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技術 出力制御装置、出力制御システム、出力制御方法、及び出力制御プログラム

出願人 日本電気株式会社
発明者 竹内剛
出願日 2015年3月17日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2015-052793
公開日 2016年9月29日 (4年1ヶ月経過) 公開番号 2016-174057
状態 特許登録済
技術分野 光通信システム 電子的スイッチII 半導体レーザ
主要キーワード 段階出力 段階閾値 段階入力 モニター抵抗 自動制御回路 作動アンプ ボリューム抵抗 モニター値
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図面 (11)

課題

長期的な使用による出力装置入出力特性経時変化による出力変動時の動作を予め設定可能にする。

解決手段

外部の出力装置の第1の出力値監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力する装置入力切替手段を備える。

概要

背景

光海底中継器は、光海底ケーブル経路中に設置され、減衰した信号光光アンプにより増幅し、再送出する機能を有する。光アンプを励起するために、0.98um帯などの半導体励起LD(Laser Diode)が用いられる。光アンプ出力を安定させるため、励起LD光出力が常に一定となるように、LD光出力自動制御回路が用いられる。

図9は、LD光出力自動制御回路の例を示す回路図で、Auto Power Control(APC)回路とよばれる。APC回路では、まず、励起LDの光出力パワーの一部が、励起LDと同一パッケージ内に実装されたモニターPD(Photo Diode)により受光される。その際、モニターPDには、励起LD光出力パワーとほぼ比例した光電流が流れ、モニターPD負荷抵抗での電圧降下により、図9のVmon_APCの電位は低下する。ここで、図9の差動アンプは、あらかじめ与えられた基準電位Vref_APCと、Vmon_APCを比較し、Vmon_APCが基準電位Vref_APCよりも電位が高い場合には、トランジスタベース電位Vbを上げ、低い場合にはVbを下げる。この動作により、図9の差動アンプは、励起LDの電流増減させ、励起LDの光出力パワーを制御する。すなわち、APC回路は、モニターPDにより励起LDの光出力パワーをモニターし、モニター結果電圧LD電流に対してフィードバックをかけることにより励起LDの光出力パワーを一定に保とうとする制御回路である。

次に、図10は、LD光出力自動制御回路の別の例を示す回路図で、Auto Current Control(ACC)回路とよばれる。ACC回路では、励起LDに直列にLD電流モニター抵抗が挿入され、そのモニター電位であるVmon_ACCと、あらかじめ与えられた基準電位であるVref_ACCとが差動アンプにより比較される。図10の差動アンプは、Vmon_ACCが基準電位Vref_ACCよりも電位が高い場合には、トランジスタのベース電位Vbを上げ、低い場合にはVbを下げる。この動作により、図10の差動アンプは、励起LDの電流を増減させ、励起LDの光出力パワーを制御する。すなわち、ACC回路は、LD電流モニター抵抗により励起LDの電流をモニターし、モニター結果の電圧をLD電流自身に対してフィードバックをかけることにより励起LDの光出力パワーを一定に保とうとする制御回路である。

APC回路では、励起LDの光出力パワーがモニターされ、フィードバックがかけられる。そのため、長期的な使用により励起LDが徐々に劣化し、同じ電流に対して得られる励起LDの光出力パワー、すなわちLDの効率が低下した場合にも、励起LD光出力パワーを一定に保つことができるという利点がある。しかしながら、APC回路では、モニターPDを介した複雑なフィードバックループが用いられるため、短い時間スケールでは、励起LD光出力パワーが安定しにくい場合があるという問題点がある。

一方、ACC回路では、モニターPDが用いられず、シンプルなフィードバックループが構成されている。そのため、短い時間スケールでは、励起LD光出力パワーが安定しやすいという利点がある。しかしながら、ACC回路では、LD光出力がモニターされないため、長期的な使用による励起LDの効率低下に対するフィードバックがかからず、励起LD光出力パワーが一定に保たれないという問題点がある。

LDの出力の安定性を向上させる技術の一例が、特許文献1に開示されている。

特許文献1のレーザ出力制御装置は、LDと、PDと、AMP1と、AMP2と、抵抗R2と、調整用抵抗R1と、ボリューム抵抗VRと、コンデンサCと、スイッチSWとを含む。PDは、LDの光出力を検出する。AMP2は、モニター電圧Vmとリファレンス電圧Vrefとを入力して比較結果を出力するオペアンプである。抵抗R2は、電圧Vmを生成させる。調整用抵抗R1は、LDの駆動電流Iopを調整するともに、Iopのモニター電圧を生成させる。ボリューム抵抗VRは、電圧Vrefを生成させる。コンデンサCは、電圧Vrefが電圧Vmより小さい場合に充電され、大きい場合に放電される。スイッチSWは、コンデンサCとAMP2の出力との間の電気的な接続を開閉させる。AMP1は、コンデンサCに保持された電圧に対して、Iopのモニター電圧の負のフィードバックを行い、駆動電流Iopを制御する。

特許文献1のレーザ出力制御装置は、以下のように動作する。特許文献1のレーザ出力制御装置は、レーザパワーの調整時にまず、スイッチSWを閉結させ、比較結果に基づいてコンデンサCの充放電を行い、Vref=Vmになるように自動的にコンデンサCの電圧を調整する。次に、特許文献1のレーザ出力制御装置は、Vref=Vmとなった後にスイッチSWを開放してコンデンサCの電圧を保持させる。

上記の動作の結果、特許文献1のレーザ出力制御装置では、コンデンサCはLDの目標レーザパワーを指示する電圧を保持し、AMP1はIopの負のフィードバック制御を行う。これにより、特許文献1のレーザ出力制御装置は、LDの出力の安定性を向上させる。

LDの寿命延長させる技術の一例が、特許文献2に開示されている。

特許文献2の光出力制御装置は、LDと、駆動手段と、光出力検出手段と、駆動電流検出手段と、劣化判定手段と、光出力調整値発生手段と、光出力制御手段とを含む。駆動手段は、LDを駆動する。光出力検出手段は、LDの光出力を検出する。駆動電流検出手段は、LDの駆動電流を検出する。劣化判定手段は、光出力と駆動電流とからLDの劣化を判定する。光出力調整値発生手段は、判定結果に基づいてLDの光出力調整値を生成する。光出力制御手段は、光出力目標値と光出力調整値と光出力により、LDの光出力の大きさを制御する信号を駆動手段に出力する。

特許文献2の光出力制御装置は、以下のように動作する。光出力調整値発生手段は、劣化判定手段の判定結果に応じて、以下のように光出力調整値を出力する。
(a)LDの光出力の駆動電流に対する増加率基準値より大きいときには“0”の光出力調整値を出力する。
(b)LDの光出力の駆動電流に対する増加率が基準値より小さいときには、増加率と基準値との差分に比例した量の光出力調整値を出力する。

上記の動作の結果、特許文献2の光出力制御装置は、経年変化による劣化のために増加率が小さくなった場合に、光出力目標値をすこしずつ下げて、LDの駆動電流を下げる。これにより、特許文献2の光出力制御装置は、経年変化によるLDの光出力低下が発生した際に、LDの寿命を延長させる。

概要

長期的な使用による出力装置入出力特性経時変化による出力変動時の動作を予め設定可能にする。外部の出力装置の第1の出力値監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力する装置入力切替手段を備える。

目的

本発明の主たる目的は、長期的な使用による出力装置の入出力特性の経時変化による出力変動時の動作を予め設定できる出力制御装置出力制御システム出力制御方法、および出力制御プログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

外部の出力装置の第1の出力値監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、前記出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を前記出力装置へ出力する装置入力切替手段を備えたことを特徴とする出力制御装置

請求項2

前記装置入力切替手段は、前記第2の信号として第1の目標入力値候補を出力し、前記第一の出力値が所定の閾値を超えた際に、前記第2の信号として第2の目標入力値候補を出力することを特徴とする請求項1に記載の出力制御装置。

請求項3

前記第2の信号を入力し、前記出力装置へ第3の信号を出力し、前記第2の信号に対して前記第3の信号の負のフィードバックを行うフィードバック制御手段を更に備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の出力制御装置。

請求項4

前記装置入力切替手段は、第1の抵抗、第2の抵抗、第3の抵抗、第4の抵抗、第1のスイッチ、第2のスイッチ、第1のヒステリシスコンパレータ、及び第2のヒステリシスコンパレータを含み、前記第1の抵抗、前記第2の抵抗、前記第3の抵抗、前記第4の抵抗は、前記第1の抵抗、前記第2の抵抗、前記第3の抵抗、前記第4の抵抗の順で直列に接続され、前記第1の抵抗は、正の定電圧源に接続され、前記第2の抵抗は、前記第1のスイッチに並列に接続され、前記第3の抵抗は、前記第2のスイッチに並列に接続され、前記第4の抵抗は、負の定電圧源に接続され、前記第1のヒステリシスコンパレータは、前記第1の信号及び第1の基準電位に基づいて前記第1のスイッチを開閉し、前記第2のヒステリシスコンパレータは、前記第1の信号及び第2の基準電位に基づいて前記第2のスイッチを開閉し、前記装置入力切替手段は、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との接続点電位を出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の出力制御装置。

請求項5

前記フィードバック制御手段は、前記出力装置に入力される電流に比例する電圧と、前記装置入力切替手段から出力される電位とに基づいて、前記出力装置に入力される電流を制御することを特徴とする請求項4に記載の出力制御装置。

請求項6

前記出力装置は、レーザダイオードであり、前記センサは、フォトダイオードであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の出力制御装置。

請求項7

出力装置と、前記出力装置の第1の出力値を監視するセンサと、前記センサからの第1の信号に基づいて、前記出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を前記出力装置へ出力する装置入力切替手段を含む出力制御装置とを備えたことを特徴とする出力制御システム

請求項8

外部の出力装置の第1の出力値を監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、前記出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を前記出力装置へ出力することを特徴とする出力制御方法

請求項9

外部の出力装置の第1の出力値を監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、前記出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を前記出力装置へ出力する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする出力制御プログラム

技術分野

0001

本発明は、出力装置の出力を安定化する出力制御装置出力制御システム出力制御方法、及び出力制御プログラムに関する。

背景技術

0002

光海底中継器は、光海底ケーブル経路中に設置され、減衰した信号光光アンプにより増幅し、再送出する機能を有する。光アンプを励起するために、0.98um帯などの半導体励起LD(Laser Diode)が用いられる。光アンプ出力を安定させるため、励起LD光出力が常に一定となるように、LD光出力自動制御回路が用いられる。

0003

図9は、LD光出力自動制御回路の例を示す回路図で、Auto Power Control(APC)回路とよばれる。APC回路では、まず、励起LDの光出力パワーの一部が、励起LDと同一パッケージ内に実装されたモニターPD(Photo Diode)により受光される。その際、モニターPDには、励起LD光出力パワーとほぼ比例した光電流が流れ、モニターPD負荷抵抗での電圧降下により、図9のVmon_APCの電位は低下する。ここで、図9差動アンプは、あらかじめ与えられた基準電位Vref_APCと、Vmon_APCを比較し、Vmon_APCが基準電位Vref_APCよりも電位が高い場合には、トランジスタベース電位Vbを上げ、低い場合にはVbを下げる。この動作により、図9の差動アンプは、励起LDの電流増減させ、励起LDの光出力パワーを制御する。すなわち、APC回路は、モニターPDにより励起LDの光出力パワーをモニターし、モニター結果電圧LD電流に対してフィードバックをかけることにより励起LDの光出力パワーを一定に保とうとする制御回路である。

0004

次に、図10は、LD光出力自動制御回路の別の例を示す回路図で、Auto Current Control(ACC)回路とよばれる。ACC回路では、励起LDに直列にLD電流モニター抵抗が挿入され、そのモニター電位であるVmon_ACCと、あらかじめ与えられた基準電位であるVref_ACCとが差動アンプにより比較される。図10の差動アンプは、Vmon_ACCが基準電位Vref_ACCよりも電位が高い場合には、トランジスタのベース電位Vbを上げ、低い場合にはVbを下げる。この動作により、図10の差動アンプは、励起LDの電流を増減させ、励起LDの光出力パワーを制御する。すなわち、ACC回路は、LD電流モニター抵抗により励起LDの電流をモニターし、モニター結果の電圧をLD電流自身に対してフィードバックをかけることにより励起LDの光出力パワーを一定に保とうとする制御回路である。

0005

APC回路では、励起LDの光出力パワーがモニターされ、フィードバックがかけられる。そのため、長期的な使用により励起LDが徐々に劣化し、同じ電流に対して得られる励起LDの光出力パワー、すなわちLDの効率が低下した場合にも、励起LD光出力パワーを一定に保つことができるという利点がある。しかしながら、APC回路では、モニターPDを介した複雑なフィードバックループが用いられるため、短い時間スケールでは、励起LD光出力パワーが安定しにくい場合があるという問題点がある。

0006

一方、ACC回路では、モニターPDが用いられず、シンプルなフィードバックループが構成されている。そのため、短い時間スケールでは、励起LD光出力パワーが安定しやすいという利点がある。しかしながら、ACC回路では、LD光出力がモニターされないため、長期的な使用による励起LDの効率低下に対するフィードバックがかからず、励起LD光出力パワーが一定に保たれないという問題点がある。

0007

LDの出力の安定性を向上させる技術の一例が、特許文献1に開示されている。

0008

特許文献1のレーザ出力制御装置は、LDと、PDと、AMP1と、AMP2と、抵抗R2と、調整用抵抗R1と、ボリューム抵抗VRと、コンデンサCと、スイッチSWとを含む。PDは、LDの光出力を検出する。AMP2は、モニター電圧Vmとリファレンス電圧Vrefとを入力して比較結果を出力するオペアンプである。抵抗R2は、電圧Vmを生成させる。調整用抵抗R1は、LDの駆動電流Iopを調整するともに、Iopのモニター電圧を生成させる。ボリューム抵抗VRは、電圧Vrefを生成させる。コンデンサCは、電圧Vrefが電圧Vmより小さい場合に充電され、大きい場合に放電される。スイッチSWは、コンデンサCとAMP2の出力との間の電気的な接続を開閉させる。AMP1は、コンデンサCに保持された電圧に対して、Iopのモニター電圧の負のフィードバックを行い、駆動電流Iopを制御する。

0009

特許文献1のレーザ出力制御装置は、以下のように動作する。特許文献1のレーザ出力制御装置は、レーザパワーの調整時にまず、スイッチSWを閉結させ、比較結果に基づいてコンデンサCの充放電を行い、Vref=Vmになるように自動的にコンデンサCの電圧を調整する。次に、特許文献1のレーザ出力制御装置は、Vref=Vmとなった後にスイッチSWを開放してコンデンサCの電圧を保持させる。

0010

上記の動作の結果、特許文献1のレーザ出力制御装置では、コンデンサCはLDの目標レーザパワーを指示する電圧を保持し、AMP1はIopの負のフィードバック制御を行う。これにより、特許文献1のレーザ出力制御装置は、LDの出力の安定性を向上させる。

0011

LDの寿命延長させる技術の一例が、特許文献2に開示されている。

0012

特許文献2の光出力制御装置は、LDと、駆動手段と、光出力検出手段と、駆動電流検出手段と、劣化判定手段と、光出力調整値発生手段と、光出力制御手段とを含む。駆動手段は、LDを駆動する。光出力検出手段は、LDの光出力を検出する。駆動電流検出手段は、LDの駆動電流を検出する。劣化判定手段は、光出力と駆動電流とからLDの劣化を判定する。光出力調整値発生手段は、判定結果に基づいてLDの光出力調整値を生成する。光出力制御手段は、光出力目標値と光出力調整値と光出力により、LDの光出力の大きさを制御する信号を駆動手段に出力する。

0013

特許文献2の光出力制御装置は、以下のように動作する。光出力調整値発生手段は、劣化判定手段の判定結果に応じて、以下のように光出力調整値を出力する。
(a)LDの光出力の駆動電流に対する増加率基準値より大きいときには“0”の光出力調整値を出力する。
(b)LDの光出力の駆動電流に対する増加率が基準値より小さいときには、増加率と基準値との差分に比例した量の光出力調整値を出力する。

0014

上記の動作の結果、特許文献2の光出力制御装置は、経年変化による劣化のために増加率が小さくなった場合に、光出力目標値をすこしずつ下げて、LDの駆動電流を下げる。これにより、特許文献2の光出力制御装置は、経年変化によるLDの光出力低下が発生した際に、LDの寿命を延長させる。

先行技術

0015

特開2001−230484
特開2009−21287

発明が解決しようとする課題

0016

LDのような出力装置では、装置仕様毎に入出力特性経時変化が異なる。そのため、入出力特性の経時変化が発生した際の出力制御方法は、装置仕様毎に設計できることが望ましい。

0017

しかしながら、特許文献1の技術や特許文献2の技術の技術では、1つの目標レーザパワーを出力するようにLDの出力制御が行われる。従って、特許文献1の技術や特許文献2の技術では、出力装置の装置仕様毎に出力制御方法を予め設定することができないという問題がある。
(発明の目的)
本発明の主たる目的は、長期的な使用による出力装置の入出力特性の経時変化による出力変動時の動作を予め設定できる出力制御装置、出力制御システム、出力制御方法、および出力制御プログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0018

本発明の出力制御装置は、外部の出力装置の第1の出力値監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力する装置入力切替手段を備えることを特徴とする。

0019

本発明の出力制御システムは、出力装置と、出力装置の第1の出力値を監視するセンサと、センサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力する装置入力切替手段を含む出力制御装置とを備えることを特徴とする。

0020

本発明の出力制御方法は、外部の出力装置の第1の出力値を監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力することを特徴とする。

0021

本発明の出力制御プログラムは、外部の出力装置の第1の出力値を監視する外部のセンサからの第1の信号に基づいて、出力装置の複数の目標入力値候補から1つの目標入力値候補を選択し、選択した目標入力値候補に対応する第2の信号を出力装置へ出力する処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

発明の効果

0022

本発明によれば、長期的な使用による出力装置の入出力特性の経時変化による出力変動時の動作を予め設定することができるという効果がある。

図面の簡単な説明

0023

本発明の第1の実施形態の出力制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
本発明の第1の実施形態の出力制御装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施形態の出力制御装置の処理の具体例を説明するための図である。
本発明の第2の実施形態の出力制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
本発明の第3の実施形態のLD光出力自動制御回路の構成の一例を示す回路図である。
本発明の第3の実施形態のLD光出力自動制御回路の動作を説明するための図で、ある。
本発明の第3の実施形態のVref_ACC選択回路の構成の一例を示す回路図である。
本発明の第3の実施形態のVref_ACC選択回路の動作を説明するための図である。
LD光出力自動制御回路の例を示す回路図である。
LD光出力自動制御回路の別の例を示す回路図である。

実施例

0024

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、すべての図面において、同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。
(第1の実施形態)
本実施形態における構成について説明する。

0025

図1は、本発明の第1の実施形態における出力制御装置100の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態の出力制御装置100は、外部のセンサ900の出力を入力し、外部の出力装置800の入力を出力する。センサ900は、出力装置800の出力をモニターし、出力装置800のモニター信号を出力する。出力制御装置100は、装置入力切替手段110を含む。

0026

装置入力切替手段110は、入力に応じて、出力装置800の複数の入力値候補から、1つの入力値候補を選択して、出力する。なお、装置入力切替手段110は、入力に関する特定の閾値において、特定の入力値候補から別の特定の入力値候補を出力するよう遷移するように予め設定される。また、装置入力切替手段110は、複数の閾値に対して、複数回の遷移を行ってもよい。複数回の遷移を行う場合には、装置入力切替手段110は、ヒステリシス特性を有する。すなわち、装置入力切替手段110は、ある閾値に関して遷移を行った後には、同じ閾値に関する遷移を行わない。

0027

次に、本実施形態における動作について説明する。

0028

図2は、本発明の第1の実施形態における出力制御装置100の動作を示すフローチャートである。具体的には、図2は、出力制御装置100の装置入力切替手段110の動作を示すフローチャートである。なお、図2に示すフローチャート及び以下の説明は一例であり、適宜求める処理に応じて、処理順等を入れ替えたり、処理を戻したり、又は処理を繰り返したりしてもよい。

0029

装置入力切替手段110は、初期状態では、初期値として所定の入力値候補を選択して、出力装置800の入力として出力する(ステップS110)。

0030

装置入力切替手段110は、センサ900からの入力を監視し、入力が第1段階の閾値を超えるか否かを判定する(ステップS120)。入力が第1段階の閾値を超えなければ(ステップS120:No)、装置入力切替手段110は、ステップS120の処理を繰り返す。入力が第1段階の閾値を超えると(ステップS120:Yes)、予め定められた第1段階の入力値候補を選択して、出力装置800の入力として出力する(ステップS130)。

0031

なお、装置入力切替手段110は、2回の遷移を行う場合には、ステップS130の処理に続いて、別の入力値候補である第2段階の閾値及び第2段階の入力値候補について、ステップS120およびステップS130と同様の処理を行う。装置入力切替手段110は、3回以上の遷移を行う場合には、別の閾値及び別の入力値候補について、更に、ステップS120およびステップS130と同様の処理を行う。

0032

次に、本実施形態における処理の具体例について説明する。

0033

図3は、本発明の第1の実施形態の出力制御装置100の処理の具体例を説明するための図である。図3(a)は、横軸が出力装置800の出力の大きさ、縦軸が時間であるグラフである。図3(b)は、横軸がセンサ900からの入力に対応する出力装置800の出力の大きさ、縦軸が出力制御装置100により出力される出力装置800の入力であるグラフである。

0034

初期状態において、出力制御装置100の状態(以下、「動作点」という)は、(1)の位置にある。すなわち、装置入力の初期値は“初期入力”であり、装置出力の初期値は“初期出力”である。

0035

次に、長期的な使用により、出力装置800が徐々に劣化すると、動作点は(1)の位置から(2)の位置に向かって徐々に移動する。すなわち、出力装置800が徐々に劣化すると、出力装置800の出力の大きさは徐々に低下し、出力装置800の出力の大きさの低下に伴い入力の大きさは徐々に減少する。一方、装置入力は、装置出力の変化によらず一定値“初期入力”に保たれる。

0036

次に、出力装置800の劣化がさらに進むと、装置出力の大きさは、“第1段階閾値”に達する((2)の位置)。このとき、装置入力切替手段110は、装置入力を“初期入力”から、より大きい“第1段階入力”に切り替える。すなわち、動作点は(2)の位置から(3)の位置へ移動する。ここで、装置入力が、より大きい値に切り替わったため、出力装置800の入力は増加する。それに伴い、出力装置800の出力の大きさは増加する。なお、装置出力の大きさが“第1段階出力”にまで増加する理由は、出力装置800の入出力特性の劣化特性に基づいて、装置出力の大きさが“第1段階出力”になるように、“第1段階閾値”と“第1段階出力”の値の組が予め選択されるためである。

0037

以上説明したように、本実施形態の出力制御装置100では、Vmon_APCの特定の閾値において、特定のVref_ACC出力値から別の特定のVref_ACC出力値を出力するよう遷移するように、Vmon_APCの特定の閾値と別の特定のVref_ACC出力値との組が予め設定される。従って、本実施形態の出力制御装置100では、長期的な使用による出力装置800の入出力特性の経時変化による出力変動時の動作を予め設定することができる。

0038

また、本実施形態の出力制御装置100では、長期的な使用による出力装置800の入出力特性の経時変化が発生しても、出力装置800の出力は所定の範囲に制限される。従って、本実施形態の出力制御装置100では、長期的な使用による出力装置の入出力特性の経時変化による出力変動が抑制される。
(第2の実施形態)
次に、上述した第1の実施形態を基本とする本発明の第2の実施形態の出力制御装置について説明する。本実施形態の出力制御装置は、出力の負のフィードバック制御を行う。以下の説明において、第1の実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

0039

本実施形態における構成について説明する。

0040

図4は、本発明の第2の実施形態の出力制御装置200の構成の一例を示すブロック図である。

0041

本実施形態の出力制御装置200は、装置入力切替手段100と、フィードバック制御手段120とを含む。

0042

装置入力切替手段100は、本発明の第1の実施形態における出力制御装置100の装置入力切替手段100と同じである。

0043

フィードバック制御手段120は、出力装置800に対する入力値をモニターし、フィードバックループ130を介して、モニターした値をフィードバック制御手段120の入力にフィードバックする。なお、フィードバックは負のフィードバックである。また、フィードバック制御については、当業者に広く知られているので、ここでは詳細に説明しない。

0044

次に、本実施形態における動作について説明する。

0045

フィードバック制御手段120は、入力に対する出力の負のフィードバックを行う。従って、装置入力切替手段200では、装置入力切替手段100に比べて、短い時間スケールでの出力の安定性が向上する。その結果、出力装置800の短い時間スケールでの出力の安定性が向上する。

0046

以上説明したように、本実施形態の出力制御装置200は、本発明の第1の実施形態の装置入力切替手段110を含む。従って、本実施形態の出力制御装置200は、本発明の第1の実施形態の出力制御装置100と同じ効果を有する。

0047

また、本実施形態の出力制御装置200では、出力装置800に対する入力がモニターされ、モニター値による負のフィードバック制御が行われる。従って、本実施形態の出力制御装置200では、短い時間スケールでの出力装置の出力の安定性が向上する。
(第3の実施形態)
次に、上述した第2の実施形態を基本とする本発明の第3の実施形態の出力制御回路について説明する。本実施形態の出力制御回路は、LDの光出力パワーを制御する。本実施形態の出力制御回路は、出力装置である励起LDとセンサであるモニターPDを含む。以下の説明において、第2の実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

0048

本実施形態における構成について説明する。

0049

図5は、本発明の第3の実施形態のLD光出力自動制御回路300の構成の一例を示す回路図である。本実施形態のLD光出力自動制御回路300は、装置入力切替手段であるVref_ACC選択回路310、励起LD380、LD電流モニター抵抗360、モニターPD390、モニターPD負荷抵抗370、及びフィードバック制御手段であるLD電流制御回路320を含む。LD電流制御回路320は、差動アンプ321、及びトランジスタ322を含む。差動アンプ321は、Vref_ACC選択回路310の出力と、励起LD380とLD電流モニター抵抗360の接続点330の電位とを差動入力する。また、トランジスタ322は、ベースが差動アンプ321の出力に接続される。なお、「+」、「−」はそれぞれ、正、負の定電圧源を示す。

0050

差動アンプ321の基準電位を「Vref_ACC」、モニターPD負荷抵抗370の定電圧側でない側の電位を「Vmon_APC」、LD電流モニター抵抗360の定電圧側でない側の電位を「Vmon_ACC」、トランジスタのベース電位を「Vb」で示す。

0051

Vref_ACC選択回路310は、Vmon_APCに応じて、複数の電位候補(Vth1、Vth2、…)から、Vref_ACCの値を選択して、出力する。なお、Vref_ACC選択回路310では、Vmon_APCの特定の閾値(Vth1、Vth2、…)において、特定のVref_ACC出力値(Vref_ACC0、Vref_ACC1、…)から別の特定のVref_ACC出力値(Vref_ACC1、Vref_ACC2、…)を出力するよう遷移するように、Vmon_APCの特定の閾値と別の特定のVref_ACC出力値との組が予め設定される。

0052

励起LD380は、入力された電流に応じた光出力パワーで発光する。なお、同一の入力電流に対して出力される、励起LD380の光出力パワーは、長い時間スケールでは、時間の経過とともに減少するように劣化する。

0053

LD電流モニター抵抗360は、一端が正の定電圧源に接続され、他端が励起LD380に直列に接続される。

0054

モニターPD390は、励起LD380の出力光の一部を入力するように設置される。モニターPD390は、励起LD380の出力光のパワーに応じた出力電流を発生する。

0055

モニターPD負荷抵抗370は、一端が正の定電圧源に接続され、他端がモニターPD390に直列に接続される。

0056

LD電流制御回路320は、Vmon_ACCがVref_ACCに一致するように、励起LD380の入力電流を制御する。

0057

差動アンプ321は、Vmon_ACCのVref_ACCに対する差に応じた電位Vbを出力する。

0058

トランジスタ322は、Vbに応じた電流を励起LD380に流す。

0059

次に、本実施形態における動作について説明する。

0060

図6は、本発明の第3の実施形態のLD光出力自動制御回路300の動作を説明するための図である。図6(a)は、横軸が励起LD光出力パワー、縦軸が時間であるグラフである。図6(b)は、横軸がVmon_APC、縦軸がVref_ACCであるグラフである。

0061

初期状態において、LD光出力自動制御回路300の状態(以下、「動作点」という)は、(1)の位置にある。すなわち、Vref_ACCの初期値はVref_ACC0であり、Vmon_APCの初期値はV0である。

0062

次に、長期的な使用により、励起LD380が徐々に劣化すると、動作点は(1)の位置から(2)の位置に向かって徐々に移動する。すなわち、励起LD380が徐々に劣化すると、光出力パワーは徐々に低下し、励起LD380の光出力パワーの低下に伴いVmon_APCは徐々に上昇する。一方、Vref_ACCは、Vmon_APCの変化によらず一定値Vref_ACC0に保たれる。

0063

次に、励起LD380の劣化がさらに進むと、Vmon_APCは、Vth1に達する((2)の位置)。このとき、Vref_ACC選択回路310は、Vref_ACCをVref_ACC0から、より低い電位であるVref_ACC1に切り替える。すなわち、動作点は(2)の位置から(3)の位置へ移動する。ここで、Vref_ACCが、より低い値に切り替わったため、励起LD380に流れる電流が増加する。それに伴い、励起LD380の光出力パワーは、増加し、劣化前の値に戻り((3)の位置から(4)の位置へ)、Vmon_APCはV0に戻る。なお、Vref_ACC選択回路310は、ヒステリシス特性を有する。すなわち、Vmon_APCが低下してもVth1’以下に達しないため、Vref_ACCは、Vref_ACC1に保たれる。また、Vmon_APCがV0に戻る理由は、励起LD380の入出力特性の劣化特性に基づいて、Vmon_APCがV0に戻るように、Vth1とVref_ACC1の値の組が予め選択されるためである。

0064

次に、励起LD380の劣化がさらに進むと、動作点は(4)の位置から(5)の位置に向かって移動し、(5)の位置に達する。すなわ、Vmon_APCが、Vth2に達する。このとき、Vref_ACC選択回路310は、Vref_ACCをVref_ACC1から、より低い電位であるVref_ACC2に切り替える。これにより、励起LD380の光出力パワーは増加し、劣化前の値に戻り((5)の位置から(6)の位置を経て(7)の位置へ)、Vmon_APCはV0に戻る。なお、Vmon_APCがV0に戻る理由は、励起LD380の入出力特性の劣化特性に基づいて、Vmon_APCがV0に戻るように、Vth2とVref_ACC2の値の組が予め選択されるためである。

0065

次に、Vref_ACC選択回路310の詳細について説明する。まず、Vref_ACC選択回路310の構成について説明する。

0066

図7は、本発明の第3の実施形態のVref_ACC選択回路310の構成の一例を示す回路図である。Vref_ACC選択回路310は、ヒステリシスコンパレータ311(ヒステリシスコンパレータA)、ヒステリシスコンパレータ312(ヒステリシスコンパレータB)、スイッチ313(スイッチA)、スイッチ314(スイッチB)、及び、電圧降下によりVref_ACCの電位を決めるための、抵抗315、抵抗316、抵抗317、抵抗318を含む。

0067

スイッチA、スイッチBはそれぞれ、ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBの出力に応じて、抵抗B、抵抗Cを短絡する。なお、スイッチA、スイッチBは、機械的なスイッチに限らず、トランジスタなどで構成されるものであってもよい。

0068

ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBにはそれぞれ、Vref_ACC選択回路に入力されたVmon_APCが入力される。また、ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBにはそれぞれ、Vref_ACC選択回路に入力されたVth1、Vth2が入力される。ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBは、それぞれ、2つの入力の大小比較の結果に従って、スイッチA、スイッチBの開閉を制御する。

0069

抵抗A、抵抗B、抵抗C、抵抗Dは、この順で直列に接続され、両端が正、負の定電圧源に接続される。抵抗Aと抵抗Bとの間の電位が、Vref_ACC選択回路310の出力として出力される。スイッチAまたはスイッチBが開閉された際に所定の出力電圧が出力されるように、抵抗A、抵抗B、抵抗C、抵抗Dそれぞれの抵抗値が予め定められる。

0070

次に、Vref_ACC選択回路310の動作について説明する。

0071

図8は、本発明の第3の実施形態のVref_ACC選択回路310の動作を説明するための図である。図8(a)は、ヒステリシスコンパレータAの入出力特性を示す。図8(b)は、ヒステリシスコンパレータBの入出力特性を示す。

0072

ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBは、入力電位に応じて、“High”と“Low”の2つの電位を出力する。また、ヒステリシスコンパレータA、ヒステリシスコンパレータBは、出力電位が“High”から“Low”に切り替わる場合と、“Low”から“High”に切り替わる場合とで、入力電位の閾値が異なる、いわゆるヒステリシス特性を有する。ヒステリシスコンパレータAの出力電位が“High”から“Low”に切り替わる際の閾値には、Vth1が設定され、“Low”から“High”に切り替わる際の閾値には「Vth1’」が設定される。一方、ヒステリシスコンパレータBの出力電位が“High”から“Low”に切り替わる際の閾値にはVth2が設定され、“Low”から“High”に切り替わる際の閾値には「Vth2’」が設定される。

0073

図8の(1)から(7)の記号は、それぞれ図6の(1)から(7)の記号に対応する。

0074

まず、Vref_ACC選択回路310の状態(以下、「動作点」という)が初期状態の(1)の位置から移動して(2)の位置に達すると、ヒステリシスコンパレータAの出力が“High”から“Low”に切り替わる((3)の位置)。Vth2は、Vth1より大きな値に設定されており、(3)の位置では、ヒステリシスコンパレータBの出力は“High”のままである。スイッチAは、ヒステリシスコンパレータAの出力が“High”から“Low”に切り替わったことにより、“OPEN”状態から“CLOSE”状態へ変化する。スイッチAが“CLOSE”状態になることにより、抵抗Bが短絡され、Vref_ACC選択回路310の出力電位(Vref_ACC)が低下する。なお、低下前の出力電位は、Vref_ACC0、低下後の出力電位はVref_ACC1となるように、抵抗A、抵抗B、抵抗C、抵抗Dの抵抗値が予め設定されている。出力電位がVref_ACC1に切り替わることにより、動作点は(4)の位置に移動する。Vth1’の値は、(4)の位置における入力電位よりも低い値に設定されており、スイッチAは“CLOSE”状態に保たれる。

0075

次に動作点が(5)の位置に達すると、スイッチBが“CLOSE”状態になり((6)の位置)、抵抗Cが短絡されることにより、Vref_ACC選択回路310の出力電位(Vref_ACC)は、さらに低下し、Vref_ACC2になる。Vref_ACC選択回路310の出力電位がVref_ACC2になることにより、動作点は(7)の位置に移動する。Vth2’の値は、(7)の位置における入力電位よりも低い値に設定されており、スイッチBは“CLOSE”状態に保たれる。Vth1’の値は、(7)の位置における入力電位よりも低い値に設定されており、スイッチAは“CLOSE”状態に保たれる。

0076

以上説明したように、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、Vmon_APCの特定の閾値において、特定のVref_ACC出力値から別の特定のVref_ACC出力値を出力するよう遷移するように、Vmon_APCの特定の閾値と別の特定のVref_ACC出力値との組が予め設定される。すなわち、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、長期的な使用による励起LD380の入出力特性の経時変化が発生した際に、励起LD380の光出力パワーは所定の範囲に制限される。所定の範囲とは、Vmon_APCがV0からVth2までに対応する光出力パワーの範囲である。従って、本実施形態のLD光出力自動制御回路では、長期的な使用による出力装置800の入出力特性の経時変化による出力変動時の動作を予め設定することができる。

0077

また、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、長期的な使用による励起LD380の入出力特性の経時変化が発生しても、励起LD380の光出力パワーは所定の範囲に制限される。従って、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、長期的な使用による出力装置の入出力特性の経時変化による出力変動が抑制される。

0078

また、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、励起LD380に流れる電流がモニターされ、モニター値による負のフィードバック制御が行われる。従って、本実施形態のLD光出力自動制御回路300では、短い時間スケールでの出力装置の出力の安定性が向上する。

0079

なお、上述した本発明の各実施形態の出力制御装置は、専用の装置によって実現してもよいが、コンピュータ(情報処理装置)によっても実現可能である。この場合、係るコンピュータは、メモリ(不図示)に格納されたソフトウェアプログラムをCPU(Central_Processing_Unit、不図示)に読み出し、読み出したソフトウェア・プログラムをCPUにおいて実行することにより、実行結果を、例えば、ユーザ・インタフェースに出力する。上述した各実施形態の場合、係るソフトウェア・プログラムには、上述したところの、図1に示した出力制御装置100又は図4に示した出力制御装置200の各手段の機能を実現可能な記述がなされていればよい。ただし、出力制御装置100もしくは出力制御装置200の装置入力切替手段110、又は出力制御装置200のフィードバック制御手段120には、適宜ハードウェアを含むことも想定される。そして、このような場合、係るソフトウェア・プログラム(コンピュータ・プログラム)は、本発明を構成すると捉えることができる。更に、係るソフトウェア・プログラムを格納した、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体も、本発明を構成すると捉えることができる。

0080

以上、本発明を、上述した各実施形態およびその変形例によって例示的に説明した。しかしながら、本発明の技術的範囲は、上述した各実施形態およびその変形例に記載した範囲には限定されない。当業者には、係る実施形態に対して多様な変更又は改良を加えることが可能であることは明らかである。そのような場合、係る変更又は改良を加えた新たな実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれ得る。そしてこのことは、特許請求の範囲に記載した事項から明らかである。

0081

本発明は、入出力特性の経時変化を有する出力装置において、出力を安定化する用途において利用できる。本発明は、光通信用の光海底中継器において励起LDの出力を安定化する用途において利用できる。

0082

100出力制御装置
110 装置入力切替手段
800出力装置
900センサ
200 出力制御装置
120フィードバック制御手段
130フィードバックループ
300LD光出力自動制御回路
310 Vref_ACC選択回路
320LD電流制御回路
321作動アンプ
322トランジスタ
360 LD電流モニター抵抗
370モニターPD負荷抵抗
380励起LD
390 モニターPD
311、312ヒステリシスコンパレータ
313、314 スイッチ
315、316、317、318 抵抗

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