JP2008275470A - Field probe, field detection apparatus, and method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、例えば電子回路が作り込まれたプリント基板上におけるノイズ発生分布や電流分布を計測するための、近傍磁界を検出する磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法に関する。 The present invention relates to a magnetic field probe for detecting a near magnetic field, a magnetic field detection device, and a magnetic field detection method using them, for example, for measuring noise generation distribution and current distribution on a printed circuit board in which an electronic circuit is built.
従来、この種の磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。この特許文献1に記載の磁界プローブでは、検出対象が発する近傍磁界を検出するためのループコイルが形成されたループコイル層、及び、このループ層の両面に形成されて、外来電磁ノイズを遮蔽するシールド層が、順次積層された基板を有している。また、ループコイル層に形成されたループコイル内を近接磁界(磁束)が通るように、シールド層には窓明け部が設けられている。こうした構造により、例えばプリント基板が有する電子部品や回路パターンから生じる近接磁界を検出するようにしている。 Conventionally, as a magnetic field probe and a magnetic field detection apparatus of this type and a magnetic field detection method using them, for example, a technique described in Patent Document 1 is known. In the magnetic field probe described in Patent Document 1, a loop coil layer formed with a loop coil for detecting a near magnetic field generated by a detection target and both sides of the loop layer are formed to shield external electromagnetic noise. The shield layer has a substrate that is sequentially stacked. The shield layer is provided with a window opening so that a near magnetic field (magnetic flux) passes through the loop coil formed in the loop coil layer. With such a structure, for example, a near magnetic field generated from an electronic component or a circuit pattern included in the printed circuit board is detected.
ところで、こうした磁界プローブを用いて、一定(直流)磁界やこの一定磁界に極めて近い低周波磁界を検出しようとすると、次のような原理上の不具合がある。すなわち、上記磁界プローブでは、ループコイル層に形成されたループコイル内を通過する近接磁界により誘導起電力を発生させ、その誘導起電力に基づいて近接磁界を検出する原理上、近接磁界が低周波磁界であるとき、ループコイルに発生する誘導起電力は小さいため、高い精度で近接磁界を検出することは難しい。また、近接磁界が一定磁界であるとき、ループコイルにはそもそも誘導起電力が発生しないため、近接磁界を検出することができなくなってしまう。 By the way, when trying to detect a constant (direct current) magnetic field or a low-frequency magnetic field very close to the constant magnetic field using such a magnetic field probe, there are the following problems in principle. That is, in the above magnetic field probe, in the principle that an induced electromotive force is generated by a near magnetic field passing through a loop coil formed in the loop coil layer, and the near magnetic field is detected based on the induced electromotive force, the near magnetic field has a low frequency. Since the induced electromotive force generated in the loop coil is small when it is a magnetic field, it is difficult to detect a near magnetic field with high accuracy. In addition, when the near magnetic field is a constant magnetic field, no induced electromotive force is generated in the loop coil, so that the near magnetic field cannot be detected.
その点、例えば特許文献2に記載の技術が知られている。この特許文献2に記載の技術では、上記ループコイル層を薄層化するとともに、薄膜ループコイルの一部を磁気抵抗素子で構成している。すなわち、磁気抵抗素子が薄膜ループコイルと直列接続されている。これにより、上記プリント基板が有する電子部品や回路パターンによって生じる近接磁界が高周波磁界であるとき、薄膜ループコイルにて近接磁界を検出し、低周波磁界であるとき、磁気抵抗素子にて近接磁界を検出するようにしている。
このように、上記特許文献2に記載の技術によれば、上記特許文献1に記載の技術で生じるような原理上の不具合は確かに解消される。しかしながら、上記特許文献2に記載の磁界プローブでは、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い近接磁界を単一の磁気抵抗素子を用いて検出しているため、検出精度はそれほど高いものではなかった。こうした近接磁界をより高い精度にて検出することが求められており、依然として改善の余地がある。 As described above, according to the technique described in the above-mentioned Patent Document 2, the problem in principle that occurs in the technique described in the above-mentioned Patent Document 1 is certainly eliminated. However, since the magnetic field probe described in Patent Document 2 detects a constant magnetic field or a near magnetic field very close to the constant magnetic field using a single magnetoresistive element, the detection accuracy is not so high. It is required to detect such a near magnetic field with higher accuracy, and there is still room for improvement.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度をもって検出することのできる磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic field probe and a magnetic field capable of detecting a fixed magnetic field or a near magnetic field that is a low frequency magnetic field very close to the constant magnetic field with higher detection accuracy. An object of the present invention is to provide a detection apparatus and a magnetic field detection method using them.
こうした目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、電子回路を含む検出対象が発する磁界を検出する磁界検出回路に電源を供給する電源供給部に電気的に接続された電源端子と、前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部に電気的に接続された出力端子とを有する本体部と、前記磁界検出回路、該磁界検出回路を前記電源端子に電気的に接続するための電源供給線、及び、前記磁界検出回路を前記出力端子に電気的に接続するための出力信号線を有するプローブ部とを備え、前記磁界検出回路を前記検出対象に近接させて、前記検出対象が発する磁界を検出する磁界プローブとして、前記磁界検出回路は、加えられる磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路であり、このブリッジ回路は、半導体プロセスを通じて形成されていることとした。 In order to achieve such an object, in the invention described in claim 1, a power supply terminal electrically connected to a power supply unit that supplies power to a magnetic field detection circuit that detects a magnetic field generated by a detection target including an electronic circuit, A main body having an output terminal electrically connected to a signal processing section for processing an output signal of the magnetic field detection circuit; the magnetic field detection circuit; and for electrically connecting the magnetic field detection circuit to the power supply terminal. And a probe section having an output signal line for electrically connecting the magnetic field detection circuit to the output terminal, the magnetic field detection circuit being brought close to the detection target, and the detection target As a magnetic field probe for detecting a generated magnetic field, the magnetic field detection circuit is a bridge circuit including a magnetoresistive element whose resistance value changes in accordance with an applied magnetic field. It was that it is formed through the nest.
磁界プローブとしてのこのような構成では、近接磁界を検出する磁界検出回路は、磁気抵抗素子を含むブリッジ回路にて構成されている。そのため、単一の磁気抵抗素子にて検出する従来技術と比較して、一定磁界あるいは低周波磁界をより高い検出精度をもって検出することができるようになる。なお、上記構成では、半導体プロセスを通じて磁界検出回路が形成されているため、その体格が極小となっており、当該磁界検出回路に加えられる近接磁界の発生源は狭い範囲にしか存在しない。したがって、一定磁界あるいは低周波磁界を高い空間分解能をもって検出することができるようにもなる。 In such a configuration as a magnetic field probe, a magnetic field detection circuit for detecting a near magnetic field is configured by a bridge circuit including a magnetoresistive element. For this reason, it is possible to detect a constant magnetic field or a low-frequency magnetic field with higher detection accuracy as compared with the conventional technique of detecting with a single magnetoresistive element. In the above configuration, since the magnetic field detection circuit is formed through the semiconductor process, the physique is minimal, and the source of the near magnetic field applied to the magnetic field detection circuit exists only in a narrow range. Therefore, a constant magnetic field or a low frequency magnetic field can be detected with high spatial resolution.
また、上記請求項1に記載の構成において、例えば請求項2に記載の発明のように、前記ブリッジ回路は、その大きさが5〜10マイクロメートル角程度、或いはさらに極小領域に形成されていることが望ましい。上記構成を有する磁界検出回路(ブリッジ回路)を検出対象に近接させると、体格が微小であるため、磁気抵抗素子を含む磁界検出回路の構成要素に検出対象から発生する略同一の近接磁界を加えることができるようになる。また、磁界検出回路の構成要素間の離間距離が極めて短いため、近接磁界だけでなく、他に例えば温度などのように、これら構成要素が置かれる環境を略同一にすることができるようにもなる。 Further, in the configuration according to the first aspect, as in the second aspect, for example, the bridge circuit is formed in a size of about 5 to 10 micrometers square or even in a minimal region. It is desirable. When the magnetic field detection circuit (bridge circuit) having the above configuration is brought close to the detection target, since the physique is very small, substantially the same near magnetic field generated from the detection target is applied to the components of the magnetic field detection circuit including the magnetoresistive element. Will be able to. In addition, since the separation distance between the components of the magnetic field detection circuit is extremely short, not only the proximity magnetic field but also the environment where these components are placed, such as temperature, can be made substantially the same. Become.
ところで、磁気抵抗素子の抵抗値が変化する要因として、加えられる磁界だけでなく、当該磁気抵抗素子が置かれる環境、例えば温度が挙げられる。したがって、たとえ加えられる磁界が同一であったとしても、当該磁気抵抗素子の温度が異なると、その抵抗値が大きく異なり、高い精度でもって近接磁界を検出することが難しくなる。 By the way, as a factor which changes the resistance value of a magnetoresistive element, not only the applied magnetic field but the environment where the said magnetoresistive element is placed, for example, temperature is mentioned. Therefore, even if the applied magnetic field is the same, if the temperature of the magnetoresistive element is different, the resistance value is greatly different, and it is difficult to detect the near magnetic field with high accuracy.
その点、上記請求項1または2に記載の構成において、例えば請求項3に記載の発明では、前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する2つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路であり、前記ハーフブリッジ回路を構成する2つの磁気抵抗素子のうち、一方の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないこととした。 In that respect, in the configuration according to claim 1 or 2, in the invention according to claim 3, for example, the bridge circuit includes two magnetoresistive elements having the same magnetic field dependency and temperature characteristics connected in series. One of the two magnetoresistive elements constituting the half bridge circuit is covered with a magnetic material and is provided with a magnetic shield that is protected from external magnetic noise. The other magnetoresistive element is not magnetically shielded.
磁界プローブとしてのこのような構成では、当該磁界検出回路(ハーフブリッジ回路)を構成する2つの磁気抵抗素子が直列に接続されており、かつ、同一の温度特性を有している。そのため、例えば近接磁界が変化せず、置かれる温度が変化すると、2つの磁気抵抗素子は、その抵抗値を全く同一の態様で変化させるため、ハーフブリッジの中点電位は、平衡状態からずれない(変動しない)。すなわち、磁気抵抗素子の温度特性を打ち消すことができるようになる。しかしながら、近接磁界が変化する場合、磁気シールドが施されていない一方の磁気抵抗素子は近接磁界によって抵抗値が変化する一方、磁気シールドが施されている他方の磁気抵抗素子は近接磁界によって抵抗値が変化しない。そのため、ハーフブリッジ回路の中点電位は近接磁界によって平衡状態からずれるようになり、その平衡状態からの変動量に基づいて近接磁界を検出することができるようになる。したがって、上記構成によれば、磁界プローブが置かれる環境(温度)によらず、高い精度及び高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。 In such a configuration as a magnetic field probe, two magnetoresistive elements constituting the magnetic field detection circuit (half-bridge circuit) are connected in series and have the same temperature characteristics. Therefore, for example, if the near magnetic field does not change and the temperature at which it is placed changes, the two magnetoresistive elements change their resistance values in exactly the same manner, so the midpoint potential of the half bridge does not deviate from the equilibrium state. (Does not change). That is, the temperature characteristic of the magnetoresistive element can be canceled out. However, when the near magnetic field changes, the resistance value of one magnetoresistive element that is not magnetically shielded changes due to the near magnetic field, while the other magnetoresistive element that is magnetically shielded has a resistance value due to the near magnetic field. Does not change. For this reason, the midpoint potential of the half-bridge circuit is deviated from the equilibrium state by the near magnetic field, and the near magnetic field can be detected based on the fluctuation amount from the equilibrium state. Therefore, according to the above configuration, a near magnetic field can be detected with high accuracy and high spatial resolution regardless of the environment (temperature) in which the magnetic field probe is placed.
また、上記請求項1または2に記載の構成において、例えば請求項4に記載の発明のように、前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する2つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路が2組、対称に並列に接続されるフルブリッジ回路であり、前記フルブリッジ回路を構成する4つの磁気抵抗素子のうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の1組の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の1組の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないこととしてもよい。 In the configuration described in claim 1 or 2, as in the invention described in claim 4, for example, in the bridge circuit, two magnetoresistive elements having the same magnetic field dependency and temperature characteristics are connected in series. The two half-bridge circuits are a full-bridge circuit that is symmetrically connected in parallel, and one of the four magnetoresistive elements constituting the full-bridge circuit is located at a position that defines a balance condition. The magnetoresistive element may be covered with a magnetic material to provide a magnetic shield that is protected from external magnetic noise, and the other set of magnetoresistive elements may not be provided with a magnetic shield.
磁界プローブとしてのこのような構成では、上記請求項3に記載の構成に準じた効果が得られるようになる。ただし、ハーブブリッジ回路が対称に並列に接続されているため、これらハーブブリッジ回路の中点電位の平衡状態からの変動量は、上記請求項3に記載の構成よりも大きくなる。したがって、そうした中点電位の変動量に基づいて、さらに精度良く近接磁界を検出することができるようになる。 With such a configuration as the magnetic field probe, an effect according to the configuration described in claim 3 can be obtained. However, since the herb bridge circuits are symmetrically connected in parallel, the amount of change from the equilibrium state of the midpoint potential of these herb bridge circuits is larger than that of the configuration described in claim 3. Therefore, the near magnetic field can be detected with higher accuracy based on the fluctuation amount of the midpoint potential.
なお、そうしたプローブ部としては、例えば請求項5に記載の発明のように、前記プローブ部は、板状の基板を有し、前記ブリッジ回路は、ICパッケージにて構成され、前記板状の基板の一方の底面に配設されていることとしてもよい。あるいは、例えば請求項6に記載の発明のように、前記プローブ部は、板状の基板を有し、前記ブリッジ回路は、前記板状の基板の一方の底面に薄膜にて形成されていることとしてもよい。ちなみに、上記請求項5に記載の構成によれば、一般的なICパッケージ技術を利用することができるため、磁界プローブを作製することが容易になる。また、上記請求項6に記載の構成によれば、磁界検出回路、ひいては、プローブ部のさらなる小型化を図ることができるため、検出対象により近接することができ、より高い精度及びより高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。 As such a probe unit, for example, as in the invention described in claim 5, the probe unit has a plate-like substrate, the bridge circuit is configured by an IC package, and the plate-like substrate is provided. It is good also as arrange | positioning at one bottom face. Alternatively, for example, as in the invention described in claim 6, the probe section has a plate-like substrate, and the bridge circuit is formed of a thin film on one bottom surface of the plate-like substrate. It is good. Incidentally, according to the configuration described in claim 5, since a general IC package technology can be used, it is easy to manufacture a magnetic field probe. Further, according to the configuration of the sixth aspect, since the magnetic field detection circuit, and thus the probe part can be further reduced in size, it can be brought closer to the detection target, with higher accuracy and higher spatial resolution. The near magnetic field can be detected.
ところで、課題の欄に記載した特許文献2に記載の磁界プローブでは、薄膜ループコイルの一部を磁気抵抗素子で構成し、該薄膜ループコイルを介して磁気抵抗素子に電流を与えている。こうした磁気抵抗素子までの配線、すなわち、薄膜ループコイルは、近接磁界が一定磁界や低周波磁界であるとき、電界アンテナとして機能してしまうことがある。そして、磁気抵抗素子までの配線が電界アンテナとして機能すると、該電界アンテナにて検出してしまう電界が電界ノイズとなり、近接磁界の検出精度に悪影響を及ぼしてしまう。特に、ループコイルと磁気抵抗素子とを一体とする、従来の構造を採用する場合、高周波磁界を検出する機能を維持するためにもループコイルに電界シールドを施すことは難しく、したがって、こうした電界ノイズを完全に排除することは難しい。 By the way, in the magnetic field probe described in Patent Document 2 described in the “Problems” section, a part of the thin film loop coil is constituted by a magnetoresistive element, and current is applied to the magnetoresistive element through the thin film loop coil. Such a wiring to the magnetoresistive element, that is, a thin film loop coil, may function as an electric field antenna when the near magnetic field is a constant magnetic field or a low frequency magnetic field. When the wiring to the magnetoresistive element functions as an electric field antenna, the electric field detected by the electric field antenna becomes electric field noise, which adversely affects the detection accuracy of the near magnetic field. In particular, when adopting a conventional structure in which a loop coil and a magnetoresistive element are integrated, it is difficult to provide an electric field shield for the loop coil in order to maintain the function of detecting a high-frequency magnetic field. It is difficult to eliminate completely.
その点、上記請求項1〜6のいずれかに記載の構成において、例えば請求項7に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが各別に施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。あるいは、例えば請求項8に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが一括して施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。これにより、近接磁界あるいは外来磁界に起因して電源供給線及び出力信号線が電界アンテナとして機能することを抑制し、ひいては、電界ノイズが生じることを抑制することができるようになる。したがって、高い精度をもって近接磁界を検出することができるようになる。特に、上記請求項8に記載の構成では、電源供給線及び出力信号線に電界シールドを一括して施すため、当該磁界プローブの作製工数を低減することができるようになる。 In that respect, in the configuration according to any one of the first to sixth aspects, the power supply line and the output signal line are nonmagnetic and conductive, for example, as in the invention according to the seventh aspect. It is desirable that each of the electric field shields including a metal layer made of a metal material having the above is provided and protected from external electric field noise. Alternatively, for example, as in the invention described in claim 8, the power supply line and the output signal line are collectively non-magnetic and include electric field shields including a metal layer made of a conductive metal material. It is desirable to be protected from external electric field noise. As a result, it is possible to suppress the power supply line and the output signal line from functioning as an electric field antenna due to a near magnetic field or an external magnetic field, thereby suppressing the occurrence of electric field noise. Therefore, the near magnetic field can be detected with high accuracy. Particularly, in the configuration according to the eighth aspect, since the electric field shield is collectively applied to the power supply line and the output signal line, the number of steps for manufacturing the magnetic field probe can be reduced.
同様に、上記請求項7または8に記載の構成において、例えば請求項9に記載の発明のように、前記磁界検出回路は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。 Similarly, in the configuration according to claim 7 or 8, as in the invention according to claim 9, for example, the magnetic field detection circuit is a metal layer made of a nonmagnetic material and a conductive metal material. It is desirable that an electric field shield including be provided and be protected from external electric field noise.
なお、そうした電界シールドとしては、例えば請求項10に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線と前記金属層とを電気的に絶縁する絶縁層と、前記金属層と、内部を保護する保護膜との3層から構成されていることが望ましい。これにより、電源供給線及び出力信号線と電界シールドとして機能する金属層とを確実に絶縁するとともに、内部を保護することができるようにもなる。
As such an electric field shield, for example, as in the invention according to
ところで、磁界検出回路を駆動するための電源供給部として例えば外部電源を採用する場合、外部電源で生成される電圧が僅かに変動したり、外来電磁ノイズが重畳されたりすることがある。また、上記電源供給経路が電界アンテナとして機能し、電源供給経路に電界ノイズが発生することもある。検出対象で発せられる近接磁界は非常に微小であり、そうした僅かな電圧の変動や電磁ノイズの重畳等が生じると、近接磁界の検出精度が低下することにもなりかねない。 When, for example, an external power supply is used as a power supply unit for driving the magnetic field detection circuit, the voltage generated by the external power supply may slightly fluctuate or external electromagnetic noise may be superimposed. Further, the power supply path functions as an electric field antenna, and electric field noise may occur in the power supply path. The near magnetic field generated by the detection target is very small. If such a slight voltage fluctuation or electromagnetic noise superimposition occurs, the detection accuracy of the near magnetic field may be lowered.
その点、例えば請求項12に記載の発明のように、前記本体部に搭載された電池を採用することが特に望ましい。電池では、電界検出回路の駆動電圧を化学的に生成するため、駆動電圧に僅かな変動も生じることはほとんどない。また、電源供給経路を短くすることができるため、生成した駆動電圧に外来電磁ノイズが重畳されたり、電界アンテナとして機能して電界ノイズが発生したりすることが抑制されるようになる。もっとも、こうしたおそれがないのであれば、例えば請求項11に記載の発明のように、当該磁界プローブ外の外部電源を採用してもよい。
In this regard, for example, as in the invention described in
一方、上記目的を達成するため、請求項13に記載の発明では、上記請求項1〜11のいずれか一項に記載の磁界プローブと、前記磁界プローブが有する電源端子を介して前記磁界検出回路に電源を供給する電源供給部と、前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることとした。あるいは、請求項14に記載の発明では、上記請求項12に記載の磁界プローブと、前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることとした。磁界検出装置としてのこのような構成によっても、上記請求項1に記載の構成に準じた効果を得ることができるようになる。すなわち、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度及び空間分解能をもって検出することができるようになる。
On the other hand, in order to achieve the above object, according to a thirteenth aspect of the present invention, the magnetic field detection circuit includes the magnetic field probe according to any one of the first to eleventh aspects and a power supply terminal included in the magnetic field probe. A power supply unit that supplies power to the magnetic field probe, a signal processing unit that processes an output signal of the magnetic field detection circuit that is output via the output terminal of the magnetic field probe, and the magnetic field probe that is in proximity to the detection target And a scanning unit that scans the detection target with the magnetic field probe. Alternatively, in the invention according to
こうした構成において、例えば請求項15に記載の発明のように、前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、平面運動可能なX−Yステージであることとすると、保持手段とX−Yステージとの協働を通じて、所定距離だけ検出対象から離間した位置における磁界分布を検出することができるようになる。
In such a configuration, for example, as in the invention described in
同様に、例えば請求項16に記載の発明のように、前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、3次元運動可能な3次元ステージであることとすると、保持手段と3次元ステージとの協働を通じて、検出対象から離間した位置における3次元の磁界分布を検出することができるようになる。 Similarly, for example, as in the invention described in claim 16, the holding unit holds the detection target and the magnetic field detection circuit so as to be horizontally opposed to each other, and the scanning unit places the detection target. In addition, if it is a three-dimensional stage that can move three-dimensionally together with the placed detection target, the three-dimensional magnetic field distribution at a position separated from the detection target is detected through the cooperation of the holding means and the three-dimensional stage. Will be able to.
なお、例えば請求項17に記載の発明のように、前記信号処理部は、前記出力信号に基づき、前記検出対象が発する磁界強度をマップ化することとしてもよい。 For example, as in the invention described in claim 17, the signal processing unit may map the magnetic field intensity generated by the detection target based on the output signal.
上記請求項1〜12のいずれかに記載の磁界プローブ又は上記請求項13〜17のいずれかに記載の磁界検出装置を用いれば、請求項18に記載の発明のように、前記検出対象が発する磁界の直流成分を検出することことができるようになる。
If the magnetic field probe according to any one of claims 1 to 12 or the magnetic field detection device according to any one of
以下、この発明に係る、磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法の一実施の形態について、図1〜図4を参照しつつ説明する。これら図1〜図4に示すように、また、以下に詳述するように、本実施の形態では、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路として磁界検出回路を構成するとともに、このブリッジ回路を半導体プロセスを通じて形成することで、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度及びより高い空間分解能をもって検出するようにしている。 Hereinafter, an embodiment of a magnetic field probe, a magnetic field detection device, and a magnetic field detection method using these according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 to 4 and as described in detail below, in this embodiment, a magnetic field detection circuit is used as a bridge circuit including a magnetoresistive element that changes to a resistance value according to an applied magnetic field. In addition to forming the bridge circuit through a semiconductor process, a near magnetic field, which is a constant magnetic field or a low frequency magnetic field very close to the constant magnetic field, is detected with higher detection accuracy and higher spatial resolution.
図1は、これら磁界プローブ及び磁界検出装置を構成する磁界検出回路を中心とした回路構成の一例を示す模式図である。図2は、本実施の形態に係る磁界プローブ外観を斜視方向から示す図であり、図3は、本実施の形態に係る磁界プローブの内部構造を斜視方向から透視した図である。まず始めに、これら図1〜図3を併せ参照しつつ、本実施の形態の磁界プローブの構成及び機能について説明する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a circuit configuration centering on a magnetic field detection circuit constituting the magnetic field probe and the magnetic field detection device. FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of the magnetic field probe according to the present embodiment from the perspective direction, and FIG. 3 is a perspective view of the internal structure of the magnetic field probe according to the present embodiment from the perspective direction. First, the configuration and function of the magnetic field probe according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図2及び図3に示されるように、磁界プローブ10は、基本的に、平面視略正方形状を有するプリント基板にて構成される本体部11と、図2及び図3の上下方向に長い平面視略矩形(角柱)状を有するプリント基板にて構成されるプローブ部14とを備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このうち、平面視略正方形状の本体部11は、図2及び図3に示されるように、その略中央部に、同軸コネクタ出力端子(以下、単に出力端子)12を有しており、その周縁部に、直流電源端子(以下、単に電源端子)13を有している。なお、図1〜図3においては図示を割愛しているが、出力端子12は、プラス端子及びマイナス端子から構成されている。これら出力端子12のプラス端子及びマイナス端子は、当該磁界プローブ10(正確には後述の磁界検出回路15)と後述の信号処理部31(図4参照)とを電気的に接続する同軸ケーブル30(図4参照)を構成する芯線及びシールド線にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、図1〜図3においては図示を割愛しているが、電源端子13もプラス端子及びマイナス端子から構成されている。これら電源端子13のプラス端子及びマイナス端子は、当該磁界プローブ10(正確には磁界検出回路15)と後述の電源供給部21(図1及び図4参照)とを接続する電源ケーブル20のプラス配線及びマイナス配線にそれぞれ接続されるようになっている。
Of these, the
一方、プローブ部14は、図2及び図3に示されるように、電源端子13とは反対側の端部に、半導体プロセスを通じてICパッケージとして構成された磁界検出回路15を有している。なお、磁界検出回路15については図1を参照して後述する。また、プローブ部14の表面及び裏面には、そうした磁界検出回路15の出力信号を伝達するための出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16bが例えば銅箔にて形成されている(ただし、図2ではプラス配線16aのみを図示)。同じく、プローブ部14の表面及び裏面には、磁界検出回路15に直流電源を供給するための電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bが例えば銅箔にて形成されている(ただし、図2ではプラス配線17aのみを図示)。こうした出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16bは、上記出力端子12のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ電気的に接続されている。同様に、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bは、上記電源端子13のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ電気的に接続されている。なお、出力端子12のプラス端子及びマイナス端子、電源端子13のプラス端子及びマイナス端子、出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b、並びに、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bの各部は、プリント基板にて一体に構成されている。
On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 3, the
以上のように構成されるため、電源供給部21から磁界検出回路15に、次のような電源供給経路を介して、所定の直流電源が供給される。すなわち、電源供給経路は、「電源供給部21(図1参照)→電源ケーブル20(プラス配線)→電源端子13(プラス端子)→電源配線のプラス配線17a→磁気抵抗素子15a、磁気抵抗素子15c→磁気抵抗素子15d、磁気抵抗素子15b→電源配線のマイナス配線17b→電源端子13(マイナス端子)→電源ケーブル20(マイナス配線)→電源供給路21」といった経路となる。このように直流電源が供給されると、磁界検出回路15は駆動し、加えられる磁界を検出することになる。
Due to the above configuration, a predetermined DC power is supplied from the
こうして直流電源が供給されて磁界検出回路15が駆動すると、次のような出力信号伝達経路をたどって、磁界検出回路15から信号処理部31へ出力信号(各ハーフブリッジ回路の中点電位)が出力される。すなわち、出力信号伝達経路は、「磁気抵抗素子15a及び15dの中点→出力配線のプラス配線16a→出力端子12(プラス端子)→同軸ケーブル30→信号処理部31(図4参照)」及び「磁気抵抗素子15c及び15bの中点→出力配線のマイナス配線16b→出力端子12(マイナス端子)→同軸ケーブル30→信号処理部31」となる。ちなみに、後述する信号処理部31においては、各ハーフブリッジ回路の中点電位の差に基づき、加えられる磁界を検出することになる。
When the DC power is supplied in this way and the magnetic
ところで、本実施の形態の磁界プローブ10は、電子回路を含む検出対象100(図3参照)が発する磁界を検出するべく、検出対象に極めて近づけられる。磁界プローブ10が検出対象100に近接すると、検出対象100は磁界だけでなく電界も発しているため、上記電源供給経路や出力信号伝達経路(特に出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b並びに電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17b)がそうした電界を検出する電界アンテナとして機能することがある。電界アンテナとして機能すると、磁界検出回路15に供給する直流電源や磁界検出回路15の出力信号に電界ノイズが重畳され、磁界検出回路15で検出される磁界の検出精度を低下させる要因ともなる。
By the way, the
その点、本実施の形態の磁界プローブ10は電界シールド18を備えており、この電界シールド18は、図1及び図2に示すように、出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17b並びに磁界検出回路15までも一括して覆うように施されている。
In that respect, the
詳しくは、電界シールド18は、絶縁層、金属層、及び保護層が内部から順次積層された3層構造を有している。このうち、絶縁層は、例えばエポキシ樹脂等から形成されており、上記出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b並びに上記電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bのそれぞれと後述の金属層とが電気的に短絡しないよう、電気的な絶縁を確保するために設けられている。ここで、こうした絶縁層を形成する材料は、上記配線と金属層との電気的な絶縁を確保することができ、且つ、容易に加工することができるものであれば、エポキシ樹脂に限らず任意である。なお、絶縁層は、上記配線と金属層との電気的な絶縁を確保することができるだけの膜厚に設定されている。また、金属層は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料として例えば銅あるいはアルミニウムから形成されている。そうした形成方法としては、絶縁層の表面の粉体のものを塗布する、あるいは、吹付ける、または、薄膜のものを貼り付ける等々、様々な方法を採用することができる。なお、こうした金属層は、筐体GNDに短絡されている。また、保護層は、絶縁層及び金属層を外部からの衝撃等から保護すべく、例えばアクリル系ラッカー等から形成されている。
Specifically, the
このように、電源供給経路及び出力信号伝達経路は、電界シールド18によって覆われ、外来電界ノイズから保護されているため、電界アンテナとして機能することがなくなり、ひいては、磁界検出回路15を通じて、高い検出精度をもって近接磁界を検出することができるようになる。
As described above, the power supply path and the output signal transmission path are covered with the
一方、図1に示されるように、磁界検出回路15は、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路となっている。詳しくは、磁界検出回路15は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する4つの磁気抵抗素子15a〜15dから構成されたフルブリッジ回路となっている。詳しくは、磁界検出回路15は、2つの磁気抵抗素子15a及び15dが直列に接続されたハーフブリッジ回路と、同じく2つの磁気抵抗素子15c及び15bが直列に接続されたハーフブリッジ回路とが、並列接続されている。ここで、磁気抵抗素子15a〜15dのうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の1組の磁気抵抗素子15a及び15bは、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の1組の磁気抵抗素子15d及び15cは、そうした磁気シールドが施されていない(磁気的にアクティブな状態にある)。このように、2つのハーフブリッジ回路は対称に並列に接続されている。ちなみに、当該磁界検出回路15の検出回路が最も高くなる感磁軸は、図3に示すように、磁気抵抗素子15a及び15bが存在する平面中にあり、且つ、これら磁気抵抗素子15a及び15bに垂直な方向である。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the magnetic
以上のように構成された磁界検出回路15に加えられる磁界が一定(直流)磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界であるとき、磁気的にアクティブな磁気抵抗素子15c及び15dの抵抗値は、その磁界に応じた値に変化する。一方、磁気シールドが施された磁気抵抗素子15a及び15bの抵抗値は、外来磁気ノイズから保護されているため、上記一定磁界等が加えられていないときの抵抗値のまま変化しない。したがって、磁気抵抗素子15a及び15dからなるハーフブリッジ回路の中点電位、並びに、磁気抵抗素子15c及び15bからなるハーフブリッジ回路の中点電位は、これら各ハーフブリッジ回路が対称に並列接続されていることから、上記一定磁界等に応じて互いに逆方向(高低)に同じ幅だけ変動することになる。そのため、フルブリッジ回路では、ハーフブリッジ回路に比較して、中点電位の変動幅を2倍に増幅することができるため、磁界検出回路15に加えられる一定磁界等をより高い精度をもって検出することができるようになる。もっとも、ハーフブリッジ回路であっても、磁気抵抗素子を1つのみ使用する従来技術と比較して、磁界検出回路15に加えられる一定磁界等を高い精度をもって検出することは可能である。
When the magnetic field applied to the magnetic
ただし、磁気抵抗素子15a〜15dは、加えられる一定磁界等だけでなく、当該磁気抵抗素子が置かれる環境、例えば温度によっても、その抵抗値が変化することが知られている。そのため、当該磁気抵抗素子15a〜15dの温度が変化すると、たとえ加えられる一定磁界等が同一のものであったとしても、磁気抵抗素子15a〜15dの抵抗値が変化してしまい、各ハーフブリッジ回路の中点電位が変動し、磁界検出回路15に加えられる一定磁界等の誤検出を招くようにも思われる。
However, it is known that the resistance values of the
しかしながら、上記磁界プローブ10では、当該磁界検出回路15を構成する磁気抵抗素子15a〜15dは全て、同一の磁界依存性及び温度特性を有している。そのため、例えば加えられる磁界が一定磁界のまま変化せず、置かれる温度が変化すると、磁気抵抗素子15a〜15dはその抵抗値を全く同一の態様で変化させ、各ハーフブリッジ回路の中点電位は変動しなくなる。換言すれば、磁界検出回路15が置かれる温度の影響が当該磁界検出回路15の出力信号に表れなくなる。したがって、磁気抵抗素子15a〜15dの温度特性を打ち消すことができるようになる。
However, in the
また、磁界検出回路15は、既述したように、半導体プロセスを通じて形成されたICパッケージにて構成されている。こうした磁界検出回路15は体格が小さいため、磁気抵抗素子15a〜15dに加えられる磁界の発生源は狭い範囲にしか存在しないことになる。したがって、一定磁界あるいは低周波磁界を高い空間分解能をもって検出することができるようになる。
Further, as described above, the magnetic
また、図1及び図2に示されるように、あるいは、既述したように、磁界検出回路15にも、上記電界シールド18が施されている。これにより、検出対象が発する電界は、上記電界シールド18を構成する金属層にて遮蔽され、この金属層が接続された筐体GNDに流されるため、磁界検出回路15の内部にまで到達することはない。一方、検出対象が発する磁界は、非磁性体で形成されているため、上記電界シールド18を構成する金属層にて遮蔽されることなく、磁界検出回路15内部を通過する。このように、電界ノイズを遮蔽しつつも、磁界検出回路15を通過する近接磁界のみを検出することができるようになる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2 or as described above, the magnetic
次に、以上説明した磁界プローブ10を構成要素として含む磁界検出装置1、及び、この磁界検出装置1を用いて検出対象の近傍に発生する磁界の強度分布をマップ化する磁界検出方法について、図4を参照しつつ説明する。なお、図4は、先の図1〜図3に示した磁界プローブ10を構成要素として含む磁界検出装置1の全体構成の一例を示す模式図である。以下の説明において、先の図1〜図3を参照しつつ説明した事項についての重複する説明を割愛する。
Next, a magnetic field detection apparatus 1 including the
まず、磁界検出装置1は、図4に示すように、先の図1〜図3を参照しつつ説明した磁界プローブ10と、電源端子13及び電源ケーブル20を介して磁界検出回路15に直流電源を供給する電源供給部21と、出力端子12及び同軸ケーブル30を介して出力される磁界検出回路15の出力信号を処理する信号処理部31とを備えている。
First, as shown in FIG. 4, the magnetic field detection device 1 supplies a DC power supply to the magnetic
ここで、信号処理部31は、アイソレーションアンプ32、プリアンプ33、及び、スペクトラムアナライザ34を有している。磁界検出回路15がフルブリッジ回路にて構成されていることは既述した通りであり、このフルブリッジ回路を構成する2つのハーフブリッジ回路の中点電位が、出力端子12及び同軸ケーブル30を介して磁界検出回路15の出力信号としてアイソレーションアンプ32に入力される。そして、このアイソレーションアンプ32は、取り込んだ中点電位の差を演算し、これを増幅した上で、後段に接続されたプリアンプ33に出力する。プリアンプ33は、後段に接続されたスペクトラムアナライザ34にて分析が可能となるように入力された信号を調整し、調整済みの信号をスペクトラムアナライザ34に出力する。なお、スペクトラムアナライザ34は、一般に知られた検出機器であるため、ここでの詳しい説明を割愛する。このように、アイソレーションアンプ32及びプリアンプ33にて磁界検出回路15の出力信号が処理されることによって、スペクトラムアナライザ34を通じて、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界が検出されることになる。
Here, the
また、磁界検出装置1は、図示しない保持手段を備えている。磁界プローブ10はその下端に磁界検出回路15を備えていることは既述した通りであるが、保持手段は、そうした磁界検出回路15と検出対象部品100a及び検出対象基板100bとが所定の距離で近接し、且つ、これらが水平対向するように、磁界検出回路15を保持する。また、保持手段は、磁界検出回路15の感磁軸と後述の走査方向とが平行となるように、磁界検出回路15を保持している。
Further, the magnetic field detection device 1 includes a holding unit (not shown). As described above, the
また、磁界検出装置1は、図示しないX−Yステージ(走査手段)を備えている。X−Yステージは、検出対象部品100a及び検出対象基板100bをそのステージ上に載置するとともに、載置した検出対象部品100a及び検出対象基板100bと共々、平面運動(水平移動)可能である。したがって、X−Yステージが走査方向として図4中に矢指するように平面運動することで、検出対象部品100a及び検出対象基板100bの近接磁界の強度を計測し、これをマップ化することができるようになる。
Further, the magnetic field detection device 1 includes an XY stage (scanning means) (not shown). The XY stage can place the
なお、本発明に係る磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法は、上記実施の形態で例示したものに限られるものではなく、適宜変更した例えば次の形態として実行することもできる。 Note that the magnetic field probe, the magnetic field detection device, and the magnetic field detection method using these according to the present invention are not limited to those exemplified in the above embodiment, and can be executed as appropriate, for example, as the following form. .
上記実施の形態の磁界検出装置1では、信号処理部31の構成要素としてアイソレーションアンプ32、プリアンプ33及びスペクトラムアナライザ34を採用した上で、近接磁界の強度を計測しこれをマップ化していた。他に例えば、スペクトラムアナライザ34に替えて、あるいは、スペクトラムアナライザ34に加えて、例えばマルチメータやオシロスコープ等を用いることも可能である。
In the magnetic field detection apparatus 1 of the above-described embodiment, the
上記実施の形態の磁界検出装置1(変形例を含む)では、走査手段として平面運動可能なX−Yステージを採用したが、他に例えば、3次元運動可能な3次元ステージを採用することとしてもよい。上記実施の形態で得られる近接磁界の強度分布(マップ)は、検出対象部品100a及び検出対象基板100bと磁界検出回路15とが一定の離間距離(高さ)で近接した場合における近接磁界の強度分布であった。すなわち、一定離間距離(高さ)にて近接磁界の強度分布(2次元マップ)を得ることができる。しかしながら、こうした変形例では、検出対象部品100a及び検出対象基板100bと磁界検出回路15との離間距離(高さ)を可変に設定することができるようになるため、様々な離間距離(高さ)にて近接磁界の強度分布を得ることができるようになる。すなわち、近接磁界の3次元マップを得ることができるようになる。
In the magnetic field detection apparatus 1 (including the modified example) of the above-described embodiment, an XY stage capable of plane movement is employed as the scanning unit. However, for example, a three-dimensional stage capable of three-dimensional movement is employed. Also good. The strength distribution (map) of the near magnetic field obtained in the above embodiment shows the strength of the near magnetic field when the
上記実施の形態の磁界検出装置1(変形例を含む)では、磁界プローブ10は保持手段によって保持されるに過ぎず、走査手段が平面運動あるいは3次元運動をすることで、近接磁界の強度分布が得られていた。他に例えば、走査手段が検出対象部品100a及び検出対象基板100bをステージ上に載置するだけにとどまり、保持手段が磁界プローブ10を平面運動あるいは3次元運動することとしてもよい。また他に例えば、走査手段が検出対象部品100a及び検出対象基板100bを平面運動や3次元運動させるとともに、保持手段も磁界プローブ10を平面運動や3次元運動させることとしてもよい。要は、2次元マップあるいは3次元マップといった近接磁界の強度分布を得ることができればよいのであって、検出対象部品100a及び検出対象基板100bと磁界プローブ10との相対位置を変更する手段並びに態様については任意である。
In the magnetic field detection device 1 (including the modification) of the above embodiment, the
上記実施の形態の磁界検出装置1(変形例を含む)では、2次元マップあるいは3次元マップといったかたちで近接磁界の強度分布を得ていたが、必ずしもマップを得る必要はない。例えば所定の強度よりも強い近接磁界を発する箇所を特定する場合などにおいては、2次元マップあるいは3次元マップといったマップまでは不要である。 In the magnetic field detection apparatus 1 (including the modification) of the above embodiment, the intensity distribution of the near magnetic field is obtained in the form of a two-dimensional map or a three-dimensional map, but it is not always necessary to obtain a map. For example, when specifying a location that generates a near magnetic field stronger than a predetermined intensity, a map such as a two-dimensional map or a three-dimensional map is unnecessary.
上記実施の形態の磁界検出装置1(変形例を含む)では、先の図4に示すように、走査手段の走査方向は、磁界検出回路15の感磁軸と平行となっていたが、これに限らず任意である。
In the magnetic field detection apparatus 1 (including the modified example) of the above embodiment, as shown in FIG. 4, the scanning direction of the scanning unit is parallel to the magnetic sensitive axis of the magnetic
上記実施の形態の磁界検出装置1(変形例を含む)では、該装置が有する磁界プローブ10は外部電源によって駆動されていたため、当該磁界検出装置1は、電源供給部を備える構成となっていた。しかしながら、磁界プローブ10に搭載された電池によって当該磁界プローブ10を駆動させることとすれば、磁界検出装置1は、電源供給部を備えなくともよくなる。
In the magnetic field detection device 1 (including the modification) of the above embodiment, since the
ちなみに、磁界検出回路15を駆動するための電源供給部21として例えば外部電源を採用する磁界プローブ10では、外部電源で生成される電圧が僅かに変動したり、外来電磁ノイズが重畳されたりすることがある。また、電源供給経路が電界アンテナとして機能し、電源供給経路に電界ノイズが発生することもある。検出対象部品100aや検出対象基板100bで発せられる近接磁界は非常に微小であり、そうした僅かな電圧の変動や電磁ノイズの重畳等が生じると、近接磁界の検出精度が低下することにもなりかねない。その点、磁界検出回路15を駆動するための電源供給部21として例えば電池を採用する磁界プローブでは、電界検出回路15の駆動電圧が化学的に生成されるため、駆動電圧に僅かな変動も生じることはほとんどなくなる。また、電源供給経路を短くすることができるため、生成した駆動電圧に外来電磁ノイズが重畳されたり、電界アンテナとして機能して電界ノイズが発生したりすることが抑制されるようになる。
Incidentally, in the
上記実施の形態の磁界プローブ10(変形例を含む)では、電界シールド18として、絶縁層、金属層、及び保護層が内部から順次積層された3層構造を採用していたが、これに限らない。外部から衝撃等を受けるようなことが全くない環境においてのみ磁界プローブ10あるいは磁界検出装置1が使用されるのであれば、電界シールドとして、上記保護層を割愛した2層構造を採用することとしてもよい。
In the magnetic field probe 10 (including the modified example) of the above embodiment, the
上記実施の形態の磁界プローブ10(変形例を含む)では、電界シールド18は、先の図1及び図2に示すように、出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17b並びに磁界検出回路15までも一括して覆うように施されていたが、これに限らない。このうち、磁界検出回路15は、電界シールド18が施されていなくともよい。また、出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bは、電界シールド18が一括して施されていなくともよく、各別に施されていることとしてもよい。もっとも、出力配線のプラス配線16a及びマイナス配線16b、電源配線のプラス配線17a及びマイナス配線17bについても、電界シールド18が施されていなくても、所期の目的を達成することはできる。
In the magnetic field probe 10 (including the modification) of the above-described embodiment, the
上記実施の形態の磁界プローブ10(変形例を含む)では、磁界検出回路15は、半導体プロセスを通じてICパッケージとして構成され、プローブ部14の下端に配設されていたが、これに限らない。他に例えば、半導体プロセスを通じてプローブ部14の一方の底面に薄膜にて形成されることとしてもよい。これにより、磁界検出回路15、ひいては、プローブ部14のさらなる小型化を図ることができるため、検出対象により近接することができ、より高い精度及びより高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。なお、半導体プロセスを通じて薄膜にて形成される場合、磁界検出回路15の大きさは、例えば「5〜10マイクロメートル角」に形成されていることが望ましい。
In the magnetic field probe 10 (including the modified example) of the above-described embodiment, the magnetic
上記実施の形態の磁界プローブ10(変形例を含む)では、磁界検出回路15は、磁気抵抗素子15a〜15dからなるフルブリッジ回路として構成していた。他に例えば、磁界検出回路として、磁気抵抗素子15a及び15dからなるハーフブリッジ回路、あるいは、磁気抵抗素子15c及び15bからなるハーフブリッジ回路のいずれか一方として構成することとしてもよい。また、そうしたブリッジ回路もハーフブリッジ回路に限らない。要は、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路が半導体プロセスを通じて形成されていれば、所期の目的を達成することはできる。
In the magnetic field probe 10 (including the modification) of the above embodiment, the magnetic
1…磁界検出装置、10…磁界プローブ、11…本体部、12…出力端子、13…電源端子、14…プローブ部、15…磁界検出回路、16…出力信号線、16a…プラス配線、16b…マイナス配線、17…電源供給線、17a…プラス配線、17b…マイナス配線、18…電界シールド、20…電源ケーブル、21…直流電源、30…同軸ケーブル、31…信号処理部、32…アイソレーションアンプ、33…プリアンプ、34…スペクトラムアナライザ、100…検出対象、100a…検出対象部品、100b…検出対象基板。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Magnetic field detection apparatus, 10 ... Magnetic field probe, 11 ... Main-body part, 12 ... Output terminal, 13 ... Power supply terminal, 14 ... Probe part, 15 ... Magnetic field detection circuit, 16 ... Output signal line, 16a ... Positive wiring, 16b ... Negative wiring, 17 ... Power supply line, 17a ... Plus wiring, 17b ... Minus wiring, 18 ... Electric field shield, 20 ... Power cable, 21 ... DC power supply, 30 ... Coaxial cable, 31 ... Signal processing unit, 32 ...
Claims (18)
前記磁界検出回路、該磁界検出回路を前記電源端子に電気的に接続するための電源供給線、及び、前記磁界検出回路を前記出力端子に電気的に接続するための出力信号線を有するプローブ部とを備え、
前記磁界検出回路を前記検出対象に近接させて、前記検出対象が発する磁界を検出する磁界プローブであって、
前記磁界検出回路は、加えられる磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路であり、このブリッジ回路は、半導体プロセスを通じて形成されていることを特徴とする磁界プローブ。 Electrically connected to a power supply terminal electrically connected to a power supply unit that supplies power to a magnetic field detection circuit that detects a magnetic field generated by a detection target including an electronic circuit, and a signal processing unit that processes an output signal of the magnetic field detection circuit A main body having an output terminal connected to
Probe section having the magnetic field detection circuit, a power supply line for electrically connecting the magnetic field detection circuit to the power supply terminal, and an output signal line for electrically connecting the magnetic field detection circuit to the output terminal And
A magnetic field probe for detecting a magnetic field generated by the detection target by bringing the magnetic field detection circuit close to the detection target,
The magnetic field detection circuit is a bridge circuit including a magnetoresistive element whose resistance value changes in accordance with an applied magnetic field, and the bridge circuit is formed through a semiconductor process.
前記ハーフブリッジ回路を構成する2つの磁気抵抗素子のうち、一方の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないことを特徴とする請求項1または2に記載の磁界プローブ。 The bridge circuit is a half bridge circuit in which two magnetoresistive elements having the same magnetic field dependency and temperature characteristic are connected in series,
Of the two magnetoresistive elements constituting the half-bridge circuit, one of the magnetoresistive elements is covered with a magnetic material to provide a magnetic shield that is protected from external magnetic noise, and the other magnetoresistive element is The magnetic field probe according to claim 1, wherein a magnetic shield is not provided.
前記フルブリッジ回路を構成する4つの磁気抵抗素子のうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の1組の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の1組の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないことを特徴とする請求項1または2に記載の磁界プローブ。 The bridge circuit is a full bridge circuit in which two sets of half bridge circuits in which two magnetoresistive elements having the same magnetic field dependency and temperature characteristics are connected in series are connected in parallel symmetrically,
Among the four magnetoresistive elements constituting the full bridge circuit, one set of magnetoresistive elements located at the clearance positions that determine the equilibrium condition is protected from external magnetic noise by being covered with a magnetic material. The magnetic field probe according to claim 1, wherein the other set of magnetoresistive elements is not magnetically shielded.
前記ブリッジ回路は、ICパッケージにて構成され、前記板状の基板の一方の底面に配設されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁界プローブ。 The probe unit has a plate-like substrate,
5. The magnetic field probe according to claim 1, wherein the bridge circuit is configured by an IC package, and is disposed on one bottom surface of the plate-like substrate.
前記ブリッジ回路は、前記板状の基板の一方の底面に薄膜にて形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁界プローブ。 The probe unit has a plate-like substrate,
The magnetic field probe according to claim 1, wherein the bridge circuit is formed as a thin film on one bottom surface of the plate-like substrate.
前記磁界プローブが有する電源端子を介して前記磁界検出回路に電源を供給する電源供給部と、
前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、
前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、
前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることを特徴とする磁界検出装置。 Magnetic field probe according to any one of claims 1 to 11,
A power supply unit that supplies power to the magnetic field detection circuit via a power supply terminal of the magnetic field probe;
A signal processing unit for processing an output signal of the magnetic field detection circuit output via the output terminal of the magnetic field probe;
Holding means for holding the magnetic field probe in a state close to the detection target;
A magnetic field detection apparatus comprising: a scanning unit that scans the detection target with the magnetic field probe.
前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、
前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、
前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることを特徴とする磁界検出装置。 A magnetic field probe according to claim 12;
A signal processing unit for processing an output signal of the magnetic field detection circuit output via the output terminal of the magnetic field probe;
Holding means for holding the magnetic field probe in a state close to the detection target;
A magnetic field detection apparatus comprising: a scanning unit that scans the detection target with the magnetic field probe.
前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、平面運動可能なX−Yステージであることを特徴とする請求項13または14に記載の磁界検出装置。 The holding means holds the detection target and the magnetic field detection circuit so as to be horizontally opposed to each other,
15. The magnetic field detection apparatus according to claim 13, wherein the scanning unit is an XY stage that mounts the detection target and is capable of planar movement together with the detection target mounted.
前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、3次元運動可能な3次元ステージであることを特徴とする請求項13または14に記載の磁界検出装置。 The holding means holds the detection target and the magnetic field detection circuit so as to be horizontally opposed to each other,
15. The magnetic field detection apparatus according to claim 13, wherein the scanning unit is a three-dimensional stage on which the detection target is placed and capable of three-dimensional movement together with the placed detection target.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007119895A JP2008275470A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Field probe, field detection apparatus, and method using the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2022032282A (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-25 | トヨタ自動車株式会社 | Magnetic field detector for vehicle and magnetic field measurement system for vehicle |
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2007
- 2007-04-27 JP JP2007119895A patent/JP2008275470A/en not_active Withdrawn
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