JPH06342123A - 光スイッチ - Google Patents

光スイッチ

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Publication number
JPH06342123A
JPH06342123A JP15449093A JP15449093A JPH06342123A JP H06342123 A JPH06342123 A JP H06342123A JP 15449093 A JP15449093 A JP 15449093A JP 15449093 A JP15449093 A JP 15449093A JP H06342123 A JPH06342123 A JP H06342123A
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JP
Japan
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light
optical
switch
light beam
optical fiber
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Application number
JP15449093A
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English (en)
Inventor
Kazuhiro Asada
一宏 浅田
Isato Yunoki
勇人 柚木
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Wiring Systems Ltd filed Critical Sumitomo Wiring Systems Ltd
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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検出体と発光部及び受光部の距離を十分に
とることができ、しかも簡単な構造で作業性の良い光ス
イッチを提供する。 【構成】 レーザーダイオード11,パワーメータ1
2,スイッチ部20を、送信用光ファイバ31,受信用
光ファイバ32及び送受信用光ファイバ33から成る光
ファイバ30と光分岐結合器34とを介して相互に接続
する。前記スイッチ部20は、前記送受信用光ファイバ
33が接続され、その送受信用光ファイバ33からの出
射光を受け入れる本体ケースと、前記出射光を集光して
光ビームにするレンズと前記光ビームを反射させる反射
面を有する複数の光反射体によって構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、耐爆発特性,耐ノイ
ズ特性に優れた光スイッチ、特に被検出体と投光手段及
び検出手段(受光手段)との距離を十分にとることがで
き、しかも簡単な構造で作業性の良い光スイッチに関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、倉庫や工場等に設置されている機
械類等の装置について、遠隔操作を行うためにはそれら
の装置の制御部とスイッチ部とを信号伝送路としての電
線によって接続し、この電線を屋内配線又は屋根裏配線
といった形態を用いて前記倉庫や工場内に配線する必要
がある。
【0003】従って、そのような倉庫や工場等が爆発の
危険性が高い場合や電磁波障害を受け易い場合には、前
記電線及びスイッチ部を含めて各種シールドを施さなけ
ればならない。
【0004】しかし、上述した屋根裏配線等について
は、屋根裏に住みついているねずみ等の動物に被覆と共
にかじられて断線したり、露出した電線からの漏電によ
る感電やスパークによる火災,特に爆発の危険性のある
場所では、爆発を引き起す原因になっていた。
【0005】さらに、ノイズ対策としてシールド線を使
用した場合には、破壊されたシールド部から直接ノイズ
の影響を受けて誤動作を引き起す要因となっている。
【0006】このような問題は屋根裏配線だけでなく、
倉庫や工場等の配線,さらにはその中に設置されている
機械類等についても同様のことがいえる。
【0007】ところで、上記のような不都合を解消する
ためには、スパークが発生せず又はノイズの影響を受け
ない光伝送信号を利用した光スイッチを採用することが
考えられる。
【0008】この光スイッチは、光の強度変化や光ビー
ムのON−OFFを検出することによりスイッチングを
行うものであり、具体的には、特開平2−196916
号公報に開示された光電スイッチや特開平4−2382
49号公報に開示された光沢検出器といったものがあ
る。
【0009】前者の光電スイッチは、投光手段,受光手
段及びその受光手段の集光面に配設され、被検知体まで
の距離に応じて集光面内で移動する光スポットの位置に
対応した位置信号を出力する位置検出手段、その位置信
号を処理して被検知物体が検知エリア内に存在するか否
かを判定する判定手段から構成されており、前記位置検
出手段としては、半導体位置検出素子(PSD)が一般
的に用いられている。
【0010】又、後者の光沢検出器は、スポット光を発
する発光ファイバと検出対象面からの反射光を受光する
多数の受光ファイバとから成り、各受光ファイバの受光
量のうちその最大値を認識することにより検出対象物の
正確な位置を検出するものである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光電スイッチでは、PSDを使用するため、被検知体
と投光手段および受光手段との間に一定間隔以上の距離
をもたせることが困難であり、その距離を長くとるため
には高精度なレンズ設計やかなり強度の大きい発光素子
が必要となる。
【0012】また、発光部の光が目に入った場合には、
失明を引き起こす危険性が伴うといった問題もあり、上
述したような装置等の遠隔操作用の光スイッチには適し
ていない。
【0013】一方、前記光沢検出器については、そのよ
うな問題は生じないが、使用する光ファイバの本数が増
加すると共に使用する光ファイバの本数分の受光素子が
必要となる。このため、必然的に構造自体が複雑にな
り、作業性の悪化といった問題も生じていた。
【0014】そこで、この発明の課題は、被検出体と発
光部及び受光部との距離を十分にとることができ、しか
も簡単な構造で作業性の良い光スイッチを提供すること
にある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は光信号送信手段が接続された送信用光導
波路と、光信号検出手段が接続された受信用光導波路
と、スイッチ部が接続された送受信用光導波路とを光分
岐結合器によって結合して成る光スイッチであって、前
記スイッチ部を、前記送受信用光導波路が接続され、そ
の送受信用光導波路からの出射光を受け入れる本体ケー
スと、前記出射光を集光して光ビームを形成するための
集光手段と、先端部に前記光ビームの反射面を有する複
数の光反射体とによって構成し、前記光反射体は、前記
光ビームの出射方向に沿って直列配置されると共に前記
光ビームの遮断方向に進退自在に前記本体ケースに支持
されている光スイッチを提供するものである。
【0016】また、前記光ビームが、前記光反射体によ
って遮断されない状態で、入射される確認用光導波路を
前記本体ケースに接続し、この確認用光導波路の先端に
光信号検出手段を接続すると、反射光のみならず、透過
光によってもスイッチ部のON−OFFが検出できる。
【0017】特に、前記各反射体ごとに、その反射面の
反射率や傾斜率を変化させたり、各光反射体間に光ビー
ムの光強度を減衰させる光減衰器を設けたり、その反射
面を球面状に形成しておくと、各光反射体による反射光
の光強度に明確な差異を持たせることができる。
【0018】
【作用】請求項1に記載された光スイッチでは、光信号
送信手段によって送信された光信号が送信用光導波路及
び送受信用光導波路を通って効率よく、スイッチ部まで
伝送され、集光手段によって光ビームとして本体ケース
内に出射される。
【0019】前記光反射体がこの光ビームを遮断しない
状態、即ちスイッチ部がOFFの状態では、光ビームの
反射光が生じることがなく、極わずかな光だけが前記送
受信用光導波路及び受信用光導波路を通って光信号検出
手段まで伝送される。
【0020】一方、いずれかの光反射体によって光ビー
ムが遮断,反射された状態、即ちスイッチ部がONの状
態では、所定の光強度を有する反射光が、前記送受信用
光導波路及び受信用光導波路を通って光信号検出手段ま
で伝送される。
【0021】このとき、光反射体ごとに光ビームの伝送
距離が異なるため、光強度の距離減衰量が変化し、送受
信用光導波路に入射される反射光の光強度に差が生じ
る。
【0022】また、請求項2に記載された光スイッチで
は、光反射体による光ビームの遮断の有無によって前記
確認用光導波路への光ビームの入射量に差が生じるので
この差を光信号検出手段で検出することによってスイッ
チ部のON−OFF状態を確認する。
【0023】請求項3ないし請求項6に記載された光ス
イッチでは、光ビームの光強度の距離減衰量の他に、送
受信用光導波路の入射端に到達する反射光量自体に差が
生じるので、送受信用光導波路に入射される反射光の光
強度の差が顕著に現われる。
【0024】
【実施例】以下、実施例について図面を参照して説明す
る。図1に示すように、この光スイッチ1は、光信号送
信手段としてのレーザーダイオード(LD)11,光信
号検出手段としてのパワーメータ(PM)12,スイッ
チ部20及びこれらを相互に接続する光導波路としての
プラスチック製の光ファイバ30から構成されている。
なお、前記LD11の出力光強度は10mWである。
【0025】前記光ファイバ30は、前記LD11が接
続される送信用光ファイバ31と、前記PM12が接続
される受信用光ファイバ32と、前記スイッチ部20が
接続される送受信用光ファイバ33とから成り,これら
は、光分岐結合器34を介して相互に接続されている。
【0026】この光分岐結合器34は、光ファイバの中
間部を相互に溶着することにより、光ファイバを接続す
る超音波溶着型の光カプラである。具体的には、図2に
示すように、送信用光ファイバ31となる一本の短い
(約1m)プラスチック製の光ファイバF1 と、受信用
光ファイバ32及び送受信用光ファイバ33となる一本
の長い(約10m)プラスチック製の光ファイバF2
を長さl=約10mmにわたって超音波溶着した2×2
のカプラであり、短い光ファイバF1 の溶着部近傍の未
使用ポートpは、その端面を斜めに切断してその部分で
の端面反射を低減させている。なお、この実施例では上
記のような光分岐結合器34を使用したが、これに代え
てビームスプリッタ等を用いることもできる。
【0027】前記スイッチ部20は、図3に示すよう
に、一端に前記送受信用光ファイバ33が接続され、そ
の端末からの出射光を受け入れる本体ケース21と、前
記送受信用光ファイバ33の接続端に設けられ、前記出
射光を集光して光ビームにする集光手段としてのレンズ
22と、前記光ビームを遮断して反射させる5個の光反
射体23から構成されている。
【0028】前記各光反射体23は、前記光ビームの光
路aに沿って、同図に示す間隔で直列に配列されてお
り、光路aに対して直角方向、即ち光ビームを遮断する
方向に進退可能に前記本体ケース21に支持されてい
る。
【0029】各光反射体23は、前記光ビームの反射面
24を有する先端部が本体ケース21内に、操作部25
が本体ケース21外にそれぞれ位置しており、前記操作
部25を押し込むと、前記反射面24が光ビームの光路
aまで到達し、光ビームを遮断すると共に反射させるよ
うになっている。
【0030】以上のように構成された光スイッチでは、
LD11から放射された光が、前記送信用光ファイバ3
1から前記光分岐結合器34を介して送受信用光ファイ
バ33に伝送され、その送受信用光ファイバ33からの
出射光がレンズ22によって集光されて光ビームとして
本体ケース21内に供給される。
【0031】この状態において、いずれかの光反射体2
3の操作部25が押し込まれているときは、その光反射
体23の反射面24によって光ビームが反射され、その
反射光が前記送受信用光ファイバ33に入射される。
【0032】各光反射体23は、送受信用光ファイバ3
3の本体ケース21との接続端から、固有の間隔を有し
ているため、光ビームの伝送距離及び反射光の伝送距離
が異なり、その結果として光強度の距離減衰量も異な
る。このため、反射光が送受信用光ファイバ33に入射
される時点における光強度が光反射体23ごとに異な
り、この光強度の相違を検出することによって、どの光
反射体23が押されているのかを識別することができ
る。従って、この光スイッチ1では全体として5種類の
状態切換えが可能となる。
【0033】実際に、この識別は送受信用光ファイバ3
3及び受信用光ファイバ32を介して伝送される反射光
の光強度を前記PM12によって検出することにより行
っており、各光反射体23別に測定した光強度を表1に
示す。なお、各光反射体23は、光ビームの進行方向に
沿ってCH1〜CH5とする。
【0034】この光スイッチ1では、同表に示すよう
に、隣り合う光反射体23間の光強度の差は、約6〜1
0μWと比較的小さく、誤識別の可能性もあるので、前
記反射面24の反射率を各光反射体23ごとに変化させ
ることによって前記送受信用光ファイバ33に入射する
反射光の光強度の差異を明確にさせることが好ましい。
【0035】反射面24の反射率を変化させる手段とし
ては、反射面24をサンドペーパ等でこすってその表面
を荒すといった方法があり、この光スイッチ10では前
記送受信用光ファイバ23の接続端から離れるに従っ
て、その荒れの程度を大きくしてある。反射面24の表
面を荒した場合の各光反射体23の光強度について表1
に示してあるが、その表からわかるように、各光反射体
23間の光強度の差は約25〜40μWとかなり大きく
なり、各光反射体23の識別が明確に行えることがわか
る。
【0036】
【表1】
【0037】図4ないし図7は、各光反射体23a,2
3b間の光強度差を大きくするために、別の手段を採用
した場合の変形例を示している。
【0038】図4に示すスイッチ部20は、反射面24
aの光ビームの光路aに対する角度が各光反射体23a
ごとに変化するように反射面24aを傾斜させたもので
ある。具体的には、送受信用光ファイバ33の本体ケー
ス21への接続端側から順次0゜,1゜,2゜,3゜,
4゜といった具合に反射面24aを光ビームの進行方向
へ傾斜させており、この場合におけるPM12での光強
度を、反射面24aを全く傾斜させない場合と共に表2
に示す。同表からわかるように、隣り合う光反射体23
a間の光強度差は約30〜35μWであり、全く傾斜さ
せない場合に比べてかなり顕著になっている。このよう
に、光強度差が大きくなるのは、反射面24aが傾くこ
とにより反射光が送受信用光ファイバ33の入射端から
少しづつずれるためである。
【0039】
【表2】
【0040】図5に示すスイッチ部20は、本体ケース
21の各光反射体23b間に、光減衰器として透過率約
95%のフィルター26を光ビームの光路aが直角に通
過するように配置したものであり、この場合におけるP
M12での光強度を、全くフィルター26を設けない場
合と共に表3に示す。同表からわかるように、隣り合う
光反射体23b間の光強度差は約25〜35μWであ
り、フィルター26を設けない場合に比べてかなり顕著
になっている。
【0041】このように、光強度差が大きくなるのは、
各反射体23bに至るまでの光ビームが通過するフィル
ター26の数及び反射光が送受信用光ファイバ33に入
射するまでの間に通過するフィルター26の数が各光反
射体23ごとに異なり、それに伴う光強度の減衰量に顕
著な差が生じるからである。
【0042】
【表3】
【0043】図6は、他の実施例を示している。この光
スイッチ2は、図1に示す光スイッチ1と同様に、LD
41(出力光強度=10mW),PM42,スイッチ部
50及び光ファイバ60(送信用光ファイバ61,受信
用光ファイバ62,送受信用光ファイバ63)を備えて
いるが、さらに、スイッチ操作の確認手段70を有して
いる。
【0044】前記スイッチ部50は、図7に示すよう
に、前記実施例のスイッチ部20と同様の光反射体53
を備えているが、その数が6個であり(CH1〜6),
CH6の光反射体53は、非常停止用スイッチとして光
反射のほとんど得られない黒色体によって形成されてい
る点で前記スイッチ部20とは異なる。
【0045】前記確認手段70は、スイッチ部50の本
体ケース51に接続される確認用光ファイバ72と、こ
の確認用光ファイバ72の接続端に設けられた集光用の
レンズ73と、前記確認用光ファイバ72の他端に接続
される光信号検出手段としてのパワーメータ(PM)7
1とから構成されている。
【0046】前記確認用光ファイバ72は、前記送受信
用光ファイバ63、レンズ52からの光ビームが前記光
反射体53に遮断されない状態、即ちスイッチ部50の
非操作状態で、レンズ73を介して直接入射する位置に
接続されている。
【0047】従って、スイッチ部50の非操作状態(ス
イッチOFF)では光ビームが透過光として確認用光フ
ァイバ72によって伝送され、表4に示すように、PM
71により所定の光強度が検出される。一方、スイッチ
部50の操作状態では、前記光反射体53によって光ビ
ームが遮断されるので、同表に示すように、PM71で
は透過光の光強度が0μWとなる。なお、スイッチ部5
0の非操作状態での反射光及び透過光の光強度は、それ
ぞれ37.0(μW)及び358.1(μW)であっ
た。このように、各PM42,71において検出される
透過光の光強度の差異によってスイッチ部50の操作状
態を検出することができる。
【0048】
【表4】
【0049】この確認手段70は、スイッチングに関し
て、必ずしも必要ではないが、例えば、PM42で反射
光がほとんど検出されない状態、即ちスイッチ部の非操
作状態であるにも拘らず、PM71において透過光が検
出されない場合には、光ファイバ60に断線等の損傷が
発生している可能性が高いことがわかる等の異常予測に
利用すことができる。なお、前記実施例の場合と同様に
反射面54を荒して各光反射体53ごとに反射率を変化
させたり、反射面54aを傾斜させたり(図8参照)、
各光反射体54b間にフィルター56を設けたり(図9
参照)することにより、スイッチングの確実性を高める
ことができる。各手段を採用した場合のPM42,71
での反射光,透過光の光強度の検出値を表4ないし表6
に示すが、いずれの場合もスイッチ部50の操作状態に
おけるPM71での透過光の光強度は0μWであった。
なお、表5及び表6におけるCH6の光反射体53a,
53bは共に非常停止用のものであり、いずれも反射面
54a,54bを10゜傾けている。
【0050】
【表5】
【0051】
【表6】
【0052】また、スイッチングの確実性を向上させる
別の方法としては、図10及び図11に示すように、反
射面54c,54dを凹球面状、凸球面状に形成するこ
ともできる。
【0053】例えば、図10に示すように、反射面54
cを凹球面状に形成した場合には、図12(b)に示す
ように、反射面54cによって反射された光ビームBの
平行光線は、反射面54cの手前の光軸上にある集点F
に一旦集った後放射状に広がるため、同図(a)に示す
ように、反射面54cからの距離Xが大きくなる程反射
光Cの放射面積が大きくなって単位面積当りの光強度は
小さくなる。従って、送受信用光ファイバ63の接続端
からの距離が異なる各光反射体53dごとに送受信用光
ファイバ63への入射時点における光強度に差が生じ、
PM42において検出される光強度に基づく判別が容易
になる。
【0054】また、図11に示すように、反射面54d
を凸球面状に形成した場合は、図13(b)に示すよう
に、反射面54dによって反射された光ビームBの平行
光線は、そのまま放射状に広がるため、凹球面状の場合
と同様に、反射面54dからの距離Xが大きくなる程反
射光Cの放射面積が大きくなり、これに伴って単位面積
当りの光強度は小さくなるので(図13(a)参照)、
送受信用光ファイバ63への入射時点における光強度に
差が生じる。
【0055】このように各光反射体53c、53dの、
反射面54c,54dを同一の曲率半径を有する凹球面
状,凸球面状にしておくと、スイッチングの識別を確実
に行うことができるが、反射面54c,54dの曲率半
径を各光反射体53c,53dごとに変化させると、そ
の識別をより確実に行うことができる。具体的には、送
受信用光ファイバ63の接続端から離れるに従って、曲
率半径rを小さくしておくと、各光反射体53c,53
dの反射面54c,54dの曲率半径が同一の場合に比
べて隣り合う光反射体53c,53d間における光強度
の差が大きくなる。
【0056】なお、各光反射体53c,53dの反射面
54c,54dを曲率半径の異なる凹球面状,凸球面状
に形成した場合の反射光の光強度を表7,表8に示す。
この光スイッチにおいて、スイッチ部が非操作状態では
反射光及び透過光の光強度はそれぞれ37.2(μ
W),358.1(μW)であり、スイッチ部の操作状
態における透過光の光強度は、いずれも0(μW)であ
った。
【0057】また、CH6の光反射体53c,53d
は、上述の場合と同様に非常停止用のものである。
【0058】
【表7】
【0059】
【表8】
【0060】
【発明の効果】以上のように、この発明の光スイッチ
は、光信号送信手段から送信された光信号を送信用光導
波路、送受信用光導波路を介してスイッチ部に伝送し、
集光手段によって光ビームとして本体ケース内に出射さ
れた光信号を、その本体ケースに光ビームに沿って直列
に設けられた複数の光反射体のうちの一つの光反射体に
よって反射させ、この反射光を前記送受信用光導波路及
び受信用光導波路を介して伝送し、光信号検出手段によ
って測定された反射光の光強度に基づいて、スイッチ部
の操作状態を判別するようにしたため、被検出体と、光
信号送信手段及び光信号受信手段との距離を十分長くと
ることができる。
【0061】また、従来のようなPSDも不要であり、
複数の光信号を共通の光導波路によって伝送するので光
スイッチ全体の構造が単純化され、作業性もよい。
【0062】前記スイッチ部に確認用光導波路を接続
し、この確認用光導波路の先端に光信号検出手段を接続
したものにあっては、光導波路の破損等の異常予測が可
能となり、信頼性が向上する。
【0063】また、光反射体ごとにその反射面の反射率
や傾斜率を変化させたり、各光反射体間に光減衰器を設
けたり、反射面を球面状に形成したりしたものにあって
は、前記送受信用光導波路に入射する反射光の光強度が
各光反射体ごとに顕著に異なるため、スイッチ部の操作
状態を確実に判別でき、光スイッチの誤動作を回避する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る一実施例を示す概略図である。
【図2】同上の光分岐結合器を示す概略図である。
【図3】同上のスイッチ部を示す概略図である。
【図4】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図5】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図6】他の実施例を示す概略図である。
【図7】同上のスイッチ部を示す概略図である。
【図8】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図9】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図10】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図11】同上のスイッチ部の変形例を示す概略図であ
る。
【図12】図10のスイッチ部における光ビームの反射
状態を示す図である。
【図13】図11のスイッチ部における光ビームの反射
状態を示す図である。
【符号の説明】
1、2 光スイッチ 11、41 レーザーダイオード 12、42 パワーメータ 20、50 スイッチ部 21、51 本体ケース 22、52 レンズ 23、23a、23b 光反射体 53、53a、53b、53c、53d 光反射体 24、24a、24b 反射面 54、54a、54b、54c、54d 反射面 30、60 光ファイバ 31、61 送信用光ファイバ 32、62 受信用光ファイバ 33、63 送受信用光ファイバ 70 確認手段 71 確認用光ファイバ 73 レンズ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光信号送信手段が接続された送信用光導
    波路と、光信号検出手段が接続された受信用光導波路
    と、スイッチ部が接続された送受信用光導波路とを光分
    岐結合器によって結合して成る光スイッチであって、 前記スイッチ部を、前記送受信用光導波路が接続され、
    その送受信用光導波路からの出射光を受け入れる本体ケ
    ースと、前記出射光を集光して光ビームを形成するため
    の集光手段と、先端部に前記光ビームの反射面を有する
    複数の光反射体とによって構成し、前記光反射体は、前
    記光ビームの出射方向に沿って直列配置されると共に前
    記光ビームの遮断方向に進退自在に前記本体ケースに支
    持されている光スイッチ。
  2. 【請求項2】 前記光ビームが、前記光反射体によって
    遮断されない状態で、入射される確認用光導波路を前記
    本体ケースに接続し、この確認用光導波路の先端に光信
    号検出手段を接続した請求項1記載の光スイッチ。
  3. 【請求項3】 前記各光反射体は、その反射面の反射
    率が相互に異なる請求項1又は2に記載の光スイッチ。
  4. 【請求項4】 前記各光反射体は、その反射面の傾斜率
    が相互に異なる請求項1又は2に記載の光スイッチ。
  5. 【請求項5】 前記ケース本体には、前記各光反射体間
    に光減衰器を設けた請求項1又は2に記載の光スイッ
    チ。
  6. 【請求項6】 前記各光反射体の反射面を球面状に形成
    した請求項1又は2に記載の光スイッチ。
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