(57)【要約】      （修正有）【課題】交流の無線周波数（ＲＦ）電圧からＤＣレベルを生成するＲＦ検出器の温度補償手段を提供する。【解決手段】ＲＦ検出器２００は、ダイオードパッケージ２０１と、抵抗３０と、コンデンサ４０と、インダクタ５０と、を含む。ダイオードパッケージ２０１は、第１のダイオード２１０と、第２のダイオード２２０と、第３のダイオード２３０と、を含み、すべて熱的に互いに結合される。第１のダイオード２１０の目的は、入力ＡＣ電圧信号１０を整流して信号６０を提供することであり、第２のダイオード２２０は、温度を制御するための付加的な電力散逸を提供する。第２のダイオード２２０の電力散逸は、補償電流（Ｉcompensation）によって制御される。補償電流は、ダイオードパッケージ２０１の温度に基づいて生成される。パッケージ温度に基づく補償電流は、温度センサでもある第３のダイオード２３０により制御される。【選択図】図４
2018060528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を受信するように構成された温度補償型整流構成要素であって、
受信した前記入力信号を整流し、整流された出力信号を提供するためのダイオード部であって、動作温度を有する、ダイオード部と、
所定の期間にわたる前記動作温度の平均が予め設定された基準を満たすように、所定の期間にわたって前記ダイオード部によって散逸される電力を制御するように構成された温度補償コントローラと、を備えた、温度補償型整流構成要素。
【請求項２】
前記温度補償コントローラは、前記所定の期間にわたる前記動作温度の平均がほぼ一定であるように、前記所定の期間にわたって前記ダイオード部によって散逸される総電力を設定レベルに制御するように構成されている、請求項１に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項３】
前記ダイオード部が、
前記入力信号を受信するように配列され、前記入力信号を整流するように構成され、整流された前記出力信号を提供する第１のダイオードと、
前記第１のダイオードに熱的に結合された少なくとも１つの更なるダイオードと、を備え、
前記温度補償コントローラは、前記第１のダイオードによって散逸される電力に基づいて、前記少なくとも１つの更なるダイオードによって散逸される電力を設定し、前記所定の期間にわたって前記第１のダイオード及び前記少なくとも１つの更なるダイオードによって散逸される総電力が設定レベルであるように構成される、請求項１又は２に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項４】
前記少なくとも１つの更なるダイオードは、前記第１のダイオードに熱的に結合された、第２のダイオードを備え、
前記温度補償コントローラは、前記第２のダイオードに補償電流を提供するように構成された補償電流源を備え、前記補償電流は、前記ダイオード部の動作温度と逆相関関係に調整される、請求項３に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項５】
前記ダイオード部の動作温度を示す信号を生成するように構成された温度センサをさらに備え、前記補償電流は、前記ダイオード部の動作温度を示す前記信号に応答して生成され、前記温度センサは、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードに熱的に結合されている、請求項４に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項６】
前記少なくとも１つの更なるダイオードは、前記第１のダイオード及び前記第２のダイオードに熱的に結合された第３のダイオードを備え、
前記温度補償コントローラは、前記第３のダイオードを介して定電流を引き出すように結合された定電流源をさらに備え、前記第３のダイオードのアノードにおける電位が、前記ダイオード部の動作温度を示し、前記補償電流は、前記第３のダイオードのアノードの前記電位に基づいて設定される、請求項４又は５に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項７】
前記温度補償コントローラは、前記第３のダイオードのアノードにおける前記電位に基づいて前記補償電流を設定するように構成された演算増幅器回路を備える、請求項６に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項８】
前記温度補償コントローラは、前記ダイオード部の動作を制御して、
前記所定の期間の第１の部分の間に、前記ダイオード部が、受信した前記入力信号に基づいて整流された前記出力信号を提供し、
前記所定の期間の前記第１の部分と重ならない前記所定の期間の第２の部分の間に、前記ダイオード部が、補償信号に基づいて整流された前記出力信号を提供するように構成され、前記補償信号は、前記所定の期間にわたって前記ダイオード部によって散逸された電力が設定レベルであるように設定される、請求項１又は２に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項９】
前記温度補償コントローラは、前記所定の期間にわたって前記ダイオード部によって散逸される電力が設定レベルであるように、前記補償信号の振幅及び／又は前記所定の期間の前記第２の部分の持続時間を設定するように構成されている、請求項８に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項１０】
前記所定の期間は、第１の所定の期間であり、
前記温度補償コントローラは、前記第２の所定の期間にわたる前記動作温度の平均が予め設定された前記基準を満たすように、前記第１の所定の期間に続く第２の所定の期間にわたって前記ダイオード部によって散逸される電力を制御するように構成されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項１１】
前記温度補償型整流構成要素は、ブリッジ整流回路の一部を形成する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の温度補償型整流構成要素。
【請求項１２】
ＲＦ入力信号からＤＣレベルを生成するＲＦ検出器であって、
前記ＲＦ入力信号を受信し、整流されたＲＦ信号を提供するように構成された整流段であって、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの温度補償型整流構成要素を備える、前記整流段と、
整流された前記ＲＦ信号から前記ＲＦ入力信号の振幅を示す信号を提供するように配列されたローパスフィルタと、を備える、ＲＦ検出器。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの温度補償型整流構成要素は、ブリッジ整流器を形成する複数の温度補償型整流構成要素である、請求項１２に記載のＲＦ検出器。
【請求項１４】
前記ダイオード部の動作温度が設定温度未満であるという決定に応答して前記ダイオード部を加熱するように構成された周囲温度補償器をさらに備える、請求項１２又は１３に記載のＲＦ検出器。
【請求項１５】
分析機器内の電子増幅器に供給するＲＦ電位の振幅を設定する制御回路であって、
ＲＦ発生器からＲＦ信号を受信し、ＲＦ電位の振幅を示す信号を受信し、受信された前記ＲＦ電位の振幅を示す前記信号に基づいて調整された、受信された前記ＲＦ信号からＲＦ出力を提供するように構成された、コントローラと、
前記コントローラの前記ＲＦ出力からイオン光学装置に供給するための前記ＲＦ電位を生成するように配列された出力回路と、
前記ＲＦ電位を受け取り、前記コントローラの前記ＲＦ電位の振幅を示す前記信号を生成するように構成された、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の前記ＲＦ検出器と、を備える、制御回路。
【請求項１６】
前記出力回路が、
前記コントローラから前記ＲＦ出力を受け取り、前記ＲＦ出力を増幅するように配列された、ＲＦ増幅器と、
増幅された前記ＲＦ出力を１次側入力として受け取り、２次側出力として前記ＲＦ電位を提供するように構成された変圧器と、を備える、請求項１５に記載の制御回路。
【請求項１７】
イオン光学装置であって、
受け取られたＲＦ電位を用いてＲＦ電界を生成するための電極配列と、
ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ発生器と、
前記ＲＦ発生器から前記ＲＦ信号を受信し、前記電極配列に前記ＲＦ電位を提供するように構成された、請求項１５又は１６に記載の制御回路と、を備える、イオン光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ入力信号からＤＣレベルを生成するためのＲＦ検出器の一部を形成し得る温度補償された整流構成要素に関する。このようなＲＦ検出器がまた、このＲＦ検出器及びイオン光学装置を用いる分析機器の電子増幅器に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定する制御回路と共に提供される。分析機器は、四重極質量フィルタのようなイオン光学装置を含む質量分析計であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
ＡＣ電圧をＡＣ電圧の振幅を表す等価のＤＣ電圧に変換する技術は、多くの電気または電子システムにおいて周知である。イオン処理及び質量分析の分野では、無線周波数（ＲＦ）検出器は、そのような技術を用いて、ＲＦ電圧の振幅を一定に維持する閉ループ制御の一部として、ＲＦ電圧をＤＣ電圧としてＲＦ電圧の振幅を示す対応する信号に変換する。このようなＤＣ電圧は、厳密には経時的に一定の振幅のＤＣ電圧ではないことが理解されよう。むしろ、ＤＣ電圧は、ＲＦ電圧の振幅を示すＤＣレベルを有する信号であり、経時的に一定であることができるが、入力として変換されたＲＦ電圧に応じて経時的に徐々に変化し得る。
【０００３】
閉ループ制御回路は、四重極、イオントラップ、衝突セルまたはイオン光学レンズのようなイオン光学装置の一部を形成することができる。ＲＦ電位の振幅の変動は、イオン光学装置内でイオンが受ける電界に影響を及ぼし、不正確な測定やイオン損失などの望ましくない影響を引き起こす可能性がある。
【０００４】
ＡＣ−ＤＣ変換で使用される構成要素の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、ＤＣ出力レベルに大きな影響を与える。特に、整流のためにしばしば使用される能動構成要素は、温度に対して非線形に変化する電流−電圧特性を有する。例えば、現在最も使用されている半導体材料は、異なる他の化学元素でドープされ、ＰＮ接合を形成するように結合されたシリコンである。この接合は、接合両端の電圧と電流の関係が接合温度に依存するという温度依存性を有する。
【０００５】
図１を参照すると、ダイオード（ＩD）を通る電流とダイオード（ＵD）の両端の電圧との間の既知の関係と、これがどのように温度に対して変化するかが示されている。この関係は、グラフ形式と数学的形式の両方で表示される。すべての半導体は電流経路に固有のオーミック部（ダイオードの場合は一般に約１５〜３０Ω）を持っているため、通常の動作でも何らかの電力損失が発生する。この電力損失の結果、ダイオードの半導体ＰＮ接合または金属半導体ショットキー接合の温度が上昇する。したがって、図１に示すように、そのような効果は自己増幅し、安定した状態はそれ自体では達成されない。ダイオードは、一般に約１ｐＦ以下の寄生容量も有する。
【０００６】
次に図２を参照すると、ダイオード２０を用いて入力ＡＣ電圧信号１０を対応するＤＣ電圧６０に変換するＲＦ検出器の典型的な既存の回路が示されており、入力電圧（Ｕrf）及びダイオード（ＰD）で散逸される電力の関係をグラフに共に示す。そのような設計は、例えば、商品名「ｉＣＡＰ」、モデル「Ｑ」及び「ＲＱ」の下でＴｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ（商標）によって市販されている誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分析計において使用される。ＲＦ検出器は、通常、電子閉ループ回路で使用され、ＲＦ信号の振幅を所望の一定のレベルに保持する。ＲＦ検出器は、ダイオード２０と、抵抗３０と、コンデンサ４０と、インダクタ５０とを備える。コンデンサ４０とインダクタ５０はローパスフィルタを形成し、ＤＣ出力６０は低いリップルを有する。整流素子としての半導体（ダイオード２０）の使用により、この構成は温度に依存する。電圧とダイオード内で散逸される電力（ダイオード温度ＴDに密接に関連している）との関係は、高度に非線形である。これにより、ＡＣ入力１０の振幅とＤＣ電圧レベル６０との間の関係も温度に対して非線形である。
【０００７】
したがって、温度効果は、ＲＦ検出器回路の出力６０にＤＣオフセット電圧誤差を生じさせる。このＤＣオフセット電圧はまた、より高い到来電圧１０が、ダイオード（及び潜在的には他の構成要素）においてより高い電流、より多くの電力損失、及びしたがってダイオードのより多くの熱を発生させ、その電流−電圧特性を変化させるため、到来ＡＣ電圧１０に対して非線形の関係を有する。これは、イオン光学装置に提供されるＲＦ電位のように、高出力入力が提供される場合に特に問題となる。
【０００８】
例えば、ＵＳ２，２２１，７０３及びＵＳ２，９３０，９０４で考察されているように、外部温度制御によって回路を一定温度に維持することも知られている。例えば、温度センサは温度を検出するために使用され、ヒータは閉ループフィードバックによって温度が所望のレベルより低い場合に温度を上昇させることができる。温度は、典型的には室温よりも高い温度に維持される。このアプローチの背後にあるアイデアは、整流構成要素自体に熱関連の誤差源を排除することである。温度を一定に保つことにより、温度変化があっても、検出器からの電圧を経時的に正確かつ安定に保つことができる。
【０００９】
図１０を参照すると、既存の周囲温度補償ＲＦ検出器回路５００の構成要素の配列が概略的に示されている。回路５００は、整流ダイオード５２０と、負荷抵抗器５３０と、コンデンサ５４０と、インダクタ５５０と、加熱抵抗器５６０と、トランジスタ５７０と、演算増幅器５８０と、受動的制御構成要素５９０と、を備える。これらはプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載される。電気的要求を考慮して、構成要素は、通常、対称線５０１によって示される対称的な様式で配置される。
【００１０】
温度センサ５９５は、ＰＣＢ上の選択された点の温度を測定し、温度を安定に保つために、対応する熱量を提供する。整流ダイオード５２０、負荷抵抗器５３０、コンデンサ５４０及びインダクタ５５０は、（例えば、図２に示すように）ＲＦ検出器を形成する加熱された構成要素５１０である。ＰＣＢ上の加熱された構成要素５１０の下に載置されたトランジスタ５７０は、熱レベルを維持する加熱抵抗器５６０を通る電流を制御する。トランジスタ５７０は、演算増幅器５８０及びその関連する受動制御構成要素５９０によって制御され、加熱レベルを設定する。この閉ループ制御回路は、作動トランジスタ５７０の下に配置される。
【００１１】
加熱抵抗器５６０は、供給された電流によって決定される電力を、熱エネルギーに変換して、それらが囲む構成要素５１０を加熱する。熱の輸送は、通常、ＦＲ４材料で作られたＰＣＢ材料を介した熱伝導によって主に実現される。この配列は、周囲温度が１５℃〜３５℃の範囲にある時に一定の温度を提供することを意図している。
【００１２】
このアプローチにはいくつかの欠点がある。第１に、回路を通る熱の流れは不均一であり、定常状態の制御を困難にする。さらに、各抵抗器はそれ自体の公差を有し、生成した熱量を設定することが困難である。作動トランジスタ５７０はまた、余分な熱源を表し、その寄生抵抗、その中を流れる高電流、及びコレクタとエミッタ間の電圧の結果として高温になる。これらの影響は、ＰＣＢの表面に不均一な温度を生じさせ、熱平衡に到達するためにより長い時間定数を与える。オームの法則と電力の公式（Ｐ＝Ｉ2Ｒ）を考慮すると、電流のわずかな変化は、電力散逸及びそれに伴う加熱効果の大きな変化を引き起こす可能性がある。この非線形関係により、制御がさらに難しくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この技術の意図は、一般に、室温変化が出力に及ぼす影響を低減することである。いくつかのシナリオでは、このように回路温度を制御することは、特に高出力の入力信号が提供される場合、あまり有効ではない。したがって、回路、特にダイオード、によって生成する熱（自己発熱）は、性能に重大な影響を及ぼす可能性がある。電流−電圧関係と温度との関係は線形であってもよいが、通常は非線形（２次または対数）である。構成要素の接近により、その関係はさらに予測不能になる。さらに、回路全体の面積は、ダイオードなどの構成要素の小さなダイサイズよりもはるかに大きい。したがって、構成要素内の温度変化させる時間は、回路基板温度全体が同じ量だけ変化する時間よりも小さい大きさとすることができる。これは、そのような周囲温度補償技術を使用して、非常に困難な自己発熱効果を和らげる。
【００１４】
したがって、低減された（好ましくは最小または無視できる）温度依存性及び／又は安定した動作温度を有する電流−電圧特性により、特に高い入力電圧及び／又は電力での動作に、例えば（ダイオードなどの）整流構成要素を用いる回路を提供することは、非常に有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この背景に対して、請求項１に記載の温度補償型整流構成要素と、請求項１２に記載のＲＦ検出器と、請求項１５で提供される制御回路と、請求項１７に記載のイオン光学装置とが提供される。本発明のさらなる特徴は、従属請求項に記載される。
【００１６】
整流を提供するダイオード（半導体ＰＮ接合）の動作温度を制御するために、ダイオード及び／又はダイオードの温度に影響を与える関連回路によって散逸される電力を制御するために温度補償コントローラが使用される。この制御が使用され、所定の期間（例えば、ダイオードへの入力サンプルの定義数）、ダイオードの平均動作温度（特に、算術平均または平均）が特定の基準を満たすようにする。
【００１７】
散逸される電力とダイオードの温度との間には直接の対応付けがある。したがって、制御は、その期間にわたって散逸される総電力が設定レベルであり、その結果、平均ダイオード動作温度が特定のレベルを満たすように設定することが望ましい。特に、制御は、好ましくは、反復した期間にわたるダイオード動作温度をほぼ一定にさせる（小さな変動内で、通常は１０％未満）。このようにして、ダイオードのＰＮ接合またはショットキー接合における熱変化が大幅に改善され、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を整流する際の電圧誤差、特にＲＦ電圧の高性能及び／又は高精度検出器の電圧誤差を低減または除去する。これは、電源の閉ループ動作のためのＲＦ検出器の整流ダイオード（または複数ダイオード）における自己発熱効果の精度−制限の影響を緩和することができる。電源は、特に、四重極装置（質量フィルタまたは質量分析器）及び／又はイオントラップなどのイオン光学装置にＲＦ電位を提供するためのものである。このアプローチは、自己誘導加熱効果を低下させるために半導体ダイオード内の補償電流を使用することによって実施することができる。
【００１８】
２つの実用的な実装が企図されている。第１のものはハードウェアの実施形態である。第１のダイオードは入力信号を整流し、それによって整流出力を提供する。第１のダイオードに熱的に結合された（例えば、２つのダイオードが同じ半導体パッケージに設けられている場合には、第１のダイオード及び少なくとも１つの更なるダイオードの温度が同じであるように）少なくとも１つの更なるダイオードが有利に設けられる。少なくとも１つの更なるダイオード（第１のダイオードによって散逸される電力と大部分は独立して制御することができる）によって散逸される電力を設定することによって、ダイオードの温度を所望に設定することができる。更なるダイオードは、補償電流を第２のダイオードに提供する、補償電流源に結合された第２のダイオードを含むことができる。補償電流は、第１のダイオードの動作温度に基づいて設定される（第２のダイオードの熱的結合によって、第２のダイオードの動作温度と同じである）。具体的には、補償電流は、ダイオード動作温度と逆相関関係（温度が上昇するにつれ補償電流が減少し、逆もまた同様であるように）に調整される。ダイオード動作温度を、第１及び第２のダイオードに熱的に結合された第３のダイオードによって検知することができる。第３のダイオードのアノードの電位（例えば、接地に対する）がダイオードの動作温度を示すように、第３のダイオードを通して定電流を引き出すことができる。第２のダイオードに提供される補償電流は、その後、第３のダイオードのアノード電位に基づいて設定することができる。演算増幅器は、第３のダイオードのアノード電位に基づいて補償電流を設定することができる。
【００１９】
第２の実装形態は、別の構成要素ではなく入力信号を整流して、ダイオード内の散逸される電力を制御する。所定の期間は、重なり合わない（好ましくは、互いに連続的であり、及び／又は中断されていない）２つの部分に分割される。第１の部分の間、ダイオードは受信された入力信号に基づいて整流された出力信号を有益に提供する。第２の部分の間、ダイオードは、全周期（すなわち、両方の部分）にわたってダイオードによって散逸される電力が設定レベルを満たすように設定された補償信号に基づいて整流された出力信号を提供する。このようにして、全周期にわたる平均ダイオード温度が制御される。補償信号の振幅、第２の部分の持続時間またはその両方を設定して、散逸される電力を制御することができる。
【００２０】
温度補償された整流構成要素は、通常、より大きな回路、例えばブリッジ整流回路及び／又はＲＦ検出回路の一部を形成する。ＲＦ入力信号からＤＣレベルを生成するＲＦ検出器は、ＲＦ入力信号を受信し、それにより整流ＲＦ信号を提供し、それにより、本明細書で開示されるような少なくとも１つの温度補償型整流構成要素を使用する、整流段と、整流されたＲＦ信号からＲＦ入力信号（概念的にはＤＣレベルと呼ばれる）の振幅を示す信号を提供するローパスフィルタと、を備える。典型的には、ＲＦ検出器は、例えばブリッジ整流器を形成する複数の温度補償型整流構成要素を有する。ＲＦ検出器はまた、ダイオードの動作温度が設定温度未満の場合にダイオード部を加熱する周囲温度補償器を備えることができる。
【００２１】
分析機器（質量分析計のイオン光学装置など）の電子増幅器に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定する制御回路は、ＲＦ発生器からのＲＦ信号とＲＦ電位の振幅を示す信号（ＤＣレベル）とを受信し、受信されたＲＦ信号から、ＲＦ電位の振幅を示す受信された信号に基づいて調整された、ＲＦ出力を生成するコントローラ（例えば、比例−積分−微分、ＰＩＤ、コントローラ）と、コントローラのＲＦ出力からイオン光学装置に供給するためのＲＦ電位を生成する出力回路と、ＲＦ電位を受け取り、コントローラのＲＦ電位の振幅を示す信号を生成する、本明細書に開示されるＲＦ検出器と、を含む。制御回路は、コントローラからのＲＦ出力を受け取り、ＲＦ出力を増幅するＲＦ増幅器をさらに備えることができる。これに加えて、またはこれに代えて、制御回路は、（増幅された）ＲＦ出力を１次側入力として受け取り、ＲＦ電位を２次側出力として提供する変圧器をさらに備えてもよい。イオン光学装置は、受け取られたＲＦ電位を用いてＲＦ電界を生成するための電極配列と、ＲＦ信号を生成するＲＦ発生器と、ＲＦ発生器からＲＦ信号を受信し、ＲＦ電位を電極配列に提供する本明細書に記載の制御回路と、を備えるように、さらに、考慮される。イオン光学装置は、好ましくは、四重極イオントラップ、四重極イオンガイドまたは四重極質量フィルタなどの四重極イオン光学装置である。
【００２２】
本発明は、多くの方法で実施することができ、好適な実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ダイオードを流れる電流とダイオードの両端の電圧との間の既知の関係と、これが温度に対してどのように変化するかを示す。
【図２】入力電圧とダイオードで散逸される電力との関係を示すグラフと共に、入力ＡＣ電圧信号を、ダイオードを用いて対応するＤＣ電圧に変換するＲＦ検出器の典型的な既存回路を示す。
【図３】ＲＦ検出器を用いた、イオン光学装置の閉ループ制御ＲＦ電位電源を示す。
【図４】複数のダイオードを用いた、本開示の第１の実施形態によるＲＦ検出器を示す図である。
【図５】図４の実施形態の２つのダイオードの時間に対するダイオード電流のプロットを、時間に対する２つのダイオード電流の合計効果を示すプロットと共に示す。
【図６】図４の実施形態の３つのダイオードによって散逸される総電力の時間に対するプロットを示す。
【図７】本開示の第２の実施形態によるＲＦ検出器を示す図である。
【図８ａ】図７のＲＦ検出器の動作のための時間に対するＲＦ信号振幅の第１の例を示す図である。
【図８ｂ】図７のＲＦ検出器の動作のための時間に対するＲＦ信号振幅の第２の例を示す図である。
【図９】本発明を使用することができる既知のＩＣＰ質量分析計の概略図を示す。
【図１０】既存の周囲温度補償ＲＦ検出器回路の構成要素の配列を概略的に示す。
【図１１】第３の実施形態によるＲＦ検出器のための熱コントローラのブロック図を示す。
【図１２】第３の実施形態のＲＦ検出器及び温度制御装置の構成要素のプリント回路基板の第１の面のレイアウトを示す。
【図１３】図１２の実施形態の動作原理の１つを示す。
【図１４】図１２の実施形態の別の動作原理を示す図である。
【図１５】図１２に示す実施形態のプリント回路基板の第２の面の構成要素の２つの図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図３を参照すると、ＲＦ検出器を使用する、イオン光学装置用の閉ループ制御ＲＦ電位電源が示されている。これはブロック図として概略図で示される。この電源は、ＲＦ信号発生器１００と、閉ループ振幅制御回路１１０と、周囲温度補償部１６０と、を含む。電源は、制御されたＲＦ電位１４５を出力として提供する。これは、四極子質量フィルタまたは質量分析器１７０のようなイオン光学装置に提供される。
【００２５】
ＲＦ信号発生器１００は、閉ループ振幅制御回路１１０への入力として提供されるＲＦ信号１０５を生成する。閉ループ振幅制御回路１１０は、コントローラ１２０と、ＲＦ増幅器１３０と、変圧器１４０と、ＲＦ検出器１５０と、を含む。コントローラ１２０は、典型的には比例−積分−微分（ＰＩＤ）コントローラであり、制御されたＲＦ信号１２５を出力としてＲＦ増幅器１３０に提供する。ＲＦ増幅器１３０は、制御されたＲＦ信号１２５を増幅し、増幅されたＲＦ信号１３５をＲＦ変圧器１４０に提供する。ＲＦ変圧器１４０の２次側出力は、制御されたＲＦ電位１４５を提供する。制御されたＲＦ電位１４５はまた、分圧器１５５を介してＲＦ検出器１５０への入力として提供される。それにより、分圧器１５５は、分圧され制御されたＲＦ電位１５６を提供する。ＲＦ検出器１５０は、受け取られ、分圧され、制御されたＲＦ電位１５６を、制御されたＲＦ電位１４５の振幅を示すＤＣレベル１５１に変換する。分圧器１５５からのＲＦ検出器への入力は、典型的には、約１〜１０ＭＨｚの周波数で約１〜２０Ｖである。ＤＣレベル１５１は、制御されたＲＦ信号１２５を生成するために、ＲＦ信号発生器１００からのＲＦ信号１０５と共にコントローラ１２０への入力として提供される。閉ループ振幅制御回路１１０の周囲温度を設定レベルに維持するために、周囲温度補償部１６０は周囲温度を測定し、必要に応じて周囲温度を設定レベルに保つために熱１６５を提供する。
【００２６】
この電源のいくつかの具体的な改良を、特に、ＲＦ検出器１５０及び周囲温度補償部１６０を参照して説明する。
【００２７】
改良されたＲＦ検出器設計
図３に示されるＲＦ検出器１５０の設計は、先に議論されたように、図２に従ったものである。ＲＦ検出器１５０は、そのＲＦ入力を整流してＤＣレベルに変換するために、少なくとも１つの半導体ダイオード（ＰＮ接合またはショットキー接合の形態の半導体接合を含む）を使用する。したがって、そのようなダイオードが示すことができる温度に対する感度を考慮すると、図２に示されたものと比較してＲＦ検出器の改良された設計が望ましい。
【００２８】
ダイオード内の散逸されるもしくは失われる電力を経時的に固定の（好ましくは一定の）レベルに保つことは、ダイオードの著しい温度変化を避けることによってダイオード自己発熱の非線形効果を緩和することが認識されている。したがって、ダイオードのＩ−Ｖ特性は温度に依存しなくなり、ダイオードにおける電力損失によって引き起こされるオフセットは、もはや総計または平均入力信号電力に依存しなくなる。
【００２９】
したがって、一般的に言えば、入力信号を受信するように構成された温度補償型整流構成要素が考えられる。温度補償型整流構成要素は、受信された入力信号を整流し、整流された出力信号を提供するためのダイオード部を含む。ダイオード部は動作温度を有する。温度補償型整流構成要素は、有利には、所定の期間にわたってダイオード部によって散逸される電力を（好ましくは、直接的に）制御し、その結果、所定の期間にわたる動作温度の平均が予め設定された基準を満たすように構成された温度補償コントローラをさらに備える。
【００３０】
温度補償型整流構成要素、ＲＦ検出器、分析機器（質量分析計のイオン光学装置など）内の電子増幅器に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定する制御回路、本明細書の任意の特定の機器または装置の機能に対応する１つ以上の機能的ステップを有するイオン光学装置及び／又は質量分析計を製造及び／又は動作させる方法も提供される。イオン光学装置は、好ましくは、四重極イオントラップまたは四重極イオンガイドなどの四重極イオン光学装置である。
【００３１】
ダイオード部は、好ましくは、ＲＦ入力信号を整流するためのものである。ダイオード部は、好ましくは、例えば少なくとも５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ、５ＭＨｚまたは１０ＭＨｚの周波数及び／又は５ＭＨｚ、６ＭＨｚ、７ＭＨｚ、８ＭＨｚ、９ＭＨｚまたは１０ＭＨｚ以下の周波数のＲＦ入力信号を整流するためのものである。周波数の範囲は、例えば、１ＭＨｚと１０ＭＨｚとの間、１ＭＨｚと８ＭＨｚとの間、１．５ＭＨｚ〜６ＭＨｚまたは３ＭＨｚ〜５ＭＨｚとすることができる。しかし、ダイオード部は、１ＧＨｚまでのＲＦ入力信号を整流するのに適している場合もある。典型的には、ダイオード部は、１Ｖ、３Ｖまたは５Ｖの低入力信号及び／又は７Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖまたは２０Ｖの高入力信号を整流するためのものである。ダイオード部は、１Ｗ、３Ｗ、５Ｗまたは１０Ｗのような低電力及び／又は１０Ｗ、１５Ｗ、２０Ｗ、２５Ｗまたは３０Ｗの高電力を有する入力信号を整流するためのものであってもよい。ダイオード部は、有利には、シリコン、ゲルマニウム、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣまたは材料の組み合わせからなる半導体ダイオードを含む。半導体ダイオードは、ＰＮ接合ダイオードまたはショットキーダイオード（金属−半導体界面を有する）であってもよい。ショットキーダイオードは、多くの要因の点で有利である。第１に、順バイアスから逆バイアスへのスイッチング時間（例えば約１０ｎｓ）は、通常、シリコンダイオード（通常約１００ｎｓ）の場合よりもはるかに小さい。また、その性能は通常温度依存性が低く、その寄生容量が一般にＰＮ接合ダイオードよりも小さい。
【００３２】
好ましくは、温度補償コントローラは、所定の期間（period of time）にわたってダイオード部によって散逸される総電力を設定レベルに制御するように構成される。これは、特に、所定の期間にわたる動作温度の平均が（ほぼ）一定であるようなものである。この文脈では、所定の期間にわたる動作温度の平均は、通常、算術平均として理解される。特に、予め設定された基準は、ダイオード部によって散逸される電力及び／又は所定の期間にわたる動作温度の平均が一定（すなわち設定値）であるか、または設定値から、２０％、１５％、１０％、５％、２％、または１％を超えて変化しないようなものであることができる。別の意味では、所定の期間にわたる動作温度の平均は、１℃、２℃、５℃、１０℃、または１５℃を超えて変化できない。追加的にまたは代替的に、温度補償コントローラは、ダイオード部によって散逸される電力及び／又はダイオード部によって散逸される所定の期間にわたる動作温度の平均が第１の閾値を超えず、第２の閾値を下回らないように所定の期間にわたってダイオード部によって散逸される電力を制御するように構成されてもよい。第１及び／又は第２の閾値は、上述の最大変動を参照して設定されてもよい。第１の閾値は、通常１００℃未満である。所定の期間は、１秒、２秒、５秒、１０秒、２０秒、２５秒、３０秒、４０秒または４５秒であってもよい。
【００３３】
ここでの構成要素の温度補償に関する説明（特に、上記の図２及び図４及び図７を参照）では、整流ダイオードは、受け取られたＡＣ電位を整流するように作用する単一のダイオードとして示されている。しかし、より一般的な実装では、Ｇｒａｅｔｚブリッジ整流器構成で少なくとも４つのダイオードを使用する。実際、各ダイオードの高電流負荷を軽減するために、４つのダイオードの各々を２つ以上の並列ダイオードによって実装することができる。一般に、温度補償型整流構成要素は、ブリッジ整流回路の一部を形成することができる。
【００３４】
さらに一般的な用語及び別の態様では、ＲＦ検出器を設けることができることが理解されるであろう。ＲＦ検出器は、好ましくは、ＲＦ入力信号からＤＣレベルを生成するためのものであり、ＲＦ入力信号を受信し、それによって整流されたＲＦ信号を提供するように構成された整流段を含むことができる。整流段は、有利には、本開示による少なくとも１つの温度補償型整流要素を含む。ＲＦ検出器は、整流されたＲＦ信号からのＤＣレベルとしてＲＦ入力信号の振幅を示す信号を提供するように配列されたローパスフィルタをさらに備えてもよい。特に、ローパスフィルタは、整流された入力ＲＦ信号の望ましくない高調波成分を抑制するように（換言すれば、リップル電圧を低減するように）構成される。好ましい実施形態では、少なくとも１つの温度補償型整流構成要素は、例えばブリッジ整流器を形成する複数の温度補償型整流構成要素である。任意選択で、ＲＦ検出器は、ダイオード部の動作温度が設定温度未満であるという決定に応答して、ダイオード部を加熱するように構成された周囲温度補償器をさらに備える。
【００３５】
この固定または一定の電力散逸を達成するための２つの特定の実装が提示される。これらの各々は、以下に説明するように、より広いカテゴリーの技術の特定の例と考えることができる。これら２つの方法のうちの最初の方法が現在好ましい。
【００３６】
２次ダイオードのアプローチ
このアプローチの基本原理は、（ＲＦ）入力電位を整流するために使用されるダイオード（「第１の」ダイオード）と同様に、第２のダイオードが提供されることである。第２のダイオードは、第１のダイオードと第２のダイオードの温度が密接に結合され、基本的に同じであるように、第１のダイオードに熱的に結合される。これは、第１及び第２のダイオードが、例えば、集積回路、チップなどの形態の同じ素子パッケージ（多素子パッケージ）に設けられている場合に当てはまる。第２のダイオードを介して散逸される電力は、一定及び／又は設定されたレベルでの、第１及び第２のダイオードの両方を介して散逸される電力の総計である、パッケージによって散逸される合計電力を維持するために、パッケージ温度（主に第１のダイオードによって散逸される電力の関数である）に基づいて制御することができる。そうすることで、パッケージ温度、したがって第１のダイオードの温度が調整される。原理的には、このアプローチによれば、複数の「第２」ダイオードを設けることができるが、これは、各「第２」ダイオードによって散逸される電力が第１ダイオードに基づいて制御されることを必要とする。
【００３７】
一般に、上記で詳述したように、ダイオード部は、整流された出力信号を提供するように、入力信号を受信するように配列され、入力信号を整流するように構成された第１のダイオードを備えると考えることができる。次に、ダイオード部は、第１のダイオードに熱的に結合された、少なくとも１つの更なるダイオードをさらに含むことができる（その温度が、第１のダイオードの温度に応じて変化するように、好ましくは第１のダイオードと少なくとも１つの更なるダイオードの温度が同一であるように）。温度補償コントローラは、第１のダイオードによって散逸される電力に基づいて、少なくとも１つの更なるダイオードによって散逸される電力を設定し、第１のダイオード及び少なくとも１つの更なるダイオードによって所定の期間にわたって散逸される総電力が設定されたレベルであるように構成される。少なくとも１つの更なるダイオードによって散逸される電力は、ダイオード部の動作温度に基づいて設定され、またはダイオード部の動作温度と逆相関関係で調整されてもよい。好ましい実施形態では、少なくとも１つの更なるダイオードは、第２のダイオード（上述のように、第１のダイオードに熱的に結合された）を備えることができる。次に、温度補償コントローラは、補償電流を第２のダイオードに提供するように構成された補償電流源を備える。補償電流は、本明細書において特定されるパラメータに従って、少なくとも１つの更なるダイオードによって散逸される電力を制御するように設定されてもよい。
【００３８】
次に図４を参照すると、複数のダイオードを使用する、この第１の実施形態によるＲＦ検出器２００が示されている。これは、ハードウェア実装と考えることができる（後述の第２の実施形態とは対照的に）。図２のＲＦ検出器１の構成要素と共通する構成要素が示されている場合、同じ参照番号が使用されている。ＲＦ検出器２００は、ダイオードパッケージ２０１と、抵抗３０と、コンデンサ４０と、インダクタ５０と、を含む。ダイオードパッケージ２０１は、第１のダイオード２１０と、第２のダイオード２２０と、第３のダイオード２３０と、を含む。第１のダイオード２１０、第２のダイオード２２０及び第３のダイオード２３０は、すべて同じパッケージ内（及び通常は同じ構成要素またはダイ上または同じハウジング内）にあり、したがって、すべて熱的に互いに結合される。第１のダイオード２１０、第２のダイオード２２０及び第３のダイオード２３０を構成する構成要素の面積は、約０．５ｍｍ2であってもよい。市販されている多くの高周波ダイオードは、単一のユニットパッケージだけでなく、二重、三重または四重の構成で利用できる。ダイオードが埋め込まれている構成要素（例えば、すべてのダイオードを覆う連続的なダイ領域）のサイズは小さく、その結果、温度変化の間の小さな遅延時間定数を有して、ダイオード間の熱的結合は非常に良好である。
【００３９】
第１のダイオード２１０の目的は、入力ＡＣ電圧信号１０を整流して信号６０を提供することであり、この信号６０はローパスフィルタ（抵抗３０、コンデンサ４０及びインダクタ５０によって形成される）によって処理され、リップルのないＲＦ入力信号の振幅を示す対応する信号を提供する。第２のダイオード２２０は、上述したように、温度を制御するための付加的な電力散逸を提供することを意図している。第２のダイオード２２０の電力散逸は、補償電流（Ｉcompensation）によって制御される。補償電流は、ダイオードパッケージ２０１の温度に基づいて生成される。
【００４０】
原則として、パッケージ温度は、温度センサによって決定することができる。この実施形態において、これは、第３のダイオード２３０を用いて効率的に行われる。定電流源（ＣＣＳ）２３２は、小さな電流Ｉmeasureを第３のダイオード２３０に注入する。ＣＣＳ２３２からの電流は、有意な自己温度効果が生じることができないように計算される。したがって、第３のダイオード２３０のＰＮ接合を横切る電圧降下は、第３のダイオード２３０の温度（ひいてはパッケージ２０１の温度）を示す。したがって、これは、接地ＵDTに対して第３のダイオード２３０のアノードの電位を設定する。演算増幅器２３４は、この電圧を測定し、この電圧は増幅器２２４及びトランジスタ電力増幅器２２２によってさらに増幅され、補償電流を第２のダイオード２２０に提供する。演算増幅器２２４、２３４は、十分な電流を供給することができない場合、必要でない場合には省略することができ、トランジスタ電力増幅器２２２は、より高い補償のために設けられる。この構成は、入力電圧を出力電流に変換する閉ループ動作回路を効果的に形成することができる。
【００４１】
このＲＦ検出器２００の例示的な動作は、温度調整を理解するのに役立ち得る。第１に、非ゼロ電流が第２の補償ダイオード２２０を通って流れ、３つのダイオードのすべての温度（すなわち、パッケージ２０１の温度）が安定していると仮定する。すると、ＲＦ入力信号１０の振幅が増加し、第１のダイオード２１０に流れる電流がより大きくなる。これにより、第１のダイオード２１０の温度が上昇する。第３のダイオード２３０の温度も、ダイオードの閉結合のために上昇する（実際、第２のダイオード２２０及びパッケージ２０１の温度も上昇する）。温度に基づく電圧降下（上式）に関して図１に示す関係を考慮すると、第３のダイオード２３０の両端の電圧降下は、より低い値（−２ｍＶ／Ｋ）に変化する。この電圧降下の変化は、ＵDTを減少させ、これは、演算増幅器２３４によって拾われる。その結果、補償電流Ｉcompensationも低下し、そこを流れる電流、したがって第２のダイオード２２０で散逸される電力を減少させる。適切な較正によって、第１のダイオード２１０、第２のダイオード２２０、及び第３のダイオード２３０によって散逸される総電力は同じままである。逆の状況は、ＲＦ入力信号１０の振幅が減少し、第３のダイオード２３０の両端の電圧降下を増加させ、第２のダイオード２２０の散逸される電力を増加させる場合に理解されるであろう。
【００４２】
したがって、第２のダイオード２２０Ｄ２で散逸される電力は、第１のダイオード２１０で散逸される電力に常に逆比例する。図５を参照すると、第１のダイオード２１０（ダイオード電流ＩD1）及び第２のダイオード２２０（ダイオード電流ＩD2）の時間に対するダイオード電流のプロットが、２つのダイオード電流の時間に対する合計効果（ＩD1＋ＩD2）を示すプロットと共に示されている。左側のプロットでは、第１のダイオード２１０を流れる電流ＩD1が様々なレベルで示されている。中央のプロットは、第２のダイオード２２０を通る電流ＩD2を示し、これは、第１のダイオード２１０を通る電流に対して逆に変化することが分かる。右側のプロットは、時間経過による２つのダイオードの合計効果を示し、２つのダイオードにより散逸される総電力が経時的に一定であり、したがって、第１のダイオード２１０を流れる負荷電流が異なる場合でも、２つのダイオードの温度ＴD1+D2が固定された一定レベルに維持されている。
【００４３】
図６を参照すると、第１のダイオード２１０（ＰD1）、第２のダイオード２２０（ＰD2）、及び第３のダイオード２３０（ＰD3）により時間に対して散逸される総電力のグラフが示されており、一定であることが分かる。したがって、増幅器２２２、２２４、２３４、第１のダイオード２１０、第２のダイオード２２０、第３のダイオード２３０、及びＣＣＳ２３２は、電力損失を維持し、したがって整流（第１の）ダイオード２１０の特性の熱変化の以前の問題が生じることなく、パッケージ２０１の温度を一定に維持する閉ループ回路を形成する。これらの例では３つのダイオードが示されているが、第１、第２及び第３のダイオードの各々は、実際には一緒に動作する直列及び／又は並列の複数のダイオードを備えてもよい。好ましくは、２つから６つまでのダイオードは、各タイプのダイオード（すなわち、それぞれ第１、第２及び第３のダイオードのそれぞれ）に対して直列に動作する。
【００４４】
この実装の利点の１つは、低コストで実装するのが簡単であることである。さらに、特に図３の閉ループ制御装置の一部として、入力信号１０が提供される方法にソフトウェアの変更は必要ない。
【００４５】
一般に、温度補償型整流構成要素は、ダイオード部の動作温度を示す信号を生成するように構成された温度センサをさらに備えていてもよい。補償電流は、ダイオード部の動作温度を示す信号に応答して生成される。これが有効であるために、温度センサは、有利には、第１及び第２のダイオードに熱的に結合される。温度センサは、第３のダイオードであってもよい。例えば、少なくとも１つの更なるダイオードは、第１及び第２のダイオードに熱的に結合された第３のダイオードを備えてもよい。次に、温度補償コントローラは、第３のダイオードを通って一定の電流を引き出すように結合された定電流源をさらに備えてもよい。これにより、第３のダイオードのアノードにおける電位は、ダイオード部の動作温度を示すことができる。したがって、補償電流は、第３のダイオードのアノードにおける電位に基づいて設定されてもよい。温度補償コントローラは、任意に、第３のダイオードのアノードにおける電位に基づいて補償電流を設定するように構成された演算増幅器回路を備える。演算増幅器は、例えば相互コンダクタンス増幅器であってもよい。
【００４６】
ソフトウェアによるダイオード電流制御
上述した一般的な概念による別のアプローチは、整流ダイオードで散逸される電力がある期間内に固定された（一定）レベルを平均するように整流ダイオードで散逸される電力を制御することである。これは好ましくはソフトウェアで実施される。
【００４７】
図７を参照すると、第２の実施形態によるＲＦ検出器３００が示されている。図１のＲＦ検出器１の構成要素と共通の構成要素が示されている場合、同じ参照番号が使用されている。ＲＦ検出器３００は、ソフトウェアコントローラ３１０と、ダイオード２０と、抵抗３０と、コンデンサ４０と、インダクタ５０と、を含む。ダイオード２０、抵抗３０、コンデンサ４０及びインダクタ５０は、図１に関して上述したのと同じ方法で動作する。ソフトウェアコントローラ３１０は、信号が整流のためにダイオード２０に印加される方法を制御し、したがって、ダイオード２０で散逸される電力を制御する。原理的には、ソフトウェアコントローラ３１０は、ダイオード２０内で散逸される電力を制御して、時間の経過と共に固定された一定のレベルを（算術的には）平均する。言い換えれば、時間と共に散逸される平均電力は固定されたままである。これは、一定の間隔でダミー期間中にダイオードの追加の電力を散逸することによって達成され、次に例を用いて説明する。
【００４８】
図８ａを参照すると、図７のＲＦ検出器の動作のための時間に対するＲＦ信号振幅の第１の例が示されている。第１の期間では、第１の振幅のＲＦ信号が整流され（四重極質量フィルタまたは第１の質量ｍ1を捕捉する質量分析器１７０に対応する）、第１の電力Ｐ1が散逸される。散逸される電力は、捕捉された質量及び／又は装置１７０におけるフィルタリングに依存する（または逆に、イオンの各質量は、対応するＲＦ振幅に関連する）。第２の期間では、第２の振幅のＲＦ信号が整流され（四重極質量フィルタまたは質量分析器１７０に対応し、第２の質量ｍ2を捕捉及び／又はフィルタリングする）、それに応じて第２の電力Ｐ2が散逸される。同様に、第３の振幅のＲＦ信号は、第３の期間（第３の質量ｍ3を捕捉及び／又はフィルタリングする四重極質量フィルタまたは質量分析器１７０に対応する）において整流され、第３の電力Ｐ3は対応して散逸される。
【００４９】
Ｐ1、Ｐ2及びＰ3に基づいて、ソフトウェアコントローラ３１０は、組み合わせた第１、第２及び第３の期間の平均電力散逸を決定する。その後、組み合わせた第１、第２、第３及び追加の期間の平均電力散逸を所望の所定の一定値に等しくなるように設定するために、追加の期間及び追加の電力散逸の持続時間を決定する。この場合、追加の期間の持続時間はｔDwell1として示され、決定された追加の電力散逸はＰDummyとして示される（事実上、質量ｍDummyのイオンが四重極質量フィルタ１７０によってフィルタリングされたように）。分析器に使用されるＲＦ振幅信号と比較して滞留時間を短く保つために、付加的な振幅は、使用可能な最大ＲＦ振幅よりもかなり大きいことが好ましいことに留意されたい。
【００５０】
図８ｂを参照すると、図７のＲＦ検出器の動作のための時間に対するＲＦ信号振幅の第２の例が示されている。これは、いくつかの点で第１の例と同様であり、便宜上、第１の例における電力散逸も比較のために示されている。第４の期間では、第４の振幅のＲＦ信号が整流され（第４の質量ｍ4を捕捉及び／又はフィルタリングする四重極質量フィルタ１７０に対応して）、第４の電力Ｐ4が散逸される。第５の期間では、第５の振幅のＲＦ信号が整流され（第５の質量ｍ5を捕捉及び／又はフィルタリングする四重極質量フィルタ１７０に対応して）、第５の電力Ｐ5が散逸される。第６の振幅のＲＦ信号は、第６の期間（第６の質量ｍ6を捕捉及び／又はフィルタリングする四重極質量フィルタ１７０に対応する）で整流され、第６の電力Ｐ6が散逸される。Ｐ4、Ｐ5及びＰ6に基づいて、ソフトウェアコントローラ３１０は、組み合わせた第４、第５及び第６の期間にわたる平均電力散逸を決定する。次に、組み合わせた第４、第５、第６及び第７の期間の平均電力散逸を、所望の所定の一定値に等しくなるように設定するために、第７の期間及び第７の電力散逸の持続時間を決定する（有利には、最初の例で使用されたものと同じである）。この場合、第７の期間の持続時間はｔDwell2として示され、決定された第７の電力散逸はＰDummy*として示される（事実、質量ｍDummy*のイオンが四重極質量フィルタ１７０によってフィルタリングされたように）。
【００５１】
ｔDwell2は、ｔDwell1よりも大きく、ＰDummyは、ＰDummy*と等しい（またはｍDummyとｍDummy*は同じである）ことに留意されたい。これは、ダイオード２０が最大の電力散逸を有するからである。したがって、ソフトウェアコントローラ３１０は、ダミー電力散逸を変更するだけでは、時間の経過と共に固定レベルを平均化するために、ダイオード２０内で散逸される電力を常に制御することができない可能性がある。ダミー期間及び／又はダミー電力散逸の持続時間を調整することにより、平均電力散逸をより効率的かつ効果的に制御することができる。実際には、ダミー期間の持続時間を可能な限り短く保つために、最大電力散逸が常に使用され、ダミー期間の持続時間のみが調整される。
【００５２】
上記を若干異なる方法で要約すると、電力散逸（ｙ軸）と時間線（ｘ軸）との間に囲まれた領域は、整流ダイオード２０における電力損失を効果的に表すことができる。この情報とダミー電力の調整可能な滞留時間とにより、電力散逸チャートによって囲まれた領域は一定のレベルに固定され得る。一定の面積は、ダイオードにおける一定の電力損失を意味する。このようにして、ダイオード内の温度も一定に保たれ、熱変化を引き起こす誤差の変化は生じ得ない。
【００５３】
一般に、温度補償コントローラは、ダイオード部の動作を制御するように構成され、所定の期間の第１の部分の間、ダイオード部は、受信された入力信号に基づいて整流された出力信号を提供し、所定の期間の第２の部分（所定の期間の第１の部分と重複しない）の間、ダイオード部は補償信号に基づいて整流された出力信号を提供する。補償信号は、所定の期間にわたってダイオード部によって散逸される電力が設定レベルになるように、有利に設定される。有益なことに、温度補償コントローラは、予め定められた期間にわたりダイオード部によって散逸される電力が設定レベルであるように、補償信号の振幅及び／又は所定の期間の第２部分の持続時間を設定するように構成される。温度補償コントローラは、このようにしてコンピュータプログラムとして実装され得る。
【００５４】
そのような実装は、上述した２次ダイオードのアプローチよりもあまり好ましくないかもしれない。これは、ダイオード電流を制御することによって、効率を低下させる、ダミー電力が散逸している追加の時間消費により、装置にオーバーヘッドを持ち込むためである。これは、少数の異なる質量（例えば、最大１０）を測定する場合に特に好ましくない。この場合、１回の運転ごとに５秒以上の追加滞留時間が潜在的に好ましくない。それにもかかわらず、このアプローチが２次ダイオードのアプローチよりも好ましいシナリオが存在する可能性がある。例えば、ＲＦ検出器のハードウェアの変更がより困難または不可能な場合に有益であり得る。
【００５５】
改良された周囲温度補償
図１１を参照すると、第３の実施形態によるＲＦ検出器のための熱コントローラのブロック図が示されている。熱コントローラは、温度センサ６１０と、温度制御回路６２０と、分圧器６３０と、加熱トランジスタ６４０と、定電流源６５０と、を含む。熱遮蔽６６０は、理想的には、加熱トランジスタ６４０と温度センサ６１０とを結合するために設けられる。
【００５６】
温度センサ６１０は、回路の温度を測定し、この測定値を示す温度信号６１５を温度制御回路６２０に提供する。温度制御回路６２０は、それに応じて加熱トランジスタ６４０の動作を制御する制御信号６２５を生成するように構成される。温度制御回路６２０は、温度信号６１５を、所望の安定動作温度を示し、分圧器６３０によって設定され、したがって、例えば、較正または初期設定の間に、ユーザによって設定及び／又は調整され得る、設定温度レベル６３５と比較することによってこれを達成する。この熱コントローラ及びＲＦ検出器回路を形成する構成要素の構成（例えば、図４または図７を参照して上述したような）は、その性能に重大な影響を及ぼす可能性がある。
【００５７】
図１０を参照して上述したように、周囲温度補償を実装するための既存のアプローチは、特に、自己発熱、構成要素と温度の電流−電圧関係との間の非線形相関、回路基板の温度変化に影響を及ぼすのに必要な構成要素の接近及び長い時間などの問題による重大な欠点を有する。加えて、構成要素の配置における対称性の悪さによるＰＣＢ表面の不均一な熱分布、電子装置の高密度に起因する構成要素の過度の自己加熱、加熱源（または複数の源）をＰＣＢ表面上に平面的に配置することを考慮して主要な熱伝達機構として使用される熱伝導、センサの配置に依存するため正確な熱測定の問題などの、さらなる問題点が明らかにされている。これらの問題は共に、不完全な熱管理をもたらし、一定の温度、ひいては安定したＲＦ検出器電圧を妨げる。
【００５８】
これらの問題の多くは、共通の設計上の考慮事項が少ないことから生じることが認識されている。第１に、構成要素の配置は、典型的には、回路の熱的挙動ではなく、電気的要求事項に基づいて決定される。第２に、複数点の加熱要素（複数の抵抗器など）を使用すると、熱源から互いの構成要素までの距離が異なる。これらの設計上の考慮事項に対処することで、温度補償を実装する方法を大幅に改善することができる。
【００５９】
最初に構成要素の配置を考慮すると、電気構成要素の従来の配置は（図１０の対称線５０１によって示されるように）鏡面対称を有することに留意されたい。しかしながら、この対称性は、ＰＣＢの比較的大きな表面積（いずれかの構成要素の表面積と比較して）にわたって等しい温度を保証する熱管理には理想的ではない。しかしながら、他の形態の対称性、例えば回転対称性は、より良好な熱管理に効果的であり得る。さらに、温度制御を提供するために構成要素を加熱する別の方法を用いることにより、さらなる利益が得られる。
【００６０】
ここで図１２を参照すると、プリント回路基板の第１の面上の第３の実施形態のＲＦ検出器（高周波電圧検出器）及び熱コントローラの構成要素のレイアウトが示されている。構成要素が、図１０に示されるものと同一の場合、同一の参照番号が用いられている（そして、図１２のそのような構成要素の機能は、別に示されない限り、図１０と同一であると仮定することができる）。図１０と異なり、図１２の構成要素の配列は、回転対称である。構成要素は、異なる半径の同心円によって画定される経路に沿って設けられる。
【００６１】
回路配列の中央には、温度センサ７００が設けられている。これを直接囲むように、コンデンサ５５０が設けられている。コンデンサを囲むのは、インダクタ５４０である。次に、より広い半径で、ダイオード５２０が搭載される。負荷抵抗５３０は、さらなる円形経路の周りに設けられる。最後に、熱切り欠き７１０が回路全体を囲んで設けられる。これらは、検出器回路領域をＰＣＢの他の部分から隔離することができる。回路基板上の接続は、信号（電圧及び／又は電流）を外部から検出器回路へ、またはその逆に搬送することができる２つの切り欠き７１０の間を通過する通路７０５などの金属通路によって提供される。切り欠き内の回路の面積は、通常、少なくとも２ｃｍ2または３ｃｍ2であり、５ｃｍ2または１０ｃｍ2のように大きくてもよい。温度制御回路は、少なくとも２℃／時、３℃／時または４℃／時の温度変化を調節することができる。それは、最高４℃／時、４．５℃／時または５℃／時までの温度変化を調節することができる。典型的には、
【００６２】
したがって、構成要素（または単純な鏡面対称性を有するもの）に「ランダム」レイアウトを使用する代わりに、（対応する円によって画定された円または多角形の形の）概して回転対称の配置が提供される。構成要素の半径方向の配置により、（誘導されたまたは自己生成された）熱のすべての生成は、検出器上の回路を横切って放射状に広がる。異なる温度の局所的なホットスポットまたは領域が回避され、熱流の経路は、円領域のあらゆる点に均一である。これにより、ＰＣＢ上のこの配列のいずれの構成要素も、同じ温度を有する。対称配列は、すべての構成要素とＰＣＢ自体に適用される。
【００６３】
図１２から分かるように、構成要素の半径方向に対称な配置は、回路のすべての要素（この場合は検出器）に適用できる。一般に、構成要素がどのように互いに電気的に接続されているかは問題ではない。この場合、直列及び／又は並列接続を実現することができる。例えば、インダクタ５４０は直列に接続されていることが分かる。対照的に、コンデンサ５５０は並列に接続される。他の相互接続は、ＰＣＢの内部層で行うことができるが、ここには示されていない。
【００６４】
したがって、この態様の一般的な観点から、温度制御された電子機器が考えられ，回路基板（ＰＣＢのような）と、少なくとも１つの電子回路を形成するような配列で回路基板に搭載された複数の電子構成要素と、少なくとも１つの電子回路の温度を測定するように構成された温度センサと、温度制御回路によって制御されるように構成された発熱構成要素と、を含む。温度制御回路は、温度センサによって測定された温度に応答して発熱構成要素によって生成する熱量を制御するように構成される。具体的には、複数の電子構成要素は、１つ以上の経路のうちの１つに位置するように回路基板上に配列され、各経路は半径を有する対応する円によって（または従って）画定される。複数の電子構成要素は、典型的には、温度制御回路とは別個のものである。複数の電子構成要素は一般に１つの電子回路を形成するが、実施形態では複数の電子構成要素によって形成される１つ以上のさらなる電子回路が存在してもよい。
【００６５】
１つ以上の経路は、好ましくは複数の経路である。次に、複数の経路の各々は、（異なる）半径を有する対応する同心円によって画定されるか、またはそれに従うことができる。各経路は、円及び／又はそのような円上にある角を有する多角形によって画定することができる。経路が多角形によって画定される場合、経路上に位置決めされた構成要素は多角形の角に位置させることが有効である。そのような場合、多角形は通常は規則的である。
【００６６】
温度センサ、発熱構成要素及び温度制御回路は、通常、測定温度を設定レベルに維持する閉ループ温度制御配列を提供するように構成される。設定レベルは、固定でも、ユーザ決定でも、及び／又は一般的には周囲温度（または例えば実験室における予想される周囲温度）より高くてもよい。設定レベルは、例えば、温度センサによって生成された信号と比較するための信号を提供するために、分圧器によって設定することができる。温度制御回路は、例えば、比例−積分−微分（ＰＩＤ）（コントローラとすることができる。１つ以上の経路は、複数の経路であってもよく、特に共通の中心点を画定すると理解される。次に、温度センサは、有利には、共通の中心点に配置される。これにより、改善された（より正確な）温度測定を提供することができる。
【００６７】
任意に、温度制御型電子機器は、１つ以上の経路と同心の円によって画定された切り欠き経路に沿って（または従って）配置された複数の切り欠きをさらに含む。円は、好ましくは、１つ以上の経路のいずれかの半径よりも大きい半径を有する。より好ましくは、温度制御電子機器は、回路基板上の１つ以上の導電経路、特に金属トレースまたは通路をさらに備える。これらは、少なくとも１つの電子回路へ及び／又はからの接続を提供するように構成されてもよく、各導電経路は、複数の切り欠きの対応する隣接するものの間にある。
【００６８】
温度制御回路は、好ましくは、１つ以上の経路とは別個に配置される。言い換えると、少なくとも１つの電子回路を形成する複数の電子構成要素から離れて位置決めされる。しかし、あまり好ましくない実施形態では、温度制御回路は、複数の電子構成要素の一部によって形成されてもよい。
【００６９】
好ましい実施形態では、温度制御電子機器はＲＦ検出器であり、複数の電子構成要素は、ＲＦ入力信号を受信し、それにより整流されたＲＦ信号を提供するように構成された整流段と、そして整流されたＲＦ信号から（ＤＣレベルとして）ＲＦ入力信号の振幅の信号を出力するように配列された追加のローパスフィルタと、を含む。ＤＣレベルは、整流されたＲＦ信号よりも少ないリップル（より少ないＡＣ成分）を含む。したがって、ＤＣレベルの主成分はＤＣ信号であってもよい。いくつかの実施形態では、ＤＣレベルは、（かなり）より小さいＡＣ成分を有することができる。ＤＣレベルは、ＲＦ入力レベルの振幅に変化がある場合及び時には徐々に変化する。整流段は、通常、少なくとも１つのダイオード（及び場合によっては複数のダイオード）を含む。好ましくは、ローパスフィルタは、コンデンサと、インダクタ（任意に抵抗器）とを備える。任意に、複数のコンデンサ及び／又はインダクタ及び／又は抵抗器が設けられる。ＲＦ検出器は、分析機器内の電子増幅器に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定するための制御回路の一部を形成することができる。特に、分析機器は質量分析計であってもよい。有利には、制御回路は、イオン光学装置に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定するためのものである。制御回路は、イオン光学装置用の電源の一部を同様に形成してもよい。このような電源を備えたイオン光学装置及び／又はこのようなイオン光学装置を備えた質量分析計をさらに検討することができる。
【００７０】
別の態様では、このような温度制御電子機器を操作する方法を提供することができる。例えば、この方法は、少なくとも１つの電子回路、温度センサ、発熱構成要素及び温度制御回路を動作させるように電子機器に電気信号を提供することを含むことができる。電子機器に電気信号を提供することは、入力信号（有益にはＡＣ入力信号）を電子回路に供給することを含むことができる。電子回路は、（ＡＣ入力信号をＤＣ出力信号に変換するための）整流回路であることが好ましい。入力信号に作用する電子回路の効果は、典型的には熱（ＡＣ入力信号の電力に依存し得る）を発生させることである。方法は、好ましくは、温度センサを使用して電子回路の温度を測定することをさらに含む。有利には、本方法は、温度センサによって測定された温度に応答して温度制御回路を使用して発熱構成要素を制御することをさらに含む。
【００７１】
これに加えてまたはこれに代えて、本明細書に記載の温度制御電子装置を製造する方法を考えることができる。本明細書の任意の特定の機器または装置の機能に対応する１つ以上の機能的ステップを有することができるいずれのこのような方法も考慮される。
【００７２】
この考え方は、その一般的な意味及び特定の場合の両方において、構成要素が、従来の「デカルト（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）」様式（ｘ、ｙのような２つの垂直な軸の各々上の対応する位置よって定義される）ではなく、半径様式（半径及び角度：ｒ、θによって定義される）で配置されることを可能にする。有利には、これにより、複数の電子構成要素が回路基板の表面上に位置決めされ、表面上の複数の電子構成要素が一般に回転対称性を有するようになる。このようにして、構成要素全体に広がる熱がより均一に広がることができる。
【００７３】
図１３を参照すると、図１２の実施形態の動作原理が示されている。熱管理をさらに向上させるために、構成要素はＰＣＢ上にさらに広がる。各機能構成要素に対して、個々の装置の温度を下げるために、複数の装置が提供される（インダクタなどのように、装置が電流に制御されるかまたは応答する場合は直列に、またはコンデンサや整流ダイオードなどのように、装置が電圧に制御されるかまたは応答する場合は並列に）。例えば、複数の整流ダイオードを並列に配置して、それに応じて各ダイオードを流れる電流を減少させることができる。電力散逸による温度上昇は、電子装置の印加電力に比例する（Ｐloss≒Ｔrise）。図１３に示すように、電力Ｐ1を消費し、かつ温度Ｔ1を有する単一の構成要素は、それぞれ電力Ｐ3を散逸させ、温度Ｔ2を有する３つの構成要素で置き換えることができる。消費される総電力は同じであるが（３×Ｐ3＝Ｐ1）、Ｔ2＜Ｔ1となるように温度を下げることができる。この技術を使用すると、構成要素によって消費される総電力がＰＣＢに密集して集中することが少なくなり、構成要素間で自己生成熱が共有される。単位面積あたりの散逸される電力を分散することで、熱管理が改善される。
【００７４】
一般的な意味では、少なくとも１つの電子回路を形成する複数の電子構成要素の一部は、複製された電子構成要素の少なくとも１つのセット（好ましくは複数のセット）を含み、複製された電子構成要素の各セット内の電子構成要素は、同じ機能を有し、使用時に同じ電力を散逸するように構成されている。複製された構成要素の各セット内の構成要素は、典型的には、回路基板の同じ経路上に搭載される。
【００７５】
回路基板上への電子構成要素の配置は、回転対称性を有するものとして上述される。そこに説明されているように、これにより、より良い放熱が可能になる。しかし、構成要素の位置決めに対するさらなる改良を行うことができる。ここで図１４を参照すると、図１２の実施形態の別の動作原理が示されている。電子構成要素は、構成要素によってカバーされる、または構成要素に割り当てられる領域と散逸される電力の比率を固定または一定に保つために配置される。このように、電力Ｐ1を散逸する、より電力を消費する（したがって散逸する）装置は、より小さな表面積Ａ2を割り当てた電力Ｐ2を散逸するより電力消費が少ない（したがって消散する）装置よりも大きな表面積Ａ1が割り当てられる。これは、より多くの電力を散逸する装置が配置される経路よりも小さい半径を有する経路上に、より少ない電力を散逸する装置を配置することによって、図１２のレイアウトで達成される。したがって、より小さな散逸装置（散逸電力Ｐ3）にはさらに小さな表面積Ａ3が割り当てられる。このようにして、単位面積当たりの散逸される電力を一定に保つことができ、それによって回路全体にわたる自己発生熱による温度を一定に保ち、ある構成要素間の熱影響を緩和することができる。
【００７６】
上述の一般的な意味から、複数の電子構成要素の各々は、使用中の対応する電力を散逸するように構成されていることに留意されたい。次に、各電子構成要素は、使用中の対応する散逸電力に従って経路上に配列されてもよい。追加的または代替的に、複数の電子構成要素は、使用中により高い電力を散逸するよう構成された電子構成要素が、使用中により低い電力を散逸するように構成された電子構成要素が配列された経路の半径より大きな半径を有する経路上に配列されるように配列され得る。特定の実施形態では、複数の電子構成要素は、使用中に同じ電力を散逸させるように構成された電子構成要素が同じ経路上に配列されるように配列され得る。
【００７７】
有益なことに、第１の電子構成要素が第１の半径を有する第１の経路上に配列され、第２の電子構成要素が第１の経路に隣接する第２の経路（第１の半径より大きい第２の半径を有する第２の経路）上に配列される場合、第１の半径と第２の半径との間の距離は、第２の構成要素が使用中に散逸するように構成された電力に基づく。
【００７８】
別の意味では、複数の電子構成要素は、１つ以上の経路に沿って回路基板上に配列され、複数の電子構成要素のそれぞれについて、対応する電子構成要素が使用中に散逸するように構成された電力に他の電子構成要素が配置されていない対応する電子構成要素を囲む領域の比率が、（少なくとも１つの電子回路または複数の電子回路の少なくとも１つの全体にわたって）ほぼ同じである。１つの構成要素の比率の変動が他の構成要素の比率から１０％、５％、２％、１％または０．５％以下（または以上）の比率だけ変化する場合、及び／又は比率が、０．１、０．０５、０．０１または０．００５以下（または以上）の比率だけ異なる場合、比率は、ほぼ同じであり得る。
【００７９】
次に図１５を参照すると、図１２に示される実施形態のプリント回路基板の第２の面（図１２に示された側の反対側）の構成要素の２つの図が示されている。上面図（ａ）と側面図（ｂ）が示されている。図１２に見ることができる熱切り欠き７１０も上面図（ａ）に見ることができる。発熱装置は、熱拡散器７４０に搭載されたトランジスタ７３０である。トランジスタ７１０は、ＰＣＢの反対側の図１２にも見える接続部７２０で回路に接続されている。１つの加熱トランジスタ７３０が示されているが、代わりに複数の加熱トランジスタを使用することもできる。発熱体として単一の能動構成要素（この場合はトランジスタ）を使用することは、対称的な方法で熱源を回路へ配置する可能性によって、電流または電圧と装置内で散逸される電力との間の線形関係の利点と組み合わせる時に、特に有益である。トランジスタの線形電力関係は、上述したように、抵抗内の電圧または電流に対する散逸される電力（したがって、その加熱効果）の２次的表現と対比される。
【００８０】
熱拡散器７４０は、有利には金属製であり、ＰＣＢの背面を横切って熱切り欠き７１０まで、したがって、他の面の回路の背後の全表面積にわたって延在する。熱拡散器７４０は、ＰＣＢの表面積にわたって熱を拡散させて温度を安定に保ち、一旦熱が生成すると温度平衡に達するのに要する時間を短縮する。さらに、銅の複数の平面は、有益には、ＰＣＢの内層に設けられる。これにより、熱拡散が改善され、ＲＦシールドとしても機能する。熱伝導率がより高い金属（ＰＣＢ  ＦＲ４材料の代わりに）を使用することにより、熱均等化プロセスの時定数が大幅に低減される。熱拡散器の１つの特別な利点は、分圧器６３０を遮蔽し、それによって温度制御のための安定した基準レベルを維持することである。
【００８１】
上述の一般的な意味の好ましい実施形態では、複数の電子構成要素が回路基板の第１の面に配置され、発熱構成要素が回路基板の第２の面に配置される（第２の面は第１の面の反対側）。１つ以上の経路が中心点（または複数の経路がある場合は共通の中心点）を画定し、次いで発熱構成要素が中心点に、またはその中心点に概略または近い中心部（例えば、中心点までの１つ以上の経路の最も近いものよりも離れていない）に配置することが有利であることが理解されよう。
【００８２】
好ましくは、発熱構成要素は熱拡散器に搭載される。有利には、熱拡散器は、回路基板の第１の面に画定された１つ以上の経路と同じ広がりを有する回路基板の第２の面を横切って延在するように配列される。より好ましくは、熱拡散器は、切り欠きまで延在するように配列される。
【００８３】
有益には、発熱構成要素は加熱トランジスタを含む。これは、抵抗器の線形電圧−電流関係と比較して、トランジスタの非線形電圧−電流関係のために、１つ以上の発熱抵抗器に比べて大きな利点を提供することができる。
【００８４】
好ましい実施形態では、回路基板は、複数の（好ましくは平面の）金属層を含む。これらは、熱拡散及びＲＦシールド効果を提供することができる。それらはまた、回路相互接続を提供することができる。金属層は、有利には、銅を含む（より好ましくは、銅であるかまたは銅で形成される）。
【００８５】
ここで説明する技術の主な利点は次のとおりであり、すなわち、使用場所までの距離が等しい単一加熱装置が使用できること、発熱抵抗器が不要なため、コストが節約できること、コレクタ電流とコレクタ−エミッタ電圧との間にトランジスタの直線関係がないこと、閉ループ動作回路は、トランジスタに印加される電圧と散逸された電力との間に線形の関係を使用するので、供給される電力をより良く制御することができること、すべての構成要素の高い対称性がＰＣＢ表面の均一な熱分布をもたらすこと、自己発熱は、複数の電気構成要素の負荷分散効果のために（最小限に）低減されること、一定の面積対散逸される電力比率のために等しい温度が得られること、熱輸送のための金属の使用により、速い熱時定数が達成されること、そして熱伝導、対流、及び放射が、回路の上部及び底部の熱の確立のために主要な移送機構として使用されることなどである。
【００８６】
特に、温度制御は、回路温度を４０℃〜７５℃の間に、好ましくは５５℃〜６５℃の間に、より好ましくは５８℃〜６０℃の間に固定することができる。さらに、図１２の配列で使用される装置の数は、実際には図１０の装置の数よりも少ない。例えば、負荷抵抗器５３０の数は、図１０の実施形態の３６から図１２の実施形態の１８に減少する。
【００８７】
イオン光学装置の実装
別の一般化された態様では、分析機器（例えば、質量分析計）内の電子増幅器に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定するための制御回路が考えられ得る。制御回路は、特に、イオン光学装置に供給するためのＲＦ電位の振幅を設定するものであってもよい。制御回路は、有益には、ＲＦ発生器からＲＦ信号を受信し、ＲＦ電位の振幅を示す信号（ＤＣレベル）を受信し、ＲＦ電位の振幅を示す受信された信号に基づいて調整された、受信されたＲＦ信号からＲＦ出力を生成するように構成されたコントローラと、コントローラのＲＦ出力からイオン光学装置に供給するためのＲＦ電位を生成するように配列された出力回路と、そしてＲＦ電位を受け取り、コントローラのＲＦ電位の振幅を示す信号を生成するように構成された本明細書に記載のＲＦ検出器と、を含む。任意に、出力回路は、コントローラからＲＦ出力を受け取り、ＲＦ出力を増幅するように配列されたＲＦ増幅器を含む。次に、出力回路は、１次側入力として増幅されたＲＦ出力を受け取り、２次側出力としてＲＦ電位を提供するように構成された変圧器をさらに備えてもよい。任意に、出力回路は、変圧器の２次側からのＲＦ電位をＲＦ検出器に結合するように構成された分圧器も備えることができる。
【００８８】
また、イオン光学装置のための電源が提供されてもよく、この電源が、ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ発生器と、ＲＦ発生器からＲＦ信号を受信し、ＲＦ電位をイオン光学装置に提供するように構成された本明細書に開示される制御回路と、を備える。さらに別の態様では、イオン光学装置を考えることができ、イオン光学装置が、受け取られたＲＦ電位を用いてＲＦ電界を生成するための電極配列と、ＲＦ信号を生成するように構成されたＲＦ発生器と、ＲＦ発生器からＲＦ信号を受信し、電極配列にＲＦ電位を提供するように構成された本明細書に記載の制御回路と、を備える。
【００８９】
図３（上で説明した）では、ＲＦ検出器を使用して、イオン光学装置用のＲＦ電位電源をどのように実装するかが示されている。イオン光学装置及びその使用についてのより詳細な説明を検討する。特に、イオン光学装置は、好ましくは、典型的には質量分析計の一部を形成する、四重極イオントラップ、四重極質量フィルタまたは四重極質量分析器などの四重極イオン光学装置である。
【００９０】
好ましい実施形態では、イオン光学装置は、特に元素分析のために、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源を有する質量分析計の一部を形成する。特に、質量分析計は、調査されたイオンについて２つ以上の分析器を有することができる。第１の分析器は、例えば平坦な四重極電極（「フラットポール」）を有する衝突／反応セル（ＱＣｅｌｌ）である。第２の分析器は、測定すべきイオンを分離するための四重極イオン光学装置である。２つの分析器を備えたそのような質量分析計の改良は、付加的な質量分析器、通常はさらなる四重極イオン光学装置を有し、したがって、三重四重極質量分析計を提供する。追加の四重極は、衝突／反応セルの上流に位置決めされる。そのような質量分析計は、本発明者らの同時係属中の英国特許出願第１５１６５０８．７号に記載されており、これの詳細は、ここでは、完全性のために簡単に説明する。
【００９１】
図９を参照すると、ここで開示されたイオン光学装置を使用することができる、既知のＩＣＰ質量分析計の概略図が示されている。このＩＣＰ質量分析計は、ＩＣＰトーチ４１０と、サンプラーコーン４２０と、スキマーコーン４３０と、イオン光学系４４０と、第１（Ｑ１）質量フィルタ４５０と、反応セル（Ｑ２）４６０と、差動的にポンピングされた開口部４７０と、第２の（Ｑ３）質量フィルタ４８０と、イオン検出器４９０と、を備える。Ｑ３質量フィルタ４８０は、質量分析計または質量分析計の一部と考えることができる。この設計では、イオンはＩＣＰトーチ４１０内で生成され、サンプラ４２０スキマー４３０を介して真空中に導入され、イオン光学系４４０を通って（曲げられ）搬送され、Ｑ１四重極質量フィルタ４５０によって選択される。Ｑ１質量フィルタ４５０は、Ｑ２反応セル４６０及びＱ３質量フィルタ４８０と比較して比較的短く、概略的に図示されていることに留意されたい。さらに、Ｑ１質量分析計４５０の真空状態は、後続のステージよりも厳しくない。ここで、イオン光学系４４０及びＱ１質量分析計４５０は、実質的に同じ圧力で操作される。選択された質量範囲のイオンが四重極反応セル４６０に入り、反応生成物がイオン光学系及び差動的にポンピングされた開口部４７０を通って分析四重極質量フィルタＱ３  ４８０に導かれ、高ダイナミックレンジ検出器４９０、例えばＳＥＭによって検出される。Ｑ３質量フィルタ４８０は（特にＱ１質量フィルタ４５０と比較して）高度に選択的であり、典型的には１ａｍｕ以下のバンドパス幅を有する。
【００９２】
Ｑ１四重極質量フィルタ４５０は、調べられるイオンの限定されたセットを選択する。Ｑ１質量フィルタ４５０は、有利には、Ｑ３質量フィルタ４８０よりも低い分解能を有する。上述したように、Ｑ１質量フィルタ４５０は、典型的には、四重極の軸方向の電極の長さが５〜７ｃｍの短い四重極である。この四重極は、Ｑ２セル４６０及びＱ３質量フィルタ４８０よりも製造コストが安価であるという利点がある。しかしながら、それは、Ｑ２衝突／反応セル４６０の下流では、Ｑ３質量フィルタ４８０よりもはるかに広いバンドパス幅を有する。
【００９３】
対象の範囲内の質量電荷比率Ａを有するイオンは、大きな妨害を避けるために、Ｑ１質量フィルタ４５０のバンドパスの側面に位置決めされることが好ましい。Ｑ２反応／衝突セル４６０の下流では、Ｑ３質量フィルタ４８０によって検出された対象イオンは、Ａ＋Ｒの質量電荷比率を有する。高分解能Ｑ３質量分析計４８０によって検出された干渉レベルが依然として高い場合、測定結果を改善するために、Ｑ１質量フィルタ４５０の分離窓のシフトが実施される。Ｑ１質量フィルタ４５０のバンドパスの側面に対象の質量Ａを位置決めすること、及び四重極４５０の分離窓の誤った調整が干渉を増加させるという問題により、Ｑ１質量フィルタの電極への電圧供給は、質量分析計の性能に重大な影響を及ぼす可能性がある。したがって、温度変化のような、電極のための電圧を供給する電子機器に対するいかなる外部の影響も、望ましくは最小化される。したがって、このような質量分析計におけるＱ１質量フィルタ４５０にＲＦ電位を供給するための電源の使用は非常に有利である。ＲＦ電位をＱ３質量分析計４８０に提供するためのこのような電源の使用はまた、潜在的に有益である。
【００９４】
この課題は、他のタイプの質量分析計とは異なり、質量の全範囲を測定しないこの質量分析計の通常の測定モードによって、より困難にされる。代わりに、分析される特定の質量のみを測定するように構成される。典型的には、ＩＣＰ質量分析計は、例えば水の純度を試験するための定期的な測定に使用される。これらの定期的な測定は迅速に実行する必要がある。典型的には、調査された各質量について、質量分析計を用いて４秒の１０回の掃引が行われ、測定時間が１０〜２０秒からの１．５分まで続く。調査した各サンプルについて最大３０種類の質量を分析することができる。
【００９５】
そのような動作モードの結果として、供給されたＲＦ電圧または電圧（特にＱ１質量フィルタ４５０及びＱ３質量フィルタ４８０への）は、非常に速く変化し得る。印加されたＲＦ電圧によって引き起こされる温度はまた、従来の温度補償が十分に速くならないように、迅速に変化し得る。（質量の全範囲ではなく）特定の質量のみを測定する他のタイプの質量分析計も同様の課題に直面する可能性がある。ＲＦ検出器の平均電力散逸（特に整流ダイオードによる）とその結果としての温度上昇は、一般に、分析されるイオンの質量に依存する。より低い質量イオン（例えば、リチウム、Ｌｉ）は、より高い質量イオン（例えば、コバルト、Ｃｏ）よりも低い電力散逸を引き起こす。特に、ウラン（Ｕ）のような非常に高い質量イオンは、銅（Ｃｕ）などのより低い質量イオンよりもはるかに高い電力散逸を有する。Ｑ１質量フィルタ４５０は、一般に、マグネシウム（Ｍｇ）と金（Ａｕ）の間の質量のイオンを取り扱うことが要求されるが、Ｑ３質量フィルタ４８０は、典型的には、一般に、リチウム（Ｌｉ）とウラン（Ｕ）の間の質量のイオンのような広い範囲の質量を取り扱うことが要求される。各質量フィルタが異なる質量のイオンを分析する場合、ＲＦ検出器の温度は質量が大きくなるにつれて大きくなり、質量が小さいほど小さくなる。Ｌｉを分析した直後にＵを分析した場合の温度上昇は、６０℃ほど高くなり、この上昇は、１００μｓ以内に発生し得る。
【００９６】
したがって、本明細書で開示されるイオン光学装置を備える質量分析計は、一般化された意味で考慮されるべきである。質量分析計は、ＩＣＰ源と、三重四重極構成、元素分析のための構成、単一の名目上の質量電荷比率の測定のためのコントローラ、及び１．５分、１分、４５秒、３０秒、２０秒、１５秒、１０秒、５秒、４秒、２秒、１秒、０．５秒、０．１秒、１秒、０．０５秒、０．０１秒、０．００５秒または０．００１秒以下の時間で測定を実行する構成の内の１つ以上を有する。平均質量測定の典型的な持続時間は、１ミリ秒〜５秒である。
【００９７】
本明細書に開示される一般的なアプローチのいずれも、プロセッサによって動作される場合に本明細書で説明される任意の方法を実行するように構成された、コンピュータプログラムまたはプログラム可能またはプログラムロジックとして実装され得る。コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納されてもよい。
【００９８】
本明細書で説明するコントローラは、本明細書で説明する任意の方法ステップ（単独または組み合わせ）に従って動作するように構成することができる。これらの方法ステップのうちの任意の１つまたは複数を実行するように構成された構造的特徴（１つ以上の、すなわち、１つ以上の入力、１つ以上の出力、１つ以上のプロセッサ、ロジック、及び回路）を有することができる。そのようなコントローラは、本明細書に記載された方法のいずれかを実行するように構成されたコンピュータプログラムまたはプログラム可能もしくはプログラムされたロジックを実行するためのコンピュータまたはプロセッサを含むことができる。
【００９９】
上述の実施形態に対する変形は、本発明の範囲内に依然として含まれて実施され得ることが理解されるであろう。本発明は、特定のタイプの回路及びアプリケーション（イオン光学装置用のＲＦ検出器回路）を参照して説明されており、本発明は、このような場合に、本明細書で論じられるような特定の利点を有するが、本発明は、回路及び／又はアプリケーションを含む。本明細書に開示された各特徴は、他に述べられていない限り、同じ、等価または類似の目的を果たす代替の特徴と置き換えることができる。したがって、別段の記載がない限り、開示された各特徴は、同等または類似の特徴の一般的なシリーズの一例に過ぎない。
【０１００】
本明細書に用いられるように、文脈が他の意味を示さない限り、特許請求の範囲を含め、本明細書中の用語の単数形は、複数形を含むと解釈され、逆もまた同様であると解釈されるべきである。例えば、文脈が他の意味を示さない限り、「ａ」または「ａｎ」（アナログ−デジタル変換器など）などの特許請求の範囲を含む単数形の参照は、「１つ以上」を意味する（例えば、１つ以上のアナログ−デジタル変換器）。本開示の説明及び特許請求の範囲を通じて、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」などの単語、及び「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの単語の変形は、「含むが限定されない」ことを意味し、他の構成を排除することを意図したものではない。
【０１０１】
本明細書で提供される任意の及びすべての例、または例示的な言語（「例えば（ｆｏｒ  ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「など（ｓｕｃｈ  ａｓ）」、「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ）」など）の使用は、単に本発明をよりよく説明するためのものであり、範囲の限定を示すものではなく、別段の主張がない限り、本発明の範囲内である。本明細書中のいかなる言葉も、本発明の実施に不可欠であると主張されていない要素を示すものとして解釈されるべきではない。
【０１０２】
この明細書に記載された任意のステップは、記載されていない限り、または文脈が他の点で必要とされる場合を除いて、任意の順序で、または同時に実行され得る。
【０１０３】
本明細書で開示される態様及び／又は特徴のすべては、そのような特徴及び／又はステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。本明細書に記載されているように、温度補償された回路内で組み合わせられた温度補償型構成要素の使用のような、さらに有益な態様の特定の組み合わせが存在し得る。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明のすべての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用することができる。同様に、基本的ではない組み合わせで記述された特徴は、（組み合わせてではなく）別々に使用されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【外国語明細書】
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