JPS63121310A - 光給電形アナログホトカプラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電気的なアナログ信号を光信号の形で伝送す
る光給電形アナログホトカプラ（光結合素子）に関する
ものである。

（従来の技術） 一般に、物理的距離のある機器間で信号伝送を行う場合
には金属ケーブルが使用される。ところが金属ケーブル
を伝送路とした場合には、誘１［音や機器間の相互干渉
により、１ｊｔｉ音が混入するおそれがある。このよう
な雑音を大別すると、同相雑音と異相ｌ＠に分類される
。同相錐＆は、伝送路における信号線とグランド線が同
レベルで同位相な変動をするものであり、そのため伝送
路回路中を電流が流れることはないが、機器間のグラン
ドレベル変動となる。これに対して異相雑音は、信号自
体が右する惟当や、信号線とグランド線の間に電磁界が
入った場合であり、そのため２線間に電位差が発生して
伝送回路中に流れる。伝送信号は異相信号であり、異相
雑音が加わった際にそれを分＋！１ｉすることが難しい
ため、同相雑音の混入を極力避けるようにしている。

このような異相電音及び同相雑音の混入を防止する方法
の一つとしてホトカプラを用いた光学的方法でアイソレ
ーションをとる技術が提案されている。

従来、このようなホトカプラの技術としては、（財）光
産業技術娠興協会監修「光部品・製品活用事典」　（昭
６Ｏ−９−１５）７ｊプトロニクス社Ｐ、　２９３−２
９９に記載されるものがあった。この秤のホトカプラは
、電気的には絶縁され、光学的には結合されているＬＥ
Ｄ（発光ダイオード）等からなる発光部とホトトランジ
スタ等からなる受光部とを有し、それらがパッケージ内
に設けられている。

以上の構成において、入力電気信号が発光部に与えられ
ると、その入力電気信号は発光部で光信号に変換された
後、受光部で再び電気信号に変換されて出力される。こ
こで、発光部をＬＥＤで構成した場合、そのＬＥＤはラ
インに流れる電流（異相信号）に対してのみ発光し、同
相の電圧変動に対しては入力の端子間電圧レベル変動が
ないため、そのＬＥＤに電流が流れず、発光しない。従
って同相レベルのＷＬ音を光学的結合において完全に除
去することが可能となる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成のホトカプラでは、ディジタル
信号を伝送できるものの、発光部及び受光部の直線性や
温度安定性が悪いために、アナログ信号の伝送には使用
できないという問題点があった。また出力側から入力側
へ電源電力を供給しようとする場合、その電力供給手段
を外部に設けなければならず、全体の構成が複雑化する
と共に、取付（プスペースが大きくなるという問題点も
あった。

本発明は前記従来技術が持っていた問題点として、アナ
ログ信号を伝送できない点と、電力供給手段を付加した
ときの構成の複雑化および大形化の点について解決した
光給電形アナログホトカプラを提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、入力アナログ信
号をパルス化回路でパルス信号に変換しそのパルス信号
を電気／光変換器で光信号に変換する入力部と、前記光
信号を光／′ｒ１気変換器で電気信号に変換しその電気
信号をアナログ化回路でアナログ信号に変換する出力部
と、前記入力部及び出力部のいずれか一方から他方へ電
′ｆＱ電力を光エネルギーの形で供給する電力供給手段
とを、一つのモジュール内に収容したものである。

（作　用） 本発明によれば、以上のように光給電形アナログホトカ
プラを構成したので、入力７ノログ信号はパルス化回路
でパルス信号に変換され、そのパルス信号が電気／光変
換器で光信号に変換されて伝送される。伝送された光信
号は光／電気変換器で再び電気的なパルス信号に変換さ
れ、そのパルス信号がアナログ化回路によりアナログ信
号に変換され、出力される。また電力供給手段は、電源
電力を出力部から入力部へ、あるいはその逆方向へ電気
的に絶縁された状態で供給するように働く。

これによりＳ／Ｎ　（信号対雑音）比および直線性の優
れたアナログ信号伝送が可能になると共に、構成の複雑
化と大形化をＩＢ＜ことなく電源電力の供給が可能にな
る。従って前記問題点を除去できるのである。

（実施例〉 第１図は本発明の第１の実施例を示す光給電形アナログ
ホトカプラの構成図である。

このホトカプラは入力アナログ信号Ｓｉを入力する信号
入力端子１、出力アナログ信号Ｓｏを出力する信号出力
端子２、電源光）ＪＰＳを入力する電源入力端子３、及
び電源電力ＩＰＳを出力する電源出力端″ｆ４を有し、
その端子１，４と２．３が入力部１Ｇと出ツノ部２０に
それぞれ接続されている。

入力部１０は、縦続接続された入力増幅器（ＩＡ）１１
、パルス化回路（）１００）１２及び電気／光変換器（
［１０）１３を有すると共に、受光素子（ＳＣ）１４と
それに接続された電源回路（ＰＳＣｉ）１５を有してい
る。入ツノ増幅器１１は信号入力端子１から供給される
入力アナログ信号Ｓｉを増幅する回路、パルス化回路１
２は入力増幅器１１の出力をパルス信号に変換する回路
であって例えばパルス周波数変調回路（［’ｒ）Ｉ）で
構成されている。電気／光変換器１３はパルス化回路１
２の出力を信号伝送用の光信号０Ｐｒｓに変換するもの
で、例えばＬＥＤ等の発光素子で構成されている。受光
素子１４は電力伝送用の光信ＱＯＰｒＤを受光して電気
エネルギーを発生するもので、例えば太１１！電池等で
構成されている。また電源回路１５は受光素子１４の出
力を直流電力ＤＣに変換し、それを入力部１０内の各回
路に電源として供給すると共に、電源電力ＩＰＳの形で
電源出力端子４側へ供給する回路である。

一方、出力部２０は縦続接続された光／電気変換器（０
／［）２１　、アナログ化回路（ＤＥ）ｆ）２２及び出
力増幅器（ＯＡ）２３を有すると共に、電源回路（ＰＳ
Ｃｏ）２４とそれに接続された光源（Ｏ３）２５を有し
ている。電気／光変換器２１は光信号ｏｐ丁ｓを電気的
なパルス信号に変換するものであって例えばホトトラン
ジスタ、ホトＦＥＴ等の受光素子で構成されている。ア
ナログ化回路２２はパルス周波数変調方式等を用いて光
／電気変換器２１の出力をアナログ信号に復調プる回路
、出力増幅器２３はアナログ化回路２２の出力を増幅し
て出力アナログ信＠ＳＯを信号出力端子２側へ出力する
回路である。電源回路２４は電源入力端子３から供給さ
れる電源電力ＰＳを直流電力ＤＣに変換し、それを出力
部２０内の各回路に電源として供給する回路、また光源
２５は電源回路２４の出力を光信号０ＰＴｐに変換する
もので例えば電球、半導体発光素子等で構成されている
。

そして前記入力部１０及び出力部２０は一つのモジュー
ル内に収容されている。

第２図は第１図の実装例を示す分解斜視図である。この
ホトカプラでは第１図における入力部１０の入力増幅器
１１、パルス化回路１２及び電気／光変換器１３と出力
部２０の光／電気変換器２１、アナログ化回路２２及び
出力増幅器２３とが光電子集積回路（以下、０ＥＩＣと
いう）で構成され、それらが絶縁基板３０上に形成され
ている。入力部１０と出力部２０間における光信号０Ｐ
Ｔｓ、　０ＰＴｐの光伝送方式としては、空中伝播方式
、光ファイバを使用する方式、レンズを使用する方式、
先導波路を使用する方式等、種々の方式があり、入力部
１０と出力部２０の絶縁耐圧、光結合効率等を考慮して
適宜選定覆ればよい。第２図の実装例では、入力部１０
と出力部２０の間が先導波路３１で結合されている。一
方、電力供給系については、光源２５が電球で構成され
、その光が太陽電池からなる受光素子２５で受光される
構成になっている。

以上の構成において、信号入力端子１に入力アナログ信
号Ｓｉが供給されると、その人乃アナ【二１グ信＠Ｓｉ
は入力増幅器１１で増幅された後、パルス化回路１２で
パルス信号に変換される。さらにそのパルス信号は電気
／光変換器１３で光信号０ＰＴＳに変換され、光導波路
３１を通して出力部２側へ伝送される。出力部２０に入
力された光信号０１’Ｔｓは、光／電気変換器２１で電
気的なパルス信号に変換され、さらにアナログ化回路２
２でアナログ信号に再生された後、出力増幅器２３で増
幅され、信号出力端子２を通して出力アナログ信ｑＳｏ
の形で外部へ出力される。

一方、電源電力ＰＳが電源入力端子３に供給されると、
その電源電力ＰＳは電源回路２４で直流電力ＤＣに変換
され、出力部２０内の各回路に電源として供給されると
共に、光源２５に与えられる。電源回路２４の出力は光
源２５で光信＠０ＰＴｐに変換され、入力部１０側へ送
出される。その光信号０ＰＴｐは受光素子１４で電気信
号に変換された後、電源回路１５で直流電力ＤＣに変換
され、入力部１０内の各回路に供給されると共に、電源
出力端子４を通して電源電力ＩＰＳの形で外部へ出力さ
れる。この電源電力ＩＰＳは、出力部２０から電気的に
絶縁された外部機器用電源として使用される。

本実施例は次のような利点を有している。

■　直流レベルの伝送が可能である。直線性を良くする
ことができる。さらに温度安定性を良くすることができ
る。従って従来の発光部及び受光部の欠点を除去できる
。

■　外部回路を設けなくても、同相雑音成分を除去する
ことが可能である。

■　電力供給系が内蔵されているため、従来のように電
力供給系を外部に設ける場合に比べて構成の簡単化と小
形化が図れる。また、入力部１０に出ツノ部２０と絶縁
された電源出力端子４を有するため、ノイズの影響を受
けない安定した直流電力の供給が可能になる。

■　入力部１０及σ出力部２０を例えば第３図のように
０ＩＥＩＣ化すれば、小形化、高信頼度化、および■産
生が可能である。

第３図は本発明の第２の実施例を示す光給電形ア：鼾ロ
グホトカプラの構成図である。このホトカプラが第１図
のものと異なる点は、第１図のパルス化回路１２がアナ
ログ／ディジタル変＠器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）
１２Ａ及びパラレル／シリアル変換器（以下、Ｐ／Ｓ変
換器という）１２Ｂで構成されると共に、アナログ化回
路２２がシリアル／パラレル変換器（以下、Ｓ／Ｐ変換
器という）２２Ａ及びＤ／Ａ変換器２２Ｂで構成されて
いることである。

以上の構成において、入力増幅器１１の出ノＪはＡ／Ｄ
変換器１２Ａでｎビットのディジタル信号０１〜Ｄｎに
変換され、Ｐ／Ｓ変換器１２Ｂでシリアル信号に変換さ
れた後、電気／光変換器１３で光信号０ＰＴｓに変換さ
れて出力部２０へ伝送される。伝送された光信号０ＰＴ
ｓは光／電気変換器２１で電気的なシリアル信号に変換
され、Ｓ／Ｐ変換器２２Ａでｎビットのパラレル信号０
１〜Ｄｎに変換された後、Ｄ／Ａ変換器２２Ｂでアナロ
グ信号に変換され、出力増幅器２３を通して外部へ出力
される。この第３図のホトカブラ構成においても、上記
第１の実施例と同様の利点が１９られる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

（ａ）第１図及び第３図において、電源電力ＰＳを出力
部２０側に入力しているが、その電源電力ＰＳを入力部
１０側へ入力し、それを光信号の形で出力部２０側へ伝
送するようにしてもよい。

（ｂ）第３図において、Ｐ／Ｓ変換器１２Ｂ及びＳ／Ｐ
変換器２２Ａを省略すると共に、電気／光変換器１３と
光／電気変換器２１をＡ／Ｄ変換器１２へのビット数（
ｎ）に対応して複数個（ｎ個）設けた構成にすることも
できる。このような構成のホトカプラは、高速のアナロ
グ信号を扱い、しかも信号伝送用の光デバイスに速度制
限がある場合に適している。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、入力アナ
ログ信号をパルス化し、そのパルス信号を光信号に変換
した後、その光信号を電気信号に変換して前記パルス信
号を再生し、さらにアナログ信号に変換するようにした
ので、アナログ信号を高Ｓ／Ｎ比および直線性良く伝送
することができる。また、電力供給手段を内蔵させたの
で、ノイズのない電源電力の供給が可能になり、ざらに
従来のようにそれらを外部に設ける必要がなく、それら
を含む全体の構成が簡単になると共に、小形化の効果が
期待できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１の実施例を示す光結合形アナログ
ホトカプラの構成図、第２図は第１図の実装例を示す分
解斜視図、第３図は本発明の第２の実施例を示す光結合
形アナログホトカプラの構成図である。 ４・・・・・・電源出力端子、１０・・・・・・入力部
、１２・・・・・・パルス化回路、１２八・・・・・・
Ａ／Ｄ変換器、１２Ｂ・・・・・・Ｐ／Ｓ変換器、１３
・・・・・・電気／光変換器、１４・・・・・・受光素
子、１５．２４・・・・・・電源回路、２０・・・・・
・出力部、２１・・・・・・光／電気変換器、２２・・
・・・・アナ〔１グ化回路、２２Ａ・・・・・・Ｓ／Ｐ
変換器、２２Ｂ・・・・・・Ｄ／Ａ変換器、２５・・・
・・・光源、３０・・・・・・絶縁基板、３１・・・・
・・導波路、Ｓｉ・・・・・・入力アナログ信号、Ｓｏ
・・・・・・出力アナログ信号、０ＰＴＳ、　０ＰＴｐ
・・・・・・光信号、ＰＳ、　ＩＰＳ・・・・・・電源
電力。 出願人代理人　　柿　　木　　恭　　成４：電源出力＄
＋１５，２４：電源回路　　　Ｓｉ、：入力アナログ信
号ｌの入力部　　　　　　２０：出力部　　　　　　Ｓ
ｏ　　出力アナログイ盲号１２：パルス化回路　　２１
：光／＠ａｔ＝換Ｋ　０ＰＴＳ、０ＰＴＰ：光信号１３
、電気／光変換器　２２：アナログ化回路　　ＰＳ、Ｉ
ｐＳ　：電源電力１４：受光１ｇ＋２５：光源 重金５月の光給電形アナログホトかプラ第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力アナログ信号をパルス化回路でパルス信号に変
   換しそのパルス信号を電気／光変換器で光信号に変換す
   る入力部と、 前記光信号を光／電気変換器で電気信号に変換しその電
   気信号をアナログ化回路でアナログ信号に変換する出力
   部と、 前記入力部及び出力部のかずれか一方から他方へ電源電
   力を光エネルギーの形で供給する電力供給手段とを、 一つのモジュール内に収容したことを特徴とする光給電
   形アナログホトカプラ。 ２、前記パルス化回路及びアナログ化回路は、パルス周
   波数変調回路及び復調回路で構成した特許請求の範囲第
   １項記載の光給電形アナログホトカプラ。 ３、前記パルス化回路はアナログ／ディジタル変換器で
   、前記アナログ化回路はディジタル／アナログ変換器で
   それぞれ構成した特許請求の範囲第１項記載の光給電形
   アナログホトカプラ。 ４、前記電力供給手段は、前記出力部に設けられ外部か
   ら電力を入力する電源回路及びその出力を光エネルギー
   に変換する手段と、前記入力部に設けられ前記光エネル
   ギーを電力に変換する手段及びその電力を前記入力部と
   外部へ供給する電源回路とを備えた特許請求の範囲第１
   項記載の光給電形アナログホトカプラ。 ５、前記入力部、出力部及び電力供給手段を光電子集積
   回路で構成した特許請求の範囲第１項記載の光給電形ア
   ナログホトカプラ。 ６、前記入力部の電源回路は、前記出力部と電気的に絶
   縁された電源出力端子を有する特許請求の範囲第４項記
   載の光給電形アナログホトカプラ。