(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３個以上のＳＱＵＩＤと、この３個以上のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記３個以上のＳＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられ且つ前記駆動回路夫々の出力に比例した大きさの磁束をフィードバックさせるフィードバックコイルとを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記３個以上のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤに、他の１個のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束を当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して印加する手段と、これらのＳＱＵＩＤ以外の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束を前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤに当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して加法的に印加する手段とを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項２】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤに対してフィードバックコイルを複数個備え、その内の少なくとも１個のフィードバックコイルは前記他のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと直列に接続したことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項３】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記３個以上のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルの夫々には当該ＳＱＵＩＤ夫々の駆動回路の出力端を定電流回路を介して接続するとともに、その複数のフィードバックコイルの内、特定のフィードバックコイルを他の１つのＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと直列に接続し、この直列接続の接続点に、他の直列接続されたフィードバックコイル対の内の一方のＳＱＵＩＤに接続された駆動回路の出力端を別の定電流回路を介して接続したことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項４】
請求項３記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記接続点に接続した前記別の定電流回路は前記駆動回路の出力電圧に比例した電流を供給する回路であることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項５】
請求項３記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記接続点には他のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを接続したことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項６】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数個の駆動回路の内、ある１つの駆動回路の出力に他の複数個の駆動回路の出力値に比例した大きさの信号を加える加算演算器を備え、前記変換係数はそれぞれ個別に変更可能であることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項７】
請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数個の駆動回路の出力信号をデジタル値に変換する手段と、デジタル値に変換された各駆動回路の出力信号を相互に重み付け加算する演算手段とを備え、その重み係数が変更可能であることを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項８】
複数のＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられたフィードバックコイルとを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々にそのＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束をそのＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して印加する手段と、前記複数のＳＱＵＩＤの内の複数個のＳＱＵＩＤ夫々のフィードバックコイルに、他の１個のＳＱＵＩＤに供給されるフィードバック電流を加法的に印加する手段と、前記フィードバック電流が加法的に印加される複数個のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルに、その複数個のＳＱＵＩＤの内の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力電圧に比例した大きさのフィードバック電流を更に加法的に印加する手段と、前記出力電圧から電流への変換係数を変更可能な手段とを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項９】
請求項６乃至８の何れか一項に記載のＳＱＵＩＤ磁束計において、磁場発生コイルを備え、この磁場発生コイルが発生した磁場の計測値に基づいて前記変更可能な変換係数を決定する手段を備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＱＵａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）と呼ばれる高感度な磁気センサを用いたＳＱＵＩＤ磁束計に関わり、とくに、ＳＱＵＩＤとして高温超伝導ＳＱＵＩＤを用いて、外来磁気雑音の除去に有効なグラジオメータの構成を採るＳＱＵＩＤ磁束計に関する。このＳＱＵＩＤ磁束計は主に生体磁気計測装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＳＱＵＩＤを多数用いたマルチチャネル型ＳＱＵＩＤ磁束計が盛んに開発されており、この磁束計を用いた脳磁図、心磁図などの生体磁気計測が研究されている。この生体磁気計測は、既に、大脳生理学の研究及び虚血性心疾患や不整脈の診断に有効であることが見出されている。
【０００３】
極低音で動作するＳＱＵＩＤは大掛かりな冷却機構を必要とするため、どうしても、生体磁気計測装置の全体構成も大形化し、かつ、運用コストも高いという問題が付きまとう。
【０００４】
このような中、近年、高温超伝導材料を用いたＳＱＵＩＤが実用化に近づいている。高温超伝導ＳＱＵＩＤは取り扱いが容易な液体窒素により冷却できる。このため、高温超伝導ＳＱＵＩＤを生体磁気計測装置に組み込むことにより、ことさら大規模な冷却機構は必要なくなり、装置全体の大形化も回避でき、且つ、運用コストも低減できるものと、期待されている。
【０００５】
ところで、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いて生体磁気を計測するには、生体から発生する磁場は非常に微弱であることから、生体以外から発生する磁場（以下、これを「環境磁場」を呼ぶことにする）を除去しない限り、有効な計測は期待できない。このため、環境磁場を除去する技術が生体磁気計測の主要な分野の１つを形成している。
【０００６】
図１３に、環境磁場を除去するための従来法のいくつかを示す。同図（ａ）はＳＱＵＩＤ磁束計に用いられる磁束検出用の１次微分型ピックアップ（検出）コイルと呼ばれている。このピックアップコイルは、主に液体ヘリウム温度で動作するＳＱＵＩＤ磁束計に採用されるコイルであり、超伝導線によって２つのループが互いに逆向きに巻装されている。この１次微分型ピックアップコイルは、心臓や脳など、このコイルの近傍から発生する磁場に対しては感度の良い検出特性を示す一方で、遠方で発生した環境磁場に対しては２つのコイルにほぼ同じ大きさの磁束が鎖交するためことからキャンセルするようになっている。
【０００７】
また、同図（ｂ）は、上述した１次微分型ピックアップコイルを２つ用いて、その中心軸方向において逆向きに重ねた状態で接続した構成のピックアップコイルを示す。このピックアップコイルは２次微分型ピックアップコイルと呼ばれており、１次微分型よりも更に高い環境磁場の除去能力を発揮できる。これらの微分型ピックアップコイルを備え、磁場の勾配成分を計測する磁束計は「グラジオメータ」と呼ばれている。
【０００８】
このグラジオメータを電気的あるいはソフトウェア的に実現する手法が、例えば、米国特許第５，１２２，７４４号、特開平４−２６４２８１号、特開平５−２３２２０２号、特開平６−１３８１９７号などによる提案として知られている。これらの電気的あるいはソフトウェア的な手法は、極低温用のＳＱＵＩＤ磁束計にも適用可能であるが、図１３（ａ），（ｂ）のようなビックアップコイルを形成することが難しい高温超伝導ＳＱＵＩＤ磁束計に好適にも適用できる。
【０００９】
この内、とくに、特開平５−２３２２０２号にはソフトウェア的に２次微分のグラジオメータを構成する例が開示されており、これを図１３（ｃ）に模式的に示す。同図によれば、４個のマグネットメータを用い、その中の２個ずつのマグネットメータ同士の出力の差分を演算して１次微分の出力を求め、さらに、その差分出力同士の差分を再度演算することにより、２次微分の出力を得ている。加えて、参照用のマグネットメータを別に用意し、この参照用マグネットメータの計測値に比例する電流を補償電流として、他の４つのマグネットメータに供給することにより、４つのマグネットメータに共通に入力される大きな値を持つ空間的に一様な環境磁場を予め各検出値から差し引く構成になっている。
【００１０】
このように２次微分型のグラジオメータ構成することで、１次微分グラジオメータよりも環境磁場の除去能力を上げることができる。当然に、３次以上など、高次の微分次数を持つグラジオメータを構成するほど、環境磁場をその高次成分まで除去できることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特開平５−２３２２０２号記載の２次微分グラジオメータは、大きな値を持つ環境磁場の一様成分を予め除去した後、差分を演算するようにしているため、各マグネットメータのダイナミックレンジは小さくても、１段目の差分演算の出力である１次微分出力値は、高い精度の計測値を得ることができる。
【００１２】
しかし、同公開公報記載の２次微分グラジオメータにあっては、環境磁場に同様に含まれている、大きな値を持つ磁場の１次勾配成分に対する除去能力が極めて低いという問題がある。
【００１３】
すなわち、この１次勾配成分はその殆どが２つの１次微分出力に混入している。そのため、２段目の差分演算により、大きな環境磁場の１次勾配成分の中に含まれる小さな２次勾配成分を取り出さなければならない。したがって、２次微分出力値を高精度に得ようとすれば、１次微分出力値に大きなダイナミックレンジと厳密なゲイン設定が必要になる。そして、１次微分出力値に大きなダイナミックレンジと厳密なゲイン設定を確保するには、結局、各マグネットメータのダイナミックレンジを大きくする必要がある。したがって、ＳＱＵＩＤ駆動回路や各増幅器の厳密なゲイン設定が要求される。
【００１４】
例えば、環境磁場の一様成分のピーク値を約１０ｎＴ、１次勾配成分のピーク値を約１００ｐΤ、２次勾配成分のピーク値をｌｐΤ、単位周波数当たりの環境磁場は一様成分で１００ｐＴ／√Ｈｚ、１次勾配成分で１ｐＴ／√Ｈｚ、２次勾配成分で１０ｆＴ／√Ｈｚとし、１０ｆＴ／√Ｈｚの最小分解能で計測したいとする。
【００１５】
この場合、各マグネットメータの出力および１次微分出力にはピーク時に１００ｐＴの信号が出力されるので、１次微分出力の最小分解能は、少なくとも１０ｆＴ／√Ｈｚ以下を維持しつつ、１００ｐＴのピーク値で振り切れることの無いように設計しなければならない。また、１次微分出力の信号値は単位周波数当たり１ｐＴ／√Ｈｚであり、この中から１０ｆＴ／√Ｈｚの信号を取り出す必要があるので、各マグネットメータや増幅器、差分演算器のゲインの設定精度および１段目の差分演算および２段目の差分演算の同相信号除去比は少なくとも４０ｄΒ以上である必要がある。さらに、環境磁場の一様成分１００ｐＴ／√Ｈｚが含まれる中から最小分解能１０ｆＴ／√Ｈｚの１次微分出力を差分演算により取り出す必要があるから、参照用のマグネットメータによって磁場の一様成分を除去するために各々のマグネットメータに与える補償の量は８０ｄＢの精度で一致させること必要がある。
【００１６】
かかる公報記載の従来例の場合、各々のマグネットメータに与える補償の量を８０ｄＢの精度で一致させようとして、補償電流の調整回路（可変抵抗）が備えられ、各マグネットメータのばらつき分を補正する構成となっている。
【００１７】
しかし、全てのマグネットメータのばらつきを人手で調整するのは手間が掛かる。加えて、調整を完了した後であっても、調整抵抗や配線抵抗の温度変化などに因る抵抗値の時間的な揺らぎは発生するので、かかる調整を頻繁に行なわなければならないという問題があった。
【００１８】
また、４つのマグネットメータの他に、参照用としてマグネットメータを別途付加しなければならないという問題もあつた。
【００１９】
本発明は、上述した特開平５−２３２２０２号記載の２次微分グラジオメータなどに見られる従来の問題を考慮してなされたもので、空間的に立体的なビックアップコイルの形成が困難な高温超伝導ＳＱＵＩＤにも適用できるとともに、参照用のマグネットメータを必要とせず、補償電流の調整を頻繁に行なう必要が無く、且つ、環境磁場の高い除去率を実現することができる高次微分グラジオメータを成すＳＱＵＩＤ磁束計を提供することを、その目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るＳＱＵＩＤ磁束計によれば、３個以上のＳＱＵＩＤと、この３個以上のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記３個以上のＳＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられ且つ前記駆動回路夫々の出力に比例した大きさの磁束をフィードバックさせるフィードバックコイルとを備える。そして、前記３個以上のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤに、他の１個のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束を当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して印加する手段と、これらのＳＱＵＩＤ以外の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束を前記少なくとも１個のＳＱＵＩＤに当該ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して加法的に印加する手段とを備えたことを特徴とする。これにより、２次以上のグラジオメータが構成される。
【００２１】
さらに、このように構成したグラジオメータの各々の駆動回路にフィードバックゲインの微調整回路を設けることにより、各々のＳＱＵＩＤの微妙なばらつきによる出力精度の劣化を防止する。
【００２２】
また、本発明の別の態様によれば、複数のＳＱＵＩＤと、この複数のＳＱＵＩＤ夫々を独立して駆動する駆動回路と、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々に対して取り付けられたフィードバックコイルとを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記複数のＳＱＵＩＤ夫々にそのＳＱＵＩＤの駆動回路の出力に比例した大きさのフィードバック磁束をそのＳＱＵＩＤのフィードバックコイルを介して印加する手段と、前記複数のＳＱＵＩＤの内の複数個のＳＱＵＩＤ夫々のフィードバックコイルに、他の１個のＳＱＵＩＤに供給されるフィードバック電流を加法的に印加する手段と、前記フィードバック電流が加法的に印加される複数個のＳＱＵＩＤの内の少なくとも１個のＳＱＵＩＤのフィードバックコイルに、その複数個のＳＱＵＩＤの内の他のＳＱＵＩＤの駆動回路の出力電圧に比例した大きさのフィードバック電流を更に加法的に印加する手段と、前記出力電圧から電流への変換係数を変更可能な手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
このように、本発明により、２次以上の電気的差分グラジオメータを持つＳＱＵＩＤ磁束計が構成される。この構成の１つの態様を要約すると、マグネットメータで２個の電気的１次微分グラジオメータをそれぞれ構成し、片方の１次微分グラジオメータのフィードバック電流を、もう片方の１次微分グラジオメータに加算して印加する構成である。本構成により一様磁場除去用の余分なマグネットメータを備える必要がなくなると共に、広いダイナミックレンジを持つ特性の良い高次微分グラジオメータを容易に構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計を図２に基づき説明する。この実施形態は、本発明を実施する原理的な構成を示す。
【００２８】
このＳＱＵＩＤ磁束計は、マグネットメータを用いて電気的な２次微分グラジオメータとして構成してある。各マグネットメータに組み込んだＳＱＵＩＤは、高温超伝導材料で形成されている。
【００２９】
この２次微分グラジオメータ１は、図２に示す如く、第１〜第４の４つのマグネットメータ１１〜１４から構成される。各マグネットメータ１１（〜１４）は、高温超伝導材料で形成されたＳＱＵＩＤ（超伝導リング）１１ａ（〜１４ａ）、このＳＱＵＩＤを駆動するＦＬＬ（ｆｌｕｘ  ｌｏｃｋｅｄ  ｌｏｏｐ）回路１１ｂ（〜１４ｂ）、ＳＱＵＩＤに磁束をフィードバックするフィードバックコイル１１ｃ（〜１４ｃ）、およびフィードバックコイルに接続されたフィードバックループに挿入されたフィードバックアンプ１１ｄ（〜１４ｄ）を備える。フィードバックアンプ１１ｄ〜１４ｄのゲインはそれぞれβ１〜β４である。
【００３０】
４個のマグネットメータの内、第２および第４のマグネットメータ１２および１４は加算回路１５および１６を夫々備える。加算回路１５および１６の夫々は、フィードバックループ内のフィードバックコイル１２ｂ（１４ｂ）およびアンプ１２ｄ（１４ｄ）の間に挿入されいる。この加算回路１５および１６は、本来のフィードバックループを１入力とするほか、他のマグネットメータからの入力を受け、それらの合成入力をＳＱＵＩＤにフィードバックするようになっている。
【００３１】
第２のマグネットメータ１２の加算回路１５には、第１のマグネットメータ１１のＦＬＬ回路１１ｃの出力端から分岐した分岐路が接続される。この分岐路にはゲインβ′１のアンプ１７が挿入されている。
【００３２】
また、第４のマグネットメータ１４の加算回路１６には、第２および第３のマグネットメータ１１のＦＬＬ回路１２ｃおよび１３ｃの出力端から分岐した分岐路が接続される。これらの分岐路にはゲインβ′２およびβ′３のアンプ１８および１９が夫々挿入されている。
【００３３】
第１〜第４のマグネットメータ１１〜１４のＳＱＵＩＤ１１ａ〜１４ａには、それぞれ、図示しないバイアス電流供給回路によりバイアス電流が供給される。また、このＳＱＵＩＤ１１〜１４には、ＦＬＬ回路１１ｃ〜１４ｃ内の図示しない変調回路から変調磁束が印加されている。ＳＱＵＩＤ１１ａ〜１４ａの出力は夫々、ＦＬＬ回路１１ｃ〜１４ｃ内の増幅器により増幅され、検波回路により検波・復調され、積分器によって積分され、さらに必要に応じて再度増幅されて出力電圧Ｖ１と供給される（増幅器、検波回路、積分器などは図示せず）。
【００３４】
第１のＳＱＵＩＤ１１において、フィードバック回路（ループ）は、出力電圧Ｖ１に比例する「β１・Ｖ１」なる大きさのフィードバック磁束をフィードバックコイル１１ｂを経由してＳＱＵＩＤ１１ａに印可する。ＦＬＬ回路１１ｃは外部からＳＱＵＩＤ１１ａに印加される、すなわち生体から検出する磁束Φ１とフィードバック磁束β１・Ｖ１が等しくなるように動作することから、
【数１】
Φ１＝β１・ＶＩ
となり、出力電圧ＶＩは
【数２】
Ｖ１＝Φ１／β１
となる。すなわち、第１のマグネットメータ１１は入力される磁束Φ１に比例した出力電圧ＶＩを出力する。
【００３５】
また、第２のマグネットメータ１２のＳＱＵＩＤ１２ａには、その出力電圧Ｖ２に比例する「β２・Ｖ２」なる大きさのフィードバック磁束と、第１のマグネットメータ１１の出力電圧Ｖ１に比例する「β′１・Ｖ１」なる大きさのフィードバック磁束との和の磁束が印可される。すなわち、
【数３】
Φ２＝β′１Ｖ１＋β２Ｖ２
であり、出力電圧Ｖ２は
【数４】
Ｖ２＝（Φ２−（β′１／β１）Φ１）／β２
となる。従って、ゲインβ′１とβ１が一致していれば、第２のマグネットメータ１２は、第１のマグネットメ一夕１１で検出される磁束Φ１と第２のマグネットメータ１２検出される磁束Φ２との差、すなわち磁束の１階差分値に比例する電圧Ｖ２（＝（Φ２−Φ１）／β２）を出力する。
【００３６】
第３のマグネットメータ１３のＳＱＵＩＤ１３ａには、その出力電圧Ｖ３に比例する「β３・Ｖ３」なる大きさのフィードバック磁束が印加される。すなわち、
【数５】
Φ３＝β３Ｖ３
となり、その出力電圧Ｖ３は
【数６】
Ｖ３＝Φ３／β３
となる。従って、第３のマグネットメータ１３は、その検出する磁束Φ３に比例した電圧Ｖ３を出力する。
【００３７】
第４のマグネットメータ１４のＳＱＵＩＤ１４ａには、第２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ２に比例するβ′２Ｖ２なる大きさのフィードバック磁束と、第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ３に比例するβ′３Ｖ３なる大きさのフィードバック磁束と、第４のマグネットメータ１４の出力電圧Ｖ４に比例するβ４Ｖ４なる大きさのフィードバック磁束との和の磁束が印加される。すなわち、
【数７】
Φ４＝β′２Ｖ２＋β′３Ｖ３＋β４Ｖ４
となり、その出力電圧Ｖ４は
【数８】
0004427122.tif 000002
となる。従つて、ゲインβ′１とβ１、β′２とβ２、β′３とβ３がそれぞれ一致していれば、第４のマグネットメータ１４は、第１および第２のマグネットメータ１１および１２で検出される磁束Φ１およびΦ２の差と、第３および第４のマグネットメータ１３および１４で検出される磁束Φ３およびΦ４の差とを更に差分した値、すなわち磁束の２階差分値に比例する電圧Ｖ４を出力する。
【００３８】
このように、第１〜第４までマグネットメータ１１〜１４を４個使用し、第１のマグネットメータ１１の出力値Ｖ１をゲイン倍して第２のマグネットメータ１２のフィードバック信号に加算するとともに、第３のマグネットメータ１３の出力値Ｖ３をゲイン倍して第４のマグネットメータ１４のフィードバック信号に加算する。さらに、第２のマグネットメータ１２の１階差分出力Ｖ２をゲイン倍して第４のマグネットメータ１４のフィードバック信号に更に加算する。これにより、第４のマグネットメータ１４から２階差分された電圧Ｖ４が得られる。
【００３９】
本実施形態の２階微分グラジオメータは、立体的なピックアップコイルを必要としないので高温超伝導ＳＱＵＩＤにも適用可能であり、しかも参照用のマグネットメータを別途備えなけばならないという構成を採る必要がないため、製造コストの低減化も可能になる。
【００４０】
（第２の実施形態）
ところで、上述した第１の実施形態において、２階微分グラジオメータ１により検出された出力に含まれる環境磁場成分は、各々のマグネットメータ１１〜１４で検出された磁場の一様成分の約「１−（２）１／２β′／β」倍、または、環境磁場の１次勾配成分の「１−β′２／β２」倍の内、大きい方の値程度まで低下する。ここで、「β′／β」は、「β′１／β１」および「β′３／β３」の典型的な値である。例えば、磁場の一様成分の大きさを約１００ｐＴ／√Ηｚ、必要な磁場分解能を１０ｆＴ／√Ηｚとすると、１−２β′／βは、１０−４程度以下の大きさにする必要がある。つまり、β１およびβ３の各ゲインのぺアは１０−４の半分程度の誤差で一致させる必要がある。また、環境磁場の１次勾配成分の大きさを約１ｐＴ／√Ｈｚとすると、１−β′２／β２は１０−２程度以下の大きさにする必要があり、β２のゲインのぺアは１０−２程度の精度で一致させる必要がある。
【００４１】
これを実現するための具体的な実施形態を、本第２の実施形態として図２に基づき説明する。なお、これ以降の実施形態において、それまでに説明した実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計と同一または同等の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略または簡略化する。
【００４２】
図２に示すＳＱＵＩＤ磁束計は、第１の実施形態のものと同様に、４個のマグネットメータ１１〜１４を電気的に接続することで、ＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分グラジオメータ１を構成したものである。
【００４３】
同図に示す如く、マグネットメータ１１〜１４のフィードバックアンプとして抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４を夫々用いている。さらに、第２および第４のマグネットメータ１２および１４のＳＱＵＩＤ１２ａおよび１４ａには、夫々、２個のフィードバックコイル１２ｂ′及び１２ｂ"、および、１４ｂ′及び１４ｂ"が備えられている。
【００４４】
第１のマグネットメータ１１のフィードバックループの抵抗素子Ｒ１はその自身のフィードバックコイル１１ｂに接続された後、このコイル１１ｂは第２のマグネットメータ１２の２つのフィードバックコイルの内の一方のコイル１２ｂ'に直列に接続されている。第２のマグネットメータ１２のフィードバックループの抵抗素子Ｒ２は、もう一方のフィードバックコイル１２ｂ"に接続されている。同様にして、第３のマグネットメータ１１のフィードバックループの抵抗素子Ｒ３はその自身のフィードバックコイル１３ｂに接続された後、このコイル１３ｂは第４のマグネットメータ１４の２つのフィードバックコイルの内の一方のコイル１４ｂ'に直列に接続されている。第４のマグネットメータ１４のフィードバックループの抵抗素子Ｒ４は、もう一方のフィードバックコイル１４ｂ"に接続されている。
【００４５】
この２次微分型グラジオメータ１は、第２及び第４のマグネットメータ１２および１４に２つのフィードバックコイルを備えることで、フィードバックゲインβ１とβ′１、および、β３とβ′３の一致度を夫々上げることができる。以下、本実施形態のフィードバックゲインの一致度および出力信号の精度に関して説明する。
【００４６】
フィードバックゲインβ１、β′１は、夫々、
【数９】
β１＝Μ１／Ｒ１，    β′１＝Μ２／Ｒ１
である。Μ１は第１のマグネットメータメータ１１におけるフィードバックコイル１１ｂとＳＱＵＩＤ１１ａとの間の相互インダクタンスであり、Μ２およびＭ′２は第２のマグネットメータ１２におけるフィードバックコイル１２ｂ′および１２ｂ"とＳＱＵＩＤ１２ａとの間の夫々の相互インダクタンスであり、ＳＱＵＩＤとコイルを薄膜で形成する場合、１０−４より高い精度で形成可能である。
【００４７】
第３および第４のマグネットメータ１３および１４に関しても同様である。Μ３は第３のマグネットメータメータ１３におけるフィードバックコイル１３ｂとＳＱＵＩＤ１３ａとの間の相互インダクタンスであり、Μ４およびＭ′４は第４のマグネットメータ１４におけるフィードバックコイル１４ｂ′および１４ｂ"とＳＱＵＩＤ１４ａとの間の夫々の相互インダクタンスである。従って、「１−２１／２β′／β」を１０４程度以下の大きさに設定できる。
【００４８】
また、フィードバックゲインβ２およびβ′２は、夫々、
【数１０】
0004427122.tif 000003
であり、Μ′２とΜ′４は１０−２よりも高い精度で容易に形成でき、Ｒ２とＲ′２も１０−２より高い精度で一致させることができるため、「１−β′２／β２」に関しても１０−２程度以下の大きさにする設定することができる。
【００４９】
２次微分型グラジオメータ１としての差分値検出機能は第１の実施形態のものと同様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４から出力される２次微分の出力電圧Ｖ４は、
【数１１】
0004427122.tif 000004
である。
【００５０】
本実施形態では従来例のような差分演算器を必要とせずに、２階微分グラジオメータが構成される。従って、従来例のように２つのマグネットメータ間のゲインの違いや差分演算器の同相信号除去比によって、２階微分出力の精度が制限されるということがなく、環境磁場を高い精度で除去することができる。また、補償電流を調整する調整抵抗無しに必要な高精度な環境磁場の除去能を得ることができるため、補償電流の調整を頻繁に行なう必要も無い。
【００５１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態を図３および４に示す。
【００５２】
この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計も、４個のマグネットメータ１１〜１４を用いて電気的２次微分型グラジオメータ１として構成されている。
【００５３】
マグネットメータ１１〜１４の各フィードバックループには、フィードバック電流を供給する回路として定電流回路１１ｅ〜１４ｅ（ゲインα１〜α４）をそれぞれ採用している。図中、Ｍ１〜Ｍ４は、それぞれ、各ＳＱＵＩＤとフィードバックコイルとの間の相互インダクタンスである。
【００５４】
また、第１のマグネットメータ１１のフィードバックコイル１１ｂと第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル１２ｂとを直列に接続し、一方、第３のマグネットメータ１３のフィードバックコイル１３ｂと第４のマグネットメータ１４のフィードバックコィル１４ｂとを直列に接続し、これにより、第２の実施形態で説明したと同様に、フィードバックゲインβ１とβ′１、および、β３とβ′３の一致度を向上させている。
【００５５】
さらに、第２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ２を、別の定電流回路２１（ゲインα′２）を介して第４のマグネットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂに加えている。
【００５６】
本実施形態で使用している定電流回路１１ｅ〜１４ｅの一例を図４に示す。この定電流回路は電圧−電流変換回路として構成されている。この回路において、図示した各抵抗素子は以下の関係を保つ値のものを用いている。
【００５７】
【数１２】
Ｒｆ／Ｒｓ＝（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１
これにより、この定電流回路の出力電流ＩＬは、下記式で表されるように、入力電圧Ｖｓに比例した値となる。
【００５８】
【数１３】
ＩＬ＝（Ｒｆ／（ＲｓＲ３））Ｖｓ
本実施形態における２次微分型グラジオメータ１としての差分値検出機能は第１の実施形態のものと同様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４から出力される２次微分の出力電圧Ｖ４は、
【数１４】
0004427122.tif 000005
である。
【００５９】
このように、第１の実施形態と同様に差分演算器を用いることなく、２次微分グラジオメータが構成される。従来例のように、差分演算器の同相信号除去比によって２階微分出力の精度が制限されることなく、環境磁場を高い精度で除去できる２次微分グラジオメータを提供できる。さらに、補償電流を調整する調整抵抗無しに必要な精度を得ることができるため、補償電流の調整を頻繁に行なう必要のない２次微分グラジオメータを提供できる。さらにまた、第１の実施形態で示したような、第２、第４のマグネットメータそれぞれにフィードバックコイルを２個設ける必要がないため、構成が簡単化されると共に、それらのコイル間のクロストークによる歪みの発生も解消される。
【００６０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態を図５に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計も、４個のマグネットメータ１１〜１４を用いて電気的２次微分型グラジオメータ１として構成されている。
【００６１】
この２次微分型グラジオメータ１は、第３の実施形態と同様に、フィードバック電流を供給する回路として定電流回路１１ｅ〜１４ｅを各マグネットメータに採用している。その一方で、第１のマグネットメータ１１のフィードバックコイル１１ｂと第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル１２ｂとを直列に接続し、同様に、第３のマグネットメータ１３のフィードバックコイル１３ｂと第４のマグネットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂとを直列に接続し、これにより、フィードバックゲインβ１とβ′１、及び、β３とβ′３の一致度を向上させている。
【００６２】
とくに、第３の実施形態のグラジオメータと異なるのは、第１および第３のマグネットメータ１１および１３の出力電圧に比例する電流を、新たに付加した定電流回路により第２および第４のマグネットメータ１２および１４に夫々供給する回路が加えられた点である。すなわち、第１のマグネットメータ１１の出力電圧Ｖ１は定電流回路２２（ゲインγ１）を介して第２のマグネットメータ１２のフィードコイル１２ｂに加えられ、また、第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ３は定電流回路２３（ゲインγ３）を介して第４のマグネットメータ１４のフィードコイル１４ｂに加えられている。
【００６３】
本実施形態における２次微分型グラジオメータ１としての差分値検出機能は第１の実施形態のものと同様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４から出力される２次微分の出力電圧Ｖ４は、
【数１５】
0004427122.tif 000006
である。
【００６４】
上述した新たに加えられた定電流回路２２，２３は、第３の実施形態において相互インダクタンスΜ１，Μ２間およびＭ３，Ｍ４間の値が僅かに異なっていた場合、β１とβ′１、及び、β３とβ′３に要求される高い一致度を確保できなくなる点を改善するためのものである。具体的には、第１と第２（及び第３と第４）のマグネットメータ１１，１２（及び１３、１４）のフィードバックコイル１１ｂ，１２ｂ（及び１３ｂ，１４ｂ）に共通に供給される電流Ι１＝α１Ｖ１（及びΙ３＝α３Ｖ３）に比べて、小さい電流Ｉ′２＝γ１Ｖ１（及びΙ′４＝γ３Ｖ３）を第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル１２ｂ（及び第４のマグネットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂ）に供給することにより、相互インダクタンスＭ１，Μ２（及びＭ３，Ｍ４）の値の僅かな違いを補正するものである。
【００６５】
この新たに加えられた定電流回路２２，２３はそのゲインが可変になっている。このため、各マグネットメータに一様な磁場を与えたとき、第２及び第４のマグネットメータ１２、１４の出力が最も小さくなるように調整される。この定電流回路２２，２３のゲイン調整は、例えば、前述した図４の抵抗Ｒ３の値を調整することで達成される。理想的に調整されたときのゲインは、
【数１６】
γ１＝α１（Ｍ１／Ｍ２−１）
及び
【数１７】
γ３＝α３（Ｍ３／Ｍ４−１）
という値になる。これらのゲインは、相互インダクタンスＭ１，Ｍ２が互いに高精度に一致していればα１、α３よりも相当小さな値となるため、これらの値が出力値の精度に与える影響は小さく、従来の方法に比べて調整が容易である。
【００６６】
また、相互インダクタンスＭ１，Μ２，Μ３，Μ４のばらつきは主に製造時に発生するものであって、時問的な変化は極めて小さいため、一度調整を行なった後は、長期間にわたって調整する必要は無い。
【００６７】
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果に加え、ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと超伝導リングとの間の相互インダクタンスの僅かなばらつきに因る２階微分グラジオメータの出力精度の劣化を、ゲイン調整可能な定電流回路によって補償することができる。このため、２階微分の出力精度をさらに上げることができる。また、そのための調整作業も頻繁に行なう必要がないという利点がある。
【００６８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態を図６及び７に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計も、４個のマグネットメータ１１〜１４を用いて電気的２次微分型グラジオメータ１として構成されている。
【００６９】
この２次微分型グラジオメータ１は、第３の実施形態と同様に、フィードバック電流を供給する回路として定電流回路１１ｅ〜１４ｅを採用している。第１のマグネットメータ１１のフィードバックコイル１１ｂと第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル１２ｂとを直列に接続するとともに、第３のマグネットメータ１３のフィードバックコイル１３ｂと第４のマグネットメータ１４のフィードバックコイル１４ｂとを直列に接続することにより、フィードバックゲインβ１とβ′１の一致度、及び、β３とβ′３の一致度を上げている。
【００７０】
また、第３の実施形態の構成に加えて、第２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ２を増幅回路３２（ゲインγ２）で増幅して加算回路３３を介して第４のマグネットメータ３４の出力に加えるようになっている。
【００７１】
さらに、第１のマグネットメータ１１の出力電圧Ｖ１に比例する電圧を、新たに加えた増幅回路３０（ゲインγ１）により生成し、この電圧を加算回路３１により第２のマグネットメータ１２の出力電圧に加算する構成が新たに設けられている。第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ３に比例する電圧を、新たに加えた増幅回路３４（ゲインγ３）により生成し、この電圧を加算回路３５により第４のマグネットメータ１４の出力電圧に加算する構成が新たに設けられている。
【００７２】
本実施形態における２次微分型グラジオメータ１としての差分値検出機能は上述した実施形態と同様である。すなわち、第４のマグネットメータ１４から出力される２次微分の出力電圧Ｖ４は、
【数１８】
0004427122.tif 000007
である。
【００７３】
この新たに加えられた増幅回路３０、３４および加算回路３１、３５は、第３の実施形態において相互インダクタンスＭ１，Ｍ２、Μ３，Ｍ４およびα２とα′２が僅かに異なっていた場合、２次微分成分のみを出力すべき出力値に一様成分や１次勾配成分が混入する問題を改善することができる。
【００７４】
増幅回路３０、３２、３４はそのゲインを変更可能に構成されており、各マグネットメータに一様な磁場を加えたときに第２、第４のマグネットメータの微分出力が０となるようにゲインγ１、γ３を調整し、各マグネットメータに一様な勾配磁場を加えたときに第４のマグネットメータの出力が０になるようにγ２を調整する。
【００７５】
図７にゲインを調整するための具体的な回路構成を示す。コンピュータ４０内のゲイン制御部４１からゲイン値がデジタル信号として出力されると、このゲイン値はＤ／Α変換回路４４によって対応するアナログ電圧に変換される。各マグネットメータのから出力された出力電圧（入力信号１）とアナログ電圧に変換されたゲイン信号とが乗算回路４５に入力され、両者の積信号が演算される。この積信号は、他のマグネットメータのＦＬＬ回路からの出力電圧（入力信号２）に加算回路４６で加算される。この加算信号は、信号処理回路４７により、ゲイン調整、フィルタ処理などの信号処理が施された後、コンピュータ４０の信号収集部４３に送られる。この信号収集部４３によってデジタル信号に変換され、ゲイン制御部４１でのゲイン制御に供せられる。また、コンピュータ４０は磁場発生コイル制御部４２を備えており、この制御部がＳＱＵＩＤセンサ付近に設置した参照用の磁場発生コイル４８からの磁場発生を制御できるようになっている。本構成によれば、コンピュータ４０からの指令に応じて増幅回路３０、３２、３４のゲインを任意に変更することができる。
【００７６】
なお、このコンピュータ４０は、この２次微分型グラジオメータ１の検出出力（少なくとも第４のマグネットメータの出力電圧Ｖ４）を受けて磁場源などを解析する装置と兼用することができる。
【００７７】
次にゲイン調整の手順を説明する。ゲイン制御部４１は全ての増幅回路３０、３２、３４のゲインをまず一度、零に設定する。次いで、磁場発生コイル制御部４２は、ＳＱＵＩＤセンサ付近に設置された複数の磁場発生コイル４８に予め決められたパターンの磁場を発生させる。信号収集部４３ではその時の各磁束計の出力を収集し、コンピュータ内のメモリに記憶する。次いで、図示されてない演算部により、例えば特開平９−２０６６２６号に記載されている方法を用いて各増幅回路のゲインを決定し、ゲイン制御部４１はこの決定したゲイン値を元に各増幅回路のゲインを制御する。
【００７８】
本実施形態によれば、Μ１，Μ２，Μ３，Ｍ４のばらつきによる出力精度の劣化を防止することができる。相互インダクタンスΜ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４のばらつきは主に製造時に発生するものであり、時問的な変化は極めて小さいため、一度調整を行なうと、その後、長期間にわたり再調整することは殆ど必要無くなる。
【００７９】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同様の効果に加え、ＳＱＵＩＤのフィードバックコイルと超伝導リングとの間の相互インダクタンスのわずかなばらつきに因って２階微分グラジオメータの出力精度が劣化するような場合であっても、ゲイン調整可能な増幅回路および加算回路により、これを補償することが可能になる。したがって、２階微分の出力精度をさらに高くすることができ、そのための調整作業も頻繁には行なう必要が無いという特徴がある。
【００８０】
なお、本実施形態では、新たに追加した増幅回路および加算回路が電気的に構成されている場合を例示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。他の構成例として、ソフトウェア処理によるものであつてもよい。ソフトウェア処理により増幅及び加算を行なうと、増幅のためのゲイン調整がソフトウェア処理により容易に行なえるため、図７に示したような特別なゲイン調整手段が不要になり、回路構成が大幅に簡単化できるという効果がある。
【００８１】
（第６の実施形態）
第６の実施形態を図８に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計は、３個のマグネットメータを用いて電気的２次微分型グラジオメータ１として構成されている。このグラジオメータは、本発明に係る２次微分グラジオメータのほかの基本的な構成を成す。
【００８２】
２次微分グラジオメータ１は３個のマグネットメータ１１〜１３から成り、各マグネットメータは３つのＳＱＵＩＤ１１ａ（〜１３ｃ）と駆動回路としてのＦＬＬ回路１１ｃ（〜１３ｃ）から成っている。また、各マグネットメータにおいて、ゲインβ１（〜β３）のフィードバックアンプ１１ｃ（〜１３ｃ）により、出力電圧に比例した電流が夫々のフィードバックコイル１１ｂ（〜１３ｂ）に戻されるようになっている。
【００８３】
これに加えて、第１のマグネットメータ１１の出力電圧Ｖ１がゲインβ′１のフィードバックアンプ５１により増幅されて、第２のマグネットメータ１２のフィードバックループに挿入されている加算器５２に印加される。また、第３のマグネットメータ１３の出力電圧Ｖ３がゲインβ′３のフィードバックアンプ５３により増幅されて加算回路５２に印加される。加算器５２で加算された第１〜第３のマグネットメータの出力電圧は第２のマグネットメータ１２のフィードバックコイル１２ｂに与えられる。
【００８４】
この結果、第１と第３のマグネットメータ１１、１３は通常のマグネットメータとして動作し、その一方で、それらの出力電圧Ｖ１、Ｖ３を夫々β１、β３倍した大きさの磁束が第２のマグネットメータ１２のＳＱＵＩＤ１２ａに、第２のマグネットメータ自体の出力に比例した磁束と共に印加される。このため、第２のマグネットメータ１２の出力電圧Ｖ２は
【数１９】
0004427122.tif 000008
のように表される。
【００８５】
そこで、β′１／β１、β′３／β３を夫々１／２にすることにより、２次微分に相当する出力を得ることができる。この回路構成の場合、１次微分の出力を得るには、第１と第３のマグネットメータの出力電圧の差分演算を行なう必要はあるが、その一方で、従来５組必要であったＳＱＵＩＤ及び駆動回路の組が３組で済むため、構成が非常に簡素化されるという容易になるという利点がある。
【００８６】
上述した図８の原理的な２次微分グラジオメータ１を更に具体的に構成した例を図９に示す。この構成は、上述した各実施形態と同様の手法を用いることができ、１次微分出力を直接得ることができない点を除いて、上述のものと同等のの効果を得ることができる。
【００８７】
具体的には、マグネットメータ１１〜１３のフィードバックループには定電流回路１１ｅ〜１３ｅ（ゲインα１〜α３）が夫々挿入されている。また、マグネットメータ１１〜１３の夫々において、ＳＱＵＩＤ１１ａ（〜１３ａ）に対するフィードバックコイルは２個ずつ備えられている。
【００８８】
第１のマグネットメータ１１のフィードバックコイル１１ｂ'および１１"（相互インダクタンスはＭ１、Ｍ'１）は互いに直列に接続されて、自分の出力のフィードバック電流を受けるとともに、その直列接続のコイルは更に第２のマグネットメータ１２の２個のフィードバックコイル１２ｂ'および１２"（相互インダクタンスはＭ２、Ｍ'２）の内の一方１２ｂ'に接続されている。同様に、第３のマグネットメータ１３のフィードバックコイル１３ｂ'および１３"（相互インダクタンスはＭ３、Ｍ'３）は互いに直列に接続されて、自分の出力のフィードバック電流を受けるとともに、その直列接続のコイルは更に第２のマグネットメータ１２の一方のフィードバックコイル１２ｂ'に接続されている。第２のマグネットメータ１２では、残りの一方のフィードバックコイル１２ｂ"に自分の検出出力に比例した電流がフィードバックされている。
【００８９】
このグラジオメータ１の出力は第２のマグネットメータ１２から与えられ、その値は、
【数２０】
0004427122.tif 000009
で表される。１個のＳＱＵＩＤに対して２個備えられているフィードバックコイルの超伝導リングヘの相互インダクタンスＭが全て同一になるように構成すると、２次微分に相当する出力を得ることができる。
【００９０】
第２の実施形態と同様に、２次微分出力を得るために減算回路などを使用しないので、高精度に磁場の２次勾配成分を計測することが可能になる。
【００９１】
（第７の実施形態）
第７の実施形態を図１０に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計は、３次以上のグラジオメータとして、電気的３次微分型グラジオメータとし構成したものである。
【００９２】
図１０には、３次微分型グラジオメータ１の１つの基本的な構成を示す。このグラジオメータ１は、８個のマグネットメータ１１〜１４、６１〜６４を備える。この内、図面左側に表した４個のマグネットメータ１１〜１４は前述した第１の実施形態のものと同一に構成されている。図面右側に記載した残り４個のマグネットメータ６１〜６４も左側の４個のマグネットメータ１１〜１４と同様に構成されている。さらに、第４のマグネットメータ１４の検出出力Ｖ４がフィードバックアンプ７０を介して第８のマグネットメータ６４のフィードバックループに供給されている。
【００９３】
したがって、第１、第３、第５及び第７のマグネットメータ１１，１３，６１及び６３にマグネットメータ出力Ｖ１，Ｖ３，Ｖ５及びＶ７、第２及び第６のマグネットメータ１２及び６２に１次微分出力Ｖ２及びＶ６、第４のマグネットメータ１４に２次微分出力Ｖ４、並びに第８のマグネットメータ６４に３次微分出力Ｖ８を得ることができる。
【００９４】
（第８の実施形態）
第８の実施形態を図１１に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計も、３次以上のグラジオメータとして、電気的３次微分型グラジオメータとし構成したものである。
【００９５】
図１１には、３次微分型グラジオメータ１の別の基本的な構成を示す。このグラジオメータ１は、４個のマグネットメータ１１〜１４を備える。このマグネットメータ１１〜１４のＳＱＵＩＤ、フィードバックコイル、ＦＬＬ回路及びフィードバックアンプによる基本回路は今まで説明したものと同様である。
【００９６】
これに加えて、第３のマグネットメータ１３のフィードバックループには、加算回路７１が挿入されており、この加算回路７１には自前の検出出力Ｖ３に加えて、第２のマグネットメータ１２の検出出力Ｖ２をフィードバックアンプ７２（ゲインβ′２）を介して、また第４のマグネットメータ１４の検出出力Ｖ４をフィードバックアンプ７３（ゲインβ′４）を介して加えるようになっている。さらに、第４のマグネットメータ１４のフィードバックループには別の加算回路７５が挿入されて、自前の検出出力Ｖ４をゲイン倍した電流と第１のマグネットメータ１１の検出出力Ｖ１をフィードバックアンプ（ゲインβ′１）でゲイン倍した電流とを加算してフィードバックコイル１４ｂに与えるようになっている。
【００９７】
したがって、ゲインに関して、β′１／β１とβ′２／β２を１、β′４／β４を１／２や１／３などのある定数に設定することで、第３のマグネットメータ１３から３次微分出力Ｖ３が
【数２１】
0004427122.tif 000010
が得られる。このようにして、４組のマグネットメータだけで３次微分出力を得ることができる。
【００９８】
同様にして、本発明に係る４次以上の微分型グラジオメータも構成することができる。
【００９９】
（第９の実施形態）
第９の実施形態を図１２に基づき説明する。この実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計は、フィードバック回路の改善に関する。
【０１００】
高温超伝導ＳＱＵＩＤを用いたＳＱＵＩＤ磁束計では、低周波雑音を低減することを意図して、交流バィアス回路を採用し、フィードバック電流に加えた変調信号をフィードバックコイルに入力させる構成を採ることが多い。このような回路の構成例は特公平６−３８１０３に詳細に記述されている。
【０１０１】
図１２は、かかる回路構成を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の好ましい実施形態を示す。ＳＱＵＩＤ磁束計１は、複数のマグネットメータ９１、９２、…を有し、各マグネットメータは高温超伝導リング９１ａ（９２ａ）、フィードバックコイル９１ｂ（９２ｂ）、駆動回路９１ｃ（９２ｃ）、及びフィードバック系に挿入された電圧・電流変換用の定電流回路９１ｄ（９２ｄ）を備える。駆動回路９１ｃ及び９２ｃは夫々、増幅器Ｄａ、復調器Ｄｂ、積分器Ｄｃを入力側からこの順に備える。超伝導リング９１ａ，９２ａのフィードバックコイル９１ｂ，９２ｂは、自己のフィードバックループに夫々、直列に接続されながらも、相互に直列に接続されている。
【０１０２】
複数のマグネットメータ９１、９２、…には共通の交流バイアス回路９３が装備されている。この交流バイアス回路９３は、発信器９４、分周器９５、排他的論理和回路９６、および定電流回路９７を備える。
【０１０３】
この交流バイアス回路９３は、フィードバックコイル９１ｂ、９２ｂ、…が直列に接続された複数のマグネットメータ９１、９２、…に対して、変調信号を発生する発振器９４を１台だけ設け、その変調信号を定電流回路９７で電圧・電流変換し、変換した電流を直列接続のフィードバックコイル９１ｂ、９２ｂ、…に共通に供給するという特徴を有する。また、駆動回路９１ｃ，９２ｃの夫々は、ＳＱＵＩＤ９１ａ，９２ａ，…の夫々の出力電圧を増幅器Ｄａで増幅した後、共通の発振器９４を起源とする参照信号を用いて復調器Ｄｂで復調することを特徴とする。この回路構成は、前述した第１〜第８の実施形態の各々に対して適用され、フィードバック電流は第１〜第８の実施形態の各々に記されている方法で生成される。
【０１０４】
本実施形態によれば、高温超伝導ＳＱＵＩＤに顕著な低周波雑音を効果的に抑制することができるため、高温超伝導ＳＱＵＩＤに対して好適に適用できるようになる。さらに、駆動回路夫々に共通の発振器により生成された変調信号が供給され、共通の発振器に基づく参照信号により復調されるので、チャンネル間の意図しない相互作用に因って、出力電圧に歪みが発生しても、その歪みはチャンネル間に常に一定に作用するので、この相互作用は各チャンネルのばらつきと同様の歪みとして現れる。このため、第５の実施形態で説明した手法によって測定及び、補正することが可能である。したがって、第５の実施形態と組み合わせて実施することによってチャンネル問の相互作用の影響を排除して、磁場勾配をさらに高精度に計測できるという効果がある。
【０１０５】
上述した実施形態では、電気的な回路によるグラジオメータを例に説明したが、本発明の主要な構成要素はソフトウェア的にも実行可能なものであり、その場合にも電気的に構成されたのと同様の効果が得られる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、参照用の余分なマグネットメータを設ける必要がなく、２次以上のグラジオメータを電気的に又はソフトウェア的に構成できる。このため、空間的に立体的なピックアップコイルが構成困難な高温超伝導ＳＱＵＩＤを用いて、補償電流の調整を頻繁に行なう必要が無く、且つ環境磁場の高い除去率を実現する高次微分グラジオメータを提供することができる。したがって、安価で運用の容易な生体磁気計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を示す構成図。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を示す構成図。
【図３】図３は、本発明の第３の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を示す構成図。
【図４】図４は、フィードバック回路に用いる定電流回路の回路図。
【図５】図５は、本発明の第４の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を示す構成図。
【図６】図６は、本発明の第５の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの概略を示す構成図。
【図７】ゲイン調整法を説明する回路図。
【図８】図８は、本発明の第６の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての２次微分型グラジオメータの別の基本形を示す構成図。
【図９】図８の２次微分型グラジオメータを具体例を示す構成図。
【図１０】図１０は、本発明の第７の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての３次微分型グラジオメータの一例を示す構成図。
【図１１】図１１は、本発明の第８の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計としての３次微分型グラジオメータの別の例を示す構成図。
【図１２】図１２は、本発明の第９の実施形態に係るＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図１３】従来技術を説明するために用いピックアップコイルおよびグラジオメータの構成図。
【符号の説明】
１  ２次微分型グラジオメータ（ＳＱＵＩＤ磁束計）
１１〜１４  マグネットメータ
１１ａ〜１４ａ  ＳＱＵＩＤ（超伝導リング）
１１ｂ〜１４ｂ  フィードバックコイル
１１ｃ〜１４ｃ  ＦＬＬ回路
１１ｄ〜１４ｄ  フィードバックアンプ
１１ｅ〜１４ｅ  定電流回路
１１′ｂ，１１"ｂ，１２′ｂ，１２"ｂ，１４′ｂ，１４"ｂ  フィードバックコイル
１７〜１９  フィードバックアンプ
２１  定電流回路
２２，２３  定電流回路
３０、３２、３４  増幅回路
３１、３３、３５  加算回路
４０  コンピュータ
４４  Ｄ／Ａ変換回路
４５  乗算回路
４６  加算回路
４７  信号処理回路
４８  磁場発生コイル
５１，５３  フィードバックアンプ
５２  加算回路
６１〜６４  マグネットメータ
７１，７５  加算回路
７２，７３，７４  フィードバックアンプ
９１，９２  マグネットメータ
９１ａ，９２ｂ  高温超伝導リング
９１ａ，９２ｂ  フィードバック回路
９３  交流バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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