JP2807519B2 - 超伝導装置 - Google Patents
超伝導装置Info
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- JP2807519B2 JP2807519B2 JP1340969A JP34096989A JP2807519B2 JP 2807519 B2 JP2807519 B2 JP 2807519B2 JP 1340969 A JP1340969 A JP 1340969A JP 34096989 A JP34096989 A JP 34096989A JP 2807519 B2 JP2807519 B2 JP 2807519B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 超伝導装置に関し、 用途に応じて適当なスルーレートを選択し、構成の複
雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速度を
希望する値に設定できる超伝導装置を提供することを目
的とし、 ループ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループから
なるピックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界
結合され、取り出された磁束を交流バイアスによりパル
ス化する超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子か
ら出力されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁
束量子を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力
側にフィードバックする超伝導フィードバック手段とを
備え、超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づ
いてピックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝
導装置において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックされる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令
手段を設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指
令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィ
ードバックする前記磁束量子を電気的に切り換えるよう
に構成する。
雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速度を
希望する値に設定できる超伝導装置を提供することを目
的とし、 ループ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループから
なるピックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界
結合され、取り出された磁束を交流バイアスによりパル
ス化する超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子か
ら出力されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁
束量子を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力
側にフィードバックする超伝導フィードバック手段とを
備え、超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づ
いてピックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝
導装置において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックされる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令
手段を設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指
令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィ
ードバックする前記磁束量子を電気的に切り換えるよう
に構成する。
本発明は、高感度磁界センサとして用いられる超伝導
装置に係り、詳しくは、パルスを出力するSQUID（Super
conducting Quantum Interfernce Device;超伝導量子干
渉素子）センサを使用した超伝導装置に関する。
装置に係り、詳しくは、パルスを出力するSQUID（Super
conducting Quantum Interfernce Device;超伝導量子干
渉素子）センサを使用した超伝導装置に関する。
生体磁気測定などの分野でSQUID（以下、スクイドと
いう）は不可欠のデバイスとして用いられており、この
分野では、脳や心臓などの臓器の磁界分布を短時間で測
定するため、スクイドを多数並べた多チャンネルスクイ
ドシステムが要望され、開発が進められている。
いう）は不可欠のデバイスとして用いられており、この
分野では、脳や心臓などの臓器の磁界分布を短時間で測
定するため、スクイドを多数並べた多チャンネルスクイ
ドシステムが要望され、開発が進められている。
従来の超伝導装置を高感度磁界センサとして用いる場
合には、上述したように多チャンネルスクイドシステム
が優れており、このような多チャンネルスクイドを実現
するためには、ディジタルスクイドが有益と考えられて
いる（例えば、技術文献としてはD. Drung, Cryogenics
vol.26 pp.623−627.1986とFujimaki et al. IEEE Tra
ns. Electron Devices vol.35, No.12（1988）pp.2412
−2418参照）。これは、従来の多数のスクイドが、いわ
ゆるdc−SQUIDで、アナログ動作であったのに対し、デ
ィジタルスクイドはパルスを出力するものであり、出力
S/Nを増やし、そのままディジタル処理が可能であると
いう利点がある。
合には、上述したように多チャンネルスクイドシステム
が優れており、このような多チャンネルスクイドを実現
するためには、ディジタルスクイドが有益と考えられて
いる（例えば、技術文献としてはD. Drung, Cryogenics
vol.26 pp.623−627.1986とFujimaki et al. IEEE Tra
ns. Electron Devices vol.35, No.12（1988）pp.2412
−2418参照）。これは、従来の多数のスクイドが、いわ
ゆるdc−SQUIDで、アナログ動作であったのに対し、デ
ィジタルスクイドはパルスを出力するものであり、出力
S/Nを増やし、そのままディジタル処理が可能であると
いう利点がある。
また、フィードバック回路を超伝導回路で実現した、
いわゆるワンチップスクイドを本出願人は先に提案して
おり（特願昭62−177515号参照）、これはフィードバッ
ク回路をスクイドセンサと同一チップ上に集積化したも
ので、室温側とのフィードバック線を無くし、チャンネ
ル間のクロストークを減らすという利点を持っている。
いわゆるワンチップスクイドを本出願人は先に提案して
おり（特願昭62−177515号参照）、これはフィードバッ
ク回路をスクイドセンサと同一チップ上に集積化したも
ので、室温側とのフィードバック線を無くし、チャンネ
ル間のクロストークを減らすという利点を持っている。
しかしながら、このような従来の超伝導装置にあって
は、超伝導フィードバック回路のフィードバック磁束量
が一定であったため、いわゆるフィードバックのスルー
レートを変えることができず、測定感度（分解能）およ
び応答速度を希望する値に自由に切り換えられないとい
う問題点があった。
は、超伝導フィードバック回路のフィードバック磁束量
が一定であったため、いわゆるフィードバックのスルー
レートを変えることができず、測定感度（分解能）およ
び応答速度を希望する値に自由に切り換えられないとい
う問題点があった。
すなわち、ディジタルスクイドの場合には、フィード
バック回路の機能としてディジタルスクイドから出力さ
れるパルスのカウント動作と、このパルスカウント数の
D/A変換の動作が必要であり、この回路によって１パル
ス毎に一定量のフィードバック磁束ΔΦが増加する。こ
のΔΦが大きいほど、フィードバック回路のスルーレー
トが高くなって応答速度は速くなるが、大きすぎると量
子化誤差が大きくなって測定感度が悪くなる（分解能が
低下する）。そのため、例えば測定感度を高くするため
にフィードバック磁束ΔΦを小さい値に設定すると、ス
ルーレートが制限されて応答速度が悪くなる。一方、実
用上、場合によっては感度を犠牲にしても測定の応答速
度を上げることが要求されることもある。すなわち、用
途に応じて適当なスルーレートを選択して測定感度と応
答速度を希望する値にすることが要求されるというのが
実情である。
バック回路の機能としてディジタルスクイドから出力さ
れるパルスのカウント動作と、このパルスカウント数の
D/A変換の動作が必要であり、この回路によって１パル
ス毎に一定量のフィードバック磁束ΔΦが増加する。こ
のΔΦが大きいほど、フィードバック回路のスルーレー
トが高くなって応答速度は速くなるが、大きすぎると量
子化誤差が大きくなって測定感度が悪くなる（分解能が
低下する）。そのため、例えば測定感度を高くするため
にフィードバック磁束ΔΦを小さい値に設定すると、ス
ルーレートが制限されて応答速度が悪くなる。一方、実
用上、場合によっては感度を犠牲にしても測定の応答速
度を上げることが要求されることもある。すなわち、用
途に応じて適当なスルーレートを選択して測定感度と応
答速度を希望する値にすることが要求されるというのが
実情である。
このような相反する要求に対して、従来の超伝導装置
で対処しようとすると、例えばフィードバック磁束ΔΦ
を変えた別のディジタルスクイドをもう１台用意する等
ということになり、不便かつ面倒であるとともに、構成
の複雑化やコスト上昇を招き好ましくない。
で対処しようとすると、例えばフィードバック磁束ΔΦ
を変えた別のディジタルスクイドをもう１台用意する等
ということになり、不便かつ面倒であるとともに、構成
の複雑化やコスト上昇を招き好ましくない。
そこで本発明は、用途に応じて適当なスルーレートを
選択し、構成の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定
感度と応答速度を希望する値に設定できる超伝導装置を
提供することを目的としている。
選択し、構成の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定
感度と応答速度を希望する値に設定できる超伝導装置を
提供することを目的としている。
本発明による超伝導装置は上記目的達成のため、ルー
プ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループからなるピ
ックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界結合さ
れ、取り出された磁束を交流バイアスによりパルス化す
る超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子から出力
されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁束量子
を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力側にフ
ィードバックする超伝導フィードバック手段とを備え、
超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づいてピ
ックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝導装置
において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバックさ
れる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令手段を
設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指令手段
からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックする前記磁束量子を電気的に切り換えるように構成
している。
プ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導ループからなるピ
ックアップコイルと、ピックアップコイルに磁界結合さ
れ、取り出された磁束を交流バイアスによりパルス化す
る超伝導量子干渉素子と、超伝導量子干渉素子から出力
されたパルスを計測し、この計測結果に応じた磁束量子
を磁界結合を通して該超伝導量子干渉素子の入力側にフ
ィードバックする超伝導フィードバック手段とを備え、
超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づいてピ
ックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝導装置
において、前記超伝導量子干渉素子にフィードバックさ
れる前記磁束量子の切り換えを指令する切換指令手段を
設け、前記超伝導フィードバック手段は、切換指令手段
からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィードバ
ックする前記磁束量子を電気的に切り換えるように構成
している。
また、前記超伝導フィードバック手段は、複数のフィ
ードバック回路を含み、超伝導量子干渉素子と該フィー
ドバック回路の間に論理積ゲートを設け、前記切換指令
手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子から出力
されるパルスをどのフィードバック回路に伝えるかを切
り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手
段は、超伝導インダクタと磁束量子を書き込むためのゲ
ートを含む、超伝導ループからなることを特徴とし、前
記超伝導フィードバック手段は、その超伝導ループに書
込みゲートを複数含み、超伝導量子干渉素子から出力さ
れるパルスと書込みゲートの間に論理積ゲートを設け、
前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどの書込みゲートに伝える
かを切り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバ
ック手段は、その超伝導ループに超伝導インダクタを複
数並列接続し、これらの超伝導インダクタの少なくとも
一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネル部分
であることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手段
は、その超伝導ループの一部を比較的小さな超伝導イン
ダクタでシャントし、該小さな超伝導インダクタの少な
くとも一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネ
ル部分であることを特徴とする。
ードバック回路を含み、超伝導量子干渉素子と該フィー
ドバック回路の間に論理積ゲートを設け、前記切換指令
手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉素子から出力
されるパルスをどのフィードバック回路に伝えるかを切
り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手
段は、超伝導インダクタと磁束量子を書き込むためのゲ
ートを含む、超伝導ループからなることを特徴とし、前
記超伝導フィードバック手段は、その超伝導ループに書
込みゲートを複数含み、超伝導量子干渉素子から出力さ
れるパルスと書込みゲートの間に論理積ゲートを設け、
前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどの書込みゲートに伝える
かを切り換えることを特徴とし、前記超伝導フィードバ
ック手段は、その超伝導ループに超伝導インダクタを複
数並列接続し、これらの超伝導インダクタの少なくとも
一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネル部分
であることを特徴とし、前記超伝導フィードバック手段
は、その超伝導ループの一部を比較的小さな超伝導イン
ダクタでシャントし、該小さな超伝導インダクタの少な
くとも一部は、電界効果型超伝導三端子素子のチャンネ
ル部分であることを特徴とする。
本発明では、切換指令手段によりフィードバック磁束
量の切り換えが指令されると、超伝導フィードバック手
段がフィードバック磁束量の大きさを電気的に切り換え
てスルーレートを変える。
量の切り換えが指令されると、超伝導フィードバック手
段がフィードバック磁束量の大きさを電気的に切り換え
てスルーレートを変える。
したがって、１台のディジタルスクイドで用途に応じ
て適当なスルーレートが選択でき、測定感度と応答速度
を希望する値にできる。
て適当なスルーレートが選択でき、測定感度と応答速度
を希望する値にできる。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１〜６図は本発明に係る超伝導装置の第１実施例を
示す図である。第１図は超伝導装置のブロック図であ
り、この図において、１は超伝導ループからなり測定し
たい磁束をピックアップするためにループ内に鎖交する
磁束を取り出すピックアップコイル、２はピックアップ
コイル１に磁界結合され、取り出された被測定信号磁束
ΦSとフィードバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流
バイアスによりパルス化するスクイドセンサ（超伝導量
子干渉素子）である。スクイドセンサ２は入力磁束（Φ
S−ΦFB）に応じたパルスを出力する。なお、スクイド
センサ２としては２接合量子干渉素子を交流バイアスす
るものや、従来型のdc−SQUIDセンサのアナログ出力を
超伝導コンパレータに入力し、パルスを得るものなどが
用いられる。
示す図である。第１図は超伝導装置のブロック図であ
り、この図において、１は超伝導ループからなり測定し
たい磁束をピックアップするためにループ内に鎖交する
磁束を取り出すピックアップコイル、２はピックアップ
コイル１に磁界結合され、取り出された被測定信号磁束
ΦSとフィードバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流
バイアスによりパルス化するスクイドセンサ（超伝導量
子干渉素子）である。スクイドセンサ２は入力磁束（Φ
S−ΦFB）に応じたパルスを出力する。なお、スクイド
センサ２としては２接合量子干渉素子を交流バイアスす
るものや、従来型のdc−SQUIDセンサのアナログ出力を
超伝導コンパレータに入力し、パルスを得るものなどが
用いられる。
３は超伝導フィードバック手段であり、超伝導フィー
ドバック手段３はスクイドセンサ２から出力されたパル
スを計測し、この計測結果に応じた磁束量子を磁界結合
を通してスクイドセンサ２の入力側にフィードバックす
るとともに、切換指令回路（切換指令手段に相当）４か
らの切換信号に基づいてフィードバックする前記磁束量
子を電気的に切り換える。切換指令回路４は外部のオペ
レータからの操作によってスクイドセンサ２にフィード
バックされる前記磁束量子の切り換えを指令するもの
で、例えばノブを操作することによりフィードバックの
スルーレートを適当に選択できるような前記切換信号を
生成して超伝導フィードバック手段３に出力する。ある
いは、パルス出力を参照し、信号磁束ΦSの変化に応じ
て、切換指令回路４に切換信号を自動的に与える制御回
路4aを設けてもよい。
ドバック手段３はスクイドセンサ２から出力されたパル
スを計測し、この計測結果に応じた磁束量子を磁界結合
を通してスクイドセンサ２の入力側にフィードバックす
るとともに、切換指令回路（切換指令手段に相当）４か
らの切換信号に基づいてフィードバックする前記磁束量
子を電気的に切り換える。切換指令回路４は外部のオペ
レータからの操作によってスクイドセンサ２にフィード
バックされる前記磁束量子の切り換えを指令するもの
で、例えばノブを操作することによりフィードバックの
スルーレートを適当に選択できるような前記切換信号を
生成して超伝導フィードバック手段３に出力する。ある
いは、パルス出力を参照し、信号磁束ΦSの変化に応じ
て、切換指令回路４に切換信号を自動的に与える制御回
路4aを設けてもよい。
ここで、超伝導フィードバック手段３の詳細な回路構
成は第２図のように示され、超伝導フィードバック手段
３は超伝導フィードバック回路5,6、超伝導の論理和ゲ
ート７〜10および超伝導の論理積ゲート11,12により構
成される。なお、スクイドセンサ２へのフィードバック
は磁界結合により行われるため、第２図では単にスクイ
ドセンサ２にフィードバックの線路3aを接続して描いて
いる。超伝導フィードバック回路5,6は回路毎に１パル
ス当たりにフィードバックする磁束量ΔΦが変えられて
おり、例えば超伝導フィードバック回路５に対して超伝
導フィードバック回路６は10倍のフィードバック磁束量
ΔΦを持つように設定される。超伝導フィードバック回
路5,6としては、例えば第３図に示すように超伝導ルー
プ15にジョセフソン接合J1、J2を含みスクイドセンサ２
からのパルスを磁束量子に変換する書込みゲート16と、
書込みゲート16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17からなる超伝導の蓄積ループ
18を用いてもよいし、また第４図に示すようにジョセフ
ソン回路からなりスクイドセンサ２からのパルスをカウ
ントするアップダウンカウンタ21およびパルスカウント
数のD/A変換を行うD/A変換器22を用いてもよい。スクイ
ドセンサ２の入力側へのフィードバックは、第３図では
超伝導インダクタ17に磁界結合（相互インダクタンスは
Mf）するフィードバックコイル19を通して行い、第４図
ではD/A変換器22の出力に接続されたコイル23に磁界結
合（同じく相互インダクタンスはMf）するフィードバッ
クコイル24を通して行う。
成は第２図のように示され、超伝導フィードバック手段
３は超伝導フィードバック回路5,6、超伝導の論理和ゲ
ート７〜10および超伝導の論理積ゲート11,12により構
成される。なお、スクイドセンサ２へのフィードバック
は磁界結合により行われるため、第２図では単にスクイ
ドセンサ２にフィードバックの線路3aを接続して描いて
いる。超伝導フィードバック回路5,6は回路毎に１パル
ス当たりにフィードバックする磁束量ΔΦが変えられて
おり、例えば超伝導フィードバック回路５に対して超伝
導フィードバック回路６は10倍のフィードバック磁束量
ΔΦを持つように設定される。超伝導フィードバック回
路5,6としては、例えば第３図に示すように超伝導ルー
プ15にジョセフソン接合J1、J2を含みスクイドセンサ２
からのパルスを磁束量子に変換する書込みゲート16と、
書込みゲート16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17からなる超伝導の蓄積ループ
18を用いてもよいし、また第４図に示すようにジョセフ
ソン回路からなりスクイドセンサ２からのパルスをカウ
ントするアップダウンカウンタ21およびパルスカウント
数のD/A変換を行うD/A変換器22を用いてもよい。スクイ
ドセンサ２の入力側へのフィードバックは、第３図では
超伝導インダクタ17に磁界結合（相互インダクタンスは
Mf）するフィードバックコイル19を通して行い、第４図
ではD/A変換器22の出力に接続されたコイル23に磁界結
合（同じく相互インダクタンスはMf）するフィードバッ
クコイル24を通して行う。
再び第２図に戻り、スクイドセンサ２の出力パルスは
論理和ゲート８、10を通してそれぞれ論理積ゲート11,1
2に供給され、論理積ゲート11,12にはさらに論理和ゲー
ト７、９を通してそれぞれ切換指令回路４からの信号
ａ、ｂ（切換信号に相当）が供給されている。論理積ゲ
ート11,12はそれぞれの信号ａ、ｂが“1"のときスクイ
ドセンサ２からの出力パルスを超伝導フィードバック回
路5,6にそれぞれ供給する。したがって、信号ａ、ｂの
レベルを変えることにより、何れかの超伝導フィードバ
ック回路5,6を動作させてフィードバックのスルーレー
トを変えるようになっている。
論理和ゲート８、10を通してそれぞれ論理積ゲート11,1
2に供給され、論理積ゲート11,12にはさらに論理和ゲー
ト７、９を通してそれぞれ切換指令回路４からの信号
ａ、ｂ（切換信号に相当）が供給されている。論理積ゲ
ート11,12はそれぞれの信号ａ、ｂが“1"のときスクイ
ドセンサ２からの出力パルスを超伝導フィードバック回
路5,6にそれぞれ供給する。したがって、信号ａ、ｂの
レベルを変えることにより、何れかの超伝導フィードバ
ック回路5,6を動作させてフィードバックのスルーレー
トを変えるようになっている。
以上の構成において、スクイドセンサ２はピックアッ
プコイル１から伝えられた被測定信号磁束ΦSとフィー
ドバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流バイアスによ
りパルス化して差（ΦS−ΦFB）に応じたパルスを出力
する。一方、超伝導フィードバック手段３はパルス１つ
毎にフィードバック磁束を増やすように動作し、このフ
ィードバックによりスクイドセンサ２に加わる全鎖交磁
束は零に維持されるので、被測定磁束の大きさは、これ
を打ち消すフィードバック量から測定される。
プコイル１から伝えられた被測定信号磁束ΦSとフィー
ドバック磁束ΦFBの差を受け、これを交流バイアスによ
りパルス化して差（ΦS−ΦFB）に応じたパルスを出力
する。一方、超伝導フィードバック手段３はパルス１つ
毎にフィードバック磁束を増やすように動作し、このフ
ィードバックによりスクイドセンサ２に加わる全鎖交磁
束は零に維持されるので、被測定磁束の大きさは、これ
を打ち消すフィードバック量から測定される。
ここで、通常の測定を行う場合、すなわち、測定の応
答速度より感度を所定の分解能に維持する場合は切換指
令回路４のノブを通常の位置にして信号ａを“1"にす
る。これにより、スクイドセンサ２の出力パルスは論理
和ゲート８から論理積ゲート11を通って超伝導フィード
バック回路５に供給され、超伝導フィードバック回路５
により１パルス当たり磁束量ΔΦでフィードバックされ
て通常のスルーレートとなる。一方、スルーレートを変
えたい場合、例えば感度（分解能）よりも測定の応答速
度を上げたい場合には切換信号回路４のノブを操作して
信号ｂを“1"にする。これにより、スクイドセンサ２の
出力パルスは倫理和ゲート10から論理積ゲート12を通っ
て超伝導フィードバック回路６に供給され、超伝導フィ
ードバック回路６により１パルス当たり10倍のフィード
バック磁束量（10×ΔΦ）でフィードバックされて10倍
のスルーレートとなり、応答速度が高められる。すなわ
ち、感度を犠牲にしても測定の応答速度を上げるという
要求に沿うことができる。したがって、本実施例では１
台のディジタルスクイド２で用途に応じて適当なスルー
レートが選択でき、構成の複雑化やコスト上昇を招くこ
となく測定感度と応答速度を希望する値に設定すること
ができる。
答速度より感度を所定の分解能に維持する場合は切換指
令回路４のノブを通常の位置にして信号ａを“1"にす
る。これにより、スクイドセンサ２の出力パルスは論理
和ゲート８から論理積ゲート11を通って超伝導フィード
バック回路５に供給され、超伝導フィードバック回路５
により１パルス当たり磁束量ΔΦでフィードバックされ
て通常のスルーレートとなる。一方、スルーレートを変
えたい場合、例えば感度（分解能）よりも測定の応答速
度を上げたい場合には切換信号回路４のノブを操作して
信号ｂを“1"にする。これにより、スクイドセンサ２の
出力パルスは倫理和ゲート10から論理積ゲート12を通っ
て超伝導フィードバック回路６に供給され、超伝導フィ
ードバック回路６により１パルス当たり10倍のフィード
バック磁束量（10×ΔΦ）でフィードバックされて10倍
のスルーレートとなり、応答速度が高められる。すなわ
ち、感度を犠牲にしても測定の応答速度を上げるという
要求に沿うことができる。したがって、本実施例では１
台のディジタルスクイド２で用途に応じて適当なスルー
レートが選択でき、構成の複雑化やコスト上昇を招くこ
となく測定感度と応答速度を希望する値に設定すること
ができる。
なお、信号ａ、ｂの双方を“1"にして超伝導フィード
バック回路5,6における各フィードバック磁束の和をス
クイドセンサ２にフィードバックするようにしてもよ
い。
バック回路5,6における各フィードバック磁束の和をス
クイドセンサ２にフィードバックするようにしてもよ
い。
また、超伝導フィードバック回路は２個設けるのみで
なく、これ以上設け、同時に幾つかの切換信号を“1"に
してスルーレートを幅広く変えるようにしてもよい。さ
らに、スルーレートの切替を外部からノブで切替えるの
みならず、信号の性質により、制御回路4aにより、自動
的に選択してもよい。このようにすると、例えば信号の
時間変化が急峻な時は、スルーレートを大きくし、緩や
かな時は、スルーレートを小さくし、感度を高くするよ
うに動作することができる。第５図は、第１図に示した
制御回路4aおよび、切換指令回路４の詳細な一例を示す
もので、信号の性質により、スルーレートを自動的に変
えることができるものである。すなわち、第５図におい
て、101〜107はジョセフソン論理和ゲート、108〜111は
ジョセフソン論理積ゲート、112、113はタイムドインバ
ータ、114は超伝導アップダウンカウンター、115は切換
回路である。Φ1〜Φ3はこれらの各ゲートおよび各回路
を駆動する３相電源であって、第６図に示すような波形
を有する。第６図の場合、センサ出力パルスには、（Φ
S−ΦFB）の正負に従い、正パルスあるいは、負パルス
が生じる。これらの出力パルスはセンサバイアスに同期
して発生するので、３相電源波形を上記のように位相を
合わせることにより、センサ出力をジョセフソンゲート
に伝えることができる。
なく、これ以上設け、同時に幾つかの切換信号を“1"に
してスルーレートを幅広く変えるようにしてもよい。さ
らに、スルーレートの切替を外部からノブで切替えるの
みならず、信号の性質により、制御回路4aにより、自動
的に選択してもよい。このようにすると、例えば信号の
時間変化が急峻な時は、スルーレートを大きくし、緩や
かな時は、スルーレートを小さくし、感度を高くするよ
うに動作することができる。第５図は、第１図に示した
制御回路4aおよび、切換指令回路４の詳細な一例を示す
もので、信号の性質により、スルーレートを自動的に変
えることができるものである。すなわち、第５図におい
て、101〜107はジョセフソン論理和ゲート、108〜111は
ジョセフソン論理積ゲート、112、113はタイムドインバ
ータ、114は超伝導アップダウンカウンター、115は切換
回路である。Φ1〜Φ3はこれらの各ゲートおよび各回路
を駆動する３相電源であって、第６図に示すような波形
を有する。第６図の場合、センサ出力パルスには、（Φ
S−ΦFB）の正負に従い、正パルスあるいは、負パルス
が生じる。これらの出力パルスはセンサバイアスに同期
して発生するので、３相電源波形を上記のように位相を
合わせることにより、センサ出力をジョセフソンゲート
に伝えることができる。
したがって、第５図に示す回路では、正あるいは負の
フィードバック量が続く場合は次第に１パルス当りのフ
ィードバック量を増やし、続かない場合、すなわちフィ
ードバックが行き過ぎた場合はフィードバック量を減ら
すように働く。このため、信号が急峻な変化をする場合
は応答を速くし、暖やかな場合は応答を遅くして、感度
を上げることができる。なお、信号によって応答を変化
する方法は、上記回路側に限らず種々の制御回路を用い
ることができる。
フィードバック量が続く場合は次第に１パルス当りのフ
ィードバック量を増やし、続かない場合、すなわちフィ
ードバックが行き過ぎた場合はフィードバック量を減ら
すように働く。このため、信号が急峻な変化をする場合
は応答を速くし、暖やかな場合は応答を遅くして、感度
を上げることができる。なお、信号によって応答を変化
する方法は、上記回路側に限らず種々の制御回路を用い
ることができる。
次に、第７図は本発明の第２実施例を示す図であり、
本実施例は超伝導フィードバック回路として超伝導イン
ダクタ17と、複数の書込みゲート16a、16b……を含む蓄
積ループ28を用いる例である。そして、１つの書込みゲ
ートはパルスを１つ受け取る毎に磁束量子を１つ蓄積ル
ープ28に加えるように構成される。したがって、信号
ａ、ｂ……によりいくつの書込みゲートを動作させるか
を決めることができるから、パルス１つ当たりで磁束量
子をいくつ加えるかを、信号ａ、ｂ……によって切り換
えることができる。
本実施例は超伝導フィードバック回路として超伝導イン
ダクタ17と、複数の書込みゲート16a、16b……を含む蓄
積ループ28を用いる例である。そして、１つの書込みゲ
ートはパルスを１つ受け取る毎に磁束量子を１つ蓄積ル
ープ28に加えるように構成される。したがって、信号
ａ、ｂ……によりいくつの書込みゲートを動作させるか
を決めることができるから、パルス１つ当たりで磁束量
子をいくつ加えるかを、信号ａ、ｂ……によって切り換
えることができる。
第８図は本発明の第３実施例を示す図であり、本実施
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
17a、17bを２個並列接続し、各々の一部に電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bを設け、１つ
の書込みゲート16を含む蓄積ループ29を用いる例であ
る。スクイドセンサ２の入力側へのフィードバックは、
超伝導インダクタ17a、17bに磁界結合（結合度はMf1、M
f2）するフィードバックコイル19a、19bをそれぞれ通し
て行う。信号ａ、ｂの何れかを与えると、電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bの何れかの超
伝導性が失われ、超伝導が生きている超伝導インダクタ
のみに磁束が蓄積される。したがって、超伝導の蓄積ル
ープ29への結合度をMf1、Mf2というように変えておくこ
とにより、やはり切換信号によって１パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
17a、17bを２個並列接続し、各々の一部に電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bを設け、１つ
の書込みゲート16を含む蓄積ループ29を用いる例であ
る。スクイドセンサ２の入力側へのフィードバックは、
超伝導インダクタ17a、17bに磁界結合（結合度はMf1、M
f2）するフィードバックコイル19a、19bをそれぞれ通し
て行う。信号ａ、ｂの何れかを与えると、電界効果型超
伝導トランジスタのチャネル部分30a、30bの何れかの超
伝導性が失われ、超伝導が生きている超伝導インダクタ
のみに磁束が蓄積される。したがって、超伝導の蓄積ル
ープ29への結合度をMf1、Mf2というように変えておくこ
とにより、やはり切換信号によって１パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
第９図は本発明の第４実施例を示す図であり、本実施
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
31の一部を超伝導の小さなインダクタ32でシャントし、
このインダクタ32のさらに一部に電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33を設け、１つの書込みゲート
16を含む蓄積ループ34を用いる例である。なお、フィー
ドバックのための磁界結合は第５図と同様である。本実
施例の場合も信号ａを与えると、電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33の超伝導性が失われてシャン
トが効かなくなって超伝導インダクタ31のインダクタが
大きくなり、逆の場合は超伝導インダクタ31のインダク
タが小さくなる。したがって、信号ａにより超伝導イン
ダクタ31のインダクタを切り換えて１パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
例は超伝導フィードバック回路として超伝導インダクタ
31の一部を超伝導の小さなインダクタ32でシャントし、
このインダクタ32のさらに一部に電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33を設け、１つの書込みゲート
16を含む蓄積ループ34を用いる例である。なお、フィー
ドバックのための磁界結合は第５図と同様である。本実
施例の場合も信号ａを与えると、電界効果型超伝導トラ
ンジスタのチャネル部分33の超伝導性が失われてシャン
トが効かなくなって超伝導インダクタ31のインダクタが
大きくなり、逆の場合は超伝導インダクタ31のインダク
タが小さくなる。したがって、信号ａにより超伝導イン
ダクタ31のインダクタを切り換えて１パルス当たりのフ
ィードバック磁束量を切り換えることができる。
本発明によれば、１台のディジタルスクイドで用途に
応じて適当なスルーレートを選択することができ、構成
の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速
度を希望する値に設定することができる。
応じて適当なスルーレートを選択することができ、構成
の複雑化やコスト上昇を招くことなく測定感度と応答速
度を希望する値に設定することができる。
第１〜６図は本発明に係る超伝導装置の第１実施例を示
す図であり、 第１図はそのブロック図、 第２図はその超伝導フィードバック手段の回路図、 第３図はその超伝導フィードバック回路の構成を示す
図、 第４図はその超伝導フィードバック回路の他の構成を示
す図、 第５図はその制御回路等の詳細な回路図、 第６図はその制御回路等の３相電源の波形図、 第７図は本発明に係る超伝導装置の第２実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第８図は本発明に係る超伝導装置の第３実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第９図は本発明に係る超伝導装置の第４実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図でありる。 １……ピックアップコイル、２……スクイドセンサ（超
伝導量子干渉素子）、３……超伝導フィードバック手
段、４……切換指令回路（切換指令手段）、５、６……
超伝導フィードバック回路（超伝導フィードバック手
段）、７〜10……論理和ゲート、11、12……論理積ゲー
ト、15……超伝導ループ、16、16a、16b……書込みゲー
ト、17、17a、17b、31……超伝導インダクタ、18、28、
29、34……蓄積ループ、19、19a、19b、24……フィード
バックコイル、21……アップダウンカウンタ、22……D/
A変換器、30a、30b、33……電界効果型超伝導トランジ
スタのチャネル部分、32……インダクタ。
す図であり、 第１図はそのブロック図、 第２図はその超伝導フィードバック手段の回路図、 第３図はその超伝導フィードバック回路の構成を示す
図、 第４図はその超伝導フィードバック回路の他の構成を示
す図、 第５図はその制御回路等の詳細な回路図、 第６図はその制御回路等の３相電源の波形図、 第７図は本発明に係る超伝導装置の第２実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第８図は本発明に係る超伝導装置の第３実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図、 第９図は本発明に係る超伝導装置の第４実施例の超伝導
フィードバック回路の構成を示す図でありる。 １……ピックアップコイル、２……スクイドセンサ（超
伝導量子干渉素子）、３……超伝導フィードバック手
段、４……切換指令回路（切換指令手段）、５、６……
超伝導フィードバック回路（超伝導フィードバック手
段）、７〜10……論理和ゲート、11、12……論理積ゲー
ト、15……超伝導ループ、16、16a、16b……書込みゲー
ト、17、17a、17b、31……超伝導インダクタ、18、28、
29、34……蓄積ループ、19、19a、19b、24……フィード
バックコイル、21……アップダウンカウンタ、22……D/
A変換器、30a、30b、33……電界効果型超伝導トランジ
スタのチャネル部分、32……インダクタ。
Claims (6)
- 【請求項１】ループ内に鎖交する磁束を取り出す超伝導
ループからなるピックアップコイルと、 ピックアップコイルに磁界結合され、取り出された磁束
を交流バイアスによりパルス化する超伝導量子干渉素子
と、 超伝導量子干渉素子から出力されたパルスを計測し、こ
の計測結果に応じた磁束量子を磁界結合を通して該超伝
導量子干渉素子の入力側にフィードバックする超伝導フ
ィードバック手段とを備え、 超伝導量子干渉素子から出力されるパルスに基づいてピ
ックアップコイルに鎖交する磁束を測定する超伝導装置
において、 前記超伝導量子干渉素子にフィードバックされる前記磁
束量子の切り換えを指令する切換指令手段を設け、 前記超伝導フィードバック手段は、切換指令手段からの
指令に基づいて超伝導量子干渉素子にフィードバックす
る前記磁束量子を電気的に切り換えるように構成したこ
とを特徴とする超伝導装置。 - 【請求項２】前記超伝導フィードバック手段は、複数の
フィードバック回路を含み、 超伝導量子干渉素子と該フィードバック回路の間に論理
積ゲートを設け、 前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどのフィードバック回路に
伝えるかを切り換えることを特徴とする請求項１記載の
超伝導装置。 - 【請求項３】前記超伝導フィードバック手段は、超伝導
インダクタと磁束量子を書き込むためのゲートを含む、
超伝導ループからなることを特徴とする請求項１記載の
超伝導装置。 - 【請求項４】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループに書込みゲートを複数含み、 超伝導量子干渉素子から出力されるパルスと書込みゲー
トの間に論理積ゲートを設け、 前記切換指令手段からの指令に基づいて超伝導量子干渉
素子から出力されるパルスをどの書込みゲートに伝える
かを切り換えることを特徴とする請求項３記載の超伝導
装置。 - 【請求項５】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループに超伝導インダクタを複数並列接続し、 これらの超伝導インダクタの少なくとも一部は、電界効
果型超伝導三端子素子のチャンネル部分であることを特
徴とする請求項３記載の超伝導装置。 - 【請求項６】前記超伝導フィードバック手段は、その超
伝導ループの一部を比較的小さな超伝導インダクタでシ
ャントし、 該小さな超伝導インダクタの少なくとも一部は、電界効
果型超伝導三端子素子のチャンネル部分であることを特
徴とする請求項３記載の超伝導装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1340969A JP2807519B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 超伝導装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1340969A JP2807519B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 超伝導装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03197887A JPH03197887A (ja) | 1991-08-29 |
| JP2807519B2 true JP2807519B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=18341983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1340969A Expired - Fee Related JP2807519B2 (ja) | 1989-12-26 | 1989-12-26 | 超伝導装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2807519B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04269680A (ja) * | 1991-02-25 | 1992-09-25 | Seiko Instr Inc | 高感度磁場検出装置 |
-
1989
- 1989-12-26 JP JP1340969A patent/JP2807519B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03197887A (ja) | 1991-08-29 |
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Legal Events
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