JP2798339B2 - ２波長方式光マルチウエイスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異なる２種類の波長の
光を利用して多方向へのスイッチ動作を検出し、検出し
たスイッチ動作方向を示す信号を出力する光マルチウエ
イスイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】光学素子を用いて位置検出を行うものと
しては、発光素子からの１波長の光出力を機構部で、機
械的または電気的に動かすことにより光路を切り換える
光路切替スイッチや光電センサにより光量変化を感知す
る光電スイッチなどがあり、その技術を用いた装置が種
々提案されている。

【０００３】以下、その従来例を説明する。 （１）機械駆動式 ・コーナーキューブ型：レンズにより平行ビームに変換
し、プリズムの可動により光路を切り換える。 ・屈折板型：レンズにより平行ビームに変換し、ガラス
板などの屈折板の可動により光路を切り換える。 （２）電気駆動式 ・リレー型：ファイバ中央部にマグネットを備え、外部
の磁場でファイバを可動する。 ・ファラデー効果型：偏光プリズムでファイバからの光
を偏光分解し、ファラデー回転子で偏波面を回転させる
ことにより、出力側偏光プリズムからの出射光路を切り
換える。 ・ハイブリッド光ＩＣ型：電極に電荷を印加することに
より導波路の伝搬定数が変化し、２本の導波路間の結合
を変える。 （３）光量検出式 ・光電センサ：投光部と受光部から成り、その光軸を物
体が遮ることにより生じる光量変化を検出する。 ・カラーマークセンサ：光源に白熱ランプを用いること
により、微妙な色の差や明暗の差を検出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光スイッチは上
述したように多くの種類が存在するが、それぞれには以
下のような問題点があった。 （１）投受光の光学系は各々配置され、センサ部への光
ファイバは２本以上となっていた。 （２）光路切換スイッチは、分岐する光路の数だけ光フ
ァイバが必要となる。 （３）光電スイッチは、物体の有無による光量変化を検
知するだけであり、多重スイッチを構成する場合、その
数だけ光電センサが必要となる。 （４）白熱光を使うカラーマークセンサは、色の差，明
暗の差を検出できるので多重スイッチを構成することが
可能であるが、装置が大がかりで高価である。

【０００５】上記光路切換スイッチは光路を切り換える
もので複数本の光ファイバを用いており、小形化が困難
であった。また、光電スイッチ，カラーマークセンサは
多重化する場合にはその数の光電センサが必要で小形化
が困難であり、多重化に難点があった。本発明の目的は
上述の諸問題を解決するもので、光スイッチ部への光フ
ァイバを１本とすることにより小形化，多重化を容易に
し、２波長の光出力を用いスイッチ位置の相違による光
量の変化を取り出すことにより、それぞれのスイッチ位
置を示す信号を出力する従来存在しなかった２波長方式
光マルチウエイスイッチを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による２波長方式光マルチウエイスイッチ
は、波長の異なる２種類の光を出力する発光部を有し、
前記発光部の出力を駆動するための駆動回路部と、前記
発光部の光を導びく１本の光導波路と、前記光導波路よ
り出力される２種類の波長の光を入力し、一方の波長の
光を信号光、他方の波長の光をゲート光としてそれぞれ
変調を与えることによりスイッチ動作を行う光スイッチ
部と、前記光スイッチ部より前記光導波路に戻され変調
された信号光およびゲート光を電気変換して演算する演
算部とを含む２波長方式光マルチウエイスイッチであっ
て、前記光スイッチ部は、前記光導波路より出力される
信号光とゲート光を平行光にするレンズ系，前記レンズ
系から平行光を受け、信号光を透過しゲート光を反射す
る第１の光学系，前記第１の光学系より後部に配置さ
れ、ゲート光を透過し信号光を反射する前記第１の光学
系より広い反射面を有する第２の光学系，ならびに前記
レンズ系と前記第１の光学系との間に配置され、各スイ
ッチ動作に対応した幅の切欠部を有し、前記レンズ系の
光軸に対し略直角方向で、各スイッチ動作に対応した方
向に移動可能な遮光板から構成され、前記演算部は、前
記遮光板の移動にしたがって前記切欠部の幅に対応した
レベルの信号光を受け、続いてゲート光の出力を受けた
とき、スイッチ動作がなされたことを判定するとともに
スイッチ動作方向を示す信号を出力するように構成され
ている。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、スイッチの小形および多重
化が容易となり、従来存在しない光スイッチを実現でき
る。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく
説明する。図１は本発明による２波長方式光マルチウエ
イスイッチの実施例を示すブロック図であり、４方向ス
イッチの例である。なお、本発明で用いる「光の変調」
とは、入射した光をスイッチ動作によってその光出力レ
ベル，出力幅を変えることを意味する。本実施例は、駆
動回路部，光学部，光スイッチ部および演算回路部より
構成されている。駆動回路部は、バンドパスフィルタ１
ａ，１ｂ，ローパスフィルタ２ａ，２ｂ，全波整流部３
ａ，３ｂ，オートパワーコントロール部（ＡＰＣ）４
ａ，４ｂ，発光ダイオードモジュール５ａ，５ｂ，ホト
ダイオードモジュール１４，増幅部１５を含んでいる。

【０００９】駆動回路部は、発光ダイオードモジュール
５ａ，５ｂを駆動して波長λ1 とλ2 の光をそれぞれ出
力し、その光出力を安定化させる制御を行う。後述のカ
プラ８より一部分岐させられた光出力（波長λ1 とλ2
の光）は、ホトダイオードモジュール１４に導かれ、光
電変換されて増幅部１５で増幅されバンドパスフィルタ
１ａ，１ｂにそれぞれ入力される。さらにローパスフィ
ルタ２ａ，２ｂを通過して低域成分が全波整流部３ａ，
３ｂによって直流出力に変換されオートパワーコントロ
ール部４ａ，４ｂに入力される。オートパワーコントロ
ール部４ａ，４ｂは、直流出力より発光ダイオードモジ
ュール５ａ，５ｂの波長λ1 とλ2 （以下「波長λ1 の
光」を信号光，「波長λ2の光」をゲート光という）の
光出力が一定のレベルになるように発光ダイオードモジ
ュール５ａ，５ｂへの入力を制御している。これにより
発光ダイオードモジュール５ａ，５ｂの光出力が安定化
される。

【００１０】光学部は、カプラ７および８により構成さ
れており、発光ダイオードモジュール５ａ，５ｂよりそ
れぞれ出力された波長λ1 とλ2 の光出力は、カプラ７
で合波され、さらにカプラ８を通って光スイッチ部に導
かれる。カプラ８は、光スイッチ部に光を送出すると同
時にその一部を分岐してホトダイオードモジュール１４
に送出する。カプラ８と光スイッチ部とは一本の光ファ
イバで接続されている。

【００１１】光スイッチ部は、レンズ１０，遮光板１
１，フィルタ１２，１３より構成されている。光スイッ
チ部でスイッチ動作により変調を受けた光は、光ファイ
バ９に戻りホトダイオードモジュール１６に導かれる。

【００１２】演算回路部は、増幅器１７，バンドパスフ
ィルタ１８ａ，１８ｂ，ローパスフィルタ１９ａ，１９
ｂ，全波整流器２０ａ，２０ｂ，コンパレータ２１およ
びラッチ回路２２より構成されている。増幅器１７で増
幅された信号は、２分岐されそれぞれバンドパスフィル
タ１８ａ，１８ｂ，ローパスフィルタ１９ａ，１９ｂを
通過し、全波整流部２０ａ，２０ｂで直流出力に変換さ
れる。全波整流器２０ａより出力される直流出力は信号
光に対応した出力であり、全波整流器２０ｂより出力さ
れる直流出力はゲート光に対応した出力である。コンパ
レータ２１はゲート光がスレッショルドレベルを越えた
か否かを監視し、スレッショルドレベルを越えた場合に
は、信号光に対応した直流出力をラッチ回路２２に送
る。ラッチ回路２２は信号光に対応した直流出力を一時
的に保持する。

【００１３】図２は光スイッチ部の詳細を示す図であ
る。光ファイバ２８の端部には、フェルール２７が装着
されており、フェルール２７の中央部に埋め込まれた光
ファイバの端部２８より信号光とゲート光が出射する。
信号光とゲート光はレンズ１０により平行光になり、遮
光板１１に照射される。遮光板１１の切欠部を通過した
光はフィルタ１２または１３で反射され、同じ光路を戻
り光ファイバの端部２８に導かれる。フィルタ１２は、
信号光（波長λ1 ）を透過しゲート光（波長λ2 ）を反
射する。フィルタ１３は、ゲート光（波長λ2 ）を透過
し信号光（波長λ1 ）を反射する。フィルタ１３の前
に、径の小さいフィルタ１２を重ねて配置してあり、そ
の中心はレンズ１０の光軸上にある。

【００１４】図３は遮光板の構造およびそのスイッチ動
作を説明するための図である。遮光板１１は円形状をし
ており、表面の素材は信号光およびゲート光を吸収する
黒い薄板等が用いられている。９０度毎に各方向、すな
わち４方向にそれぞれ切欠部１１ａ，１１ｂ，１１ｃお
よび１１d が形成されている。切欠部の幅は１１ａが最
も広く，１１ｂ，さらに１１ｃ，１１d の順に細くなっ
ている。そして、切欠部１１ｂ，１１ｃおよび１１d の
最深部には切欠部１１ａと同じ幅の切欠１１ｂ’，１１
ｃ’および１１d ’が形成されている。フィルタ１３の
径は、切欠１１ｃ’，１１d ’間と同じ寸法になってい
る。第１のスイッチ動作は下方向に所定量移動させる動
作である。第２のスイッチ動作は上方向に所定量移動さ
せる動作である。以下、第３および第４のスイッチ動作
は右方向，左方向に所定量それぞれ移動させる動作であ
る。図３は下方向にスイッチ動作したときの各位置を示
しており、（ａ）はスイッチ動作が行われる前の状態
を、（ｂ）はフィルタ１３の部分のみが切欠部１１ａか
ら見える位置まで遮光板１１が移動した状態を、（ｃ）
はフィルタ１３に加えフィルタ１２も切欠部１１ａから
見える位置まで移動した状態をそれぞれ示している。

【００１５】図４は図３のように遮光板をスイッチ動作
させたときの信号光（波長λ1 ）とゲート光（波長λ2
）の反射光のレベルの変化を示したものである。この
波形は光ファイバの端部２８に戻ってきた反射光の出力
である。まず、図３（ａ）の状態では信号光，ゲート光
ともに遮光板１１で吸収されており、反射光がないの
で、レベルは０である（図４の（ａ）の範囲）。つぎに
図３（ｂ）の状態ではフィルタ１３によって信号光のみ
反射し戻ってきており、反射信号光はレベルＶ1,ゲート
光は反射光がなくレベル０である（図４の（ｂ）の位
置）。さらに図３（ｃ）の状態では、フィルタ１３およ
び１２によって信号光およびゲート光が反射し戻ってき
ており、反射信号光はレベルＶ1 として変わらず, 反射
ゲート光はスレッショルドレベルＶs 以上である（図４
の（ｃ）の位置）。スイッチ動作方向が上方向の場合は
反射信号光のレベルはＶ2 , 右方向の場合はＶ3 , 左方
向の場合はＶ4 のレベルとなり、そのときの各ゲート光
の反射光は図４のゲート光の出力と略同じになる。この
ようにゲート光の出力がスイッチ動作方向に関係なく略
同じレベルになるのは、切欠部の最深部に切欠１１
ｂ’，１１ｃ’および１１d ’を設けているためにゲー
ト光の照射面積が各々同じになるためである。

【００１６】図１において、光ファイバ９を戻った信号
光とゲート光の反射光は、カプラ８を介してホトダイオ
ードモジュール１６に入力され電気信号に変換される。
全波整流部２０ａでは反射信号光の低域成分が、全波整
流部２０ｂでは反射ゲート光の低域成分が直流出力にそ
れぞれ変換される。コンパレータ２１は、スレッショル
ドレベルＶs を越えた反射ゲート光の直流出力レベルが
入力していることを条件に反射信号光の直流出力をラッ
チ回路２２に送る。ラッチ回路２２は反射信号光の直流
出力を一時的に保持する。この直流出力のレベルを判別
することにより第１から第４までのスイッチ動作のいず
れかの動作であるかを知ることができる。スイッチ動作
を途中で中止した場合には、ゲート信号の反射光が全く
発生しないか、発生したとしてもスレッショルドレベル
Ｖs に達していないので、ラッチ回路２２には反射信号
光の直流出力はラッチされない。よって、かかる場合に
はラッチ回路２２からはスイッチ動作を示す信号は出力
されない。

【００１７】以上、一実施例について説明したが、種々
の変形を施すことができる。例えば、遮光板をフィルタ
１２と兼用し、フィルタ１２の表面に、各スイッチ動作
対応の方向にそれぞれ異なるバーコードを設け、フィル
タ１２を光軸に対し直角方向に移動させ信号光でバーコ
ードを読み取り、さらにフィルタ１２に重ねて設けられ
たフィルタ１３でゲート信号を反射するように構成する
ことにより、多方向スイッチを形成することができる。

【００１８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明による２波
長方式光マルチウエイスイッチは、それぞれ異なる波長
の光出力を信号光とゲート光として用い、この光を単一
の光導波路で光スイッチ部に導き、各スイッチ動作方向
に対応して遮光板に幅の異なる切欠部を設けることによ
りスイッチ動作方向によって信号光の反射量を変化さ
せ、さらにゲート光によってスイッチ動作を認識するこ
とにより多方向のスイッチ動作を行うように構成されて
いる。したがって、スイッチ動作の信頼性の高い小形の
多方向スイッチを実現できる。本発明による２波長方式
光マルチウエイスイッチは、光スイッチ部および伝送路
では光信号のみを用いているため防爆性に優れ、電磁干
渉等の影響もなくスイッチング信号を遠隔位置へ伝送が
可能である。また、光スイッチ部への電源供給の必要も
なく耐絶縁性にも優れていることから光スイッチとし
て、または、光位置入力装置として幅広く適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２波長方式光マルチウエイスイッ
チの実施例を示すブロック図である。

【図２】図１の光スイッチ部の詳細を示す正面図であ
る。

【図３】図２の遮光板の移動方向に対応させて設けた切
欠部とフィルタＡ，Ｂの位置の関係を説明するための図
である。

【図４】図３（ａ）（ｂ）および（ｃ）の各位置におけ
る信号光λ1 とゲート光λ2 の反射光のレベルを示す図
である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１８ａ，１８ｂ バンドパスフィルタ ２ａ，２ｂ，１９ａ，１９ｂ ローパスフィルタ ３ａ，３ｂ，２０ａ，２０ｂ 全波整流部 ４ａ，４ｂ オートパワーコントロール部 ５ａ，５ｂ 発光ダイオードモジュール ７，８ カプラ ９ 光ファイバ １０ レンズ １１ 遮光板 １２ フィルタＡ １３ フィルタＢ １４，１６ ホトダイオードモジュール １５，１７ アンプ ２１ コンパレータ ２２ ラッチ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 裕 東京都八王子市めじろ台２−２ めじろ 台マンション112号 (72)発明者 中澤 裕 東京都八王子市久保山町１−39−２−２ −305 (72)発明者 伊奈 伸一郎 神奈川県秦野市下大槻67−10 (72)発明者 内川 五十六 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 米原 健一郎 岐阜県各務原市川崎町１番地 川崎重工 業株式会社 岐阜工場内 (72)発明者 上林 裕幸 東京都狛江市和泉本町一丁目35番１号 東京航空計器株式会社内 (72)発明者 森山 昌美 東京都狛江市和泉本町一丁目35番１号 東京航空計器株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 26/00 - 26/08 H03K 17/965 - 17/968

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 波長の異なる２種類の光を出力する発光
   部を有し、前記発光部の出力を駆動するための駆動回路
   部と、 前記発光部の光を導びく１本の光導波路と、 前記光導波路より出力される２種類の波長の光を入力
   し、一方の波長の光を信号光、他方の波長の光をゲート
   光としてそれぞれ変調を与えることによりスイッチ動作
   を行う光スイッチ部と、 前記光スイッチ部より前記光導波路に戻され変調された
   信号光およびゲート光を電気変換して演算する演算部と
   を含む２波長方式光マルチウエイスイッチであって、 前記光スイッチ部は、前記光導波路より出力される信号
   光とゲート光を平行光にするレンズ系，前記レンズ系か
   ら平行光を受け、信号光を透過しゲート光を反射する第
   １の光学系，前記第１の光学系より後部に配置され、ゲ
   ート光を透過し信号光を反射する前記第１の光学系より
   広い反射面を有する第２の光学系，ならびに前記レンズ
   系と前記第１の光学系との間に配置され、各スイッチ動
   作に対応した幅の切欠部を有し、前記レンズ系の光軸に
   対し略直角方向で、各スイッチ動作に対応した方向に移
   動可能な遮光板から構成され、 前記演算部は、前記遮光板の移動にしたがって前記切欠
   部の幅に対応したレベルの信号光を受け、続いてゲート
   光の出力を受けたとき、スイッチ動作がなされたことを
   判定するとともにスイッチ動作方向を示す信号を出力す
   るように構成したことを特徴とする２波長方式光マルチ
   ウエイスイッチ。