KR20070038890A - 자기 센서 조립체 - Google Patents

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KR20070038890A
KR20070038890A KR1020060097278A KR20060097278A KR20070038890A KR 20070038890 A KR20070038890 A KR 20070038890A KR 1020060097278 A KR1020060097278 A KR 1020060097278A KR 20060097278 A KR20060097278 A KR 20060097278A KR 20070038890 A KR20070038890 A KR 20070038890A
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아사프 고바리
안드레아 클라우디오 알트만
야론 에브랏
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바이오센스 웹스터 인코포레이티드
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Abstract

센서 조립체는 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하는 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서를 포함한다. 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서는 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성한다. 기판 조립체는 제1 공간 배향으로 제1 필드 센서를 배향하고 제2 공간 배향으로 제2 필드 센서를 배향하여, 제3 축이 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향된다.
센서 조립체, 패키지, 저항 필드 센서, 기판 조립체, 자기장

Description

자기 센서 조립체{Magnetic sensor assembly}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자기 위치 추적 시스템의 탐침(probe)의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 조립체의 요소를 도시하는 개략 상면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도 2의 센서 조립체의 개략도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 조립체의 요소를 도시하는 개략 상면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도 4의 센서 조립체의 개략도.
본 발명은 일반적으로 의료용 위치 추적 시스템에 관한 것이고, 특히 자기 위치 추적 시스템의 자기장을 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
의료 절차에 수반된 물체의 좌표를 추적하기 위한 다양한 방법 및 시스템이 당 기술 분야에 공지되어 있다. 이들 시스템의 몇몇은 자기장 측정을 사용한다. 예를 들면, 그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 특허 제5,391,199 호 및 제5,443,489호는 체내 탐침의 좌표가 하나 이상의 필드 변환기를 사용하여 결정되는 시스템을 개시하고 있다. 이러한 시스템은 카테터와 같은 의료용 탐침에 관한 위치 정보를 생성하기 위해 사용된다. 위치 센서는 탐침 내에 배치되고 외부 인가 자기장에 응답하여 신호를 생성한다. 자기장은 공지된 상호 이격 위치에서 외부 기준 프레임에 고정된 라디에이터 코일과 같은 자기장 발생기에 의해 생성된다.
자기 위치 추적에 관한 부가의 방법 및 시스템이, 예를 들면 PCT 국제 출원 공보 WO 96/05768호, 미국 특허 제4,849,692호, 제4,945,305호, 제5,453,686호, 제6,239,724호, 제6,332,089호, 제6,618,612호 및 제6,690,963호 및 미국 특허 출원 공보 제2002/0065455 A1호, 제2003/0120150 A1호, 제2004/0068178 A1호 및 제2004/0147920 A1호에 설명되어 있고, 이들의 내용은 모두 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다. 이들 공보는 심장 카테터, 정형외과 임플란트 및 상이한 의료 절차에 사용된 의료 도구와 같은 체내 물체의 위치를 추적하는 방법 및 시스템을 설명한다.
상술한 참조 문헌들에 설명된 시스템의 몇몇을 포함하는 몇몇 위치 추적 시스템은 교류(AC) 자기장을 사용한다. 상기 인용된 미국 특허 제4,849,692호, 제4,945,305호 및 제5,453,686호에 설명된 시스템과 같은 다른 위치 추적 시스템은 직류(DC)장을 사용한다.
자기장을 감지하기 위한 다수의 위치 센서 및 센서 조립체가 당 기술 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, 그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 특허 제6,536,123호는 지자기(earth magnetism)의 방향을 계산하기 위한 하이브리드 3축 자기 센서를 설명한다. 센서는 베이스가 주 부재로서 작용하고 베이스에 평행한 평면에 의해 규정된 자기 벡터의 두 개의 축 성분을 검출하도록 형성된 플럭스 게이트형 자기 센서를 포함한다. 홀 소자(Hall element)가 베이스에 수직인 자기 벡터의 다른 성분을 검출한다. 경사도 센서는 베이스의 경사각을 검출한다. 플럭스 게이트형 자기 센서 및 홀 소자는 하이브리드 IC로서 함께 일체로 구성된다. 검출된 3차원 자기 벡터는 베이스의 기울기의 견지에서 보정된다.
다른 예로서, 그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 특허 제6,278,271호는 자기장의 3개의 성분의 측정을 위한 자기장 센서를 설명한다. 센서는 홀 효과 소자 및 전자 회로를 포함한다. 홀 효과 소자는 전압 및 전류 접점과 접촉되는 활성 영역을 포함한다. 4개의 전압 접점이 전자 회로의 입력부에 접속된다. 전압 접점에 존재하는 전위의 합산 또는 차동 형성에 의해, 전자 회로는 자기장의 3개의 성분에 비례하는 3개의 신호를 유도한다.
그 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있는 미국 특허 제6,184,680호는, 자기장을 검출하기 위한 자기 저항 효과를 갖는 자기 필름 또는 필름들 및 자기 필름에 전류를 인가하기 위한 도전체 전극이 가요성 기판 상에 적층되어 있는 자기장 센서를 설명한다.
자기장 센서는 종종 자기 저항 센서를 포함한다. 예를 들면, 자기 저항 소자에 기초한 다수의 자기장 센서 및 모듈이 허니웰 인터내셔널 인크(Honeywell International Inc.)(미국 뉴저지주 모리스타운 소재)에 의해 제조된다. 이들 제 품에 관한 정보는 www.ssec.honeywell.com/magnetic/products.html에서 발견될 수 있다. 필립스 일렉트로닉스(Philips Electronics)(네덜란드 암스테르담 소재)는 또한 자기 저항 필드 센서를 제조한다. 이들 제품에 관한 정보는 www.semiconductors.philips.com에서 발견될 수 있다.
다수의 의료용 위치 추적 적용에서, 탐침 내에 장착된 위치 센서는 외부 인가 자기장의 모든 3개의 수직 성분을 측정한다. 그러나, 다수의 종래의 자기장 센서는 단지 이들 성분 중 하나 또는 두 개만을 측정할 수 있다. 특히, 표면 실장 기술(SMT)을 사용하여 3중축 자기장 센서를 제조하는 것은 곤란하다. 한편, 단일축 및 2중축 SMT 필드 센서는, 이들의 저비용, 소형 크기 및 프로파일, 및 종래의 고체적 제조 프로세스에 대한 이들의 적합성에 기인하여 종종 센서 조립체에 사용을 위한 유력한 후보자이다.
따라서, 본 발명의 실시예는 모든 3개의 자기장 성분을 측정하도록 두 개 이상의 단일 또는 2중축 필드 센서를 조합하는 자기 센서 조립체, 위치 센서 및 이러한 조립체 및 센서를 제조하기 위한 방법을 제공한다.
몇몇 실시예에서, 필드 센서는 DC 자기장을 측정하는 것이 가능한 자기 저항 소자를 포함한다. 유리하게는, DC 센서는 AC 필드 센서보다 금속 물체로부터의 방해에 의해 발생된 측정 에러에 덜 민감하다.
몇몇 실시예에서, 필드 센서는 이들이 함께 자기장을 측정하고 필드의 모든 3개의 성분을 지시하는 위치 신호를 생성하는 것을 가능하게 하도록 상이한 각각의 기하학적 평면에 센서를 배향하는 기판 조립체 상에 실장된다. 몇몇 실시예에서, 기판 조립체는 적합한 3차원 형상으로 만곡되는 가요성 PCB를 포함한다. 대안 실시예에서, 기판 조립체는 상이한 기하학적 평면 상에 필드 센서를 위치시키기 위해 서로 상호 체결된 두 개 이상의 슬롯 형성된 기판 섹션을 포함한다.
일반적으로, 기판 조립체는 종래의 인쇄 회로 기판(PCB) 재료를 포함하고, 센서 조립체는 종래의 PCB 제조 및 조립 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면,
제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서;
제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서; 및
제1 및 제2 필드 센서가 그 상부에 표면 실장되고, 제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜, 제3 축이 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향되도록 결합된 기판 조립체를 포함하는 센서 조립체가 제공된다.
일 실시예에서, 기판 조립체는 제1 및 제2 필드 센서를 배향하기 위해 만곡된 가요성 기판 재료를 포함한다. 가요성 기판 재료는 기판 조립체를 만곡하는 것 이 가능하도록 하기 위한 하나 이상의 슬롯을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 기판 조립체는 제1 및 제2 필드 센서를 배향시키기 위해 서로 상호 체결된 두 개 이상의 섹션을 포함한다. 두 개 이상의 섹션은 섹션들을 서로 상호 체결하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 슬롯을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 기판 조립체는 인쇄 회로 기판(PCB) 재료를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 전기 도전체가 제1 및 제2 필드 센서 중 적어도 하나를 위한 전기 상호 접속부를 제공하기 위해 PCB 재료 상에 배치된다.
또 다른 실시예에서, 센서 조립체는 2×2×4mm 보다 작은 크기를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따르면,
자기장을 생성하도록 배열된 하나 이상의 필드 발생기와;
센서 조립체; 및
제1 및 제2 위치 신호를 수신하고 위치 신호들에 응답하여 하나 이상의 필드 발생기에 대한 센서 조립체의 공간 위치를 계산하도록 배열된 제어 모듈을 포함하고,
센서 조립체는,
제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서와;
제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서; 및
제1 및 제2 필드 센서가 그 상부에 표면 실장되고, 제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜, 제3 축이 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향되도록 결합된 기판 조립체를 포함하는 위치 감지 장치가 또한 제공된다.
일 실시예에서, 자기장은 직류(DC) 자기장을 포함한다.
다른 실시예에서, 위치 센서는 환자의 신체 내에 삽입된 물체에 결합하도록 적용되고, 제어 모듈은 신체 내부의 물체의 위치 좌표를 결정하도록 배열된다.
제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서를 제공하는 단계와;
제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서를 제공하는 단계; 및
제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜, 제3 축이 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향 되도록 제1 및 제2 필드 센서를 기판 조립체 상에 표면 실장하는 단계를 포함하는 센서 조립체 제조 방법이 부가로 제공된다.
본 발명은 도면과 함께 취한 이하의 실시예의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 의료용 자기 위치 추적 시스템에 사용된 탐침(probe)(10)의 개략도이다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 탐침(10)은 심장 전기 맵핑, 영상화, 치료 및/또는 다른 침습성 절차를 수행하기 위해 환자의 심장 내에 삽입되는 심장 카테터를 포함한다. 카테터는 일반적으로 공지된 공간 좌표에 위치된 하나 이상의 필드 발생기(13)를 포함하는 자기 위치 추적 시스템의 부분이다. 필드 발생기는 탐침을 포함하는 사전결정된 작동 체적에 자기장을 생성한다.
위치 센서(11)는 그의 부근의 자기장에 응답하여 탐침의 위치 좌표를 측정하기 위해 탐침(10)에 결합된다. 본 예에서, 위치 센서는 카테터의 원위 단부에 장착된다. 위치 센서(11)는 자기장을 감지하고 감지된 필드를 지시하는 위치 신호를 생성하는 센서 조립체(12)를 포함한다. 센서 조립체(12)는 일반적으로, 그 각각이 하나 또는 두 개의 축을 따라 자기장의 성분을 측정하는 것이 가능한 두 개 이상의 콤팩트한 자기장 센서를 포함한다. 센서는 이들이 외부 인가 자기장의 모든 3개의 수직 성분을 측정하는 것을 가능하게 하는 공간 구성으로 배열된다. 예시적인 센서 조립체 구성은 이하의 도 2 내지 도 5에 도시되고 설명된다.
위치 센서(11)에 부가하여, 탐침(10)은 전극(14)과 같은 부가의 구성 요소, 뿐만 아니라 부가의 센서 및/또는 치료 요소(도시 생략)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위치 센서(11)는 탐침(10)에 의해 생성된 위치 신호 및/또는 다른 신호를 수신하고 이들을 케이블(18)을 거쳐 외부 처리 유닛(도시 생략)으로 전송하는 제어 모듈(16)을 포함한다. 외부 처리 유닛은 필드 발생기(13)에 대한 탐침의 위치를 계산하고 표시한다. 계산된 위치는 탐침의 위치 및 각도 배향 모두를 포함하는 최대 6차원 좌표 정보를 포함할 수 있다.
본 특허 출원은 주로 위치 센서(11) 특히 센서 조립체(12)의 구조와 관련된다. 탐침(10) 및 자기 위치 추적 시스템의 특정 작동은 본 특허 출원의 범주 외에 있는 것으로 고려된다. 상술된 심장 적용은 단지 예로서 언급된 것이다. 본 명세서에 설명된 방법 및 장치는 정형외과 임플란트 및 의료 도구를 추적하기 위한 호흡계, 소화계 및 비뇨계의 진단 및 치료를 위한 시스템과 같은 다양한 위치 추적 시스템 및 적용, 뿐만 아니라 비의료 적용에 사용될 수 있다. 적용에 따라, 위치 센서(11) 및/또는 센서 조립체(12)는 카테터, 내시경, 정형외과 임플란트, 의료 또는 수술 도구, 또는 임의의 다른 적합한 추적 물체에 결합될 수 있다. 본 명세서에 설명된 방법 및 장치를 사용할 수 있는 몇몇 예시적인 시스템은 상기 인용된 공보에 설명되어 있다.
자기 센서 조립체
다수의 적용에서, 위치 센서는 위치 계산을 가능하게 하기 위해 외부 인가 자기장의 모든 3개의 수직 성분을 측정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 몇몇 실 시예에서, 센서 조립체(12)는 두 개 이상의 저프로파일 전자 자기장 센서를 포함한다. 이러한 자기장 센서는 당 기술 분야에 공지된 바와 같이 자기 저항 소자에 기초할 수 있다. 자기 저항 소자의 사용은, 이들이 AC 필드보다 금속 물체로부터의 방해에 의해 발생되는 측정 에러에 덜 민감한 DC 자기장을 측정하는 것이 가능하기 때문에 다수의 경우에 바람직하다. 센서 조립체(12)에 사용될 수 있는 몇몇 예시적인 자기장 센서는 허니웰(Honeywell) HMC 1002, HMC 1022, HMC 1052 2중축 센서이다. 이들 장치에 관한 부가의 상세는 상기 인용된 허니웰 웹사이트에서 발견될 수 있다.
통상적으로, 상기 인용된 허니웰 및 필립스 장치와 같은 종래의 자기장 센서는 하나 또는 두 개의 소형화 자기 저항 소자를 포함한다. 이들 소자는 장치의 표면에 평행한 평면 상에 투영된 자기장의 하나 또는 최대 두 개의 수직 성분을 측정한다. 이들 장치 대부분은 소형의 편평한 표면 실장 장치(surface-mount devices ; SMD)이다. 원리적으로, 모든 3개의 수직 필드 성분의 측정은, 그 중 하나가 장치의 표면에 수직인 평면에 배향되어야 하는 3개의 자기 저항 소자를 사용하는 것을 암시한다. 이러한 구조는 소형 표면 실장 장치의 평면형 구조에서 실현되기가 일반적으로 곤란하다.
따라서, 몇몇 실시예에서, 센서 조립체(12)는 그 상부에 필드 센서가 실장되는 3차원 기판 조립체를 포함한다. 기판 조립체는 필드 센서들이 외부 인가 자기장의 모든 3개의 성분을 측정하는 것을 가능하게 하는 공간 배향에서 서로에 대해 필드 센서들을 위치시킨다.
몇몇 실시예에서, 기판 조립체는 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 기판 조립체는 필드 센서에 의해 생성된 위치 신호를 유도(routing)하는 안내 트레이스(conducting trace)를 포함할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 제어 모듈(16) 및/또는 탐침(10)의 임의의 다른 전자 회로는 센서 조립체(12)의 기판 상에 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 센서 조립체(12)로서 사용될 수 있는 예시적인 센서 조립체(20)의 요소를 도시하는 개략 상면도이다. 본 실시예에서, 기판 조립체(24)는 가요성 PCB와 같은 가요성 기판을 포함한다. 도 2는 센서 조립체(20)에 사용되는 적절한 3차원 형상으로 만곡되기 전에 그 최초의 편평한 형상의 기판 조립체(24)를 도시한다. 가요성 기판은 임의의 적합한 PCB 제조 프로세스를 사용하여 제조될 수 있다.
두 개의 자기장 센서(28A, 28B)가 가요성 기판 상에 실장된다. 일반적으로, 센서(28A, 28B)는 리플로우 프로세스(reflow process)와 같은 종래의 PCB 조립 프로세스를 사용하여 기판 상에 실장된 SMD들을 포함한다. 단지 설명에 필수적인 요소만이 도면에 도시되어 있고, 선택적인 부가의 회로와 같은 요소는 간단화를 위해 생략되어 있다. 몇몇 실시에에서, PCT 도전체(29)는 센서(28A, 28B)로부터 센서 조립체의 출구 포트(30)로 공급 전압을 제공하고 및/또는 신호를 유도한다. 슬롯(32)이 소정의 3차원 형상으로 이를 만곡시키는 것을 허용하기 위해 가요성 PCB를 통해 절결된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 센서 조립체(20)의 개략도이다. 이 도면은 최초의 3차원 형상으로 만곡된 후의 상기의 도 2의 가요성 기판 조립체(24)를 도시한다. 필드 센서(28A, 28B)는 이제 두 개의 수직 평면 상에 위치되어 있는 것을 알 수 있다. 몇몇 실시예에서, 센서(28A, 28B) 각각은 자기장의 두 개의 수직 성분을 측정하는 2중축 센서이다. 따라서, 함께 사용될 때, 두 개의 센서는 모든 3개의 수직 필드 성분을 지시하는 4개의 위치 신호를 제공한다. 4개의 위치 신호 중 하나는 양 센서에 의해 측정된 필드 성분에 관련할 때 여분의 것으로 고려될 수 있다. 대안 실시예에서, 센서(28A, 28B) 중 하나는 2중축 센서를 포함하고, 다른 센서는 단지 3개의 수직 필드 성분만을 측정하는 단일축 센서를 포함한다.
대안 실시예(도면에는 도시되지 않음)에서, 가요성 기판 조립체(24)의 구조는 상호 수직 구조로 단일축 필드 센서를 배향하도록 간단한 방식으로 범용화될 수 있다.
다른 대안 실시예에서, 가요성 기판 조립체(24)는 상이한 비수직 평면에 센서(28A, 28B)를 위치시킨다. 평면은 수직이 아니기 때문에, 위치 신호의 일부 또는 전체는 하나 이상의 자기장 성분의 투영을 포함할 수 있다. 필드 센서의 상호 각도 배향은 일정하고 선험적으로(a-priori) 공지되어 있기 때문에, 적합한 계산이 위치 신호로부터 3개의 수직 필드 성분을 추출할 수 있다. 이러한 계산은 제어 모듈(16)에 의해 또는 외부 처리 유닛에 의해 수행될 수 있다.
도 2 및 도 3의 기판 조립체(24)의 특정 형상은 단지 명백한 예로서 도시되어 있다. 대안 실시예에서, 가요성 기판은 자기장 센서들이 자기장의 모든 3개의 성분을 측정하는 것을 가능하게 하기 위해 자기장 센서를 배향하는 임의의 다른 적 합한 형상으로 제조되고 만곡될 수 있다. 가요성 기판의 형상은 슬롯을 갖거나 갖지 않을 수 있다.
조립체(24)를 3차원 구조로 만곡한 후에, 가요성 기판 조립체는 임의의 적합한 방법을 사용하여 그의 형상을 유지하도록 적소에 보유될 수 있다. 예를 들면, 전체 센서 조립체는 적합한 포팅(potting)에서 주조될 수 있거나 또는 적합한 기계적 고정구를 사용하여 위치 센서(11) 또는 탐침(10)에 고정될 수 있다.
도 3의 구조를 사용하여, 예시적인 소형 센서 조립체(20)가 성취되어, 카테터, 내시경, 임플란트 및 다른 의료용 탐침 및 기구에 사용하기에 적합하게 될 수 있다. 센서 조립체는 일반적으로 2×2×4mm 입방체로 또는 대략 4mm 높이 및 2mm 직경의 실린더로 장착될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 조립체(12)로서 사용될 수 있는 센서 조립체(30)의 요소를 도시하는 개략 상면도이다. 본 실시예에서, 기판 조립체는 일반적으로 적합한 강성 PCB 재료를 포함하는 두 개의 적합한 섹션(34A, 34B)을 포함한다. 필드 센서(28A, 28B) 중 하나는 각각의 기판 섹션에 실장된다. 슬롯(42)이 각각의 섹션의 일 측면 내에 절결된다. 섹션(34A, 34B)은 임의의 적합한 PCB 제조 및 조립 방법을 사용하여 제조되고 조립될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 상기의 도 4의 센서 조립체(30)의 개략도이다. 3차원 기판 조립체를 형성하기 위해, 섹션(34A, 34B)은 슬롯(42)을 사용하여 수직 구조로 서로에 삽입된다. 상기의 도 3의 구조와 유사하게, 센서 조립체(30)에서, 필드 센서(28A, 28B)는 두 개의 수직 평면 상에 위치된다. 센서(28A, 28B) 가 2중축 센서일 때, 두 개의 센서는 3개의 필드 성분을 지시하는 4개의 위치 신호를 함께 제공하고, 하나의 성분은 여분이다. 대안적으로, 센서(28A, 28B) 중 하나는 단일축 센서를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, PCT 도전체(29)는 센서(28A, 28B)를 출구 포트(30)와 접속한다. 신호는 도 4에 도시된 바와 같이 도전체(29)를 슬롯(42)에 도달시킴으로써 섹션(34A, 34B) 사이로 유도될 수 있다. 섹션(34A, 34B)을 상호 체결한 후에, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전체는 전기 도전성을 제공하도록 슬롯(42)에서 함께 납땜되거나 와이어 본딩(wire-bonded)될 수 있다.
대안적으로, 섹션(34A, 34B)은 필드 센서가 3개의 자기장 성분을 지시하는 신호를 생성하는 것을 가능하게 하는 임의의 다른 적합한 구조로 제조되어 서로 부착될 수 있다. 특히, 비수직 구조가 또한 적합한 계산 프로세스와 연계하여 사용될 수 있다. 센서 조립체(30)는 임의의 적합한 실장법을 사용하여 위치 센서(11) 또는 탐침(10) 내에 실장될 수 있다.
상술된 방법 및 장치는 주로 자기 저항 장치에 기초하여 센서 조립체에 접근하였지만, 본 발명의 원리는 또한 DC 및/또는 AC 자기장을 감지하기 위한 다른 센서 기술에 기초하여 센서 조립체를 제조하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 대안 필드 센서는 홀 효과 장치 또는 필드 감지 코일을 포함할 수 있다. 센서는 패키징된 또는 패키징되지 않은 저프로파일 소자를 포함할 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 원리는 또한 전기장과 같은 다른 유형의 필드를 감지하기 위한 뿐만 아니라 가속도 또는 다른 방향성 특성을 측정하기 위한 센서 조립체를 제조하는데 사용될 수 있다.
따라서, 상술된 실시예는 예로서 언급되었고, 본 발명은 상기에 특정하게 나타내고 설명된 것에 한정되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는 상기에 설명된 다양한 특징의 조합 및 하위 조합, 뿐만 아니라 상기 설명의 숙독시에 당업자들에게 실행될 수 있고 종래 기술에는 개시되지 않은 이들의 변형 및 변경을 포함한다.
본 발명은 모든 3개의 자기장 성분을 측정하도록 두 개 이상의 단일 또는 2중축 필드 센서를 조합하는 자기 센서 조립체, 위치 센서 및 이러한 조립체 및 센서를 제조하기 위한 방법을 제공한다.

Claims (22)

  1. 제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서와;
    제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서; 및
    상기 제1 및 제2 필드 센서가 그 상부에 표면 실장되고, 상기 제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 상기 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜 상기 제3 축이 상기 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향되도록 결합된 기판 조립체를 포함하는 센서 조립체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향하기 위해 만곡된 가요성 기판 재료를 포함하는 센서 조립체.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 가요성 기판 재료는 상기 기판 조립체를 만곡하는 것이 가능하도록 하기 위한 하나 이상의 슬롯을 포함하는 센서 조립체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향시키기 위해 서로 상호 체결된 두 개 이상의 섹션을 포함하는 센서 조립체.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 두 개 이상의 섹션은 상기 섹션들을 서로 상호 체결하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 센서 조립체.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 인쇄 회로 기판(PCB) 재료를 포함하는 센서 조립체.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 필드 센서 중 적어도 하나를 위한 전기 상호 접속부를 제공하기 위해 상기 PCB 재료 상에 배치된 전기 도전체를 포함하는 센서 조립체.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 센서 조립체는 2×2×4mm 보다 작은 크기를 갖는 센서 조립체.
  9. 자기장을 생성하도록 배열된 하나 이상의 필드 발생기와;
    센서 조립체; 및
    제1 및 제2 위치 신호를 수신하고 상기 위치 신호들에 응답하여 상기 하나 이상의 필드 발생기에 대한 상기 센서 조립체의 공간 위치를 계산하도록 배열된 제 어 모듈을 포함하고,
    상기 센서 조립체는,
    제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서;
    제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서; 및
    상기 제1 및 제2 필드 센서가 그 상부에 표면 실장되고, 상기 제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 상기 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜, 상기 제3 축이 상기 제1 및 제2 축을 포함하는 평면으로부터 외부로 배향되도록 결합된 기판 조립체를 포함하는 위치 감지 장치.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 자기장은 직류(DC) 자기장을 포함하는 위치 감지 장치.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 위치 센서는 환자의 신체 내에 삽입된 물체에 결합하도록 적용되고, 상기 제어 모듈은 신체 내부의 상기 물체의 위치 좌표를 결정하도록 배열된 위치 감지 장치.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향하기 위해 만곡된 가요성 기판 재료를 포함하는 위치 감지 장치.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향하기 위해 서로 상호 체결된 두 개 이상의 섹션을 포함하는 위치 감지 장치.
  14. 제9 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 인쇄 회로 기판(PCB) 재료를 포함하는 위치 감지 장치.
  15. 제1 필드 센서의 공간 배향에 대해 각각의 상이한 제1 및 제2 축 상에 투영된 자기장의 제1 및 제2 성분을 측정하고, 상기 측정된 제1 및 제2 성분을 지시하는 제1 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제1 표면 실장형 패키지 내의 제1 자기 저항 필드 센서를 제공하는 단계와;
    제2 필드 센서의 공간 배향에 대해 적어도 제3 축 상에 투영된 자기장의 적어도 제3 성분을 측정하고, 상기 측정된 제3 성분을 지시하는 제2 위치 신호를 생성하도록 배열된, 제2 표면 실장형 패키지 내의 제2 자기 저항 필드 센서를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 필드 센서를 제1 공간 배향으로 배향시키고 상기 제2 필드 센서를 제2 공간 배향으로 배향시켜, 상기 제3 축이 상기 제1 및 제2 축을 포함하는 평면 으로부터 외부로 배향되도록 상기 제1 및 제2 필드 센서를 기판 조립체 상에 표면 실장하는 단계를 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 가요성 기판 재료를 포함하고, 상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향시키기 위해 상기 기판 조립체를 만곡하는 단계를 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 가요성 기판 재료는 상기 기판 조립체를 만곡시키는 것을 가능하게 하기 위한 하나 이상의 슬롯을 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  18. 제15 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 두 개 이상의 섹션을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 필드 센서를 배향시키기 위해 상기 두 개 이상의 섹션을 서로 상호 체결하는 단계를 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 두 개 이상의 섹션은 상기 섹션들을 서로 상호 체결하는 것을 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  20. 제15 항에 있어서, 상기 기판 조립체는 인쇄 회로 기판(PCB) 재료를 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 필드 센서 중 적어도 하나를 위한 전기 접속부를 제공하기 위해 상기 PCB 재료 상에 전기 도전체를 배치하는 단계를 포함하는 센서 조립체 제조 방법.
  22. 제15 항에 있어서, 상기 센서 조립체는 2×2×4mm 보다 작은 크기를 갖는 센서 조립체 제조 방법.
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