JP2010145194A - 磁界計測アレイセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】任意の位置の磁界を任意の分解能で検知可能とし、かつ計測対象物表面全体の近傍の磁界分布の時間的変動を把握可能とする。
【解決手段】磁界計測アレイセンサ１０１が、検出した磁界に対応する信号を出力可能な複数の入出力導体１０５と、複数の入出力導体１０５の一端側に配置される複数の線状導体１０３と、複数の入出力導体１０５の他端側に配置されるＧＮＤ１０７とを備えた。また、磁界計測アレイセンサ１０１が、ＧＮＤ１０７と任意の２つの入出力導体１０５とを介在した任意の大きさの磁界検出ループを形成すべく、隣接する線状導体同士の接続・非接続状態を切り換える線状導体間スイッチ１０４を複数備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子機器などの計測対象物から放射される電磁波ノイズにより生じる磁界の分布を計測するための磁界計測アレイセンサに関するものである。

現在、電磁波ノイズを放射する電子機器などのＥＭＩ（Electro Magnetic Interference：電磁妨害）対策をする際に、電子機器の導体表面の極近傍に存在する磁界を計測している。そして、磁界の計測結果から電流分布を求めることで、ノイズ３要素（波源・伝搬経路・アンテナ）として機能している場所を放射源として可視化し、ノイズ対策を効率的に行っている。

従来、このような電子機器近傍の磁界分布の計測は、直交動作ロボットのアーム先端にループセンサを取り付け、機械的に走査させることによって行っていた。しかし、上記方法では対象面全体の磁界分布を可視化するために１点１点走査させなければならないため、１点の計測に数秒かかり、磁界分布の時間的変動を把握することができないという問題があった。

そこで近年、計測対象物表面全体の近傍の磁界分布を素早く計測するために、磁界検出するためのループセンサをアレイ状に複数並べた磁界計測アレイセンサが提案されている（特許文献１参照）。図２２は、従来の磁界計測アレイセンサの説明図である。この磁界計測アレイセンサは、ｘ方向の磁界を検出するループセンサ１５０１とこれに直交し、ｙ方向の磁界を検出するループセンサ１５０２とを複数備え、これらがアレイ状に並べられて構成されている。そして、各ループセンサ１５０１，１５０２には、それぞれ出力線１５０３，１５０４が接続されており、検出された磁界に対応する信号を出力可能となっている。これによりループセンサを機械的に走査させなくても、各ループセンサを電気的に切り換えることで、全体の磁界分布を計測することができる。

この方法では、機械的走査よりも電気信号によるループセンサの切り換え動作の方が短時間でできるため、機械的走査で計測する方法よりも計測対象物表面全体の近傍の磁界分布をより高速に可視化することができる。

特開平２０００−９７８７８号公報

しかしながら、上記従来例では、より詳細な情報を得るためにループセンサを小型化してその数を増加させ、計測対象物表面全体の近傍の磁界分布を高分解能で計測しようとすると、データ量が膨大となり、データの処理に時間がかかってしまう。このため計測対象物表面全体の近傍の磁界分布の時間的変動を把握するのが困難であった。

これを解消するために、分解能の高いものと低いものの２種類の磁界計測アレイセンサを用意し、計測対象物近傍の磁界を、部分的に高分解能で計測する部分と低分解能で計測する部分とに別々に計測することは可能である。つまり、分解能の低い磁界計測アレイセンサで計測対象物全体の磁界を計測すると共に、詳細な情報が必要な箇所だけ分解能の高い磁界計測アレイセンサで磁界を計測することが可能である。

しかし、この方法では、高分解能の磁界計測アレイセンサを低分解能の磁界計測アレイセンサに対してどの位置に配置したかを正確に特定しなければならない。そして高分解能の磁界計測アレイセンサを用いて計測したデータを低分解能の磁界計測アレイセンサを用いて計測したデータに組み込まなければならず、この作業は困難である。したがって、計測した磁界分布の中で、高分解能で計測した部分と低分解能で計測した部分との挙動の関係をリアルタイムで知ることはできず、計測対象物の磁界分布の正確な挙動を知ることができない。

これとは別の方法として、ある計測対象物の磁界分布を計測する場合、高分解能で計測したい箇所だけ小型のループセンサとし、それ以外の箇所はそれよりも大きいループセンサとして低分解能で計測する磁界計測アレイセンサを用いることが考えられる。これによると、必要な箇所だけ高分解能で計測できるので、データ量を削減することができ、磁界分布の時間的変動を把握することができる。しかし、高分解能で計測したい箇所は、計測対象物によって異なるため、計測対象物毎に対応する磁界計測アレイセンサを個別に用意しなければならない。また、高分解能で計測したい位置は、一度計測しなければ把握できない場合もあり、このような場合には対応できない。

そこで、本発明は、任意の位置の磁界を任意の分解能で検知可能とし、かつ計測対象物表面全体の近傍の磁界分布の時間的変動を把握することができる磁界計測アレイセンサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、検出した磁界に対応する信号を出力可能な複数の出力導体と、前記複数の出力導体の一端側に配置される複数の線状導体と、前記複数の出力導体の他端側に配置されるグラウンド導体と、を備え、前記グラウンド導体と前記複数の出力導体の内の２つの出力導体とを介在した任意の大きさの磁界検出ループを形成すべく、隣接する線状導体同士の接続・非接続状態を切り換える線状導体間スイッチを複数備えた、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、線状導体間スイッチにより任意の位置で任意の大きさの磁界検出ループを形成できるので、計測対象物表面全体の近傍の磁界分布を高分解能で計測する部分と低分解能で計測する部分とに任意に変えて計測することができる。これにより、データ量を減らすことができ、計測対象物表面全体の近傍の磁界分布の時間的変動を把握することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る磁界計測アレイセンサ１０１の概略構成を示す説明図である。また、図２は、図１のＧＮＤ１０７及び抵抗素子１０６の図示を省略した磁界計測アレイセンサ１０１の概略構成を示す説明図である。

図１において、磁界計測アレイセンサ１０１は、複数の線状導体１０３と、複数の出力導体としての複数の入出力導体１０５と、グラウンド導体としてのＧＮＤ１０７と、を備えている。複数の線状導体１０３は、複数の入出力導体１０５の一端側に配置され、ＧＮＤ１０７は、複数の入出力導体１０５の他端側に配置されている。

複数の線状導体１０３は、図２に示すように、２次元に格子形状に配置されている。具体的に説明すると、複数の線状導体１０３のうち、Ｌ字型の線状導体１０３Ｌが４隅に配置され、Ｔ字型の線状導体１０３Ｔが４辺に配置され、＋字型の線状導体１０３Ｘが線状導体１０３Ｌ及び線状導体１０３Ｔで囲まれる内側に配置されている。

入出力導体１０５は、Ｉ字型の線状に形成されている。そして、入出力導体１０５の一端１０５ａはそれぞれ線状導体１０３に電気的に接続される。

図１に示すＧＮＤ１０７は、板状の導体であり、各入出力導体１０５の他端１０５ｂが非接触状態で挿入される孔１０７ｈが複数形成されている。

また、磁界計測アレイセンサ１０１は、接続・非接続状態（オン・オフ状態）が切り換え可能であり、隣接する２つの線状導体同士を電気的に接続可能な線状導体間スイッチ１０４を複数備えている。さらに、磁界計測アレイセンサ１０１は、入出力導体１０５の他端１０５ｂと、ＧＮＤ１０７とを接続する抵抗素子１０６を複数備えている。

以上の構成により、磁界計測アレイセンサ１０１の複数の線状導体１０３を、電磁波ノイズを放射する計測対象物である電子機器Ｍに対向配置させることで、その磁界分布が計測される。そして、線状導体間スイッチ１０４を切り換えることにより、ＧＮＤ１０７、複数の入出力導体１０５の内の任意の２つの入出力導体、及び線状導体間スイッチ１０４で接続される線状導体１０３を介在した任意の大きさの磁界検出ループを形成することができる。これにより各位置の磁界を検出することができる。

以下、磁界計測アレイセンサ１０１による磁界検出ループを形成して磁界を検出する原理について具体的に説明する。

図３は、磁界計測アレイセンサ１０１の一部分を示す説明図である。図３に示す線状導体間スイッチ１０４は、接続状態（オン状態）となっており、隣接する２つの線状導体１０３同士が導通している。これにより、ＧＮＤ１０７、２つの入出力導体１０５及び２つの線状導体１０３を介在して構成される磁界を検出する磁界検出ループ３０１が形成される。磁界検出ループ３０１には、電子機器Ｍ近傍を通過する磁束が交差すると誘導結合による誘導電流が生じる。具体的に説明すると、誘導電流は、ＧＮＤ１０７→抵抗素子１０６→入出力導体１０５→線状導体１０３→線状導体間スイッチ１０４→線状導体１０３→入出力導体１０５→抵抗素子１０６→ＧＮＤ１０７の経路を流れる。この誘導電流は磁界強度（磁界）と比例関係にあるので、磁界検出ループ３０１によって磁界を検出することができる。

そして、このように検出された磁界（誘導電流）に対応する検出信号を入出力導体１０５から出力可能である。具体的に説明すると、磁界検出ループ３０１に生じる誘導電流は、抵抗素子１０６の電圧降下と比例関係にある。したがって、磁界検出ループ３０１に介在している２つの抵抗素子１０６又は１つの抵抗素子１０６の電圧降下を検出信号として出力すればよい。ここで、２つの抵抗素子１０６の電圧降下は、２つの入出力導体１０５間の電位差であり、１つの抵抗素子１０６の電圧降下は、入出力導体１０５とＧＮＤ１０７との間の電位差である。

そして、磁界検出ループ３０１に介在する２つの入出力導体１０５は、オン状態とした線状導体間スイッチ１０４に応じて切り換わるので、ＧＮＤ１０７を基準とする入出力導体１０５の電圧を計測するのが容易である。したがって、検出信号は、磁界検出ループ３０１を形成する入出力導体１０５の他端１０５ｂとＧＮＤ１０７との電位差（抵抗素子１０６の電圧降下）として出力される。つまり、不図示の検出装置により、ＧＮＤ１０７を基準とする入出力導体１０５の他端１０５ｂの電圧が測定される。不図示の検出装置は、ＧＮＤ１０７の孔１０７ｈを通じて入出力導体１０５の他端１０５ｂに接続することが可能である。したがって、不図示の検出装置が磁界検出ループ３０１を交差する磁界を乱すことはないので、磁界を精度良く検出することができる。

ここで、線状導体間スイッチ１０４は、ダイオード素子であり、直流電源Ｅにより直流バイアス電圧が印加されることで線状導体間スイッチ１０４をオン状態とすることができる。また、直流バイアス電圧の印加を停止すれば線状導体間スイッチ１０４を非接続状態（オフ状態）となる。このように直流バイアス電圧により線状導体間スイッチ１０４を切り換えるようにしたので、線状導体間スイッチ１０４には磁界を乱すおそれのある制御線が不要となる。

なお、電子機器Ｍから輻射される電磁波は高周波であるので、出力される検出信号は、直流電圧に誘導電流による交流電圧が重畳したものとなる。したがって、直流バイアス電圧は、磁界検出精度にはほとんど影響しない。

また、直流電源Ｅの電圧を印加するための配線は、ＧＮＤ１０７の孔１０７ｈを通じて入出力導体１０５の他端１０５ｂに接続すればよく、磁界検出ループ３０１を交差する磁界を乱すことはなく、磁界を精度良く検出することができる。

次に、磁界計測アレイセンサ１０１の磁界検出ループの形成位置を変更する動作について説明する。

図４は、高分解能で磁界を検出する場合の磁界検出ループを示す説明図である。

まず、高分解能で磁界を検出する場合、線状導体間スイッチ１０４Ａをオン状態とし、線状導体間スイッチ１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄを含むその他の線状導体間スイッチ１０４をオフ状態とすることで、線状導体１０３Ａと線状導体１０３Ｂが導通状態となる。別の線状導体１０３は非導通状態である。これにより、ＧＮＤ１０７（図１参照）、２つの入出力導体１０５Ａ，１０５Ｂ及び線状導体１０３Ａ，１０３Ｂで磁界を高分解能で検出できる磁界検出ループ４０３Ａが形成される。つまり、大きさが最小の磁界検出ループ４０３Ａが形成される。そして、磁界検出後、線状導体間スイッチ１０４を切り換えることで、他の位置に別の磁界検出ループを形成することができる。例えば、線状導体間スイッチ１０４Ｃをオン状態とし、線状導体間スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｄを含むその他の線状導体間スイッチ１０４をオフ状態とすることで、別の位置に高分解能で検出できる磁界検出ループ４０３Ｂが形成される。このように、線状導体間スイッチ１０４を切り換えることで、任意の位置に磁界検出ループを形成することができる。なお、磁界検出ループ４０３Ａに介在する線状導体１０３Ａ→線状導体間スイッチ１０４Ａ→線状導体１０３Ｂの部分は、その線状導体１０３Ｂと隣り合う線状導体間スイッチ１０４Ｂがオン状態であれば、これに接続されている線状導体１０３Ｃと導通状態となる。これにより、オン状態の線状導体間スイッチ１０４の数によって経路の長さが変わる。

図５は、図４の磁界検出ループよりも低分解能で磁界を検出する場合の磁界検出ループを示す説明図である。

線状導体間スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂをオン状態とし、その他の線状導体間スイッチ１０４Ｃ，１０４Ｄをオフ状態とすることで、線状導体１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃが導通状態となる。これにより、ＧＮＤ１０７（図１参照）、２つの入出力導体１０５Ａ，１０５Ｃ及び線状導体１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃで磁界を低分解能で検出できる磁界検出ループ５０３Ａが形成される。つまり、図４に示す磁界検出ループ４０３Ａよりも面積の大きい磁界検出ループ５０３Ａが形成される。この磁界検出ループ５０３Ａのように、ループ面積が大きくなると、交差する磁束が増えるため、広範囲の磁界を検出することとなる。このように、線状導体間スイッチ１０４の制御の仕方により、磁界検出ループのループ面積の大きさを変えることができ、分解能を変化させることができる。

そして、磁界検出後、線状導体間スイッチ１０４を切り換えることで、他の位置に別の磁界検出ループを形成することができる。例えば、線状導体間スイッチ１０４Ｃ，１０４Ｄをオン状態とし、その他の線状導体間スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂをオフ状態とすることで、別の位置に低分解能で検出できる磁界検出ループ５０３Ｂが形成される。

図６は、異なる方向に形成される磁界検出ループを示す説明図である。

本第１実施形態では、複数の線状導体１０３を格子形状に配置しているので、ｘ方向及びこれに直交するｙ方向の２方向の磁界を検出することができる。

例えば、線状導体間スイッチ１０４Ａをオン状態とし、その他の線状導体間スイッチ１０４Ｃ，１０４Ｅ，１０４Ｆをオフ状態とすることで、高分解能で検出できる磁界検出ループ４０３Ａが形成される。これによりｙ方向の磁界が検出される。

そして、磁界検出後、線状導体間スイッチ１０４Ｆをオン状態とし、その他の線状導体間スイッチ１０４Ａ，１０４Ｃ，１０４Ｅをオフ状態とすることで、磁界検出ループ４０３Ａと直交する磁界検出ループ４０３Ｃが形成される。これによりｘ方向の磁界が検出される。

このように、線状導体間スイッチ１０４のオン・オフ状態を切り換えることで、任意の位置、任意の方向で任意の分解能の磁界検出ループを形成することができる。

そして、線状導体間スイッチ１０４は、磁界検出ループに介在されるものはオン状態に制御され、それ以外のものは全てオフ状態に制御される。これにより、磁界検出ループの形成に必要のない導体が、磁界検出ループを形成している導体と非導通状態となり、磁界検出時の検出結果に影響を与えるのを低減することができる。

そして、形成される磁界検出ループの位置が時間毎に移動するように線状導体間スイッチ１０４が制御されることで、磁界計測アレイセンサ１０１全域に磁界検出ループをスキャンさせて磁界分布を計測することができる。

なお、不図示の検出装置を複数用意し、複数同時にデータを取り込めるようにすれば、磁界検出ループは異なる位置に同時に複数形成することができる。このように不図示の検出装置の数の倍数分、計測速度が速くなる。

また、抵抗素子１０６と不図示の検出装置との間に不図示の出力選択スイッチ回路を設けて各抵抗素子１０６における出力（検出信号）を計測してもよい。そして、線状導体間スイッチ１０４の制御と同期して、不図示の出力選択スイッチ回路で信号を取り込む抵抗素子１０６を選択するようにすれば、不図示の検出装置の数を抵抗素子１０６に比べて少なくできる。

ここで、分解能を変化させると、磁界検出ループの大きさによって磁界検出感度が変化するため、不図示の検出装置において感度補正機能を付け加えてもよい。

次に、磁界検出ループの大きさにより分解能が変化することを電磁界シミュレーションにより検証を行った。

図７は、隣り合う２つの入出力導体を線状導体で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。

図７に示すように、一方から電圧１Ｖが印加され、他方が５０Ωで終端されているマイクロストリップラインＭ１を計測対象物とし、マイクロストリップラインＭ１から５ｍｍ離れた位置に線状導体１０３を配置した。マイクロストリップラインＭ１はライン幅が３ｍｍ、ＧＮＤからの距離が１．６ｍｍとなっている。

このモデルでは、３つの入出力導体１０５の内、２つの入出力導体１０５が線状導体１０３で接続されている。また、このモデルでは、３つの入出力導体１０５それぞれにＧＮＤ１０７との間に抵抗素子１０６を配置している。線状導体１０３及び入出力導体１０５は、直径１ｍｍとし、入出力導体１０５の長さを３０ｍｍ、入出力導体１０５同士の間の距離を７．５ｍｍとした。

図８は、隣接する３つの入出力導体を線状導体で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。

図８に示すモデルでは、３つの入出力導体１０５が線状導体１０３で接続されている。また、このモデルでも、３つの入出力導体１０５それぞれにＧＮＤ１０７との間に抵抗素子１０６を配置している。

すなわち、図７のモデルが磁界検出ループを最小として高分解能とした場合を、図８のモデルが磁界検出ループを大きくして低分解能とした場合を表している。

図９は、各磁界計測アレイセンサのモデルによるそれぞれの検出結果の信号の周波数特性を示すグラフである。

図９に示す出力曲線８０１は、図７に示すモデルによる出力結果を示し、図９に示す出力曲線８０２は、図８に示すモデルによる出力結果を示している。

この結果より、図７に示すモデルの磁界検出ループと比較してそれよりもループ面積の大きい図８に示すモデルの磁界検出ループの方が、検出信号（出力電圧）が大きくなることが確認された。すなわち、磁界検出ループが大きくなると、検出信号（出力電圧）が大きくなることが確認された。よって、線状導体間スイッチ１０４の切り換えにより、磁界検出ループを変化させることで、分解能が変化することが確かめられた。

次に、入出力導体、線状導体を２次元状に並べ、線状導体間スイッチの切り替えにより分解能を変化させた場合において、マイクロストリップラインから放射する磁界の分布を測定した結果の妥当性について電磁界シミュレーションにより検証した。

図１０は、縦に７個、横に２６個並べられた、計１８２個の入出力導体１０５を２つずつ線状導体１０３で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。図１０に示すように、一方から３０ＭＨｚの周波数で電圧１Ｖが印加され、他方が５０Ωで終端されている２つのマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３を計測対象物とし、マイクロストリップラインＭ２、Ｍ３から１ｍｍ離れた位置に線状導体１０３を配置した。２つのマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３はライン幅が０．５ｍｍ、ＧＮＤからの距離が１．６ｍｍとなっている。

入出力導体１０５それぞれにＧＮＤ１０７との間に抵抗素子１０６を配置している。線状導体１０３及び入出力導体１０５は、直径０．１５ｍｍとし、入出力導体１０５の長さを３０ｍｍ、隣り合う入出力導体１０５同士の間の距離を１ｍｍとした。図１０では、抵抗素子１０６とＧＮＤ１０７は簡単のため図示を省略している。

図１１は、図１０の磁界計測アレイセンサとマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３の配置関係を示す図である。

図１２は、縦に７個、横に２６個並べられた、計１８２個の入出力導体１０５を２つもしくは３つずつ線状導体１０３で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。一部の線状導体１０３ａを長くし、接続させる入出力導体１０５の数を３つにすることで、形成される磁界検出ループが大きくなるようにしている。

すなわち、図１０に示すモデルが分解能を高くした状態、図１２に示すモデルが分解能を低くした状態に相当する。

図１２に示すモデルは、詳細に計測したい範囲をマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３と考え、マイクロストリップラインＭ２、Ｍ３周辺に配置される入出力導体１０５が２つずつ線状導体１０３で接続されている。それ以外のマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３から遠い範囲に配置される入出力導体１０５は３つずつ線状導体１０３ａで接続され、２つずつ接続されている状態より磁界検出ループを大きくしている。

マイクロストリップＭ２、Ｍ３から生じる磁界により線状導体１０３、入出力導体１０５に発生した誘導電流は、各入出力導体１０５の抵抗素子１０７に電位差を生じさせる。このとき、線状導体１０３で接続された２つもしくは３つの入出力導体１０５の抵抗素子１０７のうち、左側の抵抗素子１０７で電位差を検出した。検出は複数の磁界検出ループについて同時に行った。

図１３は、図１２の磁界計測アレイセンサとマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３の配置関係を示す図である。

図１４は、図１０の磁界計測アレイセンサのモデルによる検出結果を２次元状にプロットして得られた磁界分布を示すグラフである。また、図１５は、同様に図１２の磁界計測アレイセンサのモデルによる検出結果を２次元状にプロットして得られた磁界分布を示すグラフである。図１４、図１５のグラフの向きは、図１１、図１３と同じになっている。

図１４に示す分解能を高くした状態のモデルで検出した磁界分布と図１５に示す分解能を低くした状態のモデルで検出した磁界分布との比較の結果、詳細に計測したい部分であるマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３付近の磁界分布がほぼ等しいことが確認された。

図１５の、入出力導体１０５を線状導体１０３で３つ接続した範囲の磁界分布は図１４の磁界分布に比べ、検出結果が高くなっている。これは分解能を低くするために線状導体１０３で入出力導体１０５を３つ接続した結果、磁界検出ループが大きくなっているためである。前述の感度補正機能を用いてこの影響を低減することもできる。

以上により、詳細に計測したい部分以外の範囲における磁界検出ループを大きくし、その範囲の分解能を低下させることで、詳細に計測したい部分の磁界分布を高分解能に得、かつデータ量を減らすことができることが確認された。

以上、本第１実施形態では、線状導体間スイッチ１０４を切り換えることで、任意の位置に任意の大きさの磁界検出ループを形成することができる。したがって、電子機器Ｍの表面全体の近傍における磁界分布を、高分解能で計測する部分と低分解能で計測する部分とに任意に変えて計測することが可能となる。

そして、電磁波の発生の少ない箇所については低分解能で磁界を計測し、電磁波の発生源となる箇所については高分解能で磁界を計測することで、全体を高分解能で計測したときよりもデータ量を減らすことができる。これにより、電子機器Ｍの表面全体の近傍における磁界分布の時間的変動を把握することができる。

［第２実施形態］
次に第２実施形態の磁界計測アレイセンサについて説明する。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

図１６は、第２実施形態に係る磁界計測アレイセンサ１１０１の概略構成を示す説明図である。なお、グラウンド導体であるＧＮＤと抵抗素子は、上記第１実施形態と同様の構成であり、図示を省略している。

上記第１実施形態の磁界計測アレイセンサ１０１は、入出力導体１０５の一端１０５ａを直接線状導体１０３に電気的に接続した場合について説明した。本第２実施形態では、磁界計測アレイセンサ１１０１は、入出力導体１０５と線状導体１０３との接続状態を切り離し可能な導体間スイッチとしての線状導体−入出力導体間スイッチ９０１を複数備えている。

線状導体−入出力導体間スイッチ９０１は、接続・非接続状態（オン・オフ状態）の切り換え可能なスイッチである。線状導体−入出力導体間スイッチ９０１は、入出力導体１０５の一端１０５ａと、線状導体１０３との間に配置されている。入出力導体１０５は、この線状導体−入出力導体間スイッチ９０１を介して線状導体１０３に接続されている。線状導体−入出力導体間スイッチ９０１をオン状態とすることで、入出力導体１０５と線状導体１０３とが導通状態となり、線状導体−入出力導体間スイッチ９０１をオフ状態とすることで、入出力導体１０５と線状導体１０３とが非導通状態となる。したがって、磁界検出ループに不要な入出力導体１０５を任意の瞬間に磁界検出ループを形成する導体から切り離すことができる。

図１７は、第２実施形態の磁界計測アレイセンサ１１０１の一部を示す説明図である。図１７に示す線状導体間スイッチ１０４Ａ，１０４Ｂをオン状態とし、それ以外の線状導体間スイッチ１０４をオフ状態とすることで、２つの入出力導体１０５Ａ，１０５Ｃを介在した磁界検出ループ５０３Ａが形成される。このとき、黒く塗りつぶされた入出力導体１０５Ｂは磁界検出ループ５０３Ａには不要な導体である。

そこで、線状導体−入出力導体間スイッチ９０１Ａをオフ状態にすることで、この不要な入出力導体１０５Ｂを磁界検出ループ５０３Ａから電気的に非接続とし、計測への影響を低減することができる。

同様に、線状導体間スイッチ１０４Ｃ，１０４Ｄをオン状態とし、それ以外の線状導体間スイッチ１０４をオフ状態とすることで、２つの入出力導体１０５Ｄ，１０５Ｆを介在した磁界検出ループ５０３Ｂが形成される。このとき、黒く塗りつぶされた入出力導体１０５Ｅは磁界検出ループ５０３Ｂには不要な導体である。

そこで、線状導体−入出力導体間スイッチ９０１Ｂをオフ状態にすることで、この不要な入出力導体１０５Ｅを磁界検出ループ５０３Ｂから電気的に非接続とし、計測への影響を低減することができる。

ここで、線状導体−入出力導体間スイッチ９０１は、ダイオード素子であり、上記線状導体間スイッチ１０４と同様に磁界検出ループを構成する２つの入出力導体１０５間へ直流バイアス電圧を印加することでオン状態とすることができる。

［第３実施形態］
次に第３実施形態の磁界計測アレイセンサについて説明する。なお、本第３実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

ここで、図１８は、上記第１実施形態の磁界計測アレイセンサの一部を示す説明図であるが、この図１８のように磁界検出ループ５０３Ａ，５０３Ｂを形成している場合、線状導体１０３の黒く塗りつぶされた部分はループには不要な導体である。

図１９は、本第３実施形態に係る磁界計測アレイセンサ２１０１の概略構成を示す説明図である。なお、グラウンド導体であるＧＮＤと抵抗素子は、上記第１実施形態と同様の構成であり、図示を省略している。

本第３実施形態では、磁界計測アレイセンサ２１０１は、隣り合う２つの入出力導体１０５間に１つの線状導体２１０３と２つの線状導体間スイッチ２１０４を配置した構成としている。この線状導体２１０３は、Ｉ字型の線状に形成されている。そして、線状導体２１０３は、隣接する入出力導体１０５に線状導体間スイッチ２１０４を介して接続されている。これにより、磁界検出ループに不要な任意の位置の線状導体２１０３を任意の瞬間に磁界検出ループから切り離すことができる。

図２０は、本第３実施形態の磁界計測アレイセンサ２１０１の一部を示す説明図である。線状導体間スイッチ２１０４をオフ状態とすることで、黒く塗りつぶされた不要な線状導体２１０３を磁界検出ループから電気的に非接続とし、計測への影響を低減することができる。

なお、上記第２実施形態の線状導体−入出力導体間スイッチ９０１と合わせて配置すると、磁界検出ループに不要な導体のない純粋なループを構成でき、さらに計測精度が向上する。

［第４実施形態］
次に第４実施形態の磁界計測アレイセンサについて説明する。なお、本第４実施形態において、上記第１実施形態と同一の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

図２１は、本第４実施形態に係る磁界計測アレイセンサ３１０１の概略構成を示す説明図である。

上記第１〜第３実施形態では、入出力導体とＧＮＤとを抵抗素子で接続する場合について説明したが、本第４実施形態では、磁界計測アレイセンサ３１０１は、上記抵抗素子の代わりに、切換スイッチとしての入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ３１０６を備えている。

入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ３１０６は、抵抗素子及び短絡線を有し、磁界検出ループ内に抵抗素子が１つ介在するように、抵抗素子及び短絡線のいずれか一方を入出力導体１０５の他端１０５ｂとＧＮＤ１０７とに電気的に接続可能に構成されている。

そして磁界検出ループを形成する際、磁界検出ループを形成している２つの入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ３１０６のいずれか一方を抵抗素子とし、他方を短絡線に切り換える。これにより、磁界検出ループで検出した磁界による誘導電流はこの抵抗素子で電圧として検出できる。

したがって、磁界検出ループに抵抗素子が１つのみ介在することとなり、２つの抵抗素子が介在する場合と比べ、検出される電圧が２倍となり、検出感度が向上する。

そして、線状導体間スイッチ１０４の制御と同期してこの入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ３１０６を制御することで、抵抗素子が１つのみ介在する任意の位置に任意の大きさの磁界検出ループを構成することができる。

なお、この入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ３１０６は、直流電位差を印加することで切り換わるように構成してもよい。

以上、上記第１〜第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記第１〜第４実施形態では、線状導体１０３，２１０３を２次元の格子形状に配列した場合について説明したが、これに限定するものではない。つまり、格子形状とすることで、ｘ方向及びｙ方向の磁界検出を行えるようにしたが、いずれか一方の方向のみの磁界を検出可能な配列としてもよい。例えば、線状導体を直線状に配列する場合であってもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、線状導体間スイッチ１０４，２１０４がダイオード素子である場合について説明したが、これに限定するものではなく、線状導体間スイッチが電磁スイッチであってもよい。また、上記第２実施形態では、線状導体−入出力導体間スイッチ９０１がダイオード素子である場合について説明したが、これに限定するものではなく、線状導体−入出力導体間スイッチが電磁スイッチであってもよい。

第１実施形態に係る磁界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。 図１のＧＮＤ及び抵抗素子の図示を省略した磁界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。 磁界計測アレイセンサの一部分を示す説明図である。 高分解能で磁界を検出する場合の磁界検出ループを示す説明図である。 図４の磁界検出ループよりも低分解能で磁界を検出する場合の磁界検出ループを示す説明図である。 異なる方向に形成される磁界検出ループを示す説明図である。 隣り合う２つの入出力導体を線状導体で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。 隣接する３つの入出力導体を線状導体で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。 各磁界計測アレイセンサのモデルによるそれぞれの検出結果の信号の周波数特性を示すグラフである。 １８２個の入出力導体１０５を２つずつ線状導体１０３で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。 図１０に示す磁界計測アレイセンサのモデルとマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３の配置関係を示す図である。 １８２個の入出力導体１０５を２つもしくは３つずつ線状導体１０３で接続した磁界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。 図１２に示す磁界計測アレイセンサのモデルとマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３の配置関係を示す図である。 図１０に示す磁界計測アレイセンサのモデルによる検出結果から得た磁界分布を示すグラフである。 図１２に示す磁界計測アレイセンサのモデルによる検出結果から得た磁界分布を示すグラフである。 第２実施形態に係る磁界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。 第２実施形態の磁界計測アレイセンサの一部を示す説明図である。 第１実施形態の磁界計測アレイセンサの一部を示す説明図である。 第３実施形態に係る磁界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。 第３実施形態の磁界計測アレイセンサの一部を示す説明図である。 第４実施形態に係る磁界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。 従来の磁界計測アレイセンサの説明図である。

符号の説明

１０１，１１０１，２１０１，３１０１ 磁界計測アレイセンサ
１０３，２１０３ 線状導体
１０４，２１０４ 線状導体間スイッチ
１０５ 入出力導体（出力導体）
１０６ 抵抗素子
１０７ ＧＮＤ（グラウンド導体）
９０１ 線状導体−入出力導体間スイッチ（導体間スイッチ）
３１０６ 入出力導体−ＧＮＤ間スイッチ（切換スイッチ）

Claims (7)

1. 検出した磁界に対応する信号を出力可能な複数の出力導体と、
   前記複数の出力導体の一端側に配置される複数の線状導体と、
   前記複数の出力導体の他端側に配置されるグラウンド導体と、を備え、
   前記グラウンド導体と前記複数の出力導体の内の２つの出力導体とを介在した任意の大きさの磁界検出ループを形成すべく、隣接する線状導体同士の接続・非接続状態を切り換える線状導体間スイッチを複数備えた、
   ことを特徴とする磁界計測アレイセンサ。
2. 前記出力導体の他端と前記グラウンド導体とに接続される抵抗素子を備え、
   前記信号は、前記磁界検出ループを形成する前記出力導体の他端と前記グラウンド導体との電位差として出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁界計測アレイセンサ。
3. 抵抗素子及び短絡線を有し、前記磁界検出ループ内に前記抵抗素子が１つ介在するように、前記抵抗素子及び前記短絡線のいずれか一方を前記出力導体の他端と前記グラウンド導体とに接続可能な切換スイッチを備え、
   前記信号は、前記磁界検出ループを形成する２つの出力導体のうち、前記抵抗素子が接続された出力導体の他端と前記グラウンド導体との電位差として出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁界計測アレイセンサ。
4. 前記線状導体間スイッチは、ダイオード素子であり、直流バイアス電圧の印加により接続状態となる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁界計測アレイセンサ。
5. 前記出力導体と前記線状導体との接続状態を切り離し可能な導体間スイッチを備えた、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁界計測アレイセンサ。
6. 前記線状導体は、隣接する２つの出力導体間に配置され、隣接する出力導体に前記線状導体間スイッチを介して接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁界計測アレイセンサ。
7. 前記複数の線状導体が格子形状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁界計測アレイセンサ。

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