(57)【要約】【課題】より均一に磁場がキャンセルされた空間を有する磁場キャンセルシステムを提供する。【解決手段】磁場キャンセルシステムは、エアーギャップを有する磁芯と、前記磁芯に巻きつけられたコイルと、前記エアーギャップ内に配置され、磁場を測定する制御用センサーと、前記センサーにより測定される磁場の大きさがゼロに近づくように、前記コイルに流す電流を制御する制御装置とを有する。【選択図】図１
2012033795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアーギャップを有する磁芯と、
前記磁芯に巻きつけられたコイルと、
前記エアーギャップ内に配置され、磁場を測定する制御用センサーと、
前記制御用センサーにより測定される磁場の大きさがゼロに近づくように、前記コイル
に流す電流を制御する制御装置と
を有する磁場キャンセルシステム。
【請求項２】
前記磁芯、前記コイル、前記制御用センサー、および前記制御装置の組を２つ以上有し
、
一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きと、別の組の前記エアーギャッ
プ内に生成される磁場の向きとが異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の磁場キャンセルシステム。
【請求項３】
磁場を発生する被測定物と、
前記被測定物が発生する磁場を測定する測定用センサーと
を有し、
前記エアーギャップの体積は、前記被測定物および前記測定用センサーの組よりも大き
い
ことを特徴とする請求項１または２に記載の磁場キャンセルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場をキャンセルする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
脳磁計や心磁計など、磁場を用いて生体の状態を測定する技術が知られている。脳磁計
や心磁計においては、ｆＴ以下の非常に微弱な磁場の測定が要求される場合がある。この
ような場合、地磁気など環境による磁場をキャンセルする必要がある。環境磁場をキャン
セルする技術としては、パッシブ型シールドおよびアクティブ型シールドの技術がある。
パッシブ型シールドにおいては、高透磁率材料でシールドルームを形成する。アクティブ
型シールドにおいては、ヘルムホルツコイルを用いてシールドしたい空間が囲まれる。特
許文献１は、パッシブ型シールドとアクティブ型シールドとを組み合わせた技術を開示し
ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４３８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、より均一に磁場がキャンセルされた空間を有する磁場キャンセルシステムを
提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、エアーギャップを有する磁芯と、前記磁芯に巻きつけられたコイルと、前記
エアーギャップ内に配置され、磁場を測定する制御用センサーと、前記制御用センサーに
より測定される磁場の大きさがゼロに近づくように、前記コイルに流す電流を制御する制
御装置とを有する磁場キャンセルシステムを提供する。
この磁場キャンセルシステムによれば、エアーギャップ内の磁場を用いない場合と比較
して、より均一に磁場がキャンセルされた空間を形成することができる。
【０００６】
好ましい態様において、この磁場キャンセルシステムは、前記磁芯、前記コイル、およ
び前記制御装置の組を２つ以上有し、一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の
向きと、別の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きとが異なってもよい。
この磁場キャンセルシステムによれば、エアーギャップ内の磁場を用いない場合と比較
して、複数の方向においてより均一に磁場がキャンセルされた空間を形成することができ
る。
【０００７】
別の好ましい態様において、この磁場キャンセルシステムは、磁場を発生する被測定物
と、前記被測定物が発生する磁場を測定する測定用センサーとを有し、前記エアーギャッ
プの体積は、前記被測定物および前記測定用センサーの組よりも大きくてもよい。
この磁場キャンセルシステムによれば、均一に磁場がキャンセルされた空間内において
被測定物が発生する磁場を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る磁場キャンセルシステム１の構成を示す図である。
【図２】従来技術に係るパッシブ型磁気シールドの磁場の分布を示す。
【図３】従来技術に係るアクティブ型磁気シールドの磁場の分布を示す。
【図４】磁場キャンセルシステム１を用いた磁場の測定方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
１．構成
図１は、一実施形態に係る磁場キャンセルシステム１の構成を示す図である。磁場キャ
ンセルシステム１は、磁芯１０と、コイル２０と、磁気センサー３０と、制御装置４０と
、電源装置５０とを有する。磁芯１０は、コイル２０により発生した磁束が通る磁路とし
て機能する。この例で、磁芯１０は、断面積Ｓの棒状の磁性体がＣ字型に曲げられた形状
を有しており、磁路の一部にエアーギャップ（切欠き）を有する（図中破線で示した領域
）。エアーギャップの長さはＬである。ここで、図１の右向きにｘ軸、上向きにｚ軸、ｘ
軸およびｚ軸の双方に垂直な向きにｙ軸をとる。磁束はｚ軸方向を向いている。コイル２
０は、磁芯１０にｎ回巻きつけられたコイルである。磁芯１０およびコイル２０により磁
気回路が形成される。磁気センサー３０は、エアーギャップ内のｚ軸方向の磁場（磁束密
度）を測定する、フィードバック制御用のセンサーである。磁気センサー３０が測定する
磁場は、地磁気等による環境磁場（磁束密度Ｂ１）と、磁気回路によりエアーギャップ中
に生成された磁場（磁束密度Ｂ２）とを合成したものである。制御装置４０は、磁気セン
サー３０からの信号をフィードバック信号として受けて、磁気センサー３０により測定さ
れる磁場の大きさがゼロに近づくように、コイル２０に流す電流を制御する。電源装置５
０は、制御装置４０を駆動させるための電力を供給する。
【００１０】
エアーギャップ内には、測定対象となる被測定物６０（例えば、生体）および被測定物
が発生する磁場を測定するための磁気センサー７０（例えば、心磁計または脳磁計）が配
置される。すなわち、エアーギャップは、被測定物６０および磁気センサー７０を収容す
ることができる程度の体積（大きさ）を有している。この例で、エアーギャップはｚ軸に
沿った形状を有している。ここで、「ｚ軸に沿った形状」とはエアーギャップ内の磁束が
ｚ軸に平行な向きを向くような形状をいう。
【００１１】
磁気回路のエアーギャップ内には、均一な磁場が生成されることが知られている。磁気
回路上のエアーギャップには、Ｎ極とＳ極が生成され、次式（１）のように磁束密度Ｂ２
の磁場が発生する。
Ｂ２＝μ０Ｈ２＝μ０ＮＩ／Ｌ      …（１）
Ｂ２：エアーギャップ内の磁束密度［Ｔ］
μ０：空気中の透磁率［Ｈ／ｍ］
ｎ：コイルの巻数［回］
Ｉ：コイルに流れる電流［Ａ］
Ｌ：エアーギャップの長さ（間隔）［ｍ］
磁束密度Ｂ２の磁場は、断面積Ｓ×エアーギャップ間隔Ｌの空間に均一に存在する。多
くの場合、地磁気等の環境磁場は空間的に均一である。したがって、エアーギャップ内の
磁場を制御し、環境磁場と逆向きの磁場を発生させることで、環境磁場がキャンセル（相
殺）される。空間的に均一な環境磁場を、エアーギャップ内の均一な磁場でキャンセルす
るので、エアーギャップ内の磁場（理想的には大きさがゼロ）は空間的に均一である。こ
うして、均一に磁場がキャンセルされた（均一な磁場減衰レベルをもつ）空間が生成され
る。
【００１２】
図２は、従来技術に係るパッシブ型磁気シールドを用いた場合の、シールド内部の磁場
の分布を例示する図である。図２において、中央部分の円形の領域がシールド内部を示す
。この例では、環境磁場は図２の左から右に向いている。シールド内部において、年輪の
ような模様は等磁束密度線を示す。
【００１３】
図３は、従来技術に係るアクティブ型磁気シールドを用いた場合の、シールド内部の磁
場の分布を例示する図である。図３において、中央付近に示されている２本の縦線がヘル
ムホルツコイルの位置に相当する。矢印は、その位置における磁場の向きを示す。色が濃
い部分は、色が薄い部分よりも磁場が大きい（磁束密度の強度が強い）ことを示す。
【００１４】
図２および図３からわかるように、従来技術に係るシールドによれば、シールド内の磁
場は均一ではなく、磁場の向きまたは大きさには分布が生じている。磁気センサー７０と
して、複数のセンサー素子を例えばアレイ化またはグラジオ化により３次元的に配置した
センサーを用いた場合、これら複数のセンサーが感じる環境磁場を均一にゼロに近づける
必要がある。しかし、従来技術に係るシールドでは、環境磁場がキャンセルされ、かつ空
間的に均一な磁場を有する空間を形成することは難しかった。本実施形態によれば、磁気
回路のエアーギャップ内の均一磁場を用いない場合と比較して、より均一性の高い磁場を
有する空間を形成することができる。
【００１５】
２．動作
図４は、磁場キャンセルシステム１を用いた磁場の測定方法を示すフローチャートであ
る。ステップＳ１００において、磁場キャンセルシステム１は、環境磁場をキャンセルす
る。環境磁場のキャンセルは、エアーギャップ内に被測定物を配置しない状態で行われる
。制御装置４０は、磁気センサー３０から出力される信号により示される磁場の大きさが
ゼロに近づくように、コイル２０に流す電流を制御する。磁場の大きさが所定のしきい値
よりも小さくなる等、条件が満たされると、制御装置４０はコイル２０に流す電流値を確
定する。確定された電流値の電流を流した状態におけるエアーギャップを「ゼロ磁場空間
」という。
【００１６】
ステップＳ１１０において、ユーザーは、ゼロ磁場空間となったエアーギャップに、被
測定物６０を配置し、磁気センサー７０により被測定物６０が発生する磁場を測定する。
このときエアーギャップはゼロ磁場空間となっているので、地磁気等の環境磁場の影響を
排除した、被測定物６０が発生する磁場が測定される。
【００１７】
ゼロ磁場空間の大きさは、磁芯１０の断面積Ｓ、エアーギャップの間隔Ｌを調整するこ
とにより、被測定物６０の大きさにあわせることができる。ゼロ磁場空間においては磁場
が均一であるので、磁気センサー７０の設置位置、およびセンサーの素子の数の自由度を
向上させることができる。
【００１８】
３．他の実施形態
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。
実施形態においては、ｚ軸方向の環境磁場のみをキャンセルする構成を説明した。しか
し、磁場キャンセルシステム１は、複数の方向（例えば、ｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ
軸方向の３つの方向）の磁場をキャンセルする構成を有していてもよい。例えば３方向の
磁場をキャンセルする場合、磁場キャンセルシステム１は、磁芯１０、コイル２０、磁気
センサー３０、および制御装置４０を含む磁気回路の組を３組有する。これら３組の磁気
回路のエアーギャップは、それぞれ、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸に沿った形状を有している
。すなわち、磁場キャンセルシステム１は、磁芯１０、コイル２０、磁気センサー３０、
および制御装置４０の組を２つ以上有し、一の組の前記エアーギャップ内に生成される磁
場の向きと、別の組の前記エアーギャップ内に生成される磁場の向きとが異なっていても
よい。
【００１９】
磁芯１０の形状は、図１に例示したものに限定されない。コイル２０により発生された
磁束が通る磁路の途中にエアーギャップを有するものであれば、磁芯１０はどのような形
状を有していてもよい。
被測定物６０および磁気センサー７０は実施形態で説明したものに限定されない。生体
以外の磁場源が被測定物６０として用いられてもよいし、心磁計または脳磁計以外のセン
サーが磁気センサー７０として用いられてもよい。
磁場キャンセルシステム１は、パッシブ型シールドまたはアクティブ型シールドと組み
合わせて用いられてもよい。例えば、パッシブ型シールドとしてのシールドボックスの中
に磁場キャンセルシステム１が配置されてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１…磁場キャンセルシステム、１０…磁芯、２０…コイル、３０…磁気センサー、４０…
制御装置、５０…電源装置、６０…被測定物、７０…磁気センサー
【図１】
2012033795.tif 000003
【図４】
2012033795.tif 000004
【図２】
2012033795.tif 000005
【図３】
2012033795.tif 000006