アクティブ磁気シールドの性能評価方法及び装置
【課題】パッシブ磁気シールドと組み合わされたアクティブ磁気シールドの性能評価。
【解決手段】環境磁場計測センサ１２と環境磁場を打ち消す補償磁場発生用補償コイル１０とが配置された磁気シールド室１内に、補償コイル１０と同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用外乱コイル１１を配置し、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを加えてセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する。その後、外乱コイルにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを加えつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し、その補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとからセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し、その補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し、その補償磁場量Ｐｃと設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価する。
【解決手段】環境磁場計測センサ１２と環境磁場を打ち消す補償磁場発生用補償コイル１０とが配置された磁気シールド室１内に、補償コイル１０と同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用外乱コイル１１を配置し、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを加えてセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する。その後、外乱コイルにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを加えつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し、その補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとからセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し、その補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し、その補償磁場量Ｐｃと設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブ磁気シールドの性能評価方法及び装置に関し、とくに環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルが配置されたアクティブ磁気シールド室のシールド性能を評価する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁気を利用する装置、例えば電子顕微鏡等のＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ、電子ビーム）装置、ＭＲＩ（磁気共鳴画像診断）装置、ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置、ＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）装置等を建物内に設置する場合に、設置室からの漏洩磁場から周囲の人や機器を保護すること及び建物周囲の環境磁場（磁気ノイズ）から装置を保護して正常な動作を保証することを目的として、設置室に磁気シールドを施すことがある。例えば医療施設や半導体関連施設等においてＭＲＩ装置、ＥＢ装置等の設置室を、透磁率の高い電磁鋼板・パーマロイ等の磁性材料板（以下、磁性板ということがある）で囲まれたパッシブ（受動）磁気シールド室とする。一般にパッシブ磁気シールド室は壁面を磁性板で隙間なく覆うことで環境磁場の影響を遮断する密閉型であるが（特許文献１参照）、密閉型磁気シールド室は空気や光の透過性がないことから、図６に示すように複数の矩形短冊状の磁性板５を各々の長さ方向中心軸が同一面上に平行に並ぶように板厚方向に所要間隔で簾状に積層した簾体（以下、シールド簾体ということがある）２、３を壁面として用いた隙間のある開放型の磁気シールド室も開発されている（特許文献２参照）。
【０００３】
図６は、６つのシールド簾体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、及び３で囲まれた開放型パッシブ磁気シールド室１を示す。５つのシールド簾体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはそれぞれ対応する磁性板５の端縁６を重ね合わせにより列状に接合してシールド室１の側壁とし、その一端側のシールド簾体２ａと他端側のシールド簾体２ｅとの間にシールド簾体３を配置してシールド室１の開閉部（ドアや窓等）としている。各簾体２、３の磁性板５の板厚方向の間隔から漏洩磁場が生じないように、その間隔を、磁性板５の磁束の通りやすさ（磁性板のパーミアンス）に比して間隔の磁束の通りやすさ（間隔のパーミアンス）が十分に小さくなるように設計する。また、シールド簾体２ａ、２ｅとシールド簾体３との隙間からも漏洩磁場が生じないように、その隙間に臨む各簾体２ａ、２ｅ、３の磁性板５の端縁にその端縁の面積を板厚方向に拡張する磁性拡張板７を取り付け、簾体２ａと３、及び簾体２ｅと３が磁性拡張板７により隙間を介して磁気的に結合するように設計する。必要に応じてその隙間に磁性目張り８を設けることで、隙間からの漏洩磁場を更に小さく抑える。図示例のシールド室１によれば、各簾体２、３の板厚方向間隔によって空気や光の透過性を確保しつつ、シールド室１からの漏洩磁場を最小限の磁性材料で効率的・経済的に抑えることができる。
【０００４】
しかし、従来のパッシブ磁気シールドは何れも静的な性能・構造であるため、シールド室１からの漏洩磁場対策には有効であるが、建物周囲の鉄道の運行等で生じる変動する環境磁場からＭＲＩ装置やＥＢ装置を効率的・経済的に保護できない場合がある。例えば、環境磁場変動のピークが一時的であっても、そのピークに対応するため多くの磁性材料を用いたシールド構造とする必要があり、シールド室１の壁が厚くなる等の問題も生じる。そのため、しばしばパッシブ磁気シールドに加えて又は代えて、図４に示すように、環境磁場の変動に応じて同振幅・逆位相の補償磁場を発生させて環境磁場の変動を打ち消すアクティブ（能動）磁気シールドが用いられる（特許文献３及び４参照）。
【０００５】
図４（Ｂ）に示すアクティブ磁気シールドは、同図（Ａ）に示すようにシールド室１の中心部を通る直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）にそれぞれ中心軸方向を一致させて配置した３組の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと、シールド室１内の環境磁場を計測する磁気センサ１２と、センサ１２の計測信号に応じて補償磁場信号を算出する信号処理手段１５と、その補償磁場信号に応じて補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚを駆動する駆動電源１４とを有する。図示例は２個のヘルムホルツコイル１０Ｘ１、１０Ｘ２からなるＸ軸方向の補償コイル１０Ｘを示すが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の補償コイル１０Ｙ、１０Ｚも同様の構成である。センサ１２で計測された環境磁場（磁束密度）の変動を打ち消すために必要な補償磁場信号を信号処理手段１５で算出し、その信号に応じた電力を駆動電源１４から補償コイル１０Ｙ、１０Ｚに供給して補償磁場を発生させることにより環境磁場の変動を打ち消す。例えば図６のパッシブ磁気シールドと図４のアクティブ磁気シールドとを組み合わせる（併用する）ことにより、変動する環境磁場にも対応可能なシールド室１を効率的・経済的に設計することが期待できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１６２５８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１５９８号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２１８２号公報
【特許文献４】特開２００６−３２４６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のアクティブ磁気シールドは、シールド室１のシールド性能が設計仕様に適合しているか否かを評価（検証）することが難しい問題点がある。一般的にはシールド施工前の環境磁場変動を測定してシールド性能の設計仕様を決定し、シールド施工後に環境磁場変動を再度測定してシールド室１の性能（設計仕様の適合性）を評価するが、通常は環境磁場変動に再現性がないため、設計仕様の決定時と異なる環境磁場変動を用いて適合性評価を行わざるを得ない。このように環境磁場を用いた性能評価方法では、たとえ長時間をかけて環境磁場変動の近似性を高めたとしても、設計仕様に直接反映された環境磁場変動に基づく精確なシールド性能の評価は困難である。とくにアクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと併用されている場合は、環境磁場がパッシブ磁気シールドの磁性材料の影響を受けるため、アクティブ磁気シールド単体の精確な性能評価を行うことが難しくなる。
【０００８】
環境磁場変動の発生原因が十分に遠方に存在し、ほぼ一様な磁場分布を有する変動磁場が仮定できる場合は、図４（Ｃ）に示すように、シールド室１の外側に設置した外乱コイル１１で人為的に環境磁場（外乱磁場）を発生させてアクティブ磁気シールドの性能評価を行う場合がある。しかし、一様な環境磁場を再現するにはシールド室１に比して大径の外乱コイル１１を十分な遠方に設置する必要があり、そのような設置は実際上困難であることから、外乱コイル１１を用いた性能評価方法でもアクティブ磁気シールドの信頼性の高い評価を行うことは困難であった。また、たとえ外乱コイル１１の設置が可能であるとしても、パッシブ磁気シールドと併用されている場合は、外乱コイル１１で意図した磁場分布がパッシブ磁気シールドの磁性材料の影響を受けて異なる分布となるため、アクティブ磁気シールドの精確な評価ができなくなる。パッシブ磁気シールドと組み合わされている場合でも、アクティブ磁気シールドの性能を適切に評価・検証できるシステムの開発が望まれている。
【０００９】
更に、アクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと組み合わされている場合は、シールド室１のセンサ１２と離れた位置のアクティブ磁気シールド性能を評価することが難しい問題点もある。例えばＭＲＩ装置を設置するシールド室１では、シールド対象であるＭＲＩ装置（デュワ部）の設置位置でシールド性能を評価することが望ましいが、ＭＲＩ装置（デュワ部）には励磁に伴って数Ｔ程度の強磁場が発生しているため、そのような対象位置にセンサ１２を設置して環境磁場の微弱な変動（例えば１００ｎＴ以下）を計測することは困難である（数Ｔ程度で１００ｎＴ程度の精度を有する幅の広いダイナミックレンジを有するセンサ１２が存在しない）。また、電子顕微鏡等のＥＢ装置ではシールド対象が鏡筒部内であるため、そもそもセンサ１２を対象位置に配置することができない。そのため、ＭＲＩ装置やＥＢ装置等を設置するアクティブ磁気シールド室１では、評価対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓのセンサ１２でシールド性能を評価せざるを得ないことが多い。
【００１０】
アクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと組み合わされている場合は、シールド室１内の相互に離れたセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐにおける環境磁場（又は外乱コイル１１の発生する人為的な環境磁場）は、図５（Ｐ１）及び（Ｓ１）に示すように、パッシブ磁気シールドの磁性材料の影響によって異なるものとなる。また、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０の発生する補償磁場も、同図（Ｐ２）及び（Ｓ２）に示すように、磁性材料の影響を受けて設計仕様からのずれを生じる。従って、同図（Ｐ３）及び（Ｓ３）に示すように、同じシールド室１内であっても対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとではシールド性能が全く異なる値となり、対象位置Ｐのシールド性能を離れたセンサ位置Ｓのシールド性能から推定することは困難である。パッシブ磁気シールドと組み合わされたアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価・検証するためには、たとえ対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離れていても、対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価できることが望ましい。
【００１１】
そこで本発明の目的は、パッシブ磁気シールドと組み合わされた場合でもアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価できる評価方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１の実施例及び図２の流れ図を参照するに、本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価方法は、環境磁場の計測センサ１２とその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイル１０とが配置されたアクティブ磁気シールド室１内の評価対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法において、補償コイル１０と同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用の外乱コイル１１を配置し（図２のステップＳ００２〜Ｓ００５）、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出し（ステップＳ００６〜Ｓ００７）、外乱コイルにセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し（ステップＳ００８）、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し且つその補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し（ステップＳ００９）、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価し（ステップＳ０１２）てなるものである。
【００１３】
また図１のブロック図を参照するに、本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価装置は、環境磁場の計測センサ１２とその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイル１０とが配置されたアクティブ磁気シールド室１内の評価対象位置Ｐのシールド性能を評価する装置において、シールド室１の補償コイル１０と同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル１１、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅを記録する記憶手段２３、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する検出手段２４、外乱コイル１１に設計時のセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測する計測手段２５、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し且つその補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出する算出手段２６、並びに対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと設計時の対象位置Ｐの環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価する評価手段２７を備えてなるものである。
【００１４】
好ましくは、図２のステップＳ０１０〜Ｓ０１１に示すように、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測（ステップＳ００８）と対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの算出（ステップＳ００９）とを複数回反復し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの複数回の平均値により対象位置Ｐのシールド性能を評価する。更に好ましくは、図１に示すように、シールド室１の内側又は外側周辺に検査位置Ｒを定め、試験磁場信号Ｖの印加時に検査位置Ｒとセンサ位置Ｓとの間の磁場量比Ｓｖ／Ｒｖを検出し（図２のステップＳ００７）、環境磁場信号Ｅの印加時にセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔに代えて検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔを計測し且つその補償後磁場量Ｒｔと磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとからセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを算出する（ステップＳ００８）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価方法及び装置は、シールド室１に補償磁場発生用の補償コイル１０と外乱磁場発生用の外乱コイル１１と同じ位置に同じ形状で配置し、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出したうえで、外乱コイルにセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し、その補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価するので、次の有利な効果を奏する。
【００１６】
（イ）補償コイル１０と外乱コイル１１とを同じ位置に同じ形状で配置するので、補償コイル１０の発生する補償磁場分布と外乱コイル１１の発生する環境磁場分布とを一致させ、対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓの計測値により対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価することができる。
（ロ）また、アクティブ磁気シールドの設計仕様に直接反映された環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅを再現してシールド性能を評価するので、設計仕様に基づいたシールド性能の精確な評価・検証（検収）が可能となる。
（ハ）パッシブ磁気シールドを併用したアクティブ磁気シールド室１においても、磁性材料の影響を受ける環境磁場分布及び補償磁場分布を一致させることでシールド性能を直接的に評価することが可能であり、仮定された磁場分布（例えば均一な磁場分布）等を用いた性能評価方法に比して評価結果の信頼性を高めることできる。
【００１７】
（ニ）また、パッシブ磁気シールドの磁性材料の影響によりシールド性能評価のＳ／Ｎ比が劣化する場合でも、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測を繰り返すことにより、複数回の性能評価値の平均操作によってＳ／Ｎ比を簡単に改善できる。
（ホ）センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測する比較的短時間の作業で対象位置Ｐのシールド性能を評価することができ、アクティブ磁気シールドの評価・検証作業の迅速化を図ると共に、シールド室周囲の環境磁界が弱い時間帯に素早く実施して性能評価の精度を高めることもできる。
（ヘ）シールド室１の内側だけでなく外側周辺でも外乱コイル１１の環境磁場分布と補償コイル１０の補償磁場分布とを一致させることができ、シールド室１に入室することなく室外周囲の検査位置Ｒで対象位置Ｐのシールド性能評価を実施することも期待できる。
（ト）センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとを記録しておけば、検収時だけでなく定期的な保守点検の際にも、シールド室１内の装置（ＭＲＩ装置やＥＢ装置）を稼動させたままシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、パッシブ磁気シールドとアクティブ磁気シールドとが併用されたシールド室１に本発明の性能評価装置を適用した実施例を示す。図示例のシールド室１は漏洩磁場対策として、図６のパッシブ磁気シールド室１と同様、複数の磁性板５を板厚方向に所要間隔で積層したシールド簾体２で構成された周壁を有する。ただし、本発明の適用対象の磁気シールド室１はシールド簾体２を用いたものに限定されず、例えば特許文献１のように隙間のないパッシブ磁気シールドで周壁を構成したシールド室１であってもよい。また図示例のシールド室１は、図４のアクティブ磁気シールド室１と同様に、シールド室１内のセンサ位置Ｓで環境磁場を計測する磁気センサ１２と、その環境磁場を打ち消す補償磁場を発生するためシールド室１の直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に中心軸方向を一致させて配置された補償コイル（例えばヘルムホルツコイル）１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと、補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚを駆動する駆動電源１４と、センサ１２及び駆動電源１４に接続されたコンピュータ２０とを有する。
【００１９】
図示例では、説明簡単化のためにアクティブ磁気シールドのＸ軸方向の補償コイル１０Ｘ１、１０Ｘ２のみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の補償コイル１０Ｙ、１０Ｚも同様の構成とすることができる。補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚは、パッシブ磁気シールド（図示例ではシールド簾体）の内側又は外側の何れに配置してもよく、パッシブ磁気シールドの内部又は近傍に一体的に配置してもよい。また図示例のコンピュータ２０は、磁気センサ１２の計測信号を入力する入力手段２１と、入力手段２１の入力信号に応じて補償磁場信号を算出して駆動電源１４に出力する信号処理手段１５とを有する。また、入力手段２１及び信号処理手段１５の間にスイッチ手段２８を設け、スイッチ手段２８の制御により補償コイル１０の駆動／駆動停止を切り替え可能としている。入力手段２１、信号処理手段１５、スイッチ手段２８はそれぞれコンピュータ２０の内蔵プログラムである。
【００２０】
図示例の性能評価装置は、シールド室１の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚと、外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを駆動する駆動電源１６と、コンピュータ２０の記憶手段２３及び後述する内蔵プログラムとで構成されている。外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚは例えば補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同様のヘルムホルツコイルであるが、図示例では補償コイル１０との識別容易化のために外乱コイル１１を点線で表している。また、説明簡単化のためにＸ軸方向の外乱コイル１１Ｘ１、１１Ｘ２のみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の外乱コイル１１Ｙ、１１Ｚも同様の構成とすることができる。
【００２１】
コンピュータ２０の記憶手段２３には、後述するようにアクティブ磁気シールドの設計仕様決定の際のセンサ位置Ｓ及び評価対象位置Ｐの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）を記録する。対象位置Ｐは、上述したようにシールド室１内に設置する装置に応じて決定される（例えばＭＲＩ装置のデュワ部、電子顕微鏡の鏡筒部等）。またセンサ位置Ｓは、その装置の設置・操作の邪魔にならないシールド室１内の任意位置とすることができる。なお、図示例では対象位置Ｐに環境磁場量Ｐｅを計測する磁気センサ１２ａを設けているが、環境磁場量Ｐｅはセンサ位置Ｓの磁気センサ１２を対象位置Ｐに移動させて計測することが可能であり、磁気センサ１２ａは本発明の性能評価装置に必須のものではない。またコンピュータ２０は、性能評価のための内蔵プログラムとして、外乱コイル１１の磁場信号を駆動電源１６に出力する信号処理手段１７と、その信号処理手段１７を介して試験磁場信号Ｖを外乱コイル１１に印加する検出手段２４と、信号処理手段１７を介して環境磁場信号Ｅを外乱コイル１１に印加する計測手段２５と、算出手段２６及び評価手段２７とを有している。
【００２２】
図２は、図１の性能評価装置を用いた本発明の性能評価方法の流れ図の一例を示す。以下、図２の流れ図を参照して本発明の性能評価方法及びコンピュータ２０の内蔵プログラムの作用を説明する。先ずステップＳ００１において上述したパッシブ磁気シールドをシールド室１に施工したのち、ステップＳ００２においてシールド室１内のセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測し、計測した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）をコンピュータ２０に入力して記憶手段２３に記録する。環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｐ１）及び（Ｓ１）に示す。記録した環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅは、ステップＳ００８においてシールド性能評価の際に環境磁場を再現するために利用する。なお、ステップＳ００２においてセンサ位置Ｓが未確定である場合は、センサ位置Ｓの複数の候補点で環境磁場量Ｓｅ（ｔ）を計測することで対応してもよい。
【００２３】
ステップＳ００３において、記録した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）に基づきアクティブ磁気シールドの設計仕様（補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚの配置位置や形状、磁気センサ１２のセンサ位置Ｓ、信号処理手段１５のプログラム等）を決定したのち、ステップＳ００４において上述したアクティブ磁気シールドを施工する。具体的には、設計仕様に応じて補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚ及び磁気センサ１２をシールド室１内に配置する。更にステップＳ００５において、シールド室１の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に、補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ形状で外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを配置する。図示例のようにパッシブ磁気シールドを併用したシールド室１では、磁性板５の影響により補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚの発生する補償磁場分布が設計仕様と異なることも想定されるが、外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に同じ形状で配置することで、外乱コイル１１の発生する環境磁場分布を補償コイル１０の発生する補償磁場分布と一致させることできる。
【００２４】
アクティブ磁気シールドを施工したのち、補償コイル１０を駆動する前に、ステップＳ００７においてコンピュータ２０の検出手段２４によって外乱コイル１１に正弦波等の試験磁場信号Ｖを印加し、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）を磁気センサ１２で計測し、計測された試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）を検出手段２４に入力してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比（振幅比）Ｐｖ／Ｓｖを検出する。補償コイル１０が既に駆動されている場合は、ステップＳ００６において例えば検出手段２４によりスイッチ手段２８を制御して補償コイル１０の駆動を停止したうえで、ステップＳ００７において磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する。補償コイル１０の駆動停止は、例えばコンピュータ２０に設けた手動スイッチ（図示せず）等で行うこともできる。試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｐ２）及び（Ｓ２）に示す。図示例では、試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）の振幅比率から、例えば磁場量比Ｐｖ／Ｓｖ＝１／０．７と検出することができる。検出した磁場量比Ｐｖ／Ｓｖはコンピュータ２０の記憶手段２３に記録し、後述するステップＳ００９においてアクティブ磁気シールド駆動後の対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｔ（ｔ）を算出するために利用する。
【００２５】
なお、ステップＳ００７で用いる試験磁場の周波数は、磁場量比Ｐｖ／Ｓｖに対する環境磁場の影響をできるだけ小さく抑えてＳ／Ｎ比を高めるため、ステップＳ００２で計測した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）のスペクトル強度が十分に低い周波数帯とすることが望ましい。例えば、ステップＳ００２で記憶手段２３に記録された環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）の波形に応じて、商用電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）及びその高調波周波数（１００、１５０、２００……Ｈｚ／１２０、１８０、２４０……Ｈｚ）による雑音や鉄道・自動車・エレベータ等の直流磁場による１０Ｈｚ程度以下の雑音の混入を避けるため、検出手段２４によりステップＳ００７で用いる試験磁場の周波数帯を１１０Ｈｚ等と定める。
【００２６】
また、ステップＳ００７で用いる試験磁場の大きさは、パッシブ磁気シールドの非線形な特性の影響を受けないように、アクティブ磁気シールド駆動後の対象位置Ｐの補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）（又はセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ））と同程度とすることが望ましい。例えばアクティブ磁気シールドの補償コイル１０がパッシブ磁気シールドの近傍に配置されている場合は、補償コイル１０の発生する補償磁場の影響によってパッシブ磁気シールドの磁性材料の特性（パッシブ磁気シールド性能）が変動し、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの磁場量比（振幅比）Ｐｖ／Ｓｖを変動させる可能性がある。アクティブ磁気シールド駆動後の磁場（設計磁場）と同程度の大きさの試験磁場を用いて磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出しておけば、その磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを用いてパッシブ磁気シールド駆動後の補償磁場量Ｐｔ、Ｓｔを算出する際に（後述のステップＳ００９）、パッシブ磁気シールドの非線形な特性変動の影響を小さく抑えることができる。例えば、アクティブ磁気シールドによって対象位置Ｐの磁場量を１０〜１００ｎＴ程度に抑える設計の場合は、その設計仕様に合わせて試験磁場の大きさも１０〜１００ｎＴ程度とする。
【００２７】
次いでステップＳ００８において、コンピュータ２０の計測手段２５により、ステップＳ００２のセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを外乱コイル１１に印加する。例えばセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測してモニタしながら外乱コイル１１を駆動し、図３（Ｓ３）に示すようにセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）の振幅が同図（Ｓ１）に示す環境磁場量Ｓｅ（ｔ）の振幅と一致するように外乱コイル１１に印加する環境磁場信号Ｅの電流等を調整し、シールド室１内のセンサ位置Ｓにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現する。またステップＳ００８において、シールド室１内に環境磁場量Ｓｅを再現したのちアクティブ磁気シールドの補償コイル１０を駆動し、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を磁気センサ１２で計測して計測手段２５に入力する。計測手段２５で計測された補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｓ４）に示す。
【００２８】
更にステップＳ００９において、計測手段２５で計測したセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を算出手段２６に入力し、算出手段２６においてセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）と記憶手段２３に記録したセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ（ｔ）との差として、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０により発生したセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）（＝Ｓｔ−Ｓｅ）を算出する。算出手段２６で算出されたセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｓ５）に示す。また算出手段２６により、センサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）と記憶手段２３に記録した磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）（＝Ｓｃ（ｔ）×Ｐｖ／Ｓｖ）を算出する。図３（Ｐ６）に示す対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）の波形の一例は、同図（Ｓ５）の補償磁場量Ｓｃ（ｔ）の波形と磁場量比Ｐｖ／Ｓｖ＝１／０．７との積として算出したものである。
【００２９】
ステップＳ０１２において、算出手段２６で算出した対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）を評価手段２７に入力し、評価手段２７において対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）と記憶手段２３に記録した対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅ（ｔ）とから対象位置Ｐのシールド性能を評価する。例えばステップＳ０１２において評価手段２７により、図３（Ｐ７）に示すように、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）と環境磁場量Ｐｅ（ｔ）との和として、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０により補償された対象位置Ｐの補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）（＝Ｐｃ＋Ｐｅ）を算出する。また、環境磁場量Ｐｅ（ｔ）に対する補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）の比として、対象位置Ｐにおけるアクティブ磁気シールド単体の磁場（磁束密度）の減衰率（＝Ｐｔ（ｔ）／Ｐｅ（ｔ））を算出する。図３（Ｐ１）と（Ｐ７）との振幅比率から、シールド室１の対象位置Ｐの環境磁場をアクティブ磁気シールドによって１／６．４に減衰できたことが分かる。
【００３０】
図２の流れ図では、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐにおける補償コイル１０の補償磁場分布と外乱コイル１１の環境磁場分布とを一致させたうえで（ステップＳ００５）、両位置Ｓ、Ｐにおける外乱コイル１１の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出し（ステップＳ００７）、その磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとセンサ位置Ｓにおける補償コイル１０の補償磁場量Ｓｃとから対象位置Ｐにおける補償コイル１０の補償磁場量Ｐｃを算出するので（ステップＳ００９）、対象位置Ｐのアクティブ磁気シールド性能（補償後磁場量）をその対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓにおいて適切に評価することができる。また、パッシブ磁気シールドが併用されていても、環境磁場分布及び補償磁場分布を一致させることで磁性材料の影響を相殺し、対象位置Ｐのシールド性能を直接的に評価することができ、アクティブ磁気シールド単体の信頼性の高い性能評価を行うことができる。更に、外乱コイル１１によりアクティブ磁気シールドの設計仕様に直接反映されたセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅを再現することで、ステップＳ０１２において設計仕様に基づいた対象位置Ｐのシールド性能（磁場減衰率）を評価・検証することが可能となる。
【００３１】
こうして本発明の目的である「パッシブ磁気シールドと組み合わされた場合でもアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価できる評価方法及び装置」の提供を達成できる。
【００３２】
なお、図２のステップＳ０１０〜Ｓ０１１は、ステップＳ００８の計測手段２５によるセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測と、ステップＳ００９の算出手段２６による対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの算出とを複数回反復し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの複数回の平均値を求める処理を示す。図２の流れ図では、ステップＳ００８において計測する補償後磁場量Ｓｔがシールド室１のその時点における環境磁場の影響を受け、ステップＳ０１２で求める対象位置Ｐのシールド性能のＳ／Ｎ比が劣化する場合も考えられるが、補償後磁場量Ｓｔを複数回計測した平均値を用いることにより、シールド性能のＳ／Ｎ比の改善を図ることができる。しかも、ステップＳ００８におけるシールド設計時の環境磁場量Ｓｅの再現は比較的短時間（数分〜数十分）で実施可能であり、ステップＳ００９はコンピュータ処理であるから、反復した場合でも性能評価に要する時間があまり長くなることはない。
【００３３】
また、上述したように本発明はパッシブ磁気シールドが併用されていても対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価できる利点を有しているが、本発明の適用範囲はパッシブ磁気シールドが併用されたシールド室１に限定されるものではなく、アクティブ磁気シールドのみを用いたシールド室１にも適用可能である。更に、アクティブ磁気シールドの検収時にステップＳ００２で求めたセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅと、ステップＳ００７で求めた磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとをコンピュータ２０の記憶手段２３に記録しておけば、定期的な保守点検の際にステップＳ００８〜Ｓ０１２を実施することで、シールド室１内の装置（ＭＲＩ装置やＥＢ装置）を稼動させたままシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能を評価することができる。
【実施例１】
【００３４】
以上、シールド室１の内側のセンサ位置Ｓの計測値を用いて対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法について説明したが、本発明（図２のステップＳ００５）ではシールド室１の内側だけでなく外側周辺においても外乱コイル１１の発生する環境磁場分布を補償コイル１０の発生する補償磁場分布と一致させることができ、センサ位置Ｓに代えて、シールド室１の内側の任意位置Ｒ又は外側周辺の任意位置Ｒの計測値を用いて対象位置Ｐのシールド性能を評価することも可能である。例えば図１に示すように、図２のステップＳ００６においてシールド室１の外側周辺に検査位置Ｒを定めることにより、シールド室１に入室することなく室外周囲の検査位置Ｒでシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能評価を実施することが期待できる。
【００３５】
図２のステップＳ００６においてセンサ位置Ｓ以外の検査位置Ｒを定めた場合は、ステップＳ００７において外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加した際に、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐと共に検査位置Ｒにおいて試験磁場量Ｒｖ（ｔ）を磁気センサ１３で計測し、検出手段２４において検査位置Ｒとセンサ位置Ｓとの間の磁場量比（振幅比）Ｓｖ／Ｒｖを検出する。試験磁場量Ｒｖ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｒ２）に示す。図示例では、試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｒｖ（ｔ）の振幅比率から、例えば磁場量比Ｓｖ／Ｒｖ＝０．７／０．５と検出することができる。検出した磁場量比Ｓｖ／Ｒｖは、磁場量比Ｐｖ／Ｓｖと共にコンピュータ２０の記憶手段２３に記録しておく。
【００３６】
また、図２のステップＳ００８において外乱コイル１１に環境磁場信号Ｅを印加する際に、検査位置Ｒの磁場波形データＲｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測してモニタしながら外乱コイル１１を駆動し、例えば図３（Ｒ３）に示すような検査位置Ｒの磁場波形データＲｅ（ｔ）と磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとの積によりセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）（＝Ｒｅ（ｔ）×Ｓｖ／Ｒｖ、図３の例ではＲｅ（ｔ）×０．７／０．５）を算出する。そして、算出したセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）の振幅がセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）の振幅と一致するように外乱コイル１１に印加する環境磁場信号Ｅの電流等を調整する。こうすれば、センサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）を実際にモニタすることなく、シールド室１内のセンサ位置Ｓにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現することができる。
【００３７】
更にステップＳ００８において、シールド室１内にシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現したのち、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０を駆動する際に、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔに代えて検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を磁気センサ１２で計測して計測手段２５に入力する。計測手段２５において、図３（Ｒ４）に示すような検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）と磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとの積を求めることにより、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）（＝Ｒｔ（ｔ）×Ｓｖ／Ｒｖ、図３の例ではＲｔ（ｔ）×０．７／０．５）を算出する。こうすれば、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を実際に計測せずとも、検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔからセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を推定して求めることができる。図３（Ｓ３）及び（Ｓ４）の点線枠は、センサ位置Ｓ以外の検査位置Ｒの測定値を用いた場合に、センサ位置Ｓでは実際に磁場波形データＲｅ（ｔ）及び補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）をモニタ又は計測する必要がなくなることを示す。
【００３８】
ステップＳ００９において、検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）に基づき算出されたセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を算出手段２６に入力し、上述した処理と同様にセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）（＝Ｓｔ−Ｓｅ）を算出し、更に対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）を算出する。必要に応じてステップＳ００８〜Ｓ０１０を繰り返したのちステップＳ０１１からＳ０１２へ進み、上述した処理と同様にステップＳ０１２において対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）に基づき対象位置Ｐのシールド性能を評価する。すなわち、検査位置Ｒの計測値から対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法によれば、センサ位置Ｓの磁場波形の実際に計測する必要がないので、シールド室１に入室することなく室外の検査位置Ｒでシールド室１内のシールド性能を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による性能評価装置の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明による性能評価方法を示す流れ図の一例である。
【図３】図２の流れ図に対応する対象位置Ｐ、センサ位置Ｓ（、及び検査位置Ｒ）の磁束密度の変化を示す説明図である。
【図４】従来のアクティブ磁気シールド方法の一例の説明図である。
【図５】図４のアクティブ磁気シールド方法における対象位置Ｐ及びセンサ位置Ｓのシールド性能評価手法の説明図である。
【図６】従来のパッシブ磁気シールド方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…磁気シールド室 ２…磁気シールド壁（シールド簾体）
３…磁気シールド開閉部（シールド簾体）
５…磁性材料板（磁性板） ６…重ね合わせ部
７…拡張部 ８…磁性目張り
１０…補償コイル １１…外乱コイル
１２、１２ａ、１３…計測センサ（磁気センサ）
１４…補償コイルの駆動電源 １５…補償コイルの信号処理手段
１６…外乱コイルの駆動電源 １７…外乱コイルの信号処理手段
２０…コンピュータ ２１、２２…入力手段
２３…記憶手段 ２４…検出手段
２５…計測手段 ２６…算出手段
２７…評価手段 ２８…スイッチ手段
２９…出力手段
Ｐ…評価対象位置 Ｒ…検査位置
Ｓ…センサ位置
Ｅ…環境磁場信号 Ｖ…試験磁場信号
Ｐｅ…対象位置の環境磁場量の記録値
Ｓｅ…センサ位置の環境磁場量の記録値
Ｐｖ／Ｓｖ、Ｓｖ／Ｒｖ…磁場量比
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクティブ磁気シールドの性能評価方法及び装置に関し、とくに環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルが配置されたアクティブ磁気シールド室のシールド性能を評価する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁気を利用する装置、例えば電子顕微鏡等のＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ、電子ビーム）装置、ＭＲＩ（磁気共鳴画像診断）装置、ＮＭＲ（核磁気共鳴）装置、ＳＱＵＩＤ（超電導量子干渉素子）装置等を建物内に設置する場合に、設置室からの漏洩磁場から周囲の人や機器を保護すること及び建物周囲の環境磁場（磁気ノイズ）から装置を保護して正常な動作を保証することを目的として、設置室に磁気シールドを施すことがある。例えば医療施設や半導体関連施設等においてＭＲＩ装置、ＥＢ装置等の設置室を、透磁率の高い電磁鋼板・パーマロイ等の磁性材料板（以下、磁性板ということがある）で囲まれたパッシブ（受動）磁気シールド室とする。一般にパッシブ磁気シールド室は壁面を磁性板で隙間なく覆うことで環境磁場の影響を遮断する密閉型であるが（特許文献１参照）、密閉型磁気シールド室は空気や光の透過性がないことから、図６に示すように複数の矩形短冊状の磁性板５を各々の長さ方向中心軸が同一面上に平行に並ぶように板厚方向に所要間隔で簾状に積層した簾体（以下、シールド簾体ということがある）２、３を壁面として用いた隙間のある開放型の磁気シールド室も開発されている（特許文献２参照）。
【０００３】
図６は、６つのシールド簾体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、及び３で囲まれた開放型パッシブ磁気シールド室１を示す。５つのシールド簾体２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅはそれぞれ対応する磁性板５の端縁６を重ね合わせにより列状に接合してシールド室１の側壁とし、その一端側のシールド簾体２ａと他端側のシールド簾体２ｅとの間にシールド簾体３を配置してシールド室１の開閉部（ドアや窓等）としている。各簾体２、３の磁性板５の板厚方向の間隔から漏洩磁場が生じないように、その間隔を、磁性板５の磁束の通りやすさ（磁性板のパーミアンス）に比して間隔の磁束の通りやすさ（間隔のパーミアンス）が十分に小さくなるように設計する。また、シールド簾体２ａ、２ｅとシールド簾体３との隙間からも漏洩磁場が生じないように、その隙間に臨む各簾体２ａ、２ｅ、３の磁性板５の端縁にその端縁の面積を板厚方向に拡張する磁性拡張板７を取り付け、簾体２ａと３、及び簾体２ｅと３が磁性拡張板７により隙間を介して磁気的に結合するように設計する。必要に応じてその隙間に磁性目張り８を設けることで、隙間からの漏洩磁場を更に小さく抑える。図示例のシールド室１によれば、各簾体２、３の板厚方向間隔によって空気や光の透過性を確保しつつ、シールド室１からの漏洩磁場を最小限の磁性材料で効率的・経済的に抑えることができる。
【０００４】
しかし、従来のパッシブ磁気シールドは何れも静的な性能・構造であるため、シールド室１からの漏洩磁場対策には有効であるが、建物周囲の鉄道の運行等で生じる変動する環境磁場からＭＲＩ装置やＥＢ装置を効率的・経済的に保護できない場合がある。例えば、環境磁場変動のピークが一時的であっても、そのピークに対応するため多くの磁性材料を用いたシールド構造とする必要があり、シールド室１の壁が厚くなる等の問題も生じる。そのため、しばしばパッシブ磁気シールドに加えて又は代えて、図４に示すように、環境磁場の変動に応じて同振幅・逆位相の補償磁場を発生させて環境磁場の変動を打ち消すアクティブ（能動）磁気シールドが用いられる（特許文献３及び４参照）。
【０００５】
図４（Ｂ）に示すアクティブ磁気シールドは、同図（Ａ）に示すようにシールド室１の中心部を通る直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）にそれぞれ中心軸方向を一致させて配置した３組の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと、シールド室１内の環境磁場を計測する磁気センサ１２と、センサ１２の計測信号に応じて補償磁場信号を算出する信号処理手段１５と、その補償磁場信号に応じて補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚを駆動する駆動電源１４とを有する。図示例は２個のヘルムホルツコイル１０Ｘ１、１０Ｘ２からなるＸ軸方向の補償コイル１０Ｘを示すが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の補償コイル１０Ｙ、１０Ｚも同様の構成である。センサ１２で計測された環境磁場（磁束密度）の変動を打ち消すために必要な補償磁場信号を信号処理手段１５で算出し、その信号に応じた電力を駆動電源１４から補償コイル１０Ｙ、１０Ｚに供給して補償磁場を発生させることにより環境磁場の変動を打ち消す。例えば図６のパッシブ磁気シールドと図４のアクティブ磁気シールドとを組み合わせる（併用する）ことにより、変動する環境磁場にも対応可能なシールド室１を効率的・経済的に設計することが期待できる。
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１６２５８５号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１５９８号公報
【特許文献３】特開２００２−２３２１８２号公報
【特許文献４】特開２００６−３２４６５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のアクティブ磁気シールドは、シールド室１のシールド性能が設計仕様に適合しているか否かを評価（検証）することが難しい問題点がある。一般的にはシールド施工前の環境磁場変動を測定してシールド性能の設計仕様を決定し、シールド施工後に環境磁場変動を再度測定してシールド室１の性能（設計仕様の適合性）を評価するが、通常は環境磁場変動に再現性がないため、設計仕様の決定時と異なる環境磁場変動を用いて適合性評価を行わざるを得ない。このように環境磁場を用いた性能評価方法では、たとえ長時間をかけて環境磁場変動の近似性を高めたとしても、設計仕様に直接反映された環境磁場変動に基づく精確なシールド性能の評価は困難である。とくにアクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと併用されている場合は、環境磁場がパッシブ磁気シールドの磁性材料の影響を受けるため、アクティブ磁気シールド単体の精確な性能評価を行うことが難しくなる。
【０００８】
環境磁場変動の発生原因が十分に遠方に存在し、ほぼ一様な磁場分布を有する変動磁場が仮定できる場合は、図４（Ｃ）に示すように、シールド室１の外側に設置した外乱コイル１１で人為的に環境磁場（外乱磁場）を発生させてアクティブ磁気シールドの性能評価を行う場合がある。しかし、一様な環境磁場を再現するにはシールド室１に比して大径の外乱コイル１１を十分な遠方に設置する必要があり、そのような設置は実際上困難であることから、外乱コイル１１を用いた性能評価方法でもアクティブ磁気シールドの信頼性の高い評価を行うことは困難であった。また、たとえ外乱コイル１１の設置が可能であるとしても、パッシブ磁気シールドと併用されている場合は、外乱コイル１１で意図した磁場分布がパッシブ磁気シールドの磁性材料の影響を受けて異なる分布となるため、アクティブ磁気シールドの精確な評価ができなくなる。パッシブ磁気シールドと組み合わされている場合でも、アクティブ磁気シールドの性能を適切に評価・検証できるシステムの開発が望まれている。
【０００９】
更に、アクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと組み合わされている場合は、シールド室１のセンサ１２と離れた位置のアクティブ磁気シールド性能を評価することが難しい問題点もある。例えばＭＲＩ装置を設置するシールド室１では、シールド対象であるＭＲＩ装置（デュワ部）の設置位置でシールド性能を評価することが望ましいが、ＭＲＩ装置（デュワ部）には励磁に伴って数Ｔ程度の強磁場が発生しているため、そのような対象位置にセンサ１２を設置して環境磁場の微弱な変動（例えば１００ｎＴ以下）を計測することは困難である（数Ｔ程度で１００ｎＴ程度の精度を有する幅の広いダイナミックレンジを有するセンサ１２が存在しない）。また、電子顕微鏡等のＥＢ装置ではシールド対象が鏡筒部内であるため、そもそもセンサ１２を対象位置に配置することができない。そのため、ＭＲＩ装置やＥＢ装置等を設置するアクティブ磁気シールド室１では、評価対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓのセンサ１２でシールド性能を評価せざるを得ないことが多い。
【００１０】
アクティブ磁気シールドがパッシブ磁気シールドと組み合わされている場合は、シールド室１内の相互に離れたセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐにおける環境磁場（又は外乱コイル１１の発生する人為的な環境磁場）は、図５（Ｐ１）及び（Ｓ１）に示すように、パッシブ磁気シールドの磁性材料の影響によって異なるものとなる。また、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０の発生する補償磁場も、同図（Ｐ２）及び（Ｓ２）に示すように、磁性材料の影響を受けて設計仕様からのずれを生じる。従って、同図（Ｐ３）及び（Ｓ３）に示すように、同じシールド室１内であっても対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとではシールド性能が全く異なる値となり、対象位置Ｐのシールド性能を離れたセンサ位置Ｓのシールド性能から推定することは困難である。パッシブ磁気シールドと組み合わされたアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価・検証するためには、たとえ対象位置Ｐとセンサ位置Ｓとが離れていても、対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価できることが望ましい。
【００１１】
そこで本発明の目的は、パッシブ磁気シールドと組み合わされた場合でもアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価できる評価方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
図１の実施例及び図２の流れ図を参照するに、本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価方法は、環境磁場の計測センサ１２とその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイル１０とが配置されたアクティブ磁気シールド室１内の評価対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法において、補償コイル１０と同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用の外乱コイル１１を配置し（図２のステップＳ００２〜Ｓ００５）、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出し（ステップＳ００６〜Ｓ００７）、外乱コイルにセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し（ステップＳ００８）、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し且つその補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し（ステップＳ００９）、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価し（ステップＳ０１２）てなるものである。
【００１３】
また図１のブロック図を参照するに、本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価装置は、環境磁場の計測センサ１２とその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイル１０とが配置されたアクティブ磁気シールド室１内の評価対象位置Ｐのシールド性能を評価する装置において、シールド室１の補償コイル１０と同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル１１、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅを記録する記憶手段２３、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する検出手段２４、外乱コイル１１に設計時のセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測する計測手段２５、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し且つその補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出する算出手段２６、並びに対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと設計時の対象位置Ｐの環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価する評価手段２７を備えてなるものである。
【００１４】
好ましくは、図２のステップＳ０１０〜Ｓ０１１に示すように、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測（ステップＳ００８）と対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの算出（ステップＳ００９）とを複数回反復し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの複数回の平均値により対象位置Ｐのシールド性能を評価する。更に好ましくは、図１に示すように、シールド室１の内側又は外側周辺に検査位置Ｒを定め、試験磁場信号Ｖの印加時に検査位置Ｒとセンサ位置Ｓとの間の磁場量比Ｓｖ／Ｒｖを検出し（図２のステップＳ００７）、環境磁場信号Ｅの印加時にセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔに代えて検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔを計測し且つその補償後磁場量Ｒｔと磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとからセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを算出する（ステップＳ００８）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるアクティブ磁気シールドの性能評価方法及び装置は、シールド室１に補償磁場発生用の補償コイル１０と外乱磁場発生用の外乱コイル１１と同じ位置に同じ形状で配置し、補償コイル１０の駆動停止時に外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加してセンサ位置Ｓと対象位置Ｐとの間の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出したうえで、外乱コイルにセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを印加しつつ補償コイル１０を駆動してセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測し、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔと設計時の環境磁場量Ｓｅとの差（＝Ｓｔ−Ｓｅ）からセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃを算出し、その補償磁場量Ｓｃと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃを算出し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃと対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅとにより対象位置Ｐのシールド性能を評価するので、次の有利な効果を奏する。
【００１６】
（イ）補償コイル１０と外乱コイル１１とを同じ位置に同じ形状で配置するので、補償コイル１０の発生する補償磁場分布と外乱コイル１１の発生する環境磁場分布とを一致させ、対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓの計測値により対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価することができる。
（ロ）また、アクティブ磁気シールドの設計仕様に直接反映された環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅを再現してシールド性能を評価するので、設計仕様に基づいたシールド性能の精確な評価・検証（検収）が可能となる。
（ハ）パッシブ磁気シールドを併用したアクティブ磁気シールド室１においても、磁性材料の影響を受ける環境磁場分布及び補償磁場分布を一致させることでシールド性能を直接的に評価することが可能であり、仮定された磁場分布（例えば均一な磁場分布）等を用いた性能評価方法に比して評価結果の信頼性を高めることできる。
【００１７】
（ニ）また、パッシブ磁気シールドの磁性材料の影響によりシールド性能評価のＳ／Ｎ比が劣化する場合でも、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測を繰り返すことにより、複数回の性能評価値の平均操作によってＳ／Ｎ比を簡単に改善できる。
（ホ）センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔを計測する比較的短時間の作業で対象位置Ｐのシールド性能を評価することができ、アクティブ磁気シールドの評価・検証作業の迅速化を図ると共に、シールド室周囲の環境磁界が弱い時間帯に素早く実施して性能評価の精度を高めることもできる。
（ヘ）シールド室１の内側だけでなく外側周辺でも外乱コイル１１の環境磁場分布と補償コイル１０の補償磁場分布とを一致させることができ、シールド室１に入室することなく室外周囲の検査位置Ｒで対象位置Ｐのシールド性能評価を実施することも期待できる。
（ト）センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅと磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとを記録しておけば、検収時だけでなく定期的な保守点検の際にも、シールド室１内の装置（ＭＲＩ装置やＥＢ装置）を稼動させたままシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、パッシブ磁気シールドとアクティブ磁気シールドとが併用されたシールド室１に本発明の性能評価装置を適用した実施例を示す。図示例のシールド室１は漏洩磁場対策として、図６のパッシブ磁気シールド室１と同様、複数の磁性板５を板厚方向に所要間隔で積層したシールド簾体２で構成された周壁を有する。ただし、本発明の適用対象の磁気シールド室１はシールド簾体２を用いたものに限定されず、例えば特許文献１のように隙間のないパッシブ磁気シールドで周壁を構成したシールド室１であってもよい。また図示例のシールド室１は、図４のアクティブ磁気シールド室１と同様に、シールド室１内のセンサ位置Ｓで環境磁場を計測する磁気センサ１２と、その環境磁場を打ち消す補償磁場を発生するためシールド室１の直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）に中心軸方向を一致させて配置された補償コイル（例えばヘルムホルツコイル）１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと、補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚを駆動する駆動電源１４と、センサ１２及び駆動電源１４に接続されたコンピュータ２０とを有する。
【００１９】
図示例では、説明簡単化のためにアクティブ磁気シールドのＸ軸方向の補償コイル１０Ｘ１、１０Ｘ２のみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の補償コイル１０Ｙ、１０Ｚも同様の構成とすることができる。補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚは、パッシブ磁気シールド（図示例ではシールド簾体）の内側又は外側の何れに配置してもよく、パッシブ磁気シールドの内部又は近傍に一体的に配置してもよい。また図示例のコンピュータ２０は、磁気センサ１２の計測信号を入力する入力手段２１と、入力手段２１の入力信号に応じて補償磁場信号を算出して駆動電源１４に出力する信号処理手段１５とを有する。また、入力手段２１及び信号処理手段１５の間にスイッチ手段２８を設け、スイッチ手段２８の制御により補償コイル１０の駆動／駆動停止を切り替え可能としている。入力手段２１、信号処理手段１５、スイッチ手段２８はそれぞれコンピュータ２０の内蔵プログラムである。
【００２０】
図示例の性能評価装置は、シールド室１の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚと、外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを駆動する駆動電源１６と、コンピュータ２０の記憶手段２３及び後述する内蔵プログラムとで構成されている。外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚは例えば補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同様のヘルムホルツコイルであるが、図示例では補償コイル１０との識別容易化のために外乱コイル１１を点線で表している。また、説明簡単化のためにＸ軸方向の外乱コイル１１Ｘ１、１１Ｘ２のみを示しているが、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の外乱コイル１１Ｙ、１１Ｚも同様の構成とすることができる。
【００２１】
コンピュータ２０の記憶手段２３には、後述するようにアクティブ磁気シールドの設計仕様決定の際のセンサ位置Ｓ及び評価対象位置Ｐの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）を記録する。対象位置Ｐは、上述したようにシールド室１内に設置する装置に応じて決定される（例えばＭＲＩ装置のデュワ部、電子顕微鏡の鏡筒部等）。またセンサ位置Ｓは、その装置の設置・操作の邪魔にならないシールド室１内の任意位置とすることができる。なお、図示例では対象位置Ｐに環境磁場量Ｐｅを計測する磁気センサ１２ａを設けているが、環境磁場量Ｐｅはセンサ位置Ｓの磁気センサ１２を対象位置Ｐに移動させて計測することが可能であり、磁気センサ１２ａは本発明の性能評価装置に必須のものではない。またコンピュータ２０は、性能評価のための内蔵プログラムとして、外乱コイル１１の磁場信号を駆動電源１６に出力する信号処理手段１７と、その信号処理手段１７を介して試験磁場信号Ｖを外乱コイル１１に印加する検出手段２４と、信号処理手段１７を介して環境磁場信号Ｅを外乱コイル１１に印加する計測手段２５と、算出手段２６及び評価手段２７とを有している。
【００２２】
図２は、図１の性能評価装置を用いた本発明の性能評価方法の流れ図の一例を示す。以下、図２の流れ図を参照して本発明の性能評価方法及びコンピュータ２０の内蔵プログラムの作用を説明する。先ずステップＳ００１において上述したパッシブ磁気シールドをシールド室１に施工したのち、ステップＳ００２においてシールド室１内のセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測し、計測した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）をコンピュータ２０に入力して記憶手段２３に記録する。環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｐ１）及び（Ｓ１）に示す。記録した環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅは、ステップＳ００８においてシールド性能評価の際に環境磁場を再現するために利用する。なお、ステップＳ００２においてセンサ位置Ｓが未確定である場合は、センサ位置Ｓの複数の候補点で環境磁場量Ｓｅ（ｔ）を計測することで対応してもよい。
【００２３】
ステップＳ００３において、記録した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）に基づきアクティブ磁気シールドの設計仕様（補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚの配置位置や形状、磁気センサ１２のセンサ位置Ｓ、信号処理手段１５のプログラム等）を決定したのち、ステップＳ００４において上述したアクティブ磁気シールドを施工する。具体的には、設計仕様に応じて補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚ及び磁気センサ１２をシールド室１内に配置する。更にステップＳ００５において、シールド室１の補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に、補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ形状で外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを配置する。図示例のようにパッシブ磁気シールドを併用したシールド室１では、磁性板５の影響により補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚの発生する補償磁場分布が設計仕様と異なることも想定されるが、外乱コイル１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚを補償コイル１０Ｘ、１０Ｙ、１０Ｚと同じ位置に同じ形状で配置することで、外乱コイル１１の発生する環境磁場分布を補償コイル１０の発生する補償磁場分布と一致させることできる。
【００２４】
アクティブ磁気シールドを施工したのち、補償コイル１０を駆動する前に、ステップＳ００７においてコンピュータ２０の検出手段２４によって外乱コイル１１に正弦波等の試験磁場信号Ｖを印加し、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）を磁気センサ１２で計測し、計測された試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）を検出手段２４に入力してセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの間の磁場量比（振幅比）Ｐｖ／Ｓｖを検出する。補償コイル１０が既に駆動されている場合は、ステップＳ００６において例えば検出手段２４によりスイッチ手段２８を制御して補償コイル１０の駆動を停止したうえで、ステップＳ００７において磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出する。補償コイル１０の駆動停止は、例えばコンピュータ２０に設けた手動スイッチ（図示せず）等で行うこともできる。試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｐ２）及び（Ｓ２）に示す。図示例では、試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｐｖ（ｔ）の振幅比率から、例えば磁場量比Ｐｖ／Ｓｖ＝１／０．７と検出することができる。検出した磁場量比Ｐｖ／Ｓｖはコンピュータ２０の記憶手段２３に記録し、後述するステップＳ００９においてアクティブ磁気シールド駆動後の対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｔ（ｔ）を算出するために利用する。
【００２５】
なお、ステップＳ００７で用いる試験磁場の周波数は、磁場量比Ｐｖ／Ｓｖに対する環境磁場の影響をできるだけ小さく抑えてＳ／Ｎ比を高めるため、ステップＳ００２で計測した環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）のスペクトル強度が十分に低い周波数帯とすることが望ましい。例えば、ステップＳ００２で記憶手段２３に記録された環境磁場量Ｓｅ（ｔ）、Ｐｅ（ｔ）の波形に応じて、商用電源周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）及びその高調波周波数（１００、１５０、２００……Ｈｚ／１２０、１８０、２４０……Ｈｚ）による雑音や鉄道・自動車・エレベータ等の直流磁場による１０Ｈｚ程度以下の雑音の混入を避けるため、検出手段２４によりステップＳ００７で用いる試験磁場の周波数帯を１１０Ｈｚ等と定める。
【００２６】
また、ステップＳ００７で用いる試験磁場の大きさは、パッシブ磁気シールドの非線形な特性の影響を受けないように、アクティブ磁気シールド駆動後の対象位置Ｐの補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）（又はセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ））と同程度とすることが望ましい。例えばアクティブ磁気シールドの補償コイル１０がパッシブ磁気シールドの近傍に配置されている場合は、補償コイル１０の発生する補償磁場の影響によってパッシブ磁気シールドの磁性材料の特性（パッシブ磁気シールド性能）が変動し、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐの磁場量比（振幅比）Ｐｖ／Ｓｖを変動させる可能性がある。アクティブ磁気シールド駆動後の磁場（設計磁場）と同程度の大きさの試験磁場を用いて磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出しておけば、その磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを用いてパッシブ磁気シールド駆動後の補償磁場量Ｐｔ、Ｓｔを算出する際に（後述のステップＳ００９）、パッシブ磁気シールドの非線形な特性変動の影響を小さく抑えることができる。例えば、アクティブ磁気シールドによって対象位置Ｐの磁場量を１０〜１００ｎＴ程度に抑える設計の場合は、その設計仕様に合わせて試験磁場の大きさも１０〜１００ｎＴ程度とする。
【００２７】
次いでステップＳ００８において、コンピュータ２０の計測手段２５により、ステップＳ００２のセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅに応じた環境磁場信号Ｅを外乱コイル１１に印加する。例えばセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測してモニタしながら外乱コイル１１を駆動し、図３（Ｓ３）に示すようにセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）の振幅が同図（Ｓ１）に示す環境磁場量Ｓｅ（ｔ）の振幅と一致するように外乱コイル１１に印加する環境磁場信号Ｅの電流等を調整し、シールド室１内のセンサ位置Ｓにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現する。またステップＳ００８において、シールド室１内に環境磁場量Ｓｅを再現したのちアクティブ磁気シールドの補償コイル１０を駆動し、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を磁気センサ１２で計測して計測手段２５に入力する。計測手段２５で計測された補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｓ４）に示す。
【００２８】
更にステップＳ００９において、計測手段２５で計測したセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を算出手段２６に入力し、算出手段２６においてセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）と記憶手段２３に記録したセンサ位置Ｓのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ（ｔ）との差として、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０により発生したセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）（＝Ｓｔ−Ｓｅ）を算出する。算出手段２６で算出されたセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｓ５）に示す。また算出手段２６により、センサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）と記憶手段２３に記録した磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとから、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）（＝Ｓｃ（ｔ）×Ｐｖ／Ｓｖ）を算出する。図３（Ｐ６）に示す対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）の波形の一例は、同図（Ｓ５）の補償磁場量Ｓｃ（ｔ）の波形と磁場量比Ｐｖ／Ｓｖ＝１／０．７との積として算出したものである。
【００２９】
ステップＳ０１２において、算出手段２６で算出した対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）を評価手段２７に入力し、評価手段２７において対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）と記憶手段２３に記録した対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｐｅ（ｔ）とから対象位置Ｐのシールド性能を評価する。例えばステップＳ０１２において評価手段２７により、図３（Ｐ７）に示すように、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）と環境磁場量Ｐｅ（ｔ）との和として、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０により補償された対象位置Ｐの補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）（＝Ｐｃ＋Ｐｅ）を算出する。また、環境磁場量Ｐｅ（ｔ）に対する補償後磁場量Ｐｔ（ｔ）の比として、対象位置Ｐにおけるアクティブ磁気シールド単体の磁場（磁束密度）の減衰率（＝Ｐｔ（ｔ）／Ｐｅ（ｔ））を算出する。図３（Ｐ１）と（Ｐ７）との振幅比率から、シールド室１の対象位置Ｐの環境磁場をアクティブ磁気シールドによって１／６．４に減衰できたことが分かる。
【００３０】
図２の流れ図では、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐにおける補償コイル１０の補償磁場分布と外乱コイル１１の環境磁場分布とを一致させたうえで（ステップＳ００５）、両位置Ｓ、Ｐにおける外乱コイル１１の磁場量比Ｐｖ／Ｓｖを検出し（ステップＳ００７）、その磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとセンサ位置Ｓにおける補償コイル１０の補償磁場量Ｓｃとから対象位置Ｐにおける補償コイル１０の補償磁場量Ｐｃを算出するので（ステップＳ００９）、対象位置Ｐのアクティブ磁気シールド性能（補償後磁場量）をその対象位置Ｐから離れたセンサ位置Ｓにおいて適切に評価することができる。また、パッシブ磁気シールドが併用されていても、環境磁場分布及び補償磁場分布を一致させることで磁性材料の影響を相殺し、対象位置Ｐのシールド性能を直接的に評価することができ、アクティブ磁気シールド単体の信頼性の高い性能評価を行うことができる。更に、外乱コイル１１によりアクティブ磁気シールドの設計仕様に直接反映されたセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅを再現することで、ステップＳ０１２において設計仕様に基づいた対象位置Ｐのシールド性能（磁場減衰率）を評価・検証することが可能となる。
【００３１】
こうして本発明の目的である「パッシブ磁気シールドと組み合わされた場合でもアクティブ磁気シールドの性能を適切に評価できる評価方法及び装置」の提供を達成できる。
【００３２】
なお、図２のステップＳ０１０〜Ｓ０１１は、ステップＳ００８の計測手段２５によるセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔの計測と、ステップＳ００９の算出手段２６による対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの算出とを複数回反復し、対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃの複数回の平均値を求める処理を示す。図２の流れ図では、ステップＳ００８において計測する補償後磁場量Ｓｔがシールド室１のその時点における環境磁場の影響を受け、ステップＳ０１２で求める対象位置Ｐのシールド性能のＳ／Ｎ比が劣化する場合も考えられるが、補償後磁場量Ｓｔを複数回計測した平均値を用いることにより、シールド性能のＳ／Ｎ比の改善を図ることができる。しかも、ステップＳ００８におけるシールド設計時の環境磁場量Ｓｅの再現は比較的短時間（数分〜数十分）で実施可能であり、ステップＳ００９はコンピュータ処理であるから、反復した場合でも性能評価に要する時間があまり長くなることはない。
【００３３】
また、上述したように本発明はパッシブ磁気シールドが併用されていても対象位置Ｐのシールド性能を適切に評価できる利点を有しているが、本発明の適用範囲はパッシブ磁気シールドが併用されたシールド室１に限定されるものではなく、アクティブ磁気シールドのみを用いたシールド室１にも適用可能である。更に、アクティブ磁気シールドの検収時にステップＳ００２で求めたセンサ位置Ｓ及び対象位置Ｐのシールド設計時の環境磁場量Ｓｅ、Ｐｅと、ステップＳ００７で求めた磁場量比Ｐｖ／Ｓｖとをコンピュータ２０の記憶手段２３に記録しておけば、定期的な保守点検の際にステップＳ００８〜Ｓ０１２を実施することで、シールド室１内の装置（ＭＲＩ装置やＥＢ装置）を稼動させたままシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能を評価することができる。
【実施例１】
【００３４】
以上、シールド室１の内側のセンサ位置Ｓの計測値を用いて対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法について説明したが、本発明（図２のステップＳ００５）ではシールド室１の内側だけでなく外側周辺においても外乱コイル１１の発生する環境磁場分布を補償コイル１０の発生する補償磁場分布と一致させることができ、センサ位置Ｓに代えて、シールド室１の内側の任意位置Ｒ又は外側周辺の任意位置Ｒの計測値を用いて対象位置Ｐのシールド性能を評価することも可能である。例えば図１に示すように、図２のステップＳ００６においてシールド室１の外側周辺に検査位置Ｒを定めることにより、シールド室１に入室することなく室外周囲の検査位置Ｒでシールド室１内の対象位置Ｐのシールド性能評価を実施することが期待できる。
【００３５】
図２のステップＳ００６においてセンサ位置Ｓ以外の検査位置Ｒを定めた場合は、ステップＳ００７において外乱コイル１１に試験磁場信号Ｖを印加した際に、センサ位置Ｓ及び対象位置Ｐと共に検査位置Ｒにおいて試験磁場量Ｒｖ（ｔ）を磁気センサ１３で計測し、検出手段２４において検査位置Ｒとセンサ位置Ｓとの間の磁場量比（振幅比）Ｓｖ／Ｒｖを検出する。試験磁場量Ｒｖ（ｔ）の波形の一例を図３（Ｒ２）に示す。図示例では、試験磁場量Ｓｖ（ｔ）、Ｒｖ（ｔ）の振幅比率から、例えば磁場量比Ｓｖ／Ｒｖ＝０．７／０．５と検出することができる。検出した磁場量比Ｓｖ／Ｒｖは、磁場量比Ｐｖ／Ｓｖと共にコンピュータ２０の記憶手段２３に記録しておく。
【００３６】
また、図２のステップＳ００８において外乱コイル１１に環境磁場信号Ｅを印加する際に、検査位置Ｒの磁場波形データＲｅ（ｔ）を磁気センサ１２で計測してモニタしながら外乱コイル１１を駆動し、例えば図３（Ｒ３）に示すような検査位置Ｒの磁場波形データＲｅ（ｔ）と磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとの積によりセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）（＝Ｒｅ（ｔ）×Ｓｖ／Ｒｖ、図３の例ではＲｅ（ｔ）×０．７／０．５）を算出する。そして、算出したセンサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）の振幅がセンサ位置Ｓの環境磁場量Ｓｅ（ｔ）の振幅と一致するように外乱コイル１１に印加する環境磁場信号Ｅの電流等を調整する。こうすれば、センサ位置Ｓの磁場波形データＳｅ（ｔ）を実際にモニタすることなく、シールド室１内のセンサ位置Ｓにシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現することができる。
【００３７】
更にステップＳ００８において、シールド室１内にシールド設計時の環境磁場量Ｓｅを再現したのち、アクティブ磁気シールドの補償コイル１０を駆動する際に、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔに代えて検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を磁気センサ１２で計測して計測手段２５に入力する。計測手段２５において、図３（Ｒ４）に示すような検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）と磁場量比Ｓｖ／Ｒｖとの積を求めることにより、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）（＝Ｒｔ（ｔ）×Ｓｖ／Ｒｖ、図３の例ではＲｔ（ｔ）×０．７／０．５）を算出する。こうすれば、センサ位置Ｓの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を実際に計測せずとも、検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔからセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）を推定して求めることができる。図３（Ｓ３）及び（Ｓ４）の点線枠は、センサ位置Ｓ以外の検査位置Ｒの測定値を用いた場合に、センサ位置Ｓでは実際に磁場波形データＲｅ（ｔ）及び補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）をモニタ又は計測する必要がなくなることを示す。
【００３８】
ステップＳ００９において、検査位置Ｒの補償後磁場量Ｒｔ（ｔ）に基づき算出されたセンサ位置Ｓの補償後磁場量Ｓｔ（ｔ）を算出手段２６に入力し、上述した処理と同様にセンサ位置Ｓの補償磁場量Ｓｃ（ｔ）（＝Ｓｔ−Ｓｅ）を算出し、更に対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）を算出する。必要に応じてステップＳ００８〜Ｓ０１０を繰り返したのちステップＳ０１１からＳ０１２へ進み、上述した処理と同様にステップＳ０１２において対象位置Ｐの補償磁場量Ｐｃ（ｔ）に基づき対象位置Ｐのシールド性能を評価する。すなわち、検査位置Ｒの計測値から対象位置Ｐのシールド性能を評価する方法によれば、センサ位置Ｓの磁場波形の実際に計測する必要がないので、シールド室１に入室することなく室外の検査位置Ｒでシールド室１内のシールド性能を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による性能評価装置の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明による性能評価方法を示す流れ図の一例である。
【図３】図２の流れ図に対応する対象位置Ｐ、センサ位置Ｓ（、及び検査位置Ｒ）の磁束密度の変化を示す説明図である。
【図４】従来のアクティブ磁気シールド方法の一例の説明図である。
【図５】図４のアクティブ磁気シールド方法における対象位置Ｐ及びセンサ位置Ｓのシールド性能評価手法の説明図である。
【図６】従来のパッシブ磁気シールド方法の一例の説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…磁気シールド室 ２…磁気シールド壁（シールド簾体）
３…磁気シールド開閉部（シールド簾体）
５…磁性材料板（磁性板） ６…重ね合わせ部
７…拡張部 ８…磁性目張り
１０…補償コイル １１…外乱コイル
１２、１２ａ、１３…計測センサ（磁気センサ）
１４…補償コイルの駆動電源 １５…補償コイルの信号処理手段
１６…外乱コイルの駆動電源 １７…外乱コイルの信号処理手段
２０…コンピュータ ２１、２２…入力手段
２３…記憶手段 ２４…検出手段
２５…計測手段 ２６…算出手段
２７…評価手段 ２８…スイッチ手段
２９…出力手段
Ｐ…評価対象位置 Ｒ…検査位置
Ｓ…センサ位置
Ｅ…環境磁場信号 Ｖ…試験磁場信号
Ｐｅ…対象位置の環境磁場量の記録値
Ｓｅ…センサ位置の環境磁場量の記録値
Ｐｖ／Ｓｖ、Ｓｖ／Ｒｖ…磁場量比
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境磁場の計測センサとその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルとが配置されたアクティブ磁気シールド室内の評価対象位置のシールド性能を評価する方法において、前記補償コイルと同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用の外乱コイルを配置し、前記補償コイルの駆動停止時に外乱コイルに試験磁場信号を印加してセンサ位置及び対象位置の間の磁場量比を検出し、前記外乱コイルにセンサ位置のシールド設計時の環境磁場量に応じた環境磁場信号を印加しつつ補償コイルを駆動してセンサ位置の補償後磁場量を計測し、前記センサ位置の補償後磁場量と前記設計時の環境磁場量との差からセンサ位置の補償磁場量を算出し且つその補償磁場量と前記磁場量比とから対象位置の補償磁場量を算出し、前記対象位置の補償磁場量と対象位置のシールド設計時の環境磁場量とにより対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項２】
請求項１の性能評価方法において、前記センサ位置の補償後磁場量の計測と前記対象位置の補償磁場量の算出とを複数回反復し、前記対象位置の補償磁場量の複数回の平均値により対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項３】
請求項１又は２の性能評価方法において、前記シールド室の内側又は外側周辺に検査位置を定め、前記試験磁場信号の印加時に検査位置とセンサ位置との間の磁場量比を検出し、前記環境磁場信号の印加時に前記センサ位置の補償後磁場量に代えて検査位置の補償後磁場量を計測し且つその補償後磁場量と前記磁場量比とからセンサ位置の補償後磁場量を算出してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの性能評価方法において、前記試験磁場の周波数帯を、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場に応じて定めてなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項５】
環境磁場の計測センサとその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルとが配置されたアクティブ磁気シールド室内の評価対象位置のシールド性能を評価する装置において、前記シールド室の補償コイルと同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場量を記録する記憶手段、前記補償コイルの駆動停止時に外乱コイルに試験磁場信号を印加してセンサ位置及び対象位置の間の磁場量比を検出する検出手段、前記外乱コイルに前記設計時のセンサ位置の環境磁場量に応じた環境磁場信号を印加しつつ補償コイルを駆動してセンサ位置の補償後磁場量を計測する計測手段、前記センサ位置の補償後磁場量と前記設計時の環境磁場量との差からセンサ位置の補償磁場量を算出し且つその補償磁場量と前記磁場量比とから対象位置の補償磁場量を算出する算出手段、並びに前記対象位置の補償磁場量と前記設計時の対象位置の環境磁場量とにより対象位置のシールド性能を評価する評価手段を備えてなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項６】
請求項５の性能評価装置において、前記計測手段によるセンサ位置の補償後磁場量の計測と前記算出手段による対象位置の補償磁場量の算出とを複数回反復し、前記評価手段において前記対象位置の補償磁場量の複数回の平均値により対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項７】
請求項５又は６の性能評価装置において、前記検出手段により前記シールド室の内側又は外側周辺に定めた検査位置とセンサ位置との間の磁場量比を検出し、前記計測手段により前記センサ位置の補償後磁場量に代えて検査位置の補償後磁場量を計測し且つその検査位置の補償後磁場量と前記磁場量比とからセンサ位置の補償後磁場量を算出してなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項８】
請求項５から７の何れかの性能評価装置において、前記試験磁場の周波数帯を、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場に応じて定めてなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項１】
環境磁場の計測センサとその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルとが配置されたアクティブ磁気シールド室内の評価対象位置のシールド性能を評価する方法において、前記補償コイルと同じ位置に同じ形状の外乱磁場発生用の外乱コイルを配置し、前記補償コイルの駆動停止時に外乱コイルに試験磁場信号を印加してセンサ位置及び対象位置の間の磁場量比を検出し、前記外乱コイルにセンサ位置のシールド設計時の環境磁場量に応じた環境磁場信号を印加しつつ補償コイルを駆動してセンサ位置の補償後磁場量を計測し、前記センサ位置の補償後磁場量と前記設計時の環境磁場量との差からセンサ位置の補償磁場量を算出し且つその補償磁場量と前記磁場量比とから対象位置の補償磁場量を算出し、前記対象位置の補償磁場量と対象位置のシールド設計時の環境磁場量とにより対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項２】
請求項１の性能評価方法において、前記センサ位置の補償後磁場量の計測と前記対象位置の補償磁場量の算出とを複数回反復し、前記対象位置の補償磁場量の複数回の平均値により対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項３】
請求項１又は２の性能評価方法において、前記シールド室の内側又は外側周辺に検査位置を定め、前記試験磁場信号の印加時に検査位置とセンサ位置との間の磁場量比を検出し、前記環境磁場信号の印加時に前記センサ位置の補償後磁場量に代えて検査位置の補償後磁場量を計測し且つその補償後磁場量と前記磁場量比とからセンサ位置の補償後磁場量を算出してなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項４】
請求項１から３の何れかの性能評価方法において、前記試験磁場の周波数帯を、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場に応じて定めてなるアクティブ磁気シールドの性能評価方法。
【請求項５】
環境磁場の計測センサとその環境磁場を打ち消す補償磁場発生用の補償コイルとが配置されたアクティブ磁気シールド室内の評価対象位置のシールド性能を評価する装置において、前記シールド室の補償コイルと同じ位置に同じ形状で配置された外乱磁場発生用の外乱コイル、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場量を記録する記憶手段、前記補償コイルの駆動停止時に外乱コイルに試験磁場信号を印加してセンサ位置及び対象位置の間の磁場量比を検出する検出手段、前記外乱コイルに前記設計時のセンサ位置の環境磁場量に応じた環境磁場信号を印加しつつ補償コイルを駆動してセンサ位置の補償後磁場量を計測する計測手段、前記センサ位置の補償後磁場量と前記設計時の環境磁場量との差からセンサ位置の補償磁場量を算出し且つその補償磁場量と前記磁場量比とから対象位置の補償磁場量を算出する算出手段、並びに前記対象位置の補償磁場量と前記設計時の対象位置の環境磁場量とにより対象位置のシールド性能を評価する評価手段を備えてなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項６】
請求項５の性能評価装置において、前記計測手段によるセンサ位置の補償後磁場量の計測と前記算出手段による対象位置の補償磁場量の算出とを複数回反復し、前記評価手段において前記対象位置の補償磁場量の複数回の平均値により対象位置のシールド性能を評価してなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項７】
請求項５又は６の性能評価装置において、前記検出手段により前記シールド室の内側又は外側周辺に定めた検査位置とセンサ位置との間の磁場量比を検出し、前記計測手段により前記センサ位置の補償後磁場量に代えて検査位置の補償後磁場量を計測し且つその検査位置の補償後磁場量と前記磁場量比とからセンサ位置の補償後磁場量を算出してなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【請求項８】
請求項５から７の何れかの性能評価装置において、前記試験磁場の周波数帯を、前記センサ位置及び対象位置のシールド設計時の環境磁場に応じて定めてなるアクティブ磁気シールドの性能評価装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図６】
【図３】
【図５】
【図２】
【図４】
【図６】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２２９３２５（Ｐ２００９−２２９３２５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６９３０（Ｐ２００８−７６９３０）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]