JPH07226598A - 磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置 - Google Patents
磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置Info
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- JPH07226598A JPH07226598A JP6050043A JP5004394A JPH07226598A JP H07226598 A JPH07226598 A JP H07226598A JP 6050043 A JP6050043 A JP 6050043A JP 5004394 A JP5004394 A JP 5004394A JP H07226598 A JPH07226598 A JP H07226598A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明による磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及
び磁気遮蔽装置によって筒の軸に垂直な磁界に対する遮
蔽効果を筒の軸方向の磁界に対する遮蔽効果と同程度ま
で高めて、超伝導体磁気シールド容器の欠点を改善でき
る。 【構成】本発明は、筒状開口部の筒状超伝導体磁気シー
ルド容器内部に容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体
を多数積層したものである。
び磁気遮蔽装置によって筒の軸に垂直な磁界に対する遮
蔽効果を筒の軸方向の磁界に対する遮蔽効果と同程度ま
で高めて、超伝導体磁気シールド容器の欠点を改善でき
る。 【構成】本発明は、筒状開口部の筒状超伝導体磁気シー
ルド容器内部に容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体
を多数積層したものである。
Description
【産業上の利用分野】本発明は、磁気遮蔽容器、磁界検
出コイル及び磁気遮蔽装置に係り、特に高感度ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計による脳磁界計測のための磁気遮蔽容器、磁界
検出コイル及び磁気遮蔽装置に関する。
出コイル及び磁気遮蔽装置に係り、特に高感度ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計による脳磁界計測のための磁気遮蔽容器、磁界
検出コイル及び磁気遮蔽装置に関する。
【本発明と従来技術との比較】表１を使用して、数学的
かつ数量的に本発明と従来の磁気遮蔽容器、磁界検出コ
イルとの比較の説明を後記する。
かつ数量的に本発明と従来の磁気遮蔽容器、磁界検出コ
イルとの比較の説明を後記する。
【発明が解決しようとする課題】従来、高感度ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計による脳磁界計測装置では、高透磁率磁性体に
よる磁気雑音装置が用いられてきた。しかし、高透磁率
磁性体による磁気遮蔽装置では、脳磁界計測で重要な数
ヘルツ以下の低周波数磁気雑音の遮蔽が困難であった。
この欠点を解決する手段として零透磁率の超伝導体磁気
シールド容器が用いられている。しかし、筒状態の高温
超伝導体磁気シールド容器では、筒の軸方向の磁界に対
する遮蔽効果に比べて、筒の軸に垂直な磁界に対する遮
蔽効果が数桁も悪く、後者に合わせた軸長の極めて長い
超伝導体磁気シールド容器が必要であった。
Ｄ磁束計による脳磁界計測装置では、高透磁率磁性体に
よる磁気雑音装置が用いられてきた。しかし、高透磁率
磁性体による磁気遮蔽装置では、脳磁界計測で重要な数
ヘルツ以下の低周波数磁気雑音の遮蔽が困難であった。
この欠点を解決する手段として零透磁率の超伝導体磁気
シールド容器が用いられている。しかし、筒状態の高温
超伝導体磁気シールド容器では、筒の軸方向の磁界に対
する遮蔽効果に比べて、筒の軸に垂直な磁界に対する遮
蔽効果が数桁も悪く、後者に合わせた軸長の極めて長い
超伝導体磁気シールド容器が必要であった。
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、筒状
開口部の筒状超伝導体磁気シールド容器内部に、容器の
内壁と同形環状の高透磁率磁性体を多数積層することに
よって、筒の軸に垂直な磁界に対する遮蔽効果を筒の軸
方向の磁界に対する遮蔽効果と同じ程度まで高めて、超
伝導体磁気シールド容器の欠点を改良できる。磁気シー
ルド容器の長さが同じ場合、筒の軸と垂直な磁界に対す
る遮蔽効果は数百倍改善する。言い換えれば、従来装置
のほとんど半分の長さの磁気シールド容器で同じ性能が
期待され、製造コストの低減が可能である。本発明は、
超伝導体磁気シールドをベースとしており、高透磁率磁
性体による磁気遮蔽装置のように数ヘルツ以下の低周波
数磁気雑音の遮蔽が悪いという欠点もない。指数関数的
差動型検出コイルは、このようなシールド装置内部で、
環境磁気から脳磁界だけを検出する方法を提供する。
開口部の筒状超伝導体磁気シールド容器内部に、容器の
内壁と同形環状の高透磁率磁性体を多数積層することに
よって、筒の軸に垂直な磁界に対する遮蔽効果を筒の軸
方向の磁界に対する遮蔽効果と同じ程度まで高めて、超
伝導体磁気シールド容器の欠点を改良できる。磁気シー
ルド容器の長さが同じ場合、筒の軸と垂直な磁界に対す
る遮蔽効果は数百倍改善する。言い換えれば、従来装置
のほとんど半分の長さの磁気シールド容器で同じ性能が
期待され、製造コストの低減が可能である。本発明は、
超伝導体磁気シールドをベースとしており、高透磁率磁
性体による磁気遮蔽装置のように数ヘルツ以下の低周波
数磁気雑音の遮蔽が悪いという欠点もない。指数関数的
差動型検出コイルは、このようなシールド装置内部で、
環境磁気から脳磁界だけを検出する方法を提供する。
【実施例】零、高、混合透磁率磁気遮蔽容器のモード解
析を以下に示す。先ず、図１に示すような、従来の円筒
形磁気遮蔽容器について扱う。透磁率が全く零と、高い
透磁率の場合の解析をする。円筒座標（γ，φ，ｚ），
ｘ＝γｃｏｓφ．ｙ＝γｓｉｎφを使う・円筒形遮蔽容
器の内面がγ＝Ｒにあるとする。開口部がｚ＝０にあ
り、円筒部と同じ材質の平らな面が、円筒の長さ（高
さ）ｚ＝Ｚの位置にあるとする。ベッセル関数をＪｎと
書く。ＪｎとＪ’ｎのｍ番目の正の零をｊｎ，ｍ，ｊ’
ｎ，ｍと書く。すなわち、Ｊｎ（ｊｎ，ｍ）＝０，Ｊ’
ｎ（ｊ’ｎ，ｍ）＝０，ｊｎ，１＜ｊｎ，２・・・；
ｊ’ｎ，１＜ｊ’ｎ，２・・・である。ラプラス演算子
（二次元および三次元）をΔ３＝Δ２＋∂２／∂ｚ ２と
し、 である。Ψを、周囲の磁場をＨ＝ｇｒａｄΨで与えるス
カラーポテンシャルとする。遮蔽容器内では磁気の源が
ないので、 、となる。Ψｋを（２．１）の特殊解として、変数分離
した形 Ψｋ＝Ｆｋ（ｘ．ｙ）Ｇｋ（ｚ）を取る。ここ
でＫ＝０，１，２，．．．は表に示す順番である。ΔΨ
ｋ＝０は次のふたつの方程式に分かれる： ここで１／λｋ ２は正の実数の分離定数で、境界条件か
ら決まる。式（２，２）はヘルムホルツ方程式として知
られ、はモード関数と呼ばれる。モードの解析はヘル
ムホルツ方程式が同じなので、マイクロ波導波管と本質
的に同じである。（２．３）の一般解は という形をとる。ここでＡ（振幅）とρ（正負の指数関
数の比）は定数である。零透磁率の場合、ｚ＝Ｚに於け
る境界条件∂Ψｋ／∂ｚ＝０（ノルマン条件）は を与える。高透磁率の場合、透磁率が充分に大きいか、
または物質が非等方的であるとして、ｚ＝ＺにおいてＧ
ｋ＝０になるとする。この場合には、 となる。どちらの場合でも｜ρ｜はＺともに指数関数的
に減少する。円筒の高さＺが十分に大きいと仮定し、そ
のため｜ρ｜が無視できるほど小さいとする。すると開
口部付近（ｚ＜＜Ｚ）でＧｋはｅｘｐ（−ｚ／λｋ）に
比例する。そのためλｋは第Ｋモードの侵入の深さと呼
ばれる。（２．１）一般解Ψは係数をＣｋとしてモード
展開できる： これらのモードのうちで、侵入の深さが最も深いものを
λｍａｘとすると、これがｚ方向の減衰が最も遅いもの
となり、遮蔽の有効性がλｍａｘに支配される。ただ
し、そのモードのＣｋ．ｍａｘが他のＣｋ’Ｓと比べて
あまり小さくないとする。 となる。但し、「ｃｓ」とは「ｃｏｓ」か「ｓｉｎ」の
どちらかを表す。モードはｎ≧０とｍ≧１の二つの添え
字で指定される。ｎはφ方向、ｍはｒ方向の節の数を意
味している。零透磁率の場合（以下該当する量の前に
「Ｚ」を付ける）、境界条件は、境界面上で面に ＨＮ＝Ｈｒ＝∂Ψｋ／∂ｒ＝０ ａｔｒ＝Ｒとなり、そ
れは、 を与える。高透磁率の場合（「Ｈ」を前に付ける）、物
質の透磁率が十分に高く、そのためポテンシャルΨが遮
蔽の境界上で零になるとする。具体的に、円筒ではこの
条件は、 を与える。（２．６Ｚ）又は（２．６Ｈ）を満たすモー
ドのそれぞれに対して、順番Ｋを表１で与えられる 」は（２．６Ｚ）と（２．６Ｈ）に対応している。次
に、混合透磁率（「Ｍ」を前に付ける）を持った新しい
型を扱う。図２に於いて、ピッチ間隔ｐがλｋに比べて
十分に小さいとすると、連続近似が成り立つ。透磁率が
十分に高いとし、そのため円筒面上で周囲に沿った成分
Ｈｃが消えるとする。 特に、円筒では（２．７）は となり、（２，６Ｚ）に於いてｎ＝０以外のモードは全
て除外される。表面上の垂直成分Ｈｎは恒等的に零とな
る必要はない。しかし、高透磁率層と円柱に囲まれてい
るので、層に流れ込む正味の磁束は消えるはずである。
これは次のような周囲（Ｃ）積分に沿った線積分（線素
ｄｓ）で表すことができる： 特に、円筒では、（２．６Ｈ）に於いてＪｏモードは除
外される。（２．７）と（２．８）のふたつの条件を満
たすモードは表１で「Ｍ」の欄に示される。各型に対し
てλの最大値は、 となる。このように、λｍａｘは混合透磁率法「Ｍ」を
使えば短くすることができる。磁界の縦横性「Ｌ／Ｔ」
の性質の相違やλ３＝λ４の値の縮退も、注目に値す
る。次に、筒伏の遮蔽体の断面を辺がｘ＝±ａとｙ＝±
ｂにある長方形としよう。ｘ軸 が長方形の長い方の辺
に沿うように、つまりａ≧ｂとする。長方形のときに
は、λ’’のように「’’」を付け、正方形つまりａ＝
ｂのときには「’」を付けることにする。モード関数 Ｆ’’ｍ，ｎを次の４つの関数の線形結合とする： Ｚ／Ｈの場合の境界条件は を与える。Ｍ（混合透磁率）の場合、簡単のため、ａ＝
ｂ（正方形）を考えよう。境界条件から が出る。正方形に対する（２，９）と同様の式は である。このように、混合透磁率法を用いてλを短くす
ることは、円筒断面に限らず正方形でも実現できる。
析を以下に示す。先ず、図１に示すような、従来の円筒
形磁気遮蔽容器について扱う。透磁率が全く零と、高い
透磁率の場合の解析をする。円筒座標（γ，φ，ｚ），
ｘ＝γｃｏｓφ．ｙ＝γｓｉｎφを使う・円筒形遮蔽容
器の内面がγ＝Ｒにあるとする。開口部がｚ＝０にあ
り、円筒部と同じ材質の平らな面が、円筒の長さ（高
さ）ｚ＝Ｚの位置にあるとする。ベッセル関数をＪｎと
書く。ＪｎとＪ’ｎのｍ番目の正の零をｊｎ，ｍ，ｊ’
ｎ，ｍと書く。すなわち、Ｊｎ（ｊｎ，ｍ）＝０，Ｊ’
ｎ（ｊ’ｎ，ｍ）＝０，ｊｎ，１＜ｊｎ，２・・・；
ｊ’ｎ，１＜ｊ’ｎ，２・・・である。ラプラス演算子
（二次元および三次元）をΔ３＝Δ２＋∂２／∂ｚ ２と
し、 である。Ψを、周囲の磁場をＨ＝ｇｒａｄΨで与えるス
カラーポテンシャルとする。遮蔽容器内では磁気の源が
ないので、 、となる。Ψｋを（２．１）の特殊解として、変数分離
した形 Ψｋ＝Ｆｋ（ｘ．ｙ）Ｇｋ（ｚ）を取る。ここ
でＫ＝０，１，２，．．．は表に示す順番である。ΔΨ
ｋ＝０は次のふたつの方程式に分かれる： ここで１／λｋ ２は正の実数の分離定数で、境界条件か
ら決まる。式（２，２）はヘルムホルツ方程式として知
られ、はモード関数と呼ばれる。モードの解析はヘル
ムホルツ方程式が同じなので、マイクロ波導波管と本質
的に同じである。（２．３）の一般解は という形をとる。ここでＡ（振幅）とρ（正負の指数関
数の比）は定数である。零透磁率の場合、ｚ＝Ｚに於け
る境界条件∂Ψｋ／∂ｚ＝０（ノルマン条件）は を与える。高透磁率の場合、透磁率が充分に大きいか、
または物質が非等方的であるとして、ｚ＝ＺにおいてＧ
ｋ＝０になるとする。この場合には、 となる。どちらの場合でも｜ρ｜はＺともに指数関数的
に減少する。円筒の高さＺが十分に大きいと仮定し、そ
のため｜ρ｜が無視できるほど小さいとする。すると開
口部付近（ｚ＜＜Ｚ）でＧｋはｅｘｐ（−ｚ／λｋ）に
比例する。そのためλｋは第Ｋモードの侵入の深さと呼
ばれる。（２．１）一般解Ψは係数をＣｋとしてモード
展開できる： これらのモードのうちで、侵入の深さが最も深いものを
λｍａｘとすると、これがｚ方向の減衰が最も遅いもの
となり、遮蔽の有効性がλｍａｘに支配される。ただ
し、そのモードのＣｋ．ｍａｘが他のＣｋ’Ｓと比べて
あまり小さくないとする。 となる。但し、「ｃｓ」とは「ｃｏｓ」か「ｓｉｎ」の
どちらかを表す。モードはｎ≧０とｍ≧１の二つの添え
字で指定される。ｎはφ方向、ｍはｒ方向の節の数を意
味している。零透磁率の場合（以下該当する量の前に
「Ｚ」を付ける）、境界条件は、境界面上で面に ＨＮ＝Ｈｒ＝∂Ψｋ／∂ｒ＝０ ａｔｒ＝Ｒとなり、そ
れは、 を与える。高透磁率の場合（「Ｈ」を前に付ける）、物
質の透磁率が十分に高く、そのためポテンシャルΨが遮
蔽の境界上で零になるとする。具体的に、円筒ではこの
条件は、 を与える。（２．６Ｚ）又は（２．６Ｈ）を満たすモー
ドのそれぞれに対して、順番Ｋを表１で与えられる 」は（２．６Ｚ）と（２．６Ｈ）に対応している。次
に、混合透磁率（「Ｍ」を前に付ける）を持った新しい
型を扱う。図２に於いて、ピッチ間隔ｐがλｋに比べて
十分に小さいとすると、連続近似が成り立つ。透磁率が
十分に高いとし、そのため円筒面上で周囲に沿った成分
Ｈｃが消えるとする。 特に、円筒では（２．７）は となり、（２，６Ｚ）に於いてｎ＝０以外のモードは全
て除外される。表面上の垂直成分Ｈｎは恒等的に零とな
る必要はない。しかし、高透磁率層と円柱に囲まれてい
るので、層に流れ込む正味の磁束は消えるはずである。
これは次のような周囲（Ｃ）積分に沿った線積分（線素
ｄｓ）で表すことができる： 特に、円筒では、（２．６Ｈ）に於いてＪｏモードは除
外される。（２．７）と（２．８）のふたつの条件を満
たすモードは表１で「Ｍ」の欄に示される。各型に対し
てλの最大値は、 となる。このように、λｍａｘは混合透磁率法「Ｍ」を
使えば短くすることができる。磁界の縦横性「Ｌ／Ｔ」
の性質の相違やλ３＝λ４の値の縮退も、注目に値す
る。次に、筒伏の遮蔽体の断面を辺がｘ＝±ａとｙ＝±
ｂにある長方形としよう。ｘ軸 が長方形の長い方の辺
に沿うように、つまりａ≧ｂとする。長方形のときに
は、λ’’のように「’’」を付け、正方形つまりａ＝
ｂのときには「’」を付けることにする。モード関数 Ｆ’’ｍ，ｎを次の４つの関数の線形結合とする： Ｚ／Ｈの場合の境界条件は を与える。Ｍ（混合透磁率）の場合、簡単のため、ａ＝
ｂ（正方形）を考えよう。境界条件から が出る。正方形に対する（２，９）と同様の式は である。このように、混合透磁率法を用いてλを短くす
ることは、円筒断面に限らず正方形でも実現できる。
【表１】 表１は、従来技術と本発明の比較を数量的に与える。す
なわち、表１のμ：Ｚ／Ｈ／Ｍ項に示す零透磁率Ｈは従
来技術の侵入長を示す。これと比較して本発明の混合透
磁率Ｍの侵入長は著しく短縮され、遮蔽効果は顕著に改
善される。次に指数関数勾配測定法を以下に示す。周辺
からの磁場が軸に沿ったｚ方向に指数関数的に減少する
ことは、筒状の遮蔽体の特徴で、この特徴が透磁率の種
類（Ｚ．Ｈ．Ｍ）や断面の形状（円、長方形など）によ
らないことは前記の通りであろう。指数関数勾配測定法
は、図３のようにして、この特徴を周辺からの磁場を打
ち消すように利用する。２コイル（Ｎ＝２）および３コ
イル（Ｎ＝３）方式を図３に示す。各方式に於いて、Ｎ
ＺＮの場所に置いたコイルＮＣＮは、開口部（ｚ＝０）
からは最も遠く、端（ｚ＝Ｚ）に最も近いコイルであ
る。（２．４）と同様、Ｎρを「＋」と「−」指数関数
の比とし、ＮＺＮの辺りで侵入長をλ＞０とする。すな
わち、 但し、 条件： の下でＮ巻のコイルＮＣｎを通過した周辺の磁場のＺ依
存性は、すべて「−」指数関数である。 Ｎ個のコイルの集合ＮＣＡでは、Ｎ個の感知コイルは、
逆に接続されたコイルに対して となる。但し、 コイルが２個（Ｎ＝２）の場合、（３．２）は２Ｓ
（λ）＝２Ｓ１（１＋２ｅ２（λ）２ｓ２） とな
りこれは、 の値を使って零にすることができる。更に（３．４）で
λ＝λｍａｘを使うと、最長λの効果は打ち消せる。特
に、混合透磁率の場合（Ｍ）、λ＝λ３＝λ４＝０．２
６１０Ｒとなり（表１参照）、Ｋ＝３，４のモードの効
果が両方とも消え、より短いλγ＝０．１４９Ｒとな
る。これが残った中で最長である。コイルが３つある場
合（Ｎ＝３）、感度３Ｓ（λ）はλ＝λ’とλ＝λ’’
のふたつのλの値で零にできる。すなわち、（３．２）
によって、λ＝λ’とλ＝λ’’について となる。この連立一次方程式は次の解を持つ。 但し、 λ’＝λ’’は特別な場合で、そのときＤ＝０，３ｓ２
＝０／０となる。このときλ’’→λ’＝λという極限
を取れば（３．５）は となる。（３．１）を仮定する代わりに（３．５）で、
−λ’’＝λ’＝λを使えば「＋」と「−」の指数関数
を除くことができる。すなわち、 磁界が均一な場合はλ’’＝λ’∞という特別な場合と
見なすことができる。２コイルの公式（３．４）は２ｓ
２＝−１すなわち感度ベクトル（２ｓ１，２ｓ２）＝
（１，−１）となり、これは２コイル（一次）勾配計で
実用化されている。３コイルの場合は、コイルを等間隔
ですなわち（３Ｚ３−３Ｚ２＝３Ｚ２−３Ｚ１で並べる
とする。すると（３．６）と（３．７）の両方が感度ベ
クトル（３ｓ１，３ｓ２，３ｓ３）＝（１，−２，１）
を与える。これは３コイル（二次）勾配計として実用化
されている。このように、指数関数勾配測定法は普通の
勾配測定法を一般化したものと考えることができる。公
式（３，３）はＮ＝３に対するものだが、これをＮ＞３
に拡張してＮＳ（λ）をＮ−１の値λ＝λ’λ’’……
λ（Ｎ−１）に対して零にすることができる。次にコイ
ル設計要件とその存在証明を述べる。超伝導コイル、中
でも特にきつく巻かれたものは、外部磁場の分布を乱す
であろう。そ せるかもしれない。もうひとつの方法は、透磁率の混ざ
った電線を使うことである。コイルは図４に示すように
巻く。半径Ｒ１の円柱状の超伝導体（透磁率μ＝０）を
中心に、μ＞μａを持つ磁性体を半径Ｒ１と半径Ｒ２の
間に置く（Ｒ１＜Ｒ２）。外部磁場が均一になる条件は である。これは次の条件を課すことによって満たすこと
ができる。 この条件の下では、Ｚ方向の一様磁場Ｈｚに対する輪方
向の磁束は、自由空間のときと同じになる。すなわち、 したがって、一様な磁場に対して電線は擾乱から免れ、
またＲ２《λを満たすようなほぼ一様な磁場に対しても
擾乱から免れることができる。 の比になる。以上の様に超伝導体による擾乱は、高透磁
率磁性体を配置設することによって取り除くことができ
ることを数学的に示された。一様磁場に置かれた小超伝
導体の擾乱は、遠距離にある負のダイポールと近似で
き、一方、高いμをもつ円筒（あるいは楕円体）は正の
ダイポールと近似できる。したがって、擾乱のダイポー
ルの成分は、各々のコイルの中心に高いμを持つ回転円
筒を置くことにより打ち消すことができる。
なわち、表１のμ：Ｚ／Ｈ／Ｍ項に示す零透磁率Ｈは従
来技術の侵入長を示す。これと比較して本発明の混合透
磁率Ｍの侵入長は著しく短縮され、遮蔽効果は顕著に改
善される。次に指数関数勾配測定法を以下に示す。周辺
からの磁場が軸に沿ったｚ方向に指数関数的に減少する
ことは、筒状の遮蔽体の特徴で、この特徴が透磁率の種
類（Ｚ．Ｈ．Ｍ）や断面の形状（円、長方形など）によ
らないことは前記の通りであろう。指数関数勾配測定法
は、図３のようにして、この特徴を周辺からの磁場を打
ち消すように利用する。２コイル（Ｎ＝２）および３コ
イル（Ｎ＝３）方式を図３に示す。各方式に於いて、Ｎ
ＺＮの場所に置いたコイルＮＣＮは、開口部（ｚ＝０）
からは最も遠く、端（ｚ＝Ｚ）に最も近いコイルであ
る。（２．４）と同様、Ｎρを「＋」と「−」指数関数
の比とし、ＮＺＮの辺りで侵入長をλ＞０とする。すな
わち、 但し、 条件： の下でＮ巻のコイルＮＣｎを通過した周辺の磁場のＺ依
存性は、すべて「−」指数関数である。 Ｎ個のコイルの集合ＮＣＡでは、Ｎ個の感知コイルは、
逆に接続されたコイルに対して となる。但し、 コイルが２個（Ｎ＝２）の場合、（３．２）は２Ｓ
（λ）＝２Ｓ１（１＋２ｅ２（λ）２ｓ２） とな
りこれは、 の値を使って零にすることができる。更に（３．４）で
λ＝λｍａｘを使うと、最長λの効果は打ち消せる。特
に、混合透磁率の場合（Ｍ）、λ＝λ３＝λ４＝０．２
６１０Ｒとなり（表１参照）、Ｋ＝３，４のモードの効
果が両方とも消え、より短いλγ＝０．１４９Ｒとな
る。これが残った中で最長である。コイルが３つある場
合（Ｎ＝３）、感度３Ｓ（λ）はλ＝λ’とλ＝λ’’
のふたつのλの値で零にできる。すなわち、（３．２）
によって、λ＝λ’とλ＝λ’’について となる。この連立一次方程式は次の解を持つ。 但し、 λ’＝λ’’は特別な場合で、そのときＤ＝０，３ｓ２
＝０／０となる。このときλ’’→λ’＝λという極限
を取れば（３．５）は となる。（３．１）を仮定する代わりに（３．５）で、
−λ’’＝λ’＝λを使えば「＋」と「−」の指数関数
を除くことができる。すなわち、 磁界が均一な場合はλ’’＝λ’∞という特別な場合と
見なすことができる。２コイルの公式（３．４）は２ｓ
２＝−１すなわち感度ベクトル（２ｓ１，２ｓ２）＝
（１，−１）となり、これは２コイル（一次）勾配計で
実用化されている。３コイルの場合は、コイルを等間隔
ですなわち（３Ｚ３−３Ｚ２＝３Ｚ２−３Ｚ１で並べる
とする。すると（３．６）と（３．７）の両方が感度ベ
クトル（３ｓ１，３ｓ２，３ｓ３）＝（１，−２，１）
を与える。これは３コイル（二次）勾配計として実用化
されている。このように、指数関数勾配測定法は普通の
勾配測定法を一般化したものと考えることができる。公
式（３，３）はＮ＝３に対するものだが、これをＮ＞３
に拡張してＮＳ（λ）をＮ−１の値λ＝λ’λ’’……
λ（Ｎ−１）に対して零にすることができる。次にコイ
ル設計要件とその存在証明を述べる。超伝導コイル、中
でも特にきつく巻かれたものは、外部磁場の分布を乱す
であろう。そ せるかもしれない。もうひとつの方法は、透磁率の混ざ
った電線を使うことである。コイルは図４に示すように
巻く。半径Ｒ１の円柱状の超伝導体（透磁率μ＝０）を
中心に、μ＞μａを持つ磁性体を半径Ｒ１と半径Ｒ２の
間に置く（Ｒ１＜Ｒ２）。外部磁場が均一になる条件は である。これは次の条件を課すことによって満たすこと
ができる。 この条件の下では、Ｚ方向の一様磁場Ｈｚに対する輪方
向の磁束は、自由空間のときと同じになる。すなわち、 したがって、一様な磁場に対して電線は擾乱から免れ、
またＲ２《λを満たすようなほぼ一様な磁場に対しても
擾乱から免れることができる。 の比になる。以上の様に超伝導体による擾乱は、高透磁
率磁性体を配置設することによって取り除くことができ
ることを数学的に示された。一様磁場に置かれた小超伝
導体の擾乱は、遠距離にある負のダイポールと近似で
き、一方、高いμをもつ円筒（あるいは楕円体）は正の
ダイポールと近似できる。したがって、擾乱のダイポー
ルの成分は、各々のコイルの中心に高いμを持つ回転円
筒を置くことにより打ち消すことができる。
【発明の効果】以上説明したように本発明の磁気遮蔽容
器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置によると、本発明
は、筒状開口部の筒状超伝導体磁気シールド容器内部
に、容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体を多数積層
したために、筒の軸に垂直な磁界に対する遮蔽効果を筒
の軸方向の磁界に対する遮蔽効果と同じ程度まで高め
て、超伝導体磁気シールド容器の欠点を改良できる。磁
気シールド容器の長さが同じ場合、筒の軸と垂直な磁界
に対する遮蔽効果は数百倍改善される。言い換えれば、
従来装置のほとんど半分の長さの磁気シールド容器で同
じ性能が期待され、製造コストの低減が可能である。本
発明は、超伝導体磁気シールドをベースとしており、高
透磁率磁性体による磁気遮蔽装置のように数ヘルツ以下
の低周波数磁気雑音の遮蔽が悪いという欠点もない。さ
らに、本発明の指数関数的差動型検出コイルによると、
等軸方向（ｚ）に巻数比が１：ｋである２個の同形コイ
ル（磁界検出コイル）を直列逆向きに接続し、当該２個
のコイルを軸方向にＤだけずらし、略ｋ＝ｅＤ／λ（λ
は磁界侵入長）としたために、シールド装置内部で、環
境磁気から脳磁界だけを検出することができる。なお、
従来の脳磁界計測には均一な地磁気の環境下において、
同巻数の２個のコイルを向かい合わせた差動型コイルを
有する勾配計測法（グラジオメーター）が用いられてい
る。しかし、本発明による１：Ｓ の巻数比の差動型コ
イルは、指数関数的磁界の環境下でも、従来のグラジオ
メーターと同じ機能を発揮できる。なお、コイルは各コ
イル間隔Ｄが保持されれば、最大感度方向（θ）および
遮蔽容器内の位置に依存しない。
器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置によると、本発明
は、筒状開口部の筒状超伝導体磁気シールド容器内部
に、容器の内壁と同型環状の高透磁率磁性体を多数積層
したために、筒の軸に垂直な磁界に対する遮蔽効果を筒
の軸方向の磁界に対する遮蔽効果と同じ程度まで高め
て、超伝導体磁気シールド容器の欠点を改良できる。磁
気シールド容器の長さが同じ場合、筒の軸と垂直な磁界
に対する遮蔽効果は数百倍改善される。言い換えれば、
従来装置のほとんど半分の長さの磁気シールド容器で同
じ性能が期待され、製造コストの低減が可能である。本
発明は、超伝導体磁気シールドをベースとしており、高
透磁率磁性体による磁気遮蔽装置のように数ヘルツ以下
の低周波数磁気雑音の遮蔽が悪いという欠点もない。さ
らに、本発明の指数関数的差動型検出コイルによると、
等軸方向（ｚ）に巻数比が１：ｋである２個の同形コイ
ル（磁界検出コイル）を直列逆向きに接続し、当該２個
のコイルを軸方向にＤだけずらし、略ｋ＝ｅＤ／λ（λ
は磁界侵入長）としたために、シールド装置内部で、環
境磁気から脳磁界だけを検出することができる。なお、
従来の脳磁界計測には均一な地磁気の環境下において、
同巻数の２個のコイルを向かい合わせた差動型コイルを
有する勾配計測法（グラジオメーター）が用いられてい
る。しかし、本発明による１：Ｓ の巻数比の差動型コ
イルは、指数関数的磁界の環境下でも、従来のグラジオ
メーターと同じ機能を発揮できる。なお、コイルは各コ
イル間隔Ｄが保持されれば、最大感度方向（θ）および
遮蔽容器内の位置に依存しない。
【図１】従来技術に用いる二種の磁気遮蔽容器。
【図２】非等方透磁率壁をもつ本発明の磁気遮蔽容器。
【図３】本発明の指数関数勾配検出コイル
【符号の説明】 零透磁半の超伝導体 高透磁率磁性体 開口部 円板状壁 円環状の高透磁率体 非等方磁性体壁 磁気遮蔽容器（（ｕ），（ｖ），その複合体
（ｗ）のいづれかでも可） −λモード消去条件（終端部からの逆向き指数関数
（侵入距離が負に相当）が消去条件） 被測定磁気源（磁気ダイポール）
（ｗ）のいづれかでも可） −λモード消去条件（終端部からの逆向き指数関数
（侵入距離が負に相当）が消去条件） 被測定磁気源（磁気ダイポール）
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月３０日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術に用いる二種の磁気遮蔽容器。
【図２】非等方透磁率壁をもつ本発明の磁気遮蔽容器。
【図３】本発明の指数関数勾配検出コイル。
【図４】全方位無擾乱混合透磁率導電線。
【符号の説明】 零透磁率の超伝導体 高透磁率磁性体 開口部 円板状壁 円環状の高透磁率体 非等方磁性体壁 磁気遮蔽容器（（ｕ），（ｖ），その複合体
（ｗ）のいづれかでも可） −λモード消去条件（終端部からの逆向き指数関数
（侵入距離が負に相当）が消去条件） 被測定磁気源（磁気ダイポール）
（ｗ）のいづれかでも可） −λモード消去条件（終端部からの逆向き指数関数
（侵入距離が負に相当）が消去条件） 被測定磁気源（磁気ダイポール）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000004237 日本電気株式会社 東京都港区芝五丁目７番１号 (72)発明者 後藤 英一 神奈川県藤沢市辻堂東海岸３−９ 湘南ハ イム ＦＥ305
Claims (6)
- 【請求項１】超伝導体で構成され筒状開口部をもつ磁気
遮蔽容器において、当該遮蔽容器の内部に高透磁率磁性
体の前記筒と略同形の環板を混合（記号Ｍ）積層したこ
とを特徴とする磁気遮蔽容器。 - 【請求項２】筒状磁気遮蔽容器（零透磁率Ｚ、高透磁率
Ｈ及び混合透磁率Ｍのいづれでも可）において、複数個
のコイルを筒軸方向（ｚ方向）に平行移動して並べ、当
該筒状開口部から指数関数的（λを磁界侵入長としてｅ
−ｚ／λに比例）に減少する侵入磁界の効果を消去する
ことを特徴とする磁界検出コイル。 - 【請求項３】前記複数個の磁界検出コイルが２個（ｚ方
向の間隔がｄである）であり、当該コイルの感度比が
１；Ｓ であって、直列逆向きに接続され、略Ｓ＝ｅ
ｄ／λとすることを特徴とする請求項２記載の磁界検出
コイル。 - 【請求項４】前記複数個の磁界検出コイルの個数が（ｎ
＋１）個以上であって、相異なるｎ個の侵入長（λ１，
λ２・・・λ３）をもつ侵入磁界の効果を消去したこと
を特徴とする請求項２に記載の磁界検出コイル。 - 【請求項５】前記磁界検出コイルが超伝導体コイルで形
成され、当該コイル近傍で磁界擾乱を軽減するような高
透磁率材料を配設したことを特徽とする請求項２記載の
磁界検出コイル。 - 【請求項６】超伝導体で構成され筒状開口部をもつ磁気
遮蔽容器において、当該遮蔽容器の内部に高透磁率磁性
体の前記筒と略同形の環板を混合（記号Ｍ）積層した磁
気遮蔽容器の中に、前記請求項２乃至５記載の磁界検出
コイルを配設したことを特徴とする磁気遮蔽装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050043A JP2811410B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050043A JP2811410B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226598A true JPH07226598A (ja) | 1995-08-22 |
| JP2811410B2 JP2811410B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=12847979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6050043A Expired - Fee Related JP2811410B2 (ja) | 1994-02-09 | 1994-02-09 | 磁気遮蔽容器、磁界検出コイル及び磁気遮蔽装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811410B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432705B2 (en) | 2002-11-29 | 2008-10-07 | Hitachi, Ltd. | Magnetic shields and instruments for measuring biomagnetic fields |
| CN107977485A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-05-01 | 华北电力大学 | 一种考虑高频涡流效应的绕组损耗半解析计算方法 |
| CN116413646A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-07-11 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种磁屏蔽设备磁导率的测量装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297098A (ja) * | 1987-03-23 | 1990-04-09 | Osaka Prefecture | 超電導磁気シールド体 |
| JPH02218979A (ja) * | 1989-02-20 | 1990-08-31 | Fujitsu Ltd | 磁界測定装置 |
| JPH05267888A (ja) * | 1992-03-17 | 1993-10-15 | Ngk Insulators Ltd | 円筒状超電導磁気シールド体 |
-
1994
- 1994-02-09 JP JP6050043A patent/JP2811410B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0297098A (ja) * | 1987-03-23 | 1990-04-09 | Osaka Prefecture | 超電導磁気シールド体 |
| JPH02218979A (ja) * | 1989-02-20 | 1990-08-31 | Fujitsu Ltd | 磁界測定装置 |
| JPH05267888A (ja) * | 1992-03-17 | 1993-10-15 | Ngk Insulators Ltd | 円筒状超電導磁気シールド体 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7432705B2 (en) | 2002-11-29 | 2008-10-07 | Hitachi, Ltd. | Magnetic shields and instruments for measuring biomagnetic fields |
| CN107977485A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-05-01 | 华北电力大学 | 一种考虑高频涡流效应的绕组损耗半解析计算方法 |
| CN116413646A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-07-11 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种磁屏蔽设备磁导率的测量装置 |
| CN116413646B (zh) * | 2023-02-23 | 2023-12-19 | 中国人民解放军海军工程大学 | 一种磁屏蔽设备磁导率的测量装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2811410B2 (ja) | 1998-10-15 |
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