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JPH07111759B2 - Light energy driven detector - Google Patents

Light energy driven detector

Info

Publication number
JPH07111759B2
JPH07111759B2 JP2170144A JP17014490A JPH07111759B2 JP H07111759 B2 JPH07111759 B2 JP H07111759B2 JP 2170144 A JP2170144 A JP 2170144A JP 17014490 A JP17014490 A JP 17014490A JP H07111759 B2 JPH07111759 B2 JP H07111759B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
unit
light
signal
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2170144A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0460800A (en
Inventor
葉子 内田
行雄 佐井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2170144A priority Critical patent/JPH07111759B2/en
Publication of JPH0460800A publication Critical patent/JPH0460800A/en
Publication of JPH07111759B2 publication Critical patent/JPH07111759B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、光エネルギーによって検出部を駆動し、測定
信号を光伝送する検出装置に係り、特に、光源として用
いられるレーザの寿命のバラツキに関係なく、一期間駆
動することができるように改良を施した光エネルギー駆
動型検出装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial field of use) The present invention relates to a detection device that drives a detection unit by light energy and optically transmits a measurement signal, and in particular, a laser used as a light source. The present invention relates to an optical energy drive type detection device improved so that it can be driven for one period regardless of variations in the life of the device.

(従来の技術) 上記の様な光エネルギー駆動型検出装置においては、光
源として半導体レーザが用いられるのが一般的であり、
この光エネルギーを光ファイバによって検出部まで伝送
する方法がとられている。
(Prior Art) A semiconductor laser is generally used as a light source in the above-described light energy driven detection device,
A method of transmitting this light energy to a detection unit by an optical fiber is used.

しかし、この方法には以下に述べる様な問題がある。即
ち、第1の問題点は、半導体レーザの発光パワーは10mW
前後であり、実際に検出部に到達できる光エネルギーは
発光パワーの1/10〜1/3で、電気的に安定に取り出せる
出力はさらにその1/10前後であり、数百μW以下の電力
で、光伝送も含んだ検出回路を駆動しなければならない
ことである。また、第2の問題点は、エネルギー伝送に
使える高NA、大口径光ファイバ、例えば多成分光ファイ
バやポリマクラッド光ファイバは、光伝送損失が10dB/k
m前後の大きく、200〜300mの伝送距離で大きく損失変動
があり、発光パワーの大きなマージンを半導体レーザが
負うことになり、その寿命を確保することが困難なこと
である。
However, this method has the following problems. That is, the first problem is that the emission power of the semiconductor laser is 10 mW.
The light energy that can actually reach the detector is 1/10 to 1/3 of the light emission power, and the output that can be taken out electrically and stably is about 1/10 of that, and with the power of several hundred μW or less. That is, it is necessary to drive a detection circuit including optical transmission. The second problem is that high-NA, large-diameter optical fibers that can be used for energy transmission, such as multi-component optical fibers and polymer-clad optical fibers, have an optical transmission loss of 10 dB / k.
This is because the semiconductor laser bears a large margin of the emission power because of a large loss variation at a transmission distance of about 200 m and a large transmission distance of 200 to 300 m, and it is difficult to secure its life.

そこで最近では、上記の様な伝送距離の長短に関わら
ず、半導体レーザを余分に発光させているという問題を
解決させるために、(半導体レーザの発光パワー)に対
する(検出部に到達する光パワー)の割合が、伝送距離
その他の要因で変動しても、検出部で受け取る光パワー
が必要最小限の値となるように発光制御を行い、過剰な
発光をなくそうとする試みが行なわれている。
Therefore, recently, in order to solve the problem that the semiconductor laser emits extra light regardless of the length of the transmission distance as described above, in order to solve the problem of (emission power of semiconductor laser), (optical power reaching the detection unit) Even if the ratio of V fluctuates due to transmission distance and other factors, an attempt is made to eliminate excessive light emission by performing light emission control so that the optical power received by the detection unit becomes the minimum required value. .

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、半導体レーザの寿命はチップによるバラ
ツキが大きく、個々の半導体レーザの寿命を最大限に利
用したとしても、半導体レーザの交換時期が装置によっ
て異なるため、そのメンテナンスや信頼性の上で問題が
あった。また、上記の様に、半導体レーザの発光量を制
御することによって、検出部で受け取る光パワーが必要
最小限の値となるような、光エネルギー駆動型検出装置
の開発が切望されていた。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the life of the semiconductor laser varies greatly depending on the chip, and even if the life of each semiconductor laser is utilized to the maximum extent, the replacement timing of the semiconductor laser differs depending on the device, and therefore the maintenance thereof is difficult. There was a problem with reliability. Further, as described above, there has been a strong demand for the development of a light energy driven detection device in which the light power received by the detection unit can be a minimum required value by controlling the light emission amount of the semiconductor laser.

本発明は、以上の欠点を解消するために提案されたもの
で、その目的は、検出部で受け取る光パワーが必要最小
限の値となるように、半導体レーザの発光制御を行うこ
とができ、また、レーザの寿命によるバラツキに関係な
く、一定期間の駆動が可能な、信頼性の高い光エネルギ
ー駆動型検出装置を提供することにある。
The present invention has been proposed in order to eliminate the above drawbacks, and an object thereof is to control the emission of a semiconductor laser so that the optical power received by a detection unit becomes a necessary minimum value. Another object of the present invention is to provide a highly reliable optical energy drive type detection device that can be driven for a fixed period regardless of variations due to the life of the laser.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、受信部に設けられた半導体レーザからの光を
検出部に伝送し、この光エネルギーによって検出回路を
駆動させ、この検出回路によって得られた測定信号を前
記受信部に伝送し、さらに外部装置へ送出するように構
成した光エネルギー駆動型検出装置において、前記検出
部に、受信部より伝送された光エネルギー量を検出する
光エネルギー量検出手段及びその情報を受信部へ伝送す
る信号伝送手段を設け、一方、前記受信部に、前記情報
に基づいて、半導体レーザの発光量を制御する発光量制
御手段と、半導体レーザの余命を算出し、この余命に応
じて検出装置を間欠駆動させ、また、その間欠駆動の間
隔を制御する間欠駆動制御手段とを設けたことを特徴と
するものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention transmits light from a semiconductor laser provided in a receiving unit to a detecting unit, drives the detecting circuit by this light energy, and uses the detecting circuit. In the optical energy drive type detection device configured to transmit the obtained measurement signal to the receiving unit and further to send it to an external device, the detecting unit is an optical energy for detecting the amount of optical energy transmitted from the receiving unit. An amount detecting means and a signal transmitting means for transmitting the information to the receiving portion are provided, and on the other hand, in the receiving portion, a light emitting amount control means for controlling the light emitting amount of the semiconductor laser based on the information, and a life expectancy of the semiconductor laser are provided. An intermittent drive control means for calculating and intermittently driving the detection device according to the remaining life and controlling the interval of the intermittent drive is provided.

(作用) 本発明の光エネルギー駆動型検出装置においては、検出
部で受光する光エネルギーの量についての情報を受信部
へ伝送し、その情報により半導体レーザからの発光量を
制御することにより、検出部に到達する光パワーの割合
が変動しても、検出部で受取る光パワーが必要最小限の
値となるように発光制御が行われる。また、半導体レー
ザの順電流を検出し、この順電流履歴から半導体レーザ
の余命を算出し、この余命が定められた装置の駆動期間
よりも短い場合は、半導体レーザが装置の駆動期間まで
は駆動するような間隔での間欠駆動に切替える制御が行
われ、半導体レーザの寿命に関係なく、一定期間は装置
の駆動を行うことができる。
(Operation) In the light energy drive type detection device of the present invention, the information about the amount of light energy received by the detection unit is transmitted to the reception unit, and the amount of light emitted from the semiconductor laser is controlled by the information, thereby performing detection. Even if the ratio of the optical power reaching the unit fluctuates, the light emission control is performed so that the optical power received by the detection unit becomes the necessary minimum value. Also, the forward current of the semiconductor laser is detected, the life expectancy of the semiconductor laser is calculated from this forward current history, and if this life expectancy is shorter than the drive period of the specified device, the semiconductor laser is driven until the drive period of the device. Control is performed to switch to intermittent driving at such intervals, and the device can be driven for a certain period regardless of the life of the semiconductor laser.

(実施例) 以下、本発明の実施例を第1図乃至第7図に基づいて具
体的に説明する。
(Embodiment) An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to FIGS. 1 to 7.

第1実施例 第1図に示した様に、本実施例の光エネルギー駆動型検
出装置は、受信部A、検出部B及び両者を光学的に結合
するための光ファイバCとから構成されている。まず、
受信部Aは、フォトダイオード15、このフォトダイオー
ド15の出力としての電気信号を2つの信号成分a,bに分
離する分離復調回路16、前記電気信号成分を適切な信号
に変換する発光量制御手段である信号処理部17、間欠駆
動制御手段であるレーザ制御駆動回路12、半導体レーザ
11、レーザの自動光量制御用フォトダイオード13及び光
電流増幅回路14とから構成されている。
First Embodiment As shown in FIG. 1, the optical energy driven detection apparatus of the present embodiment comprises a receiver A, a detector B, and an optical fiber C for optically coupling the two. There is. First,
The receiving section A includes a photodiode 15, a separation / demodulation circuit 16 for separating an electric signal as an output of the photodiode 15 into two signal components a and b, and a light emission amount control means for converting the electric signal component into an appropriate signal. Signal processing unit 17, which is a laser control drive circuit 12 which is an intermittent drive control means, a semiconductor laser
11, a photodiode 13 for automatic light quantity control of a laser, and a photocurrent amplifier circuit 14.

一方、検出部Bは、フォトダイオード21、トランス22、
整流回路23、検出部で受光される光エネルギー量検出手
段である電圧比較器24、温度・圧力などの物理量を検出
するセンサ25、その検出信号を変換処理する変換処理部
26、前記電圧比較器24の出力信号と変換処理部26の出力
信号とを重畳する変調回路27及びこの変調回路27の出力
によって駆動される光源28とから構成されている。ま
た、光ファイバCは、光エネルギー伝送用光ファイバ30
と、信号伝送用光ファイバ31とからなっている。
On the other hand, the detection unit B includes a photodiode 21, a transformer 22,
Rectifier circuit 23, voltage comparator 24 that is a means for detecting the amount of light energy received by the detection unit, sensor 25 that detects a physical quantity such as temperature and pressure, conversion processing unit that converts the detection signal.
26, a modulation circuit 27 that superimposes the output signal of the voltage comparator 24 and the output signal of the conversion processing unit 26, and a light source 28 that is driven by the output of the modulation circuit 27. Further, the optical fiber C is an optical fiber 30 for transmitting optical energy.
And an optical fiber 31 for signal transmission.

この様な構成を有する本実施例の光エネルギー駆動型検
出装置は、以下に述べる様に作用する。即ち、受信部A
に配設された半導体レーザ11は、自動光量制御のための
フォトダイオード13の出力と、発光量制御手段である信
号処理部17からの出力との加算された値が一定になるよ
うに、その順方向電流が制御される構成となっている。
従って、信号処理部17の出力を変化させることにより、
半導体レーザ11の発光量を変化させることができる。ま
た、半導体レーザ11は数キロ〜数十キロHzのパルス信号
で変調されており、増幅回路14ではピークホールド回路
によるピーク値制御、または積分回路による平均値制御
が行われる。この様にして周波数変調された半導体レー
ザ11からの光信号は、光エネルギー伝送用光ファイバ30
を介して、検出部Bに設けられたフォトダイオード21に
伝送される、 一方、検出部Bでは、伝送されてくる光パワーがパルス
により変調されているために、光エネルギー検出部であ
るフォトダイオード21による光/電気変換信号出力は交
流となり、トランス22によってその出力を昇圧させて変
換処理部26の駆動に用いている。ここで、入力光パワー
が不足しているときには、昇圧された電圧が基準電圧よ
り小さくなり、変調回路27において、電圧比較器24の出
力が変換処理部26の出力に重畳される。逆に、入力光パ
ワーが過剰な場合は、得られる電圧は基準電圧以上とな
り、電圧比較器24の出力は変換処理部26の出力に重畳さ
れない。
The light energy driven detection apparatus of this embodiment having such a structure operates as described below. That is, the receiver A
The semiconductor laser 11 disposed at the output of the photodiode 13 for automatic light amount control and the output from the signal processing unit 17 which is the light emission amount control means, so that the added value becomes constant, The forward current is controlled.
Therefore, by changing the output of the signal processing unit 17,
The light emission amount of the semiconductor laser 11 can be changed. The semiconductor laser 11 is modulated with a pulse signal of several kilohertz to several tens of kilohertz, and the amplifier circuit 14 performs peak value control by the peak hold circuit or average value control by the integration circuit. The optical signal from the semiconductor laser 11 thus frequency-modulated is used as the optical fiber 30 for optical energy transmission.
Is transmitted to the photodiode 21 provided in the detection unit B via the light source. On the other hand, in the detection unit B, since the transmitted optical power is modulated by the pulse, the photodiode which is the light energy detection unit is transmitted. The optical / electrical conversion signal output by 21 becomes an alternating current, and its output is boosted by the transformer 22 and used for driving the conversion processing unit 26. Here, when the input light power is insufficient, the boosted voltage becomes lower than the reference voltage, and the output of the voltage comparator 24 in the modulation circuit 27 is superimposed on the output of the conversion processing unit 26. On the contrary, when the input light power is excessive, the obtained voltage becomes equal to or higher than the reference voltage, and the output of the voltage comparator 24 is not superimposed on the output of the conversion processing unit 26.

この変調回路27における信号の重畳方式としては、セン
サ25の信号を変換処理部26により電圧−周波数変換して
周波数信号とし、電圧比較器24の出力がある場合には、
この周波数信号の各パルスをシングルパルスからダブル
パルスにする方式がある。この方式によれば、得られる
光パワーが十分大きい場合には、センサ出力がシングル
パルスの周波数信号とされ、光パワーが低下してくる
と、センサ出力がダブルパルスの周波数信号とされるこ
とになる。なお、変換回路27の出力信号は、光源28によ
り光パルス信号に変換され、信号伝送用光ファイバ31を
介して、受信部Aに伝送される。
As a method of superimposing the signal in the modulation circuit 27, the signal of the sensor 25 is subjected to voltage-frequency conversion by the conversion processing unit 26 into a frequency signal, and when there is an output of the voltage comparator 24,
There is a method in which each pulse of this frequency signal is changed from a single pulse to a double pulse. According to this method, when the obtained optical power is sufficiently high, the sensor output is a single-pulse frequency signal, and when the optical power is low, the sensor output is a double-pulse frequency signal. Become. The output signal of the conversion circuit 27 is converted into an optical pulse signal by the light source 28 and transmitted to the receiving unit A via the signal transmission optical fiber 31.

さらに、受信部Aにおいては、信号伝送用光ファイバ31
を介して伝送された光信号が分離復調回路16に入力さ
れ、ここで電圧比較器24の出力信号aがセンサ出力信号
bから分離され、その信号の有無が信号処理部17で判定
され、制御駆動回路12への出力の増減を行う。
Furthermore, in the receiver A, the optical fiber 31 for signal transmission is used.
The optical signal transmitted via the input signal is input to the separation / demodulation circuit 16, where the output signal a of the voltage comparator 24 is separated from the sensor output signal b, and the presence / absence of the signal is determined by the signal processing unit 17, and the control is performed. The output to the drive circuit 12 is increased or decreased.

この全体の制御の流れを、第2図のタイミングチャート
に示した。まず、第2図(B)に示す様に、電圧比較器
24からの出力があり、これがセンサ出力信号に重畳され
て検出部Bから受信部Aに送られると、前記信号処理部
17で光パワーが低いと判定される。すると、信号処理部
17は半導体レーザ11の順電流を、第2図(C)に示す様
に徐々に増加させていき、この半導体レーザ11に対する
順電流の増加にともなって、整流回路23の出力電圧も第
2図(A)に示す様に上昇していく。しかしながら、整
流出力が電圧比較器24のヒステリシスの上限に達する
と、電圧比較器24の出力がなくなり、センサ出力に重畳
されなくなるので、信号処理部17が半導体レーザ11の順
方向電流を減少させていく。その結果、光パワーが低下
していき、再び電圧比較器24が出力を出すようになる
と、半導体レーザ11のパワー上昇を行う。
The overall control flow is shown in the timing chart of FIG. First, as shown in FIG. 2 (B), a voltage comparator
When there is an output from 24, which is superposed on the sensor output signal and sent from the detection unit B to the reception unit A, the signal processing unit
At 17, it is determined that the optical power is low. Then the signal processor
17 gradually increases the forward current of the semiconductor laser 11 as shown in FIG. 2 (C). As the forward current to the semiconductor laser 11 increases, the output voltage of the rectifier circuit 23 also increases. It rises as shown in (A). However, when the rectified output reaches the upper limit of the hysteresis of the voltage comparator 24, the output of the voltage comparator 24 disappears and is not superimposed on the sensor output, so the signal processing unit 17 reduces the forward current of the semiconductor laser 11. Go. As a result, when the optical power decreases and the voltage comparator 24 starts to output again, the power of the semiconductor laser 11 is increased.

この様にして半導体レーザ11の発光量の制御を行い、セ
ンサ25の物理量検出に必要な最小限度の光パワーを伝送
するようにすることにより、半導体レーザ11が過剰な発
光を行うことによる寿命の短命化を防ぐことができる。
In this way, the emission amount of the semiconductor laser 11 is controlled, and by transmitting the minimum optical power required for detecting the physical quantity of the sensor 25, the lifetime of the semiconductor laser 11 due to excessive emission is increased. It is possible to prevent shortening of life.

ところで、検出部Bへの入射パワーをほぼ一定の必要最
小限の値に保つことは、半導体レーザ11の発光量をほぼ
一定に保つことである。ところが、半導体レーザの劣化
が進むにつれて、直流の電流−光出力特性曲線は、第3
図に示した曲線1から曲線2、曲線3、曲線4に順次変
化するので、一定の発光量を保つためには、劣化の進行
に対応して、動作電流を増加させる必要がある。一般
に、レーザの寿命は、動作電流が初期値I0の何倍になる
時間として定義され、しきい電流が50mA以下の半導体レ
ーザでは、1.5倍前後でよく定義される。また、定光出
力動作における、通電時間と動作電流の関係は、第4図
に示す通りで、動作電流がI1になったときの時間T1が寿
命であり、それまでの曲線はほぼ直線近似ができる。従
って、制御駆動回路12において、第5図に示す様に、通
電時間TNの時点(A点)で、A点までの動作電流の履歴
曲線を延長し、動作電流がI1になるときの時間Tがレー
ザの寿命であると予測することができる。ところで、半
導体レーザはチップのバラツキが大きく、チップによっ
て寿命は大きく異なり、初めから寿命を予測することは
大変危険なことであり、個々の通電時間−動作電流曲線
から寿命を算出するのが確実な方法である。
By the way, maintaining the incident power on the detection unit B at a substantially constant minimum value is to keep the light emission amount of the semiconductor laser 11 substantially constant. However, as the semiconductor laser deteriorates, the direct current-optical output characteristic curve becomes
Since the curve 1 shown in the figure changes from the curve 1 to the curve 2, the curve 3, and the curve 4, it is necessary to increase the operating current in accordance with the progress of deterioration in order to maintain a constant light emission amount. In general, the lifetime of a laser is defined as the time at which the operating current becomes a multiple of the initial value I 0 , and for a semiconductor laser having a threshold current of 50 mA or less, it is often defined as around 1.5 times. Further, in the constant light output operation, the relationship between the energizing time and the operating current, in as shown in FIG. 4, the time T 1 is the lifetime when the operating current becomes I 1, almost linear approximation curve until then You can Therefore, in the control drive circuit 12, as shown in FIG. 5, when the energizing time T N is reached (point A), the history curve of the operating current up to the point A is extended so that the operating current becomes I 1 . It can be predicted that time T is the lifetime of the laser. By the way, the semiconductor laser has a large variation in the chips, and the life varies greatly depending on the chips, and it is very dangerous to predict the life from the beginning, and it is certain to calculate the life from individual energization time-operating current curves. Is the way.

そこで、予測され寿命Tが、ある定められた期間TM(例
えば、レーザの交換期間)よりも短いとき(TN<T<
TM)には、制御駆動回路12が、半導体レーザ11の駆動を
間欠駆動に切替えるように構成されている。なお、この
間欠駆動の間隔は、第5図のA点とB点を結ぶ直線の傾
きから計算することができる。この様に、半導体レーザ
を間欠駆動に切替えることで、検出装置として使用した
いとする所定の期間中の駆動を保証することができる。
Therefore, when the predicted lifetime T is shorter than a predetermined period T M (for example, laser replacement period) (T N <T <
At T M ), the control drive circuit 12 is configured to switch the drive of the semiconductor laser 11 to intermittent drive. The intermittent driving interval can be calculated from the slope of the straight line connecting points A and B in FIG. In this way, by switching the semiconductor laser to the intermittent drive, it is possible to guarantee the drive during a predetermined period when it is desired to be used as the detection device.

上述した様に、本実施例では、検出部Bに到達する光パ
ワーの割合が、伝送距離その他の要因で変動しても、検
出部Bで受け取る光パワーを必要最小限の値にすること
ができ、且つ、ある定められた期間はレーザのチップの
バラツキにもかかわらず、検出装置の駆動を保証でき
る、極めて信頼性の高い装置とすることができる。
As described above, in the present embodiment, even if the ratio of the optical power reaching the detection unit B changes due to the transmission distance and other factors, the optical power received by the detection unit B can be set to the minimum necessary value. In addition, it is possible to obtain an extremely reliable device capable of guaranteeing the drive of the detection device despite the variation of the laser chip for a predetermined period.

第2実施例 本実施例の光エネルギー駆動型検出装置も、第6図に示
す様に、受信部D、検出部E、受信部Dと検出部Eとを
光学的に結合するための光ファイバFとから構成されて
いる。
Second Embodiment As shown in FIG. 6, the optical energy drive type detector of the present embodiment also has an optical fiber for optically coupling the receiver D, the detector E, and the receiver D and the detector E. It is composed of F and.

まず、受信部Dは、フォトダイオード54、抵抗55、光/
電気変換部56、パルス整形部57、信号変換部58、ピーク
ホールド部59、比較部60、発光量制御手段である電流制
御部61、間欠駆動制御手段であるレーザ駆動部62及び半
導体レーザ41とから成っている。前記フォトダイオード
54と光/電気変換部56は、検出部Eから信号伝送用光フ
ァイバ53を介して伝送される光パルス信号を受信し、電
気信号に変換して出力するものである。また、パルス整
形部57は、光/電気変換部56からの電気信号をパルス整
形するものである。さらに、信号変換部58は、パルス整
形部57からの信号を測定データに逆変換し、電圧、電流
等のアナログ信号として出力するものである。また、ピ
ークホールド部59は、光/電気変換部56からの電気信号
のピーク値をピークホールドするものである。さらに、
比較部60は、ピークホールド部59によるピーク値と基準
電圧Vrとを比較するものである。また、電気制御部61で
は、比較部60での比較結果に基づいてピーク値が基準電
圧Vrと等しくなるように、レーザ駆動部62の駆動電流を
制御するとともに、その駆動電流の履歴を覚えておき、
その履歴から半導体レーザ41の余命を計算し、その余命
がある定められた期間より短いときには、レーザ駆動部
62を間欠駆動に切替えるものである。さらに、レーザ駆
動部62は、電流制御部61による制御に応じて半導体レー
ザ41を駆動するものであり、半導体レーザ41は、レーザ
光を発光し、その光を検出部Eの駆動電力として光ファ
イバ42に供給するものである。
First, the receiver D includes the photodiode 54, the resistor 55, and the light / light.
An electrical conversion unit 56, a pulse shaping unit 57, a signal conversion unit 58, a peak hold unit 59, a comparison unit 60, a current control unit 61 that is a light emission amount control unit, a laser drive unit 62 that is an intermittent drive control unit, and a semiconductor laser 41. Made of. The photodiode
An optical pulse signal 54 transmitted from the detection unit E via the signal transmission optical fiber 53 is converted by the optical / electrical conversion unit 56, converted into an electric signal, and output. Further, the pulse shaping section 57 is for shaping the electric signal from the optical / electrical converting section 56 into pulses. Further, the signal conversion unit 58 reversely converts the signal from the pulse shaping unit 57 into measurement data and outputs it as an analog signal such as voltage or current. The peak hold unit 59 holds the peak value of the electric signal from the optical / electrical conversion unit 56. further,
The comparison unit 60 compares the peak value of the peak hold unit 59 with the reference voltage Vr. Further, the electric control unit 61 controls the drive current of the laser drive unit 62 so that the peak value becomes equal to the reference voltage Vr based on the comparison result of the comparison unit 60, and remembers the history of the drive current. Every
The life expectancy of the semiconductor laser 41 is calculated from the history, and when the life expectancy is shorter than a predetermined period, the laser drive unit
62 is switched to intermittent drive. Further, the laser drive unit 62 drives the semiconductor laser 41 under the control of the current control unit 61, and the semiconductor laser 41 emits laser light and uses the light as drive power for the detection unit E in the optical fiber. To supply to 42.

一方、検出部Eは、太陽電池43、電源安定化部44、セン
サ45、増幅部46、データ変換部47、トラジスタ48、発光
ダイオード49、分圧用の抵抗50,51及びコンデンサ52と
から成っている。前記太陽電池43は、半導体レーザ41か
ら光エネルギー伝送用光ファイバ42を介して供給される
光を受光し、光のエネルギーを電気エネルギーに変換す
るものである。また、電源安定化部44は、太陽電池43か
らの電力の電圧を安定化して、センサ45、増幅部46、デ
ータ変換部47より成る検出回路を駆動するものである。
さらに、センサ45は、圧力・温度等の測定信号を検出
し、電気信号に変換して出力するものである。また、増
幅部46は、センサ45からの電気信号を一定レベルに増幅
するものである。さらに、データ変換部47は、増幅部46
からの信号を周波数変換、デジタル変換等を行い、パル
ス信号としてトランジスタ48に出力するものである。ま
た、発光ダイオード49は、太陽電池43からの出力電圧で
直接駆動され、トランジスタ48のON時に流れる電流によ
り、前記測定信号に応じた光パルス信号を信号伝送用光
ファイバ53に与えるものである。
On the other hand, the detection unit E includes a solar cell 43, a power supply stabilization unit 44, a sensor 45, an amplification unit 46, a data conversion unit 47, a transistor 48, a light emitting diode 49, resistors 50 and 51 for voltage division, and a capacitor 52. There is. The solar cell 43 receives the light supplied from the semiconductor laser 41 via the optical fiber 42 for transmitting light energy, and converts the energy of light into electric energy. Further, the power supply stabilizing unit 44 stabilizes the voltage of electric power from the solar cell 43 and drives a detection circuit including a sensor 45, an amplifying unit 46, and a data converting unit 47.
Further, the sensor 45 detects a measurement signal such as pressure and temperature, converts it into an electric signal and outputs it. Further, the amplification section 46 amplifies the electric signal from the sensor 45 to a constant level. Further, the data conversion unit 47 includes an amplification unit 46.
The signal from is subjected to frequency conversion, digital conversion, etc., and output to the transistor 48 as a pulse signal. Further, the light emitting diode 49 is directly driven by the output voltage from the solar cell 43, and gives an optical pulse signal corresponding to the measurement signal to the signal transmitting optical fiber 53 by a current flowing when the transistor 48 is turned on.

さらに、光ファイバFは、光エネルギー伝送用光ファイ
バ42と、信号伝送用光ファイバ53とから成っている。光
エネルギー伝送用光ファイバ42は、半導体レーザ41から
の光を検出部E側に伝送するものである。一方、信号伝
送用光ファイバ53は、発光ダイオード49からの光パルス
信号を受信部D側に伝送するものである。ここで、光源
である半導体レーザ41からの発振光は、接合に垂直な方
向の広がり角は回折のため大きく30度以上であり、光エ
ネルギー伝送用光ファイバ42との高結合率を容易に得る
ためには、高NAの光ファイバを用いるのが望ましい。例
えば、NA0.3〜0.5の多成分ガラスファイバ、NA0.4前後
のポリマクラッドファイバ等が、伝送距離数百m以内の
装置の場合に適切である。また、信号伝送用光ファイバ
53は、光エネルギー伝送用光ファイバ42の様に特性上の
要求はなく、その損失が光エネルギー伝送用光ファイバ
42以下であれば問題はない。
Further, the optical fiber F is composed of an optical fiber 42 for optical energy transmission and an optical fiber 53 for signal transmission. The optical fiber 42 for transmitting optical energy transmits the light from the semiconductor laser 41 to the detecting section E side. On the other hand, the signal transmission optical fiber 53 transmits the optical pulse signal from the light emitting diode 49 to the receiving section D side. Here, the oscillated light from the semiconductor laser 41, which is a light source, has a divergence angle in the direction perpendicular to the junction that is largely 30 degrees or more due to diffraction, and a high coupling rate with the optical fiber 42 for optical energy transmission can be easily obtained. Therefore, it is desirable to use an optical fiber with a high NA. For example, a multi-component glass fiber having an NA of 0.3 to 0.5, a polymer clad fiber having an NA of about 0.4, and the like are suitable for a device having a transmission distance of several hundred meters or less. Also, optical fiber for signal transmission
53 is not required to have characteristics like the optical fiber 42 for optical energy transmission, and its loss is an optical fiber for optical energy transmission.
If it is 42 or less, there is no problem.

この様な構成を有する本実施例の光エネルギー駆動型検
出装置は、以下に述べる様に作用する。即ち、第6図に
おいて、受信部Dの半導体レーザ41からの光は、光エネ
ルギー伝送用光ファイバ42を通して、検出部Eにその駆
動電力として供給される。一方、検出部Eでは、半導体
レーザ41から光エネルギー伝送用光ファイバ42を介して
供給される光が太陽電池43で受光され、光エネルギーが
電気的エネルギーに変換される。そして、電源安定化部
44では、太陽電池43で変換された電力の電圧が安定化さ
れ、センサ45、増幅部46、データ変換部47より成る検出
回路に供給されてこれらが駆動される。すると、センサ
45では圧力・温度等の測定信号が検出されて電気信号に
変換され、増幅部46で一定レベルに増幅された後、デー
タ変換部47で周波数変換、デジタル変換等が行われ、パ
ルス信号としてトランジスタ48に与えられる。これによ
り、検出部Eの最終段ではトランジスタ48がONし、太陽
電池43の出力電圧で直線駆動される発光ダイオード49に
電流が流れることにより、測定信号に応じた光パルス信
号が、信号伝送用光ファイバ53を通して受信部Dに伝送
される。
The light energy driven detection apparatus of this embodiment having such a structure operates as described below. That is, in FIG. 6, the light from the semiconductor laser 41 of the receiver D is supplied to the detector E as its driving power through the optical fiber 42 for transmitting optical energy. On the other hand, in the detection unit E, the light supplied from the semiconductor laser 41 via the optical fiber 42 for optical energy transmission is received by the solar cell 43, and the optical energy is converted into electrical energy. And the power stabilization unit
At 44, the voltage of the electric power converted by the solar cell 43 is stabilized and supplied to a detection circuit including a sensor 45, an amplification section 46, and a data conversion section 47 to drive them. Then the sensor
At 45, measurement signals such as pressure and temperature are detected and converted into electric signals, and after being amplified to a certain level by the amplification section 46, frequency conversion, digital conversion, etc. are performed at the data conversion section 47, and as a pulse signal, a transistor is used. Given to 48. As a result, the transistor 48 is turned on at the final stage of the detection unit E, and a current flows through the light emitting diode 49 that is linearly driven by the output voltage of the solar cell 43, so that an optical pulse signal corresponding to the measurement signal is transmitted for signal transmission. It is transmitted to the receiver D through the optical fiber 53.

一方、受信部Dでは、検出部Eから信号伝送用光ファイ
バ53を介して伝送される光パルス信号が、フォトダイオ
ード54及び光/電気変換部56で受信されて電気信号に変
換される。そして、光/電気変換部56からの電気信号
は、パルス整形部57でパルス整形が行われ、さらに、信
号変換部58でデータ逆変換が行われて、電圧・電流等の
アナログ信号として外部装置に出力される。また、光/
電気変換部56からの電気信号のピーク値は、ピークホー
ルド部59でホールドされ、そのホールド値は比較部60で
基準電圧Vrと比較される。そして、この比較信号を基
に、ホールド値が基準電圧Vrと等しくなるように、電流
制御部61でレーザ駆動部62の電流を制御して、半導体レ
ーザ41の発光量が制御されることにより、検出部Eから
の光パルス信号のピーク値がある一定レベルに保持され
る。即ち、検出部Eからの光パルス信号のピーク値Ppea
kは、トランジスタ48がONになった場合、太陽電池43の
出力電圧をV0、抵抗50の抵抗値をR10、発光ダイオード4
9の順電圧をVfとすると、 Ppeak∝(V0−Vf)/R10 で与えられる。従って、光パルス信号のピーク値Ppeak
を一定に保持することは、太陽電池43の出力電圧を一定
に保つことであり、また、太陽電池43の出力電圧と入射
パワーとは、第7図に示す様に単調増加の関係にあり、
結局、太陽電池43の出力電圧を一定にすることにより、
太陽電池43への入射パワーが一定に保持されることにな
る。以上により、予め検出部Eとして必要な入射パワー
を測定しておき、それに対応した出力電圧を第7図の特
性から決定し、その値となるように受信部Dにおける基
準電圧Vrを設定すればよいことになる。
On the other hand, in the receiver D, the optical pulse signal transmitted from the detector E via the signal transmission optical fiber 53 is received by the photodiode 54 and the optical / electrical converter 56 and converted into an electrical signal. Then, the electric signal from the optical / electrical conversion unit 56 is pulse-shaped by the pulse shaping unit 57, and is further subjected to data reverse conversion by the signal conversion unit 58 to be converted into an analog signal such as voltage / current as an external device. Is output to. Also, light /
The peak value of the electric signal from the electric converting unit 56 is held by the peak holding unit 59, and the held value is compared with the reference voltage Vr by the comparing unit 60. Then, based on this comparison signal, the hold value becomes equal to the reference voltage Vr, by controlling the current of the laser drive unit 62 in the current control unit 61, by controlling the light emission amount of the semiconductor laser 41, The peak value of the optical pulse signal from the detector E is held at a certain level. That is, the peak value Ppea of the optical pulse signal from the detector E
k is the output voltage of the solar cell 43 when the transistor 48 is turned on, V 0 , the resistance value of the resistor 50 is R 10 , and the light emitting diode 4
If the forward voltage of 9 is V f , it is given by Ppeak ∝ (V 0 −V f ) / R 10 . Therefore, the peak value Ppeak of the optical pulse signal
Is to keep the output voltage of the solar cell 43 constant, and the output voltage of the solar cell 43 and the incident power have a monotonically increasing relationship as shown in FIG.
After all, by keeping the output voltage of the solar cell 43 constant,
The incident power on the solar cell 43 is kept constant. From the above, the incident power required for the detector E is measured in advance, the output voltage corresponding to it is determined from the characteristics of FIG. 7, and the reference voltage Vr in the receiver D is set to be that value. It will be good.

以上述べた様にして半導体レーザの発光量を、センサ駆
動に必要最小限な量に保つことができるので、半導体レ
ーザが過剰な発光を行うことによる短命化を防ぐことが
できる。
As described above, the amount of light emitted from the semiconductor laser can be kept to the minimum amount necessary for driving the sensor, so that shortening of the life due to excessive light emission of the semiconductor laser can be prevented.

なお、チップのバラツキの激しい半導体レーザを、所定
の期間駆動させるには、第1実施例と同様に、電流制御
部61において通電時間−動作電流曲線から半導体レーザ
の寿命を算出し、予測された寿命がある定められた期間
よりも短いときには、レーザ駆動部62を間欠駆動に切替
える方法をとればよい。
In order to drive the semiconductor laser having a large variation in the chip for a predetermined period, the life of the semiconductor laser is calculated and predicted from the energization time-operating current curve in the current controller 61, as in the first embodiment. When the life is shorter than a predetermined period, the laser drive unit 62 may be switched to the intermittent drive.

上述した様に、本実施例においては、検出部Eに到達す
る光パワーの割合が、伝送距離その他の要因で変動して
も、検出部Eで受け取る光パワーが必要最小限の値で、
且つ、所定の期間はレーザのチップのバラツキにもかか
わらず、検出装置の駆動を保証できる、極めて信頼性の
高い装置とすることができる。
As described above, in the present embodiment, even if the ratio of the optical power reaching the detection unit E varies due to the transmission distance and other factors, the optical power received by the detection unit E is the minimum necessary value,
In addition, it is possible to obtain an extremely highly reliable device that can guarantee the driving of the detection device despite variations in the laser chip for a predetermined period.

[発明の効果] 以上述べた様に、本発明によれば、検出部で受光する光
エネルギー量のついての情報を受信部へ伝送し、その情
報により半導体レーザの発光量を制御することにより、
検出部に到達する光パワーの割合が、伝送距離その他の
要因で変動しても、検出部で受け取る光パワーが必要最
小限の値となるように発光制御を行い、さらに、半導体
レーザのバラツキにもかかわらず、所定の期間は検出装
置の駆動を保証できる、信頼性の高い光エネルギー駆動
型検出装置を提供することができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, by transmitting information about the amount of light energy received by the detector to the receiver, and controlling the amount of light emitted from the semiconductor laser by the information,
Even if the ratio of the optical power reaching the detector changes due to transmission distance and other factors, the light emission is controlled so that the optical power received by the detector will be the minimum required value. Nevertheless, it is possible to provide a highly reliable optical energy driven detection device which can guarantee the drive of the detection device for a predetermined period.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による光エネルギー駆動型検出装置の第
1実施例を示すブロック図、第2図(A)〜(C)は第
1実施例における制御の流れを示すタイミングチャー
ト、第3図は半導体レーザの劣化と電流−光出力特性曲
線との関係を示す図、第4図及び第5図は定光出力動作
における通電時間と動作電流の関係を示す図、第6図は
本発明の第2実施例を示すブロック図、第7図はその作
用を説明するための図である。 A……受信部、B……検出部、C……光ファイバ、D…
…受信部、E……検出部、F……光ファイバ、11……半
導体レーザ、12……制御駆動回路、13……フォトダイオ
ード、14……光電流増幅回路、15……フォトダイオー
ド、16……分離復調回路、17……信号処理部、21……フ
ォトダイオード、22……トランス、23…整流回路、24…
…電圧比較器、25……センサ、26……変換処理部、27…
…変調回路、28……光源、30……光エネルギー伝送用光
ファイバ、31……信号伝送用光ファイバ、41……半導体
レーザ、42……光エネルギー伝送用光ファイバ、43……
太陽電池、44……電源安定化部、45……センサ、46……
増幅部、47……データ変換部、48……トランジスタ、49
……発光ダイオード、50……抵抗、51……抵抗、52……
コンデンサ、53……信号伝送用光ファイバ、54……フォ
トダイオード、55……抵抗、56……光/電気変換部、57
……パルス整形部、58……信号変換部、59……ピークホ
ールド部、60……比較部、61……電流制御部、62……レ
ーザ駆動部。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a light energy driven detection apparatus according to the present invention, FIGS. 2 (A) to (C) are timing charts showing a control flow in the first embodiment, and FIG. Is a diagram showing the relation between the deterioration of the semiconductor laser and the current-light output characteristic curve, FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the relation between the energization time and the operating current in the constant light output operation, and FIG. 6 is the diagram of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment, and FIG. 7 is a diagram for explaining its operation. A ... Reception unit, B ... Detection unit, C ... Optical fiber, D ...
… Receiver, E …… Detector, F …… Optical fiber, 11 …… Semiconductor laser, 12 …… Control drive circuit, 13 …… Photodiode, 14 …… Photocurrent amplifier circuit, 15 …… Photodiode, 16 ...... Separation / demodulation circuit, 17 …… Signal processing unit, 21 …… Photodiode, 22 …… Transformer, 23 ・ ・ ・ Rectification circuit, 24 ・ ・ ・
… Voltage comparator, 25 …… Sensor, 26 …… Conversion processing unit, 27…
Modulation circuit 28 Light source 30 Optical fiber for optical energy transmission 31 Optical fiber for signal transmission 41 Semiconductor laser 42 Optical fiber for optical energy transmission 43
Photovoltaic cell, 44 …… Power supply stabilization unit, 45 …… Sensor, 46 ……
Amplifying unit, 47 ... Data converting unit, 48 ... Transistor, 49
...... Light emitting diode, 50 ...... Resistance, 51 ...... Resistance, 52 ......
Capacitor, 53 ... Optical fiber for signal transmission, 54 ... Photodiode, 55 ... Resistor, 56 ... Optical / electrical conversion section, 57
...... Pulse shaping section, 58 …… Signal conversion section, 59 …… Peak hold section, 60 …… Comparison section, 61 …… Current control section, 62 …… Laser drive section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】受信部に設けられた半導体レーザからの光
を検出部に伝送し、この光エネルギーによって検出回路
を駆動させ、この検出回路によって得られた測定信号を
前記受信部に伝送し、さらに外部装置へ送出するように
構成した光エネルギー駆動型検出装置において、 前記検出部には、受信部より伝送された光エネルギー量
を検出する光エネルギー量検出手段及びその情報を受信
部へ伝送する信号伝送手段が設けられ、 一方、前記受信部には、前記情報に基づいて、半導体レ
ーザの発光量を制御する発光量制御手段と、半導体レー
ザの余命を算出し、この余命に応じて検出装置を間欠駆
動させ、また、その間欠駆動の間隔を制御する間欠駆動
制御手段とが設けられていることを特徴とする光エネル
ギー駆動型検出装置。
1. Light from a semiconductor laser provided in a receiving section is transmitted to a detecting section, a detection circuit is driven by this light energy, and a measurement signal obtained by this detecting circuit is transmitted to the receiving section. Further, in the light energy drive type detection device configured to be sent to an external device, the detection unit transmits the light energy amount detecting means for detecting the light energy amount transmitted from the reception unit and the information thereof to the reception unit. A signal transmission means is provided, and on the other hand, the light receiving amount control means for controlling the light emitting amount of the semiconductor laser and the life expectancy of the semiconductor laser are calculated in the receiving unit based on the information, and the detection device according to the life expectancy. And an intermittent drive control means for intermittently driving and controlling the interval of the intermittent drive.
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