(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、前記壁に設けられた貫通孔を通して前記壁に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を検知信号として出力する検出コイルと、外部から電流を供給され前記検出コイル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キャンセルコイルと、前記検出コイルの出力に基づいて前記キャンセルコイルに流す電流を制御する制御装置、を具備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、前記検出コイルは、その軸方向における位置が前記磁気シールドルーム内に設けられた被制御空間の前記軸方向における位置と対応するように配置されることを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記キャンセルコイルは、前記検出コイルの検出する磁束と同一方向の磁場を発生させる一対のヘルムホルツコイルであり、前記制御装置は、前記検出コイルの出力を積分する積分器と、前記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と、前記ヘルムホルツコイルへ電流を供給するコイルドライバを有し、前記検出コイルの出力が最小となるように前記ヘルムホルツコイルへ供給する電流を負帰還制御することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項４】
請求項１記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、前記磁気シールドルームの対向する２つの壁にそれぞれ対向して設けられ、前記制御装置は、２つの検出コイルの出力に基づいて前記磁気シールドルーム内の２つの壁を通る磁束の平均磁束に比例するように前記キャンセルコイルに流す電流を制御する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、前記検出コイルは、その軸方向に離間された位置に２つ以上設けられ、前記制御装置は、各検出コイルの出力の差分に基づいて前記磁気シールドルーム内の前記検出コイルの軸方向の磁場勾配を補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項６】
請求項５記載の磁気シールド装置において、２つ以上の検出コイルの中で少なくとも一つは前記磁気ノイズのゼロ次成分比例分を検出し、前記制御装置は前記ゼロ次成分比例分を検出する検出コイルとその他の検出コイルから得られる差分信号を前記キャンセルコイルにフィードバックする信号に加減することによりゼロ次及び１次の勾配成分を同時に補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御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５又は請求項６記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、前記磁気シールドルームの対向する２つの壁にそれぞれ対向する位置に２つ以上設けられ、前記制御装置は、対向する検出コイルの出力の差分に基づいて前記磁気シールドルーム内の対向する検出コイルを結ぶ面方向の磁場勾配を補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項８】
箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、高透磁率部材からなり前記壁に設けられて前記壁を通る磁束をバイパスするバイパス板と、前記バイパス板に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を前記壁を通る磁束の検知信号として出力する検出コイルと、
外部から電流を供給され前記検出コイル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キャンセルコイルと、前記検出コイルの出力に基づいて前記キャンセルコイルに流す電流を制御する制御装置、を具備することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項９】
箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、前記壁の外部の端部に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を前記壁を通る磁束の検知信号として出力する検出コイルと、外部から電流を供給され前記検出コイルで検出された磁気ノイズをキャンセルし前記検出コイルの検出する磁束と同一方向の磁場を発生させる一対のヘルムホルツコイルと、前記検出コイルの出力を積分する積分器と、前記ヘルムホルツコイルの一対のコイルへ供給する電流のバランスを調整する調整器と、前記ヘルムホルツコイルへ電流を供給するコイルドライバと、前記積分器の出力を正帰還する増幅器及び加減算器からなる正帰還回路、を有する制御装置を具備し、前記制御装置は、前記検出コイルの出力が最小となるように前記ヘルムホルツコイルへ供給する電流を負帰還制御すると共に、正帰還量を調整することにより前記磁気シールドルームの任意の位置の磁場分布を調整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１０】
請求項３又は請求項９記載の磁気シールド装置において、前記ヘルムホルツコイルは前記磁気シールドルームの内部に設けられる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】
本発明は、無侵襲生体検査システムとして、例えば極低温におけるジョセフソン効果を利用して脳などの生体磁気を計測するＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device）磁束計等に使用される磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズを軽減するための磁気シールド装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳＱＵＩＤを使った生体磁気計測システムで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ともに、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】
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用される。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。
【０００４】
図１２（ａ）は磁気シールドルームの斜視図、（ｂ）はその断面図である。
図１２（ａ），（ｂ）において、磁気シールドルーム１は、スペースを設けた2層のパーマロイの壁２ａ，２ｂ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３を壁２ａ，２ｂの間に入れた構造となっており、出入り口４が設けられると共に、内部にＳＱＵＩＤ５が設置されている。
【０００５】
一方、このような磁気シールドルーム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】
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
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
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】
まず、パーマロイベースの磁気シールドルームの問題点について説明する。
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は低減される。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ため、高導電率層での渦電流によるシールドも併用している。
この高導電率層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。
【０００８】
図１３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（１）で表現される。
Hi=Ho（ω）／（１＋ｊωτ）  （１）
尚、τ＝μoσｗｈｔ／[２（ｗ＋ｈ）]
ω：角周波数、μo：真空透磁率  である。
【０００９】
上の式によればアルミの場合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。
【００１０】
厚さ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。
また、環境磁気変動は、図１４のグラフに示すように、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、さら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はできない。
【００１１】
図１５〜図１７は磁気シールドルーム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１５、図１６は低周波領域で、主にパーマロイ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シールドルームの壁２ａ，２ｂ近傍に磁力線が集中するため、その付近の磁束密度が大きくなっている。
【００１２】
一方、内層にある高導電率の層では図１６に示すように数Hz以上の比較的高い周波数で渦電流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１７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。
【００１３】
次に、上記の文献１〜３のアクティブ磁気シールド法について述べる。
文献１の手法は、磁気シールドルーム内に設置した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に侵入する磁界を低減させようというものである。
【００１４】
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壁面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。
従ってフィードバック系の安定性を確保する必要があるため、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。
【００１５】
文献２の手法は、磁気シールドルーム外壁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。
【００１６】
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に後から設置させることはできない。一方、環境磁界は磁気シールドルームのパーマロイ壁面に収束されるため、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。
【００１７】
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、補償を正確にできないという欠点がある。さら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。
【００１８】
一方、文献３のｐ２１図４には、誘導コイルをノイズ検出用コイルとして磁気シールドルームに巻いて、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技術が開示されている。
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えることができる。併せて、磁気シールドルームの磁界収束効果があるため高感度となる。さら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。
【００１９】
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に鎖交する全磁束に相当するため、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。すなわち、上記文献１，２の欠点は克服している。
この文献３に示されているコイルの位置は磁気シールドルームの中央であるが、これは生体磁気計測用ＳＱＵＩＤが中央部に置かれることが多いためで、検出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。
【００２０】
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。
この文献３に示された中央部への検出コイルの設置は、脳磁計設置空間と磁気シールドルーム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。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、磁気シールドルーム壁面を通る磁束は、磁界方向に沿って端面が少なく中央部が最も大きい。
図１８はこの様子を示すもので、上から下に向けて壁２ａ，２ｂ沿いに磁力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の端部、例えばフィードバックコイル（キャンセルコイル）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内にあるＳＱＵＩＤ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。
【００２２】
しかし、磁気シールドルームには出入口があるため、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が数トンもあるため既存の磁気シールドルームの床下にコイル配線を布設することは困難である。
さらに、文献３に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。
【００２３】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、その第１の目的は磁気シールドルームの施工、運用上の困難なくノイズ検出用コイルを設置可能とすると共に、ノイズをキャンセルする効果の高い最適な位置にノイズ検出用コイルを配置する手段を示すことにある。
また、第２の目的は磁場勾配を検出して補償することにより、キャンセルコイルを最適に制御する手段を示し、アクティブ磁気シールドの性能を向上させることにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、前記壁に設けられた貫通孔を通して前記壁に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を検知信号として出力する検出コイルと、外部から電流を供給され前記検出コイル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キャンセルコイルと、前記検出コイルの出力に基づいて前記キャンセルコイルに流す電流を制御する制御装置、を具備することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００２５】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、その軸方向における位置が前記磁気シールドルーム内に設けられた被制御空間の前記軸方向における位置と対応するように配置されることを特徴とする磁気シールド装置である。
【００２６】
本発明の請求項３においては、請求項１記載の磁気シールド装置において、前記キャンセルコイルは、前記検出コイルの検出する磁束と同一方向の磁場を発生させる一対のヘルムホルツコイルであり、前記制御装置は、前記検出コイルの出力を積分する積分器と、前記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と、前記ヘルムホルツコイルへ電流を供給するコイルドライバを有し、前記検出コイルの出力が最小となるように前記ヘルムホルツコイルへ供給する電流を負帰還制御することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００２７】
本発明の請求項４においては、請求項１記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、前記磁気シールドルームの対向する２つの壁にそれぞれ対向して設けられ、前記制御装置は、２つの検出コイルの出力に基づいて前記磁気シールドルーム内の２つの壁を通る磁束の平均磁束に比例するように前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００２８】
本発明の請求項５においては、請求項１記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、その軸方向に離間された位置に２つ以上設けられ、前記制御装置は、各検出コイルの出力の差分に基づいて前記磁気シールドルーム内の前記検出コイルの軸方向の磁場勾配を補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００２９】
本発明の請求項６においては、請求項５記載の磁気シールド装置において、２つ以上の検出コイルの中で少なくとも一つは前記磁気ノイズのゼロ次成分比例分を検出し、前記制御装置は前記ゼロ次成分比例分を検出する検出コイルとその他の検出コイルから得られる差分信号を前記キャンセルコイルにフィードバックする信号に加減することによりゼロ次及び１次の勾配成分を同時に補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００３０】
本発明の請求項７においては、請求項５又は請求項６記載の磁気シールド装置において、前記検出コイルは、前記磁気シールドルームの対向する２つの壁にそれぞれ対向する位置に２つ以上設けられ、前記制御装置は、対向する検出コイルの出力の差分に基づいて前記磁気シールドルーム内の対向する検出コイルを結ぶ面方向の磁場勾配を補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００３１】
本発明の請求項８においては、箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、高透磁率部材からなり前記壁に設けられて前記壁を通る磁束をバイパスするバイパス板と、前記バイパス板に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を前記壁を通る磁束の検知信号として出力する検出コイルと、
外部から電流を供給され前記検出コイル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キャンセルコイルと、前記検出コイルの出力に基づいて前記キャンセルコイルに流す電流を制御する制御装置、を具備することを特徴とする磁気シールド装置である。
【００３２】
本発明の請求項９においては、箱状でパーマロイに代表される高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームに侵入する磁気ノイズをシールドする磁気シールド装置において、前記壁の外部の端部に巻き回され、前記磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を前記壁を通る磁束の検知信号として出力する検出コイルと、外部から電流を供給され前記検出コイルで検出された磁気ノイズをキャンセルし前記検出コイルの検出する磁束と同一方向の磁場を発生させる一対のヘルムホルツコイルと、前記検出コイルの出力を積分する積分器と、前記ヘルムホルツコイルの一対のコイルへ供給する電流のバランスを調整する調整器と、前記ヘルムホルツコイルへ電流を供給するコイルドライバと、前記積分器の出力を正帰還する増幅器及び加減算器からなる正帰還回路、を有する制御装置を具備し、前記制御装置は、前記検出コイルの出力が最小となるように前記ヘルムホルツコイルへ供給する電流を負帰還制御すると共に、正帰還量を調整することにより前記磁気シールドルームの任意の位置の磁場分布を調整するようにしたことを特徴とする磁気シールド装置である。
【００３３】
本発明の請求項１０においては、請求項３又は請求項９記載の磁気シールド装置において、前記ヘルムホルツコイルは前記磁気シールドルームの内部に設けられることを特徴とする磁気シールド装置である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は本発明による磁気シールド装置の構成概略図である。
図１において、１１は磁気シールドルーム、１２は検出コイル、１３はキャンセルコイルとしてのヘルムホルツコイル、１４は制御装置である。
検出コイル１２は、図１の正面の壁ｗ１に設けられた貫通孔ｈ１と、壁ｗ１に対向する壁ｗ２に設けられた貫通孔ｈ２を通して壁ｗ１と壁ｗ２に直交する壁ｗ３（図１の右側面）の内側と外側の回りに巻き回され、磁気シールドルーム１１に侵入する磁気ノイズの変化に対応する誘導電圧を壁ｗ３を通る磁束の検知信号として出力する。
【００３５】
尚、検出コイル１２の巻き数は数１０ターンあればよく、検出コイル１２の配線は多芯ケーブルにコネクタを接続し、コネクタの相対応する位置を１つだけずらしておけば1回の配線で多数回のコイル配線が可能となる。
【００３６】
ヘルムホルツコイル１３は磁気シールドルーム１１の上部と下部にそれぞれ巻き回された一対のコイル１３ａ，１３ｂとからなり、それぞれに外部から電流を供給されることにより、検出コイル１２の検出する磁束と同一方向で、検出コイル１２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。
【００３７】
制御装置１４は検出コイル１２の出力に基づいてヘルムホルツコイル１３に流す電流を制御するものであり、微弱な信号を増幅する増幅器１５と、増幅された検出コイル１２の出力を積分する積分器１６と、ヘルムホルツコイル１３に供給する電流のバランスを調整する調整器１７と、ヘルムホルツコイル１３へ電流を供給するコイルドライバ１８ａ，１８ｂとから構成され、検出コイル１２の出力がほぼ最小となるようにヘルムホルツコイル１３へ供給する電流を負帰還制御する。
【００３８】
図１に示した検出コイル１２は、コイル面がシールドルームのｚ軸に鎖交する（検出コイル１２の軸方向がｚ軸と一致する）ように巻き回されてｚ軸に鎖交する磁気ノイズを検出するが、図２に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向の磁気ノイズを検出するために、それぞれｘ軸に鎖交する検出コイル１２Ｃ、ｙ軸に鎖交する検出コイル１２Ｂ、ｚ軸に鎖交する検出コイル１２Ａをそれぞれ設けても良い。
【００３９】
この場合、検出コイル１２Ａは壁ｗ１（図２における正面）とその対向する壁ｗ２にそれぞれ設けられた貫通孔ｈ１，ｈ２を通して壁ｗ３（図２における右側面）に巻き回され、検出コイル１２Ｂは壁ｗ４（図２における天井面）とその対向する壁ｗ５（図２における床面）にそれおぞれ設けられた貫通孔ｈ３，ｈ４を通して壁ｗ３（図２における右側面）に巻き回され、検出コイル１２Ｃは壁ｗ４（図２における天井面）とその対向する壁ｗ５（図２における床面）にそれぞれ設けられた貫通孔ｈ５，ｈ６を通して壁ｗ１（図２における正面）に巻き回されている。
【００４０】
そして、検出コイル１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃに対し、それぞれに発生する誘導電圧をキャンセルするキャンセルコイルとキャンセルコイルに流す電流を制御する制御装置をそれぞれ個別に設ける。
【００４１】
また、検出コイルは図２に示したような配置ばかりでなく、検出コイルのコイル面がｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と鎖交すれば良いのでその配置の自由度は大きく、例えば検出コイル１２Ｃはｘ軸に鎖交するようにシールドルームの天井面（壁ｗ４）、床面（壁ｗ５）、反対側の対向面（壁ｗ２）を利用しても、またそれらの面を組み合わせて配置してもよい。
また、貫通孔の位置は図２に示したような配置だけでなく、例えば検出コイル１２ｃの貫通孔ｈ５、ｈ６はシールドルームの天井面（壁ｗ４）と床面（壁ｗ５）に設けられているが、正面の壁ｗ１の面内に２つの貫通孔を設けるようにしても良い。
【００４２】
また、図３に示すように、磁気シールドルーム１１内のＳ点にＳＱＵＩＤを設置した場合、その近傍空間が磁気ノイズの被制御空間となる。そして、図３のＸ矢視図である図４に示すように、高透磁率の壁ｗ１を通る磁束Φxと磁気シールドルーム１１内の磁束密度BxとはX軸の座標で決まる関数でXの値が近いほど相関は大きい。
【００４３】
従って、図３に示すように、検出コイル１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃをその軸方向における位置座標が磁気シールドルーム１１内に設けられた被制御空間の近傍の軸方向における位置座標に対応するように配置することにより空間磁場のゼロ次成分を補償をすることができ、高いシールド効果を得ることができる。即ち、図３においてａ−ａ’、ｂ−ｂ’、ｃ−ｃ’の各線分の交点であるＳ点の近傍を被制御空間とした場合、この線分をそれぞれ含む平面上またはその近傍に検出コイルを設けることにより高いシールド効果を得ることができる。
【００４４】
そして、図１において、検出コイル１２はｚ軸方向の磁気ノイズによる磁束の変化に対応した誘導電圧を出力し、制御装置１４の増幅器１５は微弱な検出コイル１２の出力を増幅し、積分器１６は増幅された検出コイル１２の出力を積分して線形化する。
誘導電圧は鎖交する磁束をΦ、コイル巻き数をN、コイル出力電圧をVとするとV=N×（dΦ/dt）であるため、低周波になるに従って電圧が小さくなるため、制御に不都合である。この微分項を積分器１６で積分することで高透磁率の壁を通る低周波磁気信号を得る。
【００４５】
そして、調整器１７はヘルムホルツコイル１３に供給する電流のバランスを調整し、コイルドライバ１８ａ，１８ｂはヘルムホルツコイル１３により発生する磁場が磁気ノイズをキャンセルするように、即ち、検出コイル１２の出力がほぼ最小となるように調整された電流をヘルムホルツコイル１３（コイル１３ａ，１３ｂ）に供給する。
【００４６】
また、積分器１６及び調整器１７を、ＡＤ変換器及びＣＰＵに置き換えてデジタル処理可能な構成としてもよい。
また、コイルドライバ１８ａ，１８ｂにはフィードバック系の安定化のために積分機能を設けてもよい。
【００４７】
ところで、磁気ノイズの磁束のほとんどは図１８に示すように磁気シールドルームの壁を通るが、上述のような磁気シールド装置においては、検出コイルを壁に設けられた貫通孔を通して壁の内側と外側の回りに巻き回して構成するようにしたので、磁気シールドルーム全体に検出コイルを巻き回す必要はない。
また磁気シールドルームの出入り口の位置を問題とすることなく、検出コイルを磁気シールドルームに設置することができ、また検出コイルの設置位置を被制御空間の座標に一致させているので、ノイズをキャンセルする効果を高めることができる。
【００４８】
また、調整器により、磁気シールドルームの中心から被制御空間が偏心していてもおおきな磁気勾配を生じることのないようにヘルムホルツコイルのキャンセル電流を制御することができる。
【００４９】
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。
図５は１次勾配を併せて補償するための磁気シールド装置の構成図であり、１軸のみ示した例である。
尚、以下の図面において、図１と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
【００５０】
図５において、互いに逆極性の検出コイル１９ａと差動コイルとしての検出コイル１９ｂが、磁気シールドルーム１１の壁ｗ１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１９ａ，１９ｂ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１９ａ，１９ｂ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１３）に流す電流を制御する制御装置２０が設けられている。
【００５１】
制御装置２０は、検出コイル１９ａの両端に接続されてその出力を増幅する増幅器２１ａと、増幅された検出コイル１９ａの出力を積分する積分器２２ａと、ヘルムホルツコイル１３に供給する電流のバランスを調整する調整器２３ａと、ヘルムホルツコイル１３へ電流を供給するコイルドライバ２４ａと、直列接続された検出コイル１９ａ，１９ｂの両端に接続されてその出力を増幅する増幅器２１ｂと、増幅器２１ｂの出力を積分する積分器２２ｂとヘルムホルツコイル１３に供給する電流のバランスを調整する調整器２３ｂと、ヘルムホルツコイル１３へ電流を供給するコイルドライバ２４ｂと、調整器２３ａ，２３ｂの出力を加減算してヘルムホルツコイル１３を構成するコイル１３ａ，１３ｂに入力する加減算器２５ａ，２５ｂとからなっている。
【００５２】
図５において、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１９ｂはこの差分を反映する磁束を検知し、検出コイル１９ａ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１９ａ，１９ｂ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。
【００５３】
そして、調整器２３ａ，２３ｂの出力を加減算器２５ａ，２５ｂで加減算して、ヘルムホルツコイル１３にフィードバックすることにより、検出コイル１９ａ，１９ｂの軸方向の磁場勾配の補正を行うことができる。
【００５４】
図６は２次微分成分を検出するための検出コイルの構成を示す図である。
図６において、検出コイル２６ａと、差動コイルとしての検出コイル２６ｂ，２６ｃが磁気シールドルーム１１の壁ｗ１にその軸方向に離間された位置に設けられている。
尚、検出コイル２６ｂ，２６ｃは、互いに逆極性で磁気シールドルーム１１の壁ｗ１の両端に直列に設けられている。
動作原理は図５に示したものと同様であり、図示しない制御装置は、検出コイル２６ａ，２６ｂ，２６ｃの出力の差分に基づいて磁気シールドルーム１１内の検出コイルの軸方向の磁場勾配を補正して図示しないキャンセルコイルに流す電流を制御する。
【００５５】
図７は、対向する壁の間の磁場勾配を補償するための検出コイルの構成を示す図である。
図７において、検出コイル２７ａは磁気シールドルーム１１の壁ｗ１に設けられ、検出コイル２７ｂは壁ｗ１に対向する壁ｗ２に検出コイル２７ａに対向する位置に設けられ、図示しない制御装置は検出コイル２７ａ，２７ｂの出力に基づいて磁気シールドルーム１１内の検出コイル２７ａ，２７ｂを結ぶ面方向の磁場勾配を補正して図示しないキャンセルコイルに流す電流を制御する。
【００５６】
この場合、検出コイル２７ａ，２７ｂの対向する一端は互いに接続され、対向する他端はそれぞれ図示しない制御装置に入力され、制御装置はその出力の差分を取るように構成される。
この場合、制御装置は壁ｗ１を通る磁束Φｃと壁ｗ２を通る磁束Φｃ’の平均磁束に比例するように図示しないキャンセルコイルに流す電流を制御する。
【００５７】
また、シングルエンドで磁束Φｃ，Φｃ’の成分を検出するように構成することにより、制御装置は検出コイル２７ａと検出コイル２７ｂを結ぶ面方向の磁場勾配を補正して前記キャンセルコイルに流す電流を制御することができる。
【００５８】
図８は、図６と図７に示した検出コイルの構成を組み合わせた場合を示す図である。
図８において、検出コイル２６ａと、差動コイルとしての検出コイル２６ｂ，２６ｃが磁気シールドルーム１１の壁ｗ１にその軸方向に離間された位置に設けられている。
尚、検出コイル２６ｂ，２６ｃは、互いに逆極性で磁気シールドルーム１１の壁ｗ１の両端に直列に設けられている。
同様に検出コイル２８ａと、差動コイルとしての検出コイル２８ｂ，２８ｃが磁気シールドルーム１１の壁ｗ１に対向する壁ｗ２の軸方向に離間された位置に設けられている。
尚、検出コイル２８ｂ，２８ｃは、互いに逆極性で磁気シールドルーム１１の壁ｗ１の両端に直列に設けられている。
【００５９】
この場合、検出コイル２６ａと検出コイル２８ａ、検出コイル２６ｂと検出コイル２８ｂ、検出コイル２６ｃと検出コイル２８ｃは互いに対向する位置に設置されている。
この場合、図示しない制御装置は、磁気シールドルーム１１内の検出コイルの軸方向の磁場勾配の補正を行うと共に、壁ｗ１を通る磁束Φｃと壁ｗ２を通る磁束Φｃ’の平均磁束に比例するように図示しないキャンセルコイルに流す電流を制御する。
また、磁束方向（壁の面内の方向）と磁束に直交する方向（対向する検出コイルを結ぶ面方向）の磁気勾配の補正を行った制御を行うことができる。
【００６０】
図９は本発明の他の実施例を示す構成図である。
図９において、２９は磁気シールドルーム１１の壁と同様に高透磁率部材からなるバイパス板であり、壁ｗ１に固定されることにより壁ｗ１を通る磁束をバイパスする。
そして、検出コイル１２は図１０に示すようにバイパス板２９に巻き回されている。
【００６１】
そして、制御装置１４は、バイバス板２９を通る磁束Φｃ’を検出することにより、これに比例する壁ｗ１を通る磁束Φｃを求め、ヘルムホルツコイル１３の制御を行う。
この場合、磁気シールドルーム１１に貫通孔を設けないため、既設の磁気シールドルームに対して容易に磁気シールド装置を設置することができる。
【００６２】
また、図１に示した構成の変形例として示した図２から図８の構成を、図９に示した構成の変形として展開することが可能である。
【００６３】
図１１は本発明の他の実施例を示す構成図である。
【００６４】
図１１において、検出コイル３０は、磁気シールドルーム１１の壁の上端に巻き回されている。
そして制御装置３１は、図１に示した制御装置１４に増幅器３３と加減算器３４とで構成される正帰還回路３２が付加されて構成されている。
増幅器３３は積分器１６の出力を増幅してフィードバックすると共に、フィードバック量を調整可能なフィードバック増幅器であり、加減算器３４は増幅器１５と増幅器３３の出力を加減算して積分器１６に入力する。
【００６５】
ヘルムホルツコイル１３の発生する磁場は一般にコイル中央部で小さくなる。この構成では、磁気シールドルーム１１内の被制御空間の磁束密度が最も小さくなるように、正帰還によりヘルムホルツコイル１１の磁束を増加させる。
正帰還回路３２はその正帰還量により磁気シールドルーム１１内の磁束を制御する。
【００６６】
本構成によれば、制御量を調整しなければならない部分が増えるが、検出コイル設置位置の問題は解決されること、磁気シールドルームの壁に検出コイル設置用の貫通孔を設ける必要がなくなることから既設の磁気シールドルームに無理なく適用できるなどの利点がある。
なお、この構成を拡張し、検出コイルを上下2箇所に設け、磁気勾配を検出して勾配制御することも可能である。
【００６７】
以上、キャンセルコイルを主として負帰還制御する場合について説明したが、これまで例示した検出コイルを用いて、磁気シールドルームの内部にキャンセルコイルを設け、開ループ（フィードフォワード）でアクティブ磁気シールドするように構成しても良い。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、磁気ノイズを検出する検出コイルを、シールドルームの壁に設けられた貫通孔を通して壁に巻き回すようにしたので、シールドルームの施工、運用上の困難なく、また、ノイズをキャンセルする効果の高い磁気シールド装置をシールドルームに設置することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、シールドルーム内の磁場勾配を補償する補償用の検出コイルを設け、シールドルーム内の磁場勾配を補償してキャンセルコイルに流す電流を制御するようにしたので、ノイズをキャンセルする効果をより高めた磁気シールド装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気シールド装置の構成概略図である。
【図２】検出コイルを設置する位置の一例を示す図である。
【図３】検出コイルと被制御空間の位置との関係を示す図である。
【図４】壁を通る磁束と磁気シールドルーム内の磁束密度Bxとの相関を説明するための図である。
【図５】１次勾配を併せて補償するための磁気シールド装置の構成図である。
【図６】２次微分成分を検出するための検出コイルの設置例を示す図である。
【図７】対向する壁の間の磁場勾配を補償するための検出コイルの設置例を示す図である。
【図８】図６と図７に示した検出コイルの構成を組み合わせた場合を示す図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１０】バイパス板に検出コイルを設置した一例を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図１２】磁気シールドルームの構成図である。
【図１３】金属性の壁で囲まれた箱内の磁界遮蔽効果を説明するための図である。
【図１４】磁気シールドルーム内外の磁場雑音の例を示す図である。
【図１５】磁気シールドルームの断面とその外部の2次元的な磁力線分布の模式図である。
【図１６】磁気シールドルームの断面とその外部の2次元的な磁力線分布の模式図である。
【図１７】磁気シールドルームの断面とその外部の2次元的な磁力線分布の模式図である。
【図１８】磁気シールドルーム壁面を通る磁束の密度を説明するための図である。
【符号の説明】
１１  磁気シールドルーム
１２  検出コイル
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ  検出コイル
１３  ヘルムホルツコイル
１４  制御装置
１５  増幅器
１６  積分器
１７  調整器
１８ａ，１８ｂ  コイルドライバ
ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４，ｈ５  貫通孔
ｗ１，ｗ２，ｗ３，ｗ４、ｗ５  壁
【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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