JPS6259283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光信号観測装置におけるチヨツパ制御
装置に関する。

光信号を用いた光通信や光計測においては、光
パワーの強度変調された微弱な光信号を受光素子
により電気信号に変換して光の強度を測定する方
法や、光信号を一度熱に変換した後この温度を電
気的に計測することにより光の強度を測定する方
法が一般的な方法として行なわれている。この場
合、光信号を電気信号に変換する受光素子として
はPINホトダイオード、ホトトランジスタ、アバ
ランシエホトダイオード（APD）等が用いられ
ている。また光信号を熱に変換する受光素子とし
てはサーマルデイスク、サーモパイル等が用いら
れている。しかし、これらの受光素子はその特性
が温度や電気的使用条件により変化し測定確度を
悪化させることになる。特に暗電流の変化は大き
な問題である。またこれらの受光素子で電気に変
換する場合には、検波・整硫された波形または光
強度のあらかじめ定められた時間平均値として出
力を得ているため光信号そのものの変調度、光強
度のレベル、光変調波形を正確に観測することが
困難であつた。

ここで、本発明が実施される光信号観測装置を
第１図Ａ，Ｂ，Ｃにて説明する。第１図Ａは光信
号観測装置のブロツク図、第１図Ｂは光信号観測
装置の要部信号波形図、第１図Ｃはブラウン管上
の表示波形例である。

第１図Ａの光信号観測装置において、光フアイ
バ等で入力される光信号１は光信号入力装置２の
チヨツパでチヨツパされると共に受光素子で電気
信号１５に変換される。この電気信号１５は増巾
装置３で増巾され第１図Ｂイに示すような出力信
号１１を得る。この出力信号１１をＹ軸偏向回路
７を通してブラウン管１０上に表示すると第１図
Ｃに示す波形となる。ここで５２は光信号がチヨ
ツパにより透過された光信号強度の変化波形で、
５３は光信号がチヨツパにより遮断されたときの
光信号強度が零レベルの波形である。従つて、光
信号のレベルの測定や変調度の測定ができる。第
１図Ａの４は光感度校正器で、発光素子、光フア
イバ、光コネクタ、光変調部等から構成され通常
のオシロスコープのキヤリブレータの機能を持つ
ている。時間軸回路６では、第１図Ｂに示すあら
かじめ定められたレベル５０でトリガ信号を発生
し掃引動作を行ない、第１図Ｂロに示す傾斜信号
を発生する。これは時間軸回路６の出力信号１７
となる。この出力信号１７はＸ軸偏向回路８を通
してブラウン管１０に印加される。また、時間軸
回路６から第１図Ｂハに示す波形の出力１６がＺ
軸回路９に印加される。ここで出力１６のＨレベ
ルで輝線が出、Ｌレベルでは輝線は出ない。一
方、制御回路５により第１図Ｂニに示すようなチ
ヨツパの同期信号１４を検出し、これを波形整形
（第１図Ｂホ）しチヨツパ同期信号を得る。ま
た、制御回路５では第１図Ｂヘに示す波形を作
り、チヨツパが光信号１を遮断したり透過したり
するときの過度時間に生ずる波形をブラウン管１
０上に表示しないようにしている。これは第１図
Ａの時間軸制御信号１３となる。さらに、制御回
路５では第１図Ｂト及びチの信号を発生する。第
１図Ｂトは第１図Ａの波形表示制御信号１９であ
り、これがＬレベルのとき第１図Ｃの波形５２の
表示を可能にし、第１図Ｂチは第１図Ａのドリフ
ト補償制御信号１２であり、これがＬレベルのと
き第１図Ｃの波形５３の表示をすると共に第１図
Ａの光信号入力装置２や増巾装置３で使用される
広帯域増巾器のドリフト補償に使われている。な
お、波形５２のみを表示するときのドリフト補償
は常に行なうか、またはブラウン管に表示をしな
い期間に行なう。また、制御回路５から光信号入
力装置２へ動作モード切換え信号１８が供給され
動作モードを切換える。

以上のように、光信号観測装置においては光信
号をチヨツパすることにより光信号の強度レベル
を観測することを可能にすると共に、受光素子の
ドリフトまで含めた増巾装置のドリフト補償を可
能としている。従つて、安定で確実に光信号をチ
ヨツパする装置と光信号を効率よく受光素子に入
力するための光−電気変換装置が重要となる。一
般に公知の音叉形チヨツパにおいては、チヨツパ
する光のビーム径が１mm以下と小さく、振動にも
弱く、また光断続周波数（以下チヨツパ周波数と
いう）を安定化しないと振動子のＱが低下し動作
が不安定となりやすい欠点がある。また、光学結
晶を用いた光変調器、液晶などはチヨツパ周波数
の安定度には優れているがまだ高能率での変調度
は難かしく、確実な光の断続が実現しにくい。

第２図は本発明の実施される第１図Ａの光信号
入力装置の詳細なブロツク図で、光フアイバ２０
１から入力された光信号は光入力コネクタ部２０
９の集束形レンズ２０２および集光レンズ２０３
で集光され、この集光された光信号ビーム２０４
はモータ２１１例えばDCモータ、によつて駆動
される回転円板２０５の光透過部２０７を通つて
受光素子２１０、たとえばPINホトダイオードな
ど、に入力される。受光素子２１０は電源２９０
により、抵抗２３１とコンデンサ２３２で構成さ
れるフイルタを介してバイアスされ50Ωの同軸ケ
ーブル２２０Ａで入力インピーダンス50Ωの広帯
域増巾器２１８に入力される。ところで、回転円
板２０５は減速用ギヤヘツド２１２付のモータ２
１１により駆動される。ここでギヤヘツド２１２
は回転円板２０５の回転安定性を増すと共にモー
タ停止時の制御を容易にする働きを持つている。
これはモータ２１１の回転スピードの比較的速い
ものを使用して回転トルクの大きいところで減速
して使用すれば、光信号観測装置をDCモードか
らACモードに切換えたときモータの慣性の影響
を小さくでき回転円板２０５の停止印置の変動も
極力小さくできる利点がある。ここで、DCモー
ドとは光信号をチヨツパして第１図Ｃに示す波形
を表示するモードである。つまり光信号強度の零
レベル５３の表示と光信号波形５２の表示を同時
に出来る。またACモードとは光信号波形５２
（光信号強度の変化波形）のみを表示するモード
である。このACモードではチヨツパの回転円板
２０５は光透過部２０７の位置で常に停止するよ
うにモータ制御回路２３１で制御される。このチ
ヨツパのチヨツパ周波数はブラウン管に表示され
る表示波形がちらつかない程度の低い周波数でよ
い。また、光信号観測装置の時間軸の掃引スピー
ドを遅くした場合には自動的にACモードに設定
され、回転円板２０５は光信号を常時透過する位
置に停止するようにモータ制御回路２１３により
制御される。このような動作モードの切換えは第
１図Ａの制御回路５からの動作モード切換え信号
１８をモータ制御回路２１３の入力端子２２３に
入力して行なわれる。

第３図は光信号入力装置のチヨツパに使用され
る回転円板の一例である。ここで、２０７は第２
図に示す光信号ビーム２０４を透過するための透
過部、２０８はモータ２１１の回転スピード及び
回転円板２０５の停止位置を制御するために使用
される透過部である。一方、２０６は光を遮断す
る基部で光が反射しない色が望ましい。透過部２
０７は光信号ビーム２０４を完全に透過できる大
きさが必要である。なお、ここではそれぞれ４個
の透過部の回転円板を示したが必要に応じて変え
られる。また透過部２０７，２０８の形状も同様
に変更できることは言うまでもない。また特に透
過部２０８は回転スピード制御用に使用されるの
で等間隔が良い。ところで、第２図に示すように
回転円板２０５の透過部２０７，２０８に対向す
る位置関係に例えばホトインターラプタからなる
光検出部２１５Ａ，２１５Ｂが設けられ、回転円
板２０５の回転に伴う透過部２０７，２０８の断
続信号をピツクアツプする。光検出部２１５Ａの
出力は波形整形回路２１７Ａで波形整形されチヨ
ツパの同期信号（第１図Ａの１４）として同期信
号端子２２２に出力される。この同期信号は第１
図Ａに示す制御回路５を径てドリフト補償制御信
号（第１図Ａの１２）として第２図の端子２２４
に入力され、広帯域増巾器２１８に取り付けられ
たドリフト補償回路２１９を作動させる。これに
よつて、受光素子２１０の暗電流に起因するドリ
フトや広帯域増巾器２１８自体がもつオフセツト
電圧の変動によるドリフトを消去することができ
る。また、光検出部２１５Ｂの出力は波形整形回
路２１７Ｂで波形整形され回転円板２０５の回転
同期パルスとしてモータ制御回路２１３にフイー
ドバツクされモータ２１１の回転数を制御する。

さて、受光素子２１０で光電変換された光信号
はドリフト補償された広帯域増巾器２１８で増巾
され、その出力信号は50Ωの同軸ケーブル２２０
Ｂを通し同軸コネクタ２２１で接続されて第１図
Ａの増巾装置３に供給される。なお、広帯域増巾
器２１８は同軸ケーブル２２０Ｂとのマツチング
をとるため出力インピーダンスが50Ωになるよう
に作られている。また広帯域増巾器２１８の出力
は、ドリフト補償がなされているので光信号がチ
ヨツパで遮断されているときでもほとんど変動し
ない。更にこの広帯域増巾器２１８は受光素子２
１０の周波数特性をも補償しているので同軸コネ
クタ２２１に出力される信号は光信号入力に対し
て平坦な周波数特性を持つことになる。

このようにモータを使用してチヨツパを構成し
た場合、モータの回転ムラ（いわゆるコギングと
いわれるもの等）によつてチヨツパ周波数が変動
して制御回路が誤動作したり、DCモードからAC
モードへの切換える際モータおよび回転円板の慣
性により回転円板の停止位置が所定の位置からず
れてしまうという問題が生ずる。また、モータの
起動トルクが小さいモータでは低電圧を印加して
も回転し、モータの慣性を考慮して制御すること
が困難である。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたもので、
被測定光信号をチヨツパして零レベルを含む光信
号波形を表示するDCモードと光信号波形のみを
表示するACモードを有する光信号観測装置にお
いて、DCモードからACモードへ切換えたとき、
被測定光信号がチヨツパの回転円板の光透過部を
確実に透過する位置に回転円板を停止するように
したチヨツパ制御装置を提供することを目的とす
る。

上記目的を達成するために、本発明にあつて
は、被測定光信号を通過せしめる第１の透過部と
第１の透過部に対応して設けられた同期用光信号
を通過せしめる第２の透過部と被測定光信号およ
び同期用光信号を遮断せしめる基部とから形成さ
れた回転体と、該回転体を回転せしめるモータ
と、回転体の回転に伴い第２の透過部からの同期
用光信号を検出して回転同期信号を発生せしめる
同期信号発生手段と、DCモードからACモードに
切換えたとき、モータを微速回転状態にし前記回
転同期信号の繰り返し周波数を判定し該周波数が
あらかじめ定めた微速回転時の第１の周波数に達
したときモータを停止せしめる停止状態にすると
共に、該停止状態において前記同期用光信号が前
記基部で遮断されたときはモータを一旦DCモー
ド時の回転状態にし前記繰り返し周波数が第１の
周波数より高いあらかじめ定めた第２の周波数を
越えたとき再び微速回転状態にし前記繰り返し周
波数が第１の周波数に達したとき再び停止状態に
するモータ制御手段とを具備して構成したことを
特徴とするものである。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。なお、同じものは同じ符号で示す。

第４図は本発明の光信号観測装置におけるチヨ
ツパ制御装置の一実施例で、第５図は本発明のチ
ヨツパ制御装置の特性説明図そして第６図は本発
明のチヨツパ制御装置の要部波形図である。

ここで、２６２はDCモータ２１１のモータ駆
動回路で差動増巾器２１４とトランジスタ２４７
のエミツタフオロワから構成され入力電圧を可変
することによりモータ２１１の回転速度が制御さ
れる。いま、入力電圧は可変抵抗器２６１により
所望のモータ回転数になるように設定されてい
る。また抵抗２６５とコンデンサ２６６はトラン
ジスタ２４７のエミツタから差動増巾器２１４に
負帰還ループを構成すると共にモータ２１１の発
生するノイズによる急激な回転を防いでいる。２
６３はモータ駆動回路２６２の制御入力端子、ダ
イオード２６８はモータの発生するノイズ除去用
である。一方、２１５Ｂ，２１７Ｂは第２図で説
明したようにそれぞれ光検出部、波形整形回路
で、２１６はホトインターラプタ、２４９はシユ
ミツトトリガインバータこれはコンデンサ２８１
と合わせてノイズ除去に有効である。２５０，２
５１はＪ−Ｋフリツプフロツプ（以下FFとい
う）、２５２，２５３はリトリガブルモノステー
ブルマルチバイブレータ（以下MMという）、２
５４，２６０はナンドゲート（以下NANとい
う）、２５５，２５６，２５７，２５８，２５９
はアンドゲート（以下ANDという）で、２２３
は光信号観測装置の動作モード切換え信号の入力
端子である。この入力端子２２３に与えられる動
作モード切換信号がＬレベルのとき光信号観測装
置はDCモードで動作し、ＨレベルのときはACモ
ードで動作する。このDCモード、ACモードにお
けるチヨツパ制御装置の動作を第５図、第６図と
共に説明する。

まずDCモードの場合について、このとき入力
端子２２３はＬレベルとなつており、従つてFF
２５０のＱ出力はＬレベルとなりAND２５６の
出力もＬレベル、つまりトランジスタ２４６は
OFF状態である。一方、FF２５１の出力がＬ
レベルとなるためAND２５５の出力はＬレベル
となりトランジスタ２４５をOFF状態としてい
る。このようにトランジスタ２４５，２４６共に
OFFであるためモータ駆動回路２６２の入力端
子２６３の電圧は変化しないので可変抵抗器２６
１による所望の設定電圧に基づく一定の回転数で
モータ２１１は回転し回転円板２０５により光信
号をチヨツパしている。同時に、光検出部２１５
Ｂおよび波形整形回路２１７Ｂにて回転同期パル
スが検出されNAND２５４の一方の入力に供給さ
れている。

次にDCモードからACモードへ切換つた場合に
ついて説明する。このとき入力端子２２３はＬレ
ベルからＨレベルとなり、FF２５０，２５１お
よびNAND２５４はアクテイブとなる。従つて、
光検出部２１５Ｂで検出された回転同期パルスは
NAND２５４を通りMM２５２，２５３のＡ端
子、FF２５０，２５１のCP端子そしてNAND２
６０の一方の入力端子にそれぞれ第６図イに示す
ような信号として印加される。このNAND２５４
の出力の回転同期パルスを以下Ｓパルス、その繰
り返し周波数をとする。EF２５０のＱ出力は
このＳパルスの最初の立下りでＨレベルとなり、
AND２５６，２５９のそれぞれの一方の入力を
Ｈレベルとする。

ところで、MM２５２，２５３は前述のように
リトリガブルモノマルチバイブレータであるから
Ａ端子に入力されるＳパルスの繰り返し周波数
によつて動作が変化する、すなわち繰り返し周波
数が高くなると出力パルスが安定状態に復帰で
きなくなる特性を有している。ここで、MM２５
２は繰り返し周波数_２まで出力パルスが出せる
ようにこのパルス巾を抵抗２７２、コンデンサ２
７３で設定する（第６図ニ，ホ）。同様にMM２
５３は繰り返し周波数_１まで出力パルスが出せ
るようにこのパルス巾を抵抗２７５、コンデンサ
２７６で設定する（第６図ロ，ハ）。第５図は本
発明のチヨツパ制御装置の特性説明図で、FF２
５１のＱ出力とＳパルスの繰り返し周波数および
MM２５２，２５３の設定周波数_２，_１との
関係を示している。図中Ｆ点はDCモードでチヨ
ツパが作動し、このときのFF２５１のＱ出力が
Ｈレベルであることを示す。一方、Ａ点はACモ
ードでモータ２１１が停止し、このときのFF２
５１のＱ出力がＬレベルであることを示してい
る。そして、周波数_１はチヨツパをDCモード
からACモードへ切換える際Ｓパルスを検出して
回転円板２０５を光信号ビームを遮断しない透過
部２０７の位置で停止できる程度に十分低速にな
るように設定する。この周波数_１のときのモー
タ２１１の回転数はトランジスタ２４５をOFF
にトランジスタ２４６をONにした状態で抵抗２
６９により所望の値に設定できる。一方、周波数
_２は_２＞_１であつて（_２−_１）がモー
タ２１１の回転ムラによつて生ずるＳパルスの繰
り返し周波数の変動より大きい値に設定する。つ
まり、本発明のチヨツパ制御装置はヒステリシス
特性を有することになる。

ところで前述したように、今AND２５９の一
方の入力はFF２５０のＱ出力によりＨレベル、
他方の入力はFF２５１の出力がＳパルスの最
初の立下り時点ではＬレベルであるからAND２
５９の出力はＬレベルとなり、NAND２６０の出
力はＨレベルとなる。従つてAND２５６の両入
力は共にＨレベルとなりトランジスタ２４６が
ONとなり、モータ駆動回路２６２の入力端子２
６３の電圧つまり差動増巾器２１４の入力電圧は
低下し、これによつてモータ２１１の回転スピー
ドが次第に低下してくる。この＞_２のときの
第４図に示す各部の状態を第６図に示す。さらに
モータ２１１の回転スピードが低下し、＝_２
および_１＜＜_２となるとMM２５２はＳパ
ルスのＡ入力に対し第６図に示すように出力パル
スを出力（第６図ホ，ニ）し、それらはそれぞれ
図示の如くMM２５３の出力（第６図ハ，ロ）と
ANDをとられ（第６図ハ，ヘ）FF２５１に入力
されるがその出力（第６図チ，リ）は変化しな
い、従つてモータ２１１の回転数はいぜんとして
低下を続ける。これは第５図のＤ−Ｅ間の動作で
ある。そして、＝_１となるとMM２５２の
（第６図ユ）とMM２５３の出力（第６図ロ）
を入力したAND２５８の出力（第６図ヘ）はＳ
パルスの立下りの時点でＬレベルからＨレベルに
なるので、次の最初のＳパルスの立下りでFF２
５１の出力（第６図チ）はＨレベルとなる。従
つて、AND２５５の出力はＨレベルとなり、ト
ランジスタ２４５がONとなるので、モータ駆動
回路２６２の入力端子２６３はほゞ零レベルとな
り、DCモータ２１１に印加される電圧も零とな
つてDCモータ２１１に強い制動がかかり回転を
停止する。この＝_１および＜_１での各部
の状態を第６図に示す。これは第５図に示すＥ−
Ｂ−Ａ間の動作となる。実際にはモータに慣性が
あるため瞬時に停止することはないが、Ｓパルス
の繰り返し周波数_１に対応した十分低い回転速
度にモータ２１１の回転速度を設定しておけばよ
い。また、高性能のモータは低い電圧を印加して
も起動トルクが小さいため回転してしまい制御が
困難であるが、減速ギヤヘツドを付加したり、適
当な負荷をかけることにより回転速度を安定化し
制動を容易にすることができる。

また、前記したようにACモードのときは回転
円板２０５は必ず透過部２０７が受光素子２１０
に対向した位置で停止しなければならないのであ
らかじめホトインターラプタ２１６の設置位置を
定めてやる必要がある。一方、電源のON，OFF
や振動等によつてモータの停止位置が変動し、光
検出部２１５Ｂでこの位置ズレを検出したときに
は、直ちにＳパルスがＨレベルとなりNAND２６
０の出力がＬレベルとなり、AND２５５，２５
６の出力がＬレベルにしそれぞれ対応するトラン
ジスタ２４５，２４６をOFFにしてモータ２１
１にDCモードのときの設定電圧が印加され、モ
ータ２１１は再び回転を始める。そして再び回転
円板２０５の透過部２０７で、しかも光信号ビー
ムが十分透過する位置で停止するようにモータ２
１１を制御する。第５図に示す、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ
−Ｆ−Ｄ−Ｅ−Ｂ−Ａの順で変化することにな
る。回転円板２０５の停止位置の変動を少なくす
るためには透過部２０８を小さく設計するだけで
は不十分で、前記したようにモータ２１１の慣性
と起動トルクを考慮してＳパルスの繰り返し周波
数_１を設定する必要がある。

以上の説明から明らかなように本発明の光信号
観測装置におけるチヨツパ制御装置はヒステリシ
ス特性を持つているためDCモードからACモード
への切換えの際でも回転円板が正確に所定の位置
に停止でき、また起動トルクの小さなモータでも
制御が容易となり、安定で確実に光信号をチヨツ
パできるチヨツパ制御回路が実現できる。また高
精度を要せず安価なDCモータが使用でき、かつ
振動にも強いという実用的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは光信号観測装置のブロツク図、第１
図Ｂは光信号観測装置の要部信号波形図、第１図
Ｃはブラウン管上の表示波形例、第２図は光信号
入力装置のブロツク図、第３図は光信号入力装置
のチヨツパに使用される回転円板の一例、第４図
は本発明の一実施例の光信号観測装置におけるチ
ヨツパ制御装置、第５図は本発明のチヨツパ制御
回路の特性説明図、第６図は本発明のチヨツパ制
御装置の要部波形図である。 ２１１……モータ、２６２……モータ駆動回
路、２１５Ｂ……光検出部、２１７Ｂ……波形整
形回路、２０５……回転円板、２５０，２５１…
…Ｊ−Ｋフリツプフロツプ、２５２，２５３……
リトリガブルモノマルチバイブレータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定光信号をチヨツパして零レベルを含む
   光信号波形を表示するDCモードと前記光信号波
   形のみを表示するACモードを有する光信号観測
   装置において、 被測定光信号を通過せしめる第１の透過部と第
   １の透過部に対応して設けられた同期用光信号を
   通過せしめる第２の透過部と被測定光信号および
   同期用光信号を遮断せしめる基部とから形成され
   た回転体と、 該回転体を回転せしめるモータと、 回転体の回転に伴い第２の透過部からの同期用
   光信号を検出して回転同期信号を発生せしめる同
   期信号発生手段と、 DCモードからACモードに切換えたとき、モー
   タを微速回転状態にし前記回転同期信号の繰り返
   し周波数を判定し該周波数があらかじめ定めた微
   速回転時の第１の周波数に達したときモータを停
   止せしめる停止状態にすると共に、該停止状態に
   おいて前記同期用光信号が前記基部で遮断された
   ときはモータを一旦DCモード時の回転状態にし
   前記繰り返し周波数が第１の周波数より高いあら
   かじめ定めた第２の周波数を越えたとき再び微速
   回転状態にし前記繰り返し周波数が第１の周波数
   に達したとき再び停止状態にするモータ制御手段
   とを具備して、 ACモードで被測定光信号が第１の透過部を透
   過する位置に回転体を停止せしめるようにしたこ
   とを特徴とする光信号観測装置におけるチヨツパ
   制御装置。 ２ 前記モータが減速機構を有して回転体を回転
   せしめるDCモータであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光信号観測装置における
   チヨツパ制御装置。