JP3690331B2 - 磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法に係り、詳しくは、１つの磁界検出素子で３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の受動部品、能動部品等がプリント配線基板に実装されて組み立てられたＭＣＭ（Multi-Chip-Module:マルチチップモジュール）等を含む各種電子機器の動作時に、電子機器から各部品等を発生源とした磁界が発生する。この磁界はその電子機器の周囲の近傍に存在している他の電子機器に作用して誤動作を引き起こす等の悪影響を与えるので、対策上、その近傍磁界を検出して磁界の大きさを計測する必要がある。このために、磁界検出素子が用いられる。磁界検出素子を用いて磁界の大きさを計測する場合、高精度の計測を行うには、磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要がある。
【０００３】
図８は、従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。同磁界検出素子５０は、同図に示すように、セミリッジドケーブルループ（Semi-Rigid Cable Loop）と称されて、同軸ケーブルから成るセミリッジドケーブル５１が用いられ、その先端部にはループ５２が形成されている。符号５３は、芯線を示している。また、図９は、従来の他の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。同磁界検出素子５５は、同図に示すように、プリント配線基板型ループと称されて、プリント配線基板５６上に形成された配線５７の先端部にループ５８が形成されている。
【０００４】
ここで、図８及び図９に示した従来の磁界検出素子５０、５５はいずれも、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向に分布する磁界成分のうち、１つの次元方向に沿った磁界成分を検出する１次元磁界検出素子として動作する。したがって、それらの磁界検出素子５０又は５５を１つのみ用いてＸ、Ｙ軸方向の２次元方向の磁界成分を検出する場合には、図１０（ａ）に示すように、１つの磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向とＹ軸方向との間を空間的に９０度だけ回転させる必要がある。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、磁界検出素子５０又は５５を２つ用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に配置させる必要がある。さらに、磁界検出素子５０又は５５を１つのみ用いて３次元方向の磁界を検出する場合には、１つの磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させるか、磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに３つ配置させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の磁界検出素子では、２次元方向あるいは３次元方向に沿った磁界成分を検出する場合には、それぞれ次に説明するような問題がある。
まず、２次元方向に沿った磁界成分を検出する場合で、１つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向とＹ軸方向との間を空間的に９０度だけ回転させる方法は、回転角度を機械的に高精度で制御しなければならず、計測に時間を費やすので、高速計測が困難になる。また、２つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に配置させる方法は、各磁界検出素子のサイズの制約により互いの磁界検出素子の中心を接近させるように配置できないので、空間分解能を向上させることが困難になる。
【０００６】
次に、３次元方向の磁界成分を検出する場合で、１つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させる方法は、相互の位置関係が複雑になるので、計測可能に回転角度を機械的に高精度で制御するには無理が生ずる。また、３つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに配置させる方法は、２次元計測の場合よりもさらに各磁界検出素子のサイズの制約を受けるようになるので、空間分解能を向上させることが不可能になる。
【０００７】
前述したように、各種電子機器から発生する近傍磁界の大きさを磁界検出素子を用いて計測する場合、高精度の計測を行うには、磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要があるので、複雑な制御動作を必要としないように、１つの磁界検出素子を用いるだけで、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができることが要望されている。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができるようにした磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、空間に分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出素子に係り、多層プリント配線基板に、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが形成され、上記第１ループ配線、上記第２ループ配線及び上記第３ループ配線が互いに直交する配置となるように形成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線のうち、１つのループ配線が上記多層プリント配線基板に形成された平面配線から構成される一方、他の２つのループ配線が上記多層プリント配線基板に形成された平面配線と、上記多層プリント配線基板に上記平面配線と直交するように形成されたスルーホール配線との組み合わせから構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線のそれぞれの一方の端部が、上記多層プリント配線基板に形成されたグランド配線に接続されたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の磁界検出素子に係り、上記多層プリント配線基板に形成される配線の層数が３層以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線と該ループ配線に接続されるコネクタとの配線構造が、コプレーナ型、ストリップライン型あるいはマイクロストリップライン型であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、上記第１乃至第３ループ配線にそれぞれ接続されて各ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する第１高周波アンプ、第２高周波アンプ及び第３高周波アンプと、上記第１乃至第３高周波アンプにそれぞれ接続されて上記第１乃至第３ループ配線で検出された磁界成分を測定する第１スペクトルアナライザ、第２スペクトルアナライザ及び第３スペクトルアナライザと、上記第１乃至第３高周波アンプ及び上記第１乃至第３スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、上記第１乃至第３ループ配線に共通に接続されて各ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を切り替えるスイッチと、上記スイッチの切り替え動作を制御するスイッチドライバと、上記スイッチに接続されて上記各高周波信号を増幅する高周波アンプと、上記高周波アンプに接続されて上記第１乃至第３ループ配線で検出された各磁界成分を測定するスペクトルアナライザと、上記スイッチ、上記スイッチドライバ、上記高周波アンプ及び上記スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測方法に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて測定物に接近させる段階と、上記第１乃至第３ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する段階と、上記増幅後の高周波信号を分析することにより上記第１乃至第３ループ配線で検出されたそれぞれの磁界成分を測定する段階とを含むことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である磁界検出素子の構成を概略的に示す図、図２は同磁界検出素子を組み立てる多層プリント配線基板の主要部を構成する配線層を示す平面図、図３は同磁界検出素子の長さ方向に沿った構成を示す断面図、図４は同磁界検出素子の主要部の構成を示す断面図である。
この例の磁界検出素子１０は、図１に示すように、多層プリント配線基板４に、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが形成され、第１ループ配線１、第２ループ配線３及び第３ループ配線４が互いに直交する配置となるように形成されている。
ここで、第１ループ配線１、第２ループ配線２及び第３ループ配線３は、具体的には、以下に説明するように絶縁層（誘電体）に形成された導電層から成る配線により構成される。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部５Ａ及び大幅部５Ｂを有する擬似長方形状の第１絶縁層５の表面には、印刷により銅等から成る平面配線（上記表面に平面的に形成された配線）である第１層配線８が形成され、この第１層配線８は第１絶縁層５の表面の略中央部に形成された直線状の配線１１と、この直線状の配線１１の周囲に形成されたグランド配線１２とを構成している。また、直線状の配線１１の先端部にループ１３が形成されて、このループ１３の端部はグランド配線１２に接続されている。
以上により、ともに第１絶縁層５の表面に形成された第１層配線８である直線状の配線１１及びループ１３によって、前述の第３ループ配線３（Ｚ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。図４（ａ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面構造を示している。また、第３ループ配線３の端子となる直線状の配線１１には、コネクタ２３がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。なお、コネクタ２３の位置は概略的に示し、実際の構造とは異なっている。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部５Ａ及び大幅部５Ｂを有する擬似長方形状の第１絶縁層５の他の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第２層配線１５が形成され、この第２層配線１５は第１の絶縁層５の他の表面の略中央部に形成された直線状の配線１６と、この直線状の配線１６の周囲に形成されたグランド配線１７とを構成している。また、直線状の配線１６の先端部には、後述するようなループ１８の一部を構成する配線１６Ａ、１６Ｂが形成されて、配線１６Ｂはグランド配線１７に接続されている。図４（ｂ）は、図２（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視断面構造を示している。図４（ｂ）から明らかなように、第１絶縁層５上には第２絶縁層（図２では図示せず）６が積層されて、この第２絶縁層６には上記配線１６Ａ、１６Ｂに接続されるスルーホール配線１９Ａ、１９Ｂが形成されている。そして、第２絶縁層６の表面には、図４（ｂ）に示すように、印刷により銅等から成る平面配線である第３層配線２０が形成され、この第３層配線２０は上記スルーホール配線１９Ａ、１９Ｂを相互に接続している。
【００２０】
以上により、第１絶縁層５の他の表面に形成された第２層配線１５である直線状の配線１６Ａ、１６Ｂと第２絶縁層６の表面に形成された第３層配線２０及び第２絶縁層６に形成されたスルーホール配線１９Ａ、１９Ｂによりループ１８が形成され、このループ１８及び直線状の配線１６によって、前述の第１ループ配線１（Ｘ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。また、第１ループ配線１の端子となる直線状の配線１６には、コネクタ２１がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部７Ａ及び大幅部７Ｂを有する擬似長方形状の第３絶縁層７の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第４層配線２５が形成され、この第４層配線２５は第３絶縁層７の表面の略中央部に形成された直線状の配線２６と、この直線状の配線２６の周囲に形成されたグランド配線２７とを構成している。また、直線状の配線２６の先端部には、後述するようなループ２８の一部を構成する配線２６Ａ、２６Ｂが形成されて、この配線２６Ｂはグランド配線２７に接続されている。
図４（ｃ）は、図２（ｃ）におけるＣ−Ｃ矢視断面構造を示している。図４（ｃ）から明らかなように、第２絶縁層６上には第３絶縁層７が積層されて、この第３絶縁層７には上記配線２６に接続されるスルーホール配線２９Ａ、２９Ｂが形成されている。そして、第２絶縁層６の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第３層配線２０が形成され、この第３層配線２０は上記スルーホール配線２９Ａ、２９Ｂを相互に接続している。
【００２２】
以上により、第３絶縁層７の表面に形成された第４層配線２５である直線状の配線２６と第２絶縁層６の表面に形成された第３層配線２０及び第３絶縁層７に形成されたスルーホール配線２９Ａ、２９Ｂによりループ２８が形成され、このループ２８及び直線状の配線２６によって、前述の第２ループ配線２（Ｙ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。また、第２ループ配線２の端子となる直線状の配線２６には、コネクタ２２がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。なお、図３は、第１層配線８、第２配線１５、第３配線２０及び第４配線２５を多層プリント配線基板４に積層した構造における長さ方向に沿った構成を示している。
【００２３】
この例の磁界検出素子１０を構成する第１ループ配線１、第２ループ配線２及び第３ループ配線３のサイズは略等しくなるように形成される。また、各ループ配線１〜３の一方の端部は、グランド配線に共通に接続される。第１絶縁層５、第２絶縁層６及び第３絶縁層７の材料としては、例えばガラスエポキシが用いられる。また、第１層配線８、第２層配線１５、第３層配線２０及び第４層配線２５の材料としては、例えば銅を用いて配線膜厚を５〜２５μｍに形成する。また、信号配線として働く各直線状の配線１１、１６、２６の配線幅は０．１〜０．２ｍｍに形成する。また、各ループ配線１〜３のそれぞれのループ１３、１８、２８の開口面積は、（０．２〜０．３）ｍｍ×（０．３〜０．５）ｍｍに形成する。また、各スルーホール配線１９Ａ、１９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂの穴径は０．１〜０．２ｍｍに形成する。さらに、磁界検出素子１０を構成する小幅部５Ａ、７Ａの寸法は４〜６ｍｍに、大幅部５Ｂ、７Ｂの寸法は１８〜２２ｍｍに、長さ方向Ｘの寸法は７０〜９０ｍｍに形成する。また、各ループ配線１〜３と各コネクタ２１〜２３との配線構造は、特性インピーダンスが５０Ωのコプレーナ型になるように設定する。
【００２４】
このように、この例の磁界検出素子１０によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とを各ループ配線１〜３が互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成したので、高精度の計測を行うために磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する場合でも、１つの磁界検出素子を用いるだけで、複雑な制御動作を不要とすることができる。
したがって、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができる。
【００２５】
◇第２実施例
図５は、この発明の第２実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。この例の磁界計測装置は、第１の実施例である磁界検出素子を用いて構成した点を特徴としている。
この例の磁界計測装置３０は、図５に示すように、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０と、第１乃至第３ループ配線１〜３にそれぞれ各コネクタ２１〜２３を介して高周波ケーブルにより接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する第１高周波アンプ３１、第２高周波アンプ３２及び第３高周波アンプ３３と、第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３にそれぞれ高周波ケーブルにより接続されて第１乃至第３ループ配線１〜３で検出された磁界成分を測定する第１スペクトルアナライザ３４、第２スペクトルアナライザ３５及び第３スペクトルアナライザ３６と、第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３及び第１乃至第３スペクトルアナライザ３４〜３６を含む全体の制御動作（ＧＰＩＢ制御：General Purpose-Interface Bus）を行うＰＣ（Personal Computer）コントローラ（制御手段）３７とを備えている。
【００２６】
ここで、測定物３８として、絶縁基板３９上に膜厚が略２０μｍで、幅（Ｘ軸方向の寸法）が略０．５ｍｍの信号配線４１を形成したマイクロストリップライン配線構造を用意して、磁界検出素子１０をこの測定物３８に接近させるように配置する。
【００２７】
このように、この例の磁界計測装置３０によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０を用いて磁界計測装置を構成するようにしたので、１つの磁界検出素子を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させるように構成したもののように相互の位置関係が複雑にならず、また３つの磁界検出素子を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに配置させるように構成したもののように各磁界検出素子のサイズの制約を受けることがなくなるため、磁界計測装置の構成を簡略化することができる。
【００２８】
次に、図５を参照して、この例の磁界計測装置３０を用いた磁界計測方法について説明する。
まず、測定物３８であるマイクロストリップライン配線構造の信号配線４１と接地との間に、電圧５００ｍＶ、周波数１００ＭＨｚの高周波信号４２を入力した状態で、磁界検出素子１０を接近させ、Ｘ軸方向に移動しながらＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。
ＰＣコントローラ３７の制御の基に、第１乃至第３ループ配線１〜３で検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁界成分に基づいた高周波信号をそれぞれ第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３に入力して増幅した後、それぞれ第１乃至第３スペクトルアナライザ３４〜３６に入力して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。これにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような、磁界計測結果が得られた。
【００２９】
図７（ａ）は第１ループ配線１によって計測したＸ軸方向の磁界成分Ｈｘの大きさを示し、図７（ｂ）は第２ループ配線２によって計測したＹ軸方向の磁界成分Ｈｙの大きさを示し、図７（ｃ）は第３ループ配線３によって計測したＺ軸方向の磁界成分Ｈｚの大きさを示している。なお、図７（ａ）〜（ｃ）において、縦軸はスペクトルアナライザの出力を、横軸はＸ軸方向の移動距離を示している。この例の磁界計測方法によれば、３次元方向の磁界成分を計測する時間は、１つの位置において略２００ｍｓ（ミリセコンド）以下に短縮することができた。この点で、従来の磁界計測方法では、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要があるので、複雑な制御動作を行わなければならず、略１秒以上の時間を費やしていた。
【００３０】
このように、この例の磁界計測方法によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０を用いて磁界計測を行うようにしたので、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを同時に計測することができるため、高速で計測することができる。
【００３１】
◇第３実施例
図６は、この発明の第３実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。この第３実施例の磁界計測装置の構成が、上述の第２実施例のそれと大きく異なるところは、高周波アンプ及びスペクトルアナライザの共通化を図るようにした点である。
この例の磁界計測装置４０は、図６に示すように、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された磁界検出素子１０と、第１乃至第３ループ配線１〜３にそれぞれ各コネクタ２１〜２３を介して高周波ケーブルにより共通に接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を切り替えるスイッチ４３と、スイッチ４３の切り替え動作を制御するスイッチドライバ４４と、スイッチ４３に高周波ケーブルにより接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する高周波アンプ４５と、高周波アンプ４５に高周波ケーブルにより接続されて第１乃至第３ループ配線１〜３で検出された各磁界成分を測定するスペクトルアナライザ４６と、スイッチ４３、スイッチドライバ４４、高周波アンプ４５及びスペクトルアナライザ４６を含む全体の制御動作を行うＰＣコントローラ３７とを備えている。
【００３２】
このように、この例の磁界計測装置４０によれば、第２実施例の構成の磁界計測装置３０に比較して、１つの高周波アンプ４５及び１つのスペクトルアナライザ４６を用いて、高周波アンプ及びスペクトルアナライザの共通化を図るようにしたので、磁界計測装置の構成をより簡略化することができる。
【００３３】
次に、図６を参照して、この例の磁界計測装置４０を用いた磁界計測方法について説明する。
前述の磁界計測方法と同様に、測定物３８であるマイクロストリップライン配線構造の信号配線４１と接地との間に、電圧５００ｍＶ、周波数１００ＭＨｚの高周波信号４２を入力した状態で、磁界検出素子１０を接近させ、Ｘ軸方向に移動しながらＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。
ＰＣコントローラ３７の制御の基に、第１乃至第３ループ配線１〜３で検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁界成分に基づいた高周波信号をスイッチ４３で切り替えてそれぞれ高周波アンプ４５に入力して増幅した後、それぞれスペクトルアナライザ４６に入力して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。これにより、前述の磁界計測方法と略同様に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような、磁界計測結果が得られた。
【００３４】
このように、この例の構成によっても、第２実施例において述べたのと略同様な効果を得ることができる。
【００３５】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、実施例では、第１層配線を利用して第３ループ配線を形成し、第３層配線及び第４層配線を利用して第２ループ配線を形成し、さらに第２層配線及び第３層配線を利用して第１ループ配線を形成する例で説明したが、多層プリント配線基板に互いに直交する配置となるように第１乃至第３ループ配線が形成されている構成になっていれば、配線の層数あるいは絶縁層の層数等は特に限定されない。また、各ループ配線に接続されるコネクタとの配線構造は、特性インピーダンスが５０Ωに設定されていれば、コプレーナ型に限らずストリップライン型、あるいはマイクロストリップライン型を用いることができる。また、各配線膜厚、配線幅、各ループ配線のループの開口面積等の値は一例を示したものであり、用途、目的等によって変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の磁界検出素子によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とを各ループ配線が互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成したので、高精度の計測を行うために磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する場合でも、１つの磁界検出素子を用いるだけで、複雑な制御動作を不要とすることができる。
また、この発明の磁界計測装置によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて磁界計測装置を構成するようにしたので、磁界計測装置の構成を簡略化することができる。また、この発明の磁界計測方法によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて磁界計測を行うようにしたので、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを同時に計測することができる
したがって、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である磁界検出素子の構成を概略的に示す図である。
【図２】同磁界検出素子を組み立てる多層プリント配線基板の主要部を構成する配線層を示す平面図である。
【図３】同磁界検出素子の長さ方向に沿った構成を示す断面図である。
【図４】同磁界検出素子の主要部の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の第２実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の第３実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の磁界計測方法によって得られた磁界計測結果を示す図である。
【図８】従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。
【図９】従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。
【図１０】従来の磁界検出素子を用いて複数の次元の磁界成分を検出する方法を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ループ配線（Ｘ軸方向に沿った磁界成分検出用）
２ 第２ループ配線（Ｙ軸方向に沿った磁界成分検出用）
３ 第３ループ配線（Ｚ軸方向に沿った磁界成分検出用）
４ 多層プリント配線基板
５ 第１絶縁層
５Ａ、７Ａ 小幅部
５Ｂ、７Ｂ 大幅部
６ 第２絶縁層
７ 第３絶縁層
８ 第１層配線
１０ 磁界検出素子
１１、１６、２６ 直線状の配線
１２、１７、２７ グランド配線
１３、１８、２８ ループ
１５ 第２層配線
１９Ａ、１９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ スルーホール配線
２０ 第３層配線
２１〜２３ コネクタ
２５ 第４層配線
３０、４０ 磁界計測装置
３１〜３３、４５ 高周波アンプ
３４〜３６、４６ スペクトルアナライザ
３７ ＰＣコントローラ
３８ 測定物
４１ 信号配線
４２ 高周波信号（入力電圧）
４３ スイッチ
４４ スイッチドライバ
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法に係り、詳しくは、１つの磁界検出素子で３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多数の受動部品、能動部品等がプリント配線基板に実装されて組み立てられたＭＣＭ（Multi-Chip-Module:マルチチップモジュール）等を含む各種電子機器の動作時に、電子機器から各部品等を発生源とした磁界が発生する。この磁界はその電子機器の周囲の近傍に存在している他の電子機器に作用して誤動作を引き起こす等の悪影響を与えるので、対策上、その近傍磁界を検出して磁界の大きさを計測する必要がある。このために、磁界検出素子が用いられる。磁界検出素子を用いて磁界の大きさを計測する場合、高精度の計測を行うには、磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要がある。
【０００３】
図８は、従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。同磁界検出素子５０は、同図に示すように、セミリッジドケーブルループ（Semi-Rigid Cable Loop）と称されて、同軸ケーブルから成るセミリッジドケーブル５１が用いられ、その先端部にはループ５２が形成されている。符号５３は、芯線を示している。また、図９は、従来の他の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。同磁界検出素子５５は、同図に示すように、プリント配線基板型ループと称されて、プリント配線基板５６上に形成された配線５７の先端部にループ５８が形成されている。
【０００４】
ここで、図８及び図９に示した従来の磁界検出素子５０、５５はいずれも、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向に分布する磁界成分のうち、１つの次元方向に沿った磁界成分を検出する１次元磁界検出素子として動作する。したがって、それらの磁界検出素子５０又は５５を１つのみ用いてＸ、Ｙ軸方向の２次元方向の磁界成分を検出する場合には、図１０（ａ）に示すように、１つの磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向とＹ軸方向との間を空間的に９０度だけ回転させる必要がある。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、磁界検出素子５０又は５５を２つ用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に配置させる必要がある。さらに、磁界検出素子５０又は５５を１つのみ用いて３次元方向の磁界を検出する場合には、１つの磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させるか、磁界検出素子５０又は５５をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに３つ配置させる必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の磁界検出素子では、２次元方向あるいは３次元方向に沿った磁界成分を検出する場合には、それぞれ次に説明するような問題がある。
まず、２次元方向に沿った磁界成分を検出する場合で、１つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向とＹ軸方向との間を空間的に９０度だけ回転させる方法は、回転角度を機械的に高精度で制御しなければならず、計測に時間を費やすので、高速計測が困難になる。また、２つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に配置させる方法は、各磁界検出素子のサイズの制約により互いの磁界検出素子の中心を接近させるように配置できないので、空間分解能を向上させることが困難になる。
【０００６】
次に、３次元方向の磁界成分を検出する場合で、１つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させる方法は、相互の位置関係が複雑になるので、計測可能に回転角度を機械的に高精度で制御するには無理が生ずる。また、３つの磁界検出素子５０又は５５を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに配置させる方法は、２次元計測の場合よりもさらに各磁界検出素子のサイズの制約を受けるようになるので、空間分解能を向上させることが不可能になる。
【０００７】
前述したように、各種電子機器から発生する近傍磁界の大きさを磁界検出素子を用いて計測する場合、高精度の計測を行うには、磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要があるので、複雑な制御動作を必要としないように、１つの磁界検出素子を用いるだけで、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができることが要望されている。
【０００８】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができるようにした磁界検出素子及び磁界計測装置並びに磁界計測方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、空間に分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出素子に係り、多層プリント配線基板に、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが形成され、上記第１ループ配線、上記第２ループ配線及び上記第３ループ配線が互いに直交する配置となるように形成されたことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線のうち、１つのループ配線が上記多層プリント配線基板に形成された平面配線から構成される一方、他の２つのループ配線が上記多層プリント配線基板に形成された平面配線と、上記多層プリント配線基板に上記平面配線と直交するように形成されたスルーホール配線との組み合わせから構成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線のそれぞれの一方の端部が、上記多層プリント配線基板に形成されたグランド配線に接続されたことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１、２又は３記載の磁界検出素子に係り、上記多層プリント配線基板に形成される配線の層数が３層以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の磁界検出素子に係り、上記第１乃至第３ループ配線と該ループ配線に接続されるコネクタとの配線構造が、コプレーナ型、ストリップライン型あるいはマイクロストリップライン型であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、上記第１乃至第３ループ配線にそれぞれ接続されて各ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する第１高周波アンプ、第２高周波アンプ及び第３高周波アンプと、上記第１乃至第３高周波アンプにそれぞれ接続されて上記第１乃至第３ループ配線で検出された磁界成分を測定する第１スペクトルアナライザ、第２スペクトルアナライザ及び第３スペクトルアナライザと、上記第１乃至第３高周波アンプ及び上記第１乃至第３スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、上記第１乃至第３ループ配線に共通に接続されて各ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を切り替えるスイッチと、上記スイッチの切り替え動作を制御するスイッチドライバと、上記スイッチに接続されて上記各高周波信号を増幅する高周波アンプと、上記高周波アンプに接続されて上記第１乃至第３ループ配線で検出された各磁界成分を測定するスペクトルアナライザと、上記スイッチ、上記スイッチドライバ、上記高周波アンプ及び上記スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測方法に係り、上記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、上記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、上記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて測定物に接近させる段階と、上記第１乃至第３ループ配線で検出された上記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する段階と、上記増幅後の高周波信号を分析することにより上記第１乃至第３ループ配線で検出されたそれぞれの磁界成分を測定する段階とを含むことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。説明は実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
図１は、この発明の第１実施例である磁界検出素子の構成を概略的に示す図、図２は同磁界検出素子を組み立てる多層プリント配線基板の主要部を構成する配線層を示す平面図、図３は同磁界検出素子の長さ方向に沿った構成を示す断面図、図４は同磁界検出素子の主要部の構成を示す断面図である。
この例の磁界検出素子１０は、図１に示すように、多層プリント配線基板４に、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが形成され、第１ループ配線１、第２ループ配線３及び第３ループ配線４が互いに直交する配置となるように形成されている。
ここで、第１ループ配線１、第２ループ配線２及び第３ループ配線３は、具体的には、以下に説明するように絶縁層（誘電体）に形成された導電層から成る配線により構成される。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部５Ａ及び大幅部５Ｂを有する擬似長方形状の第１絶縁層５の表面には、印刷により銅等から成る平面配線（上記表面に平面的に形成された配線）である第１層配線８が形成され、この第１層配線８は第１絶縁層５の表面の略中央部に形成された直線状の配線１１と、この直線状の配線１１の周囲に形成されたグランド配線１２とを構成している。また、直線状の配線１１の先端部にループ１３が形成されて、このループ１３の端部はグランド配線１２に接続されている。
以上により、ともに第１絶縁層５の表面に形成された第１層配線８である直線状の配線１１及びループ１３によって、前述の第３ループ配線３（Ｚ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。図４（ａ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面構造を示している。また、第３ループ配線３の端子となる直線状の配線１１には、コネクタ２３がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。なお、コネクタ２３の位置は概略的に示し、実際の構造とは異なっている。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部５Ａ及び大幅部５Ｂを有する擬似長方形状の第１絶縁層５の他の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第２層配線１５が形成され、この第２層配線１５は第１の絶縁層５の他の表面の略中央部に形成された直線状の配線１６と、この直線状の配線１６の周囲に形成されたグランド配線１７とを構成している。また、直線状の配線１６の先端部には、後述するようなループ１８の一部を構成する配線１６Ａ、１６Ｂが形成されて、配線１６Ｂはグランド配線１７に接続されている。図４（ｂ）は、図２（ｂ）におけるＢ−Ｂ矢視断面構造を示している。図４（ｂ）から明らかなように、第１絶縁層５上には第２絶縁層（図２では図示せず）６が積層されて、この第２絶縁層６には上記配線１６Ａ、１６Ｂに接続されるスルーホール配線１９Ａ、１９Ｂが形成されている。そして、第２絶縁層６の表面には、図４（ｂ）に示すように、印刷により銅等から成る平面配線である第３層配線２０が形成され、この第３層配線２０は上記スルーホール配線１９Ａ、１９Ｂを相互に接続している。
【００２０】
以上により、第１絶縁層５の他の表面に形成された第２層配線１５である直線状の配線１６Ａ、１６Ｂと第２絶縁層６の表面に形成された第３層配線２０及び第２絶縁層６に形成されたスルーホール配線１９Ａ、１９Ｂによりループ１８が形成され、このループ１８及び直線状の配線１６によって、前述の第１ループ配線１（Ｘ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。また、第１ループ配線１の端子となる直線状の配線１６には、コネクタ２１がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。
【００２１】
図２（ｃ）に示すように、長さ方向に沿って小幅部７Ａ及び大幅部７Ｂを有する擬似長方形状の第３絶縁層７の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第４層配線２５が形成され、この第４層配線２５は第３絶縁層７の表面の略中央部に形成された直線状の配線２６と、この直線状の配線２６の周囲に形成されたグランド配線２７とを構成している。また、直線状の配線２６の先端部には、後述するようなループ２８の一部を構成する配線２６Ａ、２６Ｂが形成されて、この配線２６Ｂはグランド配線２７に接続されている。
図４（ｃ）は、図２（ｃ）におけるＣ−Ｃ矢視断面構造を示している。図４（ｃ）から明らかなように、第２絶縁層６上には第３絶縁層７が積層されて、この第３絶縁層７には上記配線２６に接続されるスルーホール配線２９Ａ、２９Ｂが形成されている。そして、第２絶縁層６の表面には、印刷により銅等から成る平面配線である第３層配線２０が形成され、この第３層配線２０は上記スルーホール配線２９Ａ、２９Ｂを相互に接続している。
【００２２】
以上により、第３絶縁層７の表面に形成された第４層配線２５である直線状の配線２６と第２絶縁層６の表面に形成された第３層配線２０及び第３絶縁層７に形成されたスルーホール配線２９Ａ、２９Ｂによりループ２８が形成され、このループ２８及び直線状の配線２６によって、前述の第２ループ配線２（Ｙ軸方向に沿った磁界成分検出用）が構成される。また、第２ループ配線２の端子となる直線状の配線２６には、コネクタ２２がコプレーナ型の配線構造を構成するように接続される。なお、図３は、第１層配線８、第２配線１５、第３配線２０及び第４配線２５を多層プリント配線基板４に積層した構造における長さ方向に沿った構成を示している。
【００２３】
この例の磁界検出素子１０を構成する第１ループ配線１、第２ループ配線２及び第３ループ配線３のサイズは略等しくなるように形成される。また、各ループ配線１〜３の一方の端部は、グランド配線に共通に接続される。第１絶縁層５、第２絶縁層６及び第３絶縁層７の材料としては、例えばガラスエポキシが用いられる。また、第１層配線８、第２層配線１５、第３層配線２０及び第４層配線２５の材料としては、例えば銅を用いて配線膜厚を５〜２５μｍに形成する。また、信号配線として働く各直線状の配線１１、１６、２６の配線幅は０．１〜０．２ｍｍに形成する。また、各ループ配線１〜３のそれぞれのループ１３、１８、２８の開口面積は、（０．２〜０．３）ｍｍ×（０．３〜０．５）ｍｍに形成する。また、各スルーホール配線１９Ａ、１９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂの穴径は０．１〜０．２ｍｍに形成する。さらに、磁界検出素子１０を構成する小幅部５Ａ、７Ａの寸法は４〜６ｍｍに、大幅部５Ｂ、７Ｂの寸法は１８〜２２ｍｍに、長さ方向Ｘの寸法は７０〜９０ｍｍに形成する。また、各ループ配線１〜３と各コネクタ２１〜２３との配線構造は、特性インピーダンスが５０Ωのコプレーナ型になるように設定する。
【００２４】
このように、この例の磁界検出素子１０によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とを各ループ配線１〜３が互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成したので、高精度の計測を行うために磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する場合でも、１つの磁界検出素子を用いるだけで、複雑な制御動作を不要とすることができる。
したがって、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができる。
【００２５】
◇第２実施例
図５は、この発明の第２実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。この例の磁界計測装置は、第１の実施例である磁界検出素子を用いて構成した点を特徴としている。
この例の磁界計測装置３０は、図５に示すように、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０と、第１乃至第３ループ配線１〜３にそれぞれ各コネクタ２１〜２３を介して高周波ケーブルにより接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する第１高周波アンプ３１、第２高周波アンプ３２及び第３高周波アンプ３３と、第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３にそれぞれ高周波ケーブルにより接続されて第１乃至第３ループ配線１〜３で検出された磁界成分を測定する第１スペクトルアナライザ３４、第２スペクトルアナライザ３５及び第３スペクトルアナライザ３６と、第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３及び第１乃至第３スペクトルアナライザ３４〜３６を含む全体の制御動作（ＧＰＩＢ制御：General Purpose-Interface Bus）を行うＰＣ（Personal Computer）コントローラ（制御手段）３７とを備えている。
【００２６】
ここで、測定物３８として、絶縁基板３９上に膜厚が略２０μｍで、幅（Ｘ軸方向の寸法）が略０．５ｍｍの信号配線４１を形成したマイクロストリップライン配線構造を用意して、磁界検出素子１０をこの測定物３８に接近させるように配置する。
【００２７】
このように、この例の磁界計測装置３０によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０を用いて磁界計測装置を構成するようにしたので、１つの磁界検出素子を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の間で互いに空間的に９０度だけ回転させるように構成したもののように相互の位置関係が複雑にならず、また３つの磁界検出素子を用いてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれに配置させるように構成したもののように各磁界検出素子のサイズの制約を受けることがなくなるため、磁界計測装置の構成を簡略化することができる。
【００２８】
次に、図５を参照して、この例の磁界計測装置３０を用いた磁界計測方法について説明する。
まず、測定物３８であるマイクロストリップライン配線構造の信号配線４１と接地との間に、電圧５００ｍＶ、周波数１００ＭＨｚの高周波信号４２を入力した状態で、磁界検出素子１０を接近させ、Ｘ軸方向に移動しながらＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。
ＰＣコントローラ３７の制御の基に、第１乃至第３ループ配線１〜３で検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁界成分に基づいた高周波信号をそれぞれ第１乃至第３高周波アンプ３１〜３３に入力して増幅した後、それぞれ第１乃至第３スペクトルアナライザ３４〜３６に入力して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。これにより、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような、磁界計測結果が得られた。
【００２９】
図７（ａ）は第１ループ配線１によって計測したＸ軸方向の磁界成分Ｈｘの大きさを示し、図７（ｂ）は第２ループ配線２によって計測したＹ軸方向の磁界成分Ｈｙの大きさを示し、図７（ｃ）は第３ループ配線３によって計測したＺ軸方向の磁界成分Ｈｚの大きさを示している。なお、図７（ａ）〜（ｃ）において、縦軸はスペクトルアナライザの出力を、横軸はＸ軸方向の移動距離を示している。この例の磁界計測方法によれば、３次元方向の磁界成分を計測する時間は、１つの位置において略２００ｍｓ（ミリセコンド）以下に短縮することができた。この点で、従来の磁界計測方法では、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを計測する必要があるので、複雑な制御動作を行わなければならず、略１秒以上の時間を費やしていた。
【００３０】
このように、この例の磁界計測方法によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された第１実施例の磁界検出素子１０を用いて磁界計測を行うようにしたので、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを同時に計測することができるため、高速で計測することができる。
【００３１】
◇第３実施例
図６は、この発明の第３実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。この第３実施例の磁界計測装置の構成が、上述の第２実施例のそれと大きく異なるところは、高周波アンプ及びスペクトルアナライザの共通化を図るようにした点である。
この例の磁界計測装置４０は、図６に示すように、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線１と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線２と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線３とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板４に形成された磁界検出素子１０と、第１乃至第３ループ配線１〜３にそれぞれ各コネクタ２１〜２３を介して高周波ケーブルにより共通に接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を切り替えるスイッチ４３と、スイッチ４３の切り替え動作を制御するスイッチドライバ４４と、スイッチ４３に高周波ケーブルにより接続されて各ループ配線１〜３で検出された磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する高周波アンプ４５と、高周波アンプ４５に高周波ケーブルにより接続されて第１乃至第３ループ配線１〜３で検出された各磁界成分を測定するスペクトルアナライザ４６と、スイッチ４３、スイッチドライバ４４、高周波アンプ４５及びスペクトルアナライザ４６を含む全体の制御動作を行うＰＣコントローラ３７とを備えている。
【００３２】
このように、この例の磁界計測装置４０によれば、第２実施例の構成の磁界計測装置３０に比較して、１つの高周波アンプ４５及び１つのスペクトルアナライザ４６を用いて、高周波アンプ及びスペクトルアナライザの共通化を図るようにしたので、磁界計測装置の構成をより簡略化することができる。
【００３３】
次に、図６を参照して、この例の磁界計測装置４０を用いた磁界計測方法について説明する。
前述の磁界計測方法と同様に、測定物３８であるマイクロストリップライン配線構造の信号配線４１と接地との間に、電圧５００ｍＶ、周波数１００ＭＨｚの高周波信号４２を入力した状態で、磁界検出素子１０を接近させ、Ｘ軸方向に移動しながらＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。
ＰＣコントローラ３７の制御の基に、第１乃至第３ループ配線１〜３で検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の磁界成分に基づいた高周波信号をスイッチ４３で切り替えてそれぞれ高周波アンプ４５に入力して増幅した後、それぞれスペクトルアナライザ４６に入力して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向の磁界成分を計測した。これにより、前述の磁界計測方法と略同様に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すような、磁界計測結果が得られた。
【００３４】
このように、この例の構成によっても、第２実施例において述べたのと略同様な効果を得ることができる。
【００３５】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、実施例では、第１層配線を利用して第３ループ配線を形成し、第３層配線及び第４層配線を利用して第２ループ配線を形成し、さらに第２層配線及び第３層配線を利用して第１ループ配線を形成する例で説明したが、多層プリント配線基板に互いに直交する配置となるように第１乃至第３ループ配線が形成されている構成になっていれば、配線の層数あるいは絶縁層の層数等は特に限定されない。また、各ループ配線に接続されるコネクタとの配線構造は、特性インピーダンスが５０Ωに設定されていれば、コプレーナ型に限らずストリップライン型、あるいはマイクロストリップライン型を用いることができる。また、各配線膜厚、配線幅、各ループ配線のループの開口面積等の値は一例を示したものであり、用途、目的等によって変更することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の磁界検出素子によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とを各ループ配線が互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成したので、高精度の計測を行うために磁界が分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する場合でも、１つの磁界検出素子を用いるだけで、複雑な制御動作を不要とすることができる。
また、この発明の磁界計測装置によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて磁界計測装置を構成するようにしたので、磁界計測装置の構成を簡略化することができる。また、この発明の磁界計測方法によれば、Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて磁界計測を行うようにしたので、３次元方向のそれぞれの磁界成分の大きさを同時に計測することができる
したがって、空間分解能を低下させることなく、高速で３次元方向の磁界成分を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である磁界検出素子の構成を概略的に示す図である。
【図２】同磁界検出素子を組み立てる多層プリント配線基板の主要部を構成する配線層を示す平面図である。
【図３】同磁界検出素子の長さ方向に沿った構成を示す断面図である。
【図４】同磁界検出素子の主要部の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の第２実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の第３実施例である磁界計測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の磁界計測方法によって得られた磁界計測結果を示す図である。
【図８】従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。
【図９】従来の磁界検出素子を概略的に示す平面図である。
【図１０】従来の磁界検出素子を用いて複数の次元の磁界成分を検出する方法を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ループ配線（Ｘ軸方向に沿った磁界成分検出用）
２ 第２ループ配線（Ｙ軸方向に沿った磁界成分検出用）
３ 第３ループ配線（Ｚ軸方向に沿った磁界成分検出用）
４ 多層プリント配線基板
５ 第１絶縁層
５Ａ、７Ａ 小幅部
５Ｂ、７Ｂ 大幅部
６ 第２絶縁層
７ 第３絶縁層
８ 第１層配線
１０ 磁界検出素子
１１、１６、２６ 直線状の配線
１２、１７、２７ グランド配線
１３、１８、２８ ループ
１５ 第２層配線
１９Ａ、１９Ｂ、２９Ａ、２９Ｂ スルーホール配線
２０ 第３層配線
２１〜２３ コネクタ
２５ 第４層配線
３０、４０ 磁界計測装置
３１〜３３、４５ 高周波アンプ
３４〜３６、４６ スペクトルアナライザ
３７ ＰＣコントローラ
３８ 測定物
４１ 信号配線
４２ 高周波信号（入力電圧）
４３ スイッチ
４４ スイッチドライバ
Claims (8)
- 空間に分布しているＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を検出する磁界検出素子であって、
多層プリント配線基板に、前記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、前記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、前記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが形成され、前記第１ループ配線、前記第２ループ配線及び前記第３ループ配線が互いに直交する配置となるように形成されたことを特徴とする磁界検出素子。 - 前記第１乃至第３ループ配線のうち、１つのループ配線が前記多層プリント配線基板に形成された平面配線から構成される一方、他の２つのループ配線が前記多層プリント配線基板に形成された平面配線と、前記多層プリント配線基板に前記平面配線と直交するように形成されたスルーホール配線との組み合わせから構成されたことを特徴とする請求項１記載の磁界検出素子。
- 前記第１乃至第３ループ配線のそれぞれの一方の端部が、前記多層プリント配線基板に形成されたグランド配線に接続されたことを特徴とする請求項１又は２記載の磁界検出素子。
- 前記多層プリント配線基板に形成される配線の層数が３層以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁界検出素子。
- 前記第１乃至第３ループ配線と該ループ配線に接続されるコネクタとの配線構造が、コプレーナ型、ストリップライン型あるいはマイクロストリップライン型であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の磁界検出素子。
- 磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置であって、
前記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、前記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、前記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、
前記第１乃至第３ループ配線にそれぞれ接続されて各ループ配線で検出された前記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する第１高周波アンプ、第２高周波アンプ及び第３高周波アンプと、
前記第１乃至第３高周波アンプにそれぞれ接続されて前記第１乃至第３ループ配線で検出された磁界成分を測定する第１スペクトルアナライザ、第２スペクトルアナライザ及び第３スペクトルアナライザと、
前記第１乃至第３高周波アンプ及び前記第１乃至第３スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする磁界計測装置。 - 磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測装置であって、
前記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、前記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、前記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子と、
前記第１乃至第３ループ配線に共通に接続されて各ループ配線で検出された前記磁界成分に基づいた高周波信号を切り替えるスイッチと、
前記スイッチの切り替え動作を制御するスイッチドライバと、
前記スイッチに接続されて前記各高周波信号を増幅する高周波アンプと、
前記高周波アンプに接続されて前記第１乃至第３ループ配線で検出された各磁界成分を測定するスペクトルアナライザと、
前記スイッチ、前記スイッチドライバ、前記高周波アンプ及び前記スペクトルアナライザを含む全体の制御動作を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする磁界計測装置。 - 磁界検出素子により検出されたＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の３次元方向のそれぞれの磁界成分を計測する磁界計測方法であって、
前記Ｘ軸方向に沿った磁界成分を検出する第１ループ配線と、前記Ｙ軸方向に沿った磁界成分を検出する第２ループ配線と、前記Ｚ軸方向に沿った磁界成分を検出する第３ループ配線とが互いに直交する配置となるように多層プリント配線基板に形成された磁界検出素子を用いて測定物に接近させる段階と、
前記第１乃至第３ループ配線で検出された前記磁界成分に基づいた高周波信号を増幅する段階と、
前記増幅後の高周波信号を分析することにより前記第１乃至第３ループ配線で検出されたそれぞれの磁界成分を測定する段階と、
を含むことを特徴とする磁界計測方法。
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