(57)【要約】【課題】一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度をもって検出することのできる磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法を提供する。【解決手段】磁界プローブ１０は、磁界検出回路１５に電源を供給する電源供給部２１に電気的に接続された電源端子１３と、磁界検出回路１５の出力信号を処理する信号処理部に電気的に接続された出力端子１２とを有する本体部１１と、磁界検出回路１５、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂ、並びに、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂを有するプローブ部１４とを備える。磁界検出回路１５は、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄからなるフルブリッジ回路であり、このフルブリッジ回路は、半導体プロセスを通じて形成されている。【選択図】図１
2008275470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子回路を含む検出対象が発する磁界を検出する磁界検出回路に電源を供給する電源供給部に電気的に接続された電源端子と、前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部に電気的に接続された出力端子とを有する本体部と、
前記磁界検出回路、該磁界検出回路を前記電源端子に電気的に接続するための電源供給線、及び、前記磁界検出回路を前記出力端子に電気的に接続するための出力信号線を有するプローブ部とを備え、
前記磁界検出回路を前記検出対象に近接させて、前記検出対象が発する磁界を検出する磁界プローブであって、
前記磁界検出回路は、加えられる磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路であり、このブリッジ回路は、半導体プロセスを通じて形成されていることを特徴とする磁界プローブ。
【請求項２】
前記ブリッジ回路は、その大きさが５〜１０マイクロメートル角程度、或いはさらに極小領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁界プローブ。
【請求項３】
前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する２つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路であり、
前記ハーフブリッジ回路を構成する２つの磁気抵抗素子のうち、一方の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の磁界プローブ。
【請求項４】
前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する２つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路が２組、対称に並列に接続されるフルブリッジ回路であり、
前記フルブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の１組の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の１組の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないことを特徴とする請求項１または２に記載の磁界プローブ。
【請求項５】
前記プローブ部は、板状の基板を有し、
前記ブリッジ回路は、ＩＣパッケージにて構成され、前記板状の基板の一方の底面に配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項６】
前記プローブ部は、板状の基板を有し、
前記ブリッジ回路は、前記板状の基板の一方の底面に薄膜にて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項７】
前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが各別に施されており、外来電界ノイズから保護されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項８】
前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが一括して施されており、外来電界ノイズから保護されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項９】
前記磁界検出回路は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが施されており、外来電界ノイズから保護されていることを特徴とする請求項７または８に記載の磁界プローブ。
【請求項１０】
前記電界シールドは、前記電源供給線及び前記出力信号線と前記金属層とを電気的に絶縁する絶縁層と、前記金属層と、内部を保護する保護膜との３層から構成されていることを特徴とする請求項８または９に記載の磁界プローブ。
【請求項１１】
前記電源供給部は、当該磁界プローブ外の外部電源であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項１２】
前記電源供給部は、前記本体部に搭載された電池であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁界プローブ。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁界プローブと、
前記磁界プローブが有する電源端子を介して前記磁界検出回路に電源を供給する電源供給部と、
前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、
前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、
前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の磁界プローブと、
前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、
前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、
前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることを特徴とする磁界検出装置。
【請求項１５】
前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、
前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、平面運動可能なＸ−Ｙステージであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁界検出装置。
【請求項１６】
前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、
前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、３次元運動可能な３次元ステージであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の磁界検出装置。
【請求項１７】
前記信号処理部は、前記出力信号に基づき、前記検出対象が発する磁界強度をマップ化することを特徴とする請求項１５または１６に記載の磁界検出装置。
【請求項１８】
請求項１〜１２のいずれかに記載の磁界プローブ又は請求項１３〜１７のいずれかに記載の磁界検出装置を用いて、前記検出対象が発する磁界の直流成分を検出することを特徴とする磁界検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電子回路が作り込まれたプリント基板上におけるノイズ発生分布や電流分布を計測するための、近傍磁界を検出する磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法として、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１に記載の磁界プローブでは、検出対象が発する近傍磁界を検出するためのループコイルが形成されたループコイル層、及び、このループ層の両面に形成されて、外来電磁ノイズを遮蔽するシールド層が、順次積層された基板を有している。また、ループコイル層に形成されたループコイル内を近接磁界（磁束）が通るように、シールド層には窓明け部が設けられている。こうした構造により、例えばプリント基板が有する電子部品や回路パターンから生じる近接磁界を検出するようにしている。
【０００３】
ところで、こうした磁界プローブを用いて、一定（直流）磁界やこの一定磁界に極めて近い低周波磁界を検出しようとすると、次のような原理上の不具合がある。すなわち、上記磁界プローブでは、ループコイル層に形成されたループコイル内を通過する近接磁界により誘導起電力を発生させ、その誘導起電力に基づいて近接磁界を検出する原理上、近接磁界が低周波磁界であるとき、ループコイルに発生する誘導起電力は小さいため、高い精度で近接磁界を検出することは難しい。また、近接磁界が一定磁界であるとき、ループコイルにはそもそも誘導起電力が発生しないため、近接磁界を検出することができなくなってしまう。
【０００４】
その点、例えば特許文献２に記載の技術が知られている。この特許文献２に記載の技術では、上記ループコイル層を薄層化するとともに、薄膜ループコイルの一部を磁気抵抗素子で構成している。すなわち、磁気抵抗素子が薄膜ループコイルと直列接続されている。これにより、上記プリント基板が有する電子部品や回路パターンによって生じる近接磁界が高周波磁界であるとき、薄膜ループコイルにて近接磁界を検出し、低周波磁界であるとき、磁気抵抗素子にて近接磁界を検出するようにしている。
【特許文献１】特開平８−２４８０８０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、上記特許文献２に記載の技術によれば、上記特許文献１に記載の技術で生じるような原理上の不具合は確かに解消される。しかしながら、上記特許文献２に記載の磁界プローブでは、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い近接磁界を単一の磁気抵抗素子を用いて検出しているため、検出精度はそれほど高いものではなかった。こうした近接磁界をより高い精度にて検出することが求められており、依然として改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度をもって検出することのできる磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電子回路を含む検出対象が発する磁界を検出する磁界検出回路に電源を供給する電源供給部に電気的に接続された電源端子と、前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部に電気的に接続された出力端子とを有する本体部と、前記磁界検出回路、該磁界検出回路を前記電源端子に電気的に接続するための電源供給線、及び、前記磁界検出回路を前記出力端子に電気的に接続するための出力信号線を有するプローブ部とを備え、前記磁界検出回路を前記検出対象に近接させて、前記検出対象が発する磁界を検出する磁界プローブとして、前記磁界検出回路は、加えられる磁界に応じて抵抗値が変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路であり、このブリッジ回路は、半導体プロセスを通じて形成されていることとした。
【０００８】
磁界プローブとしてのこのような構成では、近接磁界を検出する磁界検出回路は、磁気抵抗素子を含むブリッジ回路にて構成されている。そのため、単一の磁気抵抗素子にて検出する従来技術と比較して、一定磁界あるいは低周波磁界をより高い検出精度をもって検出することができるようになる。なお、上記構成では、半導体プロセスを通じて磁界検出回路が形成されているため、その体格が極小となっており、当該磁界検出回路に加えられる近接磁界の発生源は狭い範囲にしか存在しない。したがって、一定磁界あるいは低周波磁界を高い空間分解能をもって検出することができるようにもなる。
【０００９】
また、上記請求項１に記載の構成において、例えば請求項２に記載の発明のように、前記ブリッジ回路は、その大きさが５〜１０マイクロメートル角程度、或いはさらに極小領域に形成されていることが望ましい。上記構成を有する磁界検出回路（ブリッジ回路）を検出対象に近接させると、体格が微小であるため、磁気抵抗素子を含む磁界検出回路の構成要素に検出対象から発生する略同一の近接磁界を加えることができるようになる。また、磁界検出回路の構成要素間の離間距離が極めて短いため、近接磁界だけでなく、他に例えば温度などのように、これら構成要素が置かれる環境を略同一にすることができるようにもなる。
【００１０】
ところで、磁気抵抗素子の抵抗値が変化する要因として、加えられる磁界だけでなく、当該磁気抵抗素子が置かれる環境、例えば温度が挙げられる。したがって、たとえ加えられる磁界が同一であったとしても、当該磁気抵抗素子の温度が異なると、その抵抗値が大きく異なり、高い精度でもって近接磁界を検出することが難しくなる。
【００１１】
その点、上記請求項１または２に記載の構成において、例えば請求項３に記載の発明では、前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する２つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路であり、前記ハーフブリッジ回路を構成する２つの磁気抵抗素子のうち、一方の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないこととした。
【００１２】
磁界プローブとしてのこのような構成では、当該磁界検出回路（ハーフブリッジ回路）を構成する２つの磁気抵抗素子が直列に接続されており、かつ、同一の温度特性を有している。そのため、例えば近接磁界が変化せず、置かれる温度が変化すると、２つの磁気抵抗素子は、その抵抗値を全く同一の態様で変化させるため、ハーフブリッジの中点電位は、平衡状態からずれない（変動しない）。すなわち、磁気抵抗素子の温度特性を打ち消すことができるようになる。しかしながら、近接磁界が変化する場合、磁気シールドが施されていない一方の磁気抵抗素子は近接磁界によって抵抗値が変化する一方、磁気シールドが施されている他方の磁気抵抗素子は近接磁界によって抵抗値が変化しない。そのため、ハーフブリッジ回路の中点電位は近接磁界によって平衡状態からずれるようになり、その平衡状態からの変動量に基づいて近接磁界を検出することができるようになる。したがって、上記構成によれば、磁界プローブが置かれる環境（温度）によらず、高い精度及び高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。
【００１３】
また、上記請求項１または２に記載の構成において、例えば請求項４に記載の発明のように、前記ブリッジ回路は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する２つの磁気抵抗素子が直列に接続されるハーフブリッジ回路が２組、対称に並列に接続されるフルブリッジ回路であり、前記フルブリッジ回路を構成する４つの磁気抵抗素子のうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の１組の磁気抵抗素子は、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の１組の磁気抵抗素子は、磁気シールドが施されていないこととしてもよい。
【００１４】
磁界プローブとしてのこのような構成では、上記請求項３に記載の構成に準じた効果が得られるようになる。ただし、ハーブブリッジ回路が対称に並列に接続されているため、これらハーブブリッジ回路の中点電位の平衡状態からの変動量は、上記請求項３に記載の構成よりも大きくなる。したがって、そうした中点電位の変動量に基づいて、さらに精度良く近接磁界を検出することができるようになる。
【００１５】
なお、そうしたプローブ部としては、例えば請求項５に記載の発明のように、前記プローブ部は、板状の基板を有し、前記ブリッジ回路は、ＩＣパッケージにて構成され、前記板状の基板の一方の底面に配設されていることとしてもよい。あるいは、例えば請求項６に記載の発明のように、前記プローブ部は、板状の基板を有し、前記ブリッジ回路は、前記板状の基板の一方の底面に薄膜にて形成されていることとしてもよい。ちなみに、上記請求項５に記載の構成によれば、一般的なＩＣパッケージ技術を利用することができるため、磁界プローブを作製することが容易になる。また、上記請求項６に記載の構成によれば、磁界検出回路、ひいては、プローブ部のさらなる小型化を図ることができるため、検出対象により近接することができ、より高い精度及びより高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。
【００１６】
ところで、課題の欄に記載した特許文献２に記載の磁界プローブでは、薄膜ループコイルの一部を磁気抵抗素子で構成し、該薄膜ループコイルを介して磁気抵抗素子に電流を与えている。こうした磁気抵抗素子までの配線、すなわち、薄膜ループコイルは、近接磁界が一定磁界や低周波磁界であるとき、電界アンテナとして機能してしまうことがある。そして、磁気抵抗素子までの配線が電界アンテナとして機能すると、該電界アンテナにて検出してしまう電界が電界ノイズとなり、近接磁界の検出精度に悪影響を及ぼしてしまう。特に、ループコイルと磁気抵抗素子とを一体とする、従来の構造を採用する場合、高周波磁界を検出する機能を維持するためにもループコイルに電界シールドを施すことは難しく、したがって、こうした電界ノイズを完全に排除することは難しい。
【００１７】
その点、上記請求項１〜６のいずれかに記載の構成において、例えば請求項７に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが各別に施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。あるいは、例えば請求項８に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが一括して施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。これにより、近接磁界あるいは外来磁界に起因して電源供給線及び出力信号線が電界アンテナとして機能することを抑制し、ひいては、電界ノイズが生じることを抑制することができるようになる。したがって、高い精度をもって近接磁界を検出することができるようになる。特に、上記請求項８に記載の構成では、電源供給線及び出力信号線に電界シールドを一括して施すため、当該磁界プローブの作製工数を低減することができるようになる。
【００１８】
同様に、上記請求項７または８に記載の構成において、例えば請求項９に記載の発明のように、前記磁界検出回路は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料からなる金属層を含む電界シールドが施されており、外来電界ノイズから保護されていることが望ましい。
【００１９】
なお、そうした電界シールドとしては、例えば請求項１０に記載の発明のように、前記電源供給線及び前記出力信号線と前記金属層とを電気的に絶縁する絶縁層と、前記金属層と、内部を保護する保護膜との３層から構成されていることが望ましい。これにより、電源供給線及び出力信号線と電界シールドとして機能する金属層とを確実に絶縁するとともに、内部を保護することができるようにもなる。
【００２０】
ところで、磁界検出回路を駆動するための電源供給部として例えば外部電源を採用する場合、外部電源で生成される電圧が僅かに変動したり、外来電磁ノイズが重畳されたりすることがある。また、上記電源供給経路が電界アンテナとして機能し、電源供給経路に電界ノイズが発生することもある。検出対象で発せられる近接磁界は非常に微小であり、そうした僅かな電圧の変動や電磁ノイズの重畳等が生じると、近接磁界の検出精度が低下することにもなりかねない。
【００２１】
その点、例えば請求項１２に記載の発明のように、前記本体部に搭載された電池を採用することが特に望ましい。電池では、電界検出回路の駆動電圧を化学的に生成するため、駆動電圧に僅かな変動も生じることはほとんどない。また、電源供給経路を短くすることができるため、生成した駆動電圧に外来電磁ノイズが重畳されたり、電界アンテナとして機能して電界ノイズが発生したりすることが抑制されるようになる。もっとも、こうしたおそれがないのであれば、例えば請求項１１に記載の発明のように、当該磁界プローブ外の外部電源を採用してもよい。
【００２２】
一方、上記目的を達成するため、請求項１３に記載の発明では、上記請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁界プローブと、前記磁界プローブが有する電源端子を介して前記磁界検出回路に電源を供給する電源供給部と、前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることとした。あるいは、請求項１４に記載の発明では、上記請求項１２に記載の磁界プローブと、前記磁界プローブが有する前記出力端子を介して出力される前記磁界検出回路の出力信号を処理する信号処理部と、前記検出対象に近接した状態で前記磁界プローブを保持する保持手段と、前記磁界プローブで前記検出対象を走査する走査手段とを備えることとした。磁界検出装置としてのこのような構成によっても、上記請求項１に記載の構成に準じた効果を得ることができるようになる。すなわち、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度及び空間分解能をもって検出することができるようになる。
【００２３】
こうした構成において、例えば請求項１５に記載の発明のように、前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、平面運動可能なＸ−Ｙステージであることとすると、保持手段とＸ−Ｙステージとの協働を通じて、所定距離だけ検出対象から離間した位置における磁界分布を検出することができるようになる。
【００２４】
同様に、例えば請求項１６に記載の発明のように、前記保持手段は、前記検出対象と前記磁界検出回路とが水平対向するように保持し、前記走査手段は、前記検出対象を載置するとともに、載置した検出対象と共々、３次元運動可能な３次元ステージであることとすると、保持手段と３次元ステージとの協働を通じて、検出対象から離間した位置における３次元の磁界分布を検出することができるようになる。
【００２５】
なお、例えば請求項１７に記載の発明のように、前記信号処理部は、前記出力信号に基づき、前記検出対象が発する磁界強度をマップ化することとしてもよい。
【００２６】
上記請求項１〜１２のいずれかに記載の磁界プローブ又は上記請求項１３〜１７のいずれかに記載の磁界検出装置を用いれば、請求項１８に記載の発明のように、前記検出対象が発する磁界の直流成分を検出することことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明に係る、磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法の一実施の形態について、図１〜図４を参照しつつ説明する。これら図１〜図４に示すように、また、以下に詳述するように、本実施の形態では、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路として磁界検出回路を構成するとともに、このブリッジ回路を半導体プロセスを通じて形成することで、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界である近接磁界をより高い検出精度及びより高い空間分解能をもって検出するようにしている。
【００２８】
図１は、これら磁界プローブ及び磁界検出装置を構成する磁界検出回路を中心とした回路構成の一例を示す模式図である。図２は、本実施の形態に係る磁界プローブ外観を斜視方向から示す図であり、図３は、本実施の形態に係る磁界プローブの内部構造を斜視方向から透視した図である。まず始めに、これら図１〜図３を併せ参照しつつ、本実施の形態の磁界プローブの構成及び機能について説明する。
【００２９】
図２及び図３に示されるように、磁界プローブ１０は、基本的に、平面視略正方形状を有するプリント基板にて構成される本体部１１と、図２及び図３の上下方向に長い平面視略矩形（角柱）状を有するプリント基板にて構成されるプローブ部１４とを備えている。
【００３０】
このうち、平面視略正方形状の本体部１１は、図２及び図３に示されるように、その略中央部に、同軸コネクタ出力端子（以下、単に出力端子）１２を有しており、その周縁部に、直流電源端子（以下、単に電源端子）１３を有している。なお、図１〜図３においては図示を割愛しているが、出力端子１２は、プラス端子及びマイナス端子から構成されている。これら出力端子１２のプラス端子及びマイナス端子は、当該磁界プローブ１０（正確には後述の磁界検出回路１５）と後述の信号処理部３１（図４参照）とを電気的に接続する同軸ケーブル３０（図４参照）を構成する芯線及びシールド線にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、図１〜図３においては図示を割愛しているが、電源端子１３もプラス端子及びマイナス端子から構成されている。これら電源端子１３のプラス端子及びマイナス端子は、当該磁界プローブ１０（正確には磁界検出回路１５）と後述の電源供給部２１（図１及び図４参照）とを接続する電源ケーブル２０のプラス配線及びマイナス配線にそれぞれ接続されるようになっている。
【００３１】
一方、プローブ部１４は、図２及び図３に示されるように、電源端子１３とは反対側の端部に、半導体プロセスを通じてＩＣパッケージとして構成された磁界検出回路１５を有している。なお、磁界検出回路１５については図１を参照して後述する。また、プローブ部１４の表面及び裏面には、そうした磁界検出回路１５の出力信号を伝達するための出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂが例えば銅箔にて形成されている（ただし、図２ではプラス配線１６ａのみを図示）。同じく、プローブ部１４の表面及び裏面には、磁界検出回路１５に直流電源を供給するための電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂが例えば銅箔にて形成されている（ただし、図２ではプラス配線１７ａのみを図示）。こうした出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂは、上記出力端子１２のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ電気的に接続されている。同様に、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂは、上記電源端子１３のプラス端子及びマイナス端子にそれぞれ電気的に接続されている。なお、出力端子１２のプラス端子及びマイナス端子、電源端子１３のプラス端子及びマイナス端子、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ、並びに、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂの各部は、プリント基板にて一体に構成されている。
【００３２】
以上のように構成されるため、電源供給部２１から磁界検出回路１５に、次のような電源供給経路を介して、所定の直流電源が供給される。すなわち、電源供給経路は、「電源供給部２１（図１参照）→電源ケーブル２０（プラス配線）→電源端子１３（プラス端子）→電源配線のプラス配線１７ａ→磁気抵抗素子１５ａ、磁気抵抗素子１５ｃ→磁気抵抗素子１５ｄ、磁気抵抗素子１５ｂ→電源配線のマイナス配線１７ｂ→電源端子１３（マイナス端子）→電源ケーブル２０（マイナス配線）→電源供給路２１」といった経路となる。このように直流電源が供給されると、磁界検出回路１５は駆動し、加えられる磁界を検出することになる。
【００３３】
こうして直流電源が供給されて磁界検出回路１５が駆動すると、次のような出力信号伝達経路をたどって、磁界検出回路１５から信号処理部３１へ出力信号（各ハーフブリッジ回路の中点電位）が出力される。すなわち、出力信号伝達経路は、「磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｄの中点→出力配線のプラス配線１６ａ→出力端子１２（プラス端子）→同軸ケーブル３０→信号処理部３１（図４参照）」及び「磁気抵抗素子１５ｃ及び１５ｂの中点→出力配線のマイナス配線１６ｂ→出力端子１２（マイナス端子）→同軸ケーブル３０→信号処理部３１」となる。ちなみに、後述する信号処理部３１においては、各ハーフブリッジ回路の中点電位の差に基づき、加えられる磁界を検出することになる。
【００３４】
ところで、本実施の形態の磁界プローブ１０は、電子回路を含む検出対象１００（図３参照）が発する磁界を検出するべく、検出対象に極めて近づけられる。磁界プローブ１０が検出対象１００に近接すると、検出対象１００は磁界だけでなく電界も発しているため、上記電源供給経路や出力信号伝達経路（特に出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ並びに電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂ）がそうした電界を検出する電界アンテナとして機能することがある。電界アンテナとして機能すると、磁界検出回路１５に供給する直流電源や磁界検出回路１５の出力信号に電界ノイズが重畳され、磁界検出回路１５で検出される磁界の検出精度を低下させる要因ともなる。
【００３５】
その点、本実施の形態の磁界プローブ１０は電界シールド１８を備えており、この電界シールド１８は、図１及び図２に示すように、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂ並びに磁界検出回路１５までも一括して覆うように施されている。
【００３６】
詳しくは、電界シールド１８は、絶縁層、金属層、及び保護層が内部から順次積層された３層構造を有している。このうち、絶縁層は、例えばエポキシ樹脂等から形成されており、上記出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ並びに上記電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂのそれぞれと後述の金属層とが電気的に短絡しないよう、電気的な絶縁を確保するために設けられている。ここで、こうした絶縁層を形成する材料は、上記配線と金属層との電気的な絶縁を確保することができ、且つ、容易に加工することができるものであれば、エポキシ樹脂に限らず任意である。なお、絶縁層は、上記配線と金属層との電気的な絶縁を確保することができるだけの膜厚に設定されている。また、金属層は、非磁性体であって且つ導電性を有する金属材料として例えば銅あるいはアルミニウムから形成されている。そうした形成方法としては、絶縁層の表面の粉体のものを塗布する、あるいは、吹付ける、または、薄膜のものを貼り付ける等々、様々な方法を採用することができる。なお、こうした金属層は、筐体ＧＮＤに短絡されている。また、保護層は、絶縁層及び金属層を外部からの衝撃等から保護すべく、例えばアクリル系ラッカー等から形成されている。
【００３７】
このように、電源供給経路及び出力信号伝達経路は、電界シールド１８によって覆われ、外来電界ノイズから保護されているため、電界アンテナとして機能することがなくなり、ひいては、磁界検出回路１５を通じて、高い検出精度をもって近接磁界を検出することができるようになる。
【００３８】
一方、図１に示されるように、磁界検出回路１５は、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路となっている。詳しくは、磁界検出回路１５は、同一の磁界依存性及び温度特性を有する４つの磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄから構成されたフルブリッジ回路となっている。詳しくは、磁界検出回路１５は、２つの磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｄが直列に接続されたハーフブリッジ回路と、同じく２つの磁気抵抗素子１５ｃ及び１５ｂが直列に接続されたハーフブリッジ回路とが、並列接続されている。ここで、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄのうち、平衡条件を定めるたすき位置に位置する一方の１組の磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｂは、磁性体によって覆われることで外来磁気ノイズから保護される磁気シールドが施されており、他方の１組の磁気抵抗素子１５ｄ及び１５ｃは、そうした磁気シールドが施されていない（磁気的にアクティブな状態にある）。このように、２つのハーフブリッジ回路は対称に並列に接続されている。ちなみに、当該磁界検出回路１５の検出回路が最も高くなる感磁軸は、図３に示すように、磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｂが存在する平面中にあり、且つ、これら磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｂに垂直な方向である。
【００３９】
以上のように構成された磁界検出回路１５に加えられる磁界が一定（直流）磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界であるとき、磁気的にアクティブな磁気抵抗素子１５ｃ及び１５ｄの抵抗値は、その磁界に応じた値に変化する。一方、磁気シールドが施された磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｂの抵抗値は、外来磁気ノイズから保護されているため、上記一定磁界等が加えられていないときの抵抗値のまま変化しない。したがって、磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｄからなるハーフブリッジ回路の中点電位、並びに、磁気抵抗素子１５ｃ及び１５ｂからなるハーフブリッジ回路の中点電位は、これら各ハーフブリッジ回路が対称に並列接続されていることから、上記一定磁界等に応じて互いに逆方向（高低）に同じ幅だけ変動することになる。そのため、フルブリッジ回路では、ハーフブリッジ回路に比較して、中点電位の変動幅を２倍に増幅することができるため、磁界検出回路１５に加えられる一定磁界等をより高い精度をもって検出することができるようになる。もっとも、ハーフブリッジ回路であっても、磁気抵抗素子を１つのみ使用する従来技術と比較して、磁界検出回路１５に加えられる一定磁界等を高い精度をもって検出することは可能である。
【００４０】
ただし、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄは、加えられる一定磁界等だけでなく、当該磁気抵抗素子が置かれる環境、例えば温度によっても、その抵抗値が変化することが知られている。そのため、当該磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄの温度が変化すると、たとえ加えられる一定磁界等が同一のものであったとしても、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄの抵抗値が変化してしまい、各ハーフブリッジ回路の中点電位が変動し、磁界検出回路１５に加えられる一定磁界等の誤検出を招くようにも思われる。
【００４１】
しかしながら、上記磁界プローブ１０では、当該磁界検出回路１５を構成する磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄは全て、同一の磁界依存性及び温度特性を有している。そのため、例えば加えられる磁界が一定磁界のまま変化せず、置かれる温度が変化すると、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄはその抵抗値を全く同一の態様で変化させ、各ハーフブリッジ回路の中点電位は変動しなくなる。換言すれば、磁界検出回路１５が置かれる温度の影響が当該磁界検出回路１５の出力信号に表れなくなる。したがって、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄの温度特性を打ち消すことができるようになる。
【００４２】
また、磁界検出回路１５は、既述したように、半導体プロセスを通じて形成されたＩＣパッケージにて構成されている。こうした磁界検出回路１５は体格が小さいため、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄに加えられる磁界の発生源は狭い範囲にしか存在しないことになる。したがって、一定磁界あるいは低周波磁界を高い空間分解能をもって検出することができるようになる。
【００４３】
また、図１及び図２に示されるように、あるいは、既述したように、磁界検出回路１５にも、上記電界シールド１８が施されている。これにより、検出対象が発する電界は、上記電界シールド１８を構成する金属層にて遮蔽され、この金属層が接続された筐体ＧＮＤに流されるため、磁界検出回路１５の内部にまで到達することはない。一方、検出対象が発する磁界は、非磁性体で形成されているため、上記電界シールド１８を構成する金属層にて遮蔽されることなく、磁界検出回路１５内部を通過する。このように、電界ノイズを遮蔽しつつも、磁界検出回路１５を通過する近接磁界のみを検出することができるようになる。
【００４４】
次に、以上説明した磁界プローブ１０を構成要素として含む磁界検出装置１、及び、この磁界検出装置１を用いて検出対象の近傍に発生する磁界の強度分布をマップ化する磁界検出方法について、図４を参照しつつ説明する。なお、図４は、先の図１〜図３に示した磁界プローブ１０を構成要素として含む磁界検出装置１の全体構成の一例を示す模式図である。以下の説明において、先の図１〜図３を参照しつつ説明した事項についての重複する説明を割愛する。
【００４５】
まず、磁界検出装置１は、図４に示すように、先の図１〜図３を参照しつつ説明した磁界プローブ１０と、電源端子１３及び電源ケーブル２０を介して磁界検出回路１５に直流電源を供給する電源供給部２１と、出力端子１２及び同軸ケーブル３０を介して出力される磁界検出回路１５の出力信号を処理する信号処理部３１とを備えている。
【００４６】
ここで、信号処理部３１は、アイソレーションアンプ３２、プリアンプ３３、及び、スペクトラムアナライザ３４を有している。磁界検出回路１５がフルブリッジ回路にて構成されていることは既述した通りであり、このフルブリッジ回路を構成する２つのハーフブリッジ回路の中点電位が、出力端子１２及び同軸ケーブル３０を介して磁界検出回路１５の出力信号としてアイソレーションアンプ３２に入力される。そして、このアイソレーションアンプ３２は、取り込んだ中点電位の差を演算し、これを増幅した上で、後段に接続されたプリアンプ３３に出力する。プリアンプ３３は、後段に接続されたスペクトラムアナライザ３４にて分析が可能となるように入力された信号を調整し、調整済みの信号をスペクトラムアナライザ３４に出力する。なお、スペクトラムアナライザ３４は、一般に知られた検出機器であるため、ここでの詳しい説明を割愛する。このように、アイソレーションアンプ３２及びプリアンプ３３にて磁界検出回路１５の出力信号が処理されることによって、スペクトラムアナライザ３４を通じて、一定磁界あるいは一定磁界に極めて近い低周波磁界が検出されることになる。
【００４７】
また、磁界検出装置１は、図示しない保持手段を備えている。磁界プローブ１０はその下端に磁界検出回路１５を備えていることは既述した通りであるが、保持手段は、そうした磁界検出回路１５と検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂとが所定の距離で近接し、且つ、これらが水平対向するように、磁界検出回路１５を保持する。また、保持手段は、磁界検出回路１５の感磁軸と後述の走査方向とが平行となるように、磁界検出回路１５を保持している。
【００４８】
また、磁界検出装置１は、図示しないＸ−Ｙステージ（走査手段）を備えている。Ｘ−Ｙステージは、検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂをそのステージ上に載置するとともに、載置した検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂと共々、平面運動（水平移動）可能である。したがって、Ｘ−Ｙステージが走査方向として図４中に矢指するように平面運動することで、検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂの近接磁界の強度を計測し、これをマップ化することができるようになる。
【００４９】
なお、本発明に係る磁界プローブ及び磁界検出装置並びにこれらを用いた磁界検出方法は、上記実施の形態で例示したものに限られるものではなく、適宜変更した例えば次の形態として実行することもできる。
【００５０】
上記実施の形態の磁界検出装置１では、信号処理部３１の構成要素としてアイソレーションアンプ３２、プリアンプ３３及びスペクトラムアナライザ３４を採用した上で、近接磁界の強度を計測しこれをマップ化していた。他に例えば、スペクトラムアナライザ３４に替えて、あるいは、スペクトラムアナライザ３４に加えて、例えばマルチメータやオシロスコープ等を用いることも可能である。
【００５１】
上記実施の形態の磁界検出装置１（変形例を含む）では、走査手段として平面運動可能なＸ−Ｙステージを採用したが、他に例えば、３次元運動可能な３次元ステージを採用することとしてもよい。上記実施の形態で得られる近接磁界の強度分布（マップ）は、検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂと磁界検出回路１５とが一定の離間距離（高さ）で近接した場合における近接磁界の強度分布であった。すなわち、一定離間距離（高さ）にて近接磁界の強度分布（２次元マップ）を得ることができる。しかしながら、こうした変形例では、検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂと磁界検出回路１５との離間距離（高さ）を可変に設定することができるようになるため、様々な離間距離（高さ）にて近接磁界の強度分布を得ることができるようになる。すなわち、近接磁界の３次元マップを得ることができるようになる。
【００５２】
上記実施の形態の磁界検出装置１（変形例を含む）では、磁界プローブ１０は保持手段によって保持されるに過ぎず、走査手段が平面運動あるいは３次元運動をすることで、近接磁界の強度分布が得られていた。他に例えば、走査手段が検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂをステージ上に載置するだけにとどまり、保持手段が磁界プローブ１０を平面運動あるいは３次元運動することとしてもよい。また他に例えば、走査手段が検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂを平面運動や３次元運動させるとともに、保持手段も磁界プローブ１０を平面運動や３次元運動させることとしてもよい。要は、２次元マップあるいは３次元マップといった近接磁界の強度分布を得ることができればよいのであって、検出対象部品１００ａ及び検出対象基板１００ｂと磁界プローブ１０との相対位置を変更する手段並びに態様については任意である。
【００５３】
上記実施の形態の磁界検出装置１（変形例を含む）では、２次元マップあるいは３次元マップといったかたちで近接磁界の強度分布を得ていたが、必ずしもマップを得る必要はない。例えば所定の強度よりも強い近接磁界を発する箇所を特定する場合などにおいては、２次元マップあるいは３次元マップといったマップまでは不要である。
【００５４】
上記実施の形態の磁界検出装置１（変形例を含む）では、先の図４に示すように、走査手段の走査方向は、磁界検出回路１５の感磁軸と平行となっていたが、これに限らず任意である。
【００５５】
上記実施の形態の磁界検出装置１（変形例を含む）では、該装置が有する磁界プローブ１０は外部電源によって駆動されていたため、当該磁界検出装置１は、電源供給部を備える構成となっていた。しかしながら、磁界プローブ１０に搭載された電池によって当該磁界プローブ１０を駆動させることとすれば、磁界検出装置１は、電源供給部を備えなくともよくなる。
【００５６】
ちなみに、磁界検出回路１５を駆動するための電源供給部２１として例えば外部電源を採用する磁界プローブ１０では、外部電源で生成される電圧が僅かに変動したり、外来電磁ノイズが重畳されたりすることがある。また、電源供給経路が電界アンテナとして機能し、電源供給経路に電界ノイズが発生することもある。検出対象部品１００ａや検出対象基板１００ｂで発せられる近接磁界は非常に微小であり、そうした僅かな電圧の変動や電磁ノイズの重畳等が生じると、近接磁界の検出精度が低下することにもなりかねない。その点、磁界検出回路１５を駆動するための電源供給部２１として例えば電池を採用する磁界プローブでは、電界検出回路１５の駆動電圧が化学的に生成されるため、駆動電圧に僅かな変動も生じることはほとんどなくなる。また、電源供給経路を短くすることができるため、生成した駆動電圧に外来電磁ノイズが重畳されたり、電界アンテナとして機能して電界ノイズが発生したりすることが抑制されるようになる。
【００５７】
上記実施の形態の磁界プローブ１０（変形例を含む）では、電界シールド１８として、絶縁層、金属層、及び保護層が内部から順次積層された３層構造を採用していたが、これに限らない。外部から衝撃等を受けるようなことが全くない環境においてのみ磁界プローブ１０あるいは磁界検出装置１が使用されるのであれば、電界シールドとして、上記保護層を割愛した２層構造を採用することとしてもよい。
【００５８】
上記実施の形態の磁界プローブ１０（変形例を含む）では、電界シールド１８は、先の図１及び図２に示すように、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂ並びに磁界検出回路１５までも一括して覆うように施されていたが、これに限らない。このうち、磁界検出回路１５は、電界シールド１８が施されていなくともよい。また、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂは、電界シールド１８が一括して施されていなくともよく、各別に施されていることとしてもよい。もっとも、出力配線のプラス配線１６ａ及びマイナス配線１６ｂ、電源配線のプラス配線１７ａ及びマイナス配線１７ｂについても、電界シールド１８が施されていなくても、所期の目的を達成することはできる。
【００５９】
上記実施の形態の磁界プローブ１０（変形例を含む）では、磁界検出回路１５は、半導体プロセスを通じてＩＣパッケージとして構成され、プローブ部１４の下端に配設されていたが、これに限らない。他に例えば、半導体プロセスを通じてプローブ部１４の一方の底面に薄膜にて形成されることとしてもよい。これにより、磁界検出回路１５、ひいては、プローブ部１４のさらなる小型化を図ることができるため、検出対象により近接することができ、より高い精度及びより高い空間分解能をもって近接磁界を検出することができるようになる。なお、半導体プロセスを通じて薄膜にて形成される場合、磁界検出回路１５の大きさは、例えば「５〜１０マイクロメートル角」に形成されていることが望ましい。
【００６０】
上記実施の形態の磁界プローブ１０（変形例を含む）では、磁界検出回路１５は、磁気抵抗素子１５ａ〜１５ｄからなるフルブリッジ回路として構成していた。他に例えば、磁界検出回路として、磁気抵抗素子１５ａ及び１５ｄからなるハーフブリッジ回路、あるいは、磁気抵抗素子１５ｃ及び１５ｂからなるハーフブリッジ回路のいずれか一方として構成することとしてもよい。また、そうしたブリッジ回路もハーフブリッジ回路に限らない。要は、加えられる磁界に応じた抵抗値に変化する磁気抵抗素子を含むブリッジ回路が半導体プロセスを通じて形成されていれば、所期の目的を達成することはできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明に係る磁界プローブの一実施の形態について、その回路構成の一例を示す模式図。
【図２】同実施の形態の磁界プローブついて、その外観を斜視方向から示す図。
【図３】同実施の形態の磁界プローブについて、その内部構造を斜視方向から透視した図。
【図４】同実施の形態の磁界プローブを含む磁界検出装置の全体構成の一例を示す図。
【符号の説明】
【００６２】
１…磁界検出装置、１０…磁界プローブ、１１…本体部、１２…出力端子、１３…電源端子、１４…プローブ部、１５…磁界検出回路、１６…出力信号線、１６ａ…プラス配線、１６ｂ…マイナス配線、１７…電源供給線、１７ａ…プラス配線、１７ｂ…マイナス配線、１８…電界シールド、２０…電源ケーブル、２１…直流電源、３０…同軸ケーブル、３１…信号処理部、３２…アイソレーションアンプ、３３…プリアンプ、３４…スペクトラムアナライザ、１００…検出対象、１００ａ…検出対象部品、１００ｂ…検出対象基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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