JP2020101451A - Current distribution analysis device, current distribution analysis method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、観測対象物上の磁場分布を取得して観測対象物の電流分布を解析する電流分布解析装置、電流分布解析方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a current distribution analysis device, a current distribution analysis method, and a program for acquiring a magnetic field distribution on an observation target and analyzing the current distribution of the observation target.
特許文献１には、センサ感受領域の大きさに対応する有限区間でのラプラス方程式の解の積分値が測定データに適合するという関係を利用した演算式を導出し、その演算式を用いて測定領域における場の分布を解析する分布解析装置が開示されている。 In Patent Document 1, an arithmetic expression is derived that utilizes the relationship that the integrated value of the solution of the Laplace equation in a finite section corresponding to the size of the sensor sensitive area matches the measurement data, and measurement is performed using the arithmetic expression. A distribution analysis device for analyzing a field distribution in a region is disclosed.
上述の分析解析装置を用いて観測対象物の電流分布を解析する場合は、導出した演算式から磁場の強度分布を算出した後、例えば、強度分布の各成分のうち強度が所定量変化した部分をエッジとして検出することで観測対象物の電流分布を推定する。 When the current distribution of the observation target is analyzed using the above-described analysis/analysis device, after calculating the intensity distribution of the magnetic field from the derived arithmetic expression, for example, a portion in which the intensity of each component of the intensity distribution changes by a predetermined amount The current distribution of the observed object is estimated by detecting as an edge.
しかしながら、上述のエッジを検出する手法を利用して観測対象物の一部に流れる電流の分布を精度よく解析するには、測定面におけるセンサの検出点の間隔を狭くすることが必要となり、解析処理の演算量が増加してしまうという問題がある。 However, in order to accurately analyze the distribution of the current flowing in a part of the observation target by using the above-mentioned edge detection method, it is necessary to narrow the interval between the detection points of the sensor on the measurement surface. There is a problem that the calculation amount of processing increases.
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、解析処理の演算量を抑制しつつ観測対象物の電流分布を精度よく解析することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to accurately analyze the current distribution of an observation target while suppressing the calculation amount of the analysis processing.
本発明のある態様によれば、観測対象物に流れる電流の電流分布を解析する電流分布解析装置は、前記電流によって作られる磁場の分布を測定する測定手段と、前記観測対象物の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定手段と、を備える。さらに電流分布解析装置は、前記設定手段によって前記電流経路が設定されるたびに、当該電流経路に基づく磁場の分布と前記測定手段により測定される前記磁場の分布との差分を算出する算出手段と、前記設定手段により設定される前記電流経路のうち前記差分が最小となる電流経路を前記観測対象物の電流分布として推定する推定手段と、を備える。 According to an aspect of the present invention, a current distribution analysis device for analyzing a current distribution of a current flowing through an observation target includes a measuring unit for measuring a distribution of a magnetic field generated by the current and a part of the observation target. Setting means for sequentially setting a predetermined current path to flow. Further, the current distribution analysis device, each time the current path is set by the setting means, a calculating means for calculating a difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field measured by the measuring means. Estimating means for estimating, as the current distribution of the observation object, a current path having the smallest difference among the current paths set by the setting means.
この態様によれば、観測対象物上の磁場分布の測定結果と電流経路の設定値に基づく磁場分布の演算結果との乖離が最小となるまで画一的に電流経路の設定値を繰り返し変更する。これにより、測定結果の各成分に対してエッジ検出などの解析処理を行う必要がなくなるので、解析処理の演算量を抑制しつつ観測対象物の電流分布を精度よく解析することができる。 According to this aspect, the set value of the current path is uniformly and repeatedly changed until the difference between the measurement result of the magnetic field distribution on the observation target and the calculation result of the magnetic field distribution based on the set value of the current path is minimized. .. As a result, it is not necessary to perform an analysis process such as edge detection on each component of the measurement result, so that the current distribution of the observation target can be accurately analyzed while suppressing the calculation amount of the analysis process.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図１は、本発明の実施形態における電流分布測定システム１の構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a current distribution measuring system 1 according to the embodiment of the present invention.
電流分布測定システム１は、観測対象物９に流れる電流の電流分布を解析する電流分布解析装置によって構成される。電流分布測定システム１は、観測対象物９に流れる電流によって作られる磁場の分布を測定し、測定した磁場の分布に基づいて観測対象物９の電流分布を推定する。観測対象物９としては、例えば、プリント基板、又はリチウムイオン電池などが挙げられる。 The current distribution measurement system 1 is configured by a current distribution analysis device that analyzes the current distribution of the current flowing through the observation target 9. The current distribution measurement system 1 measures the distribution of the magnetic field created by the current flowing through the observation target 9 and estimates the current distribution of the observation target 9 based on the measured distribution of the magnetic field. Examples of the observation object 9 include a printed circuit board, a lithium ion battery, and the like.
本実施形態の電流分布測定システム１は、磁場測定機構１０及び制御装置２０を備える。磁場測定機構１０は、例えば、観測対象物９に流れる電流によって作られる磁場の分布を測定する測定手段として用いられてもよい。 The current distribution measuring system 1 of this embodiment includes a magnetic field measuring mechanism 10 and a control device 20. The magnetic field measuring mechanism 10 may be used, for example, as a measuring unit that measures the distribution of the magnetic field created by the current flowing through the observation target 9.
磁場測定機構１０は、観測対象物９を載置する測定台１１と、観測対象物９の磁場を検出するセンサ１２と、センサ１２が一端に取り付けられたアーム部１３と、アーム部１３を三軸の各方向に独立して移動可能に構成されたステージ１４乃至１６と、を備える。 The magnetic field measurement mechanism 10 includes a measurement table 11 on which the observation target 9 is placed, a sensor 12 that detects the magnetic field of the observation target 9, an arm unit 13 to which the sensor 12 is attached at one end, and an arm unit 13. And stages 14 to 16 configured to be independently movable in each direction of the axis.
ここでは、Ｘ軸及びＹ軸は、それぞれ観測対象物９の表面９１に対して平行な軸であり、Ｘ軸は紙面に対して直交する前後方向を示す軸であり、Ｙ軸はＸ軸に対して直交する左右方向を示す軸である。 Here, the X axis and the Y axis are axes parallel to the surface 91 of the observation object 9, the X axis is an axis indicating the front-back direction orthogonal to the paper surface, and the Y axis is the X axis. It is an axis indicating a left-right direction that is orthogonal to the axis.
測定台１１には、表面９１の面内又は内部に電流が流れている観測対象物９が設置される。例えば、プリント基板内の特定の箇所に電圧を印加した状態のプリント基板が測定台１１に観測対象物９として固定される。 On the measuring table 11, the observation target object 9 in which an electric current is flowing inside or inside the surface 91 is installed. For example, a printed circuit board in which a voltage is applied to a specific location on the printed circuit board is fixed to the measurement table 11 as the observation target 9.
センサ１２は、測定台１１に置かれた観測対象物９の電流によって作られた磁場の強度を検出する。センサ１２は、検出した磁場の強度を示す検出信号を制御装置２０に出力する。センサ１２としては、例えば、公知の薄膜磁気インピーダンスセンサ、薄膜磁気抵抗センサ、又は、一つの絶縁層を二つの強磁性体で挟持して構成されたＴＭＲセンサなどが用いられる。 The sensor 12 detects the strength of the magnetic field created by the current of the observation target 9 placed on the measurement table 11. The sensor 12 outputs a detection signal indicating the strength of the detected magnetic field to the control device 20. As the sensor 12, for example, a known thin film magnetic impedance sensor, thin film magnetic resistance sensor, or TMR sensor configured by sandwiching one insulating layer between two ferromagnetic materials is used.
アーム部１３の他端にはステージ１４が取り付けられ、アーム部１３は、ステージ１５及び１６の駆動によってセンサ１２を測定台１１上における測定面の面内をＸ軸方向及びＹ軸方向の各方向に移動させる。ここにいう測定面は、観測対象物９上における測定台１１の表面と平行する特定の面である。ステージ１５及び１６は、それぞれ、Ｙ軸方向（左右方向）及びＸ軸方向（前後方向）へセンサ１２を移動可能に構成された駆動部である。 A stage 14 is attached to the other end of the arm unit 13, and the arm unit 13 drives the stages 15 and 16 to move the sensor 12 on the measurement table 11 in the directions of the X-axis direction and the Y-axis direction in the plane of the measurement surface. Move to. The measurement surface referred to here is a specific surface parallel to the surface of the measurement table 11 on the observation object 9. The stages 15 and 16 are drive units configured to move the sensor 12 in the Y-axis direction (horizontal direction) and the X-axis direction (front-back direction), respectively.
ステージ１５及び１６は、例えば電気モータによって構成され、制御装置２０から電気モータへの制御信号に従って駆動する。本実施形態では、ステージ１５及び１６は、ケーブル１７を介して制御装置２０に接続されている。 The stages 15 and 16 are composed of, for example, electric motors, and are driven according to a control signal from the control device 20 to the electric motors. In this embodiment, the stages 15 and 16 are connected to the control device 20 via a cable 17.
制御装置２０は、観測対象物９の電流分布を解析する電流分布解析装置を構成する。制御装置２０は、磁場測定機構１０の動作を制御するとともにセンサ１２の検出信号を用いて観測対象物９の電流分布解析処理を実行する。 The control device 20 constitutes a current distribution analysis device that analyzes the current distribution of the observation object 9. The control device 20 controls the operation of the magnetic field measuring mechanism 10 and executes the current distribution analysis processing of the observation target 9 using the detection signal of the sensor 12.
本実施形態では、制御装置２０は、観測対象物９上における測定面をセンサ１２が移動するようステージ１４乃至１６の駆動を制御するとともに、センサ１２から出力される検出信号に基づいて観測対象物９の電流分布を解析する。 In the present embodiment, the control device 20 controls the driving of the stages 14 to 16 so that the sensor 12 moves on the measurement surface on the observation target object 9, and the observation target object based on the detection signal output from the sensor 12. The current distribution of 9 is analyzed.
次に、電流分布測定システム１における制御装置２０の構成について説明する。 Next, the configuration of the control device 20 in the current distribution measuring system 1 will be described.
図２は、本実施形態における制御装置２０の詳細構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the control device 20 in this embodiment.
制御装置２０は、ＣＰＵ（中央演算装置）２１と、記憶装置２２と、メモリ２３と、可搬型ディスクドライブ２４と、Ｉ／Ｏインタフェース２５と、ビデオインタフェース２６と、通信インタフェース２７と、これらを相互に接続するバス２８と、を備える。 The control device 20 includes a CPU (central processing unit) 21, a storage device 22, a memory 23, a portable disk drive 24, an I/O interface 25, a video interface 26, a communication interface 27, and these components. And a bus 28 connected to.
ＣＰＵ２１は、バス２８を介して制御装置２０の各構成と接続されており、各構成の動作を制御する。さらにＣＰＵ２１は、本実施形態における電流分布解析方法がプログラムされた基本プログラム１００を実行する。 The CPU 21 is connected to each component of the control device 20 via the bus 28 and controls the operation of each component. Further, the CPU 21 executes the basic program 100 in which the current distribution analysis method according to this embodiment is programmed.
記憶装置２２は、固定型記憶装置（ハードディスク）及びＲＯＭなどによって構成される。記憶装置２２には、上述の基本プログラム１００が記憶されている。すなわち、記憶装置２２は、制御装置２０の各構成を制御するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。ＣＰＵ２１が基本プログラム１００を実行する際には、記憶装置２２からメモリ２３へ基本プログラム１００が展開される。 The storage device 22 includes a fixed storage device (hard disk) and a ROM. The storage device 22 stores the basic program 100 described above. That is, the storage device 22 is a computer-readable storage medium in which a program for controlling each component of the control device 20 is recorded. When the CPU 21 executes the basic program 100, the basic program 100 is expanded from the storage device 22 to the memory 23.
メモリ２３は、ＳＤＲＡＭ又はＳＲＡＭなどの揮発性メモリによって構成される。メモリ２３は、基本プログラム１００の実行中に発生する一時的なデータを記憶する。 The memory 23 is composed of a volatile memory such as SDRAM or SRAM. The memory 23 stores temporary data generated during execution of the basic program 100.
可搬型ディスクドライブ２４は、ＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭなどによって構成される可搬型記録媒体９０から、基本プログラム１００を記憶装置２２に記録する。なお、基本プログラム１００は、通信インタフェース２７を介して接続される外部コンピュータからダウンロードされるコンピュータプログラムであってもよい。 The portable disk drive 24 records the basic program 100 in the storage device 22 from a portable recording medium 90 composed of a DVD, a CD-ROM or the like. The basic program 100 may be a computer program downloaded from an external computer connected via the communication interface 27.
Ｉ／Ｏインタフェース２５は、キーボード２０１及びマウス２０２などによって構成される入力装置に接続され、利用者によるデータの入力操作を受け付ける。ビデオインタフェース２６は、ＣＲＴディスプレイ又は液晶ディスプレイなどによって構成される表示装置２０３に接続され、磁場分布の測定結果又は電流分布の推定結果などの所定の画像を表示する。 The I/O interface 25 is connected to an input device including a keyboard 201 and a mouse 202, and receives a data input operation by a user. The video interface 26 is connected to a display device 203 including a CRT display or a liquid crystal display, and displays a predetermined image such as a measurement result of a magnetic field distribution or an estimation result of a current distribution.
通信インタフェース２７は、アーム部１３を駆動するための制御信号をステージ１４、１５及び１６に送信するとともに、センサ１２から出力される検出信号を受信する。また、通信インタフェース２７は、インターネット、ＬＡＮ及びＷＡＮなどの外部のネットワークに接続されることにより、外部コンピュータとデータの送受信を行うことが可能である。 The communication interface 27 transmits a control signal for driving the arm unit 13 to the stages 14, 15 and 16 and receives a detection signal output from the sensor 12. The communication interface 27 is also capable of transmitting and receiving data to and from an external computer by being connected to an external network such as the Internet, LAN and WAN.
次に、制御装置２０を構成するＣＰＵ２１の主な機能について説明する。 Next, the main functions of the CPU 21 that constitutes the control device 20 will be described.
図３は、本実施形態におけるＣＰＵ２１の機能構成を示す機能ブロック図である。ＣＰＵ２１は、検出データ取得部２１１と、磁場分布測定部２１２と、電流経路設定部２１３と、磁場分布差分算出部２１４と、電流分布推定部２１５と、を備える。 FIG. 3 is a functional block diagram showing the functional configuration of the CPU 21 in this embodiment. The CPU 21 includes a detection data acquisition unit 211, a magnetic field distribution measurement unit 212, a current path setting unit 213, a magnetic field distribution difference calculation unit 214, and a current distribution estimation unit 215.
検出データ取得部２１１は、観測対象物９上における測定面の座標位置を示す位置信号を取得するとともにセンサ１２からの検出信号を取得する。 The detection data acquisition unit 211 acquires a position signal indicating the coordinate position of the measurement surface on the observation object 9 and a detection signal from the sensor 12.
検出データ取得部２１１は、測定面の座標位置とセンサ１２の検出値とが互いに対応付けられた検出データを生成し、その検出データを磁場分布測定部２１２に出力する。 The detection data acquisition unit 211 generates detection data in which the coordinate position of the measurement surface and the detection value of the sensor 12 are associated with each other, and outputs the detection data to the magnetic field distribution measurement unit 212.
磁場分布測定部２１２は、観測対象物９に流れる電流によって作られる特定の面における磁場の分布を測定する測定手段を構成する。例えば、磁場分布測定部２１２は、検出データ取得部２１１からの検出データを用いて測定面における磁場の強度分布を算出する。 The magnetic field distribution measuring unit 212 constitutes a measuring unit that measures the distribution of the magnetic field on a specific surface created by the current flowing through the observation target 9. For example, the magnetic field distribution measurement unit 212 uses the detection data from the detection data acquisition unit 211 to calculate the strength distribution of the magnetic field on the measurement surface.
電流経路設定部２１３は、観測対象物９の電流分布を検索するために、観測対象物９の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定手段を構成する。 The current path setting unit 213 constitutes a setting unit that sequentially sets a predetermined current path flowing through a part of the observation target 9 in order to search the current distribution of the observation target 9.
一般的に観測対象物９に流れる電流の経路は、観測対象物９の表面９１のうち電流の流れる非零部分の面積が電流の流れない零部分の面積に比べて十分に小さくなる。このため、観測対象物９の電流分布はいわゆるスパースな特性を有することが多い。それゆえ、本実施形態ではこの点に着目し、電流経路設定部２１３が、観測対象物９の電流分布のうち零部分の面積に対する非零部分の面積の比が概ね十分の一以下となる制約条件を設け、この制約条件を満たす多数の電流経路を順次設定する。 In general, the path of the current flowing through the observation object 9 is sufficiently small in the area of the non-zero portion where the current flows in the surface 91 of the observation object 9 compared to the area of the zero portion where the current does not flow. Therefore, the current distribution of the observation object 9 often has a so-called sparse characteristic. Therefore, in the present embodiment, paying attention to this point, the current path setting unit 213 restricts the ratio of the area of the non-zero portion to the area of the zero portion of the current distribution of the observation object 9 to be approximately one tenth or less. Conditions are set, and a large number of current paths satisfying this constraint are sequentially set.
具体的には、電流経路設定部２１３は、電流経路を表す電流ベクトルのノルム値が所定の制限値ε以下となる全ての電流ベクトルをひとつひとつ順番に設定する。ここにいう制限値εは、上述のように観測対象物９の電流分布がスパースな特性を有するように定められる。 Specifically, the current path setting unit 213 sequentially sets all the current vectors in which the norm value of the current vector representing the current path is equal to or less than the predetermined limit value ε. The limit value ε here is determined so that the current distribution of the observation target 9 has sparse characteristics as described above.
また、上述の電流ベクトルのノルム値としては、例えば、電流ベクトルの各成分（各要素）の絶対値の和を示すＬ１ノルム、各成分の二乗和の平方根を示すＬ２ノルム、又は、いずれかを二乗した値などが挙げられる。 As the norm value of the above current vector, for example, the L1 norm indicating the sum of the absolute values of the respective components (each element) of the current vector, the L2 norm indicating the square root of the sum of squares of each component, or either Examples include squared values.
電流経路設定部２１３は、設定した電流経路を示す経路設定情報を磁場分布差分算出部２１４に出力する。経路情報には、例えば電流ベクトルの行列が示される。 The current path setting unit 213 outputs path setting information indicating the set current path to the magnetic field distribution difference calculation unit 214. The route information indicates, for example, a matrix of current vectors.
磁場分布差分算出部２１４は、電流経路設定部２１３によって電流経路が設定されるたびに、その電流経路に基づく磁場の分布と、磁場分布測定部２１２にて測定された磁場の分布と、の差分を算出する算出手段を構成する。 The magnetic field distribution difference calculation unit 214, every time the current path is set by the current path setting unit 213, the difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field measured by the magnetic field distribution measurement unit 212. Compute means for calculating
本実施形態においては、磁場分布差分算出部２１４は、電流経路設定部２１３から経路設定情報を受け付けると、その経路設定情報に示される電流経路によって測定面と同じ高さに位置する特定の面に作られる磁場の強度分布を算出する。例えば、磁場分布差分算出部２１４は、電流経路に基づき特定の面での磁場の分布を求める所定の設定関数に対し、経路設定情報を代入することにより、測定面における磁場の強度分布の設定結果を示す設定データを算出する。 In the present embodiment, when the magnetic field distribution difference calculation unit 214 receives the path setting information from the current path setting unit 213, the magnetic field distribution difference calculation unit 214 causes the current path indicated by the path setting information to determine a specific surface located at the same height as the measurement surface. Calculate the strength distribution of the magnetic field created. For example, the magnetic field distribution difference calculation unit 214 substitutes the path setting information into a predetermined setting function that obtains the distribution of the magnetic field on a specific surface based on the current path, thereby setting the strength distribution of the magnetic field on the measurement surface. Setting data indicating is calculated.
そして、磁場分布差分算出部２１４は、磁場分布測定部２１２から測定データを受け付け、その測定データに示される磁場の強度分布と、設定データに示される磁場の強度分布との間の差分ベクトルを求める。差分ベクトルには、同一座標ごとに設定データと測定データとの差分が示されている。 Then, the magnetic field distribution difference calculation unit 214 receives the measurement data from the magnetic field distribution measurement unit 212, and obtains a difference vector between the intensity distribution of the magnetic field shown in the measurement data and the intensity distribution of the magnetic field shown in the setting data. .. The difference vector indicates the difference between the setting data and the measurement data for each same coordinate.
さらに磁場分布差分算出部２１４は、その差分ベクトルを用いて差分ベクトルのノルム値を算出する。算出されるノルム値としては、例えば、差分ベクトルの各成分の絶対値の和を示すＬ１ノルム、各成分の二乗和の平方根を示すＬ２ノルム、又は、いずれかを二乗した値などが挙げられる。 Further, the magnetic field distribution difference calculation unit 214 uses the difference vector to calculate the norm value of the difference vector. Examples of the calculated norm value include the L1 norm indicating the sum of absolute values of the respective components of the difference vector, the L2 norm indicating the square root of the sum of squares of the respective components, or a value obtained by squaring any one of them.
磁場分布差分算出部２１４は、経路設定情報ごとに、算出した差分ベクトルのノルム値をその経路設定情報に対応付けて電流分布推定部２１５に出力する。 The magnetic field distribution difference calculation unit 214 outputs the calculated norm value of the difference vector to the current distribution estimation unit 215 in association with the route setting information for each route setting information.
電流分布推定部２１５は、電流経路設定部２１３にて設定された電流経路のうち、観測対象物９上の測定面での磁場分布の測定値及び設定値間の差分のノルムが最小となる電流経路を観測対象物９の電流分布として推定する推定手段を構成する。 The current distribution estimation unit 215 is a current in which the norm of the difference between the measured value and the set value of the magnetic field distribution on the measurement surface on the observation target 9 in the current path set by the current path setting unit 213 is minimum. An estimating means for estimating the route as the current distribution of the observation object 9 is configured.
本実施形態においては、電流分布推定部２１５は、磁場分布差分算出部２１４から出力される差分ベクトルの中からノルム値が最小となる差分ベクトルを選択し、その差分ベクトルに対応付けられた経路設定情報を抽出する。電流分布推定部２１５は、抽出した経路設定情報を観測対象物９の電流分布の実際値として推定する。 In the present embodiment, the current distribution estimation unit 215 selects the difference vector having the smallest norm value from the difference vectors output from the magnetic field distribution difference calculation unit 214, and sets the route associated with the difference vector. Extract information. The current distribution estimation unit 215 estimates the extracted route setting information as the actual value of the current distribution of the observation target 9.
そして、電流分布推定部２１５は、推定した経路設定情報に示された電流経路に基づいて画像データを生成し、その画像データを、図２に示したビデオインタフェース２６を介して表示装置２０３に出力する。 Then, the current distribution estimation unit 215 generates image data based on the current path indicated in the estimated path setting information, and outputs the image data to the display device 203 via the video interface 26 shown in FIG. To do.
このように、ＣＰＵ２１は、磁場の強度分布の測定結果と、観測対象物９の表面積のうち１０％に満たない面積の電流経路を設定して得られる設定結果との乖離度が最も小さくなるまで電流経路の設定値を順次変更する。そしてＣＰＵ２１は、乖離度が最も小さい設定結果の電流経路を観測対象物９に生じた電流分布として決定し、その電流経路を示す画像データを再構築する。 In this way, the CPU 21 minimizes the degree of deviation between the measurement result of the intensity distribution of the magnetic field and the setting result obtained by setting the current path having an area of less than 10% of the surface area of the observation object 9. Sequentially change the set value of the current path. Then, the CPU 21 determines the current path of the setting result with the smallest deviation degree as the current distribution generated in the observation object 9, and reconstructs the image data showing the current path.
次に、本実施形態における磁場の強度分布を測定する手法について説明する。 Next, a method for measuring the intensity distribution of the magnetic field in this embodiment will be described.
図４は、磁場測定機構１０を駆動してセンサ１２を移動させる経路の一例を示す模式図である。Ｚ軸は観測対象物９の表面９１に対して直交する高さ方向を示す軸であり、ＣＰＵ２１は、図１に示したステージ１４を構成する電気モータを駆動してセンサ１２をＺ軸方向に移動させる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a path for driving the magnetic field measuring mechanism 10 to move the sensor 12. The Z-axis is an axis indicating the height direction orthogonal to the surface 91 of the observation object 9, and the CPU 21 drives the electric motor that constitutes the stage 14 shown in FIG. 1 to move the sensor 12 in the Z-axis direction. To move.
図４に示すように、まず、ＣＰＵ２１は、センサ１２を測定台１１からＺ軸方向に特定の高さｚ＝ｍを満たすｘｙ平面の測定面まで移動させ、このｘｙ平面における矩形領域８１の一つのコーナーへセンサ１２を移動させる。 As shown in FIG. 4, first, the CPU 21 moves the sensor 12 from the measurement table 11 in the Z-axis direction to the measurement plane of the xy plane that satisfies the specific height z=m, and then moves one of the rectangular regions 81 on the xy plane. Move the sensor 12 to one corner.
そして、ＣＰＵ２１は、センサ１２をＹ軸方向に移動させながら、等間隔で五十個の格子点上の磁場の強度を取得する。次に、ＣＰＵ２１は、センサ１２をＸ軸方向に格子点間の間隔と同じ距離だけ移動させ、その後、Ｙ軸方向に前回の移動方向と逆方向きにセンサ１２を移動させながら、等間隔で五十個の格子点上の磁場の強度を取得する。 Then, the CPU 21 acquires the magnetic field strengths on the fifty grid points at equal intervals while moving the sensor 12 in the Y-axis direction. Next, the CPU 21 moves the sensor 12 in the X-axis direction by the same distance as the interval between the lattice points, and then moves the sensor 12 in the Y-axis direction in the direction opposite to the previous moving direction, at equal intervals. Obtain the strength of the magnetic field on the fifty grid points.
このように磁場の検出作業を繰り返し、矩形領域８１内の全て（５０×５０）の格子点での磁場の強度を取得することで、ＣＰＵ２１は、特定の高さｚ＝ｍのｘｙ面における磁場の強度を測定し、測定した磁場の強度を測定データＨｍとして取得する。 By repeating the magnetic field detection operation in this way and acquiring the magnetic field strengths at all (50×50) lattice points in the rectangular area 81, the CPU 21 causes the magnetic field in the xy plane of a specific height z=m. Is measured, and the strength of the measured magnetic field is acquired as measurement data Hm.
次に、観測対象物９の電流分布を推定する推定手法について説明する。 Next, an estimation method for estimating the current distribution of the observation target 9 will be described.
まず、ＣＰＵ２１は、観測対象物９上における特定の高さｚ＝ｍのｘｙ平面である測定面での磁場の強度を示す測定データＨｍを生成する。なお、ＣＰＵ２１によって生成される測定データの一例については図５Ｂを参照して後述する。 First, the CPU 21 generates measurement data Hm indicating the strength of the magnetic field on the measurement surface, which is the xy plane of the specific height z=m on the observation target 9. Note that an example of the measurement data generated by the CPU 21 will be described later with reference to FIG. 5B.
続いて、ＣＰＵ２１は、観測対象物９に流れる電流の経路を表す電流ベクトルＩ（ｘ、ｙ、０）の設定値に基づき特定の高さｚ＝ｍの測定面に作られる磁場の強度分布を表す設定関数ｆ（Ｉ）をメモリ２３から取得する。 Subsequently, the CPU 21 determines the intensity distribution of the magnetic field created on the measurement surface having the specific height z=m based on the set value of the current vector I(x, y, 0) representing the path of the current flowing through the observation object 9. The setting function f(I) represented is acquired from the memory 23.
次に、ＣＰＵ２１は、次式（１）に示すように、電流ベクトルＩのＬ１ノルムが制限値ε1以下となる制約条件を満たす全ての電流ベクトルＩを順次設定する。なお、ＣＰＵ２１は、式（１）に代えて次式（２）に示すように、電流ベクトルＩのＬ２ノルムが制限値ε2以下となるよう電流ベクトルＩの設定値を順次変更してもよい。 Next, the CPU 21 sequentially sets all the current vectors I satisfying the constraint condition that the L1 norm of the current vector I is the limit value ε 1 or less, as shown in the following expression (1). Note that the CPU 21 may sequentially change the set value of the current vector I so that the L2 norm of the current vector I becomes equal to or smaller than the limit value ε 2 as shown in the following expression (2) instead of the expression (1). ..
ただし、制限値ε1及びε2は、観測対象物９の表面９１全体の面積に対して電流経路の面積が十分小さくなるような値にあらかじめ定められる。本実施形態の制限値ε1及びε2は、表面９１の全領域のうち電流経路の面積が他の面積に対して少なくとも十分の一以下となるように設定される。なお、制限値ε1及びε2は、互いに同一の値でもよく、互いに異なる値であってもよい。 However, the limit values ε 1 and ε 2 are predetermined so that the area of the current path is sufficiently smaller than the area of the entire surface 91 of the observation object 9. The limit values ε 1 and ε 2 of the present embodiment are set so that the area of the current path in the entire area of the surface 91 is at least one tenth or less of other areas. The limit values ε 1 and ε 2 may be the same value or different values.
このように、ＣＰＵ２１は、観測対象物９の表面９１に流れる電流経路が極一部となるよう、すなわち表面９１の全領域のうち電流が流れる非零の領域が十分に小さくなるように電流ベクトルＩの各々を設定する。言い換えると、ＣＰＵ２１は、観測対象物９の電流分布がスパース性を有するように想定される全ての電流ベクトルＩを順次設定する。 As described above, the CPU 21 sets the current vector so that the current path flowing through the surface 91 of the observation object 9 becomes a very small part, that is, the non-zero area where the current flows among the entire area of the surface 91 is sufficiently small. Set each of I. In other words, the CPU 21 sequentially sets all current vectors I that are supposed to have sparse current distribution of the observation target 9.
このとき、ＣＰＵ２１は、ひとつの電流ベクトルＩを設定するたびに、その電流ベクトルＩを上述の設定関数ｆ（Ｉ）に適用して、高さｚ＝ｍを満たす測定面での磁場の強度分布を算出し、算出した磁場の強度分布を示す設定データを生成する。 At this time, every time the CPU 21 sets one current vector I, the CPU 21 applies the current vector I to the above-mentioned setting function f(I), and the intensity distribution of the magnetic field on the measurement surface satisfying the height z=m. Is calculated, and setting data indicating the calculated strength distribution of the magnetic field is generated.
続いて、ＣＰＵ２１は、電流ベクトルＩごとに、測定データと設定データとの差分を示す差分ベクトル｛Ｈｍ−ｆ（Ｉ）｝を求め、その差分ベクトルのＬ２ノルムを二乗したノルム値を算出する。 Subsequently, the CPU 21 obtains a difference vector {Hm-f(I)} indicating a difference between the measurement data and the setting data for each current vector I, and calculates a norm value obtained by squaring the L2 norm of the difference vector.
そして、ＣＰＵ２１は、次式（３）に示すように、順次設定した全ての電流ベクトルＩの中から、差分ベクトルのノルム値が最小となる電流ベクトルＩの設定値を抽出する。なお、ＣＰＵ２１は、差分ベクトルのＬ１ノルムをノルム値として求め、そのノルム値が最小となるまで電流ベクトルＩの設定値を順次変更してもよい。 Then, the CPU 21 extracts a set value of the current vector I that minimizes the norm value of the difference vector from all the sequentially set current vectors I as shown in the following expression (3). The CPU 21 may obtain the L1 norm of the difference vector as the norm value and sequentially change the set value of the current vector I until the norm value becomes the minimum.
その後、ＣＰＵ２１は、抽出した電流ベクトルＩによって特定される電流経路を観測対象物９に生じている実際の電流分布として推定する。ＣＰＵ２１は、推定した電流経路を示す画像データを生成し、その画像データを、図２に示した表示装置２０３に表示させる。なお、ＣＰＵ２１によって生成される画像データの一例については図５Ｃ及び図５Ｄを参照して後述する。 After that, the CPU 21 estimates the current path specified by the extracted current vector I as the actual current distribution occurring in the observation object 9. The CPU 21 generates image data showing the estimated current path and causes the display device 203 shown in FIG. 2 to display the image data. An example of image data generated by the CPU 21 will be described later with reference to FIGS. 5C and 5D.
次に、本実施形態のＣＰＵ２１による電流分布の推定結果について図５Ａ乃至５Ｄを参照して説明する。 Next, the estimation result of the current distribution by the CPU 21 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5A to 5D.
図５Ａは、観測対象物９の表面９１の一部に流れている電流経路の一例を示す図である。図５Ｂは、図５Ａに示した電流経路によって測定面に作られた磁場の強度分布の測定結果を示す図である。図５Ｃ及び５Ｄは、図５Ｂに示した磁場の強度分布に基づき推定された観測対象物９の電流分布を示す図である。 FIG. 5A is a diagram showing an example of a current path flowing in a part of the surface 91 of the observation object 9. FIG. 5B is a diagram showing the measurement result of the intensity distribution of the magnetic field created on the measurement surface by the current path shown in FIG. 5A. 5C and 5D are diagrams showing the current distribution of the observation target 9 estimated based on the intensity distribution of the magnetic field shown in FIG. 5B.
図５Ｂには、測定面における磁場の強度分布を示す測定データに基づく画像データが示されており、ここでは、紙面に対して直交する方向の磁場の強度が高いほど、色が黒から白へ段階的に変化する。この画像データには、矢印をぼかしたような形状が描かれており、矢印を形成する領域２１５Ａ、２１５Ｂ、及び２１５Ｃにおいて磁場の強度が高くなっている。 FIG. 5B shows image data based on the measurement data showing the magnetic field strength distribution on the measurement surface. Here, the higher the magnetic field strength in the direction orthogonal to the paper surface, the more the color changes from black to white. It changes in stages. In this image data, a shape with a blurred arrow is drawn, and the magnetic field strength is high in the areas 215A, 215B, and 215C forming the arrow.
図５Ｃには、上式（１）に従って電流ベクトルＩのＬ１ノルムが制限値ε1以下となるよう電流経路を順次設定して差分ベクトルのノルム値が最小となる電流経路を表した画像データが示されている。また、図５Ｄには、上式（２）に従って電流ベクトルのＬ２ノルムが制限値ε2以下となるよう電流経路を順次設定して差分ベクトルのノルム値が最小となる電流経路を表した画像データが示されている。ここでは、電流経路の電流量が大きいほど、色が黒から白へ段階的に変化し、黒色の領域の電流量は零（０）であり、それ以外の領域の電流量は非零である。 FIG. 5C shows image data representing the current path that minimizes the norm value of the difference vector by sequentially setting the current path so that the L1 norm of the current vector I becomes equal to or less than the limit value ε 1 according to the above equation (1). It is shown. In addition, in FIG. 5D, the image data showing the current path in which the norm value of the difference vector is minimized by sequentially setting the current paths such that the L2 norm of the current vector becomes the limit value ε 2 or less according to the above equation (2). It is shown. Here, as the amount of current in the current path increases, the color gradually changes from black to white, the amount of current in the black region is zero (0), and the amount of current in the other regions is non-zero. ..
図５Ｃ及び５Ｄに示すように、式（１）又は式（２）を満たす電流ベクトルＩを設定して差分ベクトルを最小化することで、図５Ｂに示した磁場の強度分布からはＵ字の電流経路の分解が難しい領域２１５Ｃでも電流分布を精度よく推定することが可能となる。特に、電流ベクトルＩのノルム値としてＬ１ノルムを採用することにより、観測対象物９の電流分布を推定する精度をより高めることができる。 As shown in FIGS. 5C and 5D, by setting the current vector I that satisfies the equation (1) or the equation (2) to minimize the difference vector, the intensity distribution of the magnetic field shown in FIG. It is possible to accurately estimate the current distribution even in the region 215C where the current path is difficult to decompose. In particular, by adopting the L1 norm as the norm value of the current vector I, the accuracy of estimating the current distribution of the observation target 9 can be further improved.
このように、本実施形態の電流分布解析処理においては、測定面におけるセンサ１２の検出点の間隔を狭くして検出点の数を増やさなくても、経路間隔の狭い電流経路を精度よく分解することができる。 As described above, in the current distribution analysis processing of the present embodiment, even if the interval between the detection points of the sensor 12 on the measurement surface is narrowed and the number of detection points is not increased, the current paths having narrow path intervals are accurately resolved. be able to.
次に、電流分布測定システム１における制御装置２０の動作について図６を参照して説明する。 Next, the operation of the control device 20 in the current distribution measuring system 1 will be described with reference to FIG.
図６は、本実施形態における電流分布解析方法の処理手順例を示すフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the current distribution analysis method according to this embodiment.
ステップＳ１においてＣＰＵ２１は、観測対象物９に流れる電流によって特定の面に作られる磁場の測定分布を取得する。本実施形態のＣＰＵ２１は、観測対象物９上における特定の高さｚ＝ｍの測定面での磁場の強度分布を示す測定データを算出する。 In step S1, the CPU 21 acquires the measurement distribution of the magnetic field created on the specific surface by the current flowing through the observation target 9. The CPU 21 of the present embodiment calculates measurement data indicating the intensity distribution of the magnetic field on the measurement surface having the specific height z=m on the observation target 9.
ステップＳ２においてＣＰＵ２１は、あらかじめ定められた暫定の電流経路を順次設定する。暫定の電流経路は、観測対象物９の極一部に流れる所定の電流経路である。本実施形態のＣＰＵ２１は、上式（１）を満たすように暫定の電流経路を示す電流ベクトルＩを順次設定する In step S2, the CPU 21 sequentially sets a predetermined provisional current path. The provisional current path is a predetermined current path that flows in a very small part of the observation target 9. The CPU 21 of the present embodiment sequentially sets the current vector I indicating the provisional current path so as to satisfy the above expression (1).
ステップＳ３においてＣＰＵ２１は、ステップＳ２で暫定の電流経路が設定されるたびに、その暫定の電流経路に基づく磁場の暫定分布と、ステップＳ１における磁場関数Ｈｍの測定結果である磁場の測定分布との差分のノルムを算出する。 In step S3, every time the provisional current path is set in step S2, the CPU 21 divides the provisional distribution of the magnetic field based on the provisional current path and the measurement distribution of the magnetic field that is the measurement result of the magnetic field function Hm in step S1. Calculate the norm of the difference.
本実施形態では、ＣＰＵ２１は、電流ベクトルＩに基づく高さｚ＝ｍのｘｙ平面での磁場の強度分布を求める設定関数ｆ（Ｉ）を用いて、磁場の暫定分布を示す設定データを算出する。そしてＣＰＵ２１は、算出した設定データと、ステップＳ１で算出された測定データとの間の差分ベクトルのＬ２ノルムを二乗したノルム値を算出する。 In the present embodiment, the CPU 21 calculates the setting data indicating the provisional distribution of the magnetic field by using the setting function f(I) that obtains the strength distribution of the magnetic field on the xy plane of the height z=m based on the current vector I. .. Then, the CPU 21 calculates a norm value obtained by squaring the L2 norm of the difference vector between the calculated setting data and the measurement data calculated in step S1.
ステップＳ４においてＣＰＵ２１は、ステップＳ２で設定された全ての暫定の電流経路のうち差分のノルムが最小となる暫定の電流経路を、観測対象物９の電流分布として推定する。 In step S4, the CPU 21 estimates, as the current distribution of the observation target 9, the provisional current path having the smallest difference norm among all the provisional current paths set in step S2.
本実施形態では、ＣＰＵ２１は、上式（３）に従って、差分ベクトルのノルム値が最小となる電流ベクトルＩを観測対象物９の電流分布として求め、その求めた電流ベクトルＩによって特定される電流経路に基づいて画像データを生成する。 In the present embodiment, the CPU 21 obtains the current vector I having the minimum norm value of the difference vector as the current distribution of the observation object 9 according to the above equation (3), and the current path specified by the obtained current vector I. Image data is generated based on.
このように、ＣＰＵ２１は、磁場の測定分布と暫定分布との乖離が最も小さくなるまで暫定の電流経路を繰り返し設定することにより、観測対象物９に流れる電流の電流分布を解析する。 In this way, the CPU 21 analyzes the current distribution of the current flowing through the observation target 9 by repeatedly setting the temporary current path until the deviation between the measured distribution of the magnetic field and the temporary distribution is minimized.
なお、本実施形態では、観測対象物９の電流分布として式（３）を満たす電流ベクトルＩを求めたが、代替として次式（４）に基づいて電流ベクトルＩを求めてもよい。
ここで、λは正の値を持つ定数であり、例えば、観測対象物９の電流分布のうち零部分の面積に対する非零部分の面積の比が概ね十分の一以下となるような値に定められる。 Here, λ is a constant having a positive value, and is set to, for example, a value such that the ratio of the area of the non-zero portion to the area of the zero portion in the current distribution of the observation object 9 is approximately one tenth or less. To be
次に、本実施形態における作用効果について以下に説明する。 Next, the function and effect of this embodiment will be described below.
電流分布解析装置を構成する制御装置２０は、観測対象物９に流れる電流の電流分布を解析する。そして図３で述べたように、制御装置２０のＣＰＵ２１において、磁場分布測定部２１２は、観測対象物９に流れる電流によって作られる磁場の分布を測定する測定手段を構成し、電流経路設定部２１３は、観測対象物９の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定手段を構成する。 The control device 20 that constitutes the current distribution analysis device analyzes the current distribution of the current flowing through the observation target 9. As described with reference to FIG. 3, in the CPU 21 of the control device 20, the magnetic field distribution measurement unit 212 constitutes a measurement unit that measures the distribution of the magnetic field created by the current flowing through the observation target 9, and the current path setting unit 213. Constitutes a setting means for sequentially setting a predetermined current path flowing through a part of the observation object 9.
そして、磁場分布差分算出部２１４は、電流経路設定部２１３によって電流経路が設定されるたびに、その電流経路に基づく磁場の分布と磁場分布測定部２１２にて測定された磁場の分布との差分のノルムを算出する算出手段を構成する。さらに電流分布推定部２１５は、電流経路設定部２１３にて順次設定された複数の電流経路のうち、磁場分布差分算出部２１４にて算出された差分のノルムが最小となる電流経路を、観測対象物９の電流分布として推定する推定手段を構成する。 Then, the magnetic field distribution difference calculation unit 214, every time the current path is set by the current path setting unit 213, the difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field measured by the magnetic field distribution measurement unit 212. Compute means for calculating the norm of Further, the current distribution estimation unit 215 selects the current path having the minimum norm of the difference calculated by the magnetic field distribution difference calculation unit 214 among the plurality of current paths sequentially set by the current path setting unit 213 as an observation target. An estimation means for estimating the current distribution of the object 9 is configured.
このように、ＣＰＵ２１は、観測対象物９上の磁場分布を示す測定データと電流経路の設定値に基づく磁場分布を示す設定データとの間の乖離が最小になるまで電流経路の設定値を繰り返し変更する。これにより、画一的に電流経路の設定値が変更されるので、測定データに示される一つ一つの成分強度に対してエッジ検出などの解析処理を行う場合に比べて、解析処理の演算量を抑制することができる。 As described above, the CPU 21 repeats the set value of the current path until the difference between the measurement data indicating the magnetic field distribution on the observation target 9 and the set data indicating the magnetic field distribution based on the set value of the current path is minimized. change. As a result, the setting value of the current path is changed uniformly, so the calculation amount of analysis processing is higher than that when performing analysis processing such as edge detection for each component strength shown in the measurement data. Can be suppressed.
これに加え、センサ１２を高密度にアレイ化したり、センサ１２の検出点の間隔を狭くしたりすることなく、単に電流経路をきめ細かく設定することにより、図５Ｃ及び５Ｄに示したように、観測対象物９に生じる電流分布を高い分解能で推定することができる。それゆえ、センサ１２の製造コストの増加を回避しつつ測定時間を短縮することができる。 In addition to this, the sensors 12 are not densely arrayed, and the intervals between the detection points of the sensors 12 are not narrowed, but the current paths are simply set finely, and as shown in FIGS. The current distribution generated in the object 9 can be estimated with high resolution. Therefore, the measurement time can be shortened while avoiding an increase in the manufacturing cost of the sensor 12.
したがって、本実施形態によれば、解析処理の演算量を抑制しつつ観測対象物９の電流分布を精度よく解析することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to analyze the current distribution of the observation object 9 with high accuracy while suppressing the calculation amount of the analysis processing.
また、本実施形態によれば、電流経路設定部２１３は、上述の式（３）又は式（４）に示したように、観測対象物９の電流分布がスパースな特性を有するように定められた制約条件を満たす全ての電流経路を順次設定する。これにより、電流経路の設定パターンが大幅に減少するので、解析処理の演算量を減らすことができ、解析処理に要する時間を短縮することができる。 Further, according to the present embodiment, the current path setting unit 213 is set so that the current distribution of the observation object 9 has sparse characteristics, as shown in the above formula (3) or formula (4). All current paths satisfying the constraint conditions are sequentially set. Thereby, the setting pattern of the current path is significantly reduced, so that the calculation amount of the analysis process can be reduced and the time required for the analysis process can be shortened.
これに加え、磁場の強度分布を示す測定データからエッジ検出の手法を適用して観測対象物９の電流分布を解析する一般的な処理に比べて、解析処理の演算量を低減するとともに電流分布の推定精度を向上させることができる。 In addition to this, the calculation amount of the analysis process is reduced and the current distribution is reduced as compared with a general process of analyzing the current distribution of the observation target 9 by applying the method of edge detection from the measurement data indicating the intensity distribution of the magnetic field. The estimation accuracy of can be improved.
また、本実施形態によれば、電流経路設定部２１３は、上述の制約条件として電流経路を示す電流ベクトルＩのノルムが所定の制限値ε以下となるよう、電流経路の各々を設定する。この制限値εは、例えば、観測対象物９の表面９１の全領域のうち、電流の流れない零領域に対して電流の流れる非零領域が概ね十分の一以下となるように定められたノルム値である。 Further, according to the present embodiment, the current path setting unit 213 sets each of the current paths such that the norm of the current vector I indicating the current path is equal to or less than the predetermined limit value ε as the above-mentioned constraint condition. This limit value ε is, for example, a norm determined so that the non-zero region in which the current flows is approximately one tenth or less of the zero region in which the current does not flow in the entire region of the surface 91 of the observation target 9. It is a value.
このように、観測対象物９の電流分布がスパースな特性を有する場合は、電流ベクトルＩのノルム値を採用することにより、演算量の増大を抑制しつつ、観測対象物９における電流経路の面積を簡易に制限することができる。 As described above, when the current distribution of the observation object 9 has sparse characteristics, the norm value of the current vector I is adopted to suppress the increase in the amount of calculation and to reduce the area of the current path in the observation object 9. Can be easily restricted.
また、本実施形態によれば、電流経路設定部２１３は、上式（２）に示したように、電流ベクトルＩの各成分の二乗和の平方根をノルム値として算出し、そのノルム値が制限値ε2以下となるように電流ベクトルＩを設定する。このように、電流ベクトルＩのＬ２ノルムを用いて電流経路の設定パターンを制限することにより、図５Ｄに示したように、解析処理の演算量を抑制しつつ観測対象物９の電流分布を的確に推定することができる。 Further, according to the present embodiment, the current path setting unit 213 calculates the square root of the sum of squares of each component of the current vector I as the norm value, and the norm value is limited, as shown in the above equation (2). The current vector I is set so as to be a value ε 2 or less. As described above, by limiting the setting pattern of the current path by using the L2 norm of the current vector I, as shown in FIG. 5D, the current distribution of the observation object 9 is accurately controlled while suppressing the calculation amount of the analysis process. Can be estimated.
また、本実施形態によれば、電流経路設定部２１３は、上式（１）に示したように、電流ベクトルＩの各成分の絶対値の和をノルム値として算出し、そのノルム値が制限値ε1以下となるように電流ベクトルＩを設定する。このように、電流ベクトルＩのＬ１ノルムを用いて電流経路の設定パターンを制限することにより、図５Ｃ及び図５Ｄに示したように、Ｌ２ノルムを用いて電流経路を制限する場合に比べて高い分解能で観測対象物９の電流分布を推定することができる。 Further, according to the present embodiment, the current path setting unit 213 calculates the sum of absolute values of the components of the current vector I as the norm value, and the norm value is limited, as shown in the above equation (1). The current vector I is set so as to be a value ε 1 or less. As described above, by limiting the setting pattern of the current path by using the L1 norm of the current vector I, as compared with the case where the current path is limited by using the L2 norm as shown in FIGS. 5C and 5D, it is higher. The current distribution of the observation target 9 can be estimated with the resolution.
また、本実施形態によれば、磁場分布測定部２１２で測定された磁場の強度分布をＨｍとし、電流経路設定部２１３で設定された電流ベクトルをＩとし、磁場分布差分算出部２１４で電流ベクトルに基づき算出される磁場の分布をｆ（Ｉ）とした場合に、差分のノルムが最小となる電流経路は、上式（３）に従って推定される。 Further, according to the present embodiment, the intensity distribution of the magnetic field measured by the magnetic field distribution measurement unit 212 is Hm, the current vector set by the current path setting unit 213 is I, and the magnetic field distribution difference calculation unit 214 calculates the current vector. When the distribution of the magnetic field calculated based on f(I) is f(I), the current path with the minimum norm of the difference is estimated according to the above equation (3).
このように、ＣＰＵ２１は、式（３）を満たす電流ベクトルＩによって特定される電流経路を実際の電流分布として決定することにより、図５Ｃに示したように、解析処理の演算量を減らしつつ、電流分布の解析精度を高めることができる。なお、式（３）に代えて上式（４）を満たす電流ベクトルＩを採用したとしても、同様の作用効果を得ることができる。 In this way, the CPU 21 determines the current path specified by the current vector I satisfying the expression (3) as the actual current distribution, thereby reducing the calculation amount of the analysis process as shown in FIG. 5C. The accuracy of current distribution analysis can be improved. Even if the current vector I satisfying the above equation (4) is adopted instead of the equation (3), the same effect can be obtained.
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment merely shows a part of the application example of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
例えば、本実施形態では測定面内の各格子点の検出値から測定面における磁場の強度分布を測定したが、磁場の強度分布の各成分については、測定を複数回行った平均値を採用してもよい。また、磁場の強度分布を示す測定データに非定常的なノイズが含まれる場合は、このようなノイズを除去する演算処理を磁場の強度分布の各成分に施した値を採用してもよい。 For example, in the present embodiment, the intensity distribution of the magnetic field on the measurement surface is measured from the detection values of each lattice point on the measurement surface, but for each component of the intensity distribution of the magnetic field, the average value obtained by performing the measurement multiple times is adopted. May be. Further, when the measurement data indicating the intensity distribution of the magnetic field contains non-stationary noise, a value obtained by performing an arithmetic process for removing such noise on each component of the intensity distribution of the magnetic field may be adopted.
また、本実施形態では測定面内の各格子点の検出値から測定面の磁場の強度分布を示す測定データを算出したが、特許文献１に開示されているように、観測対象物９上における磁場の空間分布を表す磁場関数Ｈ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いて測定データを算出してもよい。具体的には、ＣＰＵ２１は、観測対象物９の表面に平行な複数の面における磁場の強度分布を測定し、測定した異なる面における磁場の強度分布に基づいて観測対象物９上における磁場の空間分布を表す磁場関数Ｈを導出する。この磁場関数Ｈを用いて特定の面における磁場の強度分布を演算する。このように、磁場関数Ｈを導出することにより、観測対象物９上の特定の面における格子点の個数を増やしてきめ細かい磁場の強度分布を生成したり、特定の面を観測対象物９近傍に設定して分解能の高い強度分布を取得したりすることが可能となる。それゆえ、磁場の強度分布の測定精度が向上するので、観測対象物９の電流分布をより精度よく解析することが可能となる。 Further, in the present embodiment, the measurement data indicating the intensity distribution of the magnetic field on the measurement surface is calculated from the detected values of each lattice point on the measurement surface. However, as disclosed in Patent Document 1, on the observation target object 9, The measurement data may be calculated using the magnetic field function H(x, y, z) that represents the spatial distribution of the magnetic field. Specifically, the CPU 21 measures the magnetic field intensity distribution on a plurality of planes parallel to the surface of the observation target object 9, and based on the measured magnetic field intensity distributions on the different surfaces, the space of the magnetic field on the observation target object 9 is measured. A magnetic field function H representing the distribution is derived. Using this magnetic field function H, the intensity distribution of the magnetic field on a specific surface is calculated. In this way, by deriving the magnetic field function H, the number of lattice points on a specific surface on the observation object 9 is increased to generate a fine magnetic field intensity distribution, or the specific surface is placed near the observation object 9. It is possible to set the intensity distribution with high resolution. Therefore, the measurement accuracy of the intensity distribution of the magnetic field is improved, and the current distribution of the observation object 9 can be analyzed more accurately.
１ 電流分布解析システム
１０ 磁場測定機構（測定手段）
２０ 制御装置（電流分布解析装置）
２１２ 磁場分布測定部（測定手段）
２１３ 電流経路設定部（設定手段）
２１４ 磁場分布差分算出部（算出手段）
２１５ 電流分布推定部（推定手段）
Ｓ１〜Ｓ４（測定ステップ、設定ステップ、算出ステップ、推定ステップ）
1 Current distribution analysis system 10 Magnetic field measuring mechanism (measuring means)
20 Control device (current distribution analysis device)
212 Magnetic field distribution measuring unit (measuring means)
213 Current path setting unit (setting means)
214 Magnetic field distribution difference calculation unit (calculation means)
215 Current Distribution Estimator (Estimator)
S1 to S4 (measurement step, setting step, calculation step, estimation step)
Claims (8)
前記電流によって作られる磁場の分布を測定する測定手段と、
前記観測対象物の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定手段と、
前記設定手段によって前記電流経路が設定されるたびに、当該電流経路に基づく磁場の分布と、前記測定手段により測定される前記磁場の分布との差分を算出する算出手段と、
前記設定手段により設定される前記電流経路のうち前記差分が最小となる電流経路を前記観測対象物の電流分布として推定する推定手段と、
を備える電流分布解析装置。 A current distribution analysis device for analyzing a current distribution of a current flowing through an observation target,
Measuring means for measuring the distribution of the magnetic field created by the current,
Setting means for sequentially setting a predetermined current path flowing through a part of the observation object,
Every time the current path is set by the setting means, a calculation means for calculating a difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field measured by the measuring means,
Of the current paths set by the setting means, the estimation means for estimating the current path having the smallest difference as the current distribution of the observation target,
A current distribution analysis device having a.
前記設定手段は、前記観測対象物の電流分布がスパースな特性を持つように定められた制約条件を満たす電流経路を順次設定する、
電流分布解析装置。 The current distribution analysis device according to claim 1,
The setting means sequentially sets current paths satisfying a constraint condition that the current distribution of the observation target has a sparse characteristic.
Current distribution analyzer.
前記設定手段は、前記制約条件として前記電流経路を示す電流ベクトルのノルムが所定の制限値以下となるよう、前記電流経路の各々を設定する、
電流分布解析装置。 The current distribution analysis device according to claim 2, wherein
The setting means sets each of the current paths such that the norm of the current vector indicating the current path is equal to or less than a predetermined limit value as the constraint condition.
Current distribution analyzer.
前記設定手段は、前記ノルムとして前記電流ベクトルの各成分の絶対値の和を算出する、
電流分布解析装置。 The current distribution analysis device according to claim 3,
The setting means calculates the sum of absolute values of the components of the current vector as the norm,
Current distribution analyzer.
前記設定手段は、前記ノルムとして前記電流ベクトルの各成分の二乗和の平方根を算出する、
電流分布解析装置。 The current distribution analysis device according to claim 3,
The setting means calculates the square root of the sum of squares of each component of the current vector as the norm,
Current distribution analyzer.
前記電流ベクトルをＩとし、前記所定の制限値をεとし、前記測定手段によって測定される前記磁場の分布をＨｍとし、前記電流ベクトルに基づく磁場の分布をｆ（Ｉ）とした場合に、前記差分が最小となる電流経路は、式（１）に従って推定される、
When the current vector is I, the predetermined limit value is ε, the magnetic field distribution measured by the measuring means is Hm, and the magnetic field distribution based on the current vector is f(I), The current path with the smallest difference is estimated according to equation (1),
前記電流によって作られる磁場の分布を取得する取得ステップと、
前記観測対象物の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定ステップと、
前記設定ステップにおいて前記電流経路が設定されるたびに、当該電流経路に基づく磁場の分布と前記取得ステップで取得される前記磁場の分布との差分を算出する算出ステップと、
前記設定ステップで設定される前記電流経路のうち前記差分が最小となる電流経路を前記観測対象物の電流分布として推定する推定ステップと、
を備える電流分布解析方法。 A current distribution analysis method for analyzing a current distribution of a current flowing through an observation target,
An acquisition step of acquiring the distribution of the magnetic field created by the current,
A setting step of sequentially setting a predetermined current path flowing through a part of the observation target,
Every time the current path is set in the setting step, a calculation step of calculating a difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field acquired in the acquisition step,
An estimation step of estimating, as the current distribution of the observation target, a current path having the minimum difference among the current paths set in the setting step,
A current distribution analysis method comprising:
前記電流によって作られる磁場の分布を取得する取得ステップと、
前記観測対象物の一部に流れる所定の電流経路を順次設定する設定ステップと、
前記設定ステップにおいて前記電流経路が設定されるたびに、当該電流経路に基づく磁場の分布と、前記取得ステップで取得される前記磁場の分布との差分を算出する算出ステップと、
前記設定ステップで設定される前記電流経路のうち前記差分が最小となる電流経路を前記観測対象物の電流分布として推定する推定ステップと、
を実行させるためのプログラム。 A computer that analyzes the current distribution of the current flowing through the observation target,
An acquisition step of acquiring the distribution of the magnetic field created by the current,
A setting step of sequentially setting a predetermined current path flowing through a part of the observation target,
Every time the current path is set in the setting step, a calculation step of calculating a difference between the distribution of the magnetic field based on the current path and the distribution of the magnetic field acquired in the acquisition step,
An estimation step of estimating, as the current distribution of the observation target, a current path having the minimum difference among the current paths set in the setting step,
A program to execute.
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