(57)【要約】【課題】装置の設置・組み立ての際に磁気センサの軸方向の微調整を必要としない、簡便に設置可能な磁気キャンセラ装置を提供する。【解決手段】磁気キャンセラ装置が備える磁場発生手段（２）に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段（１）により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数として求め記憶し、磁場測定手段（１）により測定された磁場変動のＸ軸成分ΔＢｘ、Ｙ軸成分ΔＢｙ、および、Ｚ軸成分ΔＢｚから、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段（２Ｘ）に対する電流供給量Ｉｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段（２Ｙ）に対する電流供給量Ｉｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段（２Ｚ）に対する電流供給量Ｉｚを、記憶された補正係数から算出し、磁場発生手段（２）に供給する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境雑音である磁場変動のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を測定する磁場測定手段と、対向する２つの四角形ヘルムホルツコイルからなる磁場変動をキャンセルするための磁場発生手段と、磁場測定手段により得られた測定値に基づき磁場発生手段に供給される電流供給量を制御する電流供給量制御手段とからなり、
３体の磁場発生手段の中心軸方向が、直交するＸ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸のそれぞれに一致するようにして直方体状に組み合わせることにより形成される空間に磁場測定手段が設置されている磁気キャンセラ装置であって、
電流供給量制御手段が、
まず、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｘ、Ｙｘ、および、Ｚｘとして求め、次いで、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｙ、Ｙｙ、および、Ｚｙとして求め、次いで、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｚ、Ｙｚ、および、Ｚｚとして求め、これらの補正係数を記憶しておく、補正係数算出手段と、
磁場測定手段により測定された磁場変動のＸ軸成分ΔＢｘ、Ｙ軸成分ΔＢｙ、および、Ｚ軸成分ΔＢｚから、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｚを、補正係数算出手段に記憶された補正係数から
【数１】
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として算出し、磁場発生手段に供給する電流供給量設定手段とを備えることを特徴とする磁気キャンセラ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気キャンセラ装置に関するものである。さらに詳しくは、磁気センサで対照となる空間の変動磁場を計測・解析し、３対のヘルムホルツコイル対によりこれらの変動磁界を打ち消すように磁場を発生させ、安定した磁場環境を構築する磁気キャンセラ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体磁気測定や電子顕微鏡などの動作は、地磁気や自動車の動きなどに起因する外部磁場の変動により妨害されることから、この外部磁場変動の影響を遮断するために、これらの装置は、パーマロイ等の強磁性体で作られた磁気シールドルーム内に設置されて使用される。しかし、パーマロイ等の強磁性体は極めて高価であり、重量も大きく、さらには、十分な磁気遮蔽を行うためには遮蔽層を多重に設ける必要がある。そのため、例えば、建物の２階以上の高層においては、磁気遮蔽体を事実上設置できない等の問題があった。
【０００３】
この問題を解決する手段として、磁気キャンセラ装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。この磁気キャンセラ装置においては、一般に、３軸方向にそれぞれ対向するに設置された３対のヘルムホルツコイルと、これらのヘルムホルツコイル内に設置された３方向成分の磁場を測定する磁気センサとから構成されている。磁気センサにおいては外部磁場の変動信号を取得し、それを打ち消すような電流をヘルムホルツコイルに流すことにより、ヘルムホルツコイル内の磁気センサ近傍を目標範囲として、その目標範囲における外部磁場の変動を低減することを、動作原理としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０９４２８０公報（第１−５頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、磁気キャンセラ装置においては、磁気センサにより測定される外部磁場の変動をヘルムホルツコイルに対する電流量にフィードバックすることにより、ヘルムホルツコイル内の外部磁場変動をキャンセルし、アクティブな磁気シールドとして作用するものである。しかしながら、実際に装置を構成する上で、磁気センサの３成分の軸方向（ここで、直行する水平方向のＸ軸−Ｙ軸２成分および垂直方向のＺ軸１成分とする）と、対向する３対のヘルムホルツコイルのそれぞれの法線方向とを、厳密に合致させる必要があることが問題となる。例えば、磁気センサによりＸ軸方向の磁場変動を検知した場合、Ｘ軸方向に法線を有するヘルムホルツコイルに電流を流すことで、磁場変動をキャンセルすることになるが、このとき、ヘルムホルツコイルの法線方向がＸ軸方向に厳密に一致していない場合には、このヘルムホルツコイルにより発生する磁場が、Ｙ軸およびＺ軸の磁場を検知するための磁気センサに影響し、その結果、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に法線を有するヘルムホルツコイルからも磁場が発生することとなってしまう。
【０００６】
このような問題を解決するために、磁気キャンセラ装置の設置・組み立ての際に、磁気センサの軸方向を手作業により微調整していたが、実際には、設置要員の経験や勘に頼るところが多く、また、調整作業にも多くの時間を要していた。
【０００７】
そこで、本発明は、装置の設置・組み立ての際に磁気センサの軸方向の微調整を必要としない、簡便に設置可能な磁気キャンセラ装置を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明の磁気キャンセラ装置は、環境雑音である磁場変動のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を測定する磁場測定手段と、対向する２つの四角形ヘルムホルツコイルからなる磁場変動をキャンセルするための磁場発生手段と、磁場測定手段により得られた測定値に基づき磁場発生手段に供給される電流供給量を制御する電流供給量制御手段とからなり、３体の磁場発生手段の中心軸方向が、直交するＸ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸のそれぞれに一致するようにして直方体状に組み合わせることにより形成される空間に磁場測定手段が設置されている磁気キャンセラ装置であって、電流供給量制御手段が、まず、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｘ、Ｙｘ、および、Ｚｘとして求め、次いで、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｙ、Ｙｙ、および、Ｚｙとして求め、次いで、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｚ、Ｙｚ、および、Ｚｚとして求め、これらの補正係数を記憶しておく、補正係数算出手段と、磁場測定手段により測定された磁場変動のＸ軸成分ΔＢｘ、Ｙ軸成分ΔＢｙ、および、Ｚ軸成分ΔＢｚから、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｚを、補正係数算出手段に記憶された補正係数から
【０００９】
【数２】
2005044826.tif 000003
【００１０】
として算出し、磁場発生手段に供給する電流供給量設定手段とを備えるようにしたものである。
【００１１】
本発明によれば、装置の設置・組み立ての際に磁気センサの軸方向の微調整を必要としない、簡便に設置可能な磁気キャンセラ装置が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、環境雑音である磁場変動のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を測定する磁場測定手段と、対向する２つの四角形ヘルムホルツコイルからなる磁場変動をキャンセルするための磁場発生手段と、磁場測定手段により得られた測定値に基づき磁場発生手段に供給される電流供給量を制御する電流供給量制御手段とからなり、３体の磁場発生手段の中心軸方向が、直交するＸ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸のそれぞれに一致するようにして直方体状に組み合わせることにより形成される空間に磁場測定手段が設置されている磁気キャンセラ装置であって、電流供給量制御手段が、まず、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｘ、Ｙｘ、および、Ｚｘとして求め、次いで、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｙ、Ｙｙ、および、Ｚｙとして求め、次いで、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｚ、Ｙｚ、および、Ｚｚとして求め、これらの補正係数を記憶しておく、補正係数算出手段と、磁場測定手段により測定された磁場変動のＸ軸成分ΔＢｘ、Ｙ軸成分ΔＢｙ、および、Ｚ軸成分ΔＢｚから、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段に対する電流供給量Ｉｚを、補正係数算出手段に記憶された補正係数から
【００１３】
【数３】
2005044826.tif 000004
【００１４】
として算出し、磁場発生手段に供給する電流供給量設定手段とを備えることを特徴としたもので、装置の設置・組み立ての際に磁気センサの軸方向の微調整を必要としない簡便な設置が可能となる作用を有する。
【００１５】
【実施の形態】
本発明の磁気キャンセラ装置においては、図１に示すように、環境雑音である磁場変動のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を測定する磁場測定手段（１）と、磁場変動をキャンセルする対向する２つの四角形ヘルムホルツコイルからなる磁場発生手段（２）と、磁場測定手段により得られた測定値に基づき磁場発生手段に供給される電流供給量を制御する電流供給量制御手段（３）とから構成される。３体の磁場発生手段（２）は、それらの中心軸方向が、直交するＸ軸、Ｙ軸、および、Ｚ軸のそれぞれに一致するように直方体状に組み合わせられており、直方体内部に形成される空間に磁場測定手段が設置されている。
【００１６】
本発明の磁気キャンセラ装置においては、電流供給量制御手段（３）が、補正係数算出手段（４）と電流供給量設定手段（５）とから構成されている。
【００１７】
補正係数算出手段（４）においては、以下の手順により、３体の磁場発生手段（２）について、供給電流値の変化に対して発生される磁場の変化率が求められる。
【００１８】
まず、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段（２Ｘ）に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｘ、Ｙｘ、および、Ｚｘとして求める。次いで、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段（２Ｙ）に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｙ、Ｙｙ、および、Ｚｙとして求める。さらに、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段（２Ｚ）に電流を供給したときに生成する磁場を磁場測定手段により測定し、電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率を、それぞれ、補正係数Ｘｚ、Ｙｚ、および、Ｚｚとして求める。そして、これらの補正係数を記憶しておく。
【００１９】
そして、電流供給量設定手段（５）においては、補正係数算出手段（４）に記憶された補正係数を用いて、磁場測定手段（１）により測定された磁場変動のＸ軸成分ΔＢｘ、Ｙ軸成分ΔＢｙ、および、Ｚ軸成分ΔＢｚから、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段（２Ｘ）に対する電流供給量Ｉｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段（２Ｙ）に対する電流供給量Ｉｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段（２Ｚ）に対する電流供給量Ｉｚを、算出する。電流供給量Ｉｘ、Ｉｙ、および、Ｉｚは、次式
【００２０】
【数４】
2005044826.tif 000005
【００２１】
により算出され、磁場発生手段（２）には、これらの電流供給量の電流が供給され、磁場変動のキャンセルが行われる。
【００２２】
本発明の磁気キャンセラ装置においては、上記の通り、従来手作業で行われていた磁場測定手段と磁場発生手段との間の位置校正を自動化するものであるから、従来の磁気キャンセラ装置と比較して、設置工期を短縮することが可能となる。設置の簡便化が図られることにより、磁場測定手段の配置変更や装置設置場所の環境変化に関しても、ユーザーサイドでの対応が容易であり、運用・メンテナンスのコストも削減できる。
【００２３】
以上は、本発明における形態の一例であり、本発明がこれらに限定されることはなく、その細部について様々な形態をとりうることが考慮されるべきであることは言うまでもない。
【００２４】
この出願の発明は、以上の特徴を持つものであるが、以下に実施例を示し、さらに具体的に説明する。
【００２５】
【実施例】
本発明の磁気キャンセラ装置においては、まず、電源投入後、回路が安定するまでの間、数秒間待機し、次いで、磁場測定手段により周辺の環境磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を測定する。環境磁場の測定は、数秒間で複数サンプルのデータ取得を行い、各軸の成分について平均値を算出し、基準値Ｂｘｓ、Ｂｙｓ、および、Ｂｚｓとして設定する。以下の測定においては、測定値から基準値を差し引いた値を使用するものとする。すなわち、測定される磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分を、それぞれＢｘｏ、Ｂｙｏ、および、Ｂｚｏとすると、以下で示す計算において用いられる値であるＢｘ、Ｂｙ、および、Ｂｚは、それぞれ、
【００２６】
【数５】
2005044826.tif 000006
【００２７】
と、求められる。
【００２８】
以下に、補正係数算出手段において行われる補正係数の算出過程について説明する。
【００２９】
補正係数の算出過程においては、まず、磁場発生手段に供給される電流を複数段階に変化させ、各段階において発生する磁場の強度を磁場測定手段により測定する。このとき、磁場発生手段に対する電流の供給は、１体ずつ行われ、各磁場発生手段が単独で発生する磁場の強度が測定されることとなる。また、測定される磁場の強度は、３軸成分について、それぞれ測定される。磁場発生手段に供給される電流は複数段階に変化されるが、少なくとも２段階以上、好適には２０段階以上に変化される。
【００３０】
供給された供給電流値と測定された磁場の強度とからなる複数組のデータは、最小自乗法により直線近似され、求められた回帰直線の傾きが補正係数として記録される。求められる補正係数は、中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段における電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率であるＸｘ、Ｙｘ、および、Ｚｘ、中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段における電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率であるＸｙ、Ｙｙ、および、Ｚｙ、および、中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段における電流の供給量の変化に対する磁場のＸ軸成分、Ｙ軸成分、および、Ｚ軸成分の変化率であるＸｚ、Ｙｚ、および、Ｚｚの９個である。
【００３１】
補正係数の算出過程において求められた以上の補正係数を用いることで、磁場発生手段への供給電流値と磁場発生手段により発生する磁場の強度との関係を次式により表すことが可能となる。
【００３２】
【数６】
2005044826.tif 000007
【００３３】
以上の補正係数の算出過程において求められた補正係数からなる３行３列の行列は、１体の磁場発生手段に電流を供給した場合の３軸方向で測定される磁場の強度を示している。この補正係数からなる行列は、磁場発生手段と磁場測定手段との間の軸のずれなどの要素を含むものであり、例えば、磁場発生手段と磁場測定手段との間の軸のずれが全くない場合には、Ｘ軸を中心軸とする磁場発生手段により発生する磁場は、磁場測定手段においてＸ軸成分においてのみ測定され、Ｙ軸成分およびＺ軸成分は測定されないことから、
【００３４】
【数７】
2005044826.tif 000008
【００３５】
となる。実際には、磁場発生手段と磁場測定手段との間の３軸方向のずれを完全に無くすことは困難である。
【００３６】
また、磁場発生手段に正の値の電流を流した場合に、測定される磁場の強度が増えるような場合には、補正係数の値は正の値となり、逆に、測定される磁場の強度が減ずるような場合には、補正係数の値は負の値となる。
【００３７】
本発明の磁気キャンセラ装置では、磁場測定手段において変動磁場の強度を測定し、電流供給量設定手段において、測定された磁場変動をキャンセルするために必要な各磁場発生手段への電流の供給量Ｉｘ、Ｉｙ、および、Ｉｚを算出している。測定された磁場変動をキャンセルするために供給される電流の供給量Ｉｘ、Ｉｙ、および、Ｉｚは、上記式（ＩＩ）の補正係数からなる行列の逆行列を用いて、次式
【００３８】
【数８】
2005044826.tif 000009
【００３９】
と求められる。ただし、ΔＢｘ、ΔＢｙ、および、ΔＢｚは測定される磁場変動であり、
【００４０】
【数９】
2005044826.tif 000010
【００４１】
である。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、本発明によれば、装置の設置・組み立ての際に磁気センサの軸方向の微調整を必要としない、簡便に設置可能な磁気キャンセラ装置が提供される。
【００４３】
すなわち、本発明の磁気キャンセラ装置においては、磁場発生手段と磁場測定手段との軸の配向関係が任意であることから、設置における手間を大幅に省くことが可能となり、工期の短縮が実現する。設置後において、磁場測定手段の配置の移動や電気機器の設置による磁場環境の変化が生じた場合であっても、ユーザーサイドでの対応が可能であり、メンテナンスも簡便であることから、その実用化が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気キャンセラ装置の構成の一例について示した概要図である。
【符号の説明】
１  磁場測定手段
２  磁場発生手段
３  電流供給量制御手段
４  補正係数算出手段
５  電流供給量設定手段
２Ｘ  中心軸方向がＸ軸方向である磁場発生手段
２Ｙ  中心軸方向がＹ軸方向である磁場発生手段
２Ｚ  中心軸方向がＺ軸方向である磁場発生手段
【図１】
2005044826.tif 000012