JPH0667391B2 - 安全連動システム - Google Patents

安全連動システム

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JPH0667391B2
JPH0667391B2 JP2292244A JP29224490A JPH0667391B2 JP H0667391 B2 JPH0667391 B2 JP H0667391B2 JP 2292244 A JP2292244 A JP 2292244A JP 29224490 A JP29224490 A JP 29224490A JP H0667391 B2 JPH0667391 B2 JP H0667391B2
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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、一般的には、開放された光ファイバから出
射される放射エネルギの量を制限する安全装置、または
光通信リンク中のトランスミッタ・ポートに関し、特
に、光ファイバ・リンク・カードに設けることができ、
開放リンク破壊（例えば、断路または破損したリンク中
の光ファイバ）を検出し、開放リンク破壊が検出された
ときにレーザ放射エネルギ出力を減少させ（または停止
させ）、破壊が修復されたか否かを調べるために定期的
に点検し、リンクが動作的に安全であることを調べる際
にレーザを連続フル出力に復帰させる安全装置に関する
ものである。
B.従来技術および課題 医療技術，通信および演算技術のような広範囲の応用を
有する、多くの種類のレーザベース・デバイスおよびシ
ステムは、益々知られてきており、また市販されるよう
になってきている。
これらデバイスおよびシステムの多くに使用されるレー
ザは、人体および装置に潜在的に有害である強力な出力
を発生する。その結果、レーザベース装置と一緒に使用
される多くの種類の安全装置、およびレーザベース装置
を安全に動作させることを保証する標準規格が開発さ
れ、改善されつつある。
例えば、米国特許第4,423,726号明細書は、レンズとレ
ーザ光受光素子との組合わせを用いたレーザ光ガイド
（レーザ外科手術に用いられる）のための安全装置であ
って、レーザ光ガイドの破損を検出する安全装置を開示
している。この安全装置を動作するのに反射レーザ光が
用いられている。この安全装置は、局部的なレーザベー
ス・システムの破損を検出するのに適しているが、レー
ザを制御する安全装置を教示しておらず、破損を検出し
たときにレーザを停止させる（またはその出力を制限す
る）安全装置を教示しておらず、通信および／または演
算システムに用いられるファイバ光リンクのように長距
離にわたって安全制御を行うのに適した安全装置を教示
していない。
ファイバ破損を検出するのに反射レーザ光を用いる安全
装置は、光データ演算システムとともに用いるには、実
際的でなく、あまりにも複雑すぎる（すなわち、大型で
あり高価である）。その理由は、リンクに沿った箇所で
のリンク破損による反射レーザ光を、リンク終端でのコ
ネクタ，スプライス，受光器／検出器による反射レーザ
光と区別することが困難であるからである。
レーザベース・システムに対する従来の安全装置の他の
例が、米国特許第4,543,477号明細書に開示されてい
る。この安全装置は、医療レーザ応用の光伝送ファイバ
中の欠陥を検出するのに用いられる。この安全装置は、
反射レーザ光を用いて、欠陥が検出されたときにレーザ
光を阻止するシャッタ機構を制御している。
前記米国特許第4,423,726号明細書に記載の安全装置と
同様に、米国特許第4,543,477号明細書に記載の安全装
置は、レーザを制御する安全装置を教示しておらず、破
損を検出したときにレーザを停止するシステムを教示し
ておらず、欠陥を検出するための手段として反射レーザ
光が用いられているので、長距離保安制御を行うのに適
したシステムを教示していない。
米国特許第4,716,288号明細書には、光伝送ファイバ中
の破壊を検出する安全装置が開示されている。この安全
装置は、外科手術を行うのに用いられる高出力医療レー
ザに応用され、ファイバ損傷を検出し、損傷が検出され
たときにレーザを停止する（ファイバのオーバヒートを
阻止するために）手段に応用されている。この米国特許
第4,716,288号明細書に記載されている安全装置は、米
国特許明細書第4,543,477号明細書に記載されている安
全装置のように、レーザを停止することはできるが、欠
陥を検出するのに依然として反射レーザ光を用いている
ので、長距離の応用に適したシステムではない。
従来の安全装置のさらに他の例は、米国特許第4,812,64
1号明細書に開示されている高出力光ファイバ破壊検出
システムである。この安全装置は、材料加工を行う高出
力パルスレーザを採用する装置に用いられる。高出力レ
ーザ・エネルギを伝送する光ファイバの破壊またはリー
クをこの安全装置により検出することができ、光ファイ
バが損傷し始めると、レーザビーム送出システムを停止
させる。この安全装置では、別個の検出ファイバと検出
器とが用いられ、伝送ファイバの破壊またはリークを検
出している。
別個の検出ファイバと検出器とを用いることは、長距離
保安の応用に対しては、特に高価となるうえ、種々の問
題がある。追加のファイバ・リンクおよび検出器の必要
性、および長距離にわたって追加のファイバを設けるこ
との必要性などが、この安全装置を多くのファイバ光リ
ンクとともに用いることを不適切にしている。
上述したすべての米国特許明細書に記載の安全装置は、
非常に短距離（数メータ以下）の光ファイバ上で伝送を
行っており、このような短距離伝送では、ファイバ・リ
ンク中のなんらかの破損は反射出力にかなりの変化を生
じさせ（一般的には反射率を増大させる）、曝射および
火災の危険性が生じる。これとは対照的に、データ伝送
リンクは、かなりの低出力レベルでかなりの長距離にわ
たって動作し、光リンク中の破損（例えば、機械的接続
の断路）は、視覚上の危険性、および反射出力量の非常
にわずかな変化のみを生じさせる。上述した米国特許明
細書に記載の安全装置を、現在の応用の広範囲の異なる
状況に組合わせて用いることの非実際性のため、全く新
しい種類の好適な安全制御システムを作ることが必要に
なるであろう。
レーザベース・システムにおいて破損を検出することが
でき、破損を検出したときにレーザを効果的にターンオ
フすることに加えて、破損の原因が修復された後に、レ
ーザを再び出力させて動作させることが多くの応用にお
いて望ましい。
特定のリンクが設けられた距離にわたってリンク破損を
容易かつコスト的に検出するリンク破損検出機能を、破
損が検出されたときにレーザの放射エネルギ出力を安全
なレベルに低減する（またはレーザを停止する）ことの
できる制御システムと組合わせた安全装置は知られてい
ない。さらに、検出された破損が修復されたか否かを調
べるために定期的に点検し、リンクが動作的に安全であ
ることを調べたときに、レーザを連続フル出力に復帰さ
せることのできる安全装置は知られていない。
安全性および製品検定の点から、関連継続米国特許出願
に記載されているカードのような個々のカードを、フェ
イルセーフ“（fail safe）”にする、すなわち全体的
なシステム・レベル以外の点で保証的に安全にする安全
装置を設けることができることが望ましい。
多くの国では、レーザ光放射に対して“製品”検定が要
求されている。従来のレーザベース光リンク・サブアセ
ンブリは、このような要求に応じるために、サブアセン
ブリが収納されている“ボックス”に依存している。各
カードに保持できる安全装置を考察できるならば、カー
ドが用いられるすべての異なるモデルのボックスではな
く、カード自体が検定を必要とする“製品”となる。
上述したレーザ安全標準規格および検定は、光通信リン
クにおける開放ファイバに対して非常に厳格になる。例
えば、クラス１動作に対するヨーロッパIECレーザ安全
規格は、開放ファイバから放射される出力量を、約−8d
Bmの最大レベルに制限している。この最大レベルは、前
記継続特許出願に係るカードが結合されるリンクの最適
性能に対する設計点よりはるかに低い。
光ファイバ・リンク・カード等を含むレーザベース・光
ファイバ・リンク・システムに適用し得る現在の標準規
格の点から、カード・レベルでの前述した“フェイルセ
ーフ”能力を与えることによって、全体としてこのよう
なシステムに対する検定条件を軽減させることが望まし
い。このような特徴を与える安全制御装置は、個々のカ
ードに設けるのに十分コンパクトでなければならず、カ
ード上の他の要素とコンパチブルであることが必要とな
り（出力条件，雑音などによって）、カード上に設けら
れているレーザが結合されるファイバ・リンクの長さと
は無関係に容易かつコスト的に効果的に動作することが
必要となる。
したがって、安全制御装置は、 （１）光ファイバ・リンクに結合されるように構成され
た光ファイバ・リンク・カードの一部として、自己保持
形で動作し、 （２）双方向光ファイバ・リンクに含まれる他のカード
上の同一の安全装置と協働して動作し、 （３）クラス１動作に対して、すべての存在する世界的
な安全規準をカードが満たすことを可能にし、１つの障
害状態の下でクラス１（クラス１は、1984年に発行され
た国際電気標準会議（IEC）標準規格番号825におけるも
のとする）を保持する十分な安全特性を与え、 （４）特定のリンクが設けられている距離にわたって、
容易かつコスト的に効果的にリンク破損（例えば機械的
接続の断路）を検出し、 （５）リンク破損が検出されたときに、レーザの放射エ
ネルギ出力を軽減し（または停止し）、 （６）破損が修復されたか否かを調べるために定期的に
点検し、 （７）リンクが動作的に安全であることを調べると、レ
ーザを連続フル出力に復帰させる、 ことが望ましい。
C.発明の概要および解決手段 この発明の目的は、個々のレーザ・ベース光ファイバ・
リンク・カードに設けることができ、これにより個々の
カードがレーザ安全標準規格に合致していると確認でき
る光ファイバ・リンク制御安全装置を提供することにあ
る。
この発明の他の目的は、ファイバ光リンクによる双方向
光データ通信に用いられる光ファイバ・リンク・カード
と協働するのに特に適した光ファイバ・リンク制御安全
装置を提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、光ファイバ・リンク制御
安全装置であって、この安全装置が設けられるカード
が、存在するすべての世界中の安全規格を満たし、安全
装置における単一の障害状態の下でクラス１を保持でき
るような十分な安全特性を与える安全装置を提供するこ
とにある。
この発明の他の目的は、特定のリンクが設けられている
距離にわたるリンク破壊を容易かつ安価に検出して、レ
ーザの放射エネルギ出力を減少し（または出力を停止
し）、リンク破壊が検出されると、この破壊が確かに存
在するか否かを点検し、リンクが作動的に安全であるこ
とを調べたならば、レーザを連続フル出力に復帰させる
光ファイバ・リンク制御安全装置を提供することにあ
る。
この発明の好適な実施例によれば、ファイバ光リンク上
の光損を検出する手段と、この検出手段に接続され、前
記検出手段の出力に基づいてリンクの安全状態を調べ、
調べられた安全状態に基づき冗長出力制御信号により光
トランスミッタの放射エネルギ出力を制御するコントロ
ーラ手段と、このコントローラ手段に接続され、前記冗
長出力制御信号に応じて、前記コントローラ手段の出力
をトランスミッタ駆動回路に相互接続して、トランスミ
ッタによる放射エネルギ出力を調整する手段とを備えて
いる。
さらにこの発明の好適な実施例によれば、コントローラ
手段は、電子的に実施される２つの独立した状態マシー
ンを有しており、これら各状態マシーンは、２つの光リ
ンク・カード間の光リンクの接続状態を調べる。状態マ
シーンの出力は、冗長制御信号を搬送する十分に冗長な
パスを経て、トランスミッタの駆動回路を調整する（例
えば、ターンオンおよびターンオフ）のに用いられる。
さらに、この発明の好適な実施例によれば、状態マシー
ンは次の４つの状態のいずれか１つの状態をとることが
できる。すなわち、（１）トランスミッタの不活性モー
ドに対する“点検”状態（例えば、トランスミッタがオ
フであり、あるいは放射エネルギ出力に対しクラス１レ
ベル以下である）と、（２）トランスミッタの活性（す
なわち正常）モードに対する“活性”状態（例えばトラ
ンスミッタが連続してオンしているとき）と、（３）
“停止”状態と、（４）“接続”状態とである。状態３
および４は、トランスミッタを活性モードから第３モー
ド（以下、接続モードと称する）を経て活性モードへ切
り換えることのできる一連の変移の間に存在する。
この発明は、上述した目的に一致した能力を特徴づけて
いる。さらに、この発明は、コンパクトであり、カード
と同じ電源で動作し、レーザの連続フル出力を与える前
に、双方向リンク上の両方のカードが安全装置を有する
ことを保証する非故障安全連動システムを特徴づけてい
る。
この発明の目的および特徴と、これらを達成する方法
は、以下の詳細な説明によって当業者に最良に理解され
るであろう。
D.実施例 第１図は、この発明を用いることのできる典型的な光フ
ァイバ・リンク通信システムを示すブロック線図であ
る。このシステムは、光ファイバ103,104で結合された
２つの同一の光リンク・カード101,102を有している。
カード101は、トランスミッタおよびドライバ（第１図
にユニット105で示されている）と、レシーバおよびア
ンプ（第１図にユニット106で示されている）と、ユニ
ット107で示される安全装置とを有している。安全装置1
07は、この発明の好適な実施例によって意図されるよう
に、ユニット105とユニット106との間のパス中に挿入さ
れている。
同一のカード102は、また、トランスミッタおよびドラ
イバ（第１図にユニット115で示されている）と、レシ
ーバおよびアンプ（第１図にユニット116で示されてい
る）と、これらユニット間に接続された安全装置117と
を有している。
安全装置107は制御回路118とタイマ手段119とを有し、
安全装置117は制御回路120とタイマ手段121とを有して
いる。
第１図は、また、データ入力リンク150およびデータ出
力リンク151（カード101に対し）と、データ入力リンク
152およびデータ出力リンク153（カード102に対し）
と、カード101,102に設けられた安全装置107,117に対す
るリンク154〜157と、各安全装置における制御回路とタ
イマとの間の双方向リンクとして働くリンク158,159と
を示している。
第１図に示したような通信システムに含まれる適切な光
リンク・カードは、本特許米国出願と同日の出願第462,
681号に開示されている。前記出願は、安全装置（前記
出願では光ファイバ制御（OFC）回路と称されている）
の詳細を除いて、第１図に示されているシステムのすべ
ての要素を詳細に記述している。
ユニット107,117のそれぞれは、前記出願に記載されて
いるデシアリアライザ（deserializer）（特に変移検出
器）の部分を含んでいる。
このデバイスの目的およびこのデバイスが安全装置とど
のように協動するかは、光ファイバ・リンク中の光損を
検出する好適な手段の記述により後に明らかにする。
安全装置は、前記出願に述べられているカードの種類と
ともに、その使用の説明の中で述べる。安全装置は、前
記出願に述べられている好適な実施例では、実際にはカ
ードに物理的に設けられている。しかし、当業者であれ
ば、このようなカードに関連する安全装置の記述は、説
明のためだけに行われていることがわかるであろう。こ
のような記述は、異なる出力面構造、異なる全体寸法，
形状，要素の組合わせを有するカードのような、他の光
リンク・カード（オンまたはオフ・カード）と一緒に用
いることのできるこの発明の範囲を制限するものではな
い。
さらに、説明のためのみに、一体化されたトランスミッ
タおよびドライバ（第１図にユニット105,115として示
されている）は、レーザベースのものとしているが、他
の種類の光トランスミッタを、安全装置で制御すること
ができる。
再び第１図において、光データ・リンク中の断路後に発
生する一連の動作を、次に説明する。
データ・リンク103が断路すると（例えば、コネクタが
はずれ、あるいはファイバが切断する）、ユニット116
（カード102の）は、安全装置117（カード102の）の制
御回路120に、光損を知らせる。
制御回路120は、ユニット115（カード102の）のレーザ
をターンオフし、タイマ121をスタートする。ユニット1
15のレーザはオフになり、カード101のユニット106に、
光損信号が発生される。
これに応じて、制御回路118（カード101の）は、ユニッ
ト105（カード101の）のレーザをターンオフし、リンク
の開放端に対して、安全状態を形成する（すなわち、レ
ーザ放射の曝射はない）。
各レーザがターンオフすると、各レーザに関連する制御
回路用のタイマがスタートする。所定期間Ｔ経過後、各
カードの制御回路は各レーザを短期間ｔだけターンオン
し、リンクの状態を点検する。
ラインが閉ループ（例えば、データ・リンク103が再接
続される）であるならば、２つのカードの間に再接続ハ
ンドシェークが行われ、レーザが正常動作に戻る。リン
クが依然として開放状態にあるならば、再接続ハンドシ
ェークに失敗し、点検が繰り返される前に、レーザは再
びＴ秒間ターンオフされる。
この発明の好適な実施例によれば、タイマの計時終了、
あるいは他のカードからの光信号の受信が、再接続を試
みさせる。したがって、２つのレーザのターンオンおよ
びターンオフが、自動的に同期される。
データ・リンク103および104の両方が同時に断路する
と、各レシーバで光損信号が発生するので、両方のカー
ドがそれらのレーザを独立にターンオフする。両方のデ
ータ・リンクが再接続され、カード間に適切な再接続ハ
ンドシェークが行われるまで、正常動作に復帰しない。
タイマを用いて、所定期間後にレーザを再ターンオンす
ることにより、１個以上のコネクタの事故または意図的
な断路／再接続後に、全システムを正常モードの機能に
復帰させることが可能となる。このタイミング・リトラ
イ機構が実行されなければ、全外部システムは停止さ
れ、リンクを再び動作させるために再スタートされる。
システムをスタートアップ（第１図に示す全システムに
対して）し、またはリンク再接続を行うとき、この発明
によれば、カード101と102との間でハンドシェーク動作
を行わせる。これにより、光ファイバ・リンクの他端の
ユニットは、リンクの破壊事故の際に停止することので
きる他のカードであることが保証される。リンクの他端
がハンドシェークに応答しなければ、本発明にしたがっ
てレーザは不活性のままに留まり（すなわち、放射なし
か、またはＴ秒毎に短パルスを放射する）、これにより
安全リンクを保持する。したがって、この電子安全モジ
ュールは、破壊しないように構成された安全連動システ
ムとして機能する。
この発明は、リンクが開放状態にある期間内に、繰り返
しパルス発生技術を用いて（CW動作の代わりに）、起こ
り得る最大曝射を、クラス１動作に対する国際標準規格
によって設定されたレベル以下の値に軽減している。
前記出願に記載されているカードのシアリアライザ・モ
ジュール内の安全カード（これには、安全装置は述べら
れていない）は、レーザの駆動電流を制御し、種々の電
気的障害をモニタしている。オープン・ファイバ・リン
ク・コントロール（OFC）モジュール（ここで説明した
安全装置に相当する）は、第１図のカード101および102
のような２つのカード間の光リンクが、ファイバ・リン
クの破壊または断路により開放されたときに、シアリア
ライザ・モジュールおよびその駆動回路をディスエーブ
ルする機能を有している。
１つの障害が存在している場合でも、安全性を保証する
ためには、この発明により、十分に冗長な安全連動シス
テムを採用する。
第２図は、安全装置の好適な実施例のブロック線図であ
る。十分に冗長な光リンク安全装置を示している。
２つの独立した光レシーバ201,202が、フォト・ディテ
クタ210での光の有無を調べるために用いられる。レシ
ーバの各出力およびタイマからの出力（第２図には、２
つのタイマ220,221が示されており、これらタイマは冗
長性を与える）が、２つの独立した状態マシーンに供給
される。これらの冗長状態マシーンは、カード101と102
との間の光リンクの接続状態を調べる。
さらに、互いに逆極性の２本の別個の制御ライン215,21
6が、シアリアライザ・モジュール内のユニット250とし
て示されるレーザ駆動回路を活性化するのに必要とな
る。この発明の好適な実施例によれば、第２図は安全装
置を通るパスは十分に冗長であることを示している。
この発明の好適な実施例によれば、第２図のレシーバ20
1は、前記出願に記載されている変移検出器とデジタル
・フィルタとの組合わせを含んでいる。安全装置の一部
分としてのこれらデバイスの機能および要素について、
第４図および第５図を参照して詳細に説明する。
この発明の好適な実施例によれば、第２図の各状態マシ
ーン203および204は、４つの状態のうちのいずれか１つ
の状態にある。１つの状態は、不活性すなわちレーザが
パルス化される点検モードの動作に対する状態であり、
１つの状態は、レーザが連続出力している活性すなわち
正常モードの動作に対する状態であり、他の２つの状態
は、レーザが不活性モードの動作から活性モードの動作
へ切り換わることを可能にする動作の接続シーケンスに
対する状態である。
この発明の技術により、レーザが動作する３つのモード
（以下、不活性モード，活性モード，接続シーケンス・
モードと称する）の間に、ファイバに放射された出力
を、第３図に示す。
オープン・ファイバ制御機能を有さない他のハードウェ
ア部材の光接続を防止するために、接続シーケンスに対
し２つのステージ・ハンドシェークが用いられる。
この発明の実施例によれば、４つの期間が定められ、第
３図に示されている。その間に光パルスが放射される２
つの3m秒ウィンドウと、安全装置を有する他のカードが
実際にリンクに設けられているか否かを、その間に安全
装置が調べる7m秒ウィンドウと、その後に不活性レーザ
をパワーオンする試みが行われる48.8秒ウィンドウとで
ある。
3m秒,7m秒,48.8秒ウィンドウは、この発明の原理を説明
するためにのみ選定されたものである。選定された特定
の値は、2kmの長さまでの光ファイバ・リンクに対する
ものである。この2km長さまでの光ファイバ・リンクで
は、前記出願に記載されているようなカードに安全装置
が含まれており、さらに、安全装置を実現する電子要素
は、後述する電子要素と類似している。
当業者であれば、“オン”パルスの長さ（実施例では3m
秒パルス）は、全システム、レーザ駆動回路の応答時
間、適合すべきレーザ安全規格によって必要とされる光
出力の関数であることがわかるであろう。分類レベル
（クラス1,クラス2,クラス3Bなど）のようなファクタ、
レーザ光の波長、適用できるタイムベース（タイムベー
スは、標準規格とクラスに依存する）の間のパルス数、
単一パルスに対する受け入れ可能な放射レベル（AEL）
（クラス，波長，“オン”パルス時間，安全標準規格に
依存する）、レーザ出力への最悪環境および寿命効果
は、特定のシステム応用に対する“オン”パルスの長さ
を決める際に考慮される。
48.8秒“繰り返し”時間ウィンドウは、“オン”時間と
同じ項目によって決定される。（最大出力は、デューテ
ィ・サイクル、すなわち“オン”時間を“繰り返し”時
間で除算したものに関係しているので、２つの時間の間
にギブアンドテークが存在する。）“繰り返し”ウィン
ドウを決める他のファクタは、送出される再接続信号を
外部システムがどれだけ待つかということである。
7m秒ウィンドウは、制御回路の応答時間と、光がリンク
の他端へ達し再び戻る（最長パス）に要する時間との関
数である。
第３図（Ａ）は、レーザの不活性モードの間、すなわち
システムが初期化されるとき、またはレーザが前もって
出力ダウンされたとき、ファイバへ放射された出力を示
している。3m秒の“オン”パルスは、48.8秒毎に１回発
生する。第３図の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の“SP"は、
ファイバへ放射される出力に対するセット・ポイントと
して定められる。
第３図（Ｂ）は、レーザの活性モード、すなわち連続出
力がレーザによって出力されるモードを示している。
第３図（Ｃ）は、レーザの接続シーケンス・モードを示
している。このモードは、適切な安全装置を有する他の
カードが、光ファイバ・リンクの遠端に接続されること
を保証するように構成されている。このシーケンスは、
安全連動システムが、変調光源によって破壊されること
を防止する。
第３図（Ｃ）は、ファイバが接続された後（第３図
（Ａ）に示される48.8秒ウィンドウの１つの終りで）を
示している。3m秒の“オン”パルスは、一方のカードの
安全装置によって送出される。このカードの安全装置
は、後述するよに、3m秒ウィンドウの間に戻り光を点検
するように構成されている。
第３図（Ｃ）に示されている最初の3m秒ウィンドウの終
りで、レーザはターンオフする。最初の3m秒ウィンドウ
の間に戻り光が検出されると、7m秒ウィンドウが開始
し、この間に安全装置が戻り光の光損を点検する。光損
の発生は、適切な安全装置を有するカードがリンクの他
端に実際に接続されていることを示している。
7m秒ウィンドウ中にこの動作が起これば、レーザは7m秒
ウィンドウの終りに3m秒間ターン・バック・オンする。
第３図（Ｃ）に示される第２の3m秒ウィンドウの終りに
戻り光が検出されると、レーザは、カードの安全装置の
制御のもとで、連続出力に復帰する。
安全装置を含まないデバイスがリンクの遠端に設けられ
ていると、7m秒ウィンドウの間に戻り光オフを点検でき
ず、レーザは不活性モードに復帰するか、あるいはオフ
状態に留まる。
第４図は、安全装置をどのように一体化するかを示す図
である。この安全装置は、前記出願に記載されているよ
うなレーザ制御電子回路を有する、オープン・ファイバ
・リンク・コントローラ425として示されている。
コントローラ425は、フォト・ダイオード480および増幅
器499の組合わせ（例えば第１図のユニット106に相当し
ている）と、シアリアライザ451（前記出願によれば、
レーザ駆動回路を含んでいる）およびレーザ450の組合
わせ（例えば、第１図のユニット105に相当している）
との間のパス中に挿入されている。
冗長レーザ・オフスイッチであるトランジスタ401は、p
npトランジスタ402によってゲートされる。トランジス
タ402の入力での低レベル（−オフ制御リンク490を経て
搬送される）は、レーザ450をオフする。シアリアライ
ザ451（前記出願に記載されているシアリアライザはこ
の発明とともに用いるのに適している）の正常“レーザ
・オン”ラインは、＋オフ制御リンク491によって制御
される。
リンク491がハイのとき、レーザ450はオフされる。論理
ラインの同時ハイレベルとローレベルとの組が、レーザ
450を活性化するのに必要とされるので、電源電圧の障
害が、事故的なレーザ・オン・コマンドを与えることは
ない。
第４図は、前述したレシーバ冗長性を与えるのに用いら
れる２つの光センサを示している。リンク498を介して
コントローラ425に接続されたデシアリアライザ452は、
一方のセンサ、すなわちこの発明の実施例によれば、活
性化される1MHz以上の最小ピーク対ピークAC電圧周波数
を必要とするエンベロープ検出器を有している。フォト
・ディテクタ480はこのACレシーバにACに結合されてい
るので、DC漏れはACレシーバを活性化しない。
加算抵抗器437,468,469と、キャパシタ438とトランジス
タ403によって、フォト・ダイオードに対する第２検出
器が構成され、その平均DC電流を検出する。この発明の
実施例によれば、トランジスタ403を活性化するのに、
少なくとも10μアンペアのフォト・ダイオード電流が必
要とされる。
光を受光しないときには、フォト・ダイオード480は１
μアンペア以下の電流を流し、したがってトランジスタ
403をオフにし、＋光損DCライン475をハイにする。
フォト・ダイオード480は、両方のセンサに共通であ
る。しかし、暗電流の増大により引き起こされるフォト
・ダイオードの破壊（産業界で報告されている唯一の破
壊モードである）は、ACセンサではなくDCセンサのみを
活性化する。
この発明によれば、両方のセンサは、レーザ450が活性
化される前に、光損を伴うフォト・ダイオード480から
の光を検出しなければならない（この場合、光損は、フ
ァイバ・リンクの他端での機能的安全手段の存在を示し
ている）。
光リンク・カード（前記出願に記載されている）に設け
られる外部（ユーザ）システムが、5.0ボルト±20％の
電圧範囲内出力を保持するために必要とされる。この電
圧範囲内で安全装置は機能し、リンクの状態に関する適
切な決定を行うことができる。
第４図は、また、POR（power on reset）リンク487を示
している。このリンク上の信号は安全装置によって用い
られるが、安全状態はこの信号の存在に依存するもので
はない。PORが無いことは、ターンオフの試みを阻止す
るか、あるいは２つの冗長回路を決して同期させないこ
とにつながる。２つの冗長回路が同期しないならば、２
つの冗長“レーザ・オン”信号は異なった時刻に存在
し、レーザは決して活性化されない。
第４図に示される安全装置は、 （１）コントローラ425からのリンク不活性状態信号
（適切な場合）が出力されるリンク471、 （２）レーザ傷害信号が出力されるリンク409、 （３）ラップ・イネーブル信号、送信クロック信号、
（ユーザからの）強制レーザ・オフ信号のそれぞれが入
力されるリンク472〜474、 を有している。
好適な実施例によれば、コントローラ425は、28ピン・
プラスチック・リードレス・チップ・キャリヤ（PLCC）
モジュールにパッケージされたCMOSゲートアレイで構成
することができる。このモジュールは、前記出願に記載
されている光リンク・カードに設けることができ、カー
ドが取り付けられる光データ・リンクの状態を連続的に
監視する。安全装置に障害があれば、レーザ450を活性
化しない。
第５図は、コントローラ425のブロック線図である。図
では、この発明の説明をするのに必要な機能的入力およ
び出力のみを示している。他の入力および出力（検査の
目的に使用される）は示していないが、当業者であれ
ば、このような入力および出力が必要であることは容易
に理解できるであろう。
第５図に示した機能的入力および出力を、第４図に示し
た概略図と適合させるために、第４図の入力および出力
の参照番号を第５図において用いている。
第５図に示すコントローラ425のブロック図は、レーザ
が活性化される前に満足されなければならない２つのコ
ントロール・パスを与えることを示している。これらの
パスは、光安全性に必要な冗長性を与えるものである。
各パスは、デジタル・フィルタ，状態マシーン，カウン
タを含んでいる。特に、入力リンク498と−レーザ・オ
フ・リンク490との間の第１パスは、デジタル・フィル
タ501,状態マシーン502,カウンタ503を含んでいる。入
力リンク475と出力＋レーザ・オフ・リンク491との間の
第２パスは、デジタル・フィルタ504,状態マシーン505,
カウンタ506を含んでいる。
カウンタ503は、状態マシーン502に接続されており（リ
ンク576,577を介して）、カウンタ506は、状態マシーン
505に接続されており（リンク578,579を介して）、およ
びリンク597を介してクロック検出器541（後述する）に
接続されている。
内部冗長性（コントローラ425内部の）は、前述した２
つの光検出器と、第４図のリンク490,491を介して制御
される２つの“レーザ・オフ”回路によって、外部的に
与えられる。
２つの検出器からの光損信号は、デジタル・フィルタに
それぞれ供給される。各フィルタの出力および各状態マ
シーンからの活性状態信号出力（第５図のリンク520,52
1を経たフィードバック）は“OR／EQL"機能ブロック
（第５図507,508）によって用いられ、コントローラ425
内部の独立した光損（LOL）信号（第５図のランク511,5
12上の）を形成する。
“OR／EQL"機能ブロックは、活性状態ラインがローのと
き（すなわち、状態マシーンが点検，停止または接続状
態にある）、LOL出力信号が論理レベルに変化するため
には、両方のデジタル・フィルタ信号が一致しなければ
ならない。したがって、点検または接続状態で、LOLラ
インは最初はハイであり（LOL＝１）、LOLがローに切り
換わる（LOL＝０）ためには、両方のデジタル・フィル
タ信号は同時に光の存在（論理０）を示さなければなら
ない。同様に、停止状態では、LOLラインは最初はロー
であり（LOL＝０）、LOLがハイに切り換わる（LOL＝
１）ためには、両方のデジタル・フィルタ信号は同時に
光損（論理１）を示さなければならない。しかし、状態
マシーンが活性状態にあれば、デジタル・フィルタの出
力の“OR"は、LOL信号を形成するのに用いられる。これ
により、光損を検出時に、両光検出器が、状態マシーン
を活性状態にし、レーザをターンオフすることを可能に
する。
LOL信号は、カウンタと状態マシーンを同期させるのに
用いられる。状態マシーンは、コントローラ425で行わ
れる接続シーケンスを制御する。これら状態マシーンに
対する状態図を第６図に示し、以下詳細に説明する。
各状態マシーン（502,505）は、別個の“レーザ・オ
フ”回路に接続される“レーザ・オフ”出力ライン（そ
れぞれ490,491）を制御する。カウンタ（503,506）は、
コントローラ425がオープン・リンクを検出したとき
に、レーザ・パルスのデューティ・サイクルを制御す
る。カウンタは、また、低周波数サンプリング・クロッ
クをデジタル・フィルタ（リンク590,591を介して）に
供給する。
デジタル・フィルタ501,504は、到来信号を結合し、そ
れらの信頼性を改善する。デジタル・フィルタは、22MH
zシステムクロックで、93μ秒毎にサンプリングする。
実施例で用いられるデジタル・フィルタは、それらの出
力を切り換えるためには、８カウントのランニング・ト
ータルを必要とする。したがって、これらフィルタに対
して、最小の獲得時間は８×93μ秒すなわち744μ秒で
ある。
コントローラ425は、また、クロック検出器541を駆動
し、リンク473を介した“送信クロック”信号入力を監
視するリング発振器540を有している。“送信クロッ
ク”信号がハイまたはローになると、クロック検出器54
1は、レーザをターンオフする。この回路配置は、チッ
プに到来する単一クロックにバックアップ安全特性を与
える。クロック周波数の変化は、パルス持続期間および
パルス繰り返し時間を、比例的にスケールして、レーザ
パルスのデューティ・サイクルがクロック周波数の変化
によって影響されないようにする。実施例では、入力ク
ロックが3MHz以上にスピードアップされると、パルスは
非常に短くなって、レーザをオンすることができず、ク
ロックが3MHzにスローダウンすると、クロック検出器が
レーザをターンオフする。
第５図のクロキッタ発生器596は、“送信クロック”信
号473から２つのオーバラップしない信号を発生する。
これら２つの信号は、コントローラ425内のすべてのメ
モリ素子をクロックするのに用いられる。
レーザ・オフおよび電子回路ラップ入力（それぞれ入力
474,472）が与えられ、これらはユーザによって外部的
に制御することができる。ユーザはコマンドによってレ
ーザを即座にターンオフすることができるが、レーザを
ターンオンすることができない。コントローラ425のみ
が、レーザを活性化できる。レーザ・オフまたはラップ
を行う前に、リングが活性化され、レーザ・オフまたは
ラップが元の状態に復帰すると、実施例によれば、3m秒
パルスをすぐに送出して、現在のリング状態を点検す
る。レーザ・オフまたはラップを行う前に、リンクが不
活性であれば、3m秒レーザ・パルスが送出する前に、4
8.8秒の待ち期間が経過する。
出力オン・リセットの間は、コントローラ425は、レー
ザ放射の安全でないレベルの曝射を防止する。レーザを
オンする試みは、有効なPORが受信された後48.8秒経過
するまでは行われない。したがって、初期出力アップ期
間中でさえ、安全制御回路は動作している。
第５図は、さらに、−POR,−ラップ・イネーブル，＋レ
ーザ・オフ入力の安全性を保証するデグリッチ回路515
と、コントローラ425へ／コントローラ425から種々の入
力および出力をゲートする他の標準論理回路とを示して
いる。
第６図は、各状態マシーンのすべての状態および変移を
示すブロック線図である。好適な実施例によれば、状態
マシーンは第４図および第５図に示したオープン・ファ
イバ・リンク・コントローラ（コントローラ425）内に
設けられている。各状態マシーンは、ファイバの他端に
設けられたカードがオープン・ファイバ検出回路を有す
ることを確認する。以下、すべての状態および変移につ
いて説明する。
各状態マシーンは、状態から状態への変移を制御する４
つの変数を有している。光損（LOL）信号は、前述した
“OR／EQL"関数によって、両方のセンサが点検，停止，
接続状態を通過し、リンクを活性化することに同期しな
ければならず、一旦活性化されると、光を検出しない光
センサはリンクを停止させるように形成される。
３つのデコード（D1,D2,D3として第６図に示されてい
る）は、コントローラ425の各カウンタによって発生さ
れる。これらデコードは、コネクタへのファイバの物理
的挿入によって発生されるオン−オフ−オン・シーケン
スが安全リンクを偶発的に指示しないようにするために
用いられる。各デコードのタイミングは、実施例の22MH
zクロック入力に基づいている。クロック周波数が変わ
れば、すべてのタイミングは比例的に変わる。
次に、コントローラ425の４つの動作状態のそれぞれに
ついて機能的説明を行う。当業者であれば、各状態マシ
ーンの所望機能を理解してしまえば、既製の電子素子を
用いて、コントローラ425の所望状態マシーンを容易に
作製することができる。
状態マシーンは、第６図にブロック601で示される“点
検”状態でスタートするものとする。点検状態にある間
は、コントローラ425は、48.8秒毎に3m秒光パルスを送
出することによって、閉じた光リンクを点検する。LOL
がハイである限り、コントローラ425はこの状態のまま
である。点検状態から出るには、光を送出し、光リンク
・カードによって受光しなければならない。これは、コ
ントローラ425が到来パルスに応答するか、または送出
パルスに対する返答を受け取る場合に行われる。
3m秒D1光パルス送出の間に（すなわちD1＝１）、LOLが
ローになると（すなわち、返答を受け取る）、コントロ
ーラ425は、第６図にブロック602で示す停止状態に移る
（リンク651で示されるように）。
48.8秒の待ち期間中にときどきLOLがローになる（LOL＝
０）と、点検状態から出る第２の場合が生じる。タイミ
ングを制御するカウンタがリセットされ、D1はハイにセ
ットされ（D1＝１）、3m秒光パルスが、受信光パルスに
応じて送出される。これは、コントローラ425を、停止
状態へ移させる（リンク651を経て）。
停止状態にある間に、7m秒D2期間（D2＝１）が開始し、
コントローラ425はレーザをターンオフして、ファイバ
・リンクの反対端のカードが応答するか否かを見る。こ
れにより、他のカードが適切なオープン・ファイバ安全
回路を有していることを確認する。3m秒D1パルスが終了
するまで、レーザはターンオフされない（すなわち、D2
＝１期間が開始されない）。このことは、他の回路に対
してパルスが十分に長く、D1パルスを受け取り、それに
返答を送ることができることを保証している。コントロ
ーラ425は、LOLがローである間（すなわち、光が受光さ
れている）、停止状態に留まる（リンク652で示される
ように）、これは不定期間の間続く。
停止状態からの１つの可能な出口（リンク653を経る）
は、LOL＝１でD2＝１のときである。これは、レーザを
ターンオフするコントローラ425の7m秒の間に、光がも
はや受光されない（LOL＝１）ときに生じる。これは、
ファイバの他端のカードからの適切な応答であり、この
ときコントローラ425は、第６図にブロック603で示す接
続状態に移る。
停止状態からの他の可能な出力（リンク654を経る）
は、LOL＝1,D1＝0,D2＝０のときである。これは、コン
トローラ425の7m秒D2期間が経過した後に（D2＝０）、
光がもはや受光されないときに生じる。このとき、コン
トローラ425は点検状態に戻り、他の3m秒D1光パルスを
送出する前に経過するために、48.8秒のタイミング期間
の間を待つ。
接続状態の間に、コントローラ425は第２の3m秒光パル
ス（D3）送出して、ファイバ・リンクの反対端にあるカ
ードと確認された安全なリンクを形成する。このパルス
は、7m秒D2期間が終了してしまうまでは、送出されな
い。
コントローラ425は、D3パルス,D3＝1,LOL＝１に対する
返答を待つ3m秒パルス期間の間は、接続状態に留まる
（リンク655で示すように）。
接続状態からの１つの可能な出力（リンク656を経る）
は、D3＝1,LOL＝０のときである。これは、他のカード
がD3パルスに返答したことを意味している。このとき、
コントローラ425は、第６図にブロック604で示される活
性状態へ移る。
接続状態からの他の可能な出口（リンク657を経る）
は、D2＝0,D3＝０のときである。このことは、ファイバ
・リンクの反対端のカードが返答しなかったことを意味
している。このとき、コントローラ425は、レーザをタ
ーンオフして、点検状態に移り、リンク・アップする他
の試みでD1パルスを送出する前に、48.8秒間待つ。
最後に第６図は、活性状態（ブロック604）を示してい
る。活性状態の間は、コントローラ425はレーザをオン
にラッチする。コントローラ425は、光が受光される限
り、すなわちリンク659によって示されるようにLOL＝０
である限り、活性状態に留まる。
活性状態からの唯一の出口（リンク658を経た）は、LOL
＝１（すなわち、光がもはや受光されない）ときであ
る。これは、オープン・ファイバによるか、あるいはな
んらかの理由でレーザをターンオフしている他のカード
による。このとき、コントローラ425は、点検状態に移
る。
コントローラと他の光リンク・カードとの間のラウンド
・トリップ・リンク中のどこかの破壊事故の場合に、コ
ントローラ425は、レーザの動作に対する絶対的な制御
を有する（および有さない）ことを意味している。コン
トローラ425は、リンクが開放されている期間の間に、
パルス発生を利用して、レーザ放射の曝射がクラス１制
限を越えないようにするとともに、接続が再び閉じられ
たなら、リンクが正常動作に再び戻るようにする。さら
に、コントローラ425は、前述した再制御ハンドシェー
クを利用してリンク他端のカードが適切に機能する安全
装置を含むことを保証する。したがって、コントローラ
425は、光リンク・カードに対して電子安全連動システ
ムを与える。
上述したところのことは、前述したすべての目的に合致
する安全装置である。当業者であれば、前述したところ
のことは、この発明の一般的な説明であって、この発明
を限定するものではなく、多くの変形，変更が可能なこ
とがわかるであろう。
E.発明の効果 上述のように本発明によれば、種々の安全規格を満足す
る安全特性を与える光ファイバ・リンク制御安全装置が
提供される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、それぞれがこの発明の安全装置を有する２つ
の光ファイバ・リンク・カード間の好適な光ファイバ・
リンクを示すブロック線図、 第２図は、十分に冗長な光リンク安全装置の好適な実施
例のブロック線図、 第３図は、光トランスミッタの３つのモードのそれぞれ
の間に、双方向ファイバ・リンクのファイバに放射され
る出力を示す図、 第４図は、光リンク安全装置を、どのようにして光リン
ク・カードに挿入し、各カードに設けられた光トランス
ミッタと光レシーバとの間の安全パスを与えるかを示す
図、 第５図は、第４図に示したオープン・ファイバ・リンク
・コントローラのブロック線図、 第６図は、第４図および第５図に示されているオープン
・ファイバ・リンク・コントローラに設けられた各状態
マシーンのすべての状態および変移を示すブロック線図
である。 101,102……光リンク・カード 103,104……光ファイバ 105,115……トランスミッタおよびドライバ 106,116……レシーバおよびアンプ 107,117……カード 118,120……制御回路 119,121……タイマ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/08 (72)発明者 マイケル・ジョセフ・ピーターソン アメリカ合衆国 ミネソタ州 ロチェスタ ー マルベリーストリート サウスイース ト 2722 (72)発明者 ブライアン・アンドリュー・シュエルク アメリカ合衆国 ミネソタ州 ロチェスタ ー トゥエンティシックスス アベニュー ノースウェスト 5609 (72)発明者 デビッド・ウォーレン・シルジェンバーグ アメリカ合衆国 ミネソタ州 バイロン ファースト アベニュー ノースイースト 906 (72)発明者 ロナルド・リー・ソーダストロム アメリカ合衆国 ミネソタ州 ロチェスタ ー アールアール１ ボックス 107エー (72)発明者 ジョン・トーマス・トルンカ アメリカ合衆国 ミネソタ州 ロチェスタ ー ファースト プレィス ノースウェス ト 3708 (56)参考文献 特開 昭57−3657（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−5010（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭57−14584（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭52−5910（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ファイバ光リンクのための十分に冗長な安
    全連動システムにおいて、 （ａ）少なくとも２つの独立した光損信号を別々に出力
    する手段を有し、前記リンク上での光損を検出する手段
    と、 （ｂ）前記別々に出力する手段と連結して、少なくとも
    一部は前記独立した光損信号の値に基づいて、光トラン
    スミッタによって出力される放射エネルギを制御するコ
    ントローラ手段と、を有し、 （ｃ）前記コントローラ手段は、 イ． リンクが閉じており、リンクの反対端に作動する
    安全制御装置があるか否かによって、前記リンクの安全
    状態を調べる手段を備え、この手段は、前記安全状態を
    示す少なくとも２つの別個の信号を出力する手段を有
    し、 ロ． 前記安全状態を調べる手段に接続され、前記別個
    の信号に応じて冗長信号を出力する手段を備え、この冗
    長信号は、前記トランスミッタによって出力される放射
    エネルギを制御するために用いられる、 ことを特徴とする安全連動システム。
  2. 【請求項２】前記安全状態を調べる手段は、複数の状態
    マシーンを有し、これら状態マシーンの状態を、前記独
    立した光損信号とともに用いて、前記リンクの安全状態
    を調べることを特徴とする請求項１に記載の安全連動シ
    ステム。
  3. 【請求項３】前記安全状態を調べる手段は、それぞれが
    前記複数の状態マシーンの１つに関連する、複数のタイ
    マを有することを特徴とする請求項２に記載の安全連動
    システム。
  4. 【請求項４】前記各状態マシーンは、前記トランスミッ
    タの不活性モードに相当する点検状態と、前記トランス
    ミッタの活性状態に相当する活性状態と、前記トランス
    ミッタが接続モードにあるときに存在する停止状態及び
    接続状態とを含むことを特徴とする請求項２に記載の安
    全連動システム。
  5. 【請求項５】前記コントローラ手段によって出力される
    冗長信号が作用して、前記不活性モードの間、前記トラ
    ンスミッタを所定の周波数でパルス動作させることを特
    徴とする請求項４に記載の安全連動システム。
  6. 【請求項６】ファイバ光リンクのための十分に冗長な安
    全連動動作を与える方法であって、前記リンクは、第１
    の光ファイバと、第２の光ファイバと、第１及び第２の
    光リンク・カードを有し、これら各カードは、前記リン
    クを経てデータを送受信し、前記第１のカードは、前記
    第１のファイバを介して前記第１のカードと前記第２の
    カードとの間で光信号を送信する第１の光トランスミッ
    タと、第１のレシーバ／アンプ手段と、第１の安全制御
    手段と、第１のタイマ手段とを有し、前記第２のカード
    は、前記第２のファイバを介して前記第２のカードと前
    記第１のカードとの間で光信号を送信する第２の光トラ
    ンスミッタと、第２のレシーバ／アンプ手段と、第２の
    安全制御手段と、第２のタイマ手段とを有しており、 （ａ）前記第１の光ファイバが断路したときに、前記第
    １及び第２の光トランスミッタを、以下のステップでデ
    イスエーブルし、 （a1）前記第１のファイバがリンクから断路したとき
    に、前記第２の安全制御手段によって用いる第１の光損
    信号を、前記第２のレシーバ／アンプ手段を介して発生
    し、 （a2）前記第１の光損信号に応じて、前記第２の安全制
    御手段を介して、前記第２の光トランスミッタを出力ダ
    ウンさせ、 （a3）前記第２の光トランスミッタが出力ダウンされた
    結果、前記第１のレシーバ／アンプ手段を介して、第２
    の光損信号を発生し、 （a4）前記第２の光損信号に応じて、前記第１の安全制
    御手段を介して、前記第１の光トランスミッタを出力ダ
    ウンさせ、これにより、前記第１の光ファイバによって
    生じた解放リンクに対して安全な状態を生成し、 （ｂ）前記第２のトランスミッタが前記ステップ（a2）
    によって出力ダウンしたときに、前記第２のタイマ手段
    により保持されているタイマをスタートし、 （ｃ）前記第１のトランスミッタが前記ステップ（a4）
    によって出力ダウンしたときに、前記第１のタイマ手段
    により保持されているタイマをスタートし、 （ｄ）リンクの状態を点検するために、前記第１及び第
    ２の光トランスミッタのそれぞれを、期間Ｔ後、期間ｔ
    の間、同期状態におく、 ことを特徴とするファイバ光リンクのための十分に冗長
    な安全連動動作を与える方法。
  7. 【請求項７】前記第１及び第２の安全制御手段を介して
    再接続ハンドシェイク信号を発生して、閉じたリンク状
    態を確認し、リンクの両端に作動する安全制御装置が存
    在することを確認することを特徴とする請求項６に記載
    のファイバ光リンクのための十分に冗長な安全連動動作
    を与える方法。
  8. 【請求項８】前記ハンドシェイク信号によって、閉じた
    リンク状態と、リンクの両端に作動する安全制御装置の
    存在とが確認されると、連続放射エネルギが前記第１及
    び第２の光トランスミッタによって出力されることを特
    徴とする請求項７に記載のファイバ光リンクのための十
    分に冗長な安全連動動作を与える方法。
  9. 【請求項９】前記ハンドシェイク信号が閉じたリンク状
    態と、リンクの両端に作動する安全制御装置の存在を確
    認できないと、前記第１及び第２の光トランスミッタを
    期間Ｔの間出力ダウンし、前記ステップ（ｄ）を繰り返
    すことを特徴とする請求項８に記載のファイバ光リンク
    のための十分に冗長な安全連動動作を与える方法。
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