特許 7258537 改良されたＴＡＳセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-07

(45)【発行日】2023-04-17

(54)【発明の名称】改良されたＴＡＳセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/02 20060101AFI20230410BHJP

【ＦＩ】

G01R33/02 B

G01R33/02 L

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018234157

(22)【出願日】2018-12-14

(65)【公開番号】P2019109237

(43)【公開日】2019-07-04

【審査請求日】2021-11-16

(31)【優先権主張番号】15/843,837

(32)【優先日】2017-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511099630

【氏名又は名称】バイオセンス・ウエブスター・（イスラエル）・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｉｏｓｅｎｓｅ Ｗｅｂｓｔｅｒ （Ｉｓｒａｅｌ）， Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100088605

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 公延

(74)【代理人】

【識別番号】100130384

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 孝文

(72)【発明者】

【氏名】マティットヤフ・アミット

(72)【発明者】

【氏名】エデン・キディシュマン

【審査官】細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－１０９８２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３４３１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９１０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１４８１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１１４４０１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３３／００－３３／２６

Ｇ０１Ｎ ２７／７２－２７／９０９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３軸センサ（ＴＡＳ）装置であって、
四角錐構造に積層された複数の層であって、連続する層のそれぞれは、上に該層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、前記複数の層のそれぞれが少なくとも１つのコイルを含み、該コイルは、上面から見て、下層に形成されたコイルの最大の直径のループは、上層に形成されたコイルのループを包含するように配置される、複数の層と、
前記複数の層のうち隣接する各層を相互接続する複数の相互接続部と、をそれぞれが含む６個の単軸センサ（ＳＡＳ）を備え、前記６個の単軸センサ（ＳＡＳ）が立方体様構造に形成されている、３軸センサ（ＴＡＳ）装置。

【請求項2】

前記３軸センサ（ＴＡＳ）が磁界をアナログ信号に変換する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記複数の層が８層を含む、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記複数の層がプリント回路基板（ＰＣＢ）で形成される、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記複数の層のうちの最大層が７個のループを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記複数の層のうちの最小層が３個のループを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

３軸センサ（ＴＡＳ）を形成する方法であって、
前記３軸センサの四角錐である各単軸センサ（ＳＡＳ）に含まれる層の数を決定することと、
連続する各層の設置面積が下の層から上の層に向かって徐々に小さくなるように、前記数の層のそれぞれの上にコイルを製造することと、
前記層のそれぞれの前記コイル同士を相互接続することと、
前記製造されたコイルを、最大のものから最小のものへと積層して四角錐構造を作製することと、
前記数の層のうち隣接する各層を相互接続することと、
６個の作製された前記単軸センサ（ＳＡＳ）を立方体様構造に組み立てて前記３軸センサ（ＴＡＳ）を形成することと、
を含む、方法。

【請求項8】

前記層の数が８を含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記層がプリント回路基板（ＰＣＢ）で形成される、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

前記３軸センサ（ＴＡＳ）が磁界をアナログ信号に変換する、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

単軸センサ（ＳＡＳ）装置であって、
四角錐構造に積層された複数の層であって、連続する層のそれぞれは、上に該層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、前記複数の層のそれぞれの上に少なくとも１つのコイルが形成され、前記少なくとも１つのコイルのそれぞれは、上面から見て、下層に形成されたコイルの最大の直径のループは、上層に形成されたコイルのループを包含するように配置される、複数の層と、
前記複数の層のうち隣接する各層を相互接続する複数の相互接続部と、を含む、単軸センサ（ＳＡＳ）装置。

【発明の詳細な説明】

【開示の内容】

【0001】

３軸センサ（ＴＡＳ）による正確な磁界測定を行うために、既知の感度を有する高感度センサが必要とされている。

【0002】

このセンサは、例えば外科医が、より高精度で正確な低侵襲性手術を実施したいと考える手術において使用される。磁気ナビゲーションツールを使用することで、このタイプの外科手術（例えば、電気生理学及び耳鼻咽喉科）を実施する一機構が得られる。センサの追加利用には、ヘルメットモノクル上に標的を正確に投影するのに必要な、パイロットヘルメット用位置追跡が挙げられる。

【0003】

最適なＴＡＳとは、同心状、対称的、かつ均質である。すなわち、３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において同様の感度と抵抗を備えていることを意味する。他の設計考慮事項には、信頼性とコスト面を両立させた製造が挙げられる。

【0004】

本発明のＴＡＳの設計においては、センサはプリント回路基板（ＰＣＢ）で構成され、これにより標準的な巻線コイルで構築された従来型センサに比べて製造性が改善されている。記載されるＰＣＢ式ＴＡＳコイルには、ＴＡＳが、６個のＰＣＢ四角錐から構築されており、これらが互いに接合されて立方体を形成していること、及び、この６個のＰＣＢ四角錐のそれぞれが、様々な幾何学的形状により積層された層で構築された「四角錐台」の形状の複数のＰＣＢから構築されてセンサを構成していることの２つの重要な側面がある。記載されるセンサは、他のＰＣＢ技術に比べ、体積当たりの高い感度密度を示す。同心状センサは、立方体として、積層された正方形として、又は、寸法が小さくなる積層された正方形として配置することで四角錐構造を形成し、これにより立方体の構造を得ることができる。

【0005】

ＴＡＳ装置、システム及び方法、並びに単軸センサ（ＳＡＳ）装置、システム及び方法が開示される。このＴＡＳは、四角錐構造に形成された複数の層であって、連続する層のそれぞれは、上に層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、複数の層のそれぞれの上に少なくとも１つのコイルが形成され、当該少なくとも１つのコイルのそれぞれは、コイルが形成される層内の利用可能な断面積を実質的に包含する、複数の層と、連続する各層を隣接する他の層と相互接続する複数の相互接続部と、をそれぞれが含む６個の単軸センサ（ＳＡＳ）を備え、これら６個のＳＡＳが立方体様構造に形成される。

【0006】

このＳＡＳは、四角錐構造に形成された複数の層であって、この連続する層のそれぞれが、上に層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、この複数の層のそれぞれの上に少なくとも１つのコイルが形成されており、当該少なくとも１つのコイルはそれぞれ、そのコイルが形成されている層内の利用可能な断面積を実質的に包囲する、複数の層と、連続する各層を隣接する他の層と相互接続する、複数の相互接続部とを含む。

【0007】

ＴＡＳの形成方法もまた開示される。この方法は、３軸センサの四角錐として各ＳＡＳに含まれる層の数を決定することと、連続する各層の設置面積が小さくなるように、上記の数の層のそれぞれの上にコイルを製造することと、上記の層のそれぞれの内部のコイル同士を相互接続することと、製造されたコイルを、最大のものから最小のものへと積層して四角錐構造を作製することと、連続する各層を隣接する他の層と相互接続することと、６個の作製したＳＡＳを立方体様構造に組み立ててＴＡＳを形成することと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

より詳細な理解は、添付の図面と併せて実例として示される下記の説明文より得ることができる。

【図1】本発明の第１の実施形態による多層センサとして形成された磁気センサを示す。

【図2】図１の多層センサを形成するために使用され得る四角錐センサを示す。

【図3A】図２に示すセンサの追加の詳細を提示する四角錐構造を示し、図３Ａには四角錐構造の上面図、図３Ｂには四角錐構造の等角図、図３Ｃには四角錐構造の側面図が示されている。

【図3B】図２に示すセンサの追加の詳細を提示する四角錐構造を示し、図３Ａには四角錐構造の上面図、図３Ｂには四角錐構造の等角図、図３Ｃには四角錐構造の側面図が示されている。

【図3C】図２に示すセンサの追加の詳細を提示する四角錐構造を示し、図３Ａには四角錐構造の上面図、図３Ｂには四角錐構造の等角図、図３Ｃには四角錐構造の側面図が示されている。

【図4】本発明の第２の実施形態による同心円センサの追加の設計を示す。

【図5】本発明におけるセンサの尺度を示す。

【図6】３軸センサ（ＴＡＳ）を形成する方法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下の説明では、本実施形態の一貫した理解を提供するために、特定の構造、構成要素、材料、寸法、処理工程、及び技術などの多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、この実施形態がこれらの具体的な詳細を伴わずに実施され得ることが、当業者には理解されよう。他の場合において、実施形態が不明瞭になるのを避けるために、周知の構造又は処理工程は詳細には説明していない。層、領域、又は基材などのある要素が他の要素の「上」又は「上方」にあるといわれるとき、他の要素の上に直接存在し得るか、又は介在する要素も存在し得ることが理解されよう。対照的に、ある要素が他の要素に対して「上に直接」又は「直接に」あるといわれるとき、介在する要素は存在しない。更に、ある要素が他の要素の「下」、「下位」又は「下方」にあるといわれるとき、他の要素の下若しくは下方に直接存在し得るか、又は介在する要素が存在し得ることが理解されよう。対照的に、ある要素が他の要素に対して「下に直接」又は「直接に」あるといわれるとき、介在する要素は存在しない。

【0010】

下記の発明を実施するための形態において実施形態の提示を曖昧にしないために、当該技術分野で周知の一部の構造、構成要素、材料、寸法、処理工程、及び技法が、提示及び説明目的のために組み合わせられていることがあり、場合によってはこれらは詳細に記述されていない場合がある。他の例において、当該技術分野で周知の一部の構造、構成要素、材料、寸法、処理工程、及び技法は、全く記述されていない場合がある。以下の説明は、本明細書に記載された様々な実施形態の特有の特徴又は要素に焦点を合わせていることが理解されよう。

【0011】

３軸センサ（ＴＡＳ）として使用するための改良された磁気センサのためのシステム及び方法が開示される。このＴＡＳは、ＰＣＢ層の使用により高感度を提供する。図示されているＴＡＳセンサは、コイル式である。感受コイルが磁界をアナログ信号に変換し、この信号を電子機器が検出することができ、既知のパラメータ及びアルゴリズムにしたがって、磁気センサの位置が決定される。磁界をアナログ電圧に変換する能力は、コイルの感度として定義される。

【0012】

この感度は、ループ（コイルとも呼ばれる）の断面積に直接比例する。この断面積は、所定の容積内に閉じ込められている。設計により、またシステムのダイナミックレンジを維持するために、各軸は互いに類似であってよい。センサの感度は、作製されるループの表面積の線形関数である。ゆえに本センサは、可能な限り最大の面積を利用するため、画定された体積内のループの数と、ループの表面積とを最大限にする。当業者には周知のように、表面積は、円周率（Π）にループの半径の２乗を掛けたものとして機能的に定義される。ゆえに、各軸の対称性を維持することにより、ループは各軸において同じ感度を提供し得る。

【0013】

例として、本ＴＡＳセンサは、磁気センサによる検出が利用されている任意のシステムに使用することができ、例えば、周知のＣＡＲＴＯ（登録商標）Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ及び新型ＡＣＣＬＡＲＥＮＴ ＥＮＴナビゲーションシステムが挙げられるがこれらに制限されない。

【0014】

この磁気センサは典型的に、プリント回路基板（ＰＣＢ）のいくつかの層からなっていてよい。このＰＣＢ層は、様々な幾何学形状にしたがっていくつかの層に積層されて、位置認識を強化する磁気センサを形成する。結果として得られる構成は、高い感度と、高い精度とを提供する。例えば、この６面の同心状かつ対称的なセンサは、検出の精度を高め、位置判定をより正確なものにする。同心状センサは、立方体として、積層された正方形として、又は、寸法が小さくなる積層された正方形として配置することで四角錐構造を形成することができる。最終的に、この四角錐構造を組み合わせて、立方体の構造を構成することができる。この立方体形状は、３軸すべてにおいてほぼ同一の感度を与える。ＰＣＢ技術と、ＰＣＢ技術の全体に平坦な表面形態とを利用する結果、この立方体形状のような幾何学形状は容易に形成することができる。

【0015】

図１は、多層センサ１００として形成された磁気センサを示す。多層センサ１００は立方体として形成することができる。多層センサ１００は、ループの６個の四角錐１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０を含み得、このそれぞれが立方体構造の一側面をなしている。ループの四角錐１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０はそれぞれ、ＳＡＳであり得る。ループの四角錐１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０はそれぞれ、四角錐構造に積層された複数のループ層を含み得る。個々の四角錐それぞれを作製するには、徐々に小さくなるＰＣＢ部品を積み重ねて、四角錐を形成する。これについては図２及び３を参照して下記に詳述する。追加する層それぞれの寸法が小さくなることで、四角錐構造がもたらされる。この四角錐構造を形成する積層の各層が、一連のループを含み得る。

【0016】

ループ（コイル）の数が増大する結果、多層センサ１００が磁界を、電子機器が検出可能なアナログ信号に変換する際に、多層センサ１００の感度は大幅に高くなる。多層センサ１００の感度はループの断面積に比例するため、この多層構造は、立方体の画定されている体積内のループの断面積を最大にする。センサの感度は、作製されるループの表面積の線形関数である。したがって、ループの面積を最大にすることにより、感度が最大になる。本センサは、画定された体積内のループと、ループの表面積とを最大限にし、可能な限り最大の面積を提供する。多層センサ１００の設計は、既存の製造方法に比較して、画定された体積当たり約１０倍の感度を提供する。更に、設計により、またシステムのダイナミックレンジを維持するために、各軸は類似であってよい。各軸の対称性を維持することにより、ループは各軸において同じ感度を提供し得る。

【0017】

図２は、図１の多層センサ１００を形成するのに使用され得る四角錐センサ２００を示す。四角錐センサ２００はＳＡＳである。四角錐センサ２００はそれ自体、多層センサであると見なすことができる。各層はＰＣＢで構成されてもよく、これらの層は、１つの層を別の層の上に配置しこれらを電気的に連結することによって、相互接続されていてもよい。四角錐２００を作製するために、徐々に小さくなるＰＣＢ部品を積み重ねて、四角錐２００を形成する。

【0018】

例として、四角錐２００は複数の層２１０を含み得る。複数の層２１０は任意の数の層を含み得る。明瞭さと説明のために、図２は５層の四角錐を含む。しかしながら、任意の数の層を使用することができ、この５層の例は単に明瞭な説明及び理解のために使用されるものである。そのような５層構成において、複数の層２１０は、基底又は第１の層２３１、第２の層２３３、第３の層２３５、第４の層２３７、及び、最上層の第５の層２３９を含み得る。基底層２３１は、面積による定義として、最大の層であってよく、四角錐の底面を形成し得る。第２の層２３３は２番目に大きい層であってよく、基底層２３１の上に積層され得る。第３の層２３５は３番目に大きい層であってよく、第２の層２３３の上に積層され得る。第４の層２３７は第３の層２３５よりも小さい寸法であってよく、第３の層２３５の上に積層され得る。第５の層２３９は最も小さい層であってよく、第４の層２３７の上に積層され得る。

【0019】

図２は四角錐２００の頂点に第５の層２３９を示しているが、層の数と最上層の寸法によっては、第５の層２３９は頂点でなくてもよく、四角錐２００は頂点を含んでいなくともよい。実際にこの設計では、頂点を形成する層を含まないことにより、６個の四角錐にある程度の間隔を設けて組み合わせて、四角錐センサの組み合わせをＴＡＳの立方体に形成することができるようになり得る。

【0020】

６つの四角錐を組み立てることにより、基底層２３１が立方体の側面を形成することができ、立方体は、図１に示すように、立方体の本体内に向かって延出する６個の四角錐２００それぞれによって形成され得る。立方体の中心に向かうこの延出は、例えば、立方体の中心に食い込んでもよい。すなわち、立方体の内部で、各四角錐の最上層は、他の最上層のそれぞれと実質的に接触していてもよい。あるいは、四角錐２００は、形成された立方体の中心に向かって部分的にのみ延出していてよく、これにより立方体の中心に隙間を残してもよい。この特定の実施形態は、説明されるように、精密な位置読み取り値を与える高感度を提供する。

【0021】

図３Ａ～３Ｃは、図１及び２に示す四角錐の更なる詳細を提供する四角錐構造３００を示す。図３Ａは四角錐構造３００の上面図３０１である。図３Ｂは四角錐構造３００の等角図３０２である。図３Ｃは四角錐構造３００の側面図３０３である。図３Ａ～３Ｃを形成する描画は、ループ又はコイルを図示しており、ＰＣＢ及び他の構造材料は図に示されていない。

【0022】

特に図３Ａを参照して、四角錐構造３００の描画、及び上面図３０１のＰＣＢ四角錐３１０は、四角錐である。四角錐構造３００はＰＣＢ四角錐３１０を含む。製造されるセンサは、８つの層を含み、外側正方形の寸法は４．８ｍｍ×４．８ｍｍであり、この最大層は直径４．１１ｍｍ～２．２８ｍｍの７つのループを備える。内側層は直径２．８７ｍｍ～２．２６ｍｍの３つのループを有する。四角錐３１０は、第１の層３１２、第２の層３１４、第３の層３１６、第４の層３１８、及び第５の層３２２を含む。図２に関して記述されたように、第１の層３１２は四角錐３１０の底面であり得る。第２の層３１４は第１の層３１２の上に積層され得る。第３の層３１６は第２の層３１４の上に積層され得る。第４の層３１８は第３の層３１６の上に積層され得る。第５の層３２２は第４の層３１８の上に積層され得る。各層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２は、単一のループ又はコイルを有するものとして記述されているが、各層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２は代わりに、それぞれの層に複数の巻線を含んでいてもよい。

【0023】

各層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２は、一連の相互接続部３２０のうち１つを使用して、層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２それぞれの上及び下の層に電気的に接続される。これらの相互接続部３２０は、異なる層を電気的に接続するための、はんだ付け、ワイヤ、ソケット、ビアトレース、又は任意の他の従来技術による接続方法を含む、任意の種類の方法を含み得る。相互接続部３２０は更に、層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２内のループを電気的に接続するのにも使用され得る。この図及び説明では、はんだ付けを含む相互接続部３２０について議論しているが、はんだ接続の代わりに、又ははんだ接続に加えて、他の接続要素も使用することができる。次にこの電気的接続部が、センサの使用のために、多層コイルに連結される。

【0024】

各層３１２、３１４、３１６、３１８、３２２は、多層ＰＣＢ上に設計することができる。理解されるように、多層設計によって、より高いループ密度が可能になり、ゆえにより高い感度が可能になる。図３Ａ内に示すように、四角錐構造３００は約４．８ｍｍ四方の設置面積を形成しており、これはＡｃｃｌａｒｅｎｔ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎシステムにおける要件に従った設計の一例である。

【0025】

図３Ｂは、四角錐構造３００の描画と、等角図３０２のＰＣＢ四角錐３１０を示す。上述のように、四角錐３１０は第１の二重層３１２、第２の二重層３１４、第３の二重層３１６、及び第４の二重層３１８を含む。図２に関して記述されたように、第１の層３１２は四角錐３１０の底面であり得る。第２の層３１４は第１の層３１２の上に積層され得る。第３の層３１６は第２の層３１４の上に積層され得る。第４の層３１８は第３の層３１６の上に積層され得る。一連のはんだ付け３２０のうち１つを使用して、各層３１２、３１４、３１６はその層の上及び下の層に接続され、かつ層内のループは相互接続され得る。

【0026】

図３Ｃは、四角錐構造３００及び四角錐３１０の側面図３０３を示す。上述のように、四角錐３１０は第１の二重層３１２、第２の二重層３１４、第３の二重層３１６、及び第４の二重層３１８を含む。図２に関して記述されたように、第１の層３１２は四角錐３１０の底面であり得る。第２の層３１４は第１の層３１２の上に積層され得る。第３の層３１６は第２の層３１４の上に積層され得る。第４の層３１８は第３の層３１６の上に積層され得る。積層３１２、３１４、３１６、３１８において、積層された層のそれぞれが徐々に小さくなるＰＣＢ部品を積み重ねて、四角錐３１０を形成する。連続する層３１２、３１４、３１６、３１８の間で寸法が小さくなることで、連続的な関係を形成することができる。すなわち、連続する層３１２、３１４、３１６、３１８のそれぞれが、積層が進むにつれてほぼ同じ程度で寸法が小さくなり得る。この縮小角度が図３Ｃに示されており、例えば、四角錐３１０の縁部での角度は４５°である。四角錐構造３００のそのような設計によって、６つの四角錐構造を組み合わせて図１のセンサ１００を形成するとき、四角錐３１０間の干渉なしに、かつ、図１のセンサ１００を形成する四角錐３１０間に隙間（隙間があるということは、感度を高めるために利用可能な領域を利用していないことを意味する）を生じることなしに、適切な構成を作製することが可能になる。

【0027】

図３Ｃに示すように、各層３１２、３１４、３１６、３１８は完全なループ又はコイルにより形成され得る。完全なコイル又はループの形成は、各層３１２、３１４、３１６、３１８が２つのリングである外観で示されている。製造されるセンサは、８つの層を含み、外側正方形の寸法は４．８ｍｍ×４．８ｍｍであり、この最大層は直径４．１１ｍｍ～２．２８ｍｍの７つのループを備える。内側層は直径２．８７ｍｍ～２．２６ｍｍの３つのループを有する。

【0028】

各層３１２、３１４、３１６、３１８が、その層の上及び下の層に接続される。層内のループは、一連の相互接続３２０ｂのうち１つを使用して相互接続され得る。層３１２、３１４、３１６、３１８内の複数の層の相互接続部は、一連の相互接続部３２０ａのうち１つを利用する。相互接続部３２０ａと相互接続部３２０ｂは、記述されている相互接続部３２０のうち任意の１つであり得る。これらは、層内接続と層間接続とを強調するために別の番号が付けられているのであって、行われている接続の機械的なタイプの違いによるものではない。

【0029】

加えて、四角錐３１０を形成するのに、整列機構３４０を利用することができる。この整列機構３４０は、内側コイルと外側表面との電気的接続を与える。これが更に、ワイヤ又はその他の外部接続に接続され得る。図３には、層及び接続点の具体的な形状が示されているが、任意の形状を利用することができる。

【0030】

図４は、本発明による同心状センサ４００の更なる設計を示す。同心状センサ４００は６つのセンサ円（集合的にセンサ円４１０と呼ばれる）を含み、これを折り畳んで立方体４２０となる。同心状センサ４００の形成において、センサ円４１０は、第１の同心円４１２、第２の同心円４１４、第３の同心円４１６、第４の同心円４１８、第５の同心円４２２、及び第６の同心円４２４の、６つのセンサ円を含み得る。センサ円４１０の形成において、第１の同心円４１２を第２の同心円４１４に連結することができ、これを更に、第３の同心円４１６に連結することができ、これを更に、第４の同心円４１８に連結することができ、これを更に、第５の同心円４２２に連結することができ、これを更に、第６の同心円４２４に連結することができる。センサ円４１０は例えば、ＰＣＢの単一層で形成され得る。特定の実施形態において、センサ円４１０はＰＣＢの単一層であってよく、他の実施形態において、センサ円４１０は各円の中に複数の層の円を含み得る。例えば、四角錐の実施形態に関して上述したように、追加の層を構成することができる。

【0031】

幾何学的に、第２の同心円４１４、第３の同心円４１６、第４の同心円４１８、及び第５の同心円４２２は、各円４１４、４１６、４１８、４２２のおよその中心に基づいて定義されるように直線的な構成に配列され得る。そのような円４１４、４１６、４１８、４２２のパターンでは、ＰＣＢの単一片から円４１４、４１６、４１８、４２２を形成することが可能になり得る。第１の同心円４１２は、円４１４、４１６、４１８、４２２の中心で形成される線に対して直角に形成され得る。第６の同心円４２４は、円４１４、４１６、４１８、４２２の中心で形成される線に対して直角に形成され得る。第６の同心円４２４は、第１の同心円４１２とは反対方向で直角になるよう構成され得る。第１の同心円４１２と第６の同心円４２４は、実質的に直線配列の円４１４、４１６、４１８、４２２の遠位端に形成され得る。

【0032】

上述のセンサ円４１０の構成によって、センサ円４１０を操作して立方体４２０にすることが可能になる。２つの隣接する円それぞれの交差部は、各円を立方体の側面として形成するための折り線を提供し得る。例として、第１の同心円４１２は、立方体４２０の第１の側面４３２に配置又はこれを形成することができ、第２の同心円４１４は、立方体４２０の第２の側面４３４に配置又はこれを形成することができ、第３の同心円４１６は、立方体４２０の第３の側面４３６に配置又はこれを形成することができ、第４の同心円４１８は、立方体４２０の第４の側面４３８に配置又はこれを形成することができ、第５の同心円４２２は、立方体４２０の第５の側面４４２に配置又はこれを形成することができ、第６の同心円４２４は、立方体４２０の第６の側面４４４に配置又はこれを形成することができる。いったん組み立てられると、センサ円４１０は、同心状センサを形成するセンサ円の立方体４２０を形成する。

【0033】

図５は、本発明におけるセンサの尺度の一例を示す。例えば、図示されている第１のセンサ５１０は、約５ｍｍ四方の正方形である。図１～３に関する上記の説明から理解されるように、図５には、立方体の１つの側面がセンサ５１０として示されている。すなわち、第１のセンサ５１０は、図１に示されている立方体の一端のみが図示されている。図示されている第２のセンサ５２０も、５ｍｍ四方の正方形として示されている。単なる例として、本明細書に記述されるセンサは、約４～５ｍＶ／Ｇの感度を提供し、これは利得２０～２５Ｖ／Ｇの感度に対応する。そのような構成では３～４オームの抵抗を利用して、約４０ｄＢの信号雑音比（ＳＮＲ）を提供する。提供される感度は、８層の四角錐からなる、側面が一辺約５ｍｍの立方体構造を用いて達成することができる。

【0034】

図６は、ＴＡＳを形成する方法６００を示す。方法６００は、工程６１０において、３軸センサの各ＳＡＳ（四角錐）に含まれる層の数を決定することを含む。方法６００は、工程６２０において、連続する各層の寸法が減少するようにして、その数の層のそれぞれの上にコイルを製造することを含む。工程６３０において、層のそれぞれの内部に相互接続部が設けられる。工程６４０において、製造された各コイル層を最大のものから最小のものへと積層して、四角錐構造を作製する。工程６５０において、層と他の層との相互接続部が設けられる。工程６６０において、作製された６つの四角錐構造を立方体様構造に組み立てて、ＴＡＳを形成することができる。

【0035】

特徴及び要素が特定の組み合わせで上に記載されるが、当業者であれば、特徴又は要素の各々を単独で又は他の特徴及び要素と組み合わせて、又は組み合わせることなしに、使用できることを理解するであろう。加えて、本明細書に記載される方法は、コンピュータ又はプロセッサによる実行に対して、コンピュータ可読媒体に組み込まれるコンピュータプログラム、ソフトウェア、又はファームウェアにおいて実施されてもよい。

【0036】

〔実施の態様〕
（１） ３軸センサ（ＴＡＳ）装置であって、
四角錐構造に形成された複数の層であって、連続する層のそれぞれは、上に該層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、前記複数の層のそれぞれが少なくとも１つのコイルを含み、該コイルは、該コイルが形成される前記層の断面積を実質的に包含する、複数の層と、
連続する各層を隣接する層と相互接続する複数の相互接続部と、をそれぞれが含む６個の単軸センサ（ＳＡＳ）を備え、前記６個のＳＡＳが立方体様構造に形成されている、３軸センサ（ＴＡＳ）装置。
（２） 前記立方体様構造が約５ｍｍである、実施態様１に記載の装置。
（３） 与えられる感度が約４～５ｍＶ／Ｇの範囲である、実施態様１に記載の装置。
（４） 前記ＴＡＳが磁界をアナログ信号に変換する、実施態様１に記載の装置。
（５） 前記複数の層が８層を含む、実施態様１に記載の装置。

【0037】

（６） 前記層の前記断面積を実質的に包含することが、前記コイルのループの数を最大化することを含む、実施態様１に記載の装置。
（７） 前記層がプリント回路基板（ＰＣＢ）で形成される、実施態様１に記載の装置。
（８） Ｃａｒｔｏ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍで使用される、実施態様１に記載の装置。
（９） Ａｃｃｌａｒｅｎｔ ＥＮＴ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍで使用される、実施態様１に記載の装置。
（１０） 前記装置が実質的に対称、実質的に同心状、かつ実質的に均質（homogenic）である、実施態様１に記載の装置。

【0038】

（１１） 前記複数の層のうちの最大層が７個のループを含む、実施態様１に記載の装置。
（１２） 前記ループが約４．１×２．３ｍｍである、実施態様１１に記載の装置。
（１３） 前記複数の層のうちの最小層が３個のループを含む、実施態様１に記載の装置。
（１４） 前記ループが約２．９×２．３ｍｍである、実施態様１３に記載の装置。
（１５） ３軸センサ（ＴＡＳ）を形成する方法であって、
前記３軸センサの四角錐として各単軸センサ（ＳＡＳ）に含まれる層の数を決定することと、
連続する各層の設置面積が小さくなるように、前記数の層のそれぞれの上にコイルを製造することと、
前記層のそれぞれの内部の前記コイル同士を相互接続することと、
前記製造されたコイルを、最大のものから最小のものへと積層して四角錐構造を作製することと、
連続する前記各層を隣接する他の層と相互接続することと、
６個の作製された前記ＳＡＳを立方体様構造に組み立てて前記ＴＡＳを形成することと、
を含む、方法。

【0039】

（１６） 前記層の数が８を含む、実施態様１５に記載の方法。
（１７） 前記層がプリント回路基板（ＰＣＢ）で形成される、実施態様１５に記載の方法。
（１８） 与えられる感度が約４～５ｍＶ／Ｇの範囲である、実施態様１５に記載の方法。
（１９） 前記ＴＡＳが磁界をアナログ信号に変換する、実施態様１５に記載の方法。
（２０） 単軸センサ（ＳＡＳ）装置であって、
四角錐構造に形成された複数の層であって、連続する層のそれぞれは、上に該層が組み立てられる層よりも面積が小さくなるように構成されており、前記複数の層のそれぞれの上に少なくとも１つのコイルが形成され、前記少なくとも１つのコイルのそれぞれは、該コイルが形成されている前記層内で利用可能な断面積を実質的に包含する、複数の層と、
連続する各層を隣接する他の層と相互接続する複数の相互接続部と、を含む、単軸センサ（ＳＡＳ）装置。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】