(57)【要約】【課題】消費電力を抑えつつ、複数の電気信号を並行処理で光信号に変換する。【解決手段】データ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３、およびクロック信号ＣＫａの数未満の数の発光ダイオード１１ａで構成された光源部１１と、データ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３、およびクロック信号ＣＫａと一対一で対応して配設されたこれらの電気信号の数と同数の光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとを備え、各光シャッタ１２は、対応する電気信号の信号内容に応じて、光源部１１から出射される光Ｌを透過する透過状態および光Ｌを遮光する遮光状態のうちの一方の状態から他方の状態、または他方の状態から一方の状態に移行することにより、上記の電気信号を光信号に並行処理で変換して出力する。【選択図】図１
2013114104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電気信号を並行処理で光信号に変換して出力する電光変換装置であって、
前記複数の電気信号の数未満の数の発光素子で構成された光源部と、
前記複数の電気信号と一対一で対応して配設された当該電気信号の数と同数の光シャッタとを備え、
前記各光シャッタは、前記対応する電気信号の信号内容に応じて、前記光源部から出射される光を透過する透過状態および当該光を遮光する遮光状態のうちの一方の状態から他方の状態、または当該他方の状態から当該一方の状態に移行することにより、前記複数の電気信号を前記光信号に並行処理で変換して出力する電光変換装置。
【請求項２】
前記光源部を構成する前記発光素子の数が１つである請求項１記載の電光変換装置。
【請求項３】
前記光源部は、入力する制御信号の信号内容に応じて前記発光素子を点灯または消灯させる請求項１または２記載の電光変換装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の電光変換装置と、
前記電光変換装置の前記各光シャッタと同数の受光素子が、対応する当該光シャッタと一対一で対向して並設されて構成された受光装置とを備え、
前記各受光素子が、前記対応する光シャッタを透過した前記光を受光して電気信号に変換して出力することにより、前記電光変換装置に入力された前記複数の電気信号と電気的に絶縁された当該電気信号と同数の他の電気信号を生成して出力する光アイソレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を光信号に一旦変換してアイソレーションする光アイソレーション装置に用いられる電光変換装置、およびこの電光変換装置を備えた光アイソレーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の光アイソレーション装置として、下記特許文献１において開示されている光電変換手段が知られている。この光電変換手段は、第１のフリップフロップ回路と第２のフリップフロップ回路とを接続するＮ個のデータ伝送用フォトカプラ（電光変換装置）と、装置本体のクロックパルスを入力ユニットに対してそのＡ／Ｄ変換回路および第１のフリップフロップ回路の制御信号（クロックパルス）として伝達する第１の制御パルス用フォトカプラと、そのクロックパルスを装置本体側の第２のフリップフロップ回路の制御信号（クロックパルス）として伝達する第２の制御パルス用フォトカプラとを備えている。
【０００３】
この複数のフォトカプラを使用する構成により、この光電変換手段は、データおよびクロックパルスを並行処理で伝達可能な状態で、かつ電気的に絶縁した状態（アイソレーションした状態）で、入力ユニットと装置本体とを接続する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３１１０３５号公報（第３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記の光電変換手段には、以下の改善すべき課題が存在している。すなわち、この光電変換手段では、各データおよび各クロックパルスについて１つずつフォトカプラ（電光変換装置）を使用してアイソレーション（電気的に絶縁）する構成を採用しているため、使用するフォトカプラの数が多数となって、消費電力が大きくなるという改善すべき課題が存在している。
【０００６】
本発明は、かかる課題を改善すべくなされたものであり、消費電力を抑えつつ、複数の電気信号を並行処理で光信号に変換し得る電光変換装置、およびこの電光変換装置を備えた光アイソレーション装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電光変換装置は、複数の電気信号を並行処理で光信号に変換して出力する電光変換装置であって、前記複数の電気信号の数未満の数の発光素子で構成された光源部と、前記複数の電気信号と一対一で対応して配設された当該電気信号の数と同数の光シャッタとを備え、前記各光シャッタは、前記対応する電気信号の信号内容に応じて、前記光源部から出射される光を透過する透過状態および当該光を遮光する遮光状態のうちの一方の状態から他方の状態、または当該他方の状態から当該一方の状態に移行することにより、前記複数の電気信号を前記光信号に並行処理で変換して出力する。
【０００８】
また、請求項２記載の電光変換装置は、請求項１記載の電光変換装置において、前記光源部を構成する前記発光素子の数が１つである。
【０００９】
また、請求項３記載の電光変換装置は、請求項１または２記載の電光変換装置において、前記光源部は、入力する制御信号の信号内容に応じて前記発光素子を点灯または消灯させる。
【００１０】
また、請求項４記載の光アイソレーション装置は、請求項１から３のいずれかに記載の電光変換装置と、前記電光変換装置の前記各光シャッタと同数の受光素子が、対応する当該光シャッタと一対一で対向して並設されて構成された受光装置とを備え、前記各受光素子が、前記対応する光シャッタを透過した前記光を受光して電気信号に変換して出力することにより、前記電光変換装置に入力された前記複数の電気信号と電気的に絶縁された当該電気信号と同数の他の電気信号を生成して出力する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の電光変換装置および請求項４記載の光アイソレーション装置によれば、電気信号の数未満の数の発光素子で光源部を構成したことにより、各電気信号について１つずつフォトカプラ（電光変換装置）を使用してアイソレーションする構成と比較して、発光素子の数を低減することができるため、複数の電気信号を並行処理で光信号に変換しつつ、消費電力を削減することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の電光変換装置によれば、１つの発光素子で光源部を構成したことにより、消費電力を大幅に削減することができる。
【００１３】
また、請求項３記載の電光変換装置によれば、入力する制御信号の信号内容に応じて光源部が発光素子を点灯または消灯させる構成を採用したことにより、発光素子を常時点灯させる構成と比較して消費電力を一層削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】光アイソレーション装置１の構成図である。
【図２】光アイソレーション装置１の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】光シャッタ１２および受光素子２１の他の構成を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、電光変換装置および光アイソレーション装置の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、光アイソレーション装置１の構成について、図１を参照して説明する。
【００１７】
光アイソレーション装置１は、図１に示すように、電光変換装置２および受光装置３を備え、複数の電気信号（本例では、データ信号（パラレルデータ信号）Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３、およびクロック信号ＣＫａの４つの電気信号）を光信号に並行処理（コンカレント処理）でそれぞれ変換して、上記の複数の電気信号と電気的に絶縁（アイソレーション）された複数の電気信号（データ信号（パラレルデータ信号）Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３、およびクロック信号ＣＫｂの４つの他の電気信号）を出力する。
【００１８】
電光変換装置２は、光源部１１、および複数（上記の電気信号の数（総数）と同数。本例では４つ）の光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ（以下、特に区別しないときには「光シャッタ１２」ともいう）を備え、入力する３ビットのデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（以下、特に区別しないときには「データ信号Ｄａ」ともいう）およびクロック信号ＣＫａの４つの電気信号を光信号にそれぞれ変換して出力する。
【００１９】
光源部１１は、上記の電気信号の数未満の数の発光素子１１ａ（具体的には、半導体発光素子（本例では一例として、発光ダイオード。以下、「発光ダイオード１１ａ」ともいう））を備えている。この場合、光源部１１での消費電力を実効ある程度に低減するためには、少なくとも電気信号の数の二分の一以下に発光ダイオード１１ａの数を削減するのが好ましい。本例では、一例として、消費電力を最も低減し得るように、発光ダイオード１１ａの数を１つに削減している。また、光源部１１は、入力する制御信号Ｓ１の信号内容（ハイレベルおよびローレベルのいずれかの信号状態）に応じて、発光ダイオード１１ａを点灯または消灯させる。本例では、一例として、光源部１１は、制御信号Ｓ１がハイレベルのときには発光ダイオード１１ａを点灯させ、ローレベルのときには発光ダイオード１１ａを消灯させる。また、光源部１１は、点灯状態の発光ダイオード１１ａから出射される光Ｌを各光シャッタ１２の正面に照射する。
【００２０】
光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、一例として、図１に示すように、同一平面上において絶縁層１２ｅを介在させた状態（つまり、挟んだ状態）で２行２列に配列されている。また、各光シャッタ１２は、光源部１１から出射される光Ｌの照射領域内に配設されている。また、各光シャッタ１２は、液晶素子、強誘電体素子および粒子横泳動素子などの光を透過する透過状態および光を遮光する遮光状態のいずれか一方の状態に任意に移行し得る素子で構成されている。
【００２１】
具体的には、光シャッタ１２ａは、対応するデータ信号Ｄａ１の信号内容に応じて透過状態および遮光状態のうちのいずれか一方の状態から他方の状態に移行し、また他方の状態から一方の状態に移行する。また、他の光シャッタ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄも、対応するデータ信号Ｄａ２，Ｄａ３およびクロック信号ＣＫａの信号内容に応じて透過状態および遮光状態のうちのいずれか一方の状態から他方の状態に移行し、また他方の状態から一方の状態に移行する。また、各光シャッタ１２は、透過状態のときには、正面に照射されている光Ｌを透過させて背面側から出力し、遮光状態のときには、正面に照射されている光Ｌの背面側からの出力を停止する。本例では、一例として、各光シャッタ１２は、対応するデータ信号Ｄａやクロック信号ＣＫａがハイレベル（「１」）のときには透過状態に移行し、ローレベル（「０」）のときには遮光状態に移行する。
【００２２】
受光装置３は、電光変換装置２の各光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと同数（本例では４つ）の受光素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ（以下、特に区別しないときには「受光素子２１」ともいう）を備えている。受光素子２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、一例として、図１に示すように、対応する光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと一対一で対向するように、同一平面上に並設（２行２列に配列）されている。この場合、受光素子２１としては、フォトトランジスタや、光を吸収する半導体素子（アモルファス半導体素子）などを使用することができる。
【００２３】
また、図１では、発明の理解を容易にするため、各受光素子２１は、各シャッタ１２ととの間の隙間を大きく空けた状態で示しているが、実際には、各シャッタ１２との間の電気的絶縁が十分に確保された状態で、各シャッタ１２の背面側において各シャッタ１２に近接させた状態で配設されている。この構成により、受光素子２１ａは、図１において破線の矢印で示すように、対応する光シャッタ１２ａから出力される光Ｌのみを受光して電気信号に変換することにより、データ信号Ｄａ１と電気的に絶縁（アイソレーション）されたデータ信号Ｄｂ１を出力する。同様にして、他の受光素子２１ｂ，２１ｃ，２１ｄも、破線の矢印で示すように、対応する光シャッタ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄから出力される光Ｌのみを受光して電気信号に変換することにより、データ信号Ｄａ２，Ｄａ３およびクロック信号ＣＫａとそれぞれ電気的に絶縁（アイソレーション）されたデータ信号Ｄｂ２，Ｄｂ３およびクロック信号ＣＫｂを出力する。
【００２４】
次に、光アイソレーション装置１の動作について、図１，２を参照して説明する。一例として、各データ（１，０，１）、（０，１，０）をデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３として、クロック信号ＣＫａと共に順次入力して、電気的に絶縁されたデータ信号Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３としての各データ（１，０，１）、（０，１，０）、およびクロック信号ＣＫｂに変換して出力する例について説明する。
【００２５】
まず、１回目のデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（１，０，１）およびクロック信号ＣＫａについてのデータ信号Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３およびクロック信号ＣＫｂへの変換について説明する。
【００２６】
この光アイソレーション装置１では、まず、制御信号Ｓ１が、ローレベル（「０」）からハイレベル（「１」）に移行し、このハイレベル（「１」）を一定期間維持する。これにより、発光ダイオード１１ａが、消灯状態から点灯状態に移行し、この点灯状態を一定期間維持する。光源部１１は、発光ダイオード１１ａが点灯状態のときに、各光シャッタ１２の正面に光Ｌを照射する。
【００２７】
次いで、データ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３、およびクロック信号ＣＫａが並行して（パラレル状態で）入力される。まず、図２に示すように、データ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３として、データ（１，０，１）が入力されたときには、これらのデータ信号Ｄａのうちのハイレベル（「１」）となるデータ信号Ｄａ１，Ｄａ３により、光シャッタ１２ａ，１２ｃが遮光状態から透過状態にそれぞれ移行し、これに伴い、光シャッタ１２ａ，１２ｃに照射されている光Ｌが光シャッタ１２ａ，１２ｃを透過して、それぞれに対応する受光素子２１ａ，２１ｃに照射される（つまり、受光素子２１ａ，２１ｃが、非受光状態から受光状態に移行する）。一方、上記のデータ信号Ｄａのうちのローレベル（「０」）となるデータ信号Ｄａ２により、光シャッタ１２ｂは遮光状態を維持するため、光シャッタ１２ｂに照射されている光Ｌは光シャッタ１２ｂによって遮光されて、受光素子２１ｂには照射されない（つまり、受光素子２１ｂは非受光状態に維持される）。
【００２８】
したがって、受光状態の受光素子２１ａ，２１ｃは、ハイレベル（「１」）となるデータ信号Ｄｂ１，Ｄｂ３を出力し、非受光状態の受光素子２１ｂは、ローレベル（「０」）となるデータ信号Ｄｂ２を出力する。
【００２９】
このようにして各データ信号Ｄｂが各データ信号Ｄａと同じ信号内容に移行した後に、クロック信号ＣＫａが、図２に示すように、ローレベル（「０」）からハイレベル（「１」）に移行し、再度、ローレベル（「０」）に移行する。このクロック信号ＣＫａの信号内容の変化に同期して、光シャッタ１２ｄは、まず、遮光状態から透過状態に移行する。これに伴い、光シャッタ１２ｄに照射されている光Ｌが、光シャッタ１２ｄを透過して、対応する受光素子２１ｄに照射される（つまり、受光素子２１ｄが、非受光状態から受光状態に移行する）。次いで、光シャッタ１２ｄは、透過状態から遮光状態に移行する。これに伴い、光シャッタ１２ｄに照射されている光Ｌは光シャッタ１２ｄによって遮光されて、受光素子２１ｄへの光Ｌの照射が停止される（つまり、受光素子２１ｄは、受光状態から非受光状態に移行する）。
【００３０】
この後、制御信号Ｓ１は、ハイレベル（「１」）からローレベル（「０」）に移行する。これにより、発光ダイオード１１ａが点灯状態から消灯状態に移行するため、光源部１１は、各光シャッタ１２の正面への光Ｌの照射を停止する。これにより、１回目のデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（１，０，１）およびクロック信号ＣＫａについてのデータ信号Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３およびクロック信号ＣＫｂへの変換が完了する。
【００３１】
光アイソレーション装置１は、図２に示すように、続いて、２回目のデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（０，１，０）およびクロック信号ＣＫａを入力したときにも、上記した１回目のデータ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（１，０，１）およびクロック信号ＣＫａを入力したときと同様にして、電光変換装置２および受光装置３が作動することにより、同図に示すように、データ信号Ｄａ１，Ｄａ２，Ｄａ３（０，１，０）およびクロック信号ＣＫａを、電気的に絶縁されたデータ信号Ｄｂ１，Ｄｂ２，Ｄｂ３（０，１，０）およびクロック信号ＣＫｂに変換して出力する。
【００３２】
このようにして、光アイソレーション装置１から出力されるパラレルデータとしての各データ信号Ｄｂについては、例えば、この各データ信号Ｄｂと並行して出力されるクロック信号ＣＫｂを用いて、フリップフロップに保持させる。これにより、その後、各データ信号Ｄｂをシリアルデータに変換するなどの種々の処理が可能となる。
【００３３】
このように、この電光変換装置２および光アイソレーション装置１によれば、電気信号の数（データ信号Ｄａの数にクロック信号ＣＫａを加えた数）未満の数の発光ダイオード１１ａで光源部１１を構成したことにより、各データおよび各クロックパルスについて１つずつフォトカプラ（電光変換装置）を使用してアイソレーション（電気的に絶縁）する構成と比較して、発光ダイオードの数を低減することができるため、複数の電気信号（データ信号Ｄａおよびクロック信号ＣＫａ）を並行処理で光信号に変換しつつ、消費電力を削減することができる。
【００３４】
また、この電光変換装置２および光アイソレーション装置１によれば、１つの発光ダイオード１１ａで光源部１１を構成したことにより、消費電力を大幅に削減することができる。
【００３５】
また、電光変換装置２および光アイソレーション装置１において、光源部１１の発光ダイオード１１ａを常時点灯させる構成を採用することもできるが、上記した電光変換装置２および光アイソレーション装置１のように、入力する制御信号Ｓ１の信号内容に応じて光源部１１が発光ダイオード１１ａを点灯または消灯させる構成を採用することにより、発光ダイオード１１ａを常時点灯させる構成と比較して消費電力を一層削減することができる。
【００３６】
なお、上記の電光変換装置２では、３ビットのデータ信号Ｄａと共にクロック信号ＣＫａを電気信号として並行して入力して、この電気信号と電気的に絶縁された他の電気信号としての３ビットのデータ信号Ｄｂおよびクロック信号ＣＫｂに変換して出力する構成を採用しているが、入力する電気信号の数は２以上であれば任意の数とすることができる。また、複数のデータ信号Ｄａのみを電気信号として並行して入力して、この電気信号と電気的に絶縁された他の電気信号としての同数のデータ信号Ｄｂに変換して出力する構成を採用することもできる。
【００３７】
また、上記の電光変換装置２では、複数の光シャッタ１２（上記の例では４つの光シャッタ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）をマトリクス状（上記の例では２行２列）に配設しているが、これに限定されず、複数の光シャッタ１２の配置は任意である。例えば、図３に示すように、絶縁層１２ｅを介在させた（挟んだ）状態で、直線状に並設する構成を採用することもできる。また、この構成を採用したときには、同図に示すように、光シャッタ１２と同数の受光素子２１を光シャッタ１２に対応させて直線状に並設する構成を採用して、各受光素子２１が、対応する光シャッタ１２からの光Ｌを受光可能に構成する。
【００３８】
また、光源部１１を構成する発光素子の一例である半導体発光素子として発光ダイオード１１ａを使用する例を挙げて説明したが、レーザダイオード（半導体レーザ）を半導体発光素子として使用することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１  光アイソレーション装置
２  電光変換装置
３  受光装置
１１  光源部
１１ａ  発光ダイオード
１２  光シャッタ
２１  受光素子
Ｄａ，Ｄｂ  データ信号
ＣＫａ，ＣＫｂ  クロック信号
【図１】
2013114104.tif 000003
【図２】
2013114104.tif 000004
【図３】
2013114104.tif 000005