JP5328599B2 - Composite magnetic shield structure and system - Google Patents

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本発明は複合型磁気シールド構造及びシステムに関し、とくにパッシブ型(受動型)磁気シールドとアクティブ型(能動型)磁気シールドとを組み合わせた複合型磁気シールド構造及びシステムに関する。   The present invention relates to a composite magnetic shield structure and system, and more particularly, to a composite magnetic shield structure and system combining a passive (active) magnetic shield and an active (active) magnetic shield.

半導体製造施設等で用いる電子顕微鏡、EB露光装置、EBステッパー等の電子ビーム応用装置は、例えば100nT(1mG)程度の微弱な磁気ノイズでも電子ビームの軌道が狂うので、製品の品質を維持するために環境磁場(外乱磁場)の影響を避けることが必要となる。また、医療施設等で用いる脳磁計や心磁計等のSQUID(超電導量子干渉素子)応用装置は、脳磁波や心磁波といった超微弱な生体磁気を測定するために環境磁場の影響を1nT(0.01mG)以下に制御することが必要となる。このような装置を微弱な環境磁場から保護して正常な動作を保証するため、半導体製造施設・医療施設等の建築物内に磁気シールド空間(シールドルーム)を設けることが要求される。   Electron beam application devices such as electron microscopes, EB exposure devices, and EB steppers used in semiconductor manufacturing facilities, etc., maintain the quality of the product because the trajectory of the electron beam is distorted even by weak magnetic noise of about 100 nT (1 mG). It is necessary to avoid the influence of environmental magnetic field (disturbance magnetic field). In addition, SQUID (superconducting quantum interference device) application devices such as magnetoencephalographs and magnetocardiographs used in medical facilities and the like have an effect of 1 nT (0. 01 mG) or less is necessary. In order to protect such a device from a weak environmental magnetic field and ensure normal operation, it is required to provide a magnetic shield space (shield room) in a building such as a semiconductor manufacturing facility or medical facility.

磁気シールド空間は、例えば対象空間Sの内面を透磁率μの高いパーマロイ、電磁鋼板等の磁性材料板(以下、磁性板ということがある)で覆うパッシブ型(受動型)磁気シールド構造として構築することができる。ただしパッシブ型磁気シールドは、利用するパーマロイ等の磁性板が一般に高価であり、また環境磁場の一時的なピークに合わせた過剰仕様になりがちであることから、要求されるシールド性能に対して磁性材料のコストが嵩むという問題点がある。これに対し、対象空間Sの周囲に補償磁場発生用のコイル(以下、補償コイルということがある)を配置し、環境磁場の変動に応じて補償コイルに適切な補償磁場を発生させて環境磁場の変動を打ち消すアクティブ型(能動型)磁気シールド構造が開発されている(例えば特許文献1)。変動する環境磁場に対応可能な磁気シールド空間を構築するためには、パッシブ型磁気シールドとアクティブ型磁気シールドとを組み合わせた複合型磁気シールドが性能的・経済的に有利である。   The magnetic shield space is constructed, for example, as a passive magnetic shield structure in which the inner surface of the target space S is covered with a magnetic material plate (hereinafter sometimes referred to as a magnetic plate) such as permalloy or electromagnetic steel plate having a high magnetic permeability μ. be able to. However, since passive magnetic shields use magnetic plates such as permalloy, which are generally expensive, and tend to be over-specified in accordance with the temporary peak of the environmental magnetic field, they are magnetic for the required shielding performance. There is a problem that the cost of the material increases. On the other hand, a coil for generating a compensation magnetic field (hereinafter sometimes referred to as a compensation coil) is arranged around the target space S, and an appropriate compensation magnetic field is generated in the compensation coil in accordance with a change in the environment magnetic field to thereby generate an environment magnetic field. An active type (active type) magnetic shield structure has been developed that cancels the fluctuations (for example, Patent Document 1). In order to construct a magnetic shield space that can respond to a changing environmental magnetic field, a composite magnetic shield combining a passive magnetic shield and an active magnetic shield is advantageous in terms of performance and economy.

特許文献2及び3は、対象空間Sの床、壁、天井の各内面を磁性板で隙間なく囲むパッシブ型磁気シールド(以下、密閉型シールドということがある)とアクティブ型磁気シールドとを組み合わせた複合型磁気シールド構造を開示している。アクティブ型磁気シールドは対象空間Sの環境磁場検出用の磁気センサを必要とする。特許文献2の複合型磁気シールド構造は、対象空間Sを囲む各磁性板の外面にそれぞれ補償コイルを配置すると共にその外面と対向するように磁気センサを配置し、各磁気センサにより対向する磁性板の磁化による磁場と環境磁場(外部磁界)との合成磁場をそれぞれ検出する。各センサで検出した合成磁場に応じて、各磁性板の磁化の変化を打ち消すような補償磁場を各磁性板の補償コイルに発生させ、各磁性板の磁化の程度をそれぞれ一定に保つことにより、各磁性板で囲まれた密閉型シールド構造内の対象空間Sのシールド性能の劣化を防止する。   Patent Documents 2 and 3 combine a passive magnetic shield (hereinafter sometimes referred to as a hermetically sealed shield) and an active magnetic shield that surround each inner surface of the floor, wall, and ceiling of the target space S with a magnetic plate without a gap. A composite magnetic shield structure is disclosed. The active magnetic shield requires a magnetic sensor for detecting the environmental magnetic field in the target space S. In the composite magnetic shield structure of Patent Document 2, a compensation coil is arranged on the outer surface of each magnetic plate surrounding the target space S, a magnetic sensor is arranged so as to face the outer surface, and the magnetic plate opposed by each magnetic sensor. The combined magnetic field of the magnetic field due to the magnetization and the environmental magnetic field (external magnetic field) is detected. Depending on the combined magnetic field detected by each sensor, a compensation magnetic field that cancels the change in magnetization of each magnetic plate is generated in the compensation coil of each magnetic plate, and by keeping the degree of magnetization of each magnetic plate constant, Degradation of the shielding performance of the target space S in the sealed shield structure surrounded by each magnetic plate is prevented.

また特許文献3の複合型磁気シールド構造は、図8に示すように、対象空間Sの特定位置Oを通る軸線方向(例えばSQUID装置の配置位置Oを通るX軸方向)のまわりの補償コイル34(例えばHelmholtz型コイル)を対象空間Sの外周面(図示例では上部と下部)に沿って配置すると共に、対象空間Sを囲む密閉型シールド30の磁性板31に貫通孔32を設けて同じ軸線方向(X軸方向)の磁気検出コイル36を配置し、その検出コイル36によって環境磁場の変化に対応する誘導電圧を磁性板31内の磁束密度の変化として検出する。補償コイル34及び検出コイル36を制御装置40に接続し、検出コイル36の検出値がほぼ最小となるように(すなわち環境磁場の変動がキャンセルされるように)補償コイル34の印加電流を負帰還制御することにより、密閉型シールド30で囲まれた対象空間S内のX軸方向の環境磁場を最小化する。同様にY軸方向及びZ軸方向についても、補償コイル34及び検出コイル36を配置してY軸方向及びZ軸方向の環境磁場を最小化することにより、対象空間S内の特定位置O(例えばSQUID装置の配置位置)における環境磁場を最小化する。また、図示例のように対象空間Sの各軸線方向に複数の検出コイル36a、36bを配置し、複数の検出コイル36a、36bの検出値の差分に基づいて各軸線方向の補償コイル34の印加電流を制御することにより、各軸線方向の磁場勾配を補正することができる。   Further, as shown in FIG. 8, the composite magnetic shield structure of Patent Document 3 has a compensation coil 34 around an axial direction passing through a specific position O in the target space S (for example, an X-axis direction passing through the arrangement position O of the SQUID device). (For example, a Helmholtz type coil) is disposed along the outer peripheral surface (upper and lower in the illustrated example) of the target space S, and the magnetic plate 31 of the hermetic shield 30 surrounding the target space S is provided with a through hole 32 and the same axis A magnetic detection coil 36 in the direction (X-axis direction) is arranged, and the detection coil 36 detects an induced voltage corresponding to a change in the environmental magnetic field as a change in magnetic flux density in the magnetic plate 31. The compensation coil 34 and the detection coil 36 are connected to the control device 40, and the applied current of the compensation coil 34 is negatively fed back so that the detection value of the detection coil 36 is almost minimized (that is, the fluctuation of the environmental magnetic field is canceled). By controlling, the environmental magnetic field in the X-axis direction in the target space S surrounded by the hermetic shield 30 is minimized. Similarly, in the Y-axis direction and the Z-axis direction, the compensation coil 34 and the detection coil 36 are arranged to minimize the environmental magnetic field in the Y-axis direction and the Z-axis direction. The environmental magnetic field at the position of the SQUID device is minimized. Further, as in the illustrated example, a plurality of detection coils 36a and 36b are arranged in each axial direction of the target space S, and the compensation coil 34 is applied in each axial direction based on the difference between the detection values of the plurality of detection coils 36a and 36b. By controlling the current, the magnetic field gradient in each axial direction can be corrected.

特開2004−349431号公報JP 2004-349431 A 特開2002−094280号公報JP 2002-094280 A 特許第3824142号公報Japanese Patent No. 3824142 国際公開2004/084603号パンフレットInternational Publication No. 2004/084603 Pamphlet 特開2006−351598号公報JP 2006-351598 A

砂川重信「理論電磁気学 第3版」紀伊國屋書店、1999年9月16日発行、pp222−225Sunagawa Shigenobu "Theoretical Electromagnetism 3rd Edition" Kinokuniya, September 16, 1999, pp222-225 笹田一郎「一様磁界発生用立方体3−コイルシステム」日本応用電気学会誌、Vol.27、No.4、2003年4月、pp612−615Ichiro Hamada “Cubic 3-coil System for Uniform Magnetic Field Generation”, Journal of Japan Society of Applied Electrical Engineers, Vol. 27, no. 4, April 2003, pp612-615

しかし、特許文献2及び3の複合型磁気シールド構造は、磁気シールド対象空間S内の特定位置(例えば1点)の磁場(磁束密度)を制御することはできるものの、対象空間S内の全体又は広範囲にわたる磁場の分布を適切に制御することはできない問題点がある。一般に、対象空間Sの内部の環境磁場は一様ではなく、位置によって相違している。また、空間Sを囲む各磁性板の磁化分布(磁束密度の分布)も一様ではなく、部位毎に相違している。特許文献2の複合型磁気シールド構造は、対象空間Sを囲む各磁性板の磁化の状態を対向する磁気センサで検出しているが、そのような磁気センサでは磁性板の特定部位の磁化の状態を把握することしかできず、磁性板の全体の磁化分布を把握することはできない。また、対象空間Sの周囲の各磁性板について磁化状態を個別に制御しているが、そのような各磁性板の磁化状態の個別制御では各磁性板の磁化状態の相互作用によって生じる対象空間S内の磁場分布を制御することは困難である。   However, although the composite magnetic shield structures of Patent Documents 2 and 3 can control the magnetic field (magnetic flux density) at a specific position (for example, one point) in the magnetic shield target space S, There is a problem that the distribution of the magnetic field over a wide range cannot be appropriately controlled. In general, the environmental magnetic field inside the target space S is not uniform and differs depending on the position. Moreover, the magnetization distribution (distribution of magnetic flux density) of each magnetic plate surrounding the space S is not uniform and is different for each part. In the composite magnetic shield structure of Patent Document 2, the magnetization state of each magnetic plate surrounding the target space S is detected by a facing magnetic sensor. In such a magnetic sensor, the magnetization state of a specific part of the magnetic plate is detected. It is not possible to grasp the entire magnetization distribution of the magnetic plate. In addition, although the magnetization state of each magnetic plate around the target space S is individually controlled, in such individual control of the magnetization state of each magnetic plate, the target space S generated by the interaction of the magnetization states of each magnetic plate. It is difficult to control the magnetic field distribution inside.

また特許文献3の複合型磁気シールド構造は、対象空間Sを囲む各磁性板31の貫通孔32に磁気検出コイル36を配置して磁性板31内の磁束密度を測定しているが、密閉型シールド30では磁性板31内の磁束密度が2次元的な広がりを有しているので、そのような検出コイル36では磁性板31の内部の向きを含めた磁束密度(磁束ベクトル)を把握することはできない。複数の磁気検出コイル36a、36bを配置した場合も、それらの検出値の差分から特定方向の磁束密度の勾配を或る程度推定することはできるが、磁性板31内の向きを含めた磁束密度の分布を検出することはやはり困難である。磁性板31内の磁束密度の分布を把握できない特許文献3の磁気シールド構造では、対象空間S内の特定位置(例えば1点)の環境磁場を最小化することができても、対象空間S内の広範囲にわたる磁場分布を制御することは困難である。   In the composite magnetic shield structure of Patent Document 3, the magnetic detection coil 36 is arranged in the through hole 32 of each magnetic plate 31 surrounding the target space S and the magnetic flux density in the magnetic plate 31 is measured. Since the magnetic flux density in the magnetic plate 31 is two-dimensionally spread in the shield 30, such a detection coil 36 must grasp the magnetic flux density (magnetic flux vector) including the internal direction of the magnetic plate 31. I can't. Even when a plurality of magnetic detection coils 36a and 36b are arranged, the gradient of the magnetic flux density in a specific direction can be estimated to some extent from the difference between the detected values, but the magnetic flux density including the orientation in the magnetic plate 31 is also possible. It is still difficult to detect the distribution of. In the magnetic shield structure of Patent Document 3 in which the distribution of the magnetic flux density in the magnetic plate 31 cannot be grasped, even if the environmental magnetic field at a specific position (for example, one point) in the target space S can be minimized, It is difficult to control the magnetic field distribution over a wide range.

例えば半導体製造施設(工場)等において、製造ライン等の複数箇所に電子ビーム装置を配置し又は移動することがあり、そのような製造ライン等を含む比較的広い空間の全体又は広い範囲を所望のシールド性能とする要望がある。また、医療施設等においても、SQUID装置等を移動させながら使用することがあり、装置の移動可能な空間内の全体又は広範囲を所望のシールド性能とする要望がある。特許文献2及び3のように対象空間S内の特定位置のみでしか所望のシールド性能が得られない磁気シールド構造では、対象空間S内での装置の配置又は移動が制限されてしまい、対象空間Sの利用効率が大幅に低下してしまう。要望に沿って広範囲にわたり所望のシールド性能が得られる磁気シールド空間を構築するためには、空間内の磁場分布を適切に制御できる複合型磁気シールド構造を開発する必要がある。   For example, in a semiconductor manufacturing facility (factory) or the like, electron beam devices may be arranged or moved at a plurality of locations such as a manufacturing line, and the entire or a wide range of a relatively wide space including such a manufacturing line is desired. There is a demand for shielding performance. Also, in medical facilities and the like, the SQUID device or the like may be used while being moved, and there is a demand for making the entire or wide range within the movable space of the device a desired shielding performance. In the magnetic shield structure in which a desired shield performance can be obtained only at a specific position in the target space S as in Patent Documents 2 and 3, the arrangement or movement of the device in the target space S is limited, and the target space is limited. The utilization efficiency of S will fall significantly. In order to construct a magnetic shield space in which desired shield performance can be obtained over a wide range according to demands, it is necessary to develop a composite magnetic shield structure capable of appropriately controlling the magnetic field distribution in the space.

そこで本発明の目的は、対象空間内部の磁場分布を制御することができる複合型磁気シールド構造及びシステムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a composite magnetic shield structure and system capable of controlling the magnetic field distribution inside the target space.

一般に閉じた空間内部における電磁場の分布は支配方程式(Maxwellの方程式)と境界条件とによって一意的に決定することができ、磁気シールド対象空間Sの内部の磁場分布はMaxwellの方程式と境界条件とを考慮した(1)式のKirchhoff積分表示、又は変位電流に関する項を除外したMaxwellの方程式と境界条件とに基づく(1)式の近似式で表すことができる(非特許文献1参照)。(1)式において、左辺ψ(x、t)は空間Sの内部の任意位置xの時刻tにおける磁場ベクトル(磁束密度ベクトル)を表し、右辺は空間Sの表面(境界面)S´上の位置x´の初期時刻t´における磁場ベクトル(磁束密度ベクトル)ψ(x´、t´)又はその時間変化∂ψ(x´、t´)/∂t´によって定まる境界条件を表す。右辺のn´は表面S´の単位法線ベクトル、Rは空間Sの内部位置xと表面S´上の位置x´とを結ぶベクトル又は距離を表す。すなわち、対象空間Sにおいて境界条件である表面(内面)S´上の位置x´における磁場ベクトル(磁束密度の分布)を検出することができれば、空間Sの内部の任意位置xにおける磁場ベクトル(磁場の分布)を(1)式又はその近似式により算出することができる。
In general, the electromagnetic field distribution in a closed space can be uniquely determined by the governing equation (Maxwell's equation) and boundary conditions, and the magnetic field distribution inside the magnetic shield target space S is determined by the Maxwell's equation and boundary conditions. It can be expressed by the Kirchoff integral display of the considered equation (1) or the approximate equation of the equation (1) based on the Maxwell equation and the boundary condition excluding the term relating to the displacement current (see Non-Patent Document 1). In the expression (1), the left side ψ (x, t) represents a magnetic field vector (magnetic flux density vector) at an arbitrary position x in the space S at time t, and the right side is on the surface (boundary surface) S ′ of the space S. This represents a boundary condition determined by the magnetic field vector (magnetic flux density vector) ψ (x ′, t ′) at the initial time t ′ at the position x ′ or its temporal change ∂ψ (x ′, t ′) / ∂t ′. N ′ on the right side represents a unit normal vector of the surface S ′, and R represents a vector or distance connecting the internal position x of the space S and the position x ′ on the surface S ′. That is, if the magnetic field vector (magnetic flux density distribution) at the position x ′ on the surface (inner surface) S ′ that is the boundary condition in the target space S can be detected, the magnetic field vector (magnetic field at an arbitrary position x inside the space S). Can be calculated by the equation (1) or its approximation.

ただし、複合型磁気シールド構造では対象空間Sの内面S´が磁性板(パッシブ型磁気シールド構造)で覆われている。図8を参照して上述したように、内面S´を磁性板で隙間なく覆う密閉型シールド構造30を用いた場合は、内面S´上の磁場ベクトルすなわち磁性板31内の2次元的に広がった磁束密度の分布(磁束密度の向き)を限られた数の磁気検出コイル36で検出することは一般的に困難である。理論的には磁性板31に多数の磁気検出コイルを配置して内部の磁束密度分布を検出することも考えられるが、その場合は図8において磁性板31に多数の貫通孔32を設ける必要が生じるので密閉型シールド構造30自体のシールド性能の劣化を招くおそれがあり、検出コイル36の取付け及び配線等も考えると実用化は困難である。複合型磁気シールド構造において対象空間Sの内部の磁場分布を求めるためには、空間Sの内面S´を覆う磁性板内の磁束密度分布が検出できるパッシブ型磁気シールド構造を用いる必要がある。   However, in the composite magnetic shield structure, the inner surface S ′ of the target space S is covered with a magnetic plate (passive magnetic shield structure). As described above with reference to FIG. 8, when the sealed shield structure 30 that covers the inner surface S ′ with a magnetic plate without a gap is used, the magnetic field vector on the inner surface S ′, that is, the two-dimensional expansion in the magnetic plate 31. It is generally difficult to detect the distribution of magnetic flux density (direction of magnetic flux density) with a limited number of magnetic detection coils 36. Theoretically, it is conceivable to arrange a large number of magnetic detection coils on the magnetic plate 31 to detect the internal magnetic flux density distribution. In this case, however, it is necessary to provide a large number of through holes 32 in the magnetic plate 31 in FIG. As a result, the shield performance of the sealed shield structure 30 itself may be deteriorated, and it is difficult to put it into practical use in consideration of mounting of the detection coil 36 and wiring. In order to obtain the magnetic field distribution in the target space S in the composite magnetic shield structure, it is necessary to use a passive magnetic shield structure that can detect the magnetic flux density distribution in the magnetic plate covering the inner surface S ′ of the space S.

本発明者は、図6に示すように、簾状又はルーバー状に並べた帯状磁性板の群(以下、シールド簾体という)を用いたパッシブ型磁気シールド構造(以下、密閉型シールドということがある)に注目した(特許文献4及び5参照)。開放型シールド構造とは、図6(A)に示すように所定幅(例えば30〜100mm程度)の複数の帯状磁性板2を長手方向中心軸Cが同一簾面F上にほぼ平行に並ぶように所定間隙dで積層したシールド簾体3を基本構造とし、或いは図6(B)のように複数のシールド簾体3a、3b、3c、3dを各簾体3の対応する帯状磁性板2の端縁の重ね合わせ(面接触、図中の符号9参照)によって磁気的に接合して列状の構造としたものである。列状のシールド簾体3は、図6(B)に示すように一端側の未接合端縁を他端側の対応する未接合端縁と重ね合わせて接合することにより、対象空間Sを囲む磁気的に閉じた環状の構造(以下、環状シールド簾体5ということがある)とすることができる。   As shown in FIG. 6, the inventor has a passive magnetic shield structure (hereinafter referred to as a sealed shield) using a group of strip-shaped magnetic plates (hereinafter referred to as a shield housing) arranged in a cage or louver shape. (See Patent Documents 4 and 5). In the open type shield structure, as shown in FIG. 6 (A), a plurality of strip-like magnetic plates 2 having a predetermined width (for example, about 30 to 100 mm) are arranged so that their longitudinal center axes C are arranged substantially in parallel on the same saddle surface F. The shield housing 3 laminated with a predetermined gap d is used as a basic structure, or a plurality of shield housings 3a, 3b, 3c, 3d are formed on the corresponding strip-like magnetic plates 2 of each housing 3 as shown in FIG. A row-like structure is formed by magnetically joining by overlapping edges (surface contact, see reference numeral 9 in the figure). As shown in FIG. 6B, the row-shaped shield housing 3 surrounds the target space S by overlapping and joining the unjoined edge on one end side with the corresponding unjoined edge on the other end side. A magnetically closed annular structure (hereinafter sometimes referred to as an annular shield housing 5) may be employed.

図6に示すシールド簾体3は、各帯状磁性板2の間隙dによって対象空間に開放性(透視性、透光性、放熱性)を与える。その間隙dは、磁性板2中の磁束の通りやすさ(磁性板のパーミアンス)が間隙d中の磁束の通りやすさ(間隔のパーミアンス)より大きくなるように、すなわち長手方向と直交する間隙dの断面積Saに対する磁性板2の断面積Smと比透磁率μsとの積(Sm・μs)の割合(Sm・μs/Sa)が1より大きくなるように設計する。実際には、その割合(Sm・μs/Sa)を要求されるシールド性能に応じて1より充分に大きくすることができる。またシールド簾体3は、端縁の重ね合わせにより磁性板2の接合部に高い磁気的連続性を確保し、列状又は環状(図6(B)ではロ字型)に接合した磁性板2を磁束の通りやすい(磁束の漏れにくい)磁路とすることができる。例えば図6(B)の環状シールド簾体5は、環状磁性板2により形成された閉磁路(磁気回路)に磁束を集中させて間隙dからの磁気の漏洩(シールド性能の劣化)を小さく抑え、同じ量の磁性材料を用いた図8の密閉型シールド構造30よりも高度なシールド性能を対象空間Sに与える(特許文献4参照)。   The shield housing 3 shown in FIG. 6 imparts openness (transparency, translucency, heat dissipation) to the target space by the gaps d between the strip-shaped magnetic plates 2. The gap d is set such that the magnetic flux passing through the magnetic plate 2 (permeance of the magnetic plate) is larger than the magnetic flux passing through the gap d (permeance of the interval), that is, the gap d orthogonal to the longitudinal direction. The ratio (Sm · μs / Sa) of the product (Sm · μs) of the cross-sectional area Sm of the magnetic plate 2 and the relative magnetic permeability μs to the cross-sectional area Sa is designed to be greater than 1. Actually, the ratio (Sm · μs / Sa) can be made sufficiently larger than 1 in accordance with the required shield performance. The shield housing 3 secures high magnetic continuity at the joint portion of the magnetic plate 2 by overlapping the edges, and the magnetic plate 2 joined in a row or ring shape (in FIG. 6 (B), a square shape). Can be a magnetic path through which magnetic flux easily passes (magnetic flux is less likely to leak). For example, the annular shield housing 5 in FIG. 6 (B) concentrates the magnetic flux on the closed magnetic circuit (magnetic circuit) formed by the annular magnetic plate 2 and suppresses magnetic leakage (deterioration of shield performance) from the gap d. A higher shielding performance is given to the target space S than the sealed shield structure 30 of FIG. 8 using the same amount of magnetic material (see Patent Document 4).

図7(A)は、図6(B)の環状シールド簾体5をZ軸方向の外乱磁場に暴露したときの磁化分布(磁束密度の分布)を色分け表示したものである。また図7(B)は、その環状シールド簾体5を構成する各環状磁性板2内の磁束密度の分布を表し、更に各部位における磁束密度の勾配(磁束密度ベクトル)を矢印で付記したものである。図7(A)から分かるように、開放型シールド構造においても図8の密閉型シールド構造30と同様に、磁性板2の磁束密度は部位毎に相違している。しかし図7(B)の矢印に示すように磁束密度の分布を磁場の流れとして見れば、開放型シールド構造の各部位における磁束密度は何れも磁性板2のほぼ長手方向に沿った勾配を有しており、密閉型シールド構造30のような2次元的な分布ではなく1次元の分布となっていることが分かる。   FIG. 7A is a color-coded display of the magnetization distribution (magnetic flux density distribution) when the annular shield housing 5 of FIG. 6B is exposed to a disturbance magnetic field in the Z-axis direction. FIG. 7B shows the distribution of magnetic flux density in each annular magnetic plate 2 constituting the annular shield housing 5, and further, the gradient of magnetic flux density (magnetic flux density vector) in each part is indicated by an arrow. It is. As can be seen from FIG. 7A, in the open shield structure, the magnetic flux density of the magnetic plate 2 is different for each part, as in the sealed shield structure 30 in FIG. However, if the distribution of the magnetic flux density is viewed as a magnetic field flow as shown by the arrow in FIG. 7B, the magnetic flux density in each part of the open shield structure has a gradient along the substantially longitudinal direction of the magnetic plate 2. It can be seen that the distribution is not a two-dimensional distribution like the sealed shield structure 30 but a one-dimensional distribution.

すなわち、開放型シールド構造では、列状又は環状に接合した磁性板2(磁路)に磁束が集中して流れるので、磁性板2内の磁束密度の分布を磁性板2の長手方向に限定することができる。このような特徴を有する開放型シールド構造を用いて複合型磁気シールド構造を構築すれば、対象空間S内の磁場分布の算出に必要な境界条件、すなわち空間Sの内面S´上の磁束密度分布を検出することが期待できる。本発明は、この着想に基づく研究開発によって完成に至ったものである。   That is, in the open type shield structure, the magnetic flux concentrates on the magnetic plates 2 (magnetic paths) joined in a row or ring shape, so that the distribution of the magnetic flux density in the magnetic plate 2 is limited to the longitudinal direction of the magnetic plate 2. be able to. If a composite magnetic shield structure is constructed using an open shield structure having such characteristics, boundary conditions necessary for calculating the magnetic field distribution in the target space S, that is, the magnetic flux density distribution on the inner surface S ′ of the space S will be described. Can be expected to detect. The present invention has been completed through research and development based on this idea.

図1を参照するに、本発明による複合型磁気シールド構造は、磁気シールド対象空間Sの内面上に複数の帯状磁性板2を各々の長手方向中心軸Cが所定間隙dで平行に並ぶように配設した磁気シールド簾体3(図6参照)、その内面を複数に分割した各領域にそれぞれ配置した複数の補償磁場発生用コイル10、及びシールド簾体3上の複数位置に取付けて磁性板2内の磁束密度を検出する磁気センサ14を備えてなり、シールド簾体3の長手方向と各センサ14の位置及び検出値とから対象空間Sの内面上の磁束密度分布及び対象空間Sの内部の磁場分布を算出し且つその算出値と所定磁場分布との偏差に応じた補償電流iを各領域のコイル10へ選択的に印加することにより対象空間S内を所定磁場分布に制御するものである。 Referring to FIG. 1, in the composite magnetic shield structure according to the present invention, a plurality of belt-like magnetic plates 2 are arranged on the inner surface of a magnetic shield target space S so that the longitudinal center axes C thereof are arranged in parallel with a predetermined gap d. The magnetic shield housing 3 (see FIG. 6) disposed, a plurality of compensation magnetic field generating coils 10 respectively disposed in each of the divided areas, and a magnetic plate attached to a plurality of positions on the shield housing 3 2, and a magnetic flux density distribution on the inner surface of the target space S and the inside of the target space S from the longitudinal direction of the shield housing 3 and the position and detection value of each sensor 14. And the compensation current i corresponding to the deviation between the calculated value and the predetermined magnetic field distribution is selectively applied to the coil 10 in each region to control the target space S to the predetermined magnetic field distribution. is there.

また図1を参照するに、本発明による複合型磁気シールドシステムは、磁気シールド対象空間Sの内面上に複数の帯状磁性板2を各々の長手方向中心軸Cが所定間隙dで平行に並ぶように配設した磁気シールド簾体3(図6参照)、その内面を複数に分割した各領域にそれぞれ配置した補償磁場発生用コイル10、シールド簾体3上の複数位置に取付けて磁性板2内の磁束密度を検出する磁気センサ14、並びにシールド簾体3の長手方向と各センサの位置及び検出値とから対象空間Sの内面上の磁束密度分布及び対象空間Sの内部の磁場分布を算出し且つその算出値と所定磁場分布とのに応じた補償電流iを各領域のコイル10に選択的に印加する制御手段20を備えてなるものである。 Referring also to FIG. 1, in the composite magnetic shield system according to the present invention, a plurality of strip-like magnetic plates 2 are arranged on the inner surface of the magnetic shield target space S so that the longitudinal center axes C thereof are arranged in parallel with a predetermined gap d. The magnetic shield housing 3 (see FIG. 6) disposed on the inner surface of the magnetic plate 2, the compensation magnetic field generating coil 10 disposed in each of the areas divided into a plurality of areas, and the magnetic shield 2 attached to a plurality of positions on the shield housing 3. a magnetic sensor 14 for detecting the magnetic flux density, and calculates the internal magnetic field distribution of the magnetic flux density distribution and the space S on the inner surface of the target space S from the longitudinal position and the detection value of each sensor of the shield blind body 3 The control means 20 is provided for selectively applying a compensation current i corresponding to the calculated value and the predetermined magnetic field distribution to the coil 10 in each region.

好ましくは、図示例のように、磁気シールド簾体3を対象空間Sの内囲面に沿って磁気的に結合させつつ配設した環状シールド簾体5(図6(B)参照)とし、補償磁場発生用コイル14を環状シールド簾体5の外側又は内側に隣接させて配置する。磁気センサ14は、例えば図3のようにシールド簾体3の磁性板2上に巻き付けた誘導コイル14aとすることができ、又はシールド簾体3の磁性板2の間隙対向面に取付けることができる。各領域に配置する補償磁場発生用コイル10は、その領域の中心を通る垂直軸の周りに配置した環状コイルとすることができる。   Preferably, as shown in the drawing, the magnetic shield housing 3 is an annular shield housing 5 (see FIG. 6B) disposed while being magnetically coupled along the inner surface of the target space S. The magnetic field generating coil 14 is arranged adjacent to the outside or the inside of the annular shield housing 5. The magnetic sensor 14 can be, for example, an induction coil 14a wound around the magnetic plate 2 of the shield housing 3 as shown in FIG. 3, or can be attached to the gap facing surface of the magnetic plate 2 of the shield housing 3. . The compensation magnetic field generating coil 10 disposed in each region can be an annular coil disposed around a vertical axis passing through the center of the region.

本発明の複合型磁気シールド構造及びシステムは、対象空間Sの内面上にパッシブ型磁気シールドとして磁気シールド簾体3を配設すると共に、その内面を複数に分割した各領域にそれぞれ補償磁場発生用コイル10を配置してアクティブ型磁気シールドとし、シールド簾体3上の複数位置に取付けた磁気センサ14により磁性板2内の磁束密度を検出し、その磁気センサ14の位置及び検出値とシールド簾体3の長手方向とから対象空間Sの内面上の磁束密度分布及び対象空間Sの内部の磁場分布を算出し、算出した磁場分布と所定磁場分布との偏差に応じた補償電流iを各領域のコイル10へ選択的に印加することにより対象空間S内を所定磁場分布に制御するので、次の効果を奏する。 In the composite magnetic shield structure and system of the present invention, a magnetic shield housing 3 is disposed on the inner surface of the target space S as a passive magnetic shield, and the inner surface is divided into a plurality of regions for generating a compensation magnetic field. The coil 10 is disposed to form an active magnetic shield, and the magnetic flux density in the magnetic plate 2 is detected by magnetic sensors 14 attached to a plurality of positions on the shield housing 3, and the position and detected value of the magnetic sensor 14 and the shield The magnetic flux density distribution on the inner surface of the target space S and the magnetic field distribution inside the target space S are calculated from the longitudinal direction of the body 3, and the compensation current i corresponding to the deviation between the calculated magnetic field distribution and the predetermined magnetic field distribution is calculated for each region. By selectively applying to the coil 10, the inside of the target space S is controlled to have a predetermined magnetic field distribution, and the following effects are produced.

(イ)パッシブ型磁気シールド構造として、磁性板2内の磁束密度の向きを磁性板2の長手方向に限定できる磁気シールド簾体3を用いることにより、その磁性板2上の磁束密度の検出値から対象空間Sの内面S´の磁束密度分布を求め、その内面S´の磁束密度分布を境界条件として対象空間S内の特定位置(例えば1点)の磁束密度ではなく全体又は広範囲の磁場分布を算出することができる。
(ロ)また、磁性板2(磁路)に磁束が集中して流れる磁気シールド簾体3を用いることにより、対象空間Sの内部の磁場分布を算出する際の磁性板2上の磁束密度の寄与度を高め、比較的検出しやすい磁性板2上の磁束密度から対象空間内の磁場分布を精度よく算出することができる。
(B) As a passive magnetic shield structure, by using the magnetic shield housing 3 that can limit the direction of the magnetic flux density in the magnetic plate 2 to the longitudinal direction of the magnetic plate 2, the detected value of the magnetic flux density on the magnetic plate 2 The magnetic flux density distribution of the inner surface S ′ of the target space S is obtained from the above, and the magnetic flux density distribution of the inner surface S ′ is used as a boundary condition, not the magnetic flux density at a specific position (for example, one point) in the target space S, but the entire or wide range Can be calculated.
(B) In addition, by using the magnetic shield housing 3 in which magnetic flux concentrates on the magnetic plate 2 (magnetic path), the magnetic flux density on the magnetic plate 2 when calculating the magnetic field distribution inside the target space S The contribution can be increased, and the magnetic field distribution in the target space can be accurately calculated from the magnetic flux density on the magnetic plate 2 that is relatively easy to detect.

(ハ)更に、磁性板2の相互間に間隙dを有する磁気シールド簾体3を用いることにより、その間隙dを利用して磁気センサ14及びその配線ケーブル等を配置することができ、パッシブ型磁気シールド構造自体のシールド性能を損なう(シールド性能を劣化させる)ことなく磁性板2内の磁束密度を検出することができる。
(ニ)対象空間Sの内面を複数に分割して各領域に補償磁場発生用コイル10を配置し、磁気シールド簾体3の磁束密度分布から算出した空間S内の磁場分布と所定磁場分布(例えば空間S内の各位置xで許容される環境磁場の分布)との偏差に応じて必要なコイル10のみを選択的に駆動することにより、対象空間Sの内部の広範囲にわたる磁場分布を最小限の駆動電力で制御することができる。
(C) Furthermore, by using the magnetic shield housing 3 having the gap d between the magnetic plates 2, the magnetic sensor 14 and the wiring cable thereof can be arranged using the gap d, and the passive type The magnetic flux density in the magnetic plate 2 can be detected without impairing the shield performance of the magnetic shield structure itself (deteriorating the shield performance).
(D) The inner surface of the target space S is divided into a plurality of areas, the compensation magnetic field generating coil 10 is arranged in each area, and the magnetic field distribution in the space S calculated from the magnetic flux density distribution of the magnetic shield housing 3 and a predetermined magnetic field distribution ( For example, by selectively driving only the necessary coil 10 in accordance with the deviation from the environmental magnetic field distribution allowed at each position x in the space S, the magnetic field distribution over a wide area inside the target space S is minimized. It is possible to control with the driving power.

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明による複合型磁気シールド構造の一実施例の説明図である。 図1の複合型磁気シールド構造を用いて対象空間S内の磁場分布を制御する方法の流れ図の一例である。 本発明による複合型磁気シールド構造の他の実施例の説明図である。 本発明で用いる補償磁場発生用コイルの配置方法の一例の説明図である。 本発明で用いる磁気シールド簾体の配設方法の一例の説明図である。 従来の開放型シールド構造の一例の説明図である。 図6の開放型シールド構造における磁束密度分布の一例の説明図である。 従来の複合型磁気シールド構造の一例の説明図である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments and examples for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
It is explanatory drawing of one Example of the composite-type magnetic shield structure by this invention. It is an example of the flowchart of the method of controlling the magnetic field distribution in the object space S using the composite type magnetic shield structure of FIG. It is explanatory drawing of the other Example of the composite type magnetic-shield structure by this invention. It is explanatory drawing of an example of the arrangement | positioning method of the coil for compensation magnetic field generation used by this invention. It is explanatory drawing of an example of the arrangement | positioning method of the magnetic shield housing | casing used by this invention. It is explanatory drawing of an example of the conventional open type shield structure. It is explanatory drawing of an example of magnetic flux density distribution in the open type shield structure of FIG. It is explanatory drawing of an example of the conventional composite type magnetic-shield structure.

図1は、開放型シールド構造を用いたパッシブ型磁気シールドとアクティブ型磁気シールドとを組み合わせた本発明の複合型磁気シールド構造の実施例を示す。図示例の開放型シールド構造は、図6(B)と同様に、対象空間Sの中心軸線Xを囲む内周面(Y軸方向及びZ軸方向の4内面)上にそれぞれ複数の帯状磁性板2をそれぞれ長手方向中心軸CがY軸方向又はZ軸方向に所定間隙dで平行に並ぶように配設して磁気シールド簾体3a、3b、3c、3dを形成し、各シールド簾体3a、3b、3c、3dを端縁の重ね合わせにより接合して環状シールド簾体5としたものである。また、図示例のアクティブ型磁気シールドは、空間Sの内周面(Y軸方向及びZ軸方向の4内面)をそれぞれ複数に分割した各領域にそれぞれ配置した補償コイル10の群と、環状シールド簾体5上の複数の所定位置にそれぞれ取付けた磁気センサ14の群とを有する。各磁気センサ14を制御装置20に接続すると共に各補償コイル10を駆動装置26に接続し、制御装置20及び駆動装置26を含めてアクティブ型磁気シールドを駆動する複合型磁気シールドシステムを構成する。   FIG. 1 shows an embodiment of a composite magnetic shield structure of the present invention in which a passive magnetic shield using an open shield structure and an active magnetic shield are combined. The open type shield structure of the illustrated example has a plurality of strip-like magnetic plates on the inner peripheral surface (four inner surfaces in the Y-axis direction and the Z-axis direction) surrounding the central axis X of the target space S, as in FIG. 2 are arranged such that the central axis C in the longitudinal direction is aligned in parallel with a predetermined gap d in the Y-axis direction or the Z-axis direction to form magnetic shield housings 3a, 3b, 3c, 3d. 3b, 3c, and 3d are joined by overlapping edges to form an annular shield housing 5. In addition, the active type magnetic shield in the illustrated example includes a group of compensation coils 10 arranged in each region obtained by dividing the inner peripheral surface (four inner surfaces in the Y-axis direction and Z-axis direction) of the space S into a plurality of regions, and an annular shield. And a group of magnetic sensors 14 respectively attached to a plurality of predetermined positions on the housing 5. Each magnetic sensor 14 is connected to the control device 20, and each compensation coil 10 is connected to the drive device 26, and the control device 20 and the drive device 26 are included to constitute a composite magnetic shield system that drives the active magnetic shield.

図示例の制御装置20は、記憶手段21と、対象空間S内の磁場分布を算出する算出手段22とを有する。記憶手段21には、アクティブ型磁気シールドの制御に必要な磁気シールド構造のパラメタ、例えば対象空間Sで要求される所定磁場分布(例えば対象空間S内の各位置xで許容される最大磁場の分布)、シールド簾体5の各磁性板2の長手方向(配設方向、図示例ではY軸方向及びZ軸方向)、環状シールド簾体5上の各磁気センサ14の取付け位置(空間Sの表面S´上の位置x´)等を記憶する。算出手段22は、各磁気センサ14の検出値(シールド簾体5上の磁性板2内の磁束密度)を入力し、その検出値と記憶手段21に記憶したパラメタ(各磁性板2の長手方向、各磁気センサ14の取付け位置等)とに基づいて対象空間Sの内面S´上の磁束密度分布を算出し、更にその内面S´上の磁束密度分布を境界条件として対象空間Sの内部の磁場分布を算出する。また図示例の制御手段20は、算出手段21で算出した対象空間S内の磁場分布と記憶手段21に記憶した対象空間Sの所定磁場分布との偏差を検出する検出手段23、及びその偏差に応じて駆動すべき補償コイル10の領域と補償コイル10に印加する補償電流iとを選択する選択手段24を有している。選択手段24で選択した領域を駆動装置26に入力することにより、アクティブ型磁気シールドの複数の補償コイル10を選択的に駆動し、対象空間S内が所定磁場分布となるように制御する。   The control device 20 in the illustrated example includes a storage unit 21 and a calculation unit 22 that calculates a magnetic field distribution in the target space S. The storage means 21 stores parameters of the magnetic shield structure necessary for controlling the active magnetic shield, for example, a predetermined magnetic field distribution required in the target space S (for example, a maximum magnetic field distribution allowed at each position x in the target space S). ), The longitudinal direction of each magnetic plate 2 of the shield housing 5 (arrangement direction, Y-axis direction and Z-axis direction in the illustrated example), the mounting position of each magnetic sensor 14 on the annular shield housing 5 (the surface of the space S) The position x ′) on S ′ is stored. The calculation means 22 inputs the detection value of each magnetic sensor 14 (the magnetic flux density in the magnetic plate 2 on the shield housing 5) and the parameter stored in the storage means 21 (the longitudinal direction of each magnetic plate 2). The magnetic flux density distribution on the inner surface S ′ of the target space S is calculated based on the position of each magnetic sensor 14 and the like, and further, the magnetic flux density distribution on the inner surface S ′ is used as a boundary condition in the target space S. Calculate the magnetic field distribution. Further, the control unit 20 in the illustrated example includes a detection unit 23 that detects a deviation between the magnetic field distribution in the target space S calculated by the calculation unit 21 and the predetermined magnetic field distribution in the target space S stored in the storage unit 21, and the deviation. Correspondingly, a selection means 24 for selecting a region of the compensation coil 10 to be driven and a compensation current i to be applied to the compensation coil 10 is provided. By inputting the region selected by the selection means 24 to the driving device 26, the plurality of compensation coils 10 of the active magnetic shield are selectively driven to control the target space S to have a predetermined magnetic field distribution.

なお、図示例ではパッシブ型磁気シールドとして環状シールド簾体5を用いているが、本発明で用いるシールド簾体3は環状構造に限らず、例えば対象空間Sの内周面のうち環境磁場の影響の大きい特定の内面(例えばY軸方向又はZ軸方向の内面)又はその一部分のみを覆う面状又は列状のシールド簾体3(図6(A)参照)としてもよい。この場合は、シールド簾体3を配設しない内面S´上の磁束密度分布(境界条件)は検出できないが、対象空間Sの内部の磁場分布を算出する上で環境磁場の影響の小さい内面S´の寄与度は相対的に小さいので、面状又は列状のシールド簾体3上で検出された磁束密度に基づき対象空間S内の磁場分布を充分な精度で算出することができる。   In the illustrated example, the annular shield housing 5 is used as the passive magnetic shield. However, the shield housing 3 used in the present invention is not limited to the annular structure, and for example, the influence of the environmental magnetic field on the inner peripheral surface of the target space S. A specific inner surface (for example, an inner surface in the Y-axis direction or the Z-axis direction) having a large height or a planar or row-shaped shield housing 3 (see FIG. 6A) covering only a part thereof may be used. In this case, the magnetic flux density distribution (boundary condition) on the inner surface S ′ where the shield housing 3 is not disposed cannot be detected, but the inner surface S that is less influenced by the environmental magnetic field in calculating the magnetic field distribution inside the target space S. Since the degree of contribution of ′ is relatively small, the magnetic field distribution in the target space S can be calculated with sufficient accuracy based on the magnetic flux density detected on the planar or columnar shield housing 3.

また、図示例では制御装置20をコンピュータ(PC)とし、算出手段22、検出手段23、選択手段24等をコンピュータ内蔵のプログラムとしているが、制御装置20として従来技術に属する他の制御手段、例えばデジタルシグナルプロセッサ(DSP)、プログラマブルロジックデバイス(FPGA等)、又はアナログ信号処理回路等を用いることができる。必要に応じて、磁気センサ14と制御装置20との間に前置アンプやフィルタ回路等(図示せず)を付加して磁気センサ14の検出値のS/N比を改善することもできる。   In the illustrated example, the control device 20 is a computer (PC), and the calculation means 22, the detection means 23, the selection means 24, and the like are programs built in the computer. However, as the control device 20, other control means belonging to the prior art, for example, A digital signal processor (DSP), a programmable logic device (FPGA or the like), an analog signal processing circuit, or the like can be used. If necessary, a preamplifier, a filter circuit or the like (not shown) may be added between the magnetic sensor 14 and the control device 20 to improve the S / N ratio of the detected value of the magnetic sensor 14.

図2は、図1の複合型磁気シールドシステムを用いて対象空間Sの磁場分布を制御する方法の流れ図の一例を示す。以下、図2の流れ図を参照して図1に示す複合型磁気シールド構造の作用を説明する。ステップS001〜S003は複合型磁気シールド構造を構築する手順を示す。先ずステップS001において、図1又は図6(A)に示すように、対象空間Sの環境磁場の影響の大きい内面にシールド簾体3を施工する。例えば、対象空間S内に要求される所定磁場分布(例えば各位置xにおいて許容される環境磁場の分布)を決定すると共に、シールド簾体3の施工前の対象空間S内の環境磁場分布及びその変動を計測し、環境磁場が最小であるときに所定磁場分布が得られるようにシールド簾体3の配設位置、各磁性板2の長手方向と直交する断面積Sm、比透磁率μs、間隙d等を設計する。設計した対象空間Sの所定磁場分布及び施工したシールド簾体3の長手方向は、制御装置20の記憶手段21に記憶する。   FIG. 2 shows an example of a flowchart of a method for controlling the magnetic field distribution in the target space S using the composite magnetic shield system of FIG. The operation of the composite magnetic shield structure shown in FIG. 1 will be described below with reference to the flowchart of FIG. Steps S001 to S003 show a procedure for constructing a composite magnetic shield structure. First, in step S001, as shown in FIG. 1 or FIG. 6 (A), the shield housing 3 is constructed on the inner surface of the target space S that is greatly affected by the environmental magnetic field. For example, the predetermined magnetic field distribution required in the target space S (for example, the distribution of the environmental magnetic field allowed at each position x) is determined, and the environmental magnetic field distribution in the target space S before construction of the shield housing 3 and its The variation is measured, and the arrangement position of the shield housing 3, the cross-sectional area Sm orthogonal to the longitudinal direction of each magnetic plate 2, the relative permeability μs, and the gap so that a predetermined magnetic field distribution is obtained when the environmental magnetic field is minimum. Design d etc. The predetermined magnetic field distribution of the designed target space S and the longitudinal direction of the shield housing 3 that has been constructed are stored in the storage means 21 of the control device 20.

ステップS002において、シールド簾体3上の複数の所定位置にそれぞれ、磁性板2内の磁束密度を検出する磁気センサ14を取付ける。各磁気センサ14及びそれらを制御装置20に接続する配線ケーブル16は、シールド簾体3のシールド性能を損なわないように、シールド簾体3の各磁性板2の間隙dに配置することができる。磁気サンサ14は、間隙dに取付け可能であればとくに種類の制限はないが、例えば図3に示すようにシールド簾体3の磁性板2上に巻き付けた誘導コイル14aとし、コイル14aの誘導電圧により取付け位置の磁性板2内の磁束密度を検出する。或いは磁気サンサ14を、シールド簾体3の磁性板2の間隙対向面に取付け可能な高感度マイクロ磁気サンサ(MIセンサ)、ホール素子を用いた磁気センサ、磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ(MRセンサ)、磁性薄膜を用いた高周波駆動型の磁気センサ(TMFセンサ)等としてもよい。必要に応じて、誘導コイル14aと他の磁気センサ14とを併用してもよい。   In step S002, magnetic sensors 14 for detecting the magnetic flux density in the magnetic plate 2 are attached to a plurality of predetermined positions on the shield housing 3, respectively. The magnetic sensors 14 and the wiring cables 16 that connect them to the control device 20 can be arranged in the gaps d between the magnetic plates 2 of the shield housing 3 so as not to impair the shielding performance of the shield housing 3. The magnetic sensor 14 is not particularly limited as long as it can be attached to the gap d. For example, as shown in FIG. 3, the magnetic sensor 14 is an induction coil 14a wound around the magnetic plate 2 of the shield housing 3, and the induced voltage of the coil 14a. Thus, the magnetic flux density in the magnetic plate 2 at the mounting position is detected. Alternatively, a high-sensitivity micromagnetic sensor (MI sensor) that can attach the magnetic sensor 14 to the gap facing surface of the magnetic plate 2 of the shield housing 3, a magnetic sensor using a Hall element, and a magnetic sensor using a magnetoresistive element ( MR sensor), a high-frequency drive type magnetic sensor (TMF sensor) using a magnetic thin film, and the like. If necessary, the induction coil 14a and another magnetic sensor 14 may be used in combination.

磁気センサ14の取付け位置及び数(取付け間隔)は、シールド簾体3の磁性板2に生じうる磁化分布(磁束密度の分布)に応じて設計するが、例えば磁気シールド簾体3の設計時に得られた環境磁場分布に応じて決定することができる。例えば、図7(A)のように環境磁場の暴露方向が一定(図示例ではZ軸方向)である場合は、その長手方向の磁性板2が集中的に磁化されて磁束密度の勾配(図中のZ軸方向の矢印)が大きくなるので、環境磁場の暴露方向と一致する長手方向のシールド簾体3には短間隔で集中的に磁気センサ14を取付け、他の長手方向のシールド簾体3には比較的粗い間隔で磁気センサ14を取付ければ足りる。他方、任意方向の環境磁場に対応する必要がある場合は、図1に示すように、シールド簾体3を構成する全ての磁性板2にそれぞれ複数の磁気センサ14を取付けることが望ましい。各磁気センサ14の取付け位置も制御装置20の記憶手段21に記憶しておく。   The mounting position and number (mounting interval) of the magnetic sensor 14 are designed according to the magnetization distribution (magnetic flux density distribution) that can be generated in the magnetic plate 2 of the shield housing 3. It can be determined according to the environmental magnetic field distribution. For example, when the exposure direction of the environmental magnetic field is constant as shown in FIG. 7A (Z-axis direction in the illustrated example), the magnetic plate 2 in the longitudinal direction is intensively magnetized and the gradient of the magnetic flux density (see FIG. The arrow in the Z-axis direction in the middle increases, so that the magnetic sensor 14 is intensively attached at short intervals to the longitudinal shield housing 3 that coincides with the exposure direction of the environmental magnetic field, and other longitudinal shield housings. It is sufficient if the magnetic sensor 14 is attached to 3 at a relatively coarse interval. On the other hand, when it is necessary to cope with an environmental magnetic field in an arbitrary direction, it is desirable to attach a plurality of magnetic sensors 14 to all the magnetic plates 2 constituting the shield housing 3 as shown in FIG. The mounting position of each magnetic sensor 14 is also stored in the storage means 21 of the control device 20.

次いでステップS003において、シールド簾体3を配設した対象空間Sの内面を複数に分割し、分割した各領域にそれぞれシールド簾体3の外側又は内側に隣接するように補償コイル10を配置し、各補償コイル10を駆動装置26経由で制御装置20に接続する。制御装置20によって各領域の補償コイル10の発生する補償磁場を調整することにより、対象空間S内が所定磁場分布となるように制御する。補償コイル10の配置位置及び形状(空間Sの内面の分割方法)は、補償コイル10の発生する補償磁場によって対象空間S内の磁場分布が自由に制御できるように設計するが、例えば磁気シールド簾体3の設計時に得られた環境磁場の分布に応じて、対象空間S内に所定磁場分布が再現できるように数値シミュレーションによって決定することができる。環境磁場の原因及び発生源は対象空間S毎に相違しているので、補償コイル10の配置位置及び形状は、本発明を実際に適用する現場の対象空間Sに応じて設計・施工することが望ましい。なお、各補償コイル10の配線ケーブル28も、シールド簾体3の間隙dを利用して配置することができる。   Next, in step S003, the inner surface of the target space S in which the shield housing 3 is disposed is divided into a plurality of regions, and the compensation coils 10 are disposed so as to be adjacent to the outside or the inside of the shield housing 3 in each of the divided regions, Each compensation coil 10 is connected to the control device 20 via the drive device 26. By adjusting the compensation magnetic field generated by the compensation coil 10 in each region by the control device 20, the target space S is controlled to have a predetermined magnetic field distribution. The arrangement position and shape of the compensation coil 10 (the method for dividing the inner surface of the space S) are designed so that the magnetic field distribution in the target space S can be freely controlled by the compensation magnetic field generated by the compensation coil 10. According to the distribution of the environmental magnetic field obtained at the time of designing the body 3, it can be determined by numerical simulation so that the predetermined magnetic field distribution can be reproduced in the target space S. Since the cause and the source of the environmental magnetic field are different for each target space S, the arrangement position and shape of the compensation coil 10 can be designed and constructed according to the target space S in the field where the present invention is actually applied. desirable. The wiring cable 28 of each compensation coil 10 can also be arranged using the gap d of the shield housing 3.

図1は、任意方向の環境磁場に対応できる補償コイル10の配置位置及び形状の一例を示しており、対象空間Sの中心軸線Xを囲む内周面(Y軸方向及びZ軸方向の4内面)をそれぞれ格子状領域(図示例では16領域)に分割し、その各領域(合計64領域)にそれぞれシールド簾体3と外接するように補償コイル10を配置している(図4(A)も参照)。各補償コイル10は、例えば各領域の中心を通る垂直軸の周りに配置した環状のHelmholtz型コイル、複数の環状コイルを組み合わせて一様性の高い補償磁場を各領域の中心近傍に発生するMerritt型コイル、又は非特許文献2が開示するように一次勾配付き補償磁場を各領域の中心近傍に発生する3連型環状コイル等とすることができる。各補償コイル10の発生する補償磁場の分布は、各領域の中心位置と補償コイル10に印加する補償電流iとからBiot−Savartの法則によって求めることができる。   FIG. 1 shows an example of an arrangement position and a shape of a compensation coil 10 that can cope with an environmental magnetic field in an arbitrary direction, and an inner peripheral surface (four inner surfaces in the Y-axis direction and the Z-axis direction) surrounding the central axis X of the target space S. ) Are divided into grid-like regions (16 regions in the illustrated example), and the compensation coils 10 are arranged so as to circumscribe the shield housing 3 in each region (64 regions in total) (FIG. 4A). See also). Each compensation coil 10 includes, for example, an annular Helmholtz type coil arranged around a vertical axis passing through the center of each region, and a Merritt that generates a highly uniform compensation magnetic field near the center of each region by combining a plurality of annular coils. As disclosed in Non-Patent Document 2, a three-dimensional annular coil or the like that generates a compensation magnetic field with a primary gradient in the vicinity of the center of each region can be used. The distribution of the compensation magnetic field generated by each compensation coil 10 can be obtained from the center position of each region and the compensation current i applied to the compensation coil 10 according to Biot-Savart's law.

なお、図示例では各補償コイル10をシールド簾体3の外側に外接するように配置しているが、各補償コイル10をシールド簾体3の内側に内接するように配置してもよい。シールド簾体3の外側に補償コイル10を配置した場合は、制御装置20によって各補償コイル10の発生する補償磁場を境界条件に含めて対象空間S内の磁場分布を算出し、所定磁場分布が再現できるように補償コイル10の駆動位置及び補償電流iを選択することができる。また、シールド簾体3の内側に補償コイル10を配置した場合は、制御装置20によって各補償コイル10の発生する補償磁場を空間Sの内部の磁場発生源(例えば電流源等)として対象空間S内の磁場分布を算出し、所定磁場分布が再現できるように補償コイル10の駆動位置及び補償電流iを選択すればよい。   In the illustrated example, each compensation coil 10 is arranged so as to circumscribe the outside of the shield housing 3, but each compensation coil 10 may be arranged so as to be inscribed inside the shield housing 3. When the compensation coil 10 is arranged outside the shield housing 3, the control device 20 calculates the magnetic field distribution in the target space S by including the compensation magnetic field generated by each compensation coil 10 in the boundary condition, and the predetermined magnetic field distribution is The driving position of the compensation coil 10 and the compensation current i can be selected so that they can be reproduced. When the compensation coil 10 is arranged inside the shield housing 3, the control device 20 uses the compensation magnetic field generated by each compensation coil 10 as a magnetic field generation source (for example, a current source) inside the space S, and the target space S. The driving position of the compensation coil 10 and the compensation current i may be selected so that the predetermined magnetic field distribution can be reproduced.

例えば図4(A)に示すように、補償コイル1033、1044に補償電流iを印加した場合は、それらの領域の中心近傍に発生する補償磁場により対象空間3内の磁場分布を制御することができる。また、補償コイル1011、1012、1021、1022に同振幅で同位相の補償電流iを印加することにより、図4(A)に点線で示すように、それら4領域の周縁に沿って補償電流iを印加したときと等価の補償磁場を発生させ、その4領域の中心近傍に発生する補償磁場によって対象空間3内の磁場分布を制御することができる。更に、各補償コイル1011、1012、1021、1022の補償電流iの位相を相違させることで、補償磁場の発生分布を変化させることもできる。各補償コイル10の発生する補償磁場のベクトル加算に応じて対象空間3内の磁場分布を自由に制御し、対象空間S内に所定磁場分布を再現することができる。空間Sの内面の分割数を増やすことにより、磁場分布の制御の自由度を更に高めることもできる。 For example, as shown in FIG. 4A, when the compensation current i is applied to the compensation coils 10 33 and 10 44 , the magnetic field distribution in the target space 3 is controlled by the compensation magnetic field generated near the center of those regions. be able to. Further, by applying a compensation current i having the same amplitude and the same phase to the compensation coils 10 11 , 10 12 , 10 21 , and 10 22 , as shown by a dotted line in FIG. Thus, a compensation magnetic field equivalent to that when the compensation current i is applied can be generated, and the magnetic field distribution in the target space 3 can be controlled by the compensation magnetic field generated near the center of the four regions. Further, the generation distribution of the compensation magnetic field can be changed by changing the phase of the compensation current i of each compensation coil 10 11 , 10 12 , 10 21 , 10 22 . The magnetic field distribution in the target space 3 can be freely controlled in accordance with the vector addition of the compensation magnetic field generated by each compensation coil 10, and the predetermined magnetic field distribution can be reproduced in the target space S. By increasing the number of divisions of the inner surface of the space S, the degree of freedom in controlling the magnetic field distribution can be further increased.

図4(B)は、対象空間Sにおける補償コイル10の他の配置位置及び形状の一例を示しており、空間Sの内周面を各内面の中央部領域と三面が交差する隅部領域(図示例では四隅)とに分割し、各中央部領域にそれぞれ矩形の補償コイル1011、1012、1013……を配置すると共に、各隅部領域にそれぞれ三角形の補償コイル1021、1022、1023……、1031、1032、1033……を配置している。矩形又は三角形の各辺の補償コイル10は同じ長さである必要はなく、矩形又は三角形は歪んでいてもよい。図4(B)の場合も、図4(A)の場合と同様に、補償コイル10の駆動位置と各補償コイル10に印加する補償電流iの振幅・位相とを選択することにより、各補償コイル10の発生する補償磁場のベクトル加算に応じて対象空間3内の磁場分布を自由に制御し、対象空間S内に所定磁場分布を再現することができる。また、中央部領域及び隅部領域をそれぞれ更に細かい矩形領域及び三角形領域(細領域)に分割し、図4(A)のように、その各細領域に小型の矩形又は三角形の補償コイル10を配置してもよい。このような各補償コイル10の配置位置(分割領域)、及び補償電流iの振幅・位相に応じて発生する補償磁場の分布特性は、制御装置20の記憶手段21に記憶しておく。 FIG. 4B shows an example of another arrangement position and shape of the compensation coil 10 in the target space S. The inner peripheral surface of the space S is a corner region where the central region and three surfaces of each inner surface intersect (three regions). In the illustrated example, the rectangular compensation coils 10 11 , 10 12 , 10 13, ... Are arranged in each central region, and triangular compensation coils 10 21 , 10 22 are provided in each corner region. 10 23 ... 10 31 , 10 32 , 10 33 ... are arranged. The compensation coils 10 on each side of the rectangle or triangle need not have the same length, and the rectangle or triangle may be distorted. In the case of FIG. 4B as well, in the same manner as in the case of FIG. 4A, the compensation position is selected by selecting the drive position of the compensation coil 10 and the amplitude / phase of the compensation current i applied to each compensation coil 10. The magnetic field distribution in the target space 3 can be freely controlled in accordance with the vector addition of the compensation magnetic field generated by the coil 10, and the predetermined magnetic field distribution can be reproduced in the target space S. Further, the center area and the corner area are divided into finer rectangular areas and triangular areas (thin areas), respectively, and a small rectangular or triangular compensation coil 10 is provided in each of the narrow areas as shown in FIG. You may arrange. The distribution characteristics of the compensation magnetic field generated according to the arrangement position (divided region) of each compensation coil 10 and the amplitude / phase of the compensation current i are stored in the storage unit 21 of the control device 20.

図2のステップS004〜S006は、ステップS001〜S003で構築した複合型磁気シールド構造に囲まれた対象空間S内の磁場分布を制御する手順を示す。ステップS004は、各磁気センサ14で検出された磁性板2内の磁束密度の検出値を制御装置20に入力し、制御装置20の算出手段22により対象空間S内の磁場分布(磁束密度分布)を算出する処理を示す。上述したように、磁気シールド簾体3は磁性板2内の磁束密度分布が磁性板2の長手方向に限定されているので、記憶手段21に記憶された各磁気センサ14の取付け位置と各磁性板2の長手方向とから、その取付け位置における磁束密度の向きを決めることができる。算出手段22は、各磁気センサ14の取付け位置x´と磁束密度の検出値と磁性板2の長手方向とから、その取付け位置x´における磁場ベクトル(磁束密度ベクトル)ψ(x´、t´)を求める。また、シールド簾体3上の複数の位置x´における磁場ベクトルψ(x´、t´)を対象空間Sの内面S´に沿って積分することにより、空間Sの内面S´上の磁束密度分布(境界条件)を算出する。内面S´上の磁束密度分布が検出できれば、例えばKirchhoff積分表示((1)式又はその近似式)を適用することにより、対象空間Sの内部の任意位置xにおける磁場ベクトル、すなわち空間S内の磁場分布を算出することができる。   Steps S004 to S006 in FIG. 2 show a procedure for controlling the magnetic field distribution in the target space S surrounded by the composite magnetic shield structure constructed in steps S001 to S003. In step S004, the detected value of the magnetic flux density in the magnetic plate 2 detected by each magnetic sensor 14 is input to the control device 20, and the magnetic field distribution (magnetic flux density distribution) in the target space S is calculated by the calculation means 22 of the control device 20. The process which calculates is shown. As described above, since the magnetic flux density distribution in the magnetic plate 2 is limited to the longitudinal direction of the magnetic plate 2 in the magnetic shield housing 3, the mounting position of each magnetic sensor 14 stored in the storage means 21 and each magnetic From the longitudinal direction of the plate 2, the direction of the magnetic flux density at the mounting position can be determined. The calculation means 22 calculates the magnetic field vector (magnetic flux density vector) ψ (x ′, t ′) at the mounting position x ′ from the mounting position x ′ of each magnetic sensor 14, the detected value of the magnetic flux density, and the longitudinal direction of the magnetic plate 2. ) Further, by integrating the magnetic field vectors ψ (x ′, t ′) at a plurality of positions x ′ on the shield housing 3 along the inner surface S ′ of the target space S, the magnetic flux density on the inner surface S ′ of the space S Calculate distribution (boundary conditions). If the magnetic flux density distribution on the inner surface S ′ can be detected, for example, by applying Kirchhoff integral display (equation (1) or an approximation thereof), the magnetic field vector at an arbitrary position x in the target space S, that is, the space S Magnetic field distribution can be calculated.

なお、制御装置20の算出手段22は、(1)式又はその近似式を直接的又は近似的に適用して対象空間S内の磁場分布をリアルタイムに算出することもできるが、対象空間Sを覆うシールド簾体3上の磁化分布(境界条件)を把握できれば、他の適当な方法によって対象空間S内の磁場分布を算出することも可能である。例えば、磁気シールド簾体3の設計時に得られた環境磁場分布に基づく数値シミュレーションにより、環境磁場分布の変動に応じたシールド簾体3上の磁化分布と対象空間S内の磁場分布との関係式(テーブル等)を予め作成しておき、その関係式を用いてシールド簾体3上の磁化分布から対象空間S内の磁場分布を簡易且つ迅速に算出することができる。また、対象空間Sにおける環境磁場の原因ないし発生源が特定できる場合は、その原因ないし発生源で発生する環境磁場の変動に応じたシールド簾体3上の磁化分布と対象空間S内の磁場分布との関係式を数値シミュレーションにより作成し、その関係式を用いて対象空間S内の磁場分布を算出することも可能である。   Note that the calculation means 22 of the control device 20 can directly or approximately apply the expression (1) or its approximate expression to calculate the magnetic field distribution in the target space S in real time. If the magnetization distribution (boundary condition) on the shield case 3 to be covered can be grasped, the magnetic field distribution in the target space S can be calculated by another appropriate method. For example, the relational expression between the magnetization distribution on the shield housing 3 and the magnetic field distribution in the target space S according to the fluctuation of the environmental magnetic field distribution by numerical simulation based on the environmental magnetic field distribution obtained at the time of designing the magnetic shield housing 3. (Table etc.) is created in advance, and the magnetic field distribution in the target space S can be calculated easily and quickly from the magnetization distribution on the shield housing 3 using the relational expression. When the cause or source of the environmental magnetic field in the target space S can be identified, the magnetization distribution on the shield housing 3 and the magnetic field distribution in the target space S according to the change of the environmental magnetic field generated at the cause or source. And a magnetic field distribution in the target space S can be calculated using the relational expression.

図2のステップS005は、制御装置20の検出手段23により、ステップS004で算出された対象空間S内の磁場分布と記憶手段21に記憶した対象空間Sの所定磁場分布との偏差(空間S内の任意位置xにおける偏差の大きさ)を検出し、更に制御装置20の選択手段24において、その偏差を打ち消すために必要な補償コイル10の駆動位置と各補償コイル10に印加する補償電流iとを選択する処理を示す。例えば、検出手段23によって偏差が検出された領域又はその近傍の補償コイル10を選択し、選択手段24によってその補償コイル10に発生させる補償磁場すなわち補償電流iの振幅・位相を選択する。或いは選択手段24において、偏差が検出された近傍の補償コイル10の発生する補償磁場を境界条件又は磁場発生源に含めてKirchhoff積分表示((1)式又はその近似式)を適用し、対象空間S内の磁場分布の再計算を繰り返することにより、所定磁場分布が再現できる補償コイル10の駆動位置と補償電流iの振幅・位相を選定することができる。   In step S005 of FIG. 2, the detection unit 23 of the control device 20 deviates between the magnetic field distribution in the target space S calculated in step S004 and the predetermined magnetic field distribution in the target space S stored in the storage unit 21 (in the space S , And the selection means 24 of the control device 20 detects the drive position of the compensation coil 10 and the compensation current i to be applied to each compensation coil 10 in order to cancel the deviation. The process which selects is shown. For example, the compensation coil 10 in or near the region where the deviation is detected by the detection unit 23 is selected, and the compensation magnetic field generated in the compensation coil 10, that is, the amplitude / phase of the compensation current i is selected by the selection unit 24. Alternatively, the selection means 24 includes the compensation magnetic field generated by the nearby compensation coil 10 in which the deviation is detected in the boundary condition or the magnetic field generation source and applies Kirchoff integral display (equation (1) or an approximation thereof) to apply the target space. By repeating the recalculation of the magnetic field distribution in S, it is possible to select the drive position of the compensation coil 10 that can reproduce the predetermined magnetic field distribution and the amplitude and phase of the compensation current i.

なお、ステップS005においても、(1)式を直接的又は近似的に適用する方法に代えて、他の適当な方法によって補償コイル10の駆動位置及び補償電流iを選択することができる。例えば、上述した磁気シールド簾体3の設計時に得られた環境磁場分布に基づく数値シミュレーションにより、対象空間S内の磁場分布に生じうる偏差とその偏差を打ち消すために必要な補償コイル10の位置及び補償電流iとの関係式(テーブル等)を予め作成しておき、検出手段23で検出された偏差に応じて、その関係式を用いて補償コイル10の駆動位置及び補償電流iを選択することができる。また、対象空間Sにおける環境磁場の原因ないし発生源が特定できる場合は、その原因ないし発生源で発生する環境磁場の変動に応じて発生しうる対象空間S内の磁場分布の偏差とその偏差を打ち消すために必要な補償コイル10の位置及び補償電流iとの関係式を数値シミュレーションにより作成し、その関係式を用いて補償コイル10の駆動位置及び補償電流iを選択することも可能である。   In step S005, the driving position of the compensation coil 10 and the compensation current i can be selected by another suitable method instead of the method of directly or approximately applying the expression (1). For example, by the numerical simulation based on the environmental magnetic field distribution obtained at the time of designing the magnetic shield housing 3 described above, the deviation that may occur in the magnetic field distribution in the target space S and the position of the compensation coil 10 necessary to cancel the deviation, and A relational expression (table or the like) with the compensation current i is created in advance, and the driving position of the compensation coil 10 and the compensation current i are selected using the relational expression in accordance with the deviation detected by the detecting means 23. Can do. Further, when the cause or source of the environmental magnetic field in the target space S can be specified, the deviation of the magnetic field distribution in the target space S that can be generated according to the variation of the environmental magnetic field generated in the cause or source and the deviation are calculated. It is also possible to create a relational expression between the position of the compensation coil 10 and the compensation current i necessary for cancellation by numerical simulation, and to select the drive position of the compensation coil 10 and the compensation current i using the relational expression.

図2のステップS006は、制御装置20の選択手段24で求めた補償コイル10の駆動位置及び補償電流iの信号を駆動装置26に入力し、対象空間3の各領域に配置した補償コイル10を選択的に駆動する処理を示す。図1に示す駆動装置26は増幅器又は電流ブースタ27を介して各補償コイル10と接続されており、増幅器又は電流ブースタ27を介して選択された補償コイル10に選択された補償電流iを印加することにより、対象空間S内に生じた磁場分布の変動(所定磁場分布との偏差)を打ち消す補償磁場を生成する。なお、実際の対象空間Sには原因ないし発生源の異なる複数の環境磁場が重畳されて同時に暴露されることがあり、特定の原因ないし発生源の環境磁場に対する補償電流iを補償コイル10に印加するだけでは、対象空間S内に生じた環境磁場の変動を充分に解消できない場合がありうる。このような場合は、図1の駆動装置26にマルチプレクサやセレクタ(デュプレクサ)等を含め、異なる環境磁場に対応する各補償コイル10の補償電流iの信号を駆動装置26で調整(合成または分波)したうえで、各補償コイル10を駆動することが有効である。原因ないし発生源の異なる複数の環境磁場に対する補償電流iを各補償コイル10に印加することにより、そのような環境磁場に暴露された対象空間Sの磁場分布の変動を打ち消す重畳補償磁場を生成することができる。   In step S006 of FIG. 2, the driving position of the compensation coil 10 and the signal of the compensation current i obtained by the selection unit 24 of the control device 20 are input to the driving device 26, and the compensation coil 10 arranged in each region of the target space 3 is input. The process of selectively driving is shown. The driving device 26 shown in FIG. 1 is connected to each compensation coil 10 via an amplifier or current booster 27, and applies the selected compensation current i to the selected compensation coil 10 via the amplifier or current booster 27. As a result, a compensation magnetic field is generated that cancels the fluctuation of the magnetic field distribution (deviation from the predetermined magnetic field distribution) generated in the target space S. In addition, a plurality of environmental magnetic fields with different causes or sources may be simultaneously exposed to the actual target space S, and a compensation current i corresponding to the environmental magnetic field of a specific cause or source is applied to the compensation coil 10. Only by doing this, there may be a case where the fluctuation of the environmental magnetic field generated in the target space S cannot be sufficiently eliminated. In such a case, the driving device 26 of FIG. 1 includes a multiplexer, a selector (duplexer), etc., and the driving device 26 adjusts (combines or demultiplexes) the signal of the compensation current i of each compensation coil 10 corresponding to different environmental magnetic fields. ) And driving each compensation coil 10 is effective. By applying a compensation current i for a plurality of environmental magnetic fields with different causes or sources to each compensation coil 10, a superimposed compensation magnetic field is generated that cancels fluctuations in the magnetic field distribution of the target space S exposed to such an environmental magnetic field. be able to.

ステップS007において対象空間Sの磁場分布の制御を終了するか否かを判断し、制御を継続する場合はステップS004に戻り、上述したステップS004〜S006を繰り返す。図2の流れ図によれば、対象空間S内の特定位置(例えば1点)における磁場だけなく任意位置xにおける磁場を制御することができ、磁気シールド空間S内の全体又は広範囲を所望の磁場分布に制御することができる。例えば、電子ビーム装置やSQUID装置等を使用する磁気シールド空間Sに本発明の複合型シールド構造を適用することにより、その空間S内での装置の配置替え又は移動を可能とし、空間Sの利用効率を大幅に向上させることができる。また、対象空間S内の磁場分布に偏差が生じた場合に、その偏差が生じた領域近傍の補償コイル10のみを選択的に駆動して磁場分布の偏差を打ち消すことができるので、最小限の駆動電力で対象空間S内の磁場分布を制御することが可能である。   In step S007, it is determined whether to end the control of the magnetic field distribution in the target space S. When the control is continued, the process returns to step S004, and steps S004 to S006 described above are repeated. According to the flowchart of FIG. 2, not only a magnetic field at a specific position (for example, one point) in the target space S but also a magnetic field at an arbitrary position x can be controlled. Can be controlled. For example, by applying the composite shield structure of the present invention to the magnetic shield space S using an electron beam device, a SQUID device, or the like, the device can be rearranged or moved in the space S, and the space S can be used. Efficiency can be greatly improved. Further, when a deviation occurs in the magnetic field distribution in the target space S, only the compensation coil 10 in the vicinity of the area where the deviation occurs can be selectively driven to cancel the deviation in the magnetic field distribution. It is possible to control the magnetic field distribution in the target space S with the driving power.

こうして本発明の目的である「対象空間内部の磁場分布を制御することができる複合型磁気シールド構造及びシステム」の提供を達成することができる。   Thus, it is possible to achieve the “composite magnetic shield structure and system capable of controlling the magnetic field distribution inside the target space”, which is an object of the present invention.

図5は、図1に示すように対象空間Sの中心軸線Xを囲む環状シールド簾体5xと、中心軸線Yを囲む環状シールド簾体5yとを入れ子状に組み合わせ、対象空間Sの床、壁、天井の各内面にシールド簾体5を配設した開放型シールド構造の実施例を示す。開放型シールド構造は、帯状磁性板2の配設方向が環境磁場の方向と揃っているときに大きなシールド効果を発揮するので、XYZ軸方向のあらゆる方向の環境磁場に対応するためには、図5(A)のように設置方向(環状の中心軸方向)の異なる複数の環状シールド簾体5x、5yを入れ子状に組み合わせて2層構造とすることが有効である。また、図5(A)の多層構造に対して更に中心軸線Zを囲む環状シールド簾体5z(図示せず)を入れ子状に組み合わせ、3層以上の多層構造とすることも可能である。   FIG. 5 shows a combination of an annular shield housing 5x surrounding the central axis X of the target space S and an annular shield housing 5y surrounding the central axis Y as shown in FIG. An embodiment of an open shield structure in which a shield housing 5 is disposed on each inner surface of the ceiling will be described. Since the open type shield structure exhibits a great shielding effect when the direction in which the belt-like magnetic plate 2 is arranged is aligned with the direction of the environmental magnetic field, in order to cope with the environmental magnetic field in all directions in the XYZ axis directions, FIG. It is effective to form a two-layer structure by nesting a plurality of annular shield housings 5x and 5y having different installation directions (annular central axis directions) as shown in FIG. In addition, an annular shield housing 5z (not shown) surrounding the central axis Z can be nested in the multilayer structure of FIG. 5A to form a multilayer structure of three or more layers.

図5(B)は、図5(A)の2層入れ子構造の環状シールド簾体5x、5yを用いた本発明の複合型磁気シールド構造の実施例を示す。図5(B)の磁気シールド構造も、対象空間Sの6面全てにパッシブ型シールド構造とアクティブ型シールド構造を配置する点を除き、上述した図2の流れ図に従って構築し、その構造で囲まれた対象空間S内の磁場分布を制御することができる。すなわち、ステップS001において対象空間Sの床、壁、天井の各内面に2層入れ子構造の環状シールド簾体5x、5yを施工したのち、ステップS002において各内面のシールド簾体5x、5y上の所定位置にそれぞれ磁気センサ14を取付ける。2層入れ子構造のシールド簾体5x、5yは一体となって対象空間Sの内面S´を形成するので、シールド簾体5x、5yが重なる空間Sの内面(図示例ではZ軸方向の内面)では、その何れかのシールド簾体5x、5y上に磁気センサ14を取付ければ足りる。ステップS003において、2層入れ子構造で囲まれた対象空間Sの全ての内面をそれぞれ複数に分割し、分割した各領域にそれぞれ補償コイル10を配置する。補償コイル10の配置の一例を図4(C)に示す。   FIG. 5B shows an embodiment of the composite magnetic shield structure of the present invention using the two-layer nested annular shield housings 5x and 5y of FIG. 5A. The magnetic shield structure in FIG. 5B is also constructed according to the flow chart of FIG. 2 described above, except that the passive shield structure and the active shield structure are arranged on all six surfaces of the target space S, and is surrounded by the structure. The magnetic field distribution in the target space S can be controlled. That is, after constructing the two-layer nested annular shield housings 5x and 5y on the inner surfaces of the floor, wall, and ceiling of the target space S in step S001, the predetermined inner surfaces of the inner shield housings 5x and 5y are formed in step S002. A magnetic sensor 14 is attached to each position. Since the shield housings 5x and 5y having the two-layer nested structure integrally form the inner surface S ′ of the target space S, the inner surface of the space S where the shield housings 5x and 5y overlap (in the illustrated example, the inner surface in the Z-axis direction). Then, it is sufficient to attach the magnetic sensor 14 on any one of the shield housings 5x and 5y. In step S003, all the inner surfaces of the target space S surrounded by the two-layer nested structure are divided into a plurality of parts, and the compensation coils 10 are arranged in the divided areas. An example of the arrangement of the compensation coil 10 is shown in FIG.

ステップS004において、対象空間Sの各内面の磁気センサ14で検出された磁性板2内の磁束密度の検出値を制御装置20に入力し、算出手段22によって対象空間Sの全ての内面S´上の磁束密度分布を算出し、その全ての内面S´上の磁束密度分布を境界条件として対象空間Sの内部の磁場分布を算出する。上述したように、例えば(1)式又はその近似式を適用して磁場分布を算出することもできるが、予め作成した2層入れ子構造上の磁束密度分布と対象空間S内の磁場分布との関係式(テーブル等)を用いて対象空間S内の磁場分布を算出してもよい。次いでステップS005において、検出手段23により対象空間S内の磁場分布と所定磁場分布との偏差を検出し、その偏差を打ち消すために必要な補償コイル10の駆動位置及び印加する補償電流iの振幅・位相を選択手段24によって選択する。図4(C)における補償コイル10の選択方法も、図4(A)を参照して上述した方法と同様である。更にステップS006において、補償コイル10の駆動位置及び補償電流iの信号を駆動装置26に入力し、2層入れ子構造の各内面に配置した補償コイル10を選択的に駆動することにより、対象空間S内に生じた磁場分布の変動(所定磁場分布との偏差)を打ち消す補償磁場を生成し、対象空間S内の全体又は広範囲を所望の磁場分布に制御することができる。   In step S 004, the detected value of the magnetic flux density in the magnetic plate 2 detected by the magnetic sensor 14 on each inner surface of the target space S is input to the control device 20, and is calculated on all inner surfaces S ′ of the target space S by the calculation means 22. Is calculated, and the magnetic field distribution in the target space S is calculated using the magnetic flux density distribution on all the inner surfaces S ′ as boundary conditions. As described above, for example, the magnetic field distribution can be calculated by applying the expression (1) or its approximate expression, but the magnetic flux density distribution on the two-layer nested structure created in advance and the magnetic field distribution in the target space S The magnetic field distribution in the target space S may be calculated using a relational expression (such as a table). Next, in step S005, the deviation between the magnetic field distribution in the target space S and the predetermined magnetic field distribution is detected by the detecting means 23, and the driving position of the compensation coil 10 necessary for canceling the deviation and the amplitude of the compensation current i to be applied. The phase is selected by the selection means 24. The method for selecting the compensation coil 10 in FIG. 4C is the same as the method described above with reference to FIG. Furthermore, in step S006, the drive position of the compensation coil 10 and the signal of the compensation current i are input to the drive device 26, and the compensation coil 10 disposed on each inner surface of the two-layer nested structure is selectively driven, thereby the target space S It is possible to generate a compensation magnetic field that cancels the fluctuation of the magnetic field distribution (deviation from the predetermined magnetic field distribution) generated in the target space S, and to control the entire or wide range in the target space S to a desired magnetic field distribution.

1…複合型磁気シールド構造 2…帯状磁性板(短冊型又は長尺型磁性板)
3…磁気シールド簾体 5…環境シールド簾体
9…重ね合わせ部 10…補償磁場発生用コイル
14…磁気センサ 14a…誘導コイル
16…ケーブル
20…制御装置(コンピュータ) 21…記憶手段
22…算出手段 23…検出手段
24…選択手段
26…駆動手段(セレクタ) 27…増幅器(アンプ)
28…ケーブル
30…密閉型シールド構造 31…磁性板
32…貫通孔 34…補償用コイル
36…検出用コイル
40…制御装置 41…増幅器
42…積分器 43…調整器
44…コイルドライブ(駆動装置) 45…加減算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Composite type magnetic shield structure 2 ... Strip | belt-shaped magnetic board (strip shape or long type magnetic plate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Magnetic shield housing 5 ... Environmental shield housing 9 ... Overlapping part 10 ... Compensation magnetic field generation coil 14 ... Magnetic sensor 14a ... Induction coil 16 ... Cable 20 ... Control apparatus (computer) 21 ... Storage means 22 ... Calculation means 23 ... Detection means 24 ... Selection means 26 ... Driving means (selector) 27 ... Amplifier (amplifier)
28 ... Cable 30 ... Sealed shield structure 31 ... Magnetic plate 32 ... Through-hole 34 ... Compensation coil 36 ... Detection coil 40 ... Control device 41 ... Amplifier 42 ... Integrator 43 ... Adjuster 44 ... Coil drive (drive device) 45 ... adder / subtractor

Claims (8)

磁気シールド対象空間の内面上に複数の帯状磁性板を各々の長手方向中心軸が所定間隙で平行に並ぶように配設した磁気シールド簾体、前記内面を複数に分割した各領域にそれぞれ配置した複数の補償磁場発生用コイル、及び前記簾体上の複数位置に取付けて磁性板内の磁束密度を検出する磁気センサを備えてなり、前記簾体の長手方向と各センサの位置及び検出値とから対象空間の内面上の磁束密度分布及び対象空間の内部の磁場分布を算出し且つその算出値と所定磁場分布との偏差に応じた補償電流を各領域のコイルへ選択的に印加することにより対象空間内を所定磁場分布に制御する複合型磁気シールド構造。 A plurality of strip-shaped magnetic plates are arranged on the inner surface of the magnetic shield target space so that each longitudinal central axis is arranged in parallel with a predetermined gap, and the inner surface is arranged in each of the divided areas. A plurality of coils for generating a compensation magnetic field, and a magnetic sensor that is attached to a plurality of positions on the casing and detects a magnetic flux density in the magnetic plate, and includes a longitudinal direction of the casing, a position of each sensor, and a detection value; The magnetic flux density distribution on the inner surface of the target space and the magnetic field distribution inside the target space are calculated, and a compensation current corresponding to the deviation between the calculated value and the predetermined magnetic field distribution is selectively applied to the coils in each region. A composite magnetic shield structure that controls the target space to a predetermined magnetic field distribution. 請求項1のシールド構造において、前記磁気シールド簾体を対象空間の内囲面に沿って磁気的に結合させつつ配設した環状シールド簾体とし、前記補償磁場発生用コイルを環状シールド簾体の外側又は内側に隣接させて配置してなる複合型磁気シールド構造。 2. The shield structure according to claim 1, wherein the magnetic shield housing is an annular shield housing disposed while being magnetically coupled along an inner surface of a target space, and the compensation magnetic field generating coil is an annular shield housing. A composite magnetic shield structure arranged adjacent to the outside or inside. 請求項1又は2のシールド構造において、前記センサを、前記簾体の磁性板上に巻き付けた誘導コイル又は前記簾体の磁性板の間隙対向面に取付けた磁気センサとしてなる複合型磁気シールド構造。 3. The shield structure according to claim 1, wherein the sensor is an induction coil wound on the magnetic plate of the casing or a magnetic sensor attached to a gap facing surface of the magnetic plate of the casing. 請求項1から3の何れかのシールド構造において、前記各領域の補償磁場発生用コイルを、当該領域の中心を通る垂直軸の周りに配置した環状コイルとしてなる複合型磁気シールド構造。 4. The composite magnetic shield structure according to claim 1, wherein the compensation magnetic field generating coil in each region is an annular coil arranged around a vertical axis passing through the center of the region. 磁気シールド対象空間の内面上に複数の帯状磁性板を各々の長手方向中心軸が所定間隙で平行に並ぶように配設した磁気シールド簾体、前記内面を複数に分割した各領域にそれぞれ配置した補償磁場発生用コイル、前記簾体上の複数位置に取付けて磁性板内の磁束密度を検出する磁気センサ、並びに前記簾体の長手方向と各センサの位置及び検出値とから対象空間の内面上の磁束密度分布及び対象空間の内部の磁場分布を算出し且つその算出値と所定磁場分布との偏差に応じた補償電流を各領域のコイルへ選択的に印加する制御手段を備えてなる複合型磁気シールドシステム。 A plurality of strip-shaped magnetic plates are arranged on the inner surface of the magnetic shield target space so that each longitudinal central axis is arranged in parallel with a predetermined gap, and the inner surface is arranged in each of the divided areas. A compensation magnetic field generating coil, a magnetic sensor that is attached to a plurality of positions on the casing and detects the magnetic flux density in the magnetic plate, and an inner surface of the target space from the longitudinal direction of the casing and the position and detection value of each sensor A composite type comprising control means for calculating a magnetic flux density distribution and a magnetic field distribution inside the target space and selectively applying a compensation current according to a deviation between the calculated value and a predetermined magnetic field distribution to the coils in each region Magnetic shield system. 請求項5のシステムにおいて、前記磁気シールド簾体を対象空間の内囲面に沿って磁気的に結合させつつ配設した環状シールド簾体とし、前記補償磁場発生用コイルを環状シールド簾体の外側又は内側に隣接させて配置してなる複合型磁気シールドシステム。 6. The system according to claim 5, wherein the magnetic shield housing is an annular shield housing that is magnetically coupled along the inner surface of the target space, and the compensation magnetic field generating coil is disposed outside the annular shield housing. Alternatively, a composite magnetic shield system arranged adjacent to the inside. 請求項5又は6のシステムにおいて、前記センサを、前記簾体の磁性板上に巻き付けた誘導コイル又は前記簾体の磁性板の間隙対向面に取付けた磁気センサとしてなる複合型磁気シールドシステム。 7. The composite magnetic shield system according to claim 5, wherein the sensor is an induction coil wound on a magnetic plate of the casing or a magnetic sensor attached to a gap facing surface of the magnetic plate of the casing. 請求項5から7の何れかのシステムにおいて、前記各領域の補償磁場発生用コイルを、当該領域の中心を通る垂直軸の周りに配置した環状コイルとしてなる複合型磁気シールドシステム。 8. The composite magnetic shield system according to claim 5, wherein the compensation magnetic field generating coil in each region is an annular coil disposed around a vertical axis passing through the center of the region.
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