JP3515113B2 - ガス放電装置電流制御回路 - Google Patents

ガス放電装置電流制御回路

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    • G01C19/661Ring laser gyrometers details
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス放電装置の電流制御回路に関し、特に、
低電圧回路を高電圧回路から分離する電流制御回路に関
する。
発明の背景 ガス放電装置は、一般に、ガス収容空洞の中のガスに
電流を通過させ、その後にガス放電を開始させる一対の
電極を採用する。そのようなガス放電装置はレーザーに
おいて採用されるのが通例である。ところが、レーザー
に適用される場合、ガスを通過する電流は、一般に、レ
ーザービームの適切な特性を確定するように制御され
る。このことは、Killpatrickへ発行された米国特許第
3,373,650号及びPodgorskiへ発行された米国特許第3,39
0,606号の中に図示され且つ説明されているもののよう
なリングレーザージャイロでは特に重要である。
上述のリングレーザージャイロにおいては、一般に単
一の陰極と、一対の陽極とを採用し、リングレーザージ
ャイロ出力バイアスと呼ばれるものの変化を阻止するた
めには、各対の電極の間の総電流を1パーセントの何分
の一かの範囲内で一定に保持しなければならない。さら
に、同様にジャイロ出力バイアスの変化を阻止するため
に、陰極と各々の陽極との間の電流をほぼ等しく維持す
るのみならず、陰極に入出力する総電流を1パーセント
の何分の一かの範囲内で一定に保持するのである。
リングレーザージャイロにおいてこの目標を達成する
ために、設計に際しては、一般にガス放電空洞の大きな
抵抗に打ち勝つための高電圧電源を構成し、次に、陰極
に流れ込み、また、陰極から流出する電流を高感度の精
密素子を使用して慎重に測定し、安定した基準電流又は
基準電圧と比較する。次に、この比較を使用して誤差信
号を発生させ、続いて、高電圧電位源に電気的に接続し
ている高電圧電流制御回路へその誤差信号をフィードバ
ックする。
動作中、そのような回路は、電流が所望の量からわず
かに逸脱し始めた場合に、発生される誤差信号を電流制
御回路へ戻して補正し、それにより、電流を強制的に調
整させるように機能する。
そのようなシステムでは、低電圧測定回路から供給さ
れた低電圧誤差信号を高電圧制御回路へ移行させること
が重要である。単純なワイヤ接続であれば、危険な高電
圧が低電圧測定回路へ流れ戻ってしまい、その後にそれ
ぞれに電圧定格を越えることによって低電圧測定回路を
損傷することもありうるであろう。従来の技術において
は、共通する1つの解決方法として、高電圧回路を低電
圧測定回路から分離するために、数段にわたるトランジ
スタを使用していた。
発明の概要 本発明の目的は、ガス放電装置、さらに特定すれば、
リングレーザージャイロで採用されるリングレーザーに
おいて採用されている低電圧電流測定回路をガス放電装
置内の高電圧電流制御回路から分離することである。
本発明においては、ガス放電装置の電極の1つに流れ
込み、その電極から流れ出す電流をあらかじめ選択され
た値と比較するために低電圧比較器回路を利用する。そ
こで、この比較器は、比較器手段の出力に応答して光波
を発生する光学分離手段に出力信号を供給する。光学分
離手段自体は、光発生手段により発生される光波の強さ
に応答する出力信号を供給する感光手段を含む。感光手
段の出力端子は、ガス放電装置の1つの電極に電気的に
接続される第1の端子手段と、高電圧電源に電気的に接
続する第2の端子手段とを含む電流制御部の入力手段に
電気的に接続している。
図面の簡単な説明 図1は、従来の技術の電流制御回路の概略図である。
図2は、本発明に従った電流制御回路である。
発明の詳細な説明 図1には、従来の技術のリングレーザージャイロの電
流制御回路を示す概略図を示す。この図に示したのは、
Killpatrickへ発行された米国特許第3,370,650号及びPo
dgorskiへ発行された米国特許第3,390,606号に特定して
説明されているようなリングレーザージャイロの形態を
とるガス放電装置10である。リングレーザージャイロ技
術では良く理解されている通り、ガスを収容するための
ブロックが設けられている。放電電流を通過させ、続い
て、閉ループ光路に沿って進んで行く一対の互いに逆方
向に伝搬するレーザービームを発生するために、複数個
の電極はガスと連通している。そこで、特に図1の図を
参照して説明すると、ガス放電装置は高電圧電位源20の
負極性端子手段22に電気的に接続する第1の電極12を含
む。さらに、ガス放電装置10は、直列抵抗器R1及びR2を
介して高電圧電位源20の正極性端子手段24に電気的に接
続する第2の電極14を含む。同様に、電極16は抵抗器R3
及びR4を介して高電圧電位源20を正極性端子手段24に電
気的に接続している。電極14及び16が正極性端子手段24
に電気的に接続しているため、電極14及び16はガス放電
装置10の陽極となり、電極12は陰極である。
図1には、71、また、+VLとも指示されている正の低
電圧出力端子と、回路接地点に接続する負の低電圧出力
端子72とを有する低電圧電源70も示されている。正の低
電圧出力端子71は抵抗器R2と抵抗器R4との接続点並び
に、たとえば、演算増幅器30(図示せず)などの他の回
路素子に電気的に接続して、低電圧回路電力を供給す
る。また、正極性出力端子71は、完全な電気制御回路を
構成するために、正極性端子手段24にも電気的に接続し
ている。
抵抗器R1と抵抗器R2との接続点は、抵抗器R5を介して
比較器手段30の入力手段32に電気的に接続している。抵
抗器R3と抵抗器R4との接続点も抵抗器R6を介して入力手
段32に電気的に接続している。比較器手段30は加算増幅
器として概略的に示されており、その負の入力端子は入
力手段32であり、正に入力端子はVrefとして指示されて
いる電位に電気的に接続している。比較器手段30は、入
力手段34と入力手段32との電圧差に比例する出力手段36
を含む。
比較器30の出力手段36は、入力端子手段42及び出力端
子手段44を含む電気分離回路40を介して、電流制御回路
50の入力手段52に電気的に接続している。電気分離回路
40は直列に接続する一対のトランジスタT1及びT2と、抵
抗器R7、R8、R9、R10及びR11とを含む。ツェナーダイオ
ード43と抵抗器R7及びR8とはトランジスタT1及びT2に対
するバイアス構造を形成する。抵抗器R9、R10及びR11は
一般にメガオームの範囲の高い抵抗値である。以下にさ
らに詳細に説明するように、電気分離回路40は比較器30
の出力端子36における低電圧回路を高電流制御回路50か
らほぼ分離する。
電流制御回路50は、コレクタが電極12に電気的に接続
し且つエミッタは限流抵抗器R12を介して負極性端子手
段22に電気的に接続しているトランジスタT3を含む。電
流制御回路50はダイオード61、62及び63と、抵抗器R13
及びR14とを含むトランジスタバイアス構造・分離回路
をさらに含む。
次に、図1の回路動作を簡単に説明する。比較器手段
30の入力手段32に電気的に接続する入力信号は、電極12
に入出力する総電流を表わす。比較器30の出力手段36
は、前述のように入力手段32と入力手段34との電圧の差
を表わすコマンド信号を供給する。そのコマンド信号自
体は、トランジスタT3を通過して、電流制御回路の端子
手段54に入出力する電流を制御するために、電気分離回
路40を介して電流制御回路50の入力手段52に電気的に接
続する。当業者には良く理解されるはずであるが、閉ル
ープ動作においては、比較器手段30と電流制御回路50の
組合わせは電極12に入出力する一定の電流を維持する働
きをする。
先に指示した通り、故障許容形システム設計はそのア
ーキテクチャの一面として故障の分離を要求する。分離
回路40の中に示されているもののようなトランジスタレ
ベルシフタは、トランジスタを短絡させて、高電圧がそ
れらのトランジスタを通過できるようにする故障モード
を有する。これは、電気基板に共通する低電圧回路や他
の回路に対して破局的故障を引き起こし、その結果、シ
ステム全体に破局的故障を引き起こすであろう。本発明
においては、光学分離技法を採用して、トランジスタの
短絡に起因する破局的故障の危険を回避する。
図2には、本質的には図1の回路を示すが、電気分離
回路40の代わりに電気分離回路240を設けると共に、電
流制御回路50の代わりに電流制御回路250を設けてあ
る。図2において先に説明した図と類似の機能をもち且
つ同様に配列されている回路素子は同じ符号を有する。
そこで、図2についてさらに詳細に説明すると、図2
に示されている光学分離手段240は信号入力手段242と、
信号出力手段244とを有する。光学分離手段は、信号入
力手段242に電気的に結合するコマンド信号に応答する
強さを有する光波を発生する発光ダイオード246として
示されている光発生手段を含む。さらに、光学分離手段
240は、エミッタが信号出力手段244の電気的に接続して
いる感光トランジスタ248として示された感光手段をも
含む。
光学分離手段240は、端子手段210に接続される供給電
圧VLとして示され且つそれを含む電流供給手段を含み且
つ抵抗器R200と直列であるツェナーダイオード212をも
含む電流バイアス構造をさらに含む。
感光トランジスタ248のコレクタは、負極性端子手段2
2の電圧に、たとえば、+20ボルトである追加正電圧値V
Pを加えた電圧にほぼ等しい負の供給電圧に電気的に接
続している。
電流制御手段250は、コレクタが第1の出力端子手段2
54に接続している制御トランジスタT200を含み、その出
力端子手段254自体は電極12に電気的に接続している。
トランジスタT200のエミッタは限流抵抗器R20と、第2
の出力端子手段256とを介して負極性端子手段22に電気
的に接続している。トランジスタT200は、トランジスタ
T200と出力端子手段256との間にバイアス抵抗器R22をさ
らに含む。
次に、本発明に従った図2の回路動作を説明する。先
の場合と同様に、比較器30の出力端子手段36は入力端子
32における電圧信号と、入力端子34における電圧信号と
の電圧の差を表す出力信号を供給する。光学分離手段24
0の入力手段242に電気的に接続している出力端子手段36
は、実質的に、発光ダイオード246を通過する電流を制
御する。また、トランジスタ248は端子手段244に入出力
する、発光ダイオード246により発生される光の強さの
関数である電流を供給する。
電流制御入力手段252に電気的に接続している光学分
離手段240の出力手段244によって、トランジスタT200を
通過する電流は入力手段252に入出力する電流に応答し
て調整される。
従って、図2の回路は、電極12に入出力する電流を比
較器手段30の入力手段34において供給される基準電圧に
よって確定される一定の値に維持するために、図1と類
似の方式で機能するのである。ところが、光学分離手段
240によって、高電圧回路は低電圧回路から電気的に分
離される。これにより、図1のトランジスタ分離回路40
を使用したときに従来の技術で起こっていたケースのよ
うな高電圧に起因するトランジスタの短絡の破局的降伏
を防止する回路が構成される。
ここでは本発明の好ましい一実施例のみを開示したに
すぎず、添付の請求の範囲の中で定義されているような
本発明の真の趣旨から逸脱せずに本発明を変更、変形し
うることは当業者には認識されるであろう。
さらに特定すれば、この回路はリングレーザージャイ
ロに特定して適用可能ではあるが、低電圧をガス放電装
置に供給する高電圧回路から分離しようとするどのよう
なガス放電装置にも適用可能である。さらに、光学分離
手段240を構成するための多種多様な実装回路、いわゆ
る「オプトアイソレータ」回路があり、それらの回路は
全て本発明及び添付の請求の範囲の範囲内に包含される
ものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−109230(JP,A) 米国特許4282495(US,A) 米国特許4734841(US,A) 米国特許5048033(US,A) V.V.Murga,Instrum ents and Experimen tal Techniques,1990年 12月,Vol.33,No.3,Part 2,pp.708−710 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 3/00 - 3/30 JICSTファイル(JOIS) WPI(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガス放電装置が少なくとも第1の電極及び
    第2の電極を含み、前記第1の電極と前記第2の電極は
    それらの電極の間で電流を通過させる高電圧電位源の第
    1の極性の端子手段と、第2の極性の端子手段とにそれ
    ぞれ電気的に接続しているようなガス放電装置の電流制
    御回路において、 信号入力手段及び信号出力手段と、 前記信号入力手段に電気的に結合され、第2のコマンド
    信号に応答する強さを有する光波を発生する光発生手段
    と、 前記光波の前記強さに応答して前記信号出力手段から出
    力信号である第1のコマンド信号を供給する感光手段と
    を有する 光学分離手段と; 制御信号入力手段と、第1の端子手段及び第2の端子手
    段とを有し、前記制御信号入力手段に電気的に結合され
    る前記第1のコマンド信号に応答して前記第1の端子手
    段に入出力する電流を制御するように動作し、前記第1
    の端子手段が前記ガス放電装置の前記第1の電極に電気
    的に接続され、前記第2の端子手段が前記高電圧電位源
    の前記第1の極性の端子手段に電気的に接続されてお
    り、且つ前記制御信号入力手段が前記光学分離手段の前
    記出力手段に電気的に結合している電流制御手段と; 前記第1の電極に入出力する電流をあらかじめ選択され
    た値と比較し且つ前記選択された値との差を示す前記第
    2のコマンド信号を供給する比較器手段とを具備する電
    流制御回路。
  2. 【請求項2】リングレーザーは高電圧電位源の第1の極
    性の端子手段に電気的に接続する第1の電極と、前記高
    電圧電位源の第2の極性の端子手段に電気的に接続する
    第2の電極及び第3の電極とを少なくとも含み、前記第
    1の電極と、前記第2の電極及び前記第3の電極との間
    に電流を通過させるリングレーザーの電流制御回路にお
    いて、 信号入力手段及び信号出力手段と、 前記信号入力手段に電気的に結合され、第2のコマンド
    信号に応答する強さを有する光波を発生する光発生手段
    と、 前記光波の前記強さに応答して前記信号出力手段から出
    力信号である第1のコマンド信号を供給する感光手段と
    を有する 光学分離手段と; 制御信号入力手段と、第1の端子手段及び第2の端子手
    段とを有し、前記制御信号入力手段に電気的に結合され
    る前記第1のコマンド信号に応答して前記第1の端子手
    段に入出力する電流を制御するように動作し、前記第1
    の端子手段は前記ガス放電装置の前記第1の電極に電気
    的に接続され、前記第2の端子手段は前記高電圧電位源
    の前記第1の極性の端子手段に電気的に接続されてお
    り、且つ前記制御信号入力手段は前記光学分離手段の前
    記出力手段に電気的に結合されている電流制御手段と; 前記第1の電極に入出力する電流をあらかじめ選択され
    た値と比較し且つ前記選択された値との差を示す前記第
    2のコマンド信号を供給する比較器手段とを具備する電
    流制御回路。
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