(57)【要約】【課題】省スペースの磁気シールド装置を提供する。【解決手段】シールド装置１は、パッシブシールド１０と、コイル２０（コイル２１およびコイル２２の組）と、駆動回路２５と、コイル３０（コイル３１およびコイル３２の組）と、駆動回路３５と、制御装置４０と、磁気センサー５１と、磁気センサー５２とを有する。シールド装置１は、パッシブシールド１０と、アクティブシールド（コイル２０およびコイル３０）とを組み合わせた装置である。シールド装置１においては、パッシブシールド１により低減された磁場が、コイル２０およびコイル３０でさらに低減される。コイル２１とコイル３１とは、同一面に配置されている。【選択図】図２
2014063869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有するパッシブシールドと、
前記内部空間に設けられた第１コイルと、
前記内部空間において前記第１コイルと同一平面に配置された第２コイルと、
前記内部空間における磁場の勾配に基づいて決められるオフセットをゼロに近づけるた
めの電流を前記第１コイルに供給する第１駆動回路と、
前記第１駆動回路により前記第１コイルが駆動された後で、前記内部空間における磁場
の勾配をゼロに近づけるための電流を前記第２コイルに供給する第２駆動回路と
を有する磁気シールド装置。
【請求項２】
前記第１コイルと前記第２コイルとがそれぞれ同心で配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
【請求項３】
前記第１コイルと対向する第３コイルを有し、
前記第１駆動回路は、前記第１コイルおよび前記第３コイルにそれぞれ同じ向きの電流
を流す
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁気シールド装置。
【請求項４】
前記第１コイルおよび前記第３コイルは、ヘルムホルツコイルである
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気シールド装置。
【請求項５】
前記第２コイルと対向する第４コイルを有し、
前記第２駆動回路は、前記第２コイルおよび前記第４コイルにそれぞれ逆向きの電流を
流す
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。
【請求項６】
前記第２コイルは、前記第１コイルより小さく、
前記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳磁計や心磁計など、数ｆＴ（フェムトテスラ）以下の非常に微弱な磁場を測定する装
置においては、測定対象よりも遥かに大きな環境磁場（地磁気など）の影響が問題になる
。従来、環境磁場をキャンセルするための手段として、パーマロイに代表される強磁性体
材料でシールドルームを構成するパッシブ型磁気シールドが広く用いられている。
【０００３】
非特許文献１は、磁気シールドを３軸磁場発生コイルの中央に配置して、このコイルを
用いて環境磁場をキャンセルするシステムを開示している。このシステムによれば、磁気
シールドに対して３軸（ｘ，ｙ，ｚ軸）方向に磁場発生コイルが配置されるため、各軸方
向の磁場勾配のレベルが軽減される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】松岡信仁、外４名、「コイルを組み合わせた開口部を有する磁気シールドの検討」、日本ＡＥＭ学会誌、日本ＡＥＭ学会、平成22年9月、第18巻、第3号、p.215‐220
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載のシステムでは、３軸磁界発生コイルが磁気シールドを包み込むよ
うな構成を有するため、システム全体のサイズが大型化してしまうという問題があった。
これに対し本発明は、より省スペースの磁気シールド装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、内部空間を有するパッシブシールドと、前記内部空間に設けられた第１コイ
ルと、前記内部空間において前記第１コイルと同一平面に配置された第２コイルと、前記
内部空間における磁場の勾配に基づいて決められるオフセットをゼロに近づけるための電
流を前記第１コイルに供給する第１駆動回路と、前記第１駆動回路により前記第１コイル
が駆動された後で、前記内部空間における磁場の勾配をゼロに近づけるための電流を前記
第２コイルに供給する第２駆動回路とを有する磁気シールド装置を提供する。
この磁気シールド装置によれば、第１コイルと第２コイルとが同一面に設けられていな
い構成と比較して、より省スペースで外部磁場の影響を低減することができる。
【０００７】
好ましい態様において、前記第１コイルと前記第２コイルとがそれぞれ同心で配置され
ていてもよい。
この磁気シールド装置によれば、第１コイルと第２コイルとが同心でない構成と比較し
て、より省スペースで外部磁場の影響を低減することができる。
【０００８】
別の好ましい態様において、この磁気シールド装置は、前記第１コイルと対向する第３
コイルを有し、前記第１駆動回路は、前記第１コイルおよび前記第３コイルにそれぞれ同
じ向きの電流を流してもよい。
この磁気シールド装置によれば、第１コイルおよび第３コイルを用いない場合と比較し
て、内部空間の磁場をより一様にすることができる。
【０００９】
さらに別の好ましい態様において、前記第１コイルおよび前記第３コイルは、ヘルムホ
ルツコイルであってもよい。
この磁気シールド装置によれば、ヘルムホルツコイルを用いて、内部空間の磁場をより
一様にすることができる。
【００１０】
さらに別の好ましい態様において、この磁気シールド装置は、前記第２コイルと対向す
る第４コイルを有し、前記第２駆動回路は、前記第２コイルおよび前記第４コイルにそれ
ぞれ逆向きの電流を流してもよい。
この磁気シールド装置によれば、第２コイルを用いない場合と比較して、内部空間の磁
場をより一様にすることができる。
【００１１】
さらに別の好ましい態様において、前記第２コイルは、前記第１コイルより小さく、前
記第２コイルは、前記第１コイル内に配置されていてもよい。
この磁気シールド装置によれば、第１コイルより小さい第２コイルを用いて、内部空間
の磁場をより一様にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施形態に係るシールド装置１の構成を示す模式図。
【図２】コイル２０とコイル３０との位置関係を示す図。
【図３】比較例におけるコイル２０とコイル３０との位置関係を示す図。
【図４】勾配補正コイルにより生じる磁場のシミュレーション結果を示す図。
【図５】シールド装置１の内部空間における磁場を示す模式図。
【図６】コイル２０により生じる磁場のシミュレーション結果を示す図。
【図７】コイル３０により生じる磁場のシミュレーション結果を示す図。
【図８】シールド装置１の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、一実施形態に係るシールド装置１の構成を示す模式図である。シールド装置１
は、パッシブシールド１０と、コイル２０（コイル２１およびコイル２２の組）と、駆動
回路２５と、コイル３０（コイル３１およびコイル３２の組）と、駆動回路３５と、制御
装置４０と、磁気センサー５１と、磁気センサー５２とを有する。シールド装置１は、パ
ッシブシールド１０と、アクティブシールド（コイル２０およびコイル３０）とを組み合
わせた装置である。シールド装置１においては、パッシブシールド１０により低減された
磁場が、コイル２０およびコイル３０でさらに低減される。
【００１４】
パッシブシールド１０は、強磁性体（例えばパーマロイ、フェライト、または鉄、クロ
ムもしくはコバルト系のアモルファス）により形成される。パッシブシールド１０は、内
部空間と、少なくとも１つの開口部とを有する。この例で、パッシブシールド１０は、両
端が開口した筒型の形状を有する。また、パッシブシールド１０の長軸に垂直な断面の形
状は四角形である。パッシブシールド１０の内部空間は、心磁計等の磁気測定装置および
その被検体（例えば人間）を収容できる程度の大きさを有する。以下の説明のため、パッ
シブシールド１０の長軸方向をｙ軸、並びにｙ軸に直交するｘ軸およびｚ軸を有する座標
系を定義する。
【００１５】
図２は、本実施形態におけるコイル２０とコイル３０との位置関係を示す図である。こ
こでは例として、コイル２１とコイル３１との位置関係を示す。コイル２２とコイル３２
との位置関係もこれと同じである。図２（ａ）はｙ軸に平行な断面における位置関係を、
図２（ｂ）はｙ軸に垂直な断面における位置関係を、それぞれ示す。なお図２（ｂ）にお
いては、位置関係を明確にするため、コイルの太さが強調して描かれている。この例で、
コイル２１とコイル３１とは、同一面において、同心で配置されている。すなわち、コイ
ル２１とコイル２２との距離は、コイル３１とコイル３２との距離に等しい。なお、ここ
でいう「同一面」とは完全に同一な面に限定されるものではなく、誤差を含んでいてもよ
い。また、コイル２１はコイル３１より大きく、コイル３１はコイル２１の内側に配置さ
れている。
【００１６】
図３は、比較例におけるコイル２０とコイル３０との位置関係を示す図である。図３は
、ｙ軸に垂直な断面における位置関係を示している。この例で、コイル２１とコイル３１
とは異なる面に配置されている。磁気シールド装置においては、外部磁場を遮断してもな
お、パッシブシールド内部に残留磁場が存在する場合がある。残留磁場の影響を低減する
ため、パッシブシールド外部に外部磁場をキャンセルするためのコイルを設け、パッシブ
シールドによる磁気遮蔽効果を上げる試みがある。しかし、この試みによってもなお、残
留磁場が問題なる場合がある。そこで、パッシブシールド内部にさらに、残留磁場をキャ
ンセルするためのコイルが設けられる場合がある。このコイルとしては、残留磁場の絶対
値を補正するためのコイル（オフセットを補正するコイル。以下「オフセット補正コイル
」という）と残留磁場の勾配を補正するためのコイル（以下「勾配補正コイル」という）
とが併用される場合がある。
【００１７】
この場合、一般的には、オフセットコイルとしてはヘルムホルツ条件の１組のコイルす
なわちヘルムホルツコイルが用いられる。ヘルムホルツコイルは、発生する磁場が均一（
フラット）であるため、広い空間範囲で制御が可能であるという特徴があり、オフセット
補正コイルに適している。一方、勾配補正コイルとしては、一般的には、コイル間の距離
を離したペアコイルが用いられる。勾配補正コイルが補正しようとする磁場の勾配はそも
そも微小であるため、勾配を緩やかに（小さく）するためには、コイル間の距離を可能な
限り長くする必要があるためである。
【００１８】
図４は、勾配補正コイルにより生じる磁場のシミュレーション結果を示す図である。図
中、破線はコイル間の距離Ｌｇがコイル辺長Ｌの２倍と相対的に長い例を、実線はコイル
間の距離Ｌｇがコイル辺長Ｌの１倍と相対的に短い例を、それぞれ示している。これら２
つの例においては、供給される電流の量は同一である。これらの例からわかるようにコイ
ル間の距離Ｌｇを長くした方が、同じ電流値の電流を供給した場合でもコイルが発生する
磁場の勾配を緩くできる。これはすなわち、コイル間の距離Ｌｇを長くした方が、より微
小な勾配の磁場を補正し易くなることを意味している。
【００１９】
再び図３を参照する。上記のような事情の下、オフセット補正コイルの外側に勾配補正
コイルを配置すると、パッシブシールドの内部空間のうち使用可能領域以外の領域がかな
りある。なお、使用可能領域とは、残留磁場が補正されている領域、すなわちオフセット
補正コイルと勾配補正コイルの双方の影響を受ける領域である。一方で、オフセット補正
コイルと勾配補正コイルとを同一面に配置すると、パッシブシールドの内部空間の使用効
率（内部空間のうち使用可能領域が占める割合）が向上する。
【００２０】
図５は、シールド装置１の内部空間における磁場を示す模式図である。ここで示した磁
場は、上で説明した残留磁場である。図５は、コイル２０およびコイル３０が作動してい
ない状態での磁場を示している。横軸はｘ方向、すなわち長軸に垂直な方向の位置を、縦
軸は磁場の強さ（または磁束密度）を、それぞれ表す。図５は、例えばパッシブシールド
１０の中央部分における磁場を示している。この例で、内部磁場は、ｘ方向に一定の勾配
を有している。より詳細には、内部空間の左端（ｘ＝ｘｍｉｎ）から右端（ｘ＝ｘｍａｘ
）にかけて磁場が線形に上昇している。
【００２１】
再び図１を参照する。コイル２０は、オフセット補正コイルである。駆動回路２５は、
コイル２０を駆動する回路である。すなわち、駆動回路２５は、磁場Ｈｏをキャンセルす
る一様な磁場を発生させる電流を、コイル２０に供給する。この電流は、コイル２１およ
びコイル２２のそれぞれに対し同じ向きを有する。なおコイル２１とコイル２２とは、同
じ径を有する。
【００２２】
コイル３０は、勾配補正コイルである。駆動回路３５は、コイル３０を駆動する回路で
ある。すなわち、駆動回路２５は、傾きαをキャンセルする磁場、すなわち、コイル３１
とコイル３２との間に逆向きの傾き−αを有する磁場を発生させる電流を、コイル３０に
供給する。この電流は、コイル３１およびコイル３２のそれぞれに対し同じ向きを有する
。なおコイル３１とコイル３２とは、同じ径を有する。
【００２３】
制御装置４０は、磁気センサー５０および磁気センサー５１から出力される信号を用い
て、駆動回路２５および駆動回路３５を制御する装置である。制御装置４０は、例えばＣ
ＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭを有する。磁気センサー５１は、コイル２１およびコイル３
１が配置されている面に配置されており、磁気センサー５２は、コイル２２およびコイル
３２が配置されている面に配置されている。例えば、磁気センサー５１は図５のｘ＝ｘｍ
ｉｎの点における磁場を測定するセンサーであり、磁気センサー５２はｘ＝ｘｍａｘの点
における磁場を測定するセンサーである。
【００２４】
なお、この例においてパッシブシールド１０は、両端が開口した筒型の形状を有する。
また、パッシブシールド１０の長軸に垂直な断面の形状は四角形であることから、コイル
２１およびコイル２２は、内部空間の使用効率を向上させるため、正方形の形状を有する
。
【００２５】
図６は、コイル２０により生じる磁場のシミュレーション結果を示す図である。横軸は
内部空間の中心からの距離を、縦軸は磁場の大きさを表している。図中実線はコイル２０
の例を、破線はヘルムホルツコイルの例を、それぞれ示している。コイル２０は、正方形
形状を有しており、一辺の長さ（コイル辺長）はＬ２である。コイル２０において、コイ
ル間距離Ｌｇｏｆｆはコイル辺長Ｌ２に等しい。すなわち、コイル２０において、
Ｌｇｏｆｆ＝Ｌ２
である。一方、ヘルムホルツコイルにおいて、コイル間距離Ｌｇｏｆｆはコイル辺長Ｌ２
の半分に等しい。すなわち、ヘルムホルツコイルにおいて、
Ｌｇｏｆｆ＝Ｌ２／２
である。図６から明らかなように、正方形形状を採用すると、ヘルムホルツコイルと比較
して磁場の均一性が悪化している。しかし、その差は僅かであり、実用上は問題にならな
いレベルで、ある程度の領域に対し均一な磁場を得ることができる。そのため、オフセッ
ト補正コイルとしてコイル２０に正方形形状を採用しても問題は無いと結論付けられる。
【００２６】
図７は、コイル３０により生じる磁場のシミュレーション結果を示す図である。横軸は
内部空間の中心からの距離を、縦軸は磁場の大きさを表している。図中実線は、コイル間
距離Ｌｇｇｒａｄがコイル２０のコイル辺長Ｌ２に等しい例（Ｌｇｇｒａｄ＝Ｌ２。図２
の構成に相当）を、破線は、コイル間距離Ｌｇｇｒａｄがコイル辺長よりも長い例（Ｌｇ
ｇｒａｄ＝１．５×Ｌ２。図３の構成に相当）の例を、それぞれ示している。図２のコイ
ル構成を採用した場合、図３のコイル構成と比較してコイルが発生する磁場勾配は急にな
るため、磁気シールド内部の緩やかな磁場勾配を補正するには不利という問題がある。し
かし、本実施形態においては、以下に説明されるフローに沿って磁気シールド内部の残留
磁場勾配とコイル３０が発生する磁場勾配を詳細に合わせ込み、残留磁場を補正する事で
この問題を解決し、勾配補正コイルとしてコイル３０に正方形形状を採用する事を可能に
している。
【００２７】
図８は、シールド装置１の動作を示すフローチャートである。このフローは、例えば、
シールド装置１の電源が投入されたことを契機として開始される。
【００２８】
ステップＳ１において、制御回路４０は、コイルと同一平面における磁場を測定する。
具体的には、制御回路４０は、磁気センサー５１および磁気センサー５２から測定結果を
取得する。ステップＳ２において、制御回路４０は、勾配レベルを算出する。勾配レベル
Ａは次式（１）により算出される。
Ａ＝Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ    …（１）
なお、ＨｍａｘおよびＨｍｉｎはそれぞれ、磁気センサー５１および磁気センサー５２に
より測定される磁場のうち大きい方および小さい方を示している。また、、磁場の勾配は
式（１）をコイル間の距離Ｌｇで除したものであるが、コイル間の距離Ｌｇは一定である
ので、ここでは考慮しない。さらに、ステップＳ３において、制御回路４０は、オフセッ
トレベルを算出する。オフセットＯｓは、次式（２）により算出される。
Ｏｓ＝（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）／２    …（２）
【００２９】
ステップＳ４において、制御回路４０は、オフセット補正コイルに電流を供給する。す
なわち、制御回路４０は、式（２）で算出されたオフセットＯｓに応じた磁場Ｈｏ１をコ
イル２１が発生するように、駆動回路２５を制御する。オフセットＯｓと磁場Ｈｏ１との
関係は、あらかじめＲＯＭに記憶されている。磁場Ｈｏ１は、オフセットをキャンセルす
るための磁場、すなわちオフセットＯｓと同じ大きさで逆向きの磁場である。
【００３０】
ステップＳ５において、制御回路４０は、勾配補正コイルに電流を供給する。この例で
、制御回路４０は、設定されたパラメーターに従って決定された電流値を有する電流を、
コイル３０に供給する。このパラメーターは、後述するフィードバック制御により決定さ
れるものであり、初期値を有する。最初のループではこの初期値を用いて電流値が決定さ
れる。
【００３１】
ステップＳ６において、制御回路４０は、コイル同一平面上の磁場を測定する。この処
理は、ステップＳ１と同様に行われる。磁気センサー５１により測定される磁場をＨ１と
表し、磁気センサー５２により測定される磁場をＨ２と表す。ステップＳ７において、制
御回路４０は、勾配αがゼロであるか判断する。勾配αは、次式（３）により算出される
。
α＝｜Ｈ１−Ｈ２｜−（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）＝０    …（３）
勾配αがゼロでないと判断された場合（ステップＳ７：ＮＯ）、制御回路４０は、勾配補
正コイルに供給される電流値を決定するパラメーターの値を調整する。パラメーターの調
整は、例えばＰＩＤ制御等のフィードバック制御により行われる。パラメーターを調整す
ると、制御回路４０は、処理をステップＳ５に移行する。勾配αがゼロであると判断され
た場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、制御回路４０は、図８のフローを終了する。
【００３２】
以上で説明したようにシールド装置１によれば、内部空間の残留磁場をよりゼロに近づ
けることができる。また、この場合において、オフセット補正コイルと勾配補正コイルと
を異なる面に配置する場合と比較して、内部空間の使用効率を向上させることができる。
【００３３】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以
下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用い
られてもよい。
【００３４】
（１）オフセット補正コイルおよび勾配補正コイルの制御方法は、実施形態で説明したも
のに限定されない。オフセット補正コイルおよび勾配補正コイルは、例えば、以下のよう
に制御されてもよい。なおこの例では、オフセットの定義も実施形態とは異なっており、
次式（４）により定義される。
Ｈｏ＝Ｈｍｉｎ    …（４）
【００３５】
制御装置４０は、まず、磁場Ｈｏをキャンセルする磁場を発生させる電流を供給するよ
うに、駆動回路２５を制御する。次に制御装置４０は、この状態で再び磁気センサー５１
および磁気センサー５２から磁場の強さを取得する。このとき、磁気センサー５１および
磁気センサー５２により測定された磁場をそれぞれＨｒ１およびＨｒ２と表す。このとき
、磁場の強さの傾きαは、次式（５）により得られる。
α＝｜Ｈｒ１−Ｈｒ２｜／（ｘｍａｘ−ｘｍｉｎ）    …（５）
である。制御装置４０は、傾きαをキャンセルする磁場を発生させる電流を供給するよう
に、駆動回路３５を制御する。
【００３６】
（２）パッシブシールド１０の形状は実施形態で説明したものに限定されない。例えば、
パッシブシールド１０のｙ軸に垂直な断面の形状は、四角形に限られず、楕円、三角形も
しくは五角形以上の多角形、またはこれらの組み合わせであってもよい。また、パッシブ
シールド１０の開口部の数は１つでもよいし、２つ以上ある開口部の一部が蓋により覆わ
れてもよい。さらに、パッシブシールド１０は多層構造を有していてもよい。
【００３７】
（３）コイル２０およびコイル３０の形状は実施形態で説明したものに限定されない。コ
イル２０およびコイル３０は、楕円または多角形の形状に巻かれていてもよい。また、コ
イル３０は、単一のコイル（例えばコイル３１）のみを有していてもよい。
【００３８】
（４）実施形態においては、コイル２０およびコイル３０が、１軸方向（ｘ軸方向）のみ
に設けられる例を説明した。しかし、シールド装置１は、２組以上のコイル２０およびコ
イル３０を有し、磁場の２軸以上の成分をキャンセルしてもよい。例えば、シールド装置
１は、ｘ、ｙ、およびｚ軸の３軸それぞれについて１組のコイル２０およびコイル３０（
合計３組のコイル２０およびコイル３０）を有し、３軸方向それぞれの成分の磁場をキャ
ンセルしてもよい。
【００３９】
（５）コイル２０とコイル３０との位置関係は実施形態で説明したものに限定されない。
実施形態ではコイル２０とコイル３０とが同心で配置（両者の重心が一致するように配置
）されている例を説明した。しかし、コイル２０とコイル３０とは、同一面に配置されて
いれば、同心で配置されていなくてもよい。
【００４０】
（６）駆動回路２５、駆動回路３５、および制御装置４０は単一の装置として提供されて
もよいし、それぞれ別体の装置として提供されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…シールド装置、１０…パッシブシールド、２０…コイル、２１…コイル、２２…コイ
ル、２５…駆動回路、３０…コイル、３１…コイル、３２…コイル、３５…駆動回路、４
０…制御装置、５１…磁気センサー、５２…磁気センサー
【図１】
2014063869.tif 000003
【図２】
2014063869.tif 000004
【図３】
2014063869.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014063869.tif 000007
【図６】
2014063869.tif 000008
【図７】
2014063869.tif 000009
【図８】
2014063869.tif 000010