JPS61122584A - 三次構造のグラデイオメーターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 −−特定寸法の超伝導 グラデイオメーター・コイルが一つの支持体上に設けら
れ、超伝導接続導線と結合コイルによって専属基板上に
置かれた超伝導量子干渉デバイスに磁気結合されている
三次元構造を備えるグラディオメータ−の製造方法に関
するものである。このグラディオメータ−は磁束密度が
＋０−１０Ｔ以下特に１０　７以下の微弱磁場を測定す
る単チャネル又は多チヤネル装置に使用されるものであ
る。

む従来の技術〕 この種の製造方法の一例は文献「レビューオブ　サイエ
ンテイフイツク　ィンスッルメント」（Ｒｅｖｉｅｗ　
ｏｆ　５ｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　
）　５３゜（１２）＋　　＋　９８２　、ｐ　−＋　８
１５〜＋８ｓ５／に指摘されている。

一般に８Ｑｔ７１Ｄ　　と略称されている超伝導童子干
渉デバイス（６１ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ　Ｑｕ
ａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｄｅｖｉｃｅｓ
　）を微弱磁場の測定に使用することはよく知られてい
る〔文献「ジャーナル　オプ　フィジックス　エレクト
ロニクス：サイエンティフィツク　ィンスッルメントＪ
　（Ｊ。

Ｐｈｙｓ、　Ｅ　：　　Ｓｃｉ、工ｎｓｔｒｕｍ、　）
　１３．　ｉ　、９８０＋ｐ、８Ｑ１〜ｓｔ３；ｒアイ
・イー・イー・イートランサクション　オン　エレクト
ロン　デバイセス」（工ＩＣＦａ　Ｅ　　Ｔｒａｎ８ａ
ＣｔｉＯｎ　Ｏｎ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ）
　ＩＣＤ　−２乙（１０）、　Ｏｃｔ、　＋９８０゜Ｌ
１８９６〜１９０８参照〕。このデバイスは特に医術分
野の使用に適し、特に磁気カルディオグラフィおよび磁
気エンセファログラフィがその対象となる。これらの技
術ておいては磁束密度が’５０ｐＴ又はα１　ｐＴ程度
の心拍波又は脳波が観測される。この種の生体磁場測定
装置は生として次の部品を含む。

（１）主要な磁場センサとしての５ＱＵＩＤ。

（２）生体磁束を変成器に結訃するグラディオメータ−
を含む磁束変成器および磁束をＳＱＵよりに結合する結
合コイル。

（３）　　１号を捕捉し処理する電子機器。

（４）地磁気と外部妨害磁場に対する遮蔽。

（５）　　センサとグラディオメータ−との超伝導性を
保持する冷却系。

単チャネル型のこの種装置の構成とその機能態豪は公知
である。この装置の場合外部妨害磁場よりも６桁まで小
さい検出磁場は一般て三次元のコイル装置を通してジョ
セフノン接合上含む無線周波８ＱＵＩＤ構成回路に誘導
結合される。この場合検出コイルとも呼ばれているセン
サコイルと一つ又は多数の補償コイルの組合せにより一
次又は高次グラディオメータ−と呼ばれてちるコイル系
が構成される。このようなグラディオメータ−を使用す
ると適当な手動調整によりコイル区域内で均等な磁場又
はその均等勾配部分の３成分全充分に抑制し、グラディ
オメータ−区域では高度に不均等な生体近接磁場を選択
的に捕捉することができる。

この種の装置を使用して磁場の空間分布を決定するため
には測定区域の異った場所において順次に測定を繰り返
さなければならないが、その際この測定に必要な時間に
亘って磁場データのフヒーレンス性が最早保たれなくな
る外に臨床的て許すことのできない長い測定時間になる
という問題が生ずる。この点を考えて公知単チャネル測
定に代って多チヤネル測定の実施が提案された〔文献「
フイジカＪ（Ｐｈｙｓｊ、ｃａ）１０７Ｂ、＋９８１．
ｐ。

２９〜３０参照〕。多チヤネル測定の場合各チャネルに
は無線周波ＥＩＱＵｉＤ（ＲＦ−８ＱＵより〕と並んで
同調可能の超伝導グラディオメータ−およびＳＱＵより
とグラディオメータ−の間の結合素子が結合変成器とも
呼ばれている結合コイルならびに接続導線と共に設けら
れている。しかしこら　　　　　　　　　のよう々装置
は各チャネル間の同調に著しく長時間の調整を必要とす
る。即ちこの装置ではグラディオメータ−と８Ｑσより
がそれぞれ独自の支持体上に設けられ、取外し可能の接
続導線を介して接続されなければならない、このような
接続方式による場合それぞれの磁束変成器の間の一定不
変の同調は確保されず、各測定に先立って総てのチャネ
ルの均等化調整が必要となるが、この調整は互に影響を
及ぼし合うものである。更にこの種の装置では一度調整
されたグラディオメータ−の機械的安定性が比較的低く
、機械的の影響により容品に打消されるものである。従
来のグラディオメータ−の別の欠点はそれが固体上に巻
かれた導線から構成されて＾ることである。このように
固体上に巻かれた導線は機械的に不安定であり、室温で
行われた調整が液体ヘリウム温度に冷却されたときその
まま保持されていない。その上Ｒ７回路間の相互妨害も
避けられない。隣り合ってｈる装置のチャネルの相互゛
妨害と各チャネルの固有雑音１ＲＦ−８ＱＵよりの代り
に直流（ＤＣ）−８ＱＵよりを使用することによって低
減する〔文献［アイ・イー・イー・イー　トランサクシ
ョンズオン　マグネチツクス」（工Ｅ　ｍ　Ｋ　　Ｔｒ
ａｎｓａｃ−ｔｌｏｎＢ　Ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃａ）
　ｖｏｌ、　ＭＡＧ　−＋　９．　Ａ　３゜１９８３年
５月ｐ、８３５〜８４４参照〕が、この場合も七ジュラ
構成の多チャネルグラディオメータ−系の各チャネルの
均等化は簡単には達成されない。

公知装置の三次元構成のグラディオメータ−は一般に適
当な巻体に巻きつけられた超伝導線から成り、製作に際
しての均等化許容差が約１０　を下回ることはほとんど
ない。この許容差は後で行われる機械的の均等化操作に
よって更に縮めることができる。しかしこの方法によっ
てはグラディオメータ−・アレイとも呼ばれる複雑なグ
ラディオメータ−集合体の製作はこの檜の装置において
機械的均等化が実際上不可能であるため困難である。

この種のグラディオメータ−・アレイの製作を薄膜プレ
ーナ技術によることもドイツ連邦井和国ｉｔ！　１７！
Ｆ出朝公開第３２４７５４６号公報（特開昭５９−１３
３４７４号公報）により公知である。

この技術がチャネル間の均等化を改善すると同時に複雑
な構造の実現を可能にすることは事実であるが、そのた
めには総てのチャネルのＳＱＵよりが同じ平面内に作ら
れ、グラディオメータ−もこの平面内にあることが前提
となる。このような平面形のグラディオメータ−は組合
せて高次の三次元型グラディオメータ−を構成すること
ができるが、その際グラディオメーター相互間と結合コ
イル又はＳＱ、ＵＩＤとの結合形成に必要な超伝導結合
技術は極めて複雑高価である。その上このような高次の
グラディオメータ−には機械的安定性の問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この発明の目的は、冒頭に挙げた製法を改良して簡単確
実て所属ＳＱσよりと結合することができる三次元グラ
ディオメータ−を備える単チャネル型又は多チヤネル型
測定装置の製造が可能になるようにすることである。

〔問題点の解決手段〕

この目的はこの発明に′より、グラデイオメーター・コ
イルを少くとも接続導線と共に共通の三次元支持体上に
少くとも一回の成層過程において設け、対応導体路の固
定形成のためにリソグラフィ過程を先行させるかあるい
はエツチング過程を後から実施することによって達成さ
れる。

〔発明の効果〕

この発明による利点は、三次元グラディオメータ−がグ
ラデイオメーター・コイルおよび結合コイルと共に薄膜
技術によって作られ、その際結合コイルとグラデイオメ
ーター・コイル間の接続導線の全体又は大部分がグラデ
ィオメータ−および場合によって結合コイル自体と同じ
超伝導フィルムから成ることである。従って各コイル間
を結合する複雑高価な結合技術は必要としない。そのへ
　　　　　　　　　上″′ぴイ”メー′−と結合°（ば
構成鉢６磁束変成器と支持体の間に極めて強固な結合が
達成され、それに応じて高度の機械的安定性が確保され
る。これによってこの発明の方法によるグラディオメー
タ−はヘリウム＠度に冷却されても予め調整された同調
性を保持する。更て超伝導層の構造化と支持体の寸法決
定ｖ′ｉ極めて精確に行うことができるから、グラディ
オメータ−の調整も極めて精確に実施される。

この発明の有利な展開は特許請求の範囲第２項以下に示
されている。

〔実施例〕

図面についてこの発明を更に詳細ＶＣ説明する。

三次元構造のグラディオメータ−の製作は次の工程によ
るのが有利である。まず一つの支持体の表面にグラディ
オメータ−の形態に対応する形状の光照射マスクをリソ
グラフィ技術によって作対応する露出個所に超伝導材料
例えばニオブをとりつける。この光照射マスクの有利な
製造方法を第１図、５４２図に示す。ここでは前記の文
献（Ｒｅｖ。

Ｓｃｉ、Ｉｎｇｔｒｗｍ、　　５３（１２）、ｐ、　　
１８２７）に記載の対称型の一次軸方向グラデイオメー
ターを作るものとする。マスクは高い耐熱性のたわみ性
材料で作られる。薄いポリイｉド・フィルム例えばデュ
ポン社のカプトン（商品名）製のフィルムが特に適して
いる。

第１図の平面図に示すように始め平坦なたわみ性の基板
フィルム２にグラディオメータ−とそれに必要な往復接
続導線の構造全体を対応する間隙の形で作る。この間Ｉ
！Ｊは図に実線で示されている。

選ばれたグラディオメータ−形式に対応して対称中心線
３０両側に対称配置されたほぼ環状の間隙４、　５が両
方のグラデイオメーター・コイル用として相互間隔ａを
保って作られる。測定対象側にある間隙５によるコイル
は検出コイルと呼ばれるのに対して、間１５！４による
コイルは妨害磁場を打消すものであって補償コイルと呼
ばれる。対称線３に向う側では間隙４と５に接続導線用
の間隙７と８又は９と１０が続く。これらの間隙は最初
対称線６に垂直であり、対称線をはさんで間隔を保って
下に曲がり、間隙４と５の区域から外に出る。

フィルム２には予め定められた三次元成形を容易にしあ
るいは可能にするスリット又は切目が図に示すように作
られている。これによって導体路用の各間隙を形成した
後破線１２で囲まれた区域１３をフィルム２から切り離
す。この切り離された部分１６を第２図に示すように光
照射マスク１４として適当な支持体１５に例えば接着に
よってとりつける。この支持体は特殊ガラス又はセラミ
ック（例えばコーニング　グラス　ワークス（Ｃｏｒ−
ｎｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ　Ｗｏｒｋｓ）社のビコール（ｖ
ｙｃｏｒ　）　（商品名））で作ると有利である。

一次軸方向グラディオメーターの場合支持体１５は平行
平面の端面１６と１７を持つ円筒又は角柱であり、その
角が丸くなっている。異るグラディオメータ一平面間の
接続導線を規定するマスク１４の部分はこの丸くなった
角）て沿って置くことができる。Ｏの外に図に示されて
いないｓＱＵよりに対する接続導線ｊ−を支持体１５の
延長部分１９にマスクの対応部分を接着した後に形成さ
せる。

この発明の方法で作られるグラディオメータ−の場合接
続導体路の適当な形態とその配置により、グラディオメ
ータ−で検出する磁場のＸ成分と１成分に関する均等化
を例えばレーザーを使用して比較的簡単に実施すること
ができる。グラディオメータ−の２成分の調整は端面で
行われる。ただし第２図に示したＸ７Ｚ座標系の２軸は
支持体１５０円筒袖に一致し、に軸とＹ軸は第１図の対
称平置３内にあるものとする。均等化個所としてはＸ＋
　　７　　＋　　”−成分のそれぞれに対して多数の階
段的【変る大きさの環構造をグラデイオメーター・コイ
ルの端面のループ線内又往復導線間に設ける。、フィル
ムの対応する間隙は４１図に２０．２１゜２２として示
されている。それによって作られるへ　　　　　　　　
　環構造はコノトロール測定を行った後レーザー光によ
って切断することができる。

第１図、第２図に示す照射マスクを使用して作られた一
次グラデイオメーターをｉ重ねて二次グラディオメータ
−が構成される。−次子面形グラデイオメーターも同様
に組合せて軸・子軸混合形の二次グラディオメータ−と
なる。グラディオメータ−列も同様に構成することがで
きる。

第３図に概略して示した超伝導グラディオメータ−２５
は二次の対称形グラディオメータ−であって、巻回比１
ニー２：１のコイル２６．２７および２８を備える。こ
こでＩＩ符号はコイル２７を流れる電流がコイル２６と
２８の電流に対して逆向きであることを表わす。測定対
象に対向するコイル２６は検出コイルとなり、残りのコ
イル２７と２８は補償コイルとして使用される。コイル
２６乃至２８はセラミック材料又は６１　で作られ、一
つの円筒形支持体６０にとりつけられ、それぞれ２本の
接続導線（３２乃至５９）を通して接続される。これら
８本の接続導＠は円筒形支持体５０の軸方向に導かれ、
細い延長部４０上に集められて破線で示されている超伝
導遮蔽４３で包囲された区域４２に導かれる。この区域
４２内では接続導線３２乃至５９が図（Ｃ示されていな
い結合コイルに接続され、それを通して検出磁場が同じ
ぐ図に示されていないＳＱＵよりに導入される。５ＱＨ
ＩＤと結合コイルは専属基板上にあり、この基板が支持
体３０の延長部４０に固定される。

コイル２６乃至２８と接続導線３２乃至５９を備えるグ
ラディオメータ−２５はこの発明により薄膜技術又は厚
膜技術例よって製作される。その際第３図に示すように
交叉することなく巣一平面内に置かれた導体路がまずリ
ソグラフィによって固定配置される。それに対応して例
えば支持体６０がその延長部４０と共にラック塗布され
、このラック層に構造が作られる。Ｃれにはレーザー光
トリミングが宥和である。続いて導体路の金属化が準備
された超伝導材料の蒸着によって実施され、最後に公知
の引きはがし法によって支持体３０と延長部４０のラッ
ク層が１余去される。

導体路の形成は上記の方法の外に次の方法によっても可
能である。まず支持体とその延長部に超伝導材料を蒸着
し、この蒸着層から導体路となる部分の隣接区域を公知
のエツチング技術例えば反応性のイオンエツチングによ
って除去して導体路を形成させる。

更にレーザ光加熱により超伝導は料を気相から支持体と
その延長部の導体ＮｒＫ予定されている個所に沈着させ
ることも可能である。この方法には特別のラック層を必
要としないという長所がある。

第３図に示す二次グラディオメータ−はこの発明の方１
去によって作られるものであるが、導体路が単一のリソ
グラフィ平面内だけにリソグラフィによって形成される
。この場合必然的にグラディオメータ−のコイル数（Ｃ
対応する個数の二重導体が作られ、支持体３０の延長部
４０を通して結合コイルとＳＱＵよりに各コイルを連結
する。しかしグラディオメータ−用として二つのリング
ラフイ平面があり導体路の交叉が可能であるときは、グ
ラディオメータ−から出る接続線の′ｔ！Ｉｔよそれに
応じて減少し、又必要な結きコイルを同時に製作するこ
とができる。このようなグラディオメータ−の−例を第
４図て示す。この図（は［５図に対応するもので対応部
分には同じ番号がつけである。

全体が４５として示されているグラディオメータ−は一
つの検出コイル４６と二つの補償コイル４７゜４８を含
む。これらのコイルは直列に接続されて矢印５０の方向
に電流が流れ、結合コイル５６への接続には二本の接続
導＄５１と５２だけが必要となる。結合コイル５３はコ
イル４６乃至４８の残りの導体路および支持体延長部４
０の終端部にある接続導線５１．５２と同時に製作され
る。これは補償コイルの導体路と結合コイル５３に対し
て二平面リソグラ４イにより交叉部５５又は５６が作ら
れることによって可能となるものである。

この場合結合コイル５６の上に別の基板上に置かへ　　
　　　　　　　　れた５ＱＵＩＤを直接とりつけ接着す
ることができる。

第２図乃至第４図に示されてｈるグラディオメータ−は
それに所属する５ＱＵｒＤと共に測定装置の一つの検出
チャネルに対する一つのモジュールを構成する。従って
この種のグラディオメータ−・ＳＱＵより・モジュール
を多数組合せることにより所望のアレイ型に至るまでの
多チヤネル測定装置を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と５ｇ２図はこの発明による製造工程を説明する
図面であり、第３図と第４図はこの発明り方法によって
作られるグラディオメータ−の二側を示す。第３図、第
４図において３〇二支持体、４０：支持体延長部、４６
：検出コイル、４７と４８：補償コイル、５３：結合コ
イル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）特定寸法の超伝導グラデイオメーター・コイルが支
   持体上に設けられ、超伝導接続導線と結合コイルを通し
   て超伝導量子干渉デバイス（ＳＱＵＩＤ）に磁気結合さ
   れている三次元構造グラデイオメーターの製造方法にお
   いて、グラデイオメーター・コイル（２６乃至２８；４
   ６乃至４８）が少くとも接続導線（３２乃至５９；５１
   、５２）と共に共通の三次元支持体（１５、１９；３０
   、４０）上に少くとも一回の積層過程においてとりつけ
   られ、対応導体路の位置固定のためのリソグラフィ過程
   がそれに先行するかあるいはエッチング過程がそれに続
   くことを特徴とする三次元構造のグラデイオメーターの
   製造方法。 ２）導体路の位置固定のため導体路に対応する間隙（４
   、５、７乃至１０）を備えるたわみ性のマスク箔（１４
   ）が支持体（１５、１９）にとりつけられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３）マスク箔（１４）が支持体（１５、１９）にはりつ
   けられることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   方法。 ４）マスク箔（１４）に耐熱材料が使用されることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項記載の方法。 ５）マスク箔（１４）に薄いポリイミド箔が使用される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の方法。 ６）マスク箔（１４）に三次元支持体（１５、１９）へ
   のとりつけを容易にするかそれを可能にするスリットか
   切目（１２）が作られていることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項乃至第５項の一つに記載の方法。 ７）導体路用の間隙（４、５、７乃至９）が作られてい
   る区域（１４）を除くマスク箔（１４）の残りの部分が
   支持体（１５、１９）にとりつける前に除去されること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項乃至第６項の一つに
   記載の方法。 ８）リソグラフィ過程においては支持体（３０、４０）
   にラック層が設けられ、この層に導体路がレーザー光ト
   リミングにより固定形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 ９）エッチング過程においては各導体路が支持体（３０
   、４０）に設けられた蒸着層からエッチングによつて作
   られることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 １０）超伝導材料のレーザー誘発加熱によつて各導体路
   がガス相から支持体（３０、４０）上に沈着することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。