JP5207951B2

JP5207951B2 - 電界計測アレイセンサ及び電界分布計測装置

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Inventors: 武井出
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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電界の分布を計測するための電界計測アレイセンサ及びこれを備えた電界分布計測装置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電界を計測している。そして、電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電界分布の計測は、直交動作ロボットのアーム先端にセンサを取り付け、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電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、電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、機械的走査に代わり計測対象物表面全体の近傍の電界分布を素早く計測する方法として、電界計測するための電極をアレイ状に並べ、各電極を電気的に切り換えて順次各電極の出力を得て分布を計測する技術が提案されている（特許文献１参照）。この方法では、機械的走査よりも電気信号による電極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電界分布をより高速に可視化することができる。

特開平８−３２７７０８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、電極を小型化して電極数を増加させ、計測対象物表面全体の近傍の電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電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、ある計測対象物の電界分布を計測する場合、高分解能で計測したい箇所だけ電極を小型化して電極数を増加させ、それ以外の箇所はそれよりも大きい電極として低分解能で計測する電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するので、データ量を削減することができ、電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電界計測アレイセンサを個別に用意しなければならない。

そこで、本発明は、任意の位置の電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電界分布の時間的変動を把握することができる電界計測アレイセンサ及びこれを備えた電界分布計測装置を提供することを目的とするものである。

本発明の電界計測アレイセンサは、計測対象物近傍の電界を検出する面状導体を有する電界検出部を複数備えた電界計測アレイセンサにおいて、前記電界検出部は、それぞれ単独で検出した電界に対応する信号を出力する出力導体を有し、隣接する複数の電界検出部の出力導体からの信号を合成した合成信号を出力するために、隣接する複数の電界検出部の出力導体を電気的に接続可能な出力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。

また、本発明の電界分布計測装置は、上記電界計測アレイセンサと、前記出力導体間スイッチの切り換えを制御するスイッチ制御部と、を備えた、ことを特徴とするものである。

本発明によれば、計測対象物表面全体の近傍の電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電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実施形態に係る電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、回路基板１０５及び出力導体間スイッチ回路１０６の図示を省略した電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、電界計測アレイセンサ１０１は、面状導体１０３及び出力導体１０４を有する電界検出部１０２を複数備えている。図１では、電界検出部１０２を１６個図示しており、以下、電界計測アレイセンサ１０１が電界検出部１０２を１６個備えている場合について説明する。各面状導体１０３は、計測対象物近傍である電子機器Ｍ近傍の電界を検出するために、電子機器Ｍに対向して配置される。そして、１６個（複数）の面状導体１０３は、２次元に等間隔に配置される。各面状導体１０３は、円板形状に形成されている。そして、各面状導体１０３は、それぞれ同一の面積に形成されている。なお、面状導体１０３は、円板形状に限らず、多角形状等、あらゆる形状に形成可能である。

これらアレイ状に配置された面状導体１０３が電磁波ノイズを放射する電子機器Ｍに対向して配置されることで、電子機器Ｍと面状導体１０３との間に生じる容量結合により電界が検出される。

出力導体１０４は、棒状の導体であり、基端が面状導体１０３に電気的に接続されている。これにより、各電界検出部１０２は、単独で検知した電界に対応する信号をそれぞれの出力導体１０４から出力するようになっている。

電界検出により各面状導体１０３に生じた信号は、出力導体１０４に伝えられ、出力導体１０４の先端である端部１０４ａから出力可能となっており、各端部１０４ａを出力端子として機能させている。

また、電界計測アレイセンサ１０１は、回路基板１０５と、回路基板１０５上に配置された出力導体間スイッチ回路１０６と、を備え、各出力導体１０４の端部１０４ａが出力導体間スイッチ回路１０６に接続されている。

出力導体間スイッチ回路１０６は、隣接する２×２の４つ（複数）の面状導体１０３から延びる出力導体１０４の端部１０４ａを結ぶ正方形の中心となる位置に配置される出力導体間スイッチ１０７を９つ（複数）有している。また、出力導体間スイッチ回路１０６は、隣接する４つの面状導体１０３から延びる出力導体１０４の端部１０４ａと出力導体間スイッチ１０７とを接続する配線１０８を有している。回路基板１０５は、この配線１０８が一方の面にプリントされるプリント基板である。

これにより、各出力導体間スイッチ１０７は、隣接する４つの面状導体１０３から延びる出力導体１０４を電気的に接続・非接続状態に切り換えることができる。つまり、各出力導体間スイッチ１０７は、隣接する４つの電界検出部１０２の出力導体１０４からの信号を合成した合成信号を出力するために、隣接する４つの電界検出部１０２の出力導体１０４を電気的に接続可能となっている。

図３は、電界計測アレイセンサ１０１を備えた電界分布計測装置１００のブロック図である。

電界分布計測装置１００は、出力導体間スイッチ１０７の切り換えを制御するスイッチ制御部としての出力導体間スイッチ制御装置３０１を備えている。また、電界分布計測装置１００は、出力導体１０４にそれぞれ伝わった信号を検出する信号検出装置３０２を１６個（複数）備えている。更に、電界分布計測装置１００は、各信号検出装置３０２から出力されるデータを処理する処理装置３０３を備えている。この処理装置３０３は、不図示のＣＰＵ、表示部及び記憶部を有し、ＣＰＵの制御の下、信号検出装置３０２から取り込んだデータを記憶部に記憶させ、記憶部に記憶されているデータに基づいて可視化した電界分布を表示部に表示させることができる。

ここで、出力導体間スイッチ制御装置３０１は、出力導体間スイッチ１０７の全てに接続される。また、各信号検出装置３０２は、出力導体１０４と１対１で接続される。

以上の構成において、１つの出力導体間スイッチ１０７をオン状態として４つの出力導体１０４を電気的に接続すると、隣接する４つの面状導体１０３のそれぞれの電界検出によって生じた４つの信号が合成される。すなわち、４つの面状導体１０３が電気的に接続されることで、見かけ上、４つ分の面状導体１０３の面積を有した１つの電極と見なせ、４つ分の面状導体１０３の面積を有する電極で電界を検出している状態と等しくなる。

ここで、分解能は、１つの電極の電界検出範囲と同義であり、１つの電極と見なせる面状導体１０３の数（面積）で決まる。そして、電界検出範囲が小さいほど高分解能であり、本実施の形態では、単独の面状導体１０３により高分解能で電界を検出することができる。

そして、各出力導体間スイッチ１０７の接続・非接続状態（オン・オフ状態）を切り換えることにより、電気的に接続される面状導体１０３の数（１つと見なせる電極の面積）を任意に変化させることができる。したがって、電界検出範囲を任意に変化させ、分解能を任意に変化させることができる。

以下、出力導体間スイッチ１０７のオン・オフ状態の切り換えによる分解能の変更方法を具体的に説明する。図４は、電界検出部１０２の図示を省略した電界計測アレイセンサ１０１の説明図である。図５は、図４に示す電界計測アレイセンサ１０１において出力導体間スイッチ１０７を全て非接続状態（オフ状態）とした場合の説明図である。ここで、図５において、オフ状態の出力導体間スイッチ１０７Ａ〜１０７Ｉ及び配線１０８については図示を省略している。

まず、図４において、出力導体間スイッチ１０７Ａ〜１０７Ｉの全てがオフ状態の場合は、図５に示すように、１６個の面状導体１０３がそれぞれ独立に電界を検出する電極５０１と見なせる。この状態が、最も分解能が高い状態である。

次に、図６は、図４に示す出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｃ，１０７Ｇ，１０７Ｉを接続状態（オン状態）とした場合の説明図である。

図４において、出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｃ，１０７Ｇ，１０７Ｉを接続状態（オン状態）とした場合は、図６に示すように、出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｃ，１０７Ｇ，１０７Ｉのそれぞれで４つの面状導体１０３が電気的に接続される。このように接続された４つの面状導体１０３が１つの電極６０１と見なせる。この場合は、図５の状態と比較して分解能が低くなった状態である。

このとき、１つの電極６０１と見なせる４つの面状導体１０３の電界検出により生じる信号は、各出力導体１０４及び配線１０８を通じて合成されて合成信号として出力可能となる。つまり、各出力導体１０４の端部１０４ａに接続されている４つの信号検出装置３０２のうち、いずれの信号検出装置３０２からでも合成信号を検出することが可能である。

したがって、本第１実施形態では、図３に示す処理装置３０３は、４つの信号検出装置３０２のうち、いずれか１つの信号検出装置３０２が検出した合成信号を示すデータを取り込むようにしている。

次に、図７は、図４に示す出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅをオン状態とした場合の説明図である。

図４において、出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅをオン状態とした場合は、図７に示すように、４つの出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅで９つの面状導体１０３が接続される。このように４つの出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅで接続された９つの面状導体１０３が１つの電極７０２と見なせる。この場合は、図５の状態と比較して分解能が低くなった状態である。なお、出力導体間スイッチ１０７Ｃ，１０７Ｆ，１０７Ｇ，１０７Ｈ，１０７Ｉがオフ状態であるので、７つの面状導体１０３がそれぞれ独立に電界を検出する１つの電極７０１と見なせる。この場合、接続された９つの面状導体１０３で１つと見なせる電極７０２は、単独の面状導体１０３で１つと見なせる電極７０１と比較して、分解能が低くい状態である。ここで、単独の面状導体１０３で１つと見なせる電極７０１は、図５の状態と同等の分解能となっている。

このように、出力導体間スイッチ１０７Ａ〜１０７Ｉのオン・オフ状態を切り換えることで、任意の位置で任意の分解能に設定することができる。

ここで、分解能を変化させると電界検出範囲の変化によって電界検出感度も変化するため、任意の位置で分解能が異なると感度も異なる。したがって、全体で感度を均一にするために、信号検出装置３０２（図３参照）が感度補正機能を有していてもよい。

次に、出力導体１０４の接続・非接続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８は、電界検出部１０２を２つ並べた電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２つの面状導体１０３を並べて配置した。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。

面状導体１０３は直径５ｍｍとし、それぞれの面状導体１０３には１本ずつ長さ１０ｍｍ、直径１ｍｍの出力導体１０４が接続されている。その出力導体１０４の端部１０４ａにおいて、マイクロストリップラインＭ１から生じる電界を面状導体１０３で検出することにより生じる信号を検出する。２つの面状導体１０３の中心間距離は７．５ｍｍとした。

図９は、電界検出部１０２の出力導体１０４を連結した電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。この図９には、図８に示すモデルに加え、面状導体１０３から５ｍｍ離れた位置に２本の出力導体１０４が接続状態となるよう出力導体間スイッチ１０７を模擬した導体９０１を配置しているものを示している。

すなわち、図８に示すモデルが出力導体間スイッチ１０７を非接続状態に、図９に示すモデルが出力導体間スイッチ１０７を接続状態にしたものに相当する。

図１０は、各電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１０に示す出力曲線１００１は、図８に示すモデルによる出力結果を示し、図１０に示す出力曲線１００２は、図９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８に示す非接続状態であるモデルと比較して図９に示す接続状態であるモデルの方が、信号（出力電圧）が大きくなることが確認された。

すなわち、出力導体間スイッチ１０７を接続状態にして面状導体１０３を連結した結果、電界検出範囲が大きくなり、信号（出力電圧）が大きくなっている。よって、出力導体間スイッチ１０７の切り換えにより、電界検出範囲、すなわち分解能が変化することが確かめられた。

次に、電界検出部を２次元状に並べ、出力導体１０４の接続・非接続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電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１１は、電界検出部１０２を縦に１３個、横に７個、計９１個並べた電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。図１１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３つのマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４を計測対象物とした。そして、マイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４から１ｍｍ離れた位置に９１個の面状導体１０３を配置した。３つのマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４はライン幅が０．５ｍｍ、ＧＮＤからの距離が１．６ｍｍとなっている。

面状導体１０３は直径１．５ｍｍとし、それぞれの面状導体１０３には１本ずつ長さ３ｍｍ、直径１．５ｍｍの出力導体１０４が接続されている。その出力導体１０４の端部１０４ａにおいて、マイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４から生じる電界を面状導体１０３で検出することにより生じる信号を検出する。面状導体１０３同士の中心間距離は２ｍｍとした。

図１２は、図１１の電界検出部１０２とマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４の配置関係を示す図である。

図１３は、一部の電界検出部１０２の出力導体１０４を連結した電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。この図１３には、図１１に示すモデルに加え、面状導体１０３から２．７ｍｍ離れた位置に４つの出力導体１０４が接続状態となるよう出力導体間スイッチ１０７を模擬した導体１３０１を配置しているものを示している。

すなわち、図１１に示すモデルが出力導体間スイッチ１０７を非接続状態に、図１３に示すモデルが出力導体間スイッチ１０７を接続状態にしたものに相当する。

図１３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、Ｍ４と考え、それ以外のマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４から遠い範囲を計測する出力導体１０４を４つずつ連結するようにしている。連結された４つの出力導体１０４で検出された合成信号は、連結された４つのうちの右下の出力導体１０４で検出した。

図１４は、図１３の電界検出部１０２とマイクロストリップラインＭ２、Ｍ３、Ｍ４の配置関係を示す図である。

図１５は、図１１の電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電界分布を示すグラフである。また、図１６は、同様に図１３の電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電界分布を示すグラフである。図１５、図１６のグラフの向きは、図１２、図１４と同じとなっている。

この結果より、図１１に示す非接続状態であるモデルで検出した電界分布と図１２に示す接続状態であるモデルで検出した電界分布とで、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、Ｍ４付近の電界分布がほぼ等しいことが確認された。

すなわち、詳細に計測したい部分以外の範囲を計測する出力導体を連結し、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電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、出力導体間スイッチ１０７により複数の電界検出部１０２の出力導体１０４を接続可能としたので、電気的に接続されている複数の面状導体１０３で部分的に低分解能で電界を計測することができる。これにより、電子機器Ｍの表面全体の近傍の電界分布を、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。

そして、電磁波の発生が少ない箇所については低分解能で電界を計測し、電磁波の発生源となる箇所については高分解能で電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の近傍の電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実施形態の電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１７は、第２実施形態に係る電界計測アレイセンサ１１０１の概略構成を示す説明図である。

本第２実施形態の電界計測アレイセンサ１１０１は、回路基板１０５上に配置された出力導体間スイッチ回路１１０６を備え、各出力導体１０４の端部１０４ａが出力導体間スイッチ回路１１０６に接続されている。

出力導体間スイッチ回路１１０６は、隣接する２つの面状導体１０３から延びる出力導体１０４の端部１０４ａを結ぶ直線の中心となる位置に配置される出力導体間スイッチ１１０７を２４個（複数）有している。また、出力導体間スイッチ回路１１０６は、隣接する２つの面状導体１０３から延びる出力導体１０４の端部１０４ａと出力導体間スイッチ１１０７とを接続する配線１１０８を有している。

これにより、各出力導体間スイッチ１１０７は、隣接する２つの面状導体１０３から延びる出力導体１０４を電気的に接続・非接続状態に切り換えることができる。つまり、各出力導体間スイッチ１１０７は、隣接する２つの電界検出部１０２の出力導体１０４からの信号を合成した合成信号を出力するために、隣接する２つの電界検出部１０２の出力導体１０４を電気的に接続可能となっている。

図１８は、電界計測アレイセンサ１１０１を備えた電界分布計測装置１０００のブロック図である。

電界分布計測装置１０００は、出力導体間スイッチ１１０７の切り換えを制御するスイッチ制御部としての出力導体間スイッチ制御装置３０１を備えている。また、電界分布計測装置１０００は、出力導体１０４にそれぞれ伝わった信号を検出する信号検出装置３０２を１６個（複数）備えている。更に、電界分布計測装置１０００は、各信号検出装置３０２から出力されるデータを処理する処理装置３０３を備えている。

ここで、出力導体間スイッチ制御装置３０１は、出力導体間スイッチ１１０７の全てに接続される。また、各信号検出装置３０２は、出力導体１０４と１対１で接続される。

以上の構成において、１つの出力導体間スイッチ１１０７をオン状態として２つの出力導体１０４を電気的に接続すると、隣接する２つの面状導体１０３のそれぞれの電界検出によって生じた２つの信号が合成される。すなわち、２つの面状導体１０３が電気的に接続されることで、見かけ上、２つ分の面状導体１０３の面積を有した１つの電極と見なせ、２つ分の面状導体１０３の面積を有する電極で電界を検出している状態と等しくなる。

これにより、本第２実施形態の電界計測アレイセンサ１１０１は、上記第１実施形態の電界計測アレイセンサ１０１（図１）よりもより複雑な分解能の設定が可能となる。

図１９は、電界検出部１０２の図示を省略した電界計測アレイセンサ１１０１の説明図である。図２０は、図１９に示す電界計測アレイセンサ１１０１において出力導体間スイッチ１１０７Ａ〜１１０７Ｌをオン状態とした場合の説明図である。

図１９において、出力導体間スイッチ１１０７Ａ〜１１０７Ｌをオン状態とした場合は、図２０に示すように、出力導体間スイッチ１１０７Ａ〜１１０７Ｌのそれぞれで隣接する２つの面状導体１０３が電気的に接続される。

そして、出力導体間スイッチ１１０７Ａ〜１１０７Ｄで電気的に接続された５つの面状導体１０３が１つの電極１４０２と見なせる。また、出力導体間スイッチ１１０７Ｅ〜１１０７Ｊで電気的に接続された７つの面状導体１０３が１つの電極１４０３と見なせる。さらにまた、出力導体間スイッチ１１０７Ｋ，１１０７Ｌで電気的に接続された３つの面状導体１０３が１つの電極１４０４と見なせる。なお、図２０中、１つの面状導体１０３が独立に電界を検出する１つの電極１４０１と見なせる。この場合、電極１４０２〜１４０４は、電極１４０１よりも分解能が低くなった状態である。

このように、上記第１実施形態と比較して電界検出範囲の設定の自由度が高く、例えば基板上の配線など計測対象物の複雑な形状に合わせた電界検出範囲の設定が可能である。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態の電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。

図２１は、第３実施形態に係る電界計測アレイセンサ２１０１の概略構成を示す説明図である。

図２１で示すように、電界計測アレイセンサ２１０１は、面状導体１０３と出力導体間スイッチ回路１０６を配置した回路基板１０５との間に配置されるグラウンド導体としてのＧＮＤ層１５０１を備えている。このＧＮＤ層１５０１は、べた一面の接地された板状導体であり、回路基板１０５全体を電子機器Ｍから遮蔽している。

これにより、ＧＮＤ層１５０１がシールド導体として働き、計測対象物である電子機器Ｍから輻射される電磁波ノイズの電界成分が、面状導体１０３を介さずに直接、回路基板１０５上の出力導体間スイッチ回路１０６に重畳するのを低減することができる。

また、単独の面状導体１０３同士の容量結合に関して、ＧＮＤ層１５０１を設けることにより面状導体１０３とＧＮＤ層１５０１間に容量結合が生じ、相対的に隣接する面状導体１０３同士の容量結合が低減される。これにより、隣接する面状導体１０３からの干渉ノイズを低減できる。

ここで、ＧＮＤ層１５０１と出力導体１０４とが導通しないように、ＧＮＤ層１５０１には、出力導体１０４が貫通する孔１５０２が設けられている。

なお、面状導体１０３とＧＮＤ層１５０１との容量結合は、面状導体１０３と計測対象物である電子機器Ｍとの容量結合にも影響し、感度を低下させるため、ＧＮＤ層１５０１をべた一面とせずにメッシュ状の導体としてもよい。この場合、ＧＮＤ層１５０１は、計測したい電界の周波数におけるシールド特性に影響のない程度の開口を有するメッシュ状とすればよい。このようにＧＮＤ層１５０１をメッシュ状にすることで、シールド特性を保持しながら、面状導体１０３とＧＮＤ層１５０１との容量結合を低減することができる。

［第４実施形態］
次に、第４実施形態の電界分布計測装置について説明する。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２２は、第４実施形態の電界計測アレイセンサ１０１を備えた電界分布計測装置２０００のブロック図である。また、図２３及び図２４は、出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅをオン状態とした場合に出力端子を選択する動作を説明するための説明図である。

図２２に示す電界分布計測装置２０００は、出力導体間スイッチ１０７により電気的に接続されている複数の出力導体１０４の出力端子である端部１０４ａのうち、所定の出力端子を選択する選択部としての出力導体選択スイッチ回路１８０１を備えている。また、電界分布計測装置２０００は、出力導体選択スイッチ回路１８０１により選択された所定の出力端子から合成信号を検出する検出部としての信号検出装置３０２を備えている。出力導体選択スイッチ回路１８０１は、出力導体１０４と信号検出装置３０２との間に設けられ、信号検出装置３０２と接続させる出力導体１０４を選択できるようにする。

具体例を挙げて説明すると、図２３において、例えば出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅをオン状態とした場合は、４つの出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅで９つの面状導体１０３が接続される。

このように出力導体間スイッチ１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｄ，１０７Ｅによって９つ（複数）の出力導体１０４が接続された場合、電界検出による合成信号は、それら複数の出力導体１０４のいずれか１つの出力導体１０４の端部１０４ａで検出すればよい。

例えば、出力導体選択スイッチ回路１８０１は、所定の出力端子として、図２３に示す中央の出力導体１０４の端部１０４ａ１を選択してもよいし、図２４に示す端の出力導体１０４の端部１０４ａ２を選択してもよい。

ところで、図２４のように端の出力導体１０４の端部１０４ａ２から信号を検出させると、各面状導体１０３から検出位置である端部１０４ａ２までの信号の伝播距離の差が大きい。すなわち、図２３及び図２４において、各面状導体１０３から端部１０４ａ１，１０４ａ２に至る信号の最短の伝播距離はＬ１である。しかし、各面状導体１０３から端部１０４ａ１，１０４ａ２に至る最長の伝播距離は、図２３に示す検出位置ではＬ２、図２４に示す検出位置ではＬ２よりも長いＬ３であり、図２４に示す検出位置では伝播距離の差が大きい。

信号の伝播距離の差が大きくなると、合成される信号間の位相差が大きくなり、その位相差は、信号の周波数が高くなるに連れて大きくなる傾向にある。この位相差が大きくなりすぎると、電界の検出精度が低下することがある。

そこで、本第４実施形態では、出力導体選択スイッチ回路１８０１は、所定の出力端子として、各面状導体１０３からの信号の伝播距離の差が最小となる出力端子である図２３に示す端部１０４ａ１を選択する。

これにより、合成信号は図２３に示す端部１０４ａ１から信号検出装置３０２により検出されることとなるので、信号の位相差が低減され、電界の検出精度を向上させることができる。

なお、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、各面状導体１０３を２次元に配置した場合について説明したが、１次元又は３次元に配置してもよい。また、面状導体１０３の数も１６個に限定するものではない。

また、上記第１実施形態では、１つの出力導体間スイッチにより４つの出力導体１０４を接続可能とした場合について説明し、上記第２実施形態では、２つの出力導体１０４を接続可能とした場合について説明したが、出力導体の数はこれに限定するものではない。すなわち、１つの出力導体間スイッチにより３つ或いは５つ以上の出力導体を接続可能と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、出力導体間スイッチ回路１０６，１１０６を回路基板１０５の一方の面に配置し、面状導体１０３を回路基板１０５から離間して配置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。すなわち、回路基板の他方の面に面状導体を配置してもよい。この場合、ＧＮＤ層を回路基板内に積層配置してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、出力導体１０４の端部１０４ａを出力端子と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く、出力導体１０４の周面等、出力端子を出力導体１０４のどの箇所に設定してもよい。

第１実施形態に係る電界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。回路基板及び出力導体間スイッチ回路の図示を省略した電界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。電界計測アレイセンサを備えた電界分布計測装置のブロック図である。電界検出部の図示を省略した電界計測アレイセンサの説明図である。図４に示す電界計測アレイセンサにおいて出力導体間スイッチを全てオフ状態とした場合の説明図である。図４に示す出力導体間スイッチをオン状態とした場合の説明図である。図４に示す出力導体間スイッチをオン状態とした場合の説明図である。電界検出部を２つ並べた電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。電界検出部の出力導体を連結した電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。各電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。電界検出部を９１個並べた電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。図１１に示す電界計測アレイセンサのモデルの電界検出部とマイクロストリップラインの配置関係を示す説明図である。電界検出部の出力導体を連結した電界計測アレイセンサのモデルを示す説明図である。図１３に示す電界計測アレイセンサのモデルの電界検出部とマイクロストリップラインの配置関係を示す説明図である。図１１に示す電界計測アレイセンサのモデルによる検出結果から得た電界分布を示すグラフである。図１３に示す電界計測アレイセンサのモデルによる検出結果から得た電界分布を示すグラフである。第２実施形態に係る電界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。電界計測アレイセンサを備えた電界分布計測装置のブロック図である。電界検出部の図示を省略した電界計測アレイセンサの説明図である。図１９に示す電界計測アレイセンサにおいて出力導体間スイッチをオン状態とした場合の説明図である。第３実施形態に係る電界計測アレイセンサの概略構成を示す説明図である。第４実施形態の電界計測アレイセンサを備えた電界分布計測装置のブロック図である。出力導体間スイッチをオン状態とした場合に出力端子を選択する動作を説明するための説明図である。出力導体間スイッチをオン状態とした場合に出力端子を選択する動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１００，１０００，２０００電界分布計測装置
１０１，１１０１，２１０１電界計測アレイセンサ
１０２電界検出部
１０３面状導体
１０４出力導体
１０４ａ端部（出力端子）
１０５回路基板
１０７，１１０７出力導体間スイッチ
１５０１ＧＮＤ層（グラウンド導体）
１８０１出力導体選択スイッチ回路（選択部）
３０１出力導体間スイッチ制御装置（スイッチ制御部）
３０２信号検出装置（検出部）
Ｍ電子機器（計測対象物）

Claims

計測対象物近傍の電界を検出する面状導体を有する電界検出部を複数備えた電界計測アレイセンサにおいて、
前記電界検出部は、それぞれ単独で検出した電界に対応する信号を出力する出力導体を有し、
隣接する複数の電界検出部の出力導体からの信号を合成した合成信号を出力するために、隣接する複数の電界検出部の出力導体を電気的に接続可能な出力導体間スイッチを複数備えた、
ことを特徴とする電界計測アレイセンサ。
前記出力導体間スイッチが配置される回路基板と、
前記面状導体と前記回路基板との間に配置されるグラウンド導体と、を備えた、
ことを特徴とする請求項１に記載の電界計測アレイセンサ。
請求項１又は２に記載の電界計測アレイセンサと、
前記出力導体間スイッチの切り換えを制御するスイッチ制御部と、を備えた、
ことを特徴とする電界分布計測装置。
前記出力導体は、信号を取り出すための出力端子を有し、
前記出力導体間スイッチにより電気的に接続されている複数の出力導体の出力端子のうち、所定の出力端子を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記所定の出力端子から合成信号を検出する検出部と、を備えた、
ことを特徴とする請求項３に記載の電界分布計測装置。
前記選択部は、前記所定の出力端子として、各面状導体からの信号の伝播距離の差が最小となる出力端子を選択する、
ことを特徴とする請求項４に記載の電界分布計測装置。