(57)【要約】本開示は、信号対雑音比を改良し、サンプリング速度を増加させ、増幅部への改良を介して、高温計のダイナミックレンジを増加させるためのシステム、方法、および装置を説明する。特に、単段非差動増幅器は、雑音の比例増加を伴わずに利得を増加させる、差動増幅器回路と置換され得る。差動増幅器回路は、差動電流を光検出器から受信し、それに応答して、トランスコンダクタンス利得を有する差動電圧出力を生成する並列に配置された一対のトランスインピーダンス増幅器回路を備えていることができる。
2018503815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温計における光学信号を増幅させるための高速、高信号対雑音比、高利得、低オフセット、かつ高ダイナミックレンジの完全差動増幅器回路であって、
前記増幅器回路は、
一次光検出器のアノードに結合するために構成された第１のシステム入力と、
前記一次光検出器のカソードに結合するために構成された第２のシステム入力であって、前記第１および第２のシステム入力が前記一次光検出器に結合されると、光電流ｉｐが前記第２のシステム入力と第１のシステム入力との間を通る、第２のシステム入力と、
トランスインピーダンス差動増幅器段と
を備え、
前記トランスインピーダンス差動増幅器段は、
前記一次光検出器に０Ｖと逆バイアスとの間のバイアスをかけるように構成された一次バイアス回路であって、前記一次バイアス回路は、第１および第２の出力を有する、一次バイアス回路と、
第１の電流入力および第１のトランスインピーダンス電圧出力を有する第１のトランスインピーダンス増幅器回路であって、前記第１の電流入力は、前記第１のシステム入力に結合され、第１のバイアス電圧入力が、前記一次バイアス回路の第１の出力に結合され、前記第１の電圧トランスインピーダンス出力における第１の電圧は、前記光電流ｉｐに比例する、第１のトランスインピーダンス増幅器回路と、
第２の電流入力および第２のトランスインピーダンス電圧出力を有する第２のトランスインピーダンス増幅器回路であって、前記第２の電流入力は、前記第２のシステム入力に結合され、第２のバイアス電圧入力が、前記一次バイアス回路の第２の出力に結合され、
前記第２の電圧トランスインピーダンス出力における第２の電圧は、前記第２のシステム入力と第１のシステム入力との間を通る前記光電流ｉｐに比例し、前記一次バイアス回路は、前記第１および第２のトランスインピーダンス増幅器回路に結合され、０Ｖから逆バイアスが前記一次光検出器を横断して存在するようにする、第２のトランスインピーダンス増幅器回路と、
一次差動出力電圧ｖ１であって、一次差動出力電圧ｖ１は、前記第１のトランスインピーダンス電圧出力と第２のトランスインピーダンス電圧出力との間の差異であり、プロセッサ内での温度または反射率値への変換のために構成されている、一次差動出力電圧ｖ１と
を備えている、完全差動増幅器回路。
【請求項２】
２つ以上の差動電圧増幅器段をさらに備え、前記２つ以上の差動電圧増幅器段の各々は、並列に配置された２つの差動電圧増幅器を備え、前記２つ以上の差動電圧増幅器段の各々は、差動電圧出力ｖ２、ｖ３を有する、請求項１に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項３】
前記２つ以上の差動電圧増幅器段のうちの１つにおける前記２つの差動電圧増幅器の各々は、前記トランスインピーダンス差動増幅器段の差動出力に結合されている、請求項２に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項４】
前記トランスインピーダンス差動増幅器段の前記差動出力の１つの分岐は、前記２つ以上の差動電圧増幅器段のうちの前記１つにおける前記２つの差動電圧増幅器のうちの一方の反転入力と、前記２つ以上の差動電圧増幅器段のうちの前記１つにおける前記２つの差動電圧増幅器のうちの他方の非反転入力とに結合され、それによって、前記入力が反転されない場合の一対の差動増幅器の２倍の利得を生成する、請求項３に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項５】
前記２つ以上の差動電圧増幅器段は、異なる利得を有する、請求項２に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項６】
前記２つ以上の差動電圧増幅器段は、前記２つ以上の差動電圧増幅器段の出力間で選択するために構成されるソフトウェアセレクタを有するプロセッサに結合するために構成され、それによって、増幅利得の選択は、データ収集中、電気スイッチを使用せずに、したがって、データストリームにおける摂動なしに行われることができる、請求項５に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項７】
ブラインド段をさらに備え、前記ブラインド段は、
前記一次光検出器によって観察される大部分の光子放出から隔離されているが、前記一次光検出器と構造的に同じであるブラインド光検出器と、
第３のトランスインピーダンス増幅器回路および第４のトランスインピーダンス増幅器回路の電圧入力に結合されたブラインドバイアス回路であって、前記ブラインドバイアス回路は、前記一次光検出器を横断して存在するバイアスと同等の大きさのバイアスで前記ブラインド光検出器にバイアスをかけるように構成され、前記ブラインド光検出器は、前記一次光検出器の漏れ電流を表す、ブラインドバイアス回路と、
前記一次差動出力ｖ１からの減算のために構成されているブラインド差動電圧出力ｖ４と
を備えている、請求項１に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項８】
一対のコンパレータをさらに備え、前記一対のコンパレータの各々は、一対の差動入力を有し、前記一次差動電圧出力ｖ１および前記ブラインド差動電圧出力ｖ４に結合され、前記コンパレータは、前記対のコンパレータの差動出力ｖ５が前記一次差動電圧出力ｖ１と前記ブラインド差動電圧出力ｖ４との間の差異と等しくなるような極性を有する、請求項７に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項９】
前記第１のシステム入力を前記第１のトランスインピーダンス増幅器回路の前記第１の電流入力に選択的に結合する第１のスイッチと、
前記第１のシステム入力と第２のシステム入力との間の伝導性ループであって、前記伝導性ループは、前記第１および第２のシステム入力を選択的に短絡させる第２のスイッチを含む、伝導性ループと
をさらに備え、
前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとは、前記一次光検出器が前記完全差動増幅器回路の外へ選択的に切り替えられ、それによって、前記一次光検出器の存在なしに漏れ電流較正が行われることを可能にするように交互に切り替えられる、請求項１に記載の完全差動増幅器回路。
【請求項１０】
高温計システムであって、前記システムは、
一次光検出器と、
前記一次光検出器に結合された一対のトランスインピーダンス増幅器を備えている差動増幅器回路であって、前記差動増幅器回路は、２つの差動電圧出力を有し、前記２つの差動電圧出力は、前記一次光検出器によって生成される光電流ｉｐに比例するが、異なる利得を有する、差動増幅器回路と、
前記２つの差動電圧出力の第１のものに結合された第１のアナログ／デジタルコンバータであって、前記第１のアナログ／デジタルコンバータは、第１の差動電圧出力から対応するデジタル値に転換するように構成され、前記第１のアナログ／デジタルコンバータは、前記対応するデジタル値をプロセッサに提供する第１のデジタル出力を有する、第１のアナログ／デジタルコンバータと、
前記２つの差動電圧出力の第２のものに結合された第２のアナログ／デジタルコンバータであって、前記第２のアナログ／デジタルコンバータは、第２の差動電圧出力を対応するデジタル値に転換するように構成され、前記第２のアナログ／デジタルコンバータは、前記対応するデジタル値を前記プロセッサに提供する第２のデジタル出力を有する、第２のアナログ／デジタルコンバータと、
前記第１および第２のデジタル出力に結合された前記プロセッサと
を備え、
前記プロセッサは、前記第１および第２のデジタル出力に結合されたセレクタを有し、前記セレクタは、前記第１および第２のデジタル出力のうちのどちらが前記プロセッサによって処理されるべきかを選択するように構成され、前記プロセッサは、前記第１および第２のデジタル出力のうちの選択されたものを温度または反射率値に転換するように構成され、前記温度または反射率値を提供する出力を有している、高温計システム。
【請求項１１】
前記差動増幅器回路（２０２）は、バイアスを前記一次光検出器２０１上に生じさせるように配置された一次バイアス回路を含み、前記バイアスは、０Ｖから逆バイアスの範囲であることができる、請求項１０に記載の高温計システム。
【請求項１２】
差動増幅器回路を動作させる方法であって、前記方法は、
差動トランスインピーダンス増幅器段において、光電流ｉｐを受信および供給することであって、前記光電流は、一次光検出器によって生成される、ことと、
前記差動トランスインピーダンス増幅器段を介して、前記光電流ｉｐを差動出力電圧ｖ１に転換することと、
前記第１の差動出力電圧ｖ１を並列に配置された一対の差動電圧増幅器段に提供し、それによって、前記第１の差動出力電圧ｖ１を異なる利得を有する一対の第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３に変換することと、
一対のアナログ／デジタルコンバータを介して、前記第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３をプロセッサにデジタル信号として提供することと、
電気スイッチを伴わない処理のために、前記第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３のうちの１つを選択することと、
前記第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３のうちの選択された１つを温度または反射率値に変換することと
を含む、方法。
【請求項１３】
ブラインド段へのブラインド光検出器を通る暗オフセット電流ｉｄを受信することであって、前記ブラインド段は、並列に配置される第２の対のトランスインピーダンス増幅器回路を備えている、ことと、
前記ブラインド段を介して、前記暗オフセット電流ｉｄを第４の差動出力電圧ｖ４に転換することであって、前記ブラインド光検出器は、前記一次光検出器内の漏れ電流を表す、ことと、
前記第４の差動出力電圧ｖ４を前記第１の差動出力電圧ｖ１から減算し、第５の差動出力電圧ｖ５を形成することと、
前記第５の差動出力電圧ｖ５を前記対の差動電圧増幅器段に提供することと、
前記第５の差動出力電圧ｖ５を前記第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３に変換することと、
前記第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３のうちの選択されたものを温度または反射率値に変換することと、
前記暗オフセット電流ｉｄを使用して減算し、前記一次光検出器内の漏れ電流を考慮することと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
２つの切り替え回路を介して、前記一次光検出器および前記ブラインド光検出器を前記差動増幅器回路から選択的に除去することと、
前記一次光検出器の影響なしで、前記差動増幅器回路内のオフセット電流を決定することと、
前記第２のまたは第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３のうちの選択された１つに基づいて決定される前記一次光電流ｉｐから前記オフセット電流を減算することであって、前記減算ことは、前記プロセッサ内で生じる、ことと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
０Ｖから逆バイアスの間であり、それらの値も含む一次バイアスで前記一次光検出器にバイアスをかけることと、前記一次バイアスと同じ大きさを有するブラインドバイアスで前記ブラインド光検出器にバイアスをかけることとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
０Ｖから逆バイアスの間であり、それらの値も含む一次バイアスで前記一次光検出器にバイアスをかけることと、前記一次バイアスと同じ大きさを有するブラインドバイアスで前記ブラインド光検出器にバイアスをかけることとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記差動トランスインピーダンス差動増幅器段は、並列に配置された第１の対のトランスインピーダンス増幅器回路を備え、これらのうちの一方は、前記光電流を受信し、一方は、前記光電流を供給する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（米国特許法§１１９に基づく優先権の主張）
本特許出願は、米国仮出願第６２０９６０９０号（２０１４年１２月２３日出願され、本願の出願人に譲渡、名称「ＵＳＥ  ＯＦ  Ａ  ＦＵＬＬＹ−ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ  ＦＲＯＮＴ−ＥＮＤ，ＷＩＴＨ  ＲＥＶＥＲＳＥ  ＢＩＡＳ  ＡＮＤ  ＢＬＩＮＤ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＳＵＰＰＯＲＴ  ＴＯ  ＡＣＨＩＥＶＥ  Ａ  ＨＩＧＨ−ＳＰＥＥＤ，ＬＯＷ  ＮＯＩＳＥ，ＬＯＷ  ＯＦＦＳＥＴ，ＨＩＧＨ−ＧＡＩＮ  ＰＹＲＯＭＥＴＥＲ  ＩＮＴＥＲＦＡＣＥ」、）に対する優先権を主張し、上記出願は、参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【０００２】
（開示の範囲）
本開示は、概して、光学高温測定に関する。特に、限定ではないが、本開示は、光学高温測定における使用のための改良された増幅器のためのシステム、方法、および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
製造環境では、接触を伴わずに物体の温度を測定することは、複雑かつ困難なタスクであることが証明されている。運動中の物体は、多くの場合、接触が難しく（例えば、溶融サファイア）、熱すぎる物体は、温度センサを損傷させるであろう。着目物体も、接触によって容易に損傷され、それによって、その温度の測定を阻み得る。高温測定測のための信頼性のある手段は、鋼鉄を鍛造するときに鍛冶工によって使用される原始的視覚による方法から、産業温度測定の今日の高度に正確な手段（例えば、光学高温測定）へ何世紀にもわたって進化している。
【０００４】
高温物体が光を放出することは、周知の現象である。高温であるほど、より明るくなる。実際、この現象は、多くの現代の技術のより重要な根本原理のうちの１つである。とりわけ、光学高温測定としても知られる放射温度測定が挙げられる。
【０００５】
システムの本質は、着目物体、すなわち、標的が、あるタイプの光学を用いて視認されることである。物体は、あるタイプの電子検出器上で撮像され、あるタイプの電子検出器は、入力（光強度）と出力（温度読み取り値）との間の既知の関係をもたらすために正確に較正されている。出力は、典型的には、制御システムの中にルーティングされ、フィードバックとして使用され、リアルタイムでプロセスを調節する。
【０００６】
光学高温計は、多くの場合、測定されている標的の検出された光学特性を表す電圧を増加させるための増幅器を使用する。これらの増幅器は、種々の課題を光学高温測定に導入し、それは、まだ適正に解決されていない。したがって、当技術分野において、光学高温計のための改良された増幅段の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図面に示される本発明の例示的実施形態は、以下に要約される。これらおよび他の実施形態は、発明を実施するための形態の節により完全に説明される。しかしながら、本発明を本発明の概要または発明を実施するための形態に説明される形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。当業者は、請求項に表されるような本発明の精神および範囲内にある、多数の修正、均等物、および代替構造が存在することを認識し得る。
【０００８】
本開示の側面は、一次光検出器のアノードに結合するために構成された第１のシステム入力と、一次光検出器のカソードに結合するために構成された第２のシステム入力とを含む、高温計における光学信号を増幅させるための完全差動増幅器回路として特徴付けられ得る。増幅器回路はまた、一次光検出器に０Ｖと逆バイアスとの間のバイアスをかけるように構成され、第１および第２の出力を有する一次バイアス回路を含むトランスインピーダンス差動増幅器段を含む。トランスインピーダンス差動増幅器段はまた、第１の電流入力および第１のトランスインピーダンス電圧出力を有する第１のトランスインピーダンス増幅器回路を含み、第１の電流入力は、第１のシステム入力に結合され、第１のバイアス電圧入力は、一次バイアス回路の第１の出力に結合され、第１の電圧トランスインピーダンス出力における第１の電圧は、光電流ｉｐに比例する。トランスインピーダンス差動増幅器段は、加えて、第２の電流入力および第２のトランスインピーダンス電圧出力を有する第２のトランスインピーダンス増幅器回路を含み、第２の電流入力は、第２のシステム入力に結合され、第２のバイアス電圧入力は、一次バイアス回路の第２の出力に結合され、第２の電圧トランスインピーダンス出力における第２の電圧は、第２のシステム入力と第１のシステム入力との間を通る光電流ｉｐに比例する。一次バイアス回路は、第１および第２のトランスインピーダンス増幅器回路に結合され、０Ｖから逆バイアスを一次光検出器を横断して存在させ、第１のトランスインピーダンス電圧出力と第２のトランスインピーダンス電圧出力との間の差異である一次差動出力電圧ｖ１は、プロセッサ内での温度または反射率値への変換のために構成される。
【０００９】
別の側面は、一次光検出器と、一次光検出器に結合され、一次光検出器によって生成される光電流ｉｐに比例するが、異なる利得を有する２つの差動電圧出力を有する一対のトランスインピーダンス増幅器を備えている差動増幅器回路とを備えている、高温計システムとして特徴付けられ得る。システムはまた、２つの差動電圧出力の第１のものに結合され、第１の差動電圧出力から対応するデジタル値に転換するように構成され、対応するデジタル値をプロセッサに提供する第１のデジタル出力を有する第１のアナログ／デジタルコンバータを含む。加えて、システムは、２つの差動電圧出力の第２のものに結合され、第２の差動電圧出力を対応するデジタル値に転換するように構成され、対応するデジタル値をプロセッサに提供する第２のデジタル出力を有する第２のアナログ／デジタルコンバータを含む。プロセッサは、第１および第２のデジタル出力に結合され、第１および第２のデジタル出力に結合され、第１および第２のデジタル出力のうちのどちらがプロセッサによって処理されるべきかを選択するように構成されるセレクタを有し、プロセッサは、第１および第２のデジタル出力のうちの選択されたものを温度または反射率値に転換するように構成され、温度または反射率値を提供する出力を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の種々の目的および利点ならびにより完全な理解は、付随の図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態および添付の請求項を参照することによって、明白になり、より容易に理解される。
【図１】図１は、光検出器と、フィードバック抵抗Ｒｆを有するトランスインピーダンス増幅器とを有する従来の高温計システムを示し、利得は、フィードバック抵抗Ｒｆに比例する。
【図２】図２は、高温計システムの実施形態を図示する。
【図３】図３は、高温計における光学信号を増幅させるための完全差動増幅器回路の実施形態を図示する。
【図４】図４は、図３に論じられる差動トランスインピーダンス増幅段の差動出力に対して２つのレベルの利得を提供する追加の利得段を伴う、完全差動増幅器回路の別の実施形態を図示する。
【図５】図５は、完全差動増幅器回路の別の実施形態を図示する。
【図６】図６は、完全差動増幅器回路のさらに別の実施形態を図示する。
【図７】図７は、完全差動増幅器回路の詳細図を図示する。
【図８】図８は、図７の詳細図を図示するが、スイッチの状態が逆にされている。
【図９】図９は、２つの差動電圧信号を一対のアナログ／デジタルコンバータに提供する差動フロントエンドのさらなる実施形態を図示する。
【図１０】図１０は、高温計システムの実施形態を図示する。
【図１１】図１１は、高温計システムの別の実施形態を図示する。
【図１２】図１２は、完全差動二重増幅器回路を動作させる方法を図示する。
【図１３】図１３は、器具の一実施形態の略図表現を示す。
【図１４】図１４は、高温計と、処理チャンバと、処理チャンバ内の標的の温度を読み取るフィードバックに基づいて、処理チャンバ内の加熱器を制御するためのフィードバック／制御システムとを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示は、概して、光学高温測定に関する。特に、限定ではないが、本開示は、光学高温測定において使用するための改良された増幅器のためのシステム、方法、および装置に関する。
【００１２】
単語「例示的」は、「実施例、事例、または例証としての役割を果たす」ことを意味にするために本明細書で使用される。「例示的」として本明細書に説明される任意の実施形態は、必ずしも、他の実施形態より好ましいまたは有利であるものとして解釈されるべきではない。
【００１３】
用語「差動増幅器回路」は、２つの駆動入力を有する増幅器を意味するために本明細書で使用される。
【００１４】
用語「完全差動増幅器回路」は、２つの入力電圧間の差異を増幅させるが、２つの入力に共通の任意の電圧を抑制する電子増幅器のタイプを意味するために本明細書で使用される。［１］これは、２つの入力と、１つの出力とを伴う、アナログ回路であり、出力は、理想的には、２つの電圧間の差異に比例する。
【００１５】
用語「増幅段」は、１つ以上の入力と、１つ以上の入力に比例する、１つ以上の出力とを有する回路またはシステムを指すために本明細書で使用される。増幅段は、演算増幅器、ＢＪＴ、ＭＯＳＦＥＴＳ、およびその他等の１つ以上の増幅器を含むことができる。
【００１６】
用語「バイアス回路」は、バイアスを回路またはシステムの別の部分に印加するように構築された回路を指すために本明細書で使用される。
【００１７】
用語「差動増幅器段」は、２つの駆動入力と、差動出力とを有する回路を指すために本明細書で使用される。
【００１８】
用語「差動入力」および「差動出力」は、入力または出力が、２つの分岐（ｌｅｇ）と、２つの分岐間の差動信号とを有することを示すために本明細書で使用される。
【００１９】
用語「ブラインド光検出器」、「ブラインド光電流」、「ブラインドバイアス」、および「ブラインド段」は全て、漏れ電流を一次光検出器の測定から考慮または減算するために使用される、増幅器回路の側面を指す。
【００２０】
用語「〜に結合される」は、連続したワイヤもしくは導線等を介した構成要素間の直接接続を指すことができるか、または別の構成要素もしくは回路等を介した構成要素間の間接接続を指すことができる。例えば、２つのコンデンサは、ダイオードまたはインダクタを通して互いに結合されることができる。
【００２１】
従来の光学高温計は、光検出器内の漏れ電流によって生じる誤差である低信号対雑音比によって悩まされ、高温測定において認められる広範囲の放出振幅に対処することができない。例えば、光電流は、１０-１３アンペアと低くあり得るので、かなりの増幅が、要求される。高温測定において現在使用されている単段増幅器を用いると、そのような小信号を検出するために必要とされる利得は、非常に大きなフィードバック抵抗Ｒｆを要求する（従来の単段増幅システムに関する図１参照）。図１は、光検出器１０２と、フィードバック抵抗Ｒｆを有するトランスインピーダンス増幅器１０４とを有する従来の高温計システムを示し、利得は、フィードバック抵抗Ｒｆに比例する。大利得が高温測定状況等において要求される場合、Ｒｆは、多くの場合、そのような小信号を認めるために、非常に大きくなければならないことが分かる。しかしながら、大Ｒｆは、高雑音および低速応答にも対応する。したがって、１０４等の単段トランスインピーダンス増幅器の使用は、本質的に、高雑音、不十分な利得、または低速応答によって限定される。
【００２２】
トランスインピーダンス増幅器１０４の出力は、２つの方向：（１）さらなる増幅段１０６、または、（２）さらなる利得を伴わない電気セレクタ１０８に通される。利得は、フィードバックレジスタＲｆのサイズに比例し、それは、ひいては、増幅された信号内に大雑音を生じさせることに留意されたい。したがって、小光電流ｉｐに対処するための必要利得を達成するために、このシステムは、出力電圧に対して過剰な雑音を導入する。
【００２３】
図１に図示されるもの等の従来の増幅スキームへの種々の修正に取り組んだ後、本発明者は、これらの問題が当技術分野において従来使用される単段非差動増幅器（例えば、１０４）に固有であり得ることを認識した。高温計設計者は、常時、単段非差動増幅器を使用しているが、本発明者は、完全に異なる増幅構造が、本発明者が高温計における単段非差動増幅の固有の限界と見なしたものを克服し得るのではないかと考えた。
【００２４】
差動増幅器は、差動増幅器が、典型的には、測定範囲が非常に狭い（すなわち、小ダイナミックレンジの測定が必要とされる）場合に使用され、性質上、高速であるので、高温計においてこれまで使用されていない。高温測定では、光電流は、１０−１３アンペア〜１０−６アンペア（７桁）間で変動し得、したがって、差動増幅器は、このタイプの検出に好適ではないと考えられる。加えて、差動増幅デバイスは、追加の構成要素ならびに追加のコストおよび複雑性を増幅システムに導入する。
【００２５】
これらの短所にかかわらず、本発明者は、高温計内の光電流を測定するための差動増幅器回路をモデル化し、予想外にも、有望な結果（すなわち、単段非差動増幅段において達成されたものより低い雑音、より広いダイナミックレンジ、およびより高速の応答サンプリングレート）を認めた。
【００２６】
本発明者はまた、検出器静電容量が、光検出器上の逆バイアスを増加させることによって減少させられ、雑音を低下させ得ること（例えば、これは、雑音を完全に除去する）を認識した。そのような調節の欠点は、光検出器が、増加される逆バイアスの関数として、増加される漏れ電流を観察することである。漏れ電流は、温度依存であり、したがって、高温計が典型的に動作する高温では（多くの場合、高温処理チャンバまたはその近傍に取り付けられるため）、漏れ電流をソフトウェアベースの補正のみを用いて取り除くことは、困難である。漏れ電流を考慮するために、「ブラインド」バイアスが、光学／ＩＲ放出源から隔離された「ブラインド」光検出器に印加された。この方法において、ブラインド光検出器からの電流は、一次検出器の漏れ電流のみを表すことが予期され、ブラインド光検出器に印加されるバイアスが一次光検出器に印加されるバイアスと同一である場合、ブラインド光検出器からの電流は、一次光検出器内の漏れ電流の推定に足りるはずである。バイアスがかけられたブラインド光検出器からの測定は、次いで、一次光検出器の測定から減算され、測定される温度に及ぼす漏れ電流の影響を限定することができる。
【００２７】
従来の高温測定増幅スキームに関する別の問題もまた、図１に見られ得、それは、異なる選択可能利得が所望される場合、信号強度の大きな変動に対処するために、第２の利得段１０６が、高利得１０７および低利得１０９出力が存在するように実装され得ることである。セレクタ１０８、典型的には、電気スイッチは、出力１０７、１０９のうちのどちらが、アナログ／デジタルコンバータ１１０（ＡＤＣ）に通されるかを選択する。処理行程中、測定されている標的の温度は、高利得出力１０７と低利得出力１０９との間の切り替えがデータ出力に摂動を生じさせ得るほど急速／劇的に変化し得る。
【００２８】
データ内のそのような摂動を解決するために、本発明者は、一対のＡＤＣ２０４、２０６（図２参照）を実装し、各々は、差動出力を完全差動増幅器回路２０２（「フロントエンド」とも称される）から受信し、各々は、デジタル出力２１６、２１８をプロセッサ２１０のセレクタ２０８に提供する。１つのみの増幅された信号がプロセッサに到達するであろう、従来の方法と異なり、本発明者の解決策は、両デジタル出力２１６、２１８が、プロセッサに到達することを可能にし、したがって、利得段間の選択が、ソフトウェア内で行われ、任意の時点で行われることを可能にする。この方法において、摂動は、セレクタ２０８が出力２１６、２１８間で切り替えるときに生じない。
【００２９】
議論は、ここで、図２−１２に図示されるシステム、方法、および装置のより詳細な説明に切り替わる。
【００３０】
図２は、高温計システム２００の実施形態を図示する。システム２００は、バイアスがかけられることも、そうではないこともあり、バイアスがかけられる場合、０Ｖと逆バイアス（逆バイアスの大きさに限定はない）との間のバイアスがかけられ得る、一次光検出器２０１を含むことができる。システム２００はまた、演算増幅器から構成される一対のトランスインピーダンス増幅器を含み得る、差動増幅器回路２０２を含むことができる。対のトランスインピーダンス増幅器は、トランスインピーダンス増幅器が、一次光検出器２０１を通して、光電流ｉｐをトランスインピーダンス増幅器の各々の出力における電圧に変換するように、一次光検出器２０１に結合するために構成されることができる。トランスインピーダンス増幅器は、並列に配置されるので、その出力は、差動電圧であり、同等利得の単段非差動増幅器より少ない雑音（または同一雑音レベルあたりのそれを上回る利得、もしくはより優れた信号対雑音比）を提供することができる。差動増幅器回路２０２は、一次光検出器２０１によって生成される光電流ｉｐに比例する２つの差動電圧出力２１２、２１４を有することができる。しかしながら、２つの差動電圧出力２１２、２１４は、異なる利得を有することができる。
【００３１】
２つの差動電圧出力２１２、２１４の各々は、第１のＡＤＣ２０４および第２のＡＤＣ２０６等、それぞれのアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）に結合されることができる。第１のＡＤＣ２０４は、第１の差動電圧出力２１２を対応するデジタル値に転換するように構成されることができる。第１のＡＤＣ２０４はまた、対応するデジタル値をプロセッサ２１０に提供する第１のデジタル出力２１６を有することができる。
【００３２】
第２のＡＤＣ２０６は、第２の差動電圧出力２１４を対応するデジタル値に転換するように構成されることができる。第２のＡＤＣ２０６はまた、対応するデジタル値をプロセッサ２１０に提供する、第２のデジタル出力２１８を有することができる。
【００３３】
プロセッサ２１０は、第１および第２のデジタル出力２１６、２１８に結合されることができる。プロセッサ２１０は、第１および第２のデジタル出力２１６、２１８に結合されるセレクタ２０８（例えば、スイッチ）を有することができる。セレクタ２０８は、第１および第２のデジタル出力２１６、２１８のうちのどちらがプロセッサ２１０によって処理されるべきかを選択するように構成されることができる。さらに、プロセッサ２１０は、第１および第２のデジタル出力２１６、２１８のうちの選択されたものを温度または反射率値に転換するように構成されることができ、温度または反射率値を提供する出力２２０を有することができる。典型的には、反射率値は、標的の表面の反射率を示すことによって、温度測定を較正するために使用される。そして、この較正は、温度測定の正確度を改良するために使用されることができる。故に、温度および反射率の両方に関する測定が、システム２００によって行われることができる。
【００３４】
差動増幅器回路２０２は、バイアスを一次光検出器２０１上に生じさせるように配置される一次バイアス回路を含むことができる。このバイアスは、検出器および要求されるダイナミックレンジによってのみ限定される、０Ｖから逆バイアスの範囲であることができる。逆バイアスが大きいほど、一次光検出器２０２を横断する静電容量を低下させ、雑音を低下させ、より高いサンプリングレートを可能にする。しかしながら、より高い逆バイアスは、より多い漏れ電流も意味し、したがって、速度増加に伴って、増加される漏れ電流に対処し、それを取り除く必要性がある。そのような電流は、温度に伴って増加し、システム２００の温度が、典型的には、３５℃〜４５℃（周囲より有意に高い）であるので、この用途では特に問題となる。
【００３５】
図３は、高温計における光学信号を増幅させるための完全差動増幅器回路３００の実施形態を図示する。この回路３００は、従来技術高温測定増幅スキームでは達成不可能と証明されている属性の組み合わせである、高速、高利得、低オフセット、高ダイナミックレンジを可能にする。システム３００は、以下に説明されるいくつかの構造特徴を介して、これを達成する。一例として、システム３００は、一次光検出器３０２のアノードおよびカソードに結合するように構成される、それぞれ、第１のシステム入力３０４と、第２のシステム入力３０６とを含むことができる。第１および第２のシステム入力３０４、３０６が一次光検出器３０２に結合されると、光電流ｉｐは、第２および第１のシステム入力間３０６、３０４を通過する。言い換えると、光電流ｉｐは、図３に見られるように、光検出器３０２の極性と反対に流れる。
【００３６】
回路３００はまた、差動トランスインピーダンス増幅段３５０を含むことができる。この第１の増幅段３５０は、光電流ｉｐを受信し、あるトランスインピーダンス利得（電流から電圧への転換も伴う利得）を伴って、光電流ｉｐを差動電圧ｖｔに変換するように構成される入力を有する。差動トランスインピーダンス増幅段３５０の使用は、同様の雑音および動的応答性能に対して、単一増幅器回路と比較して、少なくとも２倍の利得係数を可能にする。例えば、単一トランスインピーダンス増幅器回路が、１０−１０アンペアの光電流ｉｐを１Ｖ出力に変換する場合、図示される差動設定は、＋１Ｖを第１のトランスインピーダンス増幅器回路３１４の出力３１４に、−１Ｖ出力を第２のトランスインピーダンス増幅器回路３２０の出力３２２にもたらす。故に、差動電圧ｖ１は、２Ｖ、すなわち、単一増幅器が達成し得る利得の２倍である。しかし、この増加利得に対する雑音ペナルティおよび動的応答は、シングルエンド増幅器におけるそれ未満である。故に、差動トランスインピーダンス増幅段３５０は、従来技術高温測定増幅段より高い信号対雑音比をもたらす。
【００３７】
差動トランスインピーダンス増幅段３５０は、第１および第２のトランスインピーダンス増幅器回路３１２、３２０を介して一次光検出器３０２にバイアスをかけるように構成される、一次バイアス回路３０８を含むことができる。一次バイアス回路３０８は、必須ではなく、いくつかの実施形態では、接地への接続と置換されることができる。バイアスが印加される場合、０Ｖとある逆バイアスとの間の範囲であることができる。一次バイアス回路３０８の極性は、逆バイアスが一次光検出器３０２を横断して存在するように示される。一次バイアス回路３０８は、第１および第２の出力３２８、３３０を有することができる。
【００３８】
差動トランスインピーダンス増幅段３５０はまた、第１の電流入力３１６と、第１のトランスインピーダンス電圧出力３１４とを有する、第１のトランスインピーダンス増幅器回路３１２を含むことができる。トランスインピーダンス回路３１２、３２０の一実施形態の詳細は、図７および８に見られ得る。第１の電流入力３１６は、光電流ｉｐを受信することができ、第１のトランスインピーダンス増幅器回路３１２は、この電流を第１のトランスインピーダンス電圧出力３１４において認められる第１の出力電圧に変換することができる。
【００３９】
第１の電流入力３１６は、第１のシステム入力３０４に結合されることができ、第１のバイアス電圧入力３１８は、一次バイアス回路３０８の第１の出力３２８に結合されることができる。言い換えると、第１のトランスインピーダンス増幅器回路３１２は、２つの入力を有することができ、１つは、一次光検出器３０２からの電流のためのものであり、１つは、一次バイアス回路３０８の第１の出力３２８におけるバイアスと等しい基準電圧のためのものである。
【００４０】
第１の出力電圧は、第１のトランスインピーダンス電圧出力３１４において認められ得、この第１の出力電圧は、光電流ｉｐに比例し得る。
【００４１】
差動トランスインピーダンス増幅段３５０はまた、第２の電流入力３２４と、第２のトランスインピーダンス電圧出力３２２とを有する、第２のトランスインピーダンス増幅器回路３２０を含むことができる。第２の電流入力３２４は、光電流ｉｐを受信することができ、第２のトランスインピーダンス増幅器回路３２０は、この電流を第２のトランスインピーダンス電圧出力３２２において認められる第２の出力電圧に変換することができる。
【００４２】
第２の電流入力３２４は、第２のシステム入力３０６に結合されることができ、第２のバイアス電圧入力３２６は、一次バイアス回路３０８の第２の出力３３０に結合されることができる。言い換えると、第２のトランスインピーダンス増幅器回路３２０は、２つの入力を有することができ、１つは、トランスインピーダンス増幅器内のものと等しく、かつ反対方向に流動する一次光検出器３１２から供給される電流のためのものであり、１つは、一次バイアス回路３０８の第２の出力３３０におけるバイアスと等しい基準電圧のためのものである。
【００４３】
第２の出力電圧は、第２のトランスインピーダンス電圧出力３２４において認められ得、この第２の出力電圧は、光電流ｉｐに比例しるが、第１のトランスインピーダンス電圧出力３１４における第１の出力電圧と反対の極性を有し得る。その結果、差動電圧ｖ１は、第１のまたは第２の出力電圧の２倍の大きさを有し、したがって、いずれかのトランスインピーダンス増幅器回路単独が提供し得るものを上回る利得を有する。
【００４４】
一次バイアス回路３０８は、０Ｖから逆バイアスの間であり、それらの値も含む値を有するバイアスを一次光検出器３０２を横断して存在させるように、第１および第２のトランスインピーダンス増幅器回路３１２、３２０に結合されることができる。
【００４５】
一次差動出力電圧とも呼ばれ得る、差動出力電圧ｖ１は、第１および第２のトランスインピーダンス電圧出力３１４、３２２間の差異であり得る。さらに、この差動電圧ｖ１は、プロセッサ内での温度または反射率値への変換のために構成されることができる。
【００４６】
ある実施形態では、一次バイアス回路３０８は、２つの電圧源を備えていることができ、各々は、反対バイアスを一次光検出器３０２の片側に印加するように構成される。１つのそのような実施形態は、特に、アノードバイアスおよびカソードバイアスを特に参照する図９に見られ得る。
【００４７】
図４は、図３に論じられる差動トランスインピーダンス増幅段３５０の差動出力に対して２つのレベルの利得を提供する追加の利得段を伴う完全差動増幅器回路４００の別の実施形態を図示する。増幅器回路４００は、並列に配置される２つ以上の差動電圧増幅器段４３０、４３２を含むことができる。言い換えると、差動トランスインピーダンス増幅器段３５０からの差動出力電圧の各々は、２つ以上の差動電圧増幅器段４３０、４３２の各々に提供されることができる。２つのみの差動電圧増幅器段４３０、４３２であるが、３つ、４つ、またはそれを差動増幅器段が、提供されることができ、各段は、差動出力電圧ｖ１を受信することができる。これらの段の各々は、異なる利得を有することができ、その出力間の選択は、異なる光検出器電流ｉｐに対処するように、異なる利得が電子的に選択されることを可能にすることができる。２つ以上の差動電圧増幅器段４３０、４３２の各々は、差動電圧出力ｖ２およびｖ３を有することができる。これらの差動出力ｖ２およびｖ３の各々は、差動電圧増幅器段４３０、４３２の各々への入力として提供される第１の差動電圧ｖ１に比例することができる。
【００４８】
ある実施形態では、差動電圧増幅器段４３０、４３２の各々は、並列に配置された２つの差動電圧増幅器を備えていることができる。そのような対の増幅器の１つのそのような構成は、図５に見られることができる。しかしながら、この配置は、例証目的にすぎず、２つの差動電圧増幅器段４３０、４３２の各々内に実装され得る、種々の構成およびタイプの増幅器の範囲を限定するものではない。図５では、第１の差動増幅器段４３０は、内部フィードバックを有する２つの差動増幅器５３４、５３６（例えば、差動計装増幅器）を備えている一方、第２の差動電圧増幅器段４３２は、外部フィードバックを有する２つのシングルエンド増幅器５３８、５４０を備えている。第１の差動増幅器段４３０は、第２の差動電圧増幅器段４３２より高い利得を提供する。これが生じる１つの方法は、第１の差動増幅器段４３０の差動電圧出力ｖ２が、単一増幅器の使用と比較して２倍の利得をすでに被っているように、完全第１の差動電圧ｖ１を差動電圧増幅器５３４、５３６の両方に提供することによるものである。さらに、第１の差動電圧出力ｖ１の反転バージョンが、２つの差動増幅器５３４、５３６の一方に提供される（例えば、ｖ１のより低い方の分岐が、増幅器５３４の非反転入力と増幅器５３６の反転入力とに提供される）。入力のこの反転は、入力が反転されなかった場合の並列対の差動増幅器よりさらなる利得増大を可能にする。したがって、第１の差動増幅器段４３０の全体的利得は、シングルエンド増幅器のそれの約４倍となる。
【００４９】
第２の差動電圧増幅器段４３２は、部分的には、ｖ１の各分岐が第２の差動電圧増幅器段４３２内の増幅器５３８、５４０の一方のみに提供されるので、これと同じレベルの利得を提供しない。さらに、増幅器５３８、５４０は、両方の非反転入力が接地されるので、差動増幅器ではない。したがって、第１の差動電圧増幅器段４３０の差動出力が、第２の差動電圧増幅器段４３２のものを上回る利得を有することが分かる。これらの異なる利得により、電圧出力ｖ２は、光電流ｉｐが低い場合に選択され得、電圧出力ｖ３は、光電流ｉｐが高い場合に選択され得る。
【００５０】
処理するための電圧出力の選択は、プロセッサ内において、特に、プロセッサのセレクタによって行われることができる。例えば、第１および第２の差動電圧増幅段４３０、４３２の差動電圧出力は、プロセッサ２１０等のプロセッサに結合するために構成されることができる。プロセッサ２１０は、プロセッサ２１０上で起動するソフトウェアまたはファームウェア内に実装され得るセレクタ２０８を有することができる。セレクタ２０８は、増幅利得の選択が、データ収集中、電気スイッチを使用せずに（図１における電気セレクタ１０８と比較して）、したがって、データストリームにおける摂動なしに行われ得るように、２つ以上の差動電圧増幅器段の出力４３０、４３２間で選択するように構成されることができる。
【００５１】
前述のように、一次光検出器３０２内の漏れ電流は、標的に起因し得る光電流ｉｐの測定を歪ませ得る。これは、特に、一次光検出器３０２が周囲温度を上回る温度を経験する場合や、高温測定設定において使用されるとき、周囲温度を上回る温度が標準的である場合に当てはまる。したがって、漏れ電流は、悪化させられる。この増加した漏れ電流に対処するために、図６は、ブラインド光検出器５０２を横断するブラインド光電流を測定し、結果として生じる光電流、すなわち、暗オフセット電流ｉｄを一次光検出器３０２を通して測定されるものから減算することを提案する。言い換えると、ブラインド光検出器５０２を実質的に全放出源から隔離する（例えば、事実上、ブラインド光検出器５０２を暗エンクロージャ内に置く）ことによって、ブラインド光検出器５０２内の任意の光電流または暗オフセット電流は、漏れ電流に帰されることができる。ブラインド光検出器５０２およびブラインド光検出器５０２を横断して印加される任意のバイアスが、一次光検出器３０２および一次光検出器３０２に印加されるバイアスに合致される場合、暗オフセット電流ｉｄは、一次光検出器３０２内の漏れ電流の推定値を表すであろう。言い換えると、ｉｄは、漏れ電流である、ｉｐの一部を表す。ｉｄをｉｐから減算することによって、漏れ電流に対して調節または補正された（すなわち、漏れ電流がｉｐから除去された状態）一次光検出器３０２に対する光電流に到達することができる。実際は、差動トランスインピーダンス増幅段３５０は、差動電圧ｖ１を一次光電流ｉｐのインジケーションとして生成するので、暗オフセット電流ｉｄを減算することは、対応する差動電圧出力ｖ４（ブラインド差動電圧出力とも称される）を生成し、ｖ４をｖ１から減算することを意味する。方程式（１）は、したがって、暗オフセット電流ｉｄに対して部分的に補正された一次光電流の差動電圧インジケータｖ５を表す。
【００５２】
ν５＝ν１−ν４      （方程式１）
ｖ５に到達するために、差動電圧ｖ４が、暗オフセット電流ｉｄに対して求められることができ、次いで、ｖ４が、一対のコンパレータ５５４、５５６を介して、ｖ１から減算されることができる。差動演算増幅器として図示されるが、対のコンパレータ５５４、５５６は、差動演算増幅器に限定されず、むしろ、電圧を減算可能な任意の回路またはデバイスを含むことができる。
【００５３】
暗オフセット電流ｉｄは、ブラインド段５５２を介して、差動電圧ｖ４に変えられることができる。ブラインド段５５２は、本質的に、別の差動トランスインピーダンス増幅段３５０であるが、実質的に全放出から隔離されるブラインド光検出器５０２を測定し、さらに、ブラインド光検出器５０２を横断するバイアスは、一次光検出器３０２（任意のバイアスが印加されると仮定する）を横断して印加されるそれと極性が反対である。したがって、差動トランスインピーダンス増幅段３５０同様に、ブラインド段５５２は、第３のトランスインピーダンス増幅器回路５１２と、第４のトランスインピーダンス増幅器回路５２０と、ブラインドバイアス回路５０８とを含む。ブラインド光検出器５０２は、一次光検出器３０２と実質的に同じであることができる。ブラインドバイアス回路５０８は、第３のトランスインピーダンス増幅器回路５１２の電圧入力５１８に結合され、第４のトランスインピーダンス増幅器回路５２０の電圧入力５２６に結合されることができる。第３のトランスインピーダンス増幅器回路５１２は、ブラインド光検出器５０２のアノードに結合される電流入力５１６を有することができ、第４のトランスインピーダンス増幅器回路５２０は、ブラインド光検出器５０２のカソードに結合される電流入力５２４を有することができる。トランスインピーダンス増幅回路５１２、５２０は、電流入力５１６、５２４の電圧を電圧入力５１８、５２６に対して等価するように試みるので、電流入力５１６、５２４の電圧は、ブラインドバイアス回路５０８によって印加されるバイアスに向かう傾向にある。言い換えると、ブラインドバイアス回路５０８が、＋１Ｖバイアスを第３のトランスインピーダンス増幅回路５１２の電圧入力５１８に印加する場合、電流入力５１６は、＋１Ｖバイアスに向かう傾向となるであろう。このように、ブラインドバイアス回路５０８は、一次バイアス回路３０８が一次光検出器３０２に間接的にバイアスをかけるのと同様に、ブラインド光検出器５０２に間接的にバイアスをかけることができる。ブラインドバイアス回路５０８は、一次バイアス回路３０８が一次光検出器３０２に印加するそれと等しい大きさのバイアスをブラインド光検出器５０２に印加することができる。そのようなスキームを実装するための１つの方法は、同一バイアス源から一次およびブラインドバイアス回路３０８、５０８に供給することである。実施例として、図９は、単一源が両バイアスのために使用される実施形態を示す。前述のように、暗オフセット電流ｉｄは、一次光検出器３０２内の漏れ電流の推定値を提供する。
【００５４】
コンパレータ５５４、５５６の各々は、一対の差動入力を有することができ、各々は、一次差動電圧出力ｖ１およびブラインド差動電圧出力ｖ４に結合されることができる。コンパレータ５５４、５５６は、対のコンパレータ５５４、５５６の差動電圧出力ｖ５が、一次差動電圧出力ｖ１とブラインド差動電圧出力ｖ４との間の差異と等しくなるような極性を有することができる。言い換えると、コンパレータ５５４、５５６は、方程式１を行う。
【００５５】
図７は、完全差動増幅器回路８００の詳細図を図示する。図３−６に関してすでに論じられた特徴または構成要素との類似性を有するそれらの特徴または構成要素、特に、図７に関して説明されていないものは、前述のような構造および機能を有するものと仮定され得る。前図との１つの差異は、４つのトランスインダクタンス増幅器回路が、ここでは負のフィードバックを伴う反転演算増幅器として示されることである。電流入力７１５、７２４が、演算増幅器７１２、７２０の反転入力に結合されることができる。フィードバック回路は、抵抗Ｒ１およびＲ２を含むことができるが、大部分の実施形態では、Ｒ１＝Ｒ２である。さらに、回路８００の一次およびブラインド段または領域に対するフィードバック抵抗は、同じであるべきであることに留意されたい。これは、一次光検出器７０６内の漏れ電流を模倣する暗オフセット電流ｉｄの正確度を改良することに役立つ。
【００５６】
着目すべき別の詳細は、切り替え回路７６０、７６２と、伝導性ループ７７２、７７４との追加である。切り替え回路７６０、７６２は、一次光検出器７０２およびブラインド光検出器７０３を増幅器回路７００の外へ選択的に切り替えるために使用されることができる。切り替え回路７６０、７６２は、交互に開閉され得る２つのスイッチ７６４、７６６、７６８、７７０（例えば、機械的中継器、ＢＪＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ等）を含むことができる。第１のスイッチ７６４、７６８が閉鎖され、第２のスイッチ７６６、７７０が開放されると、一次光検出器７０２およびブラインド光検出器７０３は、増幅器回路７００の中に切り替えられる。第２のスイッチ７６６、７７０が閉鎖され、第１のスイッチ７６４、７６８が開放されると、一次光検出器７０４およびブラインド光検出器７０３は、増幅器回路７００の外へ切り替えられる（図８参照）。典型的には、第１のスイッチ７６４、７６８は、両方とも開放または両方とも閉鎖され、第２のスイッチ７６６、７７０は、両方とも閉鎖または両方とも開放される。ある実施形態では、それらは、命令または制御を単一源またはコントローラから受信することさえできる。
【００５７】
ある実施形態では、第１のスイッチ７６４は、第１のシステム入力７０４を反転演算増幅器７１２の第１の電流入力７１６に選択的に結合することができる。伝導性ループ７７２、７７４は、第２のスイッチ７６６、７７０が閉鎖され、第１のスイッチ７６４、７６８が開放されると、電流が光検出器７０２、７０３内を流動することを可能にする。第１の伝導性ループ７７２は、第１および第２のシステム入力７０４、７０６間に配置されることができ、第１および第２のシステム入力７０４、７０６を選択的に短絡させるように、第２のスイッチ７６６を含むことができる。第２の伝導性ループ７７４も、類似様式で配置され、動作することができる。
【００５８】
光検出器７０２、７０３が、増幅器回路７００の外へ切り替えられると、漏れ電流較正は、検出器７０２、７０３の存在を伴わずに、行われることができる。例えば、図３−６におけるトランスインピーダンス増幅器段および図７における反転演算増幅器の各々は、漏れ電流（またはオフセット電流）を生成し、これらの漏れ電流は、検出器７０２、７０３が増幅器回路７００の外へ切り替えられると、推定されることができる。後に、処理中、検出器７０２、７０３を伴わずに、存在する漏れ電流のこれらの較正測定に関連付けられた電圧または電流オフセットが、測定の正確度を改良するために使用されることができる。
【００５９】
切り替え回路７６０、７６２のための複数のコントローラまたはコントローラは、図示されないが、本開示の一部として想定される。
【００６０】
図９は、２つの差動電圧信号を一対のアナログ／デジタルコンバータに提供する差動フロントエンドのさらなる実施形態を図示する。
【００６１】
図１０は、高温計システムの実施形態を図示する。
【００６２】
図１１は、高温計システムの別の実施形態を図示する。
【００６３】
図１２は、完全差動二重増幅器回路を動作させる方法を例証する。方法１２００は、差動トランスインピーダンス増幅器段からの光電流ｉｐの受信およびそこへの供給から開始することができ、光電流ｉｐは、一次光検出器によって生成される（ブロック１２０２）。増幅器回路は、次いで、差動トランスインピーダンス増幅器段を介して、光電流ｉｐを差動出力電圧ｖ１に転換することができる（ブロック１２０４）。差動トランスインピーダンス増幅器段は、次いで、第１の差動出力電圧ｖ１を並列に配置された一対の差動電圧増幅器段に提供することができる（ブロック１２０６）。対の差動電圧増幅器段は、次いで、第１の差動出力電圧ｖ１を異なる利得を有する一対の第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３に変換することができる（ブロック１２０８）。２つ以上の差動電圧増幅器段が、他の実施形態では、使用されることができる。増幅器回路は、次いで、第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３を一対のアナログ／デジタルコンバータを介してプロセッサにデジタル信号として提供することができる（ブロック１２１０）。プロセッサ内のセレクタは、電気セレクタ（例えば、図１における１０８）を使用せずに、２つのデジタル信号のうちのどちらが処理されるべきかを選択し（ブロック１２１２）、それによって、データストリーム内のスティッチを回避することができる。最後に、プロセッサは、第２のおよび第３の差動出力電圧ｖ２およびｖ３のうちの選択された一方を温度または反射率値に変換することができる（ブロック１２１４）。
【００６４】
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、本明細書に説明される具体的物理的デバイスに加え、器具内にも実装されることができる。図１３は、デバイスに本開示の側面および／または方法論のうちの任意の１つ以上のものを実施もしくは実行させるための一式の命令が実行し得る、器具１３００の一実施形態の略図表現を示す。図１３における構成要素は、実施にすぎず、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、内蔵論理構成要素、または本開示の特定の実施形態を実装する２つ以上のそのような構成要素の組み合わせの使用または機能性の範囲を限定するものではない。図示される構成要素の一部または全部は、器具１３００の一部であることができる。例えば、器具１３００は、２つのみの非限定的実施例を挙げると、汎用コンピュータ（例えば、ラップトップコンピュータ）または内蔵論理デバイス（例えば、ＦＰＧＡ）であることができる。
【００６５】
器具１３００は、２つの非限定的実施例を挙げると、中央処理ユニット（ＣＰＵ）および／またはＦＰＧＡ等の少なくともプロセッサ１３０１を含む。器具１３００はまた、両方とも、バス１３４０を介して、互いにおよび他の構成要素と通信する、メモリ１３０３と、記憶１３０８とを備え得る。バス１３４０はまた、ディスプレイ１３３２と、１つ以上の入力デバイス１３３３（例えば、キーパッド、キーボード、マウス、スタイラス等を含み得る）、１つ以上の出力デバイス１３３４と、１つ以上の記憶デバイス１３３５と、種々の非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体１３３６とを互いにおよびプロセッサ１３０１、メモリ１３０３、および記憶１３０８のうちの１つ以上のものとリンクさせ得る。これらの要素は全て、直接または１つ以上のインターフェースもしくはアダプタを介して、バス１３４０とインターフェースを取り得る。例えば、種々の非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体１３３６は、記憶媒体インターフェース１３２６を介して、バス１３４０とインターフェースをとることができる。器具１３００は、限定ではないが、１つ以上の集積回路（ＩＣ）、印刷回路基板（ＰＣＢ）、モバイルハンドヘルドデバイス（携帯電話またはＰＤＡ等）、ラップトップまたはノートブックコンピュータ、分散型器具、コンピューティンググリッド、またはサーバを含む、任意の好適な物理的形態を有し得る。
【００６６】
プロセッサ１３０１（または中央処理ユニット（ＣＰＵ））は、随意に、命令、データ、またはコンピュータアドレスの一時的局所記憶のためのキャッシュメモリユニット１３０２を含む。プロセッサ１３０１は、少なくとも１つの非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体上に記憶されるコンピュータ読み取り可能な命令の実行を補助するように構成される。器具１３００は、メモリ１３０３、記憶１３０８、記憶デバイス１３３５、および／または記憶媒体１３３６（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ））等、１つ以上の非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体内に具現化されるソフトウェアを実行するプロセッサ１３０１の結果として機能性を提供し得る。非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、特定の実施形態を実装するソフトウェアを記憶し得、プロセッサ１３０１は、ソフトウェアを実行し得る。メモリ１３０３は、ソフトウェアを１つ以上の他の非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（大容量記憶デバイス１３３５、１３３６等）またはネットワークインターフェース１３２０等の好適なインターフェースを通して１つ以上の他の源から読み取り得る。ソフトウェアは、プロセッサ１３０１に、本明細書に説明または図示される１つ以上のプロセスまたは１つ以上のプロセスの１つ以上のステップを実施させ得る。そのようなプロセスまたはステップを実施することは、メモリ１３０３内に記憶されるデータ構造を定義し、データ構造をソフトウェアによってダイレクトされるように修正することを含み得る。いくつかの実施形態では、ＦＰＧＡは、本開示に説明されるような機能性を実施するための命令を記憶することができる。他の実施形態では、ファームウェアは、本開示に説明されるような機能性を実施するための命令を含む。
【００６７】
メモリ１３０３は、限定されないが、ランダムアクセスメモリ構成要素（例えば、ＲＡＭ５３０４）（例えば、静的ＲＡＭ「ＳＲＡＭ」、動的ＲＡＭ「ＤＲＡＭ」等）、読み取り専用構成要素（例えば、ＲＯＭ１３０５）、および任意のそれらの組み合わせを含む、種々の構成要素（例えば、非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体）を含み得る。ＲＯＭ１３０５は、データおよび命令を、単指向性に、プロセッサ１３０１に通信するように作用し得、ＲＡＭ１３０４は、データおよび命令を、双指向性に、プロセッサ１３０１と通信するように作用し得る。ＲＯＭ１３０５およびＲＡＭ１３０４は、以下に説明される任意の好適な非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な記憶媒体を含み得る。場合によっては、ＲＯＭ１３０５およびＲＡＭ１３０４は、方法１２００を実施するための非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含む。一実施例では、起動の間等、器具１３００内の要素間で情報を伝達することに役立つ基本ルーチンを含む、基本入力／出力システム１３０６（ＢＩＯＳ）が、メモリ１３０３内に記憶され得る。
【００６８】
固定記憶装置１３０８は、随意に、記憶制御ユニット１３０７を通して、双指向性に、プロセッサ１３０１に接続される。固定記憶装置１３０８は、追加のデータ記憶容量を提供し、また、本明細書に説明される任意の好適な非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な媒体を含み得る。記憶装置１３０８を使用して、オペレーティングシステム１３０９、ＥＸＥＣ５３１０（実行可能ファイル）、データ１３１１、ＡＰＶアプリケーション１３１２（アプリケーションプログラム）、および同等物を記憶し得る。例えば、記憶１３０８は、オフセットの記憶のために実装され得る。多くの場合、常時ではないが、記憶装置１３０８は、一次記憶装置（例えば、メモリ１３０３）より低速の二次記憶装置媒体（ハードディスク等）である。記憶装置１３０８はまた、光ディスクドライブ、固体メモリデバイス（例えば、フラッシュベースのシステム）、または前述のいずれかの組み合わせを含むことができる。記憶装置１３０８内の情報は、適切な場合、メモリ１３０３内の仮想メモリとして組み込まれ得る。
【００６９】
一実施例では、記憶デバイス１３３５は、記憶デバイスインターフェース１３２５を介して、器具１３００と（例えば、外部ポートコネクタ（図示せず）を介して）可撤性にインターフェースがとられ得る。特に、記憶デバイス１３３５および関連付けられた機械読み取り可能な媒体は、機械読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール、および／または器具１３００のための他のデータの不揮発性ならびに／もしくは揮発性記憶を提供し得る。一実施例では、ソフトウェアは、完全にまたは部分的に、記憶デバイス１３３５上の機械読み取り可能な媒体内に常駐し得る。別の実施例では、ソフトウェアは、完全にまたは部分的に、プロセッサ１３０１内に常駐し得る。
【００７０】
バス１３４０は、種々のサブシステムを接続する。本明細書では、バスの参照は、必要に応じて、共通機能を果たす、１つ以上のデジタル信号線を包含し得る。バス１３４０は、限定されないが、種々のバスアーキテクチャのいずれかを使用する、メモリバス、メモリコントローラ、周辺バス、ローカルバス、および任意のそれらの組み合わせを含む、いくつかのタイプのバス構造のうちのいずれかであり得る。限定ではなく、実施例として、そのようなアーキテクチャとして、業界標準アーキテクチャ（ＩＳＡ）バス、拡張ＩＳＡ（ＥＩＳＡ）バス、マイクロチャネルアーキテクチャ（ＭＣＡ）バス、ビデオエレクトロニクススタンダーズアソシエーションローカルバス（ＶＬＢ）、ペリフェラルコンポーネントインターコネクト（ＰＣＩ）バス、ＰＣＩ−エクスプレス（ＰＣＩ−Ｘ）バス、アクセラレーテッドグラフィックスポート（ＡＧＰ）バス、ハイパートランスポート（ＨＴＸ）バス、シリアルアドバンスドテクノロジーアタッチメント（ＳＡＴＡ）バス、および任意のそれらの組み合わせが挙げられる。
【００７１】
器具１３００はまた、入力デバイス１３３３を含み得る。一実施例では、器具１３００のユーザは、入力デバイス１３３３を介して、コマンドおよび／または他の情報を器具１３００に入力し得る。入力デバイス１３３３の実施例として、英数字入力デバイス（例えば、キーボード）、ポインティングデバイス（例えば、マウスまたはタッチパッド）、タッチパッド、ジョイスティック、ゲームパッド、オーディオ入力デバイス（例えば、マイクロホン、音声応答システム等）、光学スキャナ、動画または静止画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）、および任意のそれらの組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。入力デバイス１３３３は、限定されないが、シリアル、パラレル、ゲームポート、ＵＳＢ、ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標）、ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴ、または前述の任意の組み合わせを含む、種々の入力インターフェース１３２３（例えば、入力インターフェース１３２３）のいずれかを介して、バス１３４０に対してインターフェースがとられ得る。
【００７２】
特定の実施形態では、器具１３００がネットワーク１３３０に接続されると、器具１３００は、ネットワーク１３３０に接続されるモバイルデバイスおよび企業システム等の他のデバイスと通信し得る。器具１３００へおよびそこからの通信は、ネットワークインターフェース１３２０を通して送信され得る。例えば、ネットワークインターフェース１３２０は、着信通信（他のデバイスからの要求または応答等）を１つ以上のパケット（インターネットプロトコル（ＩＰ）パケット等）の形態でネットワーク１３３０から受信し得、器具１３００は、処理のために、着信通信をメモリ１３０３内に記憶し得る。器具１３００は、同様に、発信通信（他のデバイスへの要求または応答等）を１つ以上のパケットの形態でメモリ１３０３内に記憶し、ネットワークインターフェース１３２０からネットワーク１３３０に通信し得る。プロセッサ１３０１は、処理のために、メモリ１３０３内に記憶されるこれらの通信パケットにアクセスし得る。
【００７３】
ネットワークインターフェース１３２０の実施例として、限定ではないが、ネットワークインターフェースカード、モデム、および任意のそれらの組み合わせが挙げられる。ネットワーク１３３０またはネットワーク区画１３３０の実施例として、限定ではないが、広域ネットワーク（ＷＡＮ）（例えば、インターネット、企業ネットワーク）、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）（例えば、オフィス、建物、キャンパス、または他の比較的に小地理的空間に関連付けられたネットワーク）、電話ネットワーク、２つのコンピューティングデバイス間の直接接続、および任意のそれらの組み合わせが挙げられる。ネットワーク１３３０等のネットワークは、有線および／または無線通信モードを採用し得る。一般に、任意のネットワークトポロジが、使用され得る。
【００７４】
情報およびデータは、ディスプレイ１３３２を通して表示することができる。ディスプレイ１３３２の実施例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機液晶ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、ブラウン管（ＣＲＴ）、プラズマディスプレイ、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられるが、それらに限定されない。ディスプレイ１３３２は、バス１３４０を介して、プロセッサ１３０１、メモリ１３０３、および固定記憶装置１３０８、ならびに入力デバイス１３３３等の他のデバイスとインターフェースをとることができる。ディスプレイ１３３２は、ビデオインターフェース１３２２を介して、バス１３４０にリンクされ、ディスプレイ１３３２とバス１３４０間のデータの転送は、グラフィック制御１３２１を介して、制御することができる。
【００７５】
ディスプレイ１３３２に加え、器具１３００は、限定ではないが、オーディオスピーカ、プリンタ、および任意のそれらの組み合わせを含む、１つ以上の他の周辺出力デバイス１３３４を含み得る。そのような周辺出力デバイスは、出力インターフェース１３２４を介して、バス１３４０に接続され得る。出力インターフェース１３２４の実施例として、限定ではないが、シリアルポート、パラレル接続、ＵＳＢポート、ＦＩＲＥＷＩＲＥ（登録商標）ポート、ＴＨＵＮＤＥＲＢＯＬＴポート、および任意のそれらの組み合わせが挙げられる。
【００７６】
加えて、または代替として、器具１３００は、ソフトウェアの代わりに、またはそれとともに、本明細書に説明または図示される１つ以上のプロセスまたは１つ以上のプロセスの１つ以上のステップを実行するように動作し得る、回路内に有線接続または別様に具現化される論理の結果として、機能性を提供し得る。本開示におけるソフトウェアの参照は、論理を包含し得、論理の参照は、ソフトウェアを包含し得る。さらに、非一過性の有形プロセッサ読み取り可能な媒体の参照は、適切な場合、実行のためのソフトウェアを記憶する回路（ＩＣ等）、実行のための論理を具現化するための回路、または両方を包含し得る。例えば、非一過性有形コンピュータ読み取り可能な媒体は、１つ以上のＦＰＧＡ、固定論理、アナログ論理、または前述のいくつかの組み合わせを包含し得る。本開示は、ハードウェア、ソフトウェア、または両方の任意の好適な組み合わせを包含する。
【００７７】
当業者は、情報および信号が種々の異なる技術および技法のいずれかを使用して表され得ることを理解するであろう。例えば、前述の説明全体を通して参照され得る、データ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、記号、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは粒子、光学フィールドまたは粒子、または任意のそれらの組み合わせによって表され得る。
【００７８】
本明細書内では、同一参照文字は、端末、信号線、ワイヤ等、およびその対応する信号を指すために使用される。この点において、用語「信号」、「ワイヤ」、「接続」、「端末」、および「ピン」は、随時、本明細書内で同じ意味で使用され得る。また、用語「信号」、「ワイヤ」、または同等物は、例えば、単一ワイヤを通した単一ビットの伝達または複数の並列ワイヤを通した複数の並列ビットの伝達等、１つ以上の信号を表すと理解されたい。さらに、各ワイヤまたは信号は、場合によって、信号またはワイヤによって接続される２つ以上の構成要素間の双方向通信を表し得る。
【００７９】
当業者はさらに、本明細書に開示される実施形態に関連して説明される、種々の例証的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組み合わせとして実装され得ることを理解するであろう。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に図示するために、種々の例証的構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップは、概して、その機能性の観点から前述されている。そのような機能性がハードウェアまたはソフトウェアとして実装されるかどうかは、全体的システムに課される特定の用途および設計制約に依存する。当業者は、説明される機能性を特定の用途毎に様々な方法で実装し得るが、そのような実装決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じさせるものとして解釈されるべきではない。
【００８０】
本明細書で開示される実施形態に関連して説明される、種々の例証的な論理ブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または他のプログラマブル論理デバイス、離散ゲートまたはトランジスタ論理、離散ハードウェア構成要素、もしくは本明細書で説明する機能を果たすように設計されているそれらの任意の組み合わせを用いて実装または実施され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代替案では、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、またはマイクロコントローラであり得る。プロセッサはまた、コンピュータデバイスの組み合わせ、例えば、ＤＳＰコア、または任意の他のそのような構成と併せた、ＤＳＰおよびマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、１つ以上のマイクロプロセッサの組み合わせとして実装され得る。
【００８１】
本明細書に開示される実施形態に関連して説明される方法またはアルゴリズムのステップは、直接、ハードウェア、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュール、デジタル論理デバイスとして実装されるソフトウェアモジュール、またはこれらの組み合わせ内に具現化され得る。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、可撤性ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術分野において公知の任意の他の形態の非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体内に常駐し得る。例示的非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、プロセッサが、情報を非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体から読み出し、情報をそこに書き込み得るように、プロセッサに結合される。代替として、非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、プロセッサと一体型であり得る。プロセッサおよび非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、ＡＳＩＣ内に常駐し得る。ＡＳＩＣは、ユーザ端末内に常駐し得る。代替として、プロセッサおよび非一過性有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、ユーザ端末内の離散構成要素として常駐し得る。いくつかの実施形態では、ソフトウェアモジュールは、いったんソフトウェアモジュールでプログラムされると、ＦＰＧＡ内のもの等のデジタル論理構成要素として実装され得る。
【００８２】
開示される実施形態の前述の説明は、任意の当業者が、本発明を作製または使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態への種々の修正は、当業者に容易に明白となり、本明細書に定義された一般的原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、本明細書に示される実施形態への限定として意図されず、本明細書に開示される原理および新規特徴と一貫した最広範囲が与えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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