(57)【要約】【課題】細長い器具の位置や曲がりの検出が可能な３軸磁気センサ、並びに、これを用いた連結モジュール及びセンサプローブを提供すること。【解決手段】３軸磁気センサ１０ａは、コの字型に折り曲げられたフレキシブル基板２０ａと、各面にそれぞれ実装された３個のセンサ基板４０ａ〜４０ｃと、フレキシブル基板２０ａを保持するためのホルダ５０ａとを備えている。センサ基板４０ａ〜４０ｃは、センサ素子の感磁方向が互いに非平行となるように、フレキシブル基板２０ａに実装されている。ホルダ５２ａは、貫通穴５２と、貫通穴５２の周囲に設けられたコの字型の載置部５４とを備え、フレキシブル基板２０ａは載置部５４に載置されている。連結モジュールは、２個以上の３軸磁気センサを一方向に並べ、リード線で繋いだものからなる。センサプローブは、このような３軸磁気センサ又は連結モジュールをカバー内に挿入したものからなる。【選択図】図１
2018054461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の構成を備えた３軸磁気センサ。
（１）前記３軸磁気センサは、
コの字型に折り曲げられた３個の平板部を持つフレキシブル基板と、
前記３個の平板部にそれぞれ実装された３個のセンサ基板と、
前記フレキシブル基板を保持するためのホルダと
を備えている。
（２）前記センサ基板は、それぞれ、センサ素子を備え、
前記センサ基板は、前記センサ素子の感磁方向が前記平板部の面内方向にあり、かつ、感磁方向が互いに非平行となるように、前記平板部に実装されている。
（３）前記ホルダは、
軸方向に沿って貫通している貫通穴と、
前記貫通穴の周囲に設けられたコの字型の載置部と
を備え、
前記フレキシブル基板は、前記載置部に載置されている。
【請求項２】
前記フレキシブル基板には、前記各センサ素子の出力を増幅するための増幅回路がさらに実装されている請求項１に記載の３軸磁気センサ。
【請求項３】
前記フレキシブル基板の表面又は裏面のいずれか一方の面には、前記各センサ基板及び前記増幅回路が実装され、かつ、前記各センサ素子から出力を取り出すための配線（Ａ）及びパッド（Ａ）が形成されている請求項２に記載の３軸磁気センサ。
【請求項４】
前記フレキシブル基板の他方の面には、前記３軸磁気センサの入出力数に応じた数の配線（Ｂ）、並びに、前記配線（Ｂ）の入力側に接続されたパット（Ｂ）及び出力側に接続されたパッド（Ｃ）が形成されている請求項３に記載の３軸磁気センサ。
【請求項５】
以下の構成をさらに備えた請求項１から４までのいずれか１項に記載の３軸磁気センサ。
（５）前記フレキシブル基板は、
一端が３個の短冊片に分割されており、
前記各短冊片には、それぞれ、前記センサ基板が実装されており、
中央にある前記短冊片の側面又はその近傍に沿って折り曲げられている。
（６）前記ホルダは、
中央にある前記短冊片を載置するための平坦部と、
左右にある前記短冊片を挿入するための挿入穴と
を備えている。
【請求項６】
前記センサ素子は、ナノグラニュラーＧＭＲ型磁気センサからなる請求項１から５までのいずれか１項に記載の３軸磁気センサ。
【請求項７】
以下の構成を備えた連結モジュール。
（１）前記連結モジュールは、
最上流側に配置された第１センサと、
前記第１センサの下流側に向かって、一方向に配置された１個又は２個以上の第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）と
を備え、
前記第１センサは、請求項３から６までのいずれか１項に記載の３軸磁気センサからなり、
前記第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）は、請求項４から６までのいずれか１項に記載の３軸磁気センサからなる。
（２）前記連結モジュールは、
上流側に配置された前記第ｋセンサ（１≦ｋ≦ｎ−１）の前記パッド（Ａ）と、下流側に配置された前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ｂ）とを繋ぐリード線（α）と、
前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ｃ）に接続されたリード線（β）と、
前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ａ）に接続されたリード線（γ）と
を備えている。
【請求項８】
円筒状のカバーと、
前記カバー内に収容された、（ａ）請求項１から６までのいずれか１項に記載の１個若しくは２個以上の３軸磁気センサ、及び／又は、（ｂ）請求項７に記載の１個若しくは２個以上の連結モジュールと
を備えたセンサプローブ。
【請求項９】
前記カバー内の軸方向に沿って２個以上の前記３軸磁気センサ及び／又は前記連結モジュールが収容されており、
少なくとも１つの前記３軸磁気センサ又は前記連結モジュールは、他の前記３軸磁気センサ又は前記連結モジュールとは異なる回転角度で前記カバー内に収容されている請求項８に記載のセンサプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３軸磁気センサ、連結モジュール、及びセンサプローブに関し、さらに詳しくは、内視鏡やカテーテルなどの細長い器具の位置や曲がりの検出に用いることが可能な３軸磁気センサ、このような３軸磁気センサを２個以上組み合わせた連結モジュール、及び、このような３軸磁気センサ又は連結モジュールを備えたセンサプローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサとしていろいろな方式（例えば、ホール素子、ＡＭＲ素子、ＧＭＲ素子、フラックスゲート、ＭＩ素子、ＳＱＵＩＤなど）が知られている。これらは、一般に、実装面に対して垂直方向か水平方向のどちらかの磁界しか測定できない。そのため、このような磁気センサを用いて３次元の磁界を検出するために、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１、２には、実装面に対して磁気センサを傾斜させて実装する方法が開示されている。
特許文献３には、強磁性材料からなる磁場コンセントレータを用いて、磁気センサに作用する磁力線のコースを変える方法が開示されている。
【０００４】
特許文献４には、基板の表面に対して平行な磁気ベクトルの２軸成分を検出する２軸磁気センサと、基板の表面に対して垂直な磁気ベクトルの成分を検出する磁気検出素子とを備えた３軸磁気センサが開示されている。
特許文献５には、立方体からなるケースの角の３面にセンサ素子を直交配置する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献６には、面内（２次元）の磁界に対して等方的に磁界検出が可能な磁気センサを、互いに直交する３面に立体配置する方法が開示されている。
さらに、特許文献７には、フレキシブル基板上に２つの磁界センサーを取り付け、フレキシブル基板を折り曲げて、各磁界センサを直交する平面上に配置する方法が開示されている。
【０００６】
３次元の磁界を検出することが可能な磁気センサ（３軸磁気センサ）は、内視鏡やカテーテルの位置の検出に用いることが検討されている（例えば、非特許文献１参照）。このような医療機器に３軸磁気センサを利用するためには、３軸磁気センサは、
（ａ）その大きさができるだけ小さいこと、
（ｂ）水平方向と垂直方向の磁界に対する出力が同等であること、
などが求められる。
【０００７】
しかしながら、従来の３軸磁気センサは、いずれも水平方向と垂直方向の磁界に対する出力が同等でない場合が多い。そのため、水平方向と垂直方向の磁界の大きさを知るために、複雑な演算を行う必要があった。
また、単純に素子を３次元的に実装することは、技術的に難易度が高い。なぜならば、一般的な実装設備は平面内に部品を実装することを前提に作られており、側面に部品を実装することはできない。別々に実装した基板を立体的に組み立てることは可能だが、サイズが大きくなってしまうことと、製造コストが高くなるという課題がある。
【０００８】
さらに、３軸磁気センサから計測回路までの配線が長いとノイズが大きくなるので、３軸磁気センサの近くに初段の増幅回路を設置することが一般的である。しかし、増幅回路を追加することで配線数が増えるため、カテーテルのような細い空間内に３軸磁気センサを配置することは困難である。また、カテーテルの曲がりなどを検出したいときには、少なくとも２箇所に３軸磁気センサを配置する必要があるが、配線数がさらに増えるので、結果的に器具のサイズを大きくしたり、器具又は３軸磁気センサの機能を制限するなどの措置が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２４９５４４号公報
【特許文献２】特開２００７−１４７６４９号公報
【特許文献３】特開２００２−０７１３８１号公報
【特許文献４】特開２００６−０２３３１８号公報
【特許文献５】特開平６−２５８４１１号公報
【特許文献６】特開平１１−２７４５９８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】戸津  健太郎、芳賀  洋一、江刺  正喜、「カテーテル先端の位置・姿勢を検出する磁気センサシステム」、電気学会論文誌Ｅ、2000年、Vol. 120(5)、211-218
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、内視鏡やカテーテルなどの細長い器具の位置や曲がりの検出に用いることが可能な新規な３軸磁気センサ、並びに、これを用いた連結モジュール及びセンサプローブを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、サイズが小さく、かつ、製造コストも低い新規な３軸磁気センサ、並びに、これを用いた連結モジュール及びセンサプローブを提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、器具のサイズを大きくしたり、あるいは、機能を制限することなく、位置や曲がりを検出することが可能な新規な３軸磁気センサ、並びに、これを用いた連結モジュール及びセンサプローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明に係る３軸磁気センサは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記３軸磁気センサは、
コの字型に折り曲げられた３個の平板部を持つフレキシブル基板と、
前記３個の平板部にそれぞれ実装された３個のセンサ基板と、
前記フレキシブル基板を保持するためのホルダと
を備えている。
（２）前記センサ基板は、それぞれ、センサ素子を備え、
前記センサ基板は、前記センサ素子の感磁方向が前記平板部の面内方向にあり、かつ、感磁方向が互いに非平行となるように、前記平板部に実装されている。
（３）前記ホルダは、
軸方向に沿って貫通している貫通穴と、
前記貫通穴の周囲に設けられたコの字型の載置部と
を備え、
前記フレキシブル基板は、前記載置部に載置されている。
【００１３】
本発明に係る連結モジュールは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記連結モジュールは、
最上流側に配置された第１センサと、
前記第１センサの下流側に向かって、一方向に配置された１個又は２個以上の第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）と
を備え、
前記第１センサは、センサ素子から出力を取り出すための配線（Ａ）及びパッド（Ａ）を備えた３軸磁気センサからなり、
前記第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）は、配線（Ａ）及びパッド（Ａ）に加えて、３軸磁気センサの入出力数に応じた数の配線（Ｂ）、パッド（Ｂ）及びパッド（Ｃ）を備えた３軸磁気センサからなる。
（２）前記連結モジュールは、
上流側に配置された前記第ｋセンサ（１≦ｋ≦ｎ−１）の前記パッド（Ａ）と、下流側に配置された前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ｂ）とを繋ぐリード線（α）と、
前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ｃ）に接続されたリード線（β）と、
前記第（ｋ＋１）センサの前記パッド（Ａ）に接続されたリード線（γ）と
を備えている。
【００１４】
さらに、本発明に係るセンサプローブは、
円筒状のカバーと、
前記カバー内に収容された、（ａ）本発明に係る１個若しくは２個以上の３軸磁気センサ、及び／又は、（ｂ）本発明に係る１個若しくは２個以上の連結モジュールと
を備えていることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１５】
フレキシブル基板の表面及び／又は裏面に３個のセンサ基板を実装し、実装後にフレキシブル基板をコの字型に折り曲げ、折り曲げられたフレキシブル基板をホルダで保持すると、本発明に係る３軸磁気センサが得られる。フレキシブル基板には、初段の増幅回路を実装することもできる。このようにして得られた３軸磁気センサは、サイズを小さくすることができるので、内視鏡やカテーテルなどの細長い器具の内部に挿入することができる。また、一般的な実装設備を用いて実装することが可能であるため、製造コストの増大を抑制することができる。
【００１６】
また、フレキシブル基板の一方の面にセンサ基板等を実装し、他方の面に３軸磁気センサの入出力数に応じた配線（Ｂ）を施し、複数の３軸磁気センサをリード線で連結すると、本発明に係る連結モジュールが得られる。本発明に係る３軸磁気センサ及び連結モジュールは、サイズが小さいため、細長い器具の軸方向に沿って複数個挿入することもできる。そのため、器具のサイズを大きくしたり、あるいは、器具又は３軸磁気センサの機能を制限することなく、器具の位置や曲がりを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る３軸磁気センサの分解斜視図である。
【図２】フレキシブル基板の平面図（図２（Ａ））及び裏面図（図２（Ｂ））である。
【図３】フレキシブル基板の回路図である。
【図４】ホルダの平面図、正面図、Ａ−Ａ’線断面図、及びＢ−Ｂ’線断面図である。
【００１８】
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る３軸磁気センサの分解斜視図である。
【図６】本発明に係る連結モジュールの斜視図である。
【図７】本発明に係るセンサプローブの斜視図、並びに、Ａ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図、Ｃ−Ｃ’線断面図、及びＤ−Ｄ’線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．  ３軸磁気センサ（１）］
図１に、本発明の第１の実施の形態に係る３軸磁気センサの分解斜視図を示す。図１において、３軸磁気センサ１０ａは、
コの字型に折り曲げられた３個の平板部を持つフレキシブル基板２０ａと、
前記３個の平板部にそれぞれ実装された３個のセンサ基板４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、
前記フレキシブル基板を保持するためのホルダ５０ａと
を備えている。
フレキシブル基板２０ａには、各センサ基板４０ａ〜４０ｃに備えられるセンサ素子の出力を増幅するための増幅回路６０がさらに実装されていても良い。
【００２０】
［１．１．  フレキシブル基板］
［１．１．１．  概要］
フレキシブル基板２０ａは、その表面及び／又は裏面にセンサ基板４０ａ〜４０ｃ、及び、必要に応じて増幅回路６０を実装するためのものである。フレキシブル基板２０ａの表面及び／又は裏面には、さらに必要な個数の配線（図示せず）及びパッド（図示せず）が形成されている。コの字型に折り曲げる前のフレキシブル基板２０ａの平面形状は、特に限定されない。
【００２１】
センサ基板４０ａ〜４０ｃ及び増幅回路６０は、コの字型に折り曲げられたフレキシブル基板２０ａの表面又は裏面のいずれか一方の面に実装されていても良く、あるいは、その全部又は一部が他方の面に実装されていても良い。
後述するように、複数個の３軸磁気センサ１０ａを一直線上に並べて配置する場合において、センサ基板４０ａ〜４０ｃ及び増幅回路６０をフレキシブル基板２０ａの一方の面に実装すると、フレキシブル基板２０ａの他方の面を、上流側に位置する３軸磁気センサ１０ａの中継基板として用いることができる。
【００２２】
ここで、「コの字型に折り曲げられている」とは、隣接する平板部のなす角が９０°±αであることをいい、必ずしも直角に折り曲げられていることを意味しない。しかし、演算を容易化するためには、折り曲げ角度は、９０°に近いほど良い。具体的には、折り曲げ角度は、９０°±２°が好ましく、さらに好ましくは、９０°±０．５°である。
【００２３】
［１．１．２．  フレキシブル基板の具体例］
図２に、フレキシブル基板の一例を示す。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ、コの字型に折り曲げる前のフレキシブル基板の平面図及び裏面図である。図２において、フレキシブル基板２０ａは、一端が３個の短冊片２２ａ、２２ｂ、２２ｃに分割されており、各短冊片２２ａ、２２ｂ、２２ｃの表面には、それぞれ、センサ基板４０ａ、４０ｂ、４０ｃが実装されている。さらに、フレキシブル基板２０ａのほぼ中央の表面には、増幅回路６０が実装されている。
フレキシブル基板２０ａは、中央にある短冊片２２ｂの側面又はその近傍に沿って折り曲げられている。フレキシブル基板２０ａの一端を３個の短冊片２２ａ、２２ｂ、２２ｃに分割すると、フレキシブル基板２０ａの折り曲げが容易化する。
【００２４】
フレキシブル基板２０ａの表面には、各センサ基板４０ａ〜４０ｃに備えられるセンサ素子から出力を取り出すための配線（Ａ）（図示せず）、及びパッド（Ａ）２４ａ〜２４ｆが形成されている。
パッド（Ａ）２４ａ〜２４ｆは、それぞれ、
（ａ）センサ素子の出力端子（Ｖout1〜Ｖout3）、
（ｂ）電源用の端子（Ｖcc）、
（ｃ）接地用の端子（ＧＮＤ）、又は
（ｄ）チップイネーブル信号用の端子（ＣＥ）
として用いられる。
【００２５】
さらに、フレキシブル基板２０ａの裏面には、３軸磁気センサ１０ａの入出力数に応じた数の配線（Ｂ）（図示せず）、並びに、配線（Ｂ）の入力側に接続されたパット（Ｂ）２６ａ〜２６ｆ及び出力側に接続されたパッド（Ｃ）２８ａ〜２８ｆが形成されている。
ここで、「３軸磁気センサ１０ａの入出力数に応じた数」とは、フレキシブル基板２０ａを他の３軸磁気センサ１０ａの中継基板として用いるのに必要な数をいう。
【００２６】
例えば、図２に示すフレキシブル基板２０ａを備えた３軸磁気センサ１０ａの場合、センサ基板４０ａ〜４０ｃ及び増幅回路６０を作動させるためには、少なくとも６本の配線（Ｂ）が必要となる。このような構造を備えた２個の３軸磁気センサ１０ａを一直線上に並べる場合において、下流側に位置する３軸磁気センサ１０ａのフレキシブル基板２０ａの裏面を中継基板として用いるためには、フレキシブル基板２０ａの裏面に少なくとも６本の配線（Ｂ）を形成すれば良い。
同様に、このような構造を備えた３個の３軸磁気センサ１０ａを一直線上に並べる場合において、最下流側に位置する３軸磁気センサ１０ａのフレキシブル基板２０ａの裏面には、少なくとも１０本（但し、電源とアースを共用した場合）の配線（Ｂ）を形成すれば良い。４個以上の３軸磁気センサ１０ａを一直線上に並べる場合も同様である。
【００２７】
なお、複数個の３軸磁気センサ１０ａを一直線上に並べる場合において、最上流側に位置する３軸磁気センサ１０ａについては、配線（Ｂ）、パッド（Ｂ）２６ａ〜２６ｆ、及びパッド（Ｃ）２８ａ〜２８ｆは、必ずしも必要ではない。この点は、３軸磁気センサ１０ａを単独で用いる場合も同様である。
しかし、他方の面（裏面）に形成された配線（Ｂ）は、一方の面（表面）に形成された配線（Ａ）の迂回配線として用いることもできる。配線（Ｂ）を迂回配線として用いる場合、フレキシブル基板２０ａにスルーホールを形成し、配線（Ｂ）と配線（Ａ）とを連結する。
【００２８】
［１．１．３．  回路図］
図３に、フレキシブル基板２０ａの回路図の一例を示す。図３において、上図はフレキシブル基板２０ａの表面に形成される配線を表し、下図はフレキシブル基板の裏面に形成される配線を表す。
【００２９】
フレキシブル基板２０ａの表面には、配線（Ａ）３０ａ〜３０ｉが形成されている。センサ基板４０ａ〜４０ｃに備えられるセンサ素子の出力端子（Ｖout）は、それぞれ、配線（Ａ）３０ａ〜３０ｃを介して、増幅回路６０の入力端子（Ｖin1〜Ｖin3）に接続されている。また、増幅回路６０の出力端子（Ｖout1〜Ｖout3）は、配線（Ａ）３０ｄ〜３０ｆを介して、出力端子用のパッド（Ａ）（Ｖout1〜Ｖout3）に接続されている。
【００３０】
センサ基板４０ａ〜４０ｃの電源用の端子（Ｖcc）及び増幅回路６０の電源用の端子（Ｖcc）は、配線（Ａ）３０ｇを介して、電源用のパッド（Ａ）（Ｖcc）に接続されている。センサ基板４０ａ〜４０ｃの接地用の端子（ＧＮＤ）及び増幅回路６０の接地用の端子（ＧＮＤ）は、配線（Ａ）３０ｈを介して、接地用のパッド（Ａ）（ＧＮＤ）に接続されている。さらに、増幅回路６０のＣＥ端子（ＣＥ）は、配線（Ａ）３０ｉを介して、フレキシブル基板２０ａのＣＥ用のパッド（Ａ）（ＣＥ）に接続されている。
【００３１】
フレキシブル基板２０ａの裏面には、
（ａ）出力端子（Ｖout1〜Ｖout3）用の配線（Ｂ）３２ａ〜３２ｃ、
（ｂ）電源用（Ｖcc）の配線（Ｂ）３２ｄ、
（ｃ）接地用（ＧＮＤ）の配線（Ｂ）３２ｅ、及び、
（ｄ）ＣＥ用の配線（Ｂ）３２ｆ
が形成されている。
さらに、電源を共用するために、配線（Ａ）３０ｇと配線（Ｂ）３２ｄとは、配線（Ｃ）３４ａを介して連結されている。同様に、接地を共用するために、配線（Ａ）３０ｈと配線（Ｂ）３２ｅとは、配線（Ｃ）３４ｂを介して連結されている。
【００３２】
［１．２．  センサ基板］
［１．２．１．  感磁方向］
センサ基板４０ａ〜４０ｃは、コの字型に折り曲げられたフレキシブル基板２０ａの平板部にそれぞれ実装されている。上述したように、センサ基板４０ａ〜４０ｃは、平板部の表面に実装されていても良く、あるいは、裏面に実装されていても良い。３次元の磁界を検出するためには、センサ基板４０ａ〜４０ｃは、センサ素子の感磁方向が平板部の面内方向にあり、かつ、感磁方向が互いに非平行となるように、平板部に実装されている必要がある。
【００３３】
ここで、「感磁方向」とは、センサ素子の磁界感度が最大となるときの外部磁界の印加方向をいう。
「感磁方向が互いに非平行である」とは、３つのセンサ素子の感磁方向の内、２つの感磁方向のなす角が、それぞれ０°超であることをいい、必ずしも感磁方向が互いに直交していることを意味しない。３つの感磁方向のいずれかが、磁界のｘ方向成分、ｙ方向成分及びｚ方向成分を検出可能であれば、３次元の磁界を検出することができる。しかし、演算を容易化するためには、２つの感磁方向のなす角は、それぞれ、９０°に近いほど良い。具体的には、感磁方向のなす角は、９０°±２°が好ましく、さらに好ましくは、９０°±０．５°である。
【００３４】
図２に示すフレキシブル基板２０ａは、センサ基板４０ａ〜４０ｃを実装した後、中央の短冊片２２ｂの側面又はその近傍に沿って、ほぼ直角に折り曲げられる。そのため、センサ基板４０ａのセンサ素子は、感磁方向が紙面の水平方向になるように、フレキシブル基板２０ａに実装されている。一方、センサ素子４０ｂ及び４０ｃのセンサ素子は、それぞれ、感磁方向が紙面の垂直方向になるように、フレキシブル基板２０ａに実装されている。このようなフレキシブル基板２０ａをほぼ直角に折り曲げると、センサ基板４０ａ〜４０ｃは、それぞれ、磁界のｚ方向成分、ｘ方向成分、及びｙ方向成分を検出することが可能となる。
【００３５】
［１．２．２．  実装位置］
３個のセンサ基板４０ａ〜４０ｃは、それぞれ、コの字型に折り曲げられた平板部に実装されるが、その実装位置は、特に限定されない。但し、各センサ素子のｚ軸方向の位置が大きく異なると、３次元の磁界を正確に計測することができない。従って、各センサ基板４０ａ〜４０ｃは、センサ素子のｚ軸方向の位置がほぼ同等となるように、平板部に実装するのが好ましい。
【００３６】
［１．２．３．  センサ素子の種類］
センサ基板４０ａ〜４０ｃに備えられるセンサ素子は、感磁方向が平板部の面内方向にあるものである限りにおいて、特に限定されない。各センサ素子は、同一の構造を備えているものでも良く、あるいは、異なる構造を備えているものでも良い。但し、演算を容易化するためには、各センサ素子は、同一の構造を備えているのが好ましい。
【００３７】
このようなセンサ素子としては、例えば、
（ａ）ホールセンサ、
（ｂ）異方的磁気抵抗（ＡＭＲ：  Anisotropic Magneto-Resistivity）センサ、
（ｃ）巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：  Giant Magneto Resistance）センサ、
などがある。
【００３８】
これらの中でも、ＧＭＲ型磁気センサは、
（ａ）ＡＭＲセンサに比べて電気比抵抗の変化率の最大値（すなわち、ＭＲ比＝△ρ／ρ0（△ρ＝ρH−ρ0：ρHは、外部磁界Ｈにおける電気比抵抗、ρ0は、外部磁界ゼロにおける電気比抵抗））が極めて大きい、
（ｂ）ホールセンサに比べて抵抗値の温度変化が小さい、
（ｂ）ＧＭＲ効果を有する材料が薄膜材料であるために、マイクロ化に適している、
等の利点がある。そのため、ＧＭＲ型磁気センサは、センサ素子として好適である。
【００３９】
ＧＭＲ効果を示す材料としては、強磁性層（例えば、パーマロイ等）と非磁性層（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）の多層膜、あるいは、反強磁性層、強磁性層（固定層）、非磁性層及び強磁性層（自由層）の４層構造を備えた多層膜（いわゆる、「スピンバルブ」）からなる金属人工格子、強磁性金属（例えば、パーマロイ等）からなるｎｍサイズの微粒子と、非磁性金属（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等）からなる粒界相とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってＭＲ（Magneto-Resistivity）効果が生ずるトンネル接合膜、ｎｍサイズの強磁性金属合金微粒子と、非磁性・絶縁性材料からなる粒界相とを備えた金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料等が知られている。
【００４０】
これらの内、スピンバルブに代表される多層膜は、一般に、低磁界における感度が高いという特徴がある。しかしながら、多層膜は、種々の材料からなる薄膜を高精度で積層する必要があるために、安定性や歩留まりが悪く、製作コストを抑えるには限界がある。そのため、この種の多層膜は、専ら付加価値の大きなデバイス（例えば、ハードディスク用の磁気ヘッド）にのみ用いられ、単価の安いＡＭＲセンサやホールセンサとの価格競争を強いられる磁気センサに応用するのは困難であると考えられている。また、多層膜間の拡散が生じやすく、ＧＭＲ効果が消失しやすいため、耐熱性が悪いという大きな欠点がある。
【００４１】
一方、ナノグラニュラー材料は、一般に、作製が容易で、再現性も良い。そのため、これを磁気センサに応用すれば、磁気センサを低コスト化することができる。特に、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、
（ａ）その組成を最適化すれば、室温において１０％を越える高いＭＲ比を示す、
（ｂ）電気比抵抗ρが桁違いに高いので、磁気センサの超小型化と低消費電力化が同時に実現可能である、
（ｂ）耐熱性の悪い反強磁性膜を含むスピンバルブ膜と異なり、高温環境下でも使用可能である、
等の利点がある。そのため、感磁部に金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料を用いたＧＭＲ型センサ（ナノグラニュラーＧＭＲ型センサ）は、センサ素子として好適である。
【００４２】
なお、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、低磁界における磁界感度が非常に小さいという問題がある。そのため、このような場合には、ＧＭＲ膜の両端に軟磁性材料からなるヨークを配置し、ＧＭＲ膜の磁界感度を上げることが好ましい。
すなわち、ナノグラニュラーＧＭＲ型センサは、
巨大磁気抵抗効果を有するＧＭＲ膜と、
前記ＧＭＲ膜の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨークと
を備えているものが好ましい。
【００４３】
ＧＭＲ膜に用いられる金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料としては、具体的には、
（１）Ｃｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ａｌ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｓｍ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、Ｃｏ−Ｄｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金、ＦｅＣｏ−Ｙ2Ｏ3系ナノグラニュラー合金等の酸化物系ナノグラニュラー合金、
（２）Ｆｅ−ＭｇＦ2、ＦｅＣｏ−ＭｇＦ2、Ｆｅ−ＣａＦ2、ＦｅＣｏ−ＡｌＦ3等のフッ化物系ナノグラニュラー合金、
などがある。
【００４４】
薄膜ヨークに用いられる軟磁性材料としては、具体的には、
（ａ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｆｅ74Ｓｉ9Ａｌ17、Ｆｅ12Ｎｉ82Ｎｂ6、Ｆｅ75.6Ｓｉ13.2Ｂ8.5Ｎｂ1.9Ｃｕ0.8、Ｆｅ83Ｈｆ6Ｃ11、Ｆｅ85Ｚｒ10Ｂ5合金、Ｆｅ93Ｓｉ3Ｎ4合金、Ｆｅ71Ｂ11Ｎ18合金、
（ｂ）４０〜９０％Ｎｉ−Ｆｅ合金／ＳｉＯ2多層膜、
（ｃ）Ｆｅ71.3Ｎｄ9.6Ｏ19.1ナノグラニュラー合金、Ｃｏ70Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、Ｃｏ65Ｆｅ5Ａｌ10Ｏ20ナノグラニュラー合金、
（ｄ）Ｃｏ35Ｆｅ35Ｍｇ10Ｆ20ナノグラニュラー合金、
（ｅ）Ｃｏ88Ｎｂ6Ｚｒ6アモルファス合金、(Ｃｏ94Ｆｅ6)70Ｓｉ15Ｂ15アモルファス合金、
などがある。
【００４５】
［１．２．４．  センサ素子の個数］
センサ基板４０ａ〜４０ｃは、
（ａ）１個のセンサ素子を備えているもの、
（ｂ）２個のセンサ素子からなるハーフブリッジ回路を備えているもの、又は、
（ｃ）４個のセンサ素子からなるフルブリッジ回路を備えているもの
のいずれであっても良い。
【００４６】
特に、ハーフブリッジ回路又はフルブリッジ回路を備えた基板は、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償することができるので、センサ基板４０ａ〜４０ｃとして好適である。ハーフブリッジ回路を備えた基板の場合、中点電位が出力される。また、フルブリッジ回路を備えた基板の場合、中点電位の差分が出力される。図２及び図３に示す例において、センサ基板４０ａ〜４０ｃには、ハーフブリッジ回路を備えた基板が用いられている。
【００４７】
［１．３．  ホルダ］
［１．３．１．  概要］
ホルダ５０ａは、フレキシブル基板２０ａを保持するためのものである。ホルダ５０ａは、少なくとも、軸方向に沿って貫通している貫通穴５２と、貫通穴５２の周囲に設けられたコの字型の載置部５４を備えている必要がある。貫通穴５２は、ガイドワイヤ、薬液を注入するためのチューブ等を挿入するために用いられる。また、載置部５４は、フレキシブル基板２０ａを載置するために用いられる。ホルダ５０ａのその他の部分の形状は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な形状を選択することができる。
【００４８】
［１．３．２．  ホルダの具体例］
図４に、ホルダの平面図、正面図、Ａ−Ａ’線断面図、及びＢ−Ｂ’線断面図を示す。図４において、ホルダ５０ａは、図２に示すフレキシブル基板２０ａを保持するためのものであり、中空円筒から不要部分を切除した形状を有している。ホルダ５０ａの中心には、軸方向に沿って貫通穴５２が形成されている。また、ホルダ５０ａのほぼ中央から右端にかけて、貫通穴５２の周囲に、断面がコの字型の載置部５４が形成されている。
【００４９】
載置部５４の上端面は、そのまま＋ｚ軸方向に延長されており、ｘ−ｙ平面上において「Ｔ字型」の平坦部５６を形成している。平坦部５６は、フレキシブル基板２０ａの中央にある短冊片２２ｂを載置するためのものである。
ホルダ５０ａの左端の略円筒部には、フレキシブル基板２０ａの左右にある短冊片２２ａ、２２ｃを挿入するための挿入穴５８ａ、５８ｂが形成されている。コの字型に折り曲げられたフレキシブル基板２０ａを載置部５４の上に載せ、＋ｚ軸方向にスライドさせると、短冊片２２ａ、２２ｃを挿入穴５８ａ、５８ｂに挿入することができる。
【００５０】
［２．  ３軸磁気センサ（２）］
図５に、本発明の第２の実施の形態に係る３軸磁気センサの分解斜視図を示す。図５において、３軸磁気センサ１０ｂは、
コの字型に折り曲げられた３個の平板部を持つフレキシブル基板２０ｂと、
前記３個の平板部にそれぞれ実装された３個のセンサ基板４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、
前記フレキシブル基板を保持するためのホルダ５０ｂと
を備えている。
フレキシブル基板２０ｂには、各センサ素子の出力を増幅するための増幅回路６０がさらに実装されていても良い。
【００５１】
図５において、フレキシブル基板２０ｂは、矩形状の基板をコの字型に折り曲げたものからなり、短冊片を備えていない。また、ホルダ５０ｂは、円筒状の外形を持ち、貫通穴５２の周囲に、一端から他端まで貫通するコの字型の挿入穴５９ａを備えている。挿入穴５９ａの下側の内面が、フレキシブル基板２０ｂを載置するための載置部となる。この点が第１の実施の形態とは異なる。その他の点については、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
［３．  連結モジュール］
本発明に係る連結モジュールは、
最上流側に配置された第１センサと、
前記第１センサの下流側に向かって、一方向に配置された１個又は２個以上の第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）と
を備えている。
【００５３】
［３．１．  ３軸磁気センサの個数］
連結モジュールは、ｎ個（ｎ≧２）の３軸磁気センサ（第１〜第ｎセンサ）を一方向に並べ、下流側に位置する３軸磁気センサのフレキシブル基板を中継基板として用いて、これらをリード線で繋いだものからなる。連結モジュールに備えられる３軸磁気センサの個数は、２個以上であれば良く、特に限定されない。
しかし、３軸磁気センサの個数が過剰になると、リード線の数及び体積が過度に大きくなり、連結モジュールが大型化する。従って、１個の連結モジュールに含まれる３軸磁気センサの個数は、３０個以下が好ましい。
【００５４】
［３．２．  第１センサ及び第２センサの構造］
連結モジュールの最上流側に位置する第１センサは、中継基板として用いられることがない。そのため、第１センサは、少なくとも配線（Ａ）及びパッド（Ａ）を備えた３軸磁気センサが用いられる。
一方、連結モジュールの下流側に位置する第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）は、中継基板としても用いられる。そのため、第ｋセンサ（２≦ｋ≦ｎ）は、配線（Ａ）及びパッド（Ａ）に加えて、配線（Ｂ）、パッド（Ｂ）及びパッド（Ｃ）を備えた３軸磁気センサが用いられる。
配線（Ａ）、パッド（Ａ）、配線（Ｂ）、パッド（Ｂ）及びパッド（Ｃ）の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
【００５５】
［３．３．  リード線］
一方向に並んだ第１〜第ｎセンサは、リード線で接続される。具体的には、上流側に配置された第ｋセンサ（１≦ｋ≦ｎ−１）のパッド（Ａ）と、下流側に配置された第（ｋ＋１）センサのパッド（Ｂ）とを、リード線（α）で繋ぐ。また、第（ｋ＋１）センサのパッド（Ｃ）には、リード線（β）を接続する。パッド（Ｂ）及びパッド（Ｃ）は、ともに配線（Ｂ）に接続されているため、第ｋセンサのパッド（Ａ）、並びに、第（ｋ＋１）センサのパッド（Ｂ）、配線（Ｂ）及びパッド（Ｃ）を介して、第ｋセンサの出力を取り出すことができる。
一方、下流側に配置された第（ｋ＋１）センサのパッド（Ａ）には、リード線（γ）を接続する。そのため、第ｋセンサとは独立に、第（ｋ＋１）センサのパッド（Ａ）を介して、第（ｋ＋１）センサの出力を取り出すことができる。
【００５６】
図６に、本発明に係る連結モジュールの一例を示す。図６において、連結モジュール７０は、上流側に配置された第１センサ７２ａと、下流側に配置された第２センサ７２ｂとを備えている。第１センサ７２ａのパッド（Ａ）（図示せず）と、第２センサ７２ｂのパッド（Ｂ）（図示せず）とは、リード線（α）７４ａ〜７４ｆで繋がれている。また、第２センサ７２ｂのパッド（Ｃ）（図示せず）には、リード線（β）７６ａ〜７６ｆが接続されている。さらに、第２センサ７２ｂのパッド（Ａ）（図示せず）には、リード線（γ）７８ａ〜７８ｆ…が接続されている。
【００５７】
［４．  センサプローブ］
［４．１．  センサプローブの構造］
図７に、本発明に係るセンサプローブの斜視図、並びに、Ａ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図、Ｃ−Ｃ’線断面図、及びＤ−Ｄ’線断面図を示す。
図７において、センサプローブ８０は、
円筒状のカバー８２と、
カバー８２内に収容された、（ａ）１個若しくは２個以上の３軸磁気センサ１０、及び／又は、（ｂ）１個若しくは２個以上の連結モジュール７０と
を備えている。
【００５８】
カバー８２は、その内部に３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０を収容するためのものである。カバー８２の寸法（外径、内径、及び長さ）は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な寸法を選択することができる。
また、カバー８２の材料は、特に限定されない。カバー８２は、可撓性のある材料からなるものでも良く、あるいは、可撓性のない材料からなるものでも良い。
【００５９】
カバー８２内には、１個以上の３軸磁気センサ１０及び／又は連結モジュール７０が収容されている。カバー８２内には、３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０のいずれか一方が収容されていても良く、あるいは、双方が収容されていても良い。３軸磁気センサ１０及び連結モジュール７０の数及び挿入位置は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択することができる。
なお、図７においては、合計４個の３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０がカバー８２内に挿入されているが、これは単なる例示である。
【００６０】
［４．２．  回転角度］
３軸磁気センサ１０及び連結モジュール７０は、コの字型に折り曲げられたフレキシブル基板の中央の平板部近傍にリード線が集中する。そのため、カバー８２内の軸方向に沿って２個以上の３軸磁気センサ１０及び／又は連結モジュール７０を挿入する場合において、フレキシブル基板の中央の平板部の向きが同一である時には、カバー８２の特定方向にリード線が集中する。その結果、センサプローブ８０が大型化する場合がある。
【００６１】
このような場合、少なくとも１つの３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０は、他の３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０とは異なる回転角度でカバー８２内に収容されているのが好ましい。
ここで、「回転角度」とは、カバー８２の中心を通り、かつ、カバー８２の軸方向に対して垂直な面内（ｘｙ平面内）にある基準線と、フレキシブル基板の中央の平板部の法線とのなす角をいう。
【００６２】
図７に示すセンサプローブ８０の場合、カバー８２の軸方向（ｚ方向）に沿って、合計４個の３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０が収容されている。図７において、ｙ軸を基準線とすると、最上流側（＋ｚ側）に位置する３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０は、回転角度が０°となるように、カバー８２内に収容されている（Ａ−Ａ’線断面図参照）。
また、２〜４番目に位置する３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０は、それぞれ、回転角度が９０°（Ｂ−Ｂ’線断面図参照）、１８０°（Ｃ−Ｃ’線断面図参照）、又は２７０°（Ｄ−Ｄ’線断面図参照）となるように、カバー８２内に収容されている。
【００６３】
各３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０の回転角度は、規則的に変化していても良く、あるいは、不規則的に変化していても良い。しかし、図７に示すように、各３軸磁気センサ１０又は連結モジュール７０の回転角度を均等に変化させると、リード線がカバー８２の内周面に均等に分散配置されるので、センサプローブ８０の大型化を抑制することができる。
【００６４】
［４．３．  用途］
本発明に係るセンサプローブは、細長い器具の位置検出や曲がり検出に用いることができる。このような器具としては、例えば、内視鏡やカテーテルなどがある。
【００６５】
［５．  作用］
フレキシブル基板の表面及び／又は裏面に３個のセンサ基板を実装し、実装後にフレキシブル基板をコの字型に折り曲げ、折り曲げられたフレキシブル基板をホルダで保持すると、本発明に係る３軸磁気センサが得られる。フレキシブル基板には、初段の増幅回路を実装することもできる。このようにして得られた３軸磁気センサは、サイズを小さくすることができるので、内視鏡やカテーテルなどの細長い器具の内部に挿入することができる。また、一般的な実装設備を用いて実装することが可能であるため、製造コストの増大を抑制することができる。
【００６６】
また、フレキシブル基板の一方の面にセンサ基板等を実装し、他方の面に３軸磁気センサの入出力数に応じた配線（Ｂ）を施し、複数の３軸磁気センサをリード線で連結すると、本発明に係る連結モジュールが得られる。本発明に係る３軸磁気センサ及び連結モジュールは、サイズが小さいため、細長い器具の軸方向に沿って複数個挿入することもできる。そのため、器具のサイズを大きくしたり、あるいは、器具又は３軸磁気センサの機能を制限することなく、器具の位置や曲がりを検出することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明に係る３軸磁気センサ及び連結モジュールは、内視鏡やカテーテルなどの細長い器具の位置や曲がりを検出するためのセンサとして用いることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０（１０ａ〜１０ｃ）  ３軸磁気センサ
２０ａ、２０ｂ  フレキシブル基板
４０ａ〜４０ｃ  センサ基板
５０ａ、５０ｂ  ホルダ
５２  貫通穴
５４  載置部
６０  増幅回路
７０  連結モジュール
８０  センサプローブ
８２  カバー
【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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