JP4828794B2 - 電気信号および光信号の検出・処理方法および装置 - Google Patents
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Description
1)P1およびP2は、変調状態がMZP1/MZN1の場合、IUoutIおよびPoutのXORによって論理的に結合される。
2)P1およびP2は、変調状態がMZP1/MZP2の場合、ORによって結合される。
3)P1およびP2がともに「High」の状態で、UMa2およびUMb2の論理状態は、純粋な光出力Poutとして高速に読み出すことができる。
4)P1が「High」かつ変調状態がMZP1/MZN2の状態で、P2の状態は、純粋な光出力として直接Uoutに渡して、例えばメモリに書き込むことができる。
Claims (32)
- 電荷キャリアを発生する信号波に対して感度を有する物体において、少なくとも1つの読み出し電極に信号電流を誘起する、信号波の検出処理方法であって、
少なくとも2つの変調電極を備え、その少なくとも一方が前記少なくとも1つの読み出し電極と空間的に近接して配置され、かつ、他方の変調電極が上記と同じ読み出し電極またはその他の読み出し電極と空間的に近接して配置された構成において、かかる読み出し電極を通って流れる電流が各変調電極における変調電圧の符号に応じて正負いずれかを示すようになされており、
前記変調電極は、相互に比較して自由に選択可能な電圧振幅および/または位相関係によって変調され、両変調電極の変調電圧によって生じる前記読み出し電極を通って流れる電流が加算的に合成されることで、光電子プロセッサOEPが構成されていることを特徴とする信号波の検出処理方法。 - 前記変調電極の前記読み出し電極に対する空間的配置および/または前記変調電圧の電圧振幅は、前記加算読み出し電流が該変調電圧の逆符号を用いて互いに相殺し合うように選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記変調電圧は、その一方が一定電圧であり、他方が自由に交互選択可能な符号を有することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 前記変調電圧の振幅は、可変であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 性質の異なる信号波に対して異なる感度を有する前記物体上に生じる、複数の異なる信号電流は、一体的に合成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記信号波もまた変調され、かつ、前記変調電極の変調は、該信号波の変調と、信号波の位相または周波数についての相関関係を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 前記読み出し電極および前記変調電極は、両変調電極の変調電圧の符号が同相関係で急速に変化するとともに、少なくともその1周期の間は読み出し電流が積分される限りにおいてはPMD素子として用いられることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記読み出し電極および前記変調電極は、前記変調信号の位相および/または振幅関係を交互または平行に変化させることにより、PMD素子および/またはOEP素子として作動され、
アレイを構成する前記OEP素子は、空間的に交互に生じる変調状態MZPおよびMZNによって選択的に動作可能であり、信号波のパターン解析または空間周波数解析を行うことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 種々の前記読み出し電極を通って流れる電流は、加算と、可変的に調整可能な位相関係を伴う減算または加算と、論理結合AND、OR、XORおよびその否定演算とによって求められることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記光電子プロセッサOEPは、整合する3つの変調電圧状態による制御によって、最大の読み出し正電流IAPを有する第1変調状態MZP(UMaP,UMbP)と、最小の読み出し負電流IANを有する第2変調状態MZN(UMaN,UMbN)と、減少する読み出し電流IA0=0をそれぞれ有する第3変調状態MZ0(UMaP,UMbN)またはMZ0(UMaN,UMbP)という3つの対応する読み出し電流状態を与えることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記読み出し電流IASの統合が行われ、該統合読み出し電流または読み出し電荷QSのゼロスイッチングは、先行する電荷QSのゼロスイッチングの後に、前記2つの変調状態MZPおよびMZNの高周波対称切り替えが発生するように行われることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- OEPストリップ構造は、アバランシェ半導体構造を有するか、高速電子の電離効果を用いるか、または、電子増倍管に接続されており、
前記信号波によって発生する電荷キャリアまたは前記読み出し電流は、一方では、前記半導体基板中のバイアスされたpn接合またはショットキー接合によるアバランシェ効果によって増幅される構成とされ、
前記変調電圧は振幅に関して調整されており、
また一方では、光電陰極の上流接続と、マイクロチャンネルプレートまたは光電子増倍管を用いた真空中における光電子の2次電子増倍とによって増幅される構成であって、
電子画像は、前記信号波としての光画像に変換し直されるか、または、前記OEPストリップ構造によって直接読み出されるようになされており、その後者の場合、OEP基板中の高エネルギー電子の2次光効果が、電荷キャリア増倍を伴うことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。 - 光電陰極の光電子は、マイクロチャンネルプレートをOEP表面上に直接用いることなく画像を形成するように加速されるとともに、電離および電荷キャリアの発生により、該加速電圧によって調整可能なレベルの増幅を可能とすることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 信号源SQから放たれ電荷キャリアが発生する信号波に対して感度を有する物体としてのOEPと、該物体の電荷キャリア領域に接続された少なくとも1つの読み出し電極(AK)とを備えた信号波検出処理装置であって、
前記物体が、少なくとも2つの変調電極(MKa、MKb)を備えたOEP構造を有し、その少なくとも一方が前記少なくとも1つの読み出し電極(AK)と空間的に近接して配置され、かつ、他方が上記と同じ読み出し電極(AK)またはその他の読み出し電極(AK2)と空間的に近接して配置された構成において、
前記1または複数の読み出し電極に対して前記変調電極を配置するに際し、かかる読み出し電極を通って流れる電流が各変調電極における変調電圧の符号に応じて正負いずれかを示すようにするとともに、前記2つの変調電極(MKa、MKb)のそれぞれに印加される2つの変調電圧(UMa、UMb)の相対位相関係および/または電圧振幅を自由に設定可能とすることを特徴とする信号波検出処理装置。 - 前記物体は、光電性半導体材料であることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記物体は、光電陰極であって、少なくとも1つのシングルOEP構造またはツインOEP構造において、読み出し電極に対して光電子を変調するための真空中での動作のための変調電極を備えた構成とされており、
前記読み出し電極は、マイクロチャンネルプレート素子の構成で、上流接続した2次電子増倍手段を備え、
読み出し電流は、陽極読み出し構造、あるいは、CCD、CMOSまたはMSMカメラチップ構造によって読み出されることを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 前記読み出し電極および前記変調電極は金属半導体から成り、または、前記読み出し電極および前記変調電極はそれぞれショットキーダイオードから成ることを特徴とする請求項14および15に記載の装置。
- 前記読み出し電極(AK、AK1、AK2)と少なくとも1つの各変調電極(MKa)は、くし型に係合した構成とされており、
前記読み出し電極は、同様に設計されたその他の読み出し電極であって、第2変調電極(MKb)とくし型に係合した読み出し電極と接続されることを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載の装置。 - 互いに独立な複数の読み出し電極および関連する変調電極は、アレイ状に配置されることを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記載の装置。
- 前記変調電極に接続され、1または複数の信号波を変調する変調器が備えられていることを特徴とする請求項14〜19のいずれかに記載の装置。
- 前記OEP構造は、PLL回路またはDLL回路の構成であって、または、ルーター等のアレイ構成がなされていること、および/または、
信号の変調または符号化を検出するとともに、前記変調電極の変調周波数および変調位相を前記信号波の変調に適合させるPLL入力回路またはDLL入力回路が備えられていることを特徴とする請求項14〜20のいずれかに記載の装置。 - 前記OEPのストリップ形変調電極および読み出し電極は、倍数幅に略等しい中間空間を備えるとともに、信号波の侵入深さに適合された厚さを有し、信号波に対して感度を有する半導体基板3上であって、高抵抗(P−)または(n−)基板、あるいは高抵抗(P−)または(n−)エピタキシャル層上に、0.1〜5μmの幅を有するショットキー接触として、金属電極によって実現されるように構成されており、
前記基板3は、無電位(浮動基板)であることを特徴とする請求項14〜21のいずれかに記載の装置。 - ストリップ形変調電極Mおよび読み出し電極Aは、前記信号波に対して感度を有する半導体構造またはエピタキシャル層3上において、約0.1〜5μmの幅を有する(n+)および(p+)ストリップまたはチャンネルであって、該ストリップ電極を用いて、深さ方向に拡大した空間電荷領域および倍数幅と略等しい中間空間を有する遮断PN接合を形成する高抵抗(P−)または(n−)基板に通じる内部導電性によって実現されることを特徴とする請求項14〜22のいずれかに記載の装置。
- 電極Mおよび/またはAは、絶縁された遮蔽用金属電極によって被覆されるとともに、変調源に容量結合されており、
M電極遮蔽用金属電極およびA電極遮蔽用金属電極は、プッシュプル変調源に接続されることを特徴とする請求項14〜23のいずれかに記載の装置。 - 前記読み出し電極を通って流れる電流を内含するシングルOEPの読み出し部VAEHは、少なくとも前記2つの変調電圧の作用部を含むか、または、
マルチOEPの結合・読み出し部VAEHは、入力側において低抵抗電流読み出し回路の構成とすることを特徴とする請求項14〜24のいずれかに記載の装置。 - 前記OEPの電流読み出し回路は、個別または一群として、相関演算用の単一ミラー積分器を後続するか、または、差分ミラー積分器によって少なくとも2つの前記OEPが読み出される構成とされたワイヤードOR原理に対応する直接電流加算の構成であって、
ワイヤードOR加算に関する前記変調状態MZP(正/負)、MZN(負/正)およびMZ0(両正または両負)に対しては、前記変調電圧の極性が考慮に入れられることを特徴とする請求項14〜25のいずれかに記載の装置。 - 前記OEP構造またはOEP機能は、前記信号波の波長帯に感度を有する、高抵抗n基板またはp基板としてのSi、CMOS技術、GeSi量子井戸構造、GaAs、InGaAsP、InSb、HgCdTe等の半導体基板3を備えた金属電極(ME)−pn技術またはショットキー技術において実現されることを特徴とする請求項14〜26のいずれかに記載の装置。
- 前記変調電極から前記読み出し電極および読み出し端子AKに伝達する高周波変調信号の容量性クロストークは、プッシュプル電圧を有する容量性補償手段によって抑制されることを特徴とする請求項14〜27のいずれかに記載の装置。
- 前記OEPが2つから成るツインOEPまたは前記OEPが4つから成るクワドループルOEPは、M×Nの大きさのOEPマトリクスに拡張され、MおよびNは、2以上の整数であることを特徴とする請求項14〜28のいずれかに記載の装置。
- 読み出し電極群は、地電位に対して容量CAを有するとともに、トランスインピーダンス増幅器に接続されており、論理演算および混合演算用の抵抗性トランスインピーダンスおよび相関演算用のミラー積分器としての容量性トランスインピーダンスを備えた構成とされ、
前記ミラー積分器の回路は、少なくとも1つのリセットスイッチを有し、
前記読み出し電極群が、前記変調電極のクロストークを前記読み出し電極に対して補償するキャパシタCKを介して、各変調電圧に対して相補的な電圧に接続されることを特徴とする請求項14〜29のいずれかに記載の装置。 - 前記OEP構造は、前記信号波の入射側に反射防止膜を備えるとともに、その反対側に反射層を備えており、
前記信号源SQおよび前記信号波を受信する前記OEP構造には、それぞれ光学手段が備えられていることを特徴とする請求項14〜30のいずれかに記載の装置。 - 前記OEP構造は、マイクロレンズを備えていることを特徴とする請求項31に記載の装置。
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