JP2009276092A - 電磁界測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、測定対象物の測定位置を視認して、その視認した場所の電磁界強度分布の測定を短時間で容易に測定することができる電磁界測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイ３と、該測定対象物を撮像するカメラ１と、プローブアレイをカメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材２とを備え、プローブアレイは、カメラの主点を頂点とする円錐（画角）の底面を焦点面において、複数の前記プローブアンテナを前記カメラの画像信号から前記測定対象物の位置が視認可能に、予め定められる間隔で配設し、プローブアレイをカメラの視野内に固定配設して、測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定可能にしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象物から発生する電磁界強度とその空間的な分布とを測定して、被測定対象物の位置とを対応付けて可視化する電磁界測定装置に関する。

近年、電子機器に使用されるプリント基板は、電子部品の小型化によって実装密度が高まり、さらに動作周波数が高くなっている。このプリント基板から放射される電磁界による電磁波障害（ＥＭＩ）の対策を行なうには、その発生位置と強度とを把握する必要がある。

このような電磁界測定装置では、検出手段として、多層プリント基板上に印刷形成されたプリントパターンによるワイヤループで構成されたプローブアレイを用いるものがある。（例えば特許文献１参照）。

しかし、このような装置では、ループアンテナの格子配列密度に限界があり、雑音発生位置の分解精度に限界があったため、一つのアンテナをプリント基板の上面を走査して磁界強度を測定するプリント基板のノイズ探査装置がある（例えば、特許文献２）。
特公平５−６７１８４号公報 特開２０００−１９２０４号公報

しかしながら、特許文献２に開示されたプリント基板のノイズ探査装置においては、分解能は向上するものの物理的にアンテナを移動するための機構が必要となり、且つ、測定に多くの時間を要する問題がある。

一般に、ＥＭＩ測定のプリント基板等の対象物は、ラックの中に内蔵されていたりするため、動作状態で測定するには、測定対象物をカメラで撮像するように容易に測定位置を確認して測定できることが必要である。

しかしながら、特許文献１に記載されたような測定対象物に近接したプローブアレイによる方式では、測定対象物がプローブアレイで覆われるので視認することが出来ず、電気界強度分布との位置対応付けが困難となる問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、測定対象物の測定位置を視認して、その視認した場所の電磁界強度分布の測定を短時間で容易に測定することができる電磁界測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項１に係る電磁界測定装置は、測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、前記画像合成部の出力を表示する表示部とを備え、前記プローブアレイは、前記カメラの主点を頂点とする円錐の底面を焦点面として、該焦点面近傍に複数の前記プローブアンテナを前記カメラの画像信号から前記測定対象物の位置が視認可能に、予め定められる間隔で配設し、前記プローブアンテナを前記カメラの視野内に固定配設して、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定可能にしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項２に係る電磁界測定装置は、測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、前記画像合成部の出力を表示する表示部とを備え、前記プローブアレイは、予め設定された形状のループアンテナを直線状に、平板面にプリントしたプローブ基板を複数枚備え、夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面において、該１つの画角断面と直交し、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設け、複数の前記プローブアンテナを前記カメラの視野内に視認可能に固定配設して、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定可能にしたことを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明による請求項３に係る電磁界測定装置は、測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、前記画像合成部の出力を表示する表示部とを備え、前記プローブアレイは、予め設定された形状のループアンテナを直線状に平板面にプリントしたプローブ基板を複数枚備え、夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面において、該１つの画角平面と直交し、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設けた複数の第１のプローブ基板と、夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面と直交する第２の画角平面において、前記第２の画角平面と直交する方向で、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設けた複数の第２のプローブ基板とを備え、複数の前記第１のプローブ基板と複数の前記第２のプローブ基板とを交差させ、前記カメラの視野内に視認可能に固定配設して、前記測定対象物から放射される電磁界強度分布を直交する２方向で、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、測定対象物の測定位置を視認して、その視認した場所の電磁界強度分布の測定を短時間で容易に測定することができる電磁界測定装置を提供することが出来る。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明による実施例１の電磁界測定装置について、図１乃至図６を参照して説明する。先ず、図３を参照して、全体構成を説明する。同図において、電磁界測定装置の検出部１０は、測定対象物１１を撮像するカメラ１と、測定対象物１１の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナａ１１〜ａｍｎを備えるプローブアレイ３と、プローブアレイ３をカメラ１の焦点位置に固定するカメラ固定部材２とから成る。

さらに、夫々のプローブアンテナａ１１〜ａｍｎの出力を走査して、電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部４と、カメラ１の画像信号と夫々のプローブアンテナａ１１〜ａｍｎの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部５と、画像合成部５の出力を表示する表示部６とから成る。

次に、検出部１０の光学系の設定について、例えば、測定対象物１１をプリント基板とし、このプリント基板から放出される電磁界強度の周波数スペクトルを測定し、表示させる場合について、図１を参照して説明する。

図１（ａ）は、測定対象物１１をカメラ１で撮像する場合の、検出部１０の平面図、図１（ｂ）は、その正面図（Ａ−Ａ断面）である。

検出部１０は、カメラ１の主平面Ｈと測定対象物１１の表面が焦点面Ｆとなるように図示しない支持物等で固定される。

プローブアレイ３は、図２に示すような、プローブアンテナａ１１〜ａｍｎとして、例えば、予め設定された形状のループアンテナａ１〜ａｎのｎ個を、１枚の基板平面の一方の端面に沿って直線状にプリントしたプローブ基板３１をｍ枚備える。

この１つのループアンテナａ１は、検出したい電磁界の最大周波数と位置検出分解能とからその形状を決定し、ｎ個のループアンテナを備えるプローブ基板３１からの出力は、切替回路で走査して信号処理部４に送る。

そして、複数のプローブ基板３１は、その基板平面が、カメラ１の主点Ｐを頂点とする１つの画角（θ）断面において、該１つの画角断面と直交する、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に位置するように、即ち、複数のプローブ基板３１は、光軸Ｏａに対して対照な複数の放射状平面に設け、プローブアレイ３をカメラ１の視野内に視認可能に固定配設する。

したがって、測定対象物１１の表面において、その表面の電磁界を、格子状に配列されたｎ×ｍ個のループアンテナａ１１〜ａｍｎで検出する。

即ち、プローブアレイ３は、カメラ１の主点Ｐを頂点とする円錐（画角）の底面を焦点面Ｆとして、その焦点面の近傍で、予め定められる間隔で配設される複数のループアンテナが、カメラ１の画像信号から測定対象物１１の位置が視認可能に支持される構造であれば良い。

また、複数のループアンテナは、電磁界を複数の方向で検出できる他の小型磁気センサや電界センサを複数配列して構成することも可能で、その配列個数は任意に選択できる。

次に、このように構成された検出部１０からの信号を処理する信号処理部４について、再び、図３及び図４を参照して説明する。

信号処理部４は、ｍ枚のいずれかのプローブ基板３１を順次走査して選択するプローブ・アレイセレクタ回路４１と、プローブ・アレイセレクタ回路４１を介して選択された１つのループアンテナからの信号に対して、その信号の周波数スペクトルを測定するスペクトラムアナライザ回路４２、プローブアレイ３及びプローブ・アレイセレクタ回路４１を介して、１つのループアンテナを順次走査して、そのアンテナの位置と周波数強度信号とを画像合成部４に送信する制御回路４３とから成る。

そして、画像合成部５では、カメラ１で撮像した測定対象物１１の画像信号に、信号処理部４から送信される周波数強度とその位置とを合成する。合成された画像信号は、表示部６に送信され、例えば、図５に示すような合成画像で表示される。

図５において、破線で示すＭ１〜Ｍ４は、カメラ１で撮像された測定対象物の画像を示す。複数の縦線で示される像は、カメラ１で撮像された複数のプローブ基板３１（１）〜３１（ｍ）を示す。

そして、ハッチング線のある矩形Ｏ１〜Ｏ２は，検出された周波数強度出力を示し、予め設定された強度以上の位置が表示される。

このようにプローブアレイ３１をカメラ１の視野内に固定配設して、測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定出来る。また、プローブアレイ３を計量小型にすることで、ポータブルな電磁界測定装置とすることも可能である。

ポータブルな電磁界測定装置は、測定対象物が種々形状であっても、その電磁界の発生位置と強度とを、簡易に、短時間で可視化表示することが出来る利点がある。

また、検出部１０を回転すれば、電磁界の方向成分を多方向から測定することも容易である。

また、図６に示すように、測定対象物１１の形状が大きい場合や、測定分解能をあげたい場合には、分解能を上げたい方向に検出部１０の台数を増やして、例えば、ｙ軸方向の場合には図６（ａ）に示すように、また、ｘ軸方向の場合には、図６（ｂ）に示すように、ｘ-ｙ平面の両軸方向の場合には、図６（ｃ）に示すようにして対応することも可能である。

本発明による実施例２の電磁界測定装置について、図７を参照して説明する。実施例２の各部について、実施例１の電磁界測定装置の各部と同一のものは同一符号を付し、その説明を省略する。

実施例２が、実施例１と異なる点は、実施例１においては、信号処理部１０においてループアンテナの１つを走査・選択し、順次直列に処理したが、実施例２においては、プローブ基板のループアンテナ毎に周波数強度分布を測定するプローブ前処理部を設け、並列に処理したプローブ基板毎の信号を画像合成部で合成するようにしたことにある。

図７（ａ）において、１つのプローブ基板３１ａ（１）は、図７（ｂ）の実装例に示すように、基板の１つの端面に沿って定ピッチで設けられるループアンテナａ１１〜ａ１ｎと、端面以外に設けられるプローブ基板３１ａ（１）の処理を制御するプローブ信号処理部４ａ１と、夫々のループアンテナ毎にその近傍に実装するプローブ前処理部４ａ２と、プローブ前処理部４ａ２の出力を切替えて、プローブ基板信号処理部４ａ１に送信する切替回路４ａ３とから成る。

プローブ信号処理部４ａ１とプローブ前処理部４ａ２とで、夫々のループアンテナで検出される信号のスペクトラムアナライザを構成し、プローブ基板信号処理部４ａ１にはその共通回路部を、プローブ前処理部４ａ２には夫々の処理回路を搭載する。

例えば、スペクトラムアナライザは、２段階の周波数変換を行なうスーパヘテロダイン方式のペクトルアナライザの場合の構成を示し、プローブ基板信号処理部４ａ１は、２つの局部発信器７２及び局部発信器７３と、切替回路４ａ３からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ回路７４と、局部発信器７２及び局部発信器７３の発振周波数を制御し、切替回路４ａ３を切替えてループアンテナ信号の位置と受信信号を対応付けして処理するプローブ基板制御回路７５とを供える。

また、プローブ前処理部４ａ２は、プリアンプ７１ａ、ミキサー７１ａ２、フィルタ７１ａ３、ミキサー７１ａ４、フィルタ７１ａ５、及び検波回路７１ａ６とから成る。

夫々のミキサー７１ａ２及びミキサー７１ａ４は、共通回路の局部発信器７２及び局部発信器７３に接続される。

このように構成された電磁界測定装置は、夫々のループアンテナからの信号を並列に処理するので、測定時間が短縮されるだけでなく、夫々の空間で発生する電磁界強度をほぼ同時に、連続して測定することが可能となる。

本発明による実施例３の電磁界測定装置について、図８を参照して説明する。実施例３の各部について、実施例１の電磁界測定装置の各部と同一のものは、同一符号を付し、その説明を省略する。

実施例３が、実施例１と異なる点は、実施例１においては、平板面にプリントされた予め設定された形状のループアンテナを、直線状に複数設けたプローブ基板を一方向に複数並設したが、実施例２においては、プローブ基板とプローブ基板とを交差させ、カメラ１の視野内に視認可能に固定配設して、測定対象物１１から放射される電磁界強度分布を直交する２方向で、測定対象物１１の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定するようにした点が異なる。

詳細には、図８（ａ）に示すように、ｙ軸方向に並設する複数の第１のプローブ基板３１ｂと、ｘ軸方向に並設する複数の第２のプローブ基板３１ｃとを、夫々を直交させて配置する。

そして、この時、複数の第１のプローブ基板３１ｂの基板平面は、カメラ１の主点を頂点とする第１の１つの画角断面（ｙ−ｚ断面）において、該１つの画角平面と直交する方向の、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設ける。

さらに、複数の第２のプローブ基板３１ｃの基板平面は、カメラ１の主点を頂点とする第１の１つの画角断面（ｙ−ｚ断面）と直交する第２の画角断面（ｘ−ｚ断面）において、第２の画角断面と直交する方向の、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設ける。

また、交差するプローブ基板のループアンテナの生成は、例えば、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１のプローブ基板３１ｂに設けるループアンテナは、表パターン（実線）と、裏パターン８２（破線）とで形成する。そして、各ループアンテナに直列に接続されるスイッチ８１で選択する。

同様に、第２のプローブ基板３１ｃに設けるループアンテナは、表パターン（実線）と、裏パターン８２a（破線）とで形成する。そして、各ループアンテナに直列に接続されるスイッチ８１ａで選択する。

即ち、第１のプローブ基板と第２のプローブ基板とを交差させ、カメラ１の視野内に視認可能に固定配設して、測定対象物１１から放射される電磁界強度分布を直交する２方向で、測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて、同時に測定する。

したがって、測定対象物の電磁界強度分布を同時に正確に測定することが可能となる。

本発明は、上述した実施例に何ら限定されるものではなく、プローブアレイと測定対象物に近接してカメラの視野内に設けられるプローブアンテナは、測定対象物１１の形状、検出したい位置分解能、及びその電磁界エネルギーレベルとから、適宜、最適な電磁界センサの種類を設定することが可能で、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の電磁界測定装置の検出部の構成図。 本発明の電磁界測定装置のプローブ基板の構成図。 本発明の電磁界測定装置の全体の構成図。 本発明の電磁界測定装置の信号処理部の構成図。 本発明の表示部の例。 本発明の検出部野カメラの配置図の例を示す構成図。 本発明の実施例２の信号処理部の構成図。 本発明の実施例３のプローブアレイの配置図。

符号の説明

１ カメラ
２ カメラ固定部材
３ プローブアレイ
４ 信号処理部
４ａ１ プローブ基板信号処理部
４ａ２ プローブ前処理部
４ａ３ 切替回路
５ 画像合成部
６ 表示部
１０ 検出部
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ プローブ基板
４１ プローブアレイ・セレクタ回路
４２ スペクトラムアナライザ回路
４３ 制御回路
７１ａ１ プリアンプ
７１ａ２ ミキサー
７１ａ３ フィルタ
７１ａ４ ミキサー
７１ａ５ フィルタ２
７１ａ６ 検波回路
７２ 局部発信器１
７３ 局部発信器２
７４ ＡＤＣ回路
８１、８１ａ スイッチ
８２、８２ａ 裏パターン

Claims (5)

1. 測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、
   該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、
   夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、
   前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、
   前記画像合成部の出力を表示する表示部と
   を備え、
   前記プローブアレイは、前記カメラの主点を頂点とする円錐の底面を焦点面として、該焦点面近傍に複数の前記プローブアンテナを前記カメラの画像信号から前記測定対象物の位置が視認可能に、予め定められる間隔で配設し、
   前記プローブアンテナを前記カメラの視野内に固定配設して、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定可能にしたことを特徴とする電磁界測定装置。
2. 測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、
   該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、
   夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、
   前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、
   前記画像合成部の出力を表示する表示部と
   を備え、
   前記プローブアレイは、予め設定された形状のループアンテナを直線状に、平板面にプリントしたプローブ基板を複数枚備え、
   夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面において、該１つの画角断面と直交し、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設け、
   複数の前記プローブアンテナを前記カメラの視野内に視認可能に固定配設して、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定可能にしたことを特徴とする電磁界測定装置。
3. 測定対象物から放射される電磁界エネルギーを検出し、該測定対象物とその電磁界強度分布とを対応付けして表示させる電磁界測定装置であって、
   該測定対象物の電磁界強度分布を検出する複数のプローブアンテナを備えるプローブアレイと、該測定対象物を撮像するカメラと、前記プローブアレイを前記カメラの焦点位置に固定するカメラ固定部材とを備える検出部と、
   夫々の前記プローブアンテナの出力を走査して、該出力から前記電磁界の周波数強度分布を求める信号処理部と、
   前記カメラの画像信号と夫々の前記プローブアレイの周波数強度出力との位置を対応付けした画像を生成する画像合成部と、
   前記画像合成部の出力を表示する表示部と
   を備え、
   前記プローブアレイは、予め設定された形状のループアンテナを直線状に平板面にプリントしたプローブ基板を複数枚備え、
   夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面において、該１つの画角平面と直交し、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設けた複数の第１のプローブ基板と、
   夫々の複数の前記プローブ基板面は、前記カメラの主点を頂点とする１つの画角断面と直交する第２の画角平面において、前記第２の画角平面と直交する方向で、予め定められる微小画角（Δθ）ピッチの複数の平面の夫々と平行な平面上に設けた複数の第２のプローブ基板と
   を備え、
   複数の前記第１のプローブ基板と複数の前記第２のプローブ基板とを交差させ、前記カメラの視野内に視認可能に固定配設して、前記測定対象物から放射される電磁界強度分布を直交する２方向で、前記測定対象物の周波数強度分布と該画像との位置とを対応付けて測定するようにしたことを特徴とする電磁界測定装置。
4. 前記プローブアンテナの出力毎に周波数強度分布を求める回路を備え、並行して周波数強度分布を求める様にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかれ１項に記載の電磁界測定装置。
5. 前記検出部は複数台とし、
   前記画像合成部は、複数の前記カメラの画像と複数の前記プローブアレイの出力とを合成するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電磁界測定装置。

Images