(57)【要約】【課題】本発明は、入力値に意図的な変化を与えることなく出力値を測定システムの出力特性の極値と一致させるように調整することができる極値検出器を提供する。【解決手段】本発明は、被測定物から出力される信号の出力値の極値を検出する極値検出器であって、電圧値が周期的に変化する交流電圧を印加する交流電圧源と、交流電圧源から印加された交流電圧によって中心周波数が変化し、被測定物から出力される信号をフィルタリングして出力するバンドパスフィルタと、フィルタリングされた信号の信号強度を検出して強度信号を出力する強度検出器と、交流電圧源から印加された交流電圧と強度信号とをミキシングして、強度信号における信号強度の微分値を示す微分信号を出力するミキサと、微分信号の微分値がゼロとなるように、被測定物から出力される信号の周波数を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物から出力される信号の出力値の極値を検出する極値検出器であって、
電圧値が周期的に変化する交流電圧を印加する交流電圧源と、
前記交流電圧源から印加された交流電圧によって中心周波数が変化し、前記被測定物から出力される信号をフィルタリングして出力するバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタにおいてフィルタリングされた信号の信号強度を検出して強度信号を出力する強度検出器と、
前記交流電圧源から印加された交流電圧と前記強度信号とをミキシングして、前記強度信号における前記信号強度の微分値を示す微分信号を出力するミキサと、
前記微分信号の微分値がゼロとなるように、前記被測定物から出力される信号の周波数を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする極値検出器。
【請求項２】
前記被測定物はレーザーであり、
前記極値検出器は、前記レーザーから出力されたレーザー光を受光して電気信号に変換して前記バンドパスフィルタに出力するフォトディテクタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の極値検出器。
【請求項３】
前記被測定物はレーザーであり、
前記バンドパスフィルタは光学バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の極値検出器。
【請求項４】
被測定物から出力される信号の出力値の極値を検出する極値検出方法であって、
印加電圧によって中心周波数が変化するバンドパスフィルタと、ミキサとに交流電圧を印加するステップと、
前記バンドパスフィルタを用いて、前記被測定物から出力される信号をフィルタリングして出力するステップと、
前記バンドパスフィルタにおいてフィルタリングされた信号の強度を検出して強度信号を出力するステップと、
前記交流電圧源から印加された前記交流電圧と前記強度信号とをミキシングして、前記強度信号における前記信号強度の微分値を示す微分信号を出力するステップと、
前記微分信号の値がゼロとなるように、前記被測定物から出力される信号の周波数を制御するステップと、
を含むことを特徴とする極値検出方法。
【請求項５】
前記被測定物はレーザーであり、
前記レーザーから出力されたレーザー光を受光して電気信号に変換して前記バンドパスフィルタに出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の極値検出方法。
【請求項６】
前記被測定物はレーザーであり、
前記バンドパスフィルタは光学バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の極値検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力値に応じた出力値を出力する機能を持ち、かつある特定の入力値において出力値に極大値または極小値を有するシステムにおいて、これら出力値が極値となるような特定の入力値を検出する極値検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある被測定物の物理量を入力すると、入力値に応じた出力値を出力する機能を有する被測定物の測定を行う測定システムにおいて、測定された出力値が極大または極小となるように被測定物の物理量を調整することは、制御工学では重要な技術の一つである。一例として、図３に示すような、高周波電気信号の周波数をバンドパスフィルタを用いて制御装置によって調整する場合を考える。図３は、従来の極値検出器の構成を示す図である。図３には、制御入力により出力の周波数が変化する高周波信号源３０１に対して、バンドパスフィルタ３０３と、強度検出器３０４と、制御装置３０６とを備えた従来の極値検出器が示されている。
【０００３】
ここで、バンドパスフィルタとは、図４に示すバンドパスフィルタの透過特性のように、自身の中心周波数を有し、入力される高周波電気信号の周波数が中心周波数と一致した場合に最少の損失、すなわち最大の強度でこの高周波電気信号を出力側へ透過するものである。一方、入力される高周波電気信号の周波数と中心周波数との乖離が大きいほど大きな損失、すなわち小さな強度で高周波電気信号を出力側へ透過するものである。
【０００４】
したがって、図３に示す従来の極値検出器では、被測定物としての高周波信号源３０１から出力された高周波電気信号をバンドパスフィルタ３０３に入力し、バンドパスフィルタ３０３から出力される高周波電気信号の出力強度を強度検出器３０４で測定し、検出された出力強度に応じて制御装置３０６で高周波信号３０１の入力を制御し、高周波電気信号の周波数を調整して出力強度が最大となるような周波数を見つけることにより、被測定物から出力される高周波電気信号の周波数をバンドパスフィルタ３０３の中心周波数に一致した周波数にすることが可能となる。
【０００５】
非特許文献１には、レーザー光をそのレーザー光の波長に対応する高周波電気信号に変換した後に、この高周波電気信号をバンドパスフィルタに透過させ、透過後の高周波電気信号の強度が最大となるようにレーザーの波長を調整することにより、高周波電気信号の周波数がバンドパスフィルタの中心波長と一致するように調整して所望のレーザー波長を得る方法が示されている。非特許文献１に記載の方法では、高周波電気信号の周波数がバンドパスフィルタの中心周波数と一致しているかどうかを検出するために、意図的に高周波電気信号の周波数、すなわちレーザー光の波長をわずかながら変化させ、透過する高周波電気信号の強度が最大となる条件を見出し、その波長にレーザー光の波長を調整している。一旦、レーザー光の波長を所望の波長に調整した後も常に波長をわずかに変化させて、高周波電気信号の強度が最大値となっていることを確認してその値を維持することで、長時間にわたりレーザー光の波長を所望の値に保持することが可能となっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐伯淳、武内翔太、恩地裕和、加藤和利、「光差周波を用いたフレキシブルグリッド向け高精度レーザー波長安定化」、レーザー学会学術講演会第３４回年次大会、2014年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術のように、測定システムの出力が最大値となるように入力値を調整するには、常に入力値をわずかに変化させ続け、入力値の変化に対する出力値の変化を観測し、出力値の変化の度合いがゼロに近くなる状態であることを確認する必要がある。これは入力に対する出力特性の微分値を観測しているということと同義である。つまり、出力特性の微分関数は極値においてゼロとなり、その前後では符号が反対となるため、ゼロ点を求める、すなわち出力値の変化がゼロとなるような入力値を求めることで出力が最大となる入力値を見つけることができる。
【０００８】
ところで、従来技術のように、入力値を常に変化させて出力値が極値となるような入力値を求める方法では、入力値が常に変化しているために、入力値に雑音が重畳されるという問題があった。例えば、光通信用レーザーの波長を入力値として光バンドパスフィルタの出力が最大となるようにレーザー波長を調整することで波長安定化を行う場合には、レーザー波長を常に変化させることとなる。そのため、このレーザー光を用いて光通信を行うと、受信側において波長の変化に起因する雑音が発生し、波長が変化しない場合に比べて受信感度が劣化するという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、入力値に意図的な変化を与えることなく出力値を測定システムの出力特性の極値と一致させるように調整することができる極値検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、請求項１に記載の極値検出器は、被測定物から出力される信号の出力値の極値を検出する極値検出器であって、電圧値が周期的に変化する交流電圧を印加する交流電圧源と、前記交流電圧源から印加された交流電圧によって中心周波数が変化し、前記被測定物から出力される信号をフィルタリングして出力するバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタにおいてフィルタリングされた信号の信号強度を検出して強度信号を出力する強度検出器と、前記交流電圧源から印加された交流電圧と前記強度信号とをミキシングして、前記強度信号における前記信号強度の微分値を示す微分信号を出力するミキサと、前記微分信号の微分値がゼロとなるように、前記被測定物から出力される信号の周波数を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の極値検出器は、請求項１に記載の極値検出器であって、前記被測定物はレーザーであり、前記極値検出器は、前記レーザーから出力されたレーザー光を受光して電気信号に変換して前記バンドパスフィルタに出力するフォトディテクタをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の極値検出器は、請求項１に記載の極値検出器であって、前記被測定物はレーザーであり、前記バンドパスフィルタは光学バンドパスフィルタであることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の極値検出方法は、被測定物から出力される信号の出力値の極値を検出する極値検出方法であって、印加電圧によって中心周波数が変化するバンドパスフィルタと、ミキサとに交流電圧を印加するステップと、前記バンドパスフィルタを用いて、前記被測定物から出力される信号をフィルタリングして出力するステップと、前記バンドパスフィルタにおいてフィルタリングされた信号の強度を検出して強度信号を出力するステップと、前記交流電圧源から印加された前記交流電圧と前記強度信号とをミキシングして、前記強度信号における前記信号強度の微分値を示す微分信号を出力するステップと、前記微分信号の値がゼロとなるように、前記被測定物から出力される信号の周波数を制御するステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の極値検出方法は、請求項４に記載の極値検出方法であって、前記被測定物はレーザーであり、前記レーザーから出力されたレーザー光を受光して電気信号に変換して前記バンドパスフィルタに出力するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載の極値検出方法は、請求項４に記載の極値検出方法であって、前記被測定物はレーザーであり、前記バンドパスフィルタは光学バンドパスフィルタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の極値検出器によれば、被測定物に関する入力値を意図的に変化させることなく、出力値を測定システムの出力特性の極値と一致させることができるため、被測定物に関する入力値に不必要な雑音が付加されなくなる。その結果、被測定物の高精度な特性評価を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例に係る極値検出器の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る極値検出器における、バンドパスフィルタの透過特性と、ミキサの出力特性とを示す図である。
【図３】従来の極値検出器の構成を示す図である。
【図４】バンドパスフィルタの透過特性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、測定システムを制御するための制御電圧（具体的にはバンドパスフィルタに印加する交流電圧）と、測定システムにおける出力信号（具体的には測定システム中の強度検出器からの強度信号）をミキサでミキシングして、ミキサの出力値がゼロになるように測定システムへの入力値を制御する。これにより、本発明では、入力値に意図的な変化を与えることなく、出力値を測定システムの出力特性の極値と一致させるように調整することが可能となる。そのため、本発明では、被測定物に関する入力値に不必要な雑音が付加されなくなり、その結果、高精度な被測定物の特性評価を実現することができる。以下、本発明に係る実施例を説明する。
【００１９】
（実施例）
図１は、本発明の実施例に係る極値検出器の構成を示す図である。本発明の実施例に係る極値検出器は、交流電圧源１０２と、バンドパスフィルタ１０３と、強度検出器１０４と、ミキサ１０５と、制御装置１０６とを備える。バンドパスフィルタ１０３の中心周波数は交流電圧源１０２から印加される電圧の電圧値によって周期的に変化している。
【００２０】
被測定物としての高周波信号源１０１は、高周波電気信号を出力する。交流電圧源１０２は、バンドパスフィルタ１０３に電圧を印加し、その中心周波数を周期的に変化させている。また、交流電圧源１０２は、ミキサ１０５にもバンドパスフィルタ１０３に印加した電圧と同じ電圧を印加する。バンドパスフィルタ１０３は、高周波信号源１０１から入力した高周波電気信号をフィルタリングして、当該フィルタリングした信号を強度検出器１０４に出力する。強度検出器１０４は、当該フィルタリングした信号の信号強度を検出して、当該信号強度を示す強度信号をミキサ１０５に出力する。ミキサ１０５は、強度検出器１０４から入力した強度信号と交流電圧源１０２から印加された電圧とをミキシングすることで、当該信号強度の微分信号を制御装置１０６に出力する。制御装置１０６は、ミキサ１０５から入力した微分信号に基づいて、微分信号の値がゼロとなるように、高周波信号源１０１が出力する高周波電気信号の周波数を調整する。
【００２１】
図２（ａ）は、高周波信号源１０１から出力された高周波電気信号の周波数に対するバンドパスフィルタの透過特性を示す。図２（ａ）に示すように、交流電圧源１０２からの印加電圧がＶ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ２→Ｖ１→Ｖ２→・・・と周期的に変化することにより、バンドパスフィルタ１０３の中心周波数は周期的に変化する。
【００２２】
図２（ｂ）は、ミキサ１０５の出力特性を示す。高周波信号源１０１から出力された高周波電気信号は、バンドパスフィルタ１０３の中心周波数が周期的に変化することによって、強度検出器１０４において周期的な強度変調を受けた信号として検出される。この強度変調された信号と交流電圧源１０２の電圧とをミキサ１０５でミキシングすることにより、ミキサ１０５からの出力は、図２（ｂ）に示すような、バンドパスフィルタ１０３の透過特性の微分関数に相似の形状となる。
【００２３】
高周波信号源１０１が出力する高周波電気信号の周波数を所望の周波数に安定化したい場合には、まず中心周波数が安定化したい周波数と同じ周波数になるようにバンドパスフィルタ１０３に印加する電圧を設定する。次に、バンドパスフィルタの透過特性を周期的に変化させるために、この設定電圧に交流電圧源１０２からの電圧を重畳してバンドパスフィルタ１０３に印加する。ミキサ１０５の出力がゼロとなるように、すなわち高周波信号源１０１が出力する高周波電気信号の周波数がバンドパスフィルタ１０３の中心周波数と一致するように、制御装置１０６によって高周波信号源１０１が出力する高周波電気信号の周波数を調整する。
【００２４】
以上、本実施例では、図２（ｂ）に示すように測定システムの極値として極大値を用いた例を示したが、測定システムの極小値を用いて信号源を安定化する場合にも同様の効果が期待できる。また、高周波信号源１０１が高周波電気信号を出力する例を示したが、信号源としてレーザーなどの光源を用いても同様の効果が期待できる。その場合には、バンドパスフィルタ１０３として光学バンドパスフィルタを用いればよい。また、高周波信号源１０１としてレーザーを用いて、極値検出器がレーザーから出力されたレーザー光を受光して電気信号に変換するフォトディテクタをさらに備えるように構成してもよい。
【００２５】
以上、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は実施例に示した構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【符号の説明】
【００２６】
高周波信号源  １０１、３０１
交流電圧源  １０２
バンドパスフィルタ  １０３、３０３
強度検出器  １０４、３０４
ミキサ  １０５
制御装置  １０６、３０６
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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