JP4377566B2 - アクティブ磁場キャンセラ - Google Patents
アクティブ磁場キャンセラ Download PDFInfo
- Publication number
- JP4377566B2 JP4377566B2 JP2002141242A JP2002141242A JP4377566B2 JP 4377566 B2 JP4377566 B2 JP 4377566B2 JP 2002141242 A JP2002141242 A JP 2002141242A JP 2002141242 A JP2002141242 A JP 2002141242A JP 4377566 B2 JP4377566 B2 JP 4377566B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- current
- magnetic
- loop coils
- loop
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
- Electron Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱としての外部磁場の影響を軽減するためのアクティブ磁場キャンセラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置等の電子応用機器は、高性能化に伴い電磁ノイズに極めて敏感になっている。一方で、電磁ノイズの発生源は増大しつつあり、上記装置の設置空間での外乱による磁場変動を抑制するための対策が必要となっている。
このため、従来、例えば図１１に示すように、ヘルムホルツコイルを用いた磁気シールド装置２０が提案されている。この磁気シールド装置２０は、磁場制御空間２１を挟んで同軸に対向配置され、同じ大きさの電流Ｉが流される同じ巻数、同じ寸法の一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂを有しており、このループコイル２２Ａ，２２Ｂは電流調節手段２３に接続されている。
【０００３】
一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂ間には、一つの磁気センサ２４が配置され、この磁気センサ２４からこれにより検出された磁場強さを示す検出信号がコントローラ２５に入力されている。即ち、ループコイル２２Ａ，２２Ｂ間の磁場制御空間２１には、外乱磁場が存在する一方、この外乱磁場を遮蔽するようにループコイル２２Ａ，２２Ｂにより磁場制御空間２１に補償磁場が形成されており、磁気センサ２４により、この外乱磁場と補償磁場との差である磁場制御誤差が検出される。さらに、この磁場制御誤差をできるだけ小さくする電流Ｉがコントローラ２５により演算され、この演算結果に基づき、コントローラ２５から電流調節手段２３に制御信号が出力される。そして、この電流調節手段２３により、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの電流Ｉが調節され、磁場制御空間２１における補償磁場の強さが制御される。
【０００４】
磁気シールド装置２０の制御系統は図１２のように表され、図中の各符号の意味は、以下の通りである。
x１，xＰ ：磁気センサ２４及び点Ｐの各位置における外乱磁場の強さ（Ｐは、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線上の任意の点）
m１１，m１Ｐ ：ループコイル２２Ａに流れる電流Ｉにより磁気センサ２４及び点Ｐの各位置に生成される 補償磁場の強さ
m２１，m２Ｐ ：ループコイル２２Ｂに流れる電流Ｉにより磁気センサ２４及び点Ｐの各位置に生成される補償磁場の強さ
e１，eＰ ：磁気センサ２４及び点Ｐの各位置における磁場制御誤差（＝外乱磁場−補償磁場）
F ：電流調節手段２３に制御信号を出力するコントローラ２５のフィードバック伝達関数
i ：コントローラ２５から電流調節手段２３に出力される制御信号
H１１，H１Ｐ ：ループコイル２２Ａと磁気センサ２４及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
H２１，H２Ｐ ：ループコイル２２Ｂと磁気センサ２４及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
【０００５】
図１１及び図１２から分かるように、コントローラ２５は、磁気センサ２４から磁場制御誤差e１を示す入力信号を受け、電流調節手段２３に制御信号ｉを出力し、この結果、磁気センサ２４の位置には、ループコイル２２Ａにより補償磁場m１１（＝ｉ・H１１）が、ループコイル２２Ｂにより補償磁場m２１（＝ｉ・H２１）がそれぞれ形成され、点Ｐの位置には、ループコイル２２Ａにより補償磁場m１Ｐ（＝ｉ・H１Ｐ）が、ループコイル２２Ｂにより補償磁場m２Ｐ（＝ｉ・H２Ｐ）がそれぞれ形成される。そして、磁気センサ２４の位置では、新たに磁場制御誤差e１（＝x１―m１１―m２１）が生じ、上述したようにこれを示す信号がコントローラ２５に入力される一方、点Ｐの位置では、新たに磁場制御誤差eＰ（＝xＰ―m１Ｐ―m２Ｐ）が生じる。そして、磁気シールド装置２０としては、常にこの点Ｐでの磁場制御誤差eＰを零に限りなく近付けることができれば理想的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の磁気シールド装置２０では、コントローラ２５からの単一の制御信号ｉにより、ループコイル２２Ａ，２２Ｂを流れる電流を等しく調節しており、構造上、ループコイル２２Ａ，２２Ｂのそれぞれを流れる電流を異ならせることはできない。
このため、磁束密度に関するシミュレーションにより得られた図１３に示すように、磁気シールド装置２０では、ループコイル２２Ａ，２２Ｂ間に生じる磁束密度は、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線の上下で対称になるだけでなく、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心、即ち点Ｏの左右についても対称になる。そして、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線の近くでは、一方のループコイル２２Ａから他方のループコイル２２Ｂまで、磁束密度は略均一で、殆ど変化がない。
なお、図１３において、矢印の方向は磁束の方向を示し、矢印の長さは磁束密度の大きさを示している。
【０００７】
この結果、本発明との比較において後述するように、この磁気シールド装置２０の場合、磁気シールドは一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂ間の一点でのみしか行えず、この一点から離れるにつれて磁気シールド特性が悪くなるという問題を有している。
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、磁気制御空間において広範囲にわたって良好な磁気シールド特性を有するアクティブ磁場キャンセラを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、磁場制御空間を挟んで対向配置され、この磁場制御空間を横切る一軸を中心軸とし、互いに独立した対をなす二つのループコイル及びこの内の一方のループコイルに流す電流を調節する一方の電流調節手段及び上記二つの内の他方のループコイルに流す電流を調節する他方の電流調節手段からなる少なくとも一組の磁場形成部と、上記磁場制御空間内において、上記二つのループコイルから等距離の上記中心軸上の点と上記一方のループコイルとの間に配置された一方の磁気センサと、上記磁場制御空間内において、上記点と上記他方のループコイルとの間に配置された他方の磁気センサと、上記一方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記一方の電流調整手段に対して上記一方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力すると共に、上記他方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記他方の電流調整手段に対して上記他方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力し、それによって上記磁場制御空間における磁場を打消す磁場を形成する電流を上記両ループコイルに生じさせるコントローラとを備えた構成とした。
【０００９】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記両ループコイル間の距離を調節可能に形成した。
【００１０】
第３発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が複数組設けられ、その各々における上記中心軸が平行である構成とした。
【００１１】
第４発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも２組設けられ、その各々における上記中心軸が互いに直交する２方向に延びている構成とした。
【００１２】
第５発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも３組設けられ、その各々における上記中心軸が、直交する３方向に延びている構成とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る１方向１軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ１を示し、このアクティブ磁場キャンセラ１は磁場制御空間１１を挟んで対向配置され、磁場制御空間１１を横切る一軸であるＸ軸を中心軸とし、同じ形状を有する互いに独立した対をなす二つのループコイル１２Ａ，１２Ｂを有している。この内の一方のループコイル１２Ａは一方の電流調節手段１３Ａに接続され、他方のループコイル１２Ｂは他方の電流調節手段１３Ｂに接続され、ループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂのそれぞれに流れる電流は、それぞれに接続された電流調節手段１３Ａと電流調節手段１３Ｂにより別個に調節される。そして、この一方のループコイル１２Ａ、電流調節手段１３Ａ及び他方のループコイル１２Ｂ、電流調節手段１３Ｂにより一組の磁場形成部１４が形成されている。なお、図１では、一対のループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂに同方向の電流を流した状態が例示されている。
【００１４】
また、二つのループコイル１２Ａ及び１２Ｂから等距離の上記中心軸、即ちＸ軸上の点Ｏとループコイル１２Ａとの間のＸ軸上に一方の磁気センサ１５Ａが配置され、点Ｏとループコイル１２Ｂとの間のＸ軸上に他方の磁気センサ１５Ｂが配置されている。なお、好ましくはループコイル１２Ａ，１２Ｂ間における磁場制御目標点を点Ｏとし、一方の磁気センサ１５Ａはループコイル１２Ａよりも点Ｏにより近いＸ軸上の位置、他方の磁気センサ１５Ｂはループコイル１２Ｂよりも点Ｏにより近いＸ軸上の位置に配置されるのがよい。但し、磁場制御目標点、磁気センサ１５Ａ，１５Ｂに関して、本発明は斯かる位置に限定されるものではない。
【００１５】
さらに、磁気センサ１５Ａ及び１５Ｂにより検出された磁場の強さを示す検出信号を受けて、これに基づき、上記両電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂに対して、磁場制御空間１１における磁場を打消す磁場を形成する電流をループコイル１２Ａ及び１２Ｂに生じさせるための制御信号を出力するコントローラ１６が設けられている。
【００１６】
次に、上述したアクティブ磁場キャンセラ１による磁場の制御について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
ループコイル１２Ａ及び１２Ｂが一辺の長さが２ａの正方形で、ループコイル１２Ａに電流Ｉ１が流れ、ループコイル１２Ｂに電流Ｉ２が流れている場合、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂの中心軸であるＸ軸上の任意の点Ｐにおいて、ループコイル１２Ａにより作られる磁場Ｂ１ｗ、ループコイル１２Ｂにより作られる磁場Ｂ２ｗは、次式により表される。
【００１７】
B1w=(2μ0a2NI1/π)/[{(d/2+w)2+a2}・{(d/2+w)2+2a2}1/2] （１）
B２ w=(2μ0a2NI２/π)/[{(d/2-w)2+a2}・{(d/2-w)2+2a2}1/2] （２）
ここで、
μ0：真空中の透磁率
w ：Ｘ軸上におけるループコイル１２Ａ及び１２Ｂから等距離の点Ｏと点Ｐとの間の距離
N ：ループコイル１２Ａ及び１２Ｂの巻数
d ：ループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂとの間の距離
【００１８】
また、図２における各符号は以下の意味を表している。
x１，x２，xＰ ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置における外乱磁場の強さ
m１１，m１２，m１Ｐ：ループコイル１２Ａに流れる電流Ｉ１により磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置に生成される補償磁場の強さ（m１１：主帰還量，m１２：干渉成分，m１Ｐ：目標点帰還量）
m２１，m２２，m２Ｐ：ループコイル１２Ｂに流れる電流Ｉ２により磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置に生成される補償磁場の強さ（m２２：主帰還量，m２１：干渉成分，m２Ｐ：目標点帰還量）
e１，e２，eＰ ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置における磁場制御誤差（＝外乱磁場−補償磁場）
F１，F２ ：電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれに制御信号を出力するコントローラ１６における制御部のフィードバック伝達関数
i１，i２ ：上記制御部から電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれに出力される制御信号
H１１，H１２，H１Ｐ：ループコイル１２Ａと磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
H２１，H２２，H２Ｐ：ループコイル１２Ｂと磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
【００１９】
図２からも分るように、m１１=H１１F１e１，m２２=H２２F２e２，m２１=H２１F２e２，m１２=H１２F１e１，m１Ｐ=H１ＰF１e１，m２Ｐ=H２ＰF２e２であるから、磁場制御誤差について以下の（３）〜（５）式が得られる。
e１=x１-m１１-m２１=x１-H１１F１e１-H２１F２e２ （３）
e２=x２-m１２-m２２=x２-H１２F１e１-H２２F２e２ （４）
eＰ=xＰ-m１Ｐ-m２Ｐ=xＰ-H１ＰF１e１-H２ＰF２e２ （５）
これらの式を簡単にするために、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれについて形成されるフィードバックループの働きを同一とし、次式が成立するものとする。
F１=F２(=Fとする) （６）
H１１=H２２(=HＡとする) （７）
H１２=H２１(=HＢとする) （８）
【００２０】
（３）及び（４）式より、e１及びe２が算出され、以下のように表される。
e１=(HＡx１-HＢx２)/{(HＡ ２−HＢ ２)F} （９）
e２=(HＡx２-HＢx１)/{(HＡ ２-HＢ ２)F} （１０）
ここで、HＡ≠HＢで、フィードバック伝達関数F１，F２(=F)の絶対値であるそれぞれのゲインを大きくしてあり、e１及びe２は０と見なせるようにしてある。
また、（３）〜（５）式より、e１及びe２を消去することにより、目標点での磁場制御誤差ePは次式で表される。
【００２１】
さらに、式（１）及び（２）において、ｗ＝−Ｌ／２（Ｌ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ間の距離）とすると、式（１１）における伝達関数HＡ，HＢ，H１Ｐ，H２Ｐは次式で表される。
HA=B11/I1
=B1w│w= Ｌ /2/I1
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2-L/2)2+a2}・{(d/2-L/2)2+2a2}1/2] （１２）
HＢ=B21/I2
=B2w│w=L/2/I2
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2+L/2)2+a2}・{(d/2+L/2)2+2a2}1/2] （１３）
H1p=B1w/I1
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2+w)2+a2}・{(d/2+w)2+2a2}1/2] （１４）
H2p=B2w/I2
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2-w)2+a2}・{(d/2-w)2+2a2}1/2] （１５）
【００２２】
磁場制御誤差eＰは、外乱磁場xＰとループコイル１２Ａ及び１２Ｂ間の距離ｄの関数であり、点Ｐの位置によりその大きさは変化する。磁場誤差eＰが最大となる点Ｐの位置を求め、この位置での磁場をできる限り弱めるようにループコイル１２Ａ及び１２Ｂ間の距離ｄを決めれば、磁場制御空間１１において外乱磁場による影響を最小限に止めることができる。即ち、上述した各位置での実際の外乱磁場の強さを検出し、磁場誤差eＰに関する（１１）式に基づき、この磁場誤差eＰを最小にする最適な距離ｄｏｐｔを算出する。
また、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂに両者間の距離の調整を可能とする駆動機構を設け、上述した演算により最適距離ｄｏｐｔが求められると、上記距離ｄを最適距離ｄｏｐｔにする制御信号を上記駆動機構に出力し、自動的に上記距離ｄの最適化調整をできるようにしてもよい。
【００２３】
次に、上述したアクティブ磁場キャンセラ１についてのシミュレーション結果を図３〜７に示す。なお、このシミュレーションでは、２ａ＝２ｍ、ｄ＝１．８ｍとした。
図３は、磁束密度に関するシミュレーション結果を示し、アクティブ磁場キャンセラ１では、ループコイル１２Ａ，１２Ｂ間に生じる磁束密度は、ループコイル１２Ａ，１２Ｂの中心を結ぶ線の近傍では、ループコイル１２Ａからループコイル１２Ｂに向かって小さくなる磁束密度勾配が生じており、ループコイル１２Ａにおける電流Ｉ１とループコイル１２Ｂにおける電流Ｉ２とを調節することにより上記磁束密度勾配を適宜変え得ることが理解される。
なお、上記同様、図３において、矢印の方向は磁束の方向を示し、矢印の長さは磁束密度の大きさを示している。
【００２４】
図４は、外乱磁場発生源が近くに存在する場合において、外乱磁場での規格化磁束密度及びこれに対して形成される補償磁場での規格化磁束密度が点Ｏからの距離により変化する状態を示したものである（横軸：点Ｏからの距離（左方向：−，右方向：＋），縦軸：規格化磁束密度）。そして、図４において、二点鎖線が外乱磁場、実線が本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１による補償磁場、一点鎖線が従来の上記装置による補償磁場のそれぞれにおける規格化磁束密度を示している。また、図５は、図４に示すデータから得られ、磁場制御誤差が点Ｏからの距離により変化する状態を示したもので（横軸：点Ｏからの距離（左方向：−，右方向：＋），縦軸：磁場制御誤差）、実線が本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１による場合、一点鎖線が従来の上記装置による場合を示している。
【００２５】
図４及び５から分かるように、外乱磁場発生源が近くに存在する場合、外乱磁場での規格化磁束密度の勾配が大きく、従来は点Ｏの一点で磁場制御誤差を零にすることはできても、点Ｏから離れる程、磁場制御誤差が大きくなるのに対して、本発明では、点Ｏの左右両側の広い範囲にわたって磁場制御誤差を非常に小さくなっている。
【００２６】
図６及び７は、外乱磁場発生源が遠くに存在する場合において、図４及び５と同様に、規格化磁場及び磁場制御誤差が点Ｏからの距離により変化する状態を示したものである。
この図６及び７から分かるように、外乱磁場発生源が遠くに存在する場合、外乱磁場での規格化磁束密度の勾配が小さく、この場合においても、従来は点Ｏのごく近傍で磁場制御誤差を小さくすることはできても、この近傍から離れる程、磁場制御誤差が大きくなるのに対して、本発明では、点Ｏの左右両側の広い範囲にわたって磁場制御誤差を非常に小さくなっている。
このように、本発明の場合、外乱磁場に応じて規格化磁束密度の勾配を適宜変えることができる結果、常に広範囲にわたって磁場制御誤差を零に近付け得ることが顕著に表れている。
【００２７】
図８は、本発明の第２実施形態に係る１方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ２を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ２では、Ｘ軸に平行な３軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ１，１２ＢＸ１を有する磁場形成部１４Ｘ１、一対のループコイル１２ＡＸ２，１２ＢＸ２を有する磁場形成部１４Ｘ２及び一対のループコイル１２ＡＸ３，１２ＢＸ３を有する磁場形成部１４Ｘ３が設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ１，１３ＢＸ１、１３ＡＸ２，１３ＢＸ２及び１３ＡＸ３，１３ＢＸ３と磁気センサ１５ＡＸ１，１５ＢＸ１、１５ＡＸ２，１５ＢＸ２及び１５ＡＸ３，１５ＢＸ３とが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一方向に関する限り、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場をより近似させることが可能となり、磁場制御誤差をより小さくすることが可能となる。
【００２８】
図９は、本発明の第３実施形態に係る２方向２軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ３を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１及び２と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ３では、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ，１２ＢＸを有する磁場形形成部１４Ｘ、一対のループコイル１２ＡＹ，１２ＢＹを有する磁場形成部１４Ｙが設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ，１３ＢＸ及び１３ＡＹ，１３ＢＹと磁気センサ１５ＡＸ，１５ＢＸ及び１５ＡＹ，１５ＢＹとが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一方向限らず直交する二方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能となる。
【００２９】
図１０は、本発明の第４実施形態に係る３方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ４を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１，２及び３と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ４では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ，１２ＢＸを有する磁場形形成部１４Ｘ、一対のループコイル１２ＡＹ，１２ＢＹを有する磁場形成部１４Ｙ及び一対のループコイル１２ＡＺ，１２ＢＺを有する磁場形成部１４Ｚが設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ，１３ＢＸ，１３ＡＹ，１３ＢＹ及び１３ＡＺ，１３ＢＺと磁気センサ１５ＡＸ，１５ＢＸ，１５ＡＹ，１５ＢＹ及び１５ＡＺ，１５ＢＺとが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一或いは二方向限らず直交する三方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、上述したアクティブ磁場キャンセラ１〜４に限定されるものではなく、ループコイルの形状は矩形の他、多角形、円形、楕円形等でもよく、電流Ｉ１，Ｉ２は交流でも直流でもよい。
また、上述したアクティブ磁場キャンセラ３及び４において、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各々について、これらに平行な中心軸を有する複数組の磁場形成部を設けてもよく、かつ一対のループコイル間の距離を可変にしておくのが好ましく、このように複数組の磁場形成部を設けることにより外乱磁場の影響を一層効率よく無くすことが可能となる。
【００３１】
さらに、図８に例示されるように、一方向に平行な複数の中心軸を有する複数組の磁場形成部を設ける場合、磁場制御空間１１の中心部において、各磁場形成部により形成される磁場が互いに相殺し合うことがないように、各ループコイルに流れる電流の方向を定めるべきである。
さらにまた、対をなす二つのループコイルは、必ずしも同じ形状である必要はなく、磁気センサは対をなすループコイルの中心軸上に必ずしも配置される必要はない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、磁場制御空間を挟んで対向配置され、この磁場制御空間を横切る一軸を中心軸とし、互いに独立した対をなす二つのループコイル及びこの内の一方のループコイルに流す電流を調節する一方の電流調節手段及び上記二つの内の他方のループコイルに流す電流を調節する他方の電流調節手段からなる少なくとも一組の磁場形成部と、上記二つのループコイルから等距離の上記中心軸上の点と上記一方のループコイルとの間に配置された一方の磁気センサと、上記点と上記他方のループコイルとの間に配置された他方の磁気センサと、上記一方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記一方の電流調整手段に対して上記一方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力すると共に、上記他方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記他方の電流調整手段に対して上記他方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力し、それによって上記磁場制御空間における磁場を打消す磁場を形成する電流を上記両ループコイルに生じさせるコントローラとを備えた構成としてある。
このため、磁気制御空間において外乱磁場に対応して自由に磁束密度の勾配を生じさせ得るようになり、広範囲にわたって均一に外乱磁場の影響を零に近付け、良好な磁気シールド特性を発揮させることが可能になるという効果を奏する。
【００３３】
第２発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記両ループコイル間の距離を調節可能に形成してある。
このため、上記効果に加えて、外乱磁場発生源の遠近に応じた適切な磁場制御が容易になるという効果を奏する。
【００３４】
第３発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が複数組設けられ、その各々における上記中心軸が平行である構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果をより顕著なものとし、一方向に関する限り、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場をより近似させることが可能となり、磁場制御誤差をより小さくすることが可能になるという効果を奏する。
【００３５】
第４発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも２組設けられ、その各々における上記中心軸が互いに直交する２方向に延びている構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果を２次元にまで広げ、一方向限らず直交する二方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能になるという効果を奏する。
【００３６】
第５発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも３組設けられ、その各々における上記中心軸が、直交する３方向に延びている構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果を３次元にまで広げ、一或いは二方向限らず直交する三方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る１方向１軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図２】 図１に示すアクティブ磁場キャンセラにおける制御系統を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】 図１に示すアクティブ磁場キャンセラにより形成される補償磁場での磁束密度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図４】 外乱磁場発生源が近い場合において、外乱磁場に対して形成される補償磁場が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】 図４から得られる磁場制御誤差が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態を示す図である。
【図６】 外乱磁場発生源が遠い場合において、外乱磁場に対して形成される補償磁場が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】 図４から得られる磁場制御誤差が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態を示す図である。
【図８】 本発明の第２実施形態に係る１方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図９】 本発明の第３実施形態に係る２方向２軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図１０】 本発明の第４実施形態に係る３方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図１１】 従来の磁気シールド装置の全体構成を示す図である。
【図１２】 図１１に示す磁気シールド装置における制御系統を示すブロックダイヤグラムである。
【図１３】 図１１に示す磁気シールド装置により形成される補償磁場での磁束密度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ アクティブ磁場キャンセラ １１ 磁場制御空間
１２Ａ，１２Ｂ ループコイル １３Ａ，１３Ｂ 電流調節手段
１４ 磁場形成部 １５Ａ，１５Ｂ 磁気センサ
１６ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、外乱としての外部磁場の影響を軽減するためのアクティブ磁場キャンセラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置等の電子応用機器は、高性能化に伴い電磁ノイズに極めて敏感になっている。一方で、電磁ノイズの発生源は増大しつつあり、上記装置の設置空間での外乱による磁場変動を抑制するための対策が必要となっている。
このため、従来、例えば図１１に示すように、ヘルムホルツコイルを用いた磁気シールド装置２０が提案されている。この磁気シールド装置２０は、磁場制御空間２１を挟んで同軸に対向配置され、同じ大きさの電流Ｉが流される同じ巻数、同じ寸法の一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂを有しており、このループコイル２２Ａ，２２Ｂは電流調節手段２３に接続されている。
【０００３】
一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂ間には、一つの磁気センサ２４が配置され、この磁気センサ２４からこれにより検出された磁場強さを示す検出信号がコントローラ２５に入力されている。即ち、ループコイル２２Ａ，２２Ｂ間の磁場制御空間２１には、外乱磁場が存在する一方、この外乱磁場を遮蔽するようにループコイル２２Ａ，２２Ｂにより磁場制御空間２１に補償磁場が形成されており、磁気センサ２４により、この外乱磁場と補償磁場との差である磁場制御誤差が検出される。さらに、この磁場制御誤差をできるだけ小さくする電流Ｉがコントローラ２５により演算され、この演算結果に基づき、コントローラ２５から電流調節手段２３に制御信号が出力される。そして、この電流調節手段２３により、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの電流Ｉが調節され、磁場制御空間２１における補償磁場の強さが制御される。
【０００４】
磁気シールド装置２０の制御系統は図１２のように表され、図中の各符号の意味は、以下の通りである。
x１，xＰ ：磁気センサ２４及び点Ｐの各位置における外乱磁場の強さ（Ｐは、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線上の任意の点）
m１１，m１Ｐ ：ループコイル２２Ａに流れる電流Ｉにより磁気センサ２４及び点Ｐの各位置に生成される 補償磁場の強さ
m２１，m２Ｐ ：ループコイル２２Ｂに流れる電流Ｉにより磁気センサ２４及び点Ｐの各位置に生成される補償磁場の強さ
e１，eＰ ：磁気センサ２４及び点Ｐの各位置における磁場制御誤差（＝外乱磁場−補償磁場）
F ：電流調節手段２３に制御信号を出力するコントローラ２５のフィードバック伝達関数
i ：コントローラ２５から電流調節手段２３に出力される制御信号
H１１，H１Ｐ ：ループコイル２２Ａと磁気センサ２４及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
H２１，H２Ｐ ：ループコイル２２Ｂと磁気センサ２４及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
【０００５】
図１１及び図１２から分かるように、コントローラ２５は、磁気センサ２４から磁場制御誤差e１を示す入力信号を受け、電流調節手段２３に制御信号ｉを出力し、この結果、磁気センサ２４の位置には、ループコイル２２Ａにより補償磁場m１１（＝ｉ・H１１）が、ループコイル２２Ｂにより補償磁場m２１（＝ｉ・H２１）がそれぞれ形成され、点Ｐの位置には、ループコイル２２Ａにより補償磁場m１Ｐ（＝ｉ・H１Ｐ）が、ループコイル２２Ｂにより補償磁場m２Ｐ（＝ｉ・H２Ｐ）がそれぞれ形成される。そして、磁気センサ２４の位置では、新たに磁場制御誤差e１（＝x１―m１１―m２１）が生じ、上述したようにこれを示す信号がコントローラ２５に入力される一方、点Ｐの位置では、新たに磁場制御誤差eＰ（＝xＰ―m１Ｐ―m２Ｐ）が生じる。そして、磁気シールド装置２０としては、常にこの点Ｐでの磁場制御誤差eＰを零に限りなく近付けることができれば理想的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の磁気シールド装置２０では、コントローラ２５からの単一の制御信号ｉにより、ループコイル２２Ａ，２２Ｂを流れる電流を等しく調節しており、構造上、ループコイル２２Ａ，２２Ｂのそれぞれを流れる電流を異ならせることはできない。
このため、磁束密度に関するシミュレーションにより得られた図１３に示すように、磁気シールド装置２０では、ループコイル２２Ａ，２２Ｂ間に生じる磁束密度は、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線の上下で対称になるだけでなく、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心、即ち点Ｏの左右についても対称になる。そして、ループコイル２２Ａ，２２Ｂの中心を結ぶ線の近くでは、一方のループコイル２２Ａから他方のループコイル２２Ｂまで、磁束密度は略均一で、殆ど変化がない。
なお、図１３において、矢印の方向は磁束の方向を示し、矢印の長さは磁束密度の大きさを示している。
【０００７】
この結果、本発明との比較において後述するように、この磁気シールド装置２０の場合、磁気シールドは一対のループコイル２２Ａ，２２Ｂ間の一点でのみしか行えず、この一点から離れるにつれて磁気シールド特性が悪くなるという問題を有している。
本発明は、斯る従来の問題点をなくすことを課題としてなされたもので、磁気制御空間において広範囲にわたって良好な磁気シールド特性を有するアクティブ磁場キャンセラを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明は、磁場制御空間を挟んで対向配置され、この磁場制御空間を横切る一軸を中心軸とし、互いに独立した対をなす二つのループコイル及びこの内の一方のループコイルに流す電流を調節する一方の電流調節手段及び上記二つの内の他方のループコイルに流す電流を調節する他方の電流調節手段からなる少なくとも一組の磁場形成部と、上記磁場制御空間内において、上記二つのループコイルから等距離の上記中心軸上の点と上記一方のループコイルとの間に配置された一方の磁気センサと、上記磁場制御空間内において、上記点と上記他方のループコイルとの間に配置された他方の磁気センサと、上記一方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記一方の電流調整手段に対して上記一方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力すると共に、上記他方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記他方の電流調整手段に対して上記他方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力し、それによって上記磁場制御空間における磁場を打消す磁場を形成する電流を上記両ループコイルに生じさせるコントローラとを備えた構成とした。
【０００９】
第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記両ループコイル間の距離を調節可能に形成した。
【００１０】
第３発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が複数組設けられ、その各々における上記中心軸が平行である構成とした。
【００１１】
第４発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも２組設けられ、その各々における上記中心軸が互いに直交する２方向に延びている構成とした。
【００１２】
第５発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも３組設けられ、その各々における上記中心軸が、直交する３方向に延びている構成とした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る１方向１軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ１を示し、このアクティブ磁場キャンセラ１は磁場制御空間１１を挟んで対向配置され、磁場制御空間１１を横切る一軸であるＸ軸を中心軸とし、同じ形状を有する互いに独立した対をなす二つのループコイル１２Ａ，１２Ｂを有している。この内の一方のループコイル１２Ａは一方の電流調節手段１３Ａに接続され、他方のループコイル１２Ｂは他方の電流調節手段１３Ｂに接続され、ループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂのそれぞれに流れる電流は、それぞれに接続された電流調節手段１３Ａと電流調節手段１３Ｂにより別個に調節される。そして、この一方のループコイル１２Ａ、電流調節手段１３Ａ及び他方のループコイル１２Ｂ、電流調節手段１３Ｂにより一組の磁場形成部１４が形成されている。なお、図１では、一対のループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂに同方向の電流を流した状態が例示されている。
【００１４】
また、二つのループコイル１２Ａ及び１２Ｂから等距離の上記中心軸、即ちＸ軸上の点Ｏとループコイル１２Ａとの間のＸ軸上に一方の磁気センサ１５Ａが配置され、点Ｏとループコイル１２Ｂとの間のＸ軸上に他方の磁気センサ１５Ｂが配置されている。なお、好ましくはループコイル１２Ａ，１２Ｂ間における磁場制御目標点を点Ｏとし、一方の磁気センサ１５Ａはループコイル１２Ａよりも点Ｏにより近いＸ軸上の位置、他方の磁気センサ１５Ｂはループコイル１２Ｂよりも点Ｏにより近いＸ軸上の位置に配置されるのがよい。但し、磁場制御目標点、磁気センサ１５Ａ，１５Ｂに関して、本発明は斯かる位置に限定されるものではない。
【００１５】
さらに、磁気センサ１５Ａ及び１５Ｂにより検出された磁場の強さを示す検出信号を受けて、これに基づき、上記両電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂに対して、磁場制御空間１１における磁場を打消す磁場を形成する電流をループコイル１２Ａ及び１２Ｂに生じさせるための制御信号を出力するコントローラ１６が設けられている。
【００１６】
次に、上述したアクティブ磁場キャンセラ１による磁場の制御について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
ループコイル１２Ａ及び１２Ｂが一辺の長さが２ａの正方形で、ループコイル１２Ａに電流Ｉ１が流れ、ループコイル１２Ｂに電流Ｉ２が流れている場合、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂの中心軸であるＸ軸上の任意の点Ｐにおいて、ループコイル１２Ａにより作られる磁場Ｂ１ｗ、ループコイル１２Ｂにより作られる磁場Ｂ２ｗは、次式により表される。
【００１７】
B1w=(2μ0a2NI1/π)/[{(d/2+w)2+a2}・{(d/2+w)2+2a2}1/2] （１）
B２ w=(2μ0a2NI２/π)/[{(d/2-w)2+a2}・{(d/2-w)2+2a2}1/2] （２）
ここで、
μ0：真空中の透磁率
w ：Ｘ軸上におけるループコイル１２Ａ及び１２Ｂから等距離の点Ｏと点Ｐとの間の距離
N ：ループコイル１２Ａ及び１２Ｂの巻数
d ：ループコイル１２Ａとループコイル１２Ｂとの間の距離
【００１８】
また、図２における各符号は以下の意味を表している。
x１，x２，xＰ ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置における外乱磁場の強さ
m１１，m１２，m１Ｐ：ループコイル１２Ａに流れる電流Ｉ１により磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置に生成される補償磁場の強さ（m１１：主帰還量，m１２：干渉成分，m１Ｐ：目標点帰還量）
m２１，m２２，m２Ｐ：ループコイル１２Ｂに流れる電流Ｉ２により磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置に生成される補償磁場の強さ（m２２：主帰還量，m２１：干渉成分，m２Ｐ：目標点帰還量）
e１，e２，eＰ ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれの位置における磁場制御誤差（＝外乱磁場−補償磁場）
F１，F２ ：電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれに制御信号を出力するコントローラ１６における制御部のフィードバック伝達関数
i１，i２ ：上記制御部から電流調節手段１３Ａ及び１３Ｂのそれぞれに出力される制御信号
H１１，H１２，H１Ｐ：ループコイル１２Ａと磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
H２１，H２２，H２Ｐ：ループコイル１２Ｂと磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ及び点Ｐのそれぞれとの間の電流−磁場変換伝達関数
【００１９】
図２からも分るように、m１１=H１１F１e１，m２２=H２２F２e２，m２１=H２１F２e２，m１２=H１２F１e１，m１Ｐ=H１ＰF１e１，m２Ｐ=H２ＰF２e２であるから、磁場制御誤差について以下の（３）〜（５）式が得られる。
e１=x１-m１１-m２１=x１-H１１F１e１-H２１F２e２ （３）
e２=x２-m１２-m２２=x２-H１２F１e１-H２２F２e２ （４）
eＰ=xＰ-m１Ｐ-m２Ｐ=xＰ-H１ＰF１e１-H２ＰF２e２ （５）
これらの式を簡単にするために、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂのそれぞれについて形成されるフィードバックループの働きを同一とし、次式が成立するものとする。
F１=F２(=Fとする) （６）
H１１=H２２(=HＡとする) （７）
H１２=H２１(=HＢとする) （８）
【００２０】
（３）及び（４）式より、e１及びe２が算出され、以下のように表される。
e１=(HＡx１-HＢx２)/{(HＡ ２−HＢ ２)F} （９）
e２=(HＡx２-HＢx１)/{(HＡ ２-HＢ ２)F} （１０）
ここで、HＡ≠HＢで、フィードバック伝達関数F１，F２(=F)の絶対値であるそれぞれのゲインを大きくしてあり、e１及びe２は０と見なせるようにしてある。
また、（３）〜（５）式より、e１及びe２を消去することにより、目標点での磁場制御誤差ePは次式で表される。
さらに、式（１）及び（２）において、ｗ＝−Ｌ／２（Ｌ：磁気センサ１５Ａ，１５Ｂ間の距離）とすると、式（１１）における伝達関数HＡ，HＢ，H１Ｐ，H２Ｐは次式で表される。
HA=B11/I1
=B1w│w= Ｌ /2/I1
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2-L/2)2+a2}・{(d/2-L/2)2+2a2}1/2] （１２）
HＢ=B21/I2
=B2w│w=L/2/I2
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2+L/2)2+a2}・{(d/2+L/2)2+2a2}1/2] （１３）
H1p=B1w/I1
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2+w)2+a2}・{(d/2+w)2+2a2}1/2] （１４）
H2p=B2w/I2
=(2μ0a2N/π)/[{(d/2-w)2+a2}・{(d/2-w)2+2a2}1/2] （１５）
【００２２】
磁場制御誤差eＰは、外乱磁場xＰとループコイル１２Ａ及び１２Ｂ間の距離ｄの関数であり、点Ｐの位置によりその大きさは変化する。磁場誤差eＰが最大となる点Ｐの位置を求め、この位置での磁場をできる限り弱めるようにループコイル１２Ａ及び１２Ｂ間の距離ｄを決めれば、磁場制御空間１１において外乱磁場による影響を最小限に止めることができる。即ち、上述した各位置での実際の外乱磁場の強さを検出し、磁場誤差eＰに関する（１１）式に基づき、この磁場誤差eＰを最小にする最適な距離ｄｏｐｔを算出する。
また、ループコイル１２Ａ及び１２Ｂに両者間の距離の調整を可能とする駆動機構を設け、上述した演算により最適距離ｄｏｐｔが求められると、上記距離ｄを最適距離ｄｏｐｔにする制御信号を上記駆動機構に出力し、自動的に上記距離ｄの最適化調整をできるようにしてもよい。
【００２３】
次に、上述したアクティブ磁場キャンセラ１についてのシミュレーション結果を図３〜７に示す。なお、このシミュレーションでは、２ａ＝２ｍ、ｄ＝１．８ｍとした。
図３は、磁束密度に関するシミュレーション結果を示し、アクティブ磁場キャンセラ１では、ループコイル１２Ａ，１２Ｂ間に生じる磁束密度は、ループコイル１２Ａ，１２Ｂの中心を結ぶ線の近傍では、ループコイル１２Ａからループコイル１２Ｂに向かって小さくなる磁束密度勾配が生じており、ループコイル１２Ａにおける電流Ｉ１とループコイル１２Ｂにおける電流Ｉ２とを調節することにより上記磁束密度勾配を適宜変え得ることが理解される。
なお、上記同様、図３において、矢印の方向は磁束の方向を示し、矢印の長さは磁束密度の大きさを示している。
【００２４】
図４は、外乱磁場発生源が近くに存在する場合において、外乱磁場での規格化磁束密度及びこれに対して形成される補償磁場での規格化磁束密度が点Ｏからの距離により変化する状態を示したものである（横軸：点Ｏからの距離（左方向：−，右方向：＋），縦軸：規格化磁束密度）。そして、図４において、二点鎖線が外乱磁場、実線が本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１による補償磁場、一点鎖線が従来の上記装置による補償磁場のそれぞれにおける規格化磁束密度を示している。また、図５は、図４に示すデータから得られ、磁場制御誤差が点Ｏからの距離により変化する状態を示したもので（横軸：点Ｏからの距離（左方向：−，右方向：＋），縦軸：磁場制御誤差）、実線が本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１による場合、一点鎖線が従来の上記装置による場合を示している。
【００２５】
図４及び５から分かるように、外乱磁場発生源が近くに存在する場合、外乱磁場での規格化磁束密度の勾配が大きく、従来は点Ｏの一点で磁場制御誤差を零にすることはできても、点Ｏから離れる程、磁場制御誤差が大きくなるのに対して、本発明では、点Ｏの左右両側の広い範囲にわたって磁場制御誤差を非常に小さくなっている。
【００２６】
図６及び７は、外乱磁場発生源が遠くに存在する場合において、図４及び５と同様に、規格化磁場及び磁場制御誤差が点Ｏからの距離により変化する状態を示したものである。
この図６及び７から分かるように、外乱磁場発生源が遠くに存在する場合、外乱磁場での規格化磁束密度の勾配が小さく、この場合においても、従来は点Ｏのごく近傍で磁場制御誤差を小さくすることはできても、この近傍から離れる程、磁場制御誤差が大きくなるのに対して、本発明では、点Ｏの左右両側の広い範囲にわたって磁場制御誤差を非常に小さくなっている。
このように、本発明の場合、外乱磁場に応じて規格化磁束密度の勾配を適宜変えることができる結果、常に広範囲にわたって磁場制御誤差を零に近付け得ることが顕著に表れている。
【００２７】
図８は、本発明の第２実施形態に係る１方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ２を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ２では、Ｘ軸に平行な３軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ１，１２ＢＸ１を有する磁場形成部１４Ｘ１、一対のループコイル１２ＡＸ２，１２ＢＸ２を有する磁場形成部１４Ｘ２及び一対のループコイル１２ＡＸ３，１２ＢＸ３を有する磁場形成部１４Ｘ３が設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ１，１３ＢＸ１、１３ＡＸ２，１３ＢＸ２及び１３ＡＸ３，１３ＢＸ３と磁気センサ１５ＡＸ１，１５ＢＸ１、１５ＡＸ２，１５ＢＸ２及び１５ＡＸ３，１５ＢＸ３とが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一方向に関する限り、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場をより近似させることが可能となり、磁場制御誤差をより小さくすることが可能となる。
【００２８】
図９は、本発明の第３実施形態に係る２方向２軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ３を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１及び２と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ３では、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ，１２ＢＸを有する磁場形形成部１４Ｘ、一対のループコイル１２ＡＹ，１２ＢＹを有する磁場形成部１４Ｙが設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ，１３ＢＸ及び１３ＡＹ，１３ＢＹと磁気センサ１５ＡＸ，１５ＢＸ及び１５ＡＹ，１５ＢＹとが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一方向限らず直交する二方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能となる。
【００２９】
図１０は、本発明の第４実施形態に係る３方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラ４を示し、上述したアクティブ磁場キャンセラ１，２及び３と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
このアクティブ磁場キャンセラ４では、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれについて、それを中心軸とする一対のループコイル１２ＡＸ，１２ＢＸを有する磁場形形成部１４Ｘ、一対のループコイル１２ＡＹ，１２ＢＹを有する磁場形成部１４Ｙ及び一対のループコイル１２ＡＺ，１２ＢＺを有する磁場形成部１４Ｚが設けられ、かつこれらの各々にアクティブ磁場キャンセラ１の場合と同様に、電流調節手段１３ＡＸ，１３ＢＸ，１３ＡＹ，１３ＢＹ及び１３ＡＺ，１３ＢＺと磁気センサ１５ＡＸ，１５ＢＸ，１５ＡＹ，１５ＢＹ及び１５ＡＺ，１５ＢＺとが設けられている。そして、上記ループコイルの各々における電流は上述したコントローラ１６により別個に制御される。
斯かる構成により、一或いは二方向限らず直交する三方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能となる。
【００３０】
なお、本発明は、上述したアクティブ磁場キャンセラ１〜４に限定されるものではなく、ループコイルの形状は矩形の他、多角形、円形、楕円形等でもよく、電流Ｉ１，Ｉ２は交流でも直流でもよい。
また、上述したアクティブ磁場キャンセラ３及び４において、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各々について、これらに平行な中心軸を有する複数組の磁場形成部を設けてもよく、かつ一対のループコイル間の距離を可変にしておくのが好ましく、このように複数組の磁場形成部を設けることにより外乱磁場の影響を一層効率よく無くすことが可能となる。
【００３１】
さらに、図８に例示されるように、一方向に平行な複数の中心軸を有する複数組の磁場形成部を設ける場合、磁場制御空間１１の中心部において、各磁場形成部により形成される磁場が互いに相殺し合うことがないように、各ループコイルに流れる電流の方向を定めるべきである。
さらにまた、対をなす二つのループコイルは、必ずしも同じ形状である必要はなく、磁気センサは対をなすループコイルの中心軸上に必ずしも配置される必要はない。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１発明によれば、磁場制御空間を挟んで対向配置され、この磁場制御空間を横切る一軸を中心軸とし、互いに独立した対をなす二つのループコイル及びこの内の一方のループコイルに流す電流を調節する一方の電流調節手段及び上記二つの内の他方のループコイルに流す電流を調節する他方の電流調節手段からなる少なくとも一組の磁場形成部と、上記二つのループコイルから等距離の上記中心軸上の点と上記一方のループコイルとの間に配置された一方の磁気センサと、上記点と上記他方のループコイルとの間に配置された他方の磁気センサと、上記一方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記一方の電流調整手段に対して上記一方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力すると共に、上記他方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記他方の電流調整手段に対して上記他方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力し、それによって上記磁場制御空間における磁場を打消す磁場を形成する電流を上記両ループコイルに生じさせるコントローラとを備えた構成としてある。
このため、磁気制御空間において外乱磁場に対応して自由に磁束密度の勾配を生じさせ得るようになり、広範囲にわたって均一に外乱磁場の影響を零に近付け、良好な磁気シールド特性を発揮させることが可能になるという効果を奏する。
【００３３】
第２発明によれば、第１発明の構成に加えて、上記両ループコイル間の距離を調節可能に形成してある。
このため、上記効果に加えて、外乱磁場発生源の遠近に応じた適切な磁場制御が容易になるという効果を奏する。
【００３４】
第３発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が複数組設けられ、その各々における上記中心軸が平行である構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果をより顕著なものとし、一方向に関する限り、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場をより近似させることが可能となり、磁場制御誤差をより小さくすることが可能になるという効果を奏する。
【００３５】
第４発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも２組設けられ、その各々における上記中心軸が互いに直交する２方向に延びている構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果を２次元にまで広げ、一方向限らず直交する二方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能になるという効果を奏する。
【００３６】
第５発明によれば、第１または第２発明の構成に加えて、上記磁場形成部が少なくとも３組設けられ、その各々における上記中心軸が、直交する３方向に延びている構成としてある。
このため、上述した第１または第２発明による効果を３次元にまで広げ、一或いは二方向限らず直交する三方向に関し、広範囲にわたって外乱磁場に補償磁場を近似させることが可能となり、磁場制御誤差を零に近付けることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る１方向１軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図２】 図１に示すアクティブ磁場キャンセラにおける制御系統を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】 図１に示すアクティブ磁場キャンセラにより形成される補償磁場での磁束密度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図４】 外乱磁場発生源が近い場合において、外乱磁場に対して形成される補償磁場が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】 図４から得られる磁場制御誤差が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態を示す図である。
【図６】 外乱磁場発生源が遠い場合において、外乱磁場に対して形成される補償磁場が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図７】 図４から得られる磁場制御誤差が両ループコイルの中心からの距離とともに変化する状態を示す図である。
【図８】 本発明の第２実施形態に係る１方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図９】 本発明の第３実施形態に係る２方向２軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図１０】 本発明の第４実施形態に係る３方向３軸制御形のアクティブ磁場キャンセラの全体構成を示す図である。
【図１１】 従来の磁気シールド装置の全体構成を示す図である。
【図１２】 図１１に示す磁気シールド装置における制御系統を示すブロックダイヤグラムである。
【図１３】 図１１に示す磁気シールド装置により形成される補償磁場での磁束密度についてのシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１ アクティブ磁場キャンセラ １１ 磁場制御空間
１２Ａ，１２Ｂ ループコイル １３Ａ，１３Ｂ 電流調節手段
１４ 磁場形成部 １５Ａ，１５Ｂ 磁気センサ
１６ コントローラ
Claims (5)
- 磁場制御空間を挟んで対向配置され、この磁場制御空間を横切る一軸を中心軸とし、互いに独立した対をなす二つのループコイル及びこの内の一方のループコイルに流す電流を調節する一方の電流調節手段及び上記二つの内の他方のループコイルに流す電流を調節する他方の電流調節手段からなる少なくとも一組の磁場形成部と、
上記磁場制御空間内において、上記二つのループコイルから等距離の上記中心軸上の点と上記一方のループコイルとの間に配置された一方の磁気センサと、
上記磁場制御空間内において、上記点と上記他方のループコイルとの間に配置された他方の磁気センサと、
上記一方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記一方の電流調整手段に対して上記一方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力すると共に、上記他方の磁気センサにより検出された磁場の強さを示す検出信号に基づいて、上記他方の電流調整手段に対して上記他方のループコイルに流す電流を調節させる信号を出力し、それによって上記磁場制御空間における磁場を打消す磁場を形成する電流を上記両ループコイルに生じさせるコントローラと
を備えたことを特徴とするアクティブ磁場キャンセラ。 - 上記両ループコイル間の距離を調節可能に形成したことを特徴とする請求項１に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
- 上記磁場形成部が複数組設けられ、その各々における上記中心軸が平行であることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
- 上記磁場形成部が少なくとも２組設けられ、その各々における上記中心軸が互いに直交する２方向に延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
- 上記磁場形成部が少なくとも３組設けられ、その各々における上記中心軸が、直交する３方向に延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002141242A JP4377566B2 (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | アクティブ磁場キャンセラ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002141242A JP4377566B2 (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | アクティブ磁場キャンセラ |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003332781A JP2003332781A (ja) | 2003-11-21 |
| JP2003332781A5 JP2003332781A5 (ja) | 2005-09-22 |
| JP4377566B2 true JP4377566B2 (ja) | 2009-12-02 |
Family
ID=29701884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002141242A Expired - Lifetime JP4377566B2 (ja) | 2002-05-16 | 2002-05-16 | アクティブ磁場キャンセラ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4377566B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2851702A1 (en) | 2013-09-11 | 2015-03-25 | Seiko Epson Corporation | Magnetic shielding apparatus and magnetic shielding method |
| US9451734B2 (en) | 2012-09-18 | 2016-09-20 | Seiko Epson Corporation | Magnetic shielding device and magnetic shielding method |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2411741B (en) * | 2004-03-03 | 2008-06-11 | Ims Nanofabrication Gmbh | Compensation of magnetic fields |
| JP5535467B2 (ja) * | 2008-11-13 | 2014-07-02 | 株式会社羽野製作所 | 位相補正型アクティブ磁気シールド装置 |
| JP5589355B2 (ja) * | 2009-11-10 | 2014-09-17 | セイコーエプソン株式会社 | アクティブ磁気シールド |
| JP5799553B2 (ja) | 2011-04-01 | 2015-10-28 | セイコーエプソン株式会社 | 磁場測定装置、磁場測定システムおよび磁場測定方法 |
| KR101303095B1 (ko) * | 2011-11-02 | 2013-09-06 | 한국기초과학지원연구원 | 이중센서 자기차폐장치 및 이를 이용한 자기차폐방법 |
| JP6296843B2 (ja) | 2014-03-13 | 2018-03-20 | 株式会社東芝 | 紙葉類処理装置 |
| CN107251672B (zh) * | 2015-02-24 | 2020-03-03 | 特许机器株式会社 | 主动消磁系统 |
| JP2017022272A (ja) * | 2015-07-10 | 2017-01-26 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | アクティブシールド設置位置決定方法及びアクティブシールド設置位置決定装置 |
| WO2018198222A1 (ja) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | 株式会社ニコン | 露光装置、露光方法、及び、デバイス製造方法 |
| EP4115194A2 (en) * | 2021-05-14 | 2023-01-11 | Magnetic Shields Limited | A magnetic shield |
-
2002
- 2002-05-16 JP JP2002141242A patent/JP4377566B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9451734B2 (en) | 2012-09-18 | 2016-09-20 | Seiko Epson Corporation | Magnetic shielding device and magnetic shielding method |
| EP2851702A1 (en) | 2013-09-11 | 2015-03-25 | Seiko Epson Corporation | Magnetic shielding apparatus and magnetic shielding method |
| US9462733B2 (en) | 2013-09-11 | 2016-10-04 | Seiko Epson Corporation | Magnetic shielding apparatus and magnetic shielding method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003332781A (ja) | 2003-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4377566B2 (ja) | アクティブ磁場キャンセラ | |
| JP5567305B2 (ja) | 磁気シールドシステム及び磁気シールド方法 | |
| JP4969048B2 (ja) | 動作領域内の磁界補償方法 | |
| JP5535467B2 (ja) | 位相補正型アクティブ磁気シールド装置 | |
| JP2014060270A (ja) | 磁気シールド装置および磁気シールド方法 | |
| US11841258B2 (en) | Coriolis measuring sensor and coriolis measuring device having a coriolis measuring sensor | |
| SE464996B (sv) | Foerfarande foer kompensation av objekts magnetiska stoerfaelt medelst stoerfaeltsreglerade magnetiska egenskyddsanlaeggningar | |
| JP4345237B2 (ja) | アクティブ磁気シールド装置 | |
| JP2003167038A (ja) | アクティブ磁気シールド装置およびアクティブ磁気シールド方法 | |
| JPS5944744B2 (ja) | 磁気偏向コイル | |
| JP3824142B2 (ja) | 磁気シールド装置 | |
| JP4435255B1 (ja) | 交流磁場対応型のアクティブ磁気シールド装置 | |
| JP2011030106A (ja) | 非接触ｉｃカードリーダ・ライタのシールドアンテナ、そのアンテナ・シールド | |
| JP7165505B2 (ja) | アクティブ磁気シールドシステムおよびそれを用いた心磁計システム | |
| JP6390030B2 (ja) | アクティブ磁場キャンセラ | |
| JPS6051069B2 (ja) | プラズマ制御装置 | |
| EP2895638B1 (en) | Electromagnetic stabilizer | |
| JP2001027676A (ja) | 電磁誘導式検出装置 | |
| CN114974791B (zh) | 一种超导磁体被动抵消式外磁屏蔽线圈的优化方法 | |
| JP6906473B2 (ja) | 磁場補償装置 | |
| JP2011159668A (ja) | アクティブ磁気シールド装置 | |
| JPH0330756A (ja) | 磁気共鳴イメージング装置 | |
| JPS63292607A (ja) | 傾斜磁場コイル | |
| JP2617917B2 (ja) | 磁界補正コイル | |
| JP2012033795A (ja) | 磁場キャンセルシステム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050407 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050407 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080520 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080716 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081224 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090216 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090818 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090911 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4377566 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120918 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130918 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |