JPH1183965A - 環境磁場キャンセリングシステム及び磁気計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】対象体からの微弱磁場を正確かつ高精度で計測
可能にする。 【解決手段】測定対象から発せられた微弱磁場以外の周
囲の環境に由来して生じた環境磁場を複数のＳＱＵＩＤ
磁束計２ａ1 〜２ａ3 を用いて計測してキャンセリング
する環境磁場キャンセリングシステム１。フィードバッ
ク回路１４ａ1 〜１４ａ3 におけるフィードバック抵抗
１２ａ1〜１２ａ3 の各インピーダンスをそれぞれ変化
させて（Ｚf1〜Ｚf3）、フィードバック回路１４ａ1 〜
１４ａ3 のフィードバックゲインをそれぞれ変える（β
f1〜βf3）ことにより、複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1
〜２ａ3 におけるダイナミックレンジ及びスルーレート
を各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 間で互いに異なる
ように設定している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微弱磁気信号検出
用のＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉計）を用いて環
境磁場を除去（キャンセル）する環境磁場キャンセリン
グシステム及びこの環境磁場キャンセリングシステムを
備えた磁気計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＱＵＩＤ磁束計等の高感度なデバイス
により生体等の測定対象体（以下、対象体とする）から
発せられた生体磁気等の微弱な磁界を検出する際には、
その対象体から発せられた微弱磁場以外の周囲の環境に
由来して生じた磁場（環境磁場）に基づく雑音をいかに
して低減させるかが重要になっている。

【０００３】上述した環境磁場を除去（キャンセル）す
るシステムの一例として、例えば特開平Ｈ４−３５７４
８１号公報や特開平６−９７６９０号公報に開示された
アクティブシールドを用いたシステムがある。このアク
ティブシールドを用いたシステムとは、微弱磁気信号を
検出可能なＳＱＵＩＤ磁束計等の高感度磁気センサによ
り検出された環境磁場に基づく信号をヘルムホルツコイ
ル等で構築された逆磁場発生用コイル（アクティブシー
ルドコイル）へフィードバックすることにより、逆磁場
発生用コイルから上記環境磁場キャンセル用の逆磁場を
発生させるシステムである。

【０００４】ここで、アクティブシールドを用いた環境
磁場キャンセリングシステムの一例として、磁気センサ
にＳＱＵＩＤ磁束計を用い、逆磁場発生用コイルにヘル
ムホルツコイルを用いたシステムを図７に示す。

【０００５】図７によれば、環境磁場キャンセリングシ
ステムは、環境磁場検出用のＳＱＵＩＤ磁束計７０を有
しており、このＳＱＵＩＤ磁束計７０の検出コイル７１
は、生体磁場等の磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計（図示せ
ず）の検出コイルから離間した箇所に配設されている。
そして、少なくともこれらの検出コイルを含む所定空間
部分にアクティブシールドを構成するヘルムホルツコイ
ル７２、７２が配設されている。

【０００６】すなわち、この環境磁場除去システムによ
れば、ＳＱＵＩＤ磁束計７０の検出コイル７１により検
出された環境磁場に基づく磁束は、予め電流源７３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７４に入力コイル７
５を介して伝達される。そして、ＳＱＵＩＤ素子７４か
ら出力された入力磁束に基づく電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動
回路７６の増幅器や積分器等を有する駆動回路７７に送
られて増幅処理され、電圧信号Ｖo として出力される。

【０００７】このとき、ＳＱＵＩＤ駆動回路７６におけ
るフィードバック回路７８により、駆動回路７７から出
力された測定磁場（環境磁場）に比例した電圧信号Ｖo
は電圧／電流変換回路である抵抗７９（インピーダン
ス：Ｚf1）を介して電流に変換され、測定磁場キャンセ
ル用フィードバック電流としてフィードバックコイル８
０に供給される。

【０００８】一方、駆動回路７７から出力された環境磁
場に比例した電圧信号Ｖo は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ
制御回路８１の制御に基づいてプリプロセッサ回路８２
を介してプリプロセッシングされ、ゲイン調整及び帯域
制限が施された電圧信号Ｖ'oとしてバッファアンプ８３
を介して環境磁場キャンセル用フィードバック電流とし
てヘルムホルツコイル７２、７２にフィードバックされ
る。

【０００９】このとき、ヘルムホルツコイル７２、７２
により送られた環境磁場キャンセル用フィードバック電
流に基づいて逆磁場が発生し、この逆磁場により上記所
定空間内の環境磁場がキャンセルされる。

【００１０】ところで、環境磁場から生じる環境磁気雑
音は、主に１／ｆ雑音から構成された低周波側｛例え
ば、ＤＣ（直流；０Ｈｚ）〜３０Ｈｚ｝の磁気雑音、商
用電源（５０／６０Ｈｚ）に由来する商用電源雑音を含
む高周波側（例えば３０Ｈｚ以上とする）の磁気雑音か
ら構成されている。また、低周波側の磁気雑音の原因と
なる低周波側の環境磁場および商用電源雑音の原因とな
る商用電源雑音磁場は磁場強度が強く、高周波側の磁気
雑音の原因となる高周波側の環境磁場の磁場強度は比較
的小さい。

【００１１】このような磁場強度の強い低周波側の環境
磁場および商用電源雑音磁場を上述した環境磁場除去シ
ステムにおいてピックアップするには、その環境磁場除
去システムのダイナミックレンジ｛ＳＱＵＩＤ磁束計に
入力される最大許容入力磁場レベルと最小入力磁場レベ
ル（雑音レベル）との比｝を大きくする必要があり、一
方、磁場強度の弱い高周波側の環境磁場を上述した環境
磁場除去システムにおいてピックアップするには、感度
を上げるとともに、スルーレート（ＳＱＵＩＤ磁束計動
作時の増幅器のカットオフ周波数）を大きくする必要が
ある。

【００１２】すなわち、図７に示した環境磁場除去シス
テムのＳＱＵＩＤ磁束計７０において、検出コイル７１
および入力コイル７５の磁束−磁場変換効率（磁場感
度）γを「γ＝Ｂin／Φs ；但しＢinは検出コイル７１
により検出される磁場、Φs はＢinに基づいて入力コイ
ル７５を介してＳＱＵＩＤ素子７４に伝達される磁束」
とし、電圧−磁束変換係数（フィードバックパラメー
タ、フィードバックゲインともいう）βf ［Φ0 ／Ｖ］
を「βf ＝Ｍf ／Ｚf1；但しＭf は入力コイル７５とフ
ィードバックコイル８０との相互インダクタンス」とす
る。さらに、駆動回路７７の増幅器のゲイン（オープン
ループゲイン）をＡおよび積分器のカットオフ周波数を
Ｆc とすると、上記ＳＱＵＩＤ磁束計７０において、最
大許容入力磁場ＢMAX は、

【数１】 ＢMAX ＝ＶMAX ・γ・βf ……（１） と表される。但し、ＶMAX は増幅回路における出力段の
幅器の最大出力電圧である。

【００１３】一方、ＳＱＵＩＤ磁束計７０の動作時のカ
ットオフ周波数ｆL は、

【数２】 ｆL ＝Ａ・（ｄＶ／ｄΦ）・βf ・Ｆc ……（２） と表される。なお、このｆL がＳＱＵＩＤ磁束計７０の
スルーレートを意味する。

【００１４】このとき、ＳＱＵＩＤ磁束計７０の磁場分
解能をＢn とすると、オシロスコープで見た時のピーク
ピーク（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ）における雑音磁場
（最小入力磁場）ＢN は、

【数３】 と表される。したがって、上記（１）および（３）式よ
り、最大許容入力磁場と雑音磁場との関係は、

【数４】 と表される。

【００１５】この（４）式によれば、βf を大きくする
ことにより、ＢMAX ／ＢN 、すなわちダイナミックレン
ジを大きくして入力磁場に対する雑音の割合を小さく抑
制することができる。また、βf を大きくすることによ
り、上記（２）式からスルーレートも大きくすることが
できる。

【００１６】一方、ＳＱＵＩＤ磁束計７０の感度（Ｖo
／Φs ）は、

【数５】 と表され、Ａ＞＞１であるため、

【数６】 Ｖo ／Φs ＝１／βf ……（６） として表される。

【００１７】すなわち、βf を大きくするとダイナミッ
クレンジおよびスルーレートを大きく設定することがで
きるが、反面、１Φ0 当たりの電圧出力である感度は小
さく設定される（図８；βf をパラメータとした際のＳ
ＱＵＩＤ磁束計７０の最大許容入力磁場、ダイナミック
レンジおよび１Φ0 当たりの電圧出力（感度）をそれぞ
れ示す図参照）。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、低周
波側の環境磁場や商用電源雑音磁場等の磁場強度の大き
い環境磁場をピックアップするには、ＳＱＵＩＤ磁束計
のダイナミックレンジを大きくして最大許容入力磁場を
大きくする必要があるため、βf を大きく設定しなけれ
ばならない。また、環境磁場の周波数が低いため、その
周波数に対応するスルーレートがあれば十分であり、高
周波帯域に対応するスルーレートは必要ない。

【００１９】一方、高周波側の環境磁場は磁場強度が小
さいため、このような高周波側の環境磁場を十分にピッ
クアップするにはＳＱＵＩＤ磁束計の感度を上げる必要
があるため、βf を小さく設定しなければならない。ま
た、高周波帯域に対応する大きいスルーレートを設定す
る必要がある。

【００２０】しかしながら、従来の環境磁場除去システ
ムのＳＱＵＩＤ磁束計においては、感度（１／βf ）、
積分器カットオフ周波数Ｆc 、磁場感度γおよびオープ
ンループゲインＡ等、ダイナミックレンジおよびスルー
レートを変化させるためのパラメータが何れも一定であ
るため、そのダイナミックレンジおよびスルーレートが
固定されていた。したがって、例えばβf を大きくして
ダイナミックレンジを低周波側の環境磁場や商用電源雑
音磁場に対応した大きな値に固定していれば、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の感度、すなわち、１Φ0 当たりの電圧出力が
低下するため、高周波側の環境磁場をピックアップする
ことが難しく、また、その１Φ0 当たりの電圧出力の低
下から、駆動回路の出力後段に非常に高いゲインを有す
るアンプを設けることが必要になり、現実的ではなかっ
た。

【００２１】これに対して、例えばβf を高周波側の環
境磁場に対応した小さな値に固定していれば、感度は上
昇するもののスルーレートが小さくなるため、その高周
波域に対応した大きなスルーレートを設定することが難
しかった。また、βf を小さな値に設定することにより
ダイナミックレンジが小さくなるため、最大許容入力磁
場が低下して低周波側の環境磁場や商用電源雑音磁場を
ピックアップすることが難しかった。

【００２２】すなわち、従来の環境磁場キャンセリング
システムでは、低周波域から高周波域に亘る広い周波数
領域の環境磁場を漏れなくピックアップしてキャンセル
することができないため、その漏れ環境磁場に基づく磁
気雑音の影響により対象体から発せられた微弱磁場を正
確かつ高精度で計測することが難しかった。

【００２３】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、低周波域から高周波域に亘る広い周波数領域の
環境磁場を漏れなくピックアップしてキャンセルするこ
とにより、対象体からの微弱磁場を正確かつ高精度で計
測可能にすることをその目的とする。

【００２４】

【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、本発明の第１の面に係わる環境磁場キャンセリ
ングシステムによれば、測定対象から発せられた微弱磁
場以外の周囲の環境に由来して生じた環境磁場を複数の
ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測してキャンセリングする
環境磁場キャンセリングシステムであって、前記複数の
ＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレンジ及びスル
ーレートを各ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように
設定している。

【００２５】特に、前記各ＳＱＵＩＤ磁束計は、前記環
境磁場を検出可能な検出コイル及びこの検出コイルによ
り検出された環境磁場に基づく磁束に応じて電気信号を
出力するＳＱＵＩＤ素子を有する環境磁場測定手段と、
前記ＳＱＵＩＤ素子からそれぞれ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環境磁場に比例した出力信
号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とをそれぞれ有する一方、
前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段からそれぞれ出力された
前記環境磁場に比例した電気信号のゲイン及び通過周波
数帯域を各信号毎に調整し、ゲイン及び帯域調整された
各電気信号を加算処理する処理手段と、この処理手段に
より加算された加算電気信号に基づいて前記環境磁場を
キャンセルするキャンセル手段とを備えている。

【００２６】また、前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミ
ックレンジ及びスルーレートを、その各ＳＱＵＩＤ磁束
計において計測する環境磁場の磁場強度および周波数が
互いに異なるように設定しており、特に、前記各ＳＱＵ
ＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ駆動手段におけるフィードバッ
クゲイン及び各ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁場測定手段に
おけるＳＱＵＩＤ素子への磁束伝達効率（磁場感度）の
内の少なくとも一方を当該各ＳＱＵＩＤ磁束計毎に変え
ることにより前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミックレ
ンジ及びスルーレートをそれぞれ異なるように設定して
いる。

【００２７】好適には、環境磁場キャンセリングシステ
ムは、所定距離だけ離間して配設された少なくとも一対
のアクティブシールドコイルを有し、前記複数のＳＱＵ
ＩＤ磁束計における少なくとも複数の検出コイルは、前
記一対のアクティブシールドコイルが形成する所定空間
内に配置されているとともに、前記キャンセル手段は、
前記加算手段により加算された加算電気信号に基づく電
流を前記一対のアクティブシールドコイルに供給して当
該一対のアクティブシールドコイルを介して前記所定空
間内に前記環境磁場をキャンセルする逆磁場を発生させ
る逆磁場発生手段を備えている。

【００２８】一方、本発明の第２の面に係わる環境磁場
キャンセリングシステムによれば、測定対象から発せら
れた微弱磁場を含む磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁
束計を用いて計測する磁気計測手段と、前記微弱磁場以
外の周囲の環境に由来して生じた環境磁場に基づく環境
磁気信号を複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を用
いて計測し、計測された環境磁気信号に基づいて前記磁
気信号に含まれる前記環境磁場に起因した雑音信号をキ
ャンセルする環境磁場キャンセリングシステムとを備
え、前記複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計におけ
るダイナミックレンジ及びスルーレートを各環境磁場計
測用ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定して
いる。

【００２９】好適には、前記複数の環境磁場計測用ＳＱ
ＵＩＤ磁束計は、それぞれ前記環境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環境磁場
に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素
子を有する環境磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子か
らそれぞれ出力された電気信号を磁束として当該ＳＱＵ
ＩＤ素子にフィードバックすることにより前記電気信号
を前記環境磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆
動手段とをそれぞれ有する一方、前記複数のＳＱＵＩＤ
駆動手段からそれぞれ出力された前記環境磁場に比例し
た電気信号のゲイン及び通過周波数帯域を各信号毎に調
整し、ゲイン及び帯域調整された各電気信号を加算処理
する処理手段と、この処理手段により得られた加算電気
信号を前記磁気計測手段により計測された磁気信号から
差し引く手段とを備えている。

【００３０】本発明の第１の面に係わる環境磁場キャン
セリングシステムでは、例えば所定距離だけ離間して配
設された少なくとも一対のアクティブシールドコイルが
形成する所定空間内に、複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけ
る少なくとも複数の検出コイルが配置されている。

【００３１】このとき、複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけ
るダイナミックレンジ及びスルーレートは各ＳＱＵＩＤ
磁束計間で互いに異なるように設定されており、その結
果、計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互いに
異なっている。このため、各ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁
場測定手段及びＳＱＵＩＤ駆動手段により、磁場強度及
び周波数帯域の異なる環境磁場（磁場強度の強い低周波
数帯域の環境磁場、磁場強度の弱い高周波数帯域の環境
磁場）それぞれに対応した電気信号が計測される。

【００３２】そして、この計測された各電気信号は、処
理手段を介してゲイン及び帯域調整された後加算処理さ
れ、この加算処理により得られた加算電気信号は上記一
対のアクティブシールドコイルに供給される。

【００３３】この結果、一対のアクティブシールドコイ
ルが形成する所定空間内においては、加算電気信号に応
じてアクティブシールドコイルから逆磁場が発生してお
り、この逆磁場により前記所定空間内における磁場強度
の強い低周波数帯域の環境磁場及び磁場強度の弱い高周
波数帯域の環境磁場をそれぞれキャンセルすることがで
きる。

【００３４】また、本発明の第２の面に係わる磁気計測
装置では、磁気計測手段の磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計
により、測定対象から発せられた微弱磁場を含む磁気信
号が計測されている。

【００３５】一方、上記微弱磁場以外の周囲の環境に由
来して生じた環境磁場に基づく環境磁気信号は、複数の
環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の環境磁場測定手段及
びＳＱＵＩＤ駆動手段により計測されている。

【００３６】このとき、複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけ
るダイナミックレンジ及びスルーレートは各ＳＱＵＩＤ
磁束計間で互いに異なるように設定されており、その結
果、計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互いに
異なっている。このため、各ＳＱＵＩＤ磁束計において
計測された電気信号は、磁場強度及び周波数帯域の異な
る環境磁場（磁場強度の強い低周波数帯域の環境磁場、
磁場強度の弱い高周波数帯域の環境磁場）に基づく電気
信号（環境磁気信号）となっている。

【００３７】そして、この計測された各環境磁気信号
は、処理手段を介してゲイン及び帯域調整された後加算
処理され、この加算処理により得られた加算電気信号
は、上記磁気計測手段により計測された磁気信号から差
し引かれる。

【００３８】この差し引き処理の結果、測定対象から発
せられた微弱磁場を含む磁気信号から環境磁気信号を差
し引いた信号、すなわち、環境磁場の影響の無い微弱磁
場信号が得られる。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って以下に説明する。

【００４０】（第１の実施の形態）本発明の環境磁場キ
ャンセリングシステムに係わる第１の実施の形態を図１
〜図２に示す。

【００４１】図１〜図２によれば、本実施形態の環境磁
場キャンセリングシステム１は、対象体から発せられた
生体磁場等を計測するための磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束
計（図示せず）に対して作用する環境磁場をキャンセリ
ングするための複数の環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 〜２ａ3 （なお、図１では３個のＳＱＵＩＤ磁束
計を示している）を備えている。

【００４２】また、環境磁場キャンセリングシステム１
は、少なくとも１つのアクティブシールドコイルとし
て、磁場勾配の少ない均一磁場を形成可能な一対のヘル
ムホルツコイル３、３を有している。このヘルムホルツ
コイル３、３は、所定距離だけ離間して並行に並設され
た一対の円形コイルを直列に接続して構成されている。

【００４３】環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜
２ａ3 （以下、単にＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 と
する）におけるＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 は、２つのジョ
セフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子５ａ1 と、生体か
ら発せられた微弱磁場（微弱磁気信号）を検出するため
の検出コイル６ａ1 と、この検出コイル６ａ1 により検
出された微弱磁気信号に基づく磁束をＳＱＵＩＤ素子５
ａ1 に伝達する入力コイル７ａ1 とを備えている。

【００４４】このとき、入力コイル７ａ1 およびＳＱＵ
ＩＤ素子５ａ1 間の相互インダクタンスはＭであり、検
出コイル６ａ1 、入力コイル７ａ1 およびＳＱＵＩＤ素
子５ａ1 間における磁場感度は、例えば検出コイル６ａ
1 のインダクタンスおよび入力コイル７ａ1 のインダク
タンス等に応じて所定値γ1 に設定されている。

【００４５】また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 は、ＳＱＵ
ＩＤ素子５ａ1 にバイアス電流を流す電流源８ａ1 と、
所定のオープンループゲイン（Ａ1 ）を有し、ＳＱＵＩ
Ｄ素子５ａ1 から出力された電圧を増幅する増幅器（プ
リアンプ）９ａ1 や所定のカットオフ周波数Ｆc1を有す
る積分器１０ａ1 から成る駆動回路１１ａ1 および積分
器１０ａ1 から出力された電圧信号Ｖo1を電圧／電流変
換回路である例えば抵抗１２ａ1 （インピーダンスＺf
1）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Ｌ1 を介してフィードバック
コイル１３ａ1 に流す第１のフィードバック回路１４ａ
1 を有したＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 とを備えており
（図２参照）、フィードバックコイル１３ａ1 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５ａ1 に与え
るように構成されている。なお、ところで、上記フィー
ドバック回路１４ａ1 におけるフィードバックゲインβ
f1は、「βf1＝Ｍ／Ｚf1」で表される。

【００４６】同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 、２ａ3
は、それぞれＳＱＵＩＤ素子５ａ2、５ａ3 と、検出コ
イル６ａ2 、６ａ3 と、入力コイル７ａ2 、７ａ3 と、
電流源８ａ2 、８ａ3 と、駆動回路１１ａ2 、１１ａ3
（増幅器９ａ2 、９ａ3 ，積分器１０ａ2 、１０ａ3 を
含む）および第２のフィードバック回路１４ａ2 、１４
ａ3 ｛抵抗１２ａ2 、１２ａ3 （インピーダンスＺf2、
Ｚf3），フィードバックコイル１３ａ2 、１３ａ3 を含
む｝を備えたＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ2 、１５ａ3 と
を備えており、駆動回路１１ａ2 、１１ａ3 からそれぞ
れ出力された電圧信号Ｖo2、Ｖo3に基づいてフィードバ
ックコイル１３ａ2 、１３ａ3 に流れるフィードバック
電流Ｉf2、Ｉf3により測定磁場変化を打ち消すフィード
バック磁束Φf2、Φf3をそれぞれＳＱＵＩＤ素子５ａ2
、５ａ3 に与えるように構成されている。

【００４７】ところで、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ
3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計測部を構成す
る検出コイル群（検出コイル６ａ1 〜６ａ3 および磁気
計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の検出コイル）、入力コイル群
（入力コイル７ａ1 〜７ａ3および磁気計測用ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の入力コイル）、ＳＱＵＩＤ素子群（ＳＱＵＩ
Ｄ素子５ａ1 〜５ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束
計のＳＱＵＩＤ素子）およびフィードバックコイル群
（フィードバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 および磁気
計測用ＳＱＵＩＤ磁束計のフィードバックコイル）は、
図示しないデュワー内に収容されており、ＳＱＵＩＤ磁
束計２ａ1 〜２ａ3 の計測部は、磁気計測用ＳＱＵＩＤ
磁束計の計測部から離間した箇所に配置されている。そ
して、上記デュワーを移動させることにより、対象体か
ら発せられた微弱磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束
計の計測部を介して測定するようになっている。

【００４８】特に、本構成によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 〜２ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の計
測部における少なくとも検出コイル群（検出コイル６ａ
1 〜６ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計の検出コ
イル）は、図１に示すように、一対のヘルムホルツコイ
ル３、３間に形成された所定空間（微弱磁場検出空間）
Ｒ内に配設されている。

【００４９】また、本構成によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ2 における検出コイル６ａ2 、入力コイル７ａ2 お
よびＳＱＵＩＤ素子５ａ2 間の磁場感度は、例えば検出
コイル６ａ2 のインダクタンスおよび入力コイル７ａ2
のインダクタンスに応じて、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ
1 における磁場感度γ1 とは異なる値γ2 に設定されて
いる。同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 における検出コ
イル６ａ3 、入力コイル７ａ3 およびＳＱＵＩＤ素子５
ａ3 間の磁場感度は、例えば検出コイル６ａ3のインダ
クタンスおよび入力コイル７ａ3 のインダクタンスに応
じて、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における磁場感度γ
1 およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 における磁場感度γ2
とは異なる値γ3 に設定されている。

【００５０】また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の増幅器９
ａ2 のオープンループゲインは、上記ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 における増幅器９ａ1 のオープンループゲインＡ
1 とは異なる値Ａ2 に設定されており、同様に、ＳＱＵ
ＩＤ磁束計２ａ3 の増幅器９ａ3 のオープンループゲイ
ンは、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における増幅器９ａ
1 のオープンループゲインＡ1 およびＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ2 における増幅器９ａ2 のオープンループゲインＡ
2 とは異なる値Ａ3 に設定されている。

【００５１】さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の積分器
１０ａ2 のカットオフ周波数は、上記ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 における積分器１０ａ1 のカットオフ周波数Ｆc1
とは異なる値Ｆc2に設定されており、同様に、ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計２ａ3 の積分器１０ａ3 のカットオフ周波数
は、上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 における積分器１０ａ
1 のカットオフ周波数Ｆc1およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ
2 における積分器１０ａ2 のカットオフ周波数Ｆc2とは
異なる値Ｆc3に設定されている。

【００５２】そして、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のフィー
ドバック回路１４ａ2 におけるフィードバック抵抗１２
ａ2 のインピーダンスおよびフィードバックゲインは、
上記ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 におけるフィードバック回
路１４ａ1 のフィードバック抵抗１２ａ1 のインピーダ
ンスＺf1およびフィードバックゲインβf1とは異なる値
Ｚf2およびβf2（＝Ｍ／Ｚf2）にそれぞれ設定されてお
り、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のフィードバック回路１４
ａ3 におけるフィードバック抵抗１２ａ3 のインピーダ
ンスおよびフィードバックゲインは、上記インピーダン
スＺf1およびフィードバックゲインβf1，インピーダン
スＺf2およびフィードバックゲインβf2とは異なる値Ｚ
f3およびβf3（＝Ｍ／Ｚf3）にそれぞれ設定されてい
る。

【００５３】このとき、本実施形態においては、ＳＱＵ
ＩＤ磁束計２ａ1 の上述した各パラメータ｛磁場感度γ
1 、オープンループゲインＡ1 、カットオフ周波数Ｆc1
およびインピーダンスＺf1（フィードバックゲインβf
1）｝は、磁場強度の小さい高周波側｛例えば、本実施
形態では７０Ｈｚ以上とする｝の環境磁場を漏らさずピ
ックアップできる程度のダイナミックレンジを有し、且
つその高周波磁場をピックアップできるような大きいス
ルーレートを有するようにそれぞれ設定されている。

【００５４】また、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 の上述した
各パラメータ｛磁場感度γ3 、オープンループゲインＡ
3 、カットオフ周波数Ｆc3およびインピーダンスＺf3
（フィードバックゲインβf3）｝は、磁場強度の強い低
周波側（ＤＣ；０Ｈｚ〜３０Ｈｚ）の環境磁場を漏らさ
ずピックアップできるような大きなダイナミックレンジ
を有し、且つその低周波磁場をピックアップできる程度
のスルーレートを有するようにそれぞれ設定されてい
る。

【００５５】さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 の上述し
た各パラメータ｛磁場感度γ2 、オープンループゲイン
Ａ2 、カットオフ周波数Ｆc2およびインピーダンスＺf2
（フィードバックゲインβf2）｝は、ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 でピックアップし
た高周波側と低周波側との間の周波数帯域（商用電源周
波数５０Ｈｚ／６０Ｈｚを含む３０Ｈｚ〜７０Ｈｚ、以
下、中間周波数帯域という）の環境磁場をピックアップ
するためのダイナミックレンジおよびスルーレートを有
するようにそれぞれ設定されている。

【００５６】例えば、本実施形態においては、磁場感度
γ1 ＜磁場感度γ2 ＜磁場感度γ3、オープンループゲ
インＡ1 ＜オープンループゲインＡ2 ＜オープンループ
ゲインＡ3 、カットオフ周波数Ｆc1＞カットオフ周波数
Ｆc2＞カットオフ周波数Ｆc3、インピーダンスＺf1＞イ
ンピーダンスＺf2＞インピーダンスＺf3およびフィード
バックゲインβf1＜フィードバックゲインβf2＜フィー
ドバックゲインβf3のように定められており、特に、
「インピーダンスＺf2＝１／２Ｚf1」および「インピー
ダンスＺf3＝１／３Ｚf1」のように設定されている。

【００５７】一方、環境磁場キャンセリングシステム１
は、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の駆動回路１１ａ
1 〜１１ａ3 からそれぞれ出力された電圧信号Ｖo1、Ｖ
o2、Ｖo3をプリプロセッシングしてゲイン調整及び帯域
制限が施された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3 をそれ
ぞれ生成するプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3
と、これらプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 にお
いて設定されるゲインの値及び通過させる周波数帯域を
それぞれ制御するＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１
とを備えている。なお、本構成では、プリプロセッサ回
路２０ａ1 〜２０ａ3 においてそれぞれ設定されるゲイ
ン値Ｇ1 〜Ｇ3 は、フィードバック回路１４ａ1 〜１４
ａ3 の各インピーダンスＺf1、Ｚf2、Ｚf3の関係（Ｚf1
＝２Ｚf2＝３Ｚf3）に応じて、Ｇ3 ＝１．５Ｇ2 ＝３Ｇ
1 となるようにＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１を
介して設定されている。

【００５８】さらに、環境磁場キャンセリングシステム
１は、プリプロセッサ回路２０ａ1〜２０ａ3 からそれ
ぞれ出力された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3 を加算
する加算器（Ａｄｄｅｒ）２２と、この加算器２２によ
り加算された加算信号をバッファアンプ（Ａｍｐ）２３
を介して増幅し、上記環境磁場キャンセル用フィードバ
ック電流Ｉcfとしてヘルムホルツコイル３、３にフィー
ドバックする第２のフィードバック回路２４とを備えて
いる。

【００５９】次に本実施形態の環境磁場キャンセリング
システム１の全体動作について説明する。

【００６０】本構成によれば、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁
束計を駆動させて対象体から発せられる微弱磁気信号を
測定する前に、環境磁場キャンセリングシステム１の複
数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 を駆動させて、ヘ
ルムホルツコイル３、３間に形成された所定空間Ｒ内の
環境磁場をキャンセルするようになっている。

【００６１】すなわち、ＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜
１５ａ3 をそれぞれ駆動させることにより、検出コイル
６ａ1 〜６ａ3 により上述した環境磁場に基づく磁束が
それぞれ検出される。

【００６２】検出コイル６ａ1 〜６ａ3 によりそれぞれ
検出された磁束は、電流源８ａ1 〜８ａ3 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５ａ1 〜５ａ3 に入力コイル
７ａ1 〜７ａ3 を介してそれぞれ伝達され、各ＳＱＵＩ
Ｄ素子５ａ1 〜５ａ3 から入力磁束に基づく電圧がそれ
ぞれ出力される。

【００６３】ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 からそれぞ
れ出力された電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１
５ａ3 における駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 の増幅器９
ａ1〜９ａ3 及び積分器１０ａ1 〜１０ａ3 によりそれ
ぞれ増幅処理され、電圧信号Ｖo1〜Ｖo3として第１のフ
ィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3 の抵抗１２ａ1〜
１２ａ3 にそれぞれ送られて直流電流に変換される。そ
して、変換された直流電流は、それぞれフィードバック
電流Ｉf1〜Ｉf3としてフィードバックラインＬ1 〜Ｌ3
を介して第１のフィードバック回路１４ａ1 〜１４ａ3
のフィードバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 にそれぞれ
供給される。

【００６４】このとき、本構成では、ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 のダイナミックレンジおよびスルーレートが高周
波域に対応して設定されているため、全周波数帯域の環
境磁場における高周波数帯域の環境磁場が漏れなくＳＱ
ＵＩＤ磁束計２ａ1 によりピックアップされている。ま
た、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のダイナミックレンジおよ
びスルーレートが低周波域に対応して設定されているた
め、全周波数帯域の環境磁場における低周波数帯域の環
境磁場が漏れなくＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 によりピック
アップされている。

【００６５】さらに、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のダイナ
ミックレンジおよびスルーレートが中間周波数帯域に対
応して設定されているため、全周波数帯域の環境磁場に
おける高周波側と低周波側との間の商用電源周波数を含
む中間周波数帯域の環境磁場が漏れなくＳＱＵＩＤ磁束
計２ａ2 によりピックアップされている。

【００６６】このようにして、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ
1 〜２ａ3 によってそれぞれピックアップされた高周波
域〜低周波域の環境磁場に比例した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3
は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１の制御に基づ
いてプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 によりそれ
ぞれプリプロセッシングされ、ゲイン調整｛「Ｇ3 ＝
１．５Ｇ2 ＝３Ｇ1 」の関係から、Ｖo3→Ｇ3 Ｖo3＝３
Ｇ1 Ｖo3、Ｖo2→Ｇ2 Ｖo2＝２Ｇ1 Ｖo2、Ｖo1→Ｇ1 Ｖ
o1｝および帯域調整が行なわれる。

【００６７】ゲイン・帯域調整が施された電圧信号Ｖ'o
1 （＝Ｇ1 Ｖo1）、Ｖ'o2 （＝Ｇ2Ｖo2）、Ｖ'o3 （＝
Ｇ3 Ｖo3）は、それぞれ加算器２２に送られる。加算器
２２に送られた電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3
は、その加算器２２の処理により加算される。そして、
加算処理の結果得られた加算信号Ｖ'oA は、フィードバ
ック回路２４のバッファアンプ２３を介して環境磁場キ
ャンセル用フィードバック電流Ｉcfとしてヘルムホルツ
コイル３、３にフィードバックされる。

【００６８】このとき、加算信号Ｖ'oA に基づく環境磁
場キャンセル用フィードバック電流Ｉcfは、低周波数帯
域の環境磁場、中間周波数帯域の環境磁場および高周波
数帯域の環境磁場にそれぞれ比例した電圧成分が加算し
て生成された電流であるため、このフィードバック電流
Ｉcfによりヘルムホルツコイル３、３から低周波数帯域
〜高周波数帯域に亘る全ての周波数帯域の環境磁場と同
等の逆磁場が所定空間Ｒ内において発生し、この逆磁場
により、その所定空間Ｒ内の全周波数帯域の環境磁場が
キャンセルされる。

【００６９】この結果、所定空間Ｒ内において低周波数
帯域〜高周波数帯域に亘る環境磁場に起因した磁気雑音
を著しく低減させることができる。したがって、環境磁
場キャンセリングシステム１（ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1
〜２ａ3 ）を駆動させた状態で所定空間Ｒ内において、
磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を駆動させることにより、
対象体から発せられた微弱磁気信号を環境磁気雑音の影
響を受けることなく正確かつ高精度で測定することがで
きる。

【００７０】なお、本実施形態においては、１組のヘル
ムホルツコイルおよびこの１組のヘルムホルツコイルに
接続された複数のＳＱＵＩＤ磁束計を用いて所定空間を
アクティブシールドしたが、本発明はこれに限定される
ものではなく、複数組のヘルムホルツコイルおよび各組
のヘルムホルツコイルそれぞれに接続された複数のＳＱ
ＵＩＤ磁束計を用いて所定空間をアクティブシールドし
てもよい。

【００７１】また、本実施形態においては、アクティブ
シールドコイル（逆磁場発生用コイル）としてヘルムホ
ルツコイルを用いたが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、所定空間に逆磁場を略均一に形成するコイル
であれば、どんなコイルであってもよい。

【００７２】（第２の実施形態）本発明の第２の実施の
形態を図３に示す。図３は、アクティブシールドコイル
を用いずに、全周波数帯域の環境磁場を計測した信号
（参照信号）を計測信号から差し引くことにより、その
全周波数帯域の環境磁場をキャンセリングする環境磁場
キャンセリングシステムを有する磁気計測装置を示す図
である。なお、第１実施形態（図１および図２）に示し
た構成要素については、同一の符号を付してその説明は
省略又は簡略化する。

【００７３】図３によれば、磁気計測装置３０は、環境
磁場キャンセリングシステム３１と、磁気計測用ＳＱＵ
ＩＤ磁束計（図３では、例えば単一チャンネルのＳＱＵ
ＩＤ磁束計を示している）３２とを備えている。

【００７４】環境磁場キャンセリングシステム３１は、
第１実施形態（図１および図２）の環境磁場キャンセリ
ングシステム１と比べて、一対のヘルムホルツコイルが
省かれており、新たに加算器２２から出力された加算信
号Ｖ'oA のゲイン調整を行なうゲイン調整器（Ｇａｉｎ
調整）３３と、このゲイン調整された加算信号（参照信
号）Ｖ'oA と磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の後述す
るＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力信号Ｖout との差分信
号を求める差分回路３４とを備えている。

【００７５】磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２は、環境
磁場キャンセリングシステム３１のＳＱＵＩＤ磁束計２
ａ1 〜２ａ3 と同様に、ＳＱＵＩＤ素子３５、検出コイ
ル３６、入力コイル３７、電流源３８、増幅器や積分器
を有する駆動回路４１、および抵抗４２（インピーダン
スＺf0）やフィードバックコイル４３を有するフィード
バック回路４４（駆動回路４１およびフィードバック回
路４４でＳＱＵＩＤ駆動回路４５を構成する）をそれぞ
れ備えている。

【００７６】第１実施形態と同様に、ＳＱＵＩＤ磁束計
２ａ1 〜２ａ3 および磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２
の計測部を構成する検出コイル群（検出コイル６ａ1 〜
６ａ3 および検出コイル３６）、入力コイル群（入力コ
イル７ａ1 〜７ａ3 および入力コイル３７）、ＳＱＵＩ
Ｄ素子群（ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 およびＳＱＵ
ＩＤ素子３５）およびフィードバックコイル群（フィー
ドバックコイル１３ａ1 〜１３ａ3 およびフィードバッ
クコイル４３）は、図示しないデュワー内に収容されて
おり、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 の計測部は、磁
気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の計測部から離間した箇
所に配置されている。そして、上記デュワーを移動させ
ることにより、対象体から発せられた微弱磁気信号を磁
気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２の計測部を介して測定す
るようになっている。

【００７７】次に本構成の全体動作について説明する。

【００７８】本構成によれば、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁
束計３２および環境磁場キャンセリングシステム１の複
数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 を共に駆動させる
ことにより、磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計３２に含まれ
ている環境磁場に基づく環境磁気信号をキャンセルする
ようになっている。

【００７９】すなわち、本構成によれば、デュワーを対
象体に装着してＳＱＵＩＤ磁束計３２のＳＱＵＩＤ駆動
回路４５および複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3
のＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1 〜１５ａ3 をそれぞれ駆
動させることにより、検出コイル３６を介して対象体か
ら発せられた微弱磁気信号を含む磁気信号が検出され
る。

【００８０】このとき、検出コイル３６により検出され
た磁気信号には、対象体から発せられた微弱磁気信号の
他に、環境磁場に基づく環境磁気信号（環境磁場雑音）
が含まれている。

【００８１】検出コイルに検出された磁気信号に基づく
磁束は、ＳＱＵＩＤ素子３５に入力コイル３７を介して
伝達されて入力磁束に基づく電圧が出力され、駆動回路
４１を介して増幅処理されて電圧信号Ｖout として出力
される。

【００８２】このとき、フィードバック回路４４によ
り、駆動回路４１から出力された電圧信号Ｖout は抵抗
４２を介してフィードバック電流としてフィードバック
コイル４３に供給されており、フィードバック磁束がＳ
ＱＵＩＤ素子３５に与えられ、測定された磁気信号の変
化が打ち消される。

【００８３】また、駆動回路４１から出力されたフィー
ドバック磁束に比例する電圧信号Ｖout は差分回路３４
に送られる。

【００８４】一方、複数のＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２
ａ3 のＳＱＵＩＤ駆動回路１５ａ1〜１５ａ3 をそれぞ
れ駆動させると、第１実施形態で述べたように、ＳＱＵ
ＩＤ磁束計２ａ1 のダイナミックレンジおよびスルーレ
ートが高周波域に、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ3 のダイナミ
ックレンジおよびスルーレートが低周波域に、およびＳ
ＱＵＩＤ磁束計２ａ2 のダイナミックレンジおよびスル
ーレートが中間周波数帯域にそれぞれ対応して設定され
ているため、上記第１実施形態と同様の動作により、各
ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 によって高周波域〜低
周波域の環境磁場がそれぞれピックアップされている。

【００８５】そして、ピックアップされた高周波域〜低
周波域の環境磁場に比例した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3は、Ｇ
ａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１の制御に基づくプリ
プロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 の処理によりゲイン
・帯域調整が施された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 、Ｖ'o3
としてそれぞれ加算器２２に送られる。加算器２２に送
られた電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 は、その加
算器２２の処理により加算される。

【００８６】そして、加算処理の結果得られた加算信
号、すなわち、高周波域〜低周波域の環境磁場に基づく
環境磁気信号Ｖ'oA は、ゲイン調整器３３により上記電
圧信号Ｖout に応じたゲイン調整が施された後で差分回
路３４に送られる。

【００８７】このとき、差分回路３４の処理により、駆
動回路４１から送られた環境磁気信号を含む電圧信号Ｖ
out から、ゲイン調整器３３から送られた環境磁気信号
Ｖ'oA がキャンセルされ、全周波数帯域の環境磁場に起
因した環境磁気信号がキャンセルされた電圧信号Ｖ'out
が得られる。この電圧信号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、そのデータ処理
装置により様々なデータ処理が行なわれるようになって
いる。

【００８８】すなわち、本構成によれば、磁気計測用Ｓ
ＱＵＩＤ磁束計３２により計測された対象体からの微弱
磁気信号を含む計測信号から、低周波数帯域〜高周波数
帯域に亘る環境磁場に起因した磁気信号（磁気雑音成
分）をキャンセルすることができるため、対象体から発
せられた微弱磁気信号を環境磁気雑音の影響を受けるこ
となく正確かつ高精度で測定することができる。

【００８９】なお、本構成では、加算器２２の後段にゲ
イン調整器３３を設けたが、このゲイン調整器３３は省
略することも可能であり、加算器２２の前段のプリプロ
セッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 においてゲイン調整器３
３によるゲイン調整処理を併せて行なうようにすればよ
い。

【００９０】また、第２実施形態の変形例を図４に示
す。図４によれば、磁気計測装置３０Ａの環境磁場キャ
ンセリングシステム３１Ａは、第２実施形態（図３）の
磁気計測装置３０の環境磁場キャンセリングシステム３
１の各構成要素に加えて、差分回路３４の出力信号Ｖ'o
utをできる限り小さくするために、その出力信号Ｖ'out
の値に基づいて差分回路３４前段のゲイン調整器３３の
ゲイン調整をフィードバック制御する制御回路５０を備
えている。なお、その他の構成は第２実施形態（図３）
の磁気計測装置３０の構成と同等であり、その説明は省
略する。

【００９１】図４に示した磁気計測装置３０Ａの環境磁
場キャンセリングシステム３１Ａによれば、差分回路３
４から出力された微弱磁気信号Ｖ'outをできる限り小さ
くすることができるため、第２実施形態（図３）の磁気
計測装置３０の効果に加えて、その微弱磁気信号Ｖ'out
に含まれる磁気ノイズ等を自動的に低減することがで
き、微弱磁気信号の計測精度がさらに向上する。

【００９２】ところで、上述した第１〜第２実施形態の
環境磁場キャンセリングシステムにおいては、フィード
バック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 のインピーダンスＺf1〜
Ｚf3は固定（すなわち、第１〜第３のフィードバック回
路１４ａ1 〜１４ａ3 のフィードバックゲインβ1 〜β
3 が固定）であり、駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 から出
力された電圧信号Ｖo1〜Ｖo3のゲイン及び周波数帯域を
Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路２１と駆動回路１１ａ
1 〜１１ａ3 後段のプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０
ａ3 とで調整しているが、本発明はこれに限定されるも
のではない。

【００９３】例えば、第１〜第２実施形態の環境磁場キ
ャンセリングシステム（図１〜図４参照）において、駆
動回路１１ａ1 〜１１ａ3 から出力された電圧信号Ｖo1
〜Ｖo3のゲイン調整及び周波数帯域調整に加えて、フィ
ードバック抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 のインピーダンスＺ
f1〜Ｚf3を調整してフィードバックゲインβ1 〜β3を
制御することも可能である。

【００９４】図５は、第１〜第２実施形態の環境磁場キ
ャンセリングシステム（図１〜図４参照）において、上
述した電圧信号Ｖo1〜Ｖo3のゲイン調整及び周波数帯域
調整とフィードバックゲインβ1 〜β3 の調整とを連係
して行なう環境磁場キャンセリングシステム６０を示す
図である。なお、その他の構成要素については、図示を
省略している。

【００９５】図５に示すように、環境磁場キャンセリン
グシステム６０におけるＧａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回
路２１Ａは、プリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 に
おけるゲイン制御及び通過周波数帯域制御と連係して、
フィードバック回路１４ａ1〜１４ａ3 のフィードバッ
ク抵抗１２ａ1 〜１２ａ3 におけるインピーダンスＺf1
〜Ｚf3を制御するようになっている。なお、その他の構
成については、図１〜図４で示した環境磁場キャンセリ
ングシステムと同等であるため、その説明は省略する。

【００９６】すなわち、本構成によれば、Ｇａｉｎ＆Ｆ
ｉｌｔｅｒ制御回路２１Ａにより、プリプロセッサ回路
２０ａ1 〜２０ａ3 におけるゲイン制御及び通過周波数
帯域制御と連係してフィードバック抵抗１２ａ1 〜１２
ａ3 におけるインピーダンスＺf1〜Ｚf3、すなわち、各
ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のフィードバックゲイ
ンβf1〜フィードバックゲインβf3の値を環境磁場の強
度や周波数帯域の変動等に応じて調整することができる
ため、各ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 〜２ａ3 のダイナミッ
クレンジおよびスルーレートを、その環境磁場の強度や
周波数帯域の変動に対応した値に調整することができ
る。したがって、上述した効果に加えて、フィードバッ
クゲインやコイルの設置状態に応じてプリプロセッサ回
路の増幅度および周波数帯域を調整することにより、環
境磁場を正確にピックアップしてキャンセルすることが
でき、微弱磁気信号計測精度をさらに向上させることが
できる。なお、この駆動回路後段のプリプロセッサ回路
のゲイン調整・周波数帯域調整と連係してフィードバッ
ク回路のフィードバックゲインを調整する方式は、上述
した磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計においても有効であ
る。

【００９７】また、図５の環境磁場キャンセリングシス
テム６０の変形例を図６に示す。図６によれば、環境磁
場キャンセリングシステム６０Ａは、プリプロセッサ回
路２０ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯
域調整された電圧信号Ｖ'o1、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をデ
ィジタルデータＶ'Do1、Ｖ'Do2およびＶ'Do3にそれぞれ
変換するＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）６１と、このＡ／Ｄ変
換器６１により変換されたディジタルデータＶ'Do1、
Ｖ'Do2およびＶ'Do3を加算するディジタル加算器（ａｄ
ｄｅｒ）６２とを備えている。このディジタル加算器６
２により得られた加算ディジタルデータ、すなわち、高
周波域〜低周波域の環境磁場に基づく環境磁気データ
Ｖ'DoAは、Ｄ／Ａ変換器（図示せず）を介してバッファ
アンプ２３（図１〜図２の環境磁場キャンセリングシス
テムの場合）やゲイン調整器３３（図３〜図４の環境磁
場キャンセリングシステムの場合）に送られるようにな
っている。

【００９８】本構成によれば、プリプロセッサ回路２０
ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯域調整
された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をＡ／Ｄ変
換器６１およびディジタル加算器６２によりディジタル
データとして加算しているため、上述した効果に加え
て、加算処理においてノイズ等の影響を極力避けること
ができ、精度良く環境磁場に基づく環境磁気データを取
得することができる。

【００９９】なお、図６に示したプリプロセッサ回路２
０ａ1 〜２０ａ3 を介してゲイン調整及び周波数帯域調
整された電圧信号Ｖ'o1 、Ｖ'o2 およびＶ'o3 をＡ／Ｄ
変換器６１およびディジタル加算器６２によりディジタ
ルデータとして加算する構成は、図５の構成の変形例と
して示したが、図１〜図４に示した環境磁場キャンセリ
ングシステムにおいても適用可能である。

【０１００】また、上述した各実施形態では、環境磁場
キャンセリングシステムとしてアクティブシールドを用
いた構成および環境磁気信号を参照信号として用いた構
成を示したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、参照信号を用いて環境磁場を除去するための装置全
般に適用される。

【０１０１】さらに、上述した各実施形態によれば、複
数の環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計それぞれのダイナ
ミックレンジおよびスルーレートを環境磁場の周波数帯
域および強度に応じた異なる値に設定するために、各Ｓ
ＱＵＩＤ磁束計の各パラメータ｛磁場感度、オープンル
ープゲイン、カットオフ周波数およびインピーダンス
（フィードバックゲイン）｝をそれぞれ異なるように定
めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ば各パラメータの内の少なくとも一部｛例えば磁場感度
やインピーダンス（フィードバックゲイン）｝のみを異
なるように定めて、ダイナミックレンジおよびスルーレ
ートを環境磁場の周波数帯域および強度に応じた異なる
値に設定してもよい。

【０１０２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の環境磁場キ
ャンセリングシステム及び磁気計測装置によれば、ダイ
ナミックレンジ及びスルーレートの異なる複数のＳＱＵ
ＩＤ磁束計（環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計）により
磁場強度及び周波数帯域の異なる環境磁場（磁場強度の
強い低周波数帯域の環境磁場、磁場強度の弱い高周波数
帯域の環境磁場）をそれぞれ検出し、それらの環境磁場
に対応した電気信号を計測することができる。

【０１０３】したがって、計測した各電気信号を加算処
理して得られた加算電気信号に基づいて一対のアクティ
ブシールドコイルを介して逆磁場を発生させるか、ある
いは、磁気計測手段の磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計によ
り計測された磁気信号から当該加算電気信号を差し引く
ことにより、磁場強度や周波数帯域の異なる環境磁場を
キャンセリングすることができる。

【０１０４】すなわち、複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩ
Ｄ磁束計の各ダイナミックレンジ及びスルーレートを調
整することにより、周波数帯域の異なる、例えば低周波
域から高周波域に亘る広い周波数領域の環境磁場を漏れ
なく計測してキャンセルすることが可能になり、対象体
からの微弱磁場を、上記異なる周波数帯域の環境磁場の
影響を受けることなく正確かつ高精度で計測することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる環境磁場キ
ャンセリングシステムの概略構成を示すブロック図。

【図２】図１におけるＳＱＵＩＤ駆動回路によるＳＱＵ
ＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる環境磁場キ
ャンセリングシステムを有する磁気計測装置の概略構成
を示すブロック図。

【図４】第２の実施の形態に係わる環境磁場キャンセリ
ングシステムの変形例を概略的に示すブロック図。

【図５】第１〜第２の実施の形態に係わる環境磁場キャ
ンセリングシステムの変形例を概略的に示すブロック
図。

【図６】図５に示した環境磁場キャンセリングシステム
の変形例を概略的に示すブロック図。

【図７】アクティブシールドを用いた環境磁場キャンセ
リングシステムの一例として、磁気センサにＳＱＵＩＤ
磁束計を、逆磁場発生用コイルにヘルムホルツコイルを
用いたシステムを示す図。

【図８】βf をパラメータとした際のＳＱＵＩＤ磁束計
の最大許容入力磁場、ダイナミックレンジおよび１Φ0
当たりの電圧出力（感度）をそれぞれ示す図。

【符号の説明】

１、３１、３１Ａ、６０、６０Ａ 環境磁場キャンセリ
ングシステム ２ａ1 〜２ａ3 環境磁場検出用ＳＱＵＩＤ磁束計 ３、３ ヘルムホルツコイル ５ａ1 〜５ａ3 ＳＱＵＩＤ素子 ６ａ1 〜６ａ3 検出コイル ７ａ1 〜７ａ3 入力コイル ８ａ1 〜８ａ3 電流源 ９ａ1 〜９ａ3 増幅器 １０ａ1 〜１０ａ3 積分器 １１ａ1 〜１１ａ3 駆動回路 １２ａ1 〜１２ａ3 抵抗 １３ａ1 〜１３ａ3 フィードバックコイル １４ａ1 〜１４ａ3 フィードバック回路 ２０ａ1 〜２０ａ3 プリプロセッサ回路 ２１、２１Ａ Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路 ２２ 加算器（ａｄｄｅｒ） ２３ バッファアンプ（Ａｍｐ） ２４ 第２のフィードバック回路 ３０、３０Ａ 磁気計測装置 ３２ 磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計 ３３ ゲイン調整器（Ｇａｉｎ調整） ３４ 差分回路 ５０ 制御回路 ６１ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ） ６２ ディジタル加算器（ａｄｄｅｒ）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象から発せられた微弱磁場以外の
   周囲の環境に由来して生じた環境磁場を複数のＳＱＵＩ
   Ｄ磁束計を用いて計測してキャンセリングする環境磁場
   キャンセリングシステムであって、 前記複数のＳＱＵＩＤ磁束計におけるダイナミックレン
   ジ及びスルーレートを各ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異
   なるように設定したことを特徴とする環境磁場キャンセ
   リングシステム。
2. 【請求項２】 前記各ＳＱＵＩＤ磁束計は、前記環境磁
   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
   出された環境磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力
   するＳＱＵＩＤ素子を有する環境磁場測定手段と、前記
   ＳＱＵＩＤ素子からそれぞれ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環境磁場に比例した出力信号と
   するＳＱＵＩＤ駆動手段とをそれぞれ有する一方、 前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段からそれぞれ出力された
   前記環境磁場に比例した電気信号のゲイン及び通過周波
   数帯域を各信号毎に調整し、ゲイン及び帯域調整された
   各電気信号を加算処理する処理手段と、この処理手段に
   より加算された加算電気信号に基づいて前記環境磁場を
   キャンセルするキャンセル手段とを備えた請求項１記載
   の環境磁場キャンセリングシステム。
3. 【請求項３】 前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のダイナミック
   レンジ及びスルーレートを、その各ＳＱＵＩＤ磁束計に
   おいて計測する環境磁場の磁場強度および周波数が互い
   に異なるように設定した請求項２記載の環境磁場キャン
   セリングシステム。
4. 【請求項４】 前記各ＳＱＵＩＤ磁束計のＳＱＵＩＤ駆
   動手段におけるフィードバックゲイン及び各ＳＱＵＩＤ
   磁束計の環境磁場測定手段におけるＳＱＵＩＤ素子への
   磁束伝達効率（磁場感度）の内の少なくとも一方を当該
   各ＳＱＵＩＤ磁束計毎に変えることにより前記各ＳＱＵ
   ＩＤ磁束計のダイナミックレンジ及びスルーレートをそ
   れぞれ異なるように設定した請求項３記載の環境磁場キ
   ャンセリングシステム。
5. 【請求項５】 前記処理手段は、前記各電気信号のゲイ
   ン及び通過周波数帯域の調整と前記フィードバックゲイ
   ンの各ＳＱＵＩＤ磁束計毎の変化とを互いに連係して行
   なう制御手段を有した請求項４記載の環境磁場キャンセ
   リングシステム。
6. 【請求項６】 前記処理手段は、前記複数のＳＱＵＩＤ
   駆動手段からそれぞれ出力された前記環境磁場に比例し
   た電気信号のゲイン及び通過周波数帯域を各信号毎に調
   整するゲインフィルタ回路と、このゲインフィルタ回路
   によりゲイン及び帯域調整された各電気信号をディジタ
   ル信号にそれぞれ変換するＡ／Ｄ変換器と、変換された
   各ディジタル信号を加算するディジタル加算器とを備
   え、前記キャンセル手段は、このディジタル加算器によ
   り加算された加算ディジタル信号に基づいて前記環境磁
   場をキャンセルするようにした請求項４記載の環境磁場
   キャンセリングシステム。
7. 【請求項７】 請求項４記載の環境磁場キャンセリング
   システムは、所定距離だけ離間して配設された少なくと
   も一対のアクティブシールドコイルを有し、前記複数の
   ＳＱＵＩＤ磁束計における少なくとも複数の検出コイル
   は、前記一対のアクティブシールドコイルが形成する所
   定空間内に配置されているとともに、前記キャンセル手
   段は、前記加算手段により加算された加算電気信号に基
   づく電流を前記一対のアクティブシールドコイルに供給
   して当該一対のアクティブシールドコイルを介して前記
   所定空間内に前記環境磁場をキャンセルする逆磁場を発
   生させる逆磁場発生手段を備えたことを特徴とする環境
   磁場キャンセリングシステム。
8. 【請求項８】 測定対象から発せられた微弱磁場を含む
   磁気信号を磁気計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測す
   る磁気計測手段と、前記微弱磁場以外の周囲の環境に由
   来して生じた環境磁場に基づく環境磁気信号を複数の環
   境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて計測し、計測さ
   れた環境磁気信号に基づいて前記磁気信号に含まれる前
   記環境磁場に起因した雑音信号をキャンセルする環境磁
   場キャンセリングシステムとを備え、 前記複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁束計におけるダ
   イナミックレンジ及びスルーレートを各環境磁場計測用
   ＳＱＵＩＤ磁束計間で互いに異なるように設定したこと
   を特徴とする磁気計測装置。
9. 【請求項９】 前記複数の環境磁場計測用ＳＱＵＩＤ磁
   束計は、それぞれ前記環境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環境磁場に基づく
   磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子を有す
   る環境磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子からそれぞ
   れ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環
   境磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段と
   をそれぞれ有する一方、 前記複数のＳＱＵＩＤ駆動手段からそれぞれ出力された
   前記環境磁場に比例した電気信号のゲイン及び通過周波
   数帯域を各信号毎に調整し、ゲイン及び帯域調整された
   各電気信号を加算処理する処理手段と、この処理手段に
   より得られた加算電気信号を前記磁気計測手段により計
   測された磁気信号から差し引く手段とを備えた請求項８
   記載の磁気計測装置。
10. 【請求項１０】 前記差し引き手段は、前記処理手段に
    より得られた加算電気信号に対してゲイン調整を行なう
    ゲイン調整回路と、ゲイン調整された加算電気信号を前
    記磁気計測手段により計測された磁気信号から差し引く
    差分回路と、この差分回路から出力された信号値に基づ
    いて前記ゲイン調整回路を介して前記加算電気信号のゲ
    インを制御する制御回路とを備えた請求項９記載の磁気
    計測装置。