(57)【要約】【課題】  小型化・軽量化・高速化・省電力化、低コスト化を光チョッパを提供する。【解決手段】  印加磁界に応じて光減衰量が変化する光可変減衰器１に磁界を印加する磁界印加コイル２に、定電流駆動回路４により、励磁電流を流して、入射された光ビームを上記光可変減衰器１により断続する。上記定電流駆動回路４は、チョッピング信号発生回路５から供給されるチョッピング信号に応じて、駆動電圧源４Ａから上記磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加磁界に応じて光減衰量が変化する光可変減衰器と、
上記光可変減衰器に磁界を印加する磁界印加手段と、
チョッピング信号に応じて駆動電圧源から上記磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とする定電流駆動回路と、
上記定電流駆動回路にチョッピング信号を供給するチョッピング信号発生回路からなり、
入射された光ビームを上記光可変減衰器により断続することを特徴とする光チョッパ。
【請求項２】
上記定電流駆動回路は、上記チョッピング信号発生回路により発生される周波数とデューティ比が可変自在なチョッピング信号に応じて、上記磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とすることを特徴とする請求項１記載の光チョッパ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を断続する光チョッパに関し、特に、光同期検波やロックインアンプなどにおける光信号検出に用いられる光チョッパに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光チョッパとして、例えば図６に示すような構造の回転式チョッパ２００や図８に示すような構造の電磁開閉式チョッパが知られている。
【０００３】
図６の回転式チョッパ２００は、多数個の開口２０１の形成された遮光円盤２０２を図示しない電動モータにより回転させ、その回転と同期を取ることで、入射光ビームＬinに対して遮光／通過を繰り返し行い、縦軸を光パワーＰ、横軸を時間軸とした図７に示すように、断続された光ビームＬoutを形成する。
【０００４】
図８の電磁開閉式チョッパ３００では、電磁石３０１のＯＮ／ＯＦにより遮光板３０２を移動させて、入射光ビームＬinに対して遮光／通過を繰り返し行い、断続された光ビームＬoutを形成する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７７７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、光計測、光制御、光検出などの分野に使用される光デバイスは、小型化・軽量化・高速化が求められ、かつ促進してきており、光チョッパも、同様に、小型化・軽量化・高速化が求められるようになってきた。光チョッパの変調周波数が高くなると、ロックインアンプなどによる同期検波後の検出信号のバンド幅を広く取ることが可能になり、例えば、ノイズの混入した光学系信号によるサーボの検出信号としての特性も大幅に改善できるようになる。また、これら高度な光学系を可搬性のある計測器などに組み込むことによって、新しい光学測定装置への応用も拡大できる。
【０００７】
しかしながら、図６に示した回転式チョッパ２００は、光チョップを行う遮光円盤２０２が機械的に回る構造であるために、変調周波数が高々１０ｋＨｚと低く、構成から言っても形状が大型になるため、一部の研究用など用途が限られていた。また、遮光円盤２０２の回転そのものは電気的な同期信号とは別なので、同期信号を得るために、電動モーターと同期をとるか、遮光円盤に同期信号用の仕掛けを要する。
【０００８】
また、図８に示した電磁開閉式チョッパ３００では、機械的な動作を電磁石３０１や磁石などが入るため構造が複雑であり、周期を短くすることは容易でない。また、駆動対象が電磁石であるため、駆動の省電力化には限界がある。
【０００９】
このように、従来、光を機械的にＯＮ／ＯＦＦするためには電動モータや電磁石を多く使われてきた。電磁石などは電流モードで駆動する方式であるため、高速チョッピングや省電力化には限界がある。また、機構的に複雑になり、駆動回路も簡単ではない。また、従来の機械的な円盤回転式や電磁開閉式の光チョッパでは、デューティ比の可変は極めて困難であり、また、大型で振動を発生しやすく信頼性や寿命も限られるため、特に機器に組み込んで使用するには問題が多い。
【００１０】
そこで、本発明は、このようなことに鑑みて考え出したものであり、光チョッパの小型化・軽量化・高速化・省電力化、そして低コスト化を図ることを目的としている。
【００１１】
本発明の更に他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る光チョッパは、印加磁界に応じて光減衰量が変化する光可変減衰器と、上記光可変減衰器に磁界を印加する磁界印加手段と、チョッピング信号に応じて駆動電圧源から上記磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とする定電流駆動回路と、上記定電流駆動回路にチョッピング信号を供給するチョッピング信号発生回路からなり、入射された光ビームを上記光可変減衰器により断続することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る光チョッパにおいて、上記定電流駆動回路は、例えば、上記チョッピング信号発生回路により発生される周波数とデューティ比が可変自在なチョッピング信号に応じて、上記磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、印加磁界に応じて光減衰量が変化する光可変減衰器により入射された光ビームを断続するので、機械的な振動を伴わず、より高寿命・高信頼性を確保することができ、しかも、部品点数が少なく構成が簡単で小型の光チョッパを提供することができる。
【００１５】
また、本発明に係る光チョッパでは、例えば、チョッピング信号発生回路により発生される周波数とデューティ比が可変自在なチョッピング信号に応じて、定電流駆動回路により磁界印加手段に順方向に流す励磁電流を所定の値とし、逆方向に流す電流を零とすることによって、チョッピング周波数と光ビームを断続するデューティ比を可変とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。
【００１７】
本発明を適用した光チョッパ１０は、例えば図１に示すように、印加磁界に応じて光減衰量が変化する光可変減衰器１と、上記光可変減衰器１に磁界を印加する磁界印加コイル２と、チョッピング信号に応じて駆動電圧源３Ａ，３Ｂから上記磁界印加コイル２に励磁電流を流す定電流駆動回路４と、上記定電流駆動回路４にチョッピング信号を供給するチョッピング信号発生回路５からなる。
【００１８】
この光チョッパ１０では、印加磁界に応じて通過光の減衰量を可変制御することのできる、例えば磁気光学結晶のファラデー効果を利用した光可変減衰器１により、入射された光ビームを断続する。光可変減衰器１では、印加磁界の強さすなわち磁界印加コイル２に流す励磁電流に比例して光が減衰する。
【００１９】
ここで、例えば図２に示すように、駆動電圧源３Ａから磁界印加コイル２に５０ｍＡの励磁電流を流すと、約３０ｄＢの光が減衰する光可変減衰器１を用い、上記５０ｍＡの励磁電流をスイッチＳによりオン／オフすると消光比３０ｄＢの実用的な光チョッパを実現することができる。
【００２０】
この場合、磁界印加コイル２のインダクタンスＬが２０ｍＨで損失抵抗Ｒを５０Ωとして、２．５Ｖの駆動電圧源３Ａから磁界印加コイル２に５０ｍＡの励磁電流を流すとすると、スイッチＳを閉じたときに、励磁電流ｉは次の式１にて示され、図３のＡに示すように変化し、５０ｍＡに達するまでに１ｍＳ以上かかってしまう。
【００２１】
【数１】
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したがって、光チョッピング周波数は２００〜３００Ｈｚ程度が限界になる。
【００２２】
そこで、この光チョッパ１０では、高電圧・定電流駆動とし、例えば図４に示すように、２５Ｖの駆動電圧源３Ｂにより５０ｍＡの定電流回路を動作させることにより、光チョッピング周波数を高速化している。この場合、図３のＢに示すように立ち上がり時間は約４０μＳになり、上述の２．５Ｖの駆動電圧源３Ａによる駆動と比較して１０倍以上高速にチョッピングすることが可能になる。なお、図３のＣに示すように高電圧駆動のみの特性を示している。
【００２３】
さらに、スイッチＳをオフにするときは、図５に示すように、駆動電圧源３Ｂを逆接続すると、励磁電流ｉは５０ｍＡから逆方向へ急速に流れようとする。そして、０ｍＡで定電流回路が動作するように設定することによって、スイッチＳをオンにするときと同様に高速化することができる。
【００２４】
この光チョッパ１０における定電流駆動回路４は、上述の如き原理に基づく高電圧・定電流駆動を行うものであって、磁界印加コイル２の一端に出力端が接続された演算増幅器４１と、上記磁界印加コイル２の他端に一端が接続された検出抵抗４２と、上記演算増幅器４１の非反転入力端に可動端子が接続された第１の切換スイッチ４３Ａと、上記検出抵抗４２の他端に可動端子が接続された第２の切換スイッチ４３Ｂを備え、上記磁界印加コイル２と検出抵抗４２との接続点が上記演算増幅器４１の反転入力端に接続され、上記第１の切換スイッチ４３Ａの一方の固定端子に第１の駆動電源３Ａの負極が接続され、上記第１の駆動電源３Ａ及び第２の駆動電源３Ｂの各正極が第２の切換スイッチ４３Ｂの一方の固定端子に接続され、上記第１及び第２の切換スイッチの各他の固定端子が上記第２の駆動電源３Ｂの負極に接続されている。
【００２５】
この定電流駆動回路４において、上記演算増幅器４１は、上記磁界印加コイル２に直接接続された検出抵抗４２とともに上述の定電流回路を構成しており、第１の切換スイッチ４３Ａを介して上記演算増幅器４１の非反転入力端に第１の駆動電源３Ａの負極が接続された状態（ｉｓＯＮ）では、第１の駆動電源３Ａの電圧をＶｂとし、また、検出抵抗４２の抵抗値をＲｓとして、ｉｓ＝Ｖｂ／Ｒｓ（例えばＶｂ＝５Ｖ，Ｒｓ＝２００Ωとしてｉｓ＝５０ｍＡ）の定電流回路として働き、上記第１の切換スイッチ４３Ａにより上記演算増幅器４１の非反転入力端から第１の駆動電源３Ａの負極が切り離された状態（ｉｓＯＦＦ）では、ｉｓ＝０ｍＡの定電流回路として働く。さらに、上記第１の切換スイッチ４３Ａに連動して第２の切換スイッチ４３Ｂも同時にスイッチングすることにより、上記磁界印加コイル２に第２の駆動電源３Ｂによる電圧（＋Ｖｓと−Ｖｓ）を加えて応答速度を高速化している。
【００２６】
この定電流駆動回路４は、チョッピング信号発生回路５から供給されるチョッピング信号に応じて上記第１及び第２の切換スイッチ４３Ｂの切り換え動作を行うことにより、上記磁界印加コイル２に順方向に流す励磁電流を所定の値（ここでは５０ｍＡ）とし、逆方向に流す電流を零（０ｍＡ）とする。
【００２７】
上記チョッピング信号発生回路５は、周波数とデューティ比が可変自在なチョッピング信号を発生する方形波発振器５０からなり、可変抵抗器ＶＲ１，ＶＲ２やスライドスイッチＳＷにより、光チョッピング周波数とデューティ比を可変することができる。
【００２８】
なお、上記チョッピング信号発生回路５をワンチップＣＰＵなどの用いてデジタル方式とすることにより、より高精度で広範囲に光チョッピング周波数とデューティ比を可変することができ、また、外部からソフトウエアにより正確な光チョッピング周波数とデューティ比を設定することも可能になる。
【００２９】
このような構成の光チョッパ１０では、５０ｍＡの電流で約３０ｄＢの光が減衰し、応答速度が約１ｍＳの光可変減衰器１を用い、上記５０ｍＡの励磁電流をスイッチＳによりオン／オフすると消光比３０ｄＢの実用的な光チョッパを実現することができ、チョッピング周波数約６ＫＨｚまで高速化することができ、デューティ比も約１５〜８５％の範囲で可変することができた。
【００３０】
上記光可変減衰器１としては、例えばＦＤＫ社製のVariable Optical Attenuator C-band:YS-5000-155やＡＧＩＬＴＲＯＮ社製のＮＳシリーズＶＯＡなどを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明を適用した光チョッパの構成を示すブロック図である。
【図２】上記光チョッパにおける光可変減衰器の駆動方法を説明するための回路図である。
【図３】上記光チョッパにおいてスイッチオン時に光可変減衰器のコイルに流れる電流波形を示す図である。
【図４】上記光チョッパにおける光可変減衰器の高電圧・定電流駆動について説明するための回路図である。
【図５】上記光チョッパにおけるスイッチオフ時の高速度化するための駆動方法について説明するための回路図である。
【図６】遮光円盤を用いた従来の光チョッパの概念図である。
【図７】光チョッパの出力を模式的に示す図である。
【図８】電磁石により駆動される従来の光チョッパの概念図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光可変減衰器、２  磁界印加コイル、３Ａ  第１の駆動電圧源、３Ｂ  第２の駆動電圧源、１０  光チョッパ、４  定電流駆動回路、５  チョッピング信号発生回路、４１  演算増幅器、４２  検出抵抗、４３Ａ  第１の切換スイッチ、４３Ｂ  第２の切換スイッチ、５０  方形波発振器、Ｓ  スイッチ、ＶＲ１，ＶＲ２  可変抵抗器、ＳＷ  スライドスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007047217.tif 000009
【図７】
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【図８】
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