(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱状で高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームの磁気シールド特性を内部に設けられた磁気測定手段により測定する磁気シールド特性測定装置において、
前記磁気シールドルームの外部に設置されて磁界を発生し、評価用人工磁界として磁気シールドルームに印加する磁界発生手段と、
前記磁界発生手段の前記磁気シールドルームに対する向きを変更させて前記磁気シールドルームに印加する磁界の方向を任意に設定する磁界方向設定手段、とを設け、
前記磁気測定手段により磁界の漏れを測定することにより前記磁気シールドルームに印加された磁界の方向に対応した磁気シールド特性を測定することを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記磁界方向設定手段は、前記磁気シールドルームに印加される磁界の方向が前記磁気シールドルームの評価軸の方向となるように前記磁界発生手段の向きを設定することを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項３】
請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記磁界発生手段は、非磁性体で筒状のボビンと、このボビンの周囲に巻き回されるコイルを有し、このコイルに電流を供給することにより前記コイルの軸方向の磁界を発生することを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項４】
請求項３記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記磁界方向設定手段は、前記コイルの軸を前記磁気シールドルームの設置面に垂直な面方向に回転可能とする機構、前記コイルの軸を前記磁気シールドルームの設置面に平行な面方向に回転可能とする機構、前記コイルを前記磁気シールドルームの高さ方向に移動可能とする機構の少なくとも一つを有することを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項５】
請求項３記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記ボビンの筒状の内部に軟磁性材料を設けたことを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項６】
請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記磁界発生手段は、磁石と、この磁石の磁化方向と垂直な回転軸を中心として前記磁石を回転させる回転手段とを有し、この回転手段により前記磁石を回転させることにより前記磁化方向の磁界を発生することを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【請求項７】
請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、
前記磁界発生手段は、前記磁気シールドルームを中心とする対象な位置に２つ設置されることを特徴とする磁気シールド特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば微弱な脳磁場を計測する脳磁計測システム、心磁などの生体磁場計測システム、電子顕微鏡や電子ビーム露光装置等に使用される磁気シールドルームの外部磁気ノイズのシールド特性を測定する磁気シールド特性測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば脳から発生する磁場である脳磁や心臓から発生する心磁などの極めて微弱な生体磁気を、ＳＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）で計測するシステムでは、環境磁気雑音を磁気シールドルームで低減させるとともに、グラジオメータと呼ばれる差分ピックアップコイルを使って遠方から来る磁気変動ノイズを低減させている。
【０００３】
生体磁気計測用の磁気シールドルームは１ｍｍ厚の高透磁率パーマロイ板を２〜3枚重ねて１層、またはスペースを設けて2層以上としたパーマロイの壁と、渦電流を利用して磁気遮蔽効果を増すことと高周波磁気遮蔽を目的とするアルミや銅などの高導電率層をパーマロイ層間に入れた構造が一般的である。
そして、一般的な２層パーマロイの磁気シールドルームでは、生体磁気計測で重要な０．１Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数領域で数１００〜１０００分の１程度まで環境磁気雑音を低減させる。
【０００４】
一方、このような磁気シールドルームによるシールドばかりでなく、磁気シールドの低コスト化を図るため、以下の参考文献１〜３に記載されたアクティブ磁気シールド法が提案されている。
【０００５】
参考文献１：富田他  第15回日本生体磁気学会論文集Vol.13 No1,2000 p172-173
参考文献２：加藤他  第15回日本生体磁気学会論文集Vol.13 No1,2000 p170-171
参考文献３：栗城 北大電子科学研究所発行「電子科学研究」p18-23 平成12年。
【０００６】
参考文献１に開示されている手法は、磁気シールドルーム内に設置したＳＱＵＩＤマグネトメータをセンサとして使い、磁気シールドルーム周囲に巡らせたフィードバックコイルにキャンセル磁界を発生させ、磁気シールドルームに侵入する磁界を低減させようというものである。
【０００７】
参考文献２に開示されている手法は、磁気シールドルーム外壁の各面中央部に直交する方向に感度を持つようにフラックスゲート磁束計を張りつけて、各面に独立に設置されたフィードバックコイルにキャンセル磁界を発生させて、シールド効果を高めようというものである。
【０００８】
参考文献３のｐ２１図４には、誘導コイルを磁気シールドルームに巻いて、環境磁場変動によりコイルに誘起された電圧をフィードバック信号とする技術が開示されている。この場合、コイルに誘起される起電力は、面積に比例するため、磁気シールドルーム程度の大きさの面では数１０ターンの巻き数でフラックスゲート磁束計よりも十分な感度をえることができる。併せて、磁気シールドルームの磁界収束効果があるため高感度となる。
【０００９】
ところで、一般に磁気シールドルームは下記の参考文献４に示されたヘルムホルツ状コイルで磁気シールドルームを取り囲み、交流磁気外乱を与えてその磁気シールド性能が評価される。
参考文献４：ASTM A698/A 698M-92 Standard Test Method for Magnetic Shield Efficiency in attenuating Magnetic Fields'］
【００１０】
図８は従来の磁気シールド特性装置の構成概略を示す図である。
図８において、１は磁気シールドルーム、２は磁気シールドルーム１内に設けられる磁気センサ、３は磁気センサ２の出力を増幅する増幅器、４はヘルムホルツコイル、５はヘルムホルツコイル４に電流を供給するコイルドライバである。
【００１１】
そして、ヘルムホルツコイル４にコイルドライバ５からアンペアオーダの電流を流して変動磁場を磁気シールドルーム１に印加し、磁気センサ２の出力を増幅器３で増幅し、この信号に基づいて磁気シールドルーム１の磁気シールド特性として、例えばシールドファクタS（遮蔽率：磁気シールドルームの性能）を測定する。
【００１２】
磁気シールドルームの無い場合に検出されるであろう磁界強度をHo（コイル電流から算出される計算値）、磁気シールドルーム内で実際に計測された磁界HiからシールドファクタはS=Hi/Hoで表現される。これらの磁界は周波数の関数であり、直流を含む各周波数で定義可能で、磁気シールドルームの性能の指標とされている。また、一般的には、磁気シールドルームでは内部に磁場勾配が生じるため、磁気シールドルームの中心におけるシールドファクタで磁気シールドルームの性能を代表させる。
【００１３】
一方、上述のようなアクティブ磁気シールドにおいては、人工的な外乱を用いることなく、アクティブシールドのオン／オフ時の比較で磁気シールドの性能を示す場合がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
シールドファクタは磁気シールドルームの上下、左右、前後の3方向を評価軸として、夫々独立に計測しなければならない。
しかし、大型の計測用ヘルムホルツコイルを狭い室内に敷設するのは容易ではなく、場合によっては評価そのものが不可能になる。
また、単純な評価の場合、磁気シールドルームのドアが最もシールド性能を劣化させる要素である為、この面の評価で簡略化させてしまうこともあり、性能評価を一定の基準のもとで実施することが困難である。
【００１５】
ヘルムホルツコイルを人工的な外乱とするのは、磁気雑音の大きな成分である車の移動や電車などの大型構造物が発生させる磁気外乱をシミュレートすることを主目的としており、できるだけ空間的に均一な磁場の環境下で性能評価させようというものである。このことは遠隔地に磁場源を持ち、空間的に均一に近い外乱磁場に対する評価になっていると理解できる。
しかし、この計測法は比較的近くにある磁場源からの外乱は対象にしていないため、近くに磁場源がある場合の磁気シールドルーム内の特定位置でシールドファクタや磁気勾配を評価することはできない。
【００１６】
一方、ヘルムホルツコイルを使ったアクティブ磁気シールドの場合、近接した位置に外乱発生用の別のヘルムホルツコイルを設ける必要がある。
従って、参考文献２，３に示されるようにセンサが磁気シールドルーム外部にある場合、フィードバック用センサに勾配の大きな磁場を与えてしまので、アクティブシールドの正常な動作を妨げることとなり、磁気シールド特性を測定することは困難である。
【００１７】
また、開ループ式アクティブ磁気シールドの場合、センサの位置を含めて平行磁場を与えなければならないため、アクティブシールド用コイルに比べて十分大きなヘルムホルツコイルを設ける必要があるが、これは実現が困難である。
また、開ループ式アクティブ磁気シールドでは、センサから出力される磁場変動が最小となるようにキャンセル用のヘルムホルツコイルの各軸に流す電流設定用パラメータを調整しなければならないが、先に説明したように他のヘルムホルツコイルで磁場外乱を人工的に発生し得ないため、自然界のランダムな磁気雑音を信号にみたてて行わねばならない。ランダムな磁気雑音の変動は０．０１Hｚ程度の極低周波を扱う為、キャンセル磁場強度の調整は極めて困難となり人手では実施困難である。
【００１８】
このような磁気シールド特性の測定における問題点は、全てヘルムホルツコイルで人工磁場外乱を発生させることに起因しているものである。
【００１９】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ヘルムホルツコイルを使用することなく人工磁場外乱を磁気シールドルームに印加し、アクティブ磁気シールドを含む汎用的な磁気シールド特性を簡略な手法により測定することができる磁気シールド特性測定装置を実現することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、箱状で高透磁率部材からなる壁を有する磁気シールドルームの磁気シールド特性を内部に設けられた磁気測定手段により測定する磁気シールド特性測定装置において、前記磁気シールドルームの外部に設置されて磁界を発生し、評価用人工磁界として磁気シールドルームに印加する磁界発生手段と、前記磁界発生手段の前記磁気シールドルームに対する向きを変更させて前記磁気シールドルームに印加する磁界の方向を任意に設定する磁界方向設定手段、とを設け、前記磁気測定手段により磁界の漏れを測定することにより前記磁気シールドルームに印加された磁界の方向に対応した磁気シールド特性を測定することを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２１】
本発明の請求項２においては、請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、前記磁界方向設定手段は、前記磁気シールドルームに印加される磁界の方向が前記磁気シールドルームの評価軸の方向となるように前記磁界発生手段の向きを設定することを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２２】
本発明の請求項３においては、請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、前記磁界発生手段は、非磁性体で筒状のボビンと、このボビンの周囲に巻き回されるコイルを有し、このコイルに電流を供給することにより前記コイルの軸方向の磁界を発生することを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２３】
本発明の請求項４においては、請求項３記載の磁気シールド特性測定装置において、前記磁界方向設定手段は、前記コイルの軸を前記磁気シールドルームの設置面に垂直な面方向に回転可能とする機構、前記コイルの軸を前記磁気シールドルームの設置面に平行な面方向に回転可能とする機構、前記コイルを前記磁気シールドルームの高さ方向に移動可能とする機構の少なくとも一つを有することを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２４】
本発明の請求項５においては、請求項３記載の磁気シールド特性測定装置において、前記ボビンの筒状の内部に軟磁性材料を設けたことを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２５】
本発明の請求項６においては、請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、前記磁界発生手段は、磁石と、この磁石の磁化方向と垂直な回転軸を中心として前記磁石を回転させる回転手段とを有し、この回転手段により前記磁石を回転させることにより前記磁化方向の磁界を発生することを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２６】
本発明の請求項７においては、請求項１記載の磁気シールド特性測定装置において、前記磁界発生手段は、前記磁気シールドルームを中心とする対象な位置に２つ設置されることを特徴とする磁気シールド特性測定装置である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
尚、以下の図面において、図８と重複する部分は同一番号を付してその説明は適宜に省略する。
図１は本発明による磁気シールド特性測定装置の構成概略図である。
図１において、６は筒状のボビンにコイルが巻き回された磁界発生手段、７はボビンに巻き回されたコイルに電流を供給するコイルドライバ、８は磁界方向設定手段である。
【００２８】
図２は磁界発生手段の断面図である。
図２において、例えばエポキシ樹脂、紙等の非磁性体材料からなる筒状のボビン６ａの周囲にコイル６ｂが巻き回されており、内部には例えばパーマロイ等の高飽和磁束密度の軟磁性材料からなる筒状の軟磁性板６ｃが設けられている、
尚、ボビン６ａ自体を高飽和磁束密度の軟磁性材料により構成するようにしても良い。
【００２９】
図３は磁界方向設定手段の詳細を説明するための図である。
図３において、磁界方向設定手段８は、支持棒８ａ、支持棒８ａの上部に設けられた回転軸８ｂ、回転台８ｃ、脚付固定台８ｄを有している。
【００３０】
磁界発生手段６のボビン６ａは回転軸８ｂに固定されて支持棒８ａに支持されており、ボビン６ａを回転軸８ｂを中心として回転させることにより、コイル６ｂの軸を磁気シールドルーム１の設置面に垂直な面方向に回転させることが可能である。
【００３１】
そして、回転台８ｃは、支持棒８ａをその長手方向の軸を中心として回転させる機構であり、回転台８ｃを回転させることによりコイル６ｂの軸を磁気シールドルーム１の設置面に平行な面方向に回転させることが可能である。
【００３２】
また、支持棒８ａは、上下移動可能に脚付固定台８ｄに支持されており、支持棒８ａを上下移動させることにより、コイル６ｂの位置を磁気シールドルーム１の高さ方向に移動させることが可能である。
【００３３】
次に、本発明による磁気シールド特性測定装置の動作について説明する。
まず、磁界発生手段６のボビン６ａを回転軸８ｂを中心として回転させると共に回転台８ｃを回転させてコイル６ｂの軸方向が所望の評価軸の方向となるようにボビン６ａの位置を設定し、コイル６ｂの高さが磁気センサ２の高さとほぼ同じ高さとなるように支持棒８ａを上下方向に移動させてボビン６ａを固定する。
【００３４】
例えば、磁気シールドルーム１の評価軸を紙面の左右方向とする場合、図１に示したようにコイル６ｂの軸方向が紙面の左右方向となるように磁界発生手段６の向き及び位置を設定する。
そして、評価軸を磁気シールドルーム１の設置面に垂直方向（上下方向）とした場合は、図４に示すようにボビン６ａを図１に示した位置から回転軸８ｂを中心として９０度回転させて、コイル６ｂの軸方向が磁気シールドルーム１の設置面に垂直方向となるよう磁界発生手段６の向き及び位置を設定する。
また、評価軸を図１の紙面に垂直な方向（前後方向）とする場合は、図１に示した状態から回転台８ｃを９０度回転させれば良い。
【００３５】
そして、コイル６ｂにコイルドライバ７により電流を供給すると、コイル６ｂは励磁されると共に軟磁性板６ｃが磁化されてコイル６ｂの軸方向の回転磁界が発生し、磁気シールドルーム１に印加される。
この場合、発生する磁界の強度は軟磁性板６ｃの透磁率に応じて増倍されるので、高磁界が磁気シールドルーム１に印加される。
【００３６】
また、生体磁気で意味のあるのある領域である低域（０．０１Ｈｚ〜１Ｈｚ程度）から高域（１Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度）において、軟磁性板６ｃに発生する渦電流は小さいため、磁化特性が劣化することなく高磁界を磁気シールドルーム１に印加することができる。
【００３７】
例えば図１に示した場合は、紙面の左右方向の磁界が評価用人工磁界として磁気シールドルーム１に印加され、図４に示した場合は、磁気シールドルーム１の設置面に垂直方向の磁界が評価用人工磁界として磁気シールドルーム１に印加される。
そして、磁気シールドルーム１内に設置された磁気センサ２により印加された磁界の漏れを検出して増幅器３で増幅し、評価軸に対する磁気シールド特性を測定する。
【００３８】
尚、磁界発生手段６及び磁界方向設定手段８を、磁気シールドルーム１の寸法に対して十分離れた位置に配置することにより、平行磁場をシミュレートすることが可能である。
また、近接磁場の影響によるシールド特性を評価する場合は、磁界発生手段６及び磁界方向設定手段８は小型なので、それらを評価したい距離まで容易に移動させて特性を評価することができる。
【００３９】
また、図５及び図６に示すように、磁気シールドルーム１の中心を軸対象とする反対側の位置に同一形状、同一方向の磁界発生手段６及び磁界方向設定手段８をもう１組設置して、それぞれのコイルに同一位相、同一振幅の電流を印加することにより、磁界発生手段６と磁気シールドルーム１の間の距離をあまり大きくとらなくても、磁気シールドルーム１の評価面内で比較的均一な磁場を得ることができる。
【００４０】
図７は、磁石を用いて磁界発生手段を構成した場合を示す図であり、強力な磁石を磁気ダイポールに見たてて、機械的な回転で回転磁界を得るものである。
図７において、９はサマルイウムコバルトやネオジウムマグネットなどの材質で矢印方向に磁化された磁石である。
この磁石９は単極でも複数極でも良く、磁極面積を広げた磁気モーメントの大きな磁石が選択される。
【００４１】
１０は磁石９を固定する非磁性の固定具、１１は固定具１０に接続された回転軸、１２は回転軸１１を安定にするための軸受け、１３は回転軸１１を支える為の非磁性の材質で組上げられたハウジング、１４は磁石を回転駆動させる回転手段としてのモータである。
【００４２】
このように構成された磁界発生手段を図３に示した磁界方向設定手段８の支持棒８ａに固定し、磁化方向が評価軸の方向となるように磁石の位置を設定し、モータ１４によって磁石９を回転させて磁化方向の磁場を発生させることにより、先に説明したコイルによって磁場を印加させた場合と同様に磁気シールドルーム１に評価用人工磁界を印加して、磁気シールド特性を測定することができる。
この場合、コイルを使用した場合のように大電流を使用することなく、大きな回転磁界を得ることができる。
【００４３】
また、コイルを使用して比較的高い周波数の磁界を得ようとした場合は、コイルのインダクタンスと容量で規定される共振周波数の影響で非常に大きな電流をコイルに供給する必要がある。しかし、磁石を使用する場合、電気的な共振周波数の影響がないため、磁極の数を増やすことにより例えば１００ｋＨｚ程度の高い周波数の磁界を発生させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、大型のヘルムホルツコイルを使用することなく、小型の磁界発生手段により評価用人工磁場を発生させ、磁界の方向を評価軸の方向となるように磁界方向設定手段により磁界発生手段の方向、位置を設定するようにしたので、磁気シールドルームの上下、左右、前後等の評価軸に対応したシールド特性を容易に測定することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、装置が小型で容易に移動させることができるので、磁界発生手段及び磁界方向設定手段を、磁気シールドルームの寸法に対して十分離れた位置に配置することにより、平行磁場をシミュレートすることが可能となり、また、磁界発生手段及び磁界方向設定手段を磁気シールドルームに近接させて配置することにより、近接磁場の影響によるシールド特性を容易に評価することができる。
【００４６】
また、本発明によれば、磁界発生手段を磁気シールドルームを中心とする対象な位置に２つ設置するようにしたので、磁界発生手段と磁気シールドルームの間の距離をあまり大きくとらなくても、磁気シールドルームの評価面内で比較的均一な磁場を得ることができる。
【００４７】
また、本発明によれば、磁界発生手段を磁石を用いて構成するようにしたので、大電流を使用することなく、高い周波数で大きな磁界を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気シールド特性測定装置の構成概略図である。
【図２】ボビンとコイルで構成された磁界発生手段の断面図である。
【図３】磁界方向設定手段の詳細を説明するための図である。
【図４】ボビンを図１に示した位置から回転軸を中心として９０度回転させた場合を示す図である。
【図５】２つのコイルを対象な位置に設置した場合を示す図である。
【図６】２つのコイルを対象な位置に設置した場合を示す図である。
【図７】磁石を用いた磁界発生手段の構成を示す図である。
【図８】従来の磁気シールド特性測定装置の構成概略図である。
【符号の説明】
１  磁気シールドルーム
２  磁気センサ
６  磁界発生手段
６ａ  ボビン
６ｂ  コイル
６ｃ  軟磁性板
８  磁界方向設定手段
８ａ  支持棒
８ｂ  回転軸
８ｃ  回転台
８ｄ  脚付固定台
９  磁石
１１  回転軸
１４  モータ
【図１】
0003693165.tif 000002
【図２】
0003693165.tif 000003
【図３】
0003693165.tif 000004
【図４】
0003693165.tif 000005
【図５】
0003693165.tif 000006
【図６】
0003693165.tif 000007
【図７】
0003693165.tif 000008
【図８】
0003693165.tif 000009