(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の制御レベルを指示するための入力信号が入力され且つゲインが等倍となるように設定された反転増幅器と、
前記入力信号が入力され且つゲインが等倍となるように設定された非反転増幅器と、
前記反転増幅器の出力に直列接続された第１抵抗と、
前記非反転増幅器の出力に直列接続され、前記第１抵抗の抵抗値と僅かに異なる抵抗値を有する第２抵抗と、
前記制御対象の実制御量をモニタして得られた微小なフィードバック信号を出力する実制御量モニタ回路と、
前記第１抵抗の抵抗値と前記第２抵抗の抵抗値の差分によって生じた微小信号と前記実制御量モニタ回路からの微小なフィードバック信号との不均衡によって生じた電圧と所定電圧との比較結果に応じて前記制御対象を制御する比較回路
とを備えたことを特徴とする高速制御回路。
【請求項２】
前記実制御量モニタ回路の出力をフィルタリングするフィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の高速制御回路。
【請求項３】
前記制御対象が光であり、前記実制御量モニタ回路は光検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高速制御回路。
【請求項４】
前記制御対象が温度であり、前記実制御量モニタ回路が温度検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高速制御回路。
【請求項５】
前記制御対象が位置であり、前記実制御量モニタ回路が位置検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高速制御回路。
【請求項６】
前記制御対象が加速度であり、前記実制御量モニタ回路が加速度検出器であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の高速制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力信号によって制御対象を高速に制御する高速制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
入力信号によって制御対象の制御レベルを調整しつつ、制御対象の実制御量をモニタすることによって得られた信号をフィードバック信号としてフィードバックさせ、実制御量を安定化させる制御回路が知られている。この制御回路においては、制御量が常に一定（またはｋＨｚオーダ以下の遅い変調）であって、かつ、実制御量をモニタすることによって得られたフィードバック信号が制御レベルを指定する入力信号に対して微弱な場合、フィードバック信号を大きな抵抗値（例えば、ｋΩオーダ以上）を有する抵抗を用いてＩ−Ｖ変換したり、オペアンプ等を用いて高倍率（例えば、１００倍以上）の増幅を行ったりして入力信号と比較することが行われている。
【０００３】
例えば、制御対象が半導体レーザの場合の例として、特許文献１は、フィードバック信号を、オペアンプを用いたＩ−Ｖ変換回路に通すことにより実制御量を自動的に安定化させる技術を開示している。また、特許文献２は、入力信号とその逆位相信号を生成し、抵抗値の差を利用した制御方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−６９６００号公報
【特許文献２】特開２００８−１１６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
入力信号によって制御対象の制御レベルを調整する回路では、入力信号を一定にしても、外部環境の変化や経時変化等により常に一定の実制御量を保つことが困難であるため、実制御量をモニタすることにより得られた信号をフィードバックさせ、入力信号と比較している。
【０００６】
しかしながら、フィードバック信号が入力信号に較べて微小な場合、オペアンプ等を用いて高倍率の増幅を行う必要があるため、フィードバック信号の帯域が制限される。すなわち、オペアンプは、増幅率が大きくなるに連れて通過できる信号帯域が制限され、高速動作ができなくなる。
【０００７】
また、入力信号とその逆位相信号を生成し、抵抗値の差を利用した制御方法によって高速で動作させた場合、信号処理により発生する高調波成分やオペアンプの性能等により、入力信号よりもさらに高速な信号が発生することでフィードバック信号の位相が反転し、制御対象が発振する可能性がある。
【０００８】
本発明の課題は、制御対象からのフィードバック信号が微小であっても高速でフィードバック信号と入力信号を比較することができる高速制御回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る高速制御回路は、制御対象の制御レベルを指示するための入力信号が入力され且つゲインが等倍となるように設定された反転増幅器と、上記の入力信号が入力され且つゲインが等倍となるように設定された非反転増幅器と、反転増幅器の出力に直列接続された第１抵抗と、非反転増幅器の出力に直列接続され、第１抵抗の抵抗値と僅かに異なる抵抗値を有する第２抵抗と、制御対象の実制御量をモニタして得られた微小なフィードバック信号を出力する実制御量モニタ回路と、第１抵抗の抵抗値と第２抵抗の抵抗値の差分によって生じた微小信号と実制御量モニタ回路からの微小なフィードバック信号との不均衡によって生じた電圧と所定電圧との比較結果に応じて制御対象を制御する比較回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る高速制御回路によれば、制御対象からのフィードバック信号が微小であっても高速でフィードバック信号と入力信号を比較できる高速制御回路を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る高速制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例２に係る高速制御回路の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の高速制御回路の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の実施例１に係る高速制御回路の構成を示す回路図である。この高速制御回路は、反転増幅器３、非反転増幅器４、第１抵抗５、第２抵抗６、実制御量モニタ回路７およびオペアンプで構成された比較回路８を備える。
【００１４】
なお、実施例１においては、制御対象１は、光（例えば、半導体レーザやＬＥＤによる光）であるものとして説明する。
【００１５】
反転増幅器３は、外部から抵抗Ｒ１を経由して送られてくる入力信号２および出力端子から抵抗Ｒ２を経由して送られてくる信号が入力される反転入力端子（−）および接地された非反転入力端子（＋）を備えたオペアンプＡ１から構成され、オペアンプＡ１の出力端子は第１抵抗５の一端に接続されている。第１抵抗５の他端は、比較回路８の反転入力端子（−）に接続されている。反転増幅器３のゲインは等倍となるように設定されている。
【００１６】
非反転増幅器４は、外部から抵抗Ｒ３を経由して送られてくる入力信号２が入力される非反転入力端子（＋）および出力端子から抵抗Ｒ４を経由して送られてくる信号が入力されるとともに抵抗Ｒ５を介して接地された反転入力端子（−）を備えたオペアンプＡ２から構成され、オペアンプＡ２の出力端子は第２抵抗６の一端に接続されている。第２抵抗６の他端は、比較回路８の反転入力端子（−）に接続されている。非反転増幅器４のゲインは等倍となるように設定されている。
【００１７】
第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値は、例えば１００Ω〜５００Ωの範囲内で僅かに異なるように選定される。具体的には、第１抵抗５の抵抗値が３００Ωであり、第２抵抗６の抵抗値が２９９Ωといった具合である。
【００１８】
実制御量モニタ回路７は、例えば、フォトダイオードから成る光検出器によって構成され、一方の端子は電源に接続され、他方の端子は、比較回路８の反転入力端子（−）に接続されている。実制御量モニタ回路７は、制御対象１である光（図１において破線で示している）が照射されることにより電流を流す。
【００１９】
比較回路８の反転入力端子（−）は、第１抵抗５の他端、第２抵抗６の他端および実制御量モニタ回路７に接続され、非反転入力端子（＋）は接地されている。比較回路８は、反転入力端子（−）に入力された電圧、つまり第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値の差分によって生じた微小信号と実制御量モニタ回路７からの微小なフィードバック信号との不均衡によって生じた電圧と、ＧＮＤレベルの電圧とを比較する。比較回路８からの出力によって、制御対象１が制御される。
【００２０】
次に、このように構成される本発明の実施例１に係る高速制御回路の動作を説明する。
【００２１】
外部から入力信号２が入力されると、反転増幅器３において等倍のゲインで反転増幅された信号は、第１抵抗５を経由して比較回路８の反転入力端子（−）に送られる。同様に、外部から入力された入力信号２は、非反転増幅器４において等倍のゲインで非反転増幅され、第２抵抗６を経由して比較回路８の反転入力端子（−）に送られる。
【００２２】
比較回路８の反転入力端子（−）はイマジナリショート（仮想ショート）によりＧＮＤレベルになるため、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値に差がある場合、電流は、図１に矢印で示すように、非反転増幅器４から反転増幅器３に向かって流れる。これと同時に、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値の差分に応じた電流（Ｉ＝Ｉ6−Ｉ5）が実制御量モニタ回路７に流れる。
【００２３】
この際、制御対象１の実制御量をモニタしている実制御量モニタ回路７からフィードバックされる微小なフィードバック信号と、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値の差分によって生成された微小信号とが不均衡である場合には、比較回路８は、反転入力端子（−）の電圧とＧＮＤレベルの電圧との差に応じた信号を出力して制御対象１を制御する。その結果、図１に示す高速制御回路は、実制御量が自動的に安定化されて安定的に動作する。言い換えると、この高速制御回路は、実制御量モニタ回路７にだけ電流を流すように制御対象１を調整することになる。
【００２４】
実制御量モニタ回路７の出力が微小な場合、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値の差を、第１抵抗５の抵抗値および第２抵抗６の抵抗値と比較して微小な値にすることにより、実制御量モニタ回路７からフィードバックされる微小信号をオペアンプ等で増幅することなく、第１抵抗５、第２抵抗６および比較回路８の入力に接続できるようになる。このため、増幅用のオペアンプによる信号帯域制限や位相遅れの影響を取り除くことができ、入力信号２の変化に高速に追従させることができる。
【００２５】
なお、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値との差が微小な場合、反転増幅器３と非反転増幅器４のゲインは精度良く決定する必要があるが、例えばマッチドペア抵抗等を用いることにより、０．１％以下の精度でゲインを決定することができる。
【００２６】
また、反転増幅器３および非反転増幅器４として、２素子が収容されたオペアンプＩＣを使うことによりオフセット電圧の影響もキャンセルできるため、入力信号２が反転増幅器３や非反転増幅器４のオフセット電圧と同じオーダの信号であっても制御対象１を調整することができる。これは、１個のＩＣに収容されているオペアンプの特性の差は殆どないことが期待できるためである。
【００２７】
このように、本発明の実施例１に係る高速制御回路によれば、第１抵抗５の抵抗値と第２抵抗６の抵抗値を徴小値だけずらし、抵抗値の差分に相当する微小信号を生成して比較に使用するので、実制御量モニタ回路７からフィードバックされる微小信号を増幅することなく、比較回路８で比較して制御対象１の実制御量を調整することができる。
【００２８】
その結果、実制御量モニタ回路７の出力信号をオペアンプ等で増幅することによって発生する信号帯域の制限および位相遅れの影響を取り除くことができ、また、ＭＨｚオーダを超えるような高速で制御対象の制御レベルを変動させ、かつ実制御量モニタ回路からのフィードバック信号が微小な場合であっても、そのフィードバック信号をそのまま使用することにより、より高速に実制御量の安定化を行うことができる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、本発明の実施例２に係る高速制御回路の構成を示す回路図である。この高速制御回路は、実施例１に係る高速制御回路の第１抵抗５および第２抵抗６と実制御量モニタ回路７との間にローパスフィルタ（ＬＰＦ）９が追加されて構成されている。ローパスフィルタ９は、本発明のフィルタに対応する。
【００３０】
実制御量モニタ回路７を構成するフォトダイオードの一方の端子は電源に接続され、他方の端子はローパスフィルタ９に接続されている。実制御量モニタ回路７を流れる電流はローパスフィルタ９に送られる。
【００３１】
ローパスフィルタ９は、実制御量モニタ回路７と比較回路８の反転入力端子（−）との間に設けられている。ローパスフィルタ９は、実制御量モニタ回路７からのフィードバック信号をフィルタリングし、低域のみのフィードバック信号を通過させる。
【００３２】
次に、このように構成される本発明の実施例２に係る高速制御回路の動作を説明する。入力信号が高速である場合、信号処理により発生する高調波成分やオペアンプの性能等により、フィードバック信号の位相が反転し、制御対象１が発振する可能性がある。制御対象１の発振を防ぐために、第１抵抗５および第２抵抗６と実制御量モニタ回路７との間にローパスフィルタ９が挿入されている。これにより、必要な帯域以上の信号はフィルタリングされるので、安定した制御が可能になる。
【００３３】
ローパスフィルタ９はＲＣ回路またはＬＣ回路の何れで構成してもよく、Ｃ成分として実制御量モニタ回路７の浮遊容量を用いることもできる。また、ローパスフィルタ９は、比較回路８と制御対象１の間に設けるように構成することもできる。さらに、本発明のフィルタは、ローパスフィルタに限らず、バンドパスフィルタやノッチフィルタで構成することもできる。
【００３４】
このように、本発明の実施例２に係る高速制御回路によれば、第１抵抗５および第２抵抗６と実制御量モニタ回路７との間にローパスフィルタ９を挿入したことにより必要な帯域以上の信号はフィルタリングされるので、安定した制御が可能になる。
【００３５】
なお、上述した実施例１および実施例２に係る高速制御回路においては、制御対象１は「光」であり、実制御量モニタ回路７が光検出器である場合について説明したが、制御対象１を「温度」とし、実制御量モニタ回路７を温度検出器とすることもできる。
【００３６】
また、制御対象１を「位置」とし、実制御量モニタ回路７を位置検出器とすることもできる。さらに、制御対象１を「加速度」とし、実制御量モニタ回路７を加速度検出器とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、制御対象をモニタすることにより微小なフィードバック信号が得られる種々の装置に利用できる。
【符号の説明】
【００３８】
１  制御対象
２  入力信号
３  反転増幅器
４  非反転増幅器
５  第１抵抗
６  第２抵抗
７  実制御量モニタ回路
８  比較回路
９  ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
【図１】
0005803658.tif 000002
【図２】
0005803658.tif 000003