(57)【特許請求の範囲】
【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たことを特徴とする環境磁場キャンセリングシステム。
【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。
【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。
【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た請求項３記載の環境磁場キャンセリングシステム。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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差し引き手段とを備えた請求項８記載の磁気計測装置。
【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。
【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Ｈ４−３５７４８１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７５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８０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】
0004197543.tif 000002
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】
0004197543.tif 000003
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】
0004197543.tif 000004
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ＳＱＵＩＤ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、ＳＱＵＩＤ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５ａ1 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ＳＱＵＩＤ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６ａ1 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、ＳＱＵＩＤ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、ＳＱＵＩＤ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Ｚf1）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１４ａ1 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βf1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 、１４ａ3 ｛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 〜２ａ3 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ＳＱＵＩＤ磁束計の入力コイル）、ＳＱＵＩＤ素子群（ＳＱＵＩＤ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６ａ1 〜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２ａ1 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５ａ3 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γ1 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９ａ2 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Ａ1 とは異なる値Ａ2 に設定されており、同様に、ＳＱＵＩＤ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９ａ1 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Ａ2 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、ＳＱＵＩＤ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１０ａ1 のカットオフ周波数Ｆc1およびＳＱＵＩＤ磁束計２ａ2 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１２ａ2 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１４ａ3 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Ｚf3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、ＳＱＵＩＤ磁束計２ａ1 の上述した各パラメータ｛磁場感度γ1 、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βf1）｝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Ａ3 、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１１ａ1 〜１１ａ3 からそれぞれ出力された電圧信号Ｖo1、Ｖo2、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 〜１４ａ3 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 ＝３Ｇ1 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ＳＱＵＩＤ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 〜１５ａ3 における駆動回路１１ａ1 〜１１ａ3 の増幅器９ａ1 〜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ＳＱＵＩＤ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２ａ1 〜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＝３Ｇ1 Ｖo3、Ｖo2→Ｇ2 Ｖo2＝２Ｇ1 Ｖo2、Ｖo1→Ｇ1 Ｖo1｝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'o1 （＝Ｇ1 Ｖo1）、Ｖ'o2 （＝Ｇ2 Ｖo2）、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ＳＱＵＩＤ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ＳＱＵＩＤ磁束計（図３では、例えば単一チャンネルのＳＱＵＩＤ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２ａ1 〜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）、ＳＱＵＩＤ素子群（ＳＱＵＩＤ素子５ａ1 〜５ａ3 およびＳＱＵＩＤ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ＳＱＵＩＤ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 〜２ａ3 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、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、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、Ｇａｉｎ＆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Ｖout 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ＳＱＵＩＤ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３３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３１の各構成要素に加えて、差分回路３４の出力信号Ｖ'out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３４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 〜β3 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１１ａ1 〜１１ａ3 後段のプリプロセッサ回路２０ａ1 〜２０ａ3 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Ｚf1〜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＆Ｆｉｌｔｅｒ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 〜１２ａ3 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（ａｄｄｅｒ）６２とを備えている。このディジタル加算器６２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ＳＱＵＩＤ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ＳＱＵＩＤ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ＳＱＵＩＤ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ＳＱＵＩＤ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）
【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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