JPH01502537A - 電磁放射線検知器からの信号を多重化する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁放射線検知器からの信号を多重化する方法および装置本発明は電磁放射線を 感知する技術分野、特に電磁放射線検知器アレイからの信号を多重化する方法お よび装置に関する。

２、関連技術の説明 赤外線検出器素子は、ｌ乃至１．５μｍの波長を有する電磁放射線の存在を感知 するようにミサイルおよび夜間観察システムと共に使用されることが多い。これ らの検出器は、しばしば赤外放射線が放射線の入射した物質の導電性を変化する 光導電性の原理で動作する。水銀カドミウムテルル化物から製造されるような光 導電性赤外線検出器は、しばしば極低温での動作のときに最も感度が高いため、 一般に必要動作温度を生成し維持する冷却剤として知られる冷却装置と共に使用 される。

赤外線検出器素子のアレイは、検出器が目標空間によって発生されたエネルギを 感知する素子システムにおいて使用されてもよいし、検出器素子は熱映像システ ムにおいて使用されてもよい。前方監視赤外線（”ＦＬＩＲ”）映像センサのよ うなある種の実時間熱映像システムでは移動ミラーが、検出器素子の直線アレイ を横切る目標空間によって放射された放射線を走査するために使用される。検出 器の一時的な出力は、目標空間からの熱放射の平面的な映像を形成する。

光導電性の赤外線検出器のアレイから電気信号を得るために、各検出器素子は一 般に別個の出力コンダクタと接続されている。さらに接地およびリターンパスも また設けられ、検出器素子のグループは通常共通のリターンに対して一緒に接続 されている。検出器アレイにおける検出器素子の個数はしばしば１５０を越え、 検出器アレイに対するおよびアレイからの信号伝送に必要なコンダクタの個数も １５０以上になることが多い。アレイに接続されるために必要な比較的多数のコ ンダクタは、コンダクタを通じて周囲環境からアレイに伝送される望ましくない 熱エネルギ量を増加する傾向がある。検出器に対する熱エネルギの流れを最少に するためにコンダクタの断面積を減少することは可能だが、断面積の減少はしば しばコンダクタ抵抗の増加を伴う。光導電性検出器は低インピーダンスを有する ことが多いので、検出器と直列に現れる高いコンダクタ抵抗は雑音および混信の 問題を引き起こす。さらにアレイを形成している密接した間隔の検出器素子に対 して比較的多数のコンダクタを接続することにも問題がある。

検出器素子アレイからのコンダクタの数を減少する方法の１つは、連続的な時間 間隔の間に２つ以上の検出器からの信号が共通のコンダクタで伝送される時分割 多重方式を使用することである。、しかしながら時分割多重方式の使用は、マイ クロボルトのオーダーの信号レベルを存する検出器の雑音特性にしばしば悪い影 響を及ぼす。時分割多重方式を実行するために使用される回路は、それらが一般 に１ボルト以上の制御信号によって駆動されるときに雑音を生成し、信号パスか ら全て絶縁されるわけではない。時分割多重方式に関連した雑音を減少するため に増幅器を使用することは一般に不可能である。これは増幅器がシステムの熱負 荷をしばしば増加するためである。さらに少数のコンダクタしか必要としないシ リコン読出しアレイを具備する光起電検出器アレイの使用が可能であるが、容易 に到達する動作温度で最も望ましいスペクトル範囲（すなわち８乃至１２μｍ） において動作できる大容量の光起電検出器を製造することは困難である。

発明の要約 本発明の好ましい実施例により電磁放射線検出器からの信号を多重化する方法お よび装置が与えられている。装置は、それぞれが電磁放射線の受信に応答して出 力を発生するように動作可能な複数の検出器素子を含む。また前記検出器素子の 出力の周波数分割多重万代のための回路が設けられる。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の好ましい実施例の技術により形成された信号多重化のための 装置を使用する熱映像システムの概略図であり、 第２図は、本発明の好ましい実施例の技術により形成された電磁放射線検出器か らの信号を多重化する装置の概略図で第１図を参照すると電磁放射線検出器から の信号を多重化する装置１０が示されている。装置１０は、目標空間における光 源１２からの赤外放射線を再映像ミラー１４を通して受信する。

再映像ミラー１４は熱映像システムの集合望遠鏡光学系を表すために使用される 。

光源１２によって伝送された電磁放射線を検出する手段を提供するために、装置 ｌＯは複数の光導電検出器１Ｂ乃至３２を含む。

別の適切な材料が使用されてよいことが理解されるべきであるが、光導電検出器 １６乃至３２は水銀カドミウムテルル化物から製造されてもよい。説明のために 検出器素子１６乃至３２は３つのグループに分割される；検出器１６乃至２０は 検出器グループ３４を形成し、検出器２２乃至２６は検出器グループ３６を形成 し、検出器２８乃至３２は検出器グループ３８を形成する。しかしながらもっと 多数またはもっと少数の検出器グループが使用されてよく、検出器グループ３４ 乃至３８はそれぞれもっと多数またはもっと少数の検出器を含んでよいことが理 解される。特定の検出器グループ内の検出器１６乃至３２それぞれからの出力は 図示された方法で接続されている。

検出器１６乃至３２の出力の周波数分割多重化を行なうために複数の交流電圧発 生器４０乃至４４が設けられる。各文流電圧発生器４０乃至４４からの出力は、 各検出器グループ３４乃至３８の異なる検出器素子に伝送される。例えば交流電 圧発生器４０からの出力は、検出器１６．２２および２８に伝送され、一方丈流 電圧発生器４２からの８カは検出器１８．２４および３０に伝送される。

同様に交流電圧発生器４４の出力は、検出器２０．２６および３２に伝送される 。

交流電圧発生器４０乃至４４は、異なる搬送周波数で動作するため、各検出器グ ループ４０乃至４４内の検出器素子１６乃至３２１；伝送されるバイアス電圧の 周波数は異なる。検出器素子１６乃至３２の抵抗を変化する入射電磁放射線は、 交流電圧発生器４０乃至４４によって供給されたバイアス電圧によりもたらされ た搬送周波数で検出器出力の増幅変調を引き起こす。したがって各検出器素子の 出力によって占められる周波数帯域は、入射電磁放射線の正または負の最大の放 射線計入力周波数を接続されている交流電圧発生器の搬送周波数と等しくなる。

異なる周波数を有するバイアス電圧を検出器１６乃至３２に供給することによっ て特定のグループ内の検出器素子の出力電流の周波数は異なったものになる。装 置ｌＯの適切な動作を保証するために交流電圧発生器４０乃至４４の最少周波数 は、検出器１６乃至３２の最大の放射線計入力周波数より大きくされるべきで器 放射線計入力周波数の２倍以上で分離されているべきである。

各検出器グループ３４乃至３８は複数の増幅器４６乃至５０の１つと通信する。

増幅器４６乃至５０は検出器１Ｂ乃至３２の出力間の混信を最少にすることがで きる低い入力インピーダンスを有する。増幅器４６乃至５０は低雑音広帯域の増 幅器であることが好ましい。

各検出器１Ｂ乃至３２の出力電流は搬送周波数で別個の信号成分から成る振幅変 調された信号であり、各放射線計入力周波数と搬送周波数との合計および差に等 しい周波数である。特定の検出器グループ８８乃至９２内の各検出器１６乃至３ ２の出力は、図示された方法で低入力インピーダンスの増幅器４６乃至５０の入 力に接続されており、したがって各項幅器４６乃至５０の出力は増幅器の入力電 流の合計に比例する。個々の放射線計入力信号周波数を増幅器の出力の周波数分 割多重信号から回復するためには３つのステップを経る。Ｎ１に入力を増幅器３ ４乃至３８にそれぞれ供給する検出器素子ＩＢ乃至３２の信号の出力が分離され る。検出器素子１６乃至３２から出力信号を分離するために、各バンドが別個の 搬送周波数の中央に位置する複数のバンドパスフィルタが設けられる。第２のス テップは、バンドパスフィルタ出力である個々の振幅変調された搬送波の復調（ または検出）である。第３のステップは、非直線復調処理の望ましくない結果（ 主に搬送周波数成分）を取除き、放射線計入力信号周波数で低雑音出力信号を生 成するための復調器（または検出器）出力のローパスフィルタである。

検出器１６乃至３２からの出力をバンドパスフィルタ処理および復調する手段を 提供するために、さらに装置１０は３つの乗算器グループ８８乃至９２に設けら れた複数の乗算器５２乃至６８を含む。各乗算器グループ８８乃至９２は信号入 力を増幅器４６乃至５０の１つから受信し、特定の乗算器グループ内の乗算器５ ２乃至６８はそれぞれ基準入力を交流電圧発生器４０乃至４４の１つから受信す る。したがって各乗算器５２乃至６８は、その特定の乗算器の基準電圧と同じバ イアス電圧を有する検出器の放射線計入力信号周波数と等しい周波数を持つ出力 を発生する。乗算器５２乃至６８の各出力はまた同じ検出器グループにおける別 の検出器の出力による周波数シフトされた出力のみならず、乗算処理の望ましく ない副産物である周波数を含む。乗算器グループ８８乃至９２はそれぞれ３つの 乗算器を含むが、各グループにおける乗算器の数は概してそれが接続されている 検出器グループにおける検出器の数に等しいことが理解される。

さらに検出器１６乃至３２から出力をバンドパスフィルタし復調する別の適切な 手段が使用されてもよい。

乗算器５２乃至６８からの出力をフィルタする手段を提供するために、さらに装 置１０は複数のローパスフィルタ７０乃至８６を含む。ローパスフィルタ７０は 乗算器５２から出力をフィルタするために使用され、一方ローバスフィルタ７２ は乗算器５４から出力をフィルタするために使用される。同様にローパスフィル タ７４乃至８８は乗算器５６乃至６８からの出力をそれぞれフィルタするために 使用される。ローパスフィルタ７０乃至８６は放射線計入力信号周波数が検出器 １６乃至３２から移動することを可能にし、一方乗算（または復調）処理の望ま しくない副産物を実質的に阻止し減衰する。この方法で乗算器５２乃至６８の出 力をフィルタすることによって乗算器５２乃至６８と共に動作しているローパス フィルタ７０乃至８６は、検出器１Ｂ乃至３２から出力を復調することができる 。ローパスフィルタ７０乃至８６はそれぞれＲＣ回路を含むが、別の適切なフィ ルタ手段が使用されてもよいことが理解される。

以下の例は、本発明が使用される方法の１つを説明するものである。説明のため に交流電圧発生器４４はＩＭＨｚの周波数で動作し、交流電圧発生器４２は２Ｍ Ｈｚで動作し、交流電圧発生器４０は３ＭＨｚの周波数で動作していると仮定す る。

さらに入射赤外放射線はＩＫＨｚの周波数で検出器１Ｂ乃至３２の抵抗を変動さ せるものと仮定する。これらの動作条件の下において検出器１６の出力は３ＭＨ ｚ±ＩＫＨｚおよび３　Ｍ　Ｈｚとなる。同様に検出器１８に対する出力は２Ｍ Ｈｚ±ＩＫＨｚおよび２ＭＨｚとなり、−力検出器２０に対する出力はＩＭＨｚ ±ｌＫＨ２およびＩ　Ｍ　ＨＺに等しい。これらの出力は、交流電圧発生器４０ からも出力を受ける乗算器５２に伝送される。交流電圧発生器４０は３ＭＨｚの 基準電圧で動作するため、乗算器５２からの出力は３ＭＨｚと検出器１６乃至２ ０からのそれぞれ別個の信号入力周波数との合計および差に等しい周波数を存す る。したがって乗算器の出力は以下の周波数を有する： ［乗算器５２の出力］ 入力信号の　入力信号の　出力信号の 供給源　周波数　周波数 検出器１６　１Ｋ）１２ ３ＭＨｚ＋ＩＫＨｚ　６ＭＨｚ＋ｌＫＨｚ３ＭＨｚ　ＥｉＭＨｚ 　ＫＨｚ ３ＭＨｚ−ＩＫＨｚ　６ＭＨｚ−ＩＫＨｚ検出器１８　１ＭＨｚ−ＩＫＨｚ ２ＭＨｚ＋１ＫＨｚ　５ＭＨｚ＋ｌＫＨｚ２ＭＨｚ　ＩＭＨｚ ＫＨｚ ２）ｌＨｚ−ＩＫＨｚ　１ＭＨｚ＋ｌＫＨｚ５ＭＨｚ−ＩＫＨｚ 検出器２０　２ＭＨｚ−ＩＫＨｚ １ＭＨｚ＋１ＫＨｚ　４ＭＨｚ＋ｌＫＨｚＩＭＨｚ　４ＭＨｚ ＫＨｚ １ＭＨｚ−ＩＫＨｚ　２ＭＨｚ＋ｌＫＨｚ４ＭＨｚ−ＩＫＨｚ ローパスフィルタ７０はＩＫＨｚ以上の周波数を有する信号を排除することがで きるため、検出器１ＢへのＩＫＨｚ数Ｈｚ計入力に対応する信号だけがローパス フィルタ７０を通過することが分るであろう。同様に検出器１８からの信号だけ がローパスフィルタ７２を通過することができ、また検出器２０からの信号だけ がローパスフィルタ７４を通過することが可能である。

検出器２２乃至３２も同様に動作する。

本発明は特定の実施例と共に記載されたことが理解されるべきである。周波数分 割多重方式を使用することによって検出器アレイから信号の伝送に必要とされる コンダクタの数は、使用されるコンダクタが１つ以上の検出器素子から出力を伝 送するために減少される。本発明のその他の修正も、この実施例、図面および以 下の請求の範囲を検討をすれば当業者に明確になるであろう。

国際調査報告 国際調査報告　。５８．。３．。４ ＳＡ　２２０；２

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれが電磁放射線の受信に応答して出力を発生するように動作可能な 複数の検知器素子と、前記検知器素子の出力を周波数分割多重化する手段とを含 む電磁放射線感知装置。
2. （２）前記検知器素子の出力を周波数分割多重化する手段は、前記検知器素子そ れぞれに対してバイアス電圧を供給するように動作可能な複数の交流電圧発生器 を含む請求項１記載の装置。
3. （３）前記周波数分割多重化する手段は、前記検知器素子の出力を増幅する手段 を含む請求項２記載の装置。
4. （４）前記周波数分割多重化する手段は、前記複数の検知器素子の出力をバンド パスフィルタ処理して復調する手段を含む請求項３記載の装置。
5. （５）前記バンドパスフィルタ処理して復調する手段は、前記複数の交流電圧発 生器の出力と増幅する前記手段からの出力とを選択的に乗算する手段を含む請求 項４記載の装置。
6. （６）前記周波数分割多重化する手段は、前記バンドパスフィルタ処理および復 調手段の出力をローパスフィルタ処理する手段を含む請求項５記載の装置。
7. （７）複数の検知器素子によって電磁放射線が受信できるようにし、 搬送周波数交流電圧信号により前記検知器素子をバイアスし、 前記検知器素子に周波数分割多重信号を発生させ、前記周波数分割多重信号を回 復するステップを含む電磁放射線感知方法。
8. （８）前記検知器素子に周波数分割多重信号を発生させる前記ステップは、前記 電磁放射線に前記搬送周波数交流電圧信号を振幅変調させるステップを含む請求 項７記載の方法。
9. （９）前記検知器素子に周波数分割多重信号を発生させる前記ステップは、前記 周波数分割多重信号を発生するために前記検知器素子からの出力を結合するステ ップを含む請求項７記載の方法。
10. （１０）前記検知器素子をバイアスするステップは、複数の交流電圧発生器の１ つからの出力を前記検知器素子の各々に伝送するステップを含む請求項７記載の 方法。
11. （１１）前記交流電圧発生器はそれぞれ異なる周波数で出力電圧を生成する請求 項１０記載の方法。
12. （１２）前記周波数分割多重信号を回復する前記ステップは、前記検知器素子か らの前記周波数多重信号をバンドパスフィルタ処理し復調するステップを含む請 求項７記載の方法。
13. （１３）前記バンドパスフィルタ処理し復調するステップは、前記検知器素子か らの前記周波数多重信号を複数の乗算器に伝送するステップを含む請求項１２記 載の方法。
14. （１４）前記周波数多重信号を回復する前記ステップは、前記乗算器の出力を複 数のローパスフィルタに伝送するステップを含む請求項１３記載の方法。
15. （１５）前記ローパスフィルタはそれぞれＲＣ回路を含む請求項１４記載の方法 。
16. （１６）それぞれが電気通信を行なう出力を有する複数の検知器素子を含む複数 の検知器素子グループと、交流バイアス電圧を前記検知器素子に供給する手段と 、前記検知器素子からの出力をバンドパスフィルタ処理し復調する手段と、 前記バンドパスフィルタ処理し復調する手段からの出力をローパスフィルタ処理 する手段とを含む電磁放射線を感知する装置。
17. （１７）交流バイアス電圧を前記検知器素子に供給する前記手段は、異なるバイ アス電圧を特定の検知器素子グルーブ内の各検知器素子に供給するように動作す る請求項１６記載の装置。
18. （１８）交流バイアス電圧を前記検知器素子に供給する前記手段は、複数の交流 電圧発生器を含む請求項１６記載の装置。
19. （１９）パスパンドフィルタ処理し復調する前記手段は複数の乗算器グループを 含み、前記乗算器グループはそれぞれ複数の乗算器を含む請求項１８記載の装置 。
20. （２０）前記乗算器は、それぞれ前記交流電圧発生器の１つから出力を受信する 請求項１９記載の装置。
21. （２１）前記各検知器素子グループは、前記乗算器グループの１つとの電気通信 を行なう請求項１９記載の装置。
22. （２２）ローパスフィルタ処理する前記手段は、複数のＲＣ回路を含む請求項１ ６記載の装置。