JP2020136910A - 発振器、撮像装置 - Google Patents
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Abstract
Description
負性抵抗素子を含む共振器と、
前記負性抵抗素子に電圧を印加する電圧バイアス回路と、
抵抗と容量とが電気的に直列に接続されているシャント素子と、
を備え、
前記電圧バイアス回路に対して、前記負性抵抗素子と前記シャント素子とが、電気的に並列に接続されている、
ことを特徴とする発振器である。
本実施形態に係る発振器では、負性抵抗素子に電圧を印加する電圧バイアス回路に対して、当該負性抵抗素子と、直列に配置した抵抗および容量を有するシャント素子とを電気的に並列に接続する。これにより、消費電力の増加を抑制しつつ、寄生発生の抑制を安定して行うことのできる発振器を実現する。
本実施形態に係る発振器1の回路構成について図1(A)、図1(B)を用いて説明する。図1(A)は、発振器1の簡易的な回路構成(最小回路構成)を示しており、図1(B)は、発振器1のより詳細な回路構成を示している。発振器1は、発振回路100、電圧バイアス回路200、シャント素子310を有する。
de:RTD)を用いることにより、所定の電磁波の周波数(テラヘルツ周波数)での発振回路100を構成することができる。この共鳴トンネルダイオードは、GaAS,InP基板上に格子整合系でエピタキシャル成長されたGaAs/AlGaAs,InGaAs/InAlAsから成る量子井戸により構成される。
0間の配線に接続される素子である。
続いて、本実施形態のシャント素子310による寄生発振の抑制の効果を図3(A)〜図3(C)を用いて説明する。図3(A)および図3(B)は、比較例の発振器が有するシャント素子による電磁波の損失特性(遮断特性)を示す。図3(C)は、本実施形態に係る発振器1のシャント素子310による電磁波の損失特性を示す。
まず、図3(A)は、シャント素子として「抵抗素子(抵抗)」を用いた場合の損失特性例を示している。この場合、シャント素子は、テラヘルツ周波数ftより少し小さい全ての周波数において、損失L1を有しているため、寄生発振周波数fp1,fp2,fvにおける寄生発振を抑制できる。つまり、本例では、発振器は、広い範囲の周波数帯域に対して損失を有するため、十分に寄生発振を抑制することができる。一方、本例の発振器では、抵抗素子に対して定常的に電流が流れてしまうため、不要な電力消費が生じてしまう。
図3(B)は、シャント素子として「容量素子(容量)」を用いた場合の損失特性例を示している。図3(B)では、発振器が、2つの容量素子を備えた構成の例について説明する。より詳細には、発振器は、所定の容量値の容量素子(容量値の小さい容量素子)と、これよりも容量値の大きい容量素子を備える。
共振が発生して、当該容量素子が寄生発振を引き起こす可能性すらある。
図3(C)は、本実施形態のように、シャント素子310として、抵抗素子311(抵抗)と容量素子312(容量)を直列に接続した素子を用いる場合の損失特性例を示している。図3(C)が示すように、高い周波数においては、抵抗素子311が損失L0を有する。つまり、抵抗素子311が、寄生発振を抑制するシャント素子として動作する。このように、発振回路100において発生した不要なエネルギーを抵抗素子311により適正に損失させてしまうことによって、配線部400や電圧バイアス回路200の寄生素子と発振回路100との結合を防ぎ、寄生発振を抑制することができる。
が1MHzであれば、容量素子312の容量値Cは160pF以上であることが好ましい。
以下にて、発振器1の外部構成について、図4(A)〜図6(B)を用いて説明する。図4(A)は、本実施形態の発振器1の外部構成を示す模式図であり、図4(B)は、発振器1が有するチップ600および周辺をより詳細に示す模式図である。
シャント素子310の詳細の構成例を、図6(A)、図6(B)を用いて説明する。図6(A)は、図4(B)が示しているシャント素子310付近を拡大した模式図である。
ができる。なお、金属薄膜の代わりには、ポリシリコンへのドーピング量を調整して抵抗値を制御したポリシリコン抵抗をはじめとして、チップ600上に所望の抵抗を形成できるものであれば、任意のものを用いることができる。
本実施形態によれば、負性抵抗素子を含む発振回路を所定の周波数で発振させる発振器において、消費電力の増加を抑制し、寄生発振の抑制を安定的に行うことができる。
実施形態2に係る発振器2は、シャント素子の数と配置場所が実施形態1の発振器1と異なり、それ以外は実施形態1の発振器1と同じである。以下では、図8を用いて、本実施形態に係る発振器2を説明する。本実施形態に係る発振器2では、2つのシャント素子のそれぞれが、異なる部材(チップとプリント回路基板)に形成されている。
実施形態2に係る発振器2では、プリント回路基板500にシャント素子520が形成されていたが、実施形態3に係る発振器3では、図10(A)の回路構成図が示すように、パッケージ501にシャント素子520が形成される。以下では、図11(A)および図11(B)を用いて、実施形態3に係る発振器3について実施形態2と異なる部分について説明する。
実施形態4は、実施形態2と実施形態3とが組み合わさった実施形態である。より詳細には、本実施形態は、3つのシャント素子が、それぞれ異なる部材(チップ、パッケージ、プリント回路基板)に形成される形態である。図12(A)が示すように、本実施形態に係る発振器4は、実施形態2のように、容量素子302と同様の構成である容量素子502をプリント回路基板500上に備えている。また、発振器4は、実施形態3のように、パッケージ501がプリント回路基板500から挿抜が可能である。
されている。また、プリント回路基板500には、抵抗素子311と容量素子312を有するシャント素子520が形成されている。これらの容量素子302,502とシャント素子520のそれぞれは、異なる寄生発振を抑制するようにパラメータが設定されており、図9(B)が示すように、損失の周波数特性が連続している。
実施形態5に係る発振器5は、電圧バイアス回路の配置場所が実施形態1に係る発振器1と異なり、それ以外は、実施形態1に係る発振器1と同じである。
発振する部分の設計の制約を少なくすることができ、配置もより自由にできる。
実施形態1に係る発振器1では、電圧バイアス回路は、負性抵抗素子に直流電圧を印加していたが、本実施形態に係る発振器6では、電圧バイアス回路は、負性抵抗素子に交流電圧を印加する。なお、発振器6は、それ以外の構成については、実施形態1に係る発振器1と同様である。
実施形態1に係る発振器1は、撮像装置(画像取得装置)に対して適用可能であるため、本実施形態では発振器1を用いた撮像装置10について説明する。
さらに、実施形態7に係る撮像装置10に限らず、図14(B)が示すように、照明801には、実施形態6の電圧バイアス回路210を用いた発振器6を用いる撮像装置11とすることができる。
310:シャント素子、311:抵抗素子、312:容量素子
Claims (16)
- 負性抵抗素子を含む共振器と、
前記負性抵抗素子に電圧を印加する電圧バイアス回路と、
抵抗と容量とが電気的に直列に接続されているシャント素子と、
を備え、
前記電圧バイアス回路に対して、前記負性抵抗素子と前記シャント素子とが、電気的に並列に接続されている、
ことを特徴とする発振器。 - 前記負性抵抗素子と前記シャント素子とを接続する配線の長さは、前記共振器が発振する電磁波の波長の1/4以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載の発振器。 - 前記共振器および前記シャント素子は、同一のチップに形成されている、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発振器。 - 1または複数の第2シャント素子をさらに有し、
前記1または複数の第2シャント素子のそれぞれは、容量を含み、
前記電圧バイアス回路に対して、前記1または複数の第2シャント素子のそれぞれと前記負性抵抗素子と前記シャント素子とが電気的に並列に接続されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の発振器。 - 前記1または複数の第2シャント素子の少なくともいずれかと前記負性抵抗素子とを接続する配線の長さは、前記共振器が発振する電磁波の波長の1/4以下である、
ことを特徴とする請求項4に記載の発振器。 - 前記シャント素子と前記1または複数の第2シャント素子とはそれぞれ、
高周波側のカットオフ周波数に対応する波長の1/4以下の長さの配線によって、前記負性抵抗素子と接続されている、
ことを特徴とする請求項4または請求項5に記載の発振器。 - 前記シャント素子と前記1または複数の第2シャント素子とはそれぞれ、
前記負性抵抗素子と接続する配線の長さが短いほど、より高い周波数帯域の電磁波の発振を抑制する、
ことを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記1または複数の第2シャント素子のうちいずれかと前記共振器とは、同一のチップに形成されている、
ことを特徴とする請求項4から7のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記シャント素子と前記1または複数の第2シャント素子とのそれぞれは、互いに異なる部材に形成されている、
ことを特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記1または複数の第2シャント素子のそれぞれは、抵抗を含まない、
ことを特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記電圧バイアス回路が形成された第1基板と、
前記共振器が形成された第2基板と、
をさらに有し、
前記第1基板と前記第2基板とは、ケーブルを介して電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記シャント素子が有する抵抗の抵抗値は、負性抵抗領域における前記負性抵抗素子のインピーダンスの絶対値の1/2倍以上、2倍以下の値であり、
前記負性抵抗領域は、電圧電流特性において、電圧の増加に応じて電流が減少する領域である、
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記シャント素子が有する容量の容量値をCとし、前記シャント素子が有する抵抗の抵抗値をRとし、前記シャント素子の低周波側のカットオフ周波数をf0とすると、
R/10≧1/(2πf0×C)を満たす、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記電圧バイアス回路は、交流の電圧を前記負性抵抗素子に印加する、
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の発振器。 - 前記共振器が発振する電磁波の波長は、30GHz以上30THz以下である、
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の発振器。 - 請求項1から15のいずれか1項に記載の発振器を有する照明装置と、
前記発振器が発振した電磁波が照射された被対象を撮像する撮像素子と、
を備える、
ことを特徴とする撮像装置。
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