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明細書 :磁界の可視化装置

発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2015-206592 (P2015-206592A)
公開日 平成27年11月19日(2015.11.19)
発明の名称または考案の名称 磁界の可視化装置
国際特許分類 G01R  33/06        (2006.01)
G01D   7/00        (2006.01)
FI G01R 33/06
G01D 7/00 301E
請求項の数または発明の数 5
出願形態 OL
全頁数 9
出願番号 特願2014-085079 (P2014-085079)
出願日 平成26年4月17日(2014.4.17)
発明者または考案者 【氏名】卜 穎剛
【氏名】水野 勉
出願人 【識別番号】504180239
【氏名又は名称】国立大学法人信州大学
審査請求 未請求
テーマコード 2G017
Fターム 2G017AA01
2G017AA08
2G017AD01
2G017AD53
2G017BA15
2G017BA16
要約 【課題】 簡易な構成で、磁界の強度分布を視覚的にわかりやすく表示することを可能にする磁界の可視化装置を提供する。
【解決手段】 磁界強度をカラー表示する表示部を備える磁界の可視化装置であって、前記表示部は、基板上にマトリクス状に多数個の発光ユニット12を整列して配置した表示基板10を備え、発光ユニット12は、磁気センサと、発光色がそれぞれ赤、緑、青である第1、第2、第3の発光素子と、前記磁気センサにより検知された磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子を選択し、かつ磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子の発光強度を制御して点灯させる制御部とを備える。
【選択図】 図1
特許請求の範囲 【請求項1】
磁界強度をカラー表示する表示部を備える磁界の可視化装置であって、
前記表示部は、基板上にマトリクス状に多数個の発光ユニットを整列して配置した表示基板を備え、
前記発光ユニットは、磁気センサと、発光色がそれぞれ赤、緑、青である第1、第2、第3の発光素子と、前記磁気センサにより検知された磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子を選択し、かつ磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子の発光強度を制御して点灯させる制御部とを備えることを特徴とする磁界の可視化装置。
【請求項2】
前記発光ユニットは、前記磁気センサと、前記第1、第2、第3の発光素子と、前記制御部とを一つの基板に搭載してパッケージ化した、単位パッケージとして構成されていることを特徴とする請求項1記載の可視化装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記磁気センサによる磁界の測定範囲を、低域(磁界強度:B1以下)、中域(磁界強度:B1~B2~B3)、高域(磁界強度B3以上)に区分し、
磁界強度B1以下の範囲では、第1、第2、第3の発光素子から任意に選択した一つの発光素子:Aのみを点灯させ、磁界強度B3以上の範囲ではA以外の二つの発光素子から選択した発光素子:Cのみを点灯させ、磁界強度B1~B2の範囲については、発光素子:Aと残りの発光素子:Bとを点灯させ、磁界強度B2~B3の範囲については、発光素子:Bと発光素子:Cとを選択し、
前記磁界強度B1~B2の範囲においては、磁界強度が強くなるとともに発光素子:Aの発光強度を徐々に弱めるとともに、発光素子:Bの発光強度を徐々に強め、前記磁界強度B2~B3の範囲においては、磁界強度が強くなるとともに発光素子:Bの発光強度を徐々に弱めるとともに、発光素子:Cの発光強度を徐々に強めるように制御することを特徴とする請求項1または2記載の磁気の可視化装置。
【請求項4】
前記磁気センサとして、ホールセンサまたはアンテナを使用することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載の磁界の可視化装置。
【請求項5】
請求項1記載の磁界の可視化装置に用いる表示基板であって、
基板上にマトリクス状に多数個の発光ユニットが整列して配置され、
前記発光ユニットは、
磁気センサと、
発光色がそれぞれ赤、緑、青である第1、第2、第3の発光素子と、
前記磁気センサにより検知された磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子を選択し、かつ磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子の発光強度を制御して点灯させる制御部と、
を備えることを特徴とする表示基板。
発明の詳細な説明 【技術分野】
【0001】
本発明は、磁界強度をカラー表示により表示することにより可視化した磁界の可視化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
磁界の分布を可視化する装置として、基板の表裏にマトリクス状に、ホール素子、サーチコイル等の磁界測定装置と、LED等の表示素子とを、それぞれ表裏位置を対応させて配置し、磁界測定装置により検出された磁界強度に応じて、対応する位置の表示素子の明るさを変えるようにした装置がある(特許文献1)。この装置では、磁界の強さによって表示素子の明るさが変わるから、マトリクス配置された表示素子の明るさの分布を見ることにより、磁界の分布を知ることができる。
【0003】
また、対象物から発生する電磁波の強度の空間的な分布を可視化する装置として、多数個のループアンテナをアレー状に配置したアレーアンテナと、各々のループアンテナにそれぞれ1つの画素を対応させた表示部とを設け、電磁波エネルギーの変化をループアンテナに鎖交する磁界変化として検出し、その検出結果(電磁波の強さ)を表示部の対応する画素で色分けして表示することにより、電磁波強度の分布を可視化した装置がある(特許文献2)。
【先行技術文献】
【0004】

【特許文献1】特開2013-19847号公報
【特許文献2】特開2009-2853号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した磁界分布を可視化した装置及び電磁波強度の空間的な分布を可視化した装置は、いずれも構造が複雑であるという問題がある。電磁波強度を可視化した装置では、アレーアンテナとは別体に表示部を備えるために、取り扱い性が劣るという問題がある。また、磁界分布を表示素子の明るさによって表示する装置は、磁界の強度分布が視覚的にわかにくいという問題がある。
【0006】
本発明は、これらの課題を解消すべくなされたものであり、簡易な構成で、かつ、磁界分布を視覚的にわかりやすく表示することを可能にする磁界の可視化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係る磁界の可視化装置は、磁界強度をカラー表示する表示部を備える磁界の可視化装置であって、前記表示部は、基板上にマトリクス状に多数個の発光ユニットを整列して配置した表示基板を備え、前記発光ユニットは、磁気センサと、発光色がそれぞれ赤、緑、青である第1、第2、第3の発光素子と、前記磁気センサにより検知された磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子を選択し、かつ磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子の発光強度を制御して点灯させる制御部とを備えることを特徴とする。
磁気センサには種々のセンサを利用することが可能であるが、直流磁界と低周波磁界を可視化する際にはホールセンサが好適に利用でき、高周波交流磁界を可視化する際にはアンテナが好適に利用できる。発光素子には、LED素子の他、有機EL素子、液晶素子が利用できる。
【0008】
また、前記発光ユニットは、前記磁気センサと、前記第1、第2、第3の発光素子と、前記制御部とを一つの基板に搭載してパッケージ化した、単位パッケージとして構成することにより、発光ユニットの利用上の汎用性が向上し、種々用途の製品に容易に対応することができる。
【0009】
また、前記制御部は、前記磁気センサによる磁界の測定範囲を、低域(磁界強度:B1以下)、中域(磁界強度:B1~B2~B3)、高域(磁界強度B3以上)に区分し、磁界強度B1以下の範囲では、第1、第2、第3の発光素子から任意に選択した一つの発光素子:Aのみを点灯させ、磁界強度B3以上の範囲ではA以外の二つの発光素子から選択した発光素子:Cのみを点灯させ、磁界強度B1~B2の範囲については、発光素子:Aと残りの発光素子:Bとを点灯させ、磁界強度B2~B3の範囲については、発光素子:Bと発光素子:Cとを選択し、前記磁界強度B1~B2の範囲においては、磁界強度が強くなるとともに発光素子:Aの発光強度を徐々に弱めるとともに、発光素子:Bの発光強度を徐々に強め、前記磁界強度B2~B3の範囲においては、磁界強度が強くなるとともに発光素子:Bの発光強度を徐々に弱めるとともに、発光素子:Cの発光強度を徐々に強めるように制御することにより、磁界強度に応じて、前記第1、第2、第3の発光素子による合成色が変化し,カラー表示される。
【0010】
また、前記磁界の可視化装置に使用する表示基板として、基板上にマトリクス状に多数個の発光ユニットが整列して配置され、前記発光ユニットは、磁気センサと、発光色がそれぞれ赤、緑、青である第1、第2、第3の発光素子と、前記磁気センサにより検知された磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子を選択し、かつ磁界強度に応じて前記第1、第2、第3の発光素子の発光強度を制御して点灯させる制御部と、を備えるものが有効に利用できる。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る磁界の可視化装置によれば、磁界強度がカラー表示によって表示されることから、検知対象とする磁界を視覚的にわかりやすく表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】磁界の可視化装置の外観図(a)と、組み立て斜視図(b)である。
【図2】単位パッケージの構成を示す説明図である。
【図3】ホールセンサを使用した単位パッケージの回路ブロック図である。
【図4】LED素子を制御する方法を示すグラフである。
【図5】磁界強度と単位パッケージから放射される光の波長との関係を示すグラフである。
【図6】磁気センサとしてアンテナを使用した単位パッケージの回路ブロック図である。
【図7】アンテナを使用した単位パッケージの構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
(ホールセンサを用いた磁界の可視化装置)
図1(a)は本発明に係る磁界の可視化装置の外観図、図1(b)は磁界の可視化装置の組み立て斜視図である。
図1(b)に示すように、磁界の可視化装置は、枠部5と、表示基板10と、拡散板20と、電池30とを備え、表示基板10の前面に拡散板20を配して、枠部5に表示基板10と拡散板20とを組み付け、電池30を取り付けることにより磁界の可視化装置が組み立てられる。拡散板20は表示基板10に搭載された発光素子からの放射光を拡散させ、磁界強度を均一的なカラー表示とするためのものである。
磁界強度を表示する表示部は、磁界の可視化装置を前面側(拡散板20側)から視認した画面部分であり、表示基板10と拡散板20の表示領域に相当する。
磁界の可視化装置には、電源をON-OFFするスイッチや表示部(画面)の輝度を調節する調節部(不図示)も設けられる。

【0014】
本実施形態の磁界の可視化装置において特徴とする構成は、磁界強度を表示する表示部となる表示基板10の構成である。すなわち、表示基板10は、基板上にマトリクス状に整列して多数個の単位パッケージ12を配置して構成される。単位パッケージ12は、表示基板10に搭載する発光ユニットに相当するものであり、磁界を検知するセンサ、発光素子であるLED素子、変換回路等の電子部品を備える。表示基板10には、マトリクス状に配置した発光ユニットと電源等とを電気的に接続する配線パターンが設けられている。

【0015】
図2に、単位パッケージ12の構成を示す。単位パッケージ12には、支持基板13に、磁気センサとしてのホールセンサ14、発光色が赤の第1のLED素子(R素子)15a、発光色が緑の第2のLED素子(G素子)15b、発光色が青の第3のLED素子15c(B素子)、変換回路16を搭載する。
本実施形態においては、支持基板13の中央にホールセンサ14を配置し、ホールセンサ14の周囲にR素子15a、G素子15b、B素子15c、変換回路16を配置している。

【0016】
ホールセンサ14は直流または低周波の磁界を検知するセンサとして使用している。
変換回路16はホールセンサ14により検知した磁界信号(磁界の強さ)にしたがって、R素子15a、G素子15b、B素子15cを適宜選択して発光させる制御をなす。R素子15a、G素子15b、B素子15cは、それぞれ単一で点灯する場合もあるし、2つが同時に点灯する場合もある。2つのLED素子を同時に点灯させるのは混色を生じさせるためである。R素子15a、G素子15b、B素子15cは、点灯時に混色が生じるように配置間隔を設定する。
R素子15a、G素子15b、B素子15cは支持基板13上に単に露出させて搭載してもよいし、透明の保護カバーを設けたり、透明樹脂により封止してもよい。

【0017】
図3に、ホールセンサ14によって検知した磁界の強さに応じて、R素子15a、G素子15b、B素子15cを発光させる回路ブロック図を示す。
ホールセンサ14によって検知された磁界の信号はホールセンサ変換回路14aにより、磁界の強さに応じた電圧出力に変換され、変換回路16に入力される。
変換回路16は、磁界の強さに応じた電圧出力に応じてR素子15a、G素子15b、B素子15cを選択してR素子15a、G素子15b、B素子15cを点灯させる。
本実施形態では、ホールセンサ変換回路14a、変換回路16がR素子15a、G素子15b、B素子15cの制御部に相当する。

【0018】
変換回路16ではホールセンサ14によって検知された磁界の強度にしたがって、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光と、そのときの発光強度を制御して単位パッケージ12から放射される光の色を制御する。すなわち、単位パッケージ12は、その単位パッケージ12に搭載されているホールセンサ14によって検知された磁界の強さに応じて色分けして発光するように制御される。

【0019】
図4は、磁界強度にしたがって単位パッケージ12を色分けして発光させるために、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を制御する方法の一例を示す。この制御方法では、磁界の測定範囲(強度範囲)を低域、中域、高域に3分割し、それぞれに応じて、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を選択して発光するように制御する。

【0020】
図4では磁界強度の測定範囲を、磁界強度が低い方から強度Bまでの範囲、強度B1~B2の範囲、強度B2~B3の範囲、強度B3以上の範囲に区分し、各区分ごとに、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を制御する。すなわち、磁界強度が低い側から強度B1までの範囲については、青色発光のB素子15cのみを点灯させ、磁界強度がB1~B2の範囲では青色発光のB素子15cと緑色発光のG素子15bを点灯させ、磁界強度がB2~B3の範囲では緑色発光のG素子15bと赤色発光のR素子15aを点灯させ、磁界強度がB3以上の範囲では赤色発光のR素子15aのみを点灯させる。

【0021】
なお、磁界強度がB1~B2の範囲では、磁界強度がB1から強くなるにしたがって、青色発光のB素子15cの発光強度を徐々に弱め、緑色発光のG素子15bの発光強度を徐々に強めるように設定する。また、磁界強度がB2~B3の範囲では、磁界強度がB2よりも強くなるにしたがって、緑色発光のG素子15bの発光強度を徐々に(磁界強度に対して直線的に、または非直線的に)弱め、赤色発光のR素子15aの発光強度を徐々に強めるように設定する。

【0022】
このようにホールセンサ14によって検知された磁界強度に応じて、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を制御することにより、磁界強度がB1~B3の範囲においては、磁界の強さが徐々に強くなるにしたがって、青色から青緑色、緑色、黄色、赤色へと単位パッケージ12から放出される色が変化する。すなわち、単位パッケージ12から放射される光の色を見ることにより、磁界の強さを知ることができる。

【0023】
図5は、単位パッケージ12で検知された磁界強度と、単位パッケージ12から放射される光の波長との関係を示すグラフである。磁界強度に対するR素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を図4に示した関係にしたがって制御することにより、磁界強度の強さにしたがって単位パッケージ12から放射される光の波長が短波長側から長波長側に連続的に変化することを示している。

【0024】
図1に示す磁界の可視化装置では、表示基板10として、基板上に多数個の単位パッケージ12がマトリクス状に整列して配置されているものを使用している。したがって、表示部には、表示基板10の磁気センサによって検知された磁界強度が平面的な色模様の分布となって表示される。表示部に提示される色は磁界強度を反映しているから、表示部の色によって磁界の強度分布を知ることができる。
たとえば、図1(a)に示すように、表示部の後方に棒磁石を近づけると、棒磁石による磁界強度が表示部(画面)に特定の色模様となって表示される。棒磁石を動かすと、その動きにしたがって、表示部の模様(磁界分布)が変化する。本実施形態では赤色発光の部位が磁界強度が強く、緑色、青色の順に磁界強度が弱くなるように設定したから、赤色の部分が磁界強度が強いところであることが簡単にわかる。

【0025】
本実施形態では、図4に示したように、磁界強度が高い方から順に発光色が赤の第1のLED素子15a、緑色の第2のLED素子15b、青色の第3のLED素子15cが点灯するように設定しているが、磁界強度に応じてどのように第1、第2、第3のLED素子15a、15b、15cを点灯させるようにするかは、任意に設定することができる。すなわち、磁界強度がもっとも強い範囲について、第1のLED素子15aにかえて第2のLED素子15bを選択することもできるし、第3のLED素子15cを選択することも可能である。
赤色、緑色、青色の三原色のLED素子を使用する方法は、単色のLED素子を使用する方法と比較して、磁界強度の分布がフルカラー表示できる点で、磁界強度分布を明確にわかりやすく表示できる点で有効である。

【0026】
なお、図4に示したLED素子の制御方法では、LED素子を点灯したときの各磁界強度における加色強度が均等になるように、磁束強度に応じて各LED素子の発光強度が直線的に変化するように設定している。磁界強度によって発光強度がばらつかないようにしたものである。しかしながら、R素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度の制御は、図4に示した設定方法に限られるものではない。磁界強度に対する各素子の発光強度を適宜設定することは可能であり、LED素子の発光強度が非線形的に変化するように設定することも可能である。
また、図4では、緑色発光のG素子15bの発光強度のグラフが台形状で、磁界強度BGの範囲においてG素子15bの発光強度が最大強度となっている。このG素子15bの発光強度が最大になる範囲BGも、0から磁界強度B1、B2と重複しない範囲において適宜設定することができる。

【0027】
(アンテナを用いた磁界の可視化装置)
上記実施形態では磁気センサとしてホールセンサ14を使用した。ホールセンサ14は直流または低周波(一般的には10kHz以下)磁界の検知に有効であり、高周波(一般的には10kHz以上)の磁界を検知する場合は、ホールセンサ14にかえてアンテナを利用すればよい。
図6は、磁気センサとしてアンテナ17を使用し、磁界の強さに応じて発光色が赤の第1のLED素子15a、緑色の第2のLED素子15b、青色の第3のLED素子15cを選択的に点灯させる回路ブロック図を示す。
アンテナ17によって検知された磁界の交流信号を増幅回路18により増幅し、電圧出力を変換回路19に入力する。変換回路19は、アンテナ17によって検知された磁界信号の強さにしたがって、R素子15a、G素子15b、B素子15cを選択し、磁界強度に応じた発光強度によりLED素子を選択して点灯する。本実施形態では増幅回路18と変換回路19とを合わせて制御部となる。交流磁界の強度の比較は実効値によればよいが、交流磁界の最大値により比較することも可能である。

【0028】
図7はアンテナ17を用いた単位パッケージ12aの例である。基板の中央部にアンテナ17を配置し、アンテナ17の周囲に発光色が赤の第1のLED素子15a、発光色が緑の第2のLED素子15b、発光色が青の第3のLED素子15cと、変換回路19とを配置する。
変換回路19も前述した実施形態の変換回路16と同様に、アンテナ17によって検知された磁界強度に応じてR素子15a、G素子15b、B素子15cの発光強度を制御するように設定する。

【0029】
本実施形態の磁界の可視化装置も、上述した実施形態と同様に表示基板10上に単位パッケージ12aをマトリクス配置することにより、アンテナ17によって検知された磁界強度に応じて、カラー表示により磁界の強度分布を表示部の画面に表示することができる。単位パッケージ12aは、ホールセンサ14を使用する単位パッケージ12と同様に、表示部の画面を構成する一つの画素に相当している。

【0030】
なお、上記実施形態においては、表示基板10に発光ユニットとして単位パッケージ12、12aを搭載したが、基板に単体部品を搭載するかわりに、表示基板10そのものに、ホールセンサ、赤色発光、緑色発光、青色発光のLED素子、変換回路等の所要部品を、1つの発光ユニットとして、この発光ユニットを整列させて搭載することも可能である。すなわち、発光ユニットは、単位パッケージ12、12aのようにパッケージ化して表示基板10に搭載する単位部品として構成することもできるし、基板上に形成する単位構造体として構成することもできる。

【0031】
また、発光ユニットに使用するLED素子は、赤色、緑色、青色のLED素子を組み合わせて、一つのユニット化したLED素子とすることもできる。また、磁気センサにより検知した信号を増幅したり、電圧信号に変換したり、LED素子を制御したりする制御回路(制御部)を1チップ化して、LED素子のユニット素子と組み合わせて使用するといったことも可能である。
このようなチップ化、ユニット化を行うことにより単位パッケージは、数mm角程度の大きさにまで縮小することが可能であり、小型の単位パッケージを表示基板10に高密度に配置することにより、磁界の強度分布を高精度に表示することができる磁界の可視化装置として提供することができる。
また、上記実施形態においては、発光ユニットを構成する発光素子として、発光色が赤と、緑と、青のLED素子を使用したが、発光素子としては、LED素子以外に、有機EL素子や液晶素子を使うこともできる。
【符号の説明】
【0032】
5 枠部
10 表示基板
12、12a 単位パッケージ
14 ホールセンサ
15a、15b、15c LED素子
16変換回路
17 アンテナ
18 増幅回路
19 変換回路
20 拡散板
30 電池
図面
【図1】
0
【図2】
1
【図3】
2
【図4】
3
【図5】
4
【図6】
5
【図7】
6