(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封状態の部屋に形成し、少なくともアルミや銅を含む高導電率の部材で形成した高導電率層を少なくとも１層以上含み、且つ前記高導電率の部材を含まないパーマロイに代表される高透磁率の部材で形成した高透磁率層からなる壁を有する磁気シールドルームと、前記壁の前記高透磁率層の有する導電性による渦電流シールド効果によるシールドを行う磁気シールド手段とを備えてなる磁気シールド装置であって、前記磁気シールド手段は、前記壁に配置され、前記壁を形成する前記高導電率層が形成する渦電流分布による反抗磁場と同様の磁場分布を生成する電流を流すコイルを有することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記コイルは、１ターンコイルを集合させてソレノイド状にして前記壁の周囲に配置すると共に、前記１ターンコイルの各々のコイルに不均一な電流を給電するための電極を接続したことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項３】
請求項２記載の磁気シールド装置において、前記電極は、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルのソレノイド端の電流値がソレノイド胴部の電流分布よりも大きくなるように接続したことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項４】
請求項２記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にして前記壁の周囲に配置するコイルとは別に、磁場発生面を覆う面に同心状に１ターンコイルの集合体のコイルで囲み、該コイルに渦電流と同様の分布電流を流すようにしたことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項５】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールド手段には、誘導コイルで前記壁の一端の磁場を計測し、該計測した信号を負帰還させて前記コイルに流す電流を制御する手段を備えたことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項６】
請求項２記載の磁気シールド装置において、前記壁の各端面の入力磁場を誘導コイルで計測し、該計測した信号を負帰還させて前記１ターンコイルの集合体からなるソレノイド状の各コイルに流す分布電流を制御することにより、前記各端面の磁場強度に応じた成分を持たせることで磁場勾配補正することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項７】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームの外部にマグネトメータを設置し、該設置したマグネトメータにより磁場を検出し開ループ補償したことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項８】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームの内部にＳＱＵＩＤマグネトメータを設置し、該設置したＳＱＵＩＤマグネトメータで閉ループ補償するようにフィードバック系を構成したことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項９】
請求項２記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルは、縦横のメッシュ状の導電材で構成された細線をシートコイルとしたことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項１０】
請求項２記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルは、導電膜にスリットを設け、一方向に電流分布を構成するようにしたことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項１１】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームに設けた出入口部には、導電接続を施工したことを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項１２】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記高導電率層の層を渦電流を生成できる程度に薄くするか互いに直交する方向に導電性を持たせたクロス状のメッシュによる渦電流シールド層と前記コイルを組み合わせて、高周波側にアクティブシールドとパッシブシールドの切り替わり点を設けたことを特徴とする磁気シールド装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微弱な脳磁場を計測する脳磁計測システムに必ず使われる磁気シールドルームの遮蔽特性改善に関するもので、電気的なアクティブ補正により環境磁場を低減させるアクティブ磁気シールド装置に関する。又、この発明は脳磁ばかりでなく、心磁などの生体磁場計測用磁気シールドルームにも適用可能である。更に、電子ビーム露光装置や高分解能のＭＲＩ装置（核磁気共鳴画像診断装置）用の簡易磁気シールドルームにも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ；超電導量子干渉素子）を使った生体磁気計測システムは、極めて微弱な信号を計測するため、環境磁気雑音を磁気シールドルームで低減させると共に、グラジオメータと呼ばれる差分ピックアップコイルを使って遠方に起源を持つ磁気変動ノイズを低減させている。
【０００３】
ＳＱＵＩＤは、地磁気の１億分の１以下の磁場を検出することができる高感度の磁気センサであり、超電導の量子化現象を利用しており、従来の磁気センサに対し３桁以上の感度を有し、使用する材料により液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）または液体窒素温度（７７．３Ｋ）で動作可能となっている。
【０００４】
ピックアップコイルの形状は、低減させる磁場の成分に応じて１次微分グラジオメータ、２次微分グラジオメータなどがあり、環境磁界変動を低減させる効果のないマグネトメータと呼ばれるものもある。一般的には効果と寸法の兼ね合いから1次微分グラジオメータが最もよく使われる。このピックアップコイルは、遠方磁界変動のゼロ次成分は差動コイルでキャンセルされるが、センシングコイルに近い磁場源（すなわち生体の神経活動など）から発生する磁場分布は1次以上の成分を持つため計測することができる。
【０００５】
図１３は磁気シールドルームの斜視図、図１４はその断面図である。この図１３及び図１４において、磁気シールドルーム１１はスペースを設けた２層のパーマロイの層からなる内壁１２及び外壁１３と、渦電流を利用して磁気遮蔽効果を増すことと高周波磁気遮蔽を目的とするアルミや銅などの高導電率層１４をパーマロイ層の内壁１２と外壁１３の間に入れた構造となっており、又、ルーム内に出入りする出入口部１５が設けられると共に、内部にＳＱＵＩＤ１６及び測定テーブル１７が設置されている。
一方、このような磁気シールドルーム１１によるシールドばかりでなく、磁気シールドの低コスト化を図るため、以下の参考文献１〜３に記載されたアクティブ磁気シールド法が提案されている。
これは、キャンセルコイルとしてのヘルムホルツコイル中に環境磁場計測用センサを置いてキャンセル磁場を生成することで、センサ周辺の環境磁場を低減させようというものである。
【０００６】
▲１▼参考文献１：富田他  第１５回日本生体磁気学会論文集ｖｏｌ．１３  Ｎｏ１，２０００  ｐ１７２−１７３
▲２▼参考文献２：加藤他  第１５回日本生体磁気学会論文集ｖｏｌ．１３  Ｎｏ１，２０００  ｐ１７０−１７１
▲３▼参考文献３：栗城 北大電子科学研究所発行「電子科学研究」ｐ１８−２３ 平成１２年。
【０００７】
先ず、ここで、上記説明したパーマロイベースの磁気シールドルーム１１の問題点、アクティブ磁気シールド法による問題点について、以下説明する。
【０００８】
先ず、パーマロイベースの磁気シールドルーム１１の問題点について記す。
パーマロイに代表される高透磁率の軟磁性材料により、磁気シールドしたい領域を囲むことで低周波の磁気変動が低減されることは公知であり一般的な手法である。
【０００９】
しかし、パーマロイはニッケル・鉄を主成分とし、熱処理を経なければならないことや需要量が少ないこともあり高価である。また、重量が極めて大きいことから、薄い材料を組み合わせて、多層（上記の例では２層）にすることで効果対費用の比を上げている。しかし、パーマロイだけでは十分な効果が得られないことと高周波でのシールドを兼ね備えることから、高導電率層１４での渦電流によるシールドも併用している。
【００１０】
この高導電率層１４における渦電流効果による遮蔽性能は層の厚さと周波数に比例するが、これも重量やコストによる制約を受け、さほど厚くすることができないため、数Ｈｚ以下の低周波においては以下に示すように効果が殆ど無い。
【００１１】
図１５に示すような、導電率σの金属性の壁で囲まれた、厚さｔ、幅ｗ、高さｈの長方形の箱体２１の箱内の磁界Ｈｉは、一様な外部交流磁界Ｈｏ（ω）のとき、渦電流効果による遮蔽効果は次式で表現される。
Ｈｉ＝Ｈｏ（ω）／（１＋ｊωτ）
τ＝μoσｗｈｔ／[２（ｗ＋ｈ）]
ω：角周波数、μo：真空透磁率
【００１２】
上の式によればアルミニウムの場合σ＝０．３６×１０８Ω―１ｍ−１、ｗ＝ｈ＝２０００ｍｍ、ｔ＝３ｍｍのとき約２Ｈｚがカットオフ周波数となり、この周波数以上で遮蔽効果があることがわかる。
【００１３】
厚さｔを増せばカットオフ周波数は下がるが、重量が大きくなることとコストが増すため、それほど厚くできない。
【００１４】
又、図１６に示すように、磁気シールドルーム１１内外の磁場雑音、即ち、環境磁気変動は、周波数の−２〜−３乗の振幅特性であることと、磁気遮蔽性能が低周波ほどよくないこと、更には生体磁気計測の計測帯域が０．１Ｈｚ〜１００Ｈｚ程度であるから、磁気シールドルーム１１内には遮蔽しきれない磁気雑音が侵入し、その影響は免れることができないことが理解できる。
【００１５】
図１７〜図１９は、磁気シールドルーム１１の断面とその外部の2次元的な磁力線分布の模式図で以上の説明を補足する為のものである。図１７及び図１８は低周波領域で、主にパーマロイの層である内壁１２及び外壁１３がシールドに寄与している場合である。一様な環境磁界分布に平行な磁気シールドルーム１１の壁面に磁力線が集中するため、壁面付近の磁束密度が大きくなっている。
【００１６】
一方、パーマロイの内壁１２と外壁１３との間の層である高導電率層１４の効果にのみ着目すると、図１８に示すように、数Ｈｚ以上の比較的高い周波数で渦電流２３によるシールド効果が出てくる。これは中央付近で大きくなる。先に示したように周波数が高くなるにつれて、この効果は大きくなる。
その結果、図１９に示すように、周波数が高くなるにつれ、パーマロイによる磁気シールドと渦電流シールドの両方の効果でますます内部磁界は排除される。
【００１７】
次に、上記示した参考文献１〜３のアクティブ磁気シールド法の問題点及び課題について述べる。
【００１８】
▲１▼参考文献１の手法は、磁気シールドルーム１１内に設置したＳＱＵＩＤマグネトメータをセンサとして使い、磁気シールドルーム１１周囲に巡らせたフィードバックコイルにキャンセル磁界を発生させ、磁気シールドルーム１１に侵入する磁界を低減させようというものである。
【００１９】
フィードバック利得を十分大きく取れればＳＱＵＩＤマグネトメータ近傍では、ほぼ１／（利得）に低減することができる。しかし、磁気シールドルーム１１と組合せて適用する場合は、先に説明したように磁気シールドルーム１１の壁面（内壁１２及び外壁１３）での渦電流遮蔽効果により位相回転した信号が侵入している。フィードバック系の安定性を確保しなければならず、自ずとキャンセルできる周波数限界が決まってくる。通常の生体磁気計測用磁気シールドルームでは、渦電流遮蔽のカットオフ点は数Ｈｚにあるため、この周波数付近がフィードバック利得＝１となりキャンセル効果が効かなくなる。また、安定性を確保するために利得を上げられない。
【００２０】
▲２▼参考文献２の手法は、磁気シールドルーム１１の外壁１３の各面中央部に直交する方向に感度を持つようにフラックスゲート磁束計を張りつけて、各面に独立に設置されたフィードバックコイルにキャンセル磁界を発生させて、シールド効果を高めようというものである。
【００２１】
しかし、フラックスゲート磁束計は各面に必要なため、既存の磁気シールドルーム１１にあとから設置できないという問題がある。例えば底面に設置するのは困難である。
一方、環境磁界は磁気シールドルーム１１のパーマロイの壁面（内壁１２及び外壁１３）に収束されるため、磁界強度は壁面近傍では大きく、壁面中央部では逆に小さい。従って、フラックスゲート磁束計から検出される磁気信号を元にキャンセル磁界を発生させた場合、フラックスゲート磁束計のある位置ではキャンセルされても、壁の端面では十分なキャンセル磁界が得られない。
【００２２】
又、この手法では各面に入射する磁束に比例する磁界をそれぞれ独立に検出しているため勾配制御が可能となる。しかし、この方法では磁路を構成するパーマロイの内壁１２及び外壁１３の中を面方向に通る磁束は正確に測定・制御するのは困難である。また、この検出法にはフラックスゲート磁束計の近傍に磁場発生源や磁性体があったりすると磁気シールドルーム１１全体にかかる磁界とは違った値に対しキャンセル磁界を発生させるため、補償が正確にできないという欠点がある。
【００２３】
更に、生体磁気計測用磁気シールドルームのアクティブ制御には高感度のフラックスゲート磁束計が必要であるが、一般に高価であるため、６面全てに使うのは経済的ではない。
【００２４】
▲３▼参考文献３のｐ２１、図４に示す手法は、誘導コイルを磁気シールドルーム１１に巻いて、環境磁場変動によりコイルに誘起された電圧をフィードバック信号とするものである。
【００２５】
コイルに誘起される起電力は、面積に比例するため、磁気シールドルーム１１程度の大きさの面では数１０ターンの巻き数でフラックスゲート磁束計よりも十分な感度を得ることができる。併せて、磁気シールドルーム１１の磁界収束効果があるため高感度となる。更にフィードバック系を構成するのに十分な周波数特性をもっている。
【００２６】
誘導コイルに誘起される電圧は（誘導コイル面の）磁気シールドルーム１１に鎖交する全磁束に相当するため、参考文献２のセンサのように近傍の磁界発生源や磁性体による検出磁界の歪みなどの影響が少ないという利点がある。またコスト的にも安価に構成することができる。即ち、上記▲１▼、▲２▼参考文献１、２の欠点は克服している。
【００２７】
一方、この参考文献３に教示されているコイルの位置は、磁気シールドルーム１１の中央であるが、これは生体磁気計測用ＳＱＵＩＤ１６(図１３参照)が中央部に置かれることが多いためで、センスコイル面が最小磁界となるようにフィードバック系が作用することによると解釈できる。
【００２８】
磁界を制御したいのはＳＱＵＩＤ磁束計が設置される空間であるため、この空間の磁気雑音に最も相関する部分に磁界検出センサを置けば高い制御性能が期待できる。参考文献１のＳＱＵＩＤマグネトメータを使うのはこの点を配慮したものである。参考文献３に教示する中央部へのセンスコイルの設置は、脳磁計設置空間と磁気シールドルーム１１のコイル設置位置が同一平面またはそれに近い位置で最も相関のある信号が検出されることを示唆している。
【００２９】
一般に、磁気シールドルーム１１の壁面（内壁１２及び外壁１３）を通る磁束は、磁界方向に沿って端面が少なく中央部が最も大きい。図２０はこの様子を示すもので、上から下に向けて壁沿いに磁束線が収束され中央部で最も磁束密度が大きくなる。従って、磁気シールドルーム１１の端部、例えば、フィードバックコイル付近に磁界検出用コイルを設けると中央部の磁界を補償し切れない。よって、磁界検出用コイルは磁気シールドルーム１１内にあるＳＱＵＩＤ１６（図１３、図１４参照）と同一平面内近傍に設けなければならないという制限が生じる。
【００３０】
しかし、磁気シールドルーム１１には出入口部１５（図１３、図１４参照）があるため、このような磁束検出コイルの配置は不都合である。また、磁気シールドルーム１１が数トンもあるため既存の磁気シールドルーム１１の床下にコイル配線を布設することは困難である。更に、教示された方法だけでは磁気勾配まで検出し補償することはできない。
【００３１】
以上、一般的な磁気シールドルーム１１とこの特性を補うアクティブ磁気シールド方式の3例につき説明した。これらをまとめると、
１）  磁気シールドルーム１１のパーマロイで形成されている内壁１２及び外壁１３である高透磁率層は低域で遮蔽性能を発揮し、その原理は磁束を高透磁率の板材に収束させ、周囲の磁束線数を減らすことで、被シールド空間の磁束密度を減らす。
２）  内壁１２と外壁１３の間に形成されている高導電率層１４は比較的高い周波域で渦電流遮蔽効果により、磁束侵入を排除することで、被シールド空間の磁束密度を低減する。
３）  アクティブ磁気シールドは磁気センサで磁気シールドルーム１１の内部又は外部の磁界を直接または間接に計測し、磁気シールドルーム１１の周囲に設けたヘルムホルツコイルに反抗磁界（キャンセル磁界）を発生させることで、低周波域において上記２）の特性が低減するのを補っている。
【００３２】
即ち、アクティブ磁気シールドは高導電率層１４の渦電流シールドを電気的に低周波領域の特性を補償しているものとみなすことができる。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術で説明したアクティブ磁気シールドはヘルムホルツコイルで補償しているため、内部磁場はサドル状に歪んでしまい、新たな磁気勾配を生じてしまうという欠点がある。
【００３４】
一般に、磁気シールドルーム内部の磁場勾配は、低域は高透磁率材料の影響を受けて大きな勾配を生じているが、高域では内部の洩れ磁界の勾配は極めて小さい。これは高周波域で発生する渦電流が内部磁界を均一にするように、自発的に高導電率層を分布して流れることによると推定される。同一方向に流れる電流は互いに反発し合う性質があることがその理由として考えられる。
【００３５】
これに反し、アクティブ磁気シールド用ヘルムホルツコイルでは、電流を集中して流すため渦電流による磁場分布とは異なる結果となるといえる。
均一磁場分布を発生させる方法として、無限長ソレノイドコイルが知られているが、現実には磁気シールドルームに適用できるのは有限長ソレノイドコイルのみであり、内部磁場はやはり歪んでしまう。
よって、いかなる計測法で検出しても、最終的に均一磁場を発生することはできないため、高い磁気シールド効果を大きな空間で低周波側に求めることは困難であり、その性能は限定的となってしまうという問題がある。
【００３６】
従って、本発明は磁気シールドルームと組み合わせたアクティブシールド装置の本質的な欠点を改善するためになされたもので、ヘルムホルツコイルによる磁場勾配の発生を抑え、低周波から高周波に亘る高いシールド性能を得ることにより、軽量・低コスト・超高性能なアクティブ磁気シールド装置を実現させることを目的としている。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明に係る磁気シールド装置は、次に示す構成にすることである。
【００３８】
（１）密封状態の部屋に形成し、少なくともアルミや銅を含む高導電率の部材で形成した高導電率層を少なくとも１層以上含み、且つ前記高導電率の部材を含まないパーマロイに代表される高透磁率の部材で形成した高透磁率層からなる壁を有する磁気シールドルームと、前記壁の前記高透磁率層の有する導電性による渦電流シールド効果によるシールドを行う磁気シールド手段とを備えてなる磁気シールド装置であって、前記磁気シールド手段は、前記壁に配置され、前記壁を形成する前記高導電率層が形成する渦電流分布による反抗磁場と同様の磁場分布を生成する電流を流すコイルを有することを特徴とする磁気シールド装置。
（２）（１）記載の磁気シールド装置において、前記コイルは、１ターンコイルを集合させてソレノイド状にして前記壁の周囲に配置すると共に、前記１ターンコイルの各々のコイルに不均一な電流を給電するための電極を接続したことを特徴とする磁気シールド装置。
（３）（２）記載の磁気シールド装置において、前記電極は、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルのソレノイド端の電流値がソレノイド胴部の電流分布よりも大きくなるように接続したことを特徴とする磁気シールド装置。
（４）（２）記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にして前記壁の周囲に配置するコイルとは別に、磁場発生面を覆う面に同心状に１ターンコイルの集合体のコイルで囲み、該コイルに渦電流と同様の分布電流を流すようにしたことを特徴とする磁気シールド装置。
（５）（１）記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールド手段には、誘導コイルで前記壁の一端の磁場を計測し、該計測した信号を負帰還させて前記コイルに流す電流を制御する手段を備えたことを特徴とする磁気シールド装置。
（６）（２）記載の磁気シールド装置において、前記壁の各端面の入力磁場を誘導コイルで計測し、該計測した信号を負帰還させて前記１ターンコイルの集合体からなるソレノイド状の各コイルに流す分布電流を制御することにより、前記各端面の磁場強度に応じた成分を持たせることで磁場勾配補正することを特徴とする磁気シールド装置。
（７）（１）記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームの外部にマグネトメータを設置し、該設置したマグネトメータにより磁場を検出し開ループ補償したことを特徴とする磁気シールド装置。
（８）（１）記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームの内部にＳＱＵＩＤマグネトメータを設置し、該設置したＳＱＵＩＤマグネトメータで閉ループ補償するようにフィードバック系を構成したことを特徴とする磁気シールド装置。
（９）（２）記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルは、縦横のメッシュ状の導電材で構成された細線をシートコイルとしたことを特徴とする磁気シールド装置。
（１０）（２）記載の磁気シールド装置において、前記１ターンコイルを集合させてソレノイド状にしたコイルは、導電膜にスリットを設け、一方向に電流分布を構成するようにしたことを特徴とする磁気シールド装置。
（１１）（１）記載の磁気シールド装置において、前記磁気シールドルームに設けた出入口部には、導電接続を施工したことを特徴とする磁気シールド装置。
（１２）（１）記載の磁気シールド装置において、前記高導電率層の層を渦電流を生成できる程度に薄くするか互いに直交する方向に導電性を持たせたクロス状のメッシュによる渦電流シールド層と前記コイルを組み合わせて、高周波側にアクティブシールドとパッシブシールドの切り替わり点を設けたことを特徴とする磁気シールド装置。
【００３９】
このように、1ターンコイルの集合体を磁気シールドルーム全体に巻くか予めパネルに組み込み有限長ソレノイドコイルを形成するようにしたことにより、渦電流シールドと同様、或いはそれを模した電流分布を人工的に発生させて均一磁界を発生させることが可能になり、これはパッシブな渦電流シールドは周波数の低下とともに反抗磁界を発生させるための渦電流が低下してしまうが、センサによって磁場を計測してアクティブに各コイルに反抗磁界発生用の電流を流せる為、薄い導電層でも低域から広域までカバーすることができるようになる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る磁気シールド装置の実施形態を図面を参照して説明する。尚、従来技術で説明したものと同じものには同一符号を付与して説明する。
【００４１】
本願発明に係る電磁シールド装置は、従来技術で説明した図１３及び図１４に示した、密封状態の部屋で高導電率の部材で形成した高導電率層を少なくとも１層以上含む壁を有する磁気シールドルーム、及び高導電率の部材で形成した高導電率層を含まず高透磁率の部材で形成した高透磁率層からなる壁で渦電流シールド効果によるシールドを兼用するアクティブ磁気シールド手段とを備えてなる。アクティブ磁気シールド手段は、渦電流シールド効果に基づく磁気シールド性能を電気的に補償・向上されるアクティブ磁気シールド方式のコイルを備えた構成となっている。
【００４２】
このアクティブ磁気シールド方式によるコイルは、磁気シールドルームの外壁面周囲にシート状の導電材料、あるいは直交するメッシュ状に編み上げた導電材料で形成されたコイル、あるいは導電性のたて糸を不導体の横糸で編み上げたものであり、又、これらのコイルの電極に工夫を施して均一にコイル内磁界が生成されるように電流が印加できるようにした構造にして、磁気シールドルームに発生する磁場勾配を抑制できるものである。
【００４３】
以下、このアクティブ磁気シールド方式のコイルを具現化するための種々の実施例について、以下説明する。
【００４４】
第１の具体例のコイルは、図１及び図２に示すように、磁気シールドルーム１１の外壁１２周囲にシート状の導電材を一巡させてコイル３３を形成したもので、このコイル３３は上下方向に磁場を発生させる。
【００４５】
このコイル３３は、導電性フィルムや導電材をメッシュ状に編み上げたものでも導電材にスリットを設け全体として導電率異方性を持たせたものでもよく、１ターンコイルの集合体の構造になっている。又、コイル３３は、磁気シールドルーム１１の高導電率層１４や高透磁率層の内壁１２或いは外壁１３に張り合わせてもよいし、図２に示すように、外壁１３の最外層に配置してもよい。
更に、図示していないが、このコイル３３は、一巡させた端部で電極に接続され、図中のＺ座標の各位置に対応するコイルに対し、電流分布を持たせられるようになっている。
【００４６】
このように、1ターンコイルの集合体を磁気シールドルーム全体に巻くか予めパネルに組み込み有限長ソレノイドコイルを形成し、渦電流シールドと同様、あるいはそれを模した電流分布を人工的に発生させ、均一磁界を発生させる。このようにすると、パッシブな渦電流シールドは周波数の低下とともに反抗磁界を発生させるための渦電流が低下してしまうが、センサによって磁場を計測してアクティブに各コイルに電流を流して疑似渦電流を生成すれば、薄い導電層でも低域から広域までカバーすることができる。
【００４７】
第２の具体例のコイルは、図３に示すように、メッシュ状に導電材料を編み上げたシート状にしたものである。このメッシュ状に編み上げたそれぞれの絶縁材はそれぞれが被覆したもので接触する線は互いに絶縁されている。
このシートを磁気シールドルーム１１の外壁１２の周囲に沿って一巡させ端部に電極を接続する。導電材は一方向のみでも、直交した２方向でもよい。
【００４８】
図４は1巡させたコイル３３の端部の接続例である。シート状のコイル３３を外壁１３の周囲に張り巡らせた端部は電気的に面接触する導電率が低い第１及び第２の電極３４、３５と、これらの第１及び第２の電極３４、３５に接続され、外部のコイルドライバ（図示しない）に接続する第１及び第２の引出し線３６、３７とからなる。
第１及び第２の電極３４、３５に電流を流すと第１及び第２の電極３４、３５から近いコイル３３は抵抗が低く、遠い部分は抵抗が高いため電流分布は右側のグラフで示す|Ｉ|のようになる。すなわち電流密度はソレノイド状のコイル端部が大きく、中央部が小さくなる。内部磁場分布は各コイルから発生される磁場の積分値となるため、Z軸方向の分布は|Ｂ|のようになる。
逆に、磁場分布が均一になるように、電極への接続点を多数設け電流分布を各点について調整してもよい。
【００４９】
このように、ヘルムホルツコイルが発生する磁場と異なり、渦電流シールドに近い電流分布であるためアクティブシールドに起因する内部磁場勾配を低減させることができる。
【００５０】
図５は、電極部の一例を示すもので、３８は低導電率接続部、３９は分布電流を設定する為の抵抗群、４０はこれらを接続するための高導電率の接続電極である。
抵抗群３９を構成する各抵抗のうち端部の抵抗から中間部になるに従って流れる電流を高くすることでコイル３３の中間部の電流値を抑え均一な磁場分布を得ることができる。この抵抗群３９を構成する抵抗の抵抗値は固定でも可変でもよい。又、コイル３３そのものの抵抗値や本数の分布を作りこめば同等の効果を得ることもできる。
【００５１】
このように、電流分布は、低伝導率の電極を経由して接続することにより、有限長ソレノイドとは異なり、簡単な構成で均一磁場分布が得られることになる。
【００５２】
図６は、電極部の更なる一例を示すもので、３８は低導電率接続部、３９は分布電流を設定する為の抵抗群、４１は抵抗群３９の各抵抗に接続してドライブするドライバである。ドライバ４１を設けることで、抵抗群３９の各抵抗を介してコイル３３に注入する電流を独立に設定することが可能になり、分布電流を自由に制御することができコイル内部磁場分布は均一な設定ばかりでなく高透磁率層（内壁１２、外壁１３、図２参照）が作り出す磁場勾配も制御することが可能になる。
【００５３】
このように、電流分布は、低伝導率の電極を経由して接続することにより、有限長ソレノイドとは異なり、簡単な構成で均一磁場分布が得られることになる。
【００５４】
図７は、誘導コイル４２を磁気シールドルーム１１の上端部に設けて、磁気シールド壁に流入する磁場を検出し、フィードバック回路を経て分布電流コイルにキャンセル磁界発生用の電流を流すための構成である。
【００５５】
その構成は、磁気シールドルーム１１の上端部の外周に巻回して配置してなる誘導コイル４２と、磁気シールドルーム１１の外壁周囲を覆うように配置したシート状のコイル３３と、誘導コイル４２で検出した信号を増幅してコイル４２にフィードバックする制御装置５１とからなる。
【００５６】
制御装置５１は、誘導コイル４２で検出した微弱な信号を増幅する増幅器５２と、増幅された誘導コイル４２の出力信号を積分する積分器５４と、増幅器５５と加減算器５３で構成されている正帰還回路と、コイル３３に供給する電流のバランスを調整する調整器５６と、コイル３３へ電流を供給するコイルドライバ５７ａ、５７ｂとから構成され、誘導コイル４２の出力信号が略最小となるようにコイル３３に供給する電流を負帰還制御する。
【００５７】
この誘導コイル４２は磁気シールドルーム１１の外周を覆っているコイル３３に外部から電流が供給されることにより、誘導コイル４２の検出する磁束と同一方向で、誘導コイル４２で検出された磁気ノイズをキャンセルする磁場を発生させる。
【００５８】
このように、発生すべき電流は誘導コイル４２によって検出することにより、導電層に侵入する磁場と同様、低周波〜高周波まで高い線形性をもってフィードバックできるようになる。
【００５９】
次に、磁気シールドルーム１１の出入口部１５のシールド状態について説明する。
図８は、磁気シールドルーム１１の出入口部１５の結線の様子を示したものであり、出入口部１５の両側端に設けた固定した電極５８ａ、５８ｂ、出入口部１５の開閉可動部分にコイル３３ａを敷き詰め、その両端部に設けた電極５８ｃ、５８ｄとからなる。そして、この電極５８ａと出入口部１５に設けた電極５８ｃを導電ケーブル５９ａで接続し、電極５８ｂと出入口部１５の電極５８ｄとを導電ケーブル５９ｂで電気的に接続した構造となっている。
【００６０】
このように、磁気シールドルーム１１に巻いたコイル１１は出入口部１５で一度電極５８ａと５８ｃ、５８ｂと５８ｄを導電ケーブル５９ａ、５９ｂで可動部及び開放部は接続される。このように接続することで、電流分布の空間的な形状は保持することができる。上下方向の接続も同じように行うことができる。
【００６１】
次に、シート状のコイルの変形例について説明する。
シート状のコイル３３Ｂは、図９に示すように、シート状の導電体５９にスリット６０を設けた構造となっており、全体として異方性導電率を持たせたもので、これで１ターンコイルを構成してシールドコイルとしたものである。又、このようなものと同じような性質をもつ異方性導電膜によっても同じことができる。
【００６２】
次に、空間磁場のゼロ次成分だけでなく１次勾配の補償を可能にした磁気シールド装置について説明する。
【００６３】
図１０は、磁気シールドルームの両端部で侵入磁場を誘導検出し、ゼロ次成分と1次勾配成分をそれぞれ独立してコイルアレイに電流注入する場合の構成を模式的に示したものである。その構成は、互いに逆極性の検出コイル６４ａ、６４ｂと作動コイルとしての検出コイル６４ａが磁気シールドルームの壁にその軸方向に離間された位置に直列に設けられ、検出コイル６４ａ、６４ｂの出力の差分に基づいて磁気シールドルーム１１内の検出コイル６４ａ、６４ｂの軸方向の磁場勾配を補正してキャンセルコイル（ヘルムホルツコイル）６３ａ、６３ｂに流す電流を制御する制御装置７１を設けた構成になっている。
【００６４】
制御装置７１は、検出コイル６４ｂの両端に接続されてその出力を増幅する増幅器７２と、増幅された検出コイル６４ｂの出力を積分する積分器７４と、ヘルムホルツコイル６３ａ、６３ｂに供給する電流のバランスを調整する調整器７６と、ヘルムホルツコイル６３ａ、６３ｂへ電流を供給するコイルドライバ７８、７９と、直列接続された検出コイル６４ａ、６４ｂの両端に接続されてその出力を増幅する増幅器７３と、増幅器７３の出力を積分する積分器７５とヘルムホルツコイルに供給する電流のバランスを調整する調整器７６ａ、７６ｂと、ヘルムホルツコイル６３ａ、６３ｂへ電流を供給するコイルドライバ７９と、調整器７６ａ、７６ｂの出力を加減算してヘルムホルツコイル６３ａ、６３ｂを構成するコイルに入力する加減算器７７ａ、７７ｂとからなっている。
【００６５】
ここで、壁を通る磁束は環境磁場（磁場ノイズ）に勾配がある場合、壁ｗ１への入射磁束Φｃ、出射磁束Φｃ'に差が出る。
差動コイルとしての検出コイル６４ａはこの差分を反映する磁束を検知し、検出コイル６４ｂは磁気シールドルーム１１内のゼロ次成分Ｂに比例する成分を検出する。
そして、検出コイル６４ａ、６４ｂを直列した出力はシールド壁面内の１次微分成分が得られるが、これは磁気シールドルーム１１内の洩れ磁束の密度の差分ΔＢに比例する。
【００６６】
そして、調整器７６ａ、７６ｂの出力を加減算器７７ａ、７７ｂで加減算して、ヘルムホルツコイル６３ａ、６３ｂにフィードバックすることにより、検出コイル６４ａ、６４ｂの軸方向の磁場勾配の補正を行うことができる。
【００６７】
このように、コイル電流は空間的に独立して流すことが可能であるため、磁場勾配を検出することにより積極的に勾配磁場を発生させ、近接磁界もキャンセルすることが可能となる。
尚、1次勾配検出のみ扱ったが電流分布を制御すれば2次以上の成分もキャンセルすることができるのは勿論のことである。
【００６８】
次に、磁気シールドルームの上下面に円形コイルを設けた変形例について、図１１を参照して説明する。
【００６９】
円形コイル３３Ｃ、３３Ｄは、渦巻き状の平面コイル又は同心円状にコイルを設けても、或いは辺の長さが異なる方形コイルを同心状に並べてもよい。図では省略するが、各コイルには胴部に巻いた電流と同方向に外側は大きく内側は小さくなるように分布して電流を流すか、それと同じような効果を生じるようにコイルの密度分布をもたせてもよい。又、誘導コイルは磁気シールドルーム全体に巻いてもよい。
尚、センサは誘導コイルばかりでなく、フラックスゲート磁束計をコイルの構成する平面上のパネル面に配置してもよい。又、内部のＳＱＵＩＤマグネトメータを用いてもよい。更に、コイル電流はフィードバックによらず、開ループにより制御してもよい。
【００７０】
このように、渦電流シールドが磁気シールドルーム１１の導電層全体で電流分布を構成することにより内部磁場勾配を無くすことができるのである。従って、導電層の渦電流に、より近い電流分布を模擬できるため、更に内部磁場勾配を低減させることができるようになる。
【００７１】
次に、磁気シールドルームを球形の磁気シールドルームにした、コイルの更なる変形例について、図１２を参照して説明する。
【００７２】
球形の磁気シールドルーム１１Ａでのコイル構成では、電流は互いに反発するように分布を生じることで渦電流分布を生じるが、これは上下端の密度は大きく、周方向には小さくなる。これは、前述した箱型形状の磁気シールドルームでも同様である。このようなコイル配置、電流分布を発生させることで、低周波でも高い磁気シールド性能を得ることが出きる。
尚、円筒状シールドでは、上記の図１１に示す構成で円形コイルを開口端に設ければよい。
【００７３】
次に、上記説明した種々のコイル形状に対して、磁気シールドルームを構成する導電層の構成について説明する。導電層の構成はバルクで厚みのあるものとしていたが、これを極めて薄い構成にすると別のメリットが発生する。
図示しないが、メッシュ或いは薄い導電シートと組み合わせると、高い周波数で渦電流効果が発生する為、渦電流による位相まわりが低周波域で制御系に影響を与えるのを防ぐことが出きる。また軽量で安価に磁気シールドが実現できる。
【００７４】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明に係る磁気シールド装置は、1ターンコイルの集合体を磁気シールドルーム全体に巻くか予めパネルに組み込み有限長ソレノイドコイルを形成し、渦電流シールドと同様、或いはそれを模した電流分布を人工的に発生させ、均一磁界を発生させるようにしたことにより、パッシブな渦電流シールドは周波数の低下とともに反抗磁界を発生させるための渦電流が低下してしまうが、センサによって磁場を計測してアクティブに各コイルに電流を流せる為、薄い導電層でも低域から広域までカバーすることができるという効果がある。
【００７５】
又、ヘルムホルツコイルが発生する磁場と異なり、渦電流シールドに近い電流分布であるためアクティブシールドに起因する内部磁場勾配を低減させることができるという効果もある。
【００７６】
更に、電流分布は、低伝導率の電極を経由して接続することにより、有限長ソレノイドとは異なり、簡単な構成で均一磁場分布を得ることができるという効果がある。
【００７７】
また、発生すべき電流は誘導コイルによって検出することにより、導電層に侵入する磁場と同様、低周波から高周波まで高い線形性をもってフィードバックでき、一方、コイル電流は空間的に独立して流すことが可能であるため、磁場勾配を検出することにより積極的に勾配磁場を発生させ、近接磁界もキャンセルすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る磁気シールド装置に採用されたソレノイド状のコイルを示した説明図図である。
【図２】同図１におけるソレノイド状のコイルの断面図である。
【図３】同コイルをメッシュ状に形成した説明図である。
【図４】同一巡したコイルの端部の接続例を示した説明図である。
【図５】同電極部の一例を示した説明図である。
【図６】同電極部の一例を示した説明図である。
【図７】同誘導コイルを用いた磁気シールドルームのキャンセル磁界発生用の電流を流すための略示的構成図である。
【図８】同出入口部の結線状態を示す説明図である。
【図９】同シート状の導電体にスリットを設けてコイルを形成した説明図である。
【図１０】同磁気シールドルームの両端部で侵入磁場を検出して、キャンセルする構成を略示的に示した説明図である。
【図１１】同上下の面に円形コイルを設けた構成を示す説明図である。
【図１２】同球形のシールドルームの場合を想定した説明図である。
【図１３】磁気シールドルームの外観を示す説明図である。
【図１４】図１３におけるシールドルームの断面図である。
【図１５】箱体における電磁遮蔽の様子を示す説明図である。
【図１６】磁気シールドルーム内外の磁場雑音の例をグラフに表したものである。
【図１７】従来技術における磁気シールドルームの磁場の様子を示す説明図である。
【図１８】従来技術における磁気シールドルームの磁場の様子を示す説明図である。
【図１９】従来技術における磁気シールドルームの磁場の様子を示す説明図である。
【図２０】従来技術における磁気シールドルームの磁場の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１１      磁気シールドルーム
１２      内壁面
１３      外壁面
１４      高導電率層
１５      出入口部
３３      コイル
３３Ａ    コイル
３３Ｂ    コイル
３４      第１の電極
３５      第２の電極
３６      第１の引出し線
３７      第２の引出し線
３８      低導電率接続部
３９      抵抗群
４０      接続電極
４１      ドライバ
４２      誘導コイル
５１      制御装置
５２      増幅器
５３      加減算器
５４      積分器
５５      増幅器
５６      調整器
５７ａ    コイルドライバ
５７ｂ    コイルドライバ
５８ａ    電極
５８ｂ    電極
５８ｃ    電極
５８ｄ    電極
５９ａ    導電ケーブル
５９ｂ    導電ケーブル
６０      導電体
６０ａ    スリット
６３ａ    ヘルムホルツコイル
６３ｂ    ヘルムホルツコイル
６４ａ    検出コイル
６４ｂ    検出コイル
７１      制御装置
７２      増幅器
７３      増幅器
７４      積分器
７５      積分器
７６ａ    調整器
７６ｂ    調整器
７７ａ    加減算器
７７ｂ    加減算器
７８      コイルドライバ
７９      コイルドライバ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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