説明

電光変換装置および光アイソレーション装置

【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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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