導電体センサ及び導電体の検出方法
【課題】少なくとも２つの導電体のそれぞれの位置を特定可能なセンサを提供する。
【解決手段】第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器１と、第１及び第２の導電体に第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する記憶装置４０１と、第１の測定対象導電体２及び第２の第１の測定対象導電体２に第１の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性及び第１の関係に基づき算出された、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係と、第２の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性及び第２の関係に基づき算出された、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係と、に共通する、第１及び第２の導電体の位置を特定する特定部３０３と、を備える導電体センサ。
【解決手段】第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器１と、第１及び第２の導電体に第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する記憶装置４０１と、第１の測定対象導電体２及び第２の第１の測定対象導電体２に第１の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性及び第１の関係に基づき算出された、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係と、第２の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性及び第２の関係に基づき算出された、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係と、に共通する、第１及び第２の導電体の位置を特定する特定部３０３と、を備える導電体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検出技術に係り、導電体センサ及び導電体の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルで磁界を励磁し、金属膜等の導電性膜に磁界を照射すると、導電性膜に渦電流が生じる。ここで、電磁誘導作用により、コイルと、導電性膜と、の距離を変化させると、コイルのＱ値及びインピーダンス等の電気特性が変化する。したがって、導電性膜及びコイルの間の距離と、コイルの電気特性と、の関係を予め取得しておけば、測定対象導電性膜に磁界を照射した際のコイルの電気特性の値から、測定対象導電性膜の位置を算出することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、導電性膜の背後に導電体が配置されている場合、コイルから磁界を励磁すると、導電性膜と、導電体と、の両方に渦電流が生じる。そのため、導電性膜と、導電体と、のいずれの位置も正確に検出できないという問題がある。そこで、本発明は、少なくとも２つの導電体のそれぞれの位置を特定可能な導電体センサ及び導電体の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）周波数が異なる第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器と、（ｂ）第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、第１及び第２の導電体に磁界放射器を用いて第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する関係記憶装置と、（ｃ）第１の測定対象導電体、及び第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射した場合の磁界放射器の特性及び第１の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出し、第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射した場合の磁界放射器の特性及び第２の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出する関係算出部と、（ｄ）第３の関係及び第４の関係に共通する、第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定する特定部と、を備える、導電体センサが提供される。
【０００６】
また、本発明の態様によれば、（ａ）第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を用意することと、（ｂ）第１及び第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界とは周波数が異なる第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を用意することと、（ｃ）第１の測定対象導電体、及び第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射したときの磁界放射器の特性及び第１の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出することと、（ｄ）第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射したときの磁界放射器の特性及び第２の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出することと、（ｅ）第３の関係及び第４の関係に共通する、第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定することと、を含む、導電体の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、少なくとも２つの導電体のそれぞれの位置を特定可能な導電体センサ及び導電体の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る導電体センサの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第１の磁界を照射した場合の、第１のコイルのＱ値、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る第２の磁界を照射した場合の、第２のコイルのＱ値、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る第１及び第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射した場合の第１のコイルのＱ値及び第１の関係に基づく、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射した場合の第２のコイルのＱ値及び第２の関係に基づく、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係る第３の関係及び第４の関係を重ね合わせたグラフである。
【図７】本発明のその他の実施の形態に係る導電体センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係る導電体センサは、図１に示すように、第１の周波数を有する第１の磁界を放射する第１のコイル１１、及び第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を放射する第２のコイル１２を有する磁界放射器１と、磁界放射器１に接続された中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００と、を備える。実施の形態に係る導電体センサは、さらに、ＣＰＵ３００に接続された関係記憶装置４０１を備える。関係記憶装置４０１は、第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器１を用いて第１の磁界を照射して予め取得された、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を保存する。また、関係記憶装置４０１は、第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器１を用いて第２の磁界を照射して予め取得された、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係も保存する。
【００１１】
ＣＰＵ３００は、関係算出部３０１を備える。関係算出部３０１は、第１の測定対象導電体２、及び第１の測定対象導電体２の手前に配置された第２の測定対象導電体３に磁界放射器１から第１の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性と、関係記憶装置４０１に保存されている第１の関係と、に基づき、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の第３の関係を算出する。また、関係算出部３０１は、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３に磁界放射器１から第２の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性と、関係記憶装置４０１に保存されている第２の関係と、に基づき、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の第４の関係も算出する。さらに、ＣＰＵ３００は、第３の関係と、第４の関係と、に共通する、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の組み合わせを特定する特定部３０３を備える。
【００１２】
特定された第１の導電体の位置が、第１の測定対象導電体２の位置となる。第１の測定対象導電体２の位置とは、例えば、磁界放射器１に対する第１の測定対象導電体２の相対位置であり、より具体的には、磁界放射器１からの距離Ｄである。また、特定された第２の導電体の位置が、第２の測定対象導電体３の位置となる。第２の測定対象導電体３の位置とは、例えば、第１の測定対象導電体２に対する第２の測定対象導電体３の相対位置であり、より具体的には、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の裏面までの距離Ｍである。
【００１３】
第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、第２の測定対象導電体３との距離Ｄが同じになるよう、平行に配置される。第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、第１の磁界と、第２の磁界と、の干渉が低減されるよう、離して配置されてもよい。また、第１の周波数と、第２の周波数と、の差を、干渉が低減されるように設定してもよい。あるいは、第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、所定時間毎又は所定波数毎に、交互に磁界を発してもよい。さらに、第１の測定対象導電体２又は第２の測定対象導電体３の抵抗率の変動の影響を低減させたい場合は、第１の測定対象導電体２又は第２の測定対象導電体３の抵抗率の変動を抑制する周波数を設定してもよい。例えば、誤差要因として、第２の測定対象膜３の膜厚の変動がある場合には、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３の位置の検出が可能な範囲内で、第１及び第２の周波数を低くするとよい。
【００１４】
第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３のそれぞれは、例えば鉄等の磁性体、あるいはアルミニウム、銅、又はこれらを支配的に含む合金等の非磁性体からなる。第１の測定対象導電体２は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも厚い板等である。なお、第１の測定対象導電体２は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも薄い薄膜等であってもよい。また、第２の測定対象導電体３は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも薄い薄膜等である。第１のコイル１１は、ＬＣ発振回路の一部をなしている。ＬＣ発振回路は、発振振幅が第１のコイル１１のクオリティファクタの値（以下、「Ｑ値」という。）の単調関数となるよう、構成されている。第１のコイル１１のＱ値は、ωを共振角周波数、Ｌを第１のコイル１１の自己インダクタンス、Ｒを第１のコイル１１の高周波抵抗として、下記（１）式で与えられる。
Q = ωL / R ・・・(1)
【００１５】
ＬＣ発振回路の発振に伴い、第１のコイル１１から第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に向かって、高周波交流磁界が形成され、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２のそれぞれに渦電流が発生する。渦電流による電気エネルギの損失は、第１のコイル１１の見かけ上の高周波抵抗Ｒを増大させ、Ｑ値を低下させる。したがって、Ｑ値の変化は、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２の位置に依存する。また、第１のコイル１１の見かけ上の自己インダクタンス、高周波抵抗、又はインピーダンス等の特性の変化、あるいはそれらに相関するＬＣ発振回路の発振の変化、ＬＣ発振回路を流れる電流の変化も、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２の位置に依存する。第２のコイル１２についても同様である。
【００１６】
ここでは、磁界放射器１は、例として、第１のコイル１１から第１の周波数として１００ｋＨｚの第１の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射し、第１のコイル１１のＱ値の測定値を関係算出部３０１に送信する。また、磁界放射器１は、例として、第２のコイル１２から第２の周波数として５００ｋＨｚの第２の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射し、第２のコイル１２のＱ値の測定値を関係算出部３０１に送信する。
【００１７】
関係記憶装置４０１に保存されている図２に示すような第１の関係を取得する際には、例えば、第１の測定対象導電体２と大きさ及び材料がほぼ等しい第１の導電体と、第２の測定対象導電体３と大きさ及び材料がほぼ等しい第２の導電体と、が用意される。次に、第１の導電体と、第１の導電体の手前に配置された第２の導電体と、の間隔Ｍを例えば２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍにしたそれぞれの場合について、図１に示す第１のコイル１１と第１の導電体との間の距離Ｄを変えながら、第１のコイル１１から１００ｋＨｚの第１の磁界を放射して、第１のコイル１１のＱ値を測定する。これにより、図２に示すような、第１のコイル１１のＱ値と、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第１の関係が得られる。
【００１８】
図１に示す関係記憶装置４０１に保存されている図３に示すような第２の関係を取得する際にも、例えば、第１の測定対象導電体２と大きさ及び材料がほぼ等しい第１の導電体と、第２の測定対象導電体３と大きさ及び材料がほぼ等しい第２の導電体と、が用意される。次に、第１の導電体と、第２の導電体と、の間隔Ｍを例えば２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍにしたそれぞれの場合について、図１に示す第２のコイル１２と第１の導電体との間の距離Ｄを変えながら、第２のコイル１２から５００ｋＨｚの第２の磁界を放射して、第２のコイル１２のＱ値を測定する。これにより、図３に示すような、第２のコイル１２のＱ値と、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第２の関係が得られる。なお、第１の関係と、第２の関係と、は、図１に示す入力装置３１２から関係記憶装置４０１に入力してもよい。
【００１９】
関係算出部３０１は、磁界放射器１から第１のコイル１１のＱ値の測定値を受信する。また、関係算出部３０１は、関係記憶装置４０１から、図２に示す第１の関係を読み出す。１００ｋＨｚの第１の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射した場合の、第１のコイル１１のＱ値の測定値が５１．８であった場合、関係算出部３０１は、Ｑ値５１．８における図２に示す第１の関係から、図４に示すような磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第３の関係を算出する。
【００２０】
さらに関係算出部３０１は、磁界放射器１から第２のコイル１２のＱ値の測定値を受信する。また、関係算出部３０１は、関係記憶装置４０１から、図３に示す第２の関係を読み出す。５００ｋＨｚの第２の磁界を図１に示す第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射した場合の、第２のコイル１２のＱ値の測定値が１１３．５であった場合、関係算出部３０１は、Ｑ値１１３．５における図３に示す第２の関係から、図５に示すような磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第４の関係を算出する。
【００２１】
図１に示す特定部３０３は、図６に示すように、第３の関係を与える関数と、第４の関係を与える関数と、の交点における磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値と、第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値と、を特定する。特定された磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値が、図１に示す磁界放射器１から第１の測定対象導電体２までの距離Ｄの測定値となる。また、特定された第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値が、第１の測定対象導電体２と、第２の測定対象導電体３と、の間隔Ｍの測定値となる。特定部３０３は、磁界放射器１から第１の測定対象導電体２までの距離Ｄの測定値と、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３の間隔Ｍの測定値と、を、例えば出力装置３１３に出力させる。
【００２２】
なお、図４に示した第３の関係を与える関数の傾きと、図５に示した第４の関係を与える関数の傾きと、が近似すると、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値と、第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値と、を特定する際に誤差が生じうる。そのため、第３の関係を与える関数の傾きと、第４の関係を与える関数の傾きと、の差が所定の大きさ以上になるよう、第１の磁界の第１の周波数と、第２の磁界の第２の周波数と、を設定してもよい。
【００２３】
以上示したように、実施の形態に係る導電体センサによれば、図１に示す第１の測定対象導電体２の位置と、第２の測定対象導電体３の位置と、を同時に測定することが可能となる。さらに、実施の形態に係る導電体センサによれば、第１の測定対象導電体２の存在が、第２の測定対象導電体３の位置の測定値に誤差を与えない。また、第２の測定対象導電体３の存在が、第１の測定対象導電体２の位置の測定値に誤差を与えない。したがって、実施の形態に係る導電体センサによれば、第１の測定対象導電体２の位置と、第２の測定対象導電体３の位置と、をリアルタイムかつ高精度に測定することが可能となる。
【００２４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態では、第２の測定対象導電体３の位置とは、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の裏面までの距離Ｍであると説明したが、第２の測定対象導電体３の位置とは、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の表面までの距離であってもよい。あるいは、第２の測定対象導電体３の位置とは、磁界放射器１から第２の測定対象導電体３までの距離で表されてもよい。
【００２５】
また、実施の形態では、磁界放射器１が第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、を有する例を示したが、図７に示すように、磁界放射器１は、単一のコイル１３のみを有していてもよい。この場合、単一のコイル１３は、所定時間毎又は所定波数毎に、第１の磁界と、第２の磁界と、を交互に放射すればよい。あるいは、単一のコイル１３は、第１の周波数を有する第１の磁界と、第２の周波数を有する第２の磁界と、を重ね合わせた磁界を放射してもよい。この場合、単一のコイル１３のＱ値又はインピーダンス等の特性は、第１の周波数に関する特性と、第２の周波数に関する特性と、に分割されて利用される。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００２６】
１ 磁界放射器
２ 第１の測定対象導電体
３ 第２の測定対象導電体
１１ 第１のコイル
１２ 第２のコイル
１３ コイル
３００ ＣＰＵ
３０１ 関係算出部
３０３ 特定部
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
４０１ 関係記憶装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は検出技術に係り、導電体センサ及び導電体の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コイルで磁界を励磁し、金属膜等の導電性膜に磁界を照射すると、導電性膜に渦電流が生じる。ここで、電磁誘導作用により、コイルと、導電性膜と、の距離を変化させると、コイルのＱ値及びインピーダンス等の電気特性が変化する。したがって、導電性膜及びコイルの間の距離と、コイルの電気特性と、の関係を予め取得しておけば、測定対象導電性膜に磁界を照射した際のコイルの電気特性の値から、測定対象導電性膜の位置を算出することが可能である（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、導電性膜の背後に導電体が配置されている場合、コイルから磁界を励磁すると、導電性膜と、導電体と、の両方に渦電流が生じる。そのため、導電性膜と、導電体と、のいずれの位置も正確に検出できないという問題がある。そこで、本発明は、少なくとも２つの導電体のそれぞれの位置を特定可能な導電体センサ及び導電体の検出方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）周波数が異なる第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器と、（ｂ）第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、第１及び第２の導電体に磁界放射器を用いて第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する関係記憶装置と、（ｃ）第１の測定対象導電体、及び第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射した場合の磁界放射器の特性及び第１の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出し、第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射した場合の磁界放射器の特性及び第２の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出する関係算出部と、（ｄ）第３の関係及び第４の関係に共通する、第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定する特定部と、を備える、導電体センサが提供される。
【０００６】
また、本発明の態様によれば、（ａ）第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を用意することと、（ｂ）第１及び第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界とは周波数が異なる第２の磁界を照射した場合の、磁界放射器の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を用意することと、（ｃ）第１の測定対象導電体、及び第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射したときの磁界放射器の特性及び第１の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出することと、（ｄ）第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射したときの磁界放射器の特性及び第２の関係に基づき、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出することと、（ｅ）第３の関係及び第４の関係に共通する、第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定することと、を含む、導電体の検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、少なくとも２つの導電体のそれぞれの位置を特定可能な導電体センサ及び導電体の検出方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係る導電体センサの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第１の磁界を照射した場合の、第１のコイルのＱ値、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態に係る第２の磁界を照射した場合の、第２のコイルのＱ値、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る第１及び第２の測定対象導電体に第１の磁界を照射した場合の第１のコイルのＱ値及び第１の関係に基づく、第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る第１及び第２の測定対象導電体に第２の磁界を照射した場合の第２のコイルのＱ値及び第２の関係に基づく、第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態に係る第３の関係及び第４の関係を重ね合わせたグラフである。
【図７】本発明のその他の実施の形態に係る導電体センサの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１０】
実施の形態に係る導電体センサは、図１に示すように、第１の周波数を有する第１の磁界を放射する第１のコイル１１、及び第１の周波数とは異なる第２の周波数を有する第２の磁界を放射する第２のコイル１２を有する磁界放射器１と、磁界放射器１に接続された中央演算処理装置（ＣＰＵ）３００と、を備える。実施の形態に係る導電体センサは、さらに、ＣＰＵ３００に接続された関係記憶装置４０１を備える。関係記憶装置４０１は、第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器１を用いて第１の磁界を照射して予め取得された、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を保存する。また、関係記憶装置４０１は、第１の導電体、及び第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器１を用いて第２の磁界を照射して予め取得された、磁界放射器１の特性、第１及び第２の導電体の位置の第２の関係も保存する。
【００１１】
ＣＰＵ３００は、関係算出部３０１を備える。関係算出部３０１は、第１の測定対象導電体２、及び第１の測定対象導電体２の手前に配置された第２の測定対象導電体３に磁界放射器１から第１の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性と、関係記憶装置４０１に保存されている第１の関係と、に基づき、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の第３の関係を算出する。また、関係算出部３０１は、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３に磁界放射器１から第２の磁界を照射した場合の磁界放射器１の特性と、関係記憶装置４０１に保存されている第２の関係と、に基づき、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の第４の関係も算出する。さらに、ＣＰＵ３００は、第３の関係と、第４の関係と、に共通する、第１の導電体の位置と、第２の導電体の位置と、の組み合わせを特定する特定部３０３を備える。
【００１２】
特定された第１の導電体の位置が、第１の測定対象導電体２の位置となる。第１の測定対象導電体２の位置とは、例えば、磁界放射器１に対する第１の測定対象導電体２の相対位置であり、より具体的には、磁界放射器１からの距離Ｄである。また、特定された第２の導電体の位置が、第２の測定対象導電体３の位置となる。第２の測定対象導電体３の位置とは、例えば、第１の測定対象導電体２に対する第２の測定対象導電体３の相対位置であり、より具体的には、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の裏面までの距離Ｍである。
【００１３】
第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、第２の測定対象導電体３との距離Ｄが同じになるよう、平行に配置される。第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、第１の磁界と、第２の磁界と、の干渉が低減されるよう、離して配置されてもよい。また、第１の周波数と、第２の周波数と、の差を、干渉が低減されるように設定してもよい。あるいは、第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、は、所定時間毎又は所定波数毎に、交互に磁界を発してもよい。さらに、第１の測定対象導電体２又は第２の測定対象導電体３の抵抗率の変動の影響を低減させたい場合は、第１の測定対象導電体２又は第２の測定対象導電体３の抵抗率の変動を抑制する周波数を設定してもよい。例えば、誤差要因として、第２の測定対象膜３の膜厚の変動がある場合には、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３の位置の検出が可能な範囲内で、第１及び第２の周波数を低くするとよい。
【００１４】
第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３のそれぞれは、例えば鉄等の磁性体、あるいはアルミニウム、銅、又はこれらを支配的に含む合金等の非磁性体からなる。第１の測定対象導電体２は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも厚い板等である。なお、第１の測定対象導電体２は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも薄い薄膜等であってもよい。また、第２の測定対象導電体３は、第１及び第２の周波数のうち、低い方の周波数に対する表皮深さよりも薄い薄膜等である。第１のコイル１１は、ＬＣ発振回路の一部をなしている。ＬＣ発振回路は、発振振幅が第１のコイル１１のクオリティファクタの値（以下、「Ｑ値」という。）の単調関数となるよう、構成されている。第１のコイル１１のＱ値は、ωを共振角周波数、Ｌを第１のコイル１１の自己インダクタンス、Ｒを第１のコイル１１の高周波抵抗として、下記（１）式で与えられる。
Q = ωL / R ・・・(1)
【００１５】
ＬＣ発振回路の発振に伴い、第１のコイル１１から第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に向かって、高周波交流磁界が形成され、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２のそれぞれに渦電流が発生する。渦電流による電気エネルギの損失は、第１のコイル１１の見かけ上の高周波抵抗Ｒを増大させ、Ｑ値を低下させる。したがって、Ｑ値の変化は、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２の位置に依存する。また、第１のコイル１１の見かけ上の自己インダクタンス、高周波抵抗、又はインピーダンス等の特性の変化、あるいはそれらに相関するＬＣ発振回路の発振の変化、ＬＣ発振回路を流れる電流の変化も、第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２の位置に依存する。第２のコイル１２についても同様である。
【００１６】
ここでは、磁界放射器１は、例として、第１のコイル１１から第１の周波数として１００ｋＨｚの第１の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射し、第１のコイル１１のＱ値の測定値を関係算出部３０１に送信する。また、磁界放射器１は、例として、第２のコイル１２から第２の周波数として５００ｋＨｚの第２の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射し、第２のコイル１２のＱ値の測定値を関係算出部３０１に送信する。
【００１７】
関係記憶装置４０１に保存されている図２に示すような第１の関係を取得する際には、例えば、第１の測定対象導電体２と大きさ及び材料がほぼ等しい第１の導電体と、第２の測定対象導電体３と大きさ及び材料がほぼ等しい第２の導電体と、が用意される。次に、第１の導電体と、第１の導電体の手前に配置された第２の導電体と、の間隔Ｍを例えば２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍにしたそれぞれの場合について、図１に示す第１のコイル１１と第１の導電体との間の距離Ｄを変えながら、第１のコイル１１から１００ｋＨｚの第１の磁界を放射して、第１のコイル１１のＱ値を測定する。これにより、図２に示すような、第１のコイル１１のＱ値と、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第１の関係が得られる。
【００１８】
図１に示す関係記憶装置４０１に保存されている図３に示すような第２の関係を取得する際にも、例えば、第１の測定対象導電体２と大きさ及び材料がほぼ等しい第１の導電体と、第２の測定対象導電体３と大きさ及び材料がほぼ等しい第２の導電体と、が用意される。次に、第１の導電体と、第２の導電体と、の間隔Ｍを例えば２５μｍ、５０μｍ、７５μｍ、１００μｍにしたそれぞれの場合について、図１に示す第２のコイル１２と第１の導電体との間の距離Ｄを変えながら、第２のコイル１２から５００ｋＨｚの第２の磁界を放射して、第２のコイル１２のＱ値を測定する。これにより、図３に示すような、第２のコイル１２のＱ値と、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第２の関係が得られる。なお、第１の関係と、第２の関係と、は、図１に示す入力装置３１２から関係記憶装置４０１に入力してもよい。
【００１９】
関係算出部３０１は、磁界放射器１から第１のコイル１１のＱ値の測定値を受信する。また、関係算出部３０１は、関係記憶装置４０１から、図２に示す第１の関係を読み出す。１００ｋＨｚの第１の磁界を第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射した場合の、第１のコイル１１のＱ値の測定値が５１．８であった場合、関係算出部３０１は、Ｑ値５１．８における図２に示す第１の関係から、図４に示すような磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第３の関係を算出する。
【００２０】
さらに関係算出部３０１は、磁界放射器１から第２のコイル１２のＱ値の測定値を受信する。また、関係算出部３０１は、関係記憶装置４０１から、図３に示す第２の関係を読み出す。５００ｋＨｚの第２の磁界を図１に示す第２の測定対象導電体３及び第１の測定対象導電体２に照射した場合の、第２のコイル１２のＱ値の測定値が１１３．５であった場合、関係算出部３０１は、Ｑ値１１３．５における図３に示す第２の関係から、図５に示すような磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄと、第１及び第２の導電体の間隔Ｍと、の第４の関係を算出する。
【００２１】
図１に示す特定部３０３は、図６に示すように、第３の関係を与える関数と、第４の関係を与える関数と、の交点における磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値と、第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値と、を特定する。特定された磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値が、図１に示す磁界放射器１から第１の測定対象導電体２までの距離Ｄの測定値となる。また、特定された第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値が、第１の測定対象導電体２と、第２の測定対象導電体３と、の間隔Ｍの測定値となる。特定部３０３は、磁界放射器１から第１の測定対象導電体２までの距離Ｄの測定値と、第１の測定対象導電体２及び第２の測定対象導電体３の間隔Ｍの測定値と、を、例えば出力装置３１３に出力させる。
【００２２】
なお、図４に示した第３の関係を与える関数の傾きと、図５に示した第４の関係を与える関数の傾きと、が近似すると、磁界放射器１及び第１の導電体の間の距離Ｄの値と、第１及び第２の導電体の間隔Ｍの値と、を特定する際に誤差が生じうる。そのため、第３の関係を与える関数の傾きと、第４の関係を与える関数の傾きと、の差が所定の大きさ以上になるよう、第１の磁界の第１の周波数と、第２の磁界の第２の周波数と、を設定してもよい。
【００２３】
以上示したように、実施の形態に係る導電体センサによれば、図１に示す第１の測定対象導電体２の位置と、第２の測定対象導電体３の位置と、を同時に測定することが可能となる。さらに、実施の形態に係る導電体センサによれば、第１の測定対象導電体２の存在が、第２の測定対象導電体３の位置の測定値に誤差を与えない。また、第２の測定対象導電体３の存在が、第１の測定対象導電体２の位置の測定値に誤差を与えない。したがって、実施の形態に係る導電体センサによれば、第１の測定対象導電体２の位置と、第２の測定対象導電体３の位置と、をリアルタイムかつ高精度に測定することが可能となる。
【００２４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態では、第２の測定対象導電体３の位置とは、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の裏面までの距離Ｍであると説明したが、第２の測定対象導電体３の位置とは、第１の測定対象導電体２の表面から第２の測定対象導電体３の表面までの距離であってもよい。あるいは、第２の測定対象導電体３の位置とは、磁界放射器１から第２の測定対象導電体３までの距離で表されてもよい。
【００２５】
また、実施の形態では、磁界放射器１が第１のコイル１１と、第２のコイル１２と、を有する例を示したが、図７に示すように、磁界放射器１は、単一のコイル１３のみを有していてもよい。この場合、単一のコイル１３は、所定時間毎又は所定波数毎に、第１の磁界と、第２の磁界と、を交互に放射すればよい。あるいは、単一のコイル１３は、第１の周波数を有する第１の磁界と、第２の周波数を有する第２の磁界と、を重ね合わせた磁界を放射してもよい。この場合、単一のコイル１３のＱ値又はインピーダンス等の特性は、第１の周波数に関する特性と、第２の周波数に関する特性と、に分割されて利用される。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００２６】
１ 磁界放射器
２ 第１の測定対象導電体
３ 第２の測定対象導電体
１１ 第１のコイル
１２ 第２のコイル
１３ コイル
３００ ＣＰＵ
３０１ 関係算出部
３０３ 特定部
３１２ 入力装置
３１３ 出力装置
４０１ 関係記憶装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が異なる第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器と、
第１の導電体、及び前記第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第１の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、前記第１及び第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第２の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する関係記憶装置と、
第１の測定対象導電体、及び前記第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に前記第１の磁界を照射した場合の前記磁界放射器の特性及び前記第１の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出し、前記第１及び第２の測定対象導電体に前記第２の磁界を照射した場合の前記磁界放射器の特性及び前記第２の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出する関係算出部と、
前記第３の関係及び前記第４の関係に共通する、前記第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定する特定部と、
を備える、導電体センサ。
【請求項２】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界を放射する第１のコイルと、前記第２の磁界を放射する第２のコイルと、を備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項３】
前記磁界放射器が、異なる時間に、前記第１の磁界と、前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項４】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界と、前記第１の磁界に重ね合わされた前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項５】
前記第２の導電体の位置が、前記第１の導電体に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項６】
前記第２の導電体の位置が、前記磁界放射器に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項７】
前記磁界放射器がＬＣ発振回路を構成するコイルを備え、前記磁界放射器の特性が、前記ＬＣ発振回路の発振振幅である、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項８】
前記磁界放射器の特性が、インピーダンス、インダクタンス、抵抗又はクオリティファクタである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項９】
第１の導電体、及び前記第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を用意することと、
前記第１及び第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第１の磁界とは周波数が異なる第２の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を用意することと、
第１の測定対象導電体、及び前記第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に前記第１の磁界を照射したときの前記磁界放射器の特性及び前記第１の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出することと、
前記第１及び第２の測定対象導電体に前記第２の磁界を照射したときの前記磁界放射器の特性及び前記第２の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出することと、
前記第３の関係及び前記第４の関係に共通する、前記第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定することと、
を含む、導電体の検出方法。
【請求項１０】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界を放射する第１のコイルと、前記第２の磁界を放射する第２のコイルと、を備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１１】
前記磁界放射器が、異なる時間に、前記第１の磁界と、前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１２】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界と、前記第１の磁界に重ね合わされた前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１３】
前記第２の導電体の位置が、前記第１導電体に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【請求項１４】
前記第２の導電体の位置が、前記磁界放射器に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【請求項１５】
前記磁界放射器がＬＣ発振回路を構成するコイルを備え、前記磁界放射器の特性が、前記ＬＣ発振回路の発振振幅である、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１６】
前記磁界放射器の特性が、インピーダンス、インダクタンス、抵抗又はクオリティファクタである、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【請求項１】
周波数が異なる第１及び第２の磁界を放射する磁界放射器と、
第１の導電体、及び前記第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第１の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第１の関係と、前記第１及び第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第２の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第２の関係と、を保存する関係記憶装置と、
第１の測定対象導電体、及び前記第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に前記第１の磁界を照射した場合の前記磁界放射器の特性及び前記第１の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出し、前記第１及び第２の測定対象導電体に前記第２の磁界を照射した場合の前記磁界放射器の特性及び前記第２の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出する関係算出部と、
前記第３の関係及び前記第４の関係に共通する、前記第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定する特定部と、
を備える、導電体センサ。
【請求項２】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界を放射する第１のコイルと、前記第２の磁界を放射する第２のコイルと、を備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項３】
前記磁界放射器が、異なる時間に、前記第１の磁界と、前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項４】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界と、前記第１の磁界に重ね合わされた前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項５】
前記第２の導電体の位置が、前記第１の導電体に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項６】
前記第２の導電体の位置が、前記磁界放射器に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項７】
前記磁界放射器がＬＣ発振回路を構成するコイルを備え、前記磁界放射器の特性が、前記ＬＣ発振回路の発振振幅である、請求項１に記載の導電体センサ。
【請求項８】
前記磁界放射器の特性が、インピーダンス、インダクタンス、抵抗又はクオリティファクタである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の導電体センサ。
【請求項９】
第１の導電体、及び前記第１の導電体の手前に配置された第２の導電体に磁界放射器を用いて第１の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第１の関係を用意することと、
前記第１及び第２の導電体に前記磁界放射器を用いて前記第１の磁界とは周波数が異なる第２の磁界を照射した場合の、前記磁界放射器の特性、前記第１及び第２の導電体の位置の第２の関係を用意することと、
第１の測定対象導電体、及び前記第１の測定対象導電体の手前に配置された第２の測定対象導電体に前記第１の磁界を照射したときの前記磁界放射器の特性及び前記第１の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第３の関係を算出することと、
前記第１及び第２の測定対象導電体に前記第２の磁界を照射したときの前記磁界放射器の特性及び前記第２の関係に基づき、前記第１及び第２の導電体の位置の第４の関係を算出することと、
前記第３の関係及び前記第４の関係に共通する、前記第１及び第２の導電体の位置の組み合わせを特定することと、
を含む、導電体の検出方法。
【請求項１０】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界を放射する第１のコイルと、前記第２の磁界を放射する第２のコイルと、を備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１１】
前記磁界放射器が、異なる時間に、前記第１の磁界と、前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１２】
前記磁界放射器が、前記第１の磁界と、前記第１の磁界に重ね合わされた前記第２の磁界と、を放射するコイルを備える、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１３】
前記第２の導電体の位置が、前記第１導電体に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【請求項１４】
前記第２の導電体の位置が、前記磁界放射器に対する前記第２の導電体の相対位置である、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【請求項１５】
前記磁界放射器がＬＣ発振回路を構成するコイルを備え、前記磁界放射器の特性が、前記ＬＣ発振回路の発振振幅である、請求項９に記載の導電体の検出方法。
【請求項１６】
前記磁界放射器の特性が、インピーダンス、インダクタンス、抵抗又はクオリティファクタである、請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の導電体の検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１５３５４（Ｐ２０１３−１５３５４Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７０４０（Ｐ２０１１−１４７０４０）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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