JPH0355070Y2

JPH0355070Y2 -

Info

Publication number: JPH0355070Y2
Application number: JP7288684U
Authority: JP
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1991-12-06
Also published as: JPS60185235U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の属する技術分野〕本考案は、光を受けて光強度に応じたデイジタ
ル信号に変換する光パワーメータに関するもので
ある。

〔従来例による説明〕

第６図は光パワーメータの従来例の構成ブロツ
ク図である。

第６図において、１は光電変換器、２は演算増
幅器（以下、OPアンプとする）、３はサンプルホ
ールド回路、４はＡ／Ｄ変換器、５はデイジタル
回路例えばマイコン回路である。

光電変換器１は、例えばシリコンフオトダイオ
ードであり、光を受けて光強度に応じた電気信号
に変換する。

OPアンプ２の反転入力端子には抵抗ｒが接続
されている。また、OPアンプ２の反転入力端子
と出力端子の間の帰還回路には、抵抗r₁〜r_oが並
列に接続されている。各抵抗r₁〜r_oの並列回路に
は、スイツチS₁〜S_oが設けられている。OPアン
プ２は、光電変換器１からの電気信号を増幅す
る。スイツチS₁〜S_oを選択的に閉じることによつ
て、OPアンプ２のゲイン切換を行なう。

サンプルホールド回路３は、OPアンプ２の出
力信号値をホールドする。

Ａ／Ｄ変換器４は、サンプルホールド回路３で
ホールドした信号をデイジタル信号に変換する。

マイコン回路５は、Ａ／Ｄ変換器４から送られ
たデイジタル信号をもとにして演算を行ない、光
強度を求める。

しかし、このような光パワーメータでは、スイ
ツチS₁〜S_oの選択的開閉でゲイン切換を行なつて
いるため、抵抗r₁〜r_oの抵抗値の誤差によつて、
測定信号に誤差が生じるという問題点があつた。

言また、Ａ／Ｄ変換器４が設けられているため、
高価になるという問題点があつた。

〔考案の目的〕

本考案は上述したような問題点を除去するため
になされたものであり、ゲイン切換による誤差が
生じにくく、安価な光パワーメータを実現するこ
とを目的とする。

〔実施例による説明〕第１図は本考案にかかる光パワーメータの一実
施例の構成ブロツク図である。第１図において、
第６図と同一のものは同一符号を付ける。以下、
図において同様とする。

第１図において、１０は発振器、２０はタイミ
ング信号発生回路、３０は積分回路、４０はカウ
ンタである。

発振器１０は、一定周波数のクロツク信号ｆを
発生する。

タイミング信号発生回路２０は、発振器１０か
らのクロツク信号ｆを分周し、分周信号をもとに
してタイミング信号P₁，P₂と分周クロツク信号
Ｆを発生する。光パワーメータは、タイミング信
号P₁と分周クロツク信号Ｆの変更によつてゲイ
ン切換が行なわれる。そして、これらの信号はタ
イミング信号発生回路２０内のガイン切換回路か
ら発生される。ゲイン切換回路の具体的な構成に
ついては後述する。

積分回路３０において、Ａは増幅器であり、光
電変換器１からの電気信号を増幅する。

OPはOPアンプであり、帰還回路にコンデンサ
Ｃが設置されている。OPアンプOPとコンデンサ
Ｃにより積分器ICを構成している。OPアンプOP
は、増幅器Ａの出力信号を積分する。

SW１およびR₁はスイツチおよび抵抗であり、
増幅器Ａの出力端子とOPアンプOPの反転入力端
子の間に接続されている。スイツチSW１は、タ
イミング信号P₁により開閉される。

Ｖは基準電圧源であり、スイツチSW２および
抵抗R₂を介してOPアンプOPの反転入力端子に
接続されている。

COMはコンパレータであり、OPアンプOPの
出力V₁を基準値と比較して２値信号V₂を出力す
る。

Ｇ１はアンドゲートであり、コンパレータ
COMの出力V₂とタイミング信号P₂の論理積V₃を
出力する。ゲートＧ１の出力信号V₃によつてス
イツチSW２は開閉される。

Ｇ２はアンドゲートであり、ゲートＧ１の出力
信号V₃と分周クロツク信号Ｆの論理積V₄を出力
する。

カウンタ４０は、ゲートＧ２の出力信号のクロ
ツク数をカウントする。このカウント数が光強度
に対応している。

次に、このような光パワーメータの動作につい
て説明する。

第２図は第１図の光パワーメータの動作説明用
のタイムチヤートである。

第２図において、ａはタイミング信号P₁、ｂ
はOPアンプOPの出力信号V₁、ｃはタイミング
信号P₂、ｄはコンパレータCOMの出力信号V₂、
ｅはアンドゲートG₁の出力信号V₃、ｆは分周ク
ロツク信号Ｆ、ｇはアンドゲートＧ２の出力信号
V₄のタイムチヤートである。

タイミング信号P₁がHIGH状態になると、スイ
ツチSW１が閉じられてコンデンサＣが充電され
る。この充電時間T₁が積分器ICの積分時間であ
る。この時間内では、タイミング信号P₂がLOW
状態で、カウンタ４０にはクロツク信号は送られ
ない。

一方、タイミング信号P₁がLOW状態になると、
スイツチSW１が開かれてコンデンサＣが放電さ
れる。放電が開始されると、タイミング信号P₂
がHIGH状態になり、しかもコンパレータCOM
の出力信号V₂は充放電期間はHIGH状態にある
ことから、アンドゲートＧ１の出力信号V₃は
HIGH状態になる。これによつて、分周クロツク
信号ＦがアンドゲートＧ２を通過し、カウンタ４
０にはｇに示すようなクロツクパルスV₄が送ら
れる。また、放電期間はアンドゲートＧ１の出力
信号がHIGH状態になつていることから、スイツ
チSW２は閉じている。

ここで、コンデンサＣの充電電流をｉとする
と、充電期間でコンデンサＣに充電される電荷Ｑ
は、Ｑ＝iT₁ (1) となる。増幅器Ａの出力電圧をv_iとすると、充電
電流ｉは、ｉ＝v_i／Ｒ (2) となり、(2)式を(1)式に代入すると、Ｑ＝v_iT₁／R₁ (3) となる。また、この電荷Ｑを放電するのに要する
時間をｔ、このときの放電電流をi′とするとＱ＝i′t (4) となる。ここで、放電電流i′は、 i′＝V_ref／R₂ (5) となる。ここで、V_refは基準電圧源Ｖの供給電圧
である。(5)式を(4)式に代入すると、Ｑ＝V_ref／R₂ｔ (6) となる。(3)式と(6)式から、ｔ＝v_i／V_ref・R₂／R₁・T₁ (7) となる。また、発振器１０が発生するクロツク信
号の周波数も、タイミング信号発生回路２０が
発生する分周クロツク信号の周波数もＦとする
と、T₁∝１／，Ｆ∝となることから、T₁＝
k₁／，Ｆ＝k₂（k₁，k₂は定数）とすると、放
電時間ｔでアンドゲートＧ２を通過するクロツク
パルスの数P_cは、(7)式を用いて、 P_c＝Ｆ・ｔ＝Ｆ・v_i／V_ref・R₂／R₁・T₁ ＝k₂・v_i／V_ref・R₂／R₁・k₁／＝v_i／V_ref・R₂／R₁・k₁k₂ ＝v_i／V_ref・R₂／R₁・ｋ (8) ここで、ｋ＝k₁k₂ となる。(8)式に示すように、パルス数P_cは入力信
号v_iに比例している。したがつて、パルス数P_cを
カウンタ４０でカウントすれば、入力信号の大き
さが求められる。

また、このような光パワーメータでは、測定レ
ンジを大きくとりたいときには、ゲイン切換を必
要とするが、このようなゲイン切換は次のように
して行なわれる。

第３図はゲイン切換回路の一例を示した構成ブ
ロツク図である。第３図で、Ｂに示す部分がゲイ
ン切換回路である。

第３図において、OP１はOPアンプであり、増
幅器Ａの出力信号を増幅する。SHはサンプルホ
ールド回路であり、OPアンプOP１の出力値をホ
ールドする。

２１は電圧判定回路であり、サンプルホールド
回路SHからの信号をもとにして測定レンジを選
択し、ゲイン切換信号J₁，J₂およびJ₃を出力す
る。

２２，２３は分周器である。分周器２２は、発
振器１０からのクロツク信号ｆを周波数₁の分周
クロツク信号に分周する。分周器２３は、分周器
２２からの分周クロツク信号を複数種類のクロツ
ク信号Q₁，Q₂およびQ₃に変換する。

G₂〜G₆はアンドゲート、Ｇ７はオアゲートで
ある。アンドゲートＧ２は、クロツク信号Q₁，
Q₂およびQ₃の論理積を出力する。アンドゲート
Ｇ３は、クロツク信号Q₂とQ₃の論理積を出力す
る。アンドゲートＧ４は、アンドゲートＧ２の出
力とゲイン切換信号J₁の論理積を出力する。アン
ドゲートＧ５は、アンドゲートＧ３とゲイン切換
信号J₂の論理積を出力する。アンドゲートＧ６
は、クロツク信号Q₃とゲイン切換信号J₃の論理
積を出力する。オアゲートＧ７は、アンドゲート
Ｇ４，Ｇ５およびＧ６の出力の論理和を出力す
る。オアゲートＧ７の出力がタイミング信号P₁
になる。

第４図は第３図のゲイン切換回路の動作説明用
のタイムチヤートである。

第４図において、ａは分周クロツク信号f₁、
ｂ，ｃおよびｄはクロツク信号Q₁、Q₂およびQ₃、
ｅ，ｆおよびｇはゲイン切換信号J₁，J₂および
J₃、ｈはタイミング信号P₁のタイムチヤートであ
る。

第３図のゲイン切換回路では、積分時間をT₂
にしたときには、ゲイン切換信号J₁をHIGH状態
にして、クロツク信号Q₁，Q₂およびQ₃の論理積
をとる。また、積分時間をT₃にしたいときは、
ゲイン切換信号J₂をHIGH状態にして、クロツク
信号Q₂とQ₃の論理積をとる。積分時間をT₄にし
たいときには、ゲイン切換信号J₃をHIGH状態に
して、クロツク信号Q₃を利用する。

このようにして積分時間を変えることによつて
ゲイン切換を行なう。

このようにしてゲイン切換が行なわれる光パワ
ーメータは、測定レンジが広い測定器例えば放射
温度計等に用いることができる。

なお、実施例では積分時間を変えることによつ
てゲイン切換を行なう場合について説明したが、
これに限らず例えば分周クロツク信号Ｆを変える
ことによつてゲイン切換を行なうようにしてもよ
い。この場合は、ゲイン切換回路は第５図に示す
ような構成になる。

第５図において、Ｇ８〜Ｇ１０はアンドゲー
ト、Ｇ１１はオアゲートである。また、Ｂに示す
部分がゲイン切換回路である。

アンドゲートＧ８，Ｇ９およびＧ１０は、ゲイ
ン切換信号J₁とクロツク信号Q₁、ゲイン切換信
号J₂とクロツク信号Q₂およびゲイン切換信号J₃と
クロツク信号Q₃の論理積をそれぞれ出力する。

オアゲートＧ１１は、アンドゲートＧ８，Ｇ９
およびＧ１０の論理和を出力する。オアゲートＧ
１１の出力が分周クロツク信号Ｆになる。

ゲイン切換信号J₁，J₂およびJ₃、クロツク信号
Q₁，Q₂およびQ₃のタイムチヤートは、第４図の
タイムチヤートと同様である。また、ゲイン切換
信号J₁，J₂およびJ₃の発生回路は、第３図に示す
ゲイン切換回路と同じものである。

このようなゲイン切換回路では、ゲイン切換信
号J₁，J₂，J₃のいずれかをHIGH状態にすること
によつて、クロツク信号Q₁，Q₂，Q₃のいずれか
を分周クロツク信号Ｆとして得ることができる。

これによつて、アンドゲートＧ２を通過するク
ロツク信号の周波数が変わり、ゲインが切換えら
れる。

また、クロツク信号としてQ₁，Q₂，Q₃の３種
類が設けられている場合について説明したが、ク
ロツク信号はこれ以外の数の種類だけ設けられて
いてもよい。

〔考案の効果〕このような光パワーメータによれば、〜に
示すような効果が得られる。

分周器で分周したクロツク信号を用いてゲイ
ン切換を行なつているため、ゲイン切換による
誤差が生じにくい。

積分回路３０により、光強度に応じたクロツ
ク数のクロツクパルス信号をカウンタ４０に送
るようにしているため、Ａ／Ｄ変換器が不要に
なつて安価になる。

カウンタ４０に送るクロツクパルス数P_cを表
わす(8)式には周波数が含まれていないため、
測定値は、発振器１０の周波数の変動の影響を
受けない。

回路が積分器ICを用いた積分型になつてい
るため、ノイズに強くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる光パワーメータの一実
施例の構成ブロツク図、第２図は第１図の光パワ
ーメータの動作説明用のタイムチヤート、第３図
は第１図の光パワーメータのゲイン切換回路の一
例を示した構成ブロツク図、第４図は第３図のゲ
イン切換回路の動作説明用のタイムチヤート、第
５図は第１図の光パワーメータのゲイン切換回路
の他の例を示した構成ブロツク図、第６図は光パ
ワーメータの従来例の構成ブロツク図である。１……光電変換器、１０……発振器、２２，２
３……分周器、３０……積分回路、４０……カウ
ンタ、IC……積分器、Ｂ……ゲイン切換回路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

光を受けて光強度に応じた電気信号に変換する
光電変換器と、発振器からのクロツク信号を分周
する分周器と、前記光電変換器からの信号を受け
積分器を用いて光強度に応じたクロツク数のパル
ス信号を前記分周器からカウンタに送る積分回路
と、前記光電変換器で受けた光の強度に応じて前
記分周器の分周周波数を変更してゲイン切換を行
なうゲイン切換回路とを具備したことを特徴とす
る光パワーメータ。