JPH09508466A

JPH09508466A - 強磁性材料を検出する平坦化技術で作製された超小型コイル装置

Info

Publication number: JPH09508466A
Application number: JP7519807A
Authority: JP
Inventors: ゴットフリート−ゴットフリート・ラルフ; キュック・ハインツ
Original assignee: フラウンホーファー−ゲゼルシャフト・ツール・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファウ
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 1997-08-26
Also published as: US5831431A; ATE171546T1; EP0742906A1; EP0742906B1; WO1995020768A1

Abstract

(57)【要約】この発明は平坦化技術で作製された透磁率、特に強磁性材料の透磁率を検出するための超小型装置を記載している。この発明による装置は、磁束を発生するコイル、磁束案内構造体および磁束検出部材で構成されている。この発明による装置の周囲の透磁率の変化は磁束検出部材により検出される。装置の全ての構成部品は、特に磁束案内構造体も鉄・ニッケル合金で平坦化技術により作製されているので、装置全体の超小型化がサブミリメートルの範囲で実現でき、それ故に非常に高い空間分解能が達成できる。この平坦化技術によりそのような透磁率検出器の低価格の大量生産ができる。この発明は位置および／または角度測定に採用できるが、局部的な磁気特性を知る材料検査にも使用できる。この発明による多数の装置を基板上に並べることにより、磁気パターンを簡単にしかも早く検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】強磁性材料を検出する平坦化技術で作製された超小型コイル装置技術分野この発明は、請求の範囲第１項の前段に規定する透磁率が零とは異なる材料、特に強磁性材料を検出する装置に関する。この発明による装置は、透磁率が零とは異なる材料を検出する外に、他の種々の量を間接的に測定するためにも採用される。これには、測定すべき量がこの発明による装置の直ぐ周囲の透磁率の変化を誘起する必要がある。これは、例えば強磁性構造体（例えば等間隔の強磁性マークを有する構造体あるいは目盛板）とこの発明による装置の間で相対運動する場合である。こうして、例えばこの発明による装置に対して相対的に移動するラックの並進運動あるいは歯車の回転運動を知ることができる。つまり、増分法に関連して位置および／または角度を測定できる。他の応用分野は材料検査である。この発明による装置を用いて、加工品を走査することができる。発生した信号は磁気特性あるいは磁気特性の局部変化（例えば特殊鋼中の一定の強磁性領域）の目安となり、加工品の評価と認識のために使用される。物体の前進あるいは後退運動を判別するため、この物体に取り付けた等間隔の磁気マークから成る構造体が、90°互いに回転させて配置したこの発明による二つの装置のところを通過する。その場合、二つの信号の信号位置から構造体の移動方向とそれに伴い物体の移動方向を決定できる。技術水準ドイツ特許第 31 33 061号明細書により回転角測定検出器が知られている。この検出器には、磁束発生構造部材として一つの永久磁石と磁束検出構造部材として磁芯を有するコイルがある。強磁性材料による磁束の案内は存在しない。伝播媒体は空気である。永久磁石から出る磁束は回転可能に支承された強磁性物体の角度位置に応じて変化し、測定コイルを通して送られる電気パルスに対してパルス幅の変化を与える。この特別な検出方式により、直線性を改善し、許容回転角測定を高い精度で行える。更に、永久磁石の特別な幾何学形状は必要でなく、通常の配置を有する。不利なことは、永久磁石の使用に関連して、回転角測定検出器をサブミリメートル範囲に超小型化することが不可能になる磁束の狙い通りの案内とならない点にある。更に、永久磁石の磁束を制御できないことも不利である。何故なら、これは高感度の電気測定法の使用を許さないので、回転角測定検出器の小型化を非常に制限し、最適な信号品質を達成できないからである。ドイツ特許第 42 38 861号明細書には、軸方向に移動する物体の位置を測定する装置が開示されている。一つまたはそれ以上のコイルが同時に持続発生部材としてもまた磁束検出部材としても働く。検出すべき物体は測定コイル内で磁束を変化させる強磁性層である。これにより、このコイルのインダクタンスも変わり、（半）ブリッジ回路を用いてインピーダンス変化として評価される。この明細書の目的は高い応答感度と周囲の条件に依存しないことである。これには、検出すべき物体に装着する強磁性層のみが、特に強磁性層の電気抵抗を高めて発生する渦電流の問題を抑制することに関して最適にされている。上に述べた種々の難点は、強磁性の磁束案内構造体が存在しないため、ここでも当てはまる。数ミリメートル以下の線材コイルを機械的に作製することは不可能であるので、装置を小型化することによる位置測定の改良は除外される。ドイツ特許第 41 27 209号明細書は二つの物体の相対位置を与える測定信号を電磁誘導的に発生する変換器を開示している。この変換器は交流電流の流れる磁束発生コイルと、更にリング状に形成された強磁性の磁束案内構造体と、発生する磁束の少なくとも一部が貫通して、二つの物体の相対位置に依存する電圧を出力するコイルから成る測定装置で構成されている。この明細書の好適実施例では、磁束発生コイルと磁束案内構造体が第一物体に、また測定コイル装置が第二物体に連結し、測定コイル装置が印刷回路として、あるいは線（平坦）コイルにより少なくとも数ミリメートルの程度に形成されている。（電磁誘導）電圧信号は、二つの物体の相対位置に応じて、発生した磁束を測定コイル装置に通す面が変わることによって生じる。磁束の変化は面の変化により生じ、例えば第二物体の透磁率の変化によって生じるものではない。ドイツ特許第 41 27 209号明細書の目的は、得られた測定信号を測定した電磁誘導電圧の適当な組み合わせと面部材の特別に幾何学的に配置したグループにより加算的および乗算的な外乱から関係なくし、特性曲線の直線性を特に（二つの物体が「同じ場所」にある）零点と、（二つの物体が最大に離れている）最終位置で改善している点にある。全体の装置をハイブリット構造することや空間分解能を決める部材の幾何学的な寸法（少なくとも数ミリメートル）も不利である。ドイツ特許第 30 31 997号明細書によれば、トルクを無接触で測定する方法が知られている。この場合、試験品の表面に交番磁界を発生させ、発生したトルクによる試験品の表面の透磁率の変化が、表面を試験品の表面に対向させている４つのポールピースを備え、試験品の表面に取り付けたプローブ状の磁石ヨークを用いて、検出される。この磁石ヨークは内部コアと４つのポールピースを有する軟磁性のシェルコアとして形成されている。内部コアと対向する各二つのポールピースの横断面はＭ字状である（ドイツ特許第 30 31 997号明細書の第１図を参照）。内部コアには励磁巻線が、また４つのポールピースには磁気測定ブリッジに結線された検出巻線が設けてある。最終的には、磁気測定ブリッジの電磁誘導電圧の対称的なずれが測定される。所謂Ｘ形のフェライトコア（互いに90°に配置された二つのＵ字コア）も使用できる。その場合、内部コアがないため、４つのポールピースの検出コイルは同時に励磁コイルとして使用される。欠点は利用できるコアの形状に非常に制限された選択がある点にある。つまり、市場で入手できないコアを独自に作製することは経費がかかり過ぎる。更に、提示されている測定ヘッドを非常に小さくできない。ドイツ特許第 30 31 997号明細書では約 20 mmの測定ヘッドの直径が提示されている。寄稿論文“An Integrated Sensor Head in Silicon，for Contactless Detect ion of Torqu and Force”in Eurosensors VII，Budapest 26，9，93‐29，9，9 3,第 351頁 P．Rombach 著により、力またはトルクを無接触で測定する方法も周知である。原理的な測定装置は、一方の脚部に励磁コイルを、また他方の脚部に磁束検出器を付けた軟磁性Ｕ字コアで構成されている。二つの脚部の端部の直ぐ近くの空間領域には、磁歪特性を有する金属テープがある。金属テープへの力あるいはトルク作用による磁歪により、その透磁率が変わる。この透磁率の変化は磁気トランジスタにより電流変化として検出される。この寄稿論文で提唱されている技術実現化（この寄稿論文の第２図を参照）は薄膜技術と、磁気Ｕ字コアと励磁コイル並びに磁気トランジスタに対するＣＭＯＳプロセスを作製するための他のマイクロメカニックス法のステップの組み合わせにある。Ｕ字コアの幾何学形状はシリコン基板に隣接する二つのＶ字溝をエッチングして実現される。二つの溝の隣合った二つのエッジは磁気コアの脚部を形成するが、Ｖ字エッジの最終的な勾配により台形状の形態となる。大きな難点はこの製造技術が磁気コアの非常に簡単な形状に対してのみ実用的である点にある。発明の開示上に述べた従来の技術から出発して、この発明の課題は、空間分解能が高い測定感度あるいは測定精度でサブミリメータの領域に達し、更に単純で大量生産でコストに見合った製造ができる、請求の範囲第１項の前段に規定する零とは異なる透磁率の材料を検出する装置を提供することにある。上記の課題は、請求の範囲第１項の特徴部分により解決されている。有利な他の構成は請求の範囲の従属請求項に開示されている。零とは異なる透磁率の材料を検出するこの発明による装置は、以下の三つの構成要素から成る。つまり、磁束を発生する磁束発生コイル、発生した磁束を測定個所に案内する磁束案内構造体、および発生した磁束の少なくとも一部を検出するために測定個所にある磁束検出部材である。装置全体および全ての構成要素はただ一つの基板上に平坦化技術により作製される。一つあるいはそれ以上の磁束発生コイルでは、磁束（あるいは磁界）が電流により発生する。発生した磁束は磁束案内構造体により装置の測定個所に案内される。これ等の測定個所には、一つあるいはそれ以上の磁束検出部材が位置決めされている。これ等の部材の適当に組み合わせた信号はこの発明による装置の周囲の透磁率の目安となる。磁束密度の値が測定個所の直ぐ近くの位置の関数として装置の周囲の透磁率に強く依存すると好ましい。これ等の信号の適当な組み合わは、差および／または加算原理に基づき、この実現には磁束検出部材と適当な構成（例えば、平坦な誘導コイルの場合、巻線の向きを選択すること），多数の磁束検出部材を適当に接続することおよび／または対応する信号処理が寄与する。磁束発生コイル、磁束案内構造体および磁束検出部材から成るこの発明による全装置により、磁束の貫通する周囲の媒体と共に、閉じた磁気回路が形成される。この磁気回路では、電気の場合のようにキルヒフォッフの法則が成り立つ。零とは異なる透磁率の外部物体を近づけることにより、この発明による装置では磁気抵抗が変わる。この変化は種々の方法で検出できる。つまり、一つの個所で、主に一つあるいはそれ以上の磁束検出部材によるか、あるいは磁気回路の対称的なずれを検出して検出できる。後者は特に磁気案内構造体の適当な構成、およびこの構造体に合わせた磁束検出部材の測定個所の選択と設定が必要である。この場合、この発明による装置で実現される測定原理により、少なくとも磁束検出部材を透磁率の変化する位置あるいは領域から遠くに離せる。更に、磁束発生コイルの少なくとも一つを磁束検出部材としても使用することができる。磁束検出部材の位置決めは、磁束を磁束案内構造体内で検出するか、あるいは（漏洩）磁束が測定個所のところ、またはその近くで磁束案内構造体から周囲の媒体に出てゆくか、そこから入る磁束を検出するように、主として行われる。磁束検出部材として、この場合、有利な誘導コイル、あるいは平坦化技術で作製できる磁場センサ、例えば磁歪センサ、ホール素子または磁束ゲートセンサが採用される。有利な構成では、磁束発生コイルに時間的に一定の成分と、その都度任意な振幅の時間的に変化する成分とを有する電流が流れ、そしてこのコイルに強磁性磁芯が設けてある。この磁芯は高透磁率の材料から成り、それ故に磁束案内の外に磁束増幅器としても働く。コイルの磁芯は好ましくは磁束案内構造体の一部であり、この構造体の材料は以下の有利な特性を有する。高い透磁率により、比較的小さいコイル電流で大きな磁束密度を発生させることができる。これは、特に非常に小さいこの発明による装置の場合、検出可能な信号を得るのに重要である。何故なら、磁束発生コイルの巻線の電流密度は非常に小さな値を有するからである。更に、材料の高飽和磁束密度は信号を強めるのに適している。少ない出力損失は狭いヒステリシス特性を有する軟磁性材料を使用して達成される。この特性を有する材料は、好ましくは特定の鉄ニッケル合金である。その場合、クロム、マンガン、モリブデンおよび他の化学物質が一緒に混合していると更に改善を与える。磁束案内構造体を幾何学的に構成するには、主に、磁束案内構造体を一つまたはそれ以上のＵ字状の強磁性基本構造体で構成するか、あるいは逆に、櫛状の磁束案内構造体の場合のように分解することにより行われる。寄生的な影響を一部あるいは全部補償するため、受動的なシールド装置の外に、更に他の磁束検出部材を配置して、磁束発生コイルの磁束を装置の周囲の透磁率に無関係に検出し、磁束発生コイルおよび／または磁束案内構造体に対する外乱の影響、例えば強磁性の磁束案内構造体あるいは外部磁界の特性の温度依存変化を補償するため、その信号を利用する。基準測定が装置の周囲の検出すべき透磁率（の変化）に依存しないことを何時でも与える必要はない。この非依存性は適当に選択した変調技術あるいは測定技術により、特定な時点あるいは特定な時間間隔内で保証すれば大抵十分である。差動原理に基づく検出技術は一般に乱れに鈍感である。更に、応用例やこの発明による装置の構造に応じて、直線範囲を拡大するためにも補償処置が採用される。この発明によるただ一つの装置の外に、基板上にこの発明による多数の（独立した）装置を一定間隔で互いに一定角度位置に作製することもできる。これ等の間隔や角度を正確に調節できることにより、この発明による装置を良好な均一性を保って線状あるいは行列状（一般に任意のパターン）に並べることができる。これは磁気的なパターンあるいは像を正確に早く識別するのに有利である。この発明の重要な特徴は、平らな基板上で平坦化技術の方法を用いてこの発明による装置を作製することにある。個々の部材をパターン構造化するマイクロリソグラフィーの良好な寸法精度（パターン構造化の絶対精度＜１μm，相対的には＜１％）により、この発明による装置の超小型化は１mm以下の大きさの範囲で実現でき、これにより測定の空間分解能が著しく向上する。超小型化により、測定信号や機械的なガタツキあるいは振動による小さな乱れの温度依存性が小さくなるという利点も生じる。磁界がr^-n（n＝1...2）の位置依存性を有し、幾何学的な寸法とその精度が測定信号に非常に強く影響を与えるので、主に平坦化技術を採用して得られる高いパターン構造化精度で測定信号の幾何学条件によるずれを小さく維持でき、特に差動検出回路に使用する場合、校正の経費を排除できる。超小型化および（ＣＭＯＳコンパチブル）平坦化技術の採用により得られる他の利点は、例えば測定信号を処理して評価する電子回路を、磁束発生、磁束案内および磁束検出部材の外に、基板の上に一緒に集積できる点にある。製造が経費上望ましく、簡単である外に、前記の集積性には、磁束検出部材と評価電子回路の間の間隔を非常に小さく維持できるので、外部擾乱が問題にならなくなり、それ故に空間分解能が更に上昇し、小さな信号も検出できると言う付加的な利点がある。後者の利点は、空間分解能が大きいために磁束検出部材のコイル巻線を少なくし、それのため小さな測定信号を検出する必要がある場合にも有利である。磁束を発生するコイルを使用することは、発生した磁束の制御性のためにコイル電流を介して非常に弱いおよび／または雑音の多い測定信号を検出する高感度変調技術を使用できると言う大きな利点を有する。以下、図面を参照しなから実施例に基づき、この発明をより詳しく説明する。ここに示すのは、第１図、実施例の模式図、第２図、磁束発生コイルの（長手軸に平行な）断面、第３図、磁束発生コイルの（長手軸に垂直な）断面、第４図、磁束検出部材としての平坦なコイルの断面、第５図、強磁性周囲のない機能原理、第６図、強磁性周囲のある機能原理、第７図、強磁性周囲のない二つの平坦なコイルを用いる機能原理、第８図、二つの平坦なコイルと強磁性周囲のある機能原理、である。第一実施例が第１図に示してある。磁束を発生するコイル（１）は強磁性（コイル）磁芯（２）で構成され、両者は平坦化技術で作製されている。強磁性の磁芯（２）は、同時にＵ字形に形成された磁束案内構造体（３）の一部を成している。この場合、磁束発生コイル（１）はＵ字状の磁束案内構造体の中間脚部に配設されている。磁束案内構造体の両端には、それぞれ一つの磁束検出部材（４），（５）が装着されている。磁束発生コイル（１）は強磁性磁芯（２），磁束案内構造体（３）および磁束検出部材（４），（５）と共に全てただ一つの基板（６）の上に作製されている。第２図および第３図は磁束案内構造体を有する磁束案内コイルの縦断面と横断面をそれぞれ示す。磁束案内コイルの作製は、磁束案内構造体（より正確には強磁性磁芯（２））の下に配置されたコイル巻線の一部に対する第一金属化面（７）をパターン構造化して、および磁束案内構造体の上に配置されたコイル巻線の一部に対する第二金属化面（８）をパターン構造化して行われる。第一および第二金属化面、並びに磁束を案内し磁束を増強する強磁性磁芯は、それぞれ一枚の絶縁層（９）によって電気的に互いに絶縁されている。強磁性磁芯の周りにコイル巻線を閉ざすため、接触穴（１０）のところにのみ、第一金属化面（７）と第二金属化面（８）の間の電気接触が存在する。磁束発生コイルの巻線の最大電流密度は約１mA/（μm・μm）であった。両方の金属化面は約１μm厚のアルミニウム層で形成されていて、選択された5 0本のコイル巻線は約3.2μmの幅と約２μmの間隔を有する。絶縁層（９）は約1. 2μm厚の酸化シリコン層で構成され、磁束案内構造体（３）はこの実施例の場合、約0.5μmの厚さで約100μmの幅である、ニッケル（81％）と鉄（19％）から成るパーマロイ層である。この層は、接着剤としても働くタンタルの拡散防止層で封入されている。鉄・ニッケル層に対しては、約５μmのパターン構造体の最小幅が実現し、他の層に対するパターン構造体の最小幅は0.5μmである。これに比較して、組立調整精度は層に応じて約１μmになり、これは約15mm・15mmの最大像面で0.001より良好である。磁束検出部材（４），（５）は、第１図で認識できるように、平坦なコイルで構成されている。これ等のコイルは第二金属化面（８）をパターン構造化して作製される。第４図は二つの磁束検出平坦コイルの一方のところのＵ字脚部の縦軸に沿った断面を示す。磁束発生コイル（１）には、この実施例の場合、交流電流が流れる。Ｕ字形の磁束案内構造体の両端では、発生した磁束（１１）が出てゆくか、あるいは再び入り込む。何故なら、磁力線は必ず閉じているからである。第５図には、装置の周囲に強磁性材料が存在しない場合が示めしてある。磁束の少なくとも一部が平坦なコイル（４または５）を貫通して、このコイルに電圧を誘起する。強磁性物体（１２９が装置の近くに来ると（第６図），平坦なコイルを貫通する磁束が変化し、それに応じて変化した誘導電圧が生じ、この電圧は測定信号として使用される。第二の実施例では、磁束検出部材である二つの平坦なコイルを適当に結線することにより差動原理の利点が利用されている。第７図および第８図には、二つの平坦なコイル（４a,４bあるいは５a,５b）が第一および第二金属化面に重ねて配置されている。これ等の二つの平坦なコイルは同じ巻線方向を有し、直列に接続されているので、強磁性物体が存在しなく、平坦なコイルを完全に対称に配置している場合、逆符号であるが同じ磁束（１１a,１１b）が平坦で重なっている二つのコイルを貫通する（第７図）。直列回路により、誘起した両方の電圧は相殺されため、二つのコイルの得られた信号は零の値となり、結局「信号を測定できない」となる。二つのコイルの周囲にある外部の強磁性物体（１２）は二つの平坦なコイルのところで磁束の対称性を無くし、こうして零とは異なる（電磁誘導）信号を直列接続された二つのコイルに発生させる。第二の実施例では、直流動作により磁束発生コイルには時間的に一定な電流が流れる。測定信号としては、これ等のコイルに誘起する電圧が使用される。これ等の電圧は周囲の透磁率の時間的な変化による。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年１月１７日【補正内容】ぐ近くの空間領域には、磁歪特性を有する金属テープがある。金属テープへの力あるいはトルク作用による磁歪により、その透磁率が変わる。この透磁率の変化は磁気トランジスタにより電流変化として検出される。この寄稿論文で提唱されている技術実現化（この寄稿論文の第２図を参照）は薄膜技術と、磁気Ｕ字コアと励磁コイル並びに磁気トランジスタに対するＣＭＯＳプロセスを作製するための他のマイクロメカニックス法のステップの組み合わせにある。Ｕ字コアの幾何学形状はシリコン基板に隣接する二つのＶ字溝をエッチングして実現される。二つの溝の隣合った二つのエッジは磁気コアの脚部を形成するが、Ｖ字エッジの最終的な勾配により台形状の形態となる。大きな難点はこの製造技術が磁気コアの非常に簡単な形状に対してのみ実用的である点にある。ドイツ特許第 37 38 455 A1 号明細書によれば、磁束の少ない磁界を測定する装置が知られている。この装置は平坦なマイクロ技術でただ一つの基板上に作製でき、強磁性材料の磁芯で構成されている。この磁芯はことによると空隙を介して閉じている磁気回路を形成し、少なくとも二つのコイルを備えている。その場合、第一のコイルは励磁コイルとして働き、他方の第二コイルは装置の出力コイルとして機能する。更に、一つの励磁コイルにパルス状の電流が供給され、この電流は強磁性の磁芯を時折磁気飽和で駆動するのに十分である。この飽和状態で時折駆動することは、測定すべき磁界に関する測定情報が偶数次の高調波にのみ含まれるので必要である。特に、第二高調波の振幅は磁束の少ない外部磁界の測定すべき値にほぼ比例する。非常に強い基本波と一般に奇数次の高調波は擾乱の役目を演じ、一種のオフセット電圧となる。この電圧は大変なドリフト問題の原因となり、測定精度を著しく悪化させる。この明細書に使用されている飽和磁芯プローブの原理に基づくこのような装置いる。この装置では、上の説明に合わせて第二高調波の振幅を検出する必要がある。これは、フィルタを用いて第二高調波を他の高調波、特に非常に強い乱れた基本波から切り離して行われる。第一高調波（基本波）を抑制する補償回路も使用される。その外、非常に弱い磁界を測定するため、地磁気を補償する必要がある。これには、二つの同一なフェルスタプローブを適当な周知の方法で互いに結線する。この周知の装置を平坦化技術で作製して、有効な第二高調波に対する基本波（第一高調波）の擾乱比が約1000/1ら約30/1に低減できる。更に、強磁性の磁芯は最小励磁エネルギの場合に時折の飽和が確実に生じるように設計されている。これは、例えば強磁性の磁芯にある空隙の漏洩磁束による損失を最小に低減する必要があることを意味する。同時に、測定すべき磁界が可能な限り良好に測定センサ、特に強磁性の磁芯に取り込めるが、磁芯を強く消磁することがない点に注意する必要がある。これ等の要請は同時に非常に弱くしか満たされない。発明の開示上に述べた従来の技術から出発して、この発明の課題は、空間分解能が高い測定感度あるいは測定精度でサブミリメータの領域に達し、更に単純で大量生産でコストに見合った製造ができる、請求の範囲第１項の前段に規定する零とは異なる透磁率の材料を検出するため、磁束を発生し、磁束を案内し、磁束を検出する部材から成る装置を提供することにある。上記の課題は、請求の範囲第１項の特徴部分により解決されている。有利な他の構成は請求の範囲の従属請求項に開示されている。零とは異なる透磁率の材料を検出するこの発明による装置は、以下の三つの構成要素から成る。つまり、磁束を発生する磁束発生コイル、発生した磁束を測定個所に案内する磁束案内構造体、および発生した磁束の少なくとも一部を検出するために測定個所にある磁束検出部材である。装置全体および全ての構成要素は【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年３月１３日【補正内容】請求の範囲１．特に強磁性材料の透磁率を検出するため、磁束を発生する少なくとも一つの磁束発生コイル（１）と、少なくとも一つの測定個所で発生した磁束を案内する一つの磁束案内構造体（３）と、測定個所で磁束検出部材（４，５）を通過する発生磁束の少なくとも一部を測定する少なくとも一つの磁束検出部材（４，５）とから成る装置を使用することにおいて、少なくとも一つの磁束検出部材（４，５）が装置の周囲の透磁率およびその局部分布に依存する信号を出力し、発生した磁束を案内するために使用される磁束案内構造体が飽和することなく動作し、更に装置の磁束発生コイル（１），磁束案内構造体（３）および磁束検出部材（４，５）が単層、あるいは多層中に二次元および／または三次元の構造体、好ましくは平坦化技術により作製され、これ等の層をただ一つの基板（６）上に作製することを特徴とする装置を使用すること。２．三つの部材、つまり磁束発生コイル（１），磁束案内構造体（３）および磁束検出部材（４，５）のうちの、ただ一つの構造部品、あるいは二つまたは全ての構造部品は、サブミリメートルの範囲にある任意の空間方向に沿って少なくとも一つの幾何学的な広がりを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置を使用すること。３．磁束検出部材（４，５）により得られた信号は、適当に組み合わせ、信号処理を行うと、装置の周囲の透磁率に対する目安である合成信号を出力することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の装置を使用すること。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者キュック・ハインツドイツ連邦共和国、デー−47249 デュイスブルク、リントアウエル・ストラーセ、 28

Claims

【特許請求の範囲】１．磁束を発生するための少なくとも一つの磁束発生コイルと、少なくとも一つの測定個所に発生した磁束を案内するための一つの磁束案内構造体と、測定個所で通過する発生磁束の少なくとも一部を測定するための少なくとも一つの磁束検出部材とから成り、少なくとも一つの磁束検出部材が周囲の透磁率とその局所分布に依存する信号を与える、特に強磁性材料の透磁率を検出する装置において、この装置の磁束発生コイル（１），磁束案内構造体（３）および磁束検出部材（４，５）が一つまたはそれ以上の層の中で二次元および／または三次元のパターン構造により、好ましくは平坦化技術により形成され、これ等の層はただ一つの基板（６）の上に作製されていることを特徴とする装置。２．三つの部材、つまり磁束発生コイル（１），磁束案内構造体（３）および磁束検出部材（４，５）のうちの、ただ一つの構造部品、あるいは二つまたは全ての構造部品は、サブミリメートルの範囲にある任意の空間方向に沿って少なくとも一つの幾何学的な広がりを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。３．磁束検出部材（４，５）により得られた信号は、適当に組み合わせ、信号処理を行うと、装置の周囲の透磁率に対する目安である合成信号を出力することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の装置。４．一つまたはそれ以上の測定個所のところあるいはその近くで、磁束案内構造体（３）からの磁束を周囲の媒体に放出するか、あるいは取り込むように、磁束案内構造体（３）が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜３項の何れか１項に記載の装置。５．磁束案内構造体（３）全体は一つまたはそれ以上のＵ字状の磁束案内構造体で形成されていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の装置。６．磁束案内構造体（３）は強磁性材料、好ましくは鉄・ニッケル合金を含むことを特徴とする請求の範囲第１〜５項の何れか１項に記載の装置。７．磁束案内コイル（１）はこのコイルで取り囲まれたコイル磁芯（２）を有する三次元コイルで構成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜６項の何れか１項に記載の装置。８．コイル磁芯（２）は、少なくとも一つの強磁性材料、好ましくは鉄・ニッケル合金を含む層として形成されていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。９．コイル磁芯（２）は磁束案内構造体（３）の一部であることを特徴とする請求の範囲第７項または第８項に記載の装置。 10．磁束発生三次元コイル（１）は第一金属化面（７）と第二金属化面（８）上でパターン構造化により、およびこれ等の金属化面の間の導電接触接続部（１０）により形成されることを特徴とする請求の範囲第７〜９項の何れか１項に記載の装置。 11．コイル磁芯（２）は第一金属化面（７）と第二金属化面（８）の間にあり、このコイル磁芯（２）は第一金属化面（７）や第二金属化面（８）から絶縁層（９）により電気絶縁されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の装置。 12．絶縁層（９）は窒化シリコンおよび／または二酸化シリコンで形成され、二つの金属化面（７，８）はアルミニウムで作製されていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の装置。 13．磁束発生コイル（１）には、それぞれ任意の振幅の時間的に一定こよび時間的に変化する成分を有する電流を流せることを特徴とする請求の範囲第１〜１２項の何れか１項に記載の装置。 14．磁束検出部材（４，５）は、誘導コイル、磁歪センサ、ホール素子またはフラックスゲートセンサとして形成されていることを特徴とする請求の範囲第１〜１３項の何れか１項に記載の装置。 15．誘導コイル（４）は一方の金属化面（７）のみでパターン構造化して平坦な誘導コイルとして形成されていることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の装置。 16．誘導コイル（４）は少なくとも一つの強磁性材料から成る磁芯を有することを特徴とする請求の範囲第１４項または第１５項に記載の装置。 17．測定個所で磁束検出部材（４a,４b）として同じ巻線方向の二つの平坦な誘導コイルを直列に接続し対称に形成しているので、装置の周囲の透磁率が零の場合および／または装置の周囲の透磁率が対称に分布している場合、両方の誘導コイルで得られる信号は値零になることを特徴とする請求の範囲第１４〜１６項の何れか１項に記載の装置。 18．二つの平坦な誘導コイル（４a,４b）は第一金属化面（７）と第二金属化面（８）内に空間的に重ねて配置されていることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載の装置。 19．温度変化あるいは外部磁界あるいは他の擾乱の影響を無くするか補償するため、磁束検出部材（４，５）の特別な空間配置および／または適当な信号処理および／または対応するシールド装置が設けてあることを特徴とする請求の範囲第１〜１８項の何れか１項に記載の装置。 20．少なくとも一つの磁束発生コイル（１）の磁束および／または磁束案内構造体（３）内の磁束が装置の周囲の透磁率に無関係に検出でき、擾乱の影響を補償するために使用できるように、一つまたはそれ以上の他の磁束検出部材が配置されていることを特徴とする請求の範囲第１〜１９項の何れか１項に記載の装置。 21．多数の装置が所定の間隔で所定の相互角度でただ一つの基板（６）上に作製されていることを特徴とする請求の範囲第１〜２０項の何れか１項に記載の装置。 22．多数の装置が直線状にあるいは行列状に並べてあることを特徴とする請求の範囲第２１項に記載の装置。