ICでカウンタ回路を作る

質問

似たような質問をされている人いたのですが、自分の中で理解できなかったので質問させていただきました。
私は、レーザー1発を物質にあてる実験をしています。しかし、レーザー1発をうまく取り出す方法が見つかっていません。
そこで、制御する方法として「電子シャッター」という装置を使おうと思っています。一連の流れとしては、電子シャッターは普段は閉じています。それとは別にレーザーは常に発射し続けています。そこで、レーザーの出た回数に応じて電子シャッターの開閉を1回行いたいのです。
例えば、「レーザーが15回出たらシャッターを1回開閉する」という動作の繰り返しを行いたいです。
これらを制御するシステムとして汎用ICのカウンタ回路があると考えました。
しかし、実際に必要な製品やどのシリーズのICを使えばいいかがわからず困っています。
細かく教えていただける方いらっしゃいましたらお願いします。

回答No.6

inara1

abyokote さん（http://okwave.jp/qa3610881.html）と質問内容がほとんど同じですが・・・

参考URLに、シャッター制御回路とタイミング図を upload しました（ＡＡではとても描けないので）。

この制御回路は単発とＮ分周の２つのモードがあります（スイッチで切り替える）。
（単発モード）　Startスイッチを押した後、入力パルスに同期して、１度だけシャッター開閉信号を出します [1]。その後、Startスイッチを２度押すと、また１度だけシャッター開閉信号を出します。
（Ｎ分周モード）　Startスイッチを押した後、入力パルスに同期して１度だけシャッター開閉信号を出し、その後はＮ回の入力パルスが入る毎にシャッター開閉信号を自動的に出し続けます（リセットスイッチで停止可能）。このモードで動作中にStartスイッチを押すと、シャッター信号の出力は一時中断され、Startスイッチを再び押すと再開されます。リセットスイッチを押せば初期状態（Startスイッチが押されるまで待機する）に戻ります。

この回路ではNの値が2～999まで設定できます（N = 0, 1 としたときは正常に動作しない）。N = 2 のときは入力パルス（Clock）が２回入るごとにシャッタ開閉信号が１回出ます。設定値の桁数に応じてカウンタIC（190）の数を増減してください。Nの値は、回転式のスイッチ [2],[3]を使って N の各桁の値を設定する方式としました（この方式だと電源をOFFにしても設定値が消えない）。

この回路ではシャッタ開閉信号が 5V のときにシャッタが開き 0V のときに閉じるものとしていますが、逆のときは、JKフリップフロップの反転出力（ Q_ ）から信号を出してください。

使用するロジックICは以下の通りです。
74HC08　１個
74HC112　２個
74HC123　１個
74HC190　３個
112と190は少々入手しにくいかもしれませんが [4] にあります。

[1]　入力信号（回路図のClock）の立ち上がりから 100μs 後にシャッターOPEN信号（５Ｖ）を出し、次の入力信号の立ち上がりから 100μs 後にシャッターCLOSE信号（０Ｖ）を出す。
[2]　ロータリーBCDスイッチ価格　http://www.sengoku.co.jp/modules/sgk_cart/search.php?toku=&cond8=and&dai=&chu=&syo=&cond9=&k3=2&list=2&pflg=n&multi=&code=4ASP-KGFK
[3]　スイッチ仕様書（PDFファイル6ページの一番上のFR01-KR10P）　http://www.nikkai.co.jp/pdf/%83%8D%81%5B%83%5E%83%8A%5FFR01%2Epdf
[4]　ロジックIC価格　http://www.wakamatsu-net.com/cgibin/biz/page.cgi?cate=1503&page=0

回答No.5

inara

kaferun さんがやりたいのは、10Hzでパルス発光するレーザの光を N 回に１回の割合で外部に取り出すだけでなく、１発だけ取り出すということもしたいということですね。

光を検出してからシャッターを開いたのでは遅いので、最初はシッターを閉じた状態にして、何かのトリガ信号が入った後、最初に出た光を検出したら（この段階ではシッターが閉じている）、シャッターを開いて（このときはレーザ光はもう出ていない）、次の光が来たらシャッターを閉じる（シャッターは光が通った後に閉じられる）ということをやれば１発だけ取り出せます。シャッターの動作速度は0.1秒より充分小さいですね？。

　　レーザ　　ビームスプリッタ　シャッター
　　┏━┓＿＿＼　＿＿＿＿＿┏━┓＿＿
　　┗━┛　　　 ｜＼　　　　　　 ┗┯┛
　　　　　　　　　　│　　　　　　　　　 │
フォトダイオード ┯　　　　　　　　　│
　　　　　　　　　　 │┏━━━━┓│
　　　　　　　　　　 └┨ カウンタ ┠┘
　　　　　　　　　　　　┗━┯━━┛
　　　　　　　　　　　　　　　└─ トリガ信号（スイッチまたは外部信号）

これを実現するには、上図のように、レーザの出射光の１部をビームスプリッタか何かで検出して（レーザ光が強ければビームスプリッタなど使わずに、出射窓近くに光検出器を置いて、散乱光を検出しても充分な信号が得られるでしょう）、光が出たらカウンタにクロックパルスが入るようにして、トリガ信号が入った後にカウンタにクロック信号が入ったら、シャッターを開く信号を出して、次のクロックが入ったらシャッターを閉じるような動作にすればいいわけです（光パルスが出るのはシャッターが閉じる直前になります）。もちろん、Ｎ個のクロックが入ったらシャッターを閉じるような動作も可能です。

レーザ光の波長も強度も分からないのですが、発光のパルス幅（時間）はどれくらいですか。私が以前レーザ光を使って浮遊粒子速度を計測するPIV測定というのをやったとき、波長532nm・出力200mJのレーザ（発光周期は 5Hzくらい）を使いましたが、パルス幅は数十nsくらいだったと思います。もしパルス幅が10ns以下だと、パルス幅伸長回路を入れないとカウンタが動作しません。レーザ光の波長と強度とパルス幅を教えてください。

あと、シャッターの駆動信号（電圧・パルス幅）はどのようなものですか。駆動信号を入れてからシャッターが開くまでの遅延時間もわかったら教えてください。カウントする最大のN値はどれくらいですか。

カウンタは簡単に設計できますが、kaferun さんの電子工作の腕はどれくらいですか？

回答No.4

a-saitoh

そもそもレーザーの「一発」って何ですか？
光子1個だけ通していなんてのは電子シャッターでは無理ですよ。

1発とは0.1秒の照射のことだ、とかいうのなら単純にその時間だけレーザーの電源を入れればいいと思いますが。光ファイバー通信などでは毎秒何1000万回もの点滅をさせているレーザー発信機が普通に使われています。
外部からmax1MHzくらいで点滅制御できる半導体レーザーって普通に売ってませんか?(トランジスタ技術の広告に乗ってたくらいポピュラーだと思いましたが)

回答No.3

isoworld

１０Ｈｚほどの周期でＯＮ／ＯＦＦするレーザー出力のうち、１５回レーザーが出射するごとに電子シャッターの開閉を１回行うための回路なら、レーザー出射信号をカウンターで１５分周すれば済みます。
　回路がいちばんシンプルになるのは、１６分周です。１６回レーザーが出射するごとに、電子シャッターの開閉を１回行うものです。フリップフロップを４個使って自分で１６分周の回路を組むか、１６分周（４ビット）のバイナリーカウンターを使えばＯＫです。
　バイナリーカウンター、４ビットなどをキーワードにしてネット検索すれば、適当なディジタルＩＣが見つかります。

お礼

回答ありがとうございます。そっそくネット検索をしてみました。
なんと作れそうです。

回答No.2

nrb

http://www.kek.jp/kids/class/human/accele2.html

実際にあるのは
こんなんですね・・・・

数百億円ですは・・・・

なお電子シャッターでは無理です

回答No.1

Tacosan

素朴な疑問なんですが, 「常に発射し続けているレーザー」の「出た回数」って数えられるんでしょうか?
それができるなら, 適当な 4bit カウンタをもってくるだけ (ああ, 周辺回路もいりますね) なんですが.

補足

いい方が曖昧でした。「10Ｈｚで出続けているレーザー」という意味です。これをClockとしてみて、カウントし、ある回数カウントしたら「電子シャッター」を開閉する。ということを繰り返し行いたいのです。
わかりにくくてすいません。