JPS6383682A

JPS6383682A - グラジオメ−タ

Info

Publication number: JPS6383682A
Application number: JP22826086A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Komatsu; 小松　研一; Shinya Kuriki; 栗城　真也
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-29
Filing date: 1986-09-29
Publication date: 1988-04-14
Anticipated expiration: 2011-02-14
Also published as: JPH0814613B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は例えば生体等の被検体から得られる微小磁束（
又は磁界）を検出する磁界検出装置（以下グラジオメー
タと称する）に関する。

（従来の技術）微小磁束（磁界）を検出するためのものとしてＳＱＵＩ
Ｄ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　ＱＬＩａｎｔｕ
ｍ　ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ　：超伝導
量子干渉計）が知られている。これは超伝導体からなる
リング中に１個又は２個のジョセフション素子を設け、
その磁束依存性を利用して微小磁界を検出するものであ
る。このＳＱＵＩＤの検出コイルとしてグラジオメータ
が利用される。以下第９図（ａ）、（ｂ）を参照してグ
ラジオメータの使用例と原理を説明する。

いずれも超伝導材料からなるループ状の検出コイルを同
じく超伝導材料からなる入力コイルＬ２に接続し、これ
を５ＱＵＩＤ素子りに近接配置し、５ＱＵＩＤ素子から
の信号を検出回路ＤＴによって処理して出力するように
なっている。同図（ａ）は検出コイルＬ１を単一のルー
プとした場合であり、同図（ｂ）はそれを等しい２つの
コイルＬＬ。

Ｌ２に立体的に分割し逆向きに巻いて２つのループを形
成した場合である。

同図（ａ）の場合は雑音に対する配慮のない最も基本的
なもので、超伝導体で作られたコイルＬ１の部分に検出
しようとする磁束密度Ｂがｈｏわると、フラクソイドの
量子化の条件から次式かなり立つ。

Ｅ３Ｓ＋ＬＩ　Ｊ十Ｌ２　Ｊ＝Ｏ・・・（１）（Ｂ：磁
束密度、Ｓ二コイル面積、Ｊ・・・電流密度）ルを流れ
て５ＱＵＩＤに磁束を伝える。

（Ｍ：相互インダクタンス）となる。つまり超伝導コイルは直流磁束に対するトラン
ス（磁束トランス）として働いている。

一方間図（ｂ）の場合は下式が成り立つ。

８１３１　　Ｂ２３２　＋（ＬＳＩ　＋１１２十１２　）　　（Ｊｌ　−１−Ｊ２
　）　＝０今、Ｓｌ　＝Ｓ２　＝Ｓ、Ｂ１＝８２　＝Ｂ
と仮定すると、当然ながらＪ２＝−Ｊｌとなってコイル
Ｌ２には電流が流れない。しかし、もし磁界勾配があっ
て、（以下余白）と表されるとすると、Ｊｌ　＋Ｊ２　＝δＪ″−，Ｏと
なって下式になる。

つまり、−様な磁界は一切検出させず、磁界勾配のみが
検出される。このような検出コイルを持つ５ＱＵＩＤシ
ステムがグラジオメータと呼ばれるものである。

（発明が解決しようとする問題点）ところで最近多数のグラジオメータを集積化する傾向が
あり、この要請に応えるための構成が必要となるが、前
記の如き立体溝造のものはこれに不向きである。そこで
平面型グラジオメータとして第１０図乃至第１２図に示
すものが考えられている。第１０図のものはループを左
右対称に構成したものであり、１次微分用として用い、
られるものである。第１１図は点対称に４つのループを
作ったものであり、第１２図は横方向に４つのループを
形成したもので、いずれも２次微分用として用いられる
ものである。

しかしながら、いずれの場合も占有面積を大きく必要と
し、また形状の対称性が確保しにくいという問題を有し
ている。

本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、占有
面積が少なく、形状の対称性を確保でき、集積化に適し
たグラジオメータを提供することを目的とするものであ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は超伝導材料で構成されたグラジオメータにおい
て、同一平面上に配置したものである。

（作　用）同一平面上に同心的にループを形成しているので占有面
積の減少、形状の対称性の確保が図れる。

（実施例）第１図に示すものは超伝導材料からなる１本のコイルを
用いて同心円的に３個のループ１乃至３を形成したもの
であり、外側のループ２と３はそれぞれ逆巻きとしであ
る。第２図に示すものは第１のコイルで外側ループ３を
形成し、第２のコイルで内側の２個のループ１，２を構
成して端部を交差させて第１のコイルに連結したもので
ある。

これはいずれも２次微分型として使用される。

次に第３図及び第４図を参照して上記グラジオメータの
動作原理を説明する。

グラジオメータはコイル近傍の信号磁界を検出するが、
遠方におるノイズ源からのノイズ磁界を除去するもので
ある。そのためには、−様な磁界中では出力がゼロにな
るように構成される。本発明では、コイルの対称性を損
わないように複数のコイルを組み合せるために、コイル
同志を同心円状に配置するものである。第１図に示すよ
うに３つのループからなるグラジオメータについてみる
と、ループ１と２は同方向に巻かれ、ループ３とは逆向
きである。それぞれのループの面積をＡ１乃至△３とす
ると、ＡＩ　＋Ａ２　＝Ａ３とすることによってグラジオメータとなる。即ち、コイ
ルに垂直な、−様な磁界に対して誘起される電流はＯと
なる。グラジオメータを第３図のようにループ３と２か
らなるコイル（同図（ａ））と、ループ１からなるコイ
ル（同図（ｂ））の組み合せと考えると、２つのコイル
の面積（それぞれＡ３−Ａ２とＡＩ　＞が等しいときコ
イルはバランスすることになる。

第４図に示すように、ｘｙ平面上にグラジオメータを置
き、２方向に磁界Ｂｚがあるとすると、Ｂｚ＝Ｂｏの一
様磁界だけではなくＢｚ＝ＢｘＸ＋ＢＹＹのように一定
の勾配をもった磁界もキャンセルされる。第３図でいえ
ば、外側のコイルのループ（２−３＞上の左側と右側の
点での磁界の和は、−様勾配の磁界のものとでは、ルー
プ１の中心の磁界に等しい。このことによって−様磁界
もキャンセルされることになる。即ち、本発明によるグ
ラジオメータは、２次微分型の但しｒ２＝）＜２＋ｙ２の動作をしていることになる。

これに対し、従来の２次微分平面型グラジオメータノ動
作は、ａ”　ＢＺ　／６　ｘ２　若シクハ８２Ｂｚ　／
ｃ）　ｘ８　ｙで表され、明らかに対称性が悪い。

そのために検出された磁界の分布８ｚ　　（Ｘ、　ｙ）
は、著しく変形させられてしまう。これに対し、本発明
のグラジオメータでは上の関係で示されるように（ｘ、
ｙ）面内での回転対称性が完全に保たれるため、検出さ
れた磁界の分布Ｂｚ　　（Ｘ、Ｖ）は、元の磁界分布と
同様なものとなる。

本発明のグラジオメータは、多重ループを組み合せて構
成し、各々のループの向きにより正負の符号をつけると
、本Ａｉ＝０１：１とするものであるので、第１図の３重ループがその基本
形であるが、ループを４重、５重・・・とすることは可
能であり、その原理と動作においては同じである。しか
し、ループ間の結合の仕方により、直列型と並列型がお
る。直列型は、いわゆる「−筆占き」ができるように、
−本の線に分解されるもので第１図はその基本形である
。並列型はコイルを並列に組み合せ、−様磁界のもとで
は誘起される電流の総和がゼロとなるようにしたもので
あり、第２図ではループ（１−２＞からなるコイルとル
ープ３が並列に結合している。これが並列型の基本形で
ある。

本発明は前記実施例に限定されず種々の変形実施が可能
である。例えば前記実施例ではループを円環状にして同
心円状に各ループを形成したが、第５図乃至第７図に示
すように角形状のループを形成してよい。第５図は３重
ループの直列型を示し、第６図は３重ループの並列型を
示し、第７図は５重ループの直列型を示している。また
ループをスパイラル状にすることも可能で、コイル内に
一様に多重の螺旋ループを作り、感度を上げることがで
きる。第８図はこれを示したもので、コイル内の互いに
逆向きの螺旋ループの囲む面積の総和が等しくなるよう
にしておる。

［発明の効果］以上詳述した本発明によれば以下に示すような種々の効
果が得られる。

（１）グラジオメータを構成するコイルの対称性が良い
ため、検出した磁界の空間分布をゆがめない。

例えば多数のグラジオメータを配置若しくは１個のグラ
ジオメータを空間的にスキャンして磁界分布を計測する
とき、磁界がある点で極大値をもち、等高線が同心円状
となるような磁界分布を想定すると、本発明のグラジオ
メータの動作８２３ｚ／８ｒ２により殆ど類似の磁界パ
ターンが計測される。この効果は非常に重要である。従
来型のグラジオメータの動作（一方向だけの微分８”Ｂ
ｚ／８Ｘ２．２方向にわたる微分ａ２Ｂｚ／８Ｘａｙ）
では、容易に想像できるように測定された磁界の空間分
布は、もとのものとは大きく異なってしまう。

（２）平面型であるため一枚の基板上にリソグラフィー
技術を用いて多数のグラジオメータが作成でき、かつｄ
ｃｓＱＵＩＤセンサと組み合せて（グラジオメータセン
サ）システムを基板上に集積化できる。このことにより
制作コストが下がり、また、コイルバランスが向上して
ノイズ除去率が良くなる。

（３）特にループを多数巻にしたコイルからの出力が大
ぎくなるため、その後段に接続される５ＱＵＩＤ素子の
ノイズを実効的に低減化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例、第２図は本発明の他の実施
例、第３図（ａ）、（ｂ）及び第４図は本発明の動作原
理を説明するための図、第５図乃至第８図は本発明の変
形例を示す図であり、第９図（ａ）、（ｂ）はグラジオ
メータの従来例を説明するための図、第１０図乃至第１
２図は従来のグラジオメータの形状を示す図である。１乃至３・・・コイルループ、Ｌｌ・・・検出コイル、
Ｌｌ・・・入力コイル、５ＱＵＩＤ・・・超伝導量子干渉計。代理人　弁理士　則　　近　　憲　　化量　　　　　　
大　　　胡　　　典　　　夫（ａ）　　　　　　（ｂ）８、／第４図ＱＵＩＤＩ第９因

Claims

【特許請求の範囲】

（１）超伝導材料で構成されたグラジオメータにおいて
、同一平面上に複数のループを配置したことを特徴とす
るグラジオメータ。
（２）前記超電導材料は線材又は薄膜である特許請求の
範囲第１項記載のグラジオメータ。