磁気シールド装置
【課題】パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用させることにより広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮する、低コストかつ制御が容易な磁気シールド装置を提供する。
【解決手段】磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気センサー１４が設けられ、磁気シールド壁１２の外側にコイル１６が設けられている。そして、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を磁気センサー１４によって計測し、この磁気センサー１４から出力された参照信号に基づいて、制御手段１８により低周波逆位相信号Ｐ２と位相調整信号Ｑ５とを合成した信号を電流に変換してコイル１６に流す。これにより、コイル１６から磁界を発生させて磁気ノイズを抑制し、磁気遮蔽効果を発揮させることができる。
【解決手段】磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気センサー１４が設けられ、磁気シールド壁１２の外側にコイル１６が設けられている。そして、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を磁気センサー１４によって計測し、この磁気センサー１４から出力された参照信号に基づいて、制御手段１８により低周波逆位相信号Ｐ２と位相調整信号Ｑ５とを合成した信号を電流に変換してコイル１６に流す。これにより、コイル１６から磁界を発生させて磁気ノイズを抑制し、磁気遮蔽効果を発揮させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用した磁気シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境磁気ノイズ（以降、磁気ノイズと記載する）に影響を受け易い電子線描画装置や電子顕微鏡等は、一般に、この磁気ノイズを減衰するパッシブ方式の磁気シールドルーム内に設置して使用される。通常、パッシブ方式の磁気シールドルームは、パーマロイに代表される高透磁性体の壁で覆われている。
【０００３】
磁気ノイズの主な成分としては、電車、自動車、エレベータ等から発生する低周波磁界（３０Ｈｚ以下）、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界が挙げられる。
【０００４】
なお、商用周波数の値は、糸魚川〜富士川を結んだ境界線から東側が５０Ｈｚ、西側が６０Ｈｚとなっている。よって、東側の２倍周波数は１００Ｈｚ、３倍周波数は１５０Ｈｚとなり、西側の２倍周波数は１２０Ｈｚ、３倍周波数は１８０Ｈｚとなる。
【０００５】
近年の磁気シールドルームには、より高い磁気遮蔽性が求められている。また、パッシブ方式の磁気シールドルームにおいて渦電流による磁気遮蔽性が期待できる５０Ｈｚ以上の磁気ノイズの磁束密度は一般に大きい。
【０００６】
よって、パッシブ方式の磁気シールドルームの場合、磁気遮蔽性を向上させるためには、壁を構成する高透磁性体の層数や厚みを増やす必要がある。しかし、高透磁性体の層数や厚みを増やすとコスト高になり、施工手間もかかってしまう。
【０００７】
そこで、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すような、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００にアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０を併用して、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００の磁気遮蔽性を向上させる方法が提案されている。
【０００８】
アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０では、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００に磁気補償コイル２０２が配置されている。
【０００９】
図８（Ａ）に示すように、図７（Ａ）〜（Ｄ）のアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０に設けられた磁気ノイズ計測用参照センサー（以降、磁気センサー２１２と記載する）で計測された磁気ノイズ（信号Ｒ１）に基づいて、この磁気ノイズを相殺する逆位相の磁界（信号Ｒ２）を発生させるように、制御装置２１４によって電流を磁気補償コイル２０２に流す。これにより、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００の磁気遮蔽性を向上させることができる。
【００１０】
なお、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の外壁を囲むように磁気シールドルーム２００の外部に配置されており、図７（Ｃ）では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の内壁に沿って磁気シールドルーム２００の内部に配置されている。
【００１１】
また、図７（Ａ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００から離れた外部に配置され、図７（Ｂ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００の天井壁近傍の外側に配置され、図７（Ｃ）、（Ｄ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００の内部に配置されている。
【００１２】
ここで、アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０は、低周波磁界に対しては、周波数が低いために磁気ノイズを相殺する逆位相の磁界（信号Ｒ２）の位相遅れの影響は少なく、図８（Ａ）に示した磁気遮蔽効果を十分に発揮することができる。
【００１３】
しかし、アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２１０は、商用周波数以上の高い周波数の磁気ノイズ成分に対しては、磁気シールドルーム２００の壁面に生じる渦電流効果によって、図８（Ｂ）に示すように、磁気ノイズを相殺する磁界（信号Ｒ３）の位相遅れが大きくなって十分な磁気遮蔽効果が得られず、逆に磁気ノイズが増幅されてしまう場合もある。
【００１４】
特に、生体磁気計測用の磁気シールドルームでは、パッシブ方式の磁気シールドルームとしての磁気遮蔽性を高めるために、パーマロイ等の高透磁性層にアルミニウムや銅等の導電層を組み合わせた壁を用いることが多いので、渦電流効果が大きくなり、磁気ノイズを相殺する磁界の位相は大きく遅れてしまう。
【００１５】
図９は、厚さ１ｍｍのパーマロイの壁で囲まれた１．８ｍ角の磁気シールドルームにおいて、この磁気シールドルームの外側に設けられた磁気補償コイルから磁界を発生させた場合の周波数に対する位相遅れを示したものである。図９には、有限要素法を用いた三次元磁界解析によって求めた計算値Ｓ１と、実験による計測値Ｓ２が示されている。
【００１６】
計算値Ｓ１及び計測値Ｓ２より、磁気補償コイルから発生させる磁気ノイズを相殺する磁界の周波数が大きくなると共に位相遅れも大きくなり、特に、１０Ｈｚを超えた周波数から急激に増加していることがわかる。
【００１７】
図７（Ｃ）に示すように、アクティブ磁気シールド装置２０８では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の内部にあるので、磁気補償コイル２０２から発生させる磁界に大きな位相遅れは生じないが、磁気補償コイル２０２自体が新たな磁気ノイズ源となってしまう。
【００１８】
また、磁気補償コイル２０２に電力を供給する電力線を磁気シールドルーム２００の外部から内部に引き込むことになるので、生体磁気計測等に大きな影響を及ぼす高周波の電磁ノイズを磁気シールドルーム２００内に誘導してしまうことが問題となる。
【００１９】
さらに、アクティブ磁気シールド装置２０８では、磁気補償コイル２０２を磁気シールドルーム２００の外部に配置した場合に比べて、磁気補償コイル２０２から発生させる磁界を磁気シールドルーム２００内の広い領域に均一に分布させることができない。よって、磁気シールドルーム２００内において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所が限定されてしまう。
【００２０】
このようにアクティブ磁気シールド装置２０８は、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームとしては適さない。
【００２１】
図１０に示すように、特許文献１のアクティブ磁気シールド装置２２６では、磁気シールドルーム２２８近傍の外部にヘルムホルツコイル２３０Ａ、２３０Ｂが配置されている。また、この磁気シールドルーム２２８の遠方にはフラックスゲート磁束計２３２が配置されている。
【００２２】
そして、環境磁界の変動成分をフラックスゲート磁束計２３２で計測し、この計測した磁界の感度方向とヘルムホルツコイル２３０Ａ、２３０Ｂから発生させる磁界発生方向を一致させて環境磁界を相殺する。これによって、磁気シールドルーム２２８の磁気遮蔽性を向上させることができる。
【００２３】
しかし、商用周波数磁界などの比較的高い周波数の磁気ノイズを発生させる電線や機器等の磁気ノイズ源が、磁気シールドルーム２２８周辺の外部に点在する場合、これらの磁気ノイズ源から発生する磁気ノイズは、磁気シールドルーム２２８の遠方を走行する電車や自動車から発生するような低い周波数の磁気ノイズに比べて空間的に一様ではない。
【００２４】
よって、このような高い周波数の磁気ノイズ源が点在する環境下で特許文献１のアクティブ磁気シールド装置２２６を用いた場合、外部に配置された磁気センサーとしてのフラックスゲート磁束計２３２では、このフラックスゲート磁束計２３２から離れた地点の磁気ノイズ源に起因する磁気ノイズを正確に計測することはできない。
【００２５】
また、磁気シールドルーム２２８の壁近傍の外側にフラックスゲート磁束計２３２を配置した場合には、磁気シールドルーム２２８を介して反対側の空間（例えば、ヘルムホルツコイル２３０Ａ側にフラックスゲート磁束計２３２を配置した場合には、ヘルムホルツコイル２３０Ｂ側の空間）に存在する磁気ノイズを計測することはできない。
【００２６】
図１１に示すように、特許文献２のアクティブ磁気シールド装置２３４では、高透磁性体からなる電磁シールド壁２３６に覆われた磁気シールドルーム２３８の内部に磁気センサー２４０を配置している。また、磁気シールドルーム２３８の内部の磁気変動を抑えるように、磁気シールドルーム２３８の各面に電磁コイル２４２が配設されている。各電磁コイル２４２には、独立して所望の電流を流すことができる。
【００２７】
そして、磁気センサー２４０による計測で得られた磁気変動の量をもとに、コントローラにより、この磁気変動を相殺するように各電磁コイル２４２に独立して所望の電流を流す。これによって、磁気シールドルーム２３８の内部の磁気変動を抑えることができる。
【００２８】
しかし、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）のアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２１０と同様に、商用周波数以上の周波数の磁気ノイズ成分に対しては、図１１の磁気シールドルーム２３８の壁面に生じる渦電流効果によって、磁気ノイズを相殺するために電磁コイル２４２から発生させる磁界の位相遅れが大きくなり、十分な磁気遮蔽性が得られない。
【００２９】
ここで、壁面に生じる渦電流効果による位相遅れを考慮した電流を電磁コイル２４２に流すことが考えられる。しかし、この位相遅れは周波数毎に大きく異なるので、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮させる場合には、周波数毎に電磁コイルを複数配設し、周波数毎の位相遅れを考慮した電流をそれぞれの電磁コイルに流さなければならない。よって、コストが高くなり、電磁コイルに電流を流す制御も複雑になってしまう。
【特許文献１】特開２００２−２５７９１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４３８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は係る事実を考慮し、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用させることにより広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮する、低コストかつ制御が容易な磁気シールド装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
請求項１に記載の発明は、磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間と、前記磁気シールド壁の外側に設けられたコイルと、前記磁気遮蔽空間の内部に設けられ、前記磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する磁気センサーと、前記コイルに電流を流して該コイルから発生させる磁界を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記参照信号から第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する低域通過フィルタ手段と、前記低周波信号を前記低周波信号の位相を反転させた低周波逆位相信号に変換する低周波位相反転手段と、前記参照信号から前記第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する帯域通過フィルタ手段と、前記高周波信号を前記高周波信号の位相を反転させた高周波逆位相信号に変換する高周波位相反転手段と、前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値と前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した位相遅れ予測時間以上でありかつ前記高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、前記位相遅れ予測時間を引いた位相調整時間だけ、前記高周波逆位相信号の位相を遅らせて前記高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する位相調整手段と、前記低周波逆位相信号と前記位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して前記コイルに流す電流供給手段と、を有することを特徴としている。
【００３２】
請求項１に記載の発明では、磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間の内部に磁気センサーが設けられている。この磁気センサーは、磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測し、参照信号として出力する。
【００３３】
また、磁気シールド壁の外側にはコイルが設けられている。
【００３４】
そして、このコイルに電流を流してこのコイルから発生させる磁界を制御手段が制御する。
【００３５】
制御手段は、低域通過フィルタ手段、低周波位相反転手段、帯域通過フィルタ手段、高周波位相反転手段、位相調整手段、及び電流供給手段を有する。
【００３６】
低域通過フィルタ手段では、磁気センサーより出力された参照信号から、第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する。
【００３７】
低周波位相反転手段では、低周波信号の位相を反転させた信号である低周波逆位相信号に低周波信号を変換する。
【００３８】
帯域通過フィルタ手段では、磁気センサーより出力された参照信号から、第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する。
【００３９】
高周波位相反転手段では、高周波信号の位相を反転させた信号である高周波逆位相信号に高周波信号を変換する。
【００４０】
位相調整手段では、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ時間の予測値とコイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した値を位相遅れ予測時間とする。
【００４１】
そして、この位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、位相遅れ予測時間を引いた時間を位相調整時間とし、この位相調整時間だけ高周波逆位相信号の位相を遅らせることによって、高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する。これにより、位相調整信号は、あたかも高周波逆位相信号の位相を位相遅れ予測時間だけ進めたような波形の信号となる。
【００４２】
電流供給手段では、低周波逆位相信号と位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して、この電流をコイルに流す。
【００４３】
よって、磁気シールド壁により、磁気遮蔽空間の外部に発生して磁気遮蔽空間の内部へ侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００４４】
また、コイルから磁界を発生させることにより、磁気遮蔽空間の外部に発生した磁気ノイズを抑制する。また、磁気遮蔽空間の外部から磁気遮蔽空間の内部に侵入する磁気ノイズは、コイルから発生させて磁気遮蔽空間の内部に侵入する磁界によって抑制される。これらにより、磁気遮蔽効果を向上させることができる。
【００４５】
また、磁気遮蔽空間の内部に磁気ノイズが発生した場合には、磁気シールド壁の外側に設けられたコイルから発生させる磁界が磁気遮蔽空間の内部に侵入し、この磁界が磁気遮蔽空間の内部に発生した磁気ノイズを抑制するので、磁気遮蔽空間内の磁気ノイズを低減することができる。
【００４６】
磁気遮蔽空間の外部又は内部の磁気ノイズを抑制するためにコイルから発生させる磁界は、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ、及びコイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れを補う位相補正が施された磁界なので、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが生じても、十分な磁気遮蔽性が得られる。
【００４７】
また、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが大きい周波数の磁気ノイズ（第２所定値の周波数と等しい高周波信号）と、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが小さい周波数帯の磁気ノイズ（第１所定値以下の周波数帯の低周波信号）とに対し、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズ特性に合わせた別々の処理（高周波信号に対しては逆位相にしてから位相調整を行い、低周波信号に対しては逆位相にしてから位相調整を行わない）を制御手段によって施して、それぞれの磁気ノイズを抑制する信号を作り出す。よって、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズを効果的に減らすことができ、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００４８】
また、低周波逆位相信号と位相調整信号とを合成した信号を電流に変換してコイルに流すので、それぞれの周波数及び周波数帯毎にコイルを別々に設置する必要がなく、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して１つ（直列に接続された一対２個）のコイルを共通して使用することができる（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの何れか一方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には１つ（直列に接続された一対２個）のコイルを備えればよく、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には３つ（直列に接続された一対２個×３組）のコイルを備えればよい）。これにより、低コスト化が図れて施工手間も低減され、コイルに電流を流す制御が容易となる。
【００４９】
また、第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号は、比較的高い周波数なので、時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有する。
【００５０】
磁気センサーは磁気遮蔽空間の内部に設けられているので、制御手段によるリアルタイムのフィードバック制御は行えないが、高周波信号は時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有するので、コイルから磁界を発生させる時点よりも前に磁気センサーにより計測された参照信号に基づいて制御手段によるフィードバック制御を行っても、コイルから磁界を発生させる時点において磁気遮蔽空間の外部又は内部に発生した磁気ノイズを抑制することができる。
【００５１】
これにより、商用周波数磁界等の比較的高い周波数の磁気ノイズを発生する、商用電源の電線類、及び機器（トランス、分電盤）等の磁気ノイズ源が、磁気遮蔽空間周辺の外部に点在する場合においても、磁気ノイズを抑えるのに適した磁界をコイルから発生させることができる。
【００５２】
また、磁気センサーを磁気遮蔽空間の内部に設けることが可能なので、磁気遮蔽空間の内部において、磁気ノイズを最も低減したい位置に磁気センサーを設置することができる。
【００５３】
また、コイルを磁気シールド壁の外側に設けているので、コイルから発生させる磁界が、磁気シールド壁の壁面を伝って磁気遮蔽空間内の広い領域に均一に分布される。これにより、磁気遮蔽空間の内部において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所の自由度が大きくなる。よって、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームに用いることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明は、前記第１所定値の周波数は、３０Ｈｚであることを特徴としている。
【００５５】
請求項２に記載の発明では、第１所定値の周波数を３０Ｈｚとすることにより、３０Ｈｚ以下の磁気ノイズを効果的に低減することができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明は、前記第２所定値を複数有することを特徴としている。
【００５７】
請求項３に記載の発明では、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出し、この高周波信号を抑制する磁界をコイルから発生させることができるので、より広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００５８】
請求項４に記載の発明は、商用周波数、前記商用周波数の２倍周波数、及び前記商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つが、前記第２所定値の周波数であることを特徴としている。
【００５９】
請求項４に記載の発明では、第２所定値の周波数を商用周波数、商用周波数の２倍周波数、及び商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界の少なくとも１つを低減することができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明は、前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることを特徴としている。
【００６１】
請求項５に記載の発明では、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることによって、これらの予測値を実際の位相遅れ時間に近い値にすることができる。よって、磁気ノイズを抑えるのに、より適した磁界をコイルから発生させることができる。
【発明の効果】
【００６２】
本発明は上記構成としたので、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用させることにより広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮する、低コストかつ制御が容易な磁気シールド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る磁気シールド装置を説明する。
【００６４】
まず、本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置について説明する。
【００６５】
図１に示すように、磁気シールド装置１０では、磁気を遮蔽する磁気シールド壁１２で全面が覆われた略立方体状の磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気センサー１４が設けられている。
【００６６】
この磁気センサー１４は、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を計測し、参照信号として出力する。
【００６７】
また、磁気遮蔽空間Ｖの側面に設けられた磁気シールド壁１２を囲むように、磁気シールド壁１２の外側にはコイル１６が上下に各１つ設けられている。
【００６８】
コイル１６は、制御手段としての制御装置１８に接続されている。そして、制御装置１８からコイル１６に電流を流してこのコイル１６から発生させる磁界を制御装置１８が制御する。
【００６９】
図２のブロック図に示すように、制御装置１８の信号処理回路２０は、高周波信号処理回路２８と低周波信号処理回路３８とを並列につなげた回路である。
【００７０】
高周波信号処理回路２８では、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａ、増幅度調整回路２４Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路２４Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路２６が、この順に直列につなげられている。
【００７１】
低周波信号処理回路３８では、遮断周波数０．０５Ｈｚの高域通過フィルタ３０、低域通過フィルタ手段としての遮断周波数３０Ｈｚの低域通過フィルタ３２、積分器３４、及び低周波位相反転手段としての増幅度調整回路３６が、この順に直列につなげられている。
【００７２】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号はバッファー４０を経由して高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８に送られ、高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８によって処理された信号は電流供給手段としての加算器４２で合成される。
【００７３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の作用及び効果について説明する。
【００７４】
磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの外部に磁気ノイズが発生し、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気ノイズが侵入した場合に、まず、図１で示した磁気センサー１４が、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する。
【００７５】
次に、磁気センサー１４から出力された参照信号は、図２のブロック図に示すように、バッファー４０を経由して低周波信号処理回路３８に送られる。バッファー４０は、磁気センサー１４からの参照信号を高入力インピーダンス及び抵抗で受け、さらに、低周波信号処理回路３８及び高周波信号処理回路２８に参照信号を損失なく送るために設けられている。
【００７６】
低周波信号処理回路３８では、まず、遮断周波数０．０５Ｈｚの高域通過フィルタ３０によって、低周波信号処理回路３８に送られた参照信号に含まれる直流成分を除去する。
【００７７】
次に、遮断周波数３０Ｈｚの低域通過フィルタ３２によって、直流成分が除去された参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚ以下の周波数の低周波信号Ｐ１（図３（Ａ）参照のこと）を抽出する。
【００７８】
次に、積分器３４により積分された低周波信号Ｐ１に対して、増幅度調整回路３６により増幅度の調整を行うと共に位相を反転する処理を施す。これにより、低周波信号Ｐ１を低周波逆位相信号Ｐ２に変換する（図３（Ｂ）参照のこと）。
【００７９】
このようにして、低周波信号Ｐ１を打ち消す低周波逆位相信号Ｐ２を作り出すことができる。
【００８０】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号がバッファー４０を経由して低周波信号処理回路３８に送られるのと同時に、これと同じ参照信号が高周波信号処理回路２８に送られる。
【００８１】
ここで、磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズのうち、第２所定値としての５０Ｈｚ成分は外部信号Ｑ０のような波形になっている（図４（Ａ）参照のこと）。
【００８２】
そして、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに、この外部信号Ｑ０の位相は磁気シールド壁１２に発生する渦電流によって位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れる。これにより、外部信号Ｑ０は、内部信号Ｑ１に変化する（図４（Ｂ）参照のこと）。
【００８３】
例えば、磁気センサー１４によって、時間Ｔ１から計測を開始したとすると、磁気センサー１４により時間Ｔ１に計測された磁気ノイズは、磁気センサー１４からの参照信号の出力遅れによって生じる位相遅れ時間だけ遅れた参照信号に変化し、この参照信号が高周波信号処理回路２８へ出力される。
【００８４】
このとき、内部信号Ｑ１は、位相遅れ時間Ｄ２だけ遅れた５０Ｈｚ参照信号Ｑ２に変化し、この５０Ｈｚ参照信号Ｑ２が時間Ｔ２（＝Ｔ１＋Ｄ２）に高周波信号処理回路２８へ出力される（図４（Ｃ）参照のこと）。
【００８５】
高周波信号処理回路２８では、まず、通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号Ｑ３を抽出する。
【００８６】
次に、高周波信号Ｑ３に対して、増幅度調整回路２４Ａにより増幅度の調整を行う。
【００８７】
そして、増幅度調整回路２４Ａにより増幅度の調整が行われた信号を、帯域通過フィルタ２２Ｂ及び増幅度調整回路２４Ｂを経由させて、帯域通過フィルタ２２Ａ及び増幅度調整回路２４Ａと同様の処理を施す。
【００８８】
高周波信号Ｑ３は、帯域通過フィルタ２２Ａ、２２Ｂによる高周波信号Ｑ３の抽出遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ３だけ５０Ｈｚ参照信号Ｑ２の位相が遅れた信号となり、時間Ｔ３（＝Ｔ２＋Ｄ３）に増幅度調整回路２４Ｂへ出力される（図４（Ｄ）参照のこと）。
【００８９】
このように、帯域通過フィルタ２２Ａ及び増幅度調整回路２４Ａと、帯域通過フィルタ２２Ｂ及び増幅度調整回路２４Ｂとで２度同じ処理を施すことによって、５０Ｈｚ成分の抽出精度が向上する。
【００９０】
次に、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路２４Ｂによって高周波信号Ｑ３の位相を反転する。これにより、高周波信号Ｑ３を高周波逆位相信号Ｑ４に変換する。そして、この高周波逆位相信号Ｑ４は、時間Ｔ３（＝Ｔ２＋Ｄ３）に位相調整回路２６に出力される（図４（Ｅ）参照のこと）。
【００９１】
次に、図４（Ｆ）に示すように、位相調整回路２６によって、高周波逆位相信号Ｑ４の位相を位相調整時間Ｄ５だけ遅らせて、高周波逆位相信号Ｑ４を位相調整信号Ｑ５に変換する。
【００９２】
このときの位相調整時間Ｄ５は、位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号Ｑ４の周期を整数倍した時間である値から、位相遅れ予測時間を引いた時間とする。
【００９３】
また、位相遅れ予測時間は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに生じる位相遅れ時間Ｄ１の予測値と、実際にかかった位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３と、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ４の予測値とを合計した時間とする。
【００９４】
これにより、位相調整信号Ｑ５は、あたかも高周波逆位相信号Ｑ４の位相を位相遅れ予測時間だけ進めたような波形の信号となる。
【００９５】
なお、位相調整時間Ｄ５は、位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号Ｑ４の周期を整数倍した時間である値の最小値から、位相遅れ予測時間を引いた時間とするのが好ましい。
【００９６】
また、位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３は、電気的な信号処理プロセスにおいて生じる遅れ時間であり、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に比べて極めて小さな値となるので、これらの値は位相遅れ予測時間に含めなくてもよい。実際の実施において、位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３の中で、無視できない程度の大きさの値となるものがあれば、その値を位相遅れ予測時間に含めればよい。
【００９７】
次に、低周波信号処理回路３８によって作り出された低周波逆位相信号Ｐ２と、高周波信号処理回路２８によって作り出された位相調整信号Ｑ５とを加算器４２で合成した信号を電流に変換して、この電流をコイル１６に流す。
【００９８】
位相調整信号Ｑ５の位相は、コイルから出力されるときに位相遅れ時間Ｄ４だけ遅れる。これによって、位相調整信号Ｑ５は、コイル出力信号Ｑ６に変化する（図４（Ｇ）参照のこと）。
【００９９】
そして、このコイル出力信号Ｑ６が、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０を打ち消す逆位相の信号となり、時間Ｔ４（＝Ｔ３＋Ｄ４）にコイル１６から出力される。すなわち、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０がコイル出力信号Ｑ６によって抑制される。
【０１００】
また、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して内部信号Ｑ１となった磁気ノイズの５０Ｈｚ成分は、コイル１６から出力されて磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入するコイル出力信号Ｑ６によって抑制される。すなわち、コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６が、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに、コイル出力信号Ｑ６の位相が位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れた信号に変化し、これにより、この変化した信号が、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して内部信号Ｑ１となった磁気ノイズの５０Ｈｚ成分を打ち消す逆位相の信号となる。
【０１０１】
また、磁気遮蔽空間Ｖの内部に設置された実験機器や医療機器等が磁気ノイズ発生源となり、磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気ノイズが発生した場合には、この磁気ノイズのうち、第２所定値としての５０Ｈｚ成分は、内部信号Ｑ１のような波形になり、図４（Ｂ）〜（Ｇ）の過程を経る。そして、図４（Ｇ）のコイル出力信号Ｑ６が磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して、磁気遮蔽空間Ｖの内部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分（内部信号Ｑ１）を抑制する。
【０１０２】
コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに、コイル出力信号Ｑ６の位相が位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れた信号に変化する。これにより、この変化した信号が内部信号Ｑ１を打ち消す逆位相の信号となる。
【０１０３】
なお、磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０と、コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６の周波数は、どちらも５０Ｈｚであり等しいので、外部信号Ｑ０が磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ侵入するときに生じる磁気ノイズの位相遅れ時間Ｄ１と、コイル出力信号Ｑ６が磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに生じるコイル出力信号Ｑ６の位相遅れ時間Ｄ１とは、ほぼ等しくなる。
【０１０４】
よって、磁気シールド壁１２により、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生して磁気遮蔽空間Ｖの内部へ侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１０５】
また、磁気シールド壁１２の外側に設けられたコイル１６から発生させる磁界により、磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制し、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズを低減することができるので、磁気遮蔽効果を向上させることができる。
【０１０６】
磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制するためにコイル１６から発生させる磁界は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ、及びコイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れを補う位相補正が施された磁界なので、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが発生しても、十分な磁気遮蔽性を得ることができる。
【０１０７】
また、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが大きい周波数の磁気ノイズ（第２所定値としての５０Ｈｚの周波数と等しい高周波信号Ｑ３）と、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが小さい周波数帯の磁気ノイズ（第１所定値としての３０Ｈｚ以下の周波数帯の低周波信号Ｐ１）とに対し、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズ特性に合わせた別々の処理（高周波信号Ｑ３に対しては逆位相にしてから位相調整を行い、低周波信号Ｐ１に対しては逆位相にしてから位相調整を行わない）を制御装置１８によって施して、それぞれの磁気ノイズを抑制する信号を作り出す。よって、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズを効果的に減らすことができ、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１０８】
また、低周波逆位相信号Ｐ２と位相調整信号Ｑ５とを合成した信号を電流に変換してコイル１６に流すので、それぞれの周波数及び周波数帯毎にコイル１６を別々に設置する必要がなく、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して１つ（直列に接続された一対２個）のコイル１６を共通して使用することができる（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの何れか一方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には１つ（直列に接続された一対２個）のコイル１６を備えればよく、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には３つ（直列に接続された一対２個×３組）のコイル１６を備えればよい）。これにより、低コスト化が図れて施工手間も低減され、コイル１６に電流を流す制御が容易となる。
【０１０９】
また、第１所定値としての３０Ｈｚよりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚに等しい周波数の高周波信号Ｑ３は比較的高い周波数なので、低周波信号Ｐ１と異なり、時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有する。一般に、電車の送・帰電流や、エレベータ、自動車、及び台車などの磁性体の移動等は、常時変動する低周波磁界（低周波信号Ｐ１）の発生源となり、室内の電線、照明器具や、屋外にある送電線等は、経時変化の小さい高周波磁界（高周波信号Ｑ３）の発生源となる。
【０１１０】
磁気センサー１４は磁気遮蔽空間Ｖの内部に設けられているので、制御装置１８によるリアルタイムのフィードバック制御は行えないが、高周波磁界（高周波信号Ｑ３）は時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有するので、コイル１６から磁界を発生させる時点よりも前に磁気センサー１４により計測された参照信号（５０Ｈｚ参照信号Ｑ２）に基づいて制御装置１８によるフィードバック制御を行っても、コイル１６から磁界を発生させる時点において磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制することができる。
【０１１１】
これにより、商用周波数磁界などの比較的高い周波数の磁気ノイズを発生する、商用電源の電線類、機器（トランス、分電盤）等の磁気ノイズ源が、磁気遮蔽空間Ｖ周辺の外部に点在する場合においても、これらの磁気ノイズを抑えるのに適した磁界をコイル１６から発生させることができる。
【０１１２】
また、磁気センサー１４を磁気遮蔽空間Ｖの内部に設けることが可能なので、磁気遮蔽空間Ｖの内部において、磁気ノイズを最も低減したい位置に磁気センサー１４を設置することができる。
【０１１３】
また、コイル１６を磁気シールド壁１２の外側に設けているので、コイル１６から発生させる磁界が、磁気シールド壁１２の壁面を伝って磁気遮蔽空間Ｖの内部の広い領域に均一に分布される。これにより、磁気遮蔽空間Ｖの内部において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所の自由度が大きくなる。よって、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームに用いることができる。
【０１１４】
また、第１所定値を３０Ｈｚとすることにより、３０Ｈｚ以下の磁気ノイズを効果的に低減することができる。
【０１１５】
また、第２所定値の周波数を商用周波数である５０Ｈｚとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界を低減することができる。
【０１１６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置について説明する。
【０１１７】
第２の実施形態は、第１の実施形態の信号処理回路２０に３つの高周波信号処理回路を設けたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【０１１８】
図５のブロック図に示すように、制御装置１８の信号処理回路４４は、高周波信号処理回路２８、４６、４８と、低周波信号処理回路３８とを並列につなげた回路である。
【０１１９】
高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８の構成は、図２と同じなので説明を省略する。
【０１２０】
高周波信号処理回路４６は、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ａ、増幅度調整回路５２Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路５２Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路５４をこの順に直列につなげて構成されている。
【０１２１】
高周波信号処理回路４８は、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ａ、増幅度調整回路５８Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路５８Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路６０をこの順に直列につなげて構成されている。
【０１２２】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号はバッファー４０を経由して高周波信号処理回路２８、４６、４８、及び低周波信号処理回路３８に送られ、高周波信号処理回路２８、４６、４８、及び低周波信号処理回路３８によって処理された信号は、電流供給手段としての加算器４２、及び加算器６２、６４で合成される。
【０１２３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置の作用及び効果について説明する。
【０１２４】
高周波信号処理回路２８では、通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａ、２２Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２５】
また、高周波信号処理回路４６では、通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ａ、５０Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての１００Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２６】
また、高周波信号処理回路４８では、通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ａ、５６Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての１５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２７】
すなわち、信号処理回路４４では、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出することができる。
【０１２８】
次に、増幅度調整回路２４Ｂ、５２Ｂ、５８Ｂによって、それぞれの高周波信号を反転する。これにより、それぞれの高周波信号を高周波逆位相信号に変換する。
【０１２９】
次に、位相調整回路２６、５４、６０によって、それぞれの高周波逆位相信号の位相を位相調整時間だけ遅らせて、それぞれの高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する。
【０１３０】
このときの位相調整時間及び位相遅れ予測時間は、第１の実施形態と同様の方法で、各高周波逆位相信号に対してそれぞれ求める。
【０１３１】
次に、低周波信号処理回路３８によって作り出された低周波逆位相信号と、高周波信号処理回路２８、４６、４８によってそれぞれ作り出された位相調整信号とを加算器６２、６４、４２で合成し、この合成した信号を加算器４２で電流に変換してコイル１６に流す。
【０１３２】
よって、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
また、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出し、この高周波信号を抑制する磁界をコイル１６から発生させることができるので、より広帯域の磁気ノイズを効果的に減らすことができる。第２の実施形態では、周波数５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、及び３０Ｈｚ以下の周波数帯からなる広帯域の磁気ノイズを効果的に減らすことができる。
【０１３４】
また、第２所定値の周波数を、商用周波数である５０Ｈｚ、商用周波数の２倍周波数である１００Ｈｚ、及び商用周波数の３倍周波数である１５０Ｈｚとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界を低減することができる。
【０１３５】
なお、第１及び第２の実施形態では、位相遅れ予測時間を、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに生じる位相遅れ時間Ｄ１の予測値と、実際にかかった位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３と、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ４の予測値とを合計した時間としたが、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に、コイル１６から所定の周波数の磁界を発生させる事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いれば、これらの予測値を実際の位相遅れ時間に近い値にすることができる。よって、磁気ノイズを抑えるのに、より適した磁界をコイル１６から発生させることができるので、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることは好ましい。
【０１３６】
実験の方法は、例えば、コイル１６に電流を流してそのときの周波数ごとの位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４を計測する。第１所定値を３０Ｈｚとし、第２所定値を５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚとする場合には、所定の周波数を０．１Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、及び１５０Ｈｚとし、これらの周波数の磁界をコイル１６から発生させて、このときの位相遅れ特性を計測すればよい。磁界解析の場合も、同様のパラメータに対して計算を行えばよい。
【０１３７】
また、第１及び第２の実施形態では、第１所定値を３０Ｈｚとした例を示したが、これに限らず、低減対象とする磁気ノイズの周波数に応じて適宜決めればよい。例えば、モーターから発生する１７Ｈｚの磁気ノイズと、換気扇から発生する２５Ｈｚの磁気ノイズとを低減対象とする場合には、第１所定値を５Ｈｚ程度にすればよい。
【０１３８】
また、関東地域で第１又は第２の実施形態を適用したことを想定して、第１の実施形態では、第２所定値を関東地域での商用周波数である５０Ｈｚとし、第２の実施形態では、第２所定値を５０Ｈｚ、１００Ｈｚ（商用周波数の２倍周波数）、１５０Ｈｚ（商用周波数の３倍周波数）としたが、第２所定値は第１所定値の周波数よりも大きければよく、また、１つの値であっても複数の値であってもよい。商用周波数、商用周波数の２倍周波数、及び商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つを第２所定値の周波数とするのが好ましい。
【０１３９】
例えば、関西地域で第１又は第２の実施形態を適用する場合には、商用周波数が６０Ｈｚになるので、６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ（商用周波数の２倍周波数）、及び１８０Ｈｚ（商用周波数の３倍周波数）の少なくとも1つを第２所定値とすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界の少なくとも１つを低減することができる。
【０１４０】
また、第１又は第２の実施形態では、磁気シールド壁１２の外側にコイル１６が上下に各１つ設けられている例を示したが、このように、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して少なくとも１つ（直列に接続された一対２個）のコイルが設けられていればよい。第１又は第２の実施形態のように、上下に一対のコイル１６を設けるとコイル１６から発生させる逆磁界が一様になるので好ましい。
【０１４１】
よって、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には、各方向に対して一対のコイル１６を設けて、一対２個×３組のコイル１６で構成するのが好ましい。なお、この場合には、磁気センサー１４及び制御装置１８も３つ必要となる。但し、３方向の磁気ノイズの磁界強度を計測可能な磁気センサーであれば、磁気センサーは１つでよい。
【０１４２】
また、磁気シールド壁１２は、磁気を遮蔽する材料で形成されていればよく、パーマロイ、珪素鋼板、アモルファス、電磁鋼板等を用いることができる。磁気シールド壁１２の厚さや層数は、低減対象とする磁気ノイズの特性や磁気遮蔽空間Ｖの内部に設置する機器の性能等に応じて適宜決めればよい。
【０１４３】
また、磁気センサー１４は、磁気ノイズの磁界強度を計測できるものであればよく、半導体磁気センサー、光ファイバー磁気センサー、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）磁束計、フラックスゲート磁束計等を用いることができる。
【０１４４】
また、第１及び第２の実施形態では、磁気遮蔽空間Ｖが略立方体状になるように磁気シールド壁１２で全面を覆った例を示したが、第１及び第２の実施形態は、さまざまな形状や大きさの磁気遮蔽空間であってもよい。
【０１４５】
例えば、内部に人が入る磁気シールドルーム、又は動物実験を行うような小さな部屋の磁気遮蔽空間や、図６に示すような筐体７２に覆われた磁気遮蔽空間等であってもよい。
【０１４６】
図６に示す磁気シールド装置６６では、パーマロイ製のシールドボックス６８及びパイプ７０が一体となり筐体７２を構成している。そして、この筐体７２の内部を磁気遮蔽空間とし、この磁気遮蔽空間に電子描画装置７４やステージ７６が設置されている。
【０１４７】
また、この筐体７２を略直方体状に囲むように６つのコイル７８が各面に設けられている。
【０１４８】
そして、第１又は第２の実施形態と同様の方法で、磁気ノイズを抑制する磁界を発生させるようにコイル７８に電流を流す。
【０１４９】
これによって、筐体７２の外部から内部に侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮し、電子描画装置７４の電子ビームへの磁気ノイズの影響を低減することができる。
【０１５０】
一般に、大きな磁気遮蔽空間を有する磁気シールドルームを構築する場合には、床と側壁、側壁と天井、及び側壁同士の接合部に十分な電気的接合を施すことが困難なので、アルミニウム等の導電材を床、側壁、及び天井の材料にすることは好ましくない。よって、床、側壁、及び天井の材料に、厚さが１ｍｍ又は２ｍｍのパーマロイ等の強磁性体を用いたり、この強磁性体を２層又は３層にして用いることが多い。
【０１５１】
電車や自動車等から発生する低周波磁気ノイズに対しては、このような強磁性体によるパッシブ方式の磁気遮蔽方法でも、磁気遮蔽効果を発揮することができる。しかし、パーマロイ等の強磁性体はアルミニウムに比べて導電率が低いので、渦電流による磁気遮蔽効果があまり期待できない。よって、磁気シールドルームの周辺に配置された商用電源の配線やトランス等から発生する商用周波数の高周波磁気ノイズに対しては、このようなパッシブ方式の磁気遮蔽方法だけでは十分な磁気遮蔽効果を発揮することができない。
【０１５２】
また、電子線描画装置や電子線マスク描画装置は、磁気ノイズのフィルタ処理が可能な計測装置とは異なり、製造工程中の磁気ノイズが歩留まりに直接影響する。商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界は、磁気シールドルームを構築した後に増設されることが多い商用電源の電線類、機器（トランス、分電盤）等から発生するので、特に問題となる。
【０１５３】
これに対して、第１及び第２の実施形態では、磁気センサー１４の計測結果に基づいて位相補正を施した打ち消し磁界をコイル１６から発生させるので、商用周波数の磁気ノイズの低減に有効である。また、磁気シールド壁１２の層数を減らすことが可能なので、複数層からなるパーマロイ等の強磁性体によるパッシブ方式の磁気シールドに比べて、施工手間も省け、低コスト化が図れ、さらには高い磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１５４】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１及び第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理回路を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理回路を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る磁気シールド装置の変形例を示す説明図である。
【図７】従来の磁気シールド装置を示す説明図である。
【図８】従来の磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図９】パーマロイの壁で囲まれた磁気シールドルームにおける、磁気補償コイルから発生させた磁界の周波数に対する位相遅れを示した線図である。
【図１０】従来のアクティブ磁気シールド装置を示す説明図である。
【図１１】従来のアクティブ磁気シールド装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１０、６６ 磁気シールド装置
１２ 磁気シールド壁
１４ 磁気センサー
１６、７８ コイル
１８ 制御装置（制御手段）
２２Ａ、２２Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ 帯域通過フィルタ（帯域通過フィルタ手段）
２４Ｂ、５２Ｂ、５８Ｂ 増幅度調整回路（高周波位相反転手段）
２６、５４、６０ 位相調整回路（位相調整手段）
３２ 低域通過フィルタ（低域通過フィルタ手段）
３６ 増幅度調整回路（低周波位相反転手段）
４２ 加算器（電流供給手段）
６８ シールドボックス（磁気シールド壁）
７０ パイプ（磁気シールド壁）
Ｄ１、Ｄ４ 位相遅れ時間
Ｄ５ 位相調整時間
Ｐ１ 低周波信号
Ｐ２ 低周波逆位相信号
Ｑ３ 高周波信号
Ｑ４ 高周波逆位相信号
Ｑ５ 位相調整信号
Ｖ 磁気遮蔽空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用した磁気シールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境磁気ノイズ（以降、磁気ノイズと記載する）に影響を受け易い電子線描画装置や電子顕微鏡等は、一般に、この磁気ノイズを減衰するパッシブ方式の磁気シールドルーム内に設置して使用される。通常、パッシブ方式の磁気シールドルームは、パーマロイに代表される高透磁性体の壁で覆われている。
【０００３】
磁気ノイズの主な成分としては、電車、自動車、エレベータ等から発生する低周波磁界（３０Ｈｚ以下）、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界が挙げられる。
【０００４】
なお、商用周波数の値は、糸魚川〜富士川を結んだ境界線から東側が５０Ｈｚ、西側が６０Ｈｚとなっている。よって、東側の２倍周波数は１００Ｈｚ、３倍周波数は１５０Ｈｚとなり、西側の２倍周波数は１２０Ｈｚ、３倍周波数は１８０Ｈｚとなる。
【０００５】
近年の磁気シールドルームには、より高い磁気遮蔽性が求められている。また、パッシブ方式の磁気シールドルームにおいて渦電流による磁気遮蔽性が期待できる５０Ｈｚ以上の磁気ノイズの磁束密度は一般に大きい。
【０００６】
よって、パッシブ方式の磁気シールドルームの場合、磁気遮蔽性を向上させるためには、壁を構成する高透磁性体の層数や厚みを増やす必要がある。しかし、高透磁性体の層数や厚みを増やすとコスト高になり、施工手間もかかってしまう。
【０００７】
そこで、図７（Ａ）〜（Ｄ）に示すような、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００にアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０を併用して、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００の磁気遮蔽性を向上させる方法が提案されている。
【０００８】
アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０では、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００に磁気補償コイル２０２が配置されている。
【０００９】
図８（Ａ）に示すように、図７（Ａ）〜（Ｄ）のアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０に設けられた磁気ノイズ計測用参照センサー（以降、磁気センサー２１２と記載する）で計測された磁気ノイズ（信号Ｒ１）に基づいて、この磁気ノイズを相殺する逆位相の磁界（信号Ｒ２）を発生させるように、制御装置２１４によって電流を磁気補償コイル２０２に流す。これにより、パッシブ方式の磁気シールドルーム２００の磁気遮蔽性を向上させることができる。
【００１０】
なお、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の外壁を囲むように磁気シールドルーム２００の外部に配置されており、図７（Ｃ）では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の内壁に沿って磁気シールドルーム２００の内部に配置されている。
【００１１】
また、図７（Ａ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００から離れた外部に配置され、図７（Ｂ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００の天井壁近傍の外側に配置され、図７（Ｃ）、（Ｄ）では、磁気センサー２１２が磁気シールドルーム２００の内部に配置されている。
【００１２】
ここで、アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２０８、２１０は、低周波磁界に対しては、周波数が低いために磁気ノイズを相殺する逆位相の磁界（信号Ｒ２）の位相遅れの影響は少なく、図８（Ａ）に示した磁気遮蔽効果を十分に発揮することができる。
【００１３】
しかし、アクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２１０は、商用周波数以上の高い周波数の磁気ノイズ成分に対しては、磁気シールドルーム２００の壁面に生じる渦電流効果によって、図８（Ｂ）に示すように、磁気ノイズを相殺する磁界（信号Ｒ３）の位相遅れが大きくなって十分な磁気遮蔽効果が得られず、逆に磁気ノイズが増幅されてしまう場合もある。
【００１４】
特に、生体磁気計測用の磁気シールドルームでは、パッシブ方式の磁気シールドルームとしての磁気遮蔽性を高めるために、パーマロイ等の高透磁性層にアルミニウムや銅等の導電層を組み合わせた壁を用いることが多いので、渦電流効果が大きくなり、磁気ノイズを相殺する磁界の位相は大きく遅れてしまう。
【００１５】
図９は、厚さ１ｍｍのパーマロイの壁で囲まれた１．８ｍ角の磁気シールドルームにおいて、この磁気シールドルームの外側に設けられた磁気補償コイルから磁界を発生させた場合の周波数に対する位相遅れを示したものである。図９には、有限要素法を用いた三次元磁界解析によって求めた計算値Ｓ１と、実験による計測値Ｓ２が示されている。
【００１６】
計算値Ｓ１及び計測値Ｓ２より、磁気補償コイルから発生させる磁気ノイズを相殺する磁界の周波数が大きくなると共に位相遅れも大きくなり、特に、１０Ｈｚを超えた周波数から急激に増加していることがわかる。
【００１７】
図７（Ｃ）に示すように、アクティブ磁気シールド装置２０８では、磁気補償コイル２０２が磁気シールドルーム２００の内部にあるので、磁気補償コイル２０２から発生させる磁界に大きな位相遅れは生じないが、磁気補償コイル２０２自体が新たな磁気ノイズ源となってしまう。
【００１８】
また、磁気補償コイル２０２に電力を供給する電力線を磁気シールドルーム２００の外部から内部に引き込むことになるので、生体磁気計測等に大きな影響を及ぼす高周波の電磁ノイズを磁気シールドルーム２００内に誘導してしまうことが問題となる。
【００１９】
さらに、アクティブ磁気シールド装置２０８では、磁気補償コイル２０２を磁気シールドルーム２００の外部に配置した場合に比べて、磁気補償コイル２０２から発生させる磁界を磁気シールドルーム２００内の広い領域に均一に分布させることができない。よって、磁気シールドルーム２００内において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所が限定されてしまう。
【００２０】
このようにアクティブ磁気シールド装置２０８は、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームとしては適さない。
【００２１】
図１０に示すように、特許文献１のアクティブ磁気シールド装置２２６では、磁気シールドルーム２２８近傍の外部にヘルムホルツコイル２３０Ａ、２３０Ｂが配置されている。また、この磁気シールドルーム２２８の遠方にはフラックスゲート磁束計２３２が配置されている。
【００２２】
そして、環境磁界の変動成分をフラックスゲート磁束計２３２で計測し、この計測した磁界の感度方向とヘルムホルツコイル２３０Ａ、２３０Ｂから発生させる磁界発生方向を一致させて環境磁界を相殺する。これによって、磁気シールドルーム２２８の磁気遮蔽性を向上させることができる。
【００２３】
しかし、商用周波数磁界などの比較的高い周波数の磁気ノイズを発生させる電線や機器等の磁気ノイズ源が、磁気シールドルーム２２８周辺の外部に点在する場合、これらの磁気ノイズ源から発生する磁気ノイズは、磁気シールドルーム２２８の遠方を走行する電車や自動車から発生するような低い周波数の磁気ノイズに比べて空間的に一様ではない。
【００２４】
よって、このような高い周波数の磁気ノイズ源が点在する環境下で特許文献１のアクティブ磁気シールド装置２２６を用いた場合、外部に配置された磁気センサーとしてのフラックスゲート磁束計２３２では、このフラックスゲート磁束計２３２から離れた地点の磁気ノイズ源に起因する磁気ノイズを正確に計測することはできない。
【００２５】
また、磁気シールドルーム２２８の壁近傍の外側にフラックスゲート磁束計２３２を配置した場合には、磁気シールドルーム２２８を介して反対側の空間（例えば、ヘルムホルツコイル２３０Ａ側にフラックスゲート磁束計２３２を配置した場合には、ヘルムホルツコイル２３０Ｂ側の空間）に存在する磁気ノイズを計測することはできない。
【００２６】
図１１に示すように、特許文献２のアクティブ磁気シールド装置２３４では、高透磁性体からなる電磁シールド壁２３６に覆われた磁気シールドルーム２３８の内部に磁気センサー２４０を配置している。また、磁気シールドルーム２３８の内部の磁気変動を抑えるように、磁気シールドルーム２３８の各面に電磁コイル２４２が配設されている。各電磁コイル２４２には、独立して所望の電流を流すことができる。
【００２７】
そして、磁気センサー２４０による計測で得られた磁気変動の量をもとに、コントローラにより、この磁気変動を相殺するように各電磁コイル２４２に独立して所望の電流を流す。これによって、磁気シールドルーム２３８の内部の磁気変動を抑えることができる。
【００２８】
しかし、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）のアクティブ磁気シールド装置２０４、２０６、２１０と同様に、商用周波数以上の周波数の磁気ノイズ成分に対しては、図１１の磁気シールドルーム２３８の壁面に生じる渦電流効果によって、磁気ノイズを相殺するために電磁コイル２４２から発生させる磁界の位相遅れが大きくなり、十分な磁気遮蔽性が得られない。
【００２９】
ここで、壁面に生じる渦電流効果による位相遅れを考慮した電流を電磁コイル２４２に流すことが考えられる。しかし、この位相遅れは周波数毎に大きく異なるので、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮させる場合には、周波数毎に電磁コイルを複数配設し、周波数毎の位相遅れを考慮した電流をそれぞれの電磁コイルに流さなければならない。よって、コストが高くなり、電磁コイルに電流を流す制御も複雑になってしまう。
【特許文献１】特開２００２−２５７９１４号公報
【特許文献２】特開２００３−２４３８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明は係る事実を考慮し、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用させることにより広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮する、低コストかつ制御が容易な磁気シールド装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
請求項１に記載の発明は、磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間と、前記磁気シールド壁の外側に設けられたコイルと、前記磁気遮蔽空間の内部に設けられ、前記磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する磁気センサーと、前記コイルに電流を流して該コイルから発生させる磁界を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記参照信号から第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する低域通過フィルタ手段と、前記低周波信号を前記低周波信号の位相を反転させた低周波逆位相信号に変換する低周波位相反転手段と、前記参照信号から前記第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する帯域通過フィルタ手段と、前記高周波信号を前記高周波信号の位相を反転させた高周波逆位相信号に変換する高周波位相反転手段と、前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値と前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した位相遅れ予測時間以上でありかつ前記高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、前記位相遅れ予測時間を引いた位相調整時間だけ、前記高周波逆位相信号の位相を遅らせて前記高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する位相調整手段と、前記低周波逆位相信号と前記位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して前記コイルに流す電流供給手段と、を有することを特徴としている。
【００３２】
請求項１に記載の発明では、磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間の内部に磁気センサーが設けられている。この磁気センサーは、磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測し、参照信号として出力する。
【００３３】
また、磁気シールド壁の外側にはコイルが設けられている。
【００３４】
そして、このコイルに電流を流してこのコイルから発生させる磁界を制御手段が制御する。
【００３５】
制御手段は、低域通過フィルタ手段、低周波位相反転手段、帯域通過フィルタ手段、高周波位相反転手段、位相調整手段、及び電流供給手段を有する。
【００３６】
低域通過フィルタ手段では、磁気センサーより出力された参照信号から、第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する。
【００３７】
低周波位相反転手段では、低周波信号の位相を反転させた信号である低周波逆位相信号に低周波信号を変換する。
【００３８】
帯域通過フィルタ手段では、磁気センサーより出力された参照信号から、第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する。
【００３９】
高周波位相反転手段では、高周波信号の位相を反転させた信号である高周波逆位相信号に高周波信号を変換する。
【００４０】
位相調整手段では、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ時間の予測値とコイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した値を位相遅れ予測時間とする。
【００４１】
そして、この位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、位相遅れ予測時間を引いた時間を位相調整時間とし、この位相調整時間だけ高周波逆位相信号の位相を遅らせることによって、高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する。これにより、位相調整信号は、あたかも高周波逆位相信号の位相を位相遅れ予測時間だけ進めたような波形の信号となる。
【００４２】
電流供給手段では、低周波逆位相信号と位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して、この電流をコイルに流す。
【００４３】
よって、磁気シールド壁により、磁気遮蔽空間の外部に発生して磁気遮蔽空間の内部へ侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００４４】
また、コイルから磁界を発生させることにより、磁気遮蔽空間の外部に発生した磁気ノイズを抑制する。また、磁気遮蔽空間の外部から磁気遮蔽空間の内部に侵入する磁気ノイズは、コイルから発生させて磁気遮蔽空間の内部に侵入する磁界によって抑制される。これらにより、磁気遮蔽効果を向上させることができる。
【００４５】
また、磁気遮蔽空間の内部に磁気ノイズが発生した場合には、磁気シールド壁の外側に設けられたコイルから発生させる磁界が磁気遮蔽空間の内部に侵入し、この磁界が磁気遮蔽空間の内部に発生した磁気ノイズを抑制するので、磁気遮蔽空間内の磁気ノイズを低減することができる。
【００４６】
磁気遮蔽空間の外部又は内部の磁気ノイズを抑制するためにコイルから発生させる磁界は、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ、及びコイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れを補う位相補正が施された磁界なので、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが生じても、十分な磁気遮蔽性が得られる。
【００４７】
また、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが大きい周波数の磁気ノイズ（第２所定値の周波数と等しい高周波信号）と、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが小さい周波数帯の磁気ノイズ（第１所定値以下の周波数帯の低周波信号）とに対し、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズ特性に合わせた別々の処理（高周波信号に対しては逆位相にしてから位相調整を行い、低周波信号に対しては逆位相にしてから位相調整を行わない）を制御手段によって施して、それぞれの磁気ノイズを抑制する信号を作り出す。よって、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズを効果的に減らすことができ、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００４８】
また、低周波逆位相信号と位相調整信号とを合成した信号を電流に変換してコイルに流すので、それぞれの周波数及び周波数帯毎にコイルを別々に設置する必要がなく、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して１つ（直列に接続された一対２個）のコイルを共通して使用することができる（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの何れか一方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には１つ（直列に接続された一対２個）のコイルを備えればよく、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には３つ（直列に接続された一対２個×３組）のコイルを備えればよい）。これにより、低コスト化が図れて施工手間も低減され、コイルに電流を流す制御が容易となる。
【００４９】
また、第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号は、比較的高い周波数なので、時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有する。
【００５０】
磁気センサーは磁気遮蔽空間の内部に設けられているので、制御手段によるリアルタイムのフィードバック制御は行えないが、高周波信号は時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有するので、コイルから磁界を発生させる時点よりも前に磁気センサーにより計測された参照信号に基づいて制御手段によるフィードバック制御を行っても、コイルから磁界を発生させる時点において磁気遮蔽空間の外部又は内部に発生した磁気ノイズを抑制することができる。
【００５１】
これにより、商用周波数磁界等の比較的高い周波数の磁気ノイズを発生する、商用電源の電線類、及び機器（トランス、分電盤）等の磁気ノイズ源が、磁気遮蔽空間周辺の外部に点在する場合においても、磁気ノイズを抑えるのに適した磁界をコイルから発生させることができる。
【００５２】
また、磁気センサーを磁気遮蔽空間の内部に設けることが可能なので、磁気遮蔽空間の内部において、磁気ノイズを最も低減したい位置に磁気センサーを設置することができる。
【００５３】
また、コイルを磁気シールド壁の外側に設けているので、コイルから発生させる磁界が、磁気シールド壁の壁面を伝って磁気遮蔽空間内の広い領域に均一に分布される。これにより、磁気遮蔽空間の内部において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所の自由度が大きくなる。よって、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームに用いることができる。
【００５４】
請求項２に記載の発明は、前記第１所定値の周波数は、３０Ｈｚであることを特徴としている。
【００５５】
請求項２に記載の発明では、第１所定値の周波数を３０Ｈｚとすることにより、３０Ｈｚ以下の磁気ノイズを効果的に低減することができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明は、前記第２所定値を複数有することを特徴としている。
【００５７】
請求項３に記載の発明では、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出し、この高周波信号を抑制する磁界をコイルから発生させることができるので、より広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【００５８】
請求項４に記載の発明は、商用周波数、前記商用周波数の２倍周波数、及び前記商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つが、前記第２所定値の周波数であることを特徴としている。
【００５９】
請求項４に記載の発明では、第２所定値の周波数を商用周波数、商用周波数の２倍周波数、及び商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界の少なくとも１つを低減することができる。
【００６０】
請求項５に記載の発明は、前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることを特徴としている。
【００６１】
請求項５に記載の発明では、磁気シールド壁を通過して磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることによって、これらの予測値を実際の位相遅れ時間に近い値にすることができる。よって、磁気ノイズを抑えるのに、より適した磁界をコイルから発生させることができる。
【発明の効果】
【００６２】
本発明は上記構成としたので、パッシブ方式とアクティブ方式の磁気シールドを併用させることにより広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮する、低コストかつ制御が容易な磁気シールド装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る磁気シールド装置を説明する。
【００６４】
まず、本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置について説明する。
【００６５】
図１に示すように、磁気シールド装置１０では、磁気を遮蔽する磁気シールド壁１２で全面が覆われた略立方体状の磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気センサー１４が設けられている。
【００６６】
この磁気センサー１４は、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を計測し、参照信号として出力する。
【００６７】
また、磁気遮蔽空間Ｖの側面に設けられた磁気シールド壁１２を囲むように、磁気シールド壁１２の外側にはコイル１６が上下に各１つ設けられている。
【００６８】
コイル１６は、制御手段としての制御装置１８に接続されている。そして、制御装置１８からコイル１６に電流を流してこのコイル１６から発生させる磁界を制御装置１８が制御する。
【００６９】
図２のブロック図に示すように、制御装置１８の信号処理回路２０は、高周波信号処理回路２８と低周波信号処理回路３８とを並列につなげた回路である。
【００７０】
高周波信号処理回路２８では、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａ、増幅度調整回路２４Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路２４Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路２６が、この順に直列につなげられている。
【００７１】
低周波信号処理回路３８では、遮断周波数０．０５Ｈｚの高域通過フィルタ３０、低域通過フィルタ手段としての遮断周波数３０Ｈｚの低域通過フィルタ３２、積分器３４、及び低周波位相反転手段としての増幅度調整回路３６が、この順に直列につなげられている。
【００７２】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号はバッファー４０を経由して高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８に送られ、高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８によって処理された信号は電流供給手段としての加算器４２で合成される。
【００７３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の作用及び効果について説明する。
【００７４】
磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの外部に磁気ノイズが発生し、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気ノイズが侵入した場合に、まず、図１で示した磁気センサー１４が、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する。
【００７５】
次に、磁気センサー１４から出力された参照信号は、図２のブロック図に示すように、バッファー４０を経由して低周波信号処理回路３８に送られる。バッファー４０は、磁気センサー１４からの参照信号を高入力インピーダンス及び抵抗で受け、さらに、低周波信号処理回路３８及び高周波信号処理回路２８に参照信号を損失なく送るために設けられている。
【００７６】
低周波信号処理回路３８では、まず、遮断周波数０．０５Ｈｚの高域通過フィルタ３０によって、低周波信号処理回路３８に送られた参照信号に含まれる直流成分を除去する。
【００７７】
次に、遮断周波数３０Ｈｚの低域通過フィルタ３２によって、直流成分が除去された参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚ以下の周波数の低周波信号Ｐ１（図３（Ａ）参照のこと）を抽出する。
【００７８】
次に、積分器３４により積分された低周波信号Ｐ１に対して、増幅度調整回路３６により増幅度の調整を行うと共に位相を反転する処理を施す。これにより、低周波信号Ｐ１を低周波逆位相信号Ｐ２に変換する（図３（Ｂ）参照のこと）。
【００７９】
このようにして、低周波信号Ｐ１を打ち消す低周波逆位相信号Ｐ２を作り出すことができる。
【００８０】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号がバッファー４０を経由して低周波信号処理回路３８に送られるのと同時に、これと同じ参照信号が高周波信号処理回路２８に送られる。
【００８１】
ここで、磁気シールド壁１２に覆われた磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズのうち、第２所定値としての５０Ｈｚ成分は外部信号Ｑ０のような波形になっている（図４（Ａ）参照のこと）。
【００８２】
そして、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに、この外部信号Ｑ０の位相は磁気シールド壁１２に発生する渦電流によって位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れる。これにより、外部信号Ｑ０は、内部信号Ｑ１に変化する（図４（Ｂ）参照のこと）。
【００８３】
例えば、磁気センサー１４によって、時間Ｔ１から計測を開始したとすると、磁気センサー１４により時間Ｔ１に計測された磁気ノイズは、磁気センサー１４からの参照信号の出力遅れによって生じる位相遅れ時間だけ遅れた参照信号に変化し、この参照信号が高周波信号処理回路２８へ出力される。
【００８４】
このとき、内部信号Ｑ１は、位相遅れ時間Ｄ２だけ遅れた５０Ｈｚ参照信号Ｑ２に変化し、この５０Ｈｚ参照信号Ｑ２が時間Ｔ２（＝Ｔ１＋Ｄ２）に高周波信号処理回路２８へ出力される（図４（Ｃ）参照のこと）。
【００８５】
高周波信号処理回路２８では、まず、通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号Ｑ３を抽出する。
【００８６】
次に、高周波信号Ｑ３に対して、増幅度調整回路２４Ａにより増幅度の調整を行う。
【００８７】
そして、増幅度調整回路２４Ａにより増幅度の調整が行われた信号を、帯域通過フィルタ２２Ｂ及び増幅度調整回路２４Ｂを経由させて、帯域通過フィルタ２２Ａ及び増幅度調整回路２４Ａと同様の処理を施す。
【００８８】
高周波信号Ｑ３は、帯域通過フィルタ２２Ａ、２２Ｂによる高周波信号Ｑ３の抽出遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ３だけ５０Ｈｚ参照信号Ｑ２の位相が遅れた信号となり、時間Ｔ３（＝Ｔ２＋Ｄ３）に増幅度調整回路２４Ｂへ出力される（図４（Ｄ）参照のこと）。
【００８９】
このように、帯域通過フィルタ２２Ａ及び増幅度調整回路２４Ａと、帯域通過フィルタ２２Ｂ及び増幅度調整回路２４Ｂとで２度同じ処理を施すことによって、５０Ｈｚ成分の抽出精度が向上する。
【００９０】
次に、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路２４Ｂによって高周波信号Ｑ３の位相を反転する。これにより、高周波信号Ｑ３を高周波逆位相信号Ｑ４に変換する。そして、この高周波逆位相信号Ｑ４は、時間Ｔ３（＝Ｔ２＋Ｄ３）に位相調整回路２６に出力される（図４（Ｅ）参照のこと）。
【００９１】
次に、図４（Ｆ）に示すように、位相調整回路２６によって、高周波逆位相信号Ｑ４の位相を位相調整時間Ｄ５だけ遅らせて、高周波逆位相信号Ｑ４を位相調整信号Ｑ５に変換する。
【００９２】
このときの位相調整時間Ｄ５は、位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号Ｑ４の周期を整数倍した時間である値から、位相遅れ予測時間を引いた時間とする。
【００９３】
また、位相遅れ予測時間は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに生じる位相遅れ時間Ｄ１の予測値と、実際にかかった位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３と、コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ４の予測値とを合計した時間とする。
【００９４】
これにより、位相調整信号Ｑ５は、あたかも高周波逆位相信号Ｑ４の位相を位相遅れ予測時間だけ進めたような波形の信号となる。
【００９５】
なお、位相調整時間Ｄ５は、位相遅れ予測時間以上でありかつ高周波逆位相信号Ｑ４の周期を整数倍した時間である値の最小値から、位相遅れ予測時間を引いた時間とするのが好ましい。
【００９６】
また、位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３は、電気的な信号処理プロセスにおいて生じる遅れ時間であり、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に比べて極めて小さな値となるので、これらの値は位相遅れ予測時間に含めなくてもよい。実際の実施において、位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３の中で、無視できない程度の大きさの値となるものがあれば、その値を位相遅れ予測時間に含めればよい。
【００９７】
次に、低周波信号処理回路３８によって作り出された低周波逆位相信号Ｐ２と、高周波信号処理回路２８によって作り出された位相調整信号Ｑ５とを加算器４２で合成した信号を電流に変換して、この電流をコイル１６に流す。
【００９８】
位相調整信号Ｑ５の位相は、コイルから出力されるときに位相遅れ時間Ｄ４だけ遅れる。これによって、位相調整信号Ｑ５は、コイル出力信号Ｑ６に変化する（図４（Ｇ）参照のこと）。
【００９９】
そして、このコイル出力信号Ｑ６が、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０を打ち消す逆位相の信号となり、時間Ｔ４（＝Ｔ３＋Ｄ４）にコイル１６から出力される。すなわち、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０がコイル出力信号Ｑ６によって抑制される。
【０１００】
また、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して内部信号Ｑ１となった磁気ノイズの５０Ｈｚ成分は、コイル１６から出力されて磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入するコイル出力信号Ｑ６によって抑制される。すなわち、コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６が、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに、コイル出力信号Ｑ６の位相が位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れた信号に変化し、これにより、この変化した信号が、磁気遮蔽空間Ｖの外部から磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して内部信号Ｑ１となった磁気ノイズの５０Ｈｚ成分を打ち消す逆位相の信号となる。
【０１０１】
また、磁気遮蔽空間Ｖの内部に設置された実験機器や医療機器等が磁気ノイズ発生源となり、磁気遮蔽空間Ｖの内部に磁気ノイズが発生した場合には、この磁気ノイズのうち、第２所定値としての５０Ｈｚ成分は、内部信号Ｑ１のような波形になり、図４（Ｂ）〜（Ｇ）の過程を経る。そして、図４（Ｇ）のコイル出力信号Ｑ６が磁気遮蔽空間Ｖの内部に侵入して、磁気遮蔽空間Ｖの内部に発生した磁気ノイズの５０Ｈｚ成分（内部信号Ｑ１）を抑制する。
【０１０２】
コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに、コイル出力信号Ｑ６の位相が位相遅れ時間Ｄ１だけ遅れた信号に変化する。これにより、この変化した信号が内部信号Ｑ１を打ち消す逆位相の信号となる。
【０１０３】
なお、磁気ノイズの５０Ｈｚ成分である外部信号Ｑ０と、コイル１６から出力されるコイル出力信号Ｑ６の周波数は、どちらも５０Ｈｚであり等しいので、外部信号Ｑ０が磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ侵入するときに生じる磁気ノイズの位相遅れ時間Ｄ１と、コイル出力信号Ｑ６が磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部に侵入するときに生じるコイル出力信号Ｑ６の位相遅れ時間Ｄ１とは、ほぼ等しくなる。
【０１０４】
よって、磁気シールド壁１２により、磁気遮蔽空間Ｖの外部に発生して磁気遮蔽空間Ｖの内部へ侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１０５】
また、磁気シールド壁１２の外側に設けられたコイル１６から発生させる磁界により、磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制し、磁気遮蔽空間Ｖ内の磁気ノイズを低減することができるので、磁気遮蔽効果を向上させることができる。
【０１０６】
磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制するためにコイル１６から発生させる磁界は、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れ、及びコイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れを補う位相補正が施された磁界なので、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが発生しても、十分な磁気遮蔽性を得ることができる。
【０１０７】
また、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが大きい周波数の磁気ノイズ（第２所定値としての５０Ｈｚの周波数と等しい高周波信号Ｑ３）と、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気が侵入するときに生じるこの磁気の位相遅れや、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れが小さい周波数帯の磁気ノイズ（第１所定値としての３０Ｈｚ以下の周波数帯の低周波信号Ｐ１）とに対し、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズ特性に合わせた別々の処理（高周波信号Ｑ３に対しては逆位相にしてから位相調整を行い、低周波信号Ｐ１に対しては逆位相にしてから位相調整を行わない）を制御装置１８によって施して、それぞれの磁気ノイズを抑制する信号を作り出す。よって、それぞれの周波数及び周波数帯の磁気ノイズを効果的に減らすことができ、広帯域の磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１０８】
また、低周波逆位相信号Ｐ２と位相調整信号Ｑ５とを合成した信号を電流に変換してコイル１６に流すので、それぞれの周波数及び周波数帯毎にコイル１６を別々に設置する必要がなく、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して１つ（直列に接続された一対２個）のコイル１６を共通して使用することができる（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚの何れか一方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には１つ（直列に接続された一対２個）のコイル１６を備えればよく、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には３つ（直列に接続された一対２個×３組）のコイル１６を備えればよい）。これにより、低コスト化が図れて施工手間も低減され、コイル１６に電流を流す制御が容易となる。
【０１０９】
また、第１所定値としての３０Ｈｚよりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚに等しい周波数の高周波信号Ｑ３は比較的高い周波数なので、低周波信号Ｐ１と異なり、時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有する。一般に、電車の送・帰電流や、エレベータ、自動車、及び台車などの磁性体の移動等は、常時変動する低周波磁界（低周波信号Ｐ１）の発生源となり、室内の電線、照明器具や、屋外にある送電線等は、経時変化の小さい高周波磁界（高周波信号Ｑ３）の発生源となる。
【０１１０】
磁気センサー１４は磁気遮蔽空間Ｖの内部に設けられているので、制御装置１８によるリアルタイムのフィードバック制御は行えないが、高周波磁界（高周波信号Ｑ３）は時間と共に急激に変化をしない比較的安定した周期と振幅特性を有するので、コイル１６から磁界を発生させる時点よりも前に磁気センサー１４により計測された参照信号（５０Ｈｚ参照信号Ｑ２）に基づいて制御装置１８によるフィードバック制御を行っても、コイル１６から磁界を発生させる時点において磁気遮蔽空間Ｖの外部又は内部の磁気ノイズを抑制することができる。
【０１１１】
これにより、商用周波数磁界などの比較的高い周波数の磁気ノイズを発生する、商用電源の電線類、機器（トランス、分電盤）等の磁気ノイズ源が、磁気遮蔽空間Ｖ周辺の外部に点在する場合においても、これらの磁気ノイズを抑えるのに適した磁界をコイル１６から発生させることができる。
【０１１２】
また、磁気センサー１４を磁気遮蔽空間Ｖの内部に設けることが可能なので、磁気遮蔽空間Ｖの内部において、磁気ノイズを最も低減したい位置に磁気センサー１４を設置することができる。
【０１１３】
また、コイル１６を磁気シールド壁１２の外側に設けているので、コイル１６から発生させる磁界が、磁気シールド壁１２の壁面を伝って磁気遮蔽空間Ｖの内部の広い領域に均一に分布される。これにより、磁気遮蔽空間Ｖの内部において、磁気遮蔽を必要とする装置の設置場所の自由度が大きくなる。よって、広い領域に磁気遮蔽性を必要とする生体磁気計測装置や電子線描画装置を使用する磁気シールドルームに用いることができる。
【０１１４】
また、第１所定値を３０Ｈｚとすることにより、３０Ｈｚ以下の磁気ノイズを効果的に低減することができる。
【０１１５】
また、第２所定値の周波数を商用周波数である５０Ｈｚとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界を低減することができる。
【０１１６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置について説明する。
【０１１７】
第２の実施形態は、第１の実施形態の信号処理回路２０に３つの高周波信号処理回路を設けたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【０１１８】
図５のブロック図に示すように、制御装置１８の信号処理回路４４は、高周波信号処理回路２８、４６、４８と、低周波信号処理回路３８とを並列につなげた回路である。
【０１１９】
高周波信号処理回路２８及び低周波信号処理回路３８の構成は、図２と同じなので説明を省略する。
【０１２０】
高周波信号処理回路４６は、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ａ、増幅度調整回路５２Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路５２Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路５４をこの順に直列につなげて構成されている。
【０１２１】
高周波信号処理回路４８は、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ａ、増幅度調整回路５８Ａ、帯域通過フィルタ手段としての通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ｂ、高周波位相反転手段としての増幅度調整回路５８Ｂ、及び位相調整手段としての位相調整回路６０をこの順に直列につなげて構成されている。
【０１２２】
また、磁気センサー１４から出力された参照信号はバッファー４０を経由して高周波信号処理回路２８、４６、４８、及び低周波信号処理回路３８に送られ、高周波信号処理回路２８、４６、４８、及び低周波信号処理回路３８によって処理された信号は、電流供給手段としての加算器４２、及び加算器６２、６４で合成される。
【０１２３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置の作用及び効果について説明する。
【０１２４】
高周波信号処理回路２８では、通過周波数５０Ｈｚの帯域通過フィルタ２２Ａ、２２Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２５】
また、高周波信号処理回路４６では、通過周波数１００Ｈｚの帯域通過フィルタ５０Ａ、５０Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての１００Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２６】
また、高周波信号処理回路４８では、通過周波数１５０Ｈｚの帯域通過フィルタ５６Ａ、５６Ｂによって、参照信号から第１所定値としての３０Ｈｚの周波数よりも大きい第２所定値としての１５０Ｈｚの周波数に等しい高周波信号を抽出する。
【０１２７】
すなわち、信号処理回路４４では、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出することができる。
【０１２８】
次に、増幅度調整回路２４Ｂ、５２Ｂ、５８Ｂによって、それぞれの高周波信号を反転する。これにより、それぞれの高周波信号を高周波逆位相信号に変換する。
【０１２９】
次に、位相調整回路２６、５４、６０によって、それぞれの高周波逆位相信号の位相を位相調整時間だけ遅らせて、それぞれの高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する。
【０１３０】
このときの位相調整時間及び位相遅れ予測時間は、第１の実施形態と同様の方法で、各高周波逆位相信号に対してそれぞれ求める。
【０１３１】
次に、低周波信号処理回路３８によって作り出された低周波逆位相信号と、高周波信号処理回路２８、４６、４８によってそれぞれ作り出された位相調整信号とを加算器６２、６４、４２で合成し、この合成した信号を加算器４２で電流に変換してコイル１６に流す。
【０１３２】
よって、第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
また、第２所定値を複数有することにより、多くの高周波信号を抽出し、この高周波信号を抑制する磁界をコイル１６から発生させることができるので、より広帯域の磁気ノイズを効果的に減らすことができる。第２の実施形態では、周波数５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、及び３０Ｈｚ以下の周波数帯からなる広帯域の磁気ノイズを効果的に減らすことができる。
【０１３４】
また、第２所定値の周波数を、商用周波数である５０Ｈｚ、商用周波数の２倍周波数である１００Ｈｚ、及び商用周波数の３倍周波数である１５０Ｈｚとすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界を低減することができる。
【０１３５】
なお、第１及び第２の実施形態では、位相遅れ予測時間を、磁気シールド壁１２を通過して磁気遮蔽空間Ｖの外部から内部へ磁気ノイズが侵入するときに生じる位相遅れ時間Ｄ１の予測値と、実際にかかった位相遅れ時間Ｄ２、Ｄ３と、コイル１６から発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間Ｄ４の予測値とを合計した時間としたが、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に、コイル１６から所定の周波数の磁界を発生させる事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いれば、これらの予測値を実際の位相遅れ時間に近い値にすることができる。よって、磁気ノイズを抑えるのに、より適した磁界をコイル１６から発生させることができるので、位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４の予測値に事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることは好ましい。
【０１３６】
実験の方法は、例えば、コイル１６に電流を流してそのときの周波数ごとの位相遅れ時間Ｄ１、Ｄ４を計測する。第１所定値を３０Ｈｚとし、第２所定値を５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚとする場合には、所定の周波数を０．１Ｈｚ、０．５Ｈｚ、１０Ｈｚ、２０Ｈｚ、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、及び１５０Ｈｚとし、これらの周波数の磁界をコイル１６から発生させて、このときの位相遅れ特性を計測すればよい。磁界解析の場合も、同様のパラメータに対して計算を行えばよい。
【０１３７】
また、第１及び第２の実施形態では、第１所定値を３０Ｈｚとした例を示したが、これに限らず、低減対象とする磁気ノイズの周波数に応じて適宜決めればよい。例えば、モーターから発生する１７Ｈｚの磁気ノイズと、換気扇から発生する２５Ｈｚの磁気ノイズとを低減対象とする場合には、第１所定値を５Ｈｚ程度にすればよい。
【０１３８】
また、関東地域で第１又は第２の実施形態を適用したことを想定して、第１の実施形態では、第２所定値を関東地域での商用周波数である５０Ｈｚとし、第２の実施形態では、第２所定値を５０Ｈｚ、１００Ｈｚ（商用周波数の２倍周波数）、１５０Ｈｚ（商用周波数の３倍周波数）としたが、第２所定値は第１所定値の周波数よりも大きければよく、また、１つの値であっても複数の値であってもよい。商用周波数、商用周波数の２倍周波数、及び商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つを第２所定値の周波数とするのが好ましい。
【０１３９】
例えば、関西地域で第１又は第２の実施形態を適用する場合には、商用周波数が６０Ｈｚになるので、６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ（商用周波数の２倍周波数）、及び１８０Ｈｚ（商用周波数の３倍周波数）の少なくとも1つを第２所定値とすることにより、磁気ノイズの主な成分である、商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界の少なくとも１つを低減することができる。
【０１４０】
また、第１又は第２の実施形態では、磁気シールド壁１２の外側にコイル１６が上下に各１つ設けられている例を示したが、このように、低減対象とする一方向の磁気ノイズに対して少なくとも１つ（直列に接続された一対２個）のコイルが設けられていればよい。第１又は第２の実施形態のように、上下に一対のコイル１６を設けるとコイル１６から発生させる逆磁界が一様になるので好ましい。
【０１４１】
よって、Ｘ、Ｙ、Ｚの全ての方向の磁気ノイズを低減対象とする場合には、各方向に対して一対のコイル１６を設けて、一対２個×３組のコイル１６で構成するのが好ましい。なお、この場合には、磁気センサー１４及び制御装置１８も３つ必要となる。但し、３方向の磁気ノイズの磁界強度を計測可能な磁気センサーであれば、磁気センサーは１つでよい。
【０１４２】
また、磁気シールド壁１２は、磁気を遮蔽する材料で形成されていればよく、パーマロイ、珪素鋼板、アモルファス、電磁鋼板等を用いることができる。磁気シールド壁１２の厚さや層数は、低減対象とする磁気ノイズの特性や磁気遮蔽空間Ｖの内部に設置する機器の性能等に応じて適宜決めればよい。
【０１４３】
また、磁気センサー１４は、磁気ノイズの磁界強度を計測できるものであればよく、半導体磁気センサー、光ファイバー磁気センサー、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）磁束計、フラックスゲート磁束計等を用いることができる。
【０１４４】
また、第１及び第２の実施形態では、磁気遮蔽空間Ｖが略立方体状になるように磁気シールド壁１２で全面を覆った例を示したが、第１及び第２の実施形態は、さまざまな形状や大きさの磁気遮蔽空間であってもよい。
【０１４５】
例えば、内部に人が入る磁気シールドルーム、又は動物実験を行うような小さな部屋の磁気遮蔽空間や、図６に示すような筐体７２に覆われた磁気遮蔽空間等であってもよい。
【０１４６】
図６に示す磁気シールド装置６６では、パーマロイ製のシールドボックス６８及びパイプ７０が一体となり筐体７２を構成している。そして、この筐体７２の内部を磁気遮蔽空間とし、この磁気遮蔽空間に電子描画装置７４やステージ７６が設置されている。
【０１４７】
また、この筐体７２を略直方体状に囲むように６つのコイル７８が各面に設けられている。
【０１４８】
そして、第１又は第２の実施形態と同様の方法で、磁気ノイズを抑制する磁界を発生させるようにコイル７８に電流を流す。
【０１４９】
これによって、筐体７２の外部から内部に侵入する磁気ノイズに対して磁気遮蔽効果を発揮し、電子描画装置７４の電子ビームへの磁気ノイズの影響を低減することができる。
【０１５０】
一般に、大きな磁気遮蔽空間を有する磁気シールドルームを構築する場合には、床と側壁、側壁と天井、及び側壁同士の接合部に十分な電気的接合を施すことが困難なので、アルミニウム等の導電材を床、側壁、及び天井の材料にすることは好ましくない。よって、床、側壁、及び天井の材料に、厚さが１ｍｍ又は２ｍｍのパーマロイ等の強磁性体を用いたり、この強磁性体を２層又は３層にして用いることが多い。
【０１５１】
電車や自動車等から発生する低周波磁気ノイズに対しては、このような強磁性体によるパッシブ方式の磁気遮蔽方法でも、磁気遮蔽効果を発揮することができる。しかし、パーマロイ等の強磁性体はアルミニウムに比べて導電率が低いので、渦電流による磁気遮蔽効果があまり期待できない。よって、磁気シールドルームの周辺に配置された商用電源の配線やトランス等から発生する商用周波数の高周波磁気ノイズに対しては、このようなパッシブ方式の磁気遮蔽方法だけでは十分な磁気遮蔽効果を発揮することができない。
【０１５２】
また、電子線描画装置や電子線マスク描画装置は、磁気ノイズのフィルタ処理が可能な計測装置とは異なり、製造工程中の磁気ノイズが歩留まりに直接影響する。商用周波数磁界、商用周波数の２倍周波磁界、及び商用周波数の３倍周波磁界は、磁気シールドルームを構築した後に増設されることが多い商用電源の電線類、機器（トランス、分電盤）等から発生するので、特に問題となる。
【０１５３】
これに対して、第１及び第２の実施形態では、磁気センサー１４の計測結果に基づいて位相補正を施した打ち消し磁界をコイル１６から発生させるので、商用周波数の磁気ノイズの低減に有効である。また、磁気シールド壁１２の層数を減らすことが可能なので、複数層からなるパーマロイ等の強磁性体によるパッシブ方式の磁気シールドに比べて、施工手間も省け、低コスト化が図れ、さらには高い磁気遮蔽効果を発揮することができる。
【０１５４】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１及び第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理回路を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る磁気シールド装置の信号処理回路を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る磁気シールド装置の変形例を示す説明図である。
【図７】従来の磁気シールド装置を示す説明図である。
【図８】従来の磁気シールド装置の信号処理方法を示す説明図である。
【図９】パーマロイの壁で囲まれた磁気シールドルームにおける、磁気補償コイルから発生させた磁界の周波数に対する位相遅れを示した線図である。
【図１０】従来のアクティブ磁気シールド装置を示す説明図である。
【図１１】従来のアクティブ磁気シールド装置を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１５６】
１０、６６ 磁気シールド装置
１２ 磁気シールド壁
１４ 磁気センサー
１６、７８ コイル
１８ 制御装置（制御手段）
２２Ａ、２２Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ、５６Ａ、５６Ｂ 帯域通過フィルタ（帯域通過フィルタ手段）
２４Ｂ、５２Ｂ、５８Ｂ 増幅度調整回路（高周波位相反転手段）
２６、５４、６０ 位相調整回路（位相調整手段）
３２ 低域通過フィルタ（低域通過フィルタ手段）
３６ 増幅度調整回路（低周波位相反転手段）
４２ 加算器（電流供給手段）
６８ シールドボックス（磁気シールド壁）
７０ パイプ（磁気シールド壁）
Ｄ１、Ｄ４ 位相遅れ時間
Ｄ５ 位相調整時間
Ｐ１ 低周波信号
Ｐ２ 低周波逆位相信号
Ｑ３ 高周波信号
Ｑ４ 高周波逆位相信号
Ｑ５ 位相調整信号
Ｖ 磁気遮蔽空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間と、
前記磁気シールド壁の外側に設けられたコイルと、
前記磁気遮蔽空間の内部に設けられ、前記磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する磁気センサーと、
前記コイルに電流を流して該コイルから発生させる磁界を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記参照信号から第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する低域通過フィルタ手段と、
前記低周波信号を前記低周波信号の位相を反転させた低周波逆位相信号に変換する低周波位相反転手段と、
前記参照信号から前記第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する帯域通過フィルタ手段と、
前記高周波信号を前記高周波信号の位相を反転させた高周波逆位相信号に変換する高周波位相反転手段と、
前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値と前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した位相遅れ予測時間以上でありかつ前記高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、前記位相遅れ予測時間を引いた位相調整時間だけ、前記高周波逆位相信号の位相を遅らせて前記高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する位相調整手段と、
前記低周波逆位相信号と前記位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して前記コイルに流す電流供給手段と、
を有することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項２】
前記第１所定値の周波数は、３０Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
【請求項３】
前記第２所定値を複数有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気シールド装置。
【請求項４】
商用周波数、前記商用周波数の２倍周波数、及び前記商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つが、前記第２所定値の周波数であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の磁気シールド装置。
【請求項５】
前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の磁気シールド装置。
【請求項１】
磁気を遮蔽する磁気シールド壁に覆われた磁気遮蔽空間と、
前記磁気シールド壁の外側に設けられたコイルと、
前記磁気遮蔽空間の内部に設けられ、前記磁気遮蔽空間内の磁気ノイズの磁界強度を計測して参照信号として出力する磁気センサーと、
前記コイルに電流を流して該コイルから発生させる磁界を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記参照信号から第１所定値以下の周波数の低周波信号を抽出する低域通過フィルタ手段と、
前記低周波信号を前記低周波信号の位相を反転させた低周波逆位相信号に変換する低周波位相反転手段と、
前記参照信号から前記第１所定値よりも大きい第２所定値と等しい周波数の高周波信号を抽出する帯域通過フィルタ手段と、
前記高周波信号を前記高周波信号の位相を反転させた高周波逆位相信号に変換する高周波位相反転手段と、
前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値と前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値とを合計した位相遅れ予測時間以上でありかつ前記高周波逆位相信号の周期を整数倍した時間である値から、前記位相遅れ予測時間を引いた位相調整時間だけ、前記高周波逆位相信号の位相を遅らせて前記高周波逆位相信号を位相調整信号に変換する位相調整手段と、
前記低周波逆位相信号と前記位相調整信号とを合成した信号を電流に変換して前記コイルに流す電流供給手段と、
を有することを特徴とする磁気シールド装置。
【請求項２】
前記第１所定値の周波数は、３０Ｈｚであることを特徴とする請求項１に記載の磁気シールド装置。
【請求項３】
前記第２所定値を複数有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気シールド装置。
【請求項４】
商用周波数、前記商用周波数の２倍周波数、及び前記商用周波数の３倍周波数の少なくとも1つが、前記第２所定値の周波数であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の磁気シールド装置。
【請求項５】
前記磁気シールド壁を通過して前記磁気遮蔽空間の外部から内部へ磁気が侵入するときに生じる該磁気の位相遅れ時間の予測値、及び前記コイルから発生させる磁界の出力遅れによって生じる位相遅れ時間の予測値に、前記コイルから所定の周波数の磁界を発生させた事前の実験により計測された値、又は磁界解析により計算された値を用いることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の磁気シールド装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２８２９８３（Ｐ２００８−２８２９８３Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１２５７１７（Ｐ２００７−１２５７１７）
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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