(57)【要約】  高電圧部と結合された低電圧部を有する電力システムと、パルス幅コードを生成する低電圧コントローラを含んだ前記低電圧部と、前記低電圧コントローラから前記パルス幅コードを受け取るオプトアイソレータと、前記パルス幅コードに応答して出力パルスを生成するように作動する高電圧コントローラと、前記出力パルスを受け取り、制御パルスを生成するパルス整形モジュールと、前記制御パルスに応答して作動するパワーエレクトロニクスを含んだ前記高電圧部と、からなる暗視システム。
2009514347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧部と結合された低電圧部を有する電力システムと、
パルス幅コードを生成する低電圧コントローラを含んだ前記低電圧部と、
前記低電圧コントローラから前記パルス幅コードを受け取るオプトアイソレータと、前記パルス幅コードに応答して出力パルスを生成するように作動する高電圧コントローラと、前記出力パルスを受け取り、制御パルスを生成するパルス整形モジュールと、前記制御パルスに応答して作動するパワーエレクトロニクスを含んだ前記高電圧部と、
からなる暗視システム。
【請求項２】
前記パルス整形モジュールが、前記出力パルスを受け取り、整形されたパルスを生成するパルス整形ネットワークを含む、請求項１の暗視システム。
【請求項３】
前記パルス整形モジュールが、前記整形されたパルスを閾値と比較する比較器を含む、請求項２の暗視システム。
【請求項４】
前記閾値は、前記パルス幅コードに応答して前記高電圧コントローラによって生成される、請求項３の暗視システム。
【請求項５】
前記パルス整形モジュールが、前記比較器における比較に先立って前記閾値を変換するＤ／Ａコンバータを含む、請求項４の暗視システム。
【請求項６】
前記パルス整形ネットワークはＲＣネットワークである、請求項２の暗視システム。
【請求項７】
前記制御パルスは約１ｎｓの分解能を有する、請求項１の暗視システム。
【請求項８】
低電力部と高電力部を有する暗視システムにおいてパルス幅を制御する方法であって、
前記低電力部でパルス幅コードを生成し、
前記パルス幅コードを前記高電力部に送信し、
前記パルス幅コードに応答して出力パルスを生成し、
前記パルス幅コードに応答して制御パルスを生成し、
前記制御パルスを高パワーエレクトロニクスに提供する、
ことからなる方法。
【請求項９】
前記制御パルスの生成は、前記出力パルスを整形して整形されたパルスを規定することを含む、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記制御パルスの生成は、前記整形されたパルスを閾値と比較することを含む、請求項９の方法。
【請求項１１】
前記出力パルスの整形は、ＲＣネットワークによって行われる、請求項９の方法。
【請求項１２】
前記制御パルスは約１ｎｓの分解能を有する、請求項８の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
暗視システムは、軍事、産業、商業等数々の応用に用いられる。一般に、システムは光増幅管で受光した光を増倍して可視画像を生成することで動作する。電力の保存は典型的には携帯型電池供給によって駆動される個人用暗視システムにおいて問題となる。よって、暗視システムの動作を拡張するために暗視システムに電力の保存の特徴を組み込むことは有益である。
【発明の開示】
【０００２】
発明の実施形態は、高電圧部と結合された低電圧部を有する電力システムと、パルス幅コードを生成する低電圧コントローラを含んだ前記低電圧部と、前記低電圧コントローラから前記パルス幅コードを受け取るオプトアイソレータと、前記パルス幅コードに応答して出力パルスを生成するように作動する高電圧コントローラと、前記出力パルスを受け取り、制御パルスを生成するパルス整形モジュールと、前記制御パルスに応答して作動するパワーエレクトロニクスを含んだ前記高電圧部と、からなる暗視システムを含む。
【０００３】
発明の他の実施形態は、低電力部と高電力部を有する暗視システムにおいてパルス幅を制御する方法であって、前記低電力部でパルス幅コードを生成し、前記パルス幅コードを前記高電力部に送信し、前記パルス幅コードに応答して出力パルスを生成し、前記パルス幅コードに応答して制御パルスを生成し、前記制御パルスを高パワーエレクトロニクスに提供する、ことからなる方法を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００４】
図１は実施例における暗視システムの電力部品のブロック図である。電力部品は低電圧部１００と高電圧部２００を含む。低電圧部１００と高電圧部２００は、それらの間にかなりの電圧ポテンシャル差をもって動作する。低電圧部１００は、低電圧エレクトロニクス１０４と高電圧部２００のオプトアイソレータ２０２と通信する低電圧コントローラ１０２を含む。低電圧エレクトロニクス１０４は、増幅器、インバータ、変圧器、等を含んでもよい。電池１０８は低電圧エレクトロニクス１０４に結合されて高電圧部２００に電力を提供する。
【０００５】
低電圧コントローラ１０２は格納媒体に含まれたコンピュータコードを実行する汎用マイクロコンピュータであってもよい。それに代えて、低電圧コントローラ１０２は、特別仕様のコンピュータ、例えばマイクロコンピュータやミニコンピュータやメインフレームを含んだコンピュータシステム、プログラムされたマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、周辺集積回路素子、ＣＳＩＣ（Customer Specific Integrated Circuit）やＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)や他の集積回路、論理回路、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ，ＰＬＤ，ＰＬＡ，ＰＡＬなどのプログラム可能論理デバイス、あるいは発明の実施形態のプロセスのステップを実施することができるあらゆるその他のデバイスやデバイス群の配置、を含んだ多種多様な他のテクノロジーを使って実装してもよい。
【０００６】
オプトアイソレータ２０２は、低電圧部１００から高電圧部２００に情報を転送するために用いる光学的にアイソレートされた一方向データリンクとして働く。情報項目の一つは、所望のパルス幅を表すパルス幅コードである。パルス幅コードは、高電圧部で使われる所望のパルス幅を表し、計算したりルックアップテーブルから求めたりしてもよい。実施例では、パルス幅コードは所望のパルス幅を表すＮビットデジタルワードである。パルス幅コードが一旦高電圧部２００で受け取られると、高電圧部２００は１２５０μｓから３００ｎｓの間の長さと約１ｎｓの分解能をもった制御パルスを生成する。オプトアイソレータ２０２はパルス幅コードを受け取り、パルス幅コードを高電圧コントローラ２０４に提供する。高電圧コントローラ２０４は、暗視システムをバイアスする高電圧パワーエレクトロニクス２０６を制御するパルス整形モジュール２１０とインタフェースするために、パルス幅コード情報を用いる。
【０００７】
従来の計数システムでは、所要の分解能の逆数に等しいクロックレートで走っているカウンターチェインから可変長のパルスが生成される。発明の実施形態では、１ｎｓの分解能を作り出すためには、クロックチェインは１ＧＨｚのクロック速度で駆動される必要があるであろう。高電圧部２００の電力消費限度は、そのような高クロック速度の使用を除外する。高電圧コントローラ２０４は、所要のパルス幅分解能によって要求されるクロック速度よりも何桁も低い数ＭＨｚの範囲のマシンサイクル周波数を有する。
【０００８】
好適な１ｎｓのパルス幅分解能を提供するために、高電圧部２００においてパルス整形モジュール２１０が利用される。パルス整形モジュール２１０は高電圧コントローラ２０４から出力パルスを受け取り、パルスを整形して１ＧＨｚのクロック速度を要求することなく約１ｎｓの所望の分解能を得る。図２はパルス整形モジュール２１０と高電圧コントローラ２０４のブロック図である。
【０００９】
パルス整形モジュール２１０は、パルス整形ネットワーク２１２、Ｄ／Ａコンバータ２１４、比較器２１６を含む。高電圧コントローラ２０４は例えば５００ｎｓという低分解能の出力パルスを生成する。パルス整形ネットワーク２１２は、例えば、ここで更に詳しく説明するように高電圧コントローラ２０４からの出力パルスを整形して整形されたパルスを形成するＲＣ部品を使う。比較器２１６は、パルス整形ネットワーク２１２の整形されたパルスを高電圧コントローラ２０４から送られＤ／Ａコンバータ２１４に適用された閾値命令の値に基づく可変幅制御パルスに変換する。高電圧コントローラ２０４は、低電圧コントローラ１０２からのパルス幅コードに応答して閾値と出力パルスを設定する。Ｄ／Ａコンバータを介して、マイクロコントローラからの適当な出力パルス幅（５００ｎｓずつ増加）と適当なＶＴＨＲＥＳＨＯＬＤを選択することにより、ほとんどあらゆる長さの制御パルスを作り出すことができる。
【００１０】
三角形波を使った伝統的なパルス幅変調実装とは異なり、パルス整形ネットワーク２１２はＲＣネットワークを使って高電圧コントローラ２０４からの出力パルスを整形されたパルスに整形する。整形されたパルスは比較器２１６において閾値と比較される。これによって高電圧コントローラ２０４によって考慮される必要があるシステムの非線形性が生じる。マイクロコントローラによって生成された５００ｎｓの出力パルスについて、高電圧コントローラ２０４、比較器２１６、パルス整形ネットワーク２１２の出力における電圧波形を図３に示す。
【００１１】
パルス整形ネットワーク２１２の出力における電圧波形は２つの方程式によって規定され、１つは信号の立ち上がり部分、１つは落ち下がり部分のもので、以下の通りである。
【００１２】
立ち上がり波形、０＜ｔ＜５００ｎｓ、ｔは時間τはパルス整形ネットワーク時間定数、
ＶＲＩＳＩＮＧ＝ＶＤＤ＊（１−ε−ｔ／τ）                            （１）
落ち下がり波形、５００ｎｓ＞ｔ、ｔは時間τはパルス整形ネットワーク時間定数、
ＶＦＡＬＬＩＮＧ＝ＶＲＩＳＩＮＧ＊ε−ｔ／τ＝ＶＤＤ＊（１−ε−ｔ／τ）＊ε−ｔ／τ        （２）
パルス整形ネットワークからの最大出力電圧は、ｔ＝５００ｎｓにおける立ち上がり式（１）である。与えられた閾値のパルス幅は、立ち上がりと落ち下がりの電圧を所望の閾値電圧に設定してから各式をｔについて解くことによって見つけられる。式（１）からのｔの値を５００ｎｓから引いてから式（２）で見つかるｔの値を足すと、パルス幅が得られる。例えば、閾値電圧が２Ｖ，供給電圧が５Ｖ，時間定数が４００ｎｓと仮定すると、パルス幅は、
ＶＲＩＳＩＮＧ＝２Ｖ＝５Ｖ＊（１−ε−ｔ１／４００ｎｓ）
＝ｔ１＝−４００ｎｓ＊ｌｎ（１−２Ｖ／５Ｖ）＝２０４．３ｎｓ
ＶＦＡＬＬＩＮＧ＝２Ｖ＝５Ｖ＊（１−ε−５００ｎｓ／４００ｎｓ）＊ε−ｔ２／４００ｎｓ
＝ｔ２＝−４００ｎｓ＊ｌｎ（２Ｖ／３．５６７Ｖ）＝２３１．４ｎｓ
ｔＰＷ＝５００ｎｓ−ｔ１＋ｔ２
＝５００ｎｓ−２０４．３ｎｓ−２３１．４ｎｓ＝５２７．１ｎｓ
となる。
【００１３】
この導出は、マイクロコントローラによって生成される全てのパルス幅について以下の通り一般化することができる。ここで、ＶＴＨＲＥＳＨＯＬＤは閾値電圧、ｔＰＵＬＳＥはマイクロコントローラによって生成される出力パルスの幅、τはパルス整形ネットワークの時間定数、ＶＤＤは供給電圧である。
【００１４】
パルス幅＝ｔＰＵＬＳＥ−（−τ＊ｌｎ（１−ＶＴＨＲＥＳＨＯＬＤ／ＶＤＤ））
＋（−τ＊ｌｎ（１−ＶＴＨＲＥＳＨＯＬＤ／（ＶＤＤ＊（１−ε−ｔＰＵＬＳＥ／τ））））．
もしＤ／Ａコンバータ２１４がその供給電圧に比した出力を提供し、マイクロコントローラ２０４がＤ／Ａコンバータと同じ供給電圧を使うとすると、方程式は供給電力に比したものとなり、パルス幅は供給電圧の大きさとは独立となることに注意すべきである。
【００１５】
以上説明したように、発明の実施形態は、プロセッサ実装されたプロセスとそれらのプロセスを実施する装置の形で実施されてもよい。また発明の実施形態は、フロッピーディスクやＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなどの実体のあるメディアあるいはその他のあらゆるコンピュータ読み取り可能な格納メディアに実装された命令を含んだコンピュータプログラムコードの形で実施されてもよく、ここでコンピュータプログラムコードがプロセッサに読み込まれて実行されると、プロセッサは発明を実施する装置となる。また本発明は、例えば、コンピュータプログラムコードの形で実施することができ、格納メディアに格納されたり、コンピュータに読み込まれかつ／または実行されたり、光ファイバを通してあるいは電磁波を介して電気ワイヤやケーブルなどの何らかの送信メディア上を送信されたりでき、ここでコンピュータプログラムコードがコンピュータに読み込まれて実行されると、コンピュータは発明を実施する装置となる。汎用のマイクロプロセッサ上に実装された場合には、コンピュータプログラムコードのセグメントは特定の論理回路を作り出すようにマイクロプロセッサの構成を行う。
【００１６】
発明は実施例を参照して説明されたが、その本質的な範囲から逸脱することなく種々の変更を行ったりその構成要素に等価なものを代入したりしてもよいことは当業者には理解されるであろう。従って、発明は発明を実行するために開示された特定の実施形態に限定されず、発明は添付された請求項の範囲内に収まる全ての実施形態を含んでいることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は実施例における暗視システムの電力部品のブロック図である。
【図２】図２は実施例におけるパルス整形モジュールのブロック図である。
【図３】図３は実施例における異なる波形の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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