JPH0489587A

JPH0489587A - 磁界の映像化装置

Info

Publication number: JPH0489587A
Application number: JP20251590A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Koshikawa; 越川　誉生
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1992-03-23

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磁界の空間分布を映像
化する磁界の映像化装置に関し、磁気抵抗効果素子を用
いて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の提供を目的とし、磁界発生源、この磁界発生源の磁界領域中に配置された
磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子の前記磁界の
磁束分布による抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出手
段を少なくとも有し、前記磁界発生源と磁気抵抗効果素
子を相対的に移動させながら前記抵抗値変化検出手段に
て前記抵抗値変化を逐次検出し、この検出値にコンピュ
ータ断層映像手法を適用して、前記磁束分布を二次元映
像に変換するようにした磁界の映像化装置において、第
１の形態では、映像化を行う断層面に対して平行に配置
された方形の薄膜状の第１の磁気抵抗効果素子と、この
第１の磁気抵抗効果素子と同じ長さで幅が異なり、かつ
一端が揃えられ、他端が重なり合わないように積層され
た第２の磁気抵抗効果素子とを用い、これら第１と第２
の磁気抵抗効果素子における抵抗値変化の差分を検出し
、その検出値にコンピュータ断層映像手法を適用するよ
うに構成する。また、第２の形態では、映像化を行う断
層面に対して垂直に配置された方形の１膜状の第１の磁
気抵抗効果素子と、この第１の磁気抵抗効果素子と同じ
長さで幅が異なり、かつ上端が揃えられ、下端が重なり
合わないように積層された第２の磁気抵抗効果素子とを
用い、これら第１と第２の磁気抵抗効果素子における抵
抗値変化の差分を検出し、その検出値にコンピュータ断
層映像手法を適用するように構成する。

［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、磁気抵抗効果
素子を用いて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気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。

〔従来の技術〕

一般に、長さ！の線状導体が速度■で磁束密度Ｂの磁場
内をＸ方向に移動する時、フレミングの右手の法則に従
って導体の内部にＶＸＢの電界Ｅを生じることが知られ
ており、このときに導体の両端に生じる電圧Ｖは電圧計
を用いて測定できる。

この電圧■は電界Ｅが線積分された形で書き表わせ、次
式のようになる。

Ｖ　　＝　　−ｊＶＸＢ＠ｄｆ　　・・・　■ここで、
導体が磁束密度Ｂの磁場内で定速Ｖで移動するものとす
れば、上述の０式は移動速度■のＸ成分■８と磁束密度
Ｂの垂直成分Ｂヶによって次式のように変形される。

Ｖ　　−−ＶＸ　５ＢＹｄｆ　　・・・■ところで、コ
ンピュータ断層映像手法（Ｃ７手法）とは、１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。

さて、■式から導体の両端に生ずる電圧■はＢｙの線積
分の形になっていることが分かる。そこで、導体の移動
に伴って測定される電圧■は導体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。この投
影データを各方向から収集し、Ｃ７手法を運用すること
によって磁束分布Ｂｙを二次元的な断層像として映像化
することが可能となる。

そこで、以上説明したＣ７手法を用いた磁界映像化装置
が提案されている（特開昭６３−２７３０７６号公報）
。この装置は第７図に示すように、映像化を行う断層面
（測定面）に平行に配置された線状導体９３と磁界発生
ａ９４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）、線状導体９３に発生する電
磁誘導電圧をアンプ９７で増幅、Ａ／Ｄ変換器９Ｂ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の一方向の直線運動が終了すると、磁界
発生＃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°に渡って行なわれ、
検出電圧にＣ７手法を適用して磁界発生源９４の断層面
に垂直な磁束分布を映像化するものである。

しかしながら、従来例では線状導体９３に発生する！磁
誘導電圧を検出しているため、検出感度が導体９３と磁
界発生ａ９４の相対移動速度で制約されるという問題が
ある。そこで、磁界強度そのものを抵抗値の変化として
速度に関係なく検出できる磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子
浦ａｇｎｅｔｏ　Ｒｅ５ｉｓｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔ　ｄ
ｅｖｉｃｅ）の適用が考えられる。

このＭＲ素子８Ｉは第８図に示すように、厚さＤが１０
０〜５００人程度の薄膜方形状のものであり、元々ある
磁化Ｍに外部からの磁場Ｈｅｘが加わると、磁場Ｈｅｘ
の影響で磁化Ｍが回転してその向きが変わる。そして、
ＭＲ素子８１の磁化Ｍの向きが変わると、ＭＲ素子８１
の両端の抵抗値が変化する（ＭＲ効果）。このＭＲ素子
８１には電流Ｉｓを流しているので、抵抗値が変化する
と、電圧計８２の電圧が変化し、磁場Ｈｅｘの変化を直
接電圧で検出できるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、ＭＲ素子の幅（高さ）は前述の線状導体９３
の幅よりも大きくなってしまうために、検出分解能が低
下するという問題がある。すなわち、第９図に簡単なモ
デルで示すが、（ａ）に示すように矩形の磁束工００（
磁束の方向は水平方向）の分布幅ＷＦがＭＲ素子８１の
幅Ｗｏより十分に大きい場合（例えば、Ｗ、　：　Ｗ、
　＝１００：１）は、電圧検出値は（ｂ）に示すように
一定値の部分が大きく、検出開始と検出終了近傍の斜線
部は無視することができる。

しかしながら、（Ｃ）に示すように矩形の水平方向の磁
束１００の分布幅Ｗ、が線状導体９３の幅ＷＣより小さ
い場合は、（（１）に示すように検出電圧分布の裾の幅
はＭＲ素子８１の幅ＷＣと磁束の分布幅Ｗ１の和Ｗｃ＋
ＷＦ　となるため、正確な検出ができなかったのである
。

この問題は、磁界発生源の断層面に垂直な方向の分解能
についても同様であり、ＭＲ素子８１の高さ方向の幅で
制約されてしまう。すなわち、垂直方向の磁束分布を正
、確に検出するためには、ＭＲ素子８１の高さ（検出幅
）を小さくする必要があるが、ＭＲ素子８１は１本の導
体のようには細くできない。これは、ＭＲ素子８１には
電流を流すので、あまり幅が細いと発熱により切れてし
まうからである。これまでで最も細いＭＲ素子の幅は１
ｎ程度であるが、磁気ティスフ装置における磁気媒体と
磁気ヘッドとのギャップは０．１−でしかなく、この部
分の磁束分布はＭＲ素子では測定することが出来なかっ
た。

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、磁界の検出にＭＲ素子を用い、このＭＲ素
子の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を行う本発明の第１の形
態の装置の構成を示している。第１の磁気抵抗効果素子
２は、映像化を行う断層面に対して平行に配置された方
形の薄膜状ものであり、第２の磁気抵抗効果素子３は、
この第１の磁気抵抗効果素子２と同じ長さで幅が異なり
、かつ一端が揃えられ、他端が重なり合わないように積
層されている。抵抗値変化検出手段４は、外部磁界によ
る磁気抵抗効果素子２，３のそれぞれの抵抗値変化を検
出し、差分演算手段５は、第１と第２の磁気抵抗効果素
子２．３における抵抗値変化の差分を演算する。また、
移動手段６は、磁界発生源１と磁気抵抗効果素子２．３
を相対的に移動させると共に、両者の相対的な移動方向
を変更できるようになっている。そして、映像変換手段
７は、得られた磁気抵抗効果素子２，３の抵抗値変化の
差分から磁界強度を演算すると共に、演算された磁界強
度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。

第１図い）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を行う本発明の第２の形態
の装置の構成を示している。この形態では、第１の磁気
抵抗効果素子２゛が映像化を行う断層面に対して垂直に
配置された方形の薄膜状になっており、第２の磁気抵抗
効果素子３゛がこの第１の磁気抵抗効果素子２′と同じ
長さで幅が異なり、かつ上端が揃えられ、下端が重なり
合わないように積層されていて、水平方向の磁束分布を
検出することが異なる。抵抗値変化検出手段４、差分演
算手段５、移動手段６、及び映像変換手段７の構成は第
１の形態と同じである。

〔作用〕

本発明の磁界の映像化装置によれば、２個のＭＲ素子の
外部磁界の変化による抵抗値変化がそれぞれ別々に逐次
検出され、検出された抵抗値の差分が演算により求めら
れ、抵抗変化の差に応じた磁束分布が求められる。この
場合、２つのＭＲ素子の幅の差が実効検出値となるため
、ＭＲ素子の実際の幅よりも微小な領域の磁束分布が正
確に検出される。そして、移動装置により磁界発生源を
微小角度ずつ回転させて同様な検出を１８０°もしくは
３６０°に渡って行い、検出値にコンピュータ断層映像
手法を適用して磁界発生源の断層面に垂直方向、或いは
水平方向の磁束分布を求める。

〔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ＭＲ素子であり、この実施例では映像化
を行う断層面（測定面）に平行に異なる輻Ｗｃ、とＷｃ
ｚ（第３図）の２組のＭＲ素子２１２２が重ねて配置さ
れている。具体的にはＭＲ素子２１の幅Ｗｃ＋＝１Ｏｎ
、ＭＲ素子２２の幅Ｗｃｚ＝９顔のように構成する。こ
の２組のＭＲ素子２Ｌ　２２の両方の端子には定′ｆ４
流を流し、流れる電流によって発生する電圧をアンプ２
６．２７によってそれぞれ増幅し、Ａ／Ｄ変換器２８．
２９によってディジタル値に変換した後にコンピュータ
３０に入力して検出値を読み取る。２３は水平方向の磁
界発生源であり、この磁界発生源２３の下部には回転ス
テージ２４と直進ステージ２５が設けられている。よっ
て、この実施例では磁界発生源２３側がＭＲ素子２１．
２２に対して移動することになる。

そして、測定時にはまず回転ステージ２４を回転させず
に、直進ステージ２５により磁界発生ｉ２３をＭＲ素子
２０に対して移動し、ＭＲ素子２Ｌ　２２における抵抗
値変化により変化する電圧値をアンプ２６゜２７で増幅
し、Ａ／Ｄ変換器２８．２９でディジタル値に変換して
コンピュータ２８に逐次読み取らせる。

第３図に示すように、水平磁束１０の分布幅ＷＦがＭＲ
素子２１．２２の幅Ｗ。Ｉ＋　ＷＣ！よりも狭い場合の
画素子２１．２２で変化する電圧Ｅの検出結果を第４図
（ａ）に示す。ＭＲ素子２１の検出特性は線アーイーウ
で示すようになり、ＭＲ素子２２の検出特性は線エーイ
ーウで示すようになる。ここで、コンピュータ３０は２
つのＭＲ素子２１．２２で変化する電圧の差分Ｖを演算
する。この差分Ｖの特性は第４図（ｂ）にオーカーキで
示すようになり、検出電圧分布幅は磁束分布幅ＷＦおよ
び２組の導体２１．２２の幅の差ＷｃＩ−Ｗ０の和で決
定される。この第４図ら）の特性は、ＭＲ素子２１の幅
Ｗｃ＋＝１０ｎ、ＭＲ素子２２の幅Ｗｃｚ＝９７ｔｒで
ある時に、実効的にＩＩｒｍ幅の導体で検出したのと同
じ結果になる。

なお、各々のＭＲ素子２１．２２の検出電圧の差分演算
は、コンピュータ３０に取り込む前に処理しても、コン
ピュータ２８に取り込んでから処理しても構わない。

このようにして、直進ステージ２５の動作が終了すると
、回転ステージ２４によって磁界発生源２３を所定角度
回転し、直線ステージ２５による動作を再度行ってＭＲ
素子２Ｌ　２２においてそれぞれ変化する抵抗値による
電圧変化の差分をコンピュータ３０で読み取る。同様の
検出は１８０６もしくは３６０゜に渡って行い、検出電
圧にＣＴ　（コンピュータ断層映像）手法を適用して磁
界発生源の磁束分布を映像化する。

以上のようにして、磁束工０の分布幅ＷＦが何れのＭＲ
素子２Ｌ　２２の輻Ｗ、、、Ｗｃ、よりも狭い場合でも
、２組のＭＲ素子２１ｉ　２２の幅Ｗ　ｅｌｌ　ｗｃｚ
の差まで、その分布状態が正確に検出される。また、両
ＭＲ素子２１．２２の検出値の差分がとられるので、コ
モンノイズの影響が除去されることになる。

第５図は本発明の別の実施例の構成を示すものである。

図において２０はＭＲ素子であり、この実施例では映像
化を行う断層面（測定面）に垂直で高さの大きいＭＲ素
子２１と高さの小さいＭＲ素子２２とを近接して配置し
ている。具体的には第６図に示すように、コイル２１の
高さｈ＋＝１０ｎ、コイル２２の高さｈｚ＝９陣のよう
に構成し、ＭＲ素子２１とＭＲ素子２２の上側の辺の磁
界発生ａ２３からの高さを一致させる。

この２組のＭＲ素子２１．２２の両端には前述の実施例
同様に定電流を流し、流れる電流によって発生する電圧
は、それぞれ対応するアンプ２６．２７において増幅し
、Ａ／Ｄ変換器２８．２９によってディジタル値に変換
した後にコンピュータ３ｏに入力して、各ＭＲ素子２Ｌ
　２２における検出値を読み取るようにする。また、磁
界発生源２３の下部には回転ステージ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ＭＲ素子２ｏに対して移動するように構成する。

そして、測定時にはまず回転ステージ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ＭＲ素子
２０に対して相対移動させ、このときＭＲ素子２１．２
２でそれぞれ変化する電圧をアンプ２６゜２７で増幅し
て、Ａ／Ｄ変換器２８．２９でディジタル値に変換し、
コンピュータ３ｏに逐次読み取らせる。

ここで、コンピュータ３０はＭＲ素子２１．２２で変化
する電圧の差分■を演算する。この差分■の特性は第６
図に示すＭＲ素子２工とＭＲ素子２２との高さの差ｄの
部分のＭＲ素子で読み取られた磁界分布に相当する。即
ち、高さｄ＝１ｔｒｍの高さのコイルで検出した場合と
実効的に同等の磁束分布を得ることができる。

なお、前述の実施例同様に、各々のＭＲ素子２１゜２２
の検出電圧の差分演算は、コンピュータ３０に取り込む
前に処理しても、また、コンピュータ３０に取り込んで
から処理しても構わない。

このようにして、１直進ステージ２５の動作を終了する
と、回転ステージ２４によって磁界発生源２３を所定角
度回転させ、直線ステージ２５による動作を再び行って
コイル２１．２２にそれぞれ発生する電磁誘導電圧の差
分をコンピュータ３０に読み取らせる。

以上の説明と同様の検出は、１８０°もしくは３６０゜
に渡って行ない、検出電圧にＣＴ　（コンピュータ断層
映像）手法を適用して磁界発生源の磁束分布を映像化す
る。

〔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、磁界の検出にＭＲ素子を用い、このＭＲ素子の幅よ
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）は本発明の第１の形態の構成を示す原理図
、第１図（ｂ）は本発明の第２の形態の構成を示す原理図
、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図の実施例の導体幅と磁束分布の関係を示
す説明図、第４図は第３図のＭＲ素子の磁束の検出電圧分布特性図
、第５図は本発明の別の実施例のＭＲ素子の構成を示す斜
視図、第６図は第５図の実施例のＭＲ素子の部分拡大図、第７図は従来の磁界の映像化装置の構成を示す構成図、第８図はＭＲ素子の構造と使用形態を示す説明図、第９図は第８図の幅のＭＲ素子で異なる磁束分布を走査
した時の検出電圧分布を示す説明図である。１０・・・磁束分布、２０．２１．２２・・・ＭＲ素子、２３・・・磁界発生源、２４・・・回転ステージ、２５・・・直進ステージ、２６、２７・・・アンプ、２８、２９・・・Ａ／Ｄ変換器、３０・・・コンピュータ、

Claims

【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、映像化を行う断
層面に対して平行に配置された方形の薄膜状の第１の磁
気抵抗効果素子（２）と、この第１の磁気抵抗効果素子
（２）と同じ長さで幅が異なり、かつ一端が揃えられ、
他端が重なり合わないように積層された第２の磁気抵抗
効果素子（３）と、外部磁界による磁気抵抗効果素子（２、３）のそれぞれ
の抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出手段（４）と、第１と第２の磁気抵抗効果素子（２、３）における抵抗
値変化の差分を演算する差分演算手段（５）と、前記磁
界発生源（１）と磁気抵抗効果素子（２、３）を相対的
に移動させると共に、両者の相対的な移動方向を変更可
能な移動手段（６）と、得られた磁気抵抗効果素子（２、３）の抵抗値変化の差
分から磁界強度を演算すると共に、演算された磁界強度
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（７）とを備える
ことを特徴とする磁界の映像化装置。２、前記映像変換手段（７）が、前記抵抗値変化検出手
段（４）から得られた２組の磁気抵抗効果素子（２、３
）の抵抗値変化の検出値から磁界強度を演算すると共に
、演算された磁界強度に、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、前記差分演算手段（５）が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、磁気抵抗効果素子（２、
３）の重ならない部分の磁束分布の二次元映像を得るこ
とを特徴とする請求項１に記載の磁界の映像化装置。３、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、映像化を行う断
層面に対して垂直に配置された方形の薄膜状の第１の磁
気抵抗効果素子（２′）と、この第１の磁気抵抗効果素
子（２′）と同じ長さで幅が異なり、かつ上端が揃えら
れ、下端が重なり合わないように積層された第２の磁気
抵抗効果素子（３′）と、外部磁界による磁気抵抗効果素子（２′、３′）のそれ
ぞれの抵抗値変化を検出する抵抗値変化検出手段（４）
と、第１と第２の磁気抵抗効果素子（２′、３′）における
抵抗値変化の差分を演算する差分演算手段（５）と、前
記磁界発生源（１）と磁気抵抗効果素子（２′、３′）
を相対的に移動させると共に、両者の相対的な移動方向
を変更可能な移動手段（６）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（
７）とを備えることを特徴とする磁界の映像化装置。４、前記映像変換手段（７）が、前記抵抗値変化検出手
段（４）から得られた２組の磁気抵抗効果素子（２′、
３０）の抵抗値変化の検出値から磁界強度を演算すると
共に、演算された磁界強度に、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、前記差分演算手段（５）が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、磁気抵抗効果素子（２、
３）の重ならない部分の磁束分布の二次元映像を得るこ
とを特徴とする請求項３に記載の磁界の映像化装置。