JP2000028665A - 電磁界解析装置及び電磁界解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製図用ＣＡＤデータを流用することにより、入
力作業を簡単化する。 【解決手段】ステップＳ1 において作成した製図用ＣＡ
ＤデータをステップＳ2において記憶し、格子上の情報
に変換する。ステップＳ3 で格子に厚みの情報及び材質
の情報を追加し、ステップＳ4 で各格子の位置及び材質
に応じて、要素に情報を与える。これにより、解析モデ
ルの入力作業が終了する。ステップＳ5 で解析計算を行
い、ステップＳ6 で計算結果を出力する。製図用ＣＡＤ
データを流用しているので、入力作業が著しく簡単化さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間領域において
電子機器装置、アンテナ等の電磁界の解析を行なう電磁
界解析装置及び電磁界解析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電磁界解析の手法としては、周波
数領域におけるものと時間領域におけるものとがある。
一般的には、媒質定数の異なる複数の物質を含んだ場合
や複雑な形状の場合等においては、モーメント法等の周
波数領域における電磁界解析が採用される。しかし、周
波数領域における解析では、大幅な近似を用いなければ
計算を行なえず、モデルが複雑になればなるほど正確な
解析を行うことができないという問題があった。

【０００３】一方、これまで計算機の計算能力及び記憶
容量が足りないために、あまり注目されていなかった時
間領域における解析手法が、近年のパソコン、ワークス
テーション等の計算機の計算能力の向上及び記憶域の大
容量化により可能となり、これによる解析例が数多く発
表されるに至っている。

【０００４】時間領域における解析手法は、電磁界の基
本方程式であるマクスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）の方程
式を時間軸上で差分方程式にして、同じくマクスウェル
の方程式を満たすように空間領域で格子網上に離散化し
た電界、磁界を上記の差分方程式を逐次計算することに
よって求める。この方法は、解析物の形状や構成してい
る媒質定数を任意に選べるという長所を有している。周
波数領域及び時間領域における解析手法の特徴を図１４
に示す。

【０００５】時間軸上における解析理論を原理とする解
析方法には、ＦＤ−ＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒ
ｅｎｃｅ−Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ）法、ＴＬＭ（Ｔｒ
ａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ−Ｌｉｎｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）
法及び空間回路網法等がある。例えば、このうちＦＤ−
ＴＤ法は、マクスウェルの方程式を時間及び空間におい
て中心差分し、電磁界を交互に計算するｌｅａｐ−ｆｒ
ｏｇアルゴリズムにより解析系の各電磁界変数を各タイ
ムステップ毎に計算するものである。

【０００６】この解析法では、解析対象は３次元である
ことが一般的であり、解析対象（モデル）を含む解析領
域を通常図１５乃至図１７のような直方体の格子で分割
する。一般的には、格子の内部１には誘電率、透磁率、
導電率の情報が割り当てられる。ここで格子の形状は必
ずしも立方体である必要はない。基本的には電界２（黒
丸）は格子の各辺に沿って割り当てられ、磁界３（白
丸）は面の中心に対して法線方向に割り当てられる。そ
して、誘電率、導電率は、図１６に示すように、各電界
に与えられた数値の平均によって最終的に与えられ、透
磁率は、図１７に示すように、各磁界に接する格子に与
えられた数値の平均によって最終的に与えられる。

【０００７】各電界点の距離及び各電磁界点の距離は、
ｘ、ｙ、ｚ軸方向に対して夫々Δｘ、Δｙ、Δｚとな
る。つまり、解析対象を表すデータは３次元で入力する
必要がある。

【０００８】ところで、このような格子網を使用する計
算結果の精度は、格子網の網目の細かさに依存し、網目
が細かいほど精度は向上する。比較的複雑な構造を有す
る解析物では、必要とされる格子数が増大する。このよ
うな場合において、計算機に入力すべきデータ量は極め
て膨大であり、入力作業を手作業で行うものとすると、
工数の多さから長時間を要してしまう。

【０００９】そこで、データ入力作業の能率化を図るた
め、計算用ソフトウェアの他に、パソコン、ワークステ
ーション等の計算機を用いて電磁界解析を行う３次元構
造物入力ソフトウェアが開発されている。

【００１０】しかし、このような３次元構造物入力ソフ
トウェアを使いこなすためには、電磁界の知識や、ソフ
トの使用法等の学習が必要であることから、限られた技
術者しか利用することができず、しかも使用法を習熟す
るためには長期間を要してしまう。また、このソフトを
使用しても、一からモデルを入力していくには、やはり
かなりの工数が必要である。

【００１１】そこで、電磁界解析用ではなく製図用とし
て一般に普及している製図用ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置を利用することが考
えられる。製図用ＣＡＤ装置によって作成したＣＡＤデ
ータから直接解析モデルを作成可能にすることにより、
データ入力作業の能率化を図ることができる。

【００１２】既に、周波数軸上の解析手法であるモーメ
ント法、有限要素法等に対応したものが開発されてい
る。このような従来の電磁界解析装置においては、解析
用データは製図用ＣＡＤ装置で作成したＣＡＤデータを
変換することによって得ている。

【００１３】製図用ＣＡＤデータは、異なるＣＡＤシス
テム間でのデータ交換のための公知の変換方式、例え
ば、ＤＸＦ（Ｄｒａｗｉｎｇ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｆｏ
ｒｍａｔ）、ＩＧＥＳ（Ｉｎｉｔｉａｌ Ｇｒａｐｈｉ
ｃ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
等のフォーマットを用いているものが多い。

【００１４】次に、ＤＸＦの特徴を簡単に説明する。Ｄ
ＸＦにおいては単位という考え方はないが、ミリ［ｍ
ｍ］かインチ［ｉｎｃｈ］表記を選択することができ
る。また、尺度という考え方もなく、全てのデータは実
寸である。図形は、画層又はレイヤー（ＬＡＹＥＲ）上
に作成される。いずれの画層に図形を描いても、図面全
体として合成した図形を得ることができる。画層は番号
によって固定されており、ユーザーが名前をつけること
ができないものと、独自に名前を付けることができるも
のとがある。各画層の表示，非表示を制御することによ
り、目的の図形のみを表示することも可能である。

【００１５】このような特徴から、ＤＸＦは、多層プリ
ント基板、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｏｎ）チップ、共平面アンテナ等の製図用と
して利用されている。

【００１６】図１８は電子機器の内部にある多層プリン
ト基板を製図用ＣＡＤ装置によって描画した状態を示す
説明図である。図１８（ａ）乃至（ｃ）は夫々画層11乃
至13の描画データを示しており、夫々多層基板の各層に
対応している。画層11には配線15が描画され、画層12に
は地板（グランド）16が描画され、画層13には配線17が
描画されている。

【００１７】このように、一般のＣＡＤデータでは線分
によってデータを表現している。周波数領域における解
析法であるモーメント法では、線分のみによってデータ
入力が可能である。このため、ＣＡＤデータを流用して
解析用データを得ることは容易であった。なお、当然な
がら解析可能なモデルは線分のみで表現可能なものに制
限される。

【００１８】しかしながら、時間軸上の電磁界解析用と
して解析モデルを作成する場合には、線分のデータだけ
でなく、立体及び面を含む３種のデータが必要である。
この理由から、従来、２次元の製図用ＣＡＤデータを流
用して時間領域における解析用データを得ることはでき
なかった。

【００１９】ところで、多層プリント基板、ＬＳＩチッ
プ及び共平面アンテナ等の解析物をモデル化する場合に
は、配線のみでなく、地板（グランド）もモデル化する
必要がある。図１９はこのような配線又は地板を描画し
た状態を示す説明図である。図１９（ａ）は描画データ
を示し、図１９（ｂ）は斜線によって中央部が配線であ
ることを示し、図１９（ｃ）は斜線によって周辺部が地
板であることを示している。

【００２０】製図用ＣＡＤは、線分による描画のみを行
う。このため、描画された絵によって、面を示している
か立体を示しているかを判断することができず、また、
材質の情報も有していない。そこで、線によって囲まれ
た部分、つまり面形状を有する部分を抽出するために、
内外判定が行われる。

【００２１】従来行われている内外判定方法の一例とし
ては、例えば、特開平９−１８５７２９号公報によって
開示された仮想差分メッシュ法がある。仮想差分メッシ
ュデータの各メッシュ毎にその代表点（例えば重心）か
ら任意の方向に半直線を引き、最表面ポイントの断面直
線等の形状要素との交点の数を調べ、偶数か奇数で内外
を判別する。

【００２２】しかし、図１９（ａ）は、図１９（ｂ）の
斜線に示すように、画層上に配線22が描画されたもの
か、図１９（ｃ）の斜線に示すように、画層上に地板23
が描画されたものかを判定することができない。即ち、
上述した内外判定の方法を採用しても、図１９（ｂ）の
場合には、外部に形状がないことから、交点が発生せ
ず、外部を判定基準にすることが困難であった。

【００２３】従って、図１９（ａ）の例では、面状部分
がいずれの部分かを特定することができない。この理由
からも、２次元の製図用ＣＡＤデータを流用して時間領
域における解析用データを得ることはできなかった。

【００２４】また、上述したように、時間軸上における
電磁界解析の計算結果の精度は、格子網の網目の細かさ
に影響され、網目が細かいほど精度は向上する。しか
し、解析を行なう計算機の記憶容量が無限であれば問題
無いが、実際は有限である。よってその各計算機の記憶
容量の範囲内に収まる格子数、つまり解析領域は解析モ
デルの大きさと、所望の周波数で決まるので、解析モデ
ルを分割する格子の大きさは制限される。

【００２５】このため、特に、立方体又は直方体格子を
用いる時間軸上での電磁界解析においては、格子より細
かいモデルの一部が消えてしまったり、また、溝や穴を
埋めて判別を困難にしてしまう可能性もある。この場
合、電磁界シミュレーションを行なっても、その結果
は、実際の製図用ＣＡＤデータとは異なったものになっ
てしまい、シミュレーション自体の意味が無くなってし
まうことになる。このように、任意の製図用ＣＡＤデー
タを流用して解析用データを得ることはできない。

【００２６】なお、時間軸上における解析手法のＦＤ−
ＴＤ法、ＴＬＭ法及び空間回路網法等は、基本原理が共
通であるので、上述した問題点は、いずれの方法におい
ても共通であると考えられる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の電磁界解析装置においては、時間領域の解析手法
を採用すると、製図用ＣＡＤデータを流用することがで
きないことから、データの入力作業が極めて煩雑で困難
であるという問題点があった。

【００２８】本発明は、製図用ＣＡＤデータの流用を可
能にすることにより、データの入力作業を簡単にするこ
とができると共に、時間領域の電磁界解析特有のモデル
化を容易にすることができる電磁界解析装置及び電磁界
解析方法を提供することを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
電磁界解析装置は、解析モデルの形状に基づく線情報か
らなるＣＡＤデータについて、このＣＡＤデータを所定
の解析領域を区画する複数の格子に対応させた情報に変
換する変換手段と、前記変換手段によって得られた各格
子に材質の情報を追加するデータ追加手段と、前記各格
子の前記解析領域中の位置及び材質の情報に基づいて、
前記各格子の要素に情報を付与する離散化手段と、前記
離散化手段によって情報が付与された各格子を用いて、
前記解析モデルの時間領域における電磁界解析を行う解
析手段とを具備したものであり、本発明の請求項５に係
る電磁界解析装置は、請求項１に記載の電磁界解析装置
において、前記離散化手段によって要素に情報が付与さ
れた各格子を可視化する可視化手段と、前記各格子の要
素に付与する情報を修正可能にする修正手段とを具備し
たものであり、本発明の請求項７に係る電磁界解析装置
は、請求項５に記載の電磁界解析装置において、前記修
正手段により修正した情報を記憶する修正値記憶手段
と、前記修正値記憶手段に記憶されている情報を線情報
からなるＣＡＤデータに変換する逆変換手段と、前記逆
変換手段の出力に基づいて、ＣＡＤデータの対応する部
分を修正するＣＡＤデータ修正手段とを具備したもので
あり、本発明の請求項１３に係る電磁界解析方法は、解
析モデルの形状に基づく線情報からなるＣＡＤデータに
ついて、このＣＡＤデータを所定の解析領域を区画する
複数の格子に対応させた情報に変換する変換処理と、前
記変換処理によって得られた各格子に材質の情報を追加
するデータ追加処理と、前記各格子の前記解析領域中の
位置及び材質の情報に基づいて、前記各格子の要素に情
報を付与する離散化処理と、前記離散化手段によって情
報が付与された各格子を用いて、前記解析モデルの時間
領域における電磁界解析を行う解析処理とを具備したも
のである。

【００３０】本発明の請求項１において、ＣＡＤデータ
は、変換手段によって格子に対応させた情報に変換され
る。この格子に材質の情報がデータ追加手段によって追
加される。離散化手段は、格子の解析領域中の位置及び
材質の情報に基づいて、各格子の要素に情報を付与す
る。これにより、解析モデル作成のための入力作業が終
了し、解析手段は、解析モデルの時間領域における電磁
界解析を行う。

【００３１】本発明の請求項５において、離散化手段に
よって情報が付与された各格子は、可視化手段によって
可視化される。修正手段は、格子の要素に付与する情報
を修正する。可視化手段を参照することによって、各格
子の要素に付与する情報の修正が容易となる。

【００３２】本発明の請求項７において、離散化手段の
処理によって、解析モデル作成のための入力作業が終了
し、修正手段によって要素に付与された情報が修正され
ると、この修正値は修正値記憶手段に記憶される。逆変
換手段は、修正値記憶手段の記憶内容をＣＡＤデータに
変換する。この変換結果を用いて、ＣＡＤデータ修正手
段は、元のＣＡＤデータを修正する。

【００３３】本発明の請求項１３において、変換処理に
よって、ＣＡＤデータは格子に対応させた情報に変換さ
れ、更に、データ追加処理によって、格子に材質の情報
が追加される。これにより、ＣＡＤデータは解析モデル
作成に利用可能となる。離散化処理によって、格子の解
析領域中の位置及び材質の情報に基づいて、各格子の要
素に情報が付与された後、解析処理によって解析モデル
の時間領域における電磁界解析が行われる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係る
電磁界解析装置の一実施の形態を示すブロック図であ
る。

【００３５】図１において、入力部31は、キーボード又
はマウス等によって構成されており、ユーザー操作に基
づく信号を制御部32に供給するようになっている。制御
部32は本装置全体を統括的に制御する。記憶部33は本装
置の動作に必要なソフトウェア及びその他の内外部から
のデータ等を記憶するようになっている。表示部34はＣ
ＲＴ等によって構成されており、制御部32に制御されて
画面表示を行うようになっている。

【００３６】次に、このように構成された実施の形態の
動作について図２のフローチャートを参照して説明す
る。なお、図２のフローチャートは制御部32が記憶部33
に記憶されたソフトウェアを実行することによって実現
される。

【００３７】先ず、図２のステップＳ1 においては製図
用データが作成される。解析モデルを図示しない製図用
ＣＡＤ装置を用いて描画する。いま、解析モデルとして
は多層プリント基板、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ
Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップのようなｘｙ面に平
行な多数の面が層状に重なる（以下、２．５次元とい
う）モデルを想定する。例えば、図１８のように多層配
線板を解析モデルとして描画を行うものとする。この場
合には、図１８（ａ）乃至（ｃ）に示すように、画層を
分け、画層11には配線15を描画し、画層12には地板16を
描画し、画層13には配線16を描画する。なお、製図用Ｃ
ＡＤにより作図を行う場合には、後述するセルのサイズ
を考慮して、セルサイズを最小単位として、各線分の長
さを決定する。また、基本的には、材質が異なるものは
画層を分けて描画する。

【００３８】こうして作成されたＣＡＤデータは、異な
るＣＡＤシステム間でのデータ交換のための公知の変換
方式、例えば、ＤＸＦ、ＩＧＥＳ等による製図用ＣＡＤ
データに変換された後、図示しない入出力装置を介して
記憶部33に記憶される（ステップＳ2 ）。

【００３９】上述したように、製図用ＣＡＤデータは材
質情報を有しておらず、また、図形は線情報のみで構成
されている。そこで、本実施の形態においては、画層間
の厚さ、材質情報等を追加するようになっている。ステ
ップＳ3 においてこのようなデータ追加が行なわれる。

【００４０】先ず、解析モデルを含む領域を格子（セ
ル）網に離散化するために、各セルのサイズを指定す
る。製図用ＣＡＤデータは解析モデルの平面的な形状を
示すデータであり、セルのｘ，ｙ方向サイズを決定する
ことによって、製図用ＣＡＤデータで与えられる解析モ
デルを平面上でセルに分割することができる。

【００４１】更に、セルのｚ方向のサイズも決定してお
く。次に、各画層毎にｚ方向のデータを入力する。即
ち、基板の厚さ及び材質並びに配線の有無及びその材質
等をｚ方向の各セル毎に入力する。これにより、製図用
ＣＡＤデータで与えられる平面形状に厚み方向の形状が
付加されると共に、製図用ＣＡＤデータで与えられる平
面形状の材質等が指定される。これらの形状（サイズ）
及び材質等は例えば直方体のセル単位で指定されること
になる。

【００４２】次に、ステップＳ4 において、格子網への
離散化が行われる。先ず、格子網（解析領域）をｘ，
ｙ，ｚ方向に何個のセルを用いて構成し、解析モデルを
格子網（解析領域）のいずれの位置に配置するかを決定
する。次に、セル単位で、領域内の位置及び材質に基づ
くデータを入力する。即ち、離散化は、製図用ＣＡＤデ
ータ上に仮想的に３次元格子網を配置し、各格子点の位
置が複数の構成要素で構成される領域のいずれの位置に
存在しているかを調べ、格子点の位置を引数とした配列
に領域の引数としてその領域の媒質定数の値をそこに入
力することで行なう。

【００４３】媒質定数の定義の仕方には以下の二通りが
ある。つまり、格子の３方向の辺に対して各々定数を割
り当てる方法と、格子全体に一つの定数を割り当てる方
法である。これら二つの方法において、前者は線状、又
は、面状領域を離散化するときに用い、後者はブロック
状の領域を離散化するのに用いる。

【００４４】例えば、各格子にはその材質を特定するた
めの情報を割り当て、各格子の辺及び面には誘電率、透
磁率、導電率等の情報を割り当てる。

【００４５】同一の媒質定数には、同じ番号又は名前を
付ける。各辺構成要素の番号又は名前と媒質定数とを共
に記憶部33のデータとして格納する。なお、各辺構成要
素毎の番号又は名前とその要素の媒質定数とを対応させ
て記憶部33に格納してもよい。

【００４６】ステップＳ4 までの処理によって解析モデ
ルの入力が完了する。

【００４７】一般的には、プリント配線板等の設計時に
は、製図用ＣＡＤを用いた設計が行われており、ここで
作成された製図用ＣＡＤを電磁界解析のデータ入力作業
に流用するので、データ入力作業が著しく短縮される。
特に、プリント配線板等においては、部品点数が多くま
た各部品の形状も複雑であり、電磁界解析用ＣＡＤによ
って入力作業を行う場合に比して、入力に要する工数は
著しく削減される。

【００４８】次に、ステップＳ5 において解析計算が行
われる。ステップＳ5 の解析計算には一般的な手法を採
用することができるので、格子網上の格子点の電磁界を
求める具体的な手法については説明を省略する。こうし
て、時間軸上で電磁界を計算し、電磁界強度、Ｓパラメ
ータ及び放射パターン等の所望の解析結果を得る（ステ
ップＳ6 ）。

【００４９】このように、本実施の形態においては、製
図用ＣＡＤ装置によって作成したＣＡＤデータを用い、
このＣＡＤデータから得られる平面形状に、厚み方向の
情報を材質と共に付加することによって、比較的簡単な
作業によって格子網への離散化が可能となる。即ち、電
磁界解析用に改めてモデルを作成するのではなく、別用
途のために既に作成された製図用ＣＡＤデータを読み込
み、離散化することによって、時間領域で電磁界解析が
可能なモデルを作成しており、極めて短時間で且つ容易
に解析モデルのモデル化が可能である。

【００５０】なお、図２では２次元の製図用ＣＡＤ装置
を用いた例について説明したが、３次元の製図用ＣＡＤ
装置を用いた場合には、データ追加処理として、格子網
への離散化処理時に、材質についての情報を入力すれば
よい。

【００５１】図３は本発明の他の実施の形態に係る電磁
界解析方法を示すフローチャートである。図３において
図２と同一の手順には同一符号を付して説明を省略す
る。本実施の形態は、図１の装置によって実現可能であ
り記憶部33に格納されるプログラムが異なるのみであ
る。図３のフローは、制御部32が記憶部33に記載された
ソフトウェアを実行することで実現される。

【００５２】ステップＳ4 における格子網への離散化ま
での処理は図２と同様である。本実施の形態において
は、格子網への離散化後にステップＳ7 において表示処
理を行い、表示結果が良好（ＯＫ）であるか不良（Ｎ
Ｇ）であるか判断するようになっている。即ち、制御部
32は解析モデルについての入力データに基づいて表示デ
ータを作成して表示部34に供給する。これにより、オペ
レータは、表示部34の図示しない表示画面上において、
解析モデル及び解析領域等の表示を見ることができる。

【００５３】上述したように、ＦＤ−ＴＤ法では、解析
対象を含む解析領域を通常図１５乃至図１７のような直
方体の格子で分割する。格子の内部には誘電率、透磁
率、導電率の情報が割り当てられる。

【００５４】図４は格子に対する情報の割り当てを説明
するための説明図である。

【００５５】格子に割り当てる情報としては、上述した
ように、ｘ，ｙ，ｚの各辺（線要素）に割り当てる情報
と格子の材質を示す情報とがある。格子の材質を示すた
めに、例えば、制御部32は、格子41の６面全体を材質に
応じた所定の色で塗りつぶした表示とする。また、格子
41の各面を囲む４辺の全てにデータが割り当てられてい
る場合には、これらの４辺に囲まれた面42に斜線43等を
施す。なお、各辺にデータが割り当てられていることを
単独で表示する場合には、各辺44の色を他の辺とは異な
る所定の色にする。このような表示によって、各格子の
材質、誘電率、透磁率、導電率等を表示することができ
る。

【００５６】オペレータは、表示部34における表示を確
認して修正の有無を判断する。確認事項としては、解析
モデルが消滅することなく、最低限分割されているか、
計算領域は足りているか等がある。離散化の結果、これ
らの条件を満足している場合には、給電点の追加等若干
の修正を表示部34で確認しながら行なう（ステップＳ8
）。

【００５７】条件が満足していなければ、処理をステッ
プＳ7 からステップＳ3 に戻して、再度データの追加を
行う。以後、ステップＳ3 乃至Ｓ7 を繰返して、条件を
満足するまでデータの追加を行う。

【００５８】こうして、本実施の形態においては、ステ
ップＳ8 までの処理によって、解析モデルの入力が完了
する。

【００５９】以後の処理は図２のフローと同様である。

【００６０】図５は本発明の他の実施の形態を説明する
ためのフローチャートである。図５において図４と同一
の手順には同一符号を付して説明を省略する。本実施の
形態は、図１の装置によって実現可能であり記憶部33に
格納されるプログラムが異なるのみである。図５のフロ
ーは、制御部32が記憶部33に記載されたソフトウェアを
実行することで実現される。

【００６１】ステップＳ4 における格子網への離散化処
理においては、直方体格子の３方向の辺の構成要素及び
格子全体で表す媒質定数を、解析毎に入力部31によって
手作業で入力している。本実施の形態はこの入力作業を
自動化したものである。

【００６２】ステップＳ3 のデータ追加処理によって、
解析領域中の各格子についての材質が決定し、ステップ
Ｓ4 の格子網への離散化処理によって、解析領域中の各
格子の位置も決定される。従って、この時点で、各格子
に与える情報は必然的に決定する。各格子に使用する要
素はある程度定まっており、辺構成要素及び容積媒質デ
ータ等として要素テーブルを構成しておくことが可能で
ある。

【００６３】制御部32は、データ追加処理が終了し、各
格子の位置が指定されると、図５のステップＳ9 におい
て、これらの情報に対応するデータを要素テーブルから
読出して、各格子に設定する。

【００６４】なお、要素テーブルからの読出し及び要素
テーブルへの書込みは、ステップＳ3 ，Ｓ4 ，Ｓ7 の処
理中にも行うことが可能である。また、要素テーブルの
内容である辺構成要素及び容積媒質データをテキストフ
ァイルで格納することにより、制御部32による処理だけ
でなく、他のマイコンシステムにおけるエディタ等によ
って要素テーブルを容易に修正することも可能である。

【００６５】このように、本実施の形態においては、要
素テーブルを用いて入力作業を自動化しており、解析モ
デル作成のための作業を著しく簡単化することができ
る。

【００６６】更に、要素テーブルを用いることにより、
各格子に与える要素の変更も容易である。例えば、図１
４に示したように、時間領域での電磁界解析において
は、非線形素子を含めた解析が可能である。つまり、非
線形素子を示す辺の電気的特性を過渡解析又は測定によ
り求め、これを時間の関数として定式化して要素テーブ
ルに記憶させるのである。これにより、解析結果の時間
的な変化を把握しやすいという利点もある。なお、非線
形素子の特性は電気回路シミュレータによって計算させ
てもよい。

【００６７】図６は本発明の他の実施の形態に係る電磁
界解析方法を示すフローチャートである。図６において
図３と同一の手順には同一符号を付して説明を省略す
る。本実施の形態は、図１の装置によって実現可能であ
り記憶部33に格納されるプログラムが異なるのみであ
る。図６のフローは、制御部32が記憶部33に記載された
ソフトウェアを実行することで実現される。

【００６８】本実施の形態は、電磁界解析の結果に応じ
て修正した解析モデルに基づいて、利用した製図用ＣＡ
Ｄデータを修正するようにしたものである。

【００６９】ステップＳ8 による修正処理が行われる
と、次にステップＳ11によって解析用データへの変換が
行われて、記憶部33に記憶される。ステップＳ12では、
解析用データを製図用ＣＡＤデータに変換する。

【００７０】図７及び図８は解析用データから製図用Ｃ
ＡＤデータへの変換を説明するための説明図である。

【００７１】先ず、解析用データから、図７に示すよう
に、配線図51，52及び地板図53の位置を指定する。つま
り、２次元に置き換える面を指定する。次に、離散化し
ていたモデルをアセンブルし、製図用ＣＡＤデータの線
情報に変換する。図８は３×２の格子のｘ，ｙ平面の解
析データを示している。各格子にはｘ，ｙ辺に媒質情報
（黒丸）が割り当てられている。媒質情報によって同一
の材質の境界を判別することができる。例えば媒質情報
は各格子の辺を表す（ｘ，ｙ）の値で表されるものとす
る。

【００７２】図８の６つの格子のみが同一材質であるも
のとすると、ｘ方向については、黒丸で示す媒質情報は
（１，１），（２，１），（３，１），（１，３），
（２，３），（３，３）で表現することができ、ｙ方向
については、黒丸で示す媒質情報は（１，１），（１，
２），（４，１），（４，２）で表現することができ
る。これらの解析モデルのデータから、端点が（１，
１），（１，３），（４，１），（４，３）の長方形を
示す線分データを得ることができる。

【００７３】このようにして得られたＣＡＤデータは、
次のステップＳ13において、元の製図用ＣＡＤデータと
比較される。元の製図用ＣＡＤデータに対して、ステッ
プＳ12で得られたＣＡＤデータに部分的消失又は穴埋め
等の不具合が発生しているか否かが判定される。不具合
があった場合（ＮＧ）には、ステップＳ14において製図
用ＣＡＤ装置を用いて、ステップＳ12で得たＣＡＤデー
タを修正した後、ステップＳ2 において修正したＣＡＤ
データを保存する。そして、再度ステップＳ3からステ
ップＳ12までの処理が繰返される。

【００７４】不具合がない場合（ＯＫ）には、ステップ
Ｓ13から次のステップＳ5 に処理を移行して解析計算を
行う。次のステップＳ15では計算結果が良好（ＯＫ）で
あるか不良（ＮＧ）であるかが判定される。不良である
場合には、処理をステップＳ8 に戻して修正を行い、ス
テップＳ12以降の処理を繰返す。良好である場合には、
ステップＳ16において最終修正モデルとしてステップＳ
12で得た製図用ＣＡＤデータを決定して処理を終了す
る。

【００７５】このように、本実施の形態においては、製
図用ＣＡＤデータを利用して解析モデルを作成するだけ
でなく、解析モデル作成時の修正をＣＡＤデータに反映
させることも可能にしている。これにより、多層プリン
ト配線板等の設計時の負担を著しく軽減することができ
る。

【００７６】図９は本発明の他の実施の形態に係る電磁
界解析方法で採用する内外判定方法を示すフローチャー
トである。

【００７７】本実施の形態は図２のステップＳ1 におけ
る製図用データの作成処理において、予め矩形を描画し
ておくことによって、確実な内外判定を可能にするもの
である。ステップＳ21はこのような矩形描画処理を行う
手順である。即ち、本来必要な図形の他に、この図形を
囲むようにして矩形を描画する。例えば、回路基板の電
磁界解析を行う場合には、回路基板上の部品の図形に対
して基板そのものを示す矩形を描画する。なお、この矩
形の描画は、本来必要な図形が表示されていない所定の
画層に描画することによって、内外判定に用いるか否か
を容易に変更可能である。

【００７８】次のステップＳ22は、ステップＳ21で描画
した矩形を含む図形データを読込む処理である。次のス
テップＳ23はステップＳ21で描画した矩形の外の部分に
複数の基準点を設定する処理である。基準点から半直線
を引き、解析モデルを示す図形との交点の数が偶数の場
合には内側と判定し、奇数の場合には外側と判定する。

【００７９】ステップＳ25は、外側と判定された場合の
基準点を記憶する処理であり、ステップＳ26は、内側と
判定された場合の基準点を記憶する処理である。次のス
テップＳ27は各基準点を用いた場合の内外判定が一致し
ているか否かを判定する処理である。一致する場合には
処理を終了し、不一致の場合には、ステップＳ23に処理
を戻して、基準点を新たに設定し直して、内外判定を繰
返す。

【００８０】次に、このように構成された実施の形態の
動作について図１０の説明図を参照して説明する。

【００８１】解析モデルとしては、多層プリント基板等
の２．５次元のものを想定する。図１０はこのような多
層プリント基板の所定の層を製図用ＣＡＤ装置によって
描画した状態を示している。画層66には配線64を描画す
る。ステップＳ21においては、この配線64の描画部分を
囲むように、他の画層67に矩形61を描画する。即ち、矩
形61は基板そのものを表現していると考えてもよい。

【００８２】次いで、ステップＳ22において矩形61を含
み配線64のＣＡＤデータを読み出し、ステップＳ23にお
いて矩形61の外側に複数の基準点62を設定する。次に、
基準点62から半直線を引き、半直線と描画した線との交
点の数から内外判定を行う（ステップＳ24）。

【００８３】図１０に示すように、交点65の数は偶数で
ある。こうして、この場合には、ステップＳ26におい
て、この基準点については、配線64が内側を示すものと
記憶する。他の基準点についても同様に交点の数が偶数
であるか奇数であるかを判定する。

【００８４】全ての基準点について判定が行われると、
次のステップＳ27において、全ての基準点における判定
結果が一致した否かが判定される。一致している場合に
は、処理を終了し、そうでない場合には、基準点をずら
して再度内外判定を行う。例えば、基準点がＮ個ある場
合には、各基準点とも解析モデルの中心位置を軸にし
て、θ≪３６０／Ｎ［°］だけずらし、Ｎ個の基準点の
判定結果が一致するまで繰り返す。

【００８５】このように、本実施の形態においては、単
なる内外判定だけでは、内側か外側かの判断が不可能な
場合には、外側を示す矩形を描画することによって、確
実な内外判定が可能である。即ち、内外判定の範囲を限
定して、内と外の判定を逆転させることを容易にしてい
る。

【００８６】図１１は本発明の他の実施の形態に係る電
磁界解析方法で採用する製図用データ作成処理を示すフ
ローチャートである。

【００８７】本実施の形態は、解析モデルの離散化処理
において発生する誤差を低減するためのものである。

【００８８】ステップＳ31は単位選択処理である。単位
選択処理においては、製図を始めるために作図単位を設
定する。作図単位としては、ミリ［ｍｍ］又はインチ
［ｉｎｃｈ］等の表記を選択すればよい。次のステップ
Ｓ32では図面範囲を指定する。この処理では、解析モデ
ルを実寸で設計可能な範囲を図面範囲に設定する。な
お、図面範囲は図形に比べて余裕を持って設定する。

【００８９】本実施の形態においては、次のステップＳ
33において、スナップ及びグリッドの大きさを指定する
ようになっている。グリッドとは、図面範囲として指定
した領域に広がる点のパターンであり、位置合わせ及び
距離の表示に利用することができる。スナップは、カー
ソルの動きを制限するものであり、スナップを設定する
ことによりカーソルは定義した間隔で移動する。即ち、
スナップで指定された間隔以外では点を指定することが
できないので、オペレータがカーソルをマウス等で移動
させて点を指定する場合でも、正確な指定が可能であ
る。よって、両者を同時に用いることで、製図用ＣＡＤ
で作成したモデルを用いた離散化時に、誤差が発生する
ことを防止することができる。

【００９０】本実施の形態においては、グリッド及びス
ナップの単位を、格子の大きさに対応させて設定するこ
とにより、離散化時に誤差が発生することを防止するよ
うになっている。

【００９１】次に画層を設定する。多層の場合には、各
層分けて描画するが、製図用の寸法線も別の層に描画す
る。更に、同一の層であっても、材質が異なるものにつ
いては別の層に描画する。また、この場合には、いずれ
か一層にモデルを囲む矩形を描画する（ステップＳ3
4）。

【００９２】次に、ステップＳ35において、解析モデル
の平面形状の描画を行う。次いで、ステップＳ36におい
て、格子分割が良好（ＯＫ）に行われるか否（ＮＧ）か
の判定を行う。即ち、作成した製図用ＣＡＤデータを図
２のステップＳ4 において格子網に離散化する際に、格
子への分割が妥当か否かを判定する。

【００９３】図１３はこの格子分割の妥当性の判定を説
明するための説明図である。

【００９４】図１３はコプレナー線路の描画例を示して
いる。地板73を示す表示上に線路72が描画されている。
線路72と地板73との間には隙間71が設けられている。地
板73、線路72及び隙間71は、破線で示す線分75乃至78に
よって示されている。

【００９５】線分75，76相互間及び線分77，78相互間に
よって隙間71が表されている。いま、離散化の際の格子
が図１３の四角で示す格子74であるものとする。この場
合には、格子74による分割は妥当でない。即ち、格子74
は線路72、隙間71及び地板73の全てを含んでおり、格子
74に適切な情報を与えることはできない。従って、この
場合には、ステップＳ36において分割が妥当でないこと
が判定されて処理はステップＳ35のモデル化に移行す
る。こうして、妥当な分割が行われると判断されるま
で、製図用ＣＡＤデータの修正が繰返される。

【００９６】なお、図１３の場合には、格子74の大きさ
を十分に小さくして、格子74が線分77，78にまたがらな
いようにすればよい。そうすると、ステップＳ36におい
て分割が妥当であることが判定されて処理が終了する。

【００９７】このように、本実施の形態においては、解
析モデルの離散化以前に、モデル分割の最適化が可能と
なり、この結果、格子の大きさによる離散化の誤差をな
くしたモデル化を実現することができる。

【００９８】なお、例えば２．５及び３次元における
ｘ、ｙ、ｚの３方向の格子の辺の長さは等しい必要はな
く、格子形状は直方体で構わない。従って、ステップＳ
33において、解析モデルを格子に分割するためにスナッ
プ及びグリッドの大きさを設定する場合には、方向毎に
異なる大きさにしてもよい。即ち、３方向夫々に格子の
辺の長さを変えることにより、分割した解析モデルの精
度を一層向上させることができることは明らかである。

【００９９】図１２は本発明の他の実施の形態に係る電
磁界解析方法で採用する製図用データ作成処理を示すフ
ローチャートである。

【０１００】本実施の形態は、解析モデルの離散化処理
において誤りが発生することを防止するためのものであ
る。

【０１０１】ステップＳ35において、解析モデルの平面
形状の描画を行う。なお、ステップＳ35以前の処理は図
１１と同様であってよい。次のステップＳ37において
は、重要部分の指定を行う。

【０１０２】即ち、ステップＳ37においては、格子に分
割する際に重要と考えられる部分、例えば、微細な部分
等を指定し、この部分を他の部分とは異なる表示となる
ように描画を行う。例えば、重要部分については、他の
部分と異なる線種、線幅又は色等を用いる。なお、線種
としては、実線、点線、破線又は鎖線等の別がある。こ
れらの線種、線幅又は色等を重要度に応じて使い分けて
もよいことは明らかである。

【０１０３】例えば、図１３に示す表示を行う。図１３
に示すコプレナー線路においては、線路72と地板73との
間の間隙71が重要である。図１３に示すように、格子74
の一辺よりも間隙71の幅の方が小さい場合には、線路72
と地板73とがつながって表され、隙間71がこの部分にお
いて消滅してしまう。

【０１０４】そこで、図１３に示すように、間隙71につ
いては、破線75乃至78で描画し、他の部分を実線を用い
て描画する。例えば、破線で描画された部分について
は、次のステップＳ36における分割の妥当性の判断時
に、表示、ブザー等で評価結果をオペレータに認知させ
ることにより、妥当性を確実に判断させるようにするこ
とができる。

【０１０５】このように、本実施の形態においては、重
要部分の指定を行うことにより、分割の妥当性の判断時
に際して注意すべき点の認識を容易にすることができ
る。

【０１０６】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々変形することができる。例え
ば、上記実施の形態においては解析対象を２．５次元と
したが、３次元等に対応させることも可能であり、解析
モデルの形状や形式は特に限定されない。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、製
図用ＣＡＤデータの流用を可能にすることにより、デー
タの入力作業を簡単にすることができると共に、時間領
域の電磁界解析特有のモデル化を容易にすることができ
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁界解析装置の一実施の形態を
示すブロック図。

【図２】本発明に係る電磁界解析方法の一実施の形態を
示すフローチャート。

【図３】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図４】格子の要素への情報の割り当てを説明するため
の説明図。

【図５】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図６】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図７】図６の実施の形態を説明するための説明図。

【図８】図６の実施の形態を説明するための説明図。

【図９】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図１０】図９の実施の形態を説明するための説明図。

【図１１】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図１２】本発明の他の実施の形態を示すフローチャー
ト。

【図１３】図１１及び図１２の実施の形態を説明するた
めの説明図。

【図１４】周波数領域及び時間領域における電磁界解析
の特徴を示す図表。

【図１５】時間領域における格子を説明するための説明
図。

【図１６】時間領域における格子を説明するための説明
図。

【図１７】時間領域における格子を説明するための説明
図。

【図１８】電子機器の内部にある多層プリント基板を製
図用ＣＡＤ装置によって描画した状態を示す説明図。

【図１９】配線又は地板を描画した状態を示す説明図。

【符号の説明】

Ｓ1 …製図用データ作成処理、Ｓ2 …ＣＡＤデータ記憶
処理、Ｓ3 …データ追加処理、Ｓ4 …格子網への離散化
処理、Ｓ5 …解析計算処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桑原 学 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 5B046 AA07 BA06 CA00 FA00 JA07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 解析モデルの形状に基づく線情報からな
   るＣＡＤデータについて、このＣＡＤデータを所定の解
   析領域を区画する複数の格子に対応させた情報に変換す
   る変換手段と、 前記変換手段によって得られた各格子に材質の情報を追
   加するデータ追加手段と、 前記各格子の前記解析領域中の位置及び材質の情報に基
   づいて、前記各格子の要素に情報を付与する離散化手段
   と、 前記離散化手段によって情報が付与された各格子を用い
   て、前記解析モデルの時間領域における電磁界解析を行
   う解析手段とを具備したことを特徴とする電磁界解析装
   置。
2. 【請求項２】 前記ＣＡＤデータは、２次元情報であ
   り、 前記データ追加手段は、前記変換手段によって得られた
   各格子に厚さの情報を追加すると共に、材質の情報を追
   加することを特徴とする請求項１に記載の電磁界解析装
   置。
3. 【請求項３】 前記ＣＡＤデータは、前記解析モデルの
   形状が材質毎に異なる画層に描画されて得られたもので
   あることを特徴とする請求項１に記載の電磁界解析装
   置。
4. 【請求項４】 前記離散化手段は、前記各格子の要素に
   付与する情報に関する要素テーブルを有し、前記各格子
   の前記解析領域中の位置及び材質の情報に基づいて前記
   要素テーブルを参照することにより、前記各格子の要素
   への情報の付与を自動化することを特徴とする請求項１
   に記載の電磁界解析装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の電磁界解析装置におい
   て、 前記離散化手段によって要素に情報が付与された各格子
   を可視化する可視化手段と、 前記各格子の要素に付与する情報を修正可能にする修正
   手段とを具備したことを特徴とする電磁界解析装置。
6. 【請求項６】 前記可視化手段は、各格子を線分によっ
   て表示すると共に、各線分の色及び線分によって囲まれ
   た平面の色、模様又はこれらの組み合わせによって、要
   素に付与された情報を提示することを特徴とする請求項
   ５に記載の電磁界解析装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の電磁界解析装置におい
   て、 前記修正手段により修正した情報を記憶する修正値記憶
   手段と、 前記修正値記憶手段に記憶されている情報を線情報から
   なるＣＡＤデータに変換する逆変換手段と、 前記逆変換手段の出力に基づいて、ＣＡＤデータの対応
   する部分を修正するＣＡＤデータ修正手段とを具備した
   ことを特徴とする電磁界解析装置。
8. 【請求項８】 前記ＣＡＤデータは、解析モデルの形状
   を囲む矩形の線情報を含むことを特徴とする請求項１、
   ５又は７のいずれか１つに記載の電磁界解析装置。
9. 【請求項９】 前記ＣＡＤデータは、前記格子の大きさ
   に基づく長さを単位とする線情報によって構成されてい
   ることを特徴とする請求項１、５又は７のいずれか１つ
   に記載の電磁界解析装置。
10. 【請求項１０】 前記ＣＡＤデータは、前記解析モデル
    の特徴に基づく線種、線幅、色又はこれらの組み合わせ
    による線情報によって構成されていることを特徴とする
    請求項１、５又は７のいずれか１つに記載の電磁界解析
    装置。
11. 【請求項１１】 前記解析モデルの形状に基づく線情報
    が特定の線種、線幅、色又はこれらの組み合わせによる
    線情報であることをオペレータに提示する提示手段を具
    備したことを特徴とする請求項１０に記載の電磁界解析
    装置。
12. 【請求項１２】 前記ＣＡＤデータは、前記離散化手段
    の処理前に、前記格子の大きさよりも微細な線分を有し
    ていないように最適化されていることを特徴とする請求
    項１、５又は７のいずれか１つに記載の電磁界解析装
    置。
13. 【請求項１３】 解析モデルの形状に基づく線情報から
    なるＣＡＤデータについて、このＣＡＤデータを所定の
    解析領域を区画する複数の格子に対応させた情報に変換
    する変換処理と、 前記変換処理によって得られた各格子に材質の情報を追
    加するデータ追加処理と、 前記各格子の前記解析領域中の位置及び材質の情報に基
    づいて、前記各格子の要素に情報を付与する離散化処理
    と、 前記離散化手段によって情報が付与された各格子を用い
    て、前記解析モデルの時間領域における電磁界解析を行
    う解析処理とを具備したことを特徴とする電磁界解析方
    法。