JP5567305B2 - 磁気シールドシステム及び磁気シールド方法 - Google Patents
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Description
まず各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る磁気シールドシステム及び磁気シールド方法は、フィードフォワード方式のアクティブ磁気シールドを構築するシステムであり、例えば電子線描画装置やMRIを含む任意の機器が配置された磁気低減対象空間における磁気ノイズを低減することを目的とするものである。この磁気シールドシステムは、磁気検出対象空間を挟むように配置された複数組の磁気検出コイル(誘導コイル)と、磁気低減対象空間に対して磁気を印加する磁気印加手段と、磁気検出コイルの出力に基づいて磁気印加手段を制御して磁気低減対象空間に磁気を印加させる制御手段を備える。ここで、磁気検出対象空間とは、磁気低減対象空間における磁気ノイズを検出するために、磁気検出コイルによる磁気検出の対象とされる空間であって、磁気低減対象空間と同一の空間である場合と、磁気低減対象空間とは異なる空間である場合があり、この点の詳細については後述する。なお、磁気検出コイルの設置組数は任意であるが、以下では、実施の形態1においてX軸とZ軸の2組、実施の形態2においてX軸とZ軸とY軸の3組の磁気検出コイルを設けた例について説明する。
次に、各実施の形態に係る磁気シールドシステム及び磁気シールド方法の具体的内容について説明する。
最初に、実施の形態1について説明する。この形態は、2組(例えばX軸とZ軸)の磁気検出コイルを備えた形態である。
最初に磁気シールドシステムの構成について説明する。図1は本実施の形態1に係る磁気シールドシステムの斜視図である。この磁気シールドシステム1は、一対の磁気検出コイルX1、X2、一対の磁気検出コイルZ1、Z2、補償コイル2、及び制御装置3を備えて構成されている。なお、以下の説明において、磁気検出対象空間4及び磁気低減対象空間5の座標(X−Y−Z軸)は、図1に示すように設定するものとする。
次に、このように構成された磁気シールドシステム1を用いて行われる磁気シールド方法について説明する。図1において、磁気ノイズの磁束が各磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2に鎖交することにより、電磁誘導によって各磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2から当該磁束の時間変化に応じた電圧Ex1、Ex2、Ez1、Ez2が出力される(出力取得工程)。この電圧Ex1、Ex2、Ez1、Ez2は、図2の制御装置3の低雑音増幅器3aに入力され、この低雑音増幅器3aにおいて増幅された後、積分器3bで積分されることで磁束密度に応じた出力に変換される。
このように実施の形態1によれば、磁気検出対象空間4に入射する磁気ノイズの成分の中で、直交する2軸に関する全ての磁気ノイズ成分、すなわち、均一磁場成分ノイズ(X1+X2)、(Z1+Z2)及び傾斜磁場成分ノイズ(X1−X2)、(Z1−Z2)に加えて、非線形ノイズ(X1+Z1)、(X1−Z1)、(X1+Z2)、(X1−Z2)、(X2+Z1)、(X2−Z1)、(X2+Z2)、(X2−Z2)について、それぞれ低減することが可能となるため、磁気ノイズを効果的に低減することができる。
最初に、実施の形態2について説明する。この形態は、3組(X軸、Y軸、Z軸)の磁気検出コイルを備えた形態である。ただし、実施の形態1の構成及び方法と同様の構成及び方法については、実施の形態1で使用したものと同一の符号を付して説明を省略し、あるいは単に説明を省略する。
最初に磁気シールドシステムの構成について説明する。図5は本実施の形態2に係る磁気シールドシステムの斜視図である。この磁気シールドシステム10は、一対の磁気検出コイルX1、X2、一対の磁気検出コイルZ1、Z2、一対の磁気検出コイルY1、Y2、補償コイル2、及び制御装置3を備えて構成されている。
次に、このように構成された磁気シールドシステム10を用いて行われる磁気シールド方法について説明する。制御装置3の電流増幅器3gからは、加算成分(X1+X2)、(Y1+Y2)、(Z1+Z2)、(X1+Y1)、(X1+Y2)、(X1+Z1)、(X1+Z2)、(X2+Y1)、(X2+Y2)、(X2+Z1)、(X2+Z2)、(Y1+Z1)、(Y1+Z2)、(Y2+Z1)、(Y2+Z2)と、差分成分(X1−X2)、(Y1−Y2)、(Z1−Z2)、(X1−Y1)、(X1−Y2)、(X1−Z1)、(X1−Z2)、(X2−Y1)、(X2−Y2)、(X2−Z1)、(X2−Z2)、(Y1−Z1)、(Y1−Z2)、(Y2−Z1)、(Y2−Z2)に応じた電流Ix、Iz、Iyが出力される(出力取得工程)。
このように実施の形態2によれば、磁気検出対象空間4に入射する磁気ノイズの成分の中で、直交する3軸に関する全ての磁気ノイズ成分、すなわち、均一磁場成分ノイズ(X1+X2)、(Y1+Y2)、(Z1+Z2)、及び傾斜磁場成分ノイズ(X1−X2)、(Y1−Y2)、(Z1−Z2)に加えて、非線形ノイズ(X1+Y1)、(X1+Y2)、(X1+Z1)、(X1+Z2)、(X2+Y1)、(X2+Y2)、(X2+Z1)、(X2+Z2)、(Y1+Z1)、(Y1+Z2)、(Y2+Z1)、(Y2+Z2)、(X1−Y1)、(X1−Y2)、(X1−Z1)、(X1−Z2)、(X2−Y1)、(X2−Y2)、(X2−Z1)、(X2−Z2)、(Y1−Z1)、(Y1−Z2)、(Y2−Z1)、(Y2−Z2)について、それぞれ低減することが可能となるため、磁気ノイズを一層効果的に低減することができる。
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
また、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
実施の形態1では、2組の磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2を配置した例を示し、実施の形態2では、3組の磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2、Y1、Y2を配置した例を示したが、4組以上の磁気検出コイルを配置してもよい。すなわち、複数組の一対の磁気検出コイルによって囲繞される磁気検出対象空間4の形状は、6面体に限定されず、多面体であればよく、例えば20面体や32面体等の各面が軸間で干渉する形状の多面体でも可能であり、この磁気検出対象空間4が球に近い形状になるほど、磁気検出精度が向上し、磁気ノイズの低減効果を高めることが可能となる。図12(a)には正12面体となるように磁気検出コイルを組み合わせた変形例、図12(b)には正20面体となるように磁気検出コイルを組み合わせた変形例を示す。また、複数組の一対の磁気検出コイルを配置する場合には、各一対の磁気検出コイルの中心軸が相互に直交する必要はなく、少なくとも相互に非平行であればよい。
上記各実施の形態では、磁気検出対象空間4と磁気低減対象空間5を相互に同一空間として設定したが、これらは全部又は一部が相互に異なる空間として設定することもでき、磁気検出対象空間4を磁気低減対象空間5を囲繞するように設定したり、後述する図15に示すように磁気低減対象空間5の外部に磁気検出対象空間4を設定してもよい。例えば、図13の斜視図に示すように、補償コイル2の内部領域のみを、磁気低減対象空間4(図13において斜線領域として示す)として設定することがより好ましい。
制御装置3の構成としては、上記各実施の形態に示した構成以外にも、種々の構成を取り得る。例えば、図2の制御回路は公知の技術を用いて適宜変更可能である。また、アナログ回路に代えて、ソフトウェアを用いて補償コイル2の制御を行ってもよい。例えば、制御装置3を、図示しない入力部、出力部、記憶部、及び制御部を備えたコンピュータとして構成する。入力部には各磁気検出コイル(2軸の場合には、磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2、3軸の場合には、磁気検出コイルX1、X2、Z1、Z2、Y1、Y2)の出力電圧を入力し、出力部から補償コイル2に対する電流出力を行う。記憶部には、制御装置3の各種機能に必要な情報を記憶させる。制御部は、デジタル信号処理装置と、このデジタル信号処理装置上で解釈実行されるプログラムにて構成する。
X1、X2、Z1、Z2、Y1、Y2 磁気検出コイル
2 補償コイル
3 制御装置
3a 低雑音増幅器
3b 積分器
3c 磁場−電圧変換回路
3d、3e 演算回路
3f 可変抵抗器
3g 電流増幅器
4 磁気検出対象空間
5 磁気低減対象空間
出力電圧 Ex1、Ex2、Ez1、Ez2、Ey1、Ey2
入力電流 Ix、Iz、Iy
Claims (9)
- 磁気検出対象空間を挟んで相互に対向する位置に並設された一対の磁気検出コイルを、その中心軸が相互に非平行となるように複数組設け、
磁気低減対象空間に対して磁気を印加する磁気印加手段であって、当該磁気が前記磁気検出コイルを通過することがないように、当該磁気を印加する磁気印加手段と、
前記複数組の一対の磁気検出コイルの出力に基づいて、各組における前記一対の磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記複数組の磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定し、当該算定した各加算成分及び各差分成分に基づいて、前記磁気低減対象空間の磁場が最小となるように、前記磁気印加手段を用いて、前記磁気低減対象空間に対して磁気を印加させる制御手段と、
を備えることを特徴とする磁気シールドシステム。 - 前記複数組の一対の磁気検出コイルとして、X軸方向に沿った中心軸を有する一対の第1磁気検出コイルと、前記X軸に直交するZ軸方向に沿った中心軸を有する一対の第2磁気検出コイルとを備え、
前記制御手段は、前記一対の第1磁気検出コイルと前記一対の第2磁気検出コイルの出力に基づいて、前記一対の第1磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記第1磁気検出コイルと前記第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定すること、
を特徴とする請求項1に記載の磁気シールドシステム。 - 前記複数組の一対の磁気検出コイルとして、X軸方向に沿った中心軸を有する一対の第1磁気検出コイルと、前記X軸に直交するZ軸方向に沿った中心軸を有する一対の第2磁気検出コイルと、前記X軸及び前記Z軸に直交するY軸方向に沿った中心軸を有する一対の第3磁気検出コイルとを備え、
前記制御手段は、前記一対の第1磁気検出コイル、前記一対の第2磁気検出コイル、及び前記一対の第3磁気検出コイルの出力に基づいて、前記一対の第1磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第3磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記第1磁気検出コイル、前記第2磁気検出コイル、及び前記第3磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定すること、
を特徴とする請求項1に記載の磁気シールドシステム。 - 前記磁気検出対象空間を、前記磁気低減対象空間を囲繞するように設定したこと、
を特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気シールドシステム。 - 前記磁気印加手段の中心軸を、前記複数組の一対の磁気検出コイルの中心軸に一致させたこと、
を特徴とする請求項4に記載の磁気シールドシステム。 - 磁気検出対象空間を挟んで相互に対向する位置に並設された一対の磁気検出コイルであって、その中心軸が相互に非平行となるように複数組設けられた一対の磁気検出コイルからの出力を取得する出力取得工程と、
前記出力取得工程において取得した出力に基づいて、各組における前記一対の磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記複数組の磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定する算定工程と、
磁気低減対象空間に対して磁気を印加する磁気印加手段であって、当該磁気が前記磁気検出コイルを通過することがないように、当該磁気を印加する磁気印加手段を用いて、前記算定工程において算定した各加算成分及び各差分成分に基づいて、前記磁気低減対象空間の磁場が最小となるように磁気を印加する磁気印加工程と、
を含むことを特徴とする磁気シールド方法。 - 前記出力取得工程において、前記複数組の一対の磁気検出コイルとしての、X軸方向に沿った中心軸を有する一対の第1磁気検出コイルと、前記X軸に直交するZ軸方向に沿った中心軸を有する一対の第2磁気検出コイルとから、出力を取得し、
前記算定工程において、前記一対の第1磁気検出コイルと前記一対の第2磁気検出コイルの出力に基づいて、前記一対の第1磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記第1磁気検出コイルと前記第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定すること、
を特徴とする請求項6に記載の磁気シールド方法。 - 前記出力取得工程において、前記複数組の一対の磁気検出コイルとしての、X軸方向に沿った中心軸を有する一対の第1磁気検出コイルと、前記X軸に直交するZ軸方向に沿った中心軸を有する一対の第2磁気検出コイルと、前記X軸及び前記Z軸に直交するY軸方向に沿った中心軸を有する一対の第3磁気検出コイルとから、出力を取得し、
前記算定工程において、前記一対の第1磁気検出コイル、前記一対の第2磁気検出コイル、及び前記一対の第3磁気検出コイルの出力に基づいて、前記一対の第1磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第2磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記一対の第3磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分と、前記第1磁気検出コイル、前記第2磁気検出コイル、及び前記第3磁気検出コイルの相互間の加算成分及び差分成分を算定すること、
を特徴とする請求項6に記載の磁気シールド方法。 - 前記磁気検出対象空間を、前記磁気低減対象空間を囲繞するように設定したこと、
を特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載の磁気シールド方法。
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