JP2008227418A - 制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことが可能な制御装置を提供する。
【解決手段】制御対象物（５００）に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置であり、制御装置は、制御対象物（５００）への入力信号のデューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物（５００）に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段（１００）を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラムに関し、特に、デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて最適なロックポイントへのフィードバック制御を行うことが可能な制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラムに関するものである。

近年、組み込み制御の高速化、高集積化、及び、高性能化を実現する流れの中で、1つのプロセッサにマルチタスキング処理を要求することが一般的になってきた。

また、それと同時に、プロセッサと多数のペリフェラルとのワンチップ化のハードウェア技術も大きな進歩を遂げてきた。

より高性能で、しかも低コストの制御を実現するためには、ソフトウェア（ファームウェア）部分と、ハードウェア部分と、のバランスの最適化を図ることはますます重要となってきた。

なお、従来の最適なロックポイントへのフィードバック制御は、デューティ値が５０％のディザ信号を用いて行っていたため、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）内部でディザ信号と、モニタ信号と、の同期処理を行い、制御対象の内部で発生した位相ずれを正確に検出する必要があった。

このため、制御回路、及び、プロセッサのファームウェアが複雑となっていたのが現状である。

このようなことから、制御回路、及び、プロセッサのファームウェアの複雑化を軽減するための制御方法の開発が必要視されることになる。

なお、本発明より先に出願された技術文献として、温度変化が大きくても安定で高精度に波長ロッキングを行うことが可能な半導体レーザモジュールについて開示された文献がある（例えば、特許文献１参照）。

また、第１の光検出素子とエタロンと第２の光学検出素子とをこの順に配置し、第１の光検出素子を透化した光をエタロンに導入することにより、光源の波長のずれを精密に検出することが可能な技術について開示された文献がある（例えば、特許文献２参照）。

また、エタロン素子の温度を高精度で制御し、外気温度変動に影響されないようにする技術について開示された文献がある（例えば、特許文献３参照）。

また、与えられた２つの極小点を結ぶ経路を与え、その経路上に現在の点、すなわち着目点を与え、その着目点が境界上にあるかどうかを判別し、境界上にあればその点を境界上の点として生成するというようにして、境界上の点を生成し、生成された点からなる境界上で目的の関数の極小点を検索する。そして、極小点が検索されると、その点を鞍点として出力することで、確実に鞍点を見つける技術について開示された文献がある（例えば、特許文献４参照）。
特開２００３−２６４３３９号公報 特開２００３−６９１４２号公報 特開２００４−１５３１７６号公報 特開２００５−３１８８８号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４には、デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う点については何ら記載もその必要性についても示唆されていない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことが可能な制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラムを提供することを目的とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。

本発明にかかる制御装置は、
制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置であって、
前記制御対象物への入力信号のデューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、前記制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる制御装置において、
前記制御手段は、
前記制御対象物のモニタ信号のデューティ値と、前記制御対象物への入力信号のデューティ値と、を比較し、その比較結果に応じた出力制御を行い、前記制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる制御装置において、
前記制御対象物は、光を発行する光源であり、
前記光源を駆動制御する駆動手段を有し、
前記入力信号は、ＰＷＭ信号であり、
前記制御手段は、
前記ＰＷＭ信号と、ＤＣ信号と、を前記駆動手段に出力し、前記駆動手段を制御し、
前記制御手段は、
前記モニタ信号のデューティ値が、前記入力信号のデューティ値と同一の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を減少するようにＤＣ信号の出力制御を行い、
前記モニタ信号のデューティ値が、１から前記入力信号のデューティ値を減算した値の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を増大するようにＤＣ信号の出力制御を行い、
前記モニタ信号のデューティ値が、０の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を変化させないようにＤＣ信号の出力制御を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる制御装置において、
前記制御手段は、
前記モニタ信号をサンプリングし、該サンプリングした信号を基に、モニタ信号のデューティ値を算出することを特徴とする。

また、本発明にかかる制御回路は、
制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御回路であって、
デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段を有することを特徴とする。

また、本発明にかかる制御方法は、
制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置で行う制御方法であって、
デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御工程を、前記制御装置が行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる制御プログラムは、
制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置に実行させる制御プログラムであって、
デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御処理を、前記制御装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことが可能となる。

＜制御装置（制御回路）の特徴＞
まず、図３を参照しながら、本実施形態の制御装置（制御回路）の特徴について説明する。

本実施形態の制御装置（制御回路）は、制御対象物（ＬＤモジュール：５００に該当）に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置（制御回路）である。

そして、制御装置（制御回路）は、制御対象物（５００）への入力信号のデューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物（５００）に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段（ＤＳＰ：１００に該当）を有することを特徴とする。

これにより、デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、制御対象物（５００）に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことが可能となる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態の制御装置（制御回路）について説明する。

現在、図１（ａ）に示すように、周期性を持つ波長特性のデバイスが開発されている。

なお、図１（ｂ）に示すように、レーザの波長は、特定の注入電流に比例する特性があるので、注入電流に矩形波でＡＭ変調を加えると、図１（ｂ）に示すように、レーザをモニタリングして得られるモニタ信号にも矩形波成分が出現することになる。なお、図１（ａ）は、モニタ信号と波長との関係を説明するための図であり、図１（ｂ）は、波長と注入電流との関係を説明するための図である。

なお、図１（ａ）に示す谷底に位置する波長：λ０をロックターゲットとした場合、現在の波長：λ（つまり、注入電流量）は、ロックターゲットの波長：λ０の前後のどちらかにあるのかを知る必要がある。

そこで、デューティ値が５０％以外のディザ矩形波を用いた場合には、図２に示すようなモニタリングを行うことが可能となる。但し、ディザ信号のデューティ値は、Ｄとする。なお、図２は、現在の波長：λと、モニタ信号のデューティ値と、の関係を示す。

図２（ａ）に示すように、現在の波長：λがロックターゲットの波長：λ０よりも前の位置に存在する場合には（λ＜λ０）、モニタ信号のデューティ値は『１−Ｄ』となる。

また、図２（ｂ）に示すように、現在の波長：λがロックターゲットの波長：λ０と同一の位置に存在する場合には（λ＝λ０）、モニタ信号のデューティ値は『０』となる。

また、図２（ｃ）に示すように、現在の波長：λがロックターゲットの波長：λ０よりも後の位置に存在する場合には（λ＞λ０）、モニタ信号のデューティ値は『Ｄ』となる。

本実施形態における制御装置（制御回路）は、上述した図２に示す現在の波長：λと、モニタ信号のデューティ値と、の関係を用いて、現在の波長：λ（つまり、注入電流量）をフィードバック制御することで、ロックターゲットの波長：λ０へのロック制御を簡易に行うことが可能となる。以下、図３を参照しながら、光通信用レーザの特定波長：λ０へのロック制御について説明する。

まず、図３を参照しながら、本実施形態の制御装置（制御回路）の構成について説明する。なお、図３は、本実施形態の制御装置（制御回路）の構成を示すブロック図である。

本実施形態における制御装置（制御回路）は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）（１００）と、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）（２００）と、加算回路（３００）と、駆動回路（４００）と、ＬＤモジュール（５００）と、モニタ回路（６００）と、を有して構成している。

なお、本実施形態におけるＤＳＰ（１００）は、ＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）ポート（１０１）と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）（１０２）と、を有して構成している。

ＰＷＭポート（１０１）とＡＤＣ（１０２）とを内蔵するＤＳＰ（１００）は、一般的になってきた現在、図３に示す制御装置（制御回路）を用いて特定波長：λ０へのロック制御を簡単に実現することが可能となる。

まず、ＤＳＰ（１００）は、デジタルバスを経由して、ＤＣ（直流）信号をＤＡＣ（２００）に出力する。

また、ＤＳＰ（１００）は、ＤＳＰ（１００）内部で、５０％以外のデューティ値のＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号（基本周波数は、ｆ０、Ｄ＝３０％）を発生するように設定する。なお、ＰＷＭ信号は、ＰＷＭポート（１０２）から加算回路（３００）に出力する。

ＤＡＣ（２００）は、ＤＳＰ（１００）から入力されたＤＣ信号をアナログ信号に変換し、その変換したアナログ信号を加算回路（３００）に出力する。

加算回路（３００）は、ＰＷＭポート（１０１）から入力されたＰＷＭ信号と、ＤＡＣ（２００）から入力されたアナログ信号と、を加算し、その加算した信号を駆動回路（４００）に出力する。

駆動回路（４００）は、加算回路（３００）から入力された信号を基に、電圧→電流変換を行い、ＬＤモジュール（５００）を制御するための注入電流に対し、ＡＭ（Amplitude Moduration）変調を行う。駆動回路（４００）は、ＡＭ変調を行った信号をＬＤモジュール（５００）に出力する。

ＬＤモジュール（５００）は、駆動回路（４００）から入力された信号を基に、光を発行する。

モニタ回路（６００）は、ＬＤモジュール（５００）をモニタリングし、モニタ信号を生成する。そして、モニタ回路（６００）は、モニタ信号のＡＣ成分を抽出し、レベル変換処理を行い、ＤＳＰ（１００）のＡＤＣ（１０２）にモニタ信号を出力する。

ＤＳＰ（１００）は、モニタ信号を１０×ｆ０以上の周波数でサンプリングする。

これにより、ＤＳＰ（１００）は、モニタ信号の１周期につき、１０個以上のサンプル信号を得ることが可能となる。なお、ＤＳＰ（１００）は、モニタ信号から得られたサンプル信号を、ＬＯＷとＨＩＧＨとに区分し、ＨＩＧＨとなるサンプル信号の割合をモニタ信号のデューティ値とする。例えば、ＨＩＧＨとなるサンプル信号の割合が７０％の場合には、モニタ信号のデューティ値を７０％とする。

ＤＳＰ（１００）は、モニタ信号のデューティ値と、図２に示す関係と、を基に、現在の駆動回路（４００）の波長：λと、ロックターゲットの波長：λ０と、の位置関係を求め、その位置関係に応じて、図４に示すように、ＤＡＣ（２００）に出力するＤＣ信号を制御し、現在の駆動回路（４００）の波長：λと、ロックターゲットの波長：λ０と、が一致するようにフィードバック制御を行うことになる。

例えば、図４（ａ）に示すように、モニタ信号のデューティ値が、ＰＷＭポート（１０１）から出力するＰＷＭ信号のデューティ値と同一（Ｄ）の場合には、図２（ｃ）に該当し、現在の駆動回路（４００）の波長：λが、ロックターゲットの波長：λ０よりも後の位置に存在すると判断し、ＤＡＣ（２００）に出力するＤＣ信号を減少するように出力制御を行うことになる。なお、ＤＣ信号を減少する際の減少値は、特に限定するものではなく、あらゆる値を適用してＤＣ信号を減少するように出力制御を行うことは可能である。

また、図４（ｂ）に示すように、モニタ信号のデューティ値が、１からＰＷＭポート（１０１）から出力するＰＷＭ信号のデューティ値を減算した値（１−Ｄ）の場合には、図２（ａ）に該当し、現在の駆動回路（４００）の波長：λが、ロックターゲットの波長：λ０よりも前の位置に存在すると判断し、ＤＡＣ（２００）に出力するＤＣ信号を増大するように出力制御を行うことになる。なお、ＤＣ信号を増大する際の増大値は、特に限定するものではなく、あらゆる値を適用してＤＣ信号を増大するように出力制御を行うことは可能である。

また、図４（ｃ）に示すように、モニタ信号のデューティ値が、０の場合には、図２（ｂ）に該当し、現在の駆動回路（４００）の波長：λが、ロックターゲットの波長：λ０と同一の位置に存在すると判断し、ＤＡＣ（２００）に出力するＤＣ信号を変化させないように出力制御を行うことになる（ＮＯＰ：No Operation）。

なお、従来の制御回路では、図５に示すように、デューティ値が５０％のディザ信号を用いてロックターゲットの波長：λ０へのロック制御を行っていたため、ＤＳＰ内部でディザ信号とモニタ信号との同期処理を行い、制御対象の内部で発生した位相ずれを正確に検出する必要があった。

このため、従来の制御回路は、プロセッサのファームウェアが複雑となっていた。なお、図５は、『ＰＷＭ入力信号』と『モニタ信号』との関係（振幅と位相）を示す図であり、図５（ａ）は、ＰＷＭ入力信号とモニタ信号との位相がずれた状態を示し、図５（ｂ）は、ＰＷＭ入力信号とモニタ信号との位相が一致した状態を示し、図５（ｃ）は、ＰＷＭ入力信号とモニタ信号との位相と振幅とがずれた状態を示している。

これに対し、本実施形態の制御装置（制御回路）は、ＤＳＰ（１００）は、ディザ信号と、モニタ信号と、の同期を取らなくても、モニタ信号のデューティ値だけを検出すれば、上述した図４に示すアルゴリズムを用いてロックターゲットの波長：λ０へのロック制御を行うことが可能となる。このため、本実施形態の制御装置（制御回路）は、ファームウェア処理の負担を軽減し、プロセッサのファームウェアの複雑化を軽減することが可能となる。

このように、本実施形態の制御装置（制御回路）は、制御対象物となるＬＤモジュール（５００）をモニタリングし、モニタ信号を生成する。そして、その生成したモニタ信号をサンプリングし、そのサンプリングしたサンプリング信号を基にモニタ信号のデューティ値を算出し、その算出したモニタ信号のデューティ値と、ＰＷＭ入力信号のデューティ値と、を比較し、図２に示す関係を基に、現在の駆動回路（４００）の波長：λと、ロックターゲットの波長：λ０と、の位置関係を求め、その位置関係に応じてＬＤモジュール（５００）を制御するためのＤＣ信号を制御することで、従来の制御方法で必須とされてきた位相検出処理を省くことが可能となる。従って、本実施形態の制御装置（制御回路）は、ファームウェア処理の負担を軽減することが可能となる。

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。

例えば、上述した実施形態における制御装置（制御回路）における制御動作は、ハード構成ではなく、コンピュータプログラム等のソフトウェアにより実行することも可能であり、また、上記のプログラムは、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体、または半導体等の記録媒体に記録し、その記録媒体から上記プログラムを、上述した制御装置（制御回路）に読み込ませることで、上述した制御動作を、制御装置（制御回路）において実行させることも可能である。また、所定のネットワークを介して接続されている外部機器から上記プログラムを上述した制御装置（制御回路）に読み込ませることで、上述した制御動作を、制御装置（制御回路）において実行させることも可能である。

本発明にかかる制御装置、制御回路、制御方法及び制御プログラムは、最適なロックポイントへのフィードバック制御を行うことが可能な機器に適用可能である。

周期性を持つ波長特性を説明するための図であり、（ａ）は、モニタ信号と波長との関係を説明するための図であり、（ｂ）は、波長と注入電流との関係を説明するための図である。 現在の波長：λと、モニタ信号のデューティ値と、の関係を示す図である。 本実施形態の制御装置（制御回路）の構成を示すブロック図である。 ＤＡＣ（２００）に出力するＤＣ信号の制御方法を説明するための図である。 従来のＰＷＭ入力信号とモニタ信号との関係（振幅と位相）を示す図である。

符号の説明

１００ ＤＳＰ
１０１ ＰＷＭポート
１０２ ＡＤＣ
２００ ＤＡＣ
３００ 加算回路
４００ 駆動回路
５００ ＬＤモジュール
６００ モニタ回路

Claims (7)

1. 制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置であって、
   前記制御対象物への入力信号のデューティ値が５０％以外の入力信号を用いて、前記制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段を有することを特徴とする制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記制御対象物のモニタ信号のデューティ値と、前記制御対象物への入力信号のデューティ値と、を比較し、その比較結果に応じた出力制御を行い、前記制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記制御対象物は、光を発行する光源であり、
   前記光源を駆動制御する駆動手段を有し、
   前記入力信号は、ＰＷＭ信号であり、
   前記制御手段は、
   前記ＰＷＭ信号と、ＤＣ信号と、を前記駆動手段に出力し、前記駆動手段を制御し、
   前記制御手段は、
   前記モニタ信号のデューティ値が、前記入力信号のデューティ値と同一の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を減少するようにＤＣ信号の出力制御を行い、
   前記モニタ信号のデューティ値が、１から前記入力信号のデューティ値を減算した値の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を増大するようにＤＣ信号の出力制御を行い、
   前記モニタ信号のデューティ値が、０の場合には、前記駆動手段に出力するＤＣ信号を変化させないようにＤＣ信号の出力制御を行うことを特徴とする請求項２記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、
   前記モニタ信号をサンプリングし、該サンプリングした信号を基に、モニタ信号のデューティ値を算出することを特徴とする請求項２または３記載の制御装置。
5. 制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御回路であって、
   デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御手段を有することを特徴とする制御回路。
6. 制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置で行う制御方法であって、
   デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御工程を、前記制御装置が行うことを特徴とする制御方法。
7. 制御対象物に入力する波長が特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御装置に実行させる制御プログラムであって、
   デューティ値が５０％以外の入力信号を用いて特定の波長となるようにフィードバック制御を行う制御処理を、前記制御装置に実行させることを特徴とする制御プログラム。

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