オフセット磁束Φo( 1〜n)により生じた直流電圧成分（直流磁束オフセット電圧成分）に基づくデータＤd( 1〜n)のみをそれぞれ抽出しているが、当該ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａに対して図示しない入力器等からオペレータ等を介してディジタル信号処理の参考値データ（閾値データ等）を有する外部参照信号データを入力し、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａが入力された外部参照信号データに応じて上記データＤd(1 〜n)の抽出処理を行なうように構成してもよい。このように構成すれば、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａのディジタル信号処理がより迅速に行なわれることになり、全体の生体磁気計測時間が短縮する。
【０１０９】
また、上述した第１実施形態の変形例及び第３実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、ディジタル信号処理回路及びラッチ機能内蔵のＤＡＣを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したディジタル信号処理回路の機能及びラッチ機能を共に内蔵したＤＡＣを用いることも可能である。また、ディジタル信号処理回路を、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ／ＤＳＰ、及びディジタル制御回路で構成しているが、Ａ／Ｄ変換器とディジタル制御回路の機能を有するＣＰＵ／ＤＳＰとで構成することも可能である。
【０１１０】
さらに、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号に対して雑音除去処理及び増幅処理を行なうプリプロセッサ回路を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号から直流電圧成分のみをピックアップするためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いてもよい。
【０１１１】
さらにまた、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、プリプロセッサ回路の前段（積分器１６ｂ、あるいはａｄｄｅｒ６１）の信号を図示しない前処理部やＡ／Ｄ変換器を介してデータ処理装置に送るように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プリプロセッサ回路の出力を直接Ａ／Ｄ変換器を介してデータ処理装置に送るように構成してもよい。このように構成すれば、前処理部が不要になるため、ＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成が小型化する。
【０１１２】
そして、第１〜第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、第２のフィードバック回路から送られる直流オフセット磁束キャンセル用のフィードバック電流と測定磁場に基づく磁束キャンセル用のフィードバック電流とを共通のフィードバックコイル１７ｃに供給したが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定磁場に基づく磁束キャンセル用のフィードバック電流を供給するフィードバックコイル１７ｃとは別個に、直流オフセット磁束キャンセル用のフィードバック電流を供給するフィードバックコイルを設置してもよい。
【０１１３】
一方、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、ＳＱＵＩＤ駆動回路としてＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＬＬ回路を用いることも可能である。
【０１１４】
図８はＳＱＵＩＤ駆動回路として、ＦＬＬ回路を用いた場合のＳＱＵＩＤ素子１２駆動部分の構成を示す図である。図８によれば、ＦＬＬ回路７０は、発振器７１と、この発振器７１から出力された励振信号（矩形波電圧信号）をフィードバックライン７２を介して電流に変換してフィードバックコイル７３に流してＳＱＵＩＤ素子１２に変調磁束Φm を印加した状態において測定磁場による磁束Φs に基づいてＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧を増幅する増幅器７４と、この増幅器７４から出力された電圧信号に対して発振器７１から出力された変調磁束Φm に比例する励振信号（矩形波電圧信号）を掛け合わせ、この掛け合わせた信号からローパスフィルタにより測定磁場Φs の周波数のみを含む電圧信号Ｖout を取り出す同期検波回路７５とを備え、この同期検波回路７５により取り出した電圧信号Ｖout を逆極性の電流に変換してフィードバックライン７２を介してフィードバックコイル７３に流すことにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対して測定磁束Φs を打ち消すフィードバック磁束Φf を与えるようになっている。
【０１１５】
第１〜第３実施形態においてＳＱＵＩＤ駆動回路として上述したＦＬＬ回路を用いても、本発明の主要部には何等変更を加えることがないため、第１〜第３実施形態で述べた動作と同等の動作を行ない、同等の効果を得ることができる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ素子からＳＱＵＩＤ駆動手段を介して出力された信号から抽出された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分に対応するディジタルデータを直流電圧成分に対応する電気信号に変換し、変換した電気信号を直流オフセット磁束キャンセル用の磁束（フィードバック磁束）としてＳＱＵＩＤ素子にフィードバック（あるいは、変換した電気信号をフィードバック信号としてＳＱＵＩＤ駆動手段の出力へフィードバック）することにより、外部環境等から生じた磁場に基づいてＳＱＵＩＤ素子に与えられた直流オフセット磁束は、上記フィードバック磁束（あるいはフィードバック信号）によりキャンセルされる。
【０１１７】
したがって、ＳＱＵＩＤ素子からＳＱＵＩＤ駆動手段を介して出力された測定ポイントの微弱磁場に比例した出力信号には、直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号が含まれないため、当該直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分に関係なく測定ポイントから発せられる例えば非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。この結果、ＳＱＵＩＤ磁束計を上述した非常に低周波な直流磁場信号を計測することにも適用することができ、当該ＳＱＵＩＤ磁束計の計測適用範囲及びその計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＱＵＩＤ磁束計に係わるクレーム対応図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図３】図２におけるＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路によるＳＱＵＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図６】第２の実施の形態の変形例に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図８】ＦＬＬ回路によるＳＱＵＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。
【図９】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図１０】（ａ）は、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図であり、（ｂ）は、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図。
【符号の説明】
１１、１１Ａ、４５、４５Ａ ＳＱＵＩＤ磁束計
１２ ＳＱＵＩＤ素子
１３ 検出コイル
１４ 入力コイル
１５ 電流源
１６ 駆動回路
１７ 第１のフィードバック回路
１７ａ 抵抗
１７ｂ、３２ｂ、５６ フィードバックライン
１７ｃ フィードバックコイル
１８ ＳＱＵＩＤ駆動回路
２５、２５Ａ プリプロセッサ回路
２６、４６ ディジタル信号処理回路
２７、２７ａ Ａ／Ｄ変換器
２８、２８ａ ＣＰＵ／ＤＳＰ
２９、４７ ディジタル制御回路
３０ ラッチ回路
３１、４０ ＤＡＣ
３２ 第２のフィードバック回路
３２ａ、５２ａ、５２ｂ 抵抗
４８ 第１のラッチ回路
４９ 第２のラッチ回路
５０ 第１のＤＡＣ
５１ 第２のＤＡＣ
５５、６１ ａｄｄｅｒ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a SQUID magnetometer (superconducting quantum interferometer) that detects a weak magnetic field such as biomagnetism using a superconducting ring (superconducting quantum interference device, SQUID device) having a Josephson junction.
[0002]
[Prior art]
The SQUID magnetometer is a measuring device that measures a magnetic field applied from the outside as a voltage by passing a bias current through a superconducting ring in which one or two Josephson junctions are formed to break the superconducting state. In recent years, it has attracted attention as a device capable of detecting a very weak magnetic field such as magnetism with high sensitivity.
[0003]
Among SQUID magnetometers, a magnetometer using a SQUID element (dcSQUID) having two Josephson junctions has higher sensitivity and lower noise than a magnetometer using a SQUID element (rfSQUID) having one Josephson junction. Because of this, development has become mainstream recently.
[0004]
A SQUID magnetometer using a dcSQUID element (hereinafter simply referred to as a SQUID magnetometer) has a change in voltage V with respect to a change in external magnetic flux Φ {V-Φ characteristic; 1 flux quantum (Φ0) As a cycle}, the SQUID driving circuit detects the magnetic flux Φ as a voltage value. This SQUID driving circuit is roughly divided into (1) a modulated magnetic flux for the SQUID. A synchronous detection type drive circuit {FLL (Flux Locked Loop) circuit} that synchronously detects the voltage obtained by applying the current and feeds back the signal obtained as a result of this detection as a magnetic flux, and (2) amplifies the voltage change and magnetic flux A drive circuit {DOIT (Direct Offset Integration Technique) type drive circuit} that feeds back directly is devised. Each of these SQUID drive circuits gives a feedback magnetic flux to the SQUID element to cancel the change of the external magnetic field (measured magnetic field) so that the operating point of the SQUID magnetometer is locked to one point on the V-Φ characteristic. A voltage proportional to the measurement magnetic field can be obtained by using a voltage proportional to the read output as a read output.
[0005]
  FIG. 9 shows a circuit configuration of a SQUID magnetometer using a DOIT-type SQUID driving circuit in the SQUID driving circuit described above (in FIG. 8, the circuit configuration of a single-channel SQUID magnetometer is shown. Shown).FIG.According to the above, the magnetic flux based on the measured magnetic field detected by the detection coil 80 passes through the input coil 83 to the SQUID element 82 in which a bias current flows in advance by the current source 81 and a voltage is generated at two Josephson junction portions. Is transmitted. Then, a voltage based on the input magnetic flux is output from the SQUID element 82, and this output voltage is sent to a drive circuit 85 having an amplifier, an integrator, and the like of the SQUID drive circuit 84, amplified, and output as a voltage signal Vout. .
[0006]
At this time, the feedback circuit 86 in the SQUID drive circuit 84 converts the voltage signal Vout output from the drive circuit 85 into a current via a resistor 87 (impedance: Zf0) that is a voltage / current conversion circuit, and feeds back as a feedback current. The coil 88 is supplied. As a result, the feedback magnetic flux Φf is given to the SQUID element 82, and the change in the measurement magnetic field is canceled out.
[0007]
On the other hand, the voltage signal Vout proportional to the feedback magnetic flux Φf output from the drive circuit 85 is the filter circuit [high-pass filter (HPF) 90 and low-pass filter (LPF) 91 {or bandpass filter (BEF)}] of the pre-processing unit 89. In addition, gain adjustment and band limitation are performed by an amplifier (Amp) 92, which is output as a voltage V′out subjected to noise removal processing and amplification processing. The cutoff frequency of the filter circuit and the amplification factor (Gain) of the amplifier 92 are set to desired values by the Gain & Filter control circuit 93.
[0008]
The voltage signal V′out output from the preprocessing unit 89 is converted into digital data via an A / D converter (not shown) and the like, and then sent to a data processing device such as a computer for various data processing. It is like that.
[0009]
By the way, the voltage signal Vout output from the SQUID driving circuit includes a DC voltage signal due to a low frequency magnetic flux (DC magnetic flux) component. This DC magnetic flux component is mainly composed of an offset magnetic flux (DC offset magnetic flux) generated when determining the operating point of the above-described SQUID magnetometer on the V-Φ characteristic, and this offset magnetic flux is around the magnetometer. The magnetic flux component is detected by a detection coil based on a certain magnetic field (static magnetic field, offset magnetic field) based on the environment, an electronic circuit group such as an amplifier 92, or the like.
[0010]
FIG. 10A shows a V-Φ characteristic (approximate to a sine wave) in a SQUID magnetometer using a DOIT type SQUID driving circuit, and an operating point determined on the V-Φ characteristic, and It is a figure which shows the offset magnetic flux with respect to the operating point. FIG. 10B shows the V-Φ characteristic in the SQUID magnetometer using the FLL circuit and the operating point determined on the V-Φ characteristic and the offset magnetic flux with respect to the operating point. .
[0011]
In the SQUID magnetometer using the DOIT type SQUID driving circuit, as shown in FIG. 10A, a line having a steep slope in the V-Φ characteristic (a positive bending point and an adjacent negative bending point are connected). In the SQUID magnetometer using the FLL circuit, the SQUID drive circuit is adjusted so that the zero voltage line of the SQUID driving circuit intersects the approximate middle point of the line). As shown in Fig. 5, the SQUID drive circuit zero voltage line is adjusted to intersect the approximate middle point of the steep line in the V-Φ characteristic, and the minimum point in the negative bent part of the V-Φ characteristic is operated. The point is set.
[0012]
Thus, when the SQUID magnetometer operation is executed in the state where the operating point of the SQUID magnetometer (the point where the magnetic flux is locked; the magnetic flux locking point) is set, the feedback current GND and the output voltage of the SQUID driving circuit Since the GND of Vout is common, the zero point line of the external magnetic flux Φ matches the reference line of the operating point (flux lock point). That is, during the operation of the SQUID magnetometer, the line Ls representing the reference line of the operating point in FIG. 10 and the voltage reference axis Sa representing the zero point line of the external magnetic flux Φ overlap. As a result, a constant (DC) magnetic flux difference Φoff between the line Ls and the voltage reference axis Sa is output as an offset magnetic flux.
[0013]
The degree to which this offset magnetic flux adversely affects the measurement of the weak magnetic field will be discussed below.
[0014]
Now, the magnetic field-magnetic flux conversion efficiency of the SQUID magnetometer when the magnetometer is operated by the DOIT type SQUID drive circuit is 500 pT / Φ.0, Magnetic flux-voltage conversion rate is 1Φ0When set to / V, the magnetic field-voltage conversion efficiency of the SQUID magnetometer is set to 500 pT / V. This magnetic field-voltage conversion efficiency value (500 pT / V) is a typical value of a sensitive magnetometer when a magnetometer is constructed.
[0015]
In the SQUID magnetometer in which each conversion efficiency is set in this way, when detecting a measurement magnetic field of 1 pTp-p (peak peak value), if there is no offset magnetic flux, the output stage of the SQUID driving circuit has the 1pTp-p A voltage of 2 mVp-p corresponding to the magnetic flux based on the measurement magnetic field should be output. However, when the SQUID magnetometer is operated by a DOIT type SQUID driving circuit, as shown in FIG.0Since the offset magnetic flux is superimposed on the magnetic flux based on the measured magnetic field, a voltage of 500 mV is output from the output stage of the SQUID driving circuit. That is, a DC voltage component (DC magnetic flux offset component) based on an offset magnetic flux that is 250 times the maximum is superimposed on the output voltage 2 mV corresponding to the magnetic flux based on the measured magnetic field.
[0016]
Therefore, for example, when the output voltage 2 mVp-p to be measured is amplified to a voltage capable of A / D conversion and gain is gained, for example, in order to amplify to 2 V, the A / D is passed through the amplifier (amplifier) 2500 times. At this time, the DC offset component of 500 mV is amplified to 1250 V, and it is impossible to realize an amplifier that amplifies the voltage so much and measures a small voltage.
[0017]
As described above, the DC magnetic flux offset component limits the amplification processing and filtering processing of the pre-processing unit after the output of the SQUID driving circuit, and the output voltage corresponding to the magnetic flux based on the accurate measurement magnetic field cannot be obtained. .
[0018]
Therefore, in the SQUID magnetometer using the conventional SQUID driving circuit, as shown in FIG. 9, an HPF 90 (cutoff frequency 0.1 Hz) is inserted and arranged at the stage after the output of the SQUID driving circuit 84. By reducing the entire DC voltage component included in the voltage signal output from the SQUID driving circuit 84, the influence of the DC magnetic flux offset component on the signal voltage component based on the measurement magnetic field can be suppressed, and amplification processing and filtering processing can be executed. I was doing.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the measurement of extremely weak magnetic fields such as biomagnetic fields using SQUID magnetometers in recent years, very low frequency magnetic field signals (DC magnetic field signals; hereinafter referred to as DC magnetic field signals) are very slow for several tens of minutes. It is measured over time, and an analysis process is performed based on the obtained measurement data to estimate a magnetic field source and evaluate a nerve block, an infarction, and the like.
[0020]
However, when measuring such a DC magnetic field signal, in the conventional SQUID magnetometer, the entire DC voltage component included in the voltage signal output from the SQUID driving circuit is reduced by HPF. In addition to the DC magnetic flux offset component, the DC voltage component based on the DC magnetic field signal to be actually measured is also reduced, and it is difficult to accurately measure the DC voltage component based on the DC magnetic field signal.
[0021]
Therefore, it is considered that the cutoff frequency of the HPF is further reduced to suppress the cut-off amount of the DC voltage component based on the DC magnetic field signal. However, even with such a method, the DC voltage based on the DC magnetic field signal is actually used. Since the component itself is not measured, the output voltage signal from the SQUID driving circuit does not match the DC voltage component based on the DC magnetic field signal, and it is difficult to accurately measure the DC magnetic field signal and its change. Met. In addition, when an HPF having a further reduced cutoff frequency is used, a time longer than the reciprocal of the cutoff frequency is required until the HPF enters a stable state, resulting in a further increase in measurement time. Furthermore, when the cut-off frequency of the HPF is reduced, it is difficult to maintain accuracy because the capacitor capacity of the HPF is further increased, and it is difficult to accurately measure the DC voltage component based on the DC magnetic field signal. there were.
[0022]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to remove only the DC magnetic flux offset component based on the offset magnetic flux from the output voltage signal from the SQUID driving circuit, so that the DC voltage based on the DC magnetic field signal is obtained. An object of the present invention is to provide a SQUID magnetometer capable of accurately measuring components.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, the SQUID magnetometer of the present invention is detected by a detection coil capable of detecting a weak magnetic field emitted from a measurement point to be measured and the detection coil as described in claim 1. Magnetic field measuring means having a SQUID element (superconducting quantum interference element) that outputs an electric signal according to a magnetic flux based on a magnetic field, and feeding back the electric signal output from the SQUID element as a magnetic flux to the SQUID element In a SQUID magnetometer, comprising: a SQUID driving means for making a signal an output signal proportional to the weak magnetic field,The SQUID driving means includes a feedback coil disposed in proximity to the SQUID element and a first voltage / current conversion circuit that converts a voltage signal output from the integrator of the driving circuit into a current. And a first feedback circuit that supplies the current converted by the voltage / current conversion circuit as a feedback current to the feedback coil, and the detection coil is disposed away from the measurement point.First conversion means for converting an electric signal including a DC voltage component based on a DC offset magnetic flux output from the SQUID driving means into digital data, and the DC voltage component from the digital data converted by the first conversion means. Digital data corresponding toExtraction means for extracting and outputting digital data corresponding to the extracted DC voltage component divided into a plurality of bit data, a plurality of latch circuits for latching the plurality of bit data, respectively, and latched by each latch circuit Read bit dataCorresponding to the DC voltage componentCurrentConvert toA plurality of second voltage / current conversion circuits.A second conversion means;A second feedback circuit for supplying the current converted by the second voltage / current conversion circuit to the feedback coil as a feedback current,Cancellation means for canceling a DC voltage component based on a DC offset magnetic flux included in an output signal proportional to the weak magnetic field based on an electrical signal corresponding to the DC voltage component converted by the second conversion means.Is.
[0025]
  Claim 2In the SQUID magnetometer described inThe aboveThe output signal proportional to the weak magnetic field is an electric signal output from the SQUID driving means by driving the SQUID driving means in a state where the detection coil of the magnetic field measuring means is arranged close to the measurement point.It is.
[0028]
  Claim 3In the SQUID magnetometer described above, the second feedback circuit includes a feedback current converted by the first voltage-current conversion circuit of the first feedback circuit and each feedback converted by the plurality of voltage / current conversion circuits. An adding means for adding current is provided, and the added feedback current output from the adding circuit is supplied to the feedback coil.
[0029]
  Claim 4In the SQUID magnetometer described in 1), the conversion circuit is a D / A converter, and the first voltage / current conversion circuit and the second voltage / current conversion circuit are resistors.
[0030]
  Claim 5According to the SQUID magnetometer, the feedback gain amount of the feedback current supplied to the feedback coil via the first voltage / current conversion circuit and the first feedback circuit and the second voltage / current are described. The feedback gain amount of the feedback current supplied to the feedback coil via the conversion circuit and the second feedback circuit is configured to be different.
[0032]
  Claim 6In the SQUID magnetometer described in 1), the second conversion means is configured to latch digital data corresponding to the DC voltage component and to drive the SQUID drive means for obtaining an output signal proportional to the weak magnetic field. Accordingly, the D / A converter has a conversion function of reading digital data corresponding to the latched DC voltage component and converting the digital data into an electric signal corresponding to the DC voltage component.
[0033]
According to the SQUID magnetometer of the present invention, as shown in FIG. 1, the direct current is based on the direct current offset magnetic flux detected through the detection coil 1a and the SQUID element 1b of the magnetic field measuring means 1 and output through the SQUID driving means 2. The electric signal including the voltage component is converted into digital data by the first conversion unit 3, and the digital data corresponding to the DC voltage component is extracted from the digital data by the extraction unit 4.
[0034]
The digital data corresponding to the extracted DC voltage component is latched by, for example, a latch circuit 5a of the second conversion means 5, and the digital data corresponding to the DC voltage component latched by the latch circuit 5a is converted into a conversion circuit. The electric signal corresponding to the DC voltage component is converted by 5b.
[0035]
Then, based on the electric signal corresponding to the DC voltage component converted by the conversion circuit 5b, the electric signal corresponding to the DC voltage component is converted into a magnetic flux for DC offset magnetic flux cancellation (for example, feedback means 6a). Feedback magnetic flux) is fed back to the SQUID element 1b.
[0036]
Therefore, for example, the DC offset magnetic flux applied to the SQUID element 1b based on the magnetic field generated from the external environment or the like is canceled by the feedback magnetic flux fed back from the feedback means 6a.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the SQUID magnetometer of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0038]
(First embodiment)
As a first embodiment relating to the SQUID magnetometer of the present invention, for example, a multi-channel (n-channel) type SQUID magnetometer for measuring a living body will be described below with reference to FIGS.
[0039]
As shown in FIGS. 2 and 3, the first channel CH1 in each measurement section (sensor array; first channel CH1 to nth channel CHn) of the SQUID magnetometer 11 is composed of an SQUID element 12 having two Josephson junctions and A detection coil 13 for detecting a weak magnetic field (measurement magnetic field) emitted from a living body, an input coil 14 for transmitting a magnetic flux Φs1 based on the measurement magnetic field detected by the detection coil 13 to the SQUID element 12, and a SQUID element 12, a current source 15 for supplying a bias current to 12, a driver circuit 16 having an amplifier (preamplifier) 16 a and an integrator 16 b for amplifying the voltage output from the SQUID element 12, and a voltage output from the integrator 16 b of this drive circuit 16 Signal Vout1 (the polarity of the voltage signal amplified and input by the amplifier 16a by the integrator 16b) A first feedback circuit 17 that converts the current into a current via a resistor 17a (impedance Zf0), for example, and flows it as a feedback current If1 to the feedback coil 17c via the feedback line 17b. The SQUID drive circuit 18 is provided, and is configured to give the SQUID element 12 a feedback magnetic flux Φf1 that cancels the change in the measured magnetic field by the feedback current If1 flowing in the feedback coil 17c. 2 and 3 show the configuration of only the first channel CH1, the other channels CH2 to CHn have the same configuration.
[0040]
That is, in each of the feedback circuits 17b of the second channel CH2 to the nth channel CHn, the measurement magnetic field Φs () is caused by flowing the feedback current If (2 to n) to the feedback coils 17c via the feedback lines 17b. A feedback magnetic flux Φf (2 to n) that cancels the change of 2 to n) is applied to each SQUID element 12.
[0041]
The SQUID element 12, the detection coil 13, the input coil 14, and the feedback coil 17c in each of the channels CH1 to CHn are accommodated in a dewar 20 filled with liquid helium, and the dewar 20 is moved to a bed (not shown). The biomagnetism emitted from the measurement point of the subject is measured by attaching it to the measurement point of the living body (subject) placed on the body.
[0042]
The operating point of the SQUID driving circuit 18 is set as follows. That is, in a state where the switch (SW1) of the integrator 16b is turned on to operate as a normal amplifier, the feedback loop switch (SW2) is turned off to make an open loop. In this state, while applying a periodic magnetic field and displaying the V-Φ characteristic (substantially sinusoidal waveform) with a measuring instrument such as an oscilloscope, the line with a steep slope in the V-Φ characteristic and the zero voltage line cross each other. By adjusting, the intermediate point is set as the operating point. During the operation of the SQUID driving circuit 18, SW2 is turned on to enter a feedback loop, and SW1 is turned off to operate the integrator 16b.
[0043]
On the other hand, a voltage signal Vout (1 to n) proportional to the feedback magnetic flux Φf (1 to n) output from each drive circuit 16 of each channel CH1 to CHn is sent to a filter circuit and an amplifier of a preprocessing unit (not shown). Then, after noise removal processing and amplification processing such as system noise and monochromatic noise included in the voltage signal Vout (1 to n) is performed, the signal is sent to an A / D converter (not shown). Then, after being converted to digital data via this A / D converter, it is sent to a data processing device such as a computer for various data processing (see FIG. 9).
[0044]
The SQUID magnetometer 11 of this configuration drives the SQUID drive circuit 18 before measuring the biomagnetism of the subject (for example, before attaching the dewar 20 to the measurement point of the subject placed on the bed). By performing (initial driving), a magnetic flux for canceling the DC offset magnetic flux based on the offset magnetic field detected by the detection coil 13 is fed back to the SQUID element 12.
[0045]
That is, each channel CH1 to CHn of the SQUID magnetometer 11 is integrated with the drive circuit 16 of each channel CH1 to CHn according to the DC offset magnetic flux based on the offset magnetic field detected by the detection coil 13 during the initial drive of the SQUID magnetometer 11. And a preprocessor circuit 25 that performs noise removal processing and amplification processing substantially equivalent to those of the preprocessing unit described above on the voltage signals Vo (1 to n) output from the output unit 16b.
[0046]
On the other hand, the SQUID magnetometer 11 is provided in common to the channels CH1 to CHn, and is digitally based on the voltage signals V′o (1 to n) output from the preprocessor circuits 25 of the channels CH1 to CHn. A digital signal processing circuit 26 for performing signal processing is provided.
[0047]
  The digital signal processing circuit 26 is output from each preprocessor circuit 25.Voltage signal V 'oFor example, an A / D converter 27 for converting (1 to n) into, for example, 8-bit digital data Do (1 to n), and digital data Do (1 to n) converted by the A / D converter 27 , An arithmetic processing unit {CPU (Central Processing Unit) that extracts (samples) only data Dd (1 to n) based on the DC voltage component (DC magnetic flux offset voltage component) generated by the DC offset magnetic flux Φo (1 to n). In accordance with digital data Dd (1 to n) based on a DC voltage component extracted by the CPU / DSP 28 and the CPU / DSP 28; The cutoff frequency in the noise removal processing of the preprocessor circuit 25 of each channel CH1 to CHn and the gain (Gain) in the amplification processing are determined. As well as respective adjustment, the digital data Dd based on the extracted DC voltage component (1 to n) and a digital control circuit (Digital control circuit) 29 which outputs to the respective channels CH1 through CHn.
[0048]
On the other hand, each channel CH1 to CHn of the SQUID magnetometer 11 holds (latches) digital data Dd (1 to n) based on the DC voltage component output from the digital control circuit 29 and then outputs the latch circuit (latch). 30 and digital data Dd (1 to n) based on the DC voltage component output from the latch circuit 30 is converted into an analog value (DC voltage signal) and output, for example, an 8-bit precision D / A converter (DAC) ) 31 and the DC voltage signal output from the DAC 31 are converted into a current (DC) by, for example, a resistor 32a (impedance Zf1) which is a voltage / current conversion circuit, and the converted current is converted into a feedback current Ifo (1 to n). ) As the second feed supplied to the feedback coil 17c via the feedback line 32b and the feedback line 17b. Tsu comprises click circuit 32 and respectively.
[0049]
The impedance Zf1 of the resistor 32a of the second feedback circuit 32 {or the gain of the feedback loop {if the mutual inductance of the feedback coil 17c and the SQUID element 12 is Mf, the feedback loop gain β1 = Mf / Zf1)} is: It is set in accordance with the impedance Zf0 of the resistor 17a of the first feedback circuit 17 (or the gain β0 = Mf / Zf0 of the feedback loop of the first feedback circuit 17), the amplification factor of the preprocessor circuit 25, etc. The impedance Zf1 and feedback loop gain β1 of 32a may be set to have the same value as the impedance Zf0 and feedback loop gain β0 of the resistor 17a, or may be set to have different values. Also good.
[0050]
As a preferred example, when the amplification factor of the preprocessor circuit 25 is 10 times and the impedance Zf0 of the resistor 17a of the first feedback circuit 17 is set to 10 k ohms, the impedance Zf1 of the resistor 32a is set to 100 k ohms.
[0051]
Next, the overall operation of the SQUID magnetometer 11 of this embodiment will be described. Since the operations of the channels CH1 to CHn in the SQUID magnetometer 11 are substantially the same, the operation of the first channel CH1 and the digital signal processing circuit 26 will be mainly described below.
[0052]
Before mounting the dewar 20 on the measurement point such as the brain of the subject and actually measuring the biomagnetism emitted from the measurement point with the subject to be measured placed on the bed, first, the SQUID magnetic flux A magnetic flux component (DC offset magnetic flux component) based on a constant offset magnetic field based on the environment around the total 11 and each component of the drive circuit SQUID drive circuit 18 is measured.
[0053]
That is, by initially driving the SQUID driving circuit 18 before the dewar 20 is mounted on the measurement point of the subject, the detection coil 13 of the first channel CH1 detects the magnetic flux including the above-described DC offset magnetic flux component Φo1.
[0054]
The magnetic flux including the DC offset magnetic flux component Φo1 detected by the detection coil 13 is transmitted via the input coil 14 to the SQUID element 12 in which a bias current flows from the current source 15 and a voltage is generated at the two Josephson junctions. Thus, a voltage based on the input magnetic flux is output from the SQUID element 12. The voltage output from the SQUID element 12 is amplified by the amplifier 16a and the integrator 16b of the drive circuit 16 in the SQUID drive circuit 18, and is output to the preprocessor circuit 25 as a voltage signal Vo1.
[0055]
The voltage signal Vo1 output to the preprocessor circuit 25 is subjected to noise removal processing such as system noise and monochromatic noise and amplification processing by the preprocessor circuit 25 and then sent to the A / D converter 27 of the digital signal processing circuit 26. And converted into digital data Do1.
[0056]
The digital data Do1 converted by the A / D converter 27 is sent to the CPU / DSP 28 for digital signal processing, and only the digital data Dd1 based on the DC voltage component generated from the DC offset magnetic flux Φo1 is extracted. .
[0057]
The digital data Dd1 based on the extracted DC voltage component is sent to the latch circuit 30 via the digital control circuit 29, latched by the latch circuit 30, and then sent to the DAC 31. The DAC 31 converts the digital data Dd1 based on the sent DC voltage component into an analog value, that is, a DC voltage signal generated from the DC offset magnetic flux Φo1. The DC voltage signal converted by the DAC 31 is sent to the resistor 32a of the second feedback circuit 32 and converted into a DC current. The converted DC current is fed back as a feedback current Ifo1 via the feedback line 17b to the first feedback. This is supplied to the feedback coil 17 c of the circuit 17.
[0058]
As a result, a feedback magnetic flux Φfo1 that cancels the DC offset magnetic flux component Φo1 is applied to the SQUID element 12, and the DC offset magnetic flux component Φo1 is canceled.
[0059]
In this way, the digital data Dd1 for generating the feedback magnetic flux Φfo1 for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1 is generated in the latch circuit 30 by initially driving the SQUID driving circuit 18 and canceling the DC offset magnetic flux component Φo1. Can be latched.
[0060]
Subsequently, in a state where the digital data Dd1 for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1 is latched in the latch circuit 30, the dewar 20 is attached to the measurement point of the subject, and the SQUID element 12 and the SQUID driving circuit 18 are driven again. The biomagnetism (measurement magnetic field) emitted from the measurement point is measured.
[0061]
That is, the biomagnetism (measurement magnetic field) emitted from the measurement point is detected as a magnetic flux by the detection coil 13, and the magnetic flux based on the measurement magnetic field is in a normal conduction state with a bias current flowing in advance by the current source 15. It is transmitted to the SQUID element 12 via the input coil 14.
[0062]
A voltage based on the input magnetic flux is output from the SQUID element 12, and this output voltage is amplified by the amplifier 16 a and the integrator 16 b of the amplifier circuit 16 in the SQUID driving circuit 18, and then the resistance of the first feedback circuit 17. The current is converted to a current via 17a and supplied to the feedback coil 17c via the feedback line 17b as the feedback current If1 of the first feedback circuit 17.
[0063]
On the other hand, in response to the re-driving of the SQUID driving circuit 18, the digital data Dd1 latched by the latch circuit 30 is output to the DAC 31, and is converted into a DC voltage signal generated from the DC offset magnetic flux Φo1 via the DAC 31. This DC voltage signal is converted into a DC current by the resistor 32a of the second feedback circuit 32, and supplied as a feedback current Ifo1 to the feedback coil 17c of the first feedback circuit 17 via the feedback line 32b and the feedback line 17b. Is done.
[0064]
That is, a feedback current If1 for canceling the magnetic flux Φs1 based on the measured magnetic field and a feedback current Ifo1 for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1 are superimposed and supplied to the feedback coil 17c of the first feedback circuit 17. Will be.
[0065]
As a result, feedback magnetic flux Φf1 and feedback magnetic flux Φfo1 are given to SQUID element 12 by feedback current If1, feedback current Ifo1 and feedback coil 17c, and magnetic flux Φs1 and DC offset magnetic flux Φo1 based on the measured magnetic field are canceled.
[0066]
Also in the other channels CH2 to CHn, the digital data Dd (2 to n) is latched in the latch circuits 30 by the initial driving of the SQUID driving circuit 18, and the latched digital data Dd (2 to n) is latched. ) Is read in response to the re-driving of the SQUID driving circuit 18 at the time of biomagnetism measurement, and the feedback current If (2 to n) is fed back through the DAC 31 and the resistor 32a of the second feedback circuit 32 as a feedback current If (2 To n) are respectively supplied to the feedback coil 17c of the first feedback circuit 17 so that the feedback magnetic flux Φf (2 to n) and the feedback magnetic flux Φfo (2 to n) are supplied to the SQUID elements 12 of the respective channels CH2 to CHn. The magnetic flux Φs (2 to n) and the DC offset magnetic flux Φo (2 to n) based on the measured magnetic field are Canceled.
[0067]
Therefore, the voltage signals Vout (1 to n) respectively output from the integrator 16 b of the drive circuit 16 in the SQUID drive circuit 18 of all the channels CH 1 to CH n include a DC magnetic flux offset voltage component based on the DC offset magnetic flux. Therefore, a DC voltage signal based on a very low frequency DC magnetic field signal emitted from the measurement point of the subject can be accurately measured regardless of the presence of the DC offset magnetic flux.
[0068]
Further, according to the SQUID magnetometer 11 of this configuration, the SQUID element 12 is adjusted by adjusting the feedback magnetic flux Φfo (1 to n) given to the SQUID element 12 using the digital signal processing circuit 26 common to the channels CH1 to CHn. Therefore, the SQUID magnetometer can be adjusted as compared with the case where a trimmer is installed for each channel CH1 to CHn to adjust the voltage value related to each feedback magnetic flux. 11 systems can be automated, and the size of the system can be reduced.
[0069]
In addition, although each channel CH1-CHn of the SQUID magnetometer 11 of this embodiment was separately provided with the latch circuit 30 and DAC31, this invention is not limited to this, As shown in FIG. A commercially available DAC 40 with a built-in latch function may be provided. That is, the DAC 40 of the first channel CH1 holds (latches) the digital data Dd1 based on the DC voltage component output from the digital control circuit 29 when the SQUID driving circuit 18 is initially driven, and the latched digital data Dd1 is converted into an analog value (DC voltage signal) and output. In actual measurement, the DAC 40 performs DC offset on the digital data Dd1 latched in response to the re-drive of the SQUID drive circuit 18. The DC voltage signal generated from the magnetic flux Φo1 is converted and output to the resistor 32a of the second feedback circuit 32. Further, the DAC 40 with a built-in latch function for the other channels CH2 to CHn performs substantially the same operation as the DAC 40 of the first channel CH1. In addition, since the other structure and effect | action are equivalent to 1st Embodiment (FIG.2 and FIG.3), the description is abbreviate | omitted.
[0070]
That is, according to the configuration of the present modification, the above-described DC offset magnetic flux canceling magnetic flux can be fed back while omitting the latch circuit in each of the channels CH1 to CHn, so that in addition to the effects described in the first embodiment. Thus, the components of the SQUID magnetometer can be reduced and the effective space in the magnetometer can be increased.
[0071]
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0072]
According to FIG. 5, the digital signal processing circuit 46 of the SQUID magnetometer 45 of the present embodiment uses the voltage signal V′o (1 to n) output from each preprocessor circuit 25 as, for example, 16-bit digital data Do (1 To n) and a DC voltage component generated by the DC offset magnetic flux Φo (1 to n) from the digital data Do (1 to n) converted by the A / D converter 27 a. CPU / DSP 28a for extracting only the data Dd (1-n) based on the signal, and noise removal processing of the preprocessor circuit 25 in accordance with the digital data Dd (1-n) based on the DC voltage component extracted by the CPU / DSP 28a The cut-off frequency and the amplification factor (gain) in the amplification process are respectively adjusted, and 16-bit digital data Dd (1) based on the extracted DC voltage component n) is divided into lower 8-bit digital data DL (1-n) and upper 8-bit digital data DM (1-n), and the digital data DL (1-n) and digital data DM (1- a digital control circuit (Digital control circuit) 47 for outputting n) to the corresponding channels CH1 to CHn.
[0073]
The first channel CH1 of the SQUID magnetometer 45 holds the first 8-bit digital data DdL1 output from the digital control circuit 47 and then outputs the first latch circuit (latch 1) 48. A second latch circuit (latch 2) 49 that outputs after holding (latching) the upper 8-bit digital data DM1 output from the digital control circuit 47, and an 8-bit output from the first latch circuit 48. A first D / A converter (DAC1) 50 having an 8-bit accuracy for converting the digital data DL1 into an analog value (DC voltage signal) corresponding to the lower 8-bit digital value and outputting it; and a second latch The 8-bit digital data DM1 output from the circuit 49 is converted into an analog value (DC voltage signal) corresponding to the upper 8-bit digital value. The second D / A converter (DAC2) 51 having an 8-bit accuracy to be output, the DC voltage signal output from the first DAC 50, and the DC voltage signal output from the second DAC 51 are Currents are converted into currents (direct current) by, for example, resistors 52a (impedance Zf2) and resistors 52b, which are current conversion circuits, and the converted currents (feedback current Ifa1 and feedback current Ifob1) are fed back via feedback line 52c and feedback line 17b. And a second feedback circuit 52 that supplies the feedback coil 17c.
[0074]
The impedance Zf2 of the resistor 52a of the second feedback circuit 32 and the gain β2 (= Mf / Zf2) of the feedback loop, the impedance Zf3 of the resistor 52b and the gain β3 of the feedback loop (= Mf / Zf3) are determined by the first feedback circuit 17. Is set according to the impedance Zf0 of the resistor 17a, the gain β0 of the feedback loop, the amplification factor of the preprocessor circuit 25, etc., for example, the impedance Zf2, the feedback loop gain β2, the impedance Zf3 of the resistor 52b, and the feedback loop gain β3. May be set to have the same value as the impedance Zf0 and the feedback loop gain β0 of the resistor 17a, or may be set to have different values. As a preferred example, when the amplification factor of the preprocessor circuit 25 is 10 times and the impedance Zf0 of the resistor 17a of the first feedback circuit 17 is set to 10 k ohms, the impedance Zf2 of the resistor 52a and the impedance Zf3 of the resistor 52b are both 100k. Set to ohms.
[0075]
The other channels CH2 to CHn in the SQUID magnetometer 45 have the same configuration as the first channel CH1 described above. Other constituent elements are the same as the constituent elements described in the first embodiment (FIG. 1), and thus description thereof is omitted.
[0076]
Next, the overall operation of the SQUID magnetometer 45 of this embodiment will be described. In the present embodiment, the operation of the first channel CH1 and the digital signal processing circuit 46 will be described as an example.
[0077]
According to the SQUID magnetometer of this configuration, the voltage signal Vo1 output from the SQUID drive circuit 18 is transmitted through the preprocessor circuit 25 by the same operation as that in the first embodiment during the initial drive of the SQUID drive circuit 18. After the removal process and the amplification process are performed, the signal is sent to the A / D converter 27a of the digital signal processing circuit 46 and converted into 16-bit digital data Do1. The digital data Do1 converted by the A / D converter 27a is sent to the CPU / DSP 28 for digital signal processing, and only 16-bit digital data Dd1 based on the DC voltage component generated from the DC offset magnetic flux Φo1 is obtained. Extracted. Digital data Dd1 based on the extracted DC voltage component is sent to the digital control circuit 29.
[0078]
At this time, the 16-bit digital data Dd1 is divided into lower 8-bit digital data DL1 and upper 8-bit digital data DM1 by the arithmetic control processing of the digital control circuit 29. The divided lower 8-bit digital data DL1 and upper 8-bit digital data DM1 are sent to and latched by the first latch circuit 48 and the second latch circuit 49, respectively. The lower 8-bit digital data DL1 latched by the first latch circuit 48 is sent to the first DAC 50, and the upper 8-bit digital data DM1 latched by the second latch circuit 49 is sent to the second DAC 51. Sent to.
[0079]
In the first DAC 50, the transmitted lower 8 bits of digital data DL1 are converted into a first DC voltage signal {DC voltage signal corresponding to the lower 8 bits (8 digits) of the digital data Dd1 generated from the offset magnetic flux Φo1}. In the second DAC 51, the transmitted upper 8 bits of digital data DM1 is the second DC voltage signal {DC voltage signal corresponding to the upper 8 bits (8 digits) of the digital data Dd1 generated from the offset magnetic flux Φo1}. Is converted to
[0080]
The first and second DC voltage signals converted by the first DAC 50 and the second DAC are respectively sent to the resistors 52a and 52b of the second feedback circuit 52 to be converted into DC currents, and these conversions are performed. The direct currents thus supplied are supplied to the feedback coil 17c of the first feedback circuit 17 through the feedback line 52c and the feedback line 17b as the feedback current Ifoa1 and the feedback current Ifob1, respectively.
[0081]
That is, the feedback current Ifa1 and the feedback current Ifob1 are combined and flow into the feedback coil 17c as the same feedback current Ifo1 as in the first embodiment, so that the feedback magnetic flux Φfo1 that cancels the DC offset magnetic flux component Φo1 is given to the SQUID element 12. The DC offset magnetic flux component Φo1 is cancelled. The operations of the other channels CH2 to CHn and the digital signal processing circuit 46 are equivalent to the operations of the first channel CH1 and the digital signal processing circuit 46. As a result, the feedback current Ifoa (2-n) and the feedback current Ifob ( 2 to n) are combined and flow to the feedback coil 17c as a feedback current Ifo (2 to n) similar to that of the first embodiment, thereby canceling the DC offset magnetic flux component Φo (2 to n). n) is applied to the SQUID element 12, and the DC offset magnetic flux component Φo (2 to n) is canceled.
[0082]
Accordingly, even during actual measurement, the above-described processing is performed based on the digital data DL (1-n) latched by the first latch circuit 48 and the digital data DM (1-n) latched by the second latch circuit 49. The magnetic flux Φs (1 to n) based on the measured magnetic field is canceled as the feedback current Ifo (1 to n) synthesized by the feedback current Ifa (1 to n) and the feedback current Ifob (1 to n) generated by the above processing. The feedback current If (1 to n) is superimposed on the feedback coil 17c so that the feedback current If (1 to n), the feedback current Ifo (1 to n), and the feedback coil 17c provide a feedback magnetic flux Φf (1 to n). n) and feedback magnetic flux Φfo (1 to n) are respectively applied to the SQUID element 12, and magnetic flux Φs (1 to n) and DC offset based on the measured magnetic field Bunch Φo (1~n) is canceled, respectively.
[0083]
As described above, according to this configuration, the digital control circuit 47 converts the 16-bit precision digital data Dd (1-n) into the lower 8-bit digital data DL (1-n) and the upper 8-bit digital data DM. (1 to n) and the divided digital data DL (1 to n) and DM (1 to n) are converted into D / D by two DACs (first DAC 50 and second DAC 51) having an 8-bit precision. By performing A conversion, the feedback magnetic flux Φfo (1 to n) obtained based on the digital data Dd ′ (1 to n) virtually having 16-bit precision is fed back to the feedback coil 17 c.
[0084]
That is, by using two 8-bit precision DACs, the CPU / DSP 28a can execute digital signal processing with high precision of 16-bit precision, and digital data Dd based on the DC voltage component generated from the DC offset magnetic flux Φo1. (1 to n) can be extracted with high accuracy.
[0085]
Therefore, in addition to the effects described in the first embodiment, the DC magnetic flux offset voltage component based on the DC offset magnetic flux can be detected and canceled with higher accuracy. In addition, since an 8-bit precision DAC has an inexpensive and simple configuration, the use of such an 8-bit precision DAC makes it possible to achieve 16-bit precision without increasing the cost and space of the entire SQUID magnetometer. Signal processing can be realized.
[0086]
In this embodiment, data processing with 16-bit accuracy is realized by using two 8-bit accuracy DACs. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of DACs may be used. For example, by using four 8-bit precision DACs, 32-bit precision data processing can be realized.
[0087]
In the first and second embodiments, the feedback current If1 for canceling the magnetic flux Φs1 based on the measured magnetic field is obtained from the first feedback circuit of each channel CH1 to CHn (hereinafter, the first channel CH1 will be described as a representative). By supplying the feedback coil 17c and the feedback current Ifo1 for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1 from the second feedback circuit to the feedback coil 17c, the feedback magnetic flux Φf1 and the feedback magnetic flux Φfo1 are given to the SQUID element 12. However, the present invention is not limited to this. For example, the feedback current If1 for canceling the magnetic flux Φs1 based on the measured magnetic field and the feedback current Ifo1 for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1 are added by an adder circuit (adder). Then, by supplying the added feedback current IfA1 to the feedback coil 17c, the feedback magnetic flux ΦfA1 {cancels the combined magnetic flux component of the magnetic flux Φs1 based on the measured magnetic field and the DC offset magnetic flux component Φo1 to the SQUID element 12. = Feedback magnetic flux Φf1 + feedback magnetic flux Φfo1}.
[0088]
For example, FIG. 6 is a diagram showing a configuration in which adders 55 are arranged in the respective channels CH1 to CHn of the SQUID magnetometer 45 of the second embodiment.
[0089]
According to FIG. 6, the feedback current If1 output from the resistor 17a of the first feedback circuit 17 in the first channel CH1 of the SQUID magnetometer 45A, the feedback current Ifoa1 output from the resistor 52a of the second feedback circuit 52, and The feedback current Ifob1 output from the resistor 52b is input to the adder 55, respectively.
[0090]
The adder 55 is configured to add and synthesize the input feedback current If1, feedback current Ifoa1, and feedback current Ifob1 and supply the resultant to the feedback coil 17c via the feedback line 56 as a combined feedback current IfA1. The adder 55 of the other channels CH2 to CHn is also configured and operated in the same manner as the adder 55 of the first channel CH1, and the other configuration and operation of the SQUID magnetometer 45A are the second embodiment. Since it is the same as the configuration and operation of the SQUID magnetometer 45 of the embodiment, the description thereof is omitted.
[0091]
That is, according to the SQUID magnetometer 45A of this configuration, the feedback current IfA1 output from the adder 55 of the first channel CH1 is the feedback current If1 for canceling the magnetic flux Φs1 based on the measured magnetic field and the feedback for canceling the DC offset magnetic flux component Φo1. Since this combined current IfA1 is supplied to the feedback coil 17c and the feedback magnetic flux ΦfA1 {= feedback magnetic flux Φf1 + feedback magnetic flux Φfo1} is applied to the SQUID element 12 because of the combined current with the current Ifo1 (= Ifoa1 + Ifob1). The combined magnetic flux component of the magnetic flux Φs1 and the DC offset magnetic flux component Φo1 based on the magnetic field can be canceled. The feedback currents IfA (2 to n) output from the adders 55 of the second channel CH2 to the nth channel CHn are also supplied to the feedback coils 17c of the corresponding channels CH2 to CHn, respectively, to the respective SQUID elements 12. Feedback magnetic flux ΦfA (2 to n) {= feedback magnetic flux Φf (2 to n) + feedback magnetic flux Φfo (2 to n)}, respectively, and magnetic flux Φs (2 to n) based on the measured magnetic field and DC offset magnetic flux component The combined magnetic flux component with Φo (2 to n) can be canceled.
[0092]
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0093]
According to FIG. 7, the first channel CH1 of the SQUID magnetometer 60 of the present embodiment is replaced with the drive circuit 16 and the preprocessor instead of the second feedback circuit 32 in the configuration of the modification of the first embodiment (FIG. 4). An adder 61 that is arranged between the circuit 25A and adds the voltage signal output from the integrator 16b of the drive circuit 16 and the DC voltage signal output from the DAC 40 and outputs the result to the preprocessor circuit 25A. Have. The other channels CH2 to CHn each have an adder 61 disposed between the drive circuit 16 and the preprocessor circuit 25A instead of the second feedback circuit 32. In addition, since the other structure of the SQUID magnetometer 60 is equivalent to the structure of the SQUID magnetometer 11A of the modification of 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted.
[0094]
Next, the overall operation of the SQUID magnetometer 60 of this embodiment will be described. Since the operations of the channels CH1 to CHn in the SQUID magnetometer 60 are substantially the same, the operation of the first channel CH1 and the digital signal processing circuit 26 will be mainly described below.
[0095]
As in the first embodiment, the voltage output via the SQUID element 12 based on the magnetic flux including the DC offset magnetic flux component Φo1 detected by the detection coil 13 by initially driving the SQUID drive circuit 18 is The signal is amplified by the amplifier 16a and the integrator 16b and sent to the digital signal processing circuit 26 through the adder 61 and the preprocessor circuit 25 as a voltage signal Vo1. The digital signal processing circuit 26 extracts only the digital data Dd1 based on the DC voltage component generated from the DC offset magnetic flux Φo1 and sends it to the DAC 40. The digital data Dd1 based on the DC voltage component sent to the DAC 40 is latched by the DAC 40. The latched digital data Dd1 is converted into a DC voltage signal generated only from the DC offset magnetic flux Φo1 by the DAC 40, and is output to the adder 61 as a feedback voltage signal.
[0096]
At this time, the adder 61 adds the voltage signal based on the magnetic flux including the DC offset magnetic flux component Φo1 sent from the drive circuit 16 and the feedback voltage signal sent from the DAC 40.
[0097]
That is, since the voltage signal Vo1 based on the magnetic flux including the DC offset magnetic flux component Φo1 and the feedback voltage signal Vf1 generated only from the DC offset magnetic flux Φo1 are added, the voltage signal output from the adder 61 is the DC offset magnetic flux component. The DC magnetic flux offset voltage Vof1 based on Φo1 is a canceled signal.
[0098]
In this way, the SQUID drive circuit 18 is initially driven to cancel the DC magnetic flux offset voltage component Vof1 based on the DC offset magnetic flux component Φo1, thereby generating a feedback voltage signal Vf1 that cancels the DC magnetic flux offset voltage component Vof1. The digital data Dd1 can be latched in the DAC 40.
[0099]
Subsequently, in the state where the digital data Dd1 for canceling the DC magnetic flux offset voltage component Vof1 is latched in the DAC 40, biomagnetism measurement from the measurement point of the subject is executed as in the first embodiment.
[0100]
That is, the magnetic flux based on the measured magnetic field detected by the detection coil 13 is output as a voltage via the SQUID element 12, and this output voltage is amplified after being amplified by the amplifier 16a and the integrator 16b of the SQUID driving circuit 18. The current is converted into a current through the resistor 17a of the first feedback circuit 17 and supplied as the feedback current If1 of the first feedback circuit 17 to the feedback coil 17c through the feedback line 17b. As a result, the feedback magnetic flux Φf1 that cancels the measurement magnetic field change is given to the SQUID element 12 by the feedback current If1 flowing in the feedback coil 17c.
[0101]
On the other hand, the digital data Dd1 latched by the DAC 40 is converted into a DC voltage signal generated only from the DC offset magnetic flux Φo1 in response to the re-driving of the SQUID driving circuit 18, and sent to the adder 61 as a feedback voltage signal Vf1.
[0102]
At this time, a voltage signal (voltage signal based on the measured magnetic flux Φs1) Vout1a proportional to the feedback magnetic flux Φf1 including the DC magnetic flux offset voltage component Vof1 is also sent to the adder 61. Therefore, the voltage signal Vout1a sent by the adder 61 and The feedback voltage signal Vf1 generated only from the DC offset magnetic flux Φo1 is added.
[0103]
As a result, the voltage signal Vout1 output from the adder 61 is a feedback voltage generated only from the DC offset magnetic flux Φo1 from the voltage signal Vout1a (voltage signal based on the measured magnetic flux Φs) proportional to the feedback magnetic flux Φf1 including the DC magnetic flux offset voltage component Vof1. The signal Vf1 is a canceled signal.
[0104]
Also in the other channels CH2 to CHn, the digital data Dd (2 to n) is latched in each DAC 40 by the initial driving of the SQUID driving circuit 18, and the latched digital data Dd (2 to n) is SQUID. The feedback voltage signal Vf (2-n) generated only from the DC offset magnetic flux Φo (2-n) in response to the re-driving of the drive circuit 18 is added to the adder 61 together with the voltage signal Vout (1-n) a based on the measured magnetic flux Φs. The voltage signals Vout (2 to n) output from each adder 61 are respectively sent to voltage signals (measurement magnetic fluxes) proportional to the feedback magnetic flux Φf (2 to n) including the DC magnetic flux offset voltage component Vof (2 to n). Voltage signal based on Φs (2 to n)) Vout (2 to n) a is a signal canceled from feedback voltage signal Vf (2 to n) generated only from DC offset magnetic flux Φo (2 to n). There.
[0105]
Therefore, the voltage signals Vout (1 to n) output from the adders 61 of the channels CH1 to CHn do not include a DC magnetic flux offset voltage component based on the DC offset magnetic flux, so that regardless of the presence of the DC offset magnetic flux. It is possible to accurately measure a DC voltage signal based on a very low frequency DC magnetic field signal emitted from a measurement point of the subject.
[0106]
In the present embodiment, the DAC 40 with a built-in latch function is used. However, the latch circuit 30 and the DAC 31 shown in FIG.
[0107]
In the present embodiment, it is also possible to provide a buffer amplifier and a gain adjustment circuit for adjusting the gain of the feedback voltage signal output from the DAC 40 at the output stage of the DAC 40 (between the DAC 40 and adder 61).
[0108]
By the way, the CPU / DSPs 28 and 28a of the digital signal processing circuit in each of the above-described embodiments are configured such that the DC voltage component (DC magnetic flux offset voltage component) generated from the digital data Do (1 to n) by the DC offset magnetic flux Φo (1 to n). Only the data Dd (1 to n) based on the above) is extracted, but the reference value data (threshold data etc.) of the digital signal processing is input to the CPU / DSP 28, 28a from an input device (not shown) through an operator or the like. ), And the CPU / DSP 28, 28a may extract the data Dd (1 to n) according to the input external reference signal data. With this configuration, the digital signal processing of the CPU / DSP 28, 28a is performed more quickly, and the entire biomagnetic measurement time is shortened.
[0109]
Further, in the modified example of the first embodiment and the SQUID magnetometer of the third embodiment, the digital signal processing circuit and the DAC with a built-in latch function are used, but the present invention is not limited to this. It is also possible to use a DAC incorporating both the functions of the digital signal processing circuit and the latch function described above. The digital signal processing circuit is composed of an A / D converter, a CPU / DSP, and a digital control circuit, but it is composed of an A / D converter and a CPU / DSP having the functions of the digital control circuit. Is also possible.
[0110]
Furthermore, in the SQUID magnetometer of each embodiment described above, a preprocessor circuit that performs noise removal processing and amplification processing on the voltage signal output from the integrator 16b of the driving circuit 16 is used. The present invention is not limited, and a high-pass filter (HPF) for picking up only the DC voltage component from the voltage signal output from the integrator 16b of the drive circuit 16 may be used.
[0111]
Furthermore, in the SQUID magnetometer of each of the embodiments described above, the signal from the previous stage (integrator 16b or adder 61) of the preprocessor circuit is sent to the data processing device via a preprocessing unit and an A / D converter (not shown). However, the present invention is not limited to this, and the output of the preprocessor circuit may be sent directly to the data processing device via the A / D converter. If comprised in this way, since a pre-processing part will become unnecessary, the circuit structure of a SQUID magnetometer will be reduced in size.
[0112]
In the SQUID magnetometers of the first to second embodiments, the feedback current for canceling the DC offset magnetic flux sent from the second feedback circuit and the feedback current for canceling the magnetic flux based on the measured magnetic field are used as a common feedback coil 17c. However, the present invention is not limited to this. The feedback for supplying the feedback current for canceling the DC offset magnetic flux is provided separately from the feedback coil 17c for supplying the feedback current for canceling the magnetic flux based on the measured magnetic field. A coil may be installed.
[0113]
On the other hand, in the SQUID magnetometer of each of the embodiments described above, a DOIT type SQUID driving circuit is used as the SQUID driving circuit, but the present invention is not limited to this, and an FLL circuit can also be used. .
[0114]
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the SQUID element 12 driving portion when an FLL circuit is used as the SQUID driving circuit. According to FIG. 8, the FLL circuit 70 converts an excitation signal (rectangular wave voltage signal) output from the oscillator 71 and the oscillator 71 into a current through the feedback line 72 and flows it through the feedback coil 73 to send the SQUID element. 12, an amplifier 74 that amplifies the voltage output from the SQUID element 12 based on the magnetic flux Φs by the measurement magnetic field in a state where the modulation magnetic flux Φm is applied, and the voltage signal output from the amplifier 74 is output from the oscillator 71. A synchronous detection circuit 75 that multiplies an excitation signal (rectangular wave voltage signal) proportional to the modulated magnetic flux Φm and extracts a voltage signal Vout including only the frequency of the measured magnetic field Φs from the multiplied signal by a low-pass filter. The voltage signal Vout taken out by the synchronous detection circuit 75 is converted into a current having a reverse polarity and the feedback signal is By passing the feedback coil 73 via 72, adapted to provide a feedback magnetic flux Φf counteract measuring magnetic flux Φs respect SQUID element 12.
[0115]
Even if the above-described FLL circuit is used as the SQUID driving circuit in the first to third embodiments, no change is made to the main part of the present invention, so that it is equivalent to the operation described in the first to third embodiments. The same effect can be obtained by performing the above operation.
[0116]
【The invention's effect】
As described above, according to the SQUID magnetometer of the present invention, the digital data corresponding to the DC voltage component based on the DC offset magnetic flux extracted from the signal output from the SQUID element via the SQUID driving means is converted to the DC voltage component. The converted electric signal is fed back to the SQUID element as a magnetic flux for canceling DC offset magnetic flux (feedback magnetic flux) (or the converted electric signal is fed back to the output of the SQUID driving means as a feedback signal). Thus, the DC offset magnetic flux applied to the SQUID element based on the magnetic field generated from the external environment or the like is canceled by the feedback magnetic flux (or feedback signal).
[0117]
Therefore, since the output signal proportional to the weak magnetic field at the measurement point output from the SQUID element via the SQUID driving means does not include an electric signal including a DC voltage component based on the DC offset magnetic flux, It is possible to accurately measure a DC voltage signal based on, for example, a very low frequency DC magnetic field signal emitted from a measurement point regardless of the DC voltage component based thereon. As a result, the SQUID magnetometer can also be applied to measure the above-described very low frequency DC magnetic field signal, and the measurement application range and measurement accuracy of the SQUID magnetometer can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram corresponding to claims relating to a SQUID magnetometer of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a SQUID magnetometer according to the first embodiment of the present invention.
3 is a diagram showing a configuration of a SQUID element driving portion of the DOIT type SQUID driving circuit in FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of a SQUID magnetometer according to a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a SQUID magnetometer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a SQUID magnetometer according to a modification of the second embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a SQUID magnetometer according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a SQUID element driving portion by an FLL circuit.
FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional SQUID magnetometer.
FIG. 10A is a diagram showing a V-Φ characteristic in an SQUID magnetometer using a DOIT type SQUID driving circuit, an operating point determined on the V-Φ characteristic, and an offset magnetic flux with respect to the operating point. FIG. 6B is a diagram showing a V-Φ characteristic in an SQUID magnetometer using an FLL circuit, an operating point determined on the V-Φ characteristic, and an offset magnetic flux with respect to the operating point.
[Explanation of symbols]
11, 11A, 45, 45A SQUID magnetometer
12 SQUID element
13 Detection coil
14 Input coil
15 Current source
16 Drive circuit
17 First feedback circuit
17a resistance
17b, 32b, 56 Feedback line
17c Feedback coil
18 SQUID drive circuit
25, 25A preprocessor circuit
26, 46 Digital signal processing circuit
27, 27a A / D converter
28, 28a CPU / DSP
29, 47 Digital control circuit
30 Latch circuit
31, 40 DAC
32 Second feedback circuit
32a, 52a, 52b resistance
48 First latch circuit
49 Second latch circuit
50 First DAC
51 Second DAC
55, 61 adder

Claims (6)

測定対象の測定ポイントから発せられる微弱磁場を検出可能な検出コイル及びこの検出コイルにより検出された磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を有する磁場測定手段と、
前記ＳＱＵＩＤ素子から出力された電気信号を磁束として当該ＳＱＵＩＤ素子にフィードバックすることにより前記電気信号を前記微弱磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、
前記ＳＱＵＩＤ駆動手段は、前記ＳＱＵＩＤ素子に近接して配置されたフィードバックコイルおよび前記駆動回路の積分器から出力された電圧信号を電流に変換する第１の電圧／電流変換回路を有し、この第１の電圧／電流変換回路により変換された電流をフィードバック電流として前記フィードバックコイルに供給する第１のフィードバック回路とを備えており、さらに、
前記検出コイルを前記測定ポイントから離間させて配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号をディジタルデータに変換する第１の変換手段と、
この第１の変換手段により変換されたディジタルデータから前記直流電圧成分に対応するディジタルデータを抽出し、抽出した直流電圧成分に対応するディジタルデータを複数のビットデータに分割して出力する抽出手段と、
前記複数のビットデータをそれぞれラッチする複数のラッチ回路と各ラッチ回路でそれぞれラッチされたビットデータを読み出してそれぞれ前記直流電圧成分に対応する電流に変換する複数の第２の電圧／電流変換回路とを備えた第２の変換手段と、
この第２の電圧／電流変換回路により変換された電流をそれぞれフィードバック電流とした前記フィードバックコイルに供給する第２のフィードバック回路を備え、前記第２の変換手段により変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて前記微弱磁場に比例した出力信号に含まれる直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分をキャンセルするキャンセル手段とを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。Magnetic field measuring means having a detection coil capable of detecting a weak magnetic field emitted from a measurement point to be measured and a SQUID element (superconducting quantum interference element) that outputs an electric signal in accordance with a magnetic flux based on the magnetic field detected by the detection coil When,
In a SQUID magnetometer comprising: a SQUID driving unit that feeds back an electric signal output from the SQUID element as a magnetic flux to the SQUID element so that the electric signal is an output signal proportional to the weak magnetic field.
The SQUID driving means includes a feedback coil disposed in proximity to the SQUID element and a first voltage / current conversion circuit that converts a voltage signal output from the integrator of the driving circuit into a current. A first feedback circuit that supplies the current converted by the first voltage / current conversion circuit to the feedback coil as a feedback current; and
First conversion means for converting an electric signal including a DC voltage component based on a DC offset magnetic flux output from the SQUID driving means in a state where the detection coil is arranged away from the measurement point into digital data;
Extracting means for extracting digital data corresponding to the DC voltage component from the digital data converted by the first converting means , dividing the digital data corresponding to the extracted DC voltage component into a plurality of bit data, and outputting the divided data; ,
A plurality of latch circuits for latching the plurality of bit data, and a plurality of second voltage / current conversion circuits for reading the bit data latched by the respective latch circuits and converting them into currents corresponding to the DC voltage components, respectively A second conversion means comprising:
A second feedback circuit for supplying the current converted by the second voltage / current conversion circuit to the feedback coil as a feedback current, and corresponding to the DC voltage component converted by the second conversion means; A SQUID magnetometer, comprising: canceling means for canceling a DC voltage component based on a DC offset magnetic flux included in an output signal proportional to the weak magnetic field based on an electric signal. 前記微弱磁場に比例した出力信号は、前記磁場測定手段の検出コイルを前記測定ポイントに近接して配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段を駆動させることにより上記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された電気信号であることを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。 The output signal proportional to the weak magnetic field is an electric signal output from the SQUID driving unit by driving the SQUID driving unit in a state where the detection coil of the magnetic field measuring unit is arranged close to the measurement point. The SQUID magnetometer according to claim 1. 前記第２のフィードバック回路は前記第１のフィードバック回路の第１の電圧電流変換回路により変換されたフィードバック電流及び前記複数の電圧／電流変換回路により変換された各フィードバック電流を加算する加算手段を有し、当該加算回路から出力された加算フィードバック電流を前記フィードバックコイルに供給するようにした請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。The second feedback circuit has adding means for adding the feedback current converted by the first voltage-current converter circuit of the first feedback circuit and each feedback current converted by the plurality of voltage / current converter circuits. The SQUID magnetometer according to claim 1 , wherein the addition feedback current output from the addition circuit is supplied to the feedback coil. 前記変換回路はＤ／Ａ変換器であり、前記第１の電圧／電流変換回路及び第２の電圧／電流変換回路は抵抗である請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。The SQUID magnetometer according to claim 1, wherein the conversion circuit is a D / A converter, and the first voltage / current conversion circuit and the second voltage / current conversion circuit are resistors. 前記第１の電圧／電流変換回路及び前記第１のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量と前記第２の電圧／電流変換回路及び前記第２のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量とを異なるように構成した請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。A feedback gain amount of a feedback current supplied to the feedback coil via the first voltage / current conversion circuit and the first feedback circuit, and the second voltage / current conversion circuit and the second feedback circuit; The SQUID magnetometer according to claim 1, wherein the feedback gain amount of the feedback current supplied to the feedback coil is configured to be different. 前記第２の変換手段は、前記直流電圧成分に対応するディジタルデータをラッチする機能と、前記微弱磁場に比例した出力信号を得るための前記ＳＱＵＩＤ駆動手段の駆動に応じて前記ラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータを読み出して前記直流電圧成分に対応する電気信号に変換する変換機能とを有するＤ／Ａ変換器である請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。The second conversion means has a function of latching digital data corresponding to the DC voltage component and the DC voltage latched according to driving of the SQUID driving means for obtaining an output signal proportional to the weak magnetic field. 2. The SQUID magnetometer according to claim 1 , which is a D / A converter having a conversion function of reading digital data corresponding to a component and converting the digital data into an electric signal corresponding to the DC voltage component.
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