(57)【要約】【課題】吻合針等や磁性流体を含む磁性体を検出する磁性体検出センサであって、地磁気等の影響低減と検出感度の高感度化の両立を実現でき、プローブの小型化が可能な磁性体検出センサ等を提供する【解決手段】磁性体検出装置１は、交流信号発生部２が励磁信号を出力してセンサ部３を励磁し、センサ部３が検出信号を出力し、信号検出部４が検出信号の振幅変化と位相変化を検出し、信号処理部５が検出信号の振幅変化と位相変化に基づいて吻合針等の存在を判定する。センサ部３は、磁性体検出センサ３０等から構成される。磁性体検出センサ３０は、交流信号発生部２から出力される励磁信号を入力する２つの端子、磁性体を検出するためのコイル、信号検出部４に検出信号を出力する２つの端子を備える。磁性体検出センサ３０は、交流信号発生部２から出力される励磁信号を入力し、コイルの電磁気学的特性の変化を検出信号として出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を検出する磁性体検出センサであって、
長手方向に延びるコアと、
前記コアの周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心を対称軸として略対称となる位置に配置される一対のコイルと、
を備え、
一対の素子および前記一対のコイルから交流ブリッジ回路が構成され、
前記交流ブリッジ回路の４つの端子のうち、一方の対向する２つの端子を励磁端子とし、他方の対向する２つの端子を検出端子とすることを特徴とする磁性体検出センサ。
【請求項２】
前記検出端子から出力される検出信号の振幅を調整する調整手段、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の磁性体検出センサ。
【請求項３】
磁性体を検出する磁性体検出センサであって、
長手方向に延びるコアと、
前記コアの周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心が中心位置となるように配置される第１コイルと、
前記コアの前記周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心を対称軸として略対称となる位置に配置される一対の第２コイルと、
を備え、
前記第１コイルと前記一対の第２コイルから差動トランス回路が構成され、
前記第１コイルと前記一対の第２コイルのいずれか一方に接続される端子を励磁端子とし、他方に接続される端子を検出端子とし、
前記一対の第２コイルは互いに巻方向が反対であり、
前記コアと前記第１コイル及び前記一対の第２コイルとの相対的な位置関係が固定されることを特徴とする磁性体検出センサ。
【請求項４】
前記検出端子から出力される検出信号の振幅を調整する調整手段、
を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の磁性体検出センサ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の前記磁性体検出センサを用いて前記磁性体を検出する磁性体検出方法であって、
前記検出端子から出力される検出信号の位相変化および／または振幅変化に基づいて前記磁性体を検出することを特徴とする磁性体検出方法。
【請求項６】
前記位相変化と前記振幅変化の比に基づいて、前記磁性体の種別を判定することを特徴とする請求項５に記載の磁性体検出方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の前記磁性体検出センサを備え、前記磁性体を検出する磁性体検出装置であって、
励磁信号を前記励磁端子に出力する交流信号発生部と、
前記検出端子から出力される検出信号の位相変化および／または振幅変化を検出する信号検出部と、
前記信号検出部から出力される信号を処理し、前記位相変化および／または前記振幅変化に基づいて前記磁性体を検出する信号処理部と、
を更に備えることを特徴とする磁性体検出装置。
【請求項８】
前記信号処理部は、前記位相変化と前記振幅変化の比に基づいて、前記磁性体の種別を判定することを特徴とする請求項７に記載の磁性体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体腔内等の磁性体を検出する磁性体検出センサ等に関し、より詳しくは、体腔内等に残存する吻合針、縫合針、Ｘ線不透過鋼線入りガーゼや腫瘍病変部に投与された磁性流体を検出する磁性体検出センサ等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、手術後に吻合針、縫合針、ガーゼ等を誤って体内に留置してしまう体内異物残存が、手術に関連した医療事故の上位を占めている。医療現場では、体内異物残存の防止対策が重要な課題となっている。体内異物残存の防止対策として、手術器械や衛生材料が体内に残存していないかどうかを確認するため、手術室内においてカウント業務が行われている。カウント業務とは、手術開始前と閉創開始前に手術器械や衛生材料の数を数えることである。また、他の体内異物残存の防止対策として、手術後にレントゲン撮影やＣＴ撮影を行い、体内の留置物の有無を確認する方法もある。しかし、カウント業務だけでは十分な信頼性があるとは言えず、仮に不足があった場合には体腔内のどこにあるのか探し出す手段がない。また、レントゲン撮影等では、Ｘ線被ばくの問題がある。更に、脳神経外科手術において手術顕微鏡下で使用する吻合針は、直径０．１ｍｍ、長さ３ｍｍという非常に小さな針であり、レントゲン撮影等では検出できない場合もある。このように、体内異物残存の十分な防止対策は、完全には確立されていない。
【０００３】
また、悪性腫瘍の転移に関し、病変部に存在する腫瘍細胞がリンパ管内を経由して転移することが知られている。病変部からリンパ管に入った腫瘍細胞が最初に到達するリンパ節は、センチネルリンパ節（Sentinel Lymph Node）と呼ばれている。センチネルリンパ節に転移がない場合、その先のリンパ節の摘出が不要となり、摘出術の合併症である浮腫やリンパ水腫等の患者負担を低減することができる。このセンチネルリンパ節の位置を同定するために、病変部近傍に磁性流体（例えば「リゾビスト（登録商標）」）を注入し、所定の時間経過した後、センチネルリンパ節に滞留した磁性流体を磁性流体検出装置によって検出する手法が考案されている（特許文献１、２参照）。
【０００４】
特許文献１、２に記載の磁性流体検出装置は、いずれも磁気センサによって磁性流体を検出する。しかし、磁気センサだけでは、残留磁力を持たない磁性流体を検出できない。そこで、特許文献１、２に記載の磁性流体検出装置では、強い磁力を有する磁石または電磁石を磁気センサ近傍に設置し、磁性流体を励磁している。この手法では、磁性流体の検出感度が、磁性流体を励磁するための励磁磁石の磁力の強さに比例する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８４７６９４号公報
【特許文献２】特許第３９６０５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、磁気センサを使用すると、磁性流体以外にも地磁気や一般商用電源を使用する装置からの電磁信号の影響を受けるため、磁気センサの向きによって検出信号が変化してしまう。そこで、特許文献１に記載の磁性流体検出装置は、２つの磁気センサを使用し、２つの磁気センサによる検出信号の差分を計算することによって、検出対象と比較して遠方にある地磁気等の影響を低減している。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の磁性流体検出装置は、磁気センサがオーバーフローしないようにするために、磁力があまり強くない励磁磁石を採用する必要があり、検出感度が低くなってしまう。そこで、特許文献２に記載の磁性流体検出装置では、励磁磁石からの磁力線が磁気センサに至らないように工夫することによって、磁力が強い励磁磁石を採用可能な構成にしている。但し、特許文献１に記載の磁性流体検出装置は、構成上、１つの磁気センサしか使用しないため、地磁気等の影響を受けてしまう。
【０００８】
このように、特許文献１、２に記載の磁性流体検出装置は、地磁気等の影響低減と検出感度の高感度化の両立が実現できていない。また、特許文献１、２に記載の磁性流体検出装置は、１つ以上の磁気センサと１つ以上の励磁磁石を必要とするため、それらを内部に備えるプローブの小型化に限界がある。
【０００９】
また、特許文献１、２に記載の磁性流体検出装置では、磁性流体がプローブ内の励磁磁石に引きつけられ、本来とは異なる場所で磁性流体を誤検出する可能性がある。
【００１０】
以上の通り、吻合針等や磁性流体の両方を検出可能であって、地磁気等の影響低減と検出感度の高感度化の両立を実現でき、また内視鏡手術等において患者負担を減らすために小さな切開創で済むようプローブの小型化が可能な検出センサが望まれている。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、吻合針等や磁性流体を含む磁性体を検出する磁性体検出センサであって、地磁気等の影響低減と検出感度の高感度化の両立を実現でき、プローブの小型化が可能な磁性体検出センサ等を提供することである。特に、手術中に使用でき、例えば内視鏡手術や手術顕微鏡を使用する狭い術野内での使用が可能な磁性体検出センサ等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前述した目的を達成するための第１の発明は、磁性体を検出する磁性体検出センサであって、長手方向に延びるコアと、前記コアの周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心を対称軸として略対称となる位置に配置される一対のコイルと、を備え、一対の素子および前記一対のコイルから交流ブリッジ回路が構成され、前記交流ブリッジ回路の４つの端子のうち、一方の対向する２つの端子を励磁端子とし、他方の対向する２つの端子を検出端子とすることを特徴とする磁性体検出センサである。第１の発明の磁性体検出センサは、前記検出端子から出力される検出信号の振幅を調整する調整手段、を更に備えても良い。交流ブリッジ回路は、例えば、交流のインピーダンス測定に応用されるホイートストンブリッジ回路である。一対の素子は、例えば、抵抗、コイル、コンデンサ等である。
【００１３】
第２の発明は、磁性体を検出する磁性体検出センサであって、長手方向に延びるコアと、前記コアの周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心が中心位置となるように配置される第１コイルと、前記コアの前記周方向に巻かれ、前記コアの前記長手方向中心を対称軸として略対称となる位置に配置される一対の第２コイルと、を備え、前記第１コイルと前記一対の第２コイルから差動トランス回路が構成され、前記第１コイルと前記一対の第２コイルのいずれか一方に接続される端子を励磁端子とし、他方に接続される端子を検出端子とし、前記一対の第２コイルは互いに巻方向が反対であり、前記コアと前記第１コイル及び前記一対の第２コイルとの相対的な位置関係が固定されることを特徴とする磁性体検出センサである。第２の発明の磁性体検出センサは、前記検出端子から出力される検出信号の振幅を調整する調整手段、を更に備えても良い。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明の磁性体検出センサを用いて前記磁性体を検出する磁性体検出方法であって、前記検出端子から出力される検出信号の位相変化および／または振幅変化に基づいて前記磁性体を検出することを特徴とする磁性体検出方法である。第３の発明の磁性体検出方法は、前記位相変化と前記振幅変化の比に基づいて、前記磁性体の種別を判定するようにしても良い。位相変化と振幅変化の比は、磁性体検出センサと検出対象との距離に大きな影響を受けず、検出対象である磁性体固有の値となり、この値から精度良く磁性体の種別を判定することができる。
【００１５】
第４の発明は、第１の発明または第２の発明の磁性体検出センサを備え、前記磁性体を検出する磁性体検出装置であって、励磁信号を前記励磁端子に出力する交流信号発生部と、前記検出端子から出力される検出信号の位相変化および／または振幅変化を検出する信号検出部と、前記信号検出部から出力される信号を処理し、前記位相変化および／または前記振幅変化に基づいて前記磁性体を検出する信号処理部と、を更に備えることを特徴とする磁性体検出装置である。第４の発明の磁性体検出装置における前記信号処理部は、前記位相変化と前記振幅変化の比に基づいて、前記磁性体の種別を判定するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、吻合針等や磁性流体を含む磁性体を検出する磁性体検出センサであって、地磁気等の影響低減と検出感度の高感度化の両立を実現でき、プローブの小型化が可能な磁性体検出センサ等を提供することができる。また、本発明により、検出対象である磁性体の種別を判定することが可能な磁性体検出センサ等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における磁性体検出装置の装置構成図
【図２】第１実施形態における磁性体検出センサの断面図
【図３】第１実施形態における磁性体検出センサの回路図
【図４】第２実施形態における磁性体検出センサの断面図
【図５】第２実施形態における磁性体検出センサの回路図
【図６】第３実施形態における磁性体検出装置の装置構成図
【図７】第３実施形態における磁性体検出センサの断面図
【図８】第４実施形態における磁性体検出装置の装置構成図
【図９】第４実施形態における磁性体検出センサの断面図
【図１０】第５実施形態における磁性体の種別ごとの振幅変化および位相変化のグラフ
【図１１】本発明の動作原理を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態に係る磁性体検出センサ、磁性体検出方法および磁性体検出装置は、生体の内部または外部から磁性体を検出するものである。磁性体とは、磁性を帯びることが可能な物質を意味し、手術に用いられる吻合針、縫合針、Ｘ線不透過鋼線入りガーゼ（以下、「吻合針等」という。）や腫瘍病変部に投与される磁性流体を含む。本発明の実施形態に係る磁性体検出センサ等によれば、地磁気の影響を受けることなく、かつ検出対象の磁性体を励磁するための励磁磁石（強い磁力を有する磁石または電磁石）を用いることなく、検出対象の磁性体を高感度に検出することが可能である。本発明の実施形態に係る磁性体検出センサ等は、主に体腔内の磁性体を検出するものであるが、これに限定されるものではない。例えば、ガーゼや滅菌布、術衣等に隠れた吻合針等の検出、または床に落ちた吻合針等の検出が可能である。
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態における磁性体検出装置の装置構成図である。磁性体検出装置１は、交流信号発生部２、センサ部３、信号検出部４、信号処理部５、センサ制御部６等から構成される。
【００２０】
例えば、吻合針等が体腔内に存在するか否かを調べる場合、操作者は、磁性体検出装置１を起動し、センサ部３を探索部位に接近させる。これに対して、磁性体検出装置１は、交流信号発生部２が励磁信号を出力してセンサ部３を励磁し、センサ部３が検出信号を出力し、信号検出部４が検出信号の振幅変化と位相変化を検出し、信号処理部５が検出信号の振幅変化と位相変化に基づいて吻合針等の存在と位置を判定する。腫瘍病変部に投与された磁性流体の位置を同定する場合も同様である。
【００２１】
交流信号発生部２は、発振回路２１、振幅安定回路２２等から構成される。発振回路２１は、正弦波信号（任意の周波数の交流信号）を発振する。振幅安定回路２２は、発振回路２１から発振される正弦波信号の振幅を一定にしてセンサ部３および位相差検出部４３に出力する。このようにして、交流信号発生部２は、センサ部３の磁性体検出センサ３０を励磁する励磁信号を出力する。
【００２２】
発振回路２１は、例えば、ウィーンブリッジ発振回路等が挙げられるが、その他の発振回路であっても良い。正弦波信号の周波数は任意であるが、例えば、５０Ｈｚ以上５００ｋＨｚ以下が望ましい。周波数が低すぎる場合には応答特性が悪くなるとともに感度が低下する。一方、周波数が高すぎる場合には感度が上昇するが、誤検出が発生し易くなる。
【００２３】
前述の通り、安定的かつ正確にセンサ部３からの信号を計測するために、発振回路２１は、正弦波信号を発振することが望ましい。但し、発振回路２１は、高調波が含まれた信号を発振しても良く、後述する信号検出部４および信号処理部５によって振幅および位相差を計測できれば、どのような波形を発振しても良い。例えば、交流信号発生部２から矩形波の信号をセンサ部３に出力した場合であっても、センサ部３の出力信号をバンドパスフィルタを通すことで正弦波信号の場合と同様の計測をすることができる。ただし、センサ部３に正弦波信号を入力する場合に比べて、ノイズが多い。
【００２４】
センサ部３から出力される信号の振幅は、センサ部３の近傍に検出対象の磁性体が存在しないとき、センサ部３に入力される信号の振幅に比例する。検出対象による振幅変化を安定して検出するためには、センサ部３に入力される信号の振幅を常に一定にする必要がある。そこで、振幅安定回路２２がセンサ部３に入力される信号の振幅を一定にする役目を果たす。尚、位相変化に関しては、センサ部３に入力される信号の振幅の変動による影響は少ない。
【００２５】
センサ部３は、磁性体検出センサ３０等から構成される。磁性体検出センサ３０は、交流信号発生部２から発振される励磁信号を入力する２つの端子、磁性体を検出するためのコイル、信号検出部４に検出信号を出力する２つの端子を備える。検出対象が導電性の磁性体（金属など）の場合、磁性体検出センサ３０が金属に接近すると、検出対象に渦電流が発生し、コイルのインダクタンスやインピーダンスが低下する。また、検出対象の比透磁率が１よりはるかに大きい場合には、渦電流の影響より比透磁率の影響が優位になり、コイルのインダクタンスやインピーダンスが増大する。磁性体検出センサ３０は、交流信号発生部２から出力される励磁信号を入力し、検出対象によるコイルの電磁気学的特性（インダクタンスやインピーダンスなど）の変化を検出信号として出力する。磁性体検出センサ３０の詳細は後述する。
【００２６】
信号検出部４は、検出信号増幅部４１、振幅検出部４２、位相差検出部４３等から構成される。検出信号増幅部４１は、センサ部３から信号を入力し、振幅検出部４２に信号を出力する。振幅検出部４２は、検出信号増幅部４１から信号を入力し、信号処理部５に振幅検出信号を出力する。位相差検出部４３は、交流信号発生部２とセンサ部３から信号を入力し、信号処理部５に位相差検出信号を出力する。
【００２７】
検出信号増幅部４１は、差動増幅回路４１１、バンドパスフィルタ４１２等から構成される。差動増幅回路４１１は、磁性体検出センサ３０から出力される２つの端子からの検出信号の差を増幅する。バンドパスフィルタ４１２は、交流信号発生部２から出力される正弦波信号の周波数に近い周波数のみを通過させ、振幅検出部４２と位相差検出部４３に出力する。このようにして、検出信号増幅部４１は、センサ部３から出力される検出信号を増幅する。
【００２８】
検出信号増幅部４１は、例えば、インスツルメンテーションアンプ（増幅度の設定を１本の抵抗で行うことが可能な高性能の差動増幅回路、例えば、ＩＮＡ１２８等）が挙げられる。インスツルメンテーションアンプにおいて、増幅率を決定する部分に直列共振回路を挿入し、直列共振回路の共振周波数に一致する周波数の近傍だけ増幅率を高くすることによって、差動増幅回路４１１とバンドパスフィルタ４１２の機能を持たせることができる。その他、検出信号増幅部４１は、高増幅率の増幅機能とバンドパスフィルタ機能を有する回路であれば、どのような回路で構成されても良い。
【００２９】
振幅検出部４２は、振幅検出回路４２１（整流回路と平滑化回路を含む。）、増幅回路４２２等から構成される。振幅検出回路４２１は、検出信号増幅部４１から出力される検出信号の振幅を検出する。増幅回路４２２は、振幅検出回路４２１によって検出される振幅を直流増幅する。このようにして、振幅検出部４２は、検出信号増幅部４１によって増幅される検出信号の振幅を検出する。
【００３０】
振幅検出部４２は、例えば、オペレーショナルアンプを使用した整流回路と整流後の波形を成形する平滑化回路および増幅回路によって構成することができる。その他、振幅検出部４２は、振幅検出機能を有する回路であれば、どのような回路で構成されても良い。
【００３１】
位相差検出部４３は、増幅回路４３１、増幅回路４３２、位相差検出回路４３３、平滑化回路４３４等から構成される。増幅回路４３１は、検出信号増幅部４１から出力される信号を増幅し、矩形波に近い波形にする。増幅回路４３２は、交流信号発生部２から出力される信号を増幅し、矩形波に近い波形にする。位相差検出回路４３３は、増幅回路４３１によって増幅された信号と、増幅回路４３２によって増幅された信号の位相差を検出する。位相差検出回路４３３の出力はパルス状で、パルス幅が位相差を示す。このパルス信号を平滑化回路４３４にてパルス幅に比例したアナログ信号に変換する。このアナログ信号は信号処理部５に送られ、ＡＤ変換回路５１にて信号処理する。このとき、平滑化回路４３４を経ずに信号処理部５のコンピュータ５２で位相差検出回路４３３の出力であるパルス状の信号から直接パルス幅を計測することも可能である。
【００３２】
位相差検出部４３は、例えば、検出信号増幅部４１と交流信号発生部２から出力される信号を排他的論理和回路（例えば、ＰＬＬ  ＩＣ  ４０４６等）に入力し、排他的論理和回路から出力される信号を抵抗とコンデンサで平滑化し、ローパスフィルタを通して出力する回路として構成することができる。この場合、排他的論理和回路が位相判別の役目を果たす。その他、位相差検出部４３は、乗算回路を用いても良く、位相差の検出が可能であれば、どのような回路で構成されても良い。
【００３３】
尚、検出信号増幅部４１から出力される検出信号を増幅する前に、位相シフタ回路を通過させるようにしても良い。排他的論理和回路の出力が位相差ゼロを境界として絶対値で出力されるため、位相変化が不連続になる。そこで、位相シフタ回路を通過させることによって位相をずらし、位相変化の不連続を防止するようにしても良い。但し、磁性体検出センサ３０のバランスが調整された状態（センサコイル近傍に検出対象が存在しない状態で振幅検出部４２の出力が最低になるようにセンサ部３を調整した状態を示す。）であっても、交流信号発生部２から出力される信号とセンサ部３から出力される信号の位相差は、理論的にはゼロになるはずだが、実際にはゼロにならない。また、バンドバスフィルタ４１２により検出信号の位相がずれる現象もある。従って、位相シフタ回路は不要となる場合が多い。
【００３４】
信号処理部５は、ＡＤ変換回路５１、コンピュータ５２、計測データ表示回路５３、アラーム出力回路５４等から構成される。ＡＤ変換回路５１は、信号検出部４から信号を入力し、コンピュータ５２に信号を出力する。コンピュータ５２は、ＡＤ変換回路５１から信号を入力し、計測データ表示回路５３とアラーム出力回路５４に信号を出力する。
【００３５】
ＡＤ変換回路５１は、信号検出部４から出力される振幅信号と位相差信号をアナログデジタル変換する。コンピュータ５２は、計測データ表示回路５３、アラーム出力回路５４、センサバランス調整機構６１等の制御や、ＡＤ変換回路５１から入力されるデジタルデータの処理を行う。計測データ表示回路５３は、振幅信号と位相差信号の計測結果を表示する。アラーム出力回路５４は、振幅信号や位相差信号が所定の範囲内から外れた場合、光や音等で警報を発する。
【００３６】
センサ制御部６は、センサバランス調整機構６１等から構成される。センサバランス調整機構６１は、コンピュータ５２の制御に従い、磁性体検出センサ３０の特性のバランスを調整する。センサバランス調整機構６１は、例えば、サーボモータ（不図示）等を有する。第１実施形態では、センサバランス調整機構６１は、コンピュータ５２の制御信号を受信すると、図３に図示する調整用トリマ抵抗３７の抵抗値を調整する。尚、センサバランス調整機構６１を用いたコンピュータ制御による調整に代えて、手動調整でも良い。いずれの場合であっても、磁性体検出センサ３０の近傍に検出対象が存在しないとき、振幅検出部４２の出力が最低になるように調整する。
【００３７】
図２は、第１実施形態における磁性体検出センサの断面図である。磁性体検出センサ３０は、センサカバー３１を有し、センサカバー３１の後端部３１２から延びる接続ケーブル７で交流信号発生部２および信号検出部４と接続されている。操作者は、センサカバー３１の前端部３１１を検出対象の磁性体が存在し得る方向に向ける。例えば、体腔内の磁性体を検出する場合、操作者は、センサカバー３１の前端部３１１を検出対象が存在すると思われる方向と対向させる。
【００３８】
センサカバー３１は、コア３２、コイルボビン３３、一対のコイル３４Ａ、３４Ｂ等を内部に備える。コア３２は、長手方向Ｘに延びる棒体である。コア３２は、例えば、フェライトコアが挙げられる。コイルボビン３３は、長手方向Ｘに延びる円柱状の中空部３３１を有する筒体であって、中空部３３１にはコア３２が位置する。仮想線３２１は、コア３２の長手方向Ｘの寸法を二等分する。コイル３４Ａ、３４Ｂは、コイルボビン３３（コア３２）の周方向に巻かれ、コア３２の長手方向Ｘ中心、すなわち仮想線３２１を対称軸として略対称となる位置に配置される。コイル３４Ａ、３４Ｂは、コア３２に対して同一の方向に巻かれる。
【００３９】
コイルボビン３３は、２つの凹部３３２Ａ、３３２Ｂを有する。凹部３３２Ａ、３３２Ｂは、コイルボビン３３の周方向において環状に形成され、仮想線３２１を対称軸として略対称に位置する。コイルボビン３３は、電気絶縁性を有する樹脂であって、温度による膨張収縮変化の少ない材質が望ましい。コイルボビン３３は、コイル３４Ａ、３４Ｂの位置を規制し、コア３２をコイル３４Ａ、３４Ｂの内部に位置させるためのものであり、前述の条件を満たすものであれば、どのようなものでも良い。また、コイル３４Ａ、３４Ｂは、コイルボビン３３を用いずに、直接コア３２に巻かれても良い。この場合、コイル３４Ａ、３４Ｂをセンサカバー３１内に保持する中子となる支持体があれば、コイルボビン３３は不要である。
【００４０】
コイル３４Ａ、３４Ｂは、巻数、長手方向Ｘの長さ、長手方向Ｘと直交する断面積、巻方向が同一である。コイル３４Ａ、３４Ｂは、それぞれ、凹部３３２Ａ、３３２Ｂに巻かれるので、前述の通り、コイル３４Ａ、３４Ｂは、コア３２の長手方向Ｘ中心を対称軸として略対称となる位置に配置されることになる。従って、２つのコイル３４Ａ、３４Ｂのインピーダンスが略同一となる。
【００４１】
尚、センサカバー３１は、図３に図示する第１端子３６１〜第４端子３６４も内部に備える。また、抵抗３５Ａ、３５Ｂ、調整用トリマ抵抗３７は、センサカバー３１内にあることが望ましいが、センサカバー３１の外にあっても良い。
【００４２】
図３は、第１実施形態における磁性体検出センサの回路図である。第１実施形態における磁性体検出センサ３０は、一対の抵抗３５Ａ、３５Ｂおよび一対のコイル３４Ａ、３４ＢからＲＬ交流ブリッジ回路が構成される。ＲＬ交流ブリッジ回路は、例えば、交流のインピーダンス測定に応用されるホイートストンブリッジ回路である。抵抗３５Ａ、３５Ｂは、抵抗値が略同一である。また、前述の通り、コイル３４Ａ、３４Ｂは、インピーダンスが略同一である。コイル３４Ａ、３４Ｂの巻方向（図３では各コイル近傍の●「黒丸」によって巻始めの位置を図示）は同一である。コイル３４Ａと抵抗３５Ａの間には、第１端子３６１が接続される。コイル３４Ａとコイル３４Ｂの間には、第２端子３６２が接続される。コイル３４Ｂと抵抗３５Ｂの間には、第３端子３６３が接続される。抵抗３５Ａと抵抗３５Ｂの間には、調整用トリマ抵抗３７を介して第４端子３６４が接続される。従って、調整用トリマ抵抗３７は、抵抗３５Ａと抵抗３５Ｂの間に位置することになる。
【００４３】
第２端子３６２と第４端子３６４の間には、発振回路２１によって任意の周波数の正弦波交流信号が印加される。信号検出部４は、第１端子３６１と第３端子３６３から検出信号を用い振幅と位相差を検出する。尚、第１端子３６１と第３端子３６３の間に正弦波交流信号を印加し、第２端子３６２と第４端子３６４から検出信号を用い振幅と位相差を検出することも可能である。すなわち、交流ブリッジ回路の４つの端子のうち、一方の対向する２つの端子を励磁端子とし、他方の対向する２つの端子を検出端子とすることができる。以下では、混乱を避けるために、第２端子３６２と第４端子３６４の間に正弦波交流信号を印加し、第１端子３６１と第３端子３６３から検出信号を検出するものとして説明する。
【００４４】
ここで、第１実施形態における磁性体検出方法を説明する。事前準備として、周囲に磁性体が存在しない状態で調整用トリマ抵抗３７を調整し、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅が最低になるように、交流ブリッジ回路のバランスを調整することが望ましい。具体的には、操作者の手動制御またはコンピュータ５２の自動制御によって、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅が最低になるように、調整用トリマ抵抗３７の抵抗値を調整する。
【００４５】
調整用トリマ抵抗３７の抵抗値を調整すると、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅は、理論的にはゼロになるはずである。しかし、実際にはゼロにならない。この状態で、第１実施形態における磁性体検出センサ３０では、コイル３４Ａ、３４Ｂの一方に検出対象の磁性体が接近すると、コイル３４Ａ、３４Ｂのバランスが崩れ、交流ブリッジ回路の位相が変化し、また振幅は渦電流により、バランスを調整した振幅より更に小さくなる場合がある。
【００４６】
ここで、信号の振幅が最低となるとき、位相差が、−α＜位相差＜α（αは、０度＜α＜９０度を満たす定数）となるように調整することが望ましい。言い換えれば、位相差の絶対値が定数α以下となるように調整することが望ましい。理由については、図１１（ｂ）を参照しながら後述する。
【００４７】
操作者が磁性体検出装置１を起動させると、発振回路２１は第２端子３６２と第４端子３６４の間に正弦波交流信号を印加する。この状態で、操作者が、磁性体検出センサ３０の前端部３１１を検出対象が存在し得る方向に向ける。そうすると、前端部３１１側に設けられたコイル３４Ａのインピーダンスが変化する。尚、コイル３４Ｂのインピーダンスもわずかに変化することがある。但し、コイル３４Ａはコイル３４Ｂよりも検出対象に接近しているので、コイル３４Ａのインピーダンスの変化は、コイル３４Ｂのインピーダンスの変化よりもはるかに大きい。
【００４８】
コイル３４Ａのインピーダンスが変化すると、磁性体検出センサ３０のＲＬ交流ブリッジ回路がバランスを崩し、第１端子３６１と第３端子３６３の間から検出される信号が変化する。具体的には、操作者が、磁性体検出センサ３０の前端部３１１を検出対象に近づけていくと、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅が変化し、第２端子３６２と第４端子３６４の間に印加される正弦波交流信号との位相差も変化する。
【００４９】
信号検出部４は、磁性体検出センサ３０から出力される検出信号の振幅を検出し、信号処理部５に出力する。また、信号検出部４は、磁性体検出センサ３０から出力される検出信号と交流信号発生部２によって出力される発振信号との位相差を検出し、信号処理部５に出力する。信号処理部５のコンピュータ５２は、信号検出部４から出力される振幅信号と位相差信号に基づいて、磁性体の存在有無や位置同定の判定を行う。例えば、振幅信号と位相差信号が所定の閾値を超えた場合、コンピュータ５２は、磁性体が存在すると判定し、光や音等で警報を発する旨の制御信号をアラーム出力回路５４に対して送信する。また、例えば、コンピュータ５２は、振幅信号と位相差信号の変化が大きくなるにつれて、磁性体の存在位置が近いと判定し、光の点滅を早くしたり、音量を大きくしたりする旨の制御信号をアラーム出力回路５４に対して送信する。
【００５０】
尚、信号検出部４は、振幅信号と位相差信号のいずれか一方を検出しても良いし、両方を検出してもよい。また、信号処理部５のコンピュータ５２は、振幅信号と位相差信号のいずれか一方に基づいて判定を行っても良いし、両方に基づいて判定を行っても良い。検出対象の磁性体の種別が明らかな場合には、検出対象の磁性体の種別によって、振幅信号と位相差信号のどちらを検出するか、または両方を検出するかを選択しても良い。例えば、検出対象の磁性体が、渦電流を生じにくい磁性流体や細い手術針であれば、少なくとも位相差信号を検出する方が良い。この場合には、更に振幅信号を検出することによって、磁性流体や細い手術針以外との識別が容易になる。これは、位相変化が大きくても、振幅変化が大きければ、磁性流体や細い手術針以外の可能性があるという情報が得られるからである。
【００５１】
以上の通り、第１実施形態では、インピーダンスが略同一の一対のコイル３４Ａ、３４Ｂと一対の抵抗３５Ａ、３５Ｂから構成されるＲＬ交流ブリッジ回路を有する磁性体検出センサ３０によって検出対象の磁性体を検出する。第１実施形態における磁性体検出センサ３０は、検出対象の比透磁率および検出対象で生じる渦電流がコイル３４Ａ、３４Ｂに及ぼす影響を検出しているため、ほとんど地磁気の影響を受けない。従って、安定的に磁性体を検出することができる。また、ほとんど地磁気の影響を受けないので、従来技術のように２つのセンサ（従来技術の場合には磁気センサ）の差分を計測する必要はなく、磁性体を高感度に検出することができる。
【００５２】
更に、従来技術では、地磁気の影響を低減するために、２つの磁気センサを使用して差分を計測する必要がある。また、従来技術では、磁気センサによって残留磁力を持たない吻合針等や磁性流体を検出するために、吻合針等や磁性流体を励磁するための励磁磁石が必要である。従って、センサ部３（従来技術の場合にはプローブ）の小型化に限界がある。一方、第１実施形態では、磁性体検出センサ３０が、主として、コア３２と一対のコイル３４Ａ、３４Ｂによって構成されるため、センサ部３の小型化が可能となる。
【００５３】
また、磁性流体は非常に流動性が高く、磁石に吸引される性質を有する。従って、従来技術のように、励磁磁石を有するプローブを患部に長時間接近させておくと、プローブの励磁磁石に磁性流体が引きつけられてしまい、本来とは異なる場所で磁性流体を誤検出する可能性がある。一方、第１実施形態では、センサ部３の内部に強力な励磁磁石が存在しないので、このような心配がない。
【００５４】
また、磁性体検出センサ３０が、主として、コア３２と一対のコイル３４Ａ、３４Ｂによって構成されるため、半導体磁気センサで発生するようなショットノイズや１／ｆノイズが少ない。従って、検出感度に影響を与えるノイズが少なくなり、磁性体を高感度に検出することができる。
【００５５】
＜第２実施形態＞
第２実施形態において、第１実施形態と同様の構成要件については、第１実施形態と同じ符号を用い、その構成要件については詳細な説明を省略する。第１実施形態と第２実施形態は、磁性体検出センサ３０の構成が異なる。
【００５６】
図４は、第２実施形態における磁性体検出センサの断面図である。第１実施形態と同様、磁性体検出センサ３０は、センサカバー３１を有し、センサカバー３１の後端部３１２から延びる接続ケーブル７で交流信号発生部２および信号検出部４と接続されている。
【００５７】
センサカバー３１は、コア３２、コイルボビン３３、第１コイル３４Ｃ、一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅ、調整用コア３８等を内部に備える。コア３２は、長手方向Ｘに延びる棒体である。コイルボビン３３は、長手方向Ｘに延びる円柱状の中空部３３１を有する筒体であって、中空部３３１にはコア３２と調整用コア３８が位置する。コア３２は、コイルボビン３３に保持され、位置が固定される。仮想線３２１は、コア３２の長手方向Ｘの寸法を二等分する。第１コイル３４Ｃは、コイルボビン３３（コア３２）の周方向に巻かれ、コア３２の長手方向Ｘ中心、すなわち仮想線３２１が中心位置となるように配置される。第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、コイルボビン３３（コア３２）の周方向に巻かれ、コア３２の長手方向Ｘ中心、すなわち仮想線３２１を対称軸として略対称となる位置に配置される。従って、第１コイル３４Ｃは、一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅの間に位置する。このようにして、コア３２と第１コイル３４Ｃ及び一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅとの相対的な位置関係が固定される。
【００５８】
コイルボビン３３は、３つの凹部３３２Ｃ、３３２Ｄ、３３２Ｅを有する。凹部３３２Ｃは、コイルボビン３３の周方向において環状に形成され、仮想線３２１を長手方向Ｘの中心位置とする。凹部３３２Ｄ、３３２Ｅは、コイルボビン３３の周方向において環状に形成され、仮想線３２１を対称軸として略対称に位置する。コイルボビン３３は、第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅの位置を規制し、コア３２を第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅの内部に位置させ、相対的な位置関係を固定するためのものであり、前述の条件を満たすものであれば、どのようなものでも良い。また、第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、コイルボビン３３を用いずに、直接コア３２に巻かれても良い。この場合、コア３２、第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅをセンサカバー３１内に保持する中子となる支持体があれば、コイルボビン３３は不要である。
【００５９】
第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、巻数、長さ、長手方向Ｘと直交する断面積が同一であって、互いに巻方向が反対である。第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、それぞれ、凹部３３２Ｃ、３３２Ｄ、３３２Ｅに巻かれるので、前述の通り、第１コイル３４Ｃは、コア３２の長手方向Ｘ中心が中心位置となるように配置され、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、コア３２の長手方向Ｘ中心を対称軸として略対称となる位置に配置されることになる。従って、コイルのインダクタンスが略同一となる。
【００６０】
調整用コア３８は、センサ部３から出力される検出信号の振幅を調整するものであって、コア３２と長手方向Ｘに離間してコイルボビン３３の中空部３３１に位置し、長手方向Ｘに移動可能である。調整用コア３８は、コア３２よりもセンサカバー３１の後端部３１２側に位置する。例えば、コイルボビン３３と調整用コア３８にねじ切りを行うと、調整用コア３８を回転させることで調整用コア３８の位置を調整することができる。調整用コア３８は、例えば、サーボモータ（不図示）等によって長手方向Ｘの位置を調整可能となっている。第２実施形態では、センサ制御部６のセンサバランス調整機構６１は、コンピュータ５２からの制御信号を受信すると、調整用コア３８の長手方向Ｘの位置を調整する。
【００６１】
尚、センサカバー３１は、図５に図示する第１端子３６１〜第４端子３６４も内部に備える。
【００６２】
図５は、第２実施形態における磁性体検出センサの回路図である。第２実施形態における磁性体検出センサ３０は、第１コイル３４Ｃ、および一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅから差動トランス回路が構成される。前述の通り、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、インダクタンスが略同一である。第２コイル３４Ｄ、３４Ｅの巻方向（図５では各コイル近傍の●「黒丸」によって巻始めの位置を図示）は反対である。第１コイル３４Ｃの両端には、第２端子３６２と第４端子３６４が接続される。第２コイル３４Ｄ、３４Ｅは、一方の端部同士が接続されるとともに、第２コイル３４Ｄの他端部には第１端子３６１が接続され、第２コイル３４Ｅの他端部には第３端子３６３が接続される。
【００６３】
第５端子３６５は、第１端子３６１と第３端子３６３との間に位置する端子とする。周囲に磁性体が存在しない状態で相互誘導によって第２コイル３４Ｅに誘導される信号（第３端子３６３と第５端子３６５から検出される信号）は、第２コイル３４Ｄに誘導される信号（第１端子３６１と第５端子３６５から検出される信号）と比較して、振幅が同一であって、位相が１８０度ずれている。この状態では、第１端子３６１と第３端子３６３から検出される信号は、第２コイル３４Ｅに誘導される信号と第２コイル３４Ｄに誘導される信号が合成され、理想的にはゼロになる。しかし、実際にはゼロになることはない。
【００６４】
図５に示す差動トランス回路の回路図は、変位センサとして利用される差動トランス回路の回路図として良く知られている。変位センサは、コイルの中心にあるコアが移動し、変位を測定する。一方、第２実施形態における磁性体検出センサ３０は、コア３２を固定しておき、磁性体検出センサ３０に接近する磁性体の影響によって、コア３２があたかも移動するかのような振る舞いをし、磁性体の接近を検出する。
【００６５】
第２端子３６２と第４端子３６４の間には、発振回路２１によって任意の周波数の正弦波交流信号が印加される。信号検出部４は、第１端子３６１と第３端子３６３から検出信号を検出する。尚、第１端子３６１と第３端子３６３の間に正弦波交流信号を印加し、第２端子３６２と第４端子３６４から検出信号を検出することも可能である。すなわち、第１コイル３４Ｃと一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅのいずれか一方に接続される２つの端子を励磁端子とし、他方に接続される２つの端子を検出端子とすることができる。以下では、混乱を避けるために、第２端子３６２と第４端子３６４の間に正弦波交流信号を印加し、第１端子３６１と第３端子３６３から検出信号を検出するものとして説明する。
【００６６】
ここで、第２実施形態における磁性体検出方法を説明する。事前準備として、周囲に磁性体が存在しない状態で調整用コア３８を調整し、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅が最低になるように、差動トランス回路のバランスを調整することが望ましい。具体的には、操作者の手動制御またはコンピュータ５２の自動制御によって、第１端子３６１と第３端子３６３の間の信号の振幅が最低になるように、調整用コア３８の長手方向Ｘの位置を調整する。ここで、第１実施形態と同様、信号の振幅が最低となるとき、位相差が、−α＜位相差＜α（αは、０度＜α＜９０度を満たす定数）となるように調整することが望ましい。理由については、図１１（ｂ）を参照しながら後述する。その後、操作者が磁性体検出装置１を起動させた後は、第１実施形態における磁性体検出方法と同様である。
【００６７】
調整用コア３８は、例えばフェライトコア、銅コア、アルミニウムコア等が挙げられる。フェライトコアの場合、比透磁率が１よりはるかに大きく、渦電流が生じないので、第２コイル３４Ｅのインダクタンスが大きくなる方向に調整可能である。また、銅コアやアルミニウムコアの場合、比透磁率が１に近く、渦電流が生じるので、比透磁率より渦電流の効果が大きく、第２コイル３４Ｅのインダクタンスが小さくなる方向に調整可能である。このように、調整用コア３８の材質は、必要に応じて適宜選択可能である。
【００６８】
以上の通り、第２実施形態では、第１コイル３４Ｃと、インダクタンスが略同一の一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅから構成される差動トランス回路を有する磁性体検出センサ３０によって検出対象の磁性体を検出する。第１実施形態と同様、第２実施形態における磁性体検出センサ３０も、検出対象の比透磁率が第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅに及ぼす影響を検出しているため、地磁気の影響を受けない。従って、安定的に磁性体を検出することができる。また、地磁気の影響を受けないので、従来技術のように２つのセンサ（従来技術の場合には磁気センサ）の差分を計測する必要はなく、磁性体を高感度に検出することができる。
【００６９】
また、第２実施形態でも、磁性体検出センサ３０が、主として、コア３２、第１コイル３４Ｃ、一対の第２コイル３４Ｄ、３４Ｅによって構成されるため、第１実施形態と同様、センサ部３の小型化が可能となる。また、第１実施形態と同様、検出感度に影響を与えるノイズが少なくなり、磁性体を高感度に検出することができる。
【００７０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態において、第１、第２実施形態と同様の構成要件については、第１、第２実施形態と同じ符号を用い、その構成要件については詳細な説明を省略する。第１、第２実施形態と第３実施形態は、主にセンサ制御部６の構成が異なる。第３実施形態のセンサ制御部６は、第１、第２実施形態のいずれの磁性体検出センサ３０に対しても適用可能である。以下では、第１実施形態の磁性体検出センサ３０を例に挙げて説明する。
【００７１】
図６は、第３実施形態における磁性体検出装置の装置構成図である。図１と図６を比較すると、センサ部３とセンサ制御部６の構成が異なる。一般に、センサは温度変化の影響を受ける。本発明に係る磁性体検出センサ３０も例外ではなく、ある程度の温度変化の影響を受ける。そこで、第３実施形態では、センサカバー３１内の温度を一定に保つ仕組みを実現する。
【００７２】
センサ部３は、磁性体検出センサ３０に加えて、温度センサ３９を備える。温度センサ３９は、センサカバー３１内の温度を計測し、信号処理部５のコンピュータ５２に温度データを送信する。
【００７３】
センサ制御部６は、センサバランス調整機構６１に加えて、エアポンプ６２、加熱装置６３を備える。エアポンプ６２は、磁性体検出センサ３０のセンサカバー３１内にエアを送出する。加熱装置６３は、エアポンプ６２によってセンサカバー３１内に送出されるエアを加熱する。
【００７４】
図７は、第３実施形態における磁性体検出センサの断面図である。センサカバー３１は、エアポンプ６２によって外部から送り込まれるエアの通路となる通風管３１３を備える。コア３２には、エアの通路として、長手方向Ｘに貫通する通風孔３２２が設けられる。コイルボビン３３には、エアの通路として、中空部３３１よりも径方向外側の位置に、周方向において環状に形成される通風孔３３３が形成される。通風孔３３３の長手方向Ｘと直交する断面は、ドーナツ状である。尚、図７には図示しないが、センサカバー３１の後端部３１２には、エアの送出孔と排出孔が設けられる。
【００７５】
図７では、矢印によってエアの流れを図示している。エアポンプ６２によって不図示の送出孔から送り込まれるエアは、通風管３１３、コア３２の通風孔３２２、コイルボビン３３の通風孔３３３を通り、不図示の排出孔から出ていく。
【００７６】
ここで、センサカバー３１内の温度を一定にする磁性体検出方法について説明する。温度センサ３９は、温度データを随時コンピュータ５２に送信する。コンピュータ５２は、温度データの変化を検出すると、設定温度のエアをセンサカバー３１内に送出するように、エアポンプ６２と加熱装置６３に対して制御信号を送信する。エアポンプ６２は、コンピュータ５２からの制御信号に従い、磁性体検出センサ３０のセンサカバー３１内にエアを送出する。加熱装置６３は、コンピュータ５２からの制御信号に従い、エアポンプ６２によってセンサカバー３１内に送出されるエアが設定温度となるように加熱する。設定温度は、環境温度よりも高い値とする。このようにして、第３実施形態における磁性体検出装置１は、温度センサ３９の情報を基に加熱装置６３でエアの温度を一定に制御し、センサカバー３１内で環境温度よりも高温のエアを循環させ、センサカバー３１内の温度を一定に保つ。
【００７７】
設定温度を環境温度よりも高い値とする理由は、センサカバー３１内から外部に流出する熱量と、エアポンプ６２によるセンサカバー３１内に流入する熱量を等しくし、センサカバー３１内を熱的平衡状態にするためである。反対に、設定温度を環境温度よりも低い値とすることによって同様の目的を達成することも可能である。この場合、エアポンプ６２からは更に低い温度のエアをセンサカバー３１内に送出し、センサカバー３１内を熱的平衡状態にする。
【００７８】
尚、前述の方法に代えて、エアポンプ６２から常時一定温度の大量のエアを送出することによって、センサカバー３１内の温度を一定に保つこともできる。この場合、温度センサ３９は、センサカバー３１内に設ける必要はない。
【００７９】
第３実施形態では、センサカバー３１内の温度を一定に保つことができる。従って、磁性体検出センサ３０は、温度変化の影響を受けず、磁性体を高感度に検出することができる。
【００８０】
＜第４実施形態＞
第４実施形態において、第１、第２実施形態と同様の構成要件については、第１、第２実施形態と同じ符号を用い、その構成要件については詳細な説明を省略する。第１、第２実施形態と第４実施形態は、主にセンサ制御部６の構成が異なる。第４実施形態のセンサ制御部６は、第１、第２実施形態のいずれの磁性体検出センサ３０に対しても適用可能である。以下では、第１実施形態の磁性体検出センサ３０を例に挙げて説明する。
【００８１】
図８は、第４実施形態における磁性体検出装置の装置構成図である。図１と図８を比較すると、センサ制御部６の構成が異なる。第３実施形態では、センサカバー３１内の温度を一定に保つ仕組みを実現するものとしたが、第４実施形態では、センサカバー３１内の温度変化の影響を受けにくくする仕組みを実現する。
【００８２】
センサ制御部６は、センサバランス調整機構６１に加えて、アクチュエータ６４を備える。アクチュエータ６４は、コイルボビン３３を長手方向Ｘの所定位置に移動させる。コイルボビン３３は、コア３２を内部に有するとともに、コイル３４Ａ、３４Ｂが周方向に巻かれているので、コイルボビン３３の長手方向Ｘの位置が移動すれば、コア３２、コイル３４Ａ、３４Ｂの長手方向Ｘの位置も移動することになる。
【００８３】
図９は、第４実施形態における磁性体検出センサの断面図である。アクチュエータ６４は、コイルボビン３３との連結部６４１を備える。連結部６４１は、コイルボビン３３の後端部３３５と連結する。コイルボビン３３は、その前端部３３４が、アクチュエータ６４によって第１計測位置Ｐ１から第２計測位置Ｐ２まで移動可能になっている。第１計測位置Ｐ１の長手方向Ｘの位置は、第２計測位置Ｐ２の長手方向Ｘの位置よりも、センサカバー３１の前端部３１１側である。磁性体を検出する際、操作者は、センサカバー３１の前端部３１１を検出対象の磁性体が存在し得る方向に向けるので、第１計測位置Ｐ１は、第２計測位置Ｐ２よりも検出対象に近い位置である。
【００８４】
ここで、センサカバー３１内の温度変化の影響を受けなくする磁性体検出方法について説明する。操作者が磁性体検出装置１を起動させると、コンピュータ５２は、コイルボビン３３の前端部３３４の位置を第１計測位置Ｐ１に移動させるための制御信号をアクチュエータ６４に送信する。アクチュエータ６４は、コンピュータ５２からの制御信号に従い、コイルボビン３３の前端部３３４を第１計測位置Ｐ１まで移動させる。そして、第１実施形態と同様、コンピュータ５２は、信号検出部４から出力される振幅信号と位相差信号のサンプリング値（第１検出信号）を得る。
【００８５】
次に、コンピュータ５２は、コイルボビン３３の前端部３３４の位置を第２計測位置Ｐ２に移動させるための制御信号をアクチュエータ６４に送信する。アクチュエータ６４は、コンピュータ５２からの制御信号に従い、コイルボビン３３の前端部３３４を第２計測位置Ｐ２まで移動させる。そして、第１実施形態と同様、コンピュータ５２は、信号検出部４から出力される振幅信号と位相差信号のサンプリング値（第２検出信号）を得る。
【００８６】
次に、コンピュータ５２は、第１計測位置Ｐ１において得られるサンプリング値（第１検出信号）と、第２計測位置Ｐ２において得られるサンプリング値（第２検出信号）との差を計算する。そして、コンピュータ５２は、この計算によって得られる振幅信号と位相差信号に基づいて、磁性体の存在有無や位置同定の判定を行う。
【００８７】
この方法によってセンサカバー３１内の温度変化の影響を受けない理由を説明する。計測結果におけるセンサカバー３１内の温度変化の影響分をＸとすると、第１計測位置Ｐ１におけるサンプリング値Ｓ１は、磁性体による影響分をＡとしたとき、Ｓ１＝Ａ＋Ｘとなる。ここで、温度変化の影響は、磁性体による影響と独立である。同様に、第２計測位置Ｐ２におけるサンプリング値Ｓ２は、磁性体による影響分をＢとしたとき、Ｓ２＝Ｂ＋Ｘとなる。従って、サンプリング値の差を計算すると、Ｓ１−Ｓ２＝（Ａ＋Ｘ）−（Ｂ＋Ｘ）＝Ａ−Ｂとなり、温度変化による影響であるＸに依存しない値となる。従って、温度変化の影響を受けない。このように、第４実施形態では、センサカバー３１内の温度変化の影響を受けないので、磁性体を高感度に検出することができる。
【００８８】
＜第５実施形態＞
第５実施形態において、第１、第２実施形態と同様の構成要件については、第１、第２実施形態と同じ符号を用い、その構成要件については詳細な説明を省略する。第１、第２実施形態と第５実施形態は、信号処理部５のコンピュータ５２による判定処理が異なる。第５実施形態のコンピュータ５２による判定処理は、第１、第２実施形態のいずれの磁性体検出センサ３０に対しても適用可能である。以下では、第１実施形態の磁性体検出センサ３０を例に挙げて説明する。
【００８９】
図１０は、第５実施形態における磁性体の種別ごとの振幅変化および位相変化のグラフである。第１実施形態においては、コンピュータ５２は、磁性体の存在有無や位置同定の判定のみを行っている。これに対し、第５実施形態においては、コンピュータ５２は、検出対象の種別判定も行う。図１０は、コンピュータ５２による判定基準となるデータを図示している。
【００９０】
図１０は、横軸を位相変化、縦軸を振幅変化としたグラフである。図１０では、磁性体検出センサ３０の周辺に検出対象がない状態における検出信号を基準とし、その検出信号をプロットした点を原点とする。磁性体検出センサ３０が検出対象に接近していく過程では、検出対象が磁性体検出センサ３０から遠方にある場合、位相変化も振幅変化も生じないが、磁性体検出センサ３０が検出対象に次第に接近すると、位相変化と振幅変化が大きくなる。図１０は、磁性体の種別ごとに、この過程をプロットしたものである。図１０に示すように、振幅変化と位相変化は略直線上にプロットされる。また、検出対象の種別ごとに位相変化と振幅変化の比が異なる。従って、位相変化と振幅変化の比に基づいて、検出対象の種別を判定することが可能となる。
【００９１】
ここで、第５実施形態における磁性体検出方法を説明する。予め、コンピュータ５２は、磁性体の種別ごとに位相変化と振幅変化の比を記憶しておく。事前準備と、操作者が磁性体検出装置１を起動させてから、信号検出部４が振幅信号と位相差信号を信号処理部５に出力するまでの動作は、第１実施形態と同様である。
【００９２】
信号処理部５のコンピュータ５２は、信号検出部４から出力される振幅信号と位相差信号に基づいて、位相変化と振幅変化の比を計算する。次に、コンピュータ５２は、予め記憶されている位相変化と振幅変化の比の値の中で、計算された値と最も近い値を探索する。そして、コンピュータ５２は、探索された値と計算された値との誤差が所定の範囲内であれば、探索された値に対応する種別の磁性体が存在すると判定し、その磁性体の種別を表示する旨の制御信号を計測データ表示回路４４３に送信する。計測データ表示回路４４３は、コンピュータ５２からの制御信号に従い、磁性体の種別を表示する。また、コンピュータ５２は、磁性体の種別ごとにアラーム方法を予め記憶しておき、その磁性体の種別に対応するアラーム方法によってアラームを出力する旨の制御信号をアラーム出力回路５３４に送信するようにしても良い。このように、第５実施形態では、検出対象の種別判定も行うことができる。
【００９３】
尚、位相変化と振幅変化が略直線上にプロットされるという事実は、位相変化と振幅変化の比が、磁性体検出センサ３０と検出対象の距離に関して変化しないことを意味する。すなわち、位相変化と振幅変化の比は、磁性体検出センサ３０と検出対象の距離の影響を受けにくいことを意味する。従って、操作者の人的要因や、磁性体検出センサ３０と検出対象との間に介在物（皮膚や脂肪組織、場合によっては滅菌袋や塗料、絶縁被覆等）があっても、高精度に検出対象の種別を判定することが可能となる。
【００９４】
例えば、ステンレススチールの場合、位相変化が小さく、振幅変化が大きいので、検出対象がステンレススチール製の鉗子やピンセット等の場合、位相変化よりも振幅変化に基づく判定処理の方が精度良く検出できると推察される。反対に、検出対象が磁性流体の場合、振幅変化が小さく、位相変化が大きいため、振幅変化よりも位相変化に基づく判定処理の方が精度良く検出できると推察される。従って、コンピュータ５２は、磁性体検出センサ３０から得られる検出信号の位相変化および振幅変化の両方に基づいて判定処理を行うことによって、検出対象がどのような磁性体であっても、精度良く検出することができる。
【００９５】
＜本発明の動作原理＞
第１実施形態における磁性体検出センサ３０は交流ブリッジ回路を構成し、第２実施形態における磁性体検出センサ３０は差動トランス回路を構成する。交流ブリッジ回路や差動トランス回路自体は公知の技術であり、それぞれインピーダンス計測や変位センサに利用されている。以下では、本発明に係る磁性体検出センサと、インピーダンス計測に利用される交流ブリッジ回路や変位センサに利用される差動トランス回路との違いを説明するとともに、本発明の動作原理を説明する。
【００９６】
図１１（ａ）は、第１実施形態および第２実施形態における磁性体検出センサが検出対象に接近したときの振幅および位相変化のグラフである。横軸は、磁性体検出センサ３０のセンサ回路バランスが合った状態（検出対象が近傍に存在しない状態で振幅検出部４２の出力が最低になるように磁性体検出センサ３０を調整した状態）を原点としたときのバランスのズレの大きさを示す。縦軸は、磁性体検出センサ３０のセンサ回路バランスが合った状態を原点としたときの振幅及び位相を示す。
【００９７】
第１実施形態および第２実施形態における磁性体検出センサ３０は、それぞれ回路が異なるが、センサの出力特性は共通である。振幅は、理想的な状態では、センサ回路バランスが合った状態においてゼロになり、バランスのずれに対して直線的なグラフになる。しかし、実際には、図１１（ａ）に示す振幅１０１のように、センサ回路バランスが合った状態でも、センサ回路出力はゼロにならず、センサ回路バランスが合った状態で平坦になる。また、位相は、理想的な状態では、センサ回路バランスが合った状態を境に不連続にプラスとマイナスが切り替わる。しかし、実際には、図１１（ａ）に示す位相１０２のように、センサ回路バランスが合った状態の近辺で連続的に変化する。
【００９８】
以下では、まず、第２実施形態における磁性体検出センサ３０と、差動トランス回路を用いた公知の変位センサとの違いを説明する。
【００９９】
公知の変位センサでは、可動コアを変位させることで回路のバランスを意図的に崩し、その出力信号の振幅を変位に比例した値として利用している。すなわち、変位センサに交流信号を入力すると、回路バランスのズレに応じて出力の振幅は大きくなる。ここで、回路バランスが合った状態を境にプラスとマイナスの回路バランスのズレに対し、振幅はともに大きくなる。つまり、公知の変位センサでは、振幅が減少する方向には変化しない点が注目される。また、回路バランスが合った状態の近辺では、振幅変化がほとんど生じない点も注目される。位相の変化については、マイナス方向の回路バランスのズレに対する位相を＋９０度とすると、プラス方向の回路バランスのズレに対する位相は−９０度となる。この位相変化は、回路バランスが合った状態を境に連続的に生じる。図１１（ａ）に示す領域１０３（斜線部）は、振幅変化が小さく、位相変化も不安定となるため、変位センサとして差動トランス回路を用いる場合に避ける領域である。
【０１００】
これに対して、第２実施形態における磁性体検出センサ３０は、可動コアを備えない。すなわち、コア３２は、第１コイル３４Ｃ、第２コイル３４Ｄ、３４Ｅとの相対的な位置関係が固定されている。そして、そのコア３２近傍に検出対象が接近したときのセンサ出力を磁性体検出に利用している。また、変位センサ用の差動トランス回路では避けられる図１１（ａ）に示す領域１０３の特性を利用し、磁性体検出センサ３０としている。この領域１０３は、バランスのズレに対する位相変化の割合（位相１０２の傾きの絶対値）が大きい範囲である。このことから、回路バランスの微小な変化に伴い、急激な位相変化が生じるので、非常に高感度なセンサになる。また、この領域１０３では、振幅変化が非常に小さいという特性を有する。尚、領域１０３の範囲は、感度と誤検出のトレードオフを考慮し、適宜変更することができる。
【０１０１】
以上の通り、第２実施形態における磁性体検出センサ３０と、差動トランス回路を用いた公知の変位センサは、コアとセンサコイルとの相対的な位置関係が固定されているか、それとも変化するのかという違いがある。また、磁性体検出センサ３０では、バランスのズレに対する位相変化の割合が大きい範囲のセンサ出力を利用し、差動トランス回路を用いた公知の変位センサでは、その範囲のセンサ出力を避けている、という違いがある。
【０１０２】
同様に、第１実施形態における磁性体検出センサ３０も、インピーダンス計測を目的とした公知の交流ブリッジ回路との違いがある。第１実施形態における磁性体検出センサ３０は、同一のコア３２に一対のコイル３２Ａ、３２Ｂが巻かれている。一方、インピーダンス計測を目的とした公知の交流ブリッジ回路は、インピーダンスが未知のコイルと既知のコイルが別々に接続されることから、物理的に独立したコイルが複数存在する。また、第１実施形態における磁性体検出センサ３０は、第２実施形態における磁性体検出センサ３０と同様、バランスのズレに対する位相変化の割合が大きい範囲のセンサ出力を利用する。一方、インピーダンス計測を目的とした公知の交流ブリッジ回路は、回路バランスを合わせるだけである。
【０１０３】
次に、第１実施形態および第２実施形態における磁性体検出センサ３０の動作原理について詳細に説明する。
【０１０４】
この領域１０３のセンサ回路バランスが合った状態で、検出対象に磁性体検出センサ３０を接近させると、検出対象が導電性の磁性体の場合、検出対象に渦電流が生じる。第１実施形態における磁性体検出センサ３０であれば、渦電流によって前端部３１１側のコイル３４Ａのインピーダンスが減少し、第２実施形態における磁性体検出センサ３０であれば、渦電流によって検出対象に近い前端部３１１側の第２コイル３４Ｄのインダクタンスが低下する。また、検出対象に生じる渦電流と検出対象の電気抵抗によって電力が消費され、位相の変化に比べ振幅の変化は小さくなる。例えば、検出対象がアルミニウムや銅のように電気抵抗が小さい場合には出力信号振幅の減少は小さく、検出対象が鉛や白銅のように電気抵抗率が大きい場合には出力信号振幅の減少は大きい。また、例えば、検出対象がフェライトのように渦電流が生じない場合には回路の出力信号振幅は減少せず、図１１（ａ）におけるバランスのズレに応じた若干の振幅増加の変化が生じる。
【０１０５】
検出対象の比透磁率が１よりはるかに大きい場合、渦電流によるインピーダンスやインダクタンスの減少の影響よりも比透磁率の影響が大きい。従って、高い比透磁率によって、第１実施形態における磁性体検出センサ３０であれば、前端部３１１側のコイル３４Ａのインピーダンスが増大し、第２実施形態における磁性体検出センサ３０であれば、検出対象に近い前端部３１１側の第２コイル３４Ｄのインダクタンスが増大する。例えば、アルミニウムや銅の比透磁率は略１であるのに対し、鉄は種類によって異なるが２０００以上ある。そのため、渦電流によるインピーダンスやインダクタンスの減少よりも、比透磁率によるインピーダンスやインダクタンスの増加の方が優位になり、しかも鉄は導電性があるため渦電流が生じ、振幅が減少する方向に進む。
【０１０６】
例えば、検出対象がアルミニウムや銅の場合、磁性体検出センサ３０が検出対象に接近すると、図１１（ａ）において振幅は減少し、位相は負の方向に変化する。これに対し、検出対象が鉄の場合、磁性体検出センサ３０が検出対象に接近すると、図１１（ａ）において振幅は減少し、位相は正の方向に変化する。このように、検出対象の比透磁率や電気抵抗率などの特性により、振幅変化と位相変化に差が生じる。この特性を利用すると、磁性体の存在や位置を検出するだけでなく、磁性体の種別の判定も可能となる。前述の通り、図１０には磁性体の種別毎の実測例が示されている。渦電流が生じないフェライトを除き、その振幅は、センサ回路のバランスが合った状態より更に減少している点が注目される。尚、位相の正負は相対的であり、アルミニウムや銅の位相変化を正の方向とすると、鉄の位相変化は負の方向になる。
【０１０７】
以上のように、第１実施形態および第２実施形態における磁性体検出センサ３０は、従来では避けられて使用されない特異な領域１０３における現象を利用し、高感度に磁性体を検出することができるとともに、磁性体の種別を判定することができる。
【０１０８】
尚、磁性体検出センサ３０が更に検出対象に接近し、領域１０３から外れると、減少していた振幅は反転し、増大するようになる。また、位相変化も非常に小さくなる。
【０１０９】
次に、センサ回路のバランス調整について説明する。図１１（ｂ）は、信号の振幅が最低となるように調整された状態における位相変化を示している。信号の振幅が最低となるとき、理想的には、位相変化がゼロになるはずであるが、実際にはゼロにはならない。すなわち、図１１（ａ）の位相１０２のように原点を通ることはなく、実際には図１１（ｂ）の位相１０２ａ〜１０２ｄのようにズレが生じる。このズレが大きすぎると、磁性体検出センサ３０として機能しない。例えば、位相１０２ａはプラス部分が領域１０３から完全に外れており、位相１０２ｄはマイナス部分が領域１０３から完全に外れているので、磁性体が感度良く検出できなかったり、誤検出が生じたりする。一方、位相１０２ｂや位相１０２ｃは、縦軸との交点が原点からずれてはいるものの、プラス部分もマイナス部分もほとんど領域１０３に含まれているので、誤検出を抑えながら、感度良く磁性体を検出することができる。従って、信号の振幅が最低となるとき、位相差が、−α＜位相差＜α（αは、０度＜α＜９０度を満たす定数）となるように調整することによって、感度良く磁性体を検出することができる。定数αは、磁性体検出センサ３０に要求される感度に応じて適宜設定すれば良い。
【０１１０】
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る磁性体検出センサ等の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではない。例えば、コア３２はフェライトコアを例示したが、ケイ素鋼板製のコアでも良く、その他、磁性体検出センサ３０の動作周波数に適したものであれば、どのようなものでも良い。
【０１１１】
また、前述の説明では、第１実施形態におけるコイル３４Ａ、３４Ｂは、巻方向が同一としたが、巻方向が反対であっても磁性体の検出は可能である。これは、図３、図５を参照しながら、次のように説明できる。第２実施形態における磁性体検出センサ３０において、第１コイル３４Ｃに代えて、第５端子３６５に交流信号を給電することによって、同様のセンサ出力を得ることができる。このような回路を考えた場合、交流信号の一端は第５端子３６５になり、もう一端はアースになる。また、第１端子３６１と第３端子３６３は、差動入力増幅器に入力されることになるが、この２つの入力は実質的に抵抗を挟んでアースに接続されることになる。そうすると、この回路は実質的に図３に示す交流ブリッジ回路になる。但し、一対のコイルの巻方向は反対である。すなわち、第１実施形態におけるコイル３４Ａ、３４Ｂは、巻方向が反対であっても、第１実施形態や第２実施形態における磁性体検出センサ３０と同様のセンサ出力を得ることができ、磁性体の検出が可能となる。尚、この説明からも分かる通り、第１実施形態と第２実施形態は、構成が異なるものの、同様のセンサ出力を得ることができることから、基本的な技術的思想は同一であると言える。
【０１１２】
また、前述の説明では、第１実施形態において、調整用トリマ抵抗３７を２つの抵抗３５Ａ、３５Ｂの間に位置させている。しかし、交流ブリッジ回路のバランスを調整するために、検出端子から出力される検出信号の振幅を調整する調整手段としては、他にも考えられる。例えば、抵抗３５Ａ、３５Ｂのいずれかを調整用トリマ抵抗３７にしても良い。また、調整用トリマ抵抗３７を取り除き、図４に示す調整用コア３８を付けても良い。
【０１１３】
また、前述の説明では、第１実施形態において、交流ブリッジ回路を構成する素子として、コイル３４Ａ、３４Ｂの他に、抵抗３５Ａ、３５Ｂを使用している。しかし、交流ブリッジ回路を構成する素子としては、他にも考えられる。例えば、抵抗３５Ａ、３５Ｂに代えて、コイルやコンデンサを使用しても良い。すなわち、第１実施形態における磁性体検出センサ３０は、一対の素子および一対のコイルから交流ブリッジ回路が構成されれば良い。尚、コンデンサを使用する場合、コイルとコンデンサによる共振周波数を考慮する必要がある。
【符号の説明】
【０１１４】
１.........磁性体検出装置
２.........交流信号発生部
４.........信号検出部
５.........信号処理部
３０.........磁性体検出センサ
３２.........コア
３３.........コイルボビン
３４Ａ〜３４Ｅ.........コイル
３５Ａ〜３５Ｂ.........抵抗
３６１.........第１端子
３６２.........第２端子
３６３.........第３端子
３６４.........第４端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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