JP2014060270A - Magnetic shield device and magnetic shield method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic shield device for reducing an influence onto an external magnetic field.SOLUTION: A magnetic shield device 1 includes: a passive shield 11 having an internal space 110 and at least one opening 111; an external coil 12 for correcting a magnetic field in the vicinity of the opening 111; an internal coil 13 for correcting the magnetic field in the internal space 110; a drive circuit 15A for driving the external coil 12; and a drive circuit 15B for driving the internal coil 13. In the magnetic shield device 1, the magnetic field corrected by the external coil 12 is reduced by the passive shield 11 and further reduced by the internal coil 13.

Description

本発明は、磁気シールド装置および磁気シールド方法に関する。   The present invention relates to a magnetic shield device and a magnetic shield method.

外部磁場（外乱磁場）の影響を受ける装置において外部磁場の影響を低減するための磁気シールドが知られている。特許文献１は、複数の磁場補正コイルを用いた磁気シールド装置を開示している。特許文献２は、シールドルームの外側の磁場に基づいて、検出コイルに入る妨害磁場を低減する技術を開示している。特許文献３は、内部にコイルを有する磁気シールドルームを開示している。特許文献４は、補償コイルと磁気検出コイルとを有する磁気シールドシステムを開示している。   2. Description of the Related Art Magnetic shields for reducing the influence of an external magnetic field in an apparatus affected by an external magnetic field (disturbance magnetic field) are known. Patent Document 1 discloses a magnetic shield device using a plurality of magnetic field correction coils. Patent Document 2 discloses a technique for reducing the disturbing magnetic field entering the detection coil based on the magnetic field outside the shield room. Patent Document 3 discloses a magnetic shield room having a coil inside. Patent Document 4 discloses a magnetic shield system having a compensation coil and a magnetic detection coil.

特開２００３−２７３５６５号公報JP 2003-273565 A 特開２００５−１６９６０号公報JP 2005-16960 A 特開２００７−１２９０４９号公報JP 2007-129049 A 特開２０１０−９３２４２号公報JP 2010-93224 A

特許文献１および４に記載の技術は、パッシブシールドを用いた磁気シールド装置に関するものではなかった。特許文献２および３に記載の技術によっても、微小な磁場の影響を受ける装置に対しては、外部磁場の影響を十分に低減することができなかった。
これに対し本発明は、外部磁場の影響をより低減する磁気シールド装置を提供する。 The techniques described in Patent Documents 1 and 4 are not related to a magnetic shield device using a passive shield. Even with the techniques described in Patent Documents 2 and 3, the influence of an external magnetic field cannot be sufficiently reduced for an apparatus that is affected by a minute magnetic field.
In contrast, the present invention provides a magnetic shield device that further reduces the influence of an external magnetic field.

本発明は、内部空間および少なくとも１つの開口部を有するパッシブシールドと、前記開口部付近における磁場を補正する第１コイルと、前記内部空間において磁場を補正する第２コイルと、前記第１コイルを駆動する第１駆動回路と、前記第２コイルを駆動する第２駆動回路とを有する磁気シールド装置を提供する。この磁気シールド装置によれば、第１コイルまたは第２コイルのいずれか一方のみを用いた場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   The present invention includes a passive shield having an internal space and at least one opening, a first coil for correcting a magnetic field in the vicinity of the opening, a second coil for correcting a magnetic field in the internal space, and the first coil. Provided is a magnetic shield device having a first drive circuit for driving and a second drive circuit for driving the second coil. According to this magnetic shield device, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where only one of the first coil and the second coil is used.

好ましい態様において、前記第１駆動回路は、前記開口部の端面における磁場をゼロにする電流を前記第１コイルに供給することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、第１コイルに何も電流が供給されない場合や一般的に行われている磁気シールド装置の中心部部分の磁場をゼロにする電流が供給される場合、および地磁気などの外部磁場と逆方向かつ同レベルの磁場を発生させる電流が供給される場合などに比べて、外部磁場の影響を最も良く低減することができる。   In a preferred aspect, the first drive circuit supplies the first coil with a current that makes the magnetic field at the end face of the opening zero. According to this magnetic shield device, when no current is supplied to the first coil, or when a current that makes the magnetic field at the central portion of the magnetic shield device generally used is zero, geomagnetism, etc. The influence of the external magnetic field can be best reduced as compared with a case where a current that generates a magnetic field in the opposite direction to the external magnetic field is supplied.

別の好ましい態様において、前記開口部の端面上に設けられた磁気センサーを有し、前記第１駆動回路は、前記磁気センサーにより計測される磁場をゼロにする電流を前記第１コイルに供給することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、開口部の端面上の磁場をゼロに近づけることができる。   In another preferable aspect, the magnetic sensor includes a magnetic sensor provided on an end face of the opening, and the first driving circuit supplies a current that makes a magnetic field measured by the magnetic sensor zero to the first coil. It is characterized by that. According to this magnetic shield device, the magnetic field on the end face of the opening can be brought close to zero.

また、別の好ましい態様において、前記磁気センサーは、前記開口部の端面の中心に設けられていることを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、開口部の端面の中心の
磁場をゼロに近づけることができる。 In another preferred embodiment, the magnetic sensor is provided at the center of the end face of the opening. According to this magnetic shield device, the magnetic field at the center of the end face of the opening can be brought close to zero.

さらに別の好ましい態様において、前記第２駆動回路は、前記内部空間における磁場をゼロにする電流を前記第２コイルに供給することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、内部空間における磁場をゼロにする電流が第２コイルに供給されない場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   In still another preferred aspect, the second drive circuit supplies a current that makes the magnetic field in the internal space zero to the second coil. According to this magnetic shield device, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where the current that makes the magnetic field in the internal space zero is not supplied to the second coil.

さらに別の好ましい態様において、前記内部空間に設けられた磁気センサーを有し、前記第２駆動回路は、前記磁気センサーにより計測される磁場をゼロにする電流を前記第２コイルに供給することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、内部空間の磁場をゼロに近づけることができる。   In still another preferred aspect, the magnetic sensor is provided in the internal space, and the second driving circuit supplies the second coil with a current that makes a magnetic field measured by the magnetic sensor zero. Features. According to this magnetic shield device, the magnetic field in the internal space can be brought close to zero.

さらに別の好ましい態様において、前記第１コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジは、前記第２コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジよりも大きいことを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、第１コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジが、第２コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジよりも小さい場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   In still another preferred aspect, the dynamic range of the magnetic field generated by the first coil is larger than the dynamic range of the magnetic field generated by the second coil. According to this magnetic shield device, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where the dynamic range of the magnetic field generated by the first coil is smaller than the dynamic range of the magnetic field generated by the second coil.

さらに別の好ましい態様において、前記第２コイルにより発生する磁場の分解能は、前記第１コイルにより発生する磁場の分解能よりも高いことを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、第２コイルにより発生する磁場の分解能が、第１コイルにより発生する磁場の分解能よりも低い場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   In still another preferred aspect, the resolution of the magnetic field generated by the second coil is higher than the resolution of the magnetic field generated by the first coil. According to this magnetic shield device, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where the resolution of the magnetic field generated by the second coil is lower than the resolution of the magnetic field generated by the first coil.

さらに別の好ましい態様において、前記パッシブシールドは、２つの開口部を有し、前記磁気シールド装置は、２つの第１コイルを有し、前記２つの第１コイルは、それぞれ、前記２つの開口部付近における磁場を補正することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、パッシブシールドが２つの開口部を有する場合において、第１のコイルが１つであるときに比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   In still another preferred embodiment, the passive shield has two openings, the magnetic shield device has two first coils, and each of the two first coils has the two openings. It is characterized by correcting the magnetic field in the vicinity. According to this magnetic shield device, when the passive shield has two openings, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where the number of the first coils is one.

さらに別の好ましい態様において、前記第１駆動回路は、前記２つの第１コイルに対し同じ電流値の電流を供給することを特徴とする。この磁気シールド装置によれば、２つの第１コイルに対し異なる電流値の電流を供給する場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   In still another preferred aspect, the first drive circuit supplies a current having the same current value to the two first coils. According to this magnetic shield device, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where currents having different current values are supplied to the two first coils.

また、本発明は、内部空間および少なくとも１つの開口部を有するパッシブシールドにおいて、前記開口部付近における磁場を補正するために、前記開口部付近に設けられた第１コイルに電流を供給するステップと、前記内部空間における磁場を補正するために、当該内部空間に設けられた第２コイルに電流を供給するステップとを有する磁気シールド方法を提供する。この磁気シールド方法によれば、第１コイルまたは第２コイルのいずれか一方のみを用いた場合に比べて、外部磁場の影響を低減することができる。   According to another aspect of the present invention, in a passive shield having an internal space and at least one opening, supplying a current to a first coil provided near the opening in order to correct a magnetic field near the opening; Supplying a current to a second coil provided in the internal space in order to correct the magnetic field in the internal space. According to this magnetic shielding method, the influence of the external magnetic field can be reduced as compared with the case where only one of the first coil and the second coil is used.

磁気シールド装置の概略図。Schematic of a magnetic shield device. 磁気シールド装置の概観を示す図。The figure which shows the external appearance of a magnetic shielding apparatus. 磁気センサーの配置を例示する図。The figure which illustrates arrangement | positioning of a magnetic sensor. 磁気シールド装置の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of a magnetic shielding apparatus. 変形例に係る磁気シールド装置の概略図。Schematic of the magnetic shielding apparatus which concerns on a modification. 変形例に係る磁気シールド装置の動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of the magnetic shielding apparatus which concerns on a modification.

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気シールド装置１の概略図である。磁気シールド装置１は、パッシブシールド１１と、外部コイル１２と、内部コイル１３と、磁気センサー１４と、駆動回路１５と、制御装置１６とを有する。磁気シールド装置１は、パッシブシールド１１とアクティブシールド（外部コイル１２および内部コイル１３）とを組み合わせた装置である。磁気シールド装置１においては、外部コイル１２により補正された磁場が、パッシブシールド１１により低減され、更に内部コイル１３で低減される。   FIG. 1 is a schematic view of a magnetic shield device 1 according to an embodiment of the present invention. The magnetic shield device 1 includes a passive shield 11, an external coil 12, an internal coil 13, a magnetic sensor 14, a drive circuit 15, and a control device 16. The magnetic shield device 1 is a device that combines a passive shield 11 and an active shield (external coil 12 and internal coil 13). In the magnetic shield device 1, the magnetic field corrected by the external coil 12 is reduced by the passive shield 11 and further reduced by the internal coil 13.

パッシブシールド１１は、強磁性体（例えばパーマロイ、フェライト、または鉄、クロムもしくはコバルト系のアモルファス）により形成される。パッシブシールド１１は、内部空間１１０と、少なくとも１つの開口部１１１とを有する。この例で、パッシブシールド１１は、両端が開口した筒型の形状を有する。また、パッシブシールド１１の長軸に垂直な断面の形状は四角形である。パッシブシールド１１の内部空間１１０は、心磁計等の磁気測定装置およびその被検体（例えば人間）を収容できる程度の大きさを有する。外部コイル１２は、開口部１１１付近における磁場を補正（キャンセル）するためのコイルである。内部コイル１３は、内部空間１１０において磁場を補正するためのコイルである。外部コイル１２および内部コイル１３としては、例えば、２つのコイル（１２Ａと１２Ｂ、または１３Ａと１３Ｂ）により構成されたヘルムホルツコイルが用いられる。磁気センサー１４は、磁場を計測する。磁気センサー１４は、外部コイル１２と内部コイル１３のそれぞれに対応させて個別に設けられる。磁気センサー１４Ａは外部コイル１２に対応するセンサーであり、磁気センサー１４Ｂは内部コイル１３に対応するセンサーである。   The passive shield 11 is formed of a ferromagnetic material (for example, permalloy, ferrite, or iron, chromium, or cobalt-based amorphous). The passive shield 11 has an internal space 110 and at least one opening 111. In this example, the passive shield 11 has a cylindrical shape with both ends opened. The shape of the cross section perpendicular to the long axis of the passive shield 11 is a quadrangle. The internal space 110 of the passive shield 11 is large enough to accommodate a magnetic measuring device such as a magnetocardiograph and its subject (for example, a human). The external coil 12 is a coil for correcting (cancelling) the magnetic field in the vicinity of the opening 111. The internal coil 13 is a coil for correcting the magnetic field in the internal space 110. As the external coil 12 and the internal coil 13, for example, a Helmholtz coil constituted by two coils (12A and 12B or 13A and 13B) is used. The magnetic sensor 14 measures a magnetic field. The magnetic sensor 14 is provided individually corresponding to each of the external coil 12 and the internal coil 13. The magnetic sensor 14 </ b> A is a sensor corresponding to the external coil 12, and the magnetic sensor 14 </ b> B is a sensor corresponding to the internal coil 13.

図２は、磁気シールド装置１の概観を示す図である。以下の説明のため、３次元直交座標系を定義する。この座標系において、ｘ軸はパッシブシールド１１の長軸方向、ｙ軸はパッシブシールド１１の幅方向、ｚ軸はパッシブシールド１１の高さ方向を表す。パッシブシールド１１は、ｘ軸方向の両端に２つの開口部１１１Ａおよび１１１Ｂを有する。外部コイル１２は、一方のコイル１２Ａが開口部１１１Ａ付近に、かつ、他方のコイル１２Ｂが開口部１１１Ｂ付近にくるように、パッシブシールド１１の側面に巻かれる。図２において、外部コイル１２は、開口部１１１Ａ側の端部が開口部１１１Ａの端面１１１Ｓと同じ平面上に位置するように、かつ、開口部１１１Ｂ側の端部が開口部１１１Ｂの端面１１１Ｓと同じ平面上に位置するように巻かれている。内部コイル１３は、内部空間１１０において、磁場を補正したい領域（この例では、内部空間１１０の中心）を、コイル１３Ａとコイル１３Ｂで挟むように配置されている。   FIG. 2 is a diagram showing an overview of the magnetic shield device 1. For the following description, a three-dimensional orthogonal coordinate system is defined. In this coordinate system, the x axis represents the major axis direction of the passive shield 11, the y axis represents the width direction of the passive shield 11, and the z axis represents the height direction of the passive shield 11. The passive shield 11 has two openings 111A and 111B at both ends in the x-axis direction. The external coil 12 is wound around the side surface of the passive shield 11 such that one coil 12A is near the opening 111A and the other coil 12B is near the opening 111B. In FIG. 2, the external coil 12 has an end on the opening 111A side located on the same plane as the end surface 111S of the opening 111A, and an end on the opening 111B side is in contact with the end surface 111S of the opening 111B. It is wound so that it lies on the same plane. The internal coil 13 is disposed in the internal space 110 so as to sandwich a region where the magnetic field is to be corrected (in this example, the center of the internal space 110) between the coil 13A and the coil 13B.

図３は、磁気センサー１４の配置を例示する図である。図３（ａ）は、磁気シールド装置１をｘ軸方向から見た図である。図３（ｂ）は、磁気シールド装置１をｚ軸方向から見た図である。磁気センサー１４Ａは、例えば開口部１１１の重心（中心）に配置される。磁気センサー１４Ａは、開口部１１１近傍の磁場のｘ軸成分の向き（正負）と大きさを計測する。磁気センサー１４Ｂは、磁場を補正したい領域に配置される。磁気センサー１４Ｂは、磁場を補正したい領域における磁場のｘ軸成分の向き（正負）と大きさをそれぞれ計測する。なおこの例で、磁気センサー１４Ｂの分解能は、磁気センサー１４Ａの分解能よりも高い。   FIG. 3 is a diagram illustrating the arrangement of the magnetic sensor 14. FIG. 3A is a diagram of the magnetic shield device 1 viewed from the x-axis direction. FIG. 3B is a diagram of the magnetic shield device 1 viewed from the z-axis direction. The magnetic sensor 14 </ b> A is disposed, for example, at the center of gravity (center) of the opening 111. The magnetic sensor 14 </ b> A measures the direction (positive / negative) and magnitude of the x-axis component of the magnetic field near the opening 111. The magnetic sensor 14B is disposed in a region where it is desired to correct the magnetic field. The magnetic sensor 14B measures the direction (positive / negative) and magnitude of the x-axis component of the magnetic field in the region where the magnetic field is to be corrected. In this example, the resolution of the magnetic sensor 14B is higher than the resolution of the magnetic sensor 14A.

再び図１を参照する。駆動回路１５Ａは、外部コイル１２を駆動する回路である。駆動回路１５Ｂは、内部コイル１３を駆動する回路である。制御装置１６は、磁気センサー１４により計測された磁場に応じて駆動回路１５を制御する装置である。制御装置１６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有するコンピュータ装置である。   Refer to FIG. 1 again. The drive circuit 15 </ b> A is a circuit that drives the external coil 12. The drive circuit 15B is a circuit that drives the internal coil 13. The control device 16 is a device that controls the drive circuit 15 in accordance with the magnetic field measured by the magnetic sensor 14. The control device 16 is, for example, a computer device having a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).

制御装置１６は、磁気センサー１４Ａおよび１４Ｂから磁場の向きと大きさを示す信号をそれぞれ取得する。制御装置１６は、磁気センサー１４Ａにより計測された磁場の向き
と大きさに基づいて、端面１１１Ｓにおける磁場がゼロになるように駆動回路１５Ａを制御する。制御装置１６は、また、磁気センサー１４Ｂにより計測された磁場の向きと大きさに基づいて、内部空間１１０における磁場がゼロになるように駆動回路１５Ｂを制御する。 The control device 16 acquires signals indicating the direction and magnitude of the magnetic field from the magnetic sensors 14A and 14B, respectively. Based on the direction and magnitude of the magnetic field measured by the magnetic sensor 14A, the control device 16 controls the drive circuit 15A so that the magnetic field at the end surface 111S becomes zero. The control device 16 also controls the drive circuit 15B so that the magnetic field in the internal space 110 becomes zero based on the direction and magnitude of the magnetic field measured by the magnetic sensor 14B.

駆動回路１５Ａは、端面１１１Ｓにおける磁場をゼロにする電流を外部コイル１２に供給する。ここでいう「ゼロ」とはゼロを含む所定の範囲であり、所定の範囲とは、磁気センサー１４Ａの分解能で決まる。通常、１PT（ピコテスラ）以下である。駆動回路１５Ａは、コイル１２Ａおよびコイル１２Ｂに、同方向かつ同じ電流値の電流を供給する。コイル１２Ａおよびコイル１２Ｂに同方向かつ同じ電流値の電流が流れると、開口部１１１Ａおよび１１１Ｂ付近で磁場が発生し、内部空間１１０のｘ軸方向における磁場の強さは、外部コイル１２に何も電流が供給されない場合や磁気シールド装置１の中心部部分の磁場をゼロにする電流が供給される場合、および地磁気などの外部磁場と逆方向かつ同レベルの磁場を発生させる電流が供給される場合などに比べて低減される。   The drive circuit 15A supplies the external coil 12 with a current that makes the magnetic field at the end face 111S zero. Here, “zero” is a predetermined range including zero, and the predetermined range is determined by the resolution of the magnetic sensor 14A. Usually, it is 1PT (picotesla) or less. The drive circuit 15A supplies currents of the same direction and the same current value to the coils 12A and 12B. When current having the same current value flows in the coils 12A and 12B in the same direction, a magnetic field is generated in the vicinity of the openings 111A and 111B, and the strength of the magnetic field in the x-axis direction of the internal space 110 is When no current is supplied, when a current that makes the magnetic field of the central portion of the magnetic shield device 1 zero is supplied, and when a current that generates a magnetic field in the opposite direction and the same level as an external magnetic field such as geomagnetism is supplied It is reduced in comparison with.

駆動回路１５Ｂは、内部空間１１０における磁場をゼロにする電流を内部コイル１３に供給する。ここでいう「ゼロ」もゼロを含む所定の範囲であり、所定の範囲とは、磁気センサー１４Ｂの分解能で決まる。通常、１PT（ピコテスラ）以下である。駆動回路１５Ｂは、コイル１３Ａおよびコイル１３Ｂに、同方向かつ同じ電流値の電流を供給する。コイル１３Ａおよびコイル１３Ｂに同方向かつ同じ電流値の電流が流れると、内部空間１１０のコイル１３Ａおよびコイル１３Ｂに挟まれた小空間のｘ軸方向における磁場の強さは、内部コイル１３が用いられない場合に比べて更に低減される。   The drive circuit 15 </ b> B supplies a current that makes the magnetic field in the internal space 110 zero to the internal coil 13. Here, “zero” is also a predetermined range including zero, and the predetermined range is determined by the resolution of the magnetic sensor 14B. Usually, it is 1PT (picotesla) or less. The drive circuit 15B supplies currents having the same current value in the same direction to the coils 13A and 13B. When currents of the same direction and the same current value flow through the coils 13A and 13B, the internal coil 13 is used as the magnetic field strength in the x-axis direction of the small space sandwiched between the coils 13A and 13B of the internal space 110. It is further reduced compared to the case where there is no.

なおこの例で、外部コイル１２により発生する磁場のダイナミックレンジは、内部コイル１３により発生する磁場のダイナミックレンジよりも大きい。また、内部コイル１３により発生する磁場の分解能は、外部コイル１２により発生する磁場の分解能よりも高い。   In this example, the dynamic range of the magnetic field generated by the external coil 12 is larger than the dynamic range of the magnetic field generated by the internal coil 13. Further, the resolution of the magnetic field generated by the internal coil 13 is higher than the resolution of the magnetic field generated by the external coil 12.

図４は、磁気シールド装置１の動作を示すフローチャートである。磁気シールド装置１においては、ステップＳ１からステップＳ８までの処理が行われる。以下の処理は、例えば、ユーザが図示せぬ入力部を操作して磁気シールド装置１を起動したことを契機として開始される。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the magnetic shield device 1. In the magnetic shield device 1, processing from step S1 to step S8 is performed. The following process is started when the user activates the magnetic shield device 1 by operating an input unit (not shown), for example.

ステップＳ１において、制御装置１６は、端面１１１Ｓにおける磁場の向きおよび大きさを計測する。具体的には、制御装置１６は、磁気センサー１４Ａからｘ軸上の磁場の向きと大きさを示す信号を取得する。ステップＳ２において、制御装置１６は、駆動回路１５Ａを制御して、外部コイル１２に電流を供給させる。具体的には、制御装置１６は、磁気センサー１４Ａによって計測された磁場をゼロにする電流を外部コイル１２に供給させるための信号を駆動回路１５Ａに出力する。駆動回路１５Ａは、制御装置１６から出力された信号に基づいて外部コイル１２に電流を供給する。外部コイル１２に供給する電流の向きは、磁気センサー１４Ａが計測した磁場に対向する磁場を発生させる向きである。外部コイル１２に供給する電流の大きさは、磁気センサー１４Ａが計測した磁場と同じ大きさの磁場が外部コイル１２の内部に生じる電流の大きさである。外部コイル１２に供給する電流の大きさと、外部コイル１２の内部に生じる磁場との対応関係は、予めＲＯＭに記憶されている。ステップＳ３において、制御装置１６は、端面１１１Ｓにおける磁場の向きおよび大きさを再度計測する。ステップＳ４において、制御装置１６は、端面１１１Ｓにおける磁場の大きさがゼロであるか否かを判断する。端面１１１Ｓにおける磁場の大きさがゼロであると判断された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、制御装置１６は、処理をステップＳ５に移行する。端面１１１Ｓにおける磁場の大きさがゼロでないと判断された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、制御装置１６は、処理をステップＳ２に移行し、端面１１１Ｓにおける磁場の大きさがゼロになるまでステップＳ２からステップＳ４の処理を繰り返
す。 In step S1, the control device 16 measures the direction and magnitude of the magnetic field on the end surface 111S. Specifically, the control device 16 acquires a signal indicating the direction and magnitude of the magnetic field on the x axis from the magnetic sensor 14A. In step S <b> 2, the control device 16 controls the drive circuit 15 </ b> A to supply current to the external coil 12. Specifically, the control device 16 outputs a signal for causing the external coil 12 to supply a current that makes the magnetic field measured by the magnetic sensor 14A zero, to the drive circuit 15A. The drive circuit 15 </ b> A supplies current to the external coil 12 based on the signal output from the control device 16. The direction of the current supplied to the external coil 12 is a direction that generates a magnetic field opposite to the magnetic field measured by the magnetic sensor 14A. The magnitude of the current supplied to the external coil 12 is the magnitude of the current generated in the external coil 12 by the same magnitude as the magnetic field measured by the magnetic sensor 14A. The correspondence between the magnitude of the current supplied to the external coil 12 and the magnetic field generated inside the external coil 12 is stored in advance in the ROM. In step S3, the control device 16 again measures the direction and magnitude of the magnetic field on the end surface 111S. In step S4, the control device 16 determines whether or not the magnitude of the magnetic field at the end face 111S is zero. When it is determined that the magnitude of the magnetic field at the end face 111S is zero (step S4: YES), the control device 16 proceeds to step S5. When it is determined that the magnitude of the magnetic field at the end face 111S is not zero (step S4: NO), the control device 16 proceeds to step S2, and from step S2 until the magnitude of the magnetic field at the end face 111S becomes zero. The process of step S4 is repeated.

ステップＳ５において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の向きおよび大きさを計測する。具体的には、制御装置１６は、磁気センサー１４Ｂから磁場の向きと大きさを示す信号を取得する。ステップＳ６において、制御装置１６は、駆動回路１５Ｂを制御して、内部コイル１３に電流を供給させる。具体的には、制御装置１６は、磁気センサー１４Ｂによって計測された磁場をゼロにする電流を内部コイル１３に供給させるための信号を駆動回路１５Ｂに出力する。駆動回路１５Ｂは、制御装置１６から出力された信号に基づいて内部コイル１３に電流を供給する。内部コイル１３に供給する電流の向きは、磁気センサー１４Ｂが計測した磁場に対向する磁場が生じる向きである。内部コイル１３に供給する電流の大きさは、磁気センサー１４Ｂが計測した磁場と同じ大きさの磁場が生じる電流の大きさである。内部コイル１３に供給する電流の大きさと、内部コイル１３の内部に生じる磁場との対応関係は、予めＲＯＭに記憶されている。ステップＳ７において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の向きおよび大きさを再度計測する。ステップＳ８において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の大きさがゼロであるか否かを判断する。内部空間１１０における磁場の大きさがゼロであると判断された場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、制御装置１６は、処理を終了する。内部空間１１０における磁場の大きさがゼロでないと判断された場合（ステップＳ８：ＮＯ）、制御装置１６は、処理をステップＳ６に移行し、内部空間１１０における磁場の大きさがゼロになるまでステップＳ６からステップＳ８の処理を繰り返す。   In step S <b> 5, the control device 16 measures the direction and magnitude of the magnetic field in the internal space 110. Specifically, the control device 16 acquires a signal indicating the direction and magnitude of the magnetic field from the magnetic sensor 14B. In step S <b> 6, the control device 16 controls the drive circuit 15 </ b> B to supply current to the internal coil 13. Specifically, the control device 16 outputs a signal for causing the internal coil 13 to supply a current that makes the magnetic field measured by the magnetic sensor 14B zero, to the drive circuit 15B. The drive circuit 15B supplies current to the internal coil 13 based on the signal output from the control device 16. The direction of the current supplied to the internal coil 13 is a direction in which a magnetic field opposite to the magnetic field measured by the magnetic sensor 14B is generated. The magnitude of the current supplied to the internal coil 13 is the magnitude of a current that generates a magnetic field having the same magnitude as the magnetic field measured by the magnetic sensor 14B. The correspondence between the magnitude of the current supplied to the internal coil 13 and the magnetic field generated in the internal coil 13 is stored in advance in the ROM. In step S <b> 7, the control device 16 again measures the direction and magnitude of the magnetic field in the internal space 110. In step S8, the control device 16 determines whether or not the magnitude of the magnetic field in the internal space 110 is zero. When it is determined that the magnitude of the magnetic field in the internal space 110 is zero (step S8: YES), the control device 16 ends the process. If it is determined that the magnitude of the magnetic field in the internal space 110 is not zero (step S8: NO), the control device 16 proceeds to step S6 and steps until the magnitude of the magnetic field in the internal space 110 becomes zero. The process from S6 to step S8 is repeated.

ステップＳ１からステップＳ４の処理が行われると、内部空間１１０における磁場は、外部コイル１２の分解能のオーダーでゼロに近づく。この状態で、ステップＳ５からステップＳ８の処理が行われると、内部空間１１０における磁場は、内部コイル１３の分解能のオーダーでゼロに近づく。本実施形態によれば、外部コイル１２のみで、または内部コイル１３のみで磁場をキャンセルする場合と比較して、より外部磁場の影響を低減することができる。   When the processing from step S1 to step S4 is performed, the magnetic field in the internal space 110 approaches zero in the order of the resolution of the external coil 12. When the processing from step S5 to step S8 is performed in this state, the magnetic field in the internal space 110 approaches zero in the order of the resolution of the internal coil 13. According to this embodiment, the influence of the external magnetic field can be further reduced as compared with the case where the magnetic field is canceled only by the external coil 12 or only by the internal coil 13.

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。以下で説明する変形例のうち、２つ以上のものが組み合わされて用いられてもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. Hereinafter, some modifications will be described. Two or more of the modifications described below may be used in combination.

磁気シールド装置が有するコイルは、磁気シールド装置の決められた領域における磁場をゼロにするものに限らない。磁気シールド装置は、磁場の勾配を補正するコイルを更に有していてもよい。   The coil included in the magnetic shield device is not limited to one that makes the magnetic field zero in a predetermined region of the magnetic shield device. The magnetic shield device may further include a coil that corrects the gradient of the magnetic field.

図５は、変形例に係る磁気シールド装置２の概略図である。磁気シールド装置２は、勾配コイル１７と、磁気センサー１４Ｃと、駆動回路１５Ｃとを有する点が、図１に示した磁気シールド装置１とは異なる。勾配コイル１７は、内部空間１１０において磁場の勾配を補正するためのコイルである。勾配コイル１７としては、例えば、２つのコイル（１７Ａと１７Ｂ）が用いられる。磁気センサー１４Ｃは、勾配コイル１７に対応するセンサーである。磁気センサー１４Ｃは、例えば勾配コイル１７が配置されている面に配置される。磁気センサー１４Ｃは、勾配コイル１７が配置されている面における磁場のｘ軸成分の向き（正負）と大きさをそれぞれ計測する。駆動回路１５Ｃは、勾配コイル１７を駆動する回路である。   FIG. 5 is a schematic view of a magnetic shield device 2 according to a modification. The magnetic shield device 2 is different from the magnetic shield device 1 shown in FIG. 1 in that it has a gradient coil 17, a magnetic sensor 14C, and a drive circuit 15C. The gradient coil 17 is a coil for correcting the gradient of the magnetic field in the internal space 110. As the gradient coil 17, for example, two coils (17A and 17B) are used. The magnetic sensor 14 </ b> C is a sensor corresponding to the gradient coil 17. The magnetic sensor 14C is disposed on the surface on which the gradient coil 17 is disposed, for example. The magnetic sensor 14C measures the direction (positive / negative) and magnitude of the x-axis component of the magnetic field on the surface on which the gradient coil 17 is disposed. The drive circuit 15 </ b> C is a circuit that drives the gradient coil 17.

変形例において、制御装置１６は、磁気センサー１４Ｃにより磁場の向きと大きさを示す信号をそれぞれ取得する。制御装置１６は、磁気センサー１４Ｃにより計測された磁場の大きさに基づいて、磁場の勾配を算出する。制御装置１６は、算出された磁場の勾配に基づいて、内部空間１１０における磁場の勾配がゼロになるように駆動回路１５Ｃを制御
する。駆動回路１５Ｃは、内部空間１１０における磁場の勾配をゼロにする電流を勾配コイル１７に供給する。ここでいう「ゼロ」はゼロを含む所定の範囲であり、所定の範囲とは磁場の勾配の影響がない（磁場が均一である）とみなされる範囲である。駆動回路１５Ｃは、コイル１７Ａおよびコイル１７Ｂに、逆方向の電流を供給する。コイル１７Ａおよびコイル１７Ｂに逆方向の電流が流れると、内部空間１１０のコイル１７Ａおよびコイル１７Ｂに挟まれた小空間のｘ軸方向における磁場の勾配は、勾配コイル１７が用いられない場合に比べて低減される。 In the modification, the control device 16 acquires signals indicating the direction and magnitude of the magnetic field by the magnetic sensor 14C. The control device 16 calculates the gradient of the magnetic field based on the magnitude of the magnetic field measured by the magnetic sensor 14C. Based on the calculated magnetic field gradient, the control device 16 controls the drive circuit 15C so that the magnetic field gradient in the internal space 110 becomes zero. The drive circuit 15 </ b> C supplies a current that makes the gradient of the magnetic field in the internal space 110 zero to the gradient coil 17. Here, “zero” is a predetermined range including zero, and the predetermined range is a range in which the magnetic field gradient is not affected (the magnetic field is uniform). The drive circuit 15C supplies current in the reverse direction to the coil 17A and the coil 17B. When a current in the reverse direction flows through the coil 17A and the coil 17B, the gradient of the magnetic field in the x-axis direction of the small space sandwiched between the coil 17A and the coil 17B in the internal space 110 is larger than that when the gradient coil 17 is not used. Reduced.

図６は、磁気シールド装置２の動作を示すフローチャートである。磁気シールド装置２においては、図４に示したステップＳ１からステップＳ８までの処理に加えて、ステップＳ９からステップＳ１２までの処理が行われる。   FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the magnetic shield device 2. In the magnetic shield device 2, in addition to the processing from step S1 to step S8 shown in FIG. 4, the processing from step S9 to step S12 is performed.

ステップＳ９において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の勾配を算出する。具体的には、制御装置１６は、磁気センサー１４Ｃからｘ軸上の磁場の向きと大きさを示す信号を取得し、以下の式（１）により磁場の勾配Ａを算出する。
Ａ＝Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ …（１）
なお、ＨｍａｘおよびＨｍｉｎはそれぞれ、磁気センサー１４Ｃにより測定される磁場のうち大きい方および小さい方を示している。 In step S <b> 9, the control device 16 calculates a magnetic field gradient in the internal space 110. Specifically, the control device 16 acquires a signal indicating the direction and magnitude of the magnetic field on the x-axis from the magnetic sensor 14C, and calculates the magnetic field gradient A by the following equation (1).
A = Hmax−Hmin (1)
Hmax and Hmin indicate the larger and smaller ones of the magnetic fields measured by the magnetic sensor 14C, respectively.

ステップＳ１０において、制御装置１６は、勾配コイル１７Ａおよび勾配コイル１７Ｂが発生する磁場Ｈ１およびＨ２を測定しつつ、測定された磁場が次式（２）を満たす様に駆動回路１５Ｃを制御して、勾配コイル１７に電流を供給させる。
α＝｜Ｈ１−Ｈ２｜−（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）＝０ …（２）
具体的には、制御装置１６は、算出された磁場の勾配をゼロにする電流を勾配コイル１７に供給させるための信号を駆動回路１５Ｃに出力する。駆動回路１５Ｃは、制御装置１６から出力された信号に基づいて勾配コイル１７に電流を供給する。ステップＳ１１において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の勾配を再度算出する。ステップＳ１２において、制御装置１６は、内部空間１１０における磁場の勾配がゼロであるか否かを判断する。内部空間１１０における磁場の勾配がゼロであると判断された場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御装置１６は処理を終了する。内部空間１１０における磁場の勾配がゼロでないと判断された場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御装置１６は、処理をステップＳ１０に移行し、内部空間１１０における磁場の勾配がゼロになるまでステップＳ１０からステップＳ１２の処理を繰り返す。ステップＳ９からステップＳ１２の処理が行われると、内部空間１１０における磁場の勾配はゼロに近づく。 In step S10, the control device 16 controls the drive circuit 15C so that the measured magnetic field satisfies the following equation (2) while measuring the magnetic fields H1 and H2 generated by the gradient coil 17A and the gradient coil 17B. A current is supplied to the gradient coil 17.
α = | H1-H2 | − (Hmax−Hmin) = 0 (2)
Specifically, the control device 16 outputs a signal for supplying the gradient coil 17 with a current that makes the calculated magnetic field gradient zero, to the drive circuit 15C. The drive circuit 15 </ b> C supplies a current to the gradient coil 17 based on the signal output from the control device 16. In step S <b> 11, the control device 16 calculates the magnetic field gradient in the internal space 110 again. In step S12, the control device 16 determines whether or not the gradient of the magnetic field in the internal space 110 is zero. When it is determined that the gradient of the magnetic field in the internal space 110 is zero (step S12: YES), the control device 16 ends the process. When it is determined that the magnetic field gradient in the internal space 110 is not zero (step S12: NO), the control device 16 proceeds to step S10, and from step S10 until the magnetic field gradient in the internal space 110 becomes zero. The process of step S12 is repeated. When the processing from step S9 to step S12 is performed, the gradient of the magnetic field in the internal space 110 approaches zero.

なお、勾配コイル１７を用いる場合に、磁気センサー１４Ｃを用いなくてもよい。この場合、制御装置１６は、磁気センサー１４Ｂの信号を用いて勾配コイル１７を制御してもよい。   Note that when the gradient coil 17 is used, the magnetic sensor 14C may not be used. In this case, the control device 16 may control the gradient coil 17 using a signal from the magnetic sensor 14B.

パッシブシールド１１を軸方向からみた断面は、正方形である場合に限らない。例えば、パッシブシールド１１を軸方向からみた断面は、正方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。また、パッシブシールド１１は、軸方向の両端に開口部１１１を有する場合に限らない。パッシブシールド１１は、軸方向の一方側に開口部１１１を有していてもよい。この場合、開口部１１１を有しない軸方向の他方側は、蓋により覆われる。蓋は、例えば、パッシブシールド１１と一体に成形される。さらに、パッシブシールド１１は、単層構造である場合に限らず、多層構造であってもよい。   The cross section of the passive shield 11 viewed from the axial direction is not limited to a square shape. For example, the cross section of the passive shield 11 viewed from the axial direction may be a polygon other than a square, a circle, or an ellipse. The passive shield 11 is not limited to the case where the openings 111 are provided at both ends in the axial direction. The passive shield 11 may have an opening 111 on one side in the axial direction. In this case, the other side in the axial direction that does not have the opening 111 is covered with a lid. The lid is formed integrally with the passive shield 11, for example. Furthermore, the passive shield 11 is not limited to a single layer structure, and may have a multilayer structure.

外部コイル１２、内部コイル１３、および勾配コイル１７は、正方形に巻かれている場合に限らない。外部コイル１２、内部コイル１３および勾配コイル１７は、正方形以外の多角形、円形、または楕円形に巻かれていてもよい。   The external coil 12, the internal coil 13, and the gradient coil 17 are not limited to being wound in a square shape. The outer coil 12, the inner coil 13, and the gradient coil 17 may be wound in a polygon other than a square, a circle, or an ellipse.

外部コイル１２、内部コイル１３は、ヘルムホルツコイルである場合に限らない。外部コイル１２、内部コイル１３には、それぞれ１つのコイルが用いられてもよい。   The external coil 12 and the internal coil 13 are not limited to being Helmholtz coils. One coil may be used for each of the external coil 12 and the internal coil 13.

実施形態においては、内部コイル１３が１軸方向（ｘ軸方向）のみに設けられる例を説明した。しかし、磁気シールド装置１は、２組以上の内部コイル１３を有し、磁場の２軸以上の成分をキャンセルしてもよい。例えば、磁気シールド装置１は、ｘ、ｙ、およびｚ軸の３軸それぞれについて内部コイル１３を有し、３軸方向それぞれの成分の磁場をキャンセルしてもよい。   In the embodiment, the example in which the internal coil 13 is provided only in one axial direction (x-axis direction) has been described. However, the magnetic shield device 1 may have two or more sets of internal coils 13 and cancel components of two or more axes of the magnetic field. For example, the magnetic shield device 1 may have the internal coil 13 for each of the three axes of the x, y, and z axes and cancel the magnetic field of each component in the three axis directions.

磁気センサー１４の配置および個数は、実施形態に記載したものに限らない。例えば、磁気センサー１４Ａは、開口部１１１Ａおよび１１１Ｂのうちいずれか一方の重心に配置されてもよい。   The arrangement and number of the magnetic sensors 14 are not limited to those described in the embodiment. For example, the magnetic sensor 14A may be arranged at the center of gravity of one of the openings 111A and 111B.

各コイルの制御方法は実施形態で説明したものに限定されない。実施形態においては、各コイルがフィードバック制御される例を説明したが、フィードバック制御以外の方法により、各コイルが制御されてもよい。   The control method for each coil is not limited to that described in the embodiment. In the embodiment, an example in which each coil is feedback-controlled has been described, but each coil may be controlled by a method other than the feedback control.

１,２…磁気シールド装置、１１…パッシブシールド、１１０…内部空間、１１１…開口部、１２…外部コイル、１３…内部コイル、１４…磁気センサー、１５…駆動回路、１６…制御装置、１７…勾配コイル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,2 ... Magnetic shield apparatus, 11 ... Passive shield, 110 ... Internal space, 111 ... Opening part, 12 ... External coil, 13 ... Internal coil, 14 ... Magnetic sensor, 15 ... Drive circuit, 16 ... Control apparatus, 17 ... Gradient coil

Claims (11)

内部空間および少なくとも１つの開口部を有するパッシブシールドと、
前記開口部付近における磁場を補正する第１コイルと、
前記内部空間において磁場を補正する第２コイルと、
前記第１コイルを駆動する第１駆動回路と、
前記第２コイルを駆動する第２駆動回路と
を有する磁気シールド装置。 A passive shield having an internal space and at least one opening;
A first coil for correcting the magnetic field in the vicinity of the opening;
A second coil for correcting a magnetic field in the internal space;
A first drive circuit for driving the first coil;
And a second drive circuit for driving the second coil. 前記第１駆動回路は、前記開口部の端面における磁場をゼロにする電流を前記第１コイルに供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。 2. The magnetic shield device according to claim 1, wherein the first drive circuit supplies a current that makes a magnetic field at an end face of the opening to zero to the first coil. 前記開口部の端面上に設けられた磁気センサーを有し、
前記第１駆動回路は、前記磁気センサーにより計測される磁場をゼロにする電流を前記第１コイルに供給する
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気シールド装置。 A magnetic sensor provided on an end face of the opening;
3. The magnetic shield device according to claim 2, wherein the first drive circuit supplies a current that makes a magnetic field measured by the magnetic sensor zero to the first coil. 前記磁気センサーは、前記開口部の端面の中心に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気シールド装置。 The magnetic shield device according to claim 3, wherein the magnetic sensor is provided at a center of an end face of the opening. 前記第２駆動回路は、前記内部空間における磁場をゼロにする電流を前記第２コイルに供給する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 5. The magnetic shield device according to claim 1, wherein the second drive circuit supplies a current that makes the magnetic field in the internal space zero to the second coil. 6. 前記内部空間に設けられた磁気センサーを有し、
前記第２駆動回路は、前記磁気センサーにより計測される磁場をゼロにする電流を前記第２コイルに供給する
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気シールド装置。 A magnetic sensor provided in the internal space;
6. The magnetic shield device according to claim 5, wherein the second drive circuit supplies a current that makes a magnetic field measured by the magnetic sensor zero to the second coil. 前記第１コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジは、前記第２コイルにより発生する磁場のダイナミックレンジよりも大きい
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 The magnetic shield device according to any one of claims 1 to 6, wherein a dynamic range of a magnetic field generated by the first coil is larger than a dynamic range of a magnetic field generated by the second coil. 前記第２コイルにより発生する磁場の分解能は、前記第１コイルにより発生する磁場の分解能よりも高い
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 8. The magnetic shield device according to claim 1, wherein the resolution of the magnetic field generated by the second coil is higher than the resolution of the magnetic field generated by the first coil. 前記パッシブシールドは、２つの開口部を有し、
前記磁気シールド装置は、２つの第１コイルを有し、
前記２つの第１コイルは、それぞれ、前記２つの開口部付近における磁場を補正する
ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の磁気シールド装置。 The passive shield has two openings,
The magnetic shield device has two first coils,
The magnetic shield device according to claim 1, wherein each of the two first coils corrects a magnetic field in the vicinity of the two openings. 前記第１駆動回路は、前記２つの第１コイルに対し同じ電流値の電流を供給する
ことを特徴とする請求項９に記載の磁気シールド装置。 The magnetic shield device according to claim 9, wherein the first drive circuit supplies a current having the same current value to the two first coils. 内部空間および少なくとも１つの開口部を有するパッシブシールドにおいて、前記開口部付近における磁場を補正するために、前記開口部付近に設けられた第１コイルに電流を供給するステップと、
前記内部空間における磁場を補正するために、当該内部空間に設けられた第２コイルに
電流を供給するステップと
を有する磁気シールド方法。 Supplying a current to a first coil provided near the opening in order to correct a magnetic field near the opening in a passive shield having an internal space and at least one opening;
Supplying a current to a second coil provided in the internal space to correct a magnetic field in the internal space.
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