分布解析裝置及分布解析方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及對具有滿足拉普拉斯方程式的特性的場的分布進行解析的分布解析 裝置及分布解析方法。
【背景技術】
[0002] 以往，磁場的空間分布（以下，也稱為磁場分布），利用于電子器件內部異常的 電流路徑的位置確定、或者人體的疾病處的檢查等各種領域。在這樣的磁場分布的測定 中，作為磁場傳感器來使用超導量子干涉元件（Superconducting Quantum Interference Device)、或者磁阻效果元件（Magnetoresistive Sensor)等。超導量子干涉元件也稱為 "SQUID 元件"。
[0003] 磁場分布的獲得中有時也使用磁力顯微鏡（MFM : Magnetic Force Microscopy)。 MFM的探針使用磁場傳感器，該磁場傳感器通過用磁性體薄膜覆蓋被銳化的硅而構成。這樣 的探針也稱為磁探針。在專利文獻1中公開了 MFM的探針采用碳納米管的磁探針的構成。 在專利文獻2中公開了測量三維空間中的磁場或電場等三維分布的方法。
[0004] 在專利文獻2示出的方法中，在特定的測量面獲得的二維的磁場分布和二維的磁 場梯度的分布作為邊界條件來利用，嚴密地解作為靜磁場的基礎方程式的拉普拉斯方程， 從而求出在測量面的周圍的空間的三維的磁場分布。在此，磁場梯度表示針對測量面的法 線的方向上的磁場的梯度。此外，測量面的周圍的空間包含測量面的上方的三維空間及下 方的三維空間的雙方。
[0005] 通過專利文獻2示出的方法，采用從磁場的發(fā)生源（磁場發(fā)生源）遠處的區(qū)域獲 得的磁場分布的測量數據，能夠將磁場發(fā)生源的構造進行圖像化。示出磁場發(fā)生源的構造 的圖像，能夠用于例如在醫(yī)療診斷或電子器件的故障分析等。
[0006] 在測量面的下方的空間的磁場發(fā)生源被解析的情況下，通常，在測量面的上方的 空間，存在磁場傳感器的信號處理用的電子電路及機構部件。這些不是測量對象物，而是磁 場發(fā)生源。在專利文獻2示出的方法中，在下方的空間及上方的空間的雙方均包含磁場發(fā) 生源的情況下，也能夠嚴密地解析場的分布。
[0007] 另一方面，在磁場分布的測量的空間分辨率依賴于在SQUID元件中使用的線圈的 尺寸或磁阻效果元件的尺寸。通過將這些磁場傳感器細微化，從而能夠以更高的空間分辨 率來對磁場分布進行圖像化。但是，實際上磁場傳感器的細微化存在限制。例如，制造IOOnm 以下的尺寸的磁場傳感器不容易。此外，被細微化的磁場傳感器，從傳感器感受區(qū)域輸出的 電信號小，SN比（信號噪聲比）低。
[0008] 于是，如專利文獻3、專利文獻4及專利文獻5的記載一樣，能夠采用使磁場傳感器 轉動的方法。例如，針對相互垂直的X方向及Y方向，磁場傳感器的尺寸，在X方向上大，在 Y方向小的情況下，磁場分布的分辨率在X方向低，在Y方向高。由于這樣的磁場傳感器轉 動，從而分辨率高的Y方向轉動。因此，磁場傳感器轉動，從而磁場分布的分辨率，在更多的 方向上變高。
[0009] (現有技術文獻）
[0010] (專利文獻）
[0011] 專利文獻1 :日本特表2006-501484號公報
[0012] 專利文獻2 :國際公開第2008/123432號
[0013] 專利文獻3 :日本特開2007-271465號公報
[0014] 專利文獻4 :國際公開第2011/108543號
[0015] 專利文獻5 :國際公開第2012/153496號
[0016] 然而，測量磁場的測量區(qū)域的大小是各種各樣的。使磁場傳感器轉動的方法中，以 磁場傳感器的長邊的尺寸比磁場發(fā)生源大作為前提，解析磁場的分布。因此，優(yōu)選的是磁場 傳感器充分地大。另一方面，用太大的磁場傳感器來測定小的磁場發(fā)生源的磁場，從信號處 理的觀點看是非效率的。
[0017] 因此能夠采用如下方法，用小的磁場傳感器一邊改變位置一邊反復測量磁場，從 而獲得與用大的磁場傳感器測量磁場的情況同等的數據。由此，即使磁場傳感器小的情況 下，也能夠測量各種大小的磁場發(fā)生源的磁場。另一方面，用小的磁場傳感器獲得與用大的 磁場傳感器測量磁場的情況同等的數據的時候，花費時間長。

【發(fā)明內容】

[0018] 于是本發(fā)明的目的在于，提供用于高速解析場的分布的分布解析裝置及分布解析 方法。
[0019] 為了解決所述的課題，本發(fā)明涉及的分布解析裝置，對具有滿足拉普拉斯方程式 的特性的場的分布進行解析，所述分布解析裝置包括：獲得部，獲得所述場的測量數據，該 測量數據是經由傳感器感受區(qū)域，按所述傳感器感受區(qū)域的每個轉動角度及每個坐標位置 獨立地測量的數據，所述傳感器感受區(qū)域是以與所述場被測量的測量面垂直的軸為中心， 相對地轉動的有界的區(qū)域、并且是以該區(qū)域轉動的狀態(tài)下該區(qū)域的規(guī)定的位置與所述測量 面的格子狀的多個坐標位置的每一個一致的方式，相對地移動的區(qū)域、并且是該區(qū)域中所 述場被合計之后被感受的區(qū)域；以及計算部，利用運算式，根據所述場的測量數據，計算所 述場的分布，所述運算式是以表示所述場的分布的對象調和函數和表示所述傳感器感受區(qū) 域的截面的形狀的形狀函數的合成積，與暫定調和函數相等為條件來導出所述對象調和函 數而得到的，所述傳感器感受區(qū)域的截面是相對于與所述測量面平行的平面的、有界的所 述傳感器感受區(qū)域的截面，所述暫定調和函數是利用與所述測量面垂直的方向上的所述傳 感器感受區(qū)域的大小以及所述場的測量數據，來解所述拉普拉斯方程式而導出的。
[0020] 由此，根據按每個轉動角度及按每個坐標位置測量的場的測量數據，去除依存于 傳感器感受區(qū)域的形狀的誤差（噪聲）。因此，分布解析裝置，可以利用傳感器感受區(qū)域的 轉動角度及坐標位置的雙方，來恰當地解析分布。即，即使在傳感器感受區(qū)域小的情況下， 利用轉動角度及坐標位置的雙方，也能夠高速地解析分布。
[0021] 此外可以是，所述獲得部，獲得作為磁場或電場的所述場的測量數據，所述計算 部，根據所述場的測量數據，計算所述場的分布。
[0022] 由此，分布解析裝置能夠高精度地解析磁場等的空間分布。而且，被解析的空間分 布，能夠用在電子器件的故障分析、醫(yī)療診斷，或者混凝土內部的鋼筋的腐蝕檢查等的各種 領域。
[0023] 此外可以是，所述計算部利用包含已被傅里葉變換的所述形狀函數與已被傅里葉 變換的所述暫定調和函數的乘法運算的所述運算式，根據所述場的測量數據，計算所述場 的分布。
[0024] 由此，傳感器感受區(qū)域的形狀的信息，恰當地反映在場的分布的計算中。因此，能 夠恰當地去除依存于傳感器感受區(qū)域的形狀的誤差。
[0025] 此外可以是，所述計算部，利用所述運算式，根據所述場的測量數據，計算所述場 的分布，所述運算式包含以轉動角度對包含已被傅里葉變換的所述形狀函數與已被傅里葉 變換的所述暫定調和函數的乘法運算的式進行積分。
[0026] 由此，按每個轉動角度的信息，恰當地反映在場的分布的計算中。因此，能夠更高 精度地計算分布。
[0027] 此外可以是，所述計算部，利用所述運算式，根據所述場的測量數據，計算所述場 的分布，所述運算式中包含以下兩個式的除法運算，即以轉動角度對包含已被傅里葉變換 的所述形狀函數與已被傅里葉變換的所述暫定調和函數的乘法運算的式進行積分而得到 的式，除以以轉動角度對包含已被傅里葉變換的所述形狀函數的絕對值的平方的式進行積 分而得到的式。
[0028] 由此，傳感器感受區(qū)域的形狀的信息，以及按每個轉動角度的信息，以恰當的比例 反映到場的分布的計算中。因此能夠更恰當地計算分布。
[0029] 此外可以是，所述獲得部，獲得經由所述傳感器感受區(qū)域被測量的所述場的測量 數據，所述傳感器感受區(qū)域是，以與所述測量面垂直的軸為中心，隨著所述場的轉動而相對 轉動的區(qū)域、并且是移動到所述測量面的處于靜止狀態(tài)的所述多個坐標位置的每一個的區(qū) 域。
[0030] 由此，例如，分布解析裝置，能夠從具備平行地移動傳感器感受區(qū)域和載置檢查對 象物來進行轉動的轉盤的測量裝置，獲得測量數據。
[0031] 此外可以是，所述計算部，在（x，y，z)表示轉動的轉動坐標系，（X，Y，Z)表示不轉 動的靜止坐標系，Θ表示轉動角度，kx表示轉動坐標系的X方向的波數，ky表示轉動坐標 系的y方向的波數，ξ表示靜止坐標系的X方向的波數，η表示靜止坐標系的Y方向的波 數，
[0032] [數 1]
[0033]
[0034] 表示已被二維傅里葉變換的所述形狀函數，
[0035] [數 2]
[0036]
[0037] 表示已被二維傅里葉變換的所述暫定調和函數的情況下，
[0038] 將[數 3]
[0039] CN 105122076 A 說明書 4/17 頁
[0040] 作為所述運算式來利用，根據所述場的測量數據，計算所述場的分布。
[0041] 由此，分布解析裝置，能夠去除依存于傳感器感受區(qū)域的形狀的誤差，來計算場的 分布。
[0042] 此外可以是，所述計算部，在（X，y, z)表示轉動的轉動坐標系，（X，Y, Z)表示不轉 動的靜止坐標系，Θ表示轉動角度，kx表示轉動坐標系的X方向的波數，ky表示轉動坐標 系的y方向的波數，ξ表示靜止坐標系的X方向的波數，η表示靜止坐標系的Y方向的波 數，
[0043] [數 4]
[0044]
[0045] 表示已被二維傅里葉變換的所述形狀函數，
[0046] [數 5]
[0047]
[0048] 表示已被二維傅里葉變換的所述暫定調和函數的情況下，
[0049] 將[數 6]
[0051] 作為用于計算所述場的X方向的成分的所述運算式來利用，根據所述場的測量數 據，計算所述場的分布。
[0052] 由此，分布解析裝置，能夠去除依存于傳感器感受區(qū)域的形狀的誤差，來計算場的 X方向的成分的分布。
[0053] 此外可以是，所述計算部，在（X，y, ζ)表示轉動的轉動坐標系，（X，Υ, Ζ)表示不轉 動的靜止坐標系，Θ表示轉動角度，kx表示轉動坐標系的X方向的波數，ky表示轉動坐標 系的y方向的波數，ξ表示靜止坐標系的X方向的波數，η表示靜止坐標系的Y方向的波 數，
[0054] [數 7]
[0056] 表示已被二維傅里葉變換的所述形狀函數，
[0057] [數 8]
[0058]
[