JPH08111668A - 空間伝送用発光素子の電力制限方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハンドシェーキングによるデータ伝送の光空
間伝送用発光素子集合体５の温度上昇を抑制すること。 【構成】 発光素子集合体５に温度検出用のサーミスタ
８を設け、温度９が高くなるにつれてデューティ・サイ
クルを小さくしたパルス信号３９を電圧制御パルス発生
器３０により得る。設定温度１９と温度９を比較して設
定温度を越えたときコンパレータ出力２９をコンパレー
タ２０から得て、電力制限信号発生器５０においてコン
パレータ出力２９の存在期間においてはパルス信号３９
を電力制限信号５４として用いる。温度９が低いときは
何等の電力制限もせず、温度９が高く設定温度１９を越
えるとデューティ・サイクルの小さいパルスの期間だけ
送信できる。 【効果】 周囲温度の変動に対しても対処できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光空間伝送用に用いる発
光素子の電力を制限する方法と装置に関する。具体的に
は、大きな光出力を得るために複数の発光素子（ＬＥＤ
など）を用いて、その温度上昇を抑制しながらデータを
やりとりするハンドシェーキングのデータ伝送路に適し
た発光素子の電力制限方法と装置を提供しようとするも
のである。

【０００２】

【従来の技術】光空間伝送において大きな光出力を得る
ために使用される複数の発光素子を用いた発光素子集合
体は、発熱による温度上昇を防止するために、ヒート・
シンクを用いたり、発光素子を広い面積に分散させて配
置したり、あるいは発光素子への駆動電流を小さくした
りしていた。

【０００３】また、光空間伝送においては送信側と受信
側との間に不意に障害物が入ることによって伝送データ
の一部が欠落して誤りが発生するのを防止するために、
データを送受するデータ伝送路においてはハンドシェー
キング（光空間伝送のハンドシェーキング）が使用され
ている。

【０００４】図６にはハンドシェーキングによるデータ
伝送路の信号のやりとりが示されている。同図（ａ）は
送信側から受信側に対して送るべきデータ信号１０１〜
１０８と制御信号１２１〜１２６を示し、同図（ｂ）は
送信側からのデータを受ける受信側がその受信状況を送
信側に知らせる制御信号２０１〜２１０を示している。

【０００５】送信側からのデータ信号１０１を受信側が
（データ信号のビット数やパリティ・チェックなどの方
法により）正しく受信したことを確認すると、受信デー
タ検出を送信側に知らせるために制御信号２０１を送出
する。そこで送信側は次のデータをいつでも送信可能で
あることを知らせる送信可を制御信号１２１により送出
する。制御信号１２１を受信側が受けると送信側からデ
ータの送信をして下さいと送信側へ要求する送信要求を
制御信号２０２により送出する。これを受けた送信側で
はデータ信号１０２を送出し、受信側が正しく受信した
ことを確認すると受信データ検出を制御信号２０３によ
り送信側へ知らせる。送信側では送信可を制御信号１２
２により送出する。制御信号１２２を受信側が受ける
と、送信要求を制御信号２０４により送信側へ知らせ
る。

【０００６】制御信号２０４を受けた送信側はデータ信
号１０３を送出するが、何等かの障害により受信側から
の送信可を示す制御信号が戻って来ない。そこで再びデ
ータ信号１０３と同じ内容をデータ信号１０４として再
送する。

【０００７】受信側ではデータ信号１０４を正しく受信
したことを確認したので受信データ検出を知らせる制御
信号２０５を送出する。これを受けた送信側は、送信可
を制御信号１２３により受信側に知らせる。受信側で
は、送信要求を制御信号２０６により送信側へ知らせ
る。

【０００８】そこで送信側はデータ１０５を送出する
が、受信データ検出の制御信号が戻って来ない、あるい
は、受信データ検出の制御信号２０７（破線で表示）は
送出されているがそれを送出側が受信できないデータの
再送状態が続く。データ信号１０８が再送出されたと
き、受信側で正しく受信され、受信データ検出の制御信
号２０８が出され、それを送信側で受信して、送信側は
送信可を知らせる制御信号１２４を送出するが、それが
受信側で受信されないか、あるいは受信されて受信側で
送信要求の制御信号２０９（破線で表示）を送出するが
送信側で受信できない。再度送信側は送信可の制御信号
１２５を送出するが、それが受信側で受信されないか、
あるいは受信されて受信側で送信要求の制御信号２１０
（破線で表示）を送出するが送信側で受信できない。送
信側でこれを受信できれば次のデータ信号が送出され
る。

【０００９】このように動作するハンドシェーキングに
よるデータ伝送路においては、データの伝送中に障害が
発生すると、データの伝送期間が延長されるだけで、確
実に正しいデータが送受されることが保証されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】光空間伝送が使用され
る発光素子集合体は温度上昇が激しいために周囲温度が
上昇したときには、発光素子に加速度的劣化や破壊を生
ぜしめていた。また周辺のプラスチック・ケースを変形
せしめ、高温状態が長期間続いたときには発火のおそれ
もあった。このような発光素子集合体の温度上昇を防止
するために発光素子を広い面積に分散させたり、コスト
アップの要因ともなる大きなヒート・シンクを用いる等
により大型にならざるを得なかった。また、温度上昇防
止のために発光素子への駆動電流を小さくすると、発光
素子集合体を用いて光出力を大きくしようとする目的は
十分に達成できないことになるという解決されねばなら
ない課題が残されていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】データのの送受信におい
て誤りの発生を防止するためのハンドシェーキングによ
る光空間伝送データ・リンクの発光体として複数の発光
素子を集合した発光素子集合体を用いた場合に、発光素
子集合体の温度上昇を検出し、この温度上昇とともに発
光期間を短くするように制限するための出力パルスのデ
ューティ・サイクルを温度上昇にともない小さくしたパ
ルスを発生し、発光素子集合体の温度設定された温度と
を比較してその温度が設定された温度を越えたとき比較
出力を得て、この比較出力の存在期間においてはデュー
ティ・サイクルの小さくなったパルスを電力制御信号と
して得て、電力制御信号の存在しない期間および電力制
御信号のデューティ・サイクルの小さくなったパルスの
期間を用いて送信信号を発光素子集合体に印加するよう
にした。

【００１２】

【作用】発光素子集合体の温度が設定温度を越えると、
デューティ・サイクルの小さくなったパルスの電力制限
信号により発光素子集合体へ印加する駆動電流はそのパ
ルス期間においてのみ送信信号を送るように制限される
から、温度上昇は抑制される。その場合に、送信信号が
送出される期間はパルス期間に限定されるために一定の
データ量を送出するためには長い時間を必要とするが、
ハンドシェーキングによるデータ伝送であるからデータ
の誤りは発生しない。したがって、広範囲の周囲温度に
おいて装置を安全に使用することができるようになっ
た。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例の回路構成を示して
いる。４は送信信号入力端子であり、発光電力制限器６
０において電力制限信号５４により電力制限されていな
い期間の間だけ送信信号は駆動信号６９として発光素子
集合体５に印加される。発光素子集合体５にはサーミス
タ８が設けられ、発光素子集合体５の温度を測定して温
度信号９を得ている。

【００１４】図２には、この発光素子集合体５の外観が
示され、白丸で示した多くの発光素子（たとえばＬＥ
Ｄ）が配置され、発光素子集合体５の上方の最も温度上
昇の激しい部分に、温度測定用の黒丸で示したサーミス
タ８Ａあるいは８Ｂを設けている。

【００１５】図１においてサーミスタ８からの温度信号
９を受けたコンパレータ２０は、この温度と温度設定器
１０からの設定温度信号１９とを比較して、設定温度信
号１９を越えたときにコンパレータ出力２９を得る。

【００１６】温度信号９は電圧制御パルス発生器３０に
も印加され、ここでは温度信号９が低い温度を示してい
るときにはデューティ・サイクルの大きなパルスを、高
い温度を示す程デューティ・サイクルの小さなパルスを
パルス信号３９として出力している。

【００１７】コンパレータ出力２９とパルス信号３９を
受けた電力制限信号発生器５０では、コンパレータ出力
２９の存在期間だけデューティ・サイクルの小さくなっ
たパルス信号３９を電力制限信号５４として出力してい
る。

【００１８】電力制限信号５４を受けた発光電力制限器
６０では、コンパレータ出力２９の存在しない期間は送
信信号入力端子４から印加された送信信号をそのまま駆
動信号６９として出力し、コンパレータ出力２９の存在
する期間においては、デューティ・サイクルの小さくな
ったパルス信号３９の期間だけ送信信号は駆動信号６９
として出力される。

【００１９】図３には図１に示した回路構成より具体的
な回路の一例が示されている。図１の各要素に対応する
ものには同じ記号を付している。

【００２０】サーミスタ８（１０ｋΩ）からの温度信号
９を受けた電圧制御パルス発生器３０には、パルス発生
素子３１、抵抗３３（２ｋΩ）、３４（５．１ｋΩ）、
３５（１０ｋΩ）、３６（３０ｋΩ）、ノイズ除去用の
コンデンサ３７（０．１μＦ）およびパルス幅設定用の
コンデンサ３８（１μＦ）が含まれ、パルス信号３９を
出力している。温度設定器１０には抵抗１１（５ｋΩ）
および１２（２ｋΩ）とノイズ除去用のコンデンサ１５
（０．１μＦ）が含まれ、＋Ｖの電圧を抵抗１１と１２
で分割して設定温度信号１９を得ている。サーミスタ８
からの温度信号９を受けたコンパレータ２０は、オペ・
アンプ２１および２２と抵抗２５および２６を含み、コ
ンパレータ出力２９を得ている。オペ・アンプ２１はバ
ッファ・アンプとして動作し、オペ・アンプ２２は抵抗
２５（１ｋΩ）および２６（１０ｋΩ）によって正帰還
がかけられ、ヒステリシス特性を有するコンパレータと
して動作する。

【００２１】電力制限信号発生器５０はナンド・ゲート
５１であり、コンパレータ出力２９とパルス信号３９の
ナンドをとって電力制限信号５４を得ている。送信電力
制限器６０はナンド・ゲート６１および６２によって構
成され、ナンド・ゲート６１において、送信信号入力端
子４からの送信信号と電力制限信号５４のナンドがとら
れ、インバータとして動作するナンド・ゲート６２から
駆動信号６９が出力される。

【００２２】図４には図３の各部の波形が示されてい
る。（ａ）はサーミスタ８の温度が表示されている。温
度設定器１０により設定された設定温度Ｔ２より十分に
低い温度であるときには、パルス発生素子３１の出力で
あるパルス信号３９は、同図（ｂ）に示すように抵抗３
５，３６およびコンデンサ３８の値によって定まる
“Ｌ”の期間に対して、低い温度信号９の印加により
“Ｈ”の期間が短くなっている。同図（ｃ）のコンパレ
ータ出力２９は“Ｌ“であり、同図（ｄ）の電力制限信
号５４は“Ｈ”である。

【００２３】同図（ｅ），（ｆ）の時間ｔ３において送
信信号入力端子４から送信信号が入力されると、もし
も、（ｃ）のコンパレータ出力２９が“Ｌ”のままであ
り（ｄ）の電力制限信号５４が“Ｈ”のままで電力制限
が行われない状態にあると仮定するならば、同図（ｅ）
の駆動信号６９Ｂにあるように、入力信号は何等の制限
も受けずにデータは時間ｔ４において送出完了となる。

【００２４】しかしながら、時間ｔ３において送信が開
始されると、同図（ｆ）に示すように駆動信号６９は高
いレート（高いくり返し周波数）で高電力を発光素子集
合体５に供給するように動作するから、サーミスタ８周
辺の温度は（ａ）のように上昇し、（ｂ）のパルス信号
３９は温度の上昇につれて“Ｈ”の期間を長くするが、
（ｂ）のコンパレータは“Ｌ“のままである。

【００２５】（ａ）の温度が上昇して時間ｔ１において
設定温度ｔ２を越えると、（ｃ）のコンパレータ出力２
９は“Ｈ”になり、（ｂ）のパルス信号３９が“Ｈ”を
示す期間において（ｄ）の電力制限信号５４を“Ｌ”に
して、その“Ｌ”の期間においては駆動信号６９は抑制
されて出力されず、（ｄ）の電力制限信号５４が“Ｈ”
になっている間のみ（ｆ）の駆動信号６９が示すように
送信信号がまばらに送出される。

【００２６】（ｆ）の駆動信号６９の密度がまばらにな
ったことにより発光素子集合体５の温度上昇は抑制さ
れ、やがて下降し、時間ｔ２においてコンパレータ２０
の復帰温度Ｔ１以下になり、（ｃ）のコンパレータ出力
２９は“Ｌ”になり、（ｄ）の電力制限信号５４は
“Ｈ”を維持することになるから、時間ｔ２以後は送信
電力の制限を受けることなく高い密度で（ｆ）の駆動信
号６９を発光素子集合体５に印加することができる。

【００２７】コンパレータ２０において設定温度Ｔ２で
コンパレータ出力２９を“Ｌ”から“Ｈ”にし、設定温
度Ｔ２より下がった復帰温度Ｔ１でコンパレータ出力２
９を“Ｈ”から“Ｌ”に復帰するようにヒステリシス特
性をもたせて、頻繁にコンパレータ出力２９が“Ｌ”と
“Ｈ”との間で変化することを防止するようにしたが、
発光素子集合体５の温度変化の時定数が大きく緩やかな
場合には、このようなヒステリシス特性を持たせる必要
はない。

【００２８】図５には図１の装置が図６の従来例に対応
するハンドシェーキングによるデータ伝送路として動作
する場合の波形図を示している。同図（ａ）にはサーミ
スタ８が測定する温度を、（ｂ）には電力制限信号５４
を、（ｃ）は送信側から受信側に対して送るべきデータ
信号１１１〜１１４と制御信号１３１〜１３５を、
（ｄ）には送信側からのデータを受ける受信側がその受
信状況を送信側に知らせる制御信号２２１〜２２７を示
している。

【００２９】（ａ）の温度は時間ｔ１１以前においては
設定温度Ｔ２以下であるから、（ｂ）の電力制限信号５
４は“Ｈ”のままであり、送信信号の電力制限は行われ
ていない。そこで時間ｔ１１以前においては図６のの従
来例と同じく動作する。

【００３０】送信側からのデータ信号１１１を受信側が
（データ信号のビット数やパリティ・チェックなどの方
法により）正しく受信したことを確認すると、受信デー
タ検出を送信側に知らせるために制御信号２２１を送出
する。そこで送信側は次のデータをいつでも送信可能で
あることを知らせる送信可を制御信号１３１により送出
する。制御信号１３１を受信側が受けると送信側からデ
ータの送信をして下さいと送信側へ要求する送信要求を
制御信号２２２により送出する。これを受けた送信側で
はデータ信号１１２を送出し、受信側が正しく受信した
ことを確認すると受信データ検出を制御信号２２３によ
り送信側へ知らせる。

【００３１】送信側では送信可を制御信号１３２により
送出しようとする。そのとき、（ａ）の温度上昇により
設定温度Ｔ２を時間ｔ１１において越えてしまって、
（ｂ）の電力制限信号５４が“Ｈ”から“Ｌ”に切り換
わって送信可信号１３２（前半を実線、後半を破線で表
示）を受信側へ送ることができない。そこで送信可信号
１３３（破線で表示）を送出しようとするが、これも
（ｂ）の電力制限信号５４が“Ｌ”であるために送出で
きない。

【００３２】やがて（ａ）の温度が下がり、時間ｔ１２
において復帰温度Ｔ１を下まわると、（ｂ）の電力制限
信号５４は“Ｈ”のままとなり、送信可信号１３４が受
信側へ送られ、これを受信側において確認すると、受信
側から送信要求の制御信号２２４が出される。これを受
けた送信側はデータ信号１１３を送信するが電力密度が
大であるために発光素子集合体５の温度が上昇しはじめ
る。

【００３３】データ信号１１３を正しく受信したことを
受信側で確認すると、受信データ検出の制御信号２２５
が送出され、それを受けた送信側は送信可の制御信号１
３５を送出する。これを受信側で受けると送信要求の制
御信号２２６を送出する。これを受けた送信側では、
（ｂ）の電力制限信号５４はまだ“Ｈ”の状態にあり何
等の電力制限も受けないから、大きな電力密度で駆動し
てデータ信号１１４を時間ｔ１３から送信する。

【００３４】しかしながら、（ａ）の温度の上昇は続い
ており、時間ｔ１４において設定温度Ｔ２を越えたため
に（ｂ）の電力制限信号５４が“Ｈ”から“Ｌ”になる
から、その後は（ｂ）の電力制限信号５４が“Ｈ”とな
る短い期間に少しずつデータ信号１１４を送出する。や
がて（ａ）の温度が時間ｔ１５において復帰温度Ｔ１を
下まわると、（ｂ）の電力制限信号５４は“Ｈ”のまま
となり、何等の電力制限も受けなくなるから、データ信
号１１４の残余を高密度の電力で駆動して時間ｔ１６に
おいて送信完了となる。これを正しく受信した受信側で
は受信データ検出の制御信号２２７を送出し、これを送
信側が受けると、そのデータの送信は完了する。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によるならば、本装置が使用される周囲温度の如何にか
かわらず、データの伝送速度を遅くするだけで発光素子
集合体の温度上昇を抑制して、発光素子の劣化や、ケー
ス等の変形および発火を防止するから使用環境に適合し
易いものとなった。したがって本発明の効果は極めて大
きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】図１の構成要素のうちの発光素子集合体の外観
図である。

【図３】図１の構成の具体的な回路例を示す回路図であ
る。

【図４】図３の回路各部の波形を示す波形図である。

【図５】図１の装置の動作を示す波形図である。

【図６】従来の装置の動作を示す波形図である。

【符号の説明】

４ 送信信号入力端子 ５ 発光素子集合体 ８ サーミスタ ９ 温度信号 １０ 温度設定器 １１，１２ 抵抗 １５ コンデンサ １９ 設定温度信号 ２０ コンパレータ ２１，２２ オペ・アンプ ２５，２６ 抵抗 ２９ コンパレータ出力 ３０ 電圧制御パルス発生器 ３１ パルス発生素子 ３３〜３６ 抵抗 ３７，３８ コンデンサ ３９ パルス信号 ５０ 電力制限信号発生器 ５１ ナンド・ゲート ５４ 電力制限信号 ６０ 送信電力制限器 ６１，６２ ナンド・ゲート ６９ 駆動信号 １０１〜１０８，１１１〜１１４ データ信号 １２１〜１２６，１３１〜１３５，２０１〜２１０，２
２１〜２２７ 制御信号 Ｔ１ 復帰温度 Ｔ２ 設定温度 ｔ１〜ｔ４，ｔ１１〜ｔ１６ 時間

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/14 10/06 10/04 10/02 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｈ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データの誤り防止のためのハンドシェー
   キングを用いたデータ伝送路の発光体として発光素子集
   合体（５）を用いた空間伝送用発光素子の電力制限方法
   において、 前記発光素子集合体の温度（９）を測定し（８）、 前記温度（９）の上昇とともにデューティ・サイクルを
   小さくしたパルス（３９）を発生し（３０）、 前記温度（９）と設定された温度（１９，Ｔ２）とを比
   較して、前記温度（９）が前記設定された温度（１９，
   Ｔ２）を越えたときに比較出力（２９）を得る比較処理
   （２０）をし、 前記比較出力（２９）の存在期間においては前記デュー
   ティ・サイクルを小さくしたパルス（３９）を電力制限
   信号（５４）として得て（５０）、 前記電力制限信号（５４）の存在しない期間および前記
   電力制限信号（５４）のデューティ・サイクルの小さく
   なった期間を用いて送信すべき信号（４）を前記発光素
   子集合体（５）に駆動信号（６９）として供給するよう
   にした（６０）空間伝送用発光素子の電力制限方法。
2. 【請求項２】 前記比較処理（２０）において、 前記温度（９）が前記設定された温度（１９，Ｔ２）よ
   りも十分に低い復帰温度（Ｔ１）にまで下がったときに
   前記比較出力（２９）を終了せしめるように動作する請
   求項１の空間伝送用発光素子の電力制限方法。
3. 【請求項３】 データの誤り防止のためのハンドシェー
   キングを用いたデータ伝送路の発光体として発光素子集
   合体（５）を用いた空間伝送用発光素子の電力制限装置
   において、 前記発光素子集合体の温度（９）を測定するための温度
   測定手段（８）と、 前記温度（９）の上昇とともにデューティ・サイクルを
   小さくしたパルス（３９）を発生するためのパルス発生
   手段（３０）と、 前記温度（９）と設定された温度（１９，Ｔ２）とを比
   較して、前記温度（９）が前記設定された温度（１９，
   Ｔ２）を越えたときに比較出力（２９）を得る比較手段
   （２０）と、 前記比較出力（２９）の存在期間においては前記デュー
   ティ・サイクルを小さくしたパルス（３９）を電力制限
   信号（５４）として得るための電力制限信号発生手段
   （５０）と、 前記電力制限信号（５４）の存在しない期間および前記
   電力制限信号（５４）のデューティ・サイクルの小さく
   なった期間を用いて送信すべき信号（４）を前記発光素
   子集合体（５）に駆動信号（６９）として供給するため
   の発光電力制限手段（６０）とを含む空間伝送用発光素
   子の電力制限装置。
4. 【請求項４】 前記比較手段（２０）が、 前記温度（９）が前記設定された温度（１９，Ｔ２）よ
   りも十分に低い復帰温度（Ｔ１）にまで下がったときに
   前記比較出力（２９）を終了せしめるように動作する請
   求項３の空間伝送用発光素子の電力制限装置。