JP6835882B2 - コイル装置及び付属の測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、独立請求項１の上位概念に記載されているコイル装置と、独立請求項１３の上位概念に記載されている、その種のコイル装置を備えた測定装置とに関する。

従来技術より、振動回路を用いて渦電流センサの測定コイル装置の１つ又は複数のセンサコイルのインダクタンスを求めるための種々の測定装置が公知である。個々のコイルのインダクタンスに基づいて、測定される回転角度を簡単に推定することができる。通常の場合、ＬＣ発振回路の振動周波数の測定及び積分によってインダクタンスが求められ、この振動周波数はインダクタンスに依存する。ＬＣ発振器の周波数の測定は、非常にわずかな手間で、ＡＳＩＣ又はマイクロコントローラにおいて実現することができる。対応して、捕捉される振動周波数は、外部から誘導される電圧によっても影響を受ける可能性があるので、振動周波数は、もはやＬＣ共振条件だけに依存するのではなく、電圧を誘導する外部の干渉信号の周波数にも依存する。センサコイルを２つの部分に分割して、一方の巻回方向を逆向きにすることによって、この入力結合を低減することができる。しかしながら、その措置によって、通常の場合、インダクタンスも低減されるが、インダクタンス自体は、コイルＱ値、ひいては周波数安定性に決定的な影響を及ぼすものである。

実際のコイル装置は、完全に平坦であることはあり得ず、また、外場が電圧を誘導する可能性がある領域を複数有している。即ち、通常は多層回路基板におけるビアの構造によって惹起される、補償されていない干渉場がコイル装置内に存在する場合には、単層コイル又は２層コイルにおいては、磁気的な干渉場に対する感度が顕著なものになる可能性がある。ビアは、コイルを評価回路に接触接続させるために使用される。電場による顕著な信号入力結合は、コイル装置が両接続部において同一のインピーダンスを有しておらず、かつ、コイル装置の裏に接地された面が配置されている場合に生じる可能性がある。

均質な外場に対する感度を主測定装置に縮小させるアプローチも複数存在しており、それらのアプローチは、渦電流が近場の局所的な作用であり、他方、干渉場は均質な遠場とみなすことができるという着想を基礎としている。独国特許出願公開第１０２００８０１２９２２号明細書（ＤＥ１０２００８０１２９２２Ａ１）からは、例えば、少なくとも１つの励磁素子及び少なくとも１つの受信素子を備えているステータと、ロータと、評価回路とを有する、平坦に構成された誘導性の角度センサが公知である。励磁素子が、外側の第１の巻線と、その内側に距離を置いて配置されている逆方向に延在する第２の巻線と、を有するコイルとして形成されている。従って、励磁素子は２つのコイルを有しており、それら２つのコイルは、電圧の印加時に相反する電磁場を生成する。場の強度に対する要求に応じて、複数の平行な巻線を回路基板の異なる層に配置することができ、その場合、それら巻線の端部は、ビアを介して電気的に相互に接続されている。

独国特許出願公開第１０２００８０１２９２２号明細書

発明の開示
独立請求項１の特徴を備えたコイル装置及び独立請求項１３の特徴を備えた測定装置は、外部の磁気的な干渉源の結合作用を少なくとも低減し、理想的には完全に回避することができるという利点を有している。ビアの対での点対称性に基づいて、副平面におけるすべての干渉場が、反対の方向に向けられ、そのようにして相互に補償される。このことは、主方向に対して直交する方向においても、また、重畳原理に基づいて主平面における他の各方向においても当てはまる。

本発明の実施の形態を、例えば、多層の回路基板を有する角度センサ又はリニアセンサに使用することができる。理論上は、上記の構造を、主平面に対して垂直に配置されている副平面において生成されるあらゆる均質な磁場に対して、また、主平面外に形成される電場に対して完全に耐性があるように実施することができる。これは、測定原理の実践のために入力結合が行われる実際の検出方向乃至主方向を排除する。

本発明の実施の形態は、コイル巻線及び多層の回路基板を有するコイル装置を提供する。コイル巻線は、複数のループを有しており、それらのループは、回路基板の異なる層に配置されており、かつ、回路基板の主平面に対して垂直に延在する主測定方向を有する主磁場を形成する。異なる層に配置されているループは、少なくとも１つのビアを介して、電気的に相互に接続されている。磁気的な干渉場を補償するために、回路基板は、少なくとも４つのビア又は４の整数倍の個数のビアを有しており、それらのビアは、コイル巻線のループ間に、同数の下り方向電流経路及び上り方向電流経路を形成している。同一の電流経路方向を有する２つのビアはそれぞれ、共通の対称点を中心にして点対称に配置されているために、主平面に対して垂直に配置されている、回路基板の副平面に生じる磁気的な干渉場は、反対の方向を有していて、相互に補償される。

さらに、増幅器及び振動回路を有する測定装置が提案され、この振動回路は、少なくとも１つのコンデンサと、本発明に係るコイル装置として実施されている測定コイル装置と、を備えている。ここで、増幅器の出力信号は、測定信号として、測定コイル装置のインダクタンス及び／又はインダクタンス変化を表す。

従属請求項に記載されている措置及び発展形態によって、独立請求項１に記載されているコイル装置の有利な改善形態、及び、独立請求項１３に記載されている、その種のコイル装置を備えた測定装置が実現される。

特に有利には、少なくとも４つのビアが共通の直線に沿って配置されている。さらに、共通の直線に沿って配置されているビアは、特に有利な実施の形態においては、相互に可能な限り短い間隔を有しているので、その結果、不均質な干渉場の作用を低減することができる。

基本的に、同一の電流方向を有するそれぞれ２つのビアを、任意の点を中心にして鏡面対称とすることができる。コイル装置の別の有利な構成においては、対称点としてのコイル装置の重心を中心にして、対で点対称に配置されているビアを、鏡面対称にすることができる。この対称点は、対で点対称に配置されているビアの連結直線の共通の交点によって設定することができる。さらに、２つの連結直線が成す角度は、０°から３６０°の間の任意の値を有することができる。

コイル装置の別の有利な構成においては、コイル巻線は、それぞれ、下り方向電流経路として形成されているビアを、上り方向電流経路として形成されているビアに電気的に接続することができ、また、上り方向電流経路として形成されているビアを、下り方向電流経路として形成されているビアに電気的に接続することができる。コイル巻線を閉じるために、下り方向電流経路として形成されている各ビアに対して、上り方向電流経路として形成されているビアが１つ設けられている。この場合、下り方向電流経路として形成されている第１のビア及び上り方向電流経路として形成されている第２のビアから成る各ペアは、下り方向電流経路として形成されている第１のビア及び上り方向電流経路として形成されている第２のビアから成り、かつ、任意の点を中心にして鏡面対称となっている類似のペアによって補償される。さらに、回路基板の第１の層において下り方向電流経路として形成されている第１のビアを上り方向電流経路として形成されている第２のビアに電気的に接続する少なくとも１つの第１のループと、回路基板の第２の層において上り方向電流経路として形成されている第２のビアを下り方向電流経路として形成されている第３のビアに電気的に接続する少なくとも１つの第２のループと、回路基板の第１の層において下り方向電流経路として形成されている第３のビアを上り方向電流経路として形成されている第４のビアに電気的に接続する少なくとも１つの第３のループと、回路基板の第２の層において上り方向電流経路として形成されている第４のビアを下り方向電流経路として形成されている第１のビアに電気的に接続する少なくとも１つの第４のループと、が同一の方向を有している。

コイル装置の別の有利な構成においては、下り方向電流経路として形成されているビアと、上り方向電流経路として形成されているビアとの間の電気的な接続、及び／又は上り方向電流経路として形成されているビアと下り方向電流経路として形成されているビアとの間の電気的な接続が、任意の個数のループを有することができ、この場合、ループは、接続形態を維持するために、上り方向電流経路として形成されているビア間の連結線との交点を有していない。

コイル装置の１つの別の有利な構成においては、回路基板が、４つの接続接触部を備えた接続端子を有しており、それらの接続接触部は、それぞれ、共通の対称点を中心にして対で点対称に配置されており、この場合、２つの接続接触部は下り方向電流経路として形成されており、２つの接続接触部は上り方向電流経路として形成されている。この場合、下り方向電流経路として形成されている第１の接続接触部及び上り方向電流経路として形成されている第２の接続接触部を、それぞれ、コイル接続部として第３の層に形成することができ、また、下り方向電流経路として形成されている第３の接続接触部及び上り方向電流経路として形成されている第４の接続接触部を、それぞれ、補償接触部として形成することができる。２つの補償接触部によるループは、磁気的な干渉場において、反対の極性を有する電圧を生成し、この電圧は、コイル接続部において、同一の磁気的な干渉場によって誘導される電圧を補償することができる。さらに、第１の接続接触部及び第２の接続接触部を、２つのビア間の第１の接続部に挿入することができ、また、その第１の接続部を遮断することができる。この場合、第３の接続接触部及び第４の接続接触部は、共通の対称点を中心にして鏡面対称となっている、２つのビア間の対応する接続部に挿入することができ、また、その対応する接続部を遮断することができ、この場合、第３の接続接触部及び第４の接続接触部を、第３の層において電気的に相互に接続することができる。

コイル装置の別の有利な構成においては、接続端子が、接続接触部を形成する４つの付加的なビアを有することができる。設計を簡略化し、ビアの個数を低減するために、接続端子は代替的に、付加的なビアを２つだけ有することもでき、この場合には、付加的なビア及びコイル巻線のビアが、それぞれ、接続接触部を形成することができ、また、付加的なビア及びコイル巻線のビアが、それぞれ、補償接触部を形成することができる。

測定装置の有利な構成においては、２つのコンデンサを有し、かつ、それらの２つのコンデンサの間に測定コイル装置を配置することができるＰｉ−ＬＣ回路として、振動回路を実施することができる。これは、相応の回路を大量生産品として提供することができるので、簡単かつ廉価な実施形態を実現する。

測定装置の別の有利な構成においては、増幅器を、単純な論理的なインバータとして実施することができ、その入力端を、振動回路の第１の端部と接続することができ、また、その反転出力端は、測定信号を出力し、この測定信号を、オーム抵抗を介して、振動回路の第２の端部にフィードバックすることができる。

代替的に、増幅器を差動増幅器として実施することができ、その反転入力端を、振動回路の第１の端部と接続することができ、また、その非反転入力端を、振動回路（ＳＫ２）の第２の端部と接続することができ、この場合には、反転出力端を、第１のオーム抵抗を介して、振動回路の第１の端部にフィードバック結合することができ、また、非反転出力端は、測定信号を出力することができ、この測定信号を、第２のオーム抵抗を介して、振動回路の第２の端部にフィードバックすることができる。この対称的な発振回路においては、差動増幅器が、コイル装置の両端子において、典型的には同様に誘導される干渉信号を検出し、また、同相信号を差動増幅器の入力端にフィードバックするので、理想的には、干渉信号は出力信号に影響を及ぼさない。誘導される干渉信号が同じ振幅及び位相を有している場合には、この影響を及ぼす作用は「０」であることを証明することができる。これによって、測定装置は電場に対しても耐性を有する。

本発明の実施の形態及び上述のような磁気的な干渉場の補償を、独国特許出願公開第１０２００８０１２９２２号明細書（ＤＥ１０２００８０１２９２２Ａ１）に記載されている、主測定面外の干渉場の作用を低減するアプローチと組み合わせることができる。

本発明の実施例は、図面に示されており、以下において、それらの実施例を詳細に説明する。図面中において、同一又は類似の機能を実施するコンポーネント乃至素子は、同一の参照符号により表されている。

本発明に係るコイル装置を有する測定装置の第１の実施例の概略的な回路図を示す。 誘導された干渉電圧が表されている、図１に示した測定装置の概略的な回路図を示す。 図１及び図２に示したコイル装置のための回路基板の第１の実施例の概略図を示す。 図３に示した回路基板の第１の層の実施例の概略図を示す。 図３に示した回路基板の第２の層の実施例の概略図を示す。 図４及び図５に示した回路基板の層を一緒に表した、図３に示した回路基板の概略的な透視図を示す。 接続端子の第１の実施例を備えている、図１及び図２に示したコイル装置のための回路基板の第２の実施例の概略図を示す。 接続端子の第２の実施例を備えている、図１及び図２に示したコイル装置のための回路基板の第３の実施例の概略図を示す。 本発明に係るコイル装置を有する測定装置の第２の実施例の概略的な回路図を示す。 誘導された干渉電圧が表されている、図９に示した測定装置の概略的な回路図を示す。 電場に関して完全に補償された、対称的なコイル装置の概略図を示す。 図１１に図示したコイル装置を展開したものの概略図を示す。 非対称的なコイル装置の概略図を示す。 図１３に図示したコイル装置を展開したものの概略図を示す。

本発明の実施形態
図１及び図２から見て取れるように、本発明に係る測定装置１０の図示の第１の実施例は、反転増幅器１２及び振動回路ＳＫ１を備えており、振動回路ＳＫ１は、少なくとも１つのコンデンサＣ１，Ｃ２及び測定コイル装置Ｌを備えている。増幅器１２の出力信号は、測定信号ＭＳとして、測定コイル装置Ｌのインダクタンス及び／又はインダクタンス変化を表す。図示の実施例においては、振動回路ＳＫ１が、２つのコンデンサＣ１，Ｃ２を有し、かつ、それら２つのコンデンサＣ１，Ｃ２間に測定コイル装置Ｌが配置されている、Ｐｉ−ＬＣ回路として実施されている。増幅器１２は、インバータとして実施されており、その入力端は、振動回路ＳＫ１の第１の端部と接続されており、また、その反転出力端は、測定信号ＭＳを出力し、この測定信号ＭＳは、オーム抵抗Ｒを介して、振動回路ＳＫ１の第２の端部にフィードバックされている。

図２においては、測定装置１０の回路図に、誘導された干渉電圧Ｖ_H，Ｖ_E1，Ｖ_E2が示されている。磁気的及び電気的な干渉場によるＬＣ振動回路ＳＫ１の固有周波数のずれを回避又は低減するために、磁場によって誘導される干渉電圧Ｖ_Hがほぼ「０」に低減される。何故ならば、磁気的な干渉場から生じる干渉電圧Ｖ_Hを別のやり方で補償することは困難だからである。このことは、電気的な干渉場によって惹起される干渉電圧Ｖ_E1，Ｖ_E2には当てはまらない。理論上は、電気的な干渉場によって惹起される干渉電圧Ｖ_E1，Ｖ_E2は同相であり、測定コイル装置Ｌの左側の端部及び右側の端部において同じようにずれる。それにもかかわらず、振動回路ＳＫ１が測定コイル装置Ｌの両側において確認されるインピーダンスに関して対称的でない場合には、電気的な干渉場によって誘導される干渉電圧Ｖ_E1，Ｖ_E2の作用が劇的なものになる可能性がある。図示の実施例においては、カウンタ１４が測定信号ＭＳの周波数を測定する。

図３乃至図８より見て取れるように、測定コイル装置Ｌとして測定装置１０において使用することができる本発明に係るコイル装置１，１Ａ，１Ｂは、コイル巻線及び多層の回路基板３を備えている。コイル巻線は、複数のループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を有しており、それらのループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、回路基板３の異なる層ＬＳ１，ＬＳ２に配置されており、かつ、回路基板３の主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に延在する主測定方向ｚを有する主磁場Ｈｚを形成する。異なる層ＬＳ１，ＬＳ２に配置されているループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、少なくとも１つのビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を介して、電気的に相互に接続されている。ここでは、回路基板３が、少なくとも４つのビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４又は４の整数倍の個数のビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有しており、それらのビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、コイル巻線のループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４間に、同数の下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３及び上り方向電流経路Ｖ２，Ｖ４を形成している。ｚ軸に対して垂直な任意の磁気的な干渉場は、ビアによって形成されているループＨｘ１，Ｈｘ２，Ｈｙ１，Ｈｙ２にそれぞれ電圧を誘導する。ループＨｘ１，Ｈｘ２，Ｈｙ１，Ｈｙ２の方向に応じて、電気的な接続Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ３４，Ｄ４１の矢印の向きに対応する、コイル全体に流れる所定の標準電流方向に関して、それらの電圧は、全体のコイル電圧に加法的又は減法的に作用する。同一平面（ｙ−ｚ），（ｘ−ｚ）にあるが、しかしながら、逆方向に延在する回転方向を有している、平行なループＨｘ１，Ｈｘ２及びＨｙ１，Ｈｙ２は完全に補償される。幾何学的に、同一の電流経路方向を有する２つのビアＤ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４はそれぞれ、相互に点対称に配置されているために、主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に配置されている、回路基板３の副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）に生じる磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２，Ｈｘ１，Ｈｘ２は、反対の方向を有していて、相互に補償される。

図３乃至図６よりさらに見て取れるように、コイル装置１は、図示の実施例において、４つのビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有している。図３には、主磁場Ｈｚが示された回路基板３の主平面（ｘ−ｙ）が上面図で示されており、また、主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に延在する２つの副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）が、その副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）において結果として生じる磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２，Ｈｘ１，Ｈｘ２及びその向きと共に、投影図で示されている。

図３から見て取れるように、ビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、所定の電流経路方向に依存して、下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３又は上り方向電流経路Ｖ２，Ｖ４を表す、上方又は下方へと延在するベクトルによって表されている。副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）の投影図には、ベクトルと、そのベクトルの結果生じる、対応する磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２，Ｈｘ１，Ｈｘ２の方向が示されている。ビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の対での点対称性に基づいて、副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）における磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２，Ｈｘ１，Ｈｘ２が反対の方向に向けられており、また、それによって相互に補償される。このことは、主方向ｚに対して直交する２つの方向ｘ，ｙにおいても、また、重畳原理に基づいて主平面（ｘ−ｙ）における他の各方向においても当てはまる。このことは、図示の実施例においては、（ｘ−ｚ）副平面における２つの磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２及び（ｙ−ｚ）副平面における２つの磁気的なループＨｘ１，Ｈｘ２がそれぞれ相互に補償されることを意味している。これによって、磁気的な干渉場から生じる、測定装置１０における干渉電圧Ｖ_Hを、有利にはほぼ「０」に低減することができる。

コイル巻線を閉じるために、下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３として形成されている各ビアＤ１，Ｄ３に対して、上り方向電流経路Ｖ２，Ｖ４として形成されているビアＤ２，Ｄ４が１つ設けられている。この場合、下り方向電流経路Ｖ１として形成されている第１のビアＤ１及び上り方向電流経路Ｖ２として形成されている第２のビアＤ２から成る各ペアは、下り方向電流経路Ｖ３として形成されている第３のビアＤ３及び上り方向電流経路Ｖ４として形成されている第４のビアＤ４から成り、かつ、任意の対称点Ｓを中心にして鏡面対称となっている類似のペアによって補償される。特に有利な実施形態においては、ビアが共通の直線に沿って配置されており、また、相互に可能な限り短い間隔を有しているので、その結果、不均質な干渉場の作用を低減することができる。

図３からさらに見て取れるように、対称点Ｓとしてのコイル装置１の重心を中心にして、対で点対称に配置されているビアＤ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４を、鏡面対称にすることができる。この対称点Ｓは、対で点対称に配置されているビアＤ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４の連結直線Ａ１３，Ａ２４の共通の交点によって設定されている。２つの連結直線Ａ１３，Ａ２４が成す角度ａは、０°から３６０°の間の任意の値を有することができる。

少なくとも４つのビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を用いる、又は４の整数倍の個数のビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（ｎ＊（４＊ビア）、ただし（ｎ≧１））を用いる点対称のアプローチによって、補償判断基準が満たされる。

回路基板３の使用される層ＬＳ１，ＬＳ２におけるコイル巻線のループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、それぞれ、下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３として形成されているビアＤ１，Ｄ３を、上り方向経路Ｖ２，Ｖ４として形成されているビアＤ２，Ｄ４に電気的に接続し、また、上り方向電流経路Ｖ２，Ｖ４として形成されているビアＤ２，Ｄ４を、下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３として形成されているビアＤ１，Ｄ３に電気的に接続する。図３には、電気的な接続Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ３４，Ｄ４１が簡略化されて矢印として表されており、ここでは、第１の電気的な接続Ｄ１２及び第３の電気的な接続Ｄ３４が回路基板３の第１の層ＬＳ１に配置されており、また、第２の電気的な接続Ｄ２３及び第４の電気的な接続Ｄ４１が回路基板３の第２の層ＬＳ２に配置されている。下記において図７から図１４を参照して説明するように、電気的な接続Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ３４，Ｄ４１のうちの任意の接続において接触接続を行うために、コイル巻線を遮断することができる。下記において示すように、電気的な接続Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ３４，Ｄ４１が中央で切断される場合には、接触接続に関する利点が得られる。

コイル巻線の実際のループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４、ひいては第１の層ＬＳ１及び第２の層ＬＳ２内に電気的な接続Ｄ１２，Ｄ２３，Ｄ３４，Ｄ４１を構築するために、図４から図６よりさらに見て取れるように、回路基板３の第１の層ＬＳ１又は第２の層ＬＳ２を、対称点Ｓを中心にして回転させることができる。図４には、回路基板３の第１の層ＬＳ１に形成されている２つのループＳ１，Ｓ３が示されている。ここでは、第１のループＳ１が、第１のビアＤ１を第２のビアＤ２に接続しており、また、第３のループＳ３が、第３のビアＤ３を第４のビアＤ４に接続している。図５には、回路基板３の第２の層ＬＳ２に形成されている２つのループＳ２，Ｓ４が示されている。ここでは、第２のループＳ２が、第２のビアＤ２を第３のビアＤ３に接続しており、また、第４のループＳ４が、第４のビアＤ４を第１のビアＤ１に接続している。回路基板３の２つの層ＬＳ１，ＬＳ２におけるループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、同じ方向を有しており、また、任意の個数の多数の巻線でもって構成することができる。接続形態を維持するために、ループＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は、上り方向電流経路Ｖ２，Ｖ４として形成されているビアＤ２，Ｄ４間の連結線Ａ２４との交点は有していないが、下り方向電流経路Ｖ１，Ｖ３として形成されているビアＤ１，Ｄ３間の連結線Ａ１３との交点だけは有している。

上記において既に示唆したように、コイル接続部を、コイル巻線の任意の個所に配置することができる。図７及び図８から見て取れるように、回路基板３は、コイル巻線の接触接続のために、少なくとも２つの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８を備えた接続端子を有している。それらの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８は、反対の方向に向けられている別のループＨｙ４，Ｈｘ４によって補償される別の磁気的なループＨｙ３，Ｈｘ３を直接的に形成する。

図７からさらに見て取れるように、回路基板３は、コイル装置１Ａの図示の第１の実施例において、４つの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８を備えた接続端子を有しており、それら４つの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８はそれぞれ、共通の対称点Ｓを中心して対で点対称に配置されている。図示の接続端子の接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８は、回路基板３に設けられた４つの付加的なビアによって形成される。ここでは、２つの接続接触部Ｄ５，Ｄ７が、下り方向電流経路Ｖ５，Ｖ７として形成されており、また、２つの接続接触部Ｄ６，Ｄ８が、上り方向電流経路Ｖ６，Ｖ８として形成されている。図７からさらに見て取れるように、下り方向電流経路Ｖ５として形成されている第１の接続接触部Ｄ５及び上り方向電流経路Ｖ６として形成されている第２の接続接触部Ｄ６は、それぞれ、コイル接続部Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａとして、第３の層ＬＳ３に形成されており、また、第１の層ＬＳ２において、第１のビアＤ１と第２のビアＤ２との間の第１の電気的な接続Ｄ１２に挿入される。このことは、第１の層ＬＳ１における第１のビアＤ１が、第１の接続接触部Ｄ５と電気的に接続されており、また、第１の層ＬＳ１における第２の接続接触部Ｄ６が、第２のビアＤ２と電気的に接続されていることを意味している。下り方向電流経路Ｖ７として形成されている第３の接続接触部Ｄ７及び上り方向電流経路Ｖ８として形成されている第４の接続接触部Ｄ８は、それぞれ、補償接触部として形成されており、また、第１の層ＬＳ１において、共通の対称点Ｓを中心にして鏡面対称となっている、第３のビアＤ３と第４のビアＤ４との間の対応する第３の電気的な接続Ｄ３４に挿入され、その結果、主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に配置されている、回路基板３の副平面（ｘ−ｚ）、（ｙ−ｚ）に形成される磁気的なループＨｙ３，Ｈｙ４，Ｈｘ３，Ｈｘ４は、反対の方向を有していて、相互に補償される。第３の接続接触部Ｄ７及び第４の接続接触部Ｄ８は、第１の層ＬＳ１における第１の電気的な接続Ｄ１３を遮断し、また、第３の層ＬＳ３において電気的に相互に接続されている。このことは、第１の層ＬＳ１における第３のビアＤ３が、第３の接続接触部Ｄ７と電気的に接続されており、また、第１の層ＬＳ１における第４の接続接触部Ｄ８が、第４のビアＤ４と電気的に接続されていることを意味している。

設計を簡略化するために、また、回路基板３におけるビアの個数を低減するために、図８から見て取れるように、コイル巻線のビアＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を、接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８としても使用することができる。

図８からさらに見て取れるように、回路基板３は、コイル装置１Ｂの図示の第２の実施例において、第１の実施例と同様に、４つの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８を備えた接続端子を有しており、それら４つの接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８はそれぞれ、共通の対称点Ｓを中心にして点対称に配置されている。図示の接続端子の接続接触部Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８は、回路基板３に設けられた２つの付加的なビアによって、また、コイル巻線の既存の２つのビアＤ１，Ｄ３によって形成される。従って、付加的な第１のビア及びコイル巻線の第１のビアＤ１はそれぞれ接続接触部Ｄ５，Ｄ８を形成しており、また、第２の付加的なビア及びコイル巻線の第３のビアＤ３はそれぞれ補償接触部Ｄ７，Ｄ８を形成している。第１の実施例と同様に、２つの接続接触部Ｄ５，Ｄ７が、下り方向電流経路Ｖ５，Ｖ７として形成されており、また、２つの接続接触部Ｄ６，Ｄ８が、上り方向電流経路Ｖ６，Ｖ８として形成されている。図８からさらに見て取れるように、下り方向電流経路Ｖ５として形成されている第１のビアＤ１は、同時に、第１の接続接触部Ｄ５を形成しており、また、回路基板３の第３の層ＬＳ３において第１のコイル接続部Ｐ１Ｂを形成している。第１の層においては、第１のビアＤ１乃至第１の接続接触部Ｄ５が第４のビアＤ４と電気的に接続されている。上り方向電流経路Ｖ６として形成されている第２の接続接触部Ｄ６は、第２の層ＬＳ２において、第１のビアＤ１と第２のビアＤ２との間の第１の電気的な接続Ｄ１２に挿入され、また、第３の層ＬＳ３において第２のコイル接続部Ｐ２Ｂを形成している。第２の層ＬＳ２においては、第２の接続接触部Ｄ６が第２のビアＤ２と接続されている。図８からさらに見て取れるように、下り方向電流経路Ｖ７として形成されている第３のビアＤ３は、同時に、第３の接続接触部Ｄ７を形成しており、また、回路基板３の第３の層ＬＳ３において第１の補償接触部を形成している。上り方向電流経路Ｖ８として形成されている第４の接続接触部Ｄ８は、第２の層ＬＳ２において、第３のビアＤ３と第４のビアＤ４との間の第３の電気的な接続Ｄ３４に挿入され、また、第３の層ＬＳ３において第２の補償接触部を形成している。第３の接続接触部Ｄ７及び第４の接続接触部Ｄ８は、第３の層ＬＳ３において電気的に相互に接続されている。第２の層ＬＳ２においては、第４の接続接触部Ｄ８が第４のビアＤ４と接続されている。第１の層ＬＳ１においては、第２のビアＤ１が第３のビアＤ３乃至第３の接続接触部Ｄ７と接続されている。これによって、主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に配置されている、回路基板３の副平面（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ）に生じる磁気的なループＨｙ３，Ｈｙ４，Ｈｘ３，Ｈｘ４は、反対の方向を有していて、相互に補償される。複数のビアを組み合わせて利用することによって、電場を補償するための完全な対称性を犠牲にして、ビアの個数が低減される。

上記において説明したコイル装置１，１Ａ，１Ｂでもって、磁気的なループＨｙ１，Ｈｙ２，Ｈｙ３，Ｈｙ４，Ｈｘ１，Ｈｘ２，Ｈｘ３，Ｈｘ４によって誘導される干渉電圧Ｖ_Hをほぼ「０」に低減することができる。残存する問題は、測定コイル装置Ｌの端子において異なるインピーダンスを有する測定装置１０の電気的な非対称性である。図９及び図１０には、測定コイル装置Ｌの端子において対称的なインピーダンスを有する、改良された測定装置１０Ａがそれぞれ示されている。図１０には、図２と同様に、測定装置１０Ａの回路図に、誘導された干渉電圧Ｖ_H，Ｖ_E1，Ｖ_E2が示されている。

図９及び図１０から見て取れるように、本発明に係る測定装置１０Ａの図示の第２の実施例は、増幅器１２Ａ及び振動回路ＳＫ２を備えており、振動回路ＳＫ２は、少なくとも１つのコンデンサＣ及び測定コイル装置Ｌを備えている。増幅器１２Ａの出力信号は、測定信号ＭＳとして、測定コイル装置Ｌのインダクタンス及び／又はインダクタンス変化を表す。図示の実施例においては、振動回路ＳＫ２が、２つの同じ大きさのコンデンサＣを有し、かつ、それら２つのコンデンサＣ間に測定コイル装置Ｌが配置されている、対称的なＰｉ−ＬＣ回路として実施されている。増幅器１２Ａは、差動増幅器として実施されており、その反転入力端は、振動回路ＳＫ２の第１の端部と接続されており、また、その非反転入力端は、振動回路ＳＫ２の第２の端部と接続されている。反転出力端は、第１のオーム抵抗Ｒを介して、振動回路ＳＫ２の第１の端部にフィードバック結合されており、また、非反転出力端は、測定信号ＭＳを出力し、この測定信号ＭＳは、第２のオーム抵抗Ｒを介して、振動回路ＳＫ２の第２の端部にフィードバックされている。図示の実施例においては、カウンタ１４が測定信号ＭＳの周波数を測定する。

図１１及び図１２には、それぞれ、図７に示した対称的なコイル装置１Ａの概略図が、コンデンサＣ１ｍ，Ｃ２ｍ，Ｃ３ｍ，Ｃ４ｍ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ｐ，Ｃ３ｐ，Ｃ４ｐとして表されている電気的な干渉場と共に示されている。２つのコイル接続部Ｐ１Ａ及びＰ２Ａにおける電気的な評価回路は、２つのオーム抵抗Ｒ１，Ｒ２によって簡略化されて表されている。コンデンサＣ１ｍ，Ｃ２ｍ，Ｃ３ｍ，Ｃ４ｍ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ｐ，Ｃ３ｐ，Ｃ４ｐは、外部の高周波場（Ｖ_RF）とコイル装置１Ａとの容量結合を表している。図１２に図示されている、展開されたコイル装置１Ａは、図９及び図１０に示した測定装置１０Ａが使用される場合には、完全な対称性及び外部の電場の補償を示し、ここでは、コンデンサＣ１ｐ，Ｃ１ｍによって表されている電気的な干渉場が、コンデンサＣ１ｐ１，Ｃ１ｐ２，Ｃ１ｍ１，Ｃ１ｍ２によって示されているように、コイル接続部Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａに対称的に分配されている。図１１及び図１２に図示されているコンデンサＣ１ｍ，Ｃ２ｍ，Ｃ３ｍ，Ｃ４ｍは、遮蔽部との結合をシンボリックに表しており、また、コンデンサＣ１ｐ，Ｃ２ｐ，Ｃ３ｐ，Ｃ４ｐは、高周波源Ｖ_RFとの結合をシンボリックに表している。ここでは、「より大きい」コンデンサＣ２ｐ，Ｃ４ｐを介して高周波源Ｖ_RFに結合されている電気的な接続は、「より小さい」コンデンサＣ１ｐ，Ｃ３ｐを介して高周波源Ｖ_RFに結合されている電気的な接続よりも、高周波源Ｖ_RFの近くに配置されている。同様に、「より大きい」コンデンサＣ１ｍ，Ｃ３ｍを介して遮蔽部に結合されている電気的な接続は、「より小さい」コンデンサＣ２ｍ，Ｃ４ｍを介して遮蔽部に結合されている電気的な接続よりも、遮蔽部の近くに配置されている。外部の高周波場対は、Ｒ１及びＲ２において同様の信号を示す。測定装置１０Ａによって、電気的な干渉場が、ここでは完全に補償される。

図１３及び図１４には、理想的でない場合での、コンデンサＣ１ｍ，Ｃ２ｍ，Ｃ３ｍ，Ｃ４ｍ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ｐ，Ｃ３ｐ，Ｃ４ｐとして表されている電気的な干渉場の補償が示されている。図１３及び図１４には、完全には対称的でないコイル装置１Ｃの概略図がそれぞれ示されている。図７に示したコイル装置と同様に、コイル装置１Ｃは、第２のビアＤ２を組み合わせて利用することによって非対称性を有しており、これは図１４から見て取れる。２つのコイル接続部Ｐ１Ｂ及びＰ２Ｂは、図１１及び図１２に示したコイル装置１Ａと同様に、２つのオーム抵抗Ｒ１，Ｒ２に接続されている。コンデンサＣ１ｍ，Ｃ２ｍ，Ｃ３ｍ，Ｃ４ｍ，Ｃ１ｐ，Ｃ２ｐ，Ｃ３ｐ，Ｃ４ｐは、図１１及び図１２に示したコイル装置１Ａと同様に、外部の高周波場（Ｖ_RF）とコイル装置１Ｃとの容量結合を表している。図１４に図示されている、展開されたコイル装置１Ｃは、図９及び図１０に示した測定装置１０Ａが使用される場合には、外部の電場の非対称性を示す。それにもかかわらず、外部の電気的な干渉場の部分的な補償が実現される。即ち、コイル接続部Ｐ１Ｂ及びＰ２Ｂは、例えば付加的な補償コンデンサＣＫ１又は他の離散的な素子によって平衡を取ることができる。

Claims (15)

1. コイル巻線及び多層の回路基板（３）を有するコイル装置（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）であって、
   前記コイル巻線は、複数のループ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）を有しており、前記ループ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）は、前記回路基板（３）の異なる層（ＬＳ１，ＬＳ２）に配置されており、かつ、前記回路基板（３）の主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に延在する主測定方向（ｚ）を有する主磁場（Ｈｚ）を形成し、
   前記異なる層（ＬＳ１，ＬＳ２）に配置されている前記ループ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）は、少なくとも１つのビア（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）を介して、電気的に相互に接続されている、
   コイル装置（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）において、
   前記回路基板（３）は、少なくとも４つのビア（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）又は４の整数倍の個数のビア（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）を有しており、前記ビア（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）は、前記コイル巻線の前記ループ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）間に、同数の下り方向電流経路（Ｖ１，Ｖ３）及び上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）を形成しており、
   同一の電流経路方向を有する２つのビア（Ｄ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４）はそれぞれ、共通の対称点（Ｓ）を中心にして点対称に配置されているために、前記主平面（ｘ−ｙ）に対して垂直に配置されている、前記回路基板（３）の副平面（（ｘ−ｚ），（ｙ−ｚ））に生じる磁気的なループ（Ｈｙ１，Ｈｙ２，Ｈｘ１，Ｈｘ２）は、反対の方向を有していて、相互に補償され、
   前記コイル巻線は、それぞれ、下り方向電流経路（Ｖ１，Ｖ３）として形成されている第１，第３のビア（Ｄ１，Ｄ３）を、上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）として形成されている第２，第４のビア（Ｄ２，Ｄ４）に電気的に接続し、上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）として形成されている前記第２，前記第４のビア（Ｄ２，Ｄ４）を、下り方向電流経路（Ｖ１，Ｖ３）として形成されている前記第１，前記第３のビア（Ｄ１，Ｄ３）に電気的に接続し、
   前記回路基板（３）の第１の層（ＬＳ１）において下り方向電流経路（Ｖ１）として形成されている前記第１のビア（Ｄ１）を上り方向電流経路（Ｖ２）として形成されている前記第２のビア（Ｄ２）に電気的に接続する少なくとも１つの第１のループ（Ｓ１）と、前記回路基板（３）の第２の層（ＬＳ２）において上り方向電流経路（Ｖ２）として形成されている前記第２のビア（Ｄ２）を下り方向電流経路（Ｖ３）として形成されている前記第３のビア（Ｄ３）に電気的に接続する少なくとも１つの第２のループ（Ｓ２）と、前記回路基板（３）の前記第１の層（ＬＳ１）において下り方向電流経路（Ｖ３）として形成されている前記第３のビア（Ｄ３）を上り方向電流経路（Ｖ４）として形成されている前記第４のビア（Ｄ４）に電気的に接続する少なくとも１つの第３のループ（Ｓ３）と、前記回路基板（３）の前記第２の層（ＬＳ２）において上り方向電流経路（Ｖ４）として形成されている前記第４のビア（Ｄ４）を下り方向電流経路（Ｖ１）として形成されている前記第１のビア（Ｄ１）に電気的に接続する少なくとも１つの第４のループ（Ｓ４）とが、同一の方向を有している、
   ことを特徴とするコイル装置（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）。
2. 前記少なくとも４つのビア（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）は、共通の直線に沿って配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
3. 対称点（Ｓ）としての前記コイル装置の重心を中心にして、対で点対称に配置されている前記ビア（Ｄ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４）は、鏡面対称となっており、前記対称点（Ｓ）は、前記対で点対称に配置されているビア（Ｄ１，Ｄ３；Ｄ２，Ｄ４）の連結直線（Ａ１３，Ａ２４）の共通の交点によって設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のコイル装置。
4. ２つの連結直線（Ａ１３，Ａ２４）が成す角度（ａ）は、０°から３６０°の間の任意の値を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のコイル装置。
5. 下り方向電流経路（Ｖ１，Ｖ３）として形成されている前記第１，前記第３のビア（Ｄ１，Ｄ３）と、上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）として形成されている前記第２，前記第４のビア（Ｄ２，Ｄ４）との間の電気的な接続、及び／又は、上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）として形成されている前記第２，前記第４のビア（Ｄ２，Ｄ４）と下り方向電流経路（Ｖ１，Ｖ３）として形成されている前記第１，前記第３のビア（Ｄ１，Ｄ３）との間の電気的な接続が、任意の個数のループを有しており、前記ループは、上り方向電流経路（Ｖ２，Ｖ４）として形成されている前記第２及び前記第４のビア（Ｄ２，Ｄ４）間の連結線（Ａ２４）との交点を有していない、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル装置。
6. 前記回路基板（３）は、第１乃至第４の接続接触部（Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）を備えた接続端子を有しており、前記第１乃至前記第４の接続接触部（Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）は、それぞれ、前記共通の対称点（Ｓ）を中心にして対で点対称に配置されており、前記第１及び前記第３の接続接触部（Ｄ５，Ｄ７）は、下り方向電流経路（Ｖ５，Ｖ７）として形成されており、前記第２及び前記第４の接続接触部（Ｄ６，Ｄ８）は、上り方向電流経路（Ｖ６，Ｖ８）として形成されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコイル装置。
7. 下り方向電流経路（Ｖ５）として形成されている前記第１の接続接触部（Ｄ５）及び上り方向電流経路（Ｖ６）として形成されている前記第２の接続接触部（Ｄ６）は、それぞれ、コイル接続部（Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂ）として第３の層（ＬＳ３）に形成されており、下り方向電流経路（Ｖ７）として形成されている前記第３の接続接触部（Ｄ７）及び上り方向電流経路（Ｖ８）として形成されている前記第４の接続接触部（Ｄ８）は、それぞれ、補償接触部として形成されている、
   ことを特徴とする請求項６に記載のコイル装置。
8. 前記第１の接続接触部（Ｄ５）及び前記第２の接続接触部（Ｄ６）は、前記第１及び前記第２のビア（Ｄ１，Ｄ２）間の第１の接続部（Ｄ１２）に挿入されていて、前記第１の接続部（Ｄ１２）を遮断し、前記第３の接続接触部（Ｄ７）及び前記第４の接続接触部（Ｄ８）は、前記共通の対称点を中心にして鏡面対称となっている、前記第３及び前記第４のビア（Ｄ３，Ｄ４）間の対応する接続部（Ｄ３４）に挿入されていて、前記対応する接続部（Ｄ３４）を遮断し、前記第３の接続接触部（Ｄ７）及び前記第４の接続接触部（Ｄ８）は、前記第３の層（ＬＳ３）において電気的に相互に接続されている、
   ことを特徴とする請求項７に記載のコイル装置。
9. 前記接続端子は、前記第１乃至前記第４の接続接触部（Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ８）を形成する４つの付加的なビアを有している、
   ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載のコイル装置。
10. 前記接続端子は、第１及び第２の付加的なビアを有しており、前記第１の付加的なビア及び前記コイル巻線の前記第１のビア（Ｄ１）は、それぞれ、前記第１及び前記第４の接続接触部（Ｄ５，Ｄ８）を形成しており、前記第２の付加的なビア及び前記コイル巻線の前記第３のビア（Ｄ３）は、それぞれ、前記補償接触部（Ｄ７，Ｄ８）を形成している、
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載のコイル装置。
11. 増幅器（１２，１２Ａ）及び振動回路（ＳＫ１，ＳＫ２）を有する測定装置（１０，１０Ａ）であって、
    前記振動回路（ＳＫ１，ＳＫ２）は、少なくとも１つのコンデンサ（Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）及び測定コイル装置（Ｌ）を備えており、
    前記増幅器（１２，１２Ａ）の出力信号は、測定信号（ＭＳ）として、前記測定コイル装置（Ｌ）のインダクタンス及び／又はインダクタンス変化を表す、測定装置（１０，１０Ａ）において、
    前記測定コイル装置（Ｌ）は、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のコイル装置（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）として実施されている、
    ことを特徴とする測定装置（１０，１０Ａ）。
12. 前記振動回路（ＳＫ１，ＳＫ２）は、２つのコンデンサ（Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）を有し、かつ、前記２つのコンデンサ（Ｃ，Ｃ１，Ｃ２）間に前記測定コイル装置（Ｌ）が配置されている、Ｐｉ−ＬＣ発振器として実施されていることを特徴とする、
    請求項１１に記載の測定装置。
13. 前記増幅器（１２）は、インバータとして実施されており、前記インバータの入力端は、前記振動回路（ＳＫ１）の第１の端部と接続されており、前記インバータの反転出力端は、前記測定信号（ＭＳ）を出力し、前記測定信号（ＭＳ）は、オーム抵抗（Ｒ）を介して前記振動回路（ＳＫ１）の第２の端部にフィードバックされている、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の測定装置。
14. 前記増幅器（１２Ａ）は、差動増幅器として実施されており、前記差動増幅器の反転入力端は、前記振動回路（ＳＫ２）の第１の端部と接続されており、前記差動増幅器の非反転入力端は、前記振動回路（ＳＫ２）の第２の端部と接続されており、前記差動増幅器の反転出力端は、第１のオーム抵抗（Ｒ）を介して、前記振動回路（ＳＫ２）の前記第１の端部にフィードバック結合されており、前記差動増幅器の非反転出力端は、前記測定信号（ＭＳ）を出力し、前記測定信号（ＭＳ）は、第２のオーム抵抗（Ｒ）を介して、前記振動回路（ＳＫ２）の前記第２の端部にフィードバックされている、
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の測定装置。
15. カウンタ（１４）が、前記測定信号（ＭＳ）の周波数を測定する、
    ことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の測定装置。

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