JP5626678B2 - Magnetic field distribution acquisition device - Google Patents

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本発明は、3次元磁場分布を取得する磁場分布取得装置に関する。   The present invention relates to a magnetic field distribution acquisition device that acquires a three-dimensional magnetic field distribution.

従来より、超伝導量子干渉計(Superconducting Quantum Interference Device:SQUID)センサを用いて磁場分布を取得することが行われており、例えば、特許文献1では、ヘルメット状をなすセンサホルダにおいて、多数のSQUIDセンサを被験者の頭の表面に沿うように配置して固定し、被験者の脳の様々な位置から発生する磁場を検出する脳磁計が開示されている。   Conventionally, a magnetic field distribution has been obtained using a superconducting quantum interferometer (SQUID) sensor. For example, in Patent Document 1, a number of SQUIDs are used in a helmet-shaped sensor holder. A magnetoencephalograph is disclosed in which a sensor is arranged and fixed along the surface of a subject's head, and a magnetic field generated from various positions in the subject's brain is detected.

また、特許文献2の3次元磁場分布の取得手法では、磁区を有する試料の上方において、磁気力顕微鏡を用いて特定の測定面での磁気力勾配の分布が2次元の磁気力勾配画像として取得される。また、上記測定面から微小距離dだけ離れた他の測定面にて測定を行って補助磁気力勾配画像が取得され、これらの差分を微小距離dで除算して磁気力勾配の勾配画像が取得される。磁気力勾配画像および磁気力勾配の勾配画像はフーリエ変換されてラプラス方程式の一般解から導かれる3次元場取得式に代入され、3次元磁気力勾配分布画像が高精度に取得される。   In the method of acquiring a three-dimensional magnetic field distribution in Patent Document 2, a magnetic force gradient distribution on a specific measurement surface is acquired as a two-dimensional magnetic force gradient image using a magnetic force microscope above a sample having a magnetic domain. Is done. Further, an auxiliary magnetic force gradient image is obtained by performing measurement on another measurement surface separated from the measurement surface by a minute distance d, and a magnetic force gradient gradient image is obtained by dividing these differences by the minute distance d. Is done. The magnetic force gradient image and the magnetic force gradient image are Fourier transformed and substituted into a three-dimensional field acquisition equation derived from the general solution of the Laplace equation, and a three-dimensional magnetic force gradient distribution image is acquired with high accuracy.

特開2010−46350号公報JP 2010-46350 A 国際公開第2008/123432号パンフレットInternational Publication No. 2008/123432 Pamphlet

ところで、特許文献1の脳磁計では、ヘルメット状のセンサホルダにSQUIDセンサが固定されるため、特許文献2で示される3次元磁場分布の再構成を行うことができず、厳密な脳の深部の磁場の情報を正確に得ることができない。特許文献2の手法は、ラプラス方程式の厳密解を用いるため、磁場発生源までの磁場分布は厳密に再構成することができる。また、ヘルメット状のセンサ配置方法では、ウエハ上に集積するLSIプロセスが適用できず、高密度集積化に適さない。その結果、脳の深部の磁場を高精度に再構成することができず、脳の疾病に対する画像診断の精度向上に限界がある。   By the way, in the magnetoencephalograph of Patent Document 1, since the SQUID sensor is fixed to the helmet-shaped sensor holder, the three-dimensional magnetic field distribution shown in Patent Document 2 cannot be reconstructed, and the strict depth of the brain Magnetic field information cannot be obtained accurately. Since the technique of Patent Document 2 uses an exact solution of the Laplace equation, the magnetic field distribution to the magnetic field generation source can be reconstructed strictly. In addition, the helmet-shaped sensor arrangement method cannot be applied to an LSI process integrated on a wafer, and is not suitable for high-density integration. As a result, the magnetic field in the deep part of the brain cannot be reconstructed with high accuracy, and there is a limit to improving the accuracy of image diagnosis for brain diseases.

一方、特許文献2のように、対象物との間において異なる2つの距離にて磁気力勾配分布(または、磁場ベクトルにおける特定方向への射影成分の特定方向のn回微分の2次元分布)を取得する場合に、センサ(例えば、特許文献2では、磁気力顕微鏡のカンチレバーの探針)を対象物に対して2次元に相対移動して磁気力勾配分布を取得するときには、一の測定面にてセンサを2次元に相対移動して磁気力勾配分布を取得した後に、当該測定面から微小距離だけ離れた他の測定面にて同様の測定がさらに行われる。したがって、測定に長時間を要し、周囲の温度変化による対象物の熱膨張や、対象物が生物である場合における当該対象物の動き等により、2つの測定面にて取得される2つの磁気力勾配分布において、測定面に垂直な方向に重なる2つの位置に対応する対象物上の部位が相違してしまう。この場合、磁気力勾配の勾配画像を精度よく取得することができず、3次元磁気力勾配分布を容易かつ高精度に取得することが困難となる。また、センサを、測定対象に接近と退避を繰り返した後、測定対象に対して1画素分のみ相対移動して、さらに測定対象に接近と退避を繰り返す、この一連の動作によって上記の、2つ測定画像を得る方法も想定されるが、この場合は、2枚の画像の面方向の位置ずれは軽減されるが、上記の方法と同様に測定時間を要するため、測定対象に対する距離の位置ずれの影響が発生する。   On the other hand, as in Patent Document 2, magnetic force gradient distribution (or a two-dimensional distribution of n-th derivative in a specific direction of a projection component in a specific direction in a magnetic field vector) at two different distances from an object. When acquiring a magnetic force gradient distribution by moving a sensor (for example, a probe of a cantilever of a magnetic force microscope in Patent Document 2) two-dimensionally relative to an object when acquiring the magnetic force gradient distribution, Then, after acquiring the magnetic force gradient distribution by relatively moving the sensor in two dimensions, the same measurement is further performed on another measurement surface that is separated from the measurement surface by a minute distance. Therefore, the measurement requires a long time, and the two magnetisms acquired on the two measurement surfaces due to the thermal expansion of the object due to a change in ambient temperature, the movement of the object when the object is a living thing, etc. In the force gradient distribution, the portions on the object corresponding to the two positions overlapping in the direction perpendicular to the measurement surface are different. In this case, the gradient image of the magnetic force gradient cannot be acquired with high accuracy, and it becomes difficult to acquire the three-dimensional magnetic force gradient distribution easily and with high accuracy. Further, after repeating the approach and withdrawal of the sensor to and from the measurement object, the sensor moves relative to the measurement object by one pixel, and further repeats the approach and withdrawal to the measurement object. Although a method of obtaining a measurement image is also assumed, in this case, the positional deviation in the plane direction of the two images is reduced, but since the measurement time is required as in the above method, the positional deviation of the distance to the measurement object. The effect of.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対象物との間において、異なる2つの距離における磁場の2次元分布の測定を高速に、かつ、精度よく行い、3次元磁場分布を高精度に取得することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and performs measurement of a two-dimensional magnetic field distribution at two different distances with a target at high speed and with high accuracy, thereby achieving high-precision three-dimensional magnetic field distribution. The purpose is to get.

請求項1に記載の発明は、3次元磁場分布を取得する磁場分布取得装置であって、磁場分布を測定する第1センサ群が対象物に対向する第1平面上に離散的に配列されるとともに、前記第1平面から前記対象物側に微小距離だけ離れ、かつ、前記第1平面に対して平行に固定された第2平面上に、前記第1センサ群と同様の構成の第2センサ群が、前記第1平面の法線方向において前記第1センサ群と重なることなく離散的に配列されたセンサ部と、前記第1センサ群の第1測定値群、および、前記第2センサ群の第2測定値群に基づいて、前記対象物に起因する3次元磁場分布を求める演算部とを備え、前記第1平面における前記第1センサ群のセンサ間隔と、前記第2平面における前記第2センサ群のセンサ間隔とが一致する。 The invention according to claim 1 is a magnetic field distribution acquisition device that acquires a three-dimensional magnetic field distribution, wherein a first sensor group that measures the magnetic field distribution is discretely arranged on a first plane facing the object. And a second sensor having a configuration similar to that of the first sensor group on a second plane which is separated from the first plane by a minute distance toward the object and is fixed in parallel to the first plane. A sensor unit in which a group is discretely arranged without overlapping the first sensor group in a normal direction of the first plane, a first measurement value group of the first sensor group, and the second sensor group And a calculation unit for obtaining a three-dimensional magnetic field distribution caused by the object based on the second measurement value group, and a sensor interval of the first sensor group in the first plane, and the first interval in the second plane. a sensor spacing 2 sensor group that matches.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の磁場分布取得装置であって、前記演算部が、前記第1センサ群および前記第2センサ群のうち一方のセンサ群の測定値群に対して補間演算を行うことにより、前記一方のセンサ群が配列される一方の平面上において、前記法線方向において他方のセンサ群と重なる位置における磁場を、新たな測定値群として求める補間演算部と、前記新たな測定値群と前記他方のセンサ群の測定値群との差分測定値群を求め、前記差分測定値群を前記微小距離で除算した微分測定値群を取得する微分測定値群生成部とを備える。   Invention of Claim 2 is a magnetic field distribution acquisition apparatus of Claim 1, Comprising: The said calculating part is set to the measured value group of one sensor group among the said 1st sensor group and the said 2nd sensor group. An interpolation calculation unit that obtains, as a new measurement value group, a magnetic field at a position overlapping with the other sensor group in the normal direction on one plane on which the one sensor group is arranged And a differential measurement value group for obtaining a differential measurement value group between the new measurement value group and the measurement value group of the other sensor group, and obtaining a differential measurement value group obtained by dividing the differential measurement value group by the minute distance. A generator.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の磁場分布取得装置であって、前記センサ部において、前記第1センサ群の配列と前記第2センサ群の配列とが同様であり、前記磁場分布取得装置が、前記センサ部を前記第1平面に沿う方向に前記対象物に対して相対的に移動する移動機構と、前記センサ部にて一の測定を行った後、前記移動機構により前記センサ部を前記対象物に対して相対的に移動して、前記一の測定時における前記第2センサ群の前記対象物に対する相対位置と前記法線方向に重なる前記第1平面上の相対位置に前記第1センサ群を配置するとともに、前記一の測定時における前記第1センサ群の前記対象物に対する相対位置と前記法線方向に重なる前記第2平面上の相対位置に前記第2センサ群を配置し、他の測定を行う制御部とをさらに備え、前記演算部が、前記一の測定および前記他の測定における前記第1センサ群の測定値群と、前記一の測定および前記他の測定における前記第2センサ群の測定値群との差分測定値群を求め、前記差分測定値群を前記微小距離で除算した微分測定値群を取得する微分測定値群生成部を備える。   Invention of Claim 3 is the magnetic field distribution acquisition apparatus of Claim 1, Comprising: In the said sensor part, the arrangement | sequence of a said 1st sensor group and the arrangement | sequence of a said 2nd sensor group are the same, The said The magnetic field distribution acquisition device moves the sensor unit relative to the object in a direction along the first plane, and after performing one measurement with the sensor unit, The relative position on the first plane that overlaps the normal position and the relative position of the second sensor group with respect to the target object when the sensor unit is moved relative to the target object. The second sensor group is disposed at a relative position on the second plane that overlaps the normal position and the relative position of the first sensor group with respect to the object at the time of the one measurement. Place other measurements A control unit, wherein the computing unit is a measurement value group of the first sensor group in the one measurement and the other measurement, and a measurement of the second sensor group in the one measurement and the other measurement. A differential measurement value group generation unit that obtains a differential measurement value group that obtains a differential measurement value group from the value group and that divides the difference measurement value group by the minute distance is provided.

請求項4に記載の発明は、請求項2または3に記載の磁場分布取得装置であって、前記演算部にて求められる3次元磁場分布が、ラプラス方程式を満たすとともにφ(x,y,z)(ただし、前記第1平面および前記第2平面に平行かつ互いに垂直な2方向をX,Y方向とし、前記法線方向をZ方向として、x,y,zはX,Y,Z方向にて規定される直交座標系の座標パラメータを示す。)にて表され、前記第1平面または前記第2平面がz=0を満たす測定面であり、前記演算部が、前記測定面における測定値群であるφ(x,y,0)および前記微分測定値群であるφ(x,y,0)をそれぞれx,yに関して2次元フーリエ変換してψ(k,k)およびψ(k,k)(ただし、k,kはX方向およびY方向の波数である。)を求め、さらに、ψ(k,k)およびψ(k,k)からφ(x,y,z)をx,yに関してフーリエ変換したものを導くことにより、φ(x,y,z)を求める。 The invention according to claim 4 is the magnetic field distribution acquisition device according to claim 2 or 3, wherein the three-dimensional magnetic field distribution obtained by the arithmetic unit satisfies the Laplace equation and φ (x, y, z (However, the two directions parallel to the first plane and the second plane and perpendicular to each other are the X and Y directions, the normal direction is the Z direction, and x, y, and z are the X, Y, and Z directions. The first plane or the second plane is a measurement plane that satisfies z = 0, and the calculation unit is a measurement value on the measurement plane. Φ (x, y, 0) that is a group and φ z (x, y, 0) that is the differential measurement value group are subjected to two-dimensional Fourier transform with respect to x and y, respectively, and ψ (k x , k y ) and ψ z (k x, k y) ( however, k x, k y are the X and Y directions The wave number.) And, further, from ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ), the result of Fourier transform of φ (x, y, z) with respect to x and y , Φ (x, y, z).

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の磁場分布取得装置であって、前記演算部が、φ(x,y,z)におけるzの値をz,z,z,・・・に順次変更しつつφ(x,y,z)とφ(x,y,zn−i)(ただし、nは2以上の整数であり、iは1以上、かつ、n未満の整数である。)との間の相違を示す値を求め、前記相違を示す値が所定値以下となるzの値を、磁場の発生源のZ方向の位置として特定する。 The invention described in claim 5 is the magnetic field distribution acquiring apparatus according to claim 4, wherein the calculation unit, φ (x, y, z ) z 1 and z values in, z 2, z 3, ... Φ (x, y, z n ) and φ (x, y, z n−i ) (where n is an integer of 2 or more, i is 1 or more and less than n) And a value of z at which the value indicating the difference is equal to or smaller than a predetermined value is specified as a position in the Z direction of the magnetic field generation source.

請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれかに記載の磁場分布取得装置であって、前記第1センサ群および前記第2センサ群に含まれる各センサが、薄膜素子である。   A sixth aspect of the present invention is the magnetic field distribution acquisition device according to any one of the first to fifth aspects, wherein each sensor included in the first sensor group and the second sensor group is a thin film element. .

本発明によれば、対象物との間において、異なる2つの距離における磁場の2次元分布の測定を高速に、かつ、精度よく行うことができ、3次元磁場分布を高精度に取得することができる。   According to the present invention, it is possible to measure the two-dimensional magnetic field distribution at two different distances from the object at high speed and with high accuracy, and to acquire the three-dimensional magnetic field distribution with high accuracy. it can.

また、請求項2および3の発明では、微分測定値群を精度よく求めることができ、請求項4の発明では、3次元磁場分布をより精度よく求めることができ、請求項5の発明では、磁場の発生源の位置を精度よく特定することができる。   In the inventions of claims 2 and 3, the differential measurement value group can be obtained with high accuracy, and in the invention of claim 4, the three-dimensional magnetic field distribution can be obtained with higher accuracy. In the invention of claim 5, The position of the magnetic field generation source can be specified with high accuracy.

特定平面上に設置された電流経路が遠方に形成する2次元磁場分布(特定平面の法線方向成分)を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional magnetic field distribution (normal direction direction component of a specific plane) which the electric current path | route installed on the specific plane forms far away. 特定平面上に設置された電流経路が遠方に形成する2次元磁場分布(特定平面の法線方向成分)を示す図である。It is a figure which shows the two-dimensional magnetic field distribution (normal direction direction component of a specific plane) which the electric current path | route installed on the specific plane forms far away. 図1.Aおよび図1.Bの2次元磁場分布を基に再構成した2次元磁場分布を示す図である。FIG. A and FIG. It is a figure which shows the two-dimensional magnetic field distribution reconfigure | reconstructed based on the two-dimensional magnetic field distribution of B. 磁場分布取得装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a magnetic field distribution acquisition apparatus. センサ部を示す図である。It is a figure which shows a sensor part. センサ部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a sensor part. 製造途上のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part in the middle of manufacture. 製造途上のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part in the middle of manufacture. 製造途上のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part in the middle of manufacture. 製造途上のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part in the middle of manufacture. 製造途上のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part in the middle of manufacture. コンピュータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a computer. コンピュータが実現する機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure which a computer implement | achieves. 磁場分布取得装置が3次元磁場分布を取得する処理の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the process in which a magnetic field distribution acquisition apparatus acquires a three-dimensional magnetic field distribution. センサ部を示す図である。It is a figure which shows a sensor part. 比較例のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part of a comparative example. 比較例のセンサ部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sensor part of a comparative example. 段差の最小限界値と、電流経路とセンサとの間のY方向の距離およびセンサの抵抗変化率の最大値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the minimum limit value of a level | step difference, the distance of the Y direction between a current path and a sensor, and the maximum value of the resistance change rate of a sensor. 段差の最小限界値と、電流経路とセンサとの間のY方向の距離との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the minimum limit value of a level | step difference, and the distance of the Y direction between an electric current path | route and a sensor. 段差の最小限界値とセンサの抵抗変化率の最大値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the minimum limit value of a level | step difference, and the maximum value of the resistance change rate of a sensor. 段差の最小限界値と、電流経路とセンサとの間のY方向の距離および素子抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the minimum limit value of a level | step difference, the distance of the Y direction between a current path and a sensor, and element resistance. 段差の最小限界値と素子抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the minimum limit value of a level | step difference, and element resistance. センサ部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a sensor part. 関連技術に係る2次元場分布取得方法の原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of the two-dimensional field distribution acquisition method which concerns on related technology. センサ部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a sensor part. センサ部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a sensor part. 他の比較例のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part of another comparative example. 他の比較例のセンサ部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sensor part of another comparative example. センサ部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a sensor part. センサ部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a sensor part. センサ部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a sensor part. センサ部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a sensor part. 他の比較例のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part of another comparative example. 他の比較例のセンサ部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sensor part of another comparative example. 他の比較例のセンサ部を示す図である。It is a figure which shows the sensor part of another comparative example. 他の比較例のセンサ部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the sensor part of another comparative example. センサ部の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a sensor part. 磁場分布取得装置の他の例を示す図である。It is a figure which shows the other example of a magnetic field distribution acquisition apparatus. 両眼立体視を行う様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that binocular stereoscopic vision is performed.

まず、本発明に係る磁場分布取得方法の原理について説明する。Eを電場の強度、Bを磁束密度、Hを磁場の強度、Dを電束密度、iを電流密度、ρを電荷密度、tを時間として、マクスウェルの基礎方程式は数1にて表される。   First, the principle of the magnetic field distribution acquisition method according to the present invention will be described. Maxwell's basic equation is expressed by Equation 1, where E is the electric field strength, B is the magnetic flux density, H is the magnetic field strength, D is the electric flux density, i is the current density, ρ is the charge density, and t is the time. .

σを導電率として、iはσEと表すことができ、さらに、E=E’ejωt、B=B’ejωt、H=H’ejωt、D=D’ejωt(ただし、E’、B’、H’、D’は振幅を表し、jは虚数であり、ωは角振動数である。)とおくと、数1は数2にて表される。 With σ as the conductivity, i can be expressed as σE, and E = E′e jωt , B = B′e jωt , H = H′e jωt , D = D′ e jωt (where E ′, (B ′, H ′, D ′ represent amplitudes, j is an imaginary number, and ω is an angular frequency.), Equation 1 is represented by Equation 2.

誘電率をεとして、D’はεE’と表すことができるため、数2の上から2番目の式は数3にて表され、さらに、数4に変形可能である。   Since D ′ can be expressed as εE ′ where ε is the dielectric constant, the second expression from the top of Expression 2 is expressed by Expression 3, and can be further transformed into Expression 4.

透磁率をμとして、B’はμH’と表すことができ、B’=μH’および数2の最も上の式より、数4は数5にて表される。   The magnetic permeability is μ, and B ′ can be expressed as μH ′. Based on B ′ = μH ′ and the uppermost expression of Expression 2, Expression 4 is expressed by Expression 5.

ここで、ナブラ∇およびラプラシアンΔを用いて数6が成り立つ。   Here, Equation 6 is established using Nabla and Laplacian Δ.

また、数2の最下段の式からdivH’は0となり、数6中の∇・H’は0となるため、数5は数7にて表される。   Further, divH ′ is 0 from Equation 2 at the bottom of Equation 2, and ∇ · H ′ in Equation 6 is 0, so Equation 5 is expressed by Equation 7.

数7においてωが十分に小さいときには、ΔH’は0となり、H’にて表される磁場はラプラス方程式を満たす。   When ω is sufficiently small in Equation 7, ΔH ′ is 0, and the magnetic field represented by H ′ satisfies the Laplace equation.

本磁場分布取得方法では、測定の対象物は互いに垂直なX,Y,Z方向にて規定される直交座標系に配置されており、H’はX方向、Y方向およびZ方向のそれぞれの成分を有している。後述のセンサ部では、予め定められた方向(当該方向におよそ沿う方向であってもよく、以下、「検出方向」という。)の磁場(ベクトル)の成分が検出されるため、磁場H’の検出方向成分(以下、単に「磁場」ともいう。)の3次元分布(以下、「3次元磁場分布」ともいう。)が測定対象の場の分布についての関数とされ、以下、φ(x,y,z)(ただし、x,y,zはX,Y,Z方向の座標パラメータを示す。)と表す。   In this magnetic field distribution acquisition method, an object to be measured is arranged in an orthogonal coordinate system defined by mutually perpendicular X, Y, and Z directions, and H ′ is a component in each of the X, Y, and Z directions. have. In a sensor unit described later, a magnetic field (vector) component in a predetermined direction (which may be a direction approximately along the direction, and hereinafter referred to as “detection direction”) is detected. A three-dimensional distribution (hereinafter also referred to as “three-dimensional magnetic field distribution”) of the detection direction component (hereinafter also simply referred to as “magnetic field”) is defined as a function of the distribution of the field to be measured. y, z) (where x, y, and z indicate coordinate parameters in the X, Y, and Z directions).

既述のように、φ(x,y,z)はラプラシアンΔを用いて数8にて表される。   As described above, φ (x, y, z) is expressed by Equation 8 using Laplacian Δ.

よって、国際公開第2008/123432号パンフレット(特許文献2)と同様の手法により3次元磁場分布の取得に係る式が導かれる。具体的には、数8の方程式の一般解は、X、Y、Z直交座標系においてZ方向に指数関数的に減衰する項と指数関数的に増大する項との和として数9にて表すことができる。   Therefore, an expression relating to acquisition of a three-dimensional magnetic field distribution is derived by a method similar to that of International Publication No. 2008/123432 (Patent Document 2). Specifically, the general solution of equation (8) is expressed by equation (9) as the sum of an exponentially decaying term in the Z direction and an exponentially increasing term in the X, Y, Z Cartesian coordinate system. be able to.

ただし、数9において、k,kはX方向およびY方向の波数であり、A(k),B(k)はk,kで表される関数である。さらに、数9の両辺をzで1回微分したものは数10にて表される。数10では、φ(x,y,z)をzで1回微分したものをφ(x,y,z)と表している。 In Equation 9, k x and k y are wave numbers in the X direction and Y direction, and A (k) and B (k) are functions represented by k x and k y . Furthermore, what differentiated both sides of Formula 9 once by z is expressed by Formula 10. In Expression 10, φ (x, y, z) that is differentiated once by z is expressed as φ z (x, y, z).

ここで、z=0を満たすXY平面に平行な面におけるφ(x,y,z)、すなわち、φ(x,y,0)は数11にて表される。   Here, φ (x, y, z) in a plane parallel to the XY plane that satisfies z = 0, that is, φ (x, y, 0) is expressed by Equation 11.

同様に、数10にz=0を代入することによりφ(x,y,0)は数12にて表される。 Similarly, φ z (x, y, 0) is expressed by Equation 12 by substituting z = 0 into Equation 10.

φ(x,y,0)とφ(x,y,0)とをそれぞれフーリエ変換したψ(k,k)およびψ(k,k)(以下、ψ(k)およびψ(k)と表す。)は、それぞれA(k)+B(k)および|k|(A(k)−B(k))にて表される。したがって、A(k)およびB(k)のそれぞれをψ(k)およびψ(k)を用いて表すことができ、これらを数9に代入することにより数13が導かれる。 ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) (hereinafter, ψ (k) and ψ (k x , k y )) obtained by Fourier transform of φ (x, y, 0) and φ z (x, y, 0), respectively. ψ z (k)) is represented by A (k) + B (k) and | k | (A (k) −B (k)), respectively. Accordingly, each of A (k) and B (k) can be expressed using ψ (k) and ψ z (k), and by substituting these into Equation 9, Equation 13 is derived.

以上のことから、対象物の外部に設定されたz=0を満たす測定面における測定によりディリクレ型境界条件であるφ(x,y,0)、および、ノイマン型境界条件であるφ(x,y,0)が得られる場合、これらをフーリエ変換することによって数13に示すようにφ(x,y,z)をxおよびyに関してフーリエ変換したものを導くとともに逆フーリエ変換を行うことにより、φ(x,y,z)を取得することができ、3次元磁場分布が厳密に導かれることとなる。 From the above, φ (x, y, 0), which is a Dirichlet type boundary condition, and φ z (x, which is a Neumann type boundary condition) by measurement on a measurement surface satisfying z = 0 set outside the object. , Y, 0) is obtained by performing a Fourier transform to obtain a result of Fourier transform of φ (x, y, z) with respect to x and y as shown in Equation 13 and performing an inverse Fourier transform. , Φ (x, y, z) can be acquired, and a three-dimensional magnetic field distribution is strictly derived.

図1.Aおよび図1.Bはラプラス方程式を満たす磁場の一例を示す図であり、「神」の字状の経路に電流を流した場合に周囲に形成される磁場を、コンピュータにより求めた結果を示している。上記電流経路はXY平面に平行な所定の面上に存在し、図1.Aおよび図1.Bは、この面からZ方向に4.25μm(マイクロメートル)、4.75μm離れた面における磁場をそれぞれ示している。図1.Cは、図1.Aおよび図1.Bの2つの2次元磁場分布画像を用いて、数13により3次元磁場分布を再構成して、上記電流経路からZ方向に0.25μm離れた座標の2次元磁場分布を表示したものである。なお、図1.Cでは、参考のため、白い線にて「神」の字を記している。   FIG. A and FIG. B is a diagram showing an example of a magnetic field satisfying the Laplace equation, and shows a result of a computer obtaining a magnetic field formed around when a current is passed through a path of a “god” shape. The current path exists on a predetermined plane parallel to the XY plane. A and FIG. B indicates the magnetic field in a plane away from this plane by 4.25 μm (micrometer) and 4.75 μm in the Z direction. FIG. C is the same as FIG. A and FIG. Using the two two-dimensional magnetic field distribution images of B, the three-dimensional magnetic field distribution is reconstructed according to Equation 13, and the two-dimensional magnetic field distribution at coordinates 0.25 μm away from the current path in the Z direction is displayed. . In addition, FIG. In C, the word “God” is marked with a white line for reference.

数13により再構成された図1.Cに示すように、電流経路に近接する面における磁場では、電流経路の形状を判別することができるが、図1.Aおよび図1.Bに示すように、電流経路から離れた面では、電流経路の形状は明瞭ではなくなる。ところが、例えば、図1.Bに示す磁場の面がz=0を満たす測定面であると想定し、上述のφ(x,y,0)およびφ(x,y,0)が測定により取得される場合、本発明に係る磁場分布取得方法を用いることにより、任意のzの値におけるφ(x,y,z)を求めることが可能となり、電流経路が対象物内に形成されている場合等により直接測定が不可能な面(図1.Cに示す磁場の面)における磁場分布を再現することが実現される。なお、上記原理はφ(x,y,z)がラプラス方程式を満たす範囲内で成立し、この範囲で磁場分布を求めることができる。 FIG. As shown in FIG. 1C, the shape of the current path can be determined from the magnetic field in the plane close to the current path. A and FIG. As shown in B, the shape of the current path is not clear on the surface away from the current path. However, for example, FIG. Assuming that the surface of the magnetic field shown in B is a measurement surface satisfying z = 0, the above-described φ (x, y, 0) and φ z (x, y, 0) are obtained by measurement. By using the magnetic field distribution acquisition method according to the above, it is possible to obtain φ (x, y, z) at an arbitrary z value, and direct measurement is not possible due to the case where a current path is formed in the object. It is possible to reproduce the magnetic field distribution on the possible planes (the plane of the magnetic field shown in FIG. 1.C). The above principle is established within a range where φ (x, y, z) satisfies the Laplace equation, and the magnetic field distribution can be obtained within this range.

次に、上記磁場分布取得方法を用いる磁場分布取得装置について説明する。図2は、磁場分布取得装置1の構成を示す図である。磁場分布取得装置1は、対象物9(例えば、人体)に由来する磁場分布を測定する複数のセンサを有する平面状のセンサ部2、センサ部2をその主面に沿って移動する移動機構3、および、磁場分布取得装置1の各構成要素の制御を担う制御部であるコンピュータ4を備える。なお、図2において破線の矩形にて示す回動機構3bは、後述の処理例にて用いられるものであり、本処理例では用いられない。   Next, a magnetic field distribution acquisition apparatus using the magnetic field distribution acquisition method will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the magnetic field distribution acquisition apparatus 1. The magnetic field distribution acquisition device 1 includes a planar sensor unit 2 having a plurality of sensors that measure a magnetic field distribution derived from an object 9 (for example, a human body), and a moving mechanism 3 that moves the sensor unit 2 along its main surface. And a computer 4 that is a control unit that controls each component of the magnetic field distribution acquisition device 1. Note that the rotation mechanism 3b indicated by a broken-line rectangle in FIG. 2 is used in a processing example described later, and is not used in this processing example.

図3は、対象物9側から見たセンサ部2を示す図であり、図4は、図3中の矢印A−Aの位置におけるセンサ部2の断面図である。図4に示すように、センサ部2は板状の基材20を有し、トンネル磁気抵抗(TMR (Tunneling Magneto Resistance))効果を利用した薄膜素子である複数の第1センサ211が基材20の主面上に形成される。複数の第1センサ211は絶縁材料231にて覆われており、表面が平坦化された絶縁材料231上に、第1センサ211と同様のTMR素子である複数の第2センサ221が形成される。複数の第2センサ221も、第1センサ211と同様に、絶縁材料232にて覆われる。   FIG. 3 is a diagram illustrating the sensor unit 2 viewed from the object 9 side, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensor unit 2 at the position of the arrow AA in FIG. As shown in FIG. 4, the sensor unit 2 includes a plate-like base material 20, and a plurality of first sensors 211 that are thin film elements using a tunneling magnetoresistance (TMR) effect are provided on the base material 20. Formed on the main surface. The plurality of first sensors 211 are covered with an insulating material 231, and a plurality of second sensors 221 that are TMR elements similar to the first sensor 211 are formed on the insulating material 231 whose surface is planarized. . Similarly to the first sensor 211, the plurality of second sensors 221 are also covered with an insulating material 232.

図3では、絶縁材料231,232内の第1センサ211および第2センサ221を実線にて図示するとともに、第1センサ211に平行斜線を付しており(後述の図9、図17、図19、図23および図25において同様)、第1センサ211、および、第2センサ221は図3中のX方向およびY方向に交互に(すなわち、市松模様状に)配置される。また、互いに隣接する第1センサ211と第2センサ221との間のX方向およびY方向の中心間距離(以下、「配列ピッチ」という。)は、それぞれP1およびP2にて一定である。以下の説明では、複数の第1センサ211の集合を第1センサ群21と呼び、複数の第2センサ221の集合を第2センサ群22と呼ぶ。図3では、144個のセンサ211,221が配列されるが、実際のセンサ部2では、多数のセンサ211,221が配列される。   In FIG. 3, the first sensor 211 and the second sensor 221 in the insulating materials 231 and 232 are illustrated by solid lines, and the first sensor 211 is indicated by parallel diagonal lines (see FIGS. 9, 17, and FIG. 19, the same as in FIGS. 23 and 25), the first sensor 211, and the second sensor 221 are alternately arranged in the X direction and the Y direction in FIG. 3 (that is, in a checkered pattern). Further, the distance between the centers in the X direction and the Y direction (hereinafter referred to as “arrangement pitch”) between the first sensor 211 and the second sensor 221 adjacent to each other is constant at P1 and P2, respectively. In the following description, a set of the plurality of first sensors 211 is referred to as a first sensor group 21, and a set of the plurality of second sensors 221 is referred to as a second sensor group 22. In FIG. 3, 144 sensors 211 and 221 are arranged, but in the actual sensor unit 2, a large number of sensors 211 and 221 are arranged.

ここで、基材20の主面(図4中の(+Z)側の主面)を含む平面を第1平面81、平坦化された絶縁材料231の主面(図4中の(+Z)側の主面)を含む平面を第2平面82と呼ぶと、センサ部2では、図3および図4に示すように、第1センサ群21が対象物9に対向する第1平面81上に離散的に配列される。また、第1平面81から対象物9側((+Z)側)に微小距離dだけ離れ、かつ、第1平面81に対して平行に固定された第2平面82上に、第1センサ群21と同様の構成の第2センサ群22が、第1平面81の法線方向(すなわち、Z方向)において第1センサ群21と重なることなく離散的に配列される。なお、第1平面81および第2平面82はX方向およびY方向に平行である。   Here, the plane including the main surface of the substrate 20 (the main surface on the (+ Z) side in FIG. 4) is the first plane 81, and the main surface of the flattened insulating material 231 (the (+ Z) side in FIG. 4). In FIG. 3 and FIG. 4, in the sensor unit 2, the first sensor group 21 is discrete on the first plane 81 facing the object 9. Ordered. Further, the first sensor group 21 is placed on the second plane 82 which is separated from the first plane 81 by the minute distance d toward the object 9 ((+ Z) side) and is fixed in parallel to the first plane 81. The second sensor group 22 having the same configuration as that of the first sensor group 21 is discretely arranged without overlapping the first sensor group 21 in the normal direction of the first plane 81 (that is, the Z direction). The first plane 81 and the second plane 82 are parallel to the X direction and the Y direction.

センサ部2を製造する際には、図5.Aに示すように、基材20上に強磁性金属層291、絶縁体層292、強磁性金属層293が順に形成され、図5.Bに示すように、これらの層291〜293上にネガ型の感光材料(フォトレジスト)の膜299が形成される。続いて、第1センサ群21の複数の第1センサ211に対応する膜299上の領域に(感光材料がポジ型である場合には、当該領域以外に)光が照射され、現像処理を行うことにより、図5.Cに示すように、複数の第1センサ211に対応する感光材料のパターンが形成される。そして、プラズマエッチング処理が行われた後、感光材料が除去されることにより、図5.Dに示すように、基材20上に複数の第1センサ211が形成される。   When the sensor unit 2 is manufactured, FIG. As shown in FIG. 5A, a ferromagnetic metal layer 291, an insulator layer 292, and a ferromagnetic metal layer 293 are sequentially formed on the substrate 20, and FIG. As shown in B, a negative type photosensitive material (photoresist) film 299 is formed on these layers 291 to 293. Subsequently, light is irradiated to a region on the film 299 corresponding to the plurality of first sensors 211 of the first sensor group 21 (in the case where the photosensitive material is a positive type, other than the region), and development processing is performed. As shown in FIG. As shown in C, a pattern of photosensitive material corresponding to the plurality of first sensors 211 is formed. Then, after the plasma etching process is performed, the photosensitive material is removed, so that FIG. As shown in D, a plurality of first sensors 211 are formed on the substrate 20.

基材20上には、絶縁材料が付与され、その表面が研磨されて平坦化されることにより、図5.Eに示すように、絶縁材料(の層)231が形成される。絶縁材料231上において上記処理が繰り返されることにより、第1センサ群21、絶縁材料231、第2センサ群22および絶縁材料232が形成された図4のセンサ部2が完成する。実際には、各センサ211,221には、導電性の引出線が形成される。なお、強磁性金属層291,293の一方がピン層であり、他方がソフト層である。   An insulating material is applied on the base material 20, and the surface thereof is polished and flattened, whereby FIG. As shown in E, an insulating material (layer) 231 is formed. By repeating the above process on the insulating material 231, the sensor unit 2 of FIG. 4 in which the first sensor group 21, the insulating material 231, the second sensor group 22, and the insulating material 232 are formed is completed. Actually, each of the sensors 211 and 221 is formed with a conductive leader line. One of the ferromagnetic metal layers 291 and 293 is a pinned layer, and the other is a soft layer.

コンピュータ4は、図6に示すように、各種演算を行うCPU41、基本プログラムを記憶するROM42および各種情報を記憶するRAM43をバスラインに接続した一般的なコンピュータシステムとなっている。バスラインにはさらに、情報記憶を行う固定ディスク44、各種情報の表示を行うディスプレイ45、操作者からの入力を受け付けるキーボード46aおよびマウス46b、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体8から情報の読み取りを行う読取装置47、並びに、移動機構3に制御信号を送り出したり、センサ部2からの信号が入力される通信部48が、適宜、インターフェイス(I/F)を介する等して接続される。   As shown in FIG. 6, the computer 4 is a general computer system in which a CPU 41 for performing various calculations, a ROM 42 for storing basic programs, and a RAM 43 for storing various information are connected to a bus line. The bus line further includes a fixed disk 44 for storing information, a display 45 for displaying various information, a keyboard 46a and a mouse 46b for accepting input from an operator, an optical disk, a magnetic disk, a magneto-optical disk, and the like. A reading device 47 that reads information from the recording medium 8 and a communication unit 48 that sends a control signal to the moving mechanism 3 and receives a signal from the sensor unit 2 appropriately pass through an interface (I / F). Equally connected.

コンピュータ4には、事前に読取装置47を介して記録媒体8からプログラム441が読み出され、固定ディスク44に記憶される。そして、プログラム441がRAM43にコピーされるとともにCPU41がRAM43内のプログラムに従って演算処理を実行することにより(すなわち、コンピュータ4がプログラムを実行することにより)、後述する演算部としての機能が実現される。   The computer 4 reads the program 441 from the recording medium 8 via the reader 47 in advance and stores it in the fixed disk 44. The program 441 is copied to the RAM 43 and the CPU 41 executes arithmetic processing according to the program in the RAM 43 (that is, when the computer 4 executes the program), thereby realizing a function as an arithmetic unit described later. .

図7は、CPU41がプログラム441に従って動作することにより、CPU41、ROM42、RAM43、固定ディスク44等が実現する機能構成を示すブロック図である。図7において補間演算部51、微分測定値群生成部52および磁場取得部53を含む演算部5がCPU41等により実現される機能を示す。なお、補間演算部51は後述の処理にて用いられる機能である。これらの機能は専用の電気的回路により実現されてもよく、部分的に専用の電気的回路が用いられてもよい。また、複数のコンピュータにより実現されてもよい。   FIG. 7 is a block diagram illustrating a functional configuration realized by the CPU 41, the ROM 42, the RAM 43, the fixed disk 44, and the like by the CPU 41 operating according to the program 441. In FIG. 7, the calculation unit 5 including the interpolation calculation unit 51, the differential measurement value group generation unit 52, and the magnetic field acquisition unit 53 shows functions realized by the CPU 41 and the like. The interpolation calculation unit 51 is a function used in the processing described later. These functions may be realized by a dedicated electrical circuit, or a partially dedicated electrical circuit may be used. Further, it may be realized by a plurality of computers.

図8は磁場分布取得装置1が3次元磁場分布を取得する処理の流れを示す図である。図2の磁場分布取得装置1では、まず、センサ部2に対向する位置に対象物9が配置され、図3のセンサ部2の第1センサ群21および第2センサ群22にて同時に磁場分布が測定される(ステップS11)。既述のように、各センサ211,221は、基材20の主面に沿って広がる2つの強磁性金属層の間に絶縁体層を挟んだ構造であり、センサ211,221では、XY平面に沿う方向、例えばX方向の磁場が検出される(すなわち、検出方向はX方向である。)。第1センサ群21および第2センサ群22にて取得された検出方向の磁場(以下、単に「磁場」ともいう。)は、演算部5に出力される。   FIG. 8 is a diagram showing a flow of processing in which the magnetic field distribution acquisition device 1 acquires a three-dimensional magnetic field distribution. In the magnetic field distribution acquisition device 1 of FIG. 2, first, an object 9 is arranged at a position facing the sensor unit 2, and the magnetic field distribution is simultaneously performed by the first sensor group 21 and the second sensor group 22 of the sensor unit 2 of FIG. 3. Is measured (step S11). As described above, each of the sensors 211 and 221 has a structure in which an insulator layer is sandwiched between two ferromagnetic metal layers extending along the main surface of the substrate 20. , For example, a magnetic field in the X direction is detected (that is, the detection direction is the X direction). Magnetic fields in the detection direction (hereinafter also simply referred to as “magnetic fields”) acquired by the first sensor group 21 and the second sensor group 22 are output to the computing unit 5.

続いて、センサ部2を移動することが確認された後(ステップS12)、移動機構3によりセンサ部2がX方向に配列ピッチP1に等しい距離だけ移動される(ステップS13)。図9では、移動前のセンサ部2を二点鎖線にて示し、移動後のセンサ部2を実線にて示している。第1平面81上における第1センサ群21の配列と、第2平面82上における第2センサ群22の配列とが同様であるため、移動後のセンサ部2では、直前の測定時における第2センサ群22の位置とZ方向に重なる第1平面81上の位置に第1センサ群21が配置されるとともに、直前の測定時における第1センサ群21の位置とZ方向に重なる第2平面82上の位置に第2センサ群22が配置される(ただし、図9中の最も左側((−X)側)にてY方向に並ぶ複数のセンサ211,221を除く。)。   Subsequently, after confirming that the sensor unit 2 is moved (step S12), the sensor unit 2 is moved in the X direction by a distance equal to the arrangement pitch P1 (step S13). In FIG. 9, the sensor unit 2 before movement is indicated by a two-dot chain line, and the sensor unit 2 after movement is indicated by a solid line. Since the arrangement of the first sensor group 21 on the first plane 81 and the arrangement of the second sensor group 22 on the second plane 82 are the same, the sensor unit 2 after the movement has the second measurement at the previous measurement. The first sensor group 21 is disposed at a position on the first plane 81 that overlaps with the position of the sensor group 22 in the Z direction, and the second plane 82 that overlaps with the position of the first sensor group 21 at the time of the previous measurement in the Z direction. The second sensor group 22 is disposed at the upper position (except for the plurality of sensors 211 and 221 arranged in the Y direction on the leftmost side ((−X) side) in FIG. 9).

そして、第1センサ群21および第2センサ群22にて検出方向の磁場が一斉に測定され、演算部5に出力される(ステップS11)。2度繰り返されたステップS11における2回の測定により、図9の移動後のセンサ部2において、最も左側にてY方向に並ぶ複数のセンサ211,221を除く全てのセンサ211,221のXおよびY方向の位置にて、第1平面81上の磁場および第2平面82上の磁場が取得される。   Then, the first sensor group 21 and the second sensor group 22 simultaneously measure the magnetic fields in the detection direction and output them to the computing unit 5 (step S11). By the twice measurement in step S11 repeated twice, in the sensor unit 2 after movement in FIG. 9, X and X of all the sensors 211 and 221 except for the plurality of sensors 211 and 221 arranged in the Y direction on the leftmost side. At the position in the Y direction, the magnetic field on the first plane 81 and the magnetic field on the second plane 82 are acquired.

微分測定値群生成部52では、第1平面81をz=0を満たす測定面として、2回のステップS11における第1センサ群21の測定値群から、φ(x,y,0)が取得される。本実施の形態では、測定面81上の各位置におけるφ(x,y,0)の値(磁場)が画素値に変換され、測定面81における磁場の2次元分布が第1画像(正確には画像のデータ)として取得される。同様に、2回のステップS11における第2センサ群22の測定値群から、第2平面82における磁場の分布(すなわち、φ(x,y,d))が第2画像として取得される。   In the differential measurement value group generation unit 52, φ (x, y, 0) is acquired from the measurement value group of the first sensor group 21 in two steps S11 with the first plane 81 as a measurement surface that satisfies z = 0. Is done. In the present embodiment, the value (magnetic field) of φ (x, y, 0) at each position on the measurement surface 81 is converted into a pixel value, and the two-dimensional distribution of the magnetic field on the measurement surface 81 is the first image (exactly). Is acquired as image data). Similarly, the magnetic field distribution (that is, φ (x, y, d)) in the second plane 82 is acquired as the second image from the measurement value group of the second sensor group 22 in step S11 twice.

第1および第2画像が準備されると、これらの画像の差分画像が求められ、当該差分画像を微小距離d(第1平面81と第2平面82との間の距離)で除算した微分画像が生成される。微分画像は測定面81における磁場のZ方向の微分、すなわち、磁場の勾配を実質的に示す画像となる(ステップS14)。既述のように、第1画像はφ(x,y,0)にて表される。また、磁場の勾配は磁場をzにて微分したものであることから、磁場の勾配を示す微分画像はφ(x,y,0)を示す画像となる。 When the first and second images are prepared, a differential image of these images is obtained, and a differential image obtained by dividing the differential image by a minute distance d (a distance between the first plane 81 and the second plane 82). Is generated. The differential image is an image that substantially shows the Z-direction differential of the magnetic field on the measurement surface 81, that is, the gradient of the magnetic field (step S14). As described above, the first image is represented by φ (x, y, 0). Further, since the gradient of the magnetic field is obtained by differentiating the magnetic field with z, the differential image indicating the gradient of the magnetic field is an image indicating φ z (x, y, 0).

2回のステップS11における測定にて第1センサ群21により取得される測定値群を第1測定値群とし、第2センサ群22により取得される測定値群を第2測定値群とした場合、上記ステップS11〜S14の処理は、磁場の2次元分布(以下、「磁場分布」ともいう。)を示す第1測定値群および第2測定値群を取得し、第1測定値群と第2測定値群との差分測定値群を求め、さらに、差分測定値群を微小距離dで除算して微分測定値群を取得する工程となっている。   When the measurement value group acquired by the first sensor group 21 in the two measurements in step S11 is the first measurement value group, and the measurement value group acquired by the second sensor group 22 is the second measurement value group The processes in steps S11 to S14 acquire a first measurement value group and a second measurement value group that indicate a two-dimensional distribution of magnetic fields (hereinafter also referred to as “magnetic field distribution”). The difference measurement value group with respect to the two measurement value groups is obtained, and the difference measurement value group is further divided by the minute distance d to obtain the differential measurement value group.

続いて、磁場取得部53では、φ(x,y,0)である第1画像およびφ(x,y,0)である微分画像が、xおよびyに関して2次元フーリエ変換されてψ(k)およびψ(k)(すなわち、ψ(k,k)およびψ(k,k)(ただし、k,kはX方向およびY方向の波数である。))が求められる(ステップS15)。フーリエ変換として具体的には2次元の離散フーリエ変換が行われ、フーリエ変換に際して、例えば、0〜πの範囲の正弦関数のM乗(Mは0以上)を窓関数として両画像に掛ける手法が採用される。 Subsequently, in the magnetic field acquisition unit 53, the first image that is φ (x, y, 0) and the differential image that is φ z (x, y, 0) are two-dimensionally Fourier transformed with respect to x and y, and ψ ( k) and ψ z (k) (ie, ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) (where k x , k y are the wave numbers in the X direction and the Y direction)). Is obtained (step S15). Specifically, as the Fourier transform, a two-dimensional discrete Fourier transform is performed. In the Fourier transform, for example, a method of multiplying both images by using a sine function in the range of 0 to π (M is 0 or more) as a window function. Adopted.

ψ(k)およびψ(k)が求められると、ψ(k)およびψ(k)を用いて、数13で示される式(以下、「3次元磁場分布取得式」と呼ぶ。)によりφ(x,y,z)が求められる(ステップS16)。なお、ψ(k)およびψ(k)を3次元磁場分布取得式に代入してkに関して逆フーリエ変換する際には、フーリエ変換時と同様の窓関数が利用される。φ(x,y,z)が求められることにより、磁場の3次元分布(3次元磁場分布)が厳密に求められることとなる。 When ψ (k) and ψ z (k) are obtained, the equation shown in Expression 13 (hereinafter referred to as “three-dimensional magnetic field distribution obtaining equation”) is used using ψ (k) and ψ z (k). Is used to obtain φ (x, y, z) (step S16). When ψ (k) and ψ z (k) are substituted into the three-dimensional magnetic field distribution acquisition formula and inverse Fourier transform is performed with respect to k, a window function similar to that at the time of Fourier transform is used. By obtaining φ (x, y, z), a three-dimensional magnetic field distribution (three-dimensional magnetic field distribution) is obtained strictly.

続いて、φ(x,y,z)におけるzの値をz,z,z,・・・に順次変更しつつφ(x,y,z)とφ(x,y,zn−i)(ただし、nは2以上の整数であり、iは1以上、かつ、n未満の整数である。)との間の相違を示す値(以下、「評価値」という。)が求められる。本実施の形態では、iは1であり、φ(x,y,z)とφ(x,y,zn−1)との差の総和や、相互相関(類似性を示す他の値であってもよい。)等が、両者の相違が大きいほど値が高くなる評価値として用いられる。そして、評価値が所定値以下となるzの値hが求められ、磁場の発生源のZ方向の位置(およその位置)として特定される。磁場の発生源は、対象物9の表面または内部となる。磁場分布取得装置1ではφ(x,y,h)を示す画像が磁場の発生源(近傍)における磁場分布を示す画像として固定ディスク44に保存される(ステップS17)。磁場の発生源における磁場分布は、磁場の発生源の状態と対応しているため、以上の動作により、磁場の発生源が対象物内である場合等であっても、磁場の発生源の状態を得ることができる。 Subsequently, while sequentially changing the value of z in φ (x, y, z) to z 1 , z 2 , z 3 ,..., Φ (x, y, z n ) and φ (x, y, z n-i ) (where n is an integer of 2 or more and i is an integer of 1 or more and less than n) (hereinafter referred to as “evaluation value”). Desired. In the present embodiment, i is 1, and the sum of differences between φ (x, y, z n ) and φ (x, y, z n−1 ) or other values indicating cross-correlation (similarity). May be used as an evaluation value that increases as the difference between the two increases. Then, a value h of z at which the evaluation value is equal to or less than a predetermined value is obtained and specified as a position (approximate position) in the Z direction of the magnetic field generation source. The generation source of the magnetic field is the surface or the inside of the object 9. In the magnetic field distribution acquisition device 1, an image showing φ (x, y, h) is stored in the fixed disk 44 as an image showing the magnetic field distribution in the magnetic field generation source (near) (step S17). Since the magnetic field distribution at the magnetic field source corresponds to the state of the magnetic field source, the above operation causes the state of the magnetic field source even when the magnetic field source is within the object. Can be obtained.

ここで、1つのセンサを対象物に対してX方向およびY方向に移動して磁場分布を取得する比較例の測定について述べる。比較例の測定手法を用いて磁場を取得する場合には、一の測定面上にてセンサをX方向およびY方向に移動して磁場分布を取得した後に、当該測定面からZ方向に微小距離だけ離れた他の測定面にて同様の測定が行われるため、測定に長時間を要してしまう。したがって、周囲温度の変化による対象物の熱膨張や、対象物が生物である場合における当該対象物の動き等により、2つの測定面にて取得される2つの磁場分布において、Z方向に重なる2つの位置が対応する対象物上の部位が相違してしまう。この場合、微分画像を精度よく取得することができず、3次元磁場を高精度に取得することが困難となる。また、1つのセンサを対象物に対してX方向およびZ方向に移動して、異なる高さで2点または2点以上の座標で磁場データを取得後、Y方向に1画素分位置を変える動作を繰り返す方法においても、上記の同様またはそれ以上のデータ量を取得することが可能となるが、この場合は、2枚の画像データのXY座標の位置はセンサと試料の相対位置の経時変化があったとしても保障されるが、Z座標の信頼性は低い。   Here, a measurement of a comparative example in which one sensor is moved in the X direction and the Y direction with respect to an object to acquire a magnetic field distribution will be described. When acquiring the magnetic field using the measurement method of the comparative example, after moving the sensor in the X direction and the Y direction on one measurement surface to acquire the magnetic field distribution, the micro distance from the measurement surface in the Z direction. Since the same measurement is performed on other measurement surfaces that are separated by a long distance, the measurement takes a long time. Therefore, in the two magnetic field distributions acquired on the two measurement surfaces due to the thermal expansion of the object due to a change in the ambient temperature, the movement of the object when the object is a living thing, and the like, 2 overlaps in the Z direction. The site | part on the target object to which one position respond | corresponds will differ. In this case, the differential image cannot be acquired with high accuracy, and it is difficult to acquire the three-dimensional magnetic field with high accuracy. Also, move one sensor in the X and Z directions with respect to the object, acquire magnetic field data at two or more coordinates at different heights, and then change the position of one pixel in the Y direction In the method of repeating the above, it is possible to acquire the same or more data amount as described above. In this case, the position of the XY coordinates of the two pieces of image data is a change with time of the relative position of the sensor and the sample. Even if it is guaranteed, the reliability of the Z coordinate is low.

これに対し、磁場分布取得装置1のセンサ部2では、第1センサ群21が対象物9に対向する第1平面81上に離散的に配列されるとともに、第1平面81から対象物9側に微小距離dだけ離れ、かつ、第1平面81に対して平行に固定された第2平面82上に、第1センサ群21と同様の構成の第2センサ群22が、第1平面81の法線方向において第1センサ群21と重なることなく離散的に配列される。これにより、磁場分布取得装置1では、対象物9との間において、異なる2つの距離における磁場の2次元分布の測定を高速に、かつ、精度よく行うことができる。その結果、第1センサ群21の第1測定値群、および、第2センサ群22の第2測定値群に基づいて、対象物9に起因する3次元磁場分布を高精度に取得することが実現される。   In contrast, in the sensor unit 2 of the magnetic field distribution acquisition device 1, the first sensor group 21 is discretely arranged on the first plane 81 facing the object 9, and the object 9 side from the first plane 81. The second sensor group 22 having the same configuration as the first sensor group 21 is arranged on the second plane 82 which is separated by a small distance d and fixed in parallel to the first plane 81. They are arranged discretely without overlapping the first sensor group 21 in the normal direction. Thereby, in the magnetic field distribution acquisition apparatus 1, the measurement of the two-dimensional distribution of the magnetic field in two different distances between the object 9 can be performed at high speed and with high accuracy. As a result, based on the first measurement value group of the first sensor group 21 and the second measurement value group of the second sensor group 22, the three-dimensional magnetic field distribution resulting from the object 9 can be obtained with high accuracy. Realized.

ところで、図10および図11に示すように、複数のセンサ911が同一平面上においてX方向およびY方向に配列ピッチP1,P2にて配列される他の比較例のセンサ部91を想定した場合、このようなセンサ部91では、X方向およびY方向におけるセンサ911間の距離が狭くなり、センサ部91の製造が容易ではない。これに対し、図4のセンサ部2では、第1センサ群21が第1平面81上に形成され、第2センサ群22が第2平面82上に形成されることにより、第1平面81および第2平面82のそれぞれにおいて、X方向およびY方向におけるセンサ間の距離を、比較例のセンサ部91に比べて広くすることができ、センサ部2を容易に製造することができる。なお、半導体製造プロセスと同様の手法にて作製される図4のセンサ部2の場合、第1平面81および第2平面82のセンサの位置を高精度に位置合わせすることが容易に可能である。   By the way, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, when the sensor part 91 of the other comparative example by which the some sensor 911 is arranged by arrangement pitch P1, P2 in the X direction and the Y direction on the same plane is assumed, In such a sensor unit 91, the distance between the sensors 911 in the X direction and the Y direction becomes narrow, and the manufacture of the sensor unit 91 is not easy. On the other hand, in the sensor unit 2 of FIG. 4, the first sensor group 21 is formed on the first plane 81 and the second sensor group 22 is formed on the second plane 82. In each of the second planes 82, the distance between the sensors in the X direction and the Y direction can be made wider than that of the sensor unit 91 of the comparative example, and the sensor unit 2 can be easily manufactured. In the case of the sensor unit 2 of FIG. 4 manufactured by the same method as the semiconductor manufacturing process, it is possible to easily position the sensors on the first plane 81 and the second plane 82 with high accuracy. .

演算部5では、測定面81における測定値群であるφ(x,y,0)および微分測定値群であるφ(x,y,0)をそれぞれフーリエ変換してψ(k,k)およびψ(k,k)が求められ、さらに、ψ(k,k)およびψ(k,k)からφ(x,y,z)をフーリエ変換したものを導くことにより、φ(x,y,z)が求められる。これにより、3次元磁場分布をより精度よく求めることができる。 In the calculation unit 5, φ (x, y, 0), which is a measurement value group on the measurement surface 81, and φ z (x, y, 0), which is a differential measurement value group, are Fourier-transformed, respectively, ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) are obtained, and Φ (x, y, z) is further Fourier transformed from ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) To obtain φ (x, y, z). Thereby, the three-dimensional magnetic field distribution can be obtained more accurately.

また、磁場分布取得装置1では、センサ部2にて一の測定を行った後、移動機構3がセンサ部2を第1平面81に沿う方向に移動することにより、Z方向に関して当該一の測定時における第2センサ群22の位置と重なる第1平面81上の位置に第1センサ群21が配置されるとともに、当該一の測定時における第1センサ群21の位置と重なる第2平面82上の位置に第2センサ群22が配置され、他の測定が行われる。そして、当該一の測定および当該他の測定における第1センサ群21の測定値群と、当該一の測定および当該他の測定における第2センサ群22の測定値群との差分測定値群が求められ、差分測定値群を微小距離dで除算して微分測定値群が取得される。これにより、微分測定値群を精度よく求めることができ、3次元磁場分布をさらに精度よく求めることができる。   Further, in the magnetic field distribution acquisition device 1, after one measurement is performed by the sensor unit 2, the moving mechanism 3 moves the sensor unit 2 in a direction along the first plane 81, so that the one measurement with respect to the Z direction is performed. The first sensor group 21 is arranged at a position on the first plane 81 that overlaps with the position of the second sensor group 22 at the time, and on the second plane 82 that overlaps with the position of the first sensor group 21 at the time of the one measurement. The second sensor group 22 is arranged at the position, and another measurement is performed. Then, a difference measurement value group between the measurement value group of the first sensor group 21 in the one measurement and the other measurement and the measurement value group of the second sensor group 22 in the one measurement and the other measurement is obtained. Then, the differential measurement value group is obtained by dividing the difference measurement value group by the minute distance d. Thereby, the differential measurement value group can be obtained with high accuracy, and the three-dimensional magnetic field distribution can be obtained with higher accuracy.

さらに、演算部5では、φ(x,y,z)におけるzの値をz,z,z,・・・に順次変更しつつφ(x,y,z)とφ(x,y,zn−1)(ただし、nは2以上の整数)との間の相違を示す評価値が求められ、評価値が所定値以下となるzの値が磁場の発生源のZ方向の位置として特定される。これにより、磁場の発生源の位置を精度よく特定することができる。 Further, the arithmetic unit 5 sequentially changes the values of z in φ (x, y, z) to z 1 , z 2 , z 3 ,..., Φ (x, y, z n ) and φ (x , Y, z n-1 ) (where n is an integer greater than or equal to 2), an evaluation value is obtained, and the z value at which the evaluation value is less than or equal to a predetermined value is the Z direction of the magnetic field generation source. Is specified as the position. Thereby, the position of the generation source of a magnetic field can be specified accurately.

ここで、センサ部2における第1平面81と第2平面82との間の微小距離d(すなわち、第1センサ211と第2センサ221との段差)の最小限界値について述べる。TMR素子である各センサ211,221では、その素子抵抗に由来するジョンソンノイズに基づいて、第1センサ211と第2センサ221との段差の最小限界値Dlim[m]が数14のように表される。数14では、対象物9における長さl[m]の電流経路(X方向にのみ伸びる電流経路)の存在を仮定しており、当該電流経路に流れる電流値をI[A]としている。また、X方向に関して当該電流経路の一端と同位置となるセンサと、当該電流経路の一端との間のY方向の距離をr[m]、Z方向の距離をr[m]としている。なお、μは透磁率であり、Aはセンサの抵抗変化率の最大値[%]であり、vはセンサに対する印加電圧値[V]であり、Rは磁場が作用していない状態における素子抵抗[Ω]であり、kはボルツマン定数であり、Bはノイズの帯域幅[Hz]であり、Tはセンサの温度[K]である。また、センサの抵抗変化率[%]が(A/2)となる際の抵抗変化率の磁場Hに対する傾きが(A/H)である場合に、BはμHとして求められる。 Here, the minimum limit value of the minute distance d (that is, the step between the first sensor 211 and the second sensor 221) between the first plane 81 and the second plane 82 in the sensor unit 2 will be described. In each of the sensors 211 and 221 which are TMR elements, the minimum limit value D lim [m] of the step between the first sensor 211 and the second sensor 221 is based on Johnson noise derived from the element resistance as shown in Equation 14: expressed. In Equation 14, it is assumed that there is a current path having a length l x [m] in the object 9 (a current path extending only in the X direction), and a current value flowing through the current path is I [A]. Also, the distance in the Y direction between the sensor located at the same position as one end of the current path with respect to the X direction and the one end of the current path is denoted by r a [m], and the distance in the Z direction is denoted by r b [m]. . Note that μ is the magnetic permeability, A a is the maximum value [%] of the resistance change rate of the sensor, v 0 is the applied voltage value [V] to the sensor, and R 0 is a state in which no magnetic field is acting. Is the element resistance [Ω], k is the Boltzmann constant, B is the noise bandwidth [Hz], and T is the sensor temperature [K]. In addition, when the resistance change rate [%] of the sensor is (A a / 2) and the slope of the resistance change rate with respect to the magnetic field H is (A a / H w ), B w is obtained as μH w. .

図12は、段差の最小限界値Dlimと、電流経路とセンサとの間のY方向の距離rおよびセンサの抵抗変化率の最大値Aとの関係を示す図である。ここでは、電流値Iは1.0[μA]であり、電流経路長lは10[nm]であり、電流経路とセンサとの間のZ方向の距離r(すなわち、電流経路が形成される面と測定面との間の距離)は1.0[μm]であり、素子抵抗Rは0.40[Ω](ここでは、単位面積あたりの抵抗を0.40[Ω/μm]、素子の面積を1[μm]とする。)であり、Hは5.0×10−2[T]であり、ノイズの帯域幅Bは1.0[Hz]であり、センサの温度Tは300[K]である。また、図13はセンサの抵抗変化率の最大値Aが50[%]である場合における段差の最小限界値Dlimと、電流経路とセンサとの間のY方向の距離rとの関係を示す図であり、図14は電流経路とセンサとの間のY方向の距離rが0.32[μm]である場合における段差の最小限界値Dlimとセンサの抵抗変化率の最大値Aとの関係を示す図である。 Figure 12 is a minimum limit value D lim of the step is a diagram showing the relationship between the distance r a and the maximum value A a rate of change in resistance of the sensor in the Y direction between the current path and the sensor. Here, the current value I is 1.0 [μA], the current path length l x is 10 [nm], and the distance r b in the Z direction between the current path and the sensor (that is, the current path is formed). The distance between the measured surface and the measurement surface is 1.0 [μm], and the element resistance R 0 is 0.40 [Ω] (here, the resistance per unit area is 0.40 [Ω / μm). 2 ], the area of the element is 1 [μm 2 ].), H w is 5.0 × 10 −2 [T], and the noise bandwidth B is 1.0 [Hz]. The temperature T of the sensor is 300 [K]. FIG. 13 shows the relationship between the minimum limit value D lim of the step when the maximum value A a of the resistance change rate of the sensor is 50 [%] and the distance r a in the Y direction between the current path and the sensor. is a diagram showing a, 14 Y direction distance r a is 0.32 [[mu] m] steps of the minimum limit value D lim and the maximum value of the resistance change rate of the sensor when it is between the current path and the sensor is a diagram showing the relationship between a a.

図15は、段差の最小限界値Dlimと、電流経路とセンサとの間のY方向の距離rおよび素子抵抗Rとの関係を示す図である。図15では、センサの抵抗変化率の最大値Aが50[%]である点を除き、各条件は図12と同じである。図16は、電流経路とセンサとの間のY方向の距離rが0.32[μm]である場合における段差の最小限界値Dlimと素子抵抗Rとの関係を示す図である。 Figure 15 is a minimum limit value D lim of the step is a diagram showing the relationship between the Y-direction distance r a and the element resistance R 0 between the current path and the sensor. In Figure 15, the maximum value A a rate of resistance change of the sensor except a 50 [%], the conditions are the same as FIG. 12. Figure 16 is a diagram showing the relationship between the minimum limit value D lim and element resistance R 0 of the step when Y direction distance r a is 0.32 [[mu] m] between the current path and the sensor.

例えば、電流値Iが1.0[μA]であり、電流経路長lが10[nm]であり、電流経路とセンサとの間のZ方向の距離rが1.0[μm]であり、電流経路とセンサとの間のY方向の距離rが3.2[μm]であり、センサの素子抵抗Rが0.40[Ω]であり、抵抗変化率の最大値Aが50[%]であり、Hが5.0×10−2[T]であり、ノイズの帯域幅Bが1.0[Hz]であり、センサの温度Tが300[K]である場合には、段差の最小限界値Dlimは260[nm]となる。なお、段差の最大限界値については、センサ部2と対象物9との間の距離、電流値に応じて適宜決定される。 For example, a current value I is 1.0 [.mu.A], a current path length l x is 10 [nm], in the Z-direction distance r b between the current path and the sensor 1.0 [[mu] m] There, the distance r a in the Y direction between the current path and the sensor is the 3.2 [[mu] m], the element resistance R 0 of the sensor is 0.40 [Omega], the maximum value a a rate of change of resistance Is 50 [%], H w is 5.0 × 10 −2 [T], noise bandwidth B is 1.0 [Hz], and sensor temperature T is 300 [K]. In this case, the minimum limit value D lim of the step is 260 [nm]. In addition, about the maximum limit value of a level | step difference, it determines suitably according to the distance between the sensor part 2 and the target object 9, and an electric current value.

次に、磁場分布取得装置1における他の処理例について述べる。ここでは、第1平面81における第1センサ211のX方向およびY方向のピッチをP,Pとし、第2平面82における第2センサ221のX方向およびY方向のピッチもP,Pとして、第1平面81上に配置される第1センサ211のX方向およびY方向の座標が(nP,mP)として表され(ただし、nおよびmは0以上の整数)、第2平面82上に配置される第2センサ221のX方向およびY方向の座標が((n+1/2)P,(m+1/2)P)として表されるものとする。また、本処理例では、図7の補間演算部51が用いられる。 Next, another processing example in the magnetic field distribution acquisition apparatus 1 will be described. Here, the pitches in the X direction and Y direction of the first sensor 211 on the first plane 81 are P X and P Y, and the pitches in the X direction and Y direction of the second sensor 221 on the second plane 82 are also P X , P As Y , coordinates in the X direction and Y direction of the first sensor 211 arranged on the first plane 81 are represented as (nP X , mP Y ) (where n and m are integers of 0 or more), and the second Assume that the coordinates in the X direction and the Y direction of the second sensor 221 arranged on the plane 82 are represented as ((n + 1/2) P X , (m + 1/2) P Y ). In the present processing example, the interpolation calculation unit 51 of FIG. 7 is used.

磁場分布取得装置1では、センサ部2の第1センサ群21および第2センサ群22にて磁場が測定されると(ステップS11)、センサ部2の移動を行うことなく、磁場の勾配を示す微分画像φ(x,y,0)が取得される(ステップS12,S14)。 In the magnetic field distribution acquisition device 1, when the magnetic field is measured by the first sensor group 21 and the second sensor group 22 of the sensor unit 2 (step S11), the gradient of the magnetic field is shown without moving the sensor unit 2. The differential image φ z (x, y, 0) is acquired (steps S12 and S14).

具体的には、既述のように第1平面81(測定面)上に配置される第1センサ211のX方向およびY方向の座標が(nP,mP)として表されるため、補間演算部51では、第1センサ211により取得される測定値群φ(x,y,0)が、数15にて表される。 Specifically, since the coordinates in the X direction and the Y direction of the first sensor 211 arranged on the first plane 81 (measurement surface) are expressed as (nP X , mP Y ) as described above, interpolation is performed. In the calculation unit 51, the measurement value group φ (x, y, 0) acquired by the first sensor 211 is expressed by Equation 15.

同様に、第2センサ221により取得される測定値群φ(x,y,d)は、数16にて表される。   Similarly, the measurement value group φ (x, y, d) acquired by the second sensor 221 is expressed by Expression 16.

このとき、第2平面82上において第1センサ211とZ方向に重なる位置、すなわち、X方向およびY方向の座標が(nP,mP)として表される位置における磁場の値φ(nP,mP,d)は数17のように近似することができる。 At this time, the magnetic field value φ (nP X at a position on the second plane 82 that overlaps the first sensor 211 in the Z direction, that is, a position where the coordinates in the X direction and the Y direction are represented as (nP X , mP Y ). , MP Y , d) can be approximated as in Eq.

すなわち、数17では、第2センサ群22の測定値群に対して補間演算を行って、第2平面82上において、複数の第1センサ211に対向する位置(第2センサ221が配置されていない位置であり、座標(nP,mP)にて表される位置)における新たな測定値群が求められる。なお、数17では、隣接する2つの第2センサ221における測定値の平均値の算出(線形補間)が行われるが、他の種類の補間演算が行われてもよい。 That is, in Equation 17, interpolation calculation is performed on the measurement value group of the second sensor group 22, and a position facing the plurality of first sensors 211 on the second plane 82 (the second sensors 221 are arranged). A new group of measured values at the coordinates (positions represented by the coordinates (nP X , mP Y )) is obtained. In Equation 17, the average value (linear interpolation) of the measurement values of the two adjacent second sensors 221 is calculated, but other types of interpolation calculations may be performed.

このようにして、第1平面81および第2平面82の双方において座標(nP,mP)にて表される位置の測定値が取得されると、微分測定値群生成部52では、数18に示すように、当該新たな測定値群と第1センサ群21の測定値群との差分測定値群を、第1平面81と第2平面82との間の微小距離dにて除算することにより、微分画像である微分測定値群φ(x,y,0)が求められる。 In this way, when the measurement values at the positions represented by the coordinates (nP X , mP Y ) are obtained on both the first plane 81 and the second plane 82, the differential measurement value group generation unit 52 performs numerical values. As shown in FIG. 18, the difference measurement value group between the new measurement value group and the measurement value group of the first sensor group 21 is divided by the minute distance d between the first plane 81 and the second plane 82. Thus, a differential measurement value group φ z (x, y, 0) that is a differential image is obtained.

微分画像φ(x,y,0)が求められると、上記処理例と同様にしてφ(x,y,0)およびφ(x,y,0)が、xおよびyに関してフーリエ変換されてψ(k,k)およびψ(k,k)(すなわち、ψ(k)およびψ(k))が求められ(ステップS15)、ψ(k,k)およびψ(k,k)を用いて、3次元磁場分布取得式によりφ(x,y,z)が求められる(ステップS16)。そして、zの値を順次変更しつつ評価値が求められることにより、磁場の発生源のZ方向の位置が特定され、磁場の発生源における磁場分布を示す画像が取得される(ステップS17)。 When the differential image φ z (x, y, 0) is obtained, φ (x, y, 0) and φ z (x, y, 0) are Fourier-transformed with respect to x and y in the same manner as in the above processing example. Ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) (that is, ψ (k) and ψ z (k)) are obtained (step S15), ψ (k x , k y ) and Using φ z (k x , k y ), φ (x, y, z) is obtained by a three-dimensional magnetic field distribution acquisition formula (step S16). Then, by obtaining the evaluation value while sequentially changing the value of z, the position of the magnetic field generation source in the Z direction is specified, and an image showing the magnetic field distribution in the magnetic field generation source is acquired (step S17).

以上に説明したように、磁場分布取得装置1では、第2センサ群22の測定値群に対して補間演算を行うことにより、第2センサ群22が配列される第2平面82上において、Z方向において第1センサ群21と重なる位置における磁場が、新たな測定値群として求められる。そして、当該新たな測定値群と第1センサ群21の測定値群との差分測定値群を求め、当該差分測定値群を微小距離dで除算することにより、微分測定値群が取得される。これにより、磁場分布取得装置1では、センサ部2を移動することなく、微分測定値群を精度よく求めることができ、対象物9に起因する3次元磁場分布を高精度に求めることが可能となる。   As described above, in the magnetic field distribution acquisition device 1, Z is performed on the second plane 82 on which the second sensor group 22 is arranged by performing an interpolation operation on the measurement value group of the second sensor group 22. A magnetic field at a position overlapping the first sensor group 21 in the direction is obtained as a new measurement value group. Then, a differential measurement value group between the new measurement value group and the measurement value group of the first sensor group 21 is obtained, and the differential measurement value group is obtained by dividing the differential measurement value group by the minute distance d. . Thereby, in the magnetic field distribution acquisition device 1, it is possible to accurately obtain the differential measurement value group without moving the sensor unit 2, and to obtain the three-dimensional magnetic field distribution resulting from the object 9 with high accuracy. Become.

補間演算部51では、第1センサ群21の測定値群に対して補間演算を行うことにより、第1センサ群21が配列される第1平面81上において、センサ部2の法線方向において第2センサ群22と重なる位置における磁場が、新たな測定値群として求められてもよい。すなわち、第1センサ群21および第2センサ群22のうち一方のセンサ群の測定値群に対して補間演算を行うことにより、当該一方のセンサ群が配列される一方の平面上において、センサ部2の法線方向において他方のセンサ群と重なる位置における磁場が、新たな測定値群として求められる。そして、当該新たな測定値群と当該他方のセンサ群の測定値群との差分測定値群を求め、差分測定値群を微小距離dで除算することにより、微分測定値群が取得される。また、第1センサ群21および第2センサ群22の双方の測定値群に対して補間演算を行うことにより、微分測定値群が高分解能にて求められてよい。   The interpolation calculation unit 51 performs interpolation calculation on the measurement value group of the first sensor group 21, so that the first calculation unit 51 in the normal direction of the sensor unit 2 on the first plane 81 on which the first sensor group 21 is arranged. The magnetic field at a position overlapping the two sensor group 22 may be obtained as a new measurement value group. That is, by performing an interpolation operation on the measurement value group of one of the first sensor group 21 and the second sensor group 22, on one plane where the one sensor group is arranged, the sensor unit A magnetic field at a position overlapping with the other sensor group in the normal direction of 2 is obtained as a new measurement value group. Then, a differential measurement value group between the new measurement value group and the measurement value group of the other sensor group is obtained, and the differential measurement value group is divided by the minute distance d to obtain the differential measurement value group. Further, the differential measurement value group may be obtained with high resolution by performing an interpolation operation on the measurement value groups of both the first sensor group 21 and the second sensor group 22.

磁場分布取得装置1における第1センサ211および第2センサ221の配列は様々に変更されてよく、例えば、図17に示すように、複数の第1センサ211がY方向に連続して並ぶ第1センサの列と、複数の第2センサ221がY方向に連続して並ぶ第2センサの列とがX方向に交互に配列されてもよい。   The arrangement of the first sensor 211 and the second sensor 221 in the magnetic field distribution acquisition device 1 may be variously changed. For example, as shown in FIG. The sensor rows and the second sensor rows in which the plurality of second sensors 221 are continuously arranged in the Y direction may be alternately arranged in the X direction.

図17のセンサ部2aにおいて、φ(x,y,0)およびφ(x,y,0)を取得する際には、一の測定を行った後(図8:ステップS11)、移動機構3によりセンサ部2aが僅かに移動され、当該一の測定時における第2センサ群22の位置(図17中にて実線にて示す。)とZ方向に重なる第1平面81上の位置に第1センサ群21が配置されるとともに、当該一の測定時における第1センサ群21の位置とZ方向に重なる第2平面82上の位置に第2センサ群22が配置される(図17中にて二点鎖線にて示すセンサ部2a参照)(ステップS12,S13)。センサ部2aでは、次の測定が行われることにより(ステップS11)、φ(x,y,0)およびφ(x,y,d)が取得され、微分測定値群生成部52により、φ(x,y,0)が求められる(ステップS12,S14)。これにより、対象物9に起因する3次元磁場分布を高精度に求めることが可能となる。もちろん、図17のセンサ部2aにおいて、補間演算を行うことにより、センサ部2aを移動することなく、微分測定値群が精度よく求められてよい。 When obtaining φ (x, y, 0) and φ z (x, y, 0) in the sensor unit 2a of FIG. 17, after performing one measurement (FIG. 8: step S11), the moving mechanism 3, the sensor unit 2 a is slightly moved, and the second sensor group 22 at the time of the one measurement (shown by a solid line in FIG. 17) and the position on the first plane 81 that overlaps in the Z direction. The first sensor group 21 is arranged, and the second sensor group 22 is arranged at a position on the second plane 82 that overlaps the position of the first sensor group 21 and the Z direction at the time of the one measurement (in FIG. 17). (See the sensor unit 2a indicated by a two-dot chain line) (steps S12 and S13). The sensor unit 2a obtains φ (x, y, 0) and φ (x, y, d) by performing the following measurement (step S11), and the differential measurement value group generation unit 52 obtains φ z (X, y, 0) is obtained (steps S12 and S14). Thereby, the three-dimensional magnetic field distribution resulting from the object 9 can be obtained with high accuracy. Of course, the differential measurement value group may be obtained with high accuracy without moving the sensor unit 2a by performing an interpolation calculation in the sensor unit 2a of FIG.

次に、本発明の関連技術に係る2次元場分布取得方法の原理について説明する。図18は、2次元場分布取得方法の原理を説明するための図である。図18では、互いに垂直なX,Y,Z方向にて規定される直交座標系を示している。図18中にて符号92を付す薄膜状のセンサは、z=α(ただし、αは任意の値)を満たす任意の測定面上において測定面に平行な方向に伸びる。   Next, the principle of the two-dimensional field distribution acquisition method according to the related technique of the present invention will be described. FIG. 18 is a diagram for explaining the principle of the two-dimensional field distribution acquisition method. FIG. 18 shows an orthogonal coordinate system defined by X, Y, and Z directions perpendicular to each other. The thin film sensor denoted by reference numeral 92 in FIG. 18 extends in a direction parallel to the measurement surface on an arbitrary measurement surface that satisfies z = α (where α is an arbitrary value).

以下の説明では、Y方向を基準方向、センサ92の長手方向をY’方向、測定面上において長手方向(Y’方向)に垂直な方向をX’方向、基準方向とY’方向とがなす角度(以下、「センサ角度」という。)をθ、X’方向およびY’方向の座標パラメータをx’およびy’(ただし、X’方向およびY’方向の原点はZ軸上であり、図18ではX,Y、Z方向にて規定される直交座標系の原点と同じである。)とする。   In the following description, the Y direction is the reference direction, the longitudinal direction of the sensor 92 is the Y ′ direction, the direction perpendicular to the longitudinal direction (Y ′ direction) on the measurement surface is the X ′ direction, and the reference direction and the Y ′ direction are formed. The angle (hereinafter referred to as “sensor angle”) is θ, the coordinate parameters in the X ′ direction and the Y ′ direction are x ′ and y ′ (where the origin in the X ′ direction and the Y ′ direction is on the Z axis, 18 is the same as the origin of the orthogonal coordinate system defined in the X, Y, and Z directions.

関連技術に係る2次元場分布取得方法では、センサ92をX’方向に移動して測定面上の所定の領域(対象物上にて注目する領域を測定面上に投影した領域であり、以下、「測定対象領域」という。)を通過する走査が行われる。そして、走査時においてX’方向の各位置x’にてセンサ92の全体が受ける磁場(センサ92内を通過する磁力線の総和)を示す信号が生成され、測定値として取得される。実際には、センサ角度θを0°以上180°未満の範囲内にて複数通りに変更しつつ、測定面上において長手方向に垂直な方向への走査が繰り返され、3次元場に由来する測定値を示す関数f(x’,θ)(以下、単に「測定値f(x’,θ)」という。)が、x’およびθをパラメータとして取得される。なお、Z軸は、測定対象領域のおよそ中央を通過するものとする。   In the two-dimensional field distribution acquisition method according to the related technology, the sensor 92 is moved in the X ′ direction, and a predetermined region on the measurement surface (a region of interest on the object is a region projected on the measurement surface; , Referred to as “measurement target region”). Then, a signal indicating the magnetic field (total sum of magnetic field lines passing through the sensor 92) received by the entire sensor 92 at each position x 'in the X' direction during scanning is generated and acquired as a measurement value. In practice, the sensor angle θ is changed in a plurality of ways within a range of 0 ° or more and less than 180 °, and scanning in the direction perpendicular to the longitudinal direction is repeated on the measurement surface, and the measurement is derived from a three-dimensional field. A function f (x ′, θ) indicating a value (hereinafter simply referred to as “measured value f (x ′, θ)”) is acquired using x ′ and θ as parameters. It is assumed that the Z axis passes through approximately the center of the measurement target region.

ここで、Z方向に沿って見た場合に、X’Y’座標系は、XY座標系をZ軸を中心としてセンサ角度θだけ回転させたものであるため、数19が満たされる。   Here, when viewed along the Z direction, the X′Y ′ coordinate system is obtained by rotating the XY coordinate system by the sensor angle θ about the Z axis, and therefore Expression 19 is satisfied.

また、既述のように、センサ92をX’方向に移動する各走査時には、センサ92の全体が受ける磁場が取得されるため、測定値f(x’,θ)は数20にて表される。なお、センサ92の長手方向(Y’方向)に関して、センサ92は測定対象領域の幅に比べて十分に長くなるように設定されている。   Further, as described above, during each scan in which the sensor 92 is moved in the X ′ direction, since the magnetic field received by the entire sensor 92 is acquired, the measured value f (x ′, θ) is expressed by Equation 20. The Note that the sensor 92 is set to be sufficiently longer than the width of the measurement target region with respect to the longitudinal direction (Y ′ direction) of the sensor 92.

ここで、φ(x,y,α)をX方向およびY方向にフーリエ変換したψ(k,k)|z=α(以下、単にψ(k,k)と表す。)は数21のように表される。ただし、数21において、k,kはX方向およびY方向の波数である。 Here, ψ (k x , k y ) | z = α (hereinafter simply referred to as ψ (k x , k y )) obtained by Fourier transform of φ (x, y, α) in the X direction and the Y direction. It is expressed as Equation 21. However, the number 21, k x, k y is the wave number of the X and Y directions.

数21において、(k=kx’cosθ)、(k=kx’sinθ)、(x’=xcosθ+ysinθ)とおくと、数22が得られる。ただし、数22において、kx’,ky’はX’方向およびY’方向の波数である。 In Expression 21, when (k x = k x ′ cos θ), (k y = k x ′ sin θ), and (x ′ = x cos θ + ysin θ) are set, Expression 22 is obtained. However, in Expression 22, k x ′ and k y ′ are wave numbers in the X ′ direction and the Y ′ direction.

また、数22中の(dxdy)は数23にて表される。   Further, (dxdy) in Expression 22 is expressed by Expression 23.

したがって、数22は、数19、数20および数23を用いて数24のように変形することができる。数24ではψ(kx’cosθ,kx’sinθ)をg(kx’,θ)と表している。 Therefore, Equation 22 can be transformed into Equation 24 using Equations 19, 20, and 23. In Equation 24, ψ (k x ′ cos θ, k x ′ sin θ) is expressed as g (k x ′ , θ).

一方で、φ(x,y,α)は数25のように表すことができる。ただし、(k=kx’cosθ)、(k=kx’sinθ)、(x’=xcosθ+ysinθ)とおいている。 On the other hand, φ (x, y, α) can be expressed as in Expression 25. However, (k x = k x ′ cos θ), (k y = k x ′ sin θ), and (x ′ = x cos θ + ysin θ) are set.

数25に数24のψ(kx’cosθ,kx’sinθ)を代入することにより、φ(x,y,α)は数26にて表される。 By substituting ψ (k x ′ cos θ, k x ′ sin θ) of equation 24 into equation 25, φ (x, y, α) is expressed by equation 26.

以上のことから、基準方向とセンサ92の長手方向とがなす角度(すなわち、センサ角度)θを複数通りに変更しつつ、測定面上におけるセンサ92の走査を行って測定値f(x’,θ)を取得し、さらに、測定値f(x’,θ)をx’に関してフーリエ変換したg(kx’,θ)を求めることにより、数26(以下、「2次元場分布取得式」と呼ぶ。)を用いてφ(x,y,α)を取得することができる。 As described above, the sensor 92 is scanned on the measurement surface while changing the angle (that is, sensor angle) θ formed by the reference direction and the longitudinal direction of the sensor 92 in a plurality of ways, and the measured value f (x ′, θ) is obtained, and further, g (k x ′ , θ) obtained by Fourier-transforming the measured value f (x ′, θ) with respect to x ′ is obtained, thereby obtaining Equation 26 (hereinafter, “two-dimensional field distribution acquisition formula”). Can be used to obtain φ (x, y, α).

関連技術を用いて3次元の磁場分布を取得する際には、z=0を満たす測定面にてセンサ角度θを複数通りに変更しつつ、測定面上におけるセンサ92の走査を行って測定値f(x’,θ)を取得することにより、第1画像であるφ(x,y,0)が求められる。続いて、z=dを満たす測定面にてセンサ角度θを複数通りに変更しつつ、測定面上におけるセンサ92の走査を行って測定値f(x’,θ)を取得することにより、第2画像であるφ(x,y,d)が求められる。そして、第1画像および第2画像に基づいて、3次元の磁場が取得される。   When acquiring a three-dimensional magnetic field distribution using the related technology, the sensor 92 is scanned on the measurement surface while changing the sensor angle θ on the measurement surface satisfying z = 0, and the measurement value is obtained. By obtaining f (x ′, θ), φ (x, y, 0) as the first image is obtained. Subsequently, by changing the sensor angle θ on the measurement surface satisfying z = d in a plurality of ways, the sensor 92 is scanned on the measurement surface to obtain the measurement value f (x ′, θ). Two images φ (x, y, d) are obtained. Then, a three-dimensional magnetic field is acquired based on the first image and the second image.

次に、磁場分布取得装置1において、上記関連技術を利用して3次元磁場分布を取得する手法について説明する。図19は対象物9側から見たセンサ部2bを示す図であり、図20は、図19中の矢印B−Bの位置におけるセンサ部2bの断面図である。図19および図20に示すセンサ部2bでは、TMR素子である各第1センサ211bがz=0を満たす第1平面81上において一の方向(以下、「長手方向」という。)に伸びており、複数の第1センサ211bが当該方向に垂直な配列方向に一定のピッチにて配列される。また、各第2センサ221bも同様にz=dを満たす第2平面82上において第1センサ211bに平行に伸びており、複数の第2センサ221bが配列方向に同じピッチにて配列される。センサ部2bを平面視した図19では、第1センサ211bおよび第2センサ221bが配列方向に一定の配列ピッチにて交互に配置される。本手法に係る磁場分布取得装置1では、図2中にて破線にて示す回動機構3bによりセンサ部2bがZ軸を中心として回動可能であり、上記関連技術と同様に、各センサ211b,221bの長手方向をY’方向、長手方向(Y’方向)に垂直な方向をX’方向、Y方向(基準方向)とY’方向とがなすセンサ角度をθとする。   Next, a method for acquiring a three-dimensional magnetic field distribution using the related technique in the magnetic field distribution acquisition device 1 will be described. 19 is a diagram showing the sensor unit 2b viewed from the object 9 side, and FIG. 20 is a cross-sectional view of the sensor unit 2b at the position of the arrow BB in FIG. In the sensor unit 2b shown in FIGS. 19 and 20, each first sensor 211b, which is a TMR element, extends in one direction (hereinafter referred to as “longitudinal direction”) on the first plane 81 that satisfies z = 0. The plurality of first sensors 211b are arranged at a constant pitch in the arrangement direction perpendicular to the direction. Similarly, each second sensor 221b extends in parallel to the first sensor 211b on the second plane 82 satisfying z = d, and the plurality of second sensors 221b are arranged at the same pitch in the arrangement direction. In FIG. 19 in plan view of the sensor unit 2b, the first sensor 211b and the second sensor 221b are alternately arranged at a constant arrangement pitch in the arrangement direction. In the magnetic field distribution acquisition apparatus 1 according to the present method, the sensor unit 2b can be rotated about the Z axis by a rotation mechanism 3b indicated by a broken line in FIG. , 221b is the Y ′ direction, the direction perpendicular to the longitudinal direction (Y ′ direction) is the X ′ direction, and the sensor angle formed by the Y direction (reference direction) and the Y ′ direction is θ.

次に、図19のセンサ部2bを有する磁場分布取得装置1が3次元磁場分布を取得する処理の流れについて図8に準じて説明する。磁場分布取得装置1では、センサ部2bによる1回目の測定が行われ、各センサ211b,221bにて測定値が取得される(図8:ステップS11)。続いて、移動機構3によりセンサ部2bがX’方向に配列ピッチだけ移動され(ステップS12,S13)、1回目の測定時における第2センサ群22b(すなわち、複数の第2センサ221bの集合)の位置とZ方向に重なる第1平面81上の位置に第1センサ群21b(すなわち、複数の第1センサ211の集合)が配置されるとともに、1回目の測定時における第1センサ群21bの位置とZ方向に重なる第2平面82上の位置に第2センサ群22が配置される。そして、2回目の測定が行われることにより、各センサ211b,221bにて測定値が取得される(ステップS11)。   Next, the flow of processing in which the magnetic field distribution acquisition device 1 having the sensor unit 2b of FIG. 19 acquires a three-dimensional magnetic field distribution will be described with reference to FIG. In the magnetic field distribution acquisition device 1, the first measurement is performed by the sensor unit 2b, and the measurement values are acquired by the sensors 211b and 221b (FIG. 8: step S11). Subsequently, the sensor unit 2b is moved in the X ′ direction by the arrangement pitch by the moving mechanism 3 (steps S12 and S13), and the second sensor group 22b at the time of the first measurement (that is, a set of a plurality of second sensors 221b). The first sensor group 21b (that is, a set of a plurality of first sensors 211) is disposed at a position on the first plane 81 that overlaps the Z direction and the position of the first sensor group 21b at the time of the first measurement. The second sensor group 22 is arranged at a position on the second plane 82 that overlaps the position in the Z direction. Then, measurement values are acquired by the respective sensors 211b and 221b by performing the second measurement (step S11).

したがって、1回目および2回目の測定により、第1平面81上において長手方向に垂直なX’方向の各位置x’にて第1センサ211の全体が受ける磁場が取得され、第2平面82上において長手方向に垂直なX’方向の各位置x’にて第2センサ221の全体が受ける磁場が取得される。   Therefore, by the first and second measurements, the magnetic field received by the entire first sensor 211 at each position x ′ in the X ′ direction perpendicular to the longitudinal direction on the first plane 81 is acquired, and on the second plane 82. The magnetic field received by the entire second sensor 221 is acquired at each position x ′ in the X ′ direction perpendicular to the longitudinal direction.

次の測定が行われることが確認されると(ステップS12)、回動機構3bがセンサ部2bを回動することにより、基準方向と各センサ211b,221bの長手方向(Y’方向)とがなすセンサ角度θが一定の微小角度(例えば、1度以上15度以下(好ましくは、10度以下であり、より好ましくは、5度以下)の角度)だけ変更される(ステップS13)。そして、上記と同様に、回動後のセンサ部2bにおける1回目の測定(ステップS11)、センサ部2bの移動(ステップS12,S13)、および、2回目の測定が行われる(ステップS11)。以下の説明では、一のセンサ角度θにおける1回目の測定、および、センサ部2bの配列ピッチ分の移動後における2回目の測定を、「センサ部2bの移動前後における測定」という。   When it is confirmed that the next measurement is performed (step S12), the rotation mechanism 3b rotates the sensor unit 2b, so that the reference direction and the longitudinal direction (Y ′ direction) of each of the sensors 211b and 221b are changed. The formed sensor angle θ is changed by a fixed minute angle (for example, an angle of 1 to 15 degrees (preferably an angle of 10 degrees or less, more preferably 5 degrees or less)) (step S13). Similarly to the above, the first measurement (step S11), the movement of the sensor unit 2b (steps S12 and S13), and the second measurement are performed (step S11). In the following description, the first measurement at one sensor angle θ and the second measurement after the movement by the arrangement pitch of the sensor unit 2b are referred to as “measurement before and after the movement of the sensor unit 2b”.

このように、磁場分布取得装置1では、コンピュータ4の制御により、回動機構3bがセンサ角度θを複数通りに変更しつつセンサ部2bの移動前後における測定が繰り返され、第1平面81および第2平面82のそれぞれにおいて、x’およびθをパラメータとする測定値f(x’,θ)が取得される。本実施の形態における複数のセンサ角度θは、0°以上180°未満の範囲内の一定間隔の角度である。   As described above, in the magnetic field distribution acquisition device 1, the rotation of the rotation mechanism 3b changes the sensor angle θ in a plurality of ways under the control of the computer 4, and the measurement before and after the movement of the sensor unit 2b is repeated. In each of the two planes 82, measurement values f (x ′, θ) using x ′ and θ as parameters are acquired. The plurality of sensor angles θ in the present embodiment are angles at regular intervals within a range of 0 ° or more and less than 180 °.

各平面81,82において測定値f(x’,θ)が取得されると(ステップS12)、演算部5では、f(x’,θ)をx’に関してフーリエ変換することにより、g(kx’,θ)が取得される。そして、g(kx’,θ)を2次元場分布取得式(数26)に代入することにより、第1平面81における2次元場を示すφ(x,y,0)、および、第2平面82における2次元場を示すφ(x,y,d)(すなわち、第1画像および第2画像)が求められる。そして、これらの画像の差分画像が求められ、当該差分画像を微小距離dで除算した微分画像φ(x,y,0)が生成される(ステップS14)。 When the measurement value f (x ′, θ) is acquired in each of the planes 81 and 82 (step S12), the calculation unit 5 performs a Fourier transform on f ′ (x ′, θ) with respect to x ′, thereby obtaining g (k x ′ , θ) is acquired. Then, by substituting g (k x ′ , θ) into the two-dimensional field distribution acquisition formula (Equation 26), φ (x, y, 0) indicating the two-dimensional field in the first plane 81, and the second Φ (x, y, d) indicating the two-dimensional field in the plane 82 (that is, the first image and the second image) is obtained. Then, a differential image of these images is obtained, and a differential image φ z (x, y, 0) obtained by dividing the differential image by the minute distance d is generated (step S14).

微分画像φ(x,y,0)が求められると、上記処理例と同様にしてφ(x,y,0)およびφ(x,y,0)が、xおよびyに関してフーリエ変換されてψ(k,k)およびψ(k,k)(すなわち、ψ(k)およびψ(k))が求められ(ステップS15)、ψ(k,k)およびψ(k,k)を用いて、3次元磁場分布取得式によりφ(x,y,z)が求められる(ステップS16)。そして、zの値を順次変更しつつ評価値が求められることにより、磁場の発生源のZ方向の位置が特定され、磁場の発生源における磁場分布を示す画像が取得される(ステップS17)。 When the differential image φ z (x, y, 0) is obtained, φ (x, y, 0) and φ z (x, y, 0) are Fourier-transformed with respect to x and y in the same manner as in the above processing example. Ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) (that is, ψ (k) and ψ z (k)) are obtained (step S15), ψ (k x , k y ) and Using φ z (k x , k y ), φ (x, y, z) is obtained by a three-dimensional magnetic field distribution acquisition formula (step S16). Then, by obtaining the evaluation value while sequentially changing the value of z, the position of the magnetic field generation source in the Z direction is specified, and an image showing the magnetic field distribution in the magnetic field generation source is acquired (step S17).

以上に説明したように、図19のセンサ部2bを有する磁場分布取得装置1では、それぞれが長尺の第1センサ群21bが第1平面81上に間隔を空けて配列されるとともに、第1平面81から対象物9側に微小距離dだけ離れ、かつ、第1平面81に対して平行に固定された第2平面82上に、第1センサ群21bと同様の形状の第2センサ群22bが、第1平面81の法線方向において第1センサ群21bと重なることなく配列される。そして、センサ角度θを複数通りに変更しつつ、各センサ角度θにてセンサ部2bの移動前後における測定が行われることにより、第1センサ群21の第1測定値群であるφ(x,y,0)、および、第2センサ群22の第2測定値群であるφ(x,y,d)が取得される。これにより、上記関連技術のように2つの平面のそれぞれにおいて、各センサ角度θにてセンサ92を走査する場合に比べて、第1測定値群であるφ(x,y,0)、および、第2測定値群であるφ(x,y,d)を高速に、かつ、精度よく取得することができ、その結果、φ(x,y,0)およびφ(x,y,d)に基づいて、高精度な3次元磁場分布を短時間にて取得することができる。   As described above, in the magnetic field distribution acquisition device 1 having the sensor unit 2b of FIG. 19, the first sensor groups 21b each having a long length are arranged on the first plane 81 with an interval therebetween, and the first A second sensor group 22b having the same shape as the first sensor group 21b on a second plane 82 that is separated from the plane 81 toward the object 9 by a minute distance d and is fixed in parallel to the first plane 81. Are arranged in the normal direction of the first plane 81 without overlapping the first sensor group 21b. Then, by changing the sensor angle θ in a plurality of ways and performing measurement before and after the movement of the sensor unit 2 b at each sensor angle θ, φ (x, y, 0) and φ (x, y, d) which is the second measurement value group of the second sensor group 22 are acquired. Thereby, in each of the two planes as in the related art, φ (x, y, 0), which is the first measurement value group, compared to the case where the sensor 92 is scanned at each sensor angle θ, and The second measurement value group φ (x, y, d) can be acquired at high speed and with high accuracy. As a result, φ (x, y, 0) and φ (x, y, d) can be obtained. Based on this, a highly accurate three-dimensional magnetic field distribution can be acquired in a short time.

ここで、図21および図22に示すように、長尺の複数のセンサ911bが同一平面上において一定の配列ピッチにて配列される比較例のセンサ部91bを想定した場合、全てのセンサ911bが同一平面上に形成されるため、センサ911b間の距離が狭くなり、センサ部91bの製造が容易ではない。   Here, as shown in FIG. 21 and FIG. 22, when assuming a sensor unit 91b of a comparative example in which a plurality of long sensors 911b are arranged at a constant arrangement pitch on the same plane, all the sensors 911b are Since they are formed on the same plane, the distance between the sensors 911b becomes narrow, and the manufacture of the sensor portion 91b is not easy.

これに対し、センサ部2bでは、第1平面81および第2平面82のそれぞれにおいて、配列方向におけるセンサ間の距離が、比較例のセンサ部91bに比べて長くなるため、センサ部2bを容易に製造することができる。なお、図17のセンサ部2aにおいて、Y方向に並ぶ複数の第1センサ211を長尺の1つの第1センサとして捉え、Y方向に並ぶ複数の第2センサ221を長尺の1つの第2センサとして捉えて、上記と同様の手法により、3次元磁場が求められてもよい(後述の図23のセンサ部2cにおいて同様)。   On the other hand, in the sensor unit 2b, the distance between the sensors in the arrangement direction is longer in each of the first plane 81 and the second plane 82 than the sensor unit 91b of the comparative example. Can be manufactured. In addition, in the sensor unit 2a of FIG. 17, the plurality of first sensors 211 arranged in the Y direction are regarded as one long first sensor, and the plurality of second sensors 221 arranged in the Y direction are one second long sensor. A three-dimensional magnetic field may be obtained by using the same method as described above as a sensor (the same applies to a sensor unit 2c in FIG. 23 described later).

上記センサ部2,2a,2bでは、XY平面におよそ沿う方向の磁場が検出されるが、磁場の検出方向は他の方向であってもよい。図23および図24はセンサ部の他の例を示す図である。図23は、対象物9側から見たセンサ部2cを示す図であり、図24は、図23中の矢印C−Cの位置におけるセンサ部2cの断面図である。   In the sensor units 2, 2 a, and 2 b, a magnetic field in a direction approximately along the XY plane is detected, but the detection direction of the magnetic field may be another direction. 23 and 24 are diagrams showing another example of the sensor unit. FIG. 23 is a diagram illustrating the sensor unit 2c viewed from the object 9 side, and FIG. 24 is a cross-sectional view of the sensor unit 2c at the position of the arrow CC in FIG.

センサ部2cでは、図24に示すように、基材20上において複数の第1センサ211cおよび複数の第2センサ221cがX方向に沿って千鳥状に配列形成される。詳細には、複数の第1センサ211cの一端は、Z方向に垂直な第1平面81(図24中にて二点鎖線にて示す。第2平面82において同様。)上に配置され、複数の第2センサ221cの一端は、第1平面81から対象物9側に微小距離dだけ離れ、かつ、Z方向に垂直な第2平面82上に配置される。図23に示すように、センサ部2cでは、複数の第1センサ211cおよび複数の第2センサ221cは絶縁材料230にて覆われており、絶縁材料230の表面(基材20とは反対側の主面)は平坦化される。センサ部2cでは、複数の第1センサ211c、複数の第2センサ221cおよび絶縁材料230によりセンサ層24cが形成される。   In the sensor unit 2c, as shown in FIG. 24, a plurality of first sensors 211c and a plurality of second sensors 221c are arranged on the base material 20 in a zigzag pattern along the X direction. Specifically, one end of each of the plurality of first sensors 211c is arranged on a first plane 81 (indicated by a two-dot chain line in FIG. 24; the same applies to the second plane 82) perpendicular to the Z direction. One end of the second sensor 221c is arranged on a second plane 82 that is separated from the first plane 81 by the minute distance d toward the object 9 and is perpendicular to the Z direction. As shown in FIG. 23, in the sensor unit 2c, the plurality of first sensors 211c and the plurality of second sensors 221c are covered with an insulating material 230, and the surface of the insulating material 230 (on the side opposite to the base material 20). The main surface is flattened. In the sensor unit 2 c, the sensor layer 24 c is formed by the plurality of first sensors 211 c, the plurality of second sensors 221 c, and the insulating material 230.

基材20上に形成されたセンサ層24cの絶縁材料230には、上記と同様にして、複数の第1センサ211cおよび第2センサ221cがX方向に沿って千鳥状に配列形成され、複数の第1センサ211cおよび複数の第2センサ221cが絶縁材料230にて覆われることにより、センサ層24cが形成される。センサ部2cでは、多数のセンサ層24cが積層されることにより、第1センサ群21cが第1平面81上に2次元配列されるとともに、第1センサ群21cと同様の構成の第2センサ群22cが、Z方向において第1センサ群21cと重なることなく第2平面82上に2次元配列される。また、各センサ211c,221cでは、ZX平面におよそ沿う方向の磁場が検出される。   In the insulating material 230 of the sensor layer 24c formed on the base material 20, a plurality of first sensors 211c and second sensors 221c are arranged in a staggered manner along the X direction in the same manner as described above. By covering the first sensor 211c and the plurality of second sensors 221c with the insulating material 230, the sensor layer 24c is formed. In the sensor unit 2c, the first sensor group 21c is two-dimensionally arranged on the first plane 81 by laminating a large number of sensor layers 24c, and the second sensor group having the same configuration as the first sensor group 21c. 22c is two-dimensionally arranged on the second plane 82 without overlapping the first sensor group 21c in the Z direction. Each sensor 211c, 221c detects a magnetic field in a direction approximately along the ZX plane.

センサ部2cでは、X方向の分解能はセンサ211c,221cのX方向の配列ピッチにより決定され、Y方向の分解能はセンサ層24cの厚さにより決定される。実際のセンサ層24cの厚さは極めて薄いため、センサ部2cを有する磁場分布取得装置1では、対象物9との間において異なる2つの距離における磁場の2次元分布の測定を高速に、かつ、高分解能(特に、センサ層24cの積層方向に高い分解能)にて行うことができる。なお、第1センサ211cの一端と、センサ部2cの検出面との間の距離(図24中にて符号G1を付す矢印にて示す距離)は可能な範囲で小さくされることが好ましい。   In the sensor unit 2c, the resolution in the X direction is determined by the arrangement pitch of the sensors 211c and 221c in the X direction, and the resolution in the Y direction is determined by the thickness of the sensor layer 24c. Since the actual thickness of the sensor layer 24c is extremely thin, the magnetic field distribution acquisition device 1 having the sensor unit 2c measures the two-dimensional distribution of the magnetic field at two different distances from the object 9 at high speed, and It can be performed with high resolution (in particular, high resolution in the stacking direction of the sensor layer 24c). Note that the distance between the one end of the first sensor 211c and the detection surface of the sensor unit 2c (the distance indicated by the arrow labeled G1 in FIG. 24) is preferably made as small as possible.

図25および図26はセンサ部のさらに他の例を示す図である。図25は、対象物9側から見たセンサ部2dを示す図であり、図26は、図25中の矢印D−Dの位置におけるセンサ部2dの断面図である。   25 and 26 are diagrams showing still another example of the sensor unit. FIG. 25 is a diagram illustrating the sensor unit 2d viewed from the object 9 side, and FIG. 26 is a cross-sectional view of the sensor unit 2d at the position of the arrow DD in FIG.

センサ部2dでは、図26に示すように、基材20上においてX方向に長い1つの第1センサ211dが形成される。第1センサ211dは、絶縁材料230にて覆われる。また、図25に示すように、絶縁材料230の表面(基材20とは反対側の主面)は平坦化され、第1センサ211dおよび絶縁材料230によりセンサ層24dが形成される。基材20上に形成されたセンサ層24dの絶縁材料230には、X方向に長い1つの第2センサ221dが形成され、絶縁材料230にて覆われる。これにより、第2センサ221dおよび絶縁材料230を含むセンサ層24dが形成される。実際には、第1センサ211dの側面は、Z方向に垂直な第1平面81(図26中にて二点鎖線にて示す。第2平面82において同様。)上に配置され、第2センサ221dの側面は、第1平面81から対象物9側に微小距離dだけ離れ、かつ、Z方向に垂直な第2平面82上に配置される。図25に示すように、センサ部2dでは、第1センサ211dを含むセンサ層24dと第2センサ221dを含むセンサ層24dとが交互に積層されることにより、第1平面81において第1センサ群21dが離散的に配列され、第2平面82において第2センサ群22dが離散的に配列される。   In the sensor unit 2d, as shown in FIG. 26, one first sensor 211d that is long in the X direction is formed on the base member 20. The first sensor 211d is covered with an insulating material 230. As shown in FIG. 25, the surface of the insulating material 230 (the main surface opposite to the base material 20) is flattened, and the sensor layer 24d is formed by the first sensor 211d and the insulating material 230. The second sensor 221d that is long in the X direction is formed on the insulating material 230 of the sensor layer 24d formed on the base member 20 and is covered with the insulating material 230. Thereby, the sensor layer 24d including the second sensor 221d and the insulating material 230 is formed. Actually, the side surface of the first sensor 211d is disposed on a first plane 81 (indicated by a two-dot chain line in FIG. 26, the same applies to the second plane 82) perpendicular to the Z direction, and the second sensor A side surface of 221d is arranged on a second plane 82 that is separated from the first plane 81 toward the object 9 by a minute distance d and perpendicular to the Z direction. As shown in FIG. 25, in the sensor unit 2d, the sensor layer 24d including the first sensor 211d and the sensor layer 24d including the second sensor 221d are alternately stacked, so that the first sensor group in the first plane 81 is obtained. 21 d are discretely arranged, and the second sensor group 22 d is discretely arranged on the second plane 82.

センサ部2dを有する磁場分布取得装置では、図19のセンサ部2bを有する磁場分布取得装置と同様にして3次元磁場分布が取得される。これにより、対象物9との間において異なる2つの距離における磁場の2次元分布の測定を高速に行うことができる。また、第1平面81および第2平面82において、長手方向に垂直なX’方向の分解能がセンサ層24dの厚さにより決定されるため、磁場分布の測定を高分解能にて精度よく行うことができる。   In the magnetic field distribution acquisition device having the sensor unit 2d, the three-dimensional magnetic field distribution is acquired in the same manner as the magnetic field distribution acquisition device having the sensor unit 2b of FIG. Thereby, the two-dimensional distribution of the magnetic field at two different distances from the object 9 can be measured at high speed. Further, in the first plane 81 and the second plane 82, the resolution in the X ′ direction perpendicular to the longitudinal direction is determined by the thickness of the sensor layer 24d, so that the magnetic field distribution can be accurately measured with high resolution. it can.

なお、図27および図28に示すセンサ部91cや、図29および図30に示すセンサ部91dのように、全てのセンサ911c,911dの一端(または側面)が同一平面上に配置されるセンサ部を比較例として想定した場合、比較例のセンサ部91c,91dを有する磁場分布取得装置では、センサ部91c,91dを第1平面から第2平面上に移動する機構が必要となるが、図23および図25のセンサ部2c,2dを有する磁場分布取得装置では、このような機構(すなわち、センサ部2c,2dをZ方向に移動する機構)が不要となる。   In addition, like the sensor unit 91c shown in FIGS. 27 and 28 and the sensor unit 91d shown in FIGS. 29 and 30, one end (or side surface) of all the sensors 911c and 911d is arranged on the same plane. As a comparative example, the magnetic field distribution acquisition device having the sensor units 91c and 91d of the comparative example requires a mechanism for moving the sensor units 91c and 91d from the first plane to the second plane. In the magnetic field distribution acquisition apparatus having the sensor units 2c and 2d in FIG. 25, such a mechanism (that is, a mechanism for moving the sensor units 2c and 2d in the Z direction) is unnecessary.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.

上記実施の形態では、TMR素子がセンサとして用いられるが、磁場を測定する他の種類のセンサが用いられてもよく、例えば、図31のセンサ部2eでは、SQUID素子(例えば、30〜50μm角の大きさの素子)が第1センサ211eおよび第2センサ221eとして用いられる。センサ部2eでは、第1センサ群21eが対象物に対向する第1平面上に離散的に配列されるとともに、第1平面から対象物側に微小距離(例えば、3〜5μm)だけ離れ、かつ、第1平面に対して平行に固定された第2平面上に、第1センサ群21eと同様の構成の第2センサ群22eが、第1平面の法線方向において第1センサ群21eと重なることなく離散的に配列される。これにより、2つの平面上における磁場分布の測定を高速に行うことができる。   In the above embodiment, a TMR element is used as a sensor, but other types of sensors that measure a magnetic field may be used. For example, in the sensor unit 2e of FIG. 31, a SQUID element (for example, 30 to 50 μm square) Are used as the first sensor 211e and the second sensor 221e. In the sensor unit 2e, the first sensor group 21e is discretely arranged on the first plane facing the object, and is separated from the first plane by a minute distance (for example, 3 to 5 μm) from the object. On the second plane fixed parallel to the first plane, the second sensor group 22e having the same configuration as the first sensor group 21e overlaps the first sensor group 21e in the normal direction of the first plane. Without being arranged discretely. Thereby, the measurement of the magnetic field distribution on two planes can be performed at high speed.

磁場分布取得装置1では、第2平面がz=0を満たす測定面とされてもよく、この場合でも、第1平面における測定値群と第2平面における測定値群とに基づいて生成される微分測定値群、および、第2平面における測定値群を用いて、対象物9に起因する3次元磁場を求めることができる。   In the magnetic field distribution acquisition device 1, the second plane may be a measurement surface that satisfies z = 0, and in this case as well, the second plane is generated based on the measurement value group on the first plane and the measurement value group on the second plane. Using the differential measurement value group and the measurement value group in the second plane, a three-dimensional magnetic field caused by the object 9 can be obtained.

上記実施の形態におけるセンサ部では、センサ群が離散的に配列される2つの平面(第1平面および第2平面)が設定されるが、互いに平行に設定された3以上の平面のそれぞれにてセンサ群が離散的に配列されてもよい。この場合、一の平面に配列されるセンサ群は、他の平面に配列されるセンサ群と当該平面に垂直な方向において重ならない位置に配置される。このようなセンサ部では、実際に測定に利用する2つの平面上のセンサ群が選択され、センサ部の当該平面に平行な方向への移動、および、移動後の位置における測定が繰り返されて各平面上の各位置における測定値が取得される(もちろん、上述の補間演算が行われてもよい。)。センサ部においてセンサ群が配列される平面の個数をNとすると、通りの平面の組合せを決定することができる。ただし、高精度な測定を高速に行うには、2つの平面のみがセンサ部に設定され、当該2つの平面のそれぞれにセンサ群が配列されることが好ましい。 In the sensor unit in the above embodiment, two planes (first plane and second plane) in which sensor groups are discretely arranged are set, but in each of three or more planes set parallel to each other. The sensor group may be arranged discretely. In this case, the sensor group arranged in one plane is arranged at a position that does not overlap the sensor group arranged in another plane in a direction perpendicular to the plane. In such a sensor unit, sensor groups on two planes that are actually used for measurement are selected, and the movement of the sensor unit in a direction parallel to the plane and the measurement at the position after the movement are repeated, and each sensor unit is repeated. Measurement values at each position on the plane are acquired (of course, the above-described interpolation calculation may be performed). If the number of planes on which sensor groups are arranged in the sensor unit is N, N C two plane combinations can be determined. However, in order to perform high-accuracy measurement at high speed, it is preferable that only two planes are set in the sensor unit, and a sensor group is arranged on each of the two planes.

磁場分布取得装置1では、第1センサ群の第1測定値群、および、第2センサ群の第2測定値群に基づいて、対象物9に起因する3次元磁場が求められるのであれば、上記3次元磁場分布取得式以外の演算が用いられてよい。   In the magnetic field distribution acquisition device 1, if a three-dimensional magnetic field due to the object 9 is obtained based on the first measurement value group of the first sensor group and the second measurement value group of the second sensor group, Calculations other than the above three-dimensional magnetic field distribution acquisition formula may be used.

移動機構3は、センサ部の第1平面に沿う方向に対象物9を移動するものであってもよい。すなわち、移動機構は、センサ部を第1平面に沿う方向に対象物に対して相対的に移動するものであればよく、これにより、センサ部にて一の測定を行った後、移動機構によりセンサ部を対象物に対して相対的に移動して、当該一の測定時における第2センサ群の対象物に対する相対位置とZ方向に重なる第1平面上の相対位置に第1センサ群を配置するとともに、当該一の測定時における第1センサ群の対象物に対する相対位置とZ方向に重なる第2平面上の相対位置に第2センサ群を配置することが可能となる。   The moving mechanism 3 may move the object 9 in a direction along the first plane of the sensor unit. In other words, the moving mechanism only needs to move the sensor unit relative to the object in the direction along the first plane. The sensor unit is moved relative to the object, and the first sensor group is disposed at a relative position on the first plane that overlaps with the relative position of the second sensor group with respect to the object at the time of the one measurement. In addition, it is possible to dispose the second sensor group at a relative position on the second plane that overlaps with the relative position of the first sensor group with respect to the object at the time of the one measurement.

上記磁場分布取得装置1は、例えば、電子線出射装置から出射される電子線のプロファイリングに用いることも可能である。電子線による一括露光を行う装置では、パターン情報に応じてONまたはOFFの状態となる多数の電子線要素の束(電子線)が電子線出射装置から出射され、電子光学系を介して対象物上に照射されるが、上記磁場分布取得装置1では、電子線により生成される3次元磁場分布を取得することにより、電子線のプロファイリングが実現される。また、上記磁場分布取得装置1は、各種電子部品や半導体製品の配線検査(製造途上におけるインライン検査を含む。)、ハードディスク駆動装置の検出器、あるいは、人体の脳磁場等を取得するMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等、様々な用途に用いることができる。   The magnetic field distribution acquisition device 1 can also be used for profiling an electron beam emitted from an electron beam emitting device, for example. In an apparatus that performs batch exposure using an electron beam, a bundle (electron beam) of a large number of electron beam elements that are turned on or off in accordance with pattern information is emitted from the electron beam emitting device, and the object is transmitted through the electron optical system. The magnetic field distribution acquisition device 1 achieves electron beam profiling by acquiring a three-dimensional magnetic field distribution generated by an electron beam. Further, the magnetic field distribution acquisition device 1 is an MRI (Magnetic) that acquires wiring inspection (including in-line inspection during manufacturing) of various electronic components and semiconductor products, a detector of a hard disk drive, or a cerebral magnetic field of a human body. (Resonance Imaging) apparatus and the like.

また、図32に示すように、本発明に基づく2つのセンサ部2を対象物9に対して、互いのセンサ部2中心が一定距離離れた異なる位置に配置して、それぞれのセンサ部2が磁場発生源近傍の異なる2次元磁場分布を数13によりそれぞれ再構成する。再構成によって得られた2枚の画像を、図33に示すようにディスプレイ45により交互に表示し、表示に同期してメガネ49の右目、左目のシャッターを交互に駆動させ、両眼立体視を行う。この方法により、たとえば、脳の画像診断においてより、疾病箇所近傍の磁場情報を立体的に捉えることが可能となる。   Further, as shown in FIG. 32, the two sensor units 2 based on the present invention are arranged at different positions with respect to the object 9 with the center of the sensor unit 2 away from each other by a certain distance. Different two-dimensional magnetic field distributions in the vicinity of the magnetic field generation source are respectively reconstructed according to Equation 13. The two images obtained by the reconstruction are alternately displayed on the display 45 as shown in FIG. 33, and the right eye and left eye shutters of the glasses 49 are alternately driven in synchronization with the display, so that binocular stereoscopic vision can be obtained. Do. By this method, for example, it is possible to capture magnetic field information in the vicinity of a diseased part three-dimensionally in brain image diagnosis.

測定対象(対象物)を本発明に係る磁場分布取得装置で撮像する前に、測定対象に強制的に磁場を加え、磁化した状態にて、測定対象近傍の3次元磁場分布を取得してもよい。これにより、たとえば、建築構造物におけるコンクリート内部の鉄筋の状態を高解像度に撮像することができる。また、鉄筋部分の錆など構造劣化を非破壊で把握することが可能となり、道路やトンネル検査において有効である。   Before imaging a measurement target (object) with the magnetic field distribution acquisition device according to the present invention, a magnetic field is forcibly applied to the measurement target and a three-dimensional magnetic field distribution in the vicinity of the measurement target is acquired in a magnetized state. Good. Thereby, for example, the state of the reinforcing bar inside the concrete in the building structure can be imaged with high resolution. In addition, structural deterioration such as rust in the reinforcing bars can be grasped without destruction, which is effective in road and tunnel inspection.

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせられてよい。   The configurations in the above-described embodiments and modifications may be combined as appropriate as long as they do not contradict each other.

1 磁場分布取得装置
2,2a〜2e センサ部
3 移動機構
4 コンピュータ
5 演算部
9 対象物
21,21b〜21e 第1センサ群
22,22b〜22e 第2センサ群
51 補間演算部
52 微分測定値群生成部
81 第1平面
82 第2平面
211,211b〜211e 第1センサ
221,221b〜221e 第2センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic field distribution acquisition apparatus 2,2a-2e Sensor part 3 Movement mechanism 4 Computer 5 Calculation part 9 Target object 21,21b-21e 1st sensor group 22,22b-22e 2nd sensor group 51 Interpolation calculation part 52 Differential measurement value group Generator 81 First plane 82 Second plane 211, 211b to 211e First sensor 221, 221b to 221e Second sensor

Claims (6)

3次元磁場分布を取得する磁場分布取得装置であって、
磁場分布を測定する第1センサ群が対象物に対向する第1平面上に離散的に配列されるとともに、前記第1平面から前記対象物側に微小距離だけ離れ、かつ、前記第1平面に対して平行に固定された第2平面上に、前記第1センサ群と同様の構成の第2センサ群が、前記第1平面の法線方向において前記第1センサ群と重なることなく離散的に配列されたセンサ部と、
前記第1センサ群の第1測定値群、および、前記第2センサ群の第2測定値群に基づいて、前記対象物に起因する3次元磁場分布を求める演算部と、
を備え
前記第1平面における前記第1センサ群のセンサ間隔と、前記第2平面における前記第2センサ群のセンサ間隔とが一致することを特徴とする磁場分布取得装置。
A magnetic field distribution acquisition device for acquiring a three-dimensional magnetic field distribution,
A first sensor group for measuring the magnetic field distribution is discretely arranged on a first plane facing the object, is separated from the first plane by a minute distance toward the object, and is arranged on the first plane. The second sensor group having the same configuration as the first sensor group is discretely formed on the second plane fixed in parallel to the first plane without overlapping the first sensor group in the normal direction of the first plane. An array of sensor units;
A calculation unit for obtaining a three-dimensional magnetic field distribution caused by the object based on a first measurement value group of the first sensor group and a second measurement value group of the second sensor group;
Equipped with a,
Wherein the sensor interval of the first sensor group in the first plane, the magnetic field distribution obtaining unit and the sensor spacing of the second sensor group in the second plane, characterized that you match.
請求項1に記載の磁場分布取得装置であって、
前記演算部が、
前記第1センサ群および前記第2センサ群のうち一方のセンサ群の測定値群に対して補間演算を行うことにより、前記一方のセンサ群が配列される一方の平面上において、前記法線方向において他方のセンサ群と重なる位置における磁場を、新たな測定値群として求める補間演算部と、
前記新たな測定値群と前記他方のセンサ群の測定値群との差分測定値群を求め、前記差分測定値群を前記微小距離で除算した微分測定値群を取得する微分測定値群生成部と、
を備えることを特徴とする磁場分布取得装置。
The magnetic field distribution acquisition device according to claim 1,
The computing unit is
By performing an interpolation operation on a measurement value group of one of the first sensor group and the second sensor group, the normal direction on one plane on which the one sensor group is arranged An interpolation calculation unit for obtaining a magnetic field at a position overlapping with the other sensor group as a new measurement value group,
A differential measurement value group generation unit that obtains a differential measurement value group between the new measurement value group and the measurement value group of the other sensor group, and obtains a differential measurement value group obtained by dividing the differential measurement value group by the minute distance. When,
A magnetic field distribution acquisition device comprising:
請求項1に記載の磁場分布取得装置であって、
前記センサ部において、前記第1センサ群の配列と前記第2センサ群の配列とが同様であり、
前記磁場分布取得装置が、
前記センサ部を前記第1平面に沿う方向に前記対象物に対して相対的に移動する移動機構と、
前記センサ部にて一の測定を行った後、前記移動機構により前記センサ部を前記対象物に対して相対的に移動して、前記一の測定時における前記第2センサ群の前記対象物に対する相対位置と前記法線方向に重なる前記第1平面上の相対位置に前記第1センサ群を配置するとともに、前記一の測定時における前記第1センサ群の前記対象物に対する相対位置と前記法線方向に重なる前記第2平面上の相対位置に前記第2センサ群を配置し、他の測定を行う制御部と、
をさらに備え、
前記演算部が、
前記一の測定および前記他の測定における前記第1センサ群の測定値群と、前記一の測定および前記他の測定における前記第2センサ群の測定値群との差分測定値群を求め、前記差分測定値群を前記微小距離で除算した微分測定値群を取得する微分測定値群生成部を備えることを特徴とする磁場分布取得装置。
The magnetic field distribution acquisition device according to claim 1,
In the sensor unit, the arrangement of the first sensor group and the arrangement of the second sensor group are the same,
The magnetic field distribution acquisition device is
A moving mechanism for moving the sensor unit relative to the object in a direction along the first plane;
After one measurement is performed by the sensor unit, the sensor unit is moved relative to the object by the moving mechanism, and the second sensor group with respect to the object is measured at the time of the one measurement. The first sensor group is disposed at a relative position on the first plane that overlaps the relative position and the normal direction, and the relative position of the first sensor group to the object and the normal line at the time of the one measurement. A control unit that arranges the second sensor group at a relative position on the second plane that overlaps the direction and performs other measurements;
Further comprising
The computing unit is
A difference measurement value group between a measurement value group of the first sensor group in the one measurement and the other measurement and a measurement value group of the second sensor group in the one measurement and the other measurement; A magnetic field distribution acquisition apparatus comprising: a differential measurement value group generation unit that acquires a differential measurement value group obtained by dividing a difference measurement value group by the minute distance.
請求項2または3に記載の磁場分布取得装置であって、
前記演算部にて求められる3次元磁場分布が、ラプラス方程式を満たすとともにφ(x,y,z)(ただし、前記第1平面および前記第2平面に平行かつ互いに垂直な2方向をX,Y方向とし、前記法線方向をZ方向として、x,y,zはX,Y,Z方向にて規定される直交座標系の座標パラメータを示す。)にて表され、前記第1平面または前記第2平面がz=0を満たす測定面であり、
前記演算部が、前記測定面における測定値群であるφ(x,y,0)および前記微分測定値群であるφ(x,y,0)をそれぞれx,yに関して2次元フーリエ変換してψ(k,k)およびψ(k,k)(ただし、k,kはX方向およびY方向の波数である。)を求め、さらに、ψ(k,k)およびψ(k,k)からφ(x,y,z)をx,yに関してフーリエ変換したものを導くことにより、φ(x,y,z)を求めることを特徴とする磁場分布取得装置。
The magnetic field distribution acquisition device according to claim 2 or 3,
The three-dimensional magnetic field distribution obtained by the calculation unit satisfies the Laplace equation and φ (x, y, z) (where X, Y are two directions parallel to the first plane and the second plane and perpendicular to each other). And the normal direction is the Z direction, and x, y, and z are coordinate parameters of an orthogonal coordinate system defined by the X, Y, and Z directions. The second plane is a measurement surface that satisfies z = 0,
The computing unit performs two-dimensional Fourier transform on φ (x, y, 0), which is a measurement value group on the measurement surface, and φ z (x, y, 0), which is a differential measurement value group, with respect to x and y, respectively. Ψ (k x , k y ) and ψ z (k x , k y ) (where k x , k y are the wave numbers in the X direction and the Y direction), and ψ (k x , k It is characterized in that φ (x, y, z) is obtained by deriving a Fourier transform of φ (x, y, z) with respect to x, y from y ) and ψ z (k x , k y ). Magnetic field distribution acquisition device.
請求項4に記載の磁場分布取得装置であって、
前記演算部が、φ(x,y,z)におけるzの値をz,z,z,・・・に順次変更しつつφ(x,y,z)とφ(x,y,zn−i)(ただし、nは2以上の整数であり、iは1以上、かつ、n未満の整数である。)との間の相違を示す値を求め、前記相違を示す値が所定値以下となるzの値を、磁場の発生源のZ方向の位置として特定することを特徴とする磁場分布取得装置。
The magnetic field distribution acquisition device according to claim 4,
The arithmetic unit sequentially changes the value of z in φ (x, y, z) to z 1 , z 2 , z 3 ,..., Φ (x, y, z n ) and φ (x, y , Z n−i ) (where n is an integer greater than or equal to 2, i is an integer greater than or equal to 1 and less than n), and a value indicating the difference is obtained. A magnetic field distribution acquisition apparatus characterized by specifying a value of z that is equal to or less than a predetermined value as a position in a Z direction of a magnetic field generation source.
請求項1ないし5のいずれかに記載の磁場分布取得装置であって、
前記第1センサ群および前記第2センサ群に含まれる各センサが、薄膜素子であることを特徴とする磁場分布取得装置。
The magnetic field distribution acquisition device according to any one of claims 1 to 5,
Each of the sensors included in the first sensor group and the second sensor group is a thin film element.
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