JPH01239490A

JPH01239490A - 磁気像検出装置

Info

Publication number: JPH01239490A
Application number: JP63066310A
Authority: JP
Inventors: Kosei Tagawa; 孝生田川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-25
Anticipated expiration: 2010-10-25
Also published as: US4996392A; JPH0799388B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、−次元または二次元の磁気分布（磁気像）
を測定する磁気像検出装置に関する。

〈従来の技術〉磁気分布の測定は、例えば、電子ビームの偏向器、電子
ビームの集束器１モータ、複写機の現像器等の磁界を利
用する機器の開発等の際によく行われている。

また、コンクリートブロックベイの鉄芯等の物体内構造
の検査や解析を、磁気分布の測定による非破壊テストに
よって行うことかできれば極めて便利である。さらに、
脳や心臓から発せられる微弱磁界を一次元または二次元
の分布として採ることができれば、医学上非常に有用で
ある。

従来、−次元または二次元で磁気分布を測定する場合は
次のようにして行っている。すなわち、ポール素子等の
磁気センサを機械的に動かしながら、各位置における」
−２磁気センサより得られる磁界強度を順次プロットす
ることによって磁気分布を得るのである。

〈発明が解決しようとする課題〉このように、従来、−次元または二次元の磁気分布を測
定する場合は、磁気センサを機械的に移動させて各位置
における磁気強度を測定し、得られた各位置における磁
気強度を順次プロットするようにしているので、精度が
低く測定に時間を要するばかりでなく、経時変化する磁
気分布すなわち励磁気像の測定が不可能であるという問
題かある。

また、上述のように測定精度が低く測定に時間を要する
という問題を除去するために、ホール素子を多数並べる
ことら可能である。しかしながら、その場合はホール素
子の密度に限界があり高密度のものはできない。さらに
、感度も低いため微弱磁気分布を検出できないという問
題がある。

そこで、この発明の目的は、超電導体を用いることによ
って、−次元または二次元の磁気像を極めて高密度に高
精度にしかも高速に測定することができる磁気像検出装
置を提供することにある。

〈課題を解決するための手段〉上記目的を達成するため、この発明の磁気像検出装置は
、非磁性誘電体基板上に設けられた複数の超電導体と、
上記複数の超電導体のそれぞれの一端に設けられた複数
の第１電極と、上記複数の超電導体のそれぞれの他端に
設けられ、上記第１電極と対をなす複数の第２電極と、
上記対をなす第１電極と第２電極との間の電気抵抗を、
独立して検出する検出回路を備えたことを特徴としてい
る。

また、この発明の磁気像検出装置は、非磁性誘電体基板
上に設けられたストライプ状の超電導体と、上記超電導
体を所定の間隔で区切る複数の第１電極と、上記複数の
第１電極の間にこの第１電極に対して所定の間隔を有し
て設けられ、上記超電導体を区切る複数の第２電極と、
互いに隣接した上記第１電極と第２電極との間の電気抵
抗を、独立して検出する検出回路を備えたことを特徴と
している。

く作用〉この発明の磁気像検出装置において、非磁性誘電体基板
上に設けられた複数の超電導体のうち、外部磁界か作用
しない超電導体の一端に設けられた第１電極と他端に設
けられた第２電極との間の抵抗値は零となる。一方、上
記複数の超電導体のうち外部磁界が作用している超電導
体の両端の上記第１電極と第２電極との間の抵抗値は上
記外部磁界の強度に応じた値となる。そして、検出回路
によって、各上記第１電極と第２７１Ｘ極との間の抵抗
値が他の第１電極と第２電極との間の抵抗値と独立して
検出されて、外部磁界の位置と強度が検知される。した
がって、−次元方向の磁気分布を得ることができる。

まに、この発明の磁気像検出装置において、交互に配置
された複数の第１電極と第２電極とによって、所定の間
隔で区切られた非磁性誘電体基板上の超電導体のうち、
外部磁界が作用しない超電導体の一端の第１電極と他端
の第２電極との間の抵抗値は零となる。一方、上記区切
られた複数の超電導体のうち外部磁界か作用している超
電導体の上記一端の第１電極と他端の第２電極との間の
抵抗値は上記外部磁界の強度に応じた値となる。そして
、検出回路によって、各上記第１電極と第２電極との間
の抵抗値が他の第１電極と第２電極との間の抵抗値と独
立して検出されて、外部磁界の位置と強度が検知される
。したがって、−次元方向の磁気分布を得ることができ
る。

〈実施例〉以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１２図はこの発明に係る原理の説明図である。

Ｉは超電導体、２．３は上記超電導体ｌの両端に設けれ
らた電極である。上記超電導体１は外部磁界によりその
抵抗値が敏感に変化する。すなわら、この超電導体ｌに
かかる外部磁界６を変化させて、上記電極２．３間の抵
抗値を測定すると、第１３図に示すような特性図が得ら
れろ。したがって、電極２と電極３との間の抵抗値を測
定することによって、第１３図の関係より超電導体ｌに
対する外部磁界の強さを感度良く測定することができる
。

上述のような特性を有する超電導体ｌを用いて、第１図
のような磁気像検出装置を構成する。

この磁気像検出装置は、非磁性誘電体基板１７上に複数
のストライプ状の超電導体＋　１．１１．１１、・・・
を平行に配置している。本実施例では上記非磁性誘電体
基板１７としてセラミック板を用い、このセラミック板
１７上に超電導体１１．１１，１１、・・・をスクリー
ン印刷またはエツチング等の技術を用いて極めて微細に
構成している。また、この超電導体１１．１１．１１．
・・・の形状をジグザグ状に形成して、電極１２と電極
１３との間の電気抵抗を大きくして磁気像の検出感度を
上げるようにしてもよい。

上記超電導体１１，１１，１１．・・・のそれぞれの両
端には、金属または導電性ペースト等よりなる電極＋　
２．１２．１２．・・・および電極１３，１３，１３、
・・・を設けている。その際に、上記超電導体ｌｌと通
常電導体である電極１２．１３とは異なるプロセスによ
って形成される。そして、この電極１２と電極１３との
間の抵抗値は、上述のように外部磁界の変化によって第
１３図のような特性を示す。

このようにして形成された超電導体アレイｌＯの各電極
１２，１２，１２．・・・は、第２図に示すように共通
の接地端子に接続され、各電極１３，１３．１３．・・
・には抵抗Ｒを介して電圧Ｖが印加されている。また、
各電極１３．１３，１３．・・・は検出回路１４の入力
端子１５，１５．＋　５．・・・に接続されている。上
記抵抗Ｒはセラミック板１７上にスクリーン印刷等によ
って形成している。上記電極１３、＋３．１３．・・・
に対する電圧の印加方法は上記の方法に限定されるもの
ではなく、電極１２側に電圧■を印加し、電極１３側を
アース電位にしてもよい。

さらに、上記磁気像検出装置は次のように構成してもよ
い。すなわち、検出回路１４の全部またはその一部にＣ
ＭＯＳを用いて、超電導体１■と検出回路１４とを同一
の基板上に形成する。このようにすれば、ＣＭＯ９は液
体窒素温度（７７゜Ｋ）でも動作するので、超電導体１
１とＣＭＯＳとを同時に冷却することができる。上記冷
却に際しては、精度のよい冷却温度を得るために冷却剤
として液化チッソのような液化ガスが望ましい。

このような磁気像検出装置の作成方法として、次のよう
な方法がある。

第１の方法は、超電導体１１とＣＭＯ９とを１枚の７リ
コンウエハ上に形成するしのである。超電導体１１はン
リコンウエハに比較して抵抗が充分低いため実用上さし
つかえない。その際に、０ＭＯ８は通常と同じ工程によ
ってウェハ上に形成され、超電導体１１はスプレーまた
はスクリーン印刷等によってウェハ上に形成される。

また、第２の方法は、超電導体１１をアルミナ等の絶縁
基板上にスプレーまたはスクリーン印刷工によって形成
し、必要により熱処理を施す。その後、別工程によって
形成されたＣＭＯ９のチップを上記基板に接着剤によっ
て接着する。そして、ＣＭＯＳの端子と超電導体！ｌの
端子とをワイヤボンディング等により接続する。この方
法によれば、超電導体１１とＣＭＯ９とを全く別工程に
よって作成することができるため、双方ともそれぞれの
特性にあったプロセスで作成することができるという利
点がある。

上記構成の磁気像検出装置は次のように動作する。

すなわち、外部磁界が０の場合は上述のように電極１２
と電極１３との間の抵抗値は０である。

ところが、超電導体１１’付近に磁界１８が存在する場
合は電極１２′と電極１３°との間の抵抗値がｒとなる
。したがって、検出回路１４の入力端子１５’にはｒ・
Ｖ／Ｒの値の電圧が発生する。したがって、検出端子１
６からの検出信号により、抵抗値かｒになった超電導体
の位置が分かり、第２図中における超電導体１１の配列
方向への磁気分布を高感度・高精度・高速に検出するこ
とができる。

第３図は第２図の実施例における超電導体１１゜１１．
１　！、・・・の密度を上げた磁気像検出装置の実施例
である。この磁気像検出装置は第２図の磁気像検出装置
を複数列（この実施例では３列であり、以下図中上側よ
り第１ブロツク、第２ブロツク、第３ブロツクという）
配置したものである。上記第１ブロツクの各電極１２は
スイッチＳ１に接続され、第２ブロツクの各電極Ｉ２は
スイッチＳ２に接続され、第３ブロツクの各電極１２は
スイッチＳ３に接続されている。そして、各スイッチＳ
１゜Ｓ２およびＳ３の切替え端子の一方はアース電位に
なっており、他方には電圧値が■の電源２３に接続され
ている。第１ブロツク、第２ブロツクおよび第３ブロツ
クの各電極１３は、ダイオードＤを介して検出回路１４
の入力端子１５に接続されている。さらに、各電極１３
は上記ダイオードＤと抵抗Ｒとを介して電圧値がＶの電
源２２に接続されている。したがって、スイッチＳ、、
Ｓ２およびＳ３のうち、アース側に切替えられたスイッ
チに接続されてたブロックの各電極１２が接地されるよ
うになっている。そのため、そのブロックの電極１２と
電極１３との間にのみ、付近に外部磁界があるときに電
圧が発生ずることになる。すなわち、動作可能状態にな
るのである。

例えば、第３図に示すように、スイッチＳｌかアース側
に切替えられ、スイッチＳ２か電源２３側切替えられ、
スイッチＳ３も電源２３側に切替えられているとする。

そうすると、スイッチＳ１に接続された第１ブロツクの
超電導体１１のみが動作可能状態になる。そして、付近
に外部磁界が存在する第１ブロツクの超電導体ＩＩのＴ
ｉ極１２と電極１３との間に電圧が発生する。その際に
、スイッチＳ、、Ｓ３を介する電源２３の第１ブロツク
への影響は、第２ブロツクおよび第３ブロツクの各ダイ
オードＤによって阻止される。また、その際に電源２３
の存在により第２ブロツクおよび第３ブロツクの超電導
体１１は非動作可能状態である。したがって、第２ブロ
ツクおよび第３ブロツクにおける超電導体１１の付近に
外部磁界が存在してもその外部磁界は検出されない。

このように、第１ブロツク、第２ブロツクおよび第３ブ
ロツクをマトリックス構造によって検出回路１４に接続
し、スイッチＳ１．スイッチＳ２およびスイッチＳ３に
よって、第１ブロツク、第２ブロツクおよび第３ブロツ
クを順次切り替えて動作可能状態にする。したがって、
簡単な検出回路でより高密度に磁気像を検出することが
できる。

上記スイッチＳｌ、Ｓ２およびＳ３は半導体素子で構成
して電子的に切り替えるようになっている。

また、電極１３に対する電圧Ｖの印加方法ら第３図に記
載の方法に限るものではない。

第４図は磁気像検出装置における電極１２．１３の変形
例を示す。この磁気像検出装置は、帯状に形成された超
電導体１９上に、この超電導体１９と直角方向に電極２
０と電極２１とを交互に所定間隔で設け、上記電極２０
．２１で超電導体１９を区切っている。上記電極２０は
上記各実施例における電極１２に相当し、電極２１は７
ｒｉ極１３に相当している。したがって、この磁気像検
出装置は第２図の磁気像検出装置における各超電導体１
１、電極１２および電極１３からなるセグメントを９０
度回転してつなぎ合わせたものと考えることができる。

通常、超電導体１９は高精度で作成することが困難であ
る。これに対して電極２０．２１は高い精度で作成する
ことができる。したがって、第２図および第３図の磁気
像検出装置の検出密度は加工精度の低い超電導体１１の
幅によって決まり、あまり検出精度を高くすることがで
きない。これに対して、第４図における磁気像検出装置
の検出密度は加工精度の高い電極２０．２１の幅によっ
て決まり、検出密度をさらに高くすることができる。

上記各磁気像検出装置は、上述のようにして一次元の磁
気分布を検出することができる。そこで、上記各磁気像
検出装置を、図示しない駆動装置により二次方向に移動
することによって、二次元空間の磁気像を容易に検出す
ることができろ。また、この二次元空間の磁気像を検出
することができる磁気像検出装置によれば、磁気レンズ
と組み合わすことによって磁気パターンを得ることがで
きる。

」−記二次元空間の磁気像を検出することかできる磁気
像検出装置は、電子的走査によって一次方向の走査を行
い、機械的走査によって二次方向の走査を行うようにし
ている。しかし、−次方向の走査および二次方向の走査
を共に電子的走査で行うようにしてもよい。

すなわち、第１図の構造の磁気像検出装置の非磁性誘電
体基′＃ｉ、１７の７さを薄く形成する。そして、この
非磁性誘電体基板１７の裏面には、表面と同様に、その
両端に電極を有する超電導体を上記表面の超電導体１１
の方向と直角方向に形成する。つまり、一方向に整列し
た超電導体によって一次方向の磁気分布を電子的に検出
し、他方向に整列した超電導体によって二次方向の磁気
分布を電子的に検出するのである。

また、両方向電子的走査による磁気像検出装置は次のよ
うにして構成してもよい。すなわち、上述のようにして
薄板状の非磁性誘電体基板１７上に形成した第１図の構
造を有する磁気像検出装置を２組用意する。そして、こ
の２組の磁気像検出装置の超電導体ＩＩを設けていない
側の非磁性誘電体基板１７どうしを向かい合わせにし、
かっ、超電導体の配列方向を互いに直角方向にして張り
合わせるのである。

このようにして構成した両方向電子的走査による磁気像
検出装置は高密度・高精度にしかも、高、速に二次元の
磁気像を得ることができる。

上述のようにして構成された両方向電子的走査による磁
気像検出装置は、ディジタイザに使用すれば非常に有効
である。すなわち、従来のディジタイザのカーソル（磁
気ペン）には検出コイルが内蔵されている。したがって
、従来の磁気ペンにはこの検出コイル用のリード線がつ
いていて使いにくい。ところが、この発明の磁気像検出
装置を用いたデイタイザによれば、第５図に示すように
先端に小型で強力な磁石２３を埋め込んだワイヤレス型
の磁気ペン２２を使用することができる。上記先端に磁
石２３を埋め込んだ構造の磁気ペン２２を、上述のよう
にして構成した両方向電子的走査による磁気像検出装置
に近ずけると、その磁気ペン２２の磁石２３からの磁界
により上述のようにこの磁気ペン２２の位置にある超電
導体１１には抵抗が現れ、超電導体１１の両端の電極１
２゜１３間の電圧を検出することによって上記磁界の位
置（すなわち、磁気ペン２２によって指示された位置）
を検出することができる。

上記磁気ペン２２は、その先端か第６図のように単に磁
石２３を取り付けただけの場合は、磁気ペン２２の先か
らの磁界の広がりはかなり大きくなる。したかって、磁
気ペン２２のペン先から磁気像検出装置の超電導体ＩＩ
までの距離が大きい場合は、磁気ペン２２によって指示
された位置の検出精度が悪くなる。

第７図は磁気ペン２２の磁石２３を超電導体のスリーブ
２４内に収めたものである。この場合の磁界の広がりは
超電導体のスリーブ２４によるマイスナー効果によって
少なくなり、著しく精度が向上する。

第８図はさらに精度を向上させるために、上記超電導体
のスリーブ２４の先端を細く絞って、ペン先における磁
界の広がりをさらに少なくしたしのである。スリーブ２
４の先端の細く絞った部分２５は空間であってもよいが
、エポキシ樹脂等の非磁性体を注入してスリーブ２４を
保護すると共に異物が入らないようにしてもよい。この
ような構造にすることによって、磁束が最ら細く絞られ
るウェスト部２６が磁気ペン２２の先端よりも離れた位
置にできる。したがって、超電導体ＩＩと磁気ペン２２
との間に非磁性の保護板等があっても検知精度が下がる
ことはない。

第９図は、上記磁石２３からの磁界を打ち消す電流がス
リーブ２４の周方向に流れて磁界の強さを弱めるのを防
止するため、上記スリーブ２４の周の一部を切り欠いた
切り欠き部３０を設けたものである。上記切り欠き部３
０は第９図のように長さ方向に傾斜していてもよいし、
垂直であってもよい。またＷｉ直歯状あってもよい。さ
らに、スリーブ２４は第１Ｏ図に示すように各段間が絶
縁されたヘリカル状に構成してもよいし、第１１図に示
すように各層間を絶縁して巻き一部げた構造であっても
よい。

〈発明の効果〉以上より明らかなように、この発明の磁気像検出装置は
、非磁性体誘電体基板上に複数の超電導体を設け、上記
各超電導体の一端に第１電極を設は他端に第２電極を設
けて、外部磁界によって現れる上記第１電極と第２電極
との間の抵抗値を、検出回路によって検出するようにし
たので、−次元方向の磁気像を高密度に高精度にしから
高速に測定することができる。

また、この発明の磁気像検出装置は、非磁性誘電体基板
上の超電導体を、第１電極と第２電極とによって交互に
所定の間隔で区切り、外部磁界によって現れる上記第１
電極と第２電極との間の抵抗値を検出回路によって検出
するようにしたので、−次元方向の磁気像をさらに高密
度に高精度にしかも高速に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の磁気像検出装置に係る磁気検知部の
一実施例を示す斜視図、第２図はこの発明の磁気像検出
装置の一実施例を示す回路図、第３図は他の実施例を示
す回路図、第４図は第１図と異なる磁気検知部の概略図
、第５図はこの発明の磁気像検出回路を用いたディジタ
イザを示す図、第６図は第５図のディジタイザにおける
磁気ペンの先端の概略図、第７図および第８図は上記磁
気ペンのペン先にスリーブを用いた他の実施例を示す図
、第９図、第１Ｏ図および第１１図は上記スリーブの他
の実施例を示す図、第１２図はこの発明の詳細な説明図
、第１３図は超電導体における外部磁界−抵抗値特性図
である。１１．１１’、Ｉ　９・・・超電導体、１２．１２’、
！　３，１３°、２０．２１・・・電極、１４・・・検
出回路、　　１７・・・非磁性誘電体基板、２２・・・
磁気ペン、　　２３　・磁石、２４・・・スリーブ、　
　３０・・・切り欠き部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非磁性誘電体基板上に設けられた複数の超電導体
と、上記複数の超電導体のそれぞれの一端に設けられた複数
の第１電極と、上記複数の超電導体のそれぞれの他端に設けられ、上記
第１電極と対をなす複数の第２電極と、上記対をなす第
１電極と第２電極との間の電気抵抗を、独立して検出す
る検出回路を備えたことを特徴とする磁気像検出装置。
（２）非磁性誘電体基板上に設けられたストライフ状の
超電導体と、上記超電導体を所定の間隔で区切る複数の第１電極と、上記複数の第１電極の間にこの第１電極に対して所定の
間隔を有して設けられ、上記超電導体を区切る複数の第
２電極と、互いに隣接した上記第１電極と第２電極との間の電気抵
抗を、独立して検出する検出回路を備えたことを特徴と
する磁気像検出装置。