JPH04164274A - 磁界の映像化装置および映像化方法 - Google Patents

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】 〔概要〕 微細形状の磁界発生源の発生する水平磁界の空間分布を
映像化する磁界の映像化装置および映像化方法に関し、 線状導体幅よりも微小な領域の磁束分布も正確に検出す
ることができる磁界の映像化装置および映像化方法の提
供を目的とし、 磁界発生源により発生した磁界領域のある断層面の磁束
分布の映像化装置を、磁界発生源の磁界領域内に配置さ
れ、走査方向を法線とする面内に形成された高さ方向に
平行な２辺を備えたコイルと、コイルの２辺間の距離を
可変してコイルの開口面積を変更する開口面積変更手段
と、コイルに誘起される電磁誘導電圧を検出する電圧検
出手段と、磁界発生源と線状導体を相対的に一定速度で
移動させると共に、両者の相対的な移動方向を変更可能
な移動手段と、得られた検出値にコンピュータ断層映像
手法を適用して、前記磁束分布を二次元映像に変換する
映像変換手段とから構成する。

この装置を用いた磁界の映像化方法であって、コイルの
２辺間の距離を所定値に保持したまま、磁界発生源と線
状導体を相対的に一定速度かつ一定方向に移動させてコ
イルに誘起される電磁誘導電圧を検出し、コイルの２辺
間の距離を所定値可変して同一方向に両者を相対移動さ
せた時の電磁誘導電圧を検出して、一方向で２種類の電
磁誘導電圧を検出する段階と、磁界発生源と線状導体の
相対移動方向を微小角度ずつ変更して、前記段階を１８
０６若しくは３６０°の範囲で行う段階と、同一方向の
走査で得られた２組の電磁誘導電圧の検出値に、コンピ
ュータ断層映像手法を適用して個々の磁束分布を二次元
映像に変換し、二次元映像に変換された個々の磁束分布
の差分を演算して、コイルの面積変化部分で検出した磁
束分布の二次元映像を得る段階を備えるもの。

〔産業上の利用分野〕

本発明は磁界の映像化装置に関し、特に、微細形状の磁
界発生源の発生する水平方向の磁界の空間分布を映像化
する装置に関するものである。

近年、磁気を使用する装置の数が増大するにつれ、それ
ぞれの装置が発生する磁界が相互に干渉することがある
。このため、各種装置は自己の発生する磁界の自己およ
び他の機器への磁界の影響を考慮して設計されることが
必要となってきている。そこで、磁界発生源、例えば、
磁石、磁気ヘッド、磁気テープ、磁気ディスク、モータ
等の磁界発生源が発生する磁界の空間分布を映像化する
ことにより、磁界発生源の磁化状態を簡単に評価するこ
とを可能とし、各種設計や品質管理を容易にすることが
できる装置が望まれている。また、近年、各種磁気使用
装置の小型化により、特に微細形状の磁界発生源の発生
する磁界の空間分布を映像化する装置が望まれている。

〔従来の技１ホテ〕 一般に、第４図に示すように、長さ！、高さｈの矩形状
の線状導体９１が磁束密度Ｂ　（Ｗｂ／ｍ２）の中にあ
り、磁束密度Ｂに対して垂直方向の線状導体９１の面を
一定速度ＶｓでＸ方向に移動させると、この線状導体９
１には電磁誘導の法則に従って次式に示すような電圧■
が生じる。

■−−ｄΦ／ｄｔ　　・・・　■ このとき、Φは線状導体９】に鎖交する磁束であるから
、磁束密度Ｂを線状導体９１の面内で面積分した値にな
る。よって、線状導体９１を貫く磁束Φは次式のように
表すことができる。

Φ−ｈＪＢｄｎ　　・・・　■ ここで、線状導体９１の移動速度Ｖｓ＝ｄｘ／ｄｔであ
ることに注意して、０式に０式を代入すると０式は次の
ように変形することができる。

Ｖ＝−ｈＶｓｄ／ｄｘ　ＸＢｄｆ！、　−■ところで、
コンピュータ断層映像手法（ＣＴ平手法とは、■断面内
において多方向に収集した任意に物理量分布の線積分値
群（投影データ）から、その断面内の物理量分布を計算
により断層像として再構成する手法である。

磁束密度Ｂに対して垂直方向に面を持つ線状導体９１を
測定面内で定速で移動させた時のこの線状導体９１に生
じる電圧は、■式から磁束密度Ｂの線積分の形になって
いることが分かる。そこで、線状導体９１の移動に伴っ
て測定される電圧Ｖは導体９１の通過した面内における
磁束分布の投影データと考えることができる。一方、こ
の投影データを各方向から収集してＣＴ平手法運用する
場合には、磁束密度Ｂと線状導体９１とのなす角度θを
考慮しなければならない。そこで、水平方向の磁束密度
Ｂがある面をｘ−ｙ平面とし、磁束密度Ｂと線状導体９
１とのなず角度θとした時に線状導体９１に鎖交する磁
束密度のＸ成分Ｂｘと、ｙ成分１３ｙに関する投影デー
タは次式のようになる。

ＳＢｘ　（ｘ、ｙ）ｄｆｆ−ｃｏｓθＮＢｄｊ２ＳＢ３
７　（Ｘ、ｙ）ｄｊ２＝　ｓｉｎθＪＢｄｆｆｉこのよ
うに、ざまざまな投影角Ｏにおいて測定される投影デー
タ群にＣＴ平手法適用することにより、Ｂｙ（χ、ｙ）
、Ｂｙ　（ｘ、ｙ）の再構成が可能になる。

第５図は、本出願人が従来より提案している水平方向の
磁界分布を測定する磁界の映像化装置の一例を示すもの
であり、以上説明したＣＴ平手法用いたものである。こ
の装置では、映像化を行う断層面（測定面）に垂直に配
置された線状導体（コイル）９３と磁界発生源９４が相
対運動しくこの例では直進ステージ９５により磁界発生
源９４が移動）、コイル９３に錯交する磁束の変化から
発生ずる電磁誘導電圧をアンプ９７で増幅、Ａ／Ｄ変換
器９８でディジタル値に変換してコンピュータ９９が逐
次読み取るようになっている。磁界発生源９４の−・方
向の直線運動が終了すると、磁界発生源９４は回転ステ
ージ９６によって微小角度回転させられ、次いで直線ス
テージ９５により磁界発生源９４が移動して同様な電圧
検出が行われる。このような電圧検出は磁界発生源９４
を微小角度ずつ回転させて１８０°もしくは３６０°の
範囲で行なわれ、検出電圧にＣＴ平手法適用して磁界発
生源９４の断層面に水平な磁束分布を映像化するもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕 ところが、従来提案の磁界の映像化装置では、電圧検出
時の断層面に水平な方向の分解能はコイル９３の高さ方
向の幅で制約されてしまうという問題点がある。すなわ
も、第６図に簡単なモデルで示すように、点線で示す水
平方向の磁束分布を正確に検出するためには、検出コイ
ル９３の高さ　（検出幅）ｈを小さくする必要があるが
、検出コイル９３の高さを小さくするにつれて誘導電圧
は小さくなり、雑音成分は変化しないため、検出感度が
下がり、分解能が制限されるという問題がある。

本発明の目的は前記従来の磁界の映像化装置における課
題を解消し、コイルの検出感度を下げることな（、水平
方向の磁束分布の検出分解能を向上させることができる
磁界の映像化装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成する本発明の磁界の映像化装置の構成が
第１図（ａ）に、この装置を用いた磁界の映像化方法が
第１図（ｂ）に示される。

第１図（ａ）は、磁界発生源１により発生した磁界領域
のある断層面の磁束分布の映像化装置であって、磁界発
生源１の磁界領域内に配置され、走査方向を法線とする
面内に形成された高さ方向に平行な２辺２ａ、　２ｂを
備えたコイル２と、このコイル２の２辺２ａ、　２ｂ間
の距離を可変することによりコイル２の開口面積を変更
する開口面積変更手段３と、コイル２に誘起される電磁
誘導電圧を検出する電圧検出手段４と、磁界発生源１と
線状導体２を相対的に一定速度で移動させると共δこ、
両者の相対的な移動方向を変更可能な移動手段５と、得
られた検出値にコンピュータ断層映像手法を適用して、
前記磁束分布を二次元映像に変換する映像変換手段６と
から構成される。

また、第１図（ｂ）は、この装置を用いた磁界の映像化
方法であって、コイル２の２辺２ａ、　２ｂ間の距離を
所定値に保持したまま、磁界発生源１と線状導体２を相
対的に一定速度かつ一定方向に移動させてコイル２に誘
起される電磁誘導電圧を検出し、このコイル２の２辺２
ａ、　２ｂ間の距離を所定値可変して同一方向に両者を
相対移動させた時の電磁誘導電圧を検出して、一方向で
２種類の電磁誘導電圧を検出する段階Ｉと、磁界発生源
１と線状導体２の相対移動方向を微小角度ずつ変更して
、前記段階Ｉを１８０°若しくは３６０°の範囲で行う
段階■と、同一方向の走査で得られた２組の電磁誘導電
圧の検出値に、コンピュータ断層映像手法を適用して個
々の磁束分布を二次元映像に変換し、二次元映像に変換
された個々の磁束分布の差分を演算して、コイル２の面
積変化部分の磁束分布の二次元映像を得る段階■とから
構成される。なお、前記段階■では、同一方向の走査で
得られた２組の電磁誘導電圧の検出値の差分を先に演算
し、得られた差分値にコンピュータ断層映像手法を適用
して磁束分布を二次元映像に変換することにより、コイ
ル２の面積変化部分で検出した磁束分布の二次元映像を
得るようにしても良い。

〔作用〕

本発明の磁界の映像化装置によれば、磁界発生源の磁界
領域内に配置され、走査方向を法線とする面内に形成さ
れた高さ方向に平行な２辺を備えたコイルの２辺間の距
離を微小変更することができる。そして、コイルの２辺
間の距離を微小に変化させて、磁界発生源とコイルのあ
る相対移動の方向について２回の走査が行われ、コイル
に誘起する二種類の電圧がコンピュータのメモリに取り
込まれる。この走査が１８０°若しくは３６０の範囲で
行われ、各走査方向における異なるコイルの高さで検出
した磁界分布の差分を計算することにより、実質的に検
出分解能が向上する。

〔実施例〕

以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する
。

第２図は本発明の一実施例の構成を示すものである。図
において２０は２木の平行な辺２０ａ、　２０ｂを備え
たコイルであり、このコイル２０は、基台３１の上に突
設した支柱３２の上部から水平方向に延びるアーム３３
の下部に積層した固定部材２１と移動部材２２の表面に
取り付ける。このとき、コイル２０の２本の辺２０ａ、
　２０ｂは、コイル２０の走査方向を法線とする面内の
高さ方向に平行になるように、それぞれ固定部材２１と
移動部材２２の表面に取り付ける。

具体的にはコイル２０の高さｈ＝１００μｍのように構
成する。

このコイル２０の両端はリード線１８によってアンプ２
６に接続し、両端に発生ずる電圧をアンプ２６において
増幅する。アンプ２６の出力はＡ／Ｄ変換器２７に接続
し、Ａ／Ｄ変換器２７の出力はコンピユータ２８に接続
する。この結果、コイル２０によって検出されたアナロ
グ電圧値はアンプ２６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器２７で
ディジタル値に変換されたコンピュータ３０に入力され
る。

一方、コイル２０を取りイ」けたアーム３３の下方には
磁界発生源２３を設置し、この磁界発生源２３の下部に
は回転ステージ（ターンテーブル）２４と直進ステージ
２５を設けておき、この実施例では磁界発生源２３側が
コイル２０に対して移動するように構成する。そして、
測定時には、コイル２０への走査に対しては、回転ステ
ージ２４を回転させずに、直進ステージ２５により磁界
発生源２３をコイル２０に対して相対移動させるように
する。

また、コイル２０の下辺２０ｂを取り付ける移動部材２
２は、異なる電圧を印加することにより固定部材２１と
の距離が変化するようなものであり、例えば、ＰＺＴ等
の圧電素子から構成する。従って、この移動部材２２は
リード線１９により電圧調整回路２９を介して電源３０
に接続する。なお、この実施例では電圧調整回路２９は
コンピュータ２８に接続しており、コンピュータ２８か
らの指令により移動部材２２に印加する電圧値を変化さ
せることができるようにしている。

第３図は第２図に示したアーム３３の下部に積層される
固定部材２１と移動部材２２、およびこれらの表面に取
り付けられるコイル２０の詳細を示す斜視図である。こ
の実施例では固定部材２１は直方体をしており、セラミ
ック等で作る。また、移動部材２２は直方体の圧電素子
から構成し、上限面に電極２’；ｌａ、　２２ｂを積層
して、リード線１９で電圧調整回路２９に接続する。ま
た、固定部材２１と移動部材２２は面一に接合し、その
固定部材２１の表面にコイル２０の上辺２０ａを張り付
け、移動部材２２の表面にコイル２０の下辺２０ｂを張
り付ける。そして、両辺の一端は伸縮可能なリード線２
０ｃで結び、他端はリード線Ｉ８でアンプ２６に接続す
る。

なお、前述の実施例では説明を簡単にするために、電極
に挟まれた圧電素子を一組しか設けていないが、実際に
は、圧電素子の変化量を増やすために、圧電素子と電極
を交互に複数枚積層し、複数の電極を一枚置きに同じ極
の電源に接続するようにする。このときの圧電素子とし
ては、２成分系の、Ｐｂ（ＭｇＮｂ）０３−ＰｂＴｉ０
３を多層に積層したもの等を使用し、０．０２５μｍ／
Ｖ／ｍｍ程度の変位を得ることができる。この場合、１
征の変位を与えるためには、約４００■の電圧を圧電素
子に印加する。すると、圧電素子が変位することにより
、移動部材２２が収縮して１００刀の２辺間距離が９９
ＩＩｍになる。

次に、以上のように構成した磁界の映像化装置を用いて
磁界発生源２３により形成される磁界を映像化する方法
について説明する。

〔ステップ１〕 回転ステージ２４を回転させずに、直進ステージ２５に
より磁界発生源２３をコイル２０に対して一定速度で相
対移動させ、このときコイル２０に発生する電磁誘導電
圧をアンプ２６で増幅して、Ａ／Ｄ変換器２７でディジ
タル値に変換し、コンピュータ３０に逐次読み取らせて
記憶する。このときのコイル２０の２辺間距離は１００
μｍである。

〔ステップ２〕 約４００■の電圧を圧電素子に印加し、移動部材２２を
１μｍ収縮させてコイル２０の２辺間距離を１００節か
ら９９μｍになる。そして、回転ステージ２４を回転さ
せずに、直進ステージ２５により磁界発生源２３をコイ
ル２０に対して一定速度で相対移動させ、このときコイ
ル２０に発生する電磁誘導電圧をアンプ２６で増幅して
、Ａ／Ｄ変換器２７でディジタル値に変換し、コンピュ
ータ３０に逐次読み取らせて記憶する。

〔ステップ３〕 回転ステージ２４を微小角度回転させ、ステップ１とス
テップ２を１８０°もしくは３６０°の範囲で行う。

〔ステップ４〕 同一方向の走査で得られた２種類の電磁誘導電圧の検出
値に、コンピュータ断層映像手法（ＣＴ平手法を適用し
て、個々の磁束分布を二次元映像に変換し、二次元映像
に変換された個々の磁束分布の差分を演算してコイル２
０の面積変化部分で検出した磁束分布、即ち、分解能１
１Ｉｍでの磁束変化＝１７− ＝　１６− の二次元映像を得る。

以上は磁界の映像化方法の一例であるが、他の例として
、前述のステップ１とステップ２を実行した後、２回の
電磁誘導電圧の検出値の差分を先に演算して、コイル２
０の変化分での磁束変化を求め、この後にステップ３を
行って、ステップ４で得られた差分値にコンピュータ断
層映像手法を適用して磁束分布を二次元映像に変換する
ことにより、分解能１μｍでの磁束変化の二次元映像を
得るようにしても良い。

なお、後者の方法におけるコイル２０の検出電圧の差分
演算は、コンピュータ２８に取り込む前に処理しても、
また、コンピュータ２８に取り込んでから処理しても構
わない。

〔発明の効果〕

以上説明したよ・うに、本発明の磁界の映像化装置によ
れば、コイルの検出感度を下げることなくコイルの高さ
の変化量まで水平方向の磁束分布の検出分解能を向上さ
せることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の磁界の映像化装置の構成を示す
原理構成図、 第１図（ｂ）は本発明の磁界の映像化方法を示す原理図
、 第２図は本発明の磁界の映像化装置の一実施例の構成を
示す構成図、 第３図は第２図の実施例のコイル及びコイル取付部分を
部分拡大して示す斜視図、 第４図は磁界の映像化の原理を説明する説明図、第５図
は従来の磁界の映像化装置の構成を示す構成図、 第６図は第５図の線状導体の部分拡大図である。 ２０・・・コイル、 ２０ａ、　２０ｂ・・・コイルの上辺、下辺、２０ｃ　
・・・リード線、 ２１・・・固定部材、 ２２・・・移動部材、 ２２ａ、　２２ｂ−−・電極、 ２３・・・磁界発生源、 ２４・・・回転ステージ、 ２５・・・直進ステージ、 ２６・・・アンプ、 ２７・・・Ａ／Ｄ変換器、 ２８・・・コンピュータ、 ２９・・・電圧調整回路、 ３０・・・電源、 ３３・・・アーム。・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁界発生源（１）により発生した磁界領域のある断
   層面の磁束分布の映像化装置であって、前記磁界発生源
   （１）の磁界領域内に配置され、走査方向を法線とする
   面内に形成された高さ方向に平行な２辺（２ａ、２ｂ）
   を備えたコイル（２）と、前記コイル（２）の２辺（２
   ａ、２ｂ）間の距離を可変してコイル（２）の開口面積
   を変更する開口面積変更手段（３）と、 前記コイル（２）に誘起される電磁誘導電圧を検出する
   電圧検出手段（４）と、 前記磁界発生源（１）と線状導体（２）を相対的に一定
   速度で移動させると共に、両者の相対的な移動方向を変
   更可能な移動手段（５）と、 得られた検出値にコンピュータ断層映像手法を適用して
   、前記磁束分布を二次元映像に変換する映像変換手段（
   ６）とを備えることを特徴とする磁界の映像化装置。 ２、前記距離変更手段（３）が圧電素子で構成されるこ
   とを特徴とする磁界の映像化装置。 ３、請求項１または２に記載の装置を用いて磁界を映像
   化する磁界の映像化方法であって、前記コイル（２）の
   ２辺（２ａ、２ｂ）間の距離を所定値に保持したまま、
   前記磁界発生源（１）と線状導体（２）を相対的に一定
   速度かつ一定方向に移動させて前記コイル（２）に誘起
   される電磁誘導電圧を検出し、前記コイル（２）の２辺
   （２ａ、２ｂ）間の距離を所定値可変して同一方向に両
   者を相対移動させた時の電磁誘導電圧を検出して、一方
   向で２種類の電磁誘導電圧を検出する段階（ I ）と、 前記磁界発生源（１）と線状導体（２）の相対移動方向
   を微小角度ずつ変更して、前記段階（ I ）を１８０°
   若しくは３６０°の範囲で行う段階（II）と、同一方向
   の走査で得られた２組の電磁誘導電圧の検出値に、コン
   ピュータ断層映像手法を適用して個々の磁束分布を二次
   元映像に変換し、二次元映像に変換された個々の磁束分
   布の差分を演算して、前記コイル（２）の面積変化部分
   で検出した磁束分布の二次元映像を得る段階（III）と
   、 を備えることを特徴とするもの。 ４、請求項３に記載の磁界の映像化方法において、前記
   段階（III）が、同一方向の走査で得られた２組の電磁
   誘導電圧の検出値の差分を先に演算し、得られた差分値
   にコンピュータ断層映像手法を適用して磁束分布を二次
   元映像に変換することにより、前記コイル（２）の面積
   変化部分の磁束分布の二次元映像を得るものであるとを
   特徴とするもの。