JP2002214040A - 複数素子からの同時信号読み出し方法 - Google Patents

複数素子からの同時信号読み出し方法

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JP2002214040A
JP2002214040A JP2001007647A JP2001007647A JP2002214040A JP 2002214040 A JP2002214040 A JP 2002214040A JP 2001007647 A JP2001007647 A JP 2001007647A JP 2001007647 A JP2001007647 A JP 2001007647A JP 2002214040 A JP2002214040 A JP 2002214040A
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Kazuhisa Mitsuda
和久 満田
Toshiyuki Miyazaki
利行 宮崎
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    • G01K17/006Microcalorimeters, e.g. using silicon microstructures

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)
  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各素子毎の配線を必要とせずに、複数素子か
らの信号を同時に読み出すことのできる、新規な信号読
み出し方法を提供する。 【解決手段】 各列毎に配列されたn個のマイクロカロ
リメータ10から構成される素子群30−1〜30−7
のそれぞれに、異なる周波数の交流バイアスを印加し、
駆動させる。各マイクロカロリメータ10からは、所定
の外部情報に基づく情報信号に、キャリアとして前記交
流バイアスが重畳された所定の信号が発せられる。各信
号は、信号加算器20によって各行毎に加算され、各行
毎に周波数空間で多重化された加算信号が、1つの信号
線により取り出され、読み出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数素子からの同
時信号読み出し方法に関し、詳しくは撮像型・超高波長
分解能のX線検出器などの放射線計測、及び撮像型・高
感度赤外線検出器などの熱計測などの分野において好適
に用いることのできる、複数素子からの同時信号読み出
し方法に関する。
【0002】
【従来の技術】マイクロカロリメータは、超高波長分解
能のX線検出器や高感度の赤外線検出器として重要な検
出器である。しかしながら、マイクロカロリメータを、
例えば天文衛星に取り付けたX線検出器などの撮像素子
として実際に用いる場合には、前記マイクロカロリメー
タを多数配列し、各マイクロカロリメータからの信号を
独立させて読み出す必要があった。
【0003】このため、実際の撮像素子においては、マ
イクロカロリメータ毎に、このマイクロカロリメータを
動作させるためのバイアス電流印加用の配線、並びに読
み出し用の配線など、多数の配線が必要とされていた。
【0004】一方、マイクロカロリメータは一般に0.
1K程度の極低温で動作させるものである。したがっ
て、前記多数の配線を、前記極低温の動作領域から、読
み出し用の回路が設置された常温の計測領域に取り出す
に際しては、困難を極めていた。このため、実際の撮像
素子におけるマイクロカロリメータの配列数は数10程
度に限られていた。この結果、撮像素子の有効面積は限
定され、天体が発する広範なX線などを検出することの
できる撮像素子を得ることができないでいた。
【0005】このような状況に鑑み、マイクロカロリメ
ータに使用する超伝導量子干渉素子(SQUID)を高
速でスイッチングし、時分割的に多数の信号を得て、前
記マイクロカロリメータから構成される撮像素子の有効
面積を時系列的に増大させることが試みられている。し
かしながら、このような高速のスイッチングを実現させ
るためには、多数の技術的問題を克服する必要があり、
実用化は極めて困難である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、各素子毎の
配線を必要とせずに、複数素子からの信号を同時に読み
出すことのできる、新規な信号読み出し方法を提供する
ことを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、複数の素子群を、それぞれ異なる周波数の交
流バイアスで駆動するとともに、相異なる素子群の素子
から発せられた信号を加算し、この加算信号を1つの信
号線上に取り出して、読み出すことを特徴とする、複数
素子からの同時信号読み出し方法に関する。
【0008】具体的には、本発明の好ましい態様にした
がって、前記複数の素子群をそれぞれn×m型マトリッ
クスの列方向に配置し、各素子群を構成する素子からの
信号を前記n行の各行毎に加算するとともに、この加算
信号を1つの信号線上に取り出し、全体としてn個の加
算信号を読み出すようにしたことを特徴とする。
【0009】本発明の信号読み出し方法においては、相
異なる素子群に属する素子からの信号に、各素子群に印
加された異なる周波数の交流バイアスがキャリアとして
重畳されている。したがって、これらの信号を加算する
ことにより、周波数空間で多重化された加算信号を得る
ことができる。そして、本発明によれば、この多重化さ
れた加算信号が1つの信号線上に取り出される。すなわ
ち、1つの信号線で複数の信号が多重化された加算信号
を得ることができる。したがって、各素子毎の配線を要
することなく、複数素子からの信号を読み出すことがで
きる。
【0010】なお、各素子群を駆動するための交流バイ
アスが比較的大きく、前記各素子群を構成する素子から
の実際的な信号が比較的小さい場合においては、この信
号が前記交流バイアス中に埋もれてしまう場合がある。
このような場合においては、前記素子がブリッジ型回路
を構成することが好ましい。これによって、前記交流バ
イアスによるキャリアを効果的に抑制することができ、
目的とする信号を精度良く読み出すことができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の同時信号
読み出し方法の好ましい態様を説明するための概念図で
ある。
【0012】図1においては、受動素子としての複数の
マイクロカロリメータ10が、縦方向にn個、横方向に
m個配列されて、n×mの行列を構成している。また、
マイクロカロリメータ10には信号加算器20が接続さ
れており、マイクロカロリメータ10からの出力信号が
各行毎に加算されて、各行毎に1つの加算信号が得られ
るように構成されている。なお、この場合においては、
各列方向に配列されたn個のマイクロカロリメータ10
によって1つの素子群が構成されている。
【0013】列方向に配列されたマイクロカロリメータ
10の素子群30−1〜30−7には、それぞれ異なる
周波数の交流バイアスが印加される。これによって、各
マイクロカロリメータ10は動作状態となり、例えばX
線などの外部情報を受像した場合において、この外部情
報に基づいた各マイクロカロリメータ10からの情報信
号がキャリアとしての前記交流バイアスに重畳され、そ
の結果、各マイクロメータ10から所定の周波数を伴っ
た出力信号が発せられる。
【0014】各マイクロカロリメータ10からの出力信
号は、各行毎に加算信号器20によって加算され、その
結果、各行毎に周波数空間で多重化された加算信号を得
ることができる。すなわち、各マイクロカロリメータ毎
の配線を必要とすることなく、各行毎に配置された複数
のマイクロカロリメータ10からの信号を、周波数空間
で多重化された加算信号として1つの信号線で取り出
し、読み出すことができる。
【0015】したがって、本発明の複数素子からの同時
信号読み出し方法は、多数の配線を設けることが困難
な、マイクロカロリメータを用いた撮像素子などに好適
に用いることができる。
【0016】なお、素子群30−1〜30−7に印加す
る交流バイアスの周波数は、マイクロカロリメータの信
号帯域(通常は10kHz)に比べて十分に大きくし、
かつ各周波数の間隔も前記信号帯域よりも十分に大きく
する。
【0017】加算信号器20としては、マイクロカロリ
メータ10が、低インピーダンスの超伝導遷移端型X線
マイクロカロリメータ(TESマイクロカロリメータ)
などから構成される場合は、多重入力型のSQUID又
は多重入力型のバランストランスなどを用いることがで
きる。また、高インピーダンスの半導体型マイクロカロ
リメータなどから構成される場合は、トランジスタを用
いた加算回路などを用いることができる。
【0018】図2は、本発明の複数素子からの同時信号
読み出し方法の好ましい態様を説明するための図であ
る。上述したように、各素子群に印加される交流バイア
スが比較的大きく、外部情報に基づく情報信号が比較的
小さい場合においては、この情報信号がキャリアとして
の前記交流バイアス中に埋もれてしまう場合が生じる。
このような場合においては、図2に示すように、各マイ
クロカロリメータ10が、ブリッジ型回路を構成するこ
とが好ましい。
【0019】この場合において、入力端子40−1及び
40−2に印加された前記交流バイアスは、ブリッジ型
回路を構成する抵抗41〜43の抵抗値を制御すること
によって適宜に抑制される。したがって、出力端子44
−1及び44−2からは、適宜な大きさのキャリアが重
畳された信号を安定的に得ることができる。
【0020】さらに、素子群30−1〜30−7に印加
する交流バイアスの位相を90度異なるようにすること
もできる。この場合は、前記交流バイアスの周波数が同
じであっても、マイクロカロリメータ10からの出力信
号を雑音の加算を防止しながら分離することができる。
したがって、素子群30−1〜30−7に印加すべき交
流バイアスの周波数の種類を低減でき、前記交流バイア
ス印加に伴って要求される周波数帯域幅を縮小させるこ
とができる。
【0021】加算すべき画素数が増大するにつれて多数
の素子群が必要となるため、これら素子群の総てを異な
る周波数の交流バイアスで駆動しようとすると、その周
波数帯域幅を広範囲に設定する必要が生じる。しかしな
がら、前述したようなマイクロカロリメータの信号帯域
に関する制限などから、その周波数帯域幅はある範囲に
限定されてしまう。このため、使用することのできる素
子群の数の上限は比較的狭い範囲内に限定されてしまう
場合がある。
【0022】このような場合においても、上述したよう
に、交流バイアスの位相を90度異なるようにすると、
印加すべき交流バイアスの周波数の種類を低減できるた
め、要求される周波数帯域幅を縮小することができる。
その結果、使用することのできる素子群の数を大幅に増
大させて、加算すべき画素数が増大した場合においても
十分に対応することができる。
【0023】例えば、図1に示す素子群30−1〜30
−7をf1、f2、f3、f4、f5、f6、及びf7
という異なる周波数の交流バイアスで駆動する代わり
に、f1のsin波、f1のcos波、f2のsin
波、f2のcos波、f3のsin波、f3のcos
波、及びf4という交流バイアスを用いて駆動させるこ
とができる。すなわち、7つの異なる周波数の交流バイ
アスに代えて、4種類の異なる周波数の交流バイアスを
用いるのみで、素子群30−1〜30−7を駆動するこ
とができる。
【0024】以上、具体例を挙げながら発明の実施の形
態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は
上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸
脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能であ
る。
【0025】例えば、上記においては、複数のマイクロ
カロリメータから素子群を構成し、各素子群毎に異なる
周波数の交流バイアスを印加して、各マイクロカロリメ
ータを駆動するようにしているが、素子群を構成するこ
となく、マイクロカロリメータのそれぞれに異なる周波
数の交流バイアスを印加して駆動させることもできる。
【0026】この場合においても、信号の加算は上述し
た多重入力型のSQUIDなどの信号加算器を用いて行
うことができ、交流バイアスの大きさを抑制して適切な
信号を得るべく、ブリッジ型回路を構成することもでき
る。さらに、交流バイアスの位相を90度異なるように
して、用いる周波数の種類を低減することもできる。
【0027】また、上記においては受動素子としてマイ
クロカロリメータを用いた場合を示しているが、このよ
うなマイクロカロリメータの代わりに、バイアス電流/
電圧を印加し、電圧あるいは電流を読み出すような受動
素子に用いることが可能である。例えば、サーミスタや
半導体温度計などの受動素子に用いることができる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、複数の素子群をそれぞ
れ異なる周波数の交流バイアスで駆動し、この周波数を
各素子からの信号に重畳することにより、複数の素子か
らの、周波数空間で多重化された加算信号を1つの信号
線で取り出すことができる。したがって、従来のように
各素子毎に多数の配線を必要とすることなく、多重化さ
れた加算信号を取り出し、読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の複数素子からの同時信号読み出し方
法の、好ましい態様を説明するための概念図である。
【図2】 本発明の複数素子からの同時信号読み出し方
法の、好ましい態様を説明するための図である。
【符号の説明】
10 マイクロカロリメータ 20 信号加算器 30−1〜30−7 素子群 40−1、40−2 入力端子 41、42、43 抵抗 44−1、44−2 出力端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01T 1/24 G01T 1/24 1/26 1/26 H01L 27/14 H01L 39/22 ZAAD 39/22 ZAA ZAAK 27/14 K Fターム(参考) 2G065 AA11 AB02 BA12 BA14 BA34 BC02 BE08 DA18 2G066 BA09 BA51 CA02 CA06 2G088 EE30 FF03 FF14 FF15 GG22 GG25 JJ05 JJ33 KK06 KK32 KK35 4M113 AC06 AC24 AC25 AC41 AD01 4M118 AA10 AB01 CB20 DB01 DD01 DD09 GA10

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の素子群を、それぞれ異なる周波数
    の交流バイアスで駆動するとともに、相異なる素子群の
    素子から発せられた信号を加算し、この加算信号を1つ
    の信号線上に取り出して、読み出すことを特徴とする、
    複数素子からの同時信号読み出し方法。
  2. 【請求項2】 前記複数の素子群をそれぞれn×m型マ
    トリックスの列方向に配列し、各素子群を構成する素子
    からの信号を前記n行の各行毎に加算するとともに、こ
    の加算信号を1つの信号線上に取り出し、全体としてn
    個の加算信号を読み出すようにしたことを特徴とする、
    請求項1に記載の複数素子からの同時信号読み出し方
    法。
  3. 【請求項3】 前記複数の素子群を構成する前記素子
    は、ブリッジ型回路を構成することを特徴とする、請求
    項1又は2に記載の複数素子からの同時信号読み出し方
    法。
  4. 【請求項4】 前記信号の加算は、信号加算器を用いて
    行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一に記
    載の複数素子からの同時信号読み出し方法。
  5. 【請求項5】 前記信号加算器は、多重入力型の超伝導
    量子干渉素子又は多重入力型のバランストランスから構
    成されることを特徴とする、請求項4に記載の複数素子
    からの同時信号読み出し方法。
  6. 【請求項6】 前記複数の素子群を構成する前記素子
    は、それぞれ受動素子を具えることを特徴とする、請求
    項1〜5のいずれか一に記載の複数素子からの同時信号
    読み出し方法。
  7. 【請求項7】 前記受動素子は、マイクロカロリメータ
    であることを特徴とする、請求項6に記載の複数素子か
    らの同時信号読み出し方法。
  8. 【請求項8】 前記交流バイアスの位相を90度異なる
    ようにしたことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか
    一に記載の複数素子からの同時信号読みだし方法。
  9. 【請求項9】 複数の素子を、それぞれ異なる周波数の
    交流バイアスで駆動するとともに、前記複数の素子から
    得られた複数の信号のそれぞれを加算し、前記複数の信
    号を1つの信号線上に取り出して、読み出すことを特徴
    とする、複数素子からの同時信号読み出し方法。
  10. 【請求項10】 前記複数の素子は、ブリッジ型回路を
    構成することを特徴とする、請求項9に記載の複数素子
    からの同時信号読み出し方法。
  11. 【請求項11】 前記信号の加算は、信号加算器を用い
    て行うことを特徴とする、請求項9又は10に記載の複
    数素子からの同時信号読み出し方法。
  12. 【請求項12】 前記信号加算器は、多重入力型の超伝
    導量子干渉素子又は多重入力型のバランストランスから
    構成されることを特徴とする、請求項11に記載の複数
    素子からの同時信号読み出し方法。
  13. 【請求項13】 前記複数の素子は、それぞれ受動素子
    を具えることを特徴とする、請求項9〜12のいずれか
    一に記載の複数素子からの同時信号読み出し方法。
  14. 【請求項14】 前記受動素子は、マイクロカロリメー
    タであることを特徴とする、請求項13に記載の複数素
    子からの同時信号読み出し方法。
  15. 【請求項15】 前記交流バイアスの位相を90度異な
    るようにしたことを特徴とする、請求項9〜14のいず
    れか一に記載の複数素子からの同時信号読みだし方法。
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