JPH0460800A - Light energy driving type detector - Google Patents

Light energy driving type detector

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JPH0460800A
JPH0460800A JP2170144A JP17014490A JPH0460800A JP H0460800 A JPH0460800 A JP H0460800A JP 2170144 A JP2170144 A JP 2170144A JP 17014490 A JP17014490 A JP 17014490A JP H0460800 A JPH0460800 A JP H0460800A
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optical
signal
light
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Yoko Uchida
内田 葉子
Yukio Sai
行雄 佐井
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

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、一定期間
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] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a detection device that drives a detection section with optical energy and optically transmits a measurement signal, and particularly relates to a detection device that drives a detection section with optical energy and optically transmits a measurement signal. This invention relates to a light energy-driven detection device that has been improved so that it can be operated for a certain period of time regardless of variations in the lifespan 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) In optical energy-driven detection devices such as those described above, a semiconductor laser is generally used as a light source.
A method is used in which this optical energy is transmitted to the detection unit using an optical fiber.

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10
mW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て、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−77・イバ
は、光伝送損失が1θd B / k m前後と大きく
、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か負うこ
とになり、その寿命を確保するこ吉か困難なことである
However, this method has the following problems. That is, the first problem is that the emission power of the semiconductor laser is 10
It is around mW, and the light energy that can actually reach the detection part is 1/10 to 1/3 of the emitted light power, and the output that can be stably extracted electrically is around 1/10 of that, and the power is less than a few hundred μW. Therefore, it is necessary to drive a detection circuit that also includes optical transmission. The second problem is that high-NA, large-diameter optical fibers and fibers that can be used for energy transmission, such as multi-component optical fibers and polymer-clad optical fibers, have large optical transmission losses of around 1θdB/km. , there is a large loss fluctuation over a transmission distance of 200 to 300 m, and a large margin in the emission power is borne by the semiconductor laser, making it difficult to ensure its lifetime.

そこで最近では、」−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)の割合か、伝送距離
その他の要因で変動しても、検出部で受は取る先パワー
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, in order to solve the problem of causing the semiconductor laser to emit extra light regardless of the length of the transmission distance, as shown in "-", we have developed Even if the ratio of power (power), transmission distance, or other factors change, the light emission is controlled so that the power received and taken by the detection section is the minimum necessary value, and an attempt is made to eliminate excessive light emission. It is being done.

(発明か解決しようとする課題) しかしなから、半導体レーザの寿命はチ・ツブによるパ
ーラツキか大きく、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
題かあった。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、検出部で受は取る光パワーが
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。
(Invention or Problem to be Solved) However, the lifespan of semiconductor lasers is subject to large variations due to chips and chips, and even if the lifespan of each semiconductor laser is maximized, the time to replace the semiconductor laser will differ depending on the device. Therefore, there were problems with its maintenance and reliability. Additionally, as mentioned above, there has been a strong desire to develop a light energy-driven detection device that can minimize the amount of optical power received by the detection section by controlling the amount of light emitted by 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、検出部で受は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
とかでき、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 was proposed to eliminate the above-mentioned drawbacks, and its purpose is to control the light emission of a semiconductor laser so that the optical power received and taken by the detection section is the minimum necessary value. The object of the present invention is to provide a highly reliable optical energy-driven detection device that can be driven for a certain period of time regardless of variations due to the life of the laser.

[発明の構成コ (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、この尤エネルギーによって検出回路を
駆動させ、二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1、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ホ制御する発光
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。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) The present invention transmits light from a semiconductor laser provided in a receiving section to a detecting section, drives a detecting circuit with this potential energy, and generates a second detecting circuit. In the optical energy-driven detection device configured to transmit the measurement signal obtained by the above to the receiving section 1 and further send it to an external device, the detecting section detects the amount of optical energy transmitted from the receiving section. A light energy amount detection means and a signal transmission means for transmitting the information to a receiving section are provided, and the receiving section includes a light emission amount control means for controlling the amount of light emitted from the semiconductor laser based on the information; The present invention is characterized by being provided with intermittent drive control means for calculating the remaining life of the detector, intermittently driving the detection device according to this remaining life, and controlling the interval of the intermittent driving.

(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、検出部で受取る先パワーか必要最小限の
値となる。ように発光制御か行われる。また、半導体レ
ーザの順電流を検出し、この順@tF、履歴から半導体
レーザの余命をW、lL、この余命か定められた装置の
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。
(Function) In the optical energy-driven detection device of the present invention, information about the amount of optical energy received by the detection section is transmitted to the reception section, and the amount of light emitted from the semiconductor laser is controlled based on that information. Even if the proportion of optical power reaching the detection section changes, the power received by the detection section remains at the minimum necessary value. The light emission is controlled as follows. In addition, the forward current of the semiconductor laser is detected, and in this order @tF, the remaining life of the semiconductor laser is determined from the history by W, lL. If this remaining life is shorter than the predetermined driving period of the device, the semiconductor laser is Control is performed to switch to intermittent driving at intervals such that the semiconductor laser is driven until then, and the device can be driven for a certain period of time regardless of the life span 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。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be specifically described based on FIGS. 1 to 7.

(ID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
するだめの光ファイバ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1
7、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及び充電流増幅回路]4とから構成されてい
る。
(ID 1st Embodiment As shown in FIG. 1, the optical energy-driven detection device of this embodiment is composed of a receiving section A, a detecting section B, and an optical fiber C that optically couples the two. First,
The receiving unit A converts the photodiode 15 and the electrical signal output from the photodiode 15 into two signal components a,
a separation/demodulation circuit 16 that separates the electrical signal components into an appropriate signal;
7. Laser control drive circuit 12 as intermittent drive control means;
It is composed of a semiconductor laser 11, a photodiode 13 for automatic laser light intensity control, and a charging current amplification circuit]4.

一方、検出部Bは、フォトダイオード2]、トランス2
2、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 section B includes a photodiode 2], a transformer 2
2. A rectifier circuit 23, a voltage comparator 24 which is a means for detecting the amount of light energy received by the detection section, a sensor 25 that detects physical quantities such as temperature and pressure, a conversion processing section 26 that converts the detection signal, and the voltage It consists of a modulation circuit 27 that superimposes the output signal of the comparator 24 and the output signal of the conversion processing section 26, and a light source 28 driven by the output of the modulation circuit 27. Moreover, the optical fiber C includes an optical fiber 30 for optical energy transmission and an optical fiber 31 for signal transmission.
It consists of

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。
The optical energy-driven detection device of this embodiment having such a configuration operates as described below.

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
れた値か一定になるように、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
ロル数十キロ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か行われる。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。
That is, the semiconductor laser 11 disposed in the receiving section A keeps the sum of the output of the photodiode 13 for automatic light amount control and the output from the signal processing section 17, which is the light emitting amount control means, constant. The configuration is such that the forward current is controlled so that. Therefore, by changing the output of the signal processing section 17, the amount of light emitted from the semiconductor laser 11 can be changed. The semiconductor laser 11 is modulated with a pulse signal of several kilohertz and several tens of kilohertz, and the amplifier circuit 14 performs peak value control using a peak hold circuit.
Alternatively, average value control is performed using an integrating circuit. The optical signal from the semiconductor laser 11 frequency-modulated in this manner is transmitted to the photodiode 21 provided in the detection section B via the optical fiber 30 for transmitting optical energy.

一方、検出部Bては、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、光エネルギー検出手段で
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。
On the other hand, in the detection section B, since the transmitted optical power is modulated by pulses, the optical/electric conversion signal output by the photodiode 21, which is the optical energy detection means, becomes an alternating current, and the output is converted by the transformer 22. It is boosted and used to drive the conversion processing section 26. Here, when the input optical power is insufficient, the boosted voltage becomes smaller than the reference voltage, and the output of the voltage comparator 24 is superimposed on the output of the conversion processing section 26 in the modulation circuit 27.

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。
Conversely, if the input optical power is excessive, the obtained voltage will be higher than the reference voltage, and the output of the voltage comparator 24 will not be superimposed on the output of the conversion processing section 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、センサ出ツノ
がシングルパルスの周波数信号とされ、光パワーか低下
してくると、セン、す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、変調回路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。
The signal superimposition method in this modulation circuit 27 is such that the signal from the sensor 25 is converted into a frequency signal by voltage-frequency conversion by the conversion processing unit 26, and when there is an output from the voltage comparator 24, each pulse of this frequency signal is There is a method to convert from single pulse to double pulse. According to this method,
When the obtained optical power is sufficiently large, the sensor output becomes a single pulse frequency signal, and when the optical power decreases, the sensor output becomes a double pulse frequency signal. Note that the output signal of the modulation circuit 27 is converted into an optical pulse signal by the light source 28 and transmitted to the receiving section 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3
1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
信号すから分離され、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 receiving section A, a signal transmission optical fiber 3
The optical signal transmitted through 1 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 S, and the presence or absence of the signal is determined by the signal processing section 17.
The output to the control drive circuit 12 is increased or decreased.

この全体の制御の流れを、第2図のタイミンクチャート
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て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1
1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)に示す様に上昇しといく。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 flow of control is shown in the timing chart of FIG. First, as shown in FIG. 2(B), there is an output from the voltage comparator 24, and when this is superimposed on the sensor output signal and sent from the detection section B to the reception section A, the signal processing section 17 generates an optical signal. The power is judged to be low. Then, the signal processing unit 17 calculates the forward current of the semiconductor laser 11 as shown in FIG. 2(C).
This semiconductor laser 1 was gradually increased as shown in
As the forward current increases with respect to 1, the output voltage of the rectifier circuit 23 also increases as shown in FIG. 2(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 no longer superimposed on the sensor output, so the signal processing unit 17 reduces the forward current of the semiconductor laser 11. go. As a result, the optical power decreases, and when the voltage comparator 24 starts outputting 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か過
剰な発光を行うことによる寿命の短命化を防くことがで
きる。
In this way, the amount of light emitted from the semiconductor laser 11 is controlled,
By transmitting the minimum optical power necessary for the sensor 25 to detect the physical quantity, it is possible to prevent the semiconductor laser 11 from emitting excessive light and shortening its lifespan.

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かある。一般
に、レーザの寿命は、動作電流か初期値■。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、動作電流か■1になったときの
時間T、が寿命であり、それまでの曲線はほぼ直線近似
かできる。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、動作電流か■1になる
古きの時間Tがレーザの寿命であると予測することかで
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か確実な方法
である。
By the way, keeping the power incident on the detection unit B at a substantially constant minimum necessary value means keeping the amount of light emitted from the semiconductor laser 11 substantially constant. However, as the semiconductor laser deteriorates, the DC current-light output characteristic curve changes sequentially from curve 1 to curve 2, curve 3, and curve 4 shown in Figure 3. In this case, it is necessary to increase the operating current in response to the progress of deterioration. Generally, the lifespan of a laser is determined by the operating current or the initial value■. For semiconductor lasers with a threshold current of 50 mA or less, it is often defined as around 1.5 times. In addition, the relationship between the energization time and the operating current in constant light output operation is as shown in Figure 4. The time T when the operating current reaches 1 is the lifespan, and the curve up to that point is approximately linearly approximated. I can do it. Therefore, in the control drive circuit 12, as shown in FIG. It can be predicted that T is the lifetime of the laser. By the way, semiconductor laser chips have large variations, and the lifespan varies greatly depending on the chip. It is very dangerous to predict the lifespan from the beginning.Therefore, there is no sure way to calculate the lifespan from the individual energization time vs. operating current curve. It is.

そこで、予測された寿命Tが、ある定められた期間T9
.(例えば、レーザの交換期間)よりも短いとき(T 
N < T < T M )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かでき
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
動を保証することかできる。
Therefore, the predicted lifespan T is limited to a certain fixed period T9.
.. (for example, the laser replacement period)
N<T<TM), the control drive circuit 12 is configured to switch the drive of the semiconductor laser 11 to intermittent drive. Incidentally, the interval of this intermittent drive can be calculated from the slope of the straight line connecting points A and B in FIG. By switching the semiconductor laser to intermittent driving in this way, it is possible to guarantee driving during a predetermined period when the semiconductor laser is desired to be used as a 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て変動しても、検
出部Bで受は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
バラツキにもかがわらず、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 mentioned above, in this embodiment, even if the proportion of optical power reaching detection section B changes due to transmission distance or other factors, the optical power received and received at detection section B is kept at the minimum necessary value. In addition, it is possible to provide an extremely reliable device that can guarantee the operation of the detection device for a certain predetermined period despite variations in laser chips.

■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、受信部りと検出部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 The optical energy-driven detection device of this embodiment also uses a receiving section D, a detecting section E, and a light beam for optically coupling the receiving section and the detecting section E, as shown in FIG. It is composed of fiber F.

まず、受信部りは、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5
8、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。
First, the receiving section includes a photodiode 54, a resistor 55,
Optical/electric conversion section 56, pulse shaping section 57, signal conversion section 5
8, a peak hold section 59, a comparison section 60, a current control section 61 as a light emission amount control means, a laser drive section 62 as an intermittent drive control means, and a semiconductor laser 41.

前記フォトダイオード54と光/電気変換部56は、検
出部Eが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、電流等のアナロク信号
として出力するものである。また、ピークホールド部5
9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、電流制御部61ては、
比較部60て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による制御に応して
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
力として先ファイバ42に供給するものである。
The photodiode 54 and the optical/electrical conversion section 56 receive the optical pulse signal transmitted from the detection section E via the signal transmission optical fiber 53, convert it into an electrical signal, and output it. Further, the pulse shaping section 57 pulse-shapes the electrical signal from the optical/electrical converting section 56. Furthermore, the signal conversion section 58 inversely converts the signal from the pulse shaping section 57 into measurement data, and outputs it as an analog signal such as voltage or current. In addition, the peak hold section 5
9 holds the peak value of the electrical signal from the optical/electrical converter 56. Furthermore, the comparison section 60 compares the peak value obtained by the peak hold section 59 with the reference voltage Vr.
This is a comparison. In addition, the current control section 61
The drive current of the laser drive unit 62 is controlled so that the peak value becomes equal to the reference voltage Vr based on the comparison result of the comparison unit 60, and the history of the drive current is memorized. The remaining life of the laser is calculated, and when the remaining life is shorter than a certain predetermined period, the laser driving section 62 is switched to intermittent driving. Furthermore, the laser drive section 62 drives the semiconductor laser 41 in accordance with the control by the current control section 61, and the semiconductor laser 41 emits laser light and uses the light as driving power for the detection section E. It supplies the fiber 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、トランジ
スタ48、発光ダイオード49、分圧用の抵抗50.5
1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しヘルに増幅するもの
である。
On the other hand, the detection section E includes a solar cell 43, a power supply stabilization section 44,
Sensor 45, amplification section 46, data conversion section 47, transistor 48, light emitting diode 49, voltage dividing resistor 50.5
1 and a capacitor 52. The solar cell 43 receives light supplied from the semiconductor laser 41 via the optical fiber 42 for transmitting light energy, and converts the light energy into electrical energy. In addition, the power supply stabilizing section 44 stabilizes the voltage of the power from the solar cell 43 and outputs power to the sensor 45, the amplifying section 46, and the data converting section 47.
It drives a detection circuit consisting of: Furthermore, the sensor 45 detects measurement signals such as pressure and temperature, converts them into electrical signals, and outputs them. Further, the amplifying section 46 is
The electric signal from the sensor 45 is kept constant and amplified to a high degree.

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、発光タ
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。
Furthermore, the data conversion section 47 performs frequency conversion, digital conversion, etc. on the signal from the amplification section 46, and outputs it 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 uses a current flowing when the transistor 48 is turned on to provide a light pulse signal corresponding to the measurement signal to the signal transmission optical fiber 53.

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り側に伝送するものである。
Further, the optical fiber F includes an optical fiber 42 for transmitting optical energy and an optical fiber 53 for transmitting a signal. The optical fiber 42 for transmitting optical energy transmits the light from the semiconductor laser 41 to the detection 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.

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
以上あり、光エネルギー伝送用光ファイノ・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。例えは、NAO33〜0.5の多成
分ガラスファイバ、NA O。
Here, the oscillation light from the semiconductor laser 41 which is the light source is
The spread angle in the direction perpendicular to the junction is largely 30 degrees or more due to diffraction, and in order to easily obtain a high coupling rate with the optical fiber 42 for transmitting optical energy, it is desirable to use an optical fiber with a high NA. For example, multi-component glass fiber with NAO of 33-0.5, NAO.

4前後のポリマクラソドファイノ1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、光エネルキ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
用光フアイバ42以下であれば問題はない。
4 or so is suitable for devices with a transmission distance of several hundred meters or less. Furthermore, unlike the optical energy transmission optical fiber 42, the signal transmission optical fiber 53 does not have any characteristic requirements, and there is no problem as long as the loss is less than that of the optical energy transmission optical fiber 42.

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。
The optical energy-driven detection device of this embodiment having such a configuration operates as described below.

即ち、第6図において、受信部りの半導体レーザ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か安定化され、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ては圧力・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ONL、太陽電池
43の出力電圧で直接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を通して受信部りに伝
送される。
That is, in FIG. 6, the light from the semiconductor laser 41 in the receiving section is supplied to the detecting section E as driving power through the optical fiber 42 for transmitting optical energy. On the other hand, in the detection section E, the light supplied from the semiconductor laser 41 via the optical fiber 42 for transmitting optical energy is received by the solar cell 43, and the optical energy is converted into electrical energy. Then, in the power supply stabilizing section 44, the voltage of the power converted by the solar cell 43 is stabilized, and is supplied to a detection circuit consisting of a sensor 45, an amplifying section 46, and a data converting section 47 to drive these. Then, measurement signals such as pressure and temperature are detected by the sensor 45 and converted into electrical signals, which are amplified to a certain level by the amplifier 46 and then sent to the data converter 47.
Frequency conversion, digital conversion, etc. are performed at , and the result is given to the transistor 48 as a pulse signal. As a result, in the final stage of the detection section E, the transistor 48 is ONL, and current flows through the light emitting diode 49 that is directly driven by the output voltage of the solar cell 43, so that the optical pulse signal corresponding to the measurement signal is transmitted to the signal transmission light source. The signal is transmitted to the receiving section through the fiber 53.

一方、受信部りては、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か、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。
On the other hand, in the receiving section, the optical pulse signal transmitted from the detecting section E via the signal transmission optical fiber 53 is received by the photodiode 54 and the optical/electrical conversion section 56 and converted into an electrical signal. The electrical signal from the optical/electrical converter 56 is subjected to pulse shaping in a pulse shaping unit 57, and then reverse data conversion is performed in a signal converting unit 58 to be converted into analog signals such as voltage and current for external devices. is output to.

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て基準電圧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か
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P peakは、トランジスタ4
8がONになった場合、太陽電池43の出力電圧をVl
l、抵抗50の抵抗値をR1,1、発光ダイオード49
の順電几を■、とすると、 Ppeakoc(Vtq −Vl )、/R1゜て与え
られる。従−つで、光パルス信Yjのピーク値)’pe
ak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Cコ、第7図に示す様に卯調増加の関
係にあり、結)ij’l、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
うに受信部りにおける基準電圧Vrを設定すれはよいこ
とになる。
Further, the peak value of the electrical signal from the optical/electrical converter 56 is held by a peak hold unit 59, and the held value is compared with a reference voltage Vr by a comparison unit 60. and,
Based on this comparison signal, the current control section 61 controls the current of the laser drive section 62 so that the hold value becomes equal to the reference voltage Vr, and the amount of light emitted from the semiconductor laser 41 is controlled, thereby controlling the detection section. The peak value of the optical pulse signal from E is maintained at a certain level. That is, the peak value P peak of the optical pulse signal from the detection section E is
8 is turned on, the output voltage of the solar cell 43 is set to Vl.
l, the resistance value of the resistor 50 is R1,1, the light emitting diode 49
Letting the forward electric current of 2 be (■), it is given by Ppeakoc(Vtq - Vl), /R1°. peak value of optical pulse signal Yj)'pe
Keeping ak constant means keeping the output voltage of the solar cell 43 constant, and the relationship between the output voltage of the solar cell 43, the incident power and C, and the increase in voltage as shown in FIG. Conclusion) By keeping the output voltage of the solar cell 43 constant, the power incident on the solar cell 43 can be kept constant. As described above, the detection unit E
It would be a good idea to measure the incident power required for this, determine the output voltage corresponding to it from the characteristics shown in FIG. 7, and set the reference voltage Vr in the receiving section so as to have that value.

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
1.・−サか過剰な発光を行うことによる短命化を防ぐ
ことかできる。7 なお、チップのバラツキの激しい半導体し一ザを、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し・
−ザの寿命を算出し7、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2 上述しまた様に一本実施例においては、検■部Eに到達
する光パワーの割合か、伝送1離その他の要因で変動り
、ても、検出部Eで受は取る光パワーが必要最小限の値
で、且つ、所定の期間は1ノーザのチップの/きラツキ
にもかかt〕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, the amount of light emitted by the semiconductor laser can be kept at the minimum amount necessary for driving the sensor, so the amount of light emitted by the semiconductor laser 1. - It is possible to prevent shortening of lifespan due to excessive light emission. 7. In order to drive a semiconductor device with large chip variations for a predetermined period, the current controller 61 calculates the semiconductor device based on the energization time-operating current curve, as in the first embodiment.
- Calculate the lifespan of the laser 7 and, if the predicted lifespan is shorter than a certain predetermined period, switch the laser drive section 62 to intermittent drive.2 As mentioned above, in this embodiment, Even if the proportion of the optical power reaching the detection section E varies depending on the transmission distance and other factors, the optical power received at the detection section E is the minimum necessary value, and for a given period. This makes it possible to provide an extremely reliable device that can guarantee the operation of the detection device despite the fluctuations of the single-nozer chip.

[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か、伝送距離その他
の要因で変動しても、検出部で受は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, information about the amount of optical energy received by the detection section is transmitted to the reception section, and the amount of light emitted from the semiconductor laser is controlled based on the information. Even if the proportion of optical power reaching the detector changes due to transmission distance or other factors, the light emission is controlled so that the optical power received and taken by the detector is the minimum necessary value. It is possible to provide a highly reliable optical energy-driven detection device that can guarantee drive of the detection device for a predetermined period despite variations.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation 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・・充電流増幅回路
、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7−イ/<43・・・太陽電池、4
4・・・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、5
1・・・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。 重力イン1電シ^L 第 図 1A電時間 第 第 図
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the optical energy-driven detection device according to the present invention, FIGS. 2(A) to (C) are timing charts showing the flow of control in the first embodiment, and FIG. is a diagram showing the relationship between the deterioration of a semiconductor laser and the current-light output characteristic curve, FIGS. 4 and 5 are diagrams showing the relationship between the energization time and the operating current in constant light output operation, and FIG. FIG. 7, a block diagram showing the second embodiment, is a diagram for explaining its operation. A... Receiving section, B... Detecting section, C... Optical fiber, D... Receiving section, E... Detecting section, F... Optical fiber 11... Semiconductor laser, 12...・Control drive circuit,
13... Photodiode, 14... Charge current amplification circuit, 15... Photodiode, 16... Separation demodulation circuit, 17... Signal processing section, 21... Photodiode, 22... Transformer , 23... rectifier circuit, 24...
- Voltage comparator, 25... Sensor, 26... Conversion processing unit, 27... Modulation circuit, 28... Light source, 30...
Optical fiber for light energy transmission, 31... Optical fiber for signal transmission, 41... Semiconductor laser, 42... Optical fiber for light energy transmission 7-i/<43... Solar cell, 4
4... Power supply stabilization section, 45... Sensor, 46...
Amplification section, 47... Data conversion section, 48... Transistor, 49... Light emitting diode, 50... Resistor, 5
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Resistor, 52... Capacitor, 53... Optical fiber for signal transmission, 54... Photodiode, 55
...Resistor, 56... Optical/electric conversion section, 57... Pulse shaping section, 58... Signal conversion section, 59... Peak hold section, 60... Comparison section, 61... Current control unit, 62...Laser drive unit. Gravity In 1 Electricity Figure 1A Electricity Time Diagram

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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。
[Claims] Transmitting light from a semiconductor laser provided in the receiving section to the detecting section, driving a detection circuit with this light energy,
In a light energy-driven detection device configured to transmit a measurement signal obtained by this detection circuit to the receiving section and further to an external device, the detecting section has an amount of optical energy transmitted from the receiving section. A light energy amount detection means for detecting the amount of light energy and a signal transmission means for transmitting the information to a receiving section are provided, and on the other hand, the receiving section includes a light emission amount control means for controlling the light emission amount of the semiconductor laser based on the information. and an intermittent drive control means for calculating the remaining life of the semiconductor laser, intermittently driving the detection device according to this remaining life, and controlling the interval of the intermittent driving. Type detection device.
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