JPH05333126A - マルチチャネル磁束計測装置 - Google Patents
マルチチャネル磁束計測装置Info
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- JPH05333126A JPH05333126A JP4135487A JP13548792A JPH05333126A JP H05333126 A JPH05333126 A JP H05333126A JP 4135487 A JP4135487 A JP 4135487A JP 13548792 A JP13548792 A JP 13548792A JP H05333126 A JPH05333126 A JP H05333126A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】ＳＱＵＩＤを用いた複数の磁束センサにより一
度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチチャ
ネル磁束計測装置に関し、チャネル数が増えても大規模
な回路を必要とせず、バイアス周波数を低くしてマルチ
プレクサの高周波動作を不要とする。 【構成】１〜Ｎチャネルの磁束センサ１の出力毎に、磁
束計測のダイナミックレンジに対応したビット数より少
ない所定ビット数ｎで飽和する複数のカウンタ７を設け
る。カウンタ７は（２n −１）グループ、例えばｎ＝２
ビットでは３グルーブに分け、マルチプレクサ５がバイ
アス電流の１．５周期毎の各グループ毎にずらしたタイ
ミングでカウンタ値を並直変換して転送する。転送され
た直列データはデマルチプレクサ５で並列データに変換
され、ダイナミックレンジに応じたビット数の累積加算
器８で各グループ毎に累積加算され、各チャネル１〜ｎ
の磁束信号を得る。
度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチチャ
ネル磁束計測装置に関し、チャネル数が増えても大規模
な回路を必要とせず、バイアス周波数を低くしてマルチ
プレクサの高周波動作を不要とする。 【構成】１〜Ｎチャネルの磁束センサ１の出力毎に、磁
束計測のダイナミックレンジに対応したビット数より少
ない所定ビット数ｎで飽和する複数のカウンタ７を設け
る。カウンタ７は（２n −１）グループ、例えばｎ＝２
ビットでは３グルーブに分け、マルチプレクサ５がバイ
アス電流の１．５周期毎の各グループ毎にずらしたタイ
ミングでカウンタ値を並直変換して転送する。転送され
た直列データはデマルチプレクサ５で並列データに変換
され、ダイナミックレンジに応じたビット数の累積加算
器８で各グループ毎に累積加算され、各チャネル１〜ｎ
の磁束信号を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超伝導量子干渉計（以
下「ＳＱＵＩＤ」という；SuperconductingQUantum Int
erference Devices）を用いた複数の磁束センサにより
一度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチチ
ャネル磁束計測装置に関する。近年、生体などから発生
する微小磁界の測定にＳＱＵＩＤを利用した高感度な磁
束計測装置が利用されている。特に、脳及び心臓の磁界
分布を測定することにより、磁界を発生させている電流
源の推定が可能であり、これは診断上、非常に有意義な
情報を提供すると共に生体内の神経活動の解明に役立つ
ことが指摘されている。
下「ＳＱＵＩＤ」という；SuperconductingQUantum Int
erference Devices）を用いた複数の磁束センサにより
一度に多数の異なる領域からの磁界を検出するマルチチ
ャネル磁束計測装置に関する。近年、生体などから発生
する微小磁界の測定にＳＱＵＩＤを利用した高感度な磁
束計測装置が利用されている。特に、脳及び心臓の磁界
分布を測定することにより、磁界を発生させている電流
源の推定が可能であり、これは診断上、非常に有意義な
情報を提供すると共に生体内の神経活動の解明に役立つ
ことが指摘されている。
【０００２】このような磁界分布の測定は１チャネルの
磁束計測装置を使用し、各部位ごとの時系列データを順
番に測定することで可能である。しかし、１チャネルで
は測定に時間がかかり、被験者が疲労してしまうこと、
異なる場所の磁界を同時に測定できないため高い精度で
電流源の推定ができないことなどの問題点がある。この
ため磁束センサを複数個並べ、同時に各部位の磁界を測
定できるマルチチャネル磁束計測装置が必要とされる。
磁束計測装置を使用し、各部位ごとの時系列データを順
番に測定することで可能である。しかし、１チャネルで
は測定に時間がかかり、被験者が疲労してしまうこと、
異なる場所の磁界を同時に測定できないため高い精度で
電流源の推定ができないことなどの問題点がある。この
ため磁束センサを複数個並べ、同時に各部位の磁界を測
定できるマルチチャネル磁束計測装置が必要とされる。
【０００３】
【従来の技術】従来、ＳＱＵＩＤを用いたマルチチャネ
ル磁束計測においては、１チャネルの磁束センサに対
し、得られる検出信号を磁界信号に変換する処理回路も
１チャネル分ずつ設け、マルチチャネル化を計ったもの
（H.E.Hoening et al.,Biomagnetic multichannel syst
em with integrated SQUIDs and first order gradiome
ters operating in a shielded room,Cryogenics,vol.2
9,August,pp809-813,1989）や、各々のＳＱＵＩＤを異
なる周波数でドライブし、多重化して複数のＳＱＵＩＤ
出力線を１本にすることによりシステムを簡略化する方
法も提案されている（Furukawa et al.,Japanese Journ
al of Apply Physics,vol.28,No.3,March,989,pp L456-
L458）。
ル磁束計測においては、１チャネルの磁束センサに対
し、得られる検出信号を磁界信号に変換する処理回路も
１チャネル分ずつ設け、マルチチャネル化を計ったもの
（H.E.Hoening et al.,Biomagnetic multichannel syst
em with integrated SQUIDs and first order gradiome
ters operating in a shielded room,Cryogenics,vol.2
9,August,pp809-813,1989）や、各々のＳＱＵＩＤを異
なる周波数でドライブし、多重化して複数のＳＱＵＩＤ
出力線を１本にすることによりシステムを簡略化する方
法も提案されている（Furukawa et al.,Japanese Journ
al of Apply Physics,vol.28,No.3,March,989,pp L456-
L458）。
【０００４】これら方法は、いずれもＳＱＵＩＤ出力が
微小なアナログ信号となるアナログ動作のＳＱＵＩＤを
用いている。これに対しパルス出力の得られるディジタ
ルＳＱＵＩＤを用いた磁束測定装置としては、２接合量
子干渉素子からなるＳＱＵＩＤを交流バイアスし、パル
ス出力するＳＱＵＩＤ（特願昭６２−１２５４６９号）
や、アナログ動作するｄｃＳＱＵＩＤの電圧出力を、超
伝導コンパレータもしくは１ビットのＡＤ変換器に加
え、パルス出力を得るもの（D.Drung,Cryogenics,vol.2
6,pp623-627,1986）が知られており、出力Ｓ／Ｎ比を高
くできるという特徴がある。
微小なアナログ信号となるアナログ動作のＳＱＵＩＤを
用いている。これに対しパルス出力の得られるディジタ
ルＳＱＵＩＤを用いた磁束測定装置としては、２接合量
子干渉素子からなるＳＱＵＩＤを交流バイアスし、パル
ス出力するＳＱＵＩＤ（特願昭６２−１２５４６９号）
や、アナログ動作するｄｃＳＱＵＩＤの電圧出力を、超
伝導コンパレータもしくは１ビットのＡＤ変換器に加
え、パルス出力を得るもの（D.Drung,Cryogenics,vol.2
6,pp623-627,1986）が知られており、出力Ｓ／Ｎ比を高
くできるという特徴がある。
【０００５】ディジタルＳＱＵＩＤを用いたマルチチャ
ネル化の方法としては、各チャネルのディジタルＳＱＵ
ＩＤの出力を、一定期間毎にマルチプレクサで切り換
え、単一の処理回路で磁束信号に変換していく方法（特
願平１−１７８８５１号）や、超伝導フィードバック回
路を用いて磁束から電気の変換に必要な機能すべてをワ
ンチップ上に集積化したワンチップＳＱＵＩＤ（N.Fuji
maki et al.,"A Single-Chip SQUID Magnetometer",IEE
E Trans.Electron Device,vol.35,No.12 pp2412-2418,1
988 ）を用いて、複数のワンチップＳＱＵＩＤを一定期
間毎に選択回路により切り換え、磁束信号を得るものが
ある。
ネル化の方法としては、各チャネルのディジタルＳＱＵ
ＩＤの出力を、一定期間毎にマルチプレクサで切り換
え、単一の処理回路で磁束信号に変換していく方法（特
願平１−１７８８５１号）や、超伝導フィードバック回
路を用いて磁束から電気の変換に必要な機能すべてをワ
ンチップ上に集積化したワンチップＳＱＵＩＤ（N.Fuji
maki et al.,"A Single-Chip SQUID Magnetometer",IEE
E Trans.Electron Device,vol.35,No.12 pp2412-2418,1
988 ）を用いて、複数のワンチップＳＱＵＩＤを一定期
間毎に選択回路により切り換え、磁束信号を得るものが
ある。
【０００６】これらのマルチチャネル化の方法では、Ｓ
ＱＵＩＤからのパルス出力を順次選択するチャネルのス
キャニングを行っており、ＳＱＵＩＤのパルス出力は離
散的に抽出される。従って、磁束変化に対し検出間隔を
生じて応答の面で問題があり、このためバイアス周波数
を非常に高くしなければならない。例えば、１００チャ
ネルのマルチチャネル磁束計測装置を考えた場合、１チ
ャネルの場合よりもバイアス周波数を２桁近く上げなけ
ればならない。
ＱＵＩＤからのパルス出力を順次選択するチャネルのス
キャニングを行っており、ＳＱＵＩＤのパルス出力は離
散的に抽出される。従って、磁束変化に対し検出間隔を
生じて応答の面で問題があり、このためバイアス周波数
を非常に高くしなければならない。例えば、１００チャ
ネルのマルチチャネル磁束計測装置を考えた場合、１チ
ャネルの場合よりもバイアス周波数を２桁近く上げなけ
ればならない。
【０００７】図９は、このような問題点を改善する従来
のマルチチャネル磁束計測装置を示す。図９において、
１はディジタルＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ、２はバ
イアス電流源として動作する発振器、３は制御回路、４
は並直変換を行うマルチプレクサ、５は直並変換を行う
デマルチプレクサ、６は信号処理回路であり、磁束セン
サ１および信号処理回路６はＮチャネル分設けられてい
る。
のマルチチャネル磁束計測装置を示す。図９において、
１はディジタルＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ、２はバ
イアス電流源として動作する発振器、３は制御回路、４
は並直変換を行うマルチプレクサ、５は直並変換を行う
デマルチプレクサ、６は信号処理回路であり、磁束セン
サ１および信号処理回路６はＮチャネル分設けられてい
る。
【０００８】図１０は動作波形を示したもので、バイア
ス周波数が低くとも各チャネル１〜Ｎの応答に問題がな
いようにするため、Ｎ個の磁束センサ１には単一の発振
器２から共通にバイアス電流ａを与え、全て磁束センサ
１は並列に常に動作するようにしている。１〜Ｎチャネ
ルの磁束センサ１がバイアス電流の正負の後半の１／４
サイクルの期間に同期して一斉にパルス出力ｂ１，ｂ
２，・・・ｂN を出力する度に、１／４サイクルのパル
ス出力期間に亘りマルチプレクサ４で全てのチャネル１
〜Ｎを順番に選択して直列データに変換し、デマルチプ
レクサ５で再び並列データに変換し、磁束センサ１と同
じＮ台のカウンタ６によって磁束信号ｄ１，ｄ２，・・
・ｄN を得ている。
ス周波数が低くとも各チャネル１〜Ｎの応答に問題がな
いようにするため、Ｎ個の磁束センサ１には単一の発振
器２から共通にバイアス電流ａを与え、全て磁束センサ
１は並列に常に動作するようにしている。１〜Ｎチャネ
ルの磁束センサ１がバイアス電流の正負の後半の１／４
サイクルの期間に同期して一斉にパルス出力ｂ１，ｂ
２，・・・ｂN を出力する度に、１／４サイクルのパル
ス出力期間に亘りマルチプレクサ４で全てのチャネル１
〜Ｎを順番に選択して直列データに変換し、デマルチプ
レクサ５で再び並列データに変換し、磁束センサ１と同
じＮ台のカウンタ６によって磁束信号ｄ１，ｄ２，・・
・ｄN を得ている。
【０００９】しかし、図９、図１０のマルチチャネル化
の方法では、パルス出力毎に１／４サイクルの出力期間
に亘ってマルチプレクサ４で全てのチャネル１〜Ｎを選
択する必要があるため、マルチプレクサ４には高速な動
作が要求される。例えば、バイアス周波数が１０ＭＨｚ
の場合、１〜Ｎの全てのチャネルは Ｔ／４＝２５ｎｓ の間に切り換えなければならない。すると、１００チャ
ネルの場合、１チャネル当たり０．２５ｎｓの時間しか
割り当てられず、マルチプレクサ４には４ＧＨｚの高速
動作が要求される。
の方法では、パルス出力毎に１／４サイクルの出力期間
に亘ってマルチプレクサ４で全てのチャネル１〜Ｎを選
択する必要があるため、マルチプレクサ４には高速な動
作が要求される。例えば、バイアス周波数が１０ＭＨｚ
の場合、１〜Ｎの全てのチャネルは Ｔ／４＝２５ｎｓ の間に切り換えなければならない。すると、１００チャ
ネルの場合、１チャネル当たり０．２５ｎｓの時間しか
割り当てられず、マルチプレクサ４には４ＧＨｚの高速
動作が要求される。
【００１０】またディジタルＳＱＵＩＤの感度は、バイ
アス周波数の平方根に比例するため、感度を上げるため
にはバイアス周波数をできるだけ高くする必要があり、
マルチプレクサ４を更に高い周波数で動作させなくては
ならない。更にマルチプレクサ４としては液体ヘリウム
中などの極低温環境の超伝導状態で動作するジョセフソ
ンシフトレジスタを使用しており、動作速度は同じであ
るが常温環境にあるデマルチプレクサ５に比べバイアス
電流がかなり増加し、回路構成も相当に複雑化する。
アス周波数の平方根に比例するため、感度を上げるため
にはバイアス周波数をできるだけ高くする必要があり、
マルチプレクサ４を更に高い周波数で動作させなくては
ならない。更にマルチプレクサ４としては液体ヘリウム
中などの極低温環境の超伝導状態で動作するジョセフソ
ンシフトレジスタを使用しており、動作速度は同じであ
るが常温環境にあるデマルチプレクサ５に比べバイアス
電流がかなり増加し、回路構成も相当に複雑化する。
【００１１】一方、図１１に示すように磁束センサ１の
出力に、磁束信号の観測に必要なだけのダイナミックレ
ンジを有する例えば１６ビット以上のカウンタ７を設
け、カウンタ７の出力ｃ１〜ｃN をマルチプレクサ４で
切り換えて多重化する装置も考えられている。この場
合、カウンタ７は極低温環境で動作するジョセフソンカ
ウンタで構成するため、数千ゲートの非常に大規模なも
のとなる。
出力に、磁束信号の観測に必要なだけのダイナミックレ
ンジを有する例えば１６ビット以上のカウンタ７を設
け、カウンタ７の出力ｃ１〜ｃN をマルチプレクサ４で
切り換えて多重化する装置も考えられている。この場
合、カウンタ７は極低温環境で動作するジョセフソンカ
ウンタで構成するため、数千ゲートの非常に大規模なも
のとなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように従来技術に
よって１００チャネル以上のマルチチャネル磁束計測装
置を実現させるには、マルチプレクサを数ＧＨｚ以上の
高周波で動作させる必要があるため、マルチプレクサの
出力ケーブルは非常に帯域の広いものが必要になり、ケ
ーブルよりノイズが混入し易く、高感度な磁束センサに
誤動作を生じさせる原因となる。
よって１００チャネル以上のマルチチャネル磁束計測装
置を実現させるには、マルチプレクサを数ＧＨｚ以上の
高周波で動作させる必要があるため、マルチプレクサの
出力ケーブルは非常に帯域の広いものが必要になり、ケ
ーブルよりノイズが混入し易く、高感度な磁束センサに
誤動作を生じさせる原因となる。
【００１３】またマルチプレクサには数ＧＨｚ以上の高
周波のクロックを与えるため、クロックからのノイズの
影響も生じる。更にマルチプレクサ出力は数ｍＶと微小
なため、これを増幅する必要があるが、この増幅器に対
する条件も周波数が高くなるにつれ厳しくなり、構成が
困難なものとなる。
周波のクロックを与えるため、クロックからのノイズの
影響も生じる。更にマルチプレクサ出力は数ｍＶと微小
なため、これを増幅する必要があるが、この増幅器に対
する条件も周波数が高くなるにつれ厳しくなり、構成が
困難なものとなる。
【００１４】一方、図１１のように磁束センサの出力に
カウンタを設ける装置では、ジョセフソンカウンタの回
路規模が大きくなり、同時にジョセフソンカウンタを駆
動するバイアス電流も１チャネル当たり少なくとも数Ａ
必要とすることからバイアス電流が大幅に増加する。こ
のためカウンタバイアス電流による磁界ノイズが大きく
なり、高感度なＳＱＵＩＤ磁束センサに誤動作を生じさ
せる原因となる。
カウンタを設ける装置では、ジョセフソンカウンタの回
路規模が大きくなり、同時にジョセフソンカウンタを駆
動するバイアス電流も１チャネル当たり少なくとも数Ａ
必要とすることからバイアス電流が大幅に増加する。こ
のためカウンタバイアス電流による磁界ノイズが大きく
なり、高感度なＳＱＵＩＤ磁束センサに誤動作を生じさ
せる原因となる。
【００１５】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、大規模な回路を必要とせず、各チャ
ネルの応答に問題がなく、チャネル数が増えても、ま
た、バイアス周波数が高くとも、マルチプレクサに対し
て高周波動作が要求されないディジタルＳＱＵＩＤを用
いたマルチチャネル磁束計測装置を提供することを目的
とする。
てなされたもので、大規模な回路を必要とせず、各チャ
ネルの応答に問題がなく、チャネル数が増えても、ま
た、バイアス周波数が高くとも、マルチプレクサに対し
て高周波動作が要求されないディジタルＳＱＵＩＤを用
いたマルチチャネル磁束計測装置を提供することを目的
とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理説明
図である。まず本発明は、発振器２からの交流バイアス
電流ａを与えることによって検出磁束に応じたパルス出
力が得られるディジタルＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ
１を複数設けたマルチチャネル磁束計測装置を対象とす
る。
図である。まず本発明は、発振器２からの交流バイアス
電流ａを与えることによって検出磁束に応じたパルス出
力が得られるディジタルＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ
１を複数設けたマルチチャネル磁束計測装置を対象とす
る。
【００１７】このようなマルチチャネル磁束計測装置に
つき本発明にあっては、磁束センサ１の出力毎に設けら
れ、磁束計測のダイナミックレンジに対応したビット数
より少ない規定ビット数で飽和する複数のカウンタ７
と、カウンタ７の各カウンタ値をシリアルデータに変換
して出力する並直変換手段（マルチプレクサ）４と、並
直変換手段４から転送された直列データを並列データに
変換する直並変換手段（デマルチプレクサ）５と、直並
変換手段５の並列出力毎に設けられ、ダイナミックレン
ジに対応したビット数を備えた複数の累積加算器８と、
カウンタ７が飽和する前に並直変換手段４により各カウ
ンタ値を直列転送して直並変換手段５により並列データ
に戻し、累積加算器８の各々で加算させて各磁束センサ
１毎の磁束信号を得る制御回路３とを備えたことを特徴
とする。
つき本発明にあっては、磁束センサ１の出力毎に設けら
れ、磁束計測のダイナミックレンジに対応したビット数
より少ない規定ビット数で飽和する複数のカウンタ７
と、カウンタ７の各カウンタ値をシリアルデータに変換
して出力する並直変換手段（マルチプレクサ）４と、並
直変換手段４から転送された直列データを並列データに
変換する直並変換手段（デマルチプレクサ）５と、直並
変換手段５の並列出力毎に設けられ、ダイナミックレン
ジに対応したビット数を備えた複数の累積加算器８と、
カウンタ７が飽和する前に並直変換手段４により各カウ
ンタ値を直列転送して直並変換手段５により並列データ
に戻し、累積加算器８の各々で加算させて各磁束センサ
１毎の磁束信号を得る制御回路３とを備えたことを特徴
とする。
【００１８】一般的には、制御回路３はカウンタ７のビ
ット数をｎとするとき、１〜Ｎチャネルを（２n −１）
以下のグループに分け、各グループ毎にバイアス電流の
１／４周期に亘る並直転送期間を重複しないようずらし
てして設定したことを特徴とする。例えばカウンタ７の
ビット数ｎをｎ＝２ビットとした場合、チャネル１〜Ｎ
の３つずつを１単位とする整数をＭ（但し、Ｍ＝０，
１，・・・Ｎ−２）とするとき、 （３Ｍ＋１）のチャネル番号１，４，・・・３Ｍ＋１・
・・Ｎ−２をもつ第１グループ； （３Ｍ＋２）のチャネル番号２，５，・・・３Ｍ＋２・
・・Ｎ−１をもつ第２グループ； （３Ｍ）のチャネル番号３，６，・・・３Ｍ・・Ｎをも
つ第３グループ； に分ける。そして、各グループ毎にバイアス電流ａに同
期した１／４周期のパルス出力期間を重複しないように
ずらして設定し、各パルス出力期間毎に直並変換手段４
および並直変換手段５を制御して同一グループに属する
カウンタ７のカウンタ値を対応する累積加算器８に順次
転送して加算させることを特徴とする。
ット数をｎとするとき、１〜Ｎチャネルを（２n −１）
以下のグループに分け、各グループ毎にバイアス電流の
１／４周期に亘る並直転送期間を重複しないようずらし
てして設定したことを特徴とする。例えばカウンタ７の
ビット数ｎをｎ＝２ビットとした場合、チャネル１〜Ｎ
の３つずつを１単位とする整数をＭ（但し、Ｍ＝０，
１，・・・Ｎ−２）とするとき、 （３Ｍ＋１）のチャネル番号１，４，・・・３Ｍ＋１・
・・Ｎ−２をもつ第１グループ； （３Ｍ＋２）のチャネル番号２，５，・・・３Ｍ＋２・
・・Ｎ−１をもつ第２グループ； （３Ｍ）のチャネル番号３，６，・・・３Ｍ・・Ｎをも
つ第３グループ； に分ける。そして、各グループ毎にバイアス電流ａに同
期した１／４周期のパルス出力期間を重複しないように
ずらして設定し、各パルス出力期間毎に直並変換手段４
および並直変換手段５を制御して同一グループに属する
カウンタ７のカウンタ値を対応する累積加算器８に順次
転送して加算させることを特徴とする。
【００１９】
【作用】このような構成を備えた本発明のマルチチャネ
ル磁束計測装置によれば次の作用が得られる。本発明で
は、磁束計測に必要なダイナミックレンジに対応したビ
ット数が例えば１６ビット以上であったとしても、磁束
センサ１に続いて設けたカウンタ７は、１６ビットより
少ない例えば２ビットカウンタとする。
ル磁束計測装置によれば次の作用が得られる。本発明で
は、磁束計測に必要なダイナミックレンジに対応したビ
ット数が例えば１６ビット以上であったとしても、磁束
センサ１に続いて設けたカウンタ７は、１６ビットより
少ない例えば２ビットカウンタとする。
【００２０】このカウンタ７のカウンタ値は、各グルー
プ毎にバイアス電流ａの半周期Ｔ／２ずらし、且つ飽和
する前にバイアス電流ａのＴ／４周期に亘りマルチプレ
クサ４により直列データに変換されて転送される。具体
的には例えばカウンタ７をｎ＝２ビットとした場合、１
〜Ｎチャネルを３グループに分け、各グループ毎にＴ／
２周期ずらして順番に並直変換して転送する。
プ毎にバイアス電流ａの半周期Ｔ／２ずらし、且つ飽和
する前にバイアス電流ａのＴ／４周期に亘りマルチプレ
クサ４により直列データに変換されて転送される。具体
的には例えばカウンタ７をｎ＝２ビットとした場合、１
〜Ｎチャネルを３グループに分け、各グループ毎にＴ／
２周期ずらして順番に並直変換して転送する。
【００２１】このためＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ１
はバイアス電流の加わっている間は絶えず動作している
ので、応答上の問題は生じない。またセンサ出力の並直
変換による転送は、従来のようにバイアス電流の半周期
Ｔ／２毎ではなく、カウンタ７のビット数をｎとする
と、１グループは Ｔ×｛（２n −１）／ｎ｝ 周期毎に行う。例えばカウンタ７をｎ＝２ビットとした
場合、転送周期を１．５Ｔに延ばすことができる。
はバイアス電流の加わっている間は絶えず動作している
ので、応答上の問題は生じない。またセンサ出力の並直
変換による転送は、従来のようにバイアス電流の半周期
Ｔ／２毎ではなく、カウンタ７のビット数をｎとする
と、１グループは Ｔ×｛（２n −１）／ｎ｝ 周期毎に行う。例えばカウンタ７をｎ＝２ビットとした
場合、転送周期を１．５Ｔに延ばすことができる。
【００２２】これをクロック周波数で見ると、従来装置
に比べ本発明による並直転送のクロック周波数は、 ｎ／（２n −１） に下げることができる。例えばカウンタ７をｎ＝２ビッ
トとした場合、従来装置に比べクロック周波数を２／３
に下げることができる。
に比べ本発明による並直転送のクロック周波数は、 ｎ／（２n −１） に下げることができる。例えばカウンタ７をｎ＝２ビッ
トとした場合、従来装置に比べクロック周波数を２／３
に下げることができる。
【００２３】カウンタ７のビット数は増加するほどクロ
ック周波数は低くてよいが、回路規模と合わせて最適に
選ばれる。マルチプレクサ４で多重化された直列データ
はデマルチプレクサ５によって並列データに変換され、
各チャネル１〜Ｎ毎に設けられた累積加算器８によって
前回までのカウント値の合計と加算され、必要なだけの
ダイナミックレンジをもった磁束信号に変換される。
ック周波数は低くてよいが、回路規模と合わせて最適に
選ばれる。マルチプレクサ４で多重化された直列データ
はデマルチプレクサ５によって並列データに変換され、
各チャネル１〜Ｎ毎に設けられた累積加算器８によって
前回までのカウント値の合計と加算され、必要なだけの
ダイナミックレンジをもった磁束信号に変換される。
【００２４】
【実施例】図２は本発明の一実施例を示した実施例構成
図であり、超伝導フィードバック回路を含むＳＱＵＩＤ
磁束センサを複数備えたマルチチャネル磁束計測装置を
例にとっている。図２において、１はＳＱＵＩＤを用い
た磁束センサであり、チャネル１〜ＮのＮ個設けてお
り、生体からの微小磁束を検出して電気信号に変換す
る。２はバイアス電流源として動作する発振器であり、
ＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ１のそれぞれをパルス動
作させるため、所定周波数のバイアス電流ａを供給す
る。
図であり、超伝導フィードバック回路を含むＳＱＵＩＤ
磁束センサを複数備えたマルチチャネル磁束計測装置を
例にとっている。図２において、１はＳＱＵＩＤを用い
た磁束センサであり、チャネル１〜ＮのＮ個設けてお
り、生体からの微小磁束を検出して電気信号に変換す
る。２はバイアス電流源として動作する発振器であり、
ＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ１のそれぞれをパルス動
作させるため、所定周波数のバイアス電流ａを供給す
る。
【００２５】チャネル１〜ｎの磁束センサ１は発振器２
からのバイアス電流ａを共通に受けることで全て同期し
たパルス動作を行い、それぞれの検出磁束に対応したパ
ルス出力ｂ１，ｂ２，・・・ｂN を出力する。７はチャ
ネル１〜Ｎ毎に設けられたカウンタであり、磁束センサ
１からの出力に応じ正のパルスが入力されると１つカウ
ントアップし、負のパルスが入力されると１つカウント
ダウンされる。このカウンタ７は本発明にあっては、計
測する磁束信号のダイナミックレンジ分のビット数を必
要とせず、例えば磁束信号の計測に必要なダイナミック
レンジ分のビット数が１６ビットであったとすると、カ
ウンタ７は１６ビットより少ない例えばｎ＝２ビットで
飽和するものを使用する。
からのバイアス電流ａを共通に受けることで全て同期し
たパルス動作を行い、それぞれの検出磁束に対応したパ
ルス出力ｂ１，ｂ２，・・・ｂN を出力する。７はチャ
ネル１〜Ｎ毎に設けられたカウンタであり、磁束センサ
１からの出力に応じ正のパルスが入力されると１つカウ
ントアップし、負のパルスが入力されると１つカウント
ダウンされる。このカウンタ７は本発明にあっては、計
測する磁束信号のダイナミックレンジ分のビット数を必
要とせず、例えば磁束信号の計測に必要なダイナミック
レンジ分のビット数が１６ビットであったとすると、カ
ウンタ７は１６ビットより少ない例えばｎ＝２ビットで
飽和するものを使用する。
【００２６】カウンタ７は磁束センサ１と共に液体ヘリ
ウムによる極低温部に収納されているため、ジョセフソ
ン集積回路により２ビットカウンタを実現しており、各
カウンタ７に対してはバイアス電流源１１よりカウンタ
駆動のためのバイアス電流の供給を受けている。カウン
タ７に続いてはマルチプレクサ（並直変換手段）として
動作するジョセフソンシフトレジスタ１０が設けられ
る。ジョセフソンシフトレジスタ１０は極低温部に収納
されていることから、ジョセフソン集積回路で構成され
ており、バイアス電流源１０によりマルチプレクサとし
ての動作に必要なバイアス電流の供給を受け、また制御
回路３により各カウンタ７のカウンタ値Ｃ１，Ｃ２，・
・・ＣN の並列データを直列データに変換して出力する
動作を行う。
ウムによる極低温部に収納されているため、ジョセフソ
ン集積回路により２ビットカウンタを実現しており、各
カウンタ７に対してはバイアス電流源１１よりカウンタ
駆動のためのバイアス電流の供給を受けている。カウン
タ７に続いてはマルチプレクサ（並直変換手段）として
動作するジョセフソンシフトレジスタ１０が設けられ
る。ジョセフソンシフトレジスタ１０は極低温部に収納
されていることから、ジョセフソン集積回路で構成され
ており、バイアス電流源１０によりマルチプレクサとし
ての動作に必要なバイアス電流の供給を受け、また制御
回路３により各カウンタ７のカウンタ値Ｃ１，Ｃ２，・
・・ＣN の並列データを直列データに変換して出力する
動作を行う。
【００２７】ジョセフソンシフトレジスタ１０で直列デ
ータに変換されたカウンタ値Ｃ１〜ＣN は前置増幅器１
４で増幅された後、直並変換手段として動作するデマル
チプレクサ５に入力される。ここで、ジョセフソンシフ
トレジスタ１０の出力は数ｍＶと小さいため、前置増幅
器１４で増幅することで、デマルチプレクサ５で処理可
能な信号レベルに増幅している。
ータに変換されたカウンタ値Ｃ１〜ＣN は前置増幅器１
４で増幅された後、直並変換手段として動作するデマル
チプレクサ５に入力される。ここで、ジョセフソンシフ
トレジスタ１０の出力は数ｍＶと小さいため、前置増幅
器１４で増幅することで、デマルチプレクサ５で処理可
能な信号レベルに増幅している。
【００２８】デマルチプレクサ５は制御回路３によりジ
ョセフソンシフトレジスタ１０における並直変換動作に
同期して直並変換動作を受け、直列データとして順次入
力するカウンタ値Ｃ１〜ＣN を並列出力端子に順次分配
する。デマルチプレクサ５に続いてはチャネル１〜Ｎ毎
にデコーダ１５が設けられている。デコーダ１５の機能
は後述する。デコーダ１５に続いてはチャネル１〜Ｎに
対応して累積加算器８が設けられる。累積加算器８はデ
マルチプレクサで並列データに変換されたチャネル１〜
Ｎのカウント値Ｃ１〜ＣN を元に加算していくもので、
累積加算器８は計測する磁束信号のダイナミック分のビ
ット数を必要とする。
ョセフソンシフトレジスタ１０における並直変換動作に
同期して直並変換動作を受け、直列データとして順次入
力するカウンタ値Ｃ１〜ＣN を並列出力端子に順次分配
する。デマルチプレクサ５に続いてはチャネル１〜Ｎ毎
にデコーダ１５が設けられている。デコーダ１５の機能
は後述する。デコーダ１５に続いてはチャネル１〜Ｎに
対応して累積加算器８が設けられる。累積加算器８はデ
マルチプレクサで並列データに変換されたチャネル１〜
Ｎのカウント値Ｃ１〜ＣN を元に加算していくもので、
累積加算器８は計測する磁束信号のダイナミック分のビ
ット数を必要とする。
【００２９】例えば、この実施例にあっては、磁束信号
のダイナミックレンジ分の１６ビット構成のものを用い
る。累積加算器８で加算されたカウント値は磁束信号ｄ
１，ｄ２，・・・ｄN としてチャネル１〜Ｎ毎に出力さ
れる。更に、１３はカウンタであり、チャネル１〜Ｎ毎
に設けた２ビットのカウンタ７のカウントサイクルを計
数し、制御回路３にトリガ信号を与えると共に発振器２
及びバイアス電流源１１に同期パルス信号を与える。
のダイナミックレンジ分の１６ビット構成のものを用い
る。累積加算器８で加算されたカウント値は磁束信号ｄ
１，ｄ２，・・・ｄN としてチャネル１〜Ｎ毎に出力さ
れる。更に、１３はカウンタであり、チャネル１〜Ｎ毎
に設けた２ビットのカウンタ７のカウントサイクルを計
数し、制御回路３にトリガ信号を与えると共に発振器２
及びバイアス電流源１１に同期パルス信号を与える。
【００３０】次に図３のタイミングチャートを参照して
図２の実施例における動作をその原理と共に説明する。
まず発振器２からはチャネル１〜Ｎの磁束センサ１に対
し、図３に示す所定周波数のバイアス電流ａを共通に供
給し、全チャネルの磁束センサ１を同期して動作してい
る。
図２の実施例における動作をその原理と共に説明する。
まず発振器２からはチャネル１〜Ｎの磁束センサ１に対
し、図３に示す所定周波数のバイアス電流ａを共通に供
給し、全チャネルの磁束センサ１を同期して動作してい
る。
【００３１】このようなバイアス電流ａの供給に対し磁
束センサ１のそれぞれはセンサ出力ｂ１〜ｂN を生ず
る。図３にあっては、チャネル１，２，３，・・・，３
Ｍ＋１，３Ｍ＋２，３Ｍ，・・・の３つ単位に磁束セン
サ１のセンサ出力ｂ１，ｂ２，ｂ３，・・・ｂ3M+1，ｂ
3M+2，ｂ3Mを示し、またカウンタ７のカウンタ出力のタ
イミングｃ１，ｃ２，ｃ３，・・・ｃ3M+1，ｃ3M+2，ｃ
3M，・・・を示している。
束センサ１のそれぞれはセンサ出力ｂ１〜ｂN を生ず
る。図３にあっては、チャネル１，２，３，・・・，３
Ｍ＋１，３Ｍ＋２，３Ｍ，・・・の３つ単位に磁束セン
サ１のセンサ出力ｂ１，ｂ２，ｂ３，・・・ｂ3M+1，ｂ
3M+2，ｂ3Mを示し、またカウンタ７のカウンタ出力のタ
イミングｃ１，ｃ２，ｃ３，・・・ｃ3M+1，ｃ3M+2，ｃ
3M，・・・を示している。
【００３２】本発明において、２ビットのカウンタ７を
用いたマルチプレクサとして機能するジョセフソンシフ
トレジスタ１０により並列カウントデータｃ１〜ｃN を
直列データに変換して転送する原理はチャネル１〜Ｎを
（２n −１）＝３で与えられる３つ置きの３グループに
分け、２ビットで構成された各カウンタ７が桁溢れする
前にバイアス電流ａの周期をＴとすると、Ｔ／４周期に
亘って並列データに変換して転送する。
用いたマルチプレクサとして機能するジョセフソンシフ
トレジスタ１０により並列カウントデータｃ１〜ｃN を
直列データに変換して転送する原理はチャネル１〜Ｎを
（２n −１）＝３で与えられる３つ置きの３グループに
分け、２ビットで構成された各カウンタ７が桁溢れする
前にバイアス電流ａの周期をＴとすると、Ｔ／４周期に
亘って並列データに変換して転送する。
【００３３】これを図３において具体的に説明すると次
のようになる。チャネル１〜Ｎの磁束センサ１からのパ
ルス出力ｂ１〜ｂN を計数するカウンタ７が桁溢れしな
いバイアス電流ａのサイクルは３サイクルである。この
カウンタ７が桁溢れしない３サイクルの区間は図４に取
り出して示すように、カウンタ７の計数値が（１，０，
−１，−２）の４状態のいずれかを取り得る１．５Ｔの
Ａ区間と、カウンタ７の計数値が（２，１，０，−１）
の４状態のいずれかを取り得る１．５ＴのＢ区間に分け
られ、これが順番に繰り返される。
のようになる。チャネル１〜Ｎの磁束センサ１からのパ
ルス出力ｂ１〜ｂN を計数するカウンタ７が桁溢れしな
いバイアス電流ａのサイクルは３サイクルである。この
カウンタ７が桁溢れしない３サイクルの区間は図４に取
り出して示すように、カウンタ７の計数値が（１，０，
−１，−２）の４状態のいずれかを取り得る１．５Ｔの
Ａ区間と、カウンタ７の計数値が（２，１，０，−１）
の４状態のいずれかを取り得る１．５ＴのＢ区間に分け
られ、これが順番に繰り返される。
【００３４】ここで、磁束センサ１からの正パルスはバ
イアス電流ａの正の半サイクルの斜線部で示す後半部分
に同期して発生し、一方、負パルスはバイアス電流ａの
負の半サイクルの斜線部の後半の区間に同期して発生す
る。このため、Ａ区間にあっては、カウンタ７が初期状
態で０であり、且つ１．５Ｔの区間で正パルスが１つ発
生した場合にはカウンタ値は０＋１＋０＝１となり、負
パルスが１つ正パルスが１つ生じた場合には−１＋１＋
０＝０となり、負パルスが２つ正パルスが１つ生じた場
合には−１＋１−１＝−１となり、更に負パルスのみが
２つ生じた場合には−１＋０−１＝−２となる。
イアス電流ａの正の半サイクルの斜線部で示す後半部分
に同期して発生し、一方、負パルスはバイアス電流ａの
負の半サイクルの斜線部の後半の区間に同期して発生す
る。このため、Ａ区間にあっては、カウンタ７が初期状
態で０であり、且つ１．５Ｔの区間で正パルスが１つ発
生した場合にはカウンタ値は０＋１＋０＝１となり、負
パルスが１つ正パルスが１つ生じた場合には−１＋１＋
０＝０となり、負パルスが２つ正パルスが１つ生じた場
合には−１＋１−１＝−１となり、更に負パルスのみが
２つ生じた場合には−１＋０−１＝−２となる。
【００３５】次のＢ区間にあっては、正パルスの発生区
間が２つ、負パルスの発生区間が１であることから、カ
ウンタ７の取り得る状態は（２，１，０，−１）のいず
れかとなる。このような３サイクルにおけるＡ区間とＢ
区間に対応して図３のカウンタ出力ｃ１〜ｃN は例えば
カウンタ出力ｃ１に示すように時刻ｔ0 でカウンタ７を
イニシャルリセットしたとすると１．５ＴのＡ区間とＢ
区間毎にリセットを受ける。
間が２つ、負パルスの発生区間が１であることから、カ
ウンタ７の取り得る状態は（２，１，０，−１）のいず
れかとなる。このような３サイクルにおけるＡ区間とＢ
区間に対応して図３のカウンタ出力ｃ１〜ｃN は例えば
カウンタ出力ｃ１に示すように時刻ｔ0 でカウンタ７を
イニシャルリセットしたとすると１．５ＴのＡ区間とＢ
区間毎にリセットを受ける。
【００３６】更に、３グループに分けたカウンタ出力ｃ
１〜ｃN の並直変換による多重化は各グループ毎にバイ
アス電流ａの半周期分だけずらして行っている。即ち、
第１グループはチャネル１，４，７，・・・，３Ｍ＋
１，・・・Ｎ−２で構成され、第２グループはチャネル
２，５，８，・・・，３Ｍ＋２，・・・Ｎ−１で構成さ
れ、更に第３グループはチャネル３，６，９，・・・，
３Ｍ，・・・Ｎで構成される。
１〜ｃN の並直変換による多重化は各グループ毎にバイ
アス電流ａの半周期分だけずらして行っている。即ち、
第１グループはチャネル１，４，７，・・・，３Ｍ＋
１，・・・Ｎ−２で構成され、第２グループはチャネル
２，５，８，・・・，３Ｍ＋２，・・・Ｎ−１で構成さ
れ、更に第３グループはチャネル３，６，９，・・・，
３Ｍ，・・・Ｎで構成される。
【００３７】そして、各グループにおける１．５Ｔの計
数区間を経過したリセットタイミングの直前にカウンタ
７のカウント値をジョセフソンシフトレジスタ１０に転
送し、ジョセフソンシフトレジスタ１０はカウンタリセ
ットに続くＴ／４区間に亘り各グループに属するチャネ
ルのカウント値を並列データに変換して転送する。図３
について具体的に見ると、マルチプレクサ４の制御信号
として第１グループのリセットタイミングｔ0 に続くＴ
／４のグループ番号「１」の区間に、このグループに属
するチャネル１，４，・・・３Ｍ＋１，・・・Ｎ−２の
カウント値Ｃ１，Ｃ４，・・・Ｃ3M+1，・・・ＣN-2 を
直列データに変換して転送する。
数区間を経過したリセットタイミングの直前にカウンタ
７のカウント値をジョセフソンシフトレジスタ１０に転
送し、ジョセフソンシフトレジスタ１０はカウンタリセ
ットに続くＴ／４区間に亘り各グループに属するチャネ
ルのカウント値を並列データに変換して転送する。図３
について具体的に見ると、マルチプレクサ４の制御信号
として第１グループのリセットタイミングｔ0 に続くＴ
／４のグループ番号「１」の区間に、このグループに属
するチャネル１，４，・・・３Ｍ＋１，・・・Ｎ−２の
カウント値Ｃ１，Ｃ４，・・・Ｃ3M+1，・・・ＣN-2 を
直列データに変換して転送する。
【００３８】続いてバイアス電流ａの周期Ｔが過ぎたグ
ループ番号「２」のタイミングで次の第２グループに属
するチャネル２，５，・・・３Ｍ＋２，・・・Ｎ−１に
属するカウント値を直列データに変換してＴ／４区間に
亘り転送する。更にグループ番号「３」に示すようにチ
ャネル３，６，・・・３Ｍ，・・・Ｎに属するカウンタ
値をＴ／４区間に亘り並列データに変換して転送する。
ループ番号「２」のタイミングで次の第２グループに属
するチャネル２，５，・・・３Ｍ＋２，・・・Ｎ−１に
属するカウント値を直列データに変換してＴ／４区間に
亘り転送する。更にグループ番号「３」に示すようにチ
ャネル３，６，・・・３Ｍ，・・・Ｎに属するカウンタ
値をＴ／４区間に亘り並列データに変換して転送する。
【００３９】このため、図２の実施例にあっては、従
来、バイアス電流ａの周期Ｔ毎にＴ／４区間に亘り全チ
ャネルのカウント値を並列データに変換して転送してい
た場合に比べ、Ｔ／４区間に切り換えるチャネル数を３
分の１に減らすことができる。また、３サイクルに２回
切り換えることからジョセフソンシフトレジスタ１０の
並直変換動作に使用するクロック周波数は従来装置の２
／３に減らすことができる。
来、バイアス電流ａの周期Ｔ毎にＴ／４区間に亘り全チ
ャネルのカウント値を並列データに変換して転送してい
た場合に比べ、Ｔ／４区間に切り換えるチャネル数を３
分の１に減らすことができる。また、３サイクルに２回
切り換えることからジョセフソンシフトレジスタ１０の
並直変換動作に使用するクロック周波数は従来装置の２
／３に減らすことができる。
【００４０】一般的に説明するならば、ｎビットのカウ
ンタ７を使用する場合、ジョセフソンシフト１０で実現
されるマルチプレクサのクロック周波数は ｎ／（２n −１） とすることができる。ここで、カウンタ７のビット数ｎ
を増加するほどマルチプレクサを動作するクロック周波
数は低くできるが、カウンタ７のビット数を増加すると
ジョセフソンカウンタで実現されるカウンタ７の回路構
成が複雑化し、且つバイアス電流源１１からのバイアス
電流も増加することから、回路規模と合わせた最適なビ
ット数ｎを選ぶことになる。
ンタ７を使用する場合、ジョセフソンシフト１０で実現
されるマルチプレクサのクロック周波数は ｎ／（２n −１） とすることができる。ここで、カウンタ７のビット数ｎ
を増加するほどマルチプレクサを動作するクロック周波
数は低くできるが、カウンタ７のビット数を増加すると
ジョセフソンカウンタで実現されるカウンタ７の回路構
成が複雑化し、且つバイアス電流源１１からのバイアス
電流も増加することから、回路規模と合わせた最適なビ
ット数ｎを選ぶことになる。
【００４１】以上のようにしてジョセフソンシフトレジ
スタ１０による多重化されたカウンタ値ｃ１〜ｃN の直
列データは前置増幅器１４で増幅された後、デマルチプ
レクサ５によって並列データに変換され、各チャネル毎
に設けられた累積加算器８により前回までのカウント値
の合計と加算され、必要なダイナミックレンジをもった
磁束信号ｄ１〜ｄN に変換される。
スタ１０による多重化されたカウンタ値ｃ１〜ｃN の直
列データは前置増幅器１４で増幅された後、デマルチプ
レクサ５によって並列データに変換され、各チャネル毎
に設けられた累積加算器８により前回までのカウント値
の合計と加算され、必要なダイナミックレンジをもった
磁束信号ｄ１〜ｄN に変換される。
【００４２】ここで、デマルチプレクサ５に続いて設け
られたデコーダ１５は図４に示したように３サイクルの
前半のＡ区間と後半のＢ区間でカウンタ７が取り得る状
態が異なることから、このＡ区間とＢ区間に応じた２ビ
ットのカウント値の解読を行う。まず、図４のＡ区間に
ついては図５（ａ）に示す変換特性がデコーダ１５のそ
れぞれに設定されており、２ビットのカウンタ出力に対
応してＡ区間で取り得る計数値（デシマル表示）に変換
される。一方、Ｂ区間については、図５（ｂ）に示す変
換特性が設定され、同じカウンタ７の２ビット出力に対
し異なったデコーダ出力（デシマル表示）に変換する。
られたデコーダ１５は図４に示したように３サイクルの
前半のＡ区間と後半のＢ区間でカウンタ７が取り得る状
態が異なることから、このＡ区間とＢ区間に応じた２ビ
ットのカウント値の解読を行う。まず、図４のＡ区間に
ついては図５（ａ）に示す変換特性がデコーダ１５のそ
れぞれに設定されており、２ビットのカウンタ出力に対
応してＡ区間で取り得る計数値（デシマル表示）に変換
される。一方、Ｂ区間については、図５（ｂ）に示す変
換特性が設定され、同じカウンタ７の２ビット出力に対
し異なったデコーダ出力（デシマル表示）に変換する。
【００４３】このデコーダ１５における図５（ａ）と図
５（ｂ）の特性は、例えば図３の時刻ｔ0 でイニシャル
リセットをした直後がＡ区間であったならば、最初、図
５（ａ）に示すＡ区間の変換特性を設定し、次の１．５
Ｔ後のタイミングで図５（ｂ）のＢ区間の特性に切り換
える処理を一義的に繰り返すだけで良い。図６は図２の
実施例に示した磁束センサ１の実施例構成図である。
５（ｂ）の特性は、例えば図３の時刻ｔ0 でイニシャル
リセットをした直後がＡ区間であったならば、最初、図
５（ａ）に示すＡ区間の変換特性を設定し、次の１．５
Ｔ後のタイミングで図５（ｂ）のＢ区間の特性に切り換
える処理を一義的に繰り返すだけで良い。図６は図２の
実施例に示した磁束センサ１の実施例構成図である。
【００４４】図６はワンチップ磁束センサを例にとって
おり、５２は一対のコイルを備えたピックアップコイル
であり、ループ内に交差する測定磁束を検出する。ピッ
クアップコイル５２は入力コイル５３と共に超伝導ルー
プを構成している。入力コイル５３はＳＱＵＩＤの一部
を構成し、ピックアップコイル５２との超伝導ループに
生じた磁束をセンサに取り込む。
おり、５２は一対のコイルを備えたピックアップコイル
であり、ループ内に交差する測定磁束を検出する。ピッ
クアップコイル５２は入力コイル５３と共に超伝導ルー
プを構成している。入力コイル５３はＳＱＵＩＤの一部
を構成し、ピックアップコイル５２との超伝導ループに
生じた磁束をセンサに取り込む。
【００４５】ＳＱＵＩＤ５１は２接合量子化干渉素子を
交流電流ａでバイアスするものが用いられ、超伝導ルー
プ３４にジョセフソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 及び超伝導インダ
クタンス５４を設けている。ＳＱＵＩＤ５１は入力コイ
ル５３から結合係数Ｍ1 により受けた測定磁束と超伝導
インダクタンス７０から受けたフィードバック磁束との
差を交流バイアス電流ａによりパルス化して入力磁束と
フィードバック磁束の差が０となるようなパルス列ｂと
して取り出される。
交流電流ａでバイアスするものが用いられ、超伝導ルー
プ３４にジョセフソン接合Ｊ1 ，Ｊ2 及び超伝導インダ
クタンス５４を設けている。ＳＱＵＩＤ５１は入力コイ
ル５３から結合係数Ｍ1 により受けた測定磁束と超伝導
インダクタンス７０から受けたフィードバック磁束との
差を交流バイアス電流ａによりパルス化して入力磁束と
フィードバック磁束の差が０となるようなパルス列ｂと
して取り出される。
【００４６】フィードバック回路としては、ＳＱＵＩＤ
５１から送られてくるパルスを磁束量子に変換する書込
ゲート６０と、書込ゲート６０を通過したパルスを磁束
量子に変換して蓄える超伝導インダクタンス７０で構成
される。書込ゲート６０はジョセフソン接合Ｊ3 ，Ｊ4
及びインダクタンス６１を備えた超伝導ループで構成さ
れる。超伝導インダクタンス７０に書込ゲート６０を介
して変換して蓄えられた磁束量子は磁気結合されたフィ
ードバックループを通じてフィードバック磁束としてＳ
ＱＵＩＤ５１の入力側に戻される。
５１から送られてくるパルスを磁束量子に変換する書込
ゲート６０と、書込ゲート６０を通過したパルスを磁束
量子に変換して蓄える超伝導インダクタンス７０で構成
される。書込ゲート６０はジョセフソン接合Ｊ3 ，Ｊ4
及びインダクタンス６１を備えた超伝導ループで構成さ
れる。超伝導インダクタンス７０に書込ゲート６０を介
して変換して蓄えられた磁束量子は磁気結合されたフィ
ードバックループを通じてフィードバック磁束としてＳ
ＱＵＩＤ５１の入力側に戻される。
【００４７】このため、書込ゲート６０及び超伝導イン
ダクタンス７０でなるフィードバック回路はＳＱＵＩＤ
５１から出力されるパルスを計測し、この計測結果に応
じた磁束量子をＳＱＵＩＤ５１の入力側にフィードバッ
クすることになる。従って、、フィードバックループは
ピックアップコイル５２が拾った測定磁束を常にフィー
ドバック磁束で打ち消すように動作し、フィードバック
量を見ると測定磁束の大きさが分かることになる。
ダクタンス７０でなるフィードバック回路はＳＱＵＩＤ
５１から出力されるパルスを計測し、この計測結果に応
じた磁束量子をＳＱＵＩＤ５１の入力側にフィードバッ
クすることになる。従って、、フィードバックループは
ピックアップコイル５２が拾った測定磁束を常にフィー
ドバック磁束で打ち消すように動作し、フィードバック
量を見ると測定磁束の大きさが分かることになる。
【００４８】図７は本発明の他の実施例を示した実施例
構成図であり、チャネル１〜Ｎ毎に設けた磁束センサ１
として、図８に取り出して示す超伝導フィードバック回
路を含まない磁束センサ１ａを使用し、フィードバック
回路については極低温部から外して室温側に設けた構成
としている。そのため、磁束センサ１ａ内のフィードバ
ックコイル５５に入力磁束を打ち消す向きの電流を流す
ため、室温側回路においてチャネル１〜Ｎの累積加算器
８の出力に各チャネル１〜Ｎ毎にＤ／Ａコンバータ１６
を設け、累積加算器８からのディジタル出力をアナログ
信号に変換した後、フィードバック抵抗１７により電流
に変換して磁束センサ１ａにフィードバックしている。
尚、他の構成及び動作は図２の実施例と同じである。
構成図であり、チャネル１〜Ｎ毎に設けた磁束センサ１
として、図８に取り出して示す超伝導フィードバック回
路を含まない磁束センサ１ａを使用し、フィードバック
回路については極低温部から外して室温側に設けた構成
としている。そのため、磁束センサ１ａ内のフィードバ
ックコイル５５に入力磁束を打ち消す向きの電流を流す
ため、室温側回路においてチャネル１〜Ｎの累積加算器
８の出力に各チャネル１〜Ｎ毎にＤ／Ａコンバータ１６
を設け、累積加算器８からのディジタル出力をアナログ
信号に変換した後、フィードバック抵抗１７により電流
に変換して磁束センサ１ａにフィードバックしている。
尚、他の構成及び動作は図２の実施例と同じである。
【００４９】このような図７の実施例によれば、フィー
ドバック電流用の信号線がチャネル数分だけ必要となる
が、極低温部に設けた磁束センサ１ａが簡単にでき、ま
た室温側に設けたフィードバック抵抗１７の抵抗値を変
えるだけで各チャネル当りの磁束センサ１ａに対するフ
ィードバック量を変えることができ、測定レンジを矯正
できる利点がある。
ドバック電流用の信号線がチャネル数分だけ必要となる
が、極低温部に設けた磁束センサ１ａが簡単にでき、ま
た室温側に設けたフィードバック抵抗１７の抵抗値を変
えるだけで各チャネル当りの磁束センサ１ａに対するフ
ィードバック量を変えることができ、測定レンジを矯正
できる利点がある。
【００５０】更に本発明の他の実施例としては、図５に
示したフィードバック回路を内蔵した磁束センサ１と図
７に示したフィードバック回路を室温側に設けた磁束セ
ンサ１ａをチャネル１〜Ｎの中に適宜に組み合わせて使
用するようにしても良い。また、上記の実施例にあって
は、カウンタ７を２ビット構成とした場合、チャネル１
〜Ｎを３つ置きの３グループに分けて順次並列転送して
いるが、チャネル数が増加するとＴ／２周期に並列転送
する１グループのチャネル数が増加してしまうため、チ
ャネル１〜Ｎを複数の上位グループに分け、各上位グル
ープの中を図２または図７に示すように３グループに分
け、上位グループ毎にマルチプレクサとして動作するジ
ョセフソンシフトレジスタ１０とデマルチプレクサ５を
設けるようにしても良い。
示したフィードバック回路を内蔵した磁束センサ１と図
７に示したフィードバック回路を室温側に設けた磁束セ
ンサ１ａをチャネル１〜Ｎの中に適宜に組み合わせて使
用するようにしても良い。また、上記の実施例にあって
は、カウンタ７を２ビット構成とした場合、チャネル１
〜Ｎを３つ置きの３グループに分けて順次並列転送して
いるが、チャネル数が増加するとＴ／２周期に並列転送
する１グループのチャネル数が増加してしまうため、チ
ャネル１〜Ｎを複数の上位グループに分け、各上位グル
ープの中を図２または図７に示すように３グループに分
け、上位グループ毎にマルチプレクサとして動作するジ
ョセフソンシフトレジスタ１０とデマルチプレクサ５を
設けるようにしても良い。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
ルチチャネルを構成する複数の磁束センサの出力をチャ
ネル毎に設けたビット数の少ないカウンタで計数した後
にマルチプレクサにより直列データに変換して転送し、
デマルチプレクサにより元の並列データに戻して累積加
算器によってチャネル毎に所定のダイナミックレンジを
得るように加算することで、マルチプレクサのクロック
周波数を下げることができ、マルチプレクサからの出力
ケーブルの周波数特性を緩和してノイズ混入を防ぎ、ま
たクロック周波数に起因したノイズの影響も低減でき
る。
ルチチャネルを構成する複数の磁束センサの出力をチャ
ネル毎に設けたビット数の少ないカウンタで計数した後
にマルチプレクサにより直列データに変換して転送し、
デマルチプレクサにより元の並列データに戻して累積加
算器によってチャネル毎に所定のダイナミックレンジを
得るように加算することで、マルチプレクサのクロック
周波数を下げることができ、マルチプレクサからの出力
ケーブルの周波数特性を緩和してノイズ混入を防ぎ、ま
たクロック周波数に起因したノイズの影響も低減でき
る。
【００５２】更にマルチプレクサ出力を増幅する増幅器
の周波数条件も緩和できる。また、磁束センサの出力パ
ルスをビット数の少ないカウンタで計数していることか
ら、カウンタをジョセフソンカウンタで構成しても回路
規模がさほど大きくならず、カウンタを駆動するバイア
ス電流も低減できることで磁気ノイズを減らして誤動作
の少ない高性能のマルチチャネル磁束計測装置を実現す
ることができる。
の周波数条件も緩和できる。また、磁束センサの出力パ
ルスをビット数の少ないカウンタで計数していることか
ら、カウンタをジョセフソンカウンタで構成しても回路
規模がさほど大きくならず、カウンタを駆動するバイア
ス電流も低減できることで磁気ノイズを減らして誤動作
の少ない高性能のマルチチャネル磁束計測装置を実現す
ることができる。
【図１】本発明の原理説明図
【図２】本発明の実施例構成図
【図３】図４の実施例の動作を示したタイミングチャー
ト
ト
【図４】図３のバイアス電流の３サイクル区間でカウン
タ計数値が異なる値をとる１．５サイクルの２区間の説
明図
タ計数値が異なる値をとる１．５サイクルの２区間の説
明図
【図５】図４のデコーダの変換表の説明図
【図６】図２の実施例で用いるディジタルＳＱＵＩＤの
実施例回路図
実施例回路図
【図７】本発明の他の実施例を示した実施例構成図
【図８】図８の実施例で用いるディジタルＳＱＵＩＤの
実施例回路図
実施例回路図
【図９】先行装置の説明図
【図１０】図９の先行装置のタイミングチャート
【図１１】磁束センサに続いてカウンタを設けた先行装
置の説明図
置の説明図
１，１ａ：磁束センサ ２：発振器 ３：制御回路 ４：マルチプレクサ（並直変換手段） ５：デマルチプレクサ（直並変換手段） ７：カウンタ ８：累積加算器 １０：ジョセフソンシフトレジスタ １１：バイアス電流源 １２：バイアス電流源 １３：カウンタ １４：前置増幅器 １５：デコーダ １６：ＤＡコンバータ １７：フィードバック抵抗 ５１：ＳＱＵＩＤ ５２：ピックアップコイル ５３：入力コイル ５５：フィードバックコイル ６０：書込ゲート ７０：超伝導インダクタンス
Claims (8)
- 【請求項１】発振器（２）からの交流バイアス電流を与
えることによって検出磁束に応じたパルス出力が得られ
るディジタルＳＱＵＩＤを用いた磁束センサ（１）を複
数設けたマルチチャネル磁束計測装置に於いて、 前記磁束センサ（１）の出力毎に設けられ、磁束計測の
ダイナミックレンジに対応したビット数より少ない規定
ビット数で飽和する複数のカウンタ（７）と、 該カウンタ（７）の各カウンタ値を直列データに変換し
て出力する並直変換手段（４）と、 該並直変換手段（４）から転送された直列データを並列
データに変換する直並変換手段（５）と、 該直並変換手段（５）の並列出力毎に設けられ、前記ダ
イナミックレンジに対応したビット数を備えた複数の累
積加算器（８）と、 前記カウンタ（７）が飽和する前に前記並直変換手段
（４）により各カウンタ値を直列転送して前記直並変換
手段（５）により並列データに戻し、前記累積加算器
（８）の各々で加算させて各磁束センサ（１）毎の磁束
信号を得る制御回路（３）と、を備えたことを特徴とす
るマルチチャネル磁束計測装置。 - 【請求項２】請求項１記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、 前記制御回路（３）は前記カウンタ（７）のビット数を
ｎとするとき、１〜Ｎチャネルを（２n −１）以下のグ
ループに分けて各グループ毎にバイアス電流の１／４周
期に渡る並直転送機関設定すると共に各グループの並直
転送期間が重複しないようにずらして設定したことを特
徴とするマルチチャネル磁束計測装置。 - 【請求項３】請求項２記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、 前記制御回路（３）は、カウンタ（７）のビット数をｎ
＝２ビットとした場合、チャネル１〜Ｎの３つずつを１
単位とする整数ををＭ（但し、Ｍ＝０，１，・・・Ｎ−
２）とするとき、（３Ｍ＋１）のチャネル番号をもつ第
１グループ、（３Ｍ＋２）のチャネル番号をもつ第２グ
ループ、（３Ｍ）のチャネル番号をもつ第３グループの
３つのグループに分け、該グループ毎に前記バイアス電
流に同期した１／４周期のパルス出力期間を半周期ずつ
ずらして設定し、各パルス出力期間毎に前記直並変換手
段（４）および並直変換手段（５）を制御して同一グル
ープに属するカウンタ（７）のカウンタ値を対応する前
記累積加算器（８）に順次転送して加算させることを特
徴とするマルチチャネル磁束計測装置。 - 【請求項４】請求項１記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、 前記カウンタ（７）と累積加算器（８）を複数グループ
に分け、各グループ毎に前記並直変換手段（４）および
直並変換手段（５）を設けたことを特徴とするマルチチ
ャネル磁束計測装置。 - 【請求項５】請求項１記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、 前記磁束センサ（１）の各々が超伝導回路で構成するフ
ィードバック回路を含むことを特徴とするマルチチャネ
ル磁束計測装置。 - 【請求項６】請求項４記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、 前記フィードバック回路は、超伝導インダクタンスと、
該超伝導インダクタンスに磁束量子を蓄える超伝導ゲー
トから成ることを特徴とするマルチチャネル磁束計測装
置。 - 【請求項７】請求項１記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、前記累積加算器（８）の出力に更にＤＡコ
ンバータ（１０）を各々設け、該ＤＡコンバータ（１
０）の出力を対応する前記磁束センサ（１）の各々にフ
ィードバックして入力磁束を打ち消す向きに加えること
を特徴とするマルチチャネル磁束計測装置。 - 【請求項８】請求項１記載のマルチチャネル磁束計測装
置に於いて、前記並直変換手段（４９はジョセフソン集
積回路から成るシフトレジスタであり、極低温の超伝導
状態で動作することを特徴とするマルチチャネル磁束計
測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4135487A JPH05333126A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | マルチチャネル磁束計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4135487A JPH05333126A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | マルチチャネル磁束計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05333126A true JPH05333126A (ja) | 1993-12-17 |
Family
ID=15152879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4135487A Withdrawn JPH05333126A (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | マルチチャネル磁束計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05333126A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008161408A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Yokogawa Electric Corp | マルチトリガ処理装置 |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP4135487A patent/JPH05333126A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008161408A (ja) * | 2006-12-28 | 2008-07-17 | Yokogawa Electric Corp | マルチトリガ処理装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
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