(57)【要約】本発明は、非熱的大気圧プラズマを生成するための装置に関し、装置は、圧電変換器（１）と、圧電変換器（１）に駆動制御周波数を有する交流電圧を入力電圧として印加するように構成されている駆動制御回路（１１）と、圧電変換器（１）から生成される電界の電界強度を測定するように構成された電界強度プローブ（１５）と、を有し、駆動制御回路（１１）は、電界プローブの測定結果を考慮して、電界強度が最大化されるように駆動制御周波数を適合させるように構成されている。さらなる態様は、圧電変換器の周波数を調整するための方法に関する。
2020517045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非熱的大気圧プラズマを生成するための装置であって、
圧電変換器と、
前記圧電変換器に駆動制御周波数を有する交流電圧を入力電圧として印加するように構成されている駆動制御回路と、
前記圧電変換器から生成される電界の電界強度を測定するように構成された電界プローブと、
を有し、
前記駆動制御回路は、前記電界プローブの測定結果を考慮して、電界強度が最大化されるように駆動制御周波数を適合させるように構成されている、
装置。
【請求項２】
前記圧電変換器は、入力電圧が印加される入力領域を有し、
前記圧電変換器は、前記入力領域に前記入力電圧が印加されている場合に、高電圧が生成される出力領域を有し、
前記高電圧によってプラズマが生成される、
装置。
請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記電界プローブは前記出力領域の近傍に配置されている、
請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記電界プローブは測定ユニットと接続されており、前記測定ユニットは、前記電界強度のピーク値及び／又は前記電界強度の平均値を特定するように構成されている、
前記駆動制御回路は、レギュレータを有し、前記レギュレータは、前記の特定されたピーク値及び／又は前記の特定された平均値に依存して駆動制御周波数を変化させるように構成されている、
請求項１乃至３いずれか１項記載の装置。
【請求項５】
前記電界プローブは配線基板に組み込まれている、
請求項１乃至４いずれか１項記載の装置。
【請求項６】
前記配線基板は金属コーティングを有し、前記金属コーティングは、圧電変換から反対に向いている前記配線基板の一方の面に配置されている、
請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記配線基板は多層であり、前記電界プローブは前記配線基板の内部層によって形成されている、
請求項５記載の装置。
【請求項８】
前記交流電圧は矩形波信号又は三角波信号を含む、
請求項１乃至７いずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記駆動制御回路は、当該装置をスイッチオンする際に、前記電界プローブの測定結果を考慮して、電界強度が最大化されるように、駆動制御周波数を適合するように構成されており、
前記駆動制御回路は、当該装置の進行中の動作において、所定の時間間隔で、前記電界プローブの測定結果を考慮して前記駆動制御周波数の補正を行うように構成されており、
前記駆動制御周波数は改めて前記電界強度が最大化されるように適合される、
請求項１乃至８いずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
励起された分子、イオン又はラジカルを生成するために機能する、
請求項１乃至９いずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
ＯＨラジカル及び／又は窒化酸素及び／又はオゾンを生成するために機能する、
請求項１乃至１０いずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
圧電変換器の周波数調整のための方法であって、
前記圧電変換器に初期駆動制御周波数ｆ０で交流電圧を印加するステップと、
駆動制御周波数を段階的に変化させるステップであって、前記圧電変換器から生成される電界の、それぞれの電界強度を、電界プローブを介して特定する、ステップと、
最大電界強度が生じる前記駆動制御周波数を特定するステップと、
前記の特定された最大電界強度が生じる駆動制御周波数で前記圧電変換器を動作させるステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記の最大電界強度が生じる駆動制御周波数を特定するステップを、装置の進行中の動作において所定の時間間隔で繰り返す、
請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記駆動制御周波数を段階的に変化させるステップにおいて、
前記駆動制御周波数は、初期周波数ｆ０から始まって、段階幅Δｆ１に対して最大電界強度が生じる駆動制御周波数が現れるまで、段階幅Δｆ１だけ段階的に増加又は減少し、
その後、この駆動制御周波数から始まって、前記駆動制御周波数は、段階幅Δｆ２に対して最大電界強度が生じる駆動制御周波数が現れるまで、段階幅Δｆ２だけ段階的に増加又は減少し、
Δｆ２はΔｆ１よりも小さい、
請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
前記圧電変換器は、非熱的大気圧プラズマを生成するために使用される、
請求項１２乃至１４いずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
プラズマは励起分子、イオン又はラジカルの生成のために使用される、
請求項１２乃至１５いずれか１項記載の方法。
【請求項１７】
プラズマは、ＯＨラジカル及び／又は酸化窒素及び／又はオゾンを生成するために使用される、
請求項１２乃至１６いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非熱的大気圧プラズマを生成するための装置、及び圧電変換器の周波数を調整するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電変換器、特にローゼン型の変換器は、プラズマ生成のために使用されることができる。プラズマ発生において、圧電変換器の直列共振周波数に相応する周波数で圧電変換器が駆動制御されている場合に、最大効率が達成される。しかしながら、直列共振周波数は一定ではなく、様々なパラメータに依存する。変換器の出力側端面にプラズマが点火されると、これは変換器と共に負荷として作用し、変換器のインピーダンスに影響を及ぼす。これは、プラズマを点火するための印加電圧が十分でないアイドリング状態の変換器の動作に対して、直列共振のシフトをもたらす。また、例えば使用されるプロセスガス又は変換器の温度などの作業環境は、直列共振周波数に影響を及ぼす。
【０００３】
さらに、変換器に印加される入力電圧もまた、直列共振周波数に影響を及ぼし得る。したがって、最大出力電圧をもたらすそれぞれの直列共振周波数を見出すために、構成要素からの情報が必要とされる。
【０００４】
圧電変換器はプラズマ点火のために構成されているので、このようにして出力電圧の最大化をもたらすために、変換器の出力側の電圧を取り出すことができない。この場合、電圧は、出力側に適用される硬質はんだ接続によって、又は出力側に押圧される導電性ゴムによって、取り出すことができる。出力電圧の取り出し（Das Abgreifen）は、変換器の振動を減衰させ、従って、高電圧を減少させる。さらに、それは、取り出し配線での（an der abgreifenden Leitung）プラズマ点火を招く虞がある。
【０００５】
ＤＥ１０２０１３１０３１５９Ａ１は、圧電変換器に印加される入力信号を圧電変換器の調整のために使用し、このようにして最適な動作周波数を見つけることを提案している。この場合、入力信号の位相情報の評価が必要となる。かかる解決策は、かなりの回路技術的コストを伴う。さらに、かかる解決策は、正弦波入力信号にのみ適している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許公開第１０  ２０１３  １０３  １５９号公報
【発明の概要】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、非熱的大気圧プラズマを生成するための改良された装置を提供することである。本発明の別の課題は、圧電変換器の周波数調整又は周波数制御（Frequenzregelung）のための改良された方法を提供することである。
【０００８】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。
【０００９】
圧電変換器と、駆動回路と、電界プローブとを有する非熱的大気圧プラズマ生成装置が提案されている。駆動制御回路は、入力電圧として駆動周波数を有する交流電圧を圧電変換器に印加するように構成されている。電界プローブは、圧電変換器によって生成された電界の電界強度を測定するように構成される。駆動制御回路は、電界プローブの測定結果を考慮して、電界強度が最大化されるように駆動周波数を適合させる（anzupassen）ように構成される。
【００１０】
圧電変換器が生成する電界の電界強度を最大にすることは、圧電変換器の出力領域において生成される電圧を最大化することに相当する。
【００１１】
装置は、圧電変換器の出力領域の周囲で生成される高い電界強度を利用する。この電界強度の測定は、変換器の出力領域で出力を取り出すこと（ein Abgreifen）によって変換器の動作に影響を及ぼすことなく行うことができる。特に、電界強度の測定は、圧電変換器の振動を減衰させることなく行うことができる。
【００１２】
電界プローブによって測定される信号は、圧電変換器の出力領域において生成される電圧に比例し得る。したがって、煩雑な（aufwendige）入力側インピーダンス測定及び／又は位相測定を省略することができる。その結果、圧電変換器の周波数調整のための回路を簡略化することができる。
【００１３】
さらに、周波数調整は、入力電圧波形に依存しない電界強度の測定によって用いられることができる。例えば、入力電圧が正弦波信号である必要はない。むしろ、入力電圧は、任意の周期的な信号であってもよく、例えば、方形波信号又は三角波信号であってもよい。
【００１４】
電界プローブは、非熱的大気圧プラズマを生成するための装置のハウジングに一体化されてもよい。電界プローブは、圧電変換器のすぐ近くに配置することができる。例えば、圧電変換器と電界プローブとの間の距離は、５ｃｍ未満であってもよい。好ましくは、圧電変換器と電界プローブとの間の距離は、１ｃｍ未満であってもよい。電界プローブと圧電変換器との間にギャップがあってもよい。
【００１５】
電界プローブは、金属表面によって形成されてもよく、圧電変換器によって生成された交流電界は、金属表面に交流電圧を生成する。装置は、この電圧を測定し、そこから電界強度を推定するように構成された測定ユニットを含むことができる。圧電変換器は、入力電圧を印加可能な入力領域を有してもよい。圧電変換器は、入力領域に入力電圧が印加される場合に高電圧が生成される出力領域を有し、その高電圧によってプラズマが点火される。特に、変換器は、ローゼン型変換器であってもよい。変換器は、プロセスガスによって取り囲まれてもよい。プラズマ点火の際に、生成された高電圧は、プロセスガスの分子又は原子の励起またはイオン化を引き起こし得る。さらに、プロセスガスの成分からラジカルが形成されることができる。プロセスガスとして周囲空気の場合、特にＯＨラジカル、窒素酸化物及びオゾンがプラズマ中に生成される。
【００１６】
電界プローブは、圧電変換器の出力領域の近くに配置されることができる。例えば、電界プローブと出口領域との間の距離は、０．１ｍｍ〜１ｃｍであってもよい。電界プローブと出力領域との間には、ギャップが配置されている。ギャップは、プロセスガスで満たされてもよい。電界プローブを出口領域の近くに配置することによって、電界プローブによって測定される電界が、圧電変換器の出力電圧に比例する電界強度を有することを保証することが可能である。電界プローブが出口領域の近くにあれば、  圧電変換器によって生成される電界は、この場所での電界強度に対して（fuer die elektrische Feldstaerke an diesem
Ort）支配的な効果であり、寄生効果として電界プローブによる電界強度の測定に影響を及ぼし得る別の電界を無視し得ることが保証される。
【００１７】
電界プローブは、電界強度のピーク値及び／又は電界強度の平均値を特定するように構成された測定ユニットに接続されてもよい。駆動制御回路は、特定されたピーク値及び／又は特定された平均値に応じて駆動制御周波数を変化させるように構成されたレギュレータを有することができる。測定ユニット及び駆動制御回路は、単一の配線基板上に形成されてもよい。測定ユニット及び駆動制御回路は、単一のマイクロチップによって形成することができる。
【００１８】
電界プローブは、プリント配線基板に組み込まれることができる。配線基板は、非導電性担体材料を含むことができる。配線基板の非導電性材料は、電界プローブと圧電変換器との間の絶縁を提供することができる。したがって、変換器と電界プローブとの間のプラズマ点火を回避することができる。
【００１９】
電界プローブは、配線基板の、圧電変換器から反対に向いている（weg weist）下面に配置されてもよいし、多層配線基板の内部層（einer inneren Lage）に配置されてもよい。配線基板は、配線基板の、圧電変換器から反対に向いている面上に配置された金属コーティングを有することができる。金属コーティングは、銅コーティングであってもよい。金属コーティングは、プローブ面を形成することができる。圧電トランスによって生成された交流電界によって、プローブ面には電圧が誘導されることができる。プローブ面は、測定ユニットに接続されてもよく、測定ユニットは、プローブ面において誘導された電圧を測定するように構成される。金属コーティングは、さらに、基準電位、特に接地電位に接続された接地面（eine Massenflaeche）を形成することができる。
【００２０】
配線基板は、多層であってもよく、電界プローブは、配線基板の内部層によって形成することができる。内部層は、非導電性担体材料の２つの層の間に配置される層であってもよい。電界プローブを内部層によって形成することで、測定の特に高い空間分解能を達成することができる。
【００２１】
交流電圧は、三角波信号（ein dreieckfoermiges Signal）であってもよいし、矩形波信号（ein rechteckfoermiges Signal）であってもよい。この種の信号は、特に容易に発生させることができ、従って、駆動制御のためにシンプルなドライバの使用を可能にする。圧電変換器の最適動作周波数を特定するために位相情報を使用する必要がないので、交流電圧は任意の周期的信号とすることができる。特に、交流電圧は、必ずしも正弦波信号である必要はない。
【００２２】
駆動制御回路は、装置をスイッチオンする際に、電界プローブの測定結果を考慮して、電界強度が最大化されるように、駆動周波数を適合するように構成されていることができる。駆動制御回路はさらに、装置の進行中の動作において（im laufenden Betrieb）、所定の時間間隔で（in festgelegten zeitlichen Abstaenden）電界プローブの測定結果を考慮して駆動制御周波数の補正を行うように構成されていることができ、駆動制御周波数は改めて（erneut）電界強度が最大化されるように適合される。
【００２３】
進行中の動作の間、動作条件が変化し得ることにより、圧電変換器の直列共振周波数及びしたがってその最適動作周波数がシフトすることがある。例えば、これは、変換器付近の温度または負荷の変化によって引き起こされ得る。進行中の動作内で周期的な時間間隔で駆動制御周波数の適合を繰り返すことによって、駆動制御周波数が常に最適な動作周波数に適合されることを保証することができる。
【００２４】
装置は、励起された分子、イオン又はラジカルを生成する役割を果たすことができる。装置は、ＯＨラジカル及び／又は酸化窒素および／またはオゾンを生成するために使用することができる。
【００２５】
さらなる態様によれば、本発明は、圧電変換器の周波数制御のための方法に関する。これは、上述の変換器であってもよい。相応に、変換器の文脈で開示される、あらゆる機能的又は構造的特徴は、本方法にも適用され得る。逆に、本方法の文脈で開示される、あらゆる特徴は、変換器にも適用され得る。
【００２６】
本方法は、
−  圧電変換器に初期駆動制御周波数ｆ０で交流電圧を印加するステップと、
−  駆動制御周波数を段階的に変化させるステップであって、圧電変換器から生成される電界の、それぞれの電界強度を、電界プローブを介して特定する、ステップと
−  最大電界強度が生じる駆動制御周波数を特定するステップと、
−  特定された最大電界強度が生じる駆動制御周波数で圧電変換器を動作させるステップと、
を含む。
【００２７】
この方法の利点は、変換器が動作する周波数を調整する又は閉ループ制御する（regelt）調整アルゴリズム又は制御アルゴリズム（Regelalgorithmus）の慣性が低い（die geringe Traegheit）ことである。代りにコイル電流を制御変数として使用した場合、制御アルゴリズムの慣性は著しく大きくなる。
【００２８】
ステップは、ここで与えられた順序で実行することができる。
【００２９】
このようにして、本方法は、圧電変換器の周波数を、その直列共振周波数に、したがってその最適動作周波数に、常に調整又は閉ループ制御する（zu regeln）ことを可能にすることができる。既に上述したように、本方法は、駆動制御信号の信号波形とは独立して駆動周波数を調整することを可能にする。本方法は、圧電変換器の振動を減衰させることなく実施することができる。さらに、本方法は、かなり単純な駆動制御回路で実施することができる。
【００３０】
最大電界強度が生じる駆動周波数の特定は、装置の進行中の動作において所定の時間間隔で繰り返されることができる。このようにして、装置の動作条件の変化を考慮に入れることができ、駆動制御周波数は常に最適値に設定されることができる。
【００３１】
駆動制御周波数を段階的に変化させるステップにおいて、駆動制御周波数は、初期周波数ｆ０から始まって、段階幅Δｆ１に対して最大電界強度が生じる（bei der sich fuer die Schrittweite Δf1
die maximale Feldstaerke einstellt）駆動制御周波数が現れるまで（bis sich die Ansteuerfrequenz einstellt）、段階幅Δｆ１だけ段階的に増加又は減少し、その後、この駆動制御周波数から始まって、駆動制御周波数は、駆動制御周波数が段階幅Δｆ２に対して最大電界強度が生じる駆動周波数が現れるまで、段階幅Δｆ２だけ段階的に増加又は減少し、ここで、Δｆ２はΔｆ１よりも小さい。相応に、段階的な適合は、先ず大きな段階幅で、次に漸進的に小さな段階幅で実行することができる。先ず大きい段階幅及び後により小さい段階幅を使用することによって、最適駆動制御周波数を迅速に見出すことができる。
【００３２】
上述の方法によって周波数が制御される圧電変換器は、非熱的大気圧プラズマを生成するために使用することができる。
【００３３】
プラズマは、励起された分子、イオン、又はラジカルを生成するために使用されることができる。プラズマは、ＯＨラジカル及び／又は酸化窒素及び／又はオゾンを生成するために使用されることができる。
【００３４】
電界プローブは、耐放電性絶縁体（einen durchschlagsfesten Isolator）に埋め込まれてもよい。耐放電性絶縁体は、特に、変換器と電界プローブとの間の絶縁破壊を防止するように構成されていてもよい。電界プローブが埋め込まれた耐放電性絶縁体は、圧電変換器に材料結合的（stoffschluessig）に接続されていてもよい。材料結合的接続は、例えば、接着接続であることができる。材料結合的接続は、電界プローブを圧電変換器のすぐ近く配置することを可能にする。このようにして、変換器によって生成される電界を特に正確に測定することができる。
【００３５】
以下、図を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】圧電変換器を斜視図で示す図である。
【図２】圧電変換器のインピーダンス推移及び出力電圧推移のグラフを示す図である。
【図３】非熱的大気圧プラズマを生成するための装置を模式的に示す図である。
【図４】電界プローブを示す図である。
【図５】電界プローブが集積化された配線基板を断面図で示す図である。
【図６】図５に示された配線基板の下面を示す図である。
【図７】等価回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、圧電変換器を斜視図で示す。圧電変換器１は特に非熱的大気圧プラズマを生成するために使用されることができる。
【００３８】
圧電変換器１は、共振変換器の一種であり、これは圧電性に基づくものであり、従来の電磁変換器とは対照的に電気機械的システムである。圧電トランス１は、例えば、ローゼン型の変換器である。
【００３９】
圧電変換器１は、入力領域２と出力領域３とを有し、出力領域は、長手方向ｚにおいて入力領域２に接続されている。入力領域２において、圧電変換器１は、電極４を有し、電極４には交流電圧が印加されることができる。電極４は、圧電変換器１の長手方向ｚにおいて延在する。電極４は、長手方向ｚに垂直な積層方向ｘにおいて、圧電材料５と交互に積層されている。圧電材料５は、その際、積層方向ｘにおいて分極されている。
【００４０】
電極４は圧電変換器１の内部に配置されており、内部電極とも称される。圧電変換器１は、第１側面６と、第１側面６に対向する第２側面７と、を有する。第１側面６上には、第１外部電極８が配置されている。第２側面７上には、第２外部電極（図示せず）が配置されている。内部電極４は、積層方向ｘにおいて交互に、第１外部電極８と又は第２外部電極と電気的に接続されている。
【００４１】
入力領域２は、電極４同士の間に印加される低い交流電圧によって駆動制御されることができる。圧電効果に基づいて、入力側で印加された交流電圧はまず機械的振動に変換される。機械的振動の周波数は、その際、実質的に圧電変換器１の幾何学的寸法及び機械的構造に依存する。
【００４２】
出力領域３は、圧電材料９を有し、内部電極を有さない（frei von）。出力領域３における圧電材料９は長手方向ｚにおいて分極されている。出力領域３の圧電材料９は、入力領域２の圧電材料５と同じ材料であってもよく、圧電材料５及び９は、それらの分極方向において異なってもよい。出力領域３において圧電材料９は、長手方向ｚにおいて完全に分極された唯一のモノリシック層として（zu einer einzigen monolithischen Schicht）形成されている。その際、圧電材料９は出力領域３において、唯一の分極方向を有する。
【００４３】
入力領域２の電極４に交流電圧が印加されると、したがって圧電材料５，９の内部において機械的波が形成され、それは、圧電効果によって出力領域３において出力電圧を生成する。出力領域３は出力側端面１０を有する。出力領域３では、このようにして、端面１０と入力領域２の電極４の端部との間に電圧が生成される。出力側端面１０では、その際、高電圧が生成される。その際、圧電変換器の周囲と出力側端面との間にも、プロセスガスをイオン化する強い電界を生成するために十分な高い電位差が生じる。
【００４４】
このようにして、圧電変換器１は、ガス又は流体を電気的励起によってイオン化することができる高い電界を生成する。その際、それぞれのガス又は流体の原子又は分子はイオン化され、プラズマを形成する。圧電変換器１の表面における電界がプラズマの点火強度を超える場合には、常にイオン化が起きる。その際、原子又は分子をイオン化するために必要な電界強度がプラズマ点火電界強度として（Als Zuendfeldstaerke eines Plasmas）示される。
【００４５】
図２は、圧電変換器１のインピーダンス推移及び電圧推移（Impedanz- und Spannungsverlauf）を表すグラフを示す。曲線Ｚｉｎ（ｌｏｇ）は、対数目盛でプロットされた圧電変換器１のインピーダンス推移を印加入力電圧の周波数との関係において示す。曲線Ｚｉｎ（ｌｏｇ）は圧電変換器１の直列共振周波数において最小に達する。さらに、曲線Ｚｉｎ（ｌｏｇ）は圧電変換器１の並列共振周波数において最大に達する。
【００４６】
図２は、さらに、圧電変換器１の出力側端面１０において生成される出力電圧の推移を印加入力電圧の周波数との関係で表す曲線Ｖｏｕｔ（ｌｉｎ）を示す。出力電圧は圧電変換器１の直列共振周波数において最大に達する。相応に、圧電変換器１に印加される入力電圧の周波数が圧電変換器１の並列共振周波数に相応する場合に、プラズマ生成の最高効率に達する。
【００４７】
直列共振周波数は、決して一定ではなく、むしろ多くのパラメータに依存する。特に、圧電変換器１のインピーダンスに影響を与え、相応に変換器１の直列共振周波数の変化を招き得る負荷は、圧電変換器によって点火されるプラズマによって形成されることができる。さらに、直列共振周波数は、圧電変換器１が使用される使用環境にも依存する。例えば、使用されるプロセスガス及び圧電変換器１の温度は直列共振周波数に影響を及ぼすことができる。
【００４８】
図３は、圧電変換器１を有する、非熱的大気圧プラズマを生成するための装置を模式的に示す図である。装置は、さらに、駆動制御周波数を有する交流電圧を入力電圧として圧電変換器１に印加するように構成された駆動制御回路を有する。本発明の目的は、圧電変換器１が現在の直列共振周波数において動作するように、駆動制御周波数が常に適合されることを可能にすることである。駆動制御回路１１は、ドライバ１２とレギュレータ１３とを有する。ドライバ１２は、入力電圧を圧電変換器１に印加するように構成されている。ドライバ１２は圧電変換器１の外部電極８，１４と接続されている。レギュレータ１３は、ドライバ１２を駆動制御し、その際、特に入力電圧の駆動制御周波数を決定するように（festzulegen）構成されている。
【００４９】
装置はさらに、圧電変換器１によって生成された電界を測定するように構成された電界プローブ１５を有する。電界プローブ１５は圧電変換器１の出力領域３のすぐ近くに配置されている。電界プローブ１５は出力電圧に比例する信号を提供する。相応に、電界プローブ１５によって特定される電界強度を介して、直接、圧電変換器１の出力側端面１０に生成される高電圧を推定（geschlossen）することができる。
【００５０】
電界プローブ１５を用いた電界の測定によって、駆動制御周波数を常に最適な駆動制御周波数に調整することを可能にすることができる。最適な駆動制御周波数では、装置の効率はプラズマ生成に関して最大化される。
【００５１】
電界プローブ１５は測定ユニット１６に接続されており、測定ユニットは、電界プローブ１５によって捕捉される信号を評価するように構成されている。測定ユニット１６は、電界プローブ１５によって測定された電界強度のピーク値及び／又は電界強度の平均値を特定する、ように構成され得る。測定ユニット１６は参照電位に接続された抵抗１７と、参照電位に接続されたコンデンサ１８とを有する。代替的実施形態においては、抵抗１７又はコンデンサ１８のいずれかを省略することができる。
【００５２】
さらに、測定ユニット１６は整流器１９を有する。電界プローブ１５によって検出される信号は、圧電変換器１に印加される入力電圧の駆動制御周波数に相応する周波数を有する交流信号である。整流器１９は、信号を整流するように構成されている。したがって、整流器１９は、電界プローブ１５から測定ユニット１６に伝達される交流信号を直流信号に変換するように構成される。
【００５３】
測定ユニット１６は駆動制御回路１１に接続されている。特に、測定ユニット１６は、駆動制御回路１１のレギュレータ１３に接続されている。レギュレータ１３は、例えばマイクロコントローラ上に形成される制御回路又は調整回路（ein Regelkreis）であってもよい。レギュレータ１３は、ドライバ１２がどの駆動制御周波数で圧電変換器１を駆動制御するかを決定するように（festzulegen）構成されている。
【００５４】
さらに、レギュレータ１３は、いかなる場合にも圧電変換器１の直列共振周波数よりも小さくなるように選択された初期駆動制御周波数ｆ０から初めて、駆動制御周波数を段階的に増加させるように構成されていてもよい。その際、選択されたそれぞれの駆動制御周波数ｆｎについて、それぞれの電界強度ｖ（ｆｎ）が求められる（ermittelt）。レギュレータ１３は、駆動制御周波数を段階的に固定段階幅Δｆ１だけ増加させるように構成されてもよい。その際、駆動制御周波数は、順次（nacheinander）ｆ０、ｆ１＝ｆ０＋Δｆ１、ｆ２＝ｆ１＋Δｆ１、ｆ３＝ｆ２＋Δｆ１等の値をとる。レギュレータ１３は、局所的電圧最大値（ein lokales Spannungsmaximum）ｖｍａｘ，ｎ＝ｍａｘ（ｖ（ｆｎ），ｖｍａｘ，ｎ−１）が求められるまで、駆動制御周波数を増加させるように構成されている。
【００５５】
局所的電圧最大値ｖｍａｘが見出されると、低減された段階幅Δｆ２で、駆動制御周波数のさらなる適合が行われることができる。さらなる適合のための出発値として、局所的電圧最大値の周波数ｆｎ（ｍａｘ）の近くにあり、この周波数よりも低い駆動制御周波数ｆｎ（ｍａｘ）−１が選択される。低減された段階幅Δｆ２は、例えば、段階幅Δｆ１の半分とすることができる。さらなる適合において、駆動制御周波数に対して、ｆｎ（ｍａｘ）−１、ｆ１＝ｆｎ（ｍａｘ）−１＋Δｆ２、ｆ２＝ｆ１＋Δｆ２、ｆ３＝ｆ２＋Δｆ２等の値が順次選択される。この場合、電界強度の局所的電圧最大値は、今や改善された周波数分解能で再び特定される（bestimmt）。この原理は、所望の周波数分解能を有する最大値が見つかるまで繰り返すことができる。
【００５６】
あるいは、いかなる場合にも圧電変換器１の直列共振周波数よりも大きくなるように、初期駆動制御周波数ｆ０を選択することも可能である。この場合には、レギュレータは、駆動制御周波数の段階的な減少を行い、同様に最適な駆動制御周波数を求めることができる。この場合にも段階的な適合を複数回行うことができ、各適合サイクルにおいて段階幅を減少させることができる。
【００５７】
駆動制御周波数の適合は装置のスイッチを入れるときに初めて行うことができる。さらに、この適合は装置の動作中に、周期的な時間間隔で繰り返されることができる。したがって、動作条件が変化する場合に、変換器１のインピーダンスの変化及び従って直列共振周波数の変化が生じることも考慮されることができる。
【００５８】
電界プローブ１５は配線基板２０に組み込まれている。配線基板は圧電変換器１の出力領域３と平行に配置されており、配線基板２０と圧電変換器１との間にはギャップ２１がある。配線基板２０は長手方向ｚにおいて出力領域３の出力側端面１０を越えて（ueber）外へ延在することができる（hinaus erstrecken）。反対方向において、配線基板２０は入力領域２内に突出する（hineinragen）ことができる。
【００５９】
図４は配線基板２０の下面を示す。
【００６０】
配線基板２０は、非導電性担体材料２２の層を有する。非導電性担体材料２２は、例えば、ＦＲ４又は他の絶縁性材料であることができる。電界プローブ１５は、配線基板２０の圧電変換器１から反対に向いている（wegweist）面の金属化部によって（durch eine Metallisierung）形成される。このことにより、配線基板２０が絶縁体として作用するので、変換器１と電界プローブ１５との間にプラズマ点火が生じないことを保証する。電界プローブ１５と変換器１との間に配置されている、ギャップ２１及び配線基板２０は、それぞれコンデンサとして機能する。
【００６１】
配線基板２０の変換器１とは反対側の面（abgewandten Seite）上には金属コーティングがある。金属コーティングは銅コーティングであり得る。金属コーティングは、接地面２３とプローブ面２４とに分割されている。接地面２３及びプローブ面２４は絶縁性担体材料の面によって分離されている。
【００６２】
配線基板２０の変換器１から反対に向いている面上の金属コーティングの配置によって、金属コーティングに対するプラズマの点火を阻止することができる。特に配線基板２０は、配線基板２０の下面への点火を防止するのに十分大きい、変換器１からの距離に配置されている。接地面２３は基準電位、例えばアース、と接続されている。プローブ面２４は測定ユニット１６と接続されている。
【００６３】
接地面２３及びプローブ面２４は、配線基板２０の下面に個別の部品として配置されている抵抗１７を介して相互い接続されている。あるいは、又は、さらに、抵抗１７には、接地面２３及びプローブ面２４がコンデンサを介して接続されていることもできる。圧電変換器１によって電界が生成されると、電界はプローブ面２４内に電圧を誘導する。測定ユニット１６は誘導された電圧を測定するように構成されている。
【００６４】
変換器１と、変換器と対向する配線基板２０の上面との間のギャップ２１はコンデンサを形成する。さらに配線基板２０はプローブ面２４に対して同様にコンデンサを形成する。両コンデンサの容量は、配線基板２０の下面上に個別の部品として配置されている抵抗１７と共に分圧器（einen Spannungsteiler）を形成する。分圧器を介して、プローブ面２４は定められたように接地され（definiert an Masse angebunden）、プローブ面２４に誘導された交流電圧は測定のために利用可能である。
【００６５】
図５乃至７は、電界プローブ１５が組み込まれた配線基板２０の第２実施形態を示す。ここで図５は配線基板２０の断面図を示す。図６は、配線基板２０を下から見た図を示し、配線基板２０の内部層の金属化部が示されており、配線基板の下面に配置された個別の部品が示されている。図７は配線基板２０の等価回路を示す。
【００６６】
配線基板２０は、多層であり、特に４層である。配線基板２０は非導電性担体材料２２の３つの層を有する。さらに、配線基板２０の下面には個別の部品が配置されている。プローブ面２４は多層配線基板２０の内部層のうちの金属層によって形成されている。多層配線基板２０の内部層において、さらに第２金属面２５が配置されており、非導電性担体材料２２によってプローブ面２４から分離されている。さらに、内部層には、接地面２３が配置されている。接地面２３は、基準電位、例えばアース、と接続されている。プローブ面２４は測定ユニット１６と接続されている。プローブ面２４、第２金属面２５及び接地面２３は特に銅から成ることができる。
【００６７】
圧電変換器１を有する多層の配線基板２０の下面上に個別の部品が配置されている。個別の部品は２つのダイオード２６、抵抗１７及びコンデンサ１８である。図７に示される等価回路によれば、プローブ面２４、第２金属面２５、接地面２３及び個別の部品が相互にどのように接続されているかが見て取れる。個別の部品は整流器を形成することができる。相応に整流器１９は配線基板２０内に組み込まれることができる。あるいは、又は、さらに、個別の部品はフィルタコンデンサを形成することができる。フィルタコンデンサは、平滑化コンデンサとも称され、負荷抵抗に並列に接続されたコンデンサであり、整流回路の後段で整流された電圧のリップル（die Restwelligkeit）を低減する。
【００６８】
第２実施形態は、測定の改善された空間分解能を可能にする。
【符号の説明】
【００６９】
１  圧電材料（piezoelektrischer Transformator）
２  入力領域（Eingangsbereich）
３  出力領域（Ausgangsbereich）
４  電極（Elektrode）
５  圧電材料（piezoelektrisches Material）
６  第１側面（erste Seitenflaeche）
７  第２側面（zweite Seitenflaeche）
８  外部電極（Aussenelektrode）
９  圧電材料（piezoelektrisches Material）
１０  出力側端面（ausgangsseitige Stirnseite）
１１  駆動制御回路（Ansteuerschaltung）
１２  ドライバ（Treiber）
１３  レギュレータ（Regler）
１４  外部電極（Aussenelektrode）
１５  電界プローブ（Feldsonde）
１６  測定ユニット（Messeinheit）
１７  抵抗（Widerstand）
１８  コンデンサ（Kondensator）
１９  整流器（Gleichrichter）
２０  配線基板（Leiterplatte）
２１  ギャップ（Spalt）
２２  非導電性担体材料（nicht-leitendes Traegermaterial）
２３  接地面（Masseflaeche）
２４  プローブ面（Sondenflaeche）
２５  第２金属面（zweite Metallflaeche）
２６  ダイオード（Diode）
ｘ  積層方向（Stapelrichtung）
ｚ  長手方向（Laengsrichtung）
【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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【国際調査報告】
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