特表 2022-506930 磁場強度を生成および制御するためのデバイスおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-17

(54)【発明の名称】磁場強度を生成および制御するためのデバイスおよび方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/63 20060101AFI20220107BHJP

【ＦＩ】

G01N21/63 Z

G01N21/63 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021525069

(86)(22)【出願日】2019-11-01

(85)【翻訳文提出日】2021-07-05

(86)【国際出願番号】 EP2019079992

(87)【国際公開番号】W WO2020089465

(87)【国際公開日】2020-05-07

(31)【優先権主張番号】102018127394.0

(32)【優先日】2018-11-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521194976

【氏名又は名称】クアンタム・テクノロジーズ・ウンターネーマーゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＮＴＵＭ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＵＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マイヤー，ヤン・ベレント

(72)【発明者】

【氏名】スタアク，ローベルト

(72)【発明者】

【氏名】ノイハウザー，フロリアン

(72)【発明者】

【氏名】ヨーン，ロジャー

(72)【発明者】

【氏名】ベーア，マリオ

(72)【発明者】

【氏名】ブルヒャルト，ベルント

【テーマコード（参考）】

2G043

【Ｆターム（参考）】

2G043AA06

2G043EA06

2G043EA10

2G043JA03

(57)【要約】

本発明は、磁場強度を生成および制御するためのデバイス（５０）ならびに磁場強度を生成および制御するための方法に関し、生成は非常に安定しており、正確である。好ましくは、物理変数の基準値は、比較的単純かつ経済的に生成することができる。また、磁束密度を高分解能、特に非常にロバストに測定することができる。本発明はまた、情報を送信するために、特に超広帯域通信のために使用することもできる。必要なデバイス（５０）は、非常に小さく、特に小型で移動可能であり得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場強度を生成および制御するためのデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）であって、
物理的励起時に発光および／または光電流を生成する第１の材料（２４；６１１ａ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、第１の材料と、
前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）と、
磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）であって、前記第１の材料（２４；６１１ａ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能である、磁場を生成するための手段と、
場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）を用いて、場合によって前記発光または光電流を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）と、
前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０２，６０４，６０６，６０８）の制御のための制御信号（４０；９０；１１２；６４２）を出力し、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）が極値を取るように、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）の関数として前記磁場強度を制御するように適合されている制御手段（３８；８８；６４０）とを特徴とする、デバイス。

【請求項2】

前記制御信号（１１２）の関数として物理変数を生成するための手段（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）を特徴とし、前記物理変数（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）は、好ましくは、電流、電圧、磁場、電場、時間および周波数を含む群からの変数である、請求項１に記載のデバイス（１００；２００；３００；４００）。

【請求項3】

前記物理変数を生成するための手段（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）が、電流ミラー（１１０）、抵抗器（２０２）、コイル（３０４）、コンデンサ（４０２）、相互コンダクタンス増幅器、および演算増幅器の群から選択される少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、請求項２に記載のデバイス（１００；２００；３００；４００）。

【請求項4】

デバイス（６００；８００）は、
さらなる物理的励起時に発光および／または光電流を生成する少なくとも１つのさらなる材料（６１１ｂ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、少なくとも１つのさらなる材料と、
前記さらなる物理的励起を生成するためのさらなる手段（６１８）と、
磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）であって、前記さらなる材料（６１１ｂ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能であり、前記磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）は、前記さらなる材料（６１１ｂ）を前記第１の材料（６１１ａ）と同じまたは異なる磁場に曝すように適合されている、さらなる手段（６０４，６０６，６１０）と、
場合によって検出される前記さらなる発光信号または前記さらなる光電流信号の強度を表す、さらなる検出信号（６３８）によって、場合によって前記さらなる材料（６１１ｂ）の前記発光または前記光電流を測定するためのさらなる手段（６３４）と
をさらに備えることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（６００；８００）。

【請求項5】

場合によって前記第１の材料（２４；６１１ａ）および／または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、少なくとも１つの空孔（２６；６１２，６１４）を有する結晶構造を有し、場合によって前記第１の材料（２４；６１１ａ）または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、好ましくはダイヤモンド、炭化ケイ素またはケイ素であり、前記空孔は、色中心、特に窒素空孔中心、または、ユーロピウム空孔中心、バナジウム空孔中心もしくはマンガン空孔中心を伴う窒素空孔中心であることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項6】

場合によって前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）または前記さらなる物理的励起を生成するためのさらなる手段（６１８）が、電気的または電磁的励起、好ましくは光学範囲および／またはマイクロ波範囲の励起、特にレーザ励起またはＬＥＤ励起、または電離放射線による励起を提供することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項7】

場合によって前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）または前記磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）が、電流によって励起され得る少なくとも１つのコイル（２２；９４；１０８；６０６）を備え、好ましくは、特に空隙（２０；５２；１０６；６０８，６１０）を有するヨーク（１４；５４；１０４；６０４）の形態の磁気導体が存在し、前記第１の材料（２４；６１１ａ）および／または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、前記空隙（２０；５２；１０６；６０８，６１０）内に配置されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項8】

前記発光を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）および／または前記発光を測定するためのさらなる手段（６３４）は、光検出器、および好ましくは物理的励起を減衰させるフィルタ（３５；７４）を含むことを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項9】

前記光電流を測定するための手段および／または前記光電流を測定するためのさらなる手段は、場合によって前記第１の材料および前記さらなる材料上の２つの電気接点の間に電圧が印加され、前記光電流が直列に測定されるように形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項10】

前記制御手段（３８；８８；６４０）が、連続線形コントローラとして、好ましくはＰＩまたはＰＩＤコントローラとして形成されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項11】

前記検出信号（３６）および／または前記さらなる検出信号（６３８）をフィルタリングするための少なくとも１つのハイパスフィルタ（７０４；８０４）が存在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項12】

前記制御信号（４０，６４２）をフィルタリングするための少なくとも１つのローパスフィルタ（７０２；８０２）が存在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項13】

前記ハイパスフィルタ（７０４；８０４）の前記下側カットオフ周波数の大きさが、場合によって前記ローパスフィルタ（７０２；８０２）または前記制御手段（３８；６４０）の前記上側カットオフ周波数の大きさよりも大きいことを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項14】

前記磁場を生成するための手段（５２，５４，５６，５８，６０）が、異なる磁気抵抗を有する少なくとも２つ、好ましくは３つの磁石領域（５６，５８，６０）を有し、結果、場合によって前記第１の材料（２４）または前記さらなる材料の少なくとも２つ、好ましくは３つの材料領域（６２，６４，６６）が異なる磁場に曝され、各材料領域（６２，６４，６６）は、場合によって前記検出される発光信号または光電流信号の強度を表すそれぞれの検出信号（８２，８４，８６）を用いて、場合によって前記発光または前記光電流を測定するための独自の手段（７６，７８，８０）を割り当てられ、前記制御手段（８８）は、１つの材料領域（６２，６４，６６）の前記検出信号（８２，８４，８６）が極値をとるように、前記磁場を生成するための手段（５４，９４）の制御のための制御信号（９０）を出力し、前記検出信号（８２，８４，８６）の関数として前記磁場強度を制御するように適合されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（５０）。

【請求項15】

前記磁場を生成するための手段（６０２，６０４，６０６，６０８）および／または前記磁場を生成するためのさらなる手段が、外部磁場に対する磁気シールド（８０８）を備えることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（８００）。

【請求項16】

前記磁場を生成するための手段（１０８ ５０２，５０４）が、外部磁場を前記材料（２４）に供給するように適合されることを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（５００）。

【請求項17】

前記物理的励起を生成するための手段が、前記物理的励起の変調を行うように適合され、前記物理的励起の前記変調を前記検出信号と相関させるための手段が存在することを特徴とする、先行する請求項のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項18】

磁場強度を生成および制御するための方法であって、
物理的励起時に発光および／または光電流を生成する第１の材料（２４；６１１ａ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、第１の材料と、
前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）と、
磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）であって、前記第１の材料（２４；６１１ａ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能である、磁場を生成するための手段と、
場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）を用いて、場合によって前記発光または光電流を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）と
を使用し、
前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）が極値を取るように、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）の関数として前記磁場強度を制御するように、前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０２，６０４，６０６，６０８）の制御のための制御信号（４０；９０；１１２；６４２）が出力されることを特徴とする、方法。

【請求項19】

請求項１から１７のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）が使用されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

少なくとも１つの色中心（２６）を有する有用な信号によって変調された電磁波を受信するための受信機（７００；８００）であって、前記色中心（２６）は発光を有し、前記発光は前記色中心（２６）の位置における磁束密度に依存し、前記受信機（７００；８００）は前記発光を介して前記有用な信号を復調するように適合され、および／または前記色中心（２６）は変調された電磁波のアンテナである、受信機。

【請求項21】

変調された電磁信号、特に変調されたメッセージまたは測定信号を受信および／または復調するためのサブデバイス（７００；８００）としてのアンテナとしての色中心（２６）の使用。

【請求項22】

生物学的変調された電磁信号、特に変調された神経信号を受信および／または復調するためのサブデバイス（７００；８００）としてのアンテナとしての色中心（２６）の使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の緒言に係る磁場強度を生成および制御するためのデバイスならびに請求項１８の緒言に係る磁場強度を生成および制御するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

磁場および関連する特定の磁場強度は、通常、コイル構成によって生成される。問題は、そうする際に、外部磁場を考慮に入れることができないことである。これらは、磁気シールドによってのみ除去することができる。

【0003】

同様に困難な目的は、物理変数の基準値を生成することである。このような基準値は、科学技術において非常に重要である。これは時間に関して直ちに明らかであるが、電流強度、電圧、磁場、電場などの他の物理変数の基本値としても基準値は非常に重要である。

【0004】

時間の基準値は秒であり、これは、セシウム同位体^１３３Ｃｓの原子の２つの超微細レベルの基底状態の間の遷移に対応する放射の周期の９，１９２，６３１，７７０倍として定義される。１秒の持続時間を事前設定するための基準値伝達手段は、いわゆる「原子時計」によって知られている。

【0005】

長さについては、１メートルが１／２９９７９２４５８秒の間に光が真空中を移動する距離の長さに等しいという定義から、メートルの基準値を導出することができる。したがって、そのような基準値は、時間の基準値に由来する。

【0006】

電流強度は、１Ａが、無視できるほど小さい円形断面の２つの平行で無限に長い直線状の導体間の真空中で導体長さ１メートル当たり２・１０^－７ニュートンの力を生成する時定数電流の強度であり、そのような導体間の距離は１ｍであるという事実によって定義される。このことから、経済的かつ実用的な電流強度の基準値を提供するための直接的な解決策を見出すことはできない。これは、例えば、電圧、磁場および電場にも当てはまる。

【0007】

最後に、磁束密度の測定はセンサ技術の基本的な機能であり、それによって目標は、対応するセンサの分解能およびロバスト性をさらに改善することになる。

【0008】

独国特許出願公開第１０ ２０１５ ２０８ １５１号明細書および独国特許出願公開第１０ ２０１７ ２０５ ０９９号明細書から、窒素空孔中心に作用する磁場およびそのような磁場を引き起こす導体の電流を推定できるように、窒素空孔中心を有するダイヤモンド材料の蛍光強度を評価する方法が知られている。これにより、２つの異なる励起、具体的には窒素空孔中心の光学励起およびマイクロ波励起が使用され、これにより、対応するデバイスが高価で複雑になる。

【0009】

Ａ．Ｗｉｃｋｅｎｂｒｏｃｋ他「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ－ｆｒｅｅ ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｖａｃａｎｃｙ ｃｅｎｔｅｒｓ ｉｎ ｄｉａｍｏｎｄ」（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１０９，０５３５０５（２０１６））から、マイクロ波を使用しない磁場の測定が知られている。しかしながら、磁束密度を精密に調整しなければならないという問題が存在する。

【0010】

本発明の枠組み内で、磁場は、磁場強度（磁力）と磁束密度との間で区別される。厳密に言えば、磁束密度Ｂは、関係Ｂ＝μ_０μ_ｒＨに従って磁気励起Ｈに依存し、式中、μ_０は真空透磁率であり、μ_ｒは比透磁率である。これにより、磁束密度が測定される一方で、電流が導体、特にコイルを流れるときに特定の磁場強度の磁場が発生する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

このように、本発明の目的は、磁場強度を生成および制御することができるデバイスおよび方法を提供することである。好ましくは、この目的は前述の欠点の１つまたは複数を排除することである。好ましくは、この目的は、物理変数の基準値を比較的単純かつ経済的に生成することを可能にすることである。特に、デバイスはまた、非常に小さく、移動可能な形態で使用されるべきである。さらに、デバイスを使用して、磁束密度を高分解能で、特に非常にロバストに測定することができることが有利である。

【課題を解決するための手段】

【0012】

そのような目的は、請求項１に記載のデバイスおよび請求項１８に記載の方法によって達成される。有利なさらなる発展が、従属請求項および図面を伴う以下の説明に示されている。

【0013】

本発明者の側では、磁場強度が、場合によって材料または光電流におけるそれに依存する、発光における共振極値に由来するという事実によって、この目的が驚くべき方法で達成され得ることが認識された。この依存性は非常によく知られており、また非常に安定しているため、対応する磁場強度を非常に確実かつ再現性よく制御することができる。より正確には、磁場強度は、場合によって発光または光電流中心の位置で共振極値をトリガする磁束密度Ｂに本質的に依存し、したがって有利には較正を必要としない自然定数のみに依存する。例えば、共振点は、磁束密度Ｂの関数として反転発光値の極を表す。磁束密度Ｂのパラメータに関連するこの点形状の共振点により、磁束Ｂの最小偏差は非常に高い信号感度をもたらし、結果、他の影響とは無関係に、磁場強度を非常に正確に生成することができる。文献から（例えばＪ．Ｌｅｐｐｅｒ「Ｄｅｒ Ｚｕｓａｍｍｅｎｈａｎｇ ｖｏｎ Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎｅｍｉｓｓｉｏｎ ｕｎｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｚｅｎｚｅｒｓｃｈｅｉｎｕｎｇｅｎ ａｎｇｅｒｅｇｔｅｒ Ｋｒｉｓｔａｌｌｅ」（Ｚ．Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃｈｇ．１０ａ，４７－５２（１９５５）参照）において、発光と光電流との間に密接な関係があることが知られている。

【0014】

磁場強度を生成および制御するための本発明によるデバイスは、
－ 物理的励起時に場合によって発光および／または光電流を生成する第１の材料であって、場合によって発光または光電流が、少なくとも１つの磁束密度における磁場に対して極値（共振の形態）を有する、第１の材料と、
－ 物理的励起を生成するための手段と、
－ 磁場を生成するための手段であって、第１の材料は生成される磁場に曝され、磁場強度は調整可能である、磁場を生成するための手段と、
－ 場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号を用いて、場合によって発光または光電流を測定するための手段と、
－ 検出信号が極値をとるように、磁場を生成するための手段を制御するための制御信号を出力し、検出信号の関数として磁場強度を制御するように適合された制御手段とを特徴とする。

【0015】

「物理的励起を生成するための手段」とは、物理的励起を生成することができる任意の手段を意味する。その際、物理的励起の大きさが実際に可変であることは問題ではない。場合によって発光または光電流において共振が生じるように物理的励起を生成することができれば十分である。好ましいさらなる発展では、励起の大きさ、例えばその周波数は、物理的励起を生成するための手段によって少なくとも特定の範囲にわたって離散的または連続的に調整することができる。

【0016】

極値を決定するために、磁束密度の関数としての検出信号の一次および／または二次導関数を検出するための手段が優先的に存在し得る。場合によって検出信号の最大値または最小値は、一次導関数の０点を介して決定することができるが、一次導関数の極値は、二次導関数の０点を介して制御することができる。第２の変形形態は、その点において制御を最も高い感度で行うことができるため、非常に有利である。したがって、「検出信号の極値」は、場合によって検出信号の最大値または最小値だけでなく、検出信号の一次導関数の最大値または最小値も意味する。したがって、「検出信号における極値」は、優先的に「検出信号または検出信号の一次導関数の極値」として読み取られる。

【0017】

有利なさらなる発展では、制御信号の関数として物理変数を生成するための手段が提供される。これにより、基準値を非常に正確かつ再現性よく生成することができる。それにより、基準値を指す「物理変数」と、材料中で場合によって発光または光電流を生成するために使用される特定の物理変数を指す「物理的励起」との間で厳密な区別がなされる。

【0018】

有利なさらなる発展では、物理変数が、電流、電圧、磁場（磁束密度Ｂまたは磁場強度Ｈ）、電場、時間および周波数からなる群からの変数であることが規定される。このような基準値は、特に頻繁に、異なる適用分野に必要とされる。

【0019】

有利なさらなる発展では、物理変数を生成するための手段が、電流ミラー、電源インピーダンス、コイル、コンデンサ、相互コンダクタンス増幅器および演算増幅器の群から選択される少なくとも１つの要素を含むことが規定される。次いで、電流、電圧、磁場、電場、時間および周波数の基準値を生成することができる。

【0020】

有利なさらなる発展では、さらに以下が提供される。
－ さらなる物理的励起時に場合によって発光および／または光電流を生成するさらなる材料であって、場合によって発光または光電流が、少なくとも１つの磁束密度における磁場に対して極値（共振の形態）を有する、さらなる材料、
－ さらなる物理的励起を生成するさらなる手段、
－ 磁場を生成するためのさらなる手段であって、さらなる材料が生成される磁場に曝され、磁場強度が調整可能であり、磁場を生成するためのさらなる手段が、さらなる材料を第１の材料と同じまたは異なる磁場に曝すように適合されている、磁場を生成するためのさらなる手段、
－ 場合によって検出されるさらなる発光信号またはさらなる光電流信号の強度を表すさらなる検出信号を用いて、場合によってさらなる材料の発光または光電流を測定するためのさらなる手段。その点において、磁場の勾配を非常に容易に決定することができる。このさらなる材料とさらなる手段との組み合わせの代わりに、それらの任意の組み合わせ、またはさらには、さらなる材料もしくはさらなる手段のいずれかのみが使用されてもよい。複数のさらなる材料および／または複数のさらなる手段も使用することができる。

【0021】

「物理的励起」は、「さらなる物理的励起」と同一であり得、結果、「物理的励起を生成するための手段」は「さらなる物理的励起を生成するさらなる手段」と同一であり得る。また、「磁場を生成するための手段」は、「磁場を生成するためのさらなる手段」と同一であり得る。

【0022】

有利なさらなる発展において、第１の材料および／またはさらなる材料は、少なくとも１つの空孔を有する結晶構造を有し、場合によって第１の材料またはさらなる材料は、好ましくはダイヤモンド、炭化ケイ素またはケイ素であり、空孔は、色中心、特に窒素空孔中心、または、ユーロピウム空孔中心、バナジウム空孔中心もしくはマンガン空孔中心を伴う窒素空孔中心であることが規定される。ダイヤモンドを使用する場合、ＳＴ１およびＬ２中心の使用も考えられる。好ましくは、これは蛍光材料である。このような材料は、その発光において非常によく知られた共振点を有する。この点において、Ａ．Ｚａｉｔｓｅｖ「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｉａｍｏｎｄ」（２００１，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，Ｂｅｒｌｉｎ）を参照すべきであり、ダイヤモンドの多数の適切な色中心が示されている。ダイヤモンドの色中心に関するそのような刊行物の開示内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0023】

有利なさらなる発展では、場合によって物理的励起を生成するための手段または物理的励起を生成するためのさらなる手段が、電気的または電磁的励起、好ましくは光学範囲および／またはマイクロ波範囲の励起、特にレーザ励起またはＬＥＤ励起、または電離放射線による励起を提供することが規定される。これにより、場合によって発光または光電流を励起することが非常に容易になり、上記手段を非常にコンパクトに保つことができる。マイクロ波励起を使用することにより、発光または光電流スペクトルの微細構造を分解することができ、生成される基準値の精度をさらに向上させる。

【0024】

電磁励起の代わりに電気励起（例えば、電気接点を用いた）が使用される場合、例えば、光励起のためのＬＥＤを省略することができ、これにより、対応するセンサシステムがはるかにコンパクトになる。さらに、対応するセンサの空間分解能を大幅に高めることが可能である。より具体的には、励起は、電気接点によってはるかに小さい領域に制限することができ、光検出とは異なり、信号は材料全体から得られない。これまでは、ダイヤモンド中のＮＶ中心がイオン化していたため、電気励起が失敗していた。しかしながら、これは、例えばダイヤモンド中のリンドーピングによってフェルミレベルを上昇させることによって防止することができる。

【0025】

有利なさらなる発展では、電気接点が第１の材料および／またはさらなる材料上で透明であることが規定される。例えば、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）、フッ素スズ酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物、アンチモンスズ酸化物などのいわゆる「透明導電性酸化物（ＴＣＯ）」を用いることができる。そのような接点は、光電流を読み取る枠組み内および電気励起のための両方で使用することができる。

【0026】

ダイヤモンド中の色中心の電気励起の例示的な方法は、例えば独国特許出願公開第４３ ２２ ８３０号明細書およびＢ．Ｂｕｒｃｈａｒｄ「Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ ｕｎｄ ｏｐｔｏｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｅ ｕｎｄ Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｅ Ｇｒｕｎｄｓｔｒｕｋｔｕｒｅｎ ａｕｆ Ｄｉａｍａｎｔｂａｓｉｓ」（Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｈａｇｅｎ，１９９４）から知られている。特に、発光の励起は、ＰＩＰまたはＰＩＮダイオードによって行うことができる。この点に関して、Ｂ．Ｔｅｇｅｔｍｅｙｅｒ他「Ｃｈａｒｇｅ ｓｔａｔｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙ ｃｅｎｔｅｒｓ ｉｎ ｄｉａｍｏｎｄ ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ａ ｆｏｒｗａｒｄ ｖｏｌｔａｇｅ ａｃｒｏｓｓ ａ ｐ－ｉ－ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ」（Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｖｏｌｕｍｅ ６５，Ｍａｙ ２０１６，ｐａｇｅｓ ４２－４６）およびＢ．Ｔｅｇｅｔｍｅｙｅｒ他「Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｓｉｌｉｃｏｎ ｖａｃａｎｃｙ ｃｅｎｔｅｒｓ ｉｎ ｄｉａｍｏｎｄ ｐ－ｉ－ｎ ｄｉｏｄｅｓ」（Ｄｉａｍｏｎｄ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｖｏｌｕｍｅ ６５，Ｍａｙ ２０１６，ｐａｇｅｓ ４２－４６）も例示的に参照されたい。ＰＮダイオードを介した励起も考えられる。ダイヤモンドおよびＰＩＰダイオードの例示的な使用では、十分に高い電圧がＰＩＰダイオードに印加されると、第１のドープ領域、例えばｐ＋ドープ領域が、電荷担体（この場合は正孔）を真性領域に注入する。真性領域において、電荷担体は印加電圧の電場によって加速され、衝撃によって色中心を励起し、その結果、それらは輝き始める。例えばＰＩＮダイオードにおける電子および正孔の注入による励起がより効率的である。バンド間隙工学または他の材料の使用によって、直接遷移を作成することもできるが、色中心は常に材料に固有の様態で存在するため、他の色中心を使用する必要がある。上述したようなＬＥＤを、ＡＣ信号源に対して容量的にのみ結合し、または変圧器によって結合し、またはそうでなければ直流的に絶縁されることが考えられる。これは、ＣＭＯＳ集積化に特に有利である。

【0027】

有利なさらなる発展では、場合によって磁場を生成するための手段または磁場を生成するためのさらなる手段が、電流によって励起され得る少なくとも１つのコイルを備え、好ましくは、特に空隙を有するヨークの形態の磁気導体が存在し、第１の材料および／またはさらなる材料は、空隙内に配置されることが規定される。これにより、場合によって第１の材料またはさらなる材料にわたって非常に容易かつ同時に非常に均一に磁場を生成することが可能になる。ヘルムホルツコイル構成も使用することができ、場合によっては、集中を達成するために１つまたは複数のヨーク要素と組み合わせることができ、ここでも空隙を使用することができる。

【0028】

有利なさらなる発展では、発光を測定するための手段および／または発光を測定するためのさらなる手段は、光検出器、および好ましくは物理的励起を減衰させるフィルタを含む。これにより、発光を測定することが非常に容易になり、小型化が容易に可能になる。

【0029】

有利なさらなる発展では、光電流を測定するための手段および／または光電流を測定するためのさらなる手段が、場合によって第１の材料およびさらなる材料上の２つの電気接点間に電圧が印加され、光電流が直列に測定されるように形成されることが規定され、測定は、例えば、ロックイン増幅器を用いて、または単に既知の抵抗器にわたる電圧降下を介して行われる。光電流測定は、フォトダイオードおよび／またはＣＣＤ素子および／またはアバランシェフォトダイオードおよび／またはＳＰＡＤ（単一光子アバランシェフォトダイオード）を使用して実行することもできる。光電流を測定するための別の単純なデバイスは、独国特許第１０ ２０１０ ０６０ ５２７号明細書から知られている。このような技術を使用する場合、コントローラはクロックされなければならない。次いで、それらは、好ましくは、スイッチドキャパシタ技術において全体的または部分的に実装される。その点において、光電流の測定は特に容易に行うことができる。特に、対応するデバイスを、特にコンパクトに設定することができる。

【0030】

有利なさらなる発展では、制御手段が、連続線形コントローラとして、好ましくはＰＩまたはＰＩＤコントローラとして形成されることが規定される。これにより、共振の極値に対する特に精密な制御が可能になり、基準値の正確度および安定性がさらに向上する。

【0031】

有利なさらなる発展では、検出信号および／またはさらなる検出信号をフィルタリングするための少なくとも１つのハイパスフィルタが存在することが規定される。その点において、磁場に課される高周波有用信号を決定することができ、それによって広帯域情報伝送が可能になる。さらに、背景磁場も非常に精密に分析することができる。

【0032】

有利なさらなる発展では、制御信号をフィルタリングするための少なくとも１つのローパスフィルタが存在することが規定される。このローパスフィルタは、別個に存在することができる。しかしながら、制御手段が、そのようなローパスフィルタ機能を提供することもできる。これにより、高周波成分が制御に流入して検出信号に存在しなくなること、または、変形した形態でのみ存在することが防止される。

【0033】

有利なさらなる発展では、ハイパスフィルタの下側カットオフ周波数の大きさが、場合によってローパスフィルタまたは制御手段の上側カットオフ周波数の大きさよりも大きいことが規定される。その点において、場合によって広帯域情報伝送または背景磁場の分析が非常に正確に可能であり、特に、材料に作用する磁束密度Ｂの動作点の制御における外乱が防止される。このとき、デバイスは、磁束密度の信号を評価することによって、自然または人工的に変調された電磁放射線による有用な信号の典型的には非常に広帯域の受信に使用することができる。自然に変調された放射線は、例えば、生物における神経信号の輸送中に生成される電磁場であり得る。本明細書で提案される発明は、そのような生物学的に変調された信号を検出するように適切に設計されている場合、医療技術における特定の用途を見出すことができる。したがって、デバイスおよび方法は、脳波記録に特に適している。

【0034】

有利なさらなる発展では、磁場を生成するための手段が、異なる磁気抵抗を有する少なくとも２つ、好ましくは３つの磁性領域を有することが規定され、結果、場合によって第１の材料またはさらなる材料の少なくとも２つ、好ましくは３つの材料領域が異なる磁場に曝され、各材料領域は、場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表すそれぞれの検出信号を用いて、場合によって発光または光電流を測定するための独自の手段を割り当てられ、制御手段は、材料領域の検出信号が極値をとるように、磁場を生成するための手段の制御のための制御信号を出力し、または、検出信号の関数として磁場強度を制御するように適合される。これは、制御手段が共振点を「使い果たす」ことを効果的に防止する。好ましくは、異なる磁気抵抗は、結果として生じる磁束密度Ｂの偏差が、共振点においてガウス関数として近似される信号曲線における統計値シグマよりも大きくならないように調整される。特に、磁気抵抗は、結果として生じる磁束密度が０．５～３ｍＴ、好ましくは１～２ｍＴの範囲内で異なるように適合されるべきである。この点において、特に安定した制御が達成される。

【0035】

有利なさらなる発展では、磁場を生成するための手段および／または磁場を生成するためのさらなる手段が、外部磁場に対する磁気シールドを有することが規定される。その点において、生成される磁場強度は外部磁場とは無関係である。

【0036】

有利なさらなる発展では、磁場を生成するための手段が、外部磁場を材料に供給するように適合されることが規定される。その点において、そのような外部磁場を特に容易に分析することができる。

【0037】

有利なさらなる発展では、物理的励起を生成するための手段が、物理的励起の変調を行うように適合され、物理的励起の変調を検出信号と相関させるための手段が存在することが規定される。したがって、磁場強度が非常に精密で安定して生成される。

【0038】

磁場強度を生成および制御するための本発明による方法の独立した保護が請求され、方法は、
－ 物理的励起時に場合によって発光および／または光電流を生成する第１の材料であって、場合によって発光または光電流が、少なくとも１つの磁束密度における磁場に対して極値（共振の形態）を有する、第１の材料、
－ 物理的励起を生成するための手段、
－ 磁場を生成するための手段であって、第１の材料は生成される磁場に曝され、磁場強度は調整可能である、磁場を生成するための手段、および
－ 場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号を用いて、場合によって発光または光電流を測定するための手段を使用することを特徴とし、
検出信号が極値をとるように、検出信号の関数として磁場強度を制御するために、磁場を生成するための手段を制御するための制御信号が出力される。

【0039】

少なくとも１つの色中心を有する有用な信号によって変調された電磁波を受信するための本発明による受信機の独立した保護が請求され、色中心は発光を有し、発光は色中心の位置における磁束密度に依存し、受信機はそのような発光を介して有用な信号を復調するように適合され、および／または色中心は変調された電磁波のアンテナである。これにより、特に暗号化通信のための広帯域受信機を提供することが可能になる。

【0040】

さらに、変調された電磁信号、特に変調されたメッセージまたは測定信号を受信および／または復調するためのサブデバイスとしてのアンテナとしての色中心の使用の独立した保護が請求される。

【0041】

最後に、生物学的に変調された電磁信号、特に変調された神経信号を受信および／または復調するためのサブデバイスとしてのアンテナとしての色中心の使用の独立した保護が請求される。

【0042】

有利なさらなる発展では、本発明によるデバイスが使用されることが規定される。
本発明の特徴およびさらなる利点が、図面に関連して、好ましい例示的な実施形態の説明から下記において明らかになる。したがって、以下が純粋に概略的に示されている。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1a】ダイヤモンド中のＮＶ中心のフォトルミネッセンスの磁束密度の大きさに対する依存性を示す図である。

【図1b】ダイヤモンド中のＮＶ中心のフォトルミネッセンスの一次導関数の磁束密度の大きさに対する依存性を示す図である。

【図2】本発明の基礎となる基本原理を示す図である。

【図3】図３による基本原理の代替の実施形態を示す図である。

【図4】第１の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図5】第２の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図6】第３の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図7】第４の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図8】第５の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図9】第６の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図10】図９による第６の好ましい実施形態の平面実装を示す図である。

【図11】第７の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図12】第８の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図13】本発明によるデバイスのうちの１つの中で使用するためのＰＩコントローラを示す図である。

【図14】図３による本発明のデバイス内で使用するためのコントローラを示す図である。

【図15】図４、図５または図７による本発明のデバイスのうちの１つの中で使用するための電流ミラー構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下では、同一の要素には同一の参照符号を使用する。
色中心は、電磁放射線（例えば、ＵＶ、可視光および／またはＩＲ範囲）を吸収する結晶の格子欠陥である。これにより、特定の波長の帯域が生成される。

【0045】

ダイヤモンド格子中の炭素原子が窒素原子に置換されることによって引き起こされる、ダイヤモンド中の１００を超える既知の欠陥のうちの１つであり、隣接する原子が欠損している、ダイヤモンドにおけるいわゆる「窒素空孔」（ＮＶ中心）は、非常によく研究されている。このようなＮＶ中心がダイヤモンド構造全体に均一に分布するＩｂ型ダイヤモンドが知られている。

【0046】

このようなＮＶ中心のフォトルミネッセンスは、ＮＶ中心に作用する磁場の磁束に強く依存する。

【0047】

図１ａおよび図１ｂは、磁場がＮＶ軸において整列している、磁束密度の大きさの関数としてのダイヤモンドのそのようなＮＶ中心の、場合によってフォトルミネッセンスおよびフォトルミネッセンスの一次導関数を示す。｜Ｂ｜＝１０２．４ｍＴの磁束密度で、フォトルミネッセンスは最小になる。この磁束密度は「ＧＳＬＡＣ磁束密度」とも呼ばれる（ＧＳＬＡＣ－基底状態レベル反交差）。この理論は、ここでフォトルミネッセンスが明確な最小値を有するべきであると予測している。最小値は非常にシャープであり、４．５％を超えるコントラストを有し、感度を最大にする。さらに、この点は環境パラメータに依存せず、これは大きな利点である。（理論的には、外部Ｅ場、圧力および温度に依存する。しかし、そのような依存性は非常に弱いため、無視できる）。

【0048】

さらに、約６０ｍＴでは、ＮＶ－ＮＶ共振が存在し、約５１．２ｍＴでは、ＮＶ－Ｐ１共振が存在する。

【0049】

負に帯電したＮＶ中心の発光は、６３８ｎｍにゼロフォノン線を有する６００～８００ｎｍの波長範囲内で生じる。ＮＶ中心は、６３８ｎｍ以下の波長で励起され得る。結晶内に加えられる機械的応力（例えば、空洞または高圧による）によって、必要な励起エネルギーをシフトさせ、発光特性を変化させることが可能である。

【0050】

図２は本発明の基本原理の電気制御回路１０を示す。制御回路１０は、例として、例えば、優先的に強磁性材料の２つのコア１６，１８（例えば、鉄心）を含むヨーク構成１４を含む磁気サブ回路１２を有し、コアの間に空隙２０が配置されることが分かる。例えば、第１のコア１６には、磁気サブ回路１２を磁気的に励磁するために用いられる、一定数の巻線を有するコイル２２が巻回されている。

【0051】

例えば、空隙２０は、発光材料としてＮＶ中心２６を有するＩｂ型ダイヤモンド２４を含み、これは、ダイヤモンド２４のフォトルミネッセンスを励起するのに十分な第１の波長の電磁放射線３０をレーザダイオード２８によって照射される。次いで、ＮＶ中心２６は、第１の波長とは異なる第２の波長の電磁放射線３２を放射する。例えば、第１の波長は５３２ｎｍであり、第２の波長は６００～８００ｎｍの範囲にある。

【0052】

さらに、放出された放射線３２を受け取る光検出器３４がある。第１の波長の電磁放射線３０を第２の波長の電磁放射線３２の受信経路から外れた状態に保つために、第１の波長の電磁放射線３０を通過させないか、または少なくとも十分に減衰させ、第２の波長の電磁放射線３２を透過させるか、または少なくとも十分に減衰させずに透過させる光学フィルタ３５が放射経路に挿入される。ビームスプリッタなどの他の光学部品も、必要に応じて光路に設けることができる。

【0053】

光検出器３４は、第２の波長の電磁放射線３２を検出し、ＮＶ中心２６からのこのような検出される第２の波長の電磁放射線３２の関数として検出信号３６を生成する。検出信号３６の値は、好ましくは、第２の波長の電磁放射線３２のエネルギー強度の振幅の大きさに比例する。しかしながら、最低でも、検出信号３６は、第２の波長の電磁放射線３２のエネルギー強度に依存する。

【0054】

最後に、導電体４２を介してコイル２２を制御するために検出信号３６から制御信号４０を生成するコントローラ３８が設けられる。したがって、コイル２２によって生成される磁気励起は、制御信号４０に依存する。これにより、コントローラ３８の制御は、第１のＮＶ中心２６による第２の波長の電磁放射線３２の放射を最小限に抑えるように選択される。これにより、コントローラは、例えば、既知のタイプのＰＩまたはＰＩＤコントローラであり、ＰＩＤコントローラが好ましく、これにより、光検出器３４によって測定される検出信号の導関数のゼロ点に対して制御が行われる。導関数は、検出信号の一次または二次導関数であり得る。

【0055】

ダイヤモンド２４の適切な磁気シールド（図示せず）により、制御信号４０は、磁気サブ回路１２の幾何学的パラメータのみに依存し、結果、制御信号４０を物理的基準値の基礎とすることができる。しかしながら、磁気シールドがなくても、特に地球の磁場などの外部磁場の大きさが既知である場合には、制御信号４０を物理的基準値の基礎とすることができる。そのような外部磁場は、制御信号４０を選択的に低減するために使用することができ、これは特定の用途に有用である。いずれの場合も、制御回路１０は、コイル２２を励磁することによって磁場強度Ｈを提供する。

【0056】

明確にするために、共振部位の周りの発光Ｌは、以下の関数によって近似されると仮定する。

【0057】

【数1】

【0058】

これにより、磁束密度Ｂ_０は共振点の位置であり、σはその幅である。制御の開始時に、磁束密度Ｂの開始値が取得され、これにより、制御が発光極値の方向に進むことが保証される。

【0059】

共振点の直下が感度である。

【0060】

【数2】

【0061】

したがって、発光は、磁束密度偏差ΔＢについての位置Ｂ_ｋにおける共振点Ｂ_０の直下の磁束密度Ｂの関数として、以下のように推定することができる。

【0062】

【数3】

【0063】

したがって、光検出器３４の検出信号３６のレベルＰ_３６として、発光Ｌの強度に比例する値を与えると仮定すると、以下が得られる。

【0064】

【数4】

【0065】

これにより、ｋは比例定数である。次に、コントローラ３８は、光検出器３４からの検出信号３６のレベルＰ_３６に比例する電流を供給する。好ましくはＰＩコントローラであるコントローラ３８の積分特性は、ここでは簡略化のために省略され、Ｐコントローラとの変形例のみが説明される。

【0066】

次に、制御信号Ｒ_４０は、以下のように記述される。

【0067】

【数5】

【0068】

それにより、ｆはコントローラの別の定数、典型的には利得である。－ｆの符号は、安定性が確立されるように、変化ΔＢが後で補償されるように選択されることが好ましい。コイル２２は、制御信号４０を、ＮＶ中心２６上で再び追加の磁束ΔＢ_Ｌとして作用する追加の磁気励起Ｈに変換する。したがって、この結果、以下のようになる。

【0069】

【数6】

【0070】

ΔＢ_Ｌによる分解能は、以下をもたらす。

【0071】

【数7】

【0072】

これは、以下のように書くことができる。

【0073】

【数8】

【0074】

ここで、利得は非常に高くなるように、好ましくは約１０^１０以上の範囲内で調整される。その点において、－ｆの符号が正しく選択された場合、式は以下のように単純化される。

【0075】

【数9】

【0076】

しかし、これはまた、以下も意味する。

【0077】

【数10】

【0078】

したがって、制御信号は、ＮＶ中心２６に重畳された追加の磁束密度ΔＢ_Ｌに微分的に比例する。したがって、制御信号４０は、追加の重畳磁束密度ΔＢ_Ｌの測度として使用することができる。

【0079】

１つのＮＶ中心を異なる常磁性中心ＮＶ－ＥｕＶ、ＮＶ－ＮＶ、ＮＶ－ＭｇＶと組み合わせることにより、異なる較正点を生成し、読み出すことができる。他の適切な中心の例は、Ｓｔ１およびＬ２中心である。Ｓｔ１中心は、５８１ｎｍの発光線を有し、ＮＶ中心よりも高いエネルギーの光で励起されなければならない。

【0080】

さらに、ダイヤモンド２４およびダイヤモンド２４のＮＶ中心の代わりに、ＳｉＣおよびＳｉに適切な色中心の形態の適切なスピン系を作り出すことが可能である。

【0081】

したがって、磁気サブ回路１２のパラメータの適切な選択と共に適切な材料およびそれらの欠陥を選択することにより、必要な磁束密度、したがって必要な制御信号４０も標的化された方法で選択することができる。

【0082】

したがって、制御アルゴリズムに応じて、磁束密度は制御信号４０に線形に依存することが好ましいため、このような制御信号は、磁気サブ回路１２の実際のパラメータ、したがって特に巻線直径、巻線数、導体厚さ、およびヨーク構成１４に関して一度だけ較正される必要がある。微細技術製造プロセスなどの高精度製造技法の場合、較正は必要ない場合さえある。

【0083】

図３は、本発明による制御ループ５０の代替的な実施形態を示す。
ここで、発光材料２４がヨーク構成５４の空隙５２内に配置され、レーザダイオード２８によって照射されることが分かる。

【0084】

図２による制御回路１０とは対照的に、ここではヨーク構成５４は空隙５２を除いて閉じられているが、空隙５２には互いに平行に配置された３つの異なる磁石領域５６，５８，６０がある。そのような磁性領域５６，５８，６０の各々は、ダイヤモンド２２内の異なるＮＶ中心６２，６４，６６に影響を及ぼし、その結果、ＬＡＳＥＲダイオード２８による第１の波長の電磁放射線３０を用いた励起後に第２の波長の異なる電磁放射線６８，７０，７２が放出される。次に、第１の波長の電磁放射線３０のためのフィルタ７４があり、第２の波長の各電磁放射線６８，７０，７２は、それぞれの関連する光検出器７６，７８，８０によって受信され、対応する検出信号８２，８４，８６が、入力信号としてＰＩＤコントローラ８８に供給され、ＰＩＤコントローラは、コイル９４によって電場強度を生成するために導電体９２を介して制御信号９０を出力する。

【0085】

磁性領域５６，５８，６０は、各々が異なる磁気抵抗を有するように形成されている。より具体的には、例えば、間隙５２における磁束Ｂが、磁性領域５８については値Ｂ、磁性領域５６については値Ｂ－１ｍＴ、磁性領域６０については値Ｂ＋１ｍＴとなるように、磁性領域５６，５８，６０が形成される。

【0086】

これにより、多次元制御が実現され、コントローラ８８がＧＳＬＡＣ共振点の一次導関数の実際のゼロ交差から逸脱することが防止される。異なる磁石領域５６，５８，６０の離間した磁束密度により、コントローラ８８は、共振点内のどこに位置するかを常に認識する。生成される磁束密度間の距離は、共振点の幅、すなわち１σ以下であることが好ましい。したがって、±１ｍＴの値は異なるように選択することもできるが、１σを超えるべきではない。好ましくは、そのような距離は、それによって対称点に対して対称に選択される。

【0087】

そのような磁石領域を２つだけ使用することができるが、その点において検出信号の二次導関数、この場合は発光曲線を形成することができるため、３つの磁石領域５６，５８，６０が好ましい。その点において、この二次導関数のゼロ交差、すなわち場合によって最大値または最小値を一次導関数について制御することが可能であり、最高の制御感度が存在する。

【0088】

原則として、図３によるそのような実施形態は、以下に説明するすべてのデバイス１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００において有利に使用することができる。

【0089】

図４は、本発明によるデバイス１００の第１の好ましい実施形態を示す。
このようなデバイスは、２つのコア１６，１８を有する磁気サブ回路１２の代わりに、空隙１０６を有する連続的な磁気ヨーク１０４を有する磁気回路１０２がここで選択されていることを除いて、本質的に図２の制御回路１０を有し、それによってコイル１０８によって誘導される磁場は空隙１０６内で特に均一であることが分かる。

【0090】

他の点では、デバイス１００は、制御信号１１２によって提供されるコイル１０８の電流が出力電流１１４（Ｉ_０）に変換される電流ミラー１１０を備える。デバイス１００が外部からの磁場および電磁場の照射に対して十分に遮蔽されている場合、この電流１１４の大きさ｜Ｉ_０｜は環境パラメータとは無関係である。したがって、デバイス１００は、高精度の基準電流源として好適である。異なるミラー比を調整することにより、異なる基準電流値を調整することが非常に容易であり、これらはその後、電流ミラー１１０内のトランジスタ面積の比によってのみ決定される。回路技術に関して、ここでは例として、Ｔｉｅｔｚｅ，Ｓｃｈｅｎｋ「Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒ－Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）を参照する。

【0091】

図５は、本発明によるデバイス２００の第２の好ましい実施形態を示す。
これに関して、電流ミラー１１０に加えて抵抗器２０２がソース抵抗器として使用されるという点で、図４のデバイス１００に関して変更があることが分かる。このソース抵抗器２０２（Ｒｑ）を介して、出力電流１１４は基準電圧２０４（Ｖ_０）に変換される。したがって、デバイス２００は、内部抵抗器（Ｒｑ）を有する高精度基準電圧源と考えることができる。場合によってソース抵抗器２０２の適切な選択または調整、および／または電流ミラー１１０の比の適切な調整により、基準電圧２０４の値を正確に決定することができる。

【0092】

図６は、本発明によるデバイス３００の第３の好ましい実施形態を示す。
図４のデバイス１００とは異なり、ここでは電流ミラーは使用されていないが、コア３０２に巻回された第２のコイル３０４が第１のコイル１０８と直列に接続されていることが分かる。

【0093】

第２のコイル３０４の幾何学的形状およびそのコイル巻線の数ならびにコア３０２の材料を選択することにより、そのような第２の磁気回路３０６の磁場を目標通りに調整することができる。必要に応じて、電流分割器（図示せず）を使用して、目標通りに調整し、必要に応じて、第２のコイル３０４の励磁電流を適合させることができる。

【0094】

したがって、そのようなデバイス３００は、磁気サブ回路３０６によって生成される磁場、特に磁場強度Ｈのための非常に正確な基準源を提供する。無論、このような磁気サブ回路３０６の代わりに、磁気回路を使用することもできる。磁気回路の構成および使用に関しては、「Ｋｕｐｆｍｕｌｌｅｒ，Ｔｈｅｏｒｅｔｉｓｃｈｅ Ｅｌｅｋｔｒｏｔｅｃｈｎｉｋ Ｅｌｅｋｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ Ｆｅｌｄｅｒ，Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ ｕｎｄ ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｅ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）を参照されたい。

【0095】

図７は、本発明によるデバイス４００の第４の好ましい実施形態を示す。
ここで、図４のデバイス２００とは対照的に、ソース抵抗器２０２に加えてコンデンサ４０２が並列に接続され、それによってコンデンサ４０２は、その電圧がソース抵抗器２０２の両端の電圧Ｖ_０と同一になるまで充電することが分かる。

【0096】

コンデンサ４０２の形状およびその材料を選択することにより、コンデンサプレート４０４，４０６間の電場を目標通りに調整することができる。必要に応じて、分圧器（図示せず）を使用して、目標通りに調整し、必要に応じてコンデンサ４０２の励磁電圧を適合させることができる。

【0097】

したがって、そのようなデバイス４００は、コンデンサ４０２内の電場のための非常に正確な基準源を提供する。

【0098】

一方、ソース抵抗器２０２を省略して、場合によって基準時間または基準周波数を提供することができるコンデンサ４０２にわたる電圧ランプを構築することもできる。

【0099】

図８は、本発明によるデバイス５００の第５の好ましい実施形態を示す。
制御回路１０とは対照的に、図４に対応する磁気回路５０２がここでは原理的に使用されるが、外部磁場を導入するための追加の要素５０４，５０６が存在することが分かる。

【0100】

外部磁場は、コイル１０８によって生成される磁場強度に外部磁場強度を重ね合わせ、それによって間隙１０６内の磁束密度が規定される。したがって、外部磁場強度は、制御信号１１２から計算することができる。

【0101】

したがって、そのようなデバイス５００は、供給される外部磁場強度を正確に決定するために使用することができる。

【0102】

図９および図１０は、本発明によるデバイス６００の第６の好ましい実施形態を示す。
ここでも、ヨーク構成６０４およびコイル６０６によって形成された磁気回路６０２があり、ヨーク構成には２つの空隙６０８，６１０があることが分かる。空隙の各々は、各々が第１の波長の電磁放射線６２０，６２２を有するレーザダイオード６１６，６１８によって励起される、それぞれのＮＶ中心６１２，６１４を有するダイヤモンド６１１ａ，６１１ｂを含む。

【0103】

ＮＶ中心６１２，６１４を有するそれぞれのダイヤモンド６１１ａ，６１１ｂから放出される第２の波長の電磁放射線６２４，６２６は、第１の波長の電磁放射線６２０，６２２をフィルタリングするために、フィルタ６２８，６３０を通過する。

【0104】

光検出器６３２，６３４が、第２の波長のそれぞれの電磁放射線６２４，６２６を検出し、ＮＶ中心６１２，６１４の第２の波長のそのような検出される電磁放射線６２４，６２６の関数としてそれぞれの検出信号６３６，６３８を生成する。検出信号６３６，６３８の値は、好ましくは、第２の波長のそれぞれの電磁放射線６２４，６２６のエネルギー強度の振幅量に比例する。しかしながら、少なくとも、検出信号６３６，６３８は、第２の波長の電磁放射線３２のエネルギー強度にそれぞれ依存する。

【0105】

最後に、第１のＮＶ中心６１２の側には、検出信号６３６から制御信号６４２を生成して導電体６４４を介してコイル６０６を制御するコントローラ６４０が設けられている。したがって、コイル６０６によって生成される磁気励起は、制御信号６４２に依存する。これにより、コントローラ６４０の制御は、第１のＮＶ中心６１２による第２の波長の電磁放射線６２４の放射を最小限に抑えるように選択される。これにより、コントローラは、例えば、既知のタイプのＰＩまたはＰＩＤコントローラであり、ＰＩＤコントローラが好ましく、これにより、光検出器６３２によって測定される検出信号の導関数のゼロ点に対して制御が行われる。導関数は、検出信号の一次または二次導関数であり得る。

【0106】

第２のＮＶ中心６１４は第１のＮＶ中心６１２と同一であり、他の磁気成分、特に空隙６１０内の磁気抵抗も原理的に同一になるように形成されているため、両方の空隙６０８，６１０内の磁束密度Ｂは同一であり、したがって第２のＮＶ中心６１４の検出信号６３８にも最小値があることが予想される。

【0107】

しかしながら、地球の磁場などの背景磁場の磁場勾配により、検出信号６３８の最小値からの偏差が存在する。したがって、そのような偏差の大きさおよび２つのＮＶ中心６１２，１６４間の距離から、背景場の磁束密度のそのような勾配を直接推測することができる。これにより、較正は、第２のＮＶ中心６１４の検出信号６３８に対する磁場偏差の強度に対して一度だけ行われればよい。勾配によって引き起こされる磁場の偏差は、２つのＮＶ中心６１２，６１４間の距離にわたってごくわずかであると予想されるため、磁場勾配を分析するために使用することができる対応する測定信号６４８を出力する測定増幅器６４６も提供される。したがって、デバイス６００のそのような実施形態は、背景磁場の勾配を非常に正確に決定するために使用することができる。

【0108】

図１０は、デバイス６００の平面実施形態を示す。すべての要素が平面基板６５０上に配置されていることが分かる。このような平面構造は、ＣＭＯＳ互換方式で製造することができ、特に光源（好ましくはレーザダイオード）６１６，６１８の生成については独国特許出願公開第１００ ００ ７０７号明細書が参照され、その開示内容はこの点に関してその全体が組み込まれている。

【0109】

第１のＮＶ中心６１２の磁気シールド（図示せず）がある場合、その点において、空隙６０８内の磁束密度Ｂに対する磁気背景の影響はない。結果として、空隙６１０内の磁束密度Ｂのみが磁気背景によって決定され、したがって、検出信号６３８は背景磁場の測度である。したがって、デバイス６００のそのような代替的な実施形態は、背景磁場を非常に正確に決定するために使用することができる。

【0110】

図１１は、本発明によるデバイス７００の第７の好ましい実施形態を示す。
次に、図４のデバイス１００のように、ここでは、ヨーク１０４を有する磁気回路１０２があり、その空隙１０６には、ＮＶ中心２６を有するダイヤモンド２４が配置されていることが分かる。

【0111】

ＮＶ中心２６は、第１の波長の電磁放射線３０を有するレーザダイオード２８によって励起され、それによってＮＶ中心２６は第２の波長の電磁放射線３２を放出する。次に、この放射はフィルタリングされ３５、検出信号３６を出力する光検出器３４に供給される。この検出信号３６は、ＰＩＤコントローラ３８に供給され、ＰＩＤコントローラは、電流線４１を介してコイル１０８に制御信号４０を出力する。

【0112】

また、送信のための下側カットオフ周波数ｆ_ｇｕを有するハイパスフィルタ７０２がある。コントローラ３８自体または任意選択的に設けられたローパスフィルタ７０４は、送信のための上側カットオフ周波数ｆ_ｇｏを有する。このような上側カットオフ周波数ｆｇｏは、ＮＶ中心２６に作用する磁束密度Ｂの動作点の制御における干渉を防止するために、ハイパスフィルタ７０２の下側カットオフ周波数よりも小さい。

【0113】

ここで、変調磁場などの交流電磁場７０６が照射され、ＮＶ中心２６に作用すると、場合によって、含まれる原子または欠陥がこの交流磁場７０６に追従し、放出された蛍光３２も交流磁場７０６の周波数に対応する周波数で変調を受ける。

【0114】

コントローラ３８および場合によってそのローパス特性または追加のローパスフィルタ７０４に起因して、変調の周波数がハイパスフィルタ７０２の下側カットオフ周波数ｆ_ｇｕよりも大きい場合、そのような蛍光の変調は制御されず、その結果、基本蛍光のみがコントローラ３８によって最小に制御され、変調は残る。結果として生じる検出信号３６の高周波変調は、ハイパスフィルタ７０２によって読み出され、有用な信号７０８として出力される。

【0115】

したがって、デバイス７００は、交流磁場７０６のための高感度アンテナを提供する。デバイス７００の構造およびその物理的動作に基づいて、それは、特に超広帯域通信に使用することができる極めて広帯域の受信機である。ハイパスフィルタ７０２は、好ましくは、測定増幅器として形成することができる。

【0116】

交流電磁場７０６による指向性変調を分析することに加えて、そのようなデバイス７００はまた、ＮＶ中心２６の位置における電磁放射スペクトルまたは電磁放射スペクトルの一部を分析するために使用することもできる。

【0117】

当業者によく知られているように、有用な信号７０８の分析は、例えば、ミキサおよびフィルタを使用する復調を含むことができる。ここで、例えば、Ｍ．Ｂｏｓｓｅｒｔ「Ｎａｃｈｒｉｃｈｔｅｎｕｂｅｒｔｒａｇｕｎｇ」（Ｖｉｅｗｅｇ＋Ｔｅｕｂｎｅｒ Ｖｅｒｌａｇ；Ｅｄｉｔｉｏｎ：５．，ｒｅｖ．ｅｄ．ａｎｄ ａｄｄ．ｅｄｉｔｉｏｎ ２０１１（Ａｕｇｕｓｔ ４，２０１１））、Ａ．Ｍｅｒｔｉｎｓ「Ｓｉｇｎａｌｔｈｅｏｒｉｅ：Ｇｒｕｎｄｌａｇｅｎ ｄｅｒ Ｓｉｇｎａｌｂｅｓｃｈｒｅｉｂｕｎｇ，Ｆｉｌｔｅｒｂａｎｋｅ，Ｗａｖｅｌｅｔｓ，Ｚｅｉｔ－Ｆｒｅｑｕｅｎｚ－Ａｎａｌｙｓｅ，Ｐａｒａｍｅｔｅｒ－ｕｎｄ Ｓｉｇｎａｌｓｃｈａｔｚｕｎｇ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｉｅｗｅｇ；Ｅｄｉｔｉｏｎ：３．，ｒｅｖｉｓｅｄ ａｎｄ ｅｘｔ．ｅｄｉｔｉｏｎ ２０１３（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ８，２０１２））、およびＬｕｋｅ「Ｓｉｇｎａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ ａｎｄ Ａｎａｌｏｇ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｉｅｗｅｇ；Ｅｄｉｔｉｏｎ：１２（Ｆｅｂｒｕａｒｙ １９，２０１５））を参照されたい。

【0118】

図１２は、本発明によるデバイス８００の第８の好ましい実施形態を示す。
図１１によるデバイス７００の代替形態であるそのようなデバイスは、原則として、図９によるデバイス６００に基づいており、ここでは、図１１によるデバイス７００に対応して、コントローラ６４０は、ローパス特性を有するか、または任意選択的に、制御信号６４２をフィルタリングする送信のための上側カットオフ周波数ｆ_ｇｏを有する別個のローパスフィルタ８０２があることが分かる。さらに、光検出器６３４からの検出信号６３８は、送信のための下側カットオフ周波数ｆ_ｇｕを有するハイパスフィルタ８０４によってフィルタリングされ、対応する有用な信号８０６を出力するセンス増幅器６４６に供給される。さらに、空隙６０８内には、場合によってＮＶ中心６１２に対する電磁放射線７０６または電磁背景の影響を防止するために、例えば軟磁性材料で作られた磁気シールド８０８が存在する。

【0119】

磁気シールド８０８により、空隙６０８内の磁束密度Ｂは、外部の電磁的影響７０６から独立している。したがって、第１のＮＶ中心６１２は、コントローラ６４０を介してコイル６０６によって磁場強度Ｈを制御するための基準中心として機能する。

【0120】

空隙６１０内の第２のＮＶ中心６１４のみが電磁場７０６に応答し、結果、その高周波成分をハイパスフィルタ８０４によって分析することができる。

【0121】

したがって、そのようなデバイス８００は、背景電磁場に対して、場合によってさらにより正確で安定した情報伝送または分析を提供することができる。

【0122】

図１３は、本発明によるデバイス１０，５０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００のいずれかにおけるコントローラ３８，８８，６４０，６４６，７０２として使用され得るＰＩコントローラ９００の一例を示す。

【0123】

このＰＩコントローラ９００は、そのコアに相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）９０２を有することが分かる。ここに示すＯＴＡ ９０２は、その２つの出力電流源Ｉ１およびＩ２によって形成される２つの出力９０４，９０６を有する。２つの電流源（Ｉ１）９０４および（Ｉ２）９０６はともに結合され、各々が出力電流を生成し、出力電流は、正の入力（＋）９０８から負の入力（－）９１０を減算した入力電圧の差に比例し、それぞれの比例定数を有する。正入力（＋）９０８は、基準電位９１２に接続される。ＯＴＡ ９０２の第１の出力電流源９０４（Ｉ１）からの出力電流は、オプションの第４の抵抗器（Ｒ４）９１４を介してＯＴＡ ９０２の負入力９１０（－）のノードに供給される。オプションの抵抗器（Ｒ４）９１４はバイパスすることもでき、ひいてはなくてもよい。光検出器３４は、端子３６および抵抗器（Ｒ２）９１６を介してその電圧出力信号を供給する。そのような２つの電流は、基準電位（ＧＮＤ）９２０に接続された動作抵抗器（Ｒ３）９１８を介してＯＴＡ ９０２の負入力（－）９１０の入力電圧に変換される。制御の適切な開始点のために、基準電圧（Ｖｒｅｆ）９２４からのオフセット電流が、この例では第１の抵抗器（Ｒ１）９２２を介して供給される。コンデンサ（Ｃ）９２６は、コントローラのローパス特性を提供し、次いで、コントローラは、低周波数においてＰＩコントローラのように挙動する。ここで、磁場励磁コイル１０８の帰線は、基準電位（ＧＮＤ）９２０に接続されている。

【0124】

なお、ＰＩ制御部９００には、発光最小値がオーバーフローする電流制限はない。したがって、そのような制限（図示されていないが、当業者によく知られている）が設けられなければならない。

【0125】

図１４は、図３の本発明によるデバイス内で使用するためのコントローラ８８を示す。
２つの減算回路１００２（抵抗器Ｒ５，Ｒ４，Ｒ１，Ｒ１１および演算増幅器ＯＰ１）および１００４（抵抗器Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１６，Ｒ１０および演算増幅器ＯＰ２）によって、３つの光検出器７６，７８，８０の３つの測定信号８２，８４，８６から２つの勾配信号１００６，１００８が形成されることが分かる。ここで、後続の加算段１０１０（Ｒ１３，Ｒ１２，Ｒ１４，演算増幅器ＯＰ３）によって、和信号が形成され、これは、コイル９４の制御信号９０を供給する第２の電流源（Ｉ２）１０１２を制御するために使用される。フィードバックネットワーク１０１４（Ｒ１７，Ｒ１５，Ｃ２，Ｃ３）は、ここではＰＩＤ特性を実現するために使用される。

【0126】

最後に、図１５は、例えば図４、図５または図７による本発明のデバイスのうちの１つに使用するための電流ミラー構成１１０の好ましい実施形態を示す。

【0127】

電流ミラー構成１１０は、ＭＯＳダイオードとして接続される第１のＭＯＳトランジスタ（Ｔ１）１１０２を含むことが分かる。第１のＭＯＳトランジスタ（Ｔ１）１１０２は、コントローラ３８から来る電流を検出し、その制御電極において第２のトランジスタ（Ｔ２）１１０４を制御するために使用される基準信号を生成する。これにより、第２のトランジスタ（Ｔ２）１１０４は、第３のトランジスタ（Ｔ３）１１０６を介した横流の電流源として動作する。この横流は、例えば、Ｔｉｅｔｚｅ，Ｓｃｈｅｎｋ「Ｈａｌｂｌｅｉｔｅｒ－Ｓｃｈａｌｔｕｎｇｓｔｅｃｈｎｉｋ」（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ）からの電流ミラーについて知られているように、トランジスタ（Ｔ１）１１０２対（Ｔ２）１１０４の比によって決定される。トランジスタ（Ｔ１）１１０２および（Ｔ２）１１０４は、この例では好ましくはＮチャネルトランジスタである。第３のトランジスタ（Ｔ３）１１０６は、第２のトランジスタ（Ｔ２）１１０４によって生成される横流を検出し、ＭＯＳダイオードとして接続される。好ましくはＰチャネルトランジスタである。これは、２つの電流源トランジスタ（Ｔ４）１１０８および（Ｔ５）１１１０によって生成される電流がその値に依存する内部基準電圧を生成する。これにより、この例では、第４のトランジスタ（Ｔ４）１１０８は、磁場生成コイル１０８を制御するための電流１１２を提供する。この例では、第５のトランジスタ（Ｔ５）１１１０は基準電流（Ｉ０）１１４を提供し、これはその後、後続の回路１００，２００，４００の他の場所で使用することができる。

【0128】

トランジスタ（Ｔ３）１１０６、（Ｔ４）１１０８、および（Ｔ５）１１１０は、この例では好ましくはＰチャネルトランジスタである。コントローラ３８からトランジスタ（Ｔ１）１１０２を介してグランド（ＧＮＤ）１１１２に来る入力電流は、供給電圧（Ｖｂａｔ）１１１４から第３のトランジスタ（Ｔ３）１１０６および第２のトランジスタ（Ｔ２）１１０４を介してグランド（ＧＮＤ）１１１２に流れる横流に対する固定比を有し、これはトランジスタ（Ｔ１）１１０２対（Ｔ２）１１０４の比によって決定される。供給電圧（Ｖｂａｔ）１１１４からコイル１０８へ、コイル１０８を通ってグランド（ＧＮＤ）１１１２への電流は、トランジスタ（Ｔ３）１００６対（Ｔ４）１１０８の比に対応する横流の大きさに依存し、したがって、トランジスタ（Ｔ１）１１０２を通る入力電流に正比例する。供給電圧（Ｖｂａｔ）１１１４から後続の回路１００，２００，４００へ、およびそこからグランド（ＧＮＤ）１１１２への生成される基準電流（Ｉ０）１１４は、トランジスタ（Ｔ３）１１０６対（Ｔ５）１１０８の比に対応する横流の大きさに依存し、したがってトランジスタ（Ｔ１）１１０２を通る入力電流に正比例する。さらに、明らかに、コイル１０８への電流１１２と基準電流（Ｉ０）１１４とは互いに正比例する。

【0129】

本発明は、レーザダイオードによる電磁励起および蛍光のための光検出器の使用に関して、常に図２～図１５の枠組み内で説明されてきたが、これは必須ではない。実際、他の励起、特に、例えば色中心の周囲材料中のホット電荷キャリアによる電気励起、および／または励起を使用して、光電流を読み出す、好ましくは電子的に読み出すことができる。発光は光電流に密接に関連しているため、上記の利点はここでも適用される。さらに、好ましいレーザダイオード２８，６１６，６１８の代わりに、ＬＥＤまたは他の適切な光源を使用することができる。

【0130】

上記は材料中の単一のＮＶ中心を参照するが、ＮＶ中心の集合も材料中で使用することができる。１つのＮＶ中心では、非常に良好な空間分解能が達成され、これはＮＶ中心を使用すると幾分低下する。しかしながら、ＮＶ集合を使用すると、信号強度が増加する。

【0131】

以上から、本発明は、磁場強度Ｈを生成および制御するためのデバイス１０，５０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００および方法を提供し、生成は非常に安定しており、正確であることは明らかである。好ましくは、物理変数の基準値は、比較的単純かつ経済的に生成することができる。また、磁束密度を高分解能、特に非常にロバストに測定することができる。本発明はまた、情報、特に超広帯域通信を送信するために使用することもできる。必要なデバイス１０，５０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００は、非常に小さく、特に小型で移動可能であり得る。

【0132】

特に明記しない限り、本発明のすべての特徴は自由に組み合わせることができる。さらに、別途指示しない限り、図の説明に記載されている特徴は、本発明の特徴として他の特徴と自由に組み合わせることができる。例示的な実施形態の個々の特徴を、例示的な実施形態の他の特徴との組み合わせに限定することは、明示的に意図されていない。加えて、デバイスの特徴を再定式化して方法特徴として使用することもでき、方法特徴を再定式化してデバイスの特徴として使用することもできる。したがって、そのような再形成は自動的に開示される。

【0133】

参照記号のリスト
１０ 本発明の基本原理の電気制御回路
１２ 磁気サブ回路
１４ ヨーク構成
１６，１８ ヨーク構成１４のコア
２０ 空隙
２２ コイル
２４ 第１の材料、Ｉｂ型ダイヤモンド
２６ 第１の材料、ダイヤモンド２４のＮＶ中心
２８ レーザダイオード
３０ レーザダイオード２８の第１の波長の電磁放射線
３２ ＮＶ中心２６の第２の波長の放射電磁放射線
３４ 光検出器
３５ 光学フィルタ
３６ 光検出器３４の検出信号
３８ コントローラ
４０ コイル２２を制御するコントローラ３８の制御信号
４２ 導電体
５０ 本発明による制御回路の代替実施形態
５２ 空隙
５４ ヨーク構成
５６，５８，６０ 平行に配置された空隙５２における磁石領域
６２，６４，６６ ＮＶ中心
６８，７０，７２ 第２の波長の電磁放射線
７４ フィルタ
７６，７８，８０ 光検出器
８２，８４，８６ 光検出器７６，７８，８０の検出信号
８８ コントローラ
９０ コントローラ８８の制御信号
９２ 導電体
９４ コイル
１００ 本発明によるデバイスの第１の好ましい実施形態
１０２ 磁気回路
１０４ 連続磁気ヨーク
１０６ 空隙
１０８ コイル
１１０ 電流ミラー
１１２ 制御信号
１１４ 出力電流（Ｉ_０）
２００ 本発明によるデバイスの第２の好ましい実施形態
２０２ 抵抗器、ソース抵抗器（Ｒｑ）
２０４ 基準電圧（Ｖ_０）
３００ 本発明によるデバイスの第３の好ましい実施形態
３０２ コア
３０４ コイル
３０６ 第２の磁気回路
４００ 本発明によるデバイスの第４の好ましい実施形態
４０２ コンデンサ
４０４，４０６ コンデンサプレート
５００ 本発明によるデバイスの第５の好ましい実施形態
５０２ 磁気回路
５０４，５０６ 外部磁場を導入するための追加の要素
６００ 本発明によるデバイスの第６の好ましい実施形態
６０２ 磁気回路
６０４ ヨーク構成
６０６ コイル
６０８，６１０ ヨーク構成の空隙
６１１ａ 第１の材料、ダイヤモンド
６１１ｂ さらなる材料、ダイヤモンド
６１２，６１４ ＮＶ中心
６１６，６１８ レーザダイオード
６２０，６２２ 第１の波長の電磁放射線
６２４，６２６ ＮＶ中心６１２，６１４の第２の波長の放射電磁放射線
６２８，６３０ フィルタ
６３２，６３４ 光検出器
６３６，６３８ 光検出器６３２，６３４の検出信号
６４０ コントローラ
６４２ 制御信号
６４４ 導電体
６４６ 測定増幅器
６４８ 測定信号
６５０ 平面基板
７００ 本発明によるデバイスの第７の好ましい実施形態
７０２ 送信カットオフ周波数ｆ_ｇｕが低いハイパスフィルタ
７０４ 送信のための上側カットオフ周波数ｆ_ｇｏを有するローパスフィルタ
７０６ 交流電磁場
７０８ 有用な信号
８００ 本発明によるデバイスの第８の好ましい実施形態
８０２ 送信のための上側カットオフ周波数ｆ_ｇｏを有するローパスフィルタ
８０４ 送信カットオフ周波数ｆ_ｇｕが低いハイパスフィルタ
８０６ 有用な信号
８０８ 磁気シールド
９００ コントローラ３８，８８，６４０，６４６，７０２として使用されるＰＩコントローラ
９０２ 相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）
９０４，９０６ 出力
９０４ 電流源（Ｉ１）
９０６ 電流源（Ｉ２）
９０８ 正入力（＋）
９１０ 負入力（－）
９１２ 基準電位
９１４ 任意選択の第４の抵抗器（Ｒ４）
９１６ 抵抗器（Ｒ２）
９１８ 動作抵抗器（Ｒ３）
９２０ 基準電位（ＧＮＤ）
９２２ 第１の抵抗器（Ｒ１）
９２４ 基準電圧（Ｖｒｅｆ）
９２６ コンデンサ（Ｃ）
１０００ 減算回路（抵抗器Ｒ５，Ｒ４，Ｒ１，Ｒ１１および演算増幅器ＯＰ１）
１００４ 減算回路（抵抗器Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１６，Ｒ１０および演算増幅器ＯＰ２）
１００６，１００８ 勾配信号
１０１０ 加算段階（Ｒ１３，Ｒ１２，Ｒ１４、演算増幅器ＯＰ３）
１０１２ 第２の電流源（Ｉ２）
１０１４ フィードバックネットワーク（Ｒ１７，Ｒ１５，Ｃ２，Ｃ３）
１１０２ 第１のＭＯＳトランジスタ（Ｔ１）
１１０４ 第２のトランジスタ（Ｔ２）
１１０６ 第３のトランジスタ（Ｔ３）
１１０８ 電流源トランジスタ（Ｔ４）
１１１０ 電流源トランジスタ（Ｔ５）
１１１２ グランド（ＧＮＤ）
１１１４ 供給電圧（Ｖｂａｔ）

【図1a】

【図1b】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2021-07-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁場強度を生成および制御するためのデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）であって、
物理的励起時に発光および／または光電流を生成する第１の材料（２４；６１１ａ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、第１の材料と、
前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）と、
磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）であって、前記第１の材料（２４；６１１ａ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能である、磁場を生成するための手段と、
場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）を用いて、場合によって前記発光または光電流を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）と、
前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０２，６０４，６０６，６０８）の制御のための制御信号（４０；９０；１１２；６４２）を出力し、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）が極値を取るように、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）の関数として前記磁場強度を制御するように適合されている制御手段（３８；８８；６４０）とを特徴とする、デバイス。

【請求項2】

前記制御信号（１１２）の関数として物理変数を生成するための手段（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）を特徴とし、前記物理変数（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）は、好ましくは、電流、電圧、磁場、電場、時間および周波数を含む群からの変数である、請求項１に記載のデバイス（１００；２００；３００；４００）。

【請求項3】

前記物理変数を生成するための手段（１１０；１１０，２０２；３０２，３０４；１１０；２０２，４０２）が、電流ミラー（１１０）、抵抗器（２０２）、コイル（３０４）、コンデンサ（４０２）、相互コンダクタンス増幅器、および演算増幅器の群から選択される少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、請求項２に記載のデバイス（１００；２００；３００；４００）。

【請求項4】

デバイス（６００；８００）は、
さらなる物理的励起時に発光および／または光電流を生成する少なくとも１つのさらなる材料（６１１ｂ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、少なくとも１つのさらなる材料と、
前記さらなる物理的励起を生成するためのさらなる手段（６１８）と、
磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）であって、前記さらなる材料（６１１ｂ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能であり、前記磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）は、前記さらなる材料（６１１ｂ）を前記第１の材料（６１１ａ）と同じまたは異なる磁場に曝すように適合されている、さらなる手段（６０４，６０６，６１０）と、
場合によって検出される前記さらなる発光信号または前記さらなる光電流信号の強度を表す、さらなる検出信号（６３８）によって、場合によって前記さらなる材料（６１１ｂ）の前記発光または前記光電流を測定するためのさらなる手段（６３４）と
をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のデバイス（６００；８００）。

【請求項5】

場合によって前記第１の材料（２４；６１１ａ）および／または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、少なくとも１つの空孔（２６；６１２，６１４）を有する結晶構造を有し、場合によって前記第１の材料（２４；６１１ａ）または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、好ましくはダイヤモンド、炭化ケイ素またはケイ素であり、前記空孔は、色中心、特に窒素空孔中心、または、ユーロピウム空孔中心、バナジウム空孔中心もしくはマンガン空孔中心を伴う窒素空孔中心であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項6】

場合によって前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）または前記さらなる物理的励起を生成するためのさらなる手段（６１８）が、電気的または電磁的励起、好ましくは光学範囲および／またはマイクロ波範囲の励起、特にレーザ励起またはＬＥＤ励起、または電離放射線による励起を提供することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項7】

場合によって前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）または前記磁場を生成するためのさらなる手段（６０４，６０６，６１０）が、電流によって励起され得る少なくとも１つのコイル（２２；９４；１０８；６０６）を備え、好ましくは、特に空隙（２０；５２；１０６；６０８，６１０）を有するヨーク（１４；５４；１０４；６０４）の形態の磁気導体が存在し、前記第１の材料（２４；６１１ａ）および／または前記さらなる材料（６１１ｂ）は、前記空隙（２０；５２；１０６；６０８，６１０）内に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項8】

前記発光を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）および／または前記発光を測定するためのさらなる手段（６３４）は、光検出器、および好ましくは物理的励起を減衰させるフィルタ（３５；７４）を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項9】

前記光電流を測定するための手段および／または前記光電流を測定するためのさらなる手段は、場合によって前記第１の材料および前記さらなる材料上の２つの電気接点の間に電圧が印加され、前記光電流が直列に測定されるように形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載のデバイス。

【請求項10】

前記制御手段（３８；８８；６４０）が、連続線形コントローラとして、好ましくはＰＩまたはＰＩＤコントローラとして形成されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）。

【請求項11】

前記検出信号（３６）および／または前記さらなる検出信号（６３８）をフィルタリングするための少なくとも１つのハイパスフィルタ（７０４；８０４）が存在することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項12】

前記制御信号（４０，６４２）をフィルタリングするための少なくとも１つのローパスフィルタ（７０２；８０２）が存在することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項13】

前記ハイパスフィルタ（７０４；８０４）の前記下側カットオフ周波数の大きさが、場合によって前記ローパスフィルタ（７０２；８０２）または前記制御手段（３８；６４０）の前記上側カットオフ周波数の大きさよりも大きいことを特徴とする、請求項１１または１２のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項14】

前記磁場を生成するための手段（５２，５４，５６，５８，６０）が、異なる磁気抵抗を有する少なくとも２つ、好ましくは３つの磁石領域（５６，５８，６０）を有し、結果、場合によって前記第１の材料（２４）または前記さらなる材料の少なくとも２つ、好ましくは３つの材料領域（６２，６４，６６）が異なる磁場に曝され、各材料領域（６２，６４，６６）は、場合によって前記検出される発光信号または光電流信号の強度を表すそれぞれの検出信号（８２，８４，８６）を用いて、場合によって前記発光または前記光電流を測定するための独自の手段（７６，７８，８０）を割り当てられ、前記制御手段（８８）は、１つの材料領域（６２，６４，６６）の前記検出信号（８２，８４，８６）が極値をとるように、前記磁場を生成するための手段（５４，９４）の制御のための制御信号（９０）を出力し、前記検出信号（８２，８４，８６）の関数として前記磁場強度を制御するように適合されることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載のデバイス（５０）。

【請求項15】

前記磁場を生成するための手段（６０２，６０４，６０６，６０８）および／または前記磁場を生成するためのさらなる手段が、外部磁場に対する磁気シールド（８０８）を備えることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１項に記載のデバイス（８００）。

【請求項16】

前記磁場を生成するための手段（１０８ ５０２，５０４）が、外部磁場を前記材料（２４）に供給するように適合されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１項に記載のデバイス（５００）。

【請求項17】

前記物理的励起を生成するための手段が、前記物理的励起の変調を行うように適合され、前記物理的励起の前記変調を前記検出信号と相関させるための手段が存在することを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１項に記載のデバイス（７００；８００）。

【請求項18】

磁場強度を生成および制御するための方法であって、
物理的励起時に発光および／または光電流を生成する第１の材料（２４；６１１ａ）であって、場合によって前記発光または光電流は、少なくとも１つの磁束密度において磁場に対して極値を有する、第１の材料と、
前記物理的励起を生成するための手段（２８；６１６，６１８）と、
磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０４，６０６，６０８）であって、前記第１の材料（２４；６１１ａ）が生成される前記磁場に曝され、前記磁場強度が調整可能である、磁場を生成するための手段と、
場合によって検出される発光信号または光電流信号の強度を表す検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）を用いて、場合によって前記発光または光電流を測定するための手段（３４；７６，７８，８０；６３２）と
を使用し、
前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）が極値を取るように、前記検出信号（３６；８２，８４，８６；６３６）の関数として前記磁場強度を制御するように、前記磁場を生成するための手段（１２，１６，１８，２０，２２；５２，５４；１０２，１０４，１０６，１０８；３０４，３０６；５０２；６０２，６０４，６０６，６０８）の制御のための制御信号（４０；９０；１１２；６４２）が出力されることを特徴とする、方法。

【請求項19】

請求項１から１７のいずれか１項に記載のデバイス（１０；５０；１００；２００；３００；４００；５００；７００；８００）が使用されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

少なくとも１つの色中心（２６）を有する有用な信号によって変調された電磁波を受信するための受信機（７００；８００）であって、前記色中心（２６）は発光を有し、前記発光は前記色中心（２６）の位置における磁束密度に依存し、前記受信機（７００；８００）は前記発光を介して前記有用な信号を復調するように適合され、および／または前記色中心（２６）は変調された電磁波のアンテナである、受信機。

【請求項21】

変調された電磁信号、特に変調されたメッセージまたは測定信号を受信および／または復調するためのサブデバイス（７００；８００）としてのアンテナとしての色中心（２６）の使用。

【請求項22】

生物学的変調された電磁信号、特に変調された神経信号を受信および／または復調するためのサブデバイス（７００；８００）としてのアンテナとしての色中心（２６）の使用。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0043】

【図1a】ダイヤモンド中のＮＶ中心のフォトルミネッセンスの磁束密度の大きさに対する依存性を示す図である。

【図1b】ダイヤモンド中のＮＶ中心のフォトルミネッセンスの一次導関数の磁束密度の大きさに対する依存性を示す図である。

【図2】本発明の基礎となる基本原理を示す図である。

【図3】図２による基本原理の代替の実施形態を示す図である。

【図4】第１の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図5】第２の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図6】第３の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図7】第４の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図8】第５の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図9】第６の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図10】図９による第６の好ましい実施形態の平面実装を示す図である。

【図11】第７の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図12】第８の好ましい実施形態による本発明によるデバイスを示す図である。

【図13】本発明によるデバイスのうちの１つの中で使用するためのＰＩコントローラを示す図である。

【図14】図３による本発明のデバイス内で使用するためのコントローラを示す図である。

【図15】図４、図５または図７による本発明のデバイスのうちの１つの中で使用するための電流ミラー構成を示す図である。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１０７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0107】

しかしながら、地球の磁場などの背景磁場の磁場勾配により、検出信号６３８の最小値からの偏差が存在する。したがって、そのような偏差の大きさおよび２つのＮＶ中心６１２，６１４間の距離から、背景場の磁束密度のそのような勾配を直接推測することができる。これにより、較正は、第２のＮＶ中心６１４の検出信号６３８に対する磁場偏差の強度に対して一度だけ行われればよい。勾配によって引き起こされる磁場の偏差は、２つのＮＶ中心６１２，６１４間の距離にわたってごくわずかであると予想されるため、磁場勾配を分析するために使用することができる対応する測定信号６４８を出力する測定増幅器６４６も提供される。したがって、デバイス６００のそのような実施形態は、背景磁場の勾配を非常に正確に決定するために使用することができる。

【国際調査報告】