JP2016127554A - センサ制御装置およびセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ制御装置からセンサ装置にエネルギーを供給すると共に、センサ装置によって検出された情報を、センサ装置からセンサ制御装置に送信する技術につき、各装置の構成を単純化することを目的とする。【解決手段】センサ制御システムは、センサ制御装置１０およびセンサ装置１２を備える。センサ装置１２は、光伝送路２６によってセンサ制御装置１０に接続されている。センサ装置１２は、センサ制御装置１０から送信された光を電力に変換し、その電力によって動作する。センサ装置１２は、画像センサ４０を備えており、画像センサ４０によって画像情報を取得する。センサ装置１２は、センサ制御装置１０から光が送信されていない間に、画像情報を含み、センサ制御装置からの送信光と波長が同一の光に基づく情報光をセンサ制御装置１０に送信する。センサ制御装置１０は、センサ装置１２から送信された情報光から画像情報を抽出する。【選択図】図１

Description

本発明は、センサ制御装置およびセンサ装置に関し、特に、センサ制御装置からセンサ装置にエネルギーを供給すると共に、センサ装置によって検出された情報を、センサ装置からセンサ制御装置に送信する技術に関する。

画像センサ、温度センサ、湿度センサ、加速度センサ等の各種センサを遠隔制御するシステムにつき広く研究開発が行われている。このようなセンサ制御システムには、センサから光ファイバを介して検出値を取得するセンサ制御装置を備えるものがある。このシステムでは、ユーザがセンサ制御装置を操作することで、センサを搭載する装置から光ファイバを介してセンサ制御装置に検出値が送信される。被爆の可能性がある場所や、高電圧が扱われる場所、常温よりも高温または低温に維持された場所等、人の出入りが困難な場所にセンサが設けられている場合であっても、ユーザは、センサから検出値を取得することができる。

特許文献１には、親局と子局とが光ファイバで接続された光給電情報伝送装置が記載されている。この装置では、光ファイバに伝送される光によって、親局から子局に電力が供給されると共に、子局に設けられたセンサの検出値が親局に送信される。特許文献２には、給電および制御の双方に用いられる光信号を、光ファイバによって局側装置から光受信装置に送信する光通信システムが記載されている。光受信装置にはセンサが設けられており、局側装置から光受信装置に送信された光信号に、センサの測定値を要求する情報が含まれている場合には、光受信装置から局側装置にセンサの測定値を含む光信号が送信される。

特開２００６−１６５６５１号公報 特開２０１０−１９３３７４号公報

特許文献１に記載されている光給電情報伝送装置では、親局から子局に送信される給電用の光の波長と、子局から親局にセンサの検出値を送信するための光の波長とが異なる。また、特許文献２に記載されている光通信システムでは、局側装置から光受信装置に送信される光信号の波長と、光受信装置から局側装置に送信される光信号の波長とが異なる。一般に、光通信システムのハードウエアは、用いられる光の波長に応じて構造が定められる。したがって、波長が異なる複数の光が伝送される場合には、光通信システムを構成するハードウエアの構成が複雑となる場合がある。

本発明は、センサ制御装置からセンサ装置にエネルギーを供給すると共に、センサ装置によって検出された情報を、センサ装置からセンサ制御装置に送信する技術につき、各装置の構成を単純化することを目的とする。

本発明は、センサ装置に光伝送路を介してエネルギー供給用の光を送信する発光部と、 前記センサ装置から前記光伝送路を介して受信され、前記センサ装置によって検出された情報を含む情報光を情報信号に変換する情報変換部と、所定の送信時間だけ前記発光部に光を送信させる送信処理部と、前記発光部が光の送信を停止している送信停止時間内に受信された前記情報光に基づく情報信号から、前記センサ装置によって検出された情報を抽出する受信処理部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記情報光は、前記エネルギー供給用の光と波長が同一の光を含む。

望ましくは、前記送信停止時間内に前記センサ装置から前記情報光が受信されなかった場合に、前記送信時間の長さ、または、前記送信停止時間の長さを変更する時間変更部を備え、前記送信停止時間内に前記センサ装置から前記情報光が受信されなかった場合に、前記送信処理部は、変更後の前記送信時間または前記送信停止時間に従って、前記発光部に光を送信させる。

また、本発明は、光伝送路から受信された光のエネルギーを電力に変換するエネルギー変換部と、前記エネルギー変換部から出力された電力を充電する充電部と、前記充電部に充電された電力が与えられることで動作を開始するセンサと、前記センサによって検出された情報を含む情報光を生成する情報光生成部と、前記光伝送路から受信される光が途絶えている間に前記情報光を前記光伝送路に送信する送信部と、を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記情報光は、前記光伝送路から受信された光と波長が同一の光を含む。

望ましくは、前記センサは、検出対象量に応じたディジタル信号を出力し、前記情報光生成部は、前記センサから出力されたディジタル信号によって変調された光を前記情報光として出力する発光部を備える。

本発明によれば、センサ制御装置からセンサ装置にエネルギーを供給すると共に、センサ装置によって検出された情報を、センサ装置からセンサ制御装置に送信する技術につき、各装置の構成を単純化することができる。

本発明の実施形態に係るセンサ制御システムの構成を示す図である。 センサ制御システムにおいて送受信される光のタイミングチャートである。

図１には本発明の実施形態に係るセンサ制御システムの構成が示されている。センサ制御システムは、センサ制御装置１０およびセンサ装置１２を備える。センサ装置１２は、光伝送路２６によってセンサ制御装置１０に接続されている。センサ装置１２は、センサ制御装置１０から送信された光を電力に変換し、その電力によって動作する。センサ装置１２は、画像センサ４０（カメラ）を備えており、画像センサ４０によって画像情報を取得する。センサ装置１２は、センサ制御装置１０から光が送信されていない間に、画像情報を含む情報光をセンサ制御装置１０に送信する。センサ制御装置１０は、センサ装置１２から送信された情報光から画像情報を抽出する。

センサ制御装置１０およびセンサ装置１２の構成および動作について説明する。センサ制御装置１０は、送信処理部１４、駆動回路１６、制御側レーザダイオード１８、カプラ２０、導光路２２、制御側スプリッタ２４、導光路５０、カプラ５２、制御側フォトダイオード５４、受信回路５６および受信処理部５８を備える。これらの構成要素のうち、送信処理部１４、駆動回路１６、制御側レーザダイオード１８、カプラ２０、導光路２２および制御側スプリッタ２４は、センサ装置１２にエネルギー供給用の光を送信するエネルギー送信装置として動作する。

制御側レーザダイオード１８は、駆動回路１６から電力が供給されることによって発光（点灯）する。駆動回路１６から供給される電力が遮断されると、制御側レーザダイオード１８は発光を停止（消灯）する。送信処理部１４は、駆動回路１６を制御し、駆動回路１６に制御側レーザダイオード１８の点灯および消灯を行わせる。制御側レーザダイオード１８は、送信処理部１４の制御によって、送信時間Ｔｔだけ点灯した後、送信停止時間Ｔｗだけ消灯するという動作を繰り返す。

制御側レーザダイオード１８から放射された光は、カプラ２０から導光路２２によって制御側スプリッタ２４に導かれる。制御側スプリッタ２４は、導光路２２から導かれた光を、光伝送路２６に出力する。光伝送路２６は光ファイバによって構成され、制御側スプリッタ２４から出力された光をセンサ装置１２へ導く。

図２（ａ）には、センサ制御装置１０から送信される光のタイミングチャートが示されている。縦軸は単位時間当たりに送信される光のエネルギーＰ［Ｗ］を示し、横軸は時間ｔ［ｓｅｃ］を示している。この図には、送信時間Ｔｔだけセンサ制御装置１０から光伝送路２６に光が送信された後、送信停止時間Ｔｗの間、光の送信が停止されるという動作が繰り返されることが示されている。

センサ装置１２は、センサ側スプリッタ２８、導光路３０、カプラ３２、センサ側フォトダイオード３４、レギュレータ３６、充電回路３８、画像センサ４０、送信回路４２、センサ側レーザダイオード４４、カプラ４６および導光路４８を備える。センサ側スプリッタ２８は、光伝送路２６から受信された光を導光路３０へ導き、導光路３０は、センサ側スプリッタ２８から導かれた光をカプラ３２へ導く。カプラ３２は、その光をセンサ側フォトダイオード３４に放射する。センサ側フォトダイオード３４は、光のエネルギーを電力に変換するエネルギー変換部として機能する。すなわち、センサ側フォトダイオード３４は、カプラ３２から放射された光のエネルギーを電力に変換し、その電力をレギュレータ３６に出力する。レギュレータ３６は、センサ側フォトダイオード３４から出力された電力に基づく電圧を調整し、調整後の電圧を充電回路３８に出力する。充電回路３８は、レギュレータ３６から出力された電圧に基づいて電荷を充電する。

充電回路３８は、充電電荷に基づく電力を画像センサ４０および送信回路４２に出力する。この動作は、充電回路３８によって自発的に行われてもよい。例えば、レギュレータ３６が電力の出力を開始した後、充電回路３８に充電される電荷または電圧が所定値に達したときに、充電回路３８が自発的に画像センサ４０および送信回路４２に電荷を放電するように充電回路３８が設計されていてもよい。

画像センサ４０および送信回路４２は、充電回路３８から出力された電力に基づいて動作する。すなわち、画像センサ４０は、撮影を行って画像データを生成し送信回路４２に出力する。送信回路４２は、センサ側レーザダイオード４４に流れる電流を画像データによって変調し、画像情報を含む電力をセンサ側レーザダイオード４４に出力する。センサ側レーザダイオード４４は、送信回路４２から供給された電力に基づいて発光する。これによって、センサ側レーザダイオード４４は画像情報を含む情報光を放射する。センサ側レーザダイオード４４が放射する情報光の波長は、制御側レーザダイオード１８が放射する光の波長と同一とする。ここで、情報光の波長が所定の波長範囲を占有する場合には、その波長範囲の中心の波長を、制御側レーザダイオード１８が放射する光の波長と同一とする。このように、情報光は、制御側レーザダイオード１８が放射する光と波長が同一の光を含む。

画像データは、例えば、符号「１」および符号「０」によって構成されるディジタルデータである。この場合、センサ側レーザダイオード４４に流れる電流の変調は、ディジタルデータに基づくオンオフによって行われてもよい。すなわち、ディジタルデータの符号が１であるときにセンサ側レーザダイオード４４に電流を流し、ディジタルデータの符号が０であるときにその電流を遮断することで、電流に対する変調が行われてもよい。あるいは、ディジタルデータの符号が０であるときにセンサ側レーザダイオード４４に電流を流し、ディジタルデータの符号が１であるときにその電流を遮断することで、電流に対する変調が行われてもよい。

センサ側レーザダイオード４４から放射された情報光は、カプラ４６から導光路４８によってセンサ側スプリッタ２８に導かれる。センサ側スプリッタ２８は、情報光を光伝送路２６に出力する。光伝送路２６は、センサ側スプリッタ２８から出力された情報光をセンサ制御装置１０へ導く。

センサ制御装置１０から送信された光がセンサ装置１２で受信され、画像センサ４０が撮影を行い、センサ装置１２が情報光を送信するまでの応答時間Ｔｒは、センサ装置１２について固有の時間であり、設計の段階で調整される。例えば、レギュレータ３６が電力の出力を開始した後、充電回路３８による１回の放電によって画像センサ４０が撮影を行う場合には、充電を開始してから放電が始まるまでの時間が調整され、応答時間Ｔｒが調整される。また、例えば、レギュレータ３６からの電力の出力が開始された後、充電回路３８による複数回の充放電によって画像センサ４０が撮影を行う場合には、画像センサ４０が撮影を行い画像データを出力するための充放電の回数と、各充放電に要される時間が調整されることで、応答時間Ｔｒが調整される。

送信時間Ｔｔ、送信停止時間Ｔｗおよび応答時間Ｔｒは、送信停止時間Ｔｗの間にセンサ装置１２から情報光が送信されるように調整されている。図２（ｂ）には、センサ装置１２から送信される情報光のタイミングチャートが示されている。縦軸は単位時間当たりに送信される光のエネルギーＰ［Ｗ］を示し、横軸は時間ｔ［ｓｅｃ］を示している。センサ制御装置１０が光の送信を開始してから応答時間Ｔｒ後、かつ、送信停止時間Ｔｗ内に、センサ装置１２から情報光が時間Ｔｓで送信される動作が繰り返されることが示されている。ただし、図２（ａ）および（ｂ）は、センサ側スプリッタ２８と光伝送路２６との接続端を時刻の基準としている。

センサ制御装置１０が備える構成要素のうち、制御側スプリッタ２４、導光路５０、カプラ５２、制御側フォトダイオード５４、受信回路５６、および受信処理部５８は、光伝送路２６から受信された情報光から情報を抽出する情報受信装置として動作する。

制御側スプリッタ２４は、光伝送路２６から受信された情報光を導光路５０へ導き、導光路５０は、制御側スプリッタ２４から導かれた情報光をカプラ５２へ導く。カプラ５２は、その情報光を制御側フォトダイオード５４に放射する。

制御側フォトダイオード５４は、カプラ５２から放射された情報光に応じて値が変化する電流を受信回路５６に流す。受信回路５６は、その電流の変化に応じて値が変化する情報信号を生成し、受信処理部５８に出力する。受信処理部５８は、情報信号から画像データを抽出し、画像の表示、画像データの記憶等を行う。

このような処理によって、センサ制御装置１０は、離れた位置にあるセンサ装置１２に光伝送路２６を介してエネルギーを供給してセンサ装置１２を動作させると共に、センサ装置１２から光伝送路２６を介して画像データを取得する。

このように、本実施形態に係るセンサ制御装置１０は、センサ装置１２に光伝送路２６を介してエネルギー供給用の光を送信する発光部１５として、駆動回路１６および制御側レーザダイオード１８を備える。また、センサ制御装置１０は、センサ装置１２から光伝送路２６を介して受信された光を情報信号に変換する情報変換部５３として、制御側フォトダイオード５４および受信回路５６を備える。さらに、センサ制御装置１０は、送信時間Ｔｔだけ発光部１５に光を送信させる送信処理部１４を備える。加えて、センサ制御装置１０は、発光部１５が光の送信を停止している送信停止時間Ｔｗ内に受信された情報光に基づく情報信号から、センサ装置１２によって検出された情報を抽出する受信処理部５８を備える。

また、本実施形態に係るセンサ装置１２は、光伝送路２６から受信された光のエネルギーを電力に変換するエネルギー変換部としてセンサ側フォトダイオード３４を備える。センサ装置１２は、センサ側フォトダイオード３４から出力された電力を充電する充電部３５として、レギュレータ３６および充電回路３８を備える。さらに、センサ装置１２は、充電部３５に充電された電力が与えられることで動作を開始するセンサとして画像センサ４０を備え、画像センサ４０によって検出された情報を含む情報光を生成する情報光生成部４１として、送信回路４２およびセンサ側レーザダイオード４４を備える。センサ装置１２は、光伝送路２６から受信される光が途絶えている間に情報光を光伝送路２６に送信する送信部として、カプラ４６、導光路４８およびセンサ側スプリッタ２８を備える。画像センサ４０は、画像情報を含むディジタル信号を出力し、情報光生成部４１は、画像センサ４０から出力されたディジタル信号によって変調された光を情報光として出力する発光部としてセンサ側レーザダイオード４４を備える。

一般に、発光素子および受光素子を備える光通信装置においては、発光素子から放射された光を光伝送路に導くと共に、光伝送路から受信された光を受光素子に導く合波器が用いられる。合波器は、送信される光の波長および受信される光の波長に応じて構造が定められ、送信および受信のそれぞれについて波長が異なる場合には、構造が複雑となることがある。例えば、このような合波器には、予め定められた第１の波長の光を発光素子から光伝送路へ導き、予め定められた第２の波長の光を光伝送路側から受光素子へと導く分光作用を実現する構造が要される。

本実施形態に係るセンサ制御システムでは、センサ制御装置１０による光の送信と、センサ装置１２による情報光の送信が、異なる時間帯で行われる。そのため、センサ制御装置１０が送信する光の波長と、センサ装置１２が送信する情報光の中心波長を同一とし、合波器に代わる制御側スプリッタ２４およびセンサ側スプリッタ２８の構造を単純化することができる。これらのスプリッタは、１つの端子から入射された単一波長の光を他の２つの端子へ分配して出力し、２つの端子から入射された単一波長の光を合成して残りの１つの端子から出力するものであってもよい。

なお、上記では、画像センサ４０がセンサ装置１２に搭載された例について説明した。センサ装置１２には、画像センサに代えて、温度センサ、湿度センサ、加速度センサ等、その他のセンサが搭載されてもよい。この場合、センサは、温度、湿度、加速度等の検出対象量を示す検出データを生成し送信回路４２に出力する。送信回路４２は、センサ側レーザダイオード４４に流れる電流を検出データによって変調し、検出対象量を示す検出情報を含む電力をセンサ側レーザダイオード４４に出力する。受信処理部５８は、情報信号から検出データを抽出し、検出対象量の表示、検出データの記憶等を行う。

また、上記では、送信時間Ｔｔおよび送信停止時間Ｔｗが、予め定められている例について説明した。これらの時間は、センサ制御装置１０で受信される情報光の状況に応じて、送信処理部１４が変更してもよい。例えば、送信停止時間Ｔｗの間に情報光が受信されず、受信回路５６から情報光に基づく情報信号が出力されない場合には、受信処理部５８は、受信状況が良好でない旨を示す受信エラー信号を送信処理部１４に出力する。

受信エラー信号は、例えば、ローレベルであるときに受信状況が良好であることを意味し、ハイレベルであるときに受信状況が良好でないことを意味するものとする。この場合、受信処理部５８は、送信停止時間Ｔｗの間に受信回路５６から情報信号が出力されたときは、次の送信停止時間Ｔｗが終了するまで、受信エラー信号をローレベルに維持する。一方、送信停止時間Ｔｗの間に受信回路５６から情報信号が出力されなかったときは、それより後のいずれかの送信停止時間Ｔｗの間に受信回路５６が情報信号を出力するまで、受信エラー信号をハイレベルに維持する。

送信処理部１４は、受信エラー信号がハイレベルであるときは、次の送信時間Ｔｔおよび次の送信停止時間Ｔｗの少なくとも一方の長さを変更する。この変更は、受信エラー信号がローレベルになるまで行われる。

このように、センサ制御装置１０では、送信停止時間Ｔｗ内にセンサ装置１２から情報光が受信されなかった場合に、送信時間Ｔｔの長さ、または、送信停止時間Ｔｗの長さを変更する時間変更処理を送信処理部１４に実行させてもよい。送信停止時間Ｔｗ内にセンサ装置１２から情報光が受信されなかった場合には、送信処理部１４は、変更後の送信時間Ｔｔまたは送信停止時間Ｔｗに従って、発光部１５に光を送信させる。

このような処理によれば、送信時間Ｔｔまたは送信停止時間Ｔｗの長さが適切でないことにより、送信停止時間Ｔｗから外れた時間帯にセンサ装置１２が情報光を送信することが回避される。

また、送信時間Ｔｔの長さが十分でないために、充電回路３８によって充放電される電力が不十分となって画像センサ４０または送信回路４２が正常に動作せず、センサ装置１２から情報光が送信されない場合には、次のような効果が期待される。すなわち、送信処理部１４によって、送信時間Ｔｔが長くなるように変更されることで、画像センサ４０および送信回路４２に十分な電力が供給されることが期待される。

１０ センサ制御装置、１２ センサ装置、１４ 送信処理部、１５ 発光部、１６ 駆動回路、１８ 制御側レーザダイオード、２０，３２，４６，５２ カプラ、２２，３０，４８，５０ 導光路、２４ 制御側スプリッタ、２６ 光伝送路、２８ センサ側スプリッタ、３４ センサ側フォトダイオード、３５ 充電部、３６ レギュレータ、３８ 充電回路、４０ 画像センサ、４１ 情報光生成部、４２ 送信回路、４４ センサ側レーザダイオード、５３ 情報変換部、５４ 制御側フォトダイオード、５６ 受信回路、５８ 受信処理部。

Claims (6)

1. センサ装置に光伝送路を介してエネルギー供給用の光を送信する発光部と、
   前記センサ装置から前記光伝送路を介して受信され、前記センサ装置によって検出された情報を含む情報光を情報信号に変換する情報変換部と、
   所定の送信時間だけ前記発光部に光を送信させる送信処理部と、
   前記発光部が光の送信を停止している送信停止時間内に受信された前記情報光に基づく情報信号から、前記センサ装置によって検出された情報を抽出する受信処理部と、を備えることを特徴とするセンサ制御装置。
2. 請求項１に記載のセンサ制御装置において、
   前記情報光は、前記エネルギー供給用の光と波長が同一の光を含むことを特徴とするセンサ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のセンサ制御装置において、
   前記送信停止時間内に前記センサ装置から前記情報光が受信されなかった場合に、前記送信時間の長さ、または、前記送信停止時間の長さを変更する時間変更部を備え、
   前記送信停止時間内に前記センサ装置から前記情報光が受信されなかった場合に、前記送信処理部は、変更後の前記送信時間または前記送信停止時間に従って、前記発光部に光を送信させることを特徴とするセンサ制御装置。
4. 光伝送路から受信された光のエネルギーを電力に変換するエネルギー変換部と、
   前記エネルギー変換部から出力された電力を充電する充電部と、
   前記充電部に充電された電力が与えられることで動作を開始するセンサと、
   前記センサによって検出された情報を含む情報光を生成する情報光生成部と、
   前記光伝送路から受信される光が途絶えている間に前記情報光を前記光伝送路に送信する送信部と、を備えることを特徴とするセンサ装置。
5. 請求項４に記載のセンサ装置において、
   前記情報光は、前記光伝送路から受信された光と波長が同一の光を含むことを特徴とするセンサ装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のセンサ装置において、
   前記センサは、検出対象量に応じたディジタル信号を出力し、
   前記情報光生成部は、
   前記センサから出力されたディジタル信号によって変調された光を前記情報光として出力する発光部を備えることを特徴とするセンサ装置。
   

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