WO2016135862A1 - アクティブ磁場キャンセラ - Google Patents

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loop
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栄栄 顧
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特許機器株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/20—Electromagnets; Actuators including electromagnets without armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to an active magnetic field canceller. More specifically, the present invention relates to an active magnetic field canceller that reduces magnetic field fluctuations caused by an external magnetic field generation source.
  • an active magnetic field canceller that suppresses magnetic field fluctuations caused by disturbance.
  • a loop coil is disposed so as to sandwich the magnetic field control space, and the current flowing in the facing loop coil is controlled in accordance with the magnetic field fluctuation in the magnetic field control space due to disturbance.
  • a magnetic field detection means magnetic sensor for detecting a magnetic field for each loop coil is provided, and each loop coil is controlled independently.
  • the active magnetic field canceller described in Patent Document 1 controls the magnitude of the current flowing in each loop coil so as to cancel the magnetic field fluctuation due to disturbance based on the magnetic field detected by the magnetic sensor corresponding to each loop coil.
  • magnetic field fluctuations can be suppressed regardless of the size of the magnetic field generation source as a disturbance and the distance to the magnetic sensor.
  • the technique described in the patent document suppresses the magnetic field fluctuation at the detection position where the magnetic sensor is arranged. Therefore, when the magnetic sensor cannot be placed at the position where the magnetic field fluctuation is desired to be suppressed, the magnetic field fluctuation at the target position where the magnetic field fluctuation is desired to be suppressed may not be sufficiently suppressed depending on the position and size of the magnetic field generation source. .
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an active magnetic field canceller capable of suppressing magnetic field fluctuations at positions where magnetic field detection means are not arranged.
  • a pair of loop coils arranged so as to face each other across the magnetic field control space, and a magnetic field forming means comprising a current supply device for supplying current to each of the pair of loop coils, and a pair of loop coils
  • An active magnetic field canceller comprising: one magnetic field detection means for detecting a magnetic field in a magnetic field control space; and a control means for controlling a current supply device based on a signal from the magnetic field detection means.
  • the means makes the ratio of the current flowing in one loop coil of the pair of loop coils and the current flowing in the other loop coil constant, and cancels the magnetic field fluctuation detected by the magnetic field detecting means. It controls the magnitude of the current.
  • the ratio between the current flowing in one loop coil and the current flowing in the other loop coil of the pair of loop coils is changed, and the distribution of the magnetic field generated from one loop coil and the other loop coil are changed.
  • the magnetic field distribution of the magnetic field control space determined from the distribution of the magnetic field generated from the magnetic field can be adjusted.
  • the target is a magnetic field from a magnetic field generation source located at a predetermined position outside the magnetic field control space, and is a magnetic field at the installation position of the detection means and a magnetic field from the magnetic field generation source, and the magnetic field fluctuation is desired to be suppressed.
  • the distribution of the magnetic field generated from one loop coil is changed by changing the ratio of the current flowing in one loop coil and the current flowing in the other loop coil of the pair of loop coils based on the ratio to the magnetic field at the position.
  • the magnetic field distribution of the magnetic field control space determined from the distribution of the magnetic field generated from the other loop coil can be adjusted.
  • a plurality of magnetic field forming means are provided, and the central axes of the magnetic field forming means are arranged so as to be orthogonal to each other.
  • the interval between the pair of loop coils can be changed.
  • a pair of loop coils arranged so as to face each other across the magnetic field control space and a magnetic field forming means comprising a current supply device for supplying a current to each of the pair of loop coils, and the pair of loop coils
  • An active magnetic field canceller comprising: one magnetic field detection means that is disposed and detects a magnetic field in a magnetic field control space; and a control means that controls a current supply device based on a signal from the magnetic field detection means.
  • the number of turns of one loop coil and the number of turns of the other loop coil based on the ratio between the magnetic field of the magnetic field generation source outside the magnetic field and the magnetic field at the target position where the magnetic field fluctuation from the magnetic field generation source is to be suppressed.
  • the magnetic field control determined from the distribution of the magnetic field generated from one loop coil and the distribution of the magnetic field generated from the other loop coil.
  • Adjust the magnetic field distribution of the space control means is for controlling the magnitude of current flowing through the pair of loop coils to cancel the magnetic field variation to be detected by the magnetic field detection means.
  • the magnetic field distribution at an arbitrary position in the magnetic field control space is adjusted based on the ratio of the current flowing through each loop coil and the magnetic field detected by the magnetic field detection means.
  • positioned can be suppressed.
  • the magnetic field distribution in the magnetic field control space and its magnitude are adjusted by the ratio of the current flowing through the loop coil.
  • positioned can be suppressed.
  • the magnetic field distribution at the target position where the magnetic field fluctuation is desired to be suppressed and the magnitude thereof are adjusted by the ratio of the current flowing through the loop coil with reference to the magnetic field detected by the magnetic field detecting means.
  • positioned can be suppressed.
  • the magnetic field fluctuation space that can be canceled in the magnetic field control space is expanded.
  • positioned can be suppressed.
  • the magnetic field distribution can be adjusted in the magnetic field control space.
  • positioned can be suppressed.
  • the magnetic field distribution at the target position where the magnetic field fluctuation is desired to be suppressed and the magnitude thereof are adjusted by the number of turns of the loop coil with reference to the magnetic field detected by the magnetic field detecting means.
  • positioned can be suppressed.
  • the perspective view which shows the structure of the active magnetic field canceller which concerns on this invention The perspective view which shows the structure of the magnetic field formation means of the X-axis direction of the active magnetic field canceller which concerns on this invention.
  • the active magnetic field canceller 1 suppresses the influence of the magnetic field from the magnetic field generation source Pd as a disturbance in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction of the magnetic field control space S.
  • the configuration for suppressing the influence of the magnetic field from the magnetic field generation source Pd as a disturbance in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is the same. Therefore, the configuration in the X-axis direction will be mainly described. To do.
  • the active magnetic field canceller 1 generates a magnetic field in the magnetic field control space S to suppress magnetic field fluctuations from a magnetic field generation source Pd at a target position Pt (hereinafter simply referred to as “target position Pt”). It cancels the magnetic field.
  • the active magnetic field canceller 1 includes a pair of X-axis loop coils 2 and an X-axis current supply device 3, a pair of Y-axis loop coils 4 and a Y-axis current supply device 5, and a pair of Z-axis loop coils 6 and Z as magnetic field forming means.
  • An axial current supply device 7, a magnetic sensor 8 as magnetic field detection means, and a controller 9 as control means are provided.
  • the active magnetic field canceller 1 is disposed in a magnetic field control space S that is a space in which the influence of the magnetic field from the magnetic field generation source Pd as a disturbance is to be suppressed.
  • the pair of X-axis loop coils 2, the pair of Y-axis loop coils 4, and the pair of Z-axis loop coils 6 constituting the magnetic field forming means generate a magnetic field.
  • One X-axis loop coil 2a and the other X-axis loop coil 2b constituting the pair of X-axis loop coils 2 are formed so that the number of turns and the winding diameter are the same.
  • the pair of X-axis loop coils 2 are arranged so as to sandwich the magnetic field control space S so that the central axes thereof coincide with each other.
  • the pair of Y-axis loop coils 4 and the pair of Z-axis loop coils 6 have the same configuration.
  • the pair of the X-axis loop coil 2, the Y-axis loop coil 4, and the Z-axis loop coil 6 are arranged so that the center axes of the respective loop coils coincide with each other, but the present invention is not limited to this. Instead, the central axes do not have to coincide.
  • the pair of X-axis loop coils 2 are arranged so that their central axes are along the X-axis direction of the magnetic field control space S.
  • the pair of Y-axis loop coils 4 are arranged so that the central axis is along the Y-axis direction of the magnetic field control space S.
  • the pair of Z-axis loop coils 6 are arranged so that the central axis thereof is along the Z-axis direction of the magnetic field control space S. That is, the range of the magnetic field control space S is defined by the pair of X-axis loop coils 2, the pair of Y-axis loop coils 4, and the pair of Z-axis loop coils 6.
  • the X-axis current supply device 3, the Y-axis current supply device 5, and the Z-axis current supply device 7 that constitute the magnetic field forming means include a pair of corresponding X-axis loop coils 2, a pair of Y-axis loop coils 4, and a pair of Z-axis.
  • a current is supplied to the loop coil 6.
  • One X-axis loop coil 2a and the other X-axis loop coil 2b constituting a pair of X-axis loop coils 2 are independently connected to the X-axis current supply device 3.
  • the X-axis current supply device 3 allows DC currents of arbitrary different magnitudes within a supply capacity range to flow in an arbitrary magnitude in the same direction in one X-axis loop coil 2a and the other X-axis loop coil 2b. it can.
  • the Y-axis current supply device 5 and the Z-axis current supply device 7 have the same configuration. In this embodiment, one loop coil and the other loop coil are connected to one current supply device, but the present invention is not limited to this.
  • a configuration in which a current supply device is connected, or a configuration in which a pair of X-axis loop coils 2, a pair of Y-axis loop coils 4, and a pair of Z-axis loop coils 6 are connected to one current supply device may be employed.
  • the magnetic sensor 8 which is a magnetic field detecting means detects magnetism.
  • the magnetic sensor 8 includes a Hall element, a magnetoresistive element, a magnetic impedance element, and the like.
  • the magnetic sensor 8 is disposed at an arbitrary location within a certain range from the center of the magnetic field control space S.
  • the magnetic sensor 8 has a detection number corresponding to the number of axes (three axes in the present embodiment) on which a pair of loop coils are arranged.
  • the controller 9 that is a control means controls the X-axis current supply device 3, the Y-axis current supply device 5, and the Z-axis current supply device 7.
  • the controller 9 stores various programs for controlling the X-axis current supply device 3, the Y-axis current supply device 5, and the Z-axis current supply device 7.
  • the controller 9 may actually have a configuration in which a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like are connected by a bus, or may be configured by a one-chip LSI or the like.
  • An X-axis current supply device 3, a Y-axis current supply device 5, a Z-axis current supply device 7 and a magnetic sensor 8 are connected to the controller 9.
  • the controller 9 is configured to output a control signal for controlling the magnitude of the current based on the detection signal from the magnetic sensor 8 to the X-axis current supply device 3, the Y-axis current supply device 5, and the Z-axis current supply device 7. Has been.
  • the controller 9 is connected to the magnetic sensor 8 and can acquire magnetic field detection signals in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction detected by the magnetic sensor 8.
  • the controller 9 is connected to the X-axis current supply device 3, the Y-axis current supply device 5, and the Z-axis current supply device 7, and based on a detection signal acquired from the magnetic sensor 8, a pair of X-axis is supplied from the X-axis current supply device 3.
  • the current supplied to the loop coil 2, the current supplied from the Y-axis current supply device 5 to the pair of Y-axis loop coils 4, and the current supplied from the Z-axis current supply device 7 to the pair of Z-axis loop coils 6 are controlled. Is possible.
  • the active magnetic field canceller 1 configured in this way controls the X-axis current supply device 3 based on the detection signal of the magnetic field in the X-axis direction acquired from the magnetic sensor 8 by the controller 9, thereby installing the magnetic sensor 8.
  • a magnetic field that suppresses magnetic field fluctuation in the X-axis direction at a magnetic field detection position Pm (hereinafter simply referred to as “detection position Pm”) is generated from the pair of X-axis loop coils 2.
  • the controller 9 controls the Y-axis current supply device 5 and the Z-axis current supply device 7 based on the detection signals of the magnetic fields in the Y-axis direction and the Z-axis direction, thereby detecting the detection position Pm.
  • a magnetic field that suppresses magnetic field fluctuations in the Y-axis direction is generated from the pair of Y-axis loop coils 4, and a magnetic field that suppresses magnetic field fluctuations in the Z-axis direction is generated from the pair of Z-axis loop coils 6.
  • the magnetic field at the detection position Pm is changed to one detection position magnetic field Ma and the target position.
  • the magnetic field at Pt is set as one target position magnetic field Ta.
  • the magnetic field at the detection position Pm is the other detection position magnetic field Mb
  • the magnetic field at the target position Pt is the other target position magnetic field Tb.
  • the ratio of the current flowing in one X-axis loop coil 2a and the current flowing in the other X-axis loop coil 2b is assumed to be a current ratio ⁇ x.
  • the control magnetic field ratio ⁇ x which is the ratio between the control detection position magnetic field Mab that is the magnetic field from the pair of X-axis loop coils 2 and is the magnetic field at the detection position Pm, and the control target position magnetic field Tab that is the magnetic field at the target position Pt. Is calculated from one detection position magnetic field Ma, one target position magnetic field Ta, the other detection position magnetic field Mb, and the other target position magnetic field Tb based on the following equation (1).
  • One detection position magnetic field Ma, one target position magnetic field Ta, the other detection position magnetic field Mb, and the other target position magnetic field Tb are actually measured values or calculated values at the determined detection position Pm and the target position Pt. Therefore, as shown in Equation 1, the control magnetic field ratio ⁇ x can be adjusted by the current ratio ⁇ x.
  • the disturbance is a magnetic field from the magnetic field generation source Pd as a disturbance at a predetermined position in the magnetic field control space S and is a ratio of the disturbance detection position magnetic field Md at the detection position Pm and the disturbance target position magnetic field Td at the target position Pt.
  • the magnetic field ratio ⁇ x is calculated from the actual measurement value of the disturbance detection position magnetic field Md and the actual measurement value of the disturbance target position magnetic field Td.
  • the magnitude of the control target position magnetic field Tab is equal to the magnitude of the disturbance target position magnetic field Td. That is, the active magnetic field canceller 1 maintains the current ratio ⁇ x in which the control magnetic field ratio ⁇ x is equal to the disturbance magnetic field ratio ⁇ x so that the magnitude of the control detection position magnetic field Mab is equal to the magnitude of the disturbance detection position magnetic field Md.
  • the magnitude of the control target position magnetic field Tab can be matched with the magnitude of the disturbance target position magnetic field Td.
  • the active magnetic field canceller 1 controls the current flowing through the pair of X-axis loop coils 2 so that the phase of the control detection position magnetic field Mab is opposite to the phase of the disturbance detection position magnetic field Md, thereby causing the disturbance target position magnetic field Td. It is possible to generate the control target position magnetic field Tab having the same magnitude as the opposite phase. In other words, the active magnetic field canceller 1 controls to cancel the disturbance target position magnetic field Td by controlling the current flowing through the pair of X-axis loop coils 2 at a current ratio ⁇ x in which the control magnetic field ratio ⁇ x and the disturbance magnetic field ratio ⁇ x are equal. A target position magnetic field Tab can be generated.
  • the current ratio ⁇ x in which the control magnetic field ratio ⁇ x and the disturbance magnetic field ratio ⁇ x are equal to each other assuming that the control magnetic field ratio ⁇ x in Equation 1 is equal to the disturbance magnetic field ratio ⁇ x, one detection position magnetic field Ma, one target position magnetic field Ta, The detection position magnetic field Mb, the other target position magnetic field Tb, and the disturbance magnetic field ratio ⁇ x are calculated based on the following formula 2.
  • the active magnetic field canceller 1 configured as described above performs control detection with the same magnitude in the opposite phase of the disturbance detection position magnetic field Md detected by the magnetic sensor 8 while maintaining the current ratio ⁇ x calculated based on Equation 2.
  • the current flowing through the pair of X-axis loop coils 2 is controlled so that the position magnetic field Mab is generated.
  • the current ratio ⁇ x is calculated from the disturbance magnetic field ratio ⁇ x determined from the measured value of the disturbance detection position magnetic field Md and the measured value of the disturbance target position magnetic field Td.
  • the active magnetic field canceller 1 measures the magnetic field (disturbance detection position magnetic field Md and disturbance target position magnetic field Td) from the magnetic field generation source Pd at the detection position Pm and the target position Pt in the magnetic field control space S in advance by the magnetic sensor 8 or the like. There is a need to. Similarly, the active magnetic field canceller 1 maintains the current ratio ⁇ y and the current ratio ⁇ z calculated based on the actually measured values in the pair of Y-axis loop coils 4 and the pair of Z-axis loop coils 6. The current flowing through the pair of Y-axis loop coils 4 and the pair of Z-axis loop coils 6 is controlled.
  • the active magnetic field canceller 1 is set with a current ratio ⁇ x calculated from the disturbance detection position magnetic field Md and the disturbance target position magnetic field Td measured in advance at the detection position Pm and the target position Pt.
  • step S110 the controller 9 of the active magnetic field canceller 1 acquires the disturbance detection position magnetic field Md detected by the magnetic sensor 8, and shifts step S110 to step S120.
  • step S120 the controller 9 determines whether or not the acquired disturbance detection position magnetic field Md is equal to or greater than a predetermined value ⁇ .
  • the controller 9 shifts step S120 to step S130.
  • the controller 9 shifts step S120 to step S110.
  • step S130 the controller 9 calculates the direction and magnitude of the current flowing through the pair of X-axis loop coils 2 from the acquired disturbance detection position magnetic field Md, and causes step S130 to proceed to step S140.
  • step S140 the controller 9 causes the pair of X-axis loop coil 2 currents to flow based on the calculated direction and magnitude of the current, and causes step S140 to proceed to step S110.
  • the active magnetic field canceller 1 similarly performs magnetic field control in the Y-axis direction and the Z-axis direction at the target position Pt.
  • the active magnetic field canceller 1 has the pair of X-axis loop coils 2 and the pair of pairs so that the current ratio ⁇ x, the current ratio ⁇ y, and the current ratio ⁇ z calculated based on the measurement result before the control is started.
  • the current flowing through the Y-axis loop coil 4 and the pair of Z-axis loop coils 6 is controlled. That is, the active magnetic field canceller 1 adjusts the magnetic field distribution and the magnitude of the magnetic field control space S according to the current ratio ⁇ x, the current ratio ⁇ y, and the current ratio ⁇ z that are determined in advance from the actual measurement of the magnetic field.
  • the active magnetic field canceller 1 maintains a current ratio ⁇ x, a current ratio ⁇ y, and a current ratio ⁇ z, and a pair of X-axis loop coils 2 and a pair of Y so as to cancel the disturbance detection position magnetic field Md detected by the magnetic sensor 8.
  • the current flowing through the axial loop coil 4 and the pair of Z-axis loop coils 6 is controlled.
  • the active magnetic field canceller 1 generates the control target position magnetic field Tab for canceling the disturbance target position magnetic field Td in each axis while following the fluctuation of the disturbance target position magnetic field Td at the target position Pt.
  • the active magnetic field canceller 1 uses the disturbance detection position magnetic field Md in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction at the detection position Pm detected by the magnetic sensor 8 as a reference in the X-axis direction and the Y-axis direction at the target position Pt. And the electric current which flows into a pair of X-axis loop coils 2, a pair of Y-axis loop coils 4, and a pair of Z-axis loop coils 6 is controlled so that disturbance target position magnetic field Td of a Z-axis direction may be canceled. Thereby, the active magnetic field canceller 1 can suppress the magnetic field fluctuation at the target position Pt where the magnetic sensor 8 is not disposed.
  • the active magnetic field canceller 1 includes the current ratio ⁇ x, the current ratio ⁇ y, and the current calculated from the disturbance detection position magnetic field Md and the disturbance target position magnetic field Td measured in advance at the detection position Pm and the target position Pt.
  • the ratio ⁇ z is used, the present invention is not limited to this.
  • the current ratio ⁇ x, the current ratio ⁇ y, and the current ratio ⁇ z may be adjusted while confirming the magnetic field fluctuation at the target position Pt.
  • the active magnetic field canceller 1 according to the present invention may be applied not only to a case where the magnetic field from the magnetic field generation source Pd has a gradient but also to a parallel magnetic field.
  • the present invention can be used for an active magnetic field canceller that reduces magnetic field fluctuations caused by an external magnetic field generation source.

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Abstract

磁場検出手段である磁気センサが配置されていない位置の磁場変動を抑制することができるアクティブ磁場キャンセラの提供を目的とする。磁場制御空間Ｓを挟んで対向するように配置される一対のＸ軸ループコイル２およびＸ軸電流供給装置３からなる磁場形成手段と、一対のＸ軸ループコイル２の間に配置され、磁場制御空間Ｓの磁場を検出する一つの磁場検出手段である磁気センサ８と、Ｘ軸電流供給装置３を制御する制御手段であるコントローラ９と、を具備するアクティブ磁場キャンセラ１であって、コントローラ９が、一対のＸ軸ループコイル２のうち一方のＸ軸ループコイル２ａに流れる電流の大きさと他方のＸ軸ループコイル２ｂに流れる電流の大きさとの比率である電流比率κｘを一定にして、磁気センサ８によって検出される磁場変動を打ち消すようにその電流の大きさを制御する。

Description

アクティブ磁場キャンセラ
　本発明はアクティブ磁場キャンセラに関する。詳しくは外部の磁場発生源による磁場変動を軽減するアクティブ磁場キャンセラに関する。
　従来、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置等の電磁ノイズの影響を受けやすい電子応用機器は、外乱による磁場変動を抑制するアクティブ磁場キャンセラによる磁場制御空間内に設けられている。アクティブ磁場キャンセラは、磁場制御空間を挟むようにループコイルが配置され、外乱による磁場制御空間の磁場変動に応じて対向するループコイルに流す電流を制御するものである。このようなアクティブ磁場キャンセラにおいて、ループコイル毎に磁場を検出する磁場検出手段（磁気センサ）設け、各ループコイルを独立して制御するものが知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
　特許文献１に記載のアクティブ磁場キャンセラは、各ループコイルに対応する磁気センサが検出する磁場に基づいて外乱による磁場変動を打ち消すようにループコイル毎に流れる電流の大きさを制御する。これにより、外乱としての磁場発生源の大きさや磁気センサまでの距離に関わらず磁場変動を抑制することができる。しかし、特許文献に記載の技術は、磁気センサが配置されている検出位置での磁場変動を抑制するものである。従って、磁場変動を抑制したい位置に磁気センサが配置できない場合、磁場発生源の位置や大きさによっては、磁場変動を抑制したい目標位置での磁場変動が十分に抑制されていない可能性があった。
特開２００３－３３２７８１号公報
　本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができるアクティブ磁場キャンセラの提供を目的とする。
　即ち、本発明においては、磁場制御空間を挟んで対向するように配置される一対のループコイルおよび一対のループコイルにそれぞれ電流を供給する電流供給装置からなる磁場形成手段と、一対のループコイルの間に配置され、磁場制御空間の磁場を検出する一つの磁場検出手段と、磁場検出手段からの信号に基づいて電流供給装置を制御する制御手段と、を具備するアクティブ磁場キャンセラであって、制御手段が、一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流の大きさと他方のループコイルに流れる電流の大きさとの比率を一定にして、磁場検出手段によって検出される磁場変動を打ち消すようにその電流の大きさを制御するものである。
　本発明においては、前記一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流と他方のループコイルに流れる電流との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整可能に構成されるものである。
　本発明においては、前記磁場制御空間の外の所定の位置にある磁場発生源からの磁場であって検出手段の設置位置における磁場と前記磁場発生源からの磁場であって磁場変動を抑制したい目標位置における磁場との比率に基づいて前記一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流と他方のループコイルに流れる電流との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整可能に構成されるものである。
　本発明においては、複数の前記磁場形成手段を具備し、各磁場形成手段の中心軸が互いに直交するように配置されるものである。
　本発明においては、前記一対のループコイルの間隔が変更可能に構成されるものである。
　本発明においては、磁場制御空間を挟んで対向するように配置される一対のループコイルおよび一対のループコイルにそれぞれ電流を供給する電流供給装置からなる磁場形成手段と、一対のループコイルの間に配置され、磁場制御空間の磁場を検出する一つの磁場検出手段と、磁場検出手段からの信号に基づいて電流供給装置を制御する制御手段と、を具備するアクティブ磁場キャンセラであって、磁場制御空間の外にある磁場発生源の磁場と磁場発生源からの磁場変動を抑制したい目標位置の磁場との比率に基づいて一対のループコイルのうち一方のループコイルの巻き数と他方のループコイルの巻き数との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整し、制御手段が、磁場検出手段によって検出される磁場変動を打ち消すように一対のループコイルに流れる電流の大きさを制御するものである。
　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
　即ち、本発明によれば、各ループコイルに流れる電流の比率と磁場検出手段によって検出される磁場とに基づいて磁場制御空間内の任意の位置における磁場分布が調整される。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
　本発明によれば、磁場制御空間の磁場分布とその大きさがループコイルに流れる電流の比率によって調整される。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
　本発明によれば、磁場検出手段によって検出される磁場を基準として磁場変動を抑制したい目標位置における磁場分布とその大きさがループコイルに流れる電流の比率によって調整される。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
　本発明によれば、磁場制御空間において打ち消すことができる磁場変動の空間が拡大する。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
　本発明によれば、磁場制御空間において磁場分布を調整することができる。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
　即ち、本発明によれば、磁場検出手段によって検出される磁場を基準として磁場変動を抑制したい目標位置における磁場分布とその大きさがループコイルの巻き数によって調整される。これにより、磁場検出手段が配置されていない位置の磁場変動を抑制することができる。
本発明に係るアクティブ磁場キャンセラの構成を示す斜視図。 本発明に係るアクティブ磁場キャンセラのＸ軸方向の磁場形成手段の構成を示す斜視図。 本発明に係るアクティブ磁場キャンセラの制御構成を示す図。 本発明のアクティブ磁場キャンセラにおける電流制御を表すフローチャートを示す図。
　以下に、図１を用いて、本発明に係るアクティブ磁場キャンセラの第一実施形態であるアクティブ磁場キャンセラ１について説明する。本実施形態において、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁場制御空間ＳのＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における外乱としての磁場発生源Ｐｄからの磁場の影響を抑制するものとする。なお、本実施形態において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向における外乱としての磁場発生源Ｐｄからの磁場の影響を抑制する構成は同一であるため、Ｘ軸方向における構成を中心に説明する。
　図１に示すように、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁場制御空間Ｓに磁場を発生させて磁場変動を抑制したい目標位置Ｐｔ（以下、単に「目標位置Ｐｔ」と記す）における磁場発生源Ｐｄからの磁場を打ち消すものである。アクティブ磁場キャンセラ１は、磁場形成手段である一対のＸ軸ループコイル２とＸ軸電流供給装置３、一対のＹ軸ループコイル４とＹ軸電流供給装置５および一対のＺ軸ループコイル６とＺ軸電流供給装置７、磁場検出手段である磁気センサ８および制御手段であるコントローラ９を具備する。アクティブ磁場キャンセラ１は、外乱としての磁場発生源Ｐｄからの磁場の影響を抑制すべき空間である磁場制御空間Ｓに配置される。
　磁場形成手段を構成する一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６は、磁場を発生するものである。一対のＸ軸ループコイル２を構成している一方のＸ軸ループコイル２ａと他方のＸ軸ループコイル２ｂは、巻き数および巻き径が同一になるように形成されている。この際、一対のＸ軸ループコイル２は、互いの中心軸が一致するようにして磁場制御空間Ｓを挟むように配置されている。一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６についても同様の構成である。なお、本実施形態において一対のＸ軸ループコイル２、Ｙ軸ループコイル４、Ｚ軸ループコイル６は、それぞれのループコイルの中心軸が一致するようにして配置されているがこれに限定するものではなく、中心軸が一致していなくてもよい。
　一対のＸ軸ループコイル２は、その中心軸が磁場制御空間ＳのＸ軸方向に沿うようにして配置されている。一対のＹ軸ループコイル４は、その中心軸が磁場制御空間ＳのＹ軸方向に沿うようにして配置されている。一対のＺ軸ループコイル６は、その中心軸が磁場制御空間ＳのＺ軸方向に沿うようにして配置されている。つまり、磁場制御空間Ｓは、一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６によってその範囲が定められている。
　磁場形成手段を構成するＸ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７は、対応する一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６に電流を供給するものである。Ｘ軸電流供給装置３には、一対のＸ軸ループコイル２を構成している一方のＸ軸ループコイル２ａと他方のＸ軸ループコイル２ｂとがそれぞれ独立して接続されている。Ｘ軸電流供給装置３は、一方のＸ軸ループコイル２ａと他方のＸ軸ループコイル２ｂとに同じ方向で供給能力範囲内の任意の異なる大きさの直流電流を任意の大きさで流すことができる。Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７についても同様の構成である。なお、本実施形態において、一つの電流供給装置に一方のループコイルと他方のループコイルとが接続されているがこれに限定されるものではなく、一方のループコイルと他方のループコイルとにそれぞれ電流供給装置を接続する構成や、一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６を一つの電流供給装置に接続する構成でもよい。
　磁場検出手段である磁気センサ８は、磁気を検出するものである。磁気センサ８は、ホール素子、磁気抵抗素子、磁気インピーダンス素子等などから構成されている。磁気センサ８は、磁場制御空間Ｓの中心から一定範囲内の任意の場所に配置される。磁気センサ８は、一対のループコイルが配置されている軸数（本実施形態においては３軸）に応じた検出数のものが用いられる。
　制御手段であるコントローラ９は、Ｘ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７を制御するものである。コントローラ９は、Ｘ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７の制御を行うための種々のプログラム等を記憶する。コントローラ９は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。コントローラ９には、Ｘ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７と磁気センサ８とが接続されている。コントローラ９は、磁気センサ８からの検出信号に基づいて電流の大きさを制御する制御信号をＸ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７に出力するように構成されている。
　コントローラ９は、磁気センサ８に接続され、磁気センサ８が検出するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の磁場の検出信号を取得することが可能である。
　コントローラ９は、Ｘ軸電流供給装置３、Ｙ軸電流供給装置５およびＺ軸電流供給装置７に接続され、磁気センサ８から取得した検出信号に基づいてＸ軸電流供給装置３から一対のＸ軸ループコイル２に供給される電流、Ｙ軸電流供給装置５から一対のＹ軸ループコイル４に供給される電流およびＺ軸電流供給装置７から一対のＺ軸ループコイル６に供給される電流を制御することが可能である。
　このように構成されるアクティブ磁場キャンセラ１は、コントローラ９が磁気センサ８から取得したＸ軸方向の磁場の検出信号に基づいてＸ軸電流供給装置３を制御することで、磁気センサ８の設置位置である磁場の検出位置Ｐｍ（以下、単に「検出位置Ｐｍ」と記す）におけるＸ軸方向の磁場変動を抑制する磁場を一対のＸ軸ループコイル２から発生させる。同様に、アクティブ磁場キャンセラ１は、コントローラ９がＹ軸方向とＺ軸方向の磁場の検出信号に基づいてＹ軸電流供給装置５とＺ軸電流供給装置７とを制御することで、検出位置ＰｍにおけるＹ軸方向の磁場変動を抑制する磁場を一対のＹ軸ループコイル４から発生させ、Ｚ軸方向の磁場変動を抑制する磁場を一対のＺ軸ループコイル６から発生させる。
　以下では、図２と図３とを用いて、本発明の第一実施形態に係るアクティブ磁場キャンセラ１の目標位置Ｐｔにおける磁場を制御する態様について説明する。なお、本実施形態において、一対のＸ軸ループコイル２による目標位置Ｐｔでの磁場制御の態様について説明する。
　初めに、磁場制御空間Ｓにおける磁気センサ８の設置位置である検出位置Ｐｍにおける磁場と磁場変動を抑制したい目標位置Ｐｔにおける磁場との関係について説明する。
　図２と図３とに示すように、一対のＸ軸ループコイル２のうち一方のＸ軸ループコイル２ａに単位電流を流した場合、検出位置Ｐｍにおける磁場を一方の検出位置磁場Ｍａ、目標位置Ｐｔにおける磁場を一方の目標位置磁場Ｔａとする。一対のＸ軸ループコイル２のうち他方のＸ軸ループコイル２ｂに単位電流を流した場合、検出位置Ｐｍにおける磁場を他方の検出位置磁場Ｍｂ、目標位置Ｐｔにおける磁場を他方の目標位置磁場Ｔｂとする。また、一方のＸ軸ループコイル２ａに流れている電流と他方のＸ軸ループコイル２ｂに流れている電流との比率を電流比率κｘであるとする。この場合、一対のＸ軸ループコイル２からの磁場であって検出位置Ｐｍにおける磁場である制御検出位置磁場Ｍａｂと目標位置Ｐｔにおける磁場である制御目標位置磁場Ｔａｂとの比率である制御磁場比率μｘは、一方の検出位置磁場Ｍａ、一方の目標位置磁場Ｔａ、他方の検出位置磁場Ｍｂおよび他方の目標位置磁場Ｔｂから以下に示す数１に基づいて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　一方の検出位置磁場Ｍａ、一方の目標位置磁場Ｔａ、他方の検出位置磁場Ｍｂおよび他方の目標位置磁場Ｔｂは、定められた検出位置Ｐｍと目標位置Ｐｔとにおける実測値または計算値である。従って、数１に示すように、制御磁場比率μｘは、電流比率κｘによって調整することができる。
　また、磁場制御空間Ｓの所定の位置にある外乱としての磁場発生源Ｐｄからの磁場であって検出位置Ｐｍにおける外乱検出位置磁場Ｍｄと目標位置Ｐｔにおける外乱目標位置磁場Ｔｄとの比率である外乱磁場比率νｘは、外乱検出位置磁場Ｍｄの実測値と外乱目標位置磁場Ｔｄの実測値とから算出される。
　一対のＸ軸ループコイル２からの磁場に基づく制御磁場比率μｘを外乱としての磁場発生源Ｐｄからの磁場に基づく外乱磁場比率νｘに一致させた状態で制御検出位置磁場Ｍａｂの大きさと外乱検出位置磁場Ｍｄの大きさとが等しい場合、制御目標位置磁場Ｔａｂの大きさは、外乱目標位置磁場Ｔｄの大きさと等しい。すなわち、アクティブ磁場キャンセラ１は、制御磁場比率μｘが外乱磁場比率νｘと等しくなる電流比率κｘを維持した状態で、制御検出位置磁場Ｍａｂの大きさが外乱検出位置磁場Ｍｄの大きさと等しくなるように一対のＸ軸ループコイル２に流れる電流を制御することで制御目標位置磁場Ｔａｂの大きさを外乱目標位置磁場Ｔｄの大きさに一致させることができる。
　さらに、アクティブ磁場キャンセラ１は、制御検出位置磁場Ｍａｂの位相が外乱検出位置磁場Ｍｄの位相と逆位相になるように一対のＸ軸ループコイル２に流れる電流を制御することで外乱目標位置磁場Ｔｄの位相と逆位相で大きさが等しい制御目標位置磁場Ｔａｂを発生させることができる。つまり、アクティブ磁場キャンセラ１は、制御磁場比率μｘと外乱磁場比率νｘとが等しくなる電流比率κｘで一対のＸ軸ループコイル２に流れる電流を制御することで外乱目標位置磁場Ｔｄを打ち消すための制御目標位置磁場Ｔａｂを発生させることができる。制御磁場比率μｘと外乱磁場比率νｘとが等しくなる電流比率κｘは、数１における制御磁場比率μｘが外乱磁場比率νｘと等しいとして、一方の検出位置磁場Ｍａ、一方の目標位置磁場Ｔａ、他方の検出位置磁場Ｍｂ、他方の目標位置磁場Ｔｂおよび外乱磁場比率νｘから以下の数２に基づいて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　このように構成されるアクティブ磁場キャンセラ１は、数２に基づいて算出された電流比率κｘを維持した状態で、磁気センサ８が検出する外乱検出位置磁場Ｍｄの逆位相で等しい大きさの制御検出位置磁場Ｍａｂが発生するように一対のＸ軸ループコイル２に流れる電流を制御する。なお、数２に示すように、電流比率κｘは、外乱検出位置磁場Ｍｄの実測値と外乱目標位置磁場Ｔｄの実測値とから定まる外乱磁場比率νｘから算出される。従って、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁場制御空間Ｓの検出位置Ｐｍと目標位置Ｐｔとにおける磁場発生源Ｐｄからの磁場（外乱検出位置磁場Ｍｄと外乱目標位置磁場Ｔｄ）を予め磁気センサ８等によって測定する必要がある。同様にして、アクティブ磁場キャンセラ１は、一対のＹ軸ループコイル４と一対のＺ軸ループコイル６とにおいて、実測値に基づいて算出されたそれぞれの電流比率κｙ、電流比率κｚを維持した状態で、一対のＹ軸ループコイル４と一対のＺ軸ループコイル６に流れる電流を制御する。
　以下では、図４を用いて、本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１における目標位置ＰｔでのＸ軸方向の磁場制御について具体的に説明する。アクティブ磁場キャンセラ１は、予め検出位置Ｐｍと目標位置Ｐｔとで測定した外乱検出位置磁場Ｍｄと外乱目標位置磁場Ｔｄとから算出された電流比率κｘが設定されているものとする。
　図４に示すように、ステップＳ１１０において、アクティブ磁場キャンセラ１のコントローラ９は、磁気センサ８が検出した外乱検出位置磁場Ｍｄを取得し、ステップＳ１１０をステップＳ１２０に移行させる。
　ステップＳ１２０において、コントローラ９は、取得した外乱検出位置磁場Ｍｄが所定値δ以上か否か判断する。
　その結果、取得した外乱検出位置磁場Ｍｄが所定値δ以上であると判定した場合、すなわち検出位置Ｐｍにおいて磁場変動が生じていると判断した場合、コントローラ９は、ステップＳ１２０をステップＳ１３０に移行させる。
　一方、取得した外乱検出位置磁場Ｍｄが所定値δ以上でないと判定した場合、すなわち検出位置Ｐｍにおいて磁場変動が生じていないと判断した場合、コントローラ９はステップＳ１２０をステップＳ１１０に移行させる。
　ステップＳ１３０において、コントローラ９は、取得した外乱検出位置磁場Ｍｄから一対のＸ軸ループコイル２に流す電流の向きおよび大きさを算出し、ステップＳ１３０をステップＳ１４０に移行させる。
　ステップＳ１４０において、コントローラ９は、算出した電流の向きおよび大きさに基づいて一対のＸ軸ループコイル２電流を流し、ステップＳ１４０をステップＳ１１０に移行させる。
　アクティブ磁場キャンセラ１は、目標位置ＰｔでのＹ軸方向およびＺ軸方向の磁場制御についても同様に行う。
　以上のごとく構成することで、アクティブ磁場キャンセラ１は、制御開始前の測定結果に基づいて算出した電流比率κｘ、電流比率κｙおよび電流比率κｚになるように一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６に流れる電流を制御する。つまり、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁場の実測から予め定めた電流比率κｘ、電流比率κｙおよび電流比率κｚによって磁場制御空間Ｓの磁場分布とその大きさが調整される。そして、アクティブ磁場キャンセラ１は、電流比率κｘ、電流比率κｙおよび電流比率κｚを維持しながら、磁気センサ８が検出する外乱検出位置磁場Ｍｄを打ち消すように一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６に流れる電流を制御する。この結果、アクティブ磁場キャンセラ１は、目標位置Ｐｔでの外乱目標位置磁場Ｔｄの変動に追従しながら外乱目標位置磁場Ｔｄを打ち消すための制御目標位置磁場Ｔａｂを各軸において発生させる。つまり、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁気センサ８によって検出される検出位置ＰｍにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の外乱検出位置磁場Ｍｄを基準として目標位置ＰｔにおけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の外乱目標位置磁場Ｔｄが打ち消されるように一対のＸ軸ループコイル２、一対のＹ軸ループコイル４および一対のＺ軸ループコイル６に流れる電流を制御する。これにより、アクティブ磁場キャンセラ１は、磁気センサ８が配置されていない目標位置Ｐｔの磁場変動を抑制することができる。
　また、本実施形態において、アクティブ磁場キャンセラ１は、予め検出位置Ｐｍと目標位置Ｐｔとで測定した外乱検出位置磁場Ｍｄと外乱目標位置磁場Ｔｄとから算出された電流比率κｘ、電流比率κｙおよび電流比率κｚを用いているがこれに限定されるものではなく、目標位置Ｐｔでの磁場変動を確認しつつ電流比率κｘ、電流比率κｙおよび電流比率κｚを調整してもよい。また、本発明に係るアクティブ磁場キャンセラ１は、磁場発生源Ｐｄからの磁場に勾配がある場合だけでなく平行な磁場に対して適応してもよい。
　本発明は、外部の磁場発生源による磁場変動を軽減するアクティブ磁場キャンセラに利用可能である。
　　１　　　アクティブ磁場キャンセラ
　　２　　　一対のＸ軸ループコイル
　　２ａ　　一方のＸ軸ループコイル
　　２ｂ　　他方のＸ軸ループコイル
　　８　　　磁気センサ
　　９　　　コントローラ
　　Ｓ　　　磁場制御空間
　　κｘ　　電流比率

Claims (6)

  1. 　磁場制御空間を挟んで対向するように配置される一対のループコイルおよび一対のループコイルにそれぞれ電流を供給する電流供給装置からなる磁場形成手段と、
    　一対のループコイルの間に配置され、磁場制御空間の磁場を検出する一つの磁場検出手段と、
    　磁場検出手段からの信号に基づいて電流供給装置を制御する制御手段と、を具備するアクティブ磁場キャンセラであって、
    　制御手段が、一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流の大きさと他方のループコイルに流れる電流の大きさとの比率を一定にして、磁場検出手段によって検出される磁場変動を打ち消すようにその電流の大きさを制御するアクティブ磁場キャンセラ。
  2. 　前記一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流と他方のループコイルに流れる電流との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整可能に構成される請求項１に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
  3. 　前記磁場制御空間の外の所定の位置にある磁場発生源からの磁場であって検出手段の設置位置における磁場と前記磁場発生源からの磁場であって磁場変動を抑制したい目標位置における磁場との比率に基づいて前記一対のループコイルのうち一方のループコイルに流れる電流と他方のループコイルに流れる電流との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整可能に構成される請求項１または請求項２に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
  4. 　複数の前記磁場形成手段を具備し、各磁場形成手段の中心軸が互いに直交するように配置される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
  5. 　前記一対のループコイルの間隔が変更可能に構成される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアクティブ磁場キャンセラ。
  6. 　磁場制御空間を挟んで対向するように配置される一対のループコイルおよび一対のループコイルにそれぞれ電流を供給する電流供給装置からなる磁場形成手段と、
    　一対のループコイルの間に配置され、磁場制御空間の磁場を検出する一つの磁場検出手段と、
    　磁場検出手段からの信号に基づいて電流供給装置を制御する制御手段と、を具備するアクティブ磁場キャンセラであって、
    　磁場制御空間の外にある磁場発生源の磁場と磁場発生源からの磁場変動を抑制したい目標位置の磁場との比率に基づいて一対のループコイルのうち一方のループコイルの巻き数と他方のループコイルの巻き数との比率を変更して、一方のループコイルから発生する磁場の分布と他方のループコイルから発生する磁場の分布とから定まる磁場制御空間の磁場分布を調整し、制御手段が、磁場検出手段によって検出される磁場変動を打ち消すように一対のループコイルに流れる電流の大きさを制御するアクティブ磁場キャンセラ。
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