JP6021238B1 - グラジオセンサ素子およびグラジオセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】超高感度マイクロ磁気センサであるＧＳＲセンサを活用して、ＳＱＵＩＤに匹敵する磁界検出能を有しかつ極低温維持装置と磁気シールドルームが不要で、ハンディで小型・安価なグラジオセンサ素子およびグラジオセンサを提供する。【解決手段】超高感度マイクロ磁界検出素子であるＧＳＲセンサ素子を基板１０１平面上に、Ｚ方向に複数個配置し、素子の平行な２本の凹形状溝ガイド１４と基板側の平行な２本の凸形状ガイド１５とを嵌合することによって基準線からのずれをなくして複数個の磁界検出素子の特性を一致させ、外部磁界ノイズを低減して、磁気シールドルームを不要とするものである。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気勾配の大きな微小磁界である生体磁気を検出するグラジオセンサ素子およびグラジオセンサに関するものである。

ＳＱＵＩＤを用いた生体磁気検出装置は心磁図、脳磁図など病理疾患の診断装置として広く使用されている。ＳＱＵＩＤＯは磁界検出能に優れているが、極低温維持装置および磁気シールドルームが必要である。この診断技術を普及させるためにはハンディな生体磁気検出装置の開発が求められている。

ＳＱＵＩＤＯの磁界検出部は、極低温を維持するために低温槽に埋入されているので、磁界検出部を生体表面に密着するのは困難で、５０ｍｍ程度離している。また検出部の直径が大きく高密度にアレイ配置することができず画素の粗い磁図しか実現できない。さらに生体表面の垂直方向（以下、Ｚ軸とする。）に対して水平方向（Ｘ軸とＹ軸とする。）に磁界検出部を配置して生体磁気を３次元的に検出することも困難である。さらにＺ軸方向に複数個の磁界検出部を配置することができないため、信号源の深さ位置を特定することが困難である。

ＳＱＵＩＤを用いた生体磁気検出装置の以上の弱点を克服するために、ＦＧセンサ、ＭＩセンサ、ＧＳＲ（GHz-Spin-Rotationの略である。）センサおよびｔＭＲセンサを用いて生体磁気検知用の超高感度マイクロ磁気センサの開発が活発に取り組まれている。機械式コイルを使ったＦＧセンサやＭＩセンサにおいて、５ｐTレベルの生体磁気の検出が可能になっているが、サイズと価格の点で不十分である。価格面では、フォトリソ工法で製作したマイクロ素子を利用するｔＭＲセンサやＭＩセンサが優れているが、現時点では生体磁気の検出能は１００ｐＴレベルと不十分である。

また磁気シールドルームを省略するためには、差動素子またはグラジオ素子が原理的には有効であるが、技術的には困難で試行錯誤が続いている。
特許文献１には、磁気ヘッドに高周波磁界発生部分と磁気を検知する部分を一体化した生体信号検出装置が開示されている。１ｃｍのアモルファスワイヤを用いて１００ｐＴの生体信号を検知するレベルである。
また、特許文献２には、磁界強度の勾配を計測する磁気結合型グラジオセンサが開示されている。アモルファスワイヤと検出物とのアモルファスワイヤの長手方向の距離は、概ね１５０ｍｍ程度と大きく、１００ｐＴレベルであって生体磁気を対象としていない。

非特許文献１には、基準線を目印にＭＩ素子を２個配置した差動式ＭＩ素子が開示されている。１０ｐTレベルの生体磁気の検出を実現している。機械的組み付けでは基準線に対して数ミクロンの位置づれが生じて完全に素子特性を一致させることができない。

以上、ＳＱＵＩＤを用いる生体磁気検出装置に代わる極低温維持装置と磁気シールドルームが不要でハンディタイプの生体磁気検出装置で、その上アレイ密度が高く、３軸の磁界検出ができて、しかも信号源の深さ位置を特定できる生体磁気検出装置の開発が求められている。その開発に必要なグラジオセンサ素子とグラジオセンサを発明することが重要になっている。

特開２０１２−２４５３７３号公報 特開２０１５−０５９８２３号公報

宮崎、内山ら："生体磁場測定のための小型超高感度グラジオ磁気センサの試作" 平成２３年度 科学技術コーディネート事業「育成試験」成果発表

本発明は、１ｐTレベル以下のＧＳＲセンサ素子（以下、ＧＳＲ素子という。）に着目し、その素子を用いて３次元グラジオ式デザインおよび高密度アレイの配置を検討した。ここで、ＧＳＲ素子とは、ＧＨｚ−Ｓｐｉｎ−Ｒｏｔａｔｉｏｎ効果型センサの素子をいう。

主な課題は、（１）磁気シールドを省略した条件で１ｐTレベル以下の生体磁気の検出を可能にすること、（２）Ｚ軸方向に３個以上の素子を配置して深さ位置の算出を可能にすること、（３）Ｚ軸方向だけではなくＸ軸方向磁界、Ｙ軸方向磁界のＺ軸方向の磁界勾配の測定を可能にすること、さらに（４）磁界検出部断面を小さくしてアレイ素子の密度を高めて微細な磁図を実現することである。

主な課題について、以下に詳しく述べる。
第１の課題は、磁気シールドを省略した条件下で１ｐTレベル以下の生体磁気の検出を可能にすることである。そのためには、基板上に複数個のＧＳＲ素子をＺ軸方向に配置して、各素子の特性を完全に一致させて、外部磁界ノイズをキャンセルし磁気シールドルームの省略を実現することである。基板に基準線をマーキングし、それに沿って組み立てると±５μｍ程度の横ずれと０．１度程度の角度ずれが生じてしまい、各素子のＺ軸方向磁界の検出特性にかなりの違いが生じる。高度な均一特性を持つＧＳＲ素子を基板上のＺ軸方向の基準線に沿って横ずれ、角度ずれを±１μｍ以下、０．０１度以下に配置する構造と新工法を考案することである。

第２の課題は、生体磁気の発生源の深さ位置を求めることである。そのためには、Ｚ軸方向に３個以上のＧＳＲ素子を配置して距離に依存した磁界勾配を測定し、それらの測定値間に存する磁界と距離の関数関係を利用して深さ位置を算出することができる。
そこで、心磁界や脳磁界の発生源が体表面から１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であることを考慮すると、体表面側のＧＳＲ素子の位置を５ｍｍ以下とし、グラジオセンサ素子の長さを４０ｍｍ程度と小型化する必要がある。ＧＳＲ素子単体の長さを３ｍｍ以下として、グラジオ素子のＺ軸方向の長さの中に、一直線状に３個以上のＧＳＲ素子を配置し、ＧＳＲ素子間隔を±１μｍ以下の精度で配置する構造と製造方法を考案することである。これまでのＦＧセンサ素子やＭＩセンサ素子では素子自体が大きく複数個の配置そのものが困難であった。

第３の課題は、Ｚ軸方向だけではなくＸ軸方向磁界、Ｙ軸方向磁界のＺ軸方向の磁界勾配の測定を可能にすることである。そのためには、ＧＳＲ素子の長さを３ｍｍ以下として、Ｘ軸方向磁界検出用ＧＳＲ素子、Ｙ軸方向磁界検出用ＧＳＲ素子、Ｚ軸方向磁界検出用ＧＳＲ素子を直交するＸＺ面とＹＺ面の２面を持つ基板上に各素子３個以上同数個を配置する構造と方法を考案することである。

第４の課題は、磁界検出部断面を小さくしてアレイ素子の密度を高めて微細な磁図を実現することである。そのためには、グラジオセンサ素子の断面積をＳＱＵＩＤ素子の断面積３０×３０ｍｍに対して、５ｍｍ×５ｍｍから１０ｍｍ×１０ｍｍ程度と小さくした構造と製造方法を考案することである。

第５の課題は、電子回路を集積回路化して上記グラジオセンサ素子の基板上に取り付け、体表面と反対側の位置に電源と信号用の入出力電極を配置するグラジオセンサ素子を設計する課題である。

本発明者は、第１の課題に対しては、次のようなＺ軸方向磁界検出グラジオセンサ素子の構造を考案した。
代表的な精密加工技術であるフォトリソ工法による高度な均一特性とＧＳＲ素子の超高感度磁気検出力を有し、かつ微細化したマイクロコイル素子に、ＧＳＲ素子の磁性ワイヤ長手方向と平行に延びるフォトリソ工法で製作した２本のマイクロ凹形状ガイド取付ける。また、複数のマイクロコイル素子を配置するグラジオセンサ素子の基板にはＺ軸方向に延びる同じくフォトリソ工法で製作した平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを設けて、それを基板上のＺ軸方向の基準線とし、マイクロコイル素子の凹形状ガイドと基板の凸形状ガイドとを嵌合して両者を一体化することによって、複数個のマイクロコイル素子（ＧＳＲ素子からなる。）の磁性ワイヤ長手方向をＺ軸方向に一致させる構造である。
この考案により、複数のマイクロコイル素子間における配置の横ずれ、角度ずれを±１μｍ以下、０．０１度以下を実現し、磁気シールドルーム省略した条件下で１ｐTレベル以下のＺ軸方向の生体磁気の検出を実現する。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部の位置は３０ｍｍ以上体表面から離れている。マイクロコイル素子を用いるグラジオセンサ素子は体表面から５ｍｍ以内に設置できる。よって、その検出力は１ｐＴレベルにもかかわらず、ＳＱＵＩＤの０．０２ｐＴレベルとほぼ同じとなる。

第２の課題に対しては、Ｚ軸方向に３個以上のマイクロコイル素子を配置するグラジオセンサ素子において、フォトリソ工法で製作したＸ軸方向に延びるマイクロ直方体をストッパー用として設ける。マイクロコイル素子をそのストッパーに沿って設置することにより、Ｚ方向の体表面側からの所定の距離に±１μｍ以下の精度で配置することができる。この工法と構造の考案によって、複数個のマイクロコイル素子がＺ軸方向の所定の位置に配置され、それらのマイクロコイル素子の磁界測定値と距離の関数関係を利用して深さ位置を算出することが可能になる。磁界発生源を電流双極子とみなすと、生体磁界の磁界勾配は、生体表面からR_０の深さにある発生源の場合、式（１）で現される。
H =（1/４πμ_０）×Iｄｓ×１/（R＋R₀) ² （１）
ここで、Hは磁界の強さ、Rは生体表面からのZ軸方向の距離、R₀は磁界発生源（電流双極子）の深さ位置、Idsは電流双極子、μ_０真空の透磁率である。変形すると式（２）となる。
(1/H)^1/2 = (4πμ₀/Ids)^1/2×（R+R₀） （２）

この関係を図７に示す。体表面の磁界強度は距離０ｍｍの位置の磁界強度から判定できる。磁界発生源である電流双極子の深さ位置は直線と横軸との交点から求まる。電流双極子の強さは直線の勾配から把握できる。つまり、勾配をＣとすると、Iｄｓ＝４πμ_０/ C^２となる。
測定値（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は体表面位置での磁界強度は異なっているが、測定値（ａ）と（ｂ）は、電流双極子の強さは同じで、深さ位置が異なる。（ｂ）と（ｃ）は電流双極子の深さ位置は同じだが、その強度が異なっている。グラジオセンサによって生体磁気の全体像がより詳しく把握できる。

第３の課題に対しては、ＧＳＲ素子の磁性ワイヤの長さは３ｍｍ以下にて磁性ワイヤの長さ方向はＸ軸方向に向ける。ＧＳＲ素子の両側にはＺ軸方向に向けたマイクロ凹形状ガイドを取付け、基板側のマイクロ凸形状ガイドと嵌合させて、ＧＳＲ素子とマイクロ凹形状ガイドからなるマイクロコイル素子をＺ軸方向に複数個配置して、Ｘ軸方向磁界検出グラジオセンサ素子とする。
このグラジオセンサ素子を直方体の直交するＸＺ面とＹＺ面の２面に取付けて、Ｘ軸方向磁界検出用およびＹ軸方向磁界検出用のグラジオセンサ素子とする。残りの面にＺ軸方向磁界検出用グラジオセンサ素子を取付けて、３軸の磁界検出用グラジオセンサ素子とする。ここで、体表面からの３軸の測定位置を同じにするために、Ｚ軸方向素子の中央部とＸ軸方向素子、Ｙ軸方向素子のワイヤ位置とが一致するようにマイクロ直方体形状ストッパーの位置を設置する。

グラジオセンサ素子を構成するマイクロコイル素子以外の部分に電子回路を取り付けることによって、長さ４０ｍｍ以下、断面積５ｍｍ×５ｍｍの３軸の磁界検出用グラジオセンサ素子を実現し、ＳＱＵＩＤ方式に比べて３６倍の高密度化を可能にする。

また、Ｘ軸方向磁界検出用グラジオセンサ素子とＺ軸方向磁界検出用グラジオセンサ素子とを一つの面に取り付けてＺ軸とＸ軸の２軸磁界検出用グラジオセンサ素子として、直交する他の面にＹ軸方向磁界検出用グラジオセンサ素子を取付けて３軸の磁界検出用グラジオセンサ素子を形成することも可能である。

第４の課題に対しては、グラジオセンサ素子の大きさをＺ軸方向の長さ４０ｍｍ以下、幅５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とする必要がある。そのためにＧＳＲ素子の磁性ワイヤ長さを３ｍｍ以下とする。磁界検出力は磁性ワイヤ長さとトレードオフの関係にあり、それを短くするほど磁界検出力低下する。そこで、１μｍ〜５μｍのコイルピッチのマイクロコイルを開発し、グラジオセンサ素子として使用する。

第５の課題に対しては、マイクロコイル素子と電子回路とのＧＨｚパルス信号ノイズの発生を抑制するために、図６に示したＧＳＲセンサ用電子回路を集積回路化して、各マイクロコイル素子と回路を近接配置し、マイクロコイル素子からの回路までの配線距離を極力短くしかつ複数個のマイクロコイル素子はその配線構造を完全に一致させて、グラジオセンサ素子を構成する各マイクロコイル素子の磁界検出特性を一致させた。また、電源および信号入出力端子は、体表面と反対側の位置に配置する。

本発明の３軸磁界検出用グラジオセンサ素子およびそのセンサは、１ｐＴレベルの生体磁気を検出し、極低温装置および磁気シールドルームを省略したハンディタイプの心磁図、脳磁図診断装置を実現する。また、グラジオ式で３軸の磁界検出を可能とすることにより生体磁気の発生源の深さと向きを把握することが可能となり、より正確な病理診断を可能にすることが期待される。さらに高密度アレイ化を可能にして磁気マッピングの画素数を増加することを可能にする。

実施例１に係る縦方向グラジオセンサ素子の平面の概念図である。 実施例２に係る横方向グラジオセンサ素子の平面の概念図である。 実施例３に係る３軸のグラジオセンサ素子の平面の概念図である。 実施例１に係る縦方向グラジオセンサ素子の断面の概念図である マイクロコイル素子を構成するＧＳＲ素子の構造の概念図である。 グラジオセンサの電子回路の概念図である。 グラジオセンサによる磁界発生源の深さ位置算出方法を示した説明図である。

本発明は、生体磁気の３次元的検出を目的とするため、生体表面の垂直方向の磁界を第１軸方向磁界（Ｚ軸方向磁界として説明する。）とし、水平方向の磁界を第２軸方向磁界および第３軸方向磁界（Ｘ軸方向磁界、Ｙ軸方向磁界として説明する。）とする。
以下、実施形態について図を用いて説明する。

［第１実施形態］
本発明のＺ軸方向（第１軸方向に相当する。）磁界のＺ軸方向磁界勾配を測定する縦方向グラジオセンサ素子は、
基板と、基板の上に配置する微小磁界を検出する複数個のマイクロコイル素子と、マイクロコイル素子からの出力信号を処理する電子回路と、外部接続用電極端子とから構成されるＺ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する縦方向グラジオセンサ素子であって、
基板は、Ｚ軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを備え、
マイクロコイル素子は、マイクロコイル素子基板の上に、導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回した周回コイルとワイヤ通電用電極２個とコイル電圧検出用電極２個とからなり、かつ磁性ワイヤの長手方向と平行な２本のマイクロ凹形状ガイドを備え、
基板の平行な２本のマイクロ凸形状ガイドと複数個のマイクロ素子の平行な２本のマイクロ凹形状ガイドとを嵌合することにより複数個のマイクロコイル素子内の磁性ワイヤの間におけるＺ軸からの横ずれを±１μｍ以下、角度ずれを０．０１度以下となる平行度を備えてなり、
複数個のマイクロコイル素子によるＺ軸方向におけるＺ軸方向の磁界勾配を計測することを特徴とする。
また、Ｚ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する縦方向グラジオセンサ素子においてマイクロコイル素子（ＧＳＲ素子に相当する部分）は、その磁性ワイヤは１０Ｇ以下の異方性磁界を有し、かつ円周方向スピン配列を有する。磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は０．５ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚで、その電流強度はワイヤ表面に異方性磁界の１．５倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度以上であることを特徴とする。
さらに、Ｚ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する縦方向グラジオセンサ素子は、
基板は、マイクロコイル素子のＺ軸方向の位置決め用ストッパーを複数個備え、ストッパーはＸ軸方向（第２軸方向に相当する。）に延びたマイクロ直方体形状をしており、複数個のマイクロコイル素子のＺ軸方向における被磁界検出体である生体の表面側からの距離を調整することを特徴とする。

マイクロコイル素子側の磁性ワイヤ長手方向ワイヤに並列（磁性ワイヤ埋設溝の両側に並列）して延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイドについて、凹部の幅（凸部と嵌合する部位）は３０μｍ以下で望ましくは５μｍ〜１０μｍ、深さは２０μｍ以下で望ましく５μｍ〜１５μｍ、そして精度は１μｍ以下で望ましくは０．５μｍ以下である。
基板側のＺ軸方向に延びる長さ２０〜３５ｍｍの平行な２本のマイクロ凸形状ガイドについて、凸部の幅（凹部と嵌合する部位）は３０μｍ以下で望ましくは４μｍ〜９μｍ、高さは２０μｍ以下で望ましく４μｍ〜１４μｍ、そして精度は１μｍ以下で望ましくは０．５μｍ以下である。凸部（凹部と嵌合する部分）を支える台座部は、幅５０μｍ以下、厚みは２０μｍ以下である。

ここでマイクロコイル素子、マイクロ凸形状ガイド、マイクロ凹形状ガイドのマイクロの意味は、ミクロンサイズであることおよび寸法精度が１μｍと著しく優れていることを意味している。

マイクロコイル素子を配置する基板側にはＺ軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを設けて、それを基板上のＺ軸方向の基準線とし、マイクロコイル素子の凹形状ガイドと基板の凸形状ガイドとを嵌合して両者を一体化したときの組み付け誤差は、複数個のマイクロコイル素子の配置の横ずれ、角度ずれを±１μｍ以下、０．０１度以下にすることができる。望ましくは、横ずれは±０．５μｍ以下、角度ずれは０．００５度以下である。
これにより磁気シールドルームを省略した条件下で、マイクロコイル素子本来の磁界検出力である１ｐTレベル以下のＺ軸方向の生体磁気の検出が可能となる。

グラジオセンサ素子の大きさとしては、マイクロコイル素子の長さを極力小さくし、外部接続用電極部を含めてＺ軸方向の長さ５０ｍｍ以下、幅５ｍｍ〜１０ｍｍとする。望ましくは、長さは３０ｍｍ以下とする。磁界検出力は磁性ワイヤの長さとトレードオフの関係にあり、それを短くするほど磁界検出力低下する。そこで、１μｍ〜５μｍのコイルピッチのマイクロコイルの開発により、マイクロコイル素子の磁性ワイヤの長さは３ｍｍ以下、マイクロコイル素子の幅は３ｍｍ以下を可能にする。

また、Ｚ軸方向に配置する複数個のマイクロコイル素子の間に電子回路を取り付け、外部接続用電極端子は体表面と反対側の基板端部に取り付ける。電子回路は、集積回路化により超小型化し、可能な限りマイクロコイル素子と集積回路とを近接配置することが望ましい。

電子回路は、パルス発信器、マイクロコイル素子（ＧＳＲ素子）、パルス対応型バッハー回路、パルスタイミング調整回路、サンプルホールド回路、電子スイッチ、コンデンサおよび増幅器からなっている。パルス発信器は０．１ＧＨｚ〜５ＧＨｚのパルス周波数をもつパルスを発信し、それをマイクロコイル素子のワイヤに通電し、マイクロコイル素子に誘起される電圧をバッハー回路で検出し、バッハー回路で増幅した後にサンプルホールドする。検波のタイミングはパルスタイミング調整回路にてコイル電圧がピーク値をとる時間とする。ピークホールドされた電圧は増幅器で増幅する。

複数個のマイクロコイル素子をＺ軸方向の所定の位置に配置するために、基板側にＸ軸方向に延びる位置決め用のマイクロ直方体形状ストッパーを設ける。マイクロ直方体形状ストッパーは、寸法の精度は１μｍ以下である。
そのサイズは、幅２００μｍ以下、厚みは１００μｍ以下である。望ましくは幅５０μｍ以下、厚みは３４μｍ以下で、マイクロ凸形状ガイドと同じ高さが最適である。
このストッパーを複数個設置することにより、複数個のマイクロコイル素子がＺ軸方向の生体表面側からの所定の距離に±１μｍ以下の精度で配置することができる。

生体表面側のマイクロコイル素子の位置は、生体表面から５ｍｍ以下、望ましく２ｍｍ以下とする。生体表面との接触面の保護被膜やセンサパッケージ厚みを極力薄くして、マイクロコイル素子を極力体表面に近づけることが望ましい。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部の位置は３０ｍｍ以上も生体表面から離れている。一方、第１実施形態の発明によれば、マイクロコイル素子を用いるグラジオセンサ素子の検出力は１ｐＴであるが、生体表面から５ｍｍ以内に設置できるのでＳＱＵＩＤの０．０２ｐＴレベルとほぼ同じとなる。

３個以上のマイクロコイル素子をＺ軸方向の所定の位置に配置し、それらの素子の磁界測定値と距離の関数関係から、上述の式（１）、式（２）および図７を使って説明したように磁界発生源の深さ位置を算出することが可能になる。心磁界や脳磁界の発生源が１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であることを考慮して、生体表面側のマイクロコイル素子の位置を５ｍｍ以下、望ましくは２ｍｍ程度とし、グラジオセンサ素子の長さを４０ｍｍ程度とする。

したがって、第１実施形態の発明によれば、Ｚ軸方向の磁界勾配から磁界発生源の深さ位置を特定することによって生体磁気の全体像がより詳しく把握できる。

［第２実施形態］
本発明のＸ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する横方向グラジオセンサ素子は、
基板と、基板の上に配置する微小磁界を検出する複数個のマイクロコイル素子と、マイクロコイル素子からの出力信号を処理する電子回路と、外部接続用電極端子とから構成されるＸ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する横方向グラジオセンサ素子であって、
基板は、Ｚ軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを備え、
マイクロコイル素子は、マイクロコイル素子基板の上に、導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回したマイクロコイルとワイヤ通電用電極２個とコイル電圧検出用電極２個とからなり、かつ磁性ワイヤの長手方向と直交する方向に延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイドを備え、
基板上の平行な２本のマイクロ凸形状ガイドとマイクロコイル素子の平行な２本のマイクロ凹形状ガイドとを嵌合することにより複数個のマイクロコイル素子内の磁性ワイヤの間におけるＸ軸からの横ずれを±１μｍ以下、角度ずれを０．０１度以下となる平行度を備えてなり、
複数個のマイクロコイル素子によるＸ軸方向磁界のＺ軸方向の磁界勾配を計測することを特徴とする。
また、Ｘ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する横方向グラジオセンサ素子においてマイクロコイル素子（ＧＳＲ素子に相当する部分）は、その磁性ワイヤは１０Ｇ以下の異方性磁界を有し、かつ円周方向スピン配列を有する。磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は０．５ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚで、その電流強度はワイヤ表面に異方性磁界の１．５倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度以上であることを特徴とする。
さらに、Ｘ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配を計測する横方向グラジオセンサ素子は、
基板は、マイクロコイル素子のＺ軸方向の位置決め用ストッパーを備え、ストッパーはＸ軸方向（第２軸方向に相当する。）に延びたマイクロ直方体形状をしており、複数個のマイクロコイル素子のＺ軸方向における被磁界検出体である生体の表面側からの距離を調整することを特徴とする。

マイクロコイル素子側の磁性ワイヤ長手方向と直交する方向に延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイド、基板側にＺ軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイド、またマイクロコイル素子の凹形状ガイドと基板の凸形状ガイドとを嵌合して両者を一体化したときの組み付け誤差については、上述の第１実施形態と同じとする。これにより磁気シールドルームを省略した条件下で、マイクロコイル素子本来の磁界検出力である１ｐTレベル以下のＺ軸方向の生体磁気の検出を可能とする。

グラジオセンサ素子の大きさ、電子回路と外部接続用電極端子の取り付け方法、基板側に設けてＸ軸方向に延びているマイクロコイル素子の位置決め用のマイクロ直方体形状ストッパー、体表面側のマイクロコイル素子の位置についても、第１実施形態と同じとする。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部が大きいためにＸ軸方向磁界の磁気勾配を高密度アレイ的に計測することはできなかった。しかし、第２実施形態の発明によれば、マイクロコイル素子を用いるグラジオセンサ素子は体表面から５ｍｍ以内に設置できるので、１ｐＴレベルのＺ軸方向磁界を検出することが可能である。

さらに３個以上のマイクロコイル素子をＺ軸方向の所定の位置に配置し、それらのマイクロコイル素子の磁界測定値と距離の関数関係から、上述の式（１）、式（２）および図８とを使って説明したように磁界発生源の深さ位置を算出することが可能になる。

したがって、第２実施形態の発明によれば、Ｘ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配からＸ軸方向の磁界発生源の深さ位置を特定することができ、生体磁気の全体像がより詳しく把握できる。

［第３実施形態］
本発明の３軸のグランドセンサ素子は、
縦方向グラジオセンサ素子を１個と横方向グラジオセンサ素子を２個からなる３個を組み合わせる３軸のグラジオセンサ素子であって、
３軸のグラジオセンサは、直方体基板の長手方向における第１面には縦方向グラジオセンサ素子を備えるとともに第１面に直交する第２面および第３面にはそれぞれ横方向グラジオセンサ素子を備えてなり、
第１面の縦方向グラジオセンサ素子はＺ軸方向磁界におけるＺ軸方向の磁界勾配を計測し、
第２面および第３面の横方向グラジオセンサ素子はそれぞれＸ軸磁界方向磁界およびＹ軸方向磁界におけるＺ軸方向磁界勾配を計測することにより、
Ｚ軸方向磁界、Ｘ軸方向磁界およびＹ軸方向磁界におけるＺ軸方向の磁界勾配を計測し得ることを特徴とする。

縦方向グラジオセンサ素子を直方体基板長手方向の一面に取付け、横方向グラジオセンサ素子の二つを直交するＸＺ面とＹＺ面の２面に取付けてＸ軸方向グラジオセンサ素子およびＹ軸方向グラジオセンサ素子とし、合わせて３軸のグラジオセンサ素子とする。ここで、体表面からの３軸の測定位置を同じにするために、縦方向グラジオセンサ素子を構成する各マイクロコイル素子の中央部と、横方向グラジオセンサ素子を構成する各マイクロコイル素子の磁性ワイヤの位置とが一致するようにマイクロ直方体形状ストッパーを設置する。グラジオセンサ素子のマイクロコイル素子以外の部分に電子回路を取り付けることで、長さ４０ｍｍ以下、５ｍｍ×５ｍｍの断面積の３軸のグラジオセンサ素子が可能となり、ＳＱＵＩＤ方式に比べて３６倍の高密度化を可能にする。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部が大きいためにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸の方向磁界の磁気勾配を高密度アレイ的に計測することはできなかった。しかし、第３実施形態の発明によれば、マイクロコイル素子を用いたグラジオセンサ素子は体表面から５ｍｍ以内に設置できるので、１ｐＴレベルの３軸の方向磁界を検出することが可能である。

また、本発明の他の３軸のグラジオセンサ素子は、
直方体基板の長手方向における第１面には縦方向グラジオセンサ素子と横方向グラジオセンサ素子を備えるとともに第１面と直交する第２面には横方向グラジオセンサ素子を備えてなり、
第１面の縦方向グラジオセンサ素子はＺ軸方向磁界におけるＺ軸方向磁界勾配を計測し、第１面の横方向グラジオセンサ素子はＸ軸方向磁界またはＹ軸方向磁界におけるＺ軸方向磁界勾配を計測し、
第２面の横方向グラジオセンサ素子はＹ軸方向磁界またはＸ軸方向磁界におけるＺ軸方向磁界勾配を計測することにより、
Ｚ軸方向磁界、Ｘ軸方向磁界およびＹ軸方向磁界におけるＺ軸方向磁界勾配を計測し得ることを特徴とする。
この３軸のグラジオセンサ素子も上記と同様の効果を得ることができる。

したがって、第３実施形態の発明により、Ｘ軸方向磁界、Ｙ軸方向磁界とＺ軸方向磁界のＺ軸方向磁界勾配から磁界発生源である電流双極子の方向と深さ位置を特定することができ、生体磁気の全体像がより詳しく把握できる。

［第４実施形態]
本発明のグラジオセンサは、
縦方向グラジオセンサ素子、横方向グラジオセンサ素子、３軸のグラジオセンサ素子のいずれか１つのグラジオセンサ素子と電子回路および外部のＣＰＵとからなることを特徴とする。グラジオセンサ素子は外部電極接続用端子を通じて外部のＣＰＵと接続し、ＣＰＵに内蔵されたプログラムによって電源の供給と動作命令信号と出力信号のＣＰＵへの転送などの動作を行う。

単体センサとして使用される場合は、ＣＰＵに転送された信号から、生体磁気発生源である電流双極子の強度、向きおよび深さを求めることができる。アレイセンサとして使用する場合、心磁図や脳磁図など体表面の磁界マッピングや電流双極子の分布などを計算することができる。

［実施例１］
実施例１に係る縦方向グラジオセンサ素子１０について、図１、図４、図５〜７を用いて説明する。図１は、縦方向グラジオセンサ素子の平面の概念図であって、該素子を構成する要素が分かるように示している。
縦方向グラジオセンサ素子１０は、基板１０１の上面の第１軸方向１に３個のマイクロコイル素子として下側１１、中央側１２および上側１３を配置し、その間に電子回路１７を配置する。また、基板１０１には、第１軸方向１に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイド１５（図４；４４）を設置し、第２軸方向２にはマイクロコイル素子の位置決め用直方体ストッパー１６を設置する。さらに基板１０１の上側端部（生体表面側と反対側になる。）には外部接続用電極端子１８を設ける。各マイクロコイル素子は、基板４７の上に導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤ４１と、それに巻回する周回コイル４２と、ワイヤ通電用電極４５を２個と、コイル電圧検出用電極４８を２個とを設置し、これらの設置体の両側に磁性ワイヤ４１の長手方向０１に並列して延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイド１４（図４；４３）を設ける。

ワイヤ長手方向０１に延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイドを設けている３個のマイクロコイル素子１１、１２および１３は、第１軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを設けてマイクロコイル素子を配置する基板１０１上にて、凹形状ガイドと凸形状ガイドとの嵌合をする。この嵌合によって各マイクロコイル素子のワイヤ長手方向０１を第１軸方向１に一致させることができ、３個のマイクロコイル素子の第１軸方向の磁界検出の出力特性を同一にすることが可能となる。これにより、各マイクロコイル素子の外部磁界ノイズを相殺することができる。

マイクロコイル素子は、マイクロコイル素子基板４７に、厚さ１μｍの絶縁性ガラス被覆した直径１０μｍ、長さ２．０ｍｍのアモルファス磁性ワイヤ４１にコイルピッチ２μｍのマイクロコイル４２を巻回したものであり、ワイヤ通電用電極４５を２個とコイル電圧検出用電極４８を２個とからなる。その大きさは、ワイヤ長手方向０１（長さ方向）は２．５ｍｍ、幅方向は２ｍｍ、厚さは０．２ｍｍである。
なお、本発明のマイクロコイル素子はＧＳＲ素子を活用している。よって、その磁性ワイヤは１０Ｇ以下の異方性磁界を有し、かつ円周方向スピン配列を有する。磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は０．５ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚで、その電流強度はワイヤ表面に異方性磁界の１．５倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度以上である。本発明の全実施例におけるマイクロコイル素子においては、磁性ワイヤの異方性磁界は８Ｇ、パルス電流の周波数は１．５ＧＨｚでその電流強度は２００ｍＡとした。

マイクロコイル素子の長さ２ｍｍのマイクロ凹形状ガイド１４（図４；４３）は、幅は１０μｍ、深さは７μｍで、フォトリソ工法で製作し、精度は０．５μｍである。基板１０１に第１軸方向に延びた長さ３０ｍｍのマイクロ凸形状ガイド１５（図４；４４）は、フォトリソ工法で製作し、幅は９μｍ、高さは７μｍであり、その精度は０．５μｍである。なお、凸部を支える台座部は、幅２５μｍ、厚みは７μｍである。

マイクロコイル素子を配置する基板１０１において、ワイヤ長手方向０１に延びるマイクロ凹形状ガイド１４と基板１０１のマイクロ凸形状ガイド１５とを嵌合して両者を一体化したときの組み付け誤差は、マイクロコイル素子配置の横ずれ、角度ずれをそれぞれ±０．４μｍ、０．００４度である。
これにより磁気シールドルームを省略した条件下で、グラジオセンサ素子本来の磁界検出力である１ｐTレベルの第１軸方向の生体磁気の検出を実現できる。

グラジオセンサ素子の大きさは、マイクロコイル素子の長さを極力小さくし、外部接続用電極部１８を含めて第１軸方向の長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍとした。磁界検出力は磁性ワイヤ長さとトレードオフの関係にあり、それを短くするほど磁界検出力低下する。そこで、本実施例では２μｍのコイルピッチのマイクロコイルを使用し、磁性ワイヤの長さは２ｍｍとする。

同時に第１軸方向に配置した３個のマイクロコイル素子（１１、１２および１３）の間に電子回路１７を取り付け、外部接続用電極端子１８は体表面と反対側の基板端部に取り付けた。電子回路１７は集積回路化して１ｍｍ×１ｍｍとし、各素子と集積回路との距離を１００μｍとする。

電子回路５０、パルス発信器５１から１．５ＧＨｚの換算周波数をもつパルス電流をマイクロコイル素子５２に通電し、その時に発生するコイル出力電圧をパルス対応型バッハー回路５３で検知する。この時に検出コイルの抵抗は大きいために検出コイルには極微小電流が流れるだけで、その電圧降下はコイル出力電圧の５％と非常に小さい。バッハー回路５３の入力回路と出力回路はともに高インピーダンスである。
しかし、磁性ワイヤのパルス電流によって検出コイルに一瞬の電流が流れ、電子スイッチ５６が開閉した一瞬のみ、つまり出力側のコンデンサ５７が充電されるナノ秒以下の時間間隔のみバッハー回路として機能するパルス対応型バッハー回路５３によってコイル出力電圧は減衰されることなくコンデンサ５７にサンプルホールドされて増幅器５８を介して出力される。

第１軸方向に配置した３個のマイクロコイル素子を第１軸方向の所定の位置に配置するため、基板１０１に第２軸方向１に延びた位置決め用のマイクロ直方体形状ストッパー１６を設けた。マイクロ直方体形状ストッパーは、フォトリソ工法で製作し、寸法の精度は０．５μｍである。サイズは、幅５０μｍ、厚みは１４μｍで、マイクロ凸形状ガイドと同じ高さとする。
このストッパーの設置により生体表面からの３個のマイクロコイル素子のそれぞれの距離を±０．５μｍの精度で配置できる。

生体表面側のマイクロコイル素子１１の位置は、体表面から２ｍｍとした。体表面との接触面の保護被膜やセンサパッケージ厚みを極力薄くして、マイクロコイル素子１１を極力生体表面に近づける。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部の位置は３０ｍｍ以上体表面から離れている。第１実施例は、ＧＳＲ素子を用いたグラジオ式センサ素子は体表面から２ｍｍに設置できるので、検出力は１ｐＴレベルで、ＳＱＵＩＤの０．０２ｐＴレベルとほぼ同じ検出力となる

３個のマイクロコイル素子をＺ軸方向の所定の位置に配置し、それらの素子の磁界測定値と距離の関数関係を利用して先に式（１）、式（２）、図７とを使って説明したように磁界発生源の深さ位置を算出することが可能になる。心磁界や脳磁界の発生源が１０ｍｍから４０ｍｍ程度であることを考慮して、生体表面側の素子の位置を２ｍｍとし、グラジオセンサ素子の長さを４０ｍｍとする。本例により、Ｚ軸方向の磁界勾配から磁界発生源の深さ位置を特定することによって生体磁気の全体像がより詳しく把握できることが確認できる。

［実施例２］
横方向グラジオセンサ素子について、図２を用いて説明する。
横方向グラジオセンサ素子は、第２軸方向（Ｘ軸方向）にマイクロコイル素子の磁性ワイヤ４１の長手方向０２を一致させ、第１軸方向にマイクロコイル素子（下側）２１、マイクロコイル素子（中央側）２２、マイクロコイル素子（上側）２３の３個を配置して、第２軸方向磁界の第１軸方向（Ｚ軸方向）の磁界勾配を計測する。

マイクロコイル素子の磁性ワイヤ４１の長手方向向き０２と直交する方向（第１軸方向１）に延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイド１４とマイクロコイル素子を配置する基板１０１側に磁性ワイヤ長手方向４１と直交する方向（第１軸方向１）に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイド１５を設けて、マイクロコイル素子（２１、２２および２３）のマイクロ凹形状ガイドと基板１０１のマイクロ凸形状ガイドを嵌合する。この嵌合により、３個のマイクロコイル素子２１，２２，２３のワイヤ長手方向向き０２を第２軸方向磁界に一致させることができ、３個のマイクロコイル素子の第２軸方向磁界の磁界検出出力特性を同一にして、外部磁界ノイズを相殺したものである。

マイクロコイル素子の磁性ワイヤ長手方向０２と直交する方向に延びるマイクロ凹形状ガイド１４、基板１０１に第１軸方向に延びるマイクロ凸形状ガイド１５、またマイクロコイル素子の凹形状ガイド１４と基板の凸形状ガイド１５とを嵌合して両者を一体化した時の組み付け誤差についても、第１実施例と同じとした。これにより磁気シールドルームを省略した条件下で、マイクロコイル素子（ＧＳＲ素子）本来の磁界検出力である１ｐTレベル以下の第２軸方向の生体磁気の検出を可能とする。

グラジオセンサ素子２０の大きさ、電子回路１７および電子回路１７と外部接続用電極端子１８の取り付け方法、基板１０１に設けた第２軸方向に延びる位置決め用のマイクロ直方体形状ストッパー１６、体表面側のマイクロコイル素子２１の位置についても、実施例１と同じとする。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部が大きいために第２軸方向磁界の磁気勾配を高密度アレイ的に計測することはできなかった。本例の発明によれば、マイクロコイル素子を用いたグラジオセンサ素子は体表面から５ｍｍ以内に設置できるので、１ｐＴレベルの第２軸方向磁界を検出することが可能である。

３個のマイクロコイル素子をＺ軸方向の所定の位置に配置し、それらの素子の磁界測定値と距離の関数関係を利用して先に式（１）、式（２）、図７とを使って説明したように磁界発生源の深さ位置を算出することが可能になる。
したがって、本例の発明によれば、第２軸方向の第１軸方向の磁界勾配から第２軸方向の磁界発生源の深さ位置を特定することができ、生体磁気の全体像がより詳しく把握できることが確認できる。

［実施例３］
実施例３においては、３軸方向磁界検出用の３軸のグラジオセンサ素子は、実施例２における横方向グラジオセンサ素子２個を組み合わせて第２軸方向磁界と第３軸方向磁界、および実施例１における縦方向グラジオセンサ素子の３つを直方体基板の長手方向にて直交する面で組み合わせて、第２軸、第３軸、第１軸の３軸方向磁界の第１軸方向の磁界勾配を計測することができるようにする。

３個のグラジオセンサ素子の組み合わせとして二つの方法がある。一つには、３軸を直方体基板に面に配置する方法であり、二つには、第１軸を第２又は第３軸と同じ面とし、他の面には残りの第３軸又は第２軸を配置する方法である。

第１の方法は、直方体基板の長手方向にて直交する面を３面用いて、第１面には縦方向グラジオセンサ素子、第２面には横方向グラジオセンサ素子、そして第３面には横方向グランドセンサ素子を配置する。この組み合わせにより、第１軸、第２軸および第３軸の３軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測することができる。
すなわち、縦方向グラジオセンサ素子を１個と横方向グラジオセンサ素子２個とからなる３個を組み合わせる３軸のグラジオセンサ素子であって、直方体基板の長手方向における第１面には、縦方向グラジオセンサ素子を設置して第１軸方向磁界における第１軸方向の磁界勾配を計測する。第１面と直交する第２面および第３面には横方向グラジオセンサ素子をそれぞれ設置して第２軸方向磁界および第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測する。このようにして第１軸方向磁界、第２軸方向磁界および第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を測定し得る。

第２の方法について、図３を用いて説明する。
直方体基板の長手方向の第１面に、実施例２に示す横方向グラジオセンサ素子２０を第３軸方向グラジオセンサ素子として基板第１面の左側に配置するとともに右側には実施例１に示す縦方向グラジオセンサ素子１０を配置し、第１軸方向磁界・第３軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測するグラジオセンサ素子３０とする。第１面と直交する第２面に、実施例２に示す横方向グラジオセンサ素子２０を配置する。これにより３軸磁界検出用の３軸のグラジオセンサ素子ができる。
すなわち、縦方向グラジオセンサ素子を１個と横方向グラジオセンサ素子を２個とからなる３個を組み合わせる３軸のグラジオセンサ素子であって、直方体基板の長手方向における第１面には縦方向グラジオセンサ素子と横方向グラジオセンサ素子を備えて縦方向グラジオセンサ素子は第１軸方向磁界における第１軸方向の磁界勾配を計測し、第１面の横方向グラジオセンサ素子は第２軸方向磁界における第１軸方向の磁界勾配を計測する。第１面と直交する第２面には横方向グラジオセンサ素子を１個備えて第２面の第３軸方向磁界における第１軸方向の磁界勾配を計測する。このようにして第１軸方向磁界、第２軸方向磁界および第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測し得る。

なお、本例では電子回路１７は共用とする。外部接続用電極端子１８は調整する。
ここで、体表面からの３軸の測定位置を同じにするために、第１軸グランドセンサ素子におけるマイクロコイル素子の下側１１、中央側１２および上側１３の磁性ワイヤ４１のそれぞれの中点と、第３軸グランドセンサ素子および第２軸グランドセンサ素子の下側３１、２１、中央側３２、２２、および上側３３、１３の磁性ワイヤ４１の位置とが一致するようにマイクロ直方体形状ストッパー１６の位置を設けた。
グラジオセンサ素子のマイクロセンサ素子以外の部分に電子回路１７を取り付けることで、長さ４０ｍｍ以下、５ｍｍ×５ｍｍの断面積の３軸のグラジオセンサ素子ができ、ＳＱＵＩＤ方式に比べて３６倍の高密度化を可能とする。

ＳＱＵＩＤは０．０２ｐＴレベルの微小磁界を検知することができるが、その磁界検出部が大きいためにＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３軸方向磁界の磁気勾配を高密度アレイ的に計測することはできなかった。本例によれば、マイクロコイル素子を用いるグラジオセンサ素子は体表面から５ｍｍ以内に設置できるので、１ｐＴレベルの第１軸（Ｚ軸）方向磁界、第２軸（Ｘ軸）方向磁界および第３軸（Ｙ軸）方向磁界を検出することが可能となる。

したがって、第１軸方向磁界、第２軸方向磁界および第３軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配から磁界発生源である電流双極子の方向と深さ位置を特定することによって生体磁気の全体像がより詳しく把握できることが確認できる。

［実施例４］
実施例４に係るグラジオセンサは、グラジオセンサ素子と電子回路および外部のＣＰＵとから構成されている。グラジオセンサ素子は外部接続用電極端子１８を通じて外部のＣＰＵと接続し、ＣＰＵに内蔵されたプログラムによって電源の供給、動作命令信号および出力信号のＣＰＵへの転送などの動作を行う磁界検出用グラジオセンサである。

単体センサとして使用する場合には、ＣＰＵに転送された信号から生体磁気発生源である電流双極子の強度、向きおよび深さを求めることができる。アレイセンサとして使用する場合、心磁図や脳磁図など体表面の磁界マッピングや電流双極子の分布などを計算することができる。

本発明のグラジオセンサ素子およびそれと電子回路を組み合わせたグラジオセンサは、心磁図や脳磁図に使用されているＳＱＵＩＤに匹敵する生体磁気検出能を有しており、しかも極低温維持装置や磁気シールドルームが不要でハンディな生体磁気検出装置を実現することができる。さらに３軸方向磁界とその磁場勾配を検出することにより、磁界発生源である電流双極子の強度、深さ位置、向きを算出することができ、より正確に生体反応および疾患状況を把握できる。今後、本センサを利用すれば、心電図、脳波計と並ぶ基本的な診断装置の開発に結び付くと期待できる。

０１：マイクロコイル素子の磁性ワイヤ長手方向（第１軸方向）
０２：マイクロコイル素子の磁性ワイヤ長手方向（第２軸方向）
０３：マイクロコイル素子の磁性ワイヤ長手方向（第３軸方向）
１：第１軸方向
２：第２軸方向
３：第３軸方向
１０：縦方向グラジオセンサ素子
１０１：基板
１１：第１軸方向マイクロコイル素子（下側）
１２：第１軸方向マイクロコイル素子（中央側）
１３：第１軸方向マイクロコイル素子（上側）
１４：マイクロコイル素子のマイクロ凹形状ガイド
１５：基板のマイクロ凸形状ガイド
１６：マイクロコイル素子の位置決め用直方体形状ストッパー
１７：電子回路部
１８：外部接続用電極端子
２０：横方向グラジオセンサ素子
２１：第２軸方向マイクロコイル素子（下側）
２２：第２軸方向マイクロコイル素子（中央側）
２３：第２軸方向マイクロコイル素子（上側）
３０：第１軸方向・第３軸方向グラジオセンサ素子
３１：第３軸方向マイクロコイル素子（下側）
３２：第３軸方向マイクロコイル素子（中央側）
３３：第３軸方向マイクロコイル素子（上側）
４１：磁性ワイヤ
４２：マイクロコイル
４３：マイクロコイル素子のマイクロ凹形状ガイド
４４：基板のマイクロ凸形状ガイド
４５：ワイヤ通電用電極
４６：基板の電極
４７：マイクロコイル素子の基板
４８：コイル電圧検出用電極
５０：電子回路
５１：パルス発信器
５２：マイクロコイル素子
５３：パルス対応型バッハ―回路
５４：パルスタイミング調整回路
５５：サンプルホールド回路
５６：電子スイッチ
５７：コンデンサ
５８：増幅器

Claims (9)

1. 基板と、前記基板の上に配置する微小磁界を検出する複数個のマイクロコイル素子と、前記マイクロコイル素子からの出力信号を処理する電子回路と、外部接続用電極端子とから構成される第１軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測する縦方向グラジオセンサ素子であって、
   前記基板は、第１軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを備え、
   前記マイクロコイル素子は、マイクロコイル素子基板の上に、導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回したマイクロコイルとワイヤ通電用電極２個とコイル電圧検出用電極２個とからなり、かつ前記磁性ワイヤの長手方向と平行に延びる２本のマイクロ凹形状ガイドを備え、
   前記基板上の平行な２本の前記マイクロ凸形状ガイドと複数個の前記マイクロコイル素子の平行な２本の前記マイクロ凹形状ガイドとを嵌合することにより複数個の前記マイクロコイル素子内の前記磁性ワイヤの間における第1軸からの横ずれを±１μｍ以下、角度ずれを±０．０１度以下とする平行度を備えてなり、
   複数個の前記マイクロコイル素子による第１軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測することを特徴とする縦方向グラジオセンサ素子。
2. 請求項１に記載されている縦軸方向グラジオセンサ素子において、
   前記マイクロコイル素子は、前記磁性ワイヤは１０Ｇ以下の異方性磁界を有し、円周方向スピン配列を有してなり、前記磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は０．５ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚで、その電流強度はワイヤ表面に異方性磁界の１．５倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度であることを特徴とする縦方向グラジオセンサ素子。
3. 請求項１または請求項２に記載されている縦方向グラジオセンサ素子において、
   前記基板は、前記マイクロコイル素子の第１軸方向の位置決め用ストッパーを複数個備え、
   前記ストッパーは、第２軸方向の延びるマイクロ直方体形状をしており、
   複数個の前記マイクロコイル素子の第１軸方向における被磁界検出体（生体）表面側からの距離を±１μｍ以下に調整することを特徴とする縦方向グラジオセンサ素子。
4. 基板と、前記基板の上に配置する微小磁界を検出する複数個のマイクロコイル素子と、前記マイクロコイル素子からの出力信号を処理する電子回路と、外部接続用電極端子とから構成される第２軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測する横方向グラジオセンサ素子であって、
   前記基板は、第１軸方向に延びる平行な２本のマイクロ凸形状ガイドを備え、
   前記マイクロコイル素子は、マイクロコイル素子基板の上に、導電性を有する磁界検出用磁性ワイヤとそれに巻回したマイクロコイルとワイヤ通電用電極２個とコイル電圧検出用電極２個とからなり、かつ前記磁性ワイヤの長手方向と直交する方向に延びる平行な２本のマイクロ凹形状ガイドを備え、
   前記基板上の平行な２本の前記マイクロ凸形状ガイドと複数個の前記マイクロコイル素子の平行な２本の前記マイクロ凹形状ガイドとを嵌合することにより複数個の前記マイクロコイル素子内の前記磁性ワイヤの間における第２軸からの横ずれを±１μｍ以下、角度ずれを±０．０１度以下とする平行度を備えてなり、
   複数個の前記マイクロコイル素子による第２軸方向磁界の第１軸方向磁界勾配を計測することを特徴とする横方向グラジオセンサ素子。
5. 請求項１に記載されている横方向グラジオセンサ素子において、
   前記マイクロコイル素子は、前記磁性ワイヤは１０Ｇ以下の異方性磁界を有し、円周方向スピン配列を有してなり、前記磁性ワイヤに通電するパルス電流の周波数は０．５ＧＨｚ〜４．０ＧＨｚで、その電流強度はワイヤ表面に異方性磁界の１．５倍以上の円周方向磁界を発生させるのに必要な電流強度であることを特徴とする横方向グラジオセンサ素子。
6. 請求項４または請求項５に記載されている横方向グラジオセンサ素子において、
   前記基板は、前記マイクロコイル素子の第１軸方向の位置決め用ストッパーを複数個備え、
   前記ストッパーは、第２軸方向に延びるマイクロ直方体形状をしており、
   複数個の前記マイクロコイル素子の第１軸方向における被磁界検出体（生体）表面側からの距離を±１μｍ以下に調整することを特徴とする横方向グラジオセンサ素子。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されている縦方向グラジオセンサ素子を１個と、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載されている横方向グラジオセンサ素子を２個とからなる３個を組み合わせる３軸のグラジオセンサ素子であって、
   前記３軸のグラジオセンサ素子は、直方体基板の長手方向における第１面には前記縦方向グラジオセンサ素子を備えるとともに前記第１面と直交する第２面および第３面にはそれぞれ前記横方向グラジオセンサ素子を備えてなり、
   前記第１面の前記縦方向グラジオセンサ素子は第１軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測し、
   前記第２面および前記第３面の前記横方向グラジオセンサ素子はそれぞれ第２軸方向磁界または第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測することにより、
   第１軸方向磁界、第２軸方向磁界および第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測し得ることを特徴とする３軸のグラジオセンサ素子。
8. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されている縦方向グラジオセンサ素子を１個と、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載されている横方向グラジオセンサ素子を２個とからなる３個を組み合わせる３軸のグラジオセンサ素子であって、
   前記３軸のグラジオセンサ素子は、直方体基板の長手方向における第１面には前記縦方向グラジオセンサ素子を１個と前記横方向グラジオセンサ素子を１個とを備えるとともに前記第１面と直交する第２面には横方向グラジオセンサ素子を備えてなり、
   前記第１面の前記縦方向グラジオセンサ素子は前記第１軸方向磁界における前記第１軸方向磁界勾配を計測し、前記第１面の前記横方向グラジオセンサ素子は第２軸方向磁界または第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測し、
   前記第２面の前記横方向グラジオセンサ素子は第３軸方向磁界または第２軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測することにより、
   第１軸方向磁界、第２軸方向磁界および第３軸方向磁界における第１軸方向磁界勾配を計測し得ることを特徴とする３軸のグラジオセンサ素子。
   
   
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載されているグラジオセンサ素子と、電子回路およひ外部のＣＰＵとから構成されていることを特徴とするグラジオセンサ。
   
   
   
   
   

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