JP4810574B2 - 暗視システム電力システムにおける周波数変調方法およびシステム - Google Patents

Description

暗視システムは、軍事、産業、商業等数々の応用に用いられる。一般に、システムは光増幅管で受光した光を増倍して可視画像を生成することで動作する。電力の保存は典型的には携帯型電池供給によって駆動される個人用暗視システムにおいて問題となる。よって、暗視システムの動作を拡張するために暗視システムに電力の保存の特徴を組み込むことは有益である。

発明の実施形態は、高電圧部と結合された低電圧部を有する電力システムを含んだ暗視システムである。前記低電圧部は、低電圧コントローラとパルス幅をステップ値に関連付けた低電圧テーブルを含む。前記低電圧部は周波数に相当する周期を有するパルストレインにて前記ステップ値を前記高電圧部に送信する。前記高電圧部は、前記低電圧コントローラから前記ステップ値を受け取るオプトアイソレータと、ステップ値をパルス幅と閾値に関連付けた高電圧テーブルにアクセスする高電圧コントローラを含む。前記高電圧コントローラは前記パルス幅と前記閾値に応答して前記周波数で制御パルスを生成する。

発明の別の実施形態は、暗視システムを制御する方法である。方法は、低電力部において、制御パルスの所望の周波数とパルス幅を得て前記パルス幅に応答して低電圧テーブルにアクセスしてステップ値を得ることを含む。前記ステップ値を前記周波数に相当する周期を有するパルストレインにて高電圧部に送信する。前記高電圧部において、前記ステップ値を受信し、ステップ値をパルス幅と閾値に関連付けた高電圧テーブルにアクセスし、前記パルス幅と前期閾値に応答して前記周波数で制御パルスを生成する。

発明の他の実施形態は、暗視システムを制御する方法を含む。

図１は実施例における暗視システムの電力部品のブロック図である。電力部品は低電圧部１００と高電圧部２００を含む。低電圧部１００と高電圧部２００は、それらの間にかなりの電圧ポテンシャル差をもって動作する。低電圧部１００は、低電圧エレクトロニクス１０４と高電圧部２００のオプトアイソレータ２０２と通信する低電圧コントローラ１０２を含む。低電圧エレクトロニクス１０４は、増幅器、インバータ、変圧器、等を含んでもよい。電池１０８は低電圧エレクトロニクス１０４に結合されて高電圧部２００に電力を提供する。

低電圧コントローラ１０２は格納媒体に含まれたコンピュータコードを実行する汎用マイクロコンピュータであってもよい。それに代えて、低電圧コントローラ１０２は、特別仕様のコンピュータ、例えばマイクロコンピュータやミニコンピュータやメインフレームを含んだコンピュータシステム、プログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、ＣＳＩＣ（Customer Specific Integrated Circuit）やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)や他の集積回路、論理回路、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ，ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＰＡＬなどのプログラム可能論理デバイス、あるいは発明の実施形態のプロセスのステップを実施することができるあらゆるその他のデバイスやデバイス群の配置、を含んだ多種多様な他のテクノロジーを使って実装してもよい。

低電圧コントローラ１０２は、ここで更に詳しく説明するように高電圧部に送信されたステップ値を取り出す低電圧テーブル１０３とインタフェースしている。低電圧テーブル１０３は、それによって低電圧コントローラ１０２が所望のパルス幅に基づいたステップ値を求めるルックアップテーブルであってもよい。低電圧テーブル１０３は、低電圧コントローラ１０２または低電圧コントローラ１０２によってアクセス可能な別のデバイス内に位置するメモリに格納されてもよい。

オプトアイソレータ２０２は、低電圧部１００から高電圧部２００に情報を転送するために用いる光学的にアイソレートされた一方向データリンクとして働く。情報項目の一つは、所望のパルス幅に相当するステップ値である。ステップ値は、高電圧部で使われる所望のパルス幅を表し、ここで更に詳しく説明するように低電圧テーブル１０３から求められる。実施例では、ステップ値は所望のパルス幅を表すＮビットデジタルワードである。ステップ値が一旦高電圧部２００で受け取られると、高電圧部２００はステップ値でもって高電圧テーブル２０３にアクセスして１２５０μｓから３００ｎｓの間の長さをもった制御パルスを生成する。オプトアイソレータ２０２はステップ値を受け取り、ステップ値を高電圧コントローラ２０４に提供する。高電圧コントローラ２０４は、暗視システムをバイアスする高電圧パワーエレクトロニクス２０６を制御するパルス整形モジュール２１０とインタフェースするために、ステップ値を用いる。

高電圧コントローラ２０４は、低電圧部１００から送信されたステップ値に応答してパルス幅を取り出す高電圧テーブル２０３とインタフェースしている。高電圧テーブル２０３は、それによって高電圧コントローラ２０４が受信したステップ値に基づいたパルス幅を求めるルックアップテーブルであってもよい。高電圧テーブル２０３は、高電圧コントローラ２０４または高電圧コントローラ２０４によってアクセス可能な別のデバイス内に位置するメモリに格納されてもよい。

パルス幅を規定する従来の方法は、各カウントが最小分解能に等しいデジタルワードを作るものである。最小パルス分解能が１ｎｓで最大値が１２５０μｓである図１の電力システムでは、１カウント＝１ｎｓでスケーリングされたデジタルワードは所望の分解能と最大範囲に適合するためには１，２５０，０００カウントを格納可能となっている必要があるであろう。これは１，２５０，０００カウントを表すために２１ビットのデジタルワードを要求する。

上述した通り、暗視システム電力システムの制約は電力消費である。２１データビットを送ることは、それだけ多くのビットのために光送信機を駆動するのに要求されるエネルギーとデータ送受信の間に必要とされるリアルタイムの電力消費のためにシステム電力を押し上げる。

上述した通り、低電圧部は低電圧テーブル１０３にアクセスして所望のパルス幅に相当するステップ値を得る。ステップ値は低減された数のビットを用いてパルス幅を通信する。ステップ値とパルス幅の例を表１に示す。パルス幅は、例えば１２５０μｓの最大値から始まり、各ステップ毎にパーセント（例えば２．５％）で下がっていく。１２５０μｓから３１９ｎｓのパルス幅に相当する０から３３５の全部で３３６ステップが規定される。

動作において、低電圧コントローラ１２０は所望のパルス幅を決めて低電圧テーブル１０３にアクセスして適当なステップ値を決める。低電圧部１００は、所望のパルス幅をステップ値にインデックスする低電圧テーブル１０３にアクセスして、ステップ値を表すデジタルワードを送る。これにより、データリンクを渡ってパルス幅値を送る代わりに表１からのステップ値が送られる。この方法を用いると、データリンクを渡って送信されるデータには、もしパルス幅値が送られる場合の２１ビットとは違って１０ビットだけが必要となる。９ビットはステップ値を送るのに使われ、第１０のビットは９ビットワードを適当な高電力回路に向けるステアリングビットとして含まれてもよい。パワーエレクトロニクス２０６は、暗視ＭＣＰにおけるＤＣレベルと電圧ゲーティングの両方を制御する回路を含む。ステアリングビットはステップ値がゲートされた電圧のためのものであることを示す。１０ビットを送ることは、２１ビットを送ることと比べて、２倍の電力低減と送信時間低減となる。

低電圧コントローラ１０２は、オプトアイソレータ２０２を介して高電圧コントローラ２０４にステップ値を送る。高電圧コントローラ２０４は、低電圧テーブル１０３のローカルなコピーである高電圧テーブル２０３にアクセスし、受信したステップ値に相当するパルス幅を決める。高電圧コントローラ２０４はパルス整形モジュール２１０を通じてこのパルス幅が作られるようにし、そこでそれは制御パルスを通じて高電圧エレクトロニクス２０６を駆動する。例えば、高電圧エレクトロニクス２０６は、その全てが高電圧ブロック内に置かれたＤ／Ａコンバータやいくつかのアナログ出力機能を含んでもよい。

この通信プロトコルは、標準的なデジタル通信プロトコルよりも少ない電力と通信時間を使う。テーブル１０３と２０３の使用は、早くて低電力の動作を提供する。主要なアイデアはステップ間の２．５％の変化に基づいた相関テーブルを使用することであって、これは入力と出力の間に対数的なスケーリング関係をもたらす。

実施例では、低電圧コントローラはパルス整形モジュール２１０によって出力された制御パルスの周波数を変えて周波数敏捷性をもたせることもできる。これは制御パルスの周波数を変更することを許容する。ビデオディスプレイのような補助的装置とのビート周波数を除去するためにシステムの周波数を変調することが望ましい。従来技術では、一定のデューティーサイクルで周波数を変更する能力を提供するためには各周波数についてルックアップテーブルが要求される。これはルックアップテーブルのサイズを増大させ、ルックアップテーブルをアクセスするのに増加したビット数を必要とすることになる。これは電力消費とコストにかなりの衝撃を与える。

発明の実施形態において、低電圧部１００は周波数敏捷性を提供するためにステップ値を可変なレートで送信する。低電圧コントローラ１０２は制御パルスのためのパルス幅と周波数を決める。上述した通り、所望のパルス幅に相当するステップ値はテーブル１０３から得られる。低電圧コントローラ１０２はそれから周波数１／ｆ_１、および／または１／ｆ_２、および／または１／ｆ_３、等の周期のレートでステップ値を送る。

高電圧部２００はステップ値を受け取る毎に単一の出力制御パルスを作成する。このためもし高電圧部２００がステップ値を１／ｆ_１の時間周期で受信すると、出力パルスは周波数ｆ_１になる、というようになる。高電圧コントローラ２０４がステップ値を受け取ると、高電圧コントローラ２０４はステップ値をテーブル２０３に送り、１）パルス幅と２）制御パルスを作り出す際にパルス整形モジュール２１０によって使われる閾値電圧値、という２つのデータを戻してもらう。その内容をここに引用によって組み入れる、本願と同時に出願されたMETHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING PULSE WIDTH IN A NIGHT VISION SYSTEM POWER SYSTEMという名称の継続中のＵＳ特許出願番号第＿＿＿＿に記載されているように、閾値は制御パルスを作り出すのに使われる。閾値はパルス整形モジュール２１０によって所望の分解能を持った制御パルスを生成するのに使われる。

低電圧部１００によって選択される周波数も、ステップ値の対数的関係と一致した対数的関係で最大値から最小値まで変化する。つまり、上述した例では、低電圧部によって選択される周波数は最大から最小まで２．５％ずつ減って変化する。この関係の意義は、もしパルス幅と周波数の両方が同じ対数的スケーリング関係にある、即ちそれぞれが２，５％で変化する、とすると、１つの数字（ステップ値）だけが光学的リンク上で送信される必要がある、ということである。これは光学的リンクを渡ったデータ送信を低減し、電力消費を低減する。

以上説明したように、発明の実施形態は、プロセッサ実装されたプロセスとそれらのプロセスを実施する装置の形で実施されてもよい。また発明の実施形態は、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなどの実体のあるメディアあるいはその他のあらゆるコンピュータ読み取り可能な格納メディアに実装された命令を含んだコンピュータプログラムコードの形で実施されてもよく、ここでコンピュータプログラムコードがプロセッサに読み込まれて実行されると、プロセッサは発明を実施する装置となる。また本発明は、例えば、コンピュータプログラムコードの形で実施することができ、格納メディアに格納されたり、コンピュータに読み込まれかつ／または実行されたり、光ファイバを通してあるいは電磁波を介して電気ワイヤやケーブルなどの何らかの送信メディア上を送信されたりでき、ここでコンピュータプログラムコードがコンピュータに読み込まれて実行されると、コンピュータは発明を実施する装置となる。汎用のマイクロプロセッサ上に実装された場合には、コンピュータプログラムコードのセグメントは特定の論理回路を作り出すようにマイクロプロセッサの構成を行う。

発明は実施例を参照して説明されたが、その本質的な範囲から逸脱することなく種々の変更を行ったりその構成要素に等価なものを代入したりしてもよいことは当業者には理解されるであろう。従って、発明は発明を実行するために開示された特定の実施形態に限定されず、発明は添付された請求項の範囲内に収まる全ての実施形態を含んでいることが意図されている。

図１は実施例における暗視システムの電力部品のブロック図である。

Claims (15)

1. 高電圧部と結合された低電圧部を有する電力システムと、
   低電圧コントローラとパルス幅をステップ値に関連付けた低電圧テーブルを含んだ前記低電圧部であって、前記低電圧部は周波数に相当する周期を有するパルストレインにて前記ステップ値を前記高電圧部に送信するものと、
   前記低電圧コントローラから前記ステップ値を受け取るオプトアイソレータと、ステップ値をパルス幅と閾値に関連付けた高電圧テーブルにアクセスする高電圧コントローラを含んだ前記高電圧部であって、前記高電圧コントローラは前記パルス幅と前記閾値に応答して前記周波数で制御パルスを生成するものと、
   からなる暗視システム。
2. 前記高電圧部が、前記制御パルスに応答して作動する高電圧パワーエレクトロニクスを含む、請求項１の暗視システム。
3. 前記ステップ値は９ビットを使って表されている、請求項１の暗視システム。
4. 前記ステップ値は、前記ステップ値がＭＣＰゲートされた電圧に相当することを示すステアリングビットと共に送信される、請求項３の暗視システム。
5. 前記ステップ値によって表されるパルス幅は１２５０μｓから３００ｎｓの範囲である、請求項１の暗視システム。
6. 前記ステップ値は最大値から最小値まで対数的に減少する範囲のパルス幅に対応する、請求項１の暗視システム。
7. 前記パルス幅は前記最大値から前記最小値まで２．５％ずつ減少する、請求項６の暗視システム。
8. 前記ステップ値パルストレインの前記周期は前記最大値から前記最小値まで２．５％ずつ減少する周波数に相当する、請求項７の暗視システム。
9. 暗視システムを制御する方法であって、
   低電力部において、制御パルスの所望の周波数とパルス幅を得て前記パルス幅に応答して低電圧テーブルにアクセスしてステップ値を得て、
   前記ステップ値を前記周波数に相当する周期を有するパルストレインにて高電圧部に送信し、
   前記高電圧部において、前記ステップ値を受信し、ステップ値をパルス幅と閾値に関連付けた高電圧テーブルにアクセスし、前記パルス幅と前期閾値に応答して前記周波数で制御パルスを生成する、
   ことからなる方法。
10. 前記ステップ値は９ビットを使って表されている、請求項９の方法。
11. 前記ステップ値は、前記ステップ値がＭＣＰゲートされた電圧に相当することを示すステアリングビットと共に送信される、請求項１０の方法。
12. 前記ステップ値によって表されるパルス幅は１２５０μｓから３００ｎｓの範囲である、請求項９の方法。
13. 前記ステップ値は最大値から最小値まで対数的に減少する範囲のパルス幅に対応する、請求項９の方法。
14. 前記パルス幅は前記最大値から前記最小値まで２．５％ずつ減少する、請求項１３の方法。
15. 前記ステップ値パルストレインの前記周期は前記最大値から前記最小値まで２．５％ずつ減少する周波数に相当する、請求項１４の方法。

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