(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の測定ポイントから発せられる微弱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磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を有する磁場測定手段と、
前記ＳＱＵＩＤ素子から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微弱磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、
前記ＳＱＵＩＤ駆動手段は、前記ＳＱＵＩＤ素子に近接して配置されたフィードバックコイルおよび前記駆動回路の積分器から出力された電圧信号を電流に変換する第１の電圧／電流変換回路を有し、この第１の電圧／電流変換回路により変換された電流をフィードバック電流として前記フィードバックコイルに供給する第１のフィードバック回路とを備えており、さらに、
前記検出コイルを前記測定ポイントから離間させて配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号をディジタルデータに変換する第１の変換手段と、
この第１の変換手段により変換されたディジタルデータから前記直流電圧成分に対応するディジタルデータを抽出し、抽出した直流電圧成分に対応するディジタルデータを複数のビットデータに分割して出力する抽出手段と、
前記複数のビットデータをそれぞれラッチする複数のラッチ回路と各ラッチ回路でそれぞれラッチされたビットデータを読み出してそれぞれ前記直流電圧成分に対応する電流に変換する複数の第２の電圧／電流変換回路とを備えた第２の変換手段と、
この第２の電圧／電流変換回路により変換された電流をそれぞれフィードバック電流とした前記フィードバックコイルに供給する第２のフィードバック回路を備え、前記第２の変換手段により変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて前記微弱磁場に比例した出力信号に含まれる直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分をキャンセルするキャンセル手段とを備えたことを特徴とするＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項２】
前記微弱磁場に比例した出力信号は、前記磁場測定手段の検出コイルを前記測定ポイントに近接して配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段を駆動させることにより上記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された電気信号であることを特徴とする請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項３】
前記第２のフィードバック回路は前記第１のフィードバック回路の第１の電圧電流変換回路により変換されたフィードバック電流及び前記複数の電圧／電流変換回路により変換された各フィードバック電流を加算する加算手段を有し、当該加算回路から出力された加算フィードバック電流を前記フィードバックコイルに供給するようにした請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項４】
前記変換回路はＤ／Ａ変換器であり、前記第１の電圧／電流変換回路及び第２の電圧／電流変換回路は抵抗である請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項５】
前記第１の電圧／電流変換回路及び前記第１のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量と前記第２の電圧／電流変換回路及び前記第２のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量とを異なるように構成した請求項１記載のＳＱＵＩＤ磁束計。
【請求項６】
前記第２の変換手段は、前記直流電圧成分に対応するディジタルデータをラッチする機能と、前記微弱磁場に比例した出力信号を得るための前記ＳＱＵＩＤ駆動手段の駆動に応じて前記ラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータを読み出して前記直流電圧成分に対応する電気信号に変換する変換機能とを有するＤ／Ａ変換器である請求項１記載の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、ジョセフソン接合を有する超伝導リング（超伝導量子干渉素子、ＳＱＵＩＤ素子）を用いて生体磁気等の微弱磁界を検出するＳＱＵＩＤ磁束計（超伝導量子干渉計）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＱＵＩＤ磁束計は、１つあるいは２つのジョセフソン接合が形成された超伝導リングにバイアス電流を流して超電導状態を崩すことにより、外部から印加される磁界を電圧として計測する計測デバイスであり、生体磁気等の極微弱な磁界を高感度で検出可能なデバイスとして近年注目を集めている。
【０００３】
ＳＱＵＩＤ磁束計の中でも２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子（ｄｃＳＱＵＩＤ）を用いた磁束計は１つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子（ｒｆＳＱＵＩＤ）を用いた磁束計と比べて高感度・低雑音であるため、最近では開発の主流となっている。
【０００４】
ｄｃＳＱＵＩＤ素子を用いたＳＱＵＩＤ磁束計（以下、単にＳＱＵＩＤ磁束計という）は、外部磁束Φの変化に対する電圧Ｖの変化｛Ｖ−Φ特性；１磁束量子（Φ0 ）を１周期として周期的に変化する｝を利用してＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束Φを電圧値として検出しているが、このＳＱＵＩＤ駆動回路には、大別して（１）ＳＱＵＩＤに対して変調磁束を加えることにより得られた電圧を同期検波し、この検波の結果得られた信号を磁束としてフィードバックする同期検波方式の駆動回路｛ＦＬＬ（Flux Locked Loop）回路｝や（２）電圧変化を増幅し磁束として直接フィードバックする駆動回路｛ＤＯＩＴ（Direct Offset Integra-tion Technique ）方式の駆動回路｝が考案されている。これらのＳＱＵＩＤ駆 動回路は、何れもＳＱＵＩＤ磁束計の動作点がＶ−Φ特性上の一点にロックされるように外部磁場（測定磁場）変化を打ち消すフィードバック磁束をＳＱＵＩＤ素子に与え、このフィードバック磁束に比例した電圧を読取り出力とすることにより、測定磁場に比例した電圧を得ることができるようになっている。
【０００５】
図９は、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路の内ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示すものである（なお、図８においては、単１チャンネルのＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成を示している）。図９によれば、検出コイル８０により検出された測定磁場に基づく磁束は、予め電流源８１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８２に入力コイル８３を介して伝達される。そして、ＳＱＵＩＤ素子８２から入力磁束に基づく電圧が出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４の増幅器や積分器等を有する駆動回路８５に送られて増幅処理され、電圧信号Ｖoutとして出力される。
【０００６】
このとき、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４におけるフィードバック回路８６により、駆動回路８５から出力された電圧信号Ｖout は電圧／電流変換回路である抵抗８７（インピーダンス：Ｚf0）を介して電流に変換され、フィードバック電流としてフィードバックコイル８８に供給される。この結果、フィードバック磁束Φf がＳＱＵＩＤ素子８２に与えられ、測定磁場の変化が打ち消される。
【０００７】
一方、駆動回路８５から出力されたフィードバック磁束Φf に比例する電圧信号Ｖout は前処理部８９のフィルタ回路［ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９０及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）９１｛又はバンドパスフィルタ（ＢＥＦ）｝］及び増幅器（Ａｍｐ）９２によりゲイン調整及び帯域制限が施され、雑音除去処理及び増幅処理された電圧Ｖ'outとして出力される。なお、フィルタ回路のカットオフ周波数及び増幅器９２の増幅率（Ｇａｉｎ；ゲイン）は、Ｇａｉｎ＆Ｆｉｌｔｅｒ制御回路９３により所望の値に設定される。
【０００８】
前処理部８９から出力された電圧信号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て様々なデータ処理が行なわれるようになっている。
【０００９】
ところで、ＳＱＵＩＤ駆動回路から出力された電圧信号Ｖout には、低周波磁束（直流磁束）成分に起因した直流電圧信号が含まれている。この直流磁束成分は、主にＶ−Φ特性上において上述したＳＱＵＩＤ磁束計の動作点を決定する際に生じるオフセット磁束（直流オフセット磁束）から成っており、このオフセット磁束は、磁束計の周囲の環境や増幅器９２等の電子回路群等に基づく一定の磁場（静磁場、オフセット磁場）に基づいて検出コイルにより検出される磁束成分から構成されている。
【００１０】
図１０（ａ）は、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性（正弦波に近似している）を示すとともに、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図である。また、図１０（ｂ）は、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性を示すとともに、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図である。
【００１１】
ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図１０（ａ）に示すように、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なライン（正の屈曲点と隣接する負の屈曲点とを結ぶライン）の略中間点にＳＱＵＩＤ駆動回路の０電圧ラインが交差するように調整して当該中間点を動作点に設定し、また、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図１０（ｂ）に示すように、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なラインの略中間点にＳＱＵＩＤ駆動回路の０電圧ラインが交差するように調整し、そのＶ−Φ特性の負の屈曲部分における極小点を動作点に設定している。
【００１２】
このようにして、ＳＱＵＩＤ磁束計の動作点（磁束がロックされる点；磁束ロック点）が設定された状態においてＳＱＵＩＤ磁束計動作が実行されると、ＳＱＵＩＤ駆動回路のフィードバック電流のＧＮＤと出力電圧Ｖout のＧＮＤが共通であるため、外部磁束Φのゼロ点ラインと動作点（磁束ロック点）の基準ラインは一致する。すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計動作の際においては、図１０における動作点の基準ラインを表すラインＬs と外部磁束Φのゼロ点ラインを表す電圧基準軸Ｓa が重なり合うことになる。この結果、ラインＬs と電圧基準軸Ｓa との間の一定の（直流的な）磁束差Φoff がオフセット磁束として出力されることになる。
【００１３】
このオフセット磁束が微弱磁場計測を実行する際にどの程度悪影響を及ぼすのかを以下に考察する。
【００１４】
今、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束計動作させた際のＳＱＵＩＤ磁束計の磁場−磁束変換効率を５００ｐＴ／Φ0 、磁束−電圧変換率を１Φ0 ／Ｖと設定した場合、当該ＳＱＵＩＤ磁束計の磁場−電圧変換効率は５００ｐＴ／Ｖに設定される。この磁場−電圧変換効率の値（５００ｐＴ／Ｖ）は、磁束計を構築したときの感度の良い磁束計の典型的な値である。
【００１５】
このように各変換効率が設定されたＳＱＵＩＤ磁束計において、１ｐＴp-p （ピークピーク値）の測定磁場を検出する場合、オフセット磁束が無ければ、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力段では、当該１ｐＴp-p の測定磁場に基づく磁束に対応する２ｍＶp-p の電圧が出力される筈である。しかしながら、ＳＱＵＩＤ磁束計をＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路により磁束計動作させた場合には、図１０（ａ）に示したように、最大で１／２Φ0 のオフセット磁束が測定磁場に基づく磁束に重畳するため、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力段からは５００ｍＶの電圧が出力される。すなわち、測定磁場に基づく磁束に対応する出力電圧２ｍＶに対して、最大で２５０倍のオフセット磁束に基づく直流電圧成分（直流磁束オフセット成分）が重畳することになる。
【００１６】
したがって、例えば、測定したい出力電圧２ｍＶp-p をＡ／Ｄ変換可能な電圧まで増幅してゲインを稼ごうした場合、例えば、２Ｖまで増幅させるには、２５００倍の増幅器（アンプ）を通してからＡ／Ｄ変換することになるが、このとき、５００ｍＶの直流オフセット成分は、１２５０Ｖまで増幅されることになり、ここまで大きな電圧に増幅し、且つ小電圧を計測するアンプの実現は不可能である。
【００１７】
以上述べたように、直流磁束オフセット成分により、ＳＱＵＩＤ駆動回路の出力後段の前処理部の増幅処理やフィルタリング処理に限界を与え、正確な測定磁場に基づく磁束に対応する出力電圧が得られなかった。
【００１８】
そこで、従来のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計においては、図９に示すように、ＳＱＵＩＤ駆動回路８４の出力後段においてＨＰＦ９０（カットオフ周波数０．１Ｈｚ）を挿入配置しておき、このＨＰＦ９０によりＳＱＵＩＤ駆動回路８４から出力された電圧信号に含まれる直流電圧成分全体を低減させることにより、測定磁場に基づく信号電圧成分に対する直流磁束オフセット成分の影響を抑制し、増幅処理やフィルタリング処理を実行できるようにしていた。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＳＱＵＩＤ磁束計を用いた生体磁場等の極微弱磁場計測においては、非常に低周波な磁場信号（直流的な磁場信号；以下、直流磁場信号という）を数１０分程度の非常にゆっくりした時間に亘って計測し、得られた計測データに基づいて解析処理を行なうことにより磁場源を推定して神経ブロックや梗塞等を評価することが行なわれている。
【００２０】
しかしながら、このような直流磁場信号を計測する際において、従来のＳＱＵＩＤ磁束計では、ＳＱＵＩＤ駆動回路から出力された電圧信号に含まれる直流電圧成分全体をＨＰＦにより低減させているため、オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット成分に加えて、実際に計測したい直流磁場信号に基づく直流電圧成分をも低減させることになり、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することは困難だった。
【００２１】
そこで、ＨＰＦのカットオフ周波数をさらに小さくして直流磁場信号に基づく直流電圧成分のカットオフ量を抑制することが考えられているが、このような方法でも、実際に直流磁場信号に基づく直流電圧成分自体を計測しているわけではないため、ＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力電圧信号が直流磁場信号に基づく直流電圧成分に一致することはなく、直流磁場信号及びその変化を正確に計測することは困難であった。また、カットオフ周波数をさらに小さくしたＨＰＦを用いた場合、当該ＨＰＦが安定状態に入るまでにカットオフ周波数の逆数以上の時間が必要であることから計測時間をさらに増大させる結果となっていた。さらにまた、ＨＰＦのカットオフ周波数を小さくした場合、そのＨＰＦのコンデンサ容量がさらに大きくなってしまうため精度を維持することが難しく、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することは困難であった。
【００２２】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＳＱＵＩＤ駆動回路からの出力電圧信号からオフセット磁束に基づく直流磁束オフセット成分のみを除去することにより、直流磁場信号に基づく直流電圧成分を正確に測定することを可能にしたＳＱＵＩＤ磁束計を提供することにある。
【００２３】
【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ＳＱＵＩＤ磁束計は、請求項１に記載したように、測定対象の測定ポイントから発せられる微弱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磁場に基づく磁束に応じて電気信号を出力するＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を有する磁場測定手段と、前記ＳＱＵＩＤ素子から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微弱磁場に比例した出力信号とするＳＱＵＩＤ駆動手段とを備えたＳＱＵＩＤ磁束計において、前記ＳＱＵＩＤ駆動手段は、前記ＳＱＵＩＤ素子に近接して配置されたフィードバックコイルおよび前記駆動回路の積分器から出力された電圧信号を電流に変換する第１の電圧／電流変換回路を有し、この第１の電圧／電流変換回路により変換された電流をフィードバック電流として前記フィードバックコイルに供給する第１のフィードバック回路とを備えており、さらに、前記検出コイルを前記測定ポイントから離間させて配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号をディジタルデータに変換する第１の変換手段と、この第１の変換手段により変換されたディジタルデータから前記直流電圧成分に対応するディジタルデータを抽出し、抽出した直流電圧成分に対応するディジタルデータを複数のビットデータに分割して出力する抽出手段と、前記複数のビットデータをそれぞれラッチする複数のラッチ回路と各ラッチ回路でそれぞれラッチされたビットデータを読み出してそれぞれ前記直流電圧成分に対応する電流に変換する複数の第２の電圧／電流変換回路とを備えた第２の変換手段と、この第２の電圧／電流変換回路により変換された電流をそれぞれフィードバック電流とした前記フィードバックコイルに供給する第２のフィードバック回路を備え、前記第２の変換手段により変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて前記微弱磁場に比例した出力信号に含まれる直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分をキャンセルするキャンセル手段とを備えたものである。
【００２５】
請求項２に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記微弱磁場に比例した出力信号は、前記磁場測定手段の検出コイルを前記測定ポイントに近接して配置した状態において前記ＳＱＵＩＤ駆動手段を駆動させることにより当該ＳＱＵＩＤ駆動手段から出力された電気信号である。
【００２８】
請求項３に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記第２のフィードバック回路は前記第１のフィードバック回路の第１の電圧電流変換回路により変換されたフィードバック電流及び前記複数の電圧／電流変換回路により変換された各フィードバック電流を加算する加算手段を有し、当該加算回路から出力された加算フィードバック電流を前記フィードバックコイルに供給するようにしている。
【００２９】
請求項４に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記変換回路はＤ／Ａ変換器であり、前記第１の電圧／電流変換回路及び第２の電圧／電流変換回路は抵抗である。
【００３０】
請求項５に記載したＳＱＵＩＤ磁束計によれば、前記第１の電圧／電流変換回路及び前記第１のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量と前記第２の電圧／電流変換回路及び前記第２のフィードバック回路を介して前記フィードバックコイルに供給されるフィードバック電流のフィードバックゲイン量とを異なるように構成している。
【００３２】
請求項６に記載したＳＱＵＩＤ磁束計において、前記第２の変換手段は、前記直流電圧成分に対応するディジタルデータをラッチする機能と、前記微弱磁場に比例した出力信号を得るための前記ＳＱＵＩＤ駆動手段の駆動に応じて前記ラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータを読み出して前記直流電圧成分に対応する電気信号に変換する変換機能とを有するＤ／Ａ変換器である。
【００３３】
本発明のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、図１に示すように、磁場測定手段１の検出コイル１ａ及びＳＱＵＩＤ素子１ｂを介して検出されＳＱＵＩＤ駆動手段２を介して出力された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号は、第１の変換手段３によりディジタルデータに変換され、抽出手段４によりディジタルデータから直流電圧成分に対応するディジタルデータが抽出される。
【００３４】
この抽出された直流電圧成分に対応するディジタルデータは、第２の変換手段５の例えばラッチ回路５ａによりラッチされており、このラッチ回路５ａによりラッチされた直流電圧成分に対応するディジタルデータが変換回路５ｂにより直流電圧成分に対応する電気信号に変換される。
【００３５】
そして、変換回路５ｂにより変換された直流電圧成分に対応する電気信号に基づいて、キャンセル手段６である例えばフィードバック手段６ａにより、当該直流電圧成分に対応する電気信号が直流オフセット磁束キャンセル用の磁束（フィードバック磁束）としてＳＱＵＩＤ素子１ｂにフィードバックされる。
【００３６】
したがって、例えば外部環境等から生じた磁場に基づいてＳＱＵＩＤ素子１ｂに与えられる直流オフセット磁束は、フィードバック手段６ａからフィードバックされたフィードバック磁束によりキャンセルされる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計の実施の形態を図面に従って以下に説明する。
【００３８】
（第１の実施の形態）
本発明のＳＱＵＩＤ磁束計に係わる第１の実施の形態として、例えば生体を測定対象としたマルチチャンネル（ｎチャンネル）型のＳＱＵＩＤ磁束計を図２及び図３に従って以下に説明する。
【００３９】
図２及び図３に示すように、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各測定部（センサアレイ；第１チャンネルＣＨ1 〜第ｎチャンネルＣＨn ）における第１チャンネルＣＨ1 は、２つのジョセフソン接合を有するＳＱＵＩＤ素子１２と、生体から発せられた微弱磁場（測定磁場）を検出するための検出コイル１３と、この検出コイル１３により検出された測定磁場に基づく磁束Φs1をＳＱＵＩＤ素子１２に伝達する入力コイル１４と、ＳＱＵＩＤ素子１２にバイアス電流を流す電流源１５と、ＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧を増幅する増幅器（プリアンプ）１６ａや積分器１６ｂを有する駆動回路１６及びこの駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号Ｖout1（積分器１６ｂにより、増幅器１６ａにより増幅されて入力した電圧信号の極性を反転している）を電圧／電流変換回路である例えば抵抗１７ａ（インピーダンスＺf0）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１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに流す第１のフィードバック回路１７を有したＳＱＵＩＤ駆動回路１８とを備えており、フィードバックコイル１７ｃ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１２に与えるように構成されている。なお、図２及び図３においては、第１チャンネルＣＨ1 のみの構成を示すが、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn についても同等の構成である。
【００４０】
すなわち、第２のチャンネルＣＨ2 〜第ｎのチャンネルＣＨn の各フィードバック回路１７ｂにおいても、それぞれフィードバック電流Ｉf( 2〜n)をフィードバックライン１７ｂを介して各フィードバックコイル１７ｃに流すことにより、測定磁場Φs( 2〜n)の変化を打ち消すフィードバック磁束Φf( 2〜n)を各ＳＱＵＩＤ素子１２に与えるようになっている。
【００４１】
各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn におけるＳＱＵＩＤ素子１２、検出コイル１３、入力コイル１４、及びフィードバックコイル１７ｃは、それぞれ液体ヘリウムで満たされたデュワー２０内に収容されており、このデュワー２０を移動させて図示しない寝台に載置された生体（被検体）の測定ポイントに装着することにより、被検体の測定ポイントから発せられる生体磁気を測定するようになっている。
【００４２】
ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の動作点は、次のように設定されている。すなわち、積分器１６ｂのスイッチ（ＳＷ１）をＯＮにして通常のアンプとして動作させた状態においてフィードバックループのスイッチ（ＳＷ２）をＯＦＦにしてオープンループにする。この状態において、周期的磁界を印加してオシロスコープ等の測定機器によりＶ−Φ特性（略正弦波形）を表示しながら、Ｖ−Φ特性における傾きの急峻なラインと零電圧ラインが交差するように調整することにより、その中間点を動作点に設定している。なお、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の動作時においては、ＳＷ２をＯＮにしてフィードバックループにし、ＳＷ１をＯＦＦにして積分器１６ｂを動作させるようになっている。
【００４３】
一方、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の各駆動回路１６から出力されたフィードバック磁束Φf( 1〜n)に比例した電圧信号Ｖout( 1〜n)は、図示しない前処理部のフィルタ回路や増幅器に送られ、当該電圧信号Ｖout( 1〜n)に含まれるシステム雑音や単色雑音等の雑音除去処理や増幅処理が施された後で図示しないＡ／Ｄ変換器に送られる。そして、このＡ／Ｄ変換器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て様々なデータ処理が行なわれるようになっている（前掲図９参照）。
【００４４】
そして、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計１１は、被検体の生体磁気を計測する前（例えば寝台に載置された被検体の測定ポイントに対してデュワー２０を装着する前）にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を駆動（初期駆動）させることにより、検出コイル１３で検出される上述したオフセット磁場に基づく直流オフセット磁束をキャンセルするための磁束をＳＱＵＩＤ素子１２にフィードバックするように構成されている。
【００４５】
すなわち、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、当該ＳＱＵＩＤ磁束計１１初期駆動時に検出コイル１３で検出されたオフセット磁場に基づく直流オフセット磁束に応じて各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の駆動回路１６の積分器１６ｂからそれぞれ出力された電圧信号Ｖo( 1〜n)に対して上述した前処理部と略同等の雑音除去処理及び増幅処理を施すプリプロセッサ回路２５を有している。
【００４６】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計１１は、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn に対して共通に設けられ、その各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のプリプロセッサ回路２５からそれぞれ出力された電圧信号Ｖ'o( 1 〜n)に基づいてディジタル信号処理を行なうディジタル信号処理回路２６を備えている。
【００４７】
ディジタル信号処理回路２６は、各プリプロセッサ回路２５から出力された電圧信号Ｖ'o(1〜n)をそれぞれ例えば８ビットのディジタルデータＤo(1〜n)に変換するＡ／Ｄ変換器２７と、このＡ／Ｄ変換器２７により変換されたディジタルデータＤo(1〜n)から、直流オフセット磁束Φo(1〜n)により生じた直流電圧成分（直流磁束オフセット電圧成分）に基づくデータＤd(1〜n)のみをそれぞれ抽出（サンプリング）する演算処理部｛ＣＰＵ（Central ProcessingUnit）を有するマイクロプロセッサやディジタル信号処理専用ＤＳＰ（DigitalSignal Processor）等；以下、ＣＰＵ／ＤＳＰという｝２８と、このＣＰＵ／ＤＳＰ２８により抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1〜n)に応じて、各チャンネルＣＨ1〜ＣＨnのプリプロセッサ回路２５の雑音除去処理におけるカットオフ周波数及び増幅処理における増幅率（Ｇａｉｎ；ゲイン）をそれぞれ調整するとともに、抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1〜n)を各チャンネルＣＨ1〜ＣＨnへそれぞれ出力するディジタル制御回路（Ｄｉｇｉｔａｌ制御回路）２９とを備えている。
【００４８】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、ディジタル制御回路２９から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)を保持（ラッチ）した後で出力するラッチ回路（ラッチ）３０と、このラッチ回路３０から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)をアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する例えば８ビット精度のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）３１と、このＤＡＣ３１から出力された直流電圧信号を電圧／電流変換回路である例えば抵抗３２ａ（インピーダンスＺf1）により電流（直流）に変換し、この変換された電流をフィードバック電流Ｉfo(1〜n)としてフィードバックライン３２ｂ及びフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに供給する第２のフィードバック回路３２とをそれぞれ備えている。
【００４９】
なお、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａのインピーダンスＺf1｛あるいは、フィードバックループのゲイン｛フィードバックコイル１７ｃとＳＱＵＩＤ素子１２の相互インダクタンスをＭf とすると、フィードバックループのゲインβ1 ＝Ｍf ／Ｚf1）｝は、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0（あるいは、第１のフィードバック回路１７のフィードバックループのゲインβ0 ＝Ｍf ／Ｚf0）及びプリプロセッサ回路２５の増幅率等に応じて設定されており、例えば抵抗３２ａのインピーダンスＺf1及びフィードバックループゲインβ1 は、抵抗１７ａのインピーダンスＺf0及びフィードバックループゲインβ0 とそれぞれ同一値を有するように設定してもよく、また、それぞれ異なる値を有するように設定してもよい。
【００５０】
好適な例として、プリプロセッサ回路２５の増幅率を１０倍とし、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0を１０ｋオームと設定した場合、抵抗３２ａのインピーダンスＺf1は１００ｋオームに設定している。
【００５１】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計１１の全体動作について説明する。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計１１における各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の動作は略同等であるため、以下では第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路２６の動作を中心に説明する。
【００５２】
測定対象である被検体を寝台に載置した状態において被検体の脳等の測定ポイントに対してデュワー２０を装着して測定ポイントから発せられる生体磁気を実際に測定する前に、まず、ＳＱＵＩＤ磁束計１１の周囲の環境や駆動回路ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の各構成要素等に基づく一定のオフセット磁場に基づく磁束成分（直流オフセット磁束成分）を測定する。
【００５３】
すなわち、デュワー２０を被検体の測定ポイントに装着する前にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させることにより、第１チャンネルＣＨ1 の検出コイル１３では上述した直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束が検出される。
【００５４】
検出コイル１３により検出された直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束は、電流源１５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１２に入力コイル１４を介して伝達されてＳＱＵＩＤ素子１２から入力磁束に基づく電圧が出力される。ＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８における駆動回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理され、電圧信号Ｖo1としてプリプロセッサ回路２５に出力される。
【００５５】
プリプロセッサ回路２５へ出力された電圧信号Ｖo1は、当該プリプロセッサ回路２５によりシステム雑音や単色雑音等の雑音除去処理や増幅処理が施された後でディジタル信号処理回路２６のＡ／Ｄ変換器２７に送られてディジタルデータＤo1に変換される。
【００５６】
そして、Ａ／Ｄ変換器２７により変換されたディジタルデータＤo1はＣＰＵ／ＤＳＰ２８に送られてディジタル信号処理が施され、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1のみが抽出される。
【００５７】
抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1は、ディジタル制御回路２９を介してラッチ回路３０に送られ、このラッチ回路３０によりラッチされた後でＤＡＣ３１に送られる。ＤＡＣ３１では、送られた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1をアナログ値、すなわち、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換する。ＤＡＣ３１により変換された直流電圧信号は第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａに送られて直流電流に変換され、この変換された直流電流は、フィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００５８】
この結果、直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo1がキャンセルされる。
【００５９】
このように、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させて直流オフセット磁束成分Φo1のキャンセリング処理を行なうことにより、ラッチ回路３０に直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 を生成するためのディジタルデータＤd1をラッチすることができる。
【００６０】
続いて、ラッチ回路３０に直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のディジタルデータＤd1がラッチされた状態において、被検体の測定ポイントに対してデュワー２０を装着し、再度ＳＱＵＩＤ素子１２及びＳＱＵＩＤ駆動回路１８を駆動させて測定ポイントから発せられる生体磁気（測定磁場）の計測を行なう。
【００６１】
すなわち、測定ポイントから発せられた生体磁気（測定磁場）は、検出コイル１３により磁束としてそれぞれ検出され、この測定磁場に基づく磁束は、予め電流源１５によりバイアス電流が流れて常伝導状態となったＳＱＵＩＤ素子１２に入力コイル１４を介して伝達される。
【００６２】
そして、ＳＱＵＩＤ素子１２から入力磁束に基づく電圧が出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８における増幅回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理された後、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａを介して電流に変換されて第１のフィードバック回路１７のフィードバック電流Ｉf1としてフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給される。
【００６３】
一方、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて、ラッチ回路３０によりラッチされたディジタルデータＤd1はＤＡＣ３１に出力され、このＤＡＣ３１を介して直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換される。そして、この直流電圧信号は、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａにより直流電流に変換され、フィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックライン３２ｂ及びフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００６４】
すなわち、第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃには、測定磁場に基づく磁束Φs1をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉfo1 とが重畳して供給されることになる。
【００６５】
この結果、フィードバック電流Ｉf1、フィードバック電流Ｉfo1 及びフィードバックコイル１７ｃによりフィードバック磁束Φf1及びフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs1及び直流オフセット磁束Φo1がそれぞれキャンセルされる。
【００６６】
他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn においても、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動により各ラッチ回路３０にディジタルデータＤd( 2〜n)がそれぞれラッチされており、このラッチされたディジタルデータＤd( 2〜n)が生体磁気計測時におけるＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて読み出され、ＤＡＣ３１、第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａを介してフィードバック電流Ｉfo(2〜n)として、フィードバック電流Ｉf( 2〜n)とともに第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給されることにより、フィードバック磁束Φf( 2〜n)及びフィードバック磁束Φfo(2〜n)が各チャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 2〜n)及び直流オフセット磁束Φo( 2〜n)がそれぞれキャンセルされる。
【００６７】
したがって、全てのチャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のＳＱＵＩＤ駆動回路１８における駆動回路１６の積分器１６ｂからそれぞれ出力される電圧信号Ｖout( 1〜n)には、直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分が含まれないため、上記直流オフセット磁束の存在に係わらず被検体の測定ポイントから発せられる非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。
【００６８】
また、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計１１によれば、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn 共通のディジタル信号処理回路２６を用いてＳＱＵＩＤ素子１２に与えるフィードバック磁束Φfo(1〜n)を調整することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に与える全体のフィードバック磁束の大きさを調整することができるため、例えば各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn 毎にトリマを設置してそれぞれのフィードバック磁束に係わる電圧値を調整する場合と比べて、当該ＳＱＵＩＤ磁束計１１のシステムを自動化できるとともに、その構成の小型化も可能である。
【００６９】
なお、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計１１の各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn は、ラッチ回路３０及びＤＡＣ３１を別個に備えていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、商品化されているラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０を備えていてもよい。すなわち、第１チャンネルＣＨ1 のＤＡＣ４０は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動時においては、ディジタル制御回路２９から出力された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1を保持（ラッチ）し、このラッチされたディジタルデータＤd1をアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力するように構成されており、実際の計測時においては、ＤＡＣ４０は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じてラッチしたディジタルデータＤd1を直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧信号に変換して第２のフィードバック回路３２の抵抗３２ａに出力するように構成されている。また、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０についても、第１チャンネルＣＨ1 のＤＡＣ４０と略同様の動作を行なうようになっている。なお、その他の構成及び作用は、第１実施形態（図２及び図３）と同等であるため、その説明は省略する。
【００７０】
すなわち、本変形例の構成によれば、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn においてラッチ回路を省略しながら上述した直流オフセット磁束キャンセル用の磁束をフィードバックすることができるため、第１実施形態で述べた効果に加えて、ＳＱＵＩＤ磁束計の構成要素を減らして磁束計内の有効スペースを増大させることができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図５に従って以下に説明する。
【００７２】
図５によれば、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５のディジタル信号処理回路４６は、各プリプロセッサ回路２５から出力された電圧信号Ｖ'o(1〜n)を例えば１６ビットのディジタルデータＤo( 1〜n)に変換するＡ／Ｄ変換器２７ａと、このＡ／Ｄ変換器２７ａにより変換されたディジタルデータＤo( 1〜n)から、直流オフセット磁束Φo( 1〜n)により生じた直流電圧成分に基づくデータＤd( 1〜n)のみを抽出するＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａと、このＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａにより抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd( 1〜n)に応じて、プリプロセッサ回路２５の雑音除去処理におけるカットオフ周波数及び増幅処理における増幅率（ゲイン）をそれぞれ調整するとともに、抽出された直流電圧成分に基づく１６ビットのディジタルデータＤd( 1〜n)を、下位８ビットのディジタルデータＤL( 1〜n)と上位８ビットのディジタルデータＤM( 1〜n)とに分割し、当該ディジタルデータＤL( 1〜n)及びディジタルデータＤM( 1〜n)を対応する各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn へそれぞれ出力するディジタル制御回路（Ｄｉｇｉｔａｌ制御回路）４７とを備えている。
【００７３】
そして、ＳＱＵＩＤ磁束計４５の第１チャンネルＣＨ1 は、ディジタル制御回路４７から出力された下位８ビットのディジタルデータＤdL1 を保持（ラッチ）した後で出力する第１のラッチ回路（ラッチ１）４８と、ディジタル制御回路４７から出力された上位８ビットのディジタルデータＤM1を保持（ラッチ）した後で出力する第２のラッチ回路（ラッチ２）４９と、第１のラッチ回路４８から出力された８ビットのディジタルデータＤL1を下位８ビットのディジタル値に対応するアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する８ビットの精度を有する第１のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ１）５０と、第２のラッチ回路４９から出力された８ビットのディジタルデータＤM1を上位８ビットのディジタル値に対応するアナログ値（直流電圧信号）に変換して出力する８ビットの精度を有する第２のＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ２）５１と、第１のＤＡＣ５０から出力された直流電圧信号及び第２のＤＡＣ５１から出力された直流電圧信号を電圧／電流変換回路である例えば抵抗５２ａ（インピーダンスＺf2）及び抵抗５２ｂによりそれぞれ電流（直流）に変換し、この変換された電流（フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1）をフィードバックライン５２ｃ及びフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃに供給する第２のフィードバック回路５２とを備えている。
【００７４】
第２のフィードバック回路３２の抵抗５２ａのインピーダンスＺf2及びフィードバックループのゲインβ2 （＝Ｍf ／Ｚf2）並びに抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3及びフィードバックループのゲインβ3 （＝Ｍf ／Ｚf3）は、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0、フィードバックループのゲインβ0 及びプリプロセッサ回路２５の増幅率等に応じて設定されており、例えば抵抗５２ａのインピーダンスＺf2，フィードバックループゲインβ2 及び抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3，フィードバックループゲインβ3 は、抵抗１７ａのインピーダンスＺf0及びフィードバックループゲインβ0 とそれぞれ同一値を有するように設定してもよく、また、それぞれ異なる値を有するように設定してもよい。好適な例として、プリプロセッサ回路２５の増幅率を１０倍とし、第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａのインピーダンスＺf0を１０ｋオームと設定した場合、抵抗５２ａのインピーダンスＺf2及び抵抗５２ｂのインピーダンスＺf3は共に１００ｋオームに設定している。
【００７５】
ＳＱＵＩＤ磁束計４５におけるその他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn についても、上述した第１チャンネルＣＨ1 と同等の構成になっている。なお、その他の構成要素については、第１実施形態（図１）で説明した構成要素と同等であるため、その説明は省略する。
【００７６】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の全体動作について説明する。なお、本実施形態においても第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路４６の動作を例にとって説明する。
【００７７】
本構成のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動時において、第１実施形態と同様の動作により、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８から出力された電圧信号Ｖo1は、プリプロセッサ回路２５を介して雑音除去処理や増幅処理が施された後でディジタル信号処理回路４６のＡ／Ｄ変換器２７ａに送られて１６ビットのディジタルデータＤo1に変換される。そして、Ａ／Ｄ変換器２７ａにより変換されたディジタルデータＤo1はＣＰＵ／ＤＳＰ２８に送られてディジタル信号処理が施され、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づく１６ビットのディジタルデータＤd1のみが抽出される。この抽出された直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1はディジタル制御回路２９に送られる。
【００７８】
このとき、１６ビットのディジタルデータＤd1は、ディジタル制御回路２９の演算制御処理により下位８ビットのディジタルデータＤL1と上位８ビットのディジタルデータＤM1とに分割される。そして、この分割された下位８ビットのディジタルデータＤL1及び上位８ビットのディジタルデータＤM1はそれぞれ第１のラッチ回路４８及び第２のラッチ回路４９に送られてラッチされる。そして、第１のラッチ回路４８によりラッチされた下位８ビットのディジタルデータＤL1は第１のＤＡＣ５０に送られ、第２のラッチ回路４９によりラッチされた上位８ビットのディジタルデータＤM1は第２のＤＡＣ５１に送られる。
【００７９】
第１のＤＡＣ５０では、送られた下位８ビットのディジタルデータＤL1が第１の直流電圧信号｛オフセット磁束Φo1から生じたディジタルデータＤd1の下位８ビット（８桁）に対応する直流電圧信号｝に変換され、第２のＤＡＣ５１では、送られた上位８ビットのディジタルデータＤM1が第２の直流電圧信号｛オフセット磁束Φo1から生じたディジタルデータＤd1の上位８ビット（８桁）に対応する直流電圧信号｝に変換される。
【００８０】
第１のＤＡＣ５０及び第２のＤＡＣにより変換された第１及び第２の直流電圧信号は、それぞれ第２のフィードバック回路５２の抵抗５２ａ及び抵抗５２ｂに送られて直流電流に変換され、これらの変換された直流電流は、それぞれフィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1としてフィードバックライン５２ｃ及びフィードバックライン１７ｂを介して第１のフィードバック回路１７のフィードバックコイル１７ｃに供給される。
【００８１】
すなわち、フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1が合成して第１実施形態と同様のフィードバック電流Ｉfo1 としてフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、直流オフセット磁束成分Φo1を打ち消すフィードバック磁束Φfo1 がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo1がキャンセルされる。なお、他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn 及びディジタル信号処理回路４６の動作も第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路４６の動作と同等であり、この結果、フィードバック電流Ｉfoa( 2〜n)及びフィードバック電流Ｉfob( 2〜n)が合成して第１実施形態と同様のフィードバック電流Ｉfo(2〜n)としてフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)を打ち消すフィードバック磁束Φfo(2〜n)がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられ、当該直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)がキャンセルされる。
【００８２】
したがって、実際の計測時においても、第１のラッチ回路４８によりラッチされたディジタルデータＤL( 1〜n)及び第２のラッチ回路４９によりラッチされたディジタルデータＤM( 1〜n)に基づいて上述した処理により生成されたフィードバック電流Ｉfoa( 1〜n)及びフィードバック電流Ｉfob( 1〜n)が合成したフィードバック電流Ｉfo(1〜n)として、測定磁場に基づく磁束Φs( 1〜n)をキャンセルするためのフィードバック電流Ｉf( 1〜n)と重畳してフィードバックコイル１７ｃに流れることにより、フィードバック電流Ｉf( 1〜n)、フィードバック電流Ｉfo(1〜n)及びフィードバックコイル１７ｃによりフィードバック磁束Φf( 1〜n)及びフィードバック磁束Φfo(1〜n)がＳＱＵＩＤ素子１２にそれぞれ与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 1〜n)及び直流オフセット磁束Φo( 1〜n)がそれぞれキャンセルされる。
【００８３】
以上述べたように、本構成によれば、ディジタル制御回路４７により１６ビット精度のディジタルデータＤd( 1〜n)を下位８ビットのディジタルデータＤL( 1〜n)と上位８ビットのディジタルデータＤM( 1〜n)とに分割し、この分割したディジタルデータＤL( 1〜n)及びＤM( 1〜n)を８ビット精度の２つのＤＡＣ（第１のＤＡＣ５０及び第２のＤＡＣ５１）によりＤ／Ａ変換することにより、仮想的に１６ビット精度を有するディジタルデータＤd'( 1 〜n)に基づいて得られたフィードバック磁束Φfo(1〜n)をフィードバックコイル１７ｃにフィードバックしている。
【００８４】
すなわち、８ビット精度のＤＡＣを２個用いることにより、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８ａは１６ビット精度という高い精度でディジタル信号処理を実行することができ、直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd(1 〜n)を高い精度で抽出することができる。
【００８５】
したがって、第１実施形態で述べた効果に加えて、より高い精度で直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分を検出してキャンセルすることができる。また、８ビット精度のＤＡＣは安価で且つ簡易な構成を有しているため、このような８ビット精度のＤＡＣを用いることにより、ＳＱＵＩＤ磁束計全体のコストやスペースを増大させることなく１６ビット精度の信号処理を実現することができる。
【００８６】
なお、本実施形態では、８ビット精度のＤＡＣを２個用いて１６ビット精度のデータ処理を実現したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数のＤＡＣを用いてもよい。例えば、８ビット精度のＤＡＣを４個用いることにより、３２ビット精度のデータ処理を実現することも可能である。
【００８７】
また、第１及び第２実施形態では、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn （以下、代表して第１チャンネルＣＨ1 について説明する）の第１のフィードバック回路から測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1をフィードバックコイル１７ｃに供給し、第２のフィードバック回路から直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 をフィードバックコイル１７ｃに供給することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束Φf1及びフィードバック磁束Φfo1 を与えているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 とを加算回路（ａｄｄｅｒ）により加算し、この加算されたフィードバック電流ＩfA1 をフィードバックコイル１７ｃに供給することにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対して、測定磁場に基づく磁束Φs1と直流オフセット磁束成分Φo1との合成磁束成分をキャンセルするフィードバック磁束ΦfA1 ｛＝フィードバック磁束Φf1＋フィードバック磁束Φfo1 ｝を与えるようにしてもよい。
【００８８】
例えば、図６は、第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の各チャンネルＣＨ1 〜チャンネルＣＨn にａｄｄｅｒ５５をそれぞれ配設した構成を示す図である。
【００８９】
図６によれば、ＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａの第１チャンネルＣＨ1 における第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａから出力されたフィードバック電流Ｉf1、第２のフィードバック回路５２の抵抗５２ａから出力されたフィードバック電流Ｉfoa1及び抵抗５２ｂから出力されたフィードバック電流Ｉfob1は、それぞれａｄｄｅｒ５５に入力されるようになっている。
【００９０】
そして、ａｄｄｅｒ５５は、入力されたフィードバック電流Ｉf1、フィードバック電流Ｉfoa1及びフィードバック電流Ｉfob1を加算して合成し、合成フィードバック電流ＩfA1 としてフィードバックライン５６を介してフィードバックコイル１７ｃに供給するように構成されている。なお、その他のチャンネルＣＨ2 〜チャンネルＣＨn のａｄｄｅｒ５５も、第１チャンネルＣＨ1 のａｄｄｅｒ５５と同等の構成及び動作を行なうようになっており、また、ＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａのその他の構成及び動作は、第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計４５の構成及び動作と同等であるため、その説明を省略する。
【００９１】
すなわち、本構成のＳＱＵＩＤ磁束計４５Ａによれば、第１チャンネルＣＨ1 のａｄｄｅｒ５５から出力されたフィードバック電流ＩfA1 は、測定磁場に基づく磁束Φs1キャンセル用のフィードバック電流Ｉf1と直流オフセット磁束成分Φo1キャンセル用のフィードバック電流Ｉfo1 （＝Ｉfoa1＋Ｉfob1）との合成電流であるため、この合成電流ＩfA1 がフィードバックコイル１７ｃに供給されＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束ΦfA1 ｛＝フィードバック磁束Φf1＋フィードバック磁束Φfo1 ｝が与えられることにより、測定磁場に基づく磁束Φs1と直流オフセット磁束成分Φo1との合成磁束成分をキャンセルすることができる。なお、第２チャンネルＣＨ2 〜第ｎチャンネルＣＨn の各ａｄｄｅｒ５５からそれぞれ出力されたフィードバック電流ＩfA(2〜n)も、対応する各チャンネルＣＨ2 〜ＣＨn のフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給され各ＳＱＵＩＤ素子１２に対してフィードバック磁束ΦfA(2〜n)｛＝フィードバック磁束Φf( 2〜n)＋フィードバック磁束Φfo(2〜n)｝がそれぞれ与えられ、測定磁場に基づく磁束Φs( 2〜n)と直流オフセット磁束成分Φo( 2〜n)との合成磁束成分をキャンセルすることができる。
【００９２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図７に従って以下に説明する。
【００９３】
図７によれば、本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計６０の第１チャンネルＣＨ1 は、第１実施形態の変形例（図４）の構成における第２のフィードバック回路３２の代わりに、駆動回路１６とプリプロセッサ回路２５Ａとの間に配設され、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号とＤＡＣ４０から出力された直流電圧信号とを加算してプリプロセッサ回路２５Ａに出力する加算器（ａｄｄｅｒ）６１を有している。なお、その他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn も、第２のフィードバック回路３２の代わりに、駆動回路１６とプリプロセッサ回路２５Ａとの間に配設されたａｄｄｅｒ６１をそれぞれ有している。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計６０のその他の構成は、第１実施形態の変形例のＳＱＵＩＤ磁束計１１Ａの構成と同等であるため、その説明を省略する。
【００９４】
次に本実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計６０の全体動作について説明する。なお、ＳＱＵＩＤ磁束計６０における各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn の動作は略同等であるため、以下では第１チャンネルＣＨ1 及びディジタル信号処理回路２６の動作を中心に説明する。
【００９５】
第１実施形態と同様にＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させることにより検出コイル１３で検出された直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づいてＳＱＵＩＤ素子１２を介して出力された電圧は駆動回路１６の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理されて電圧信号Ｖo1としてａｄｄｅｒ６１及びプリプロセッサ回路２５を介してディジタル信号処理回路２６に送られる。そして、このディジタル信号処理回路２６により直流オフセット磁束Φo1から生じた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1のみが抽出され、ＤＡＣ４０に送られる。ＤＡＣ４０に送られた直流電圧成分に基づくディジタルデータＤd1は、当該ＤＡＣ４０にラッチされる。そして、このラッチされたディジタルデータＤd1は、ＤＡＣ４０により直流オフセット磁束Φo1のみから生じた直流電圧信号に変換され、フィードバック電圧信号としてａｄｄｅｒ６１に出力される。
【００９６】
このとき、ａｄｄｅｒ６１では、駆動回路１６から送られた直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づく電圧信号とＤＡＣ４０から送られたフィードバック電圧信号とが加算処理される。
【００９７】
すなわち、直流オフセット磁束成分Φo1を含む磁束に基づく電圧信号Ｖo1と、直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1とが加算されるため、当該ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号は、直流オフセット磁束成分Φo1に基づく直流磁束オフセット電圧Ｖof1 がキャンセルされた信号となっている。
【００９８】
このように、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８を初期駆動させて直流オフセット磁束成分Φo1に基づく直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 のキャンセリング処理を行なうことにより、当該直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を打ち消すフィードバック電圧信号Ｖf1を生成するためのディジタルデータＤd1をＤＡＣ４０にラッチすることができる。
【００９９】
続いて、ＤＡＣ４０に直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 キャンセル用のディジタルデータＤd1がラッチされた状態において、第１実施形態と同様に被検体の測定ポイントからの生体磁気測定を実行する。
【０１００】
すなわち、検出コイル１３により検出された測定磁場に基づく磁束はＳＱＵＩＤ素子１２を介して電圧として出力され、この出力電圧は、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の増幅器１６ａ及び積分器１６ｂにより増幅処理された後で第１のフィードバック回路１７の抵抗１７ａを介して電流に変換されて第１のフィードバック回路１７のフィードバック電流Ｉf1としてフィードバックライン１７ｂを介してフィードバックコイル１７ｃにそれぞれ供給される。この結果、フィードバックコイル１７ｃ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がＳＱＵＩＤ素子１２に与えられる。
【０１０１】
一方、ＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて、ＤＡＣ４０によりラッチされたディジタルデータＤd1は、直流オフセット磁束Φo1のみから生じた直流電圧信号に変換され、フィードバック電圧信号Ｖf1としてａｄｄｅｒ６１に送られる。
【０１０２】
このとき、ａｄｄｅｒ６１には、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を含むフィードバック磁束Φf1に比例した電圧信号（測定磁束Φs1に基づく電圧信号）Ｖout1a も送られているため、当該ａｄｄｅｒ６１により送られた電圧信号Ｖout1a と直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1とが加算処理される。
【０１０３】
この結果、ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号Ｖout1は、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof1 を含むフィードバック磁束Φf1に比例した電圧信号（測定磁束Φs に基づく電圧信号）Ｖout1a から直流オフセット磁束Φo1のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf1がキャンセルされた信号となっている。
【０１０４】
他のチャンネルＣＨ2 〜ＣＨn においても、上述したＳＱＵＩＤ駆動回路１８の初期駆動により各ＤＡＣ４０にディジタルデータＤd( 2〜n)がラッチされており、このラッチされたディジタルデータＤd( 2〜n)がＳＱＵＩＤ駆動回路１８の再駆動に応じて直流オフセット磁束Φo( 2〜n)のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf( 2〜n)として、測定磁束Φs に基づく電圧信号Ｖout( 1〜n)a とともにａｄｄｅｒ６１にそれぞれ送られるため、各ａｄｄｅｒ６１から出力される電圧信号Ｖout( 2〜n)は、直流磁束オフセット電圧成分Ｖof(2〜n)を含むフィードバック磁束Φf( 2〜n)に比例した電圧信号（測定磁束Φs( 2〜n)に基づく電圧信号）Ｖout( 2〜n)a から直流オフセット磁束Φo( 2〜n)のみから生じたフィードバック電圧信号Ｖf( 2〜n)がキャンセルされた信号となっている。
【０１０５】
したがって、各チャンネルＣＨ1 〜ＣＨn のａｄｄｅｒ６１からそれぞれ出力される電圧信号Ｖout( 1〜n)には、直流オフセット磁束に基づく直流磁束オフセット電圧成分が含まれないため、上記直流オフセット磁束の存在に係わらず被検体の測定ポイントから発せられる非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。
【０１０６】
なお、本実施形態ではラッチ機能内蔵のＤＡＣ４０を用いたが、図２に示したラッチ回路３０及びＤＡＣ３１を併用する構成でもよい。
【０１０７】
また、本実施形態において、ＤＡＣ４０の出力段（ＤＡＣ４０とａｄｄｅｒ６１との間）にＤＡＣ４０から出力されるフィードバック電圧信号のゲインを調整するためのバッファアンプやゲイン調整回路を設けることも可能である。
【０１０８】
ところで、上述した各実施形態におけるディジタル信号処理回路のＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａは、ディジタルデータＤo(1 〜n)から直流オフセット磁束Φo( 1〜n)により生じた直流電圧成分（直流磁束オフセット電圧成分）に基づくデータＤd( 1〜n)のみをそれぞれ抽出しているが、当該ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａに対して図示しない入力器等からオペレータ等を介してディジタル信号処理の参考値データ（閾値データ等）を有する外部参照信号データを入力し、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａが入力された外部参照信号データに応じて上記データＤd(1 〜n)の抽出処理を行なうように構成してもよい。このように構成すれば、ＣＰＵ／ＤＳＰ２８、２８ａのディジタル信号処理がより迅速に行なわれることになり、全体の生体磁気計測時間が短縮する。
【０１０９】
また、上述した第１実施形態の変形例及び第３実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、ディジタル信号処理回路及びラッチ機能内蔵のＤＡＣを用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述したディジタル信号処理回路の機能及びラッチ機能を共に内蔵したＤＡＣを用いることも可能である。また、ディジタル信号処理回路を、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ／ＤＳＰ、及びディジタル制御回路で構成しているが、Ａ／Ｄ変換器とディジタル制御回路の機能を有するＣＰＵ／ＤＳＰとで構成することも可能である。
【０１１０】
さらに、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号に対して雑音除去処理及び増幅処理を行なうプリプロセッサ回路を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、駆動回路１６の積分器１６ｂから出力された電圧信号から直流電圧成分のみをピックアップするためのハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を用いてもよい。
【０１１１】
さらにまた、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、プリプロセッサ回路の前段（積分器１６ｂ、あるいはａｄｄｅｒ６１）の信号を図示しない前処理部やＡ／Ｄ変換器を介してデータ処理装置に送るように構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、プリプロセッサ回路の出力を直接Ａ／Ｄ変換器を介してデータ処理装置に送るように構成してもよい。このように構成すれば、前処理部が不要になるため、ＳＱＵＩＤ磁束計の回路構成が小型化する。
【０１１２】
そして、第１〜第２実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、第２のフィードバック回路から送られる直流オフセット磁束キャンセル用のフィードバック電流と測定磁場に基づく磁束キャンセル用のフィードバック電流とを共通のフィードバックコイル１７ｃに供給したが、本発明はこれに限定されるものではなく、測定磁場に基づく磁束キャンセル用のフィードバック電流を供給するフィードバックコイル１７ｃとは別個に、直流オフセット磁束キャンセル用のフィードバック電流を供給するフィードバックコイルを設置してもよい。
【０１１３】
一方、上述した各実施形態のＳＱＵＩＤ磁束計においては、ＳＱＵＩＤ駆動回路としてＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＦＬＬ回路を用いることも可能である。
【０１１４】
図８はＳＱＵＩＤ駆動回路として、ＦＬＬ回路を用いた場合のＳＱＵＩＤ素子１２駆動部分の構成を示す図である。図８によれば、ＦＬＬ回路７０は、発振器７１と、この発振器７１から出力された励振信号（矩形波電圧信号）をフィードバックライン７２を介して電流に変換してフィードバックコイル７３に流してＳＱＵＩＤ素子１２に変調磁束Φm を印加した状態において測定磁場による磁束Φs に基づいてＳＱＵＩＤ素子１２から出力された電圧を増幅する増幅器７４と、この増幅器７４から出力された電圧信号に対して発振器７１から出力された変調磁束Φm に比例する励振信号（矩形波電圧信号）を掛け合わせ、この掛け合わせた信号からローパスフィルタにより測定磁場Φs の周波数のみを含む電圧信号Ｖout を取り出す同期検波回路７５とを備え、この同期検波回路７５により取り出した電圧信号Ｖout を逆極性の電流に変換してフィードバックライン７２を介してフィードバックコイル７３に流すことにより、ＳＱＵＩＤ素子１２に対して測定磁束Φs を打ち消すフィードバック磁束Φf を与えるようになっている。
【０１１５】
第１〜第３実施形態においてＳＱＵＩＤ駆動回路として上述したＦＬＬ回路を用いても、本発明の主要部には何等変更を加えることがないため、第１〜第３実施形態で述べた動作と同等の動作を行ない、同等の効果を得ることができる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のＳＱＵＩＤ磁束計によれば、ＳＱＵＩＤ素子からＳＱＵＩＤ駆動手段を介して出力された信号から抽出された直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分に対応するディジタルデータを直流電圧成分に対応する電気信号に変換し、変換した電気信号を直流オフセット磁束キャンセル用の磁束（フィードバック磁束）としてＳＱＵＩＤ素子にフィードバック（あるいは、変換した電気信号をフィードバック信号としてＳＱＵＩＤ駆動手段の出力へフィードバック）することにより、外部環境等から生じた磁場に基づいてＳＱＵＩＤ素子に与えられた直流オフセット磁束は、上記フィードバック磁束（あるいはフィードバック信号）によりキャンセルされる。
【０１１７】
したがって、ＳＱＵＩＤ素子からＳＱＵＩＤ駆動手段を介して出力された測定ポイントの微弱磁場に比例した出力信号には、直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分を含む電気信号が含まれないため、当該直流オフセット磁束に基づく直流電圧成分に関係なく測定ポイントから発せられる例えば非常に低周波な直流磁場信号に基づく直流電圧信号を正確に測定することができる。この結果、ＳＱＵＩＤ磁束計を上述した非常に低周波な直流磁場信号を計測することにも適用することができ、当該ＳＱＵＩＤ磁束計の計測適用範囲及びその計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＳＱＵＩＤ磁束計に係わるクレーム対応図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図３】図２におけるＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路によるＳＱＵＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態の変形例に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図６】第２の実施の形態の変形例に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わるＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図８】ＦＬＬ回路によるＳＱＵＩＤ素子駆動部分の構成を示す図。
【図９】従来のＳＱＵＩＤ磁束計の概略構成を示すブロック図。
【図１０】（ａ）は、ＤＯＩＴ方式のＳＱＵＩＤ駆動回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図であり、（ｂ）は、ＦＬＬ回路を用いたＳＱＵＩＤ磁束計におけるＶ−Φ特性、そのＶ−Φ特性上で決定された動作点及びその動作点に対するオフセット磁束を示す図。
【符号の説明】
１１、１１Ａ、４５、４５Ａ  ＳＱＵＩＤ磁束計
１２  ＳＱＵＩＤ素子
１３  検出コイル
１４  入力コイル
１５  電流源
１６  駆動回路
１７  第１のフィードバック回路
１７ａ  抵抗
１７ｂ、３２ｂ、５６  フィードバックライン
１７ｃ  フィードバックコイル
１８  ＳＱＵＩＤ駆動回路
２５、２５Ａ  プリプロセッサ回路
２６、４６  ディジタル信号処理回路
２７、２７ａ  Ａ／Ｄ変換器
２８、２８ａ  ＣＰＵ／ＤＳＰ
２９、４７  ディジタル制御回路
３０  ラッチ回路
３１、４０  ＤＡＣ
３２  第２のフィードバック回路
３２ａ、５２ａ、５２ｂ  抵抗
４８  第１のラッチ回路
４９  第２のラッチ回路
５０  第１のＤＡＣ
５１  第２のＤＡＣ
５５、６１  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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【図９】
0003789024.tif 000010
【図１０】
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