JPS58106925A - 光伝送方式 - 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】 本発明は中央の制御装置から、遠隔地点に点在する多数
の情報の収集を、１本の光フアイバ伝送路で順次接続す
ることによって、この点在する多数の情報を、中央制御
装置で得ることができ、工場のプラント、ピル管理等の
データの収集、又は各種セ・ンサ情報の収集、等多種多
様に利用することができる光伝送方に関するものである
。

光フアイバ伝送路を用いて、中央制御装置で、遠隔地点
に点在する多数の情報を得るには、従来、最も用いられ
ている方法は、第１図で示すように中央制御装置１０１
に各々設けられへ光信号を電気信号に変換する回路（以
下０７Ｅと呼ぶ）１ｏ２と、データ信号の電気信号を光
信号に変換する回路（以下Ｅ１０と呼ぶ）１０３とか、
多数個配列されており、この間をそれぞれ光フアイバ伝
送路１０４によって接続されている。このようにすれば
１つのデータ信号を中央制御装置まで送るには、Ｅ１０
１ｏ３、光フアイバ伝送路１０４、Ｏ／Ｅ１０２を用い
なければならないことから、点在するデータの収集には
、不経済であり、配線、メンテナンスなどで、実際には
不適当なシステムとなる。これを改善したものを第２図
に示す。この方式は、１本の光フアイバ伝送路を用いた
波長多重方式である。それぞれの光データ送出器２０１
には、光ファイバに光信号を多重するだめの光結合器２
０２と、データ信号を光信号に変換するＥ１０１０３と
からなっている。このそれぞれの光データ送出器２０１
に用いるＥ１０１０３は、それぞれ光の波長の異なった
発光素子を用いている。

これら光の波長の異なるλ１．λ２．λ３・・・・・Ａ
０の光信号は、光フアイバ伝送路１０４で伝送され、光
波長分波器２０３により、送られてきた光信号に含まれ
ているそれぞれの光の波長に分波する。

この分波されれ光信号は、それぞれのＯ／Ｅ１０２で電
気信号であるデータ信号になり、中央制御装置１０１に
入力される。

以上の構成では、伝送路は１本の光ファイノ（であり、
さらには、それぞれの光データ送出器２０１は、直列に
順次光ファイバで接続されていることから伝送路系では
、経済的で、メンテナンスに便利である。しかし、それ
ぞれ光データ送出器２０１に波長の異なったＥｌｏが必
要であり、高価になること、実際には、種々の波長の異
なる発光素子には限度があることから、光データ送出器
の数は限られてくる。また、光波長分波器２０２と、多
数のＯ／Ｅが必要となる。

本発明は以上の従来例の欠点がなく、さらには１、前記
のべた光データ送出部において、電源がなくても、デー
タ信号を送出することかでき、いか々る場所にも、光デ
ータ送出部を設置することができる光伝送方式を提供し
ようとするものであり、以下本発明の実施例について図
面を参照して説明する。

第３図は本発明の構成をブロック図で示したもので、中
央の制御装置、または監視装置に接続されたデータ収集
光送受装置３０１から、隔離された遠隔地点に点在する
、種々の光データ送出器３０２．３０３．３０４・・・
・・・３０６．を光フアイバ伝送路３０６．ｔ−、−よ
び光ファイバから々る光遅延伝送路、３０７．３０８　
、・・・・・３０９によって直列に順次接続されている
。

第４図は以下説明を行うだめの各点の光イ「号のタイミ
ングチャート図を示したものであり、光信号の振幅は必
要に応じた部分のみを表わしている。

したがって、説明のため同じ時間軸では、１つの波形を
共通の波形で表わしている。

一定の周期でパルス信号を発生するパルス発生回路３１
０からのパルス信号は、Ｅ１０３１１により光信号に変
換される。この変換された光信号は３端子からなる光方
向性結合器３１２の第１の端子に入力すると、第２の端
子から出力される。

このそれぞれをＡ１．Ａ２に示し、第４図の波形Ａ１．
Ａ２　で表わす、実際は、この光方向性結合器３１２に
光信号を通せば、当然Ａ１とＡ２　との振幅は異なるが
、前記のべたように時間軸上では同じであるので同一波
形で示す。

この第２の端子からの光信号は、光ファイノ（伝送路３
０６を通って光データ送出器３０２の３端子で構成され
た光方向性結合器３１３の第２の端子に光信号が入力さ
れる。この入力された光信号は、光方向性結合器の第１
と第２の端子には、部信号の分割比率をＮ：Ｉとするよ
うに定め、第１の端子側に多くの光信号ａ１を通過させ
、一部の光信号ａ２を第３の端子から取り出す。この第
１と第３の光信号は波形ａ１　、　Ａ２で示し、前記の
べだＡ１．〜　よりも光フアイバ伝送路３０６によって
光信号が遅延されていることを表わしている。

このＡ２の光信号は、光反射ミラーを備えた、°１”ま
たは“ｏＭのディジタル光センサ一部３１４に光ファイ
バで接続され、この光ファイバからの光信号を再び、光
ファイバへ、戻すかまた（ハ、戻さないかを行うことの
できる。このディジタル光センサ部３１４は実施例での
べる。

このもどされる光データ信号を８３で表わす。

次にａｌの光信号は光ファイバで構成された光遅延伝送
路３０７により遅延され光データ送出器３０３の光方向
性結合器３１５の第２の端子に入力される。前記光方向
性結合器３１３と同じように光信号はｂｌとｂ２　に分
割される。このｂ２の光信号は光ファイバによって、光
反射ミラーを備えた光スイツチ部３１６に接続され、こ
の光ファイバに光信号を反射させるか、または反射させ
ないか任意に操作することができるような構造を有する
。この光スイツチ部３１６は実施例でのべる。

これらｂｌ、ｂ２．ｂ３の波形は光遅延伝送路３０７に
よってａｌ　、　Ａ２　、　Ｃ３よりも遅延されたこと
を表わしている。

次にｂｌの信号は、前記のべたと同じように、次の光デ
ータ送出器３０４に導びかれる。この光データ送出器３
０４は、アナログ光センサを行うものである。光方向性
結合器３１７からの光信号Ｃ２は、さらに光方向性結合
器３１８で光信号Ｃ３，Ｃ４とに分岐し、分岐された光
信号Ｃ４は固定された光反射ミラーからなる基準光信号
器３１９で再び光方向性結合器３１！（光信号を一定の
反射で戻し基準光信号とする。−力先信号Ｃ３は、光遅
延器３２０で遅延し、この遅延器３２０で遅延された光
信号Ｃ６は、光ファイバで結合されたアナログ光センサ
素子、３２１に入力され、他方側に光反射ミラーを備え
ることによりアナログ光センサ素子３２１を光信号が往
復して、センサ部信号Ｃ７となり、光遅延器３２０を通
って再び光方向性結合器３１８に戻され、前記基準信号
Ｃ６と光センサ信号Ｃ７とが加え合せられてセンサ光信
号Ｃ８となる。これら０１〜Ｃ８の波形のタイミングチ
ャートを第４図に示す。

前記のべた基準光信号Ｃ５は、アナログ光センサ素子３
２１で得られたセンサ光信号Ｃ７とを常に相対比較を行
なうためのものであり、例えば、前記のべ％　Ｅ　／　
０３１１で使用される発光素子は、温度変化、または経
年変化等によって光信号のレベルが変動する。また光フ
アイバ伝送路３０６、および光遅延伝送路３０７．３０
８においても、光ファイバのねじれ、ゆれ、または経年
変化で光信号のレベルが変動する。さらにはこのような
システムを実際に構成するため、光フアイバ伝送路３ｏ
６．光遅延伝送路３０７．３０８の各伝送路中に、光フ
ァイバを接続するため、スプライス。

または光コネクタ等を数個所に使用することになる。し
だがって、たとえば光コネクタでは結合状態、ゆるみ等
で光信号のレベルは常に安定に保つことはできない。以
上のことから、本来のセンサ光信号Ｃ７のレベル以外に
よるレベル変動分が大きく、単独でセンサ光信号Ｃ７の
みの変化量を読み取ることはできない。以上のことから
、基準光信号Ｃ５を設けて、前記のべた不安定な部分は
、この基準光信号Ｃ６に表われることから、基準光信号
と、センサ信号とを比較してやれば、アナログ光センサ
素子３２１による光信号の変化分のみ、つまシアナログ
センサ情報のみを検出することができる。

以上のべた各光データ送出器３０２．３０３゜３０４は
、−切の電気回路は使用せずに構成することができる。

次の光データ送出器３０５は、電気回路を使用したもの
を示す。前記のべた動作と同じように、光方向性結合器
３２２からの光信号ｎ２は、光方向性結合器３２３で分
岐され、この分岐された光信号ｎ３はＯ／Ｅ／３２４で
電気信号に変換され、データパルス発生器３２５に入力
する。このデータパルス発生器３２６では、Ｏ／然郡部
３２６らのパルス状の電気信号に同期したパルス信号が
順次配列して用意されており、外部から与えられた情報
により、この配列されたパルス信号をコード化して、８
１０部３２６へ送り出している。このデータパルス発生
器３２５は、ひじょうに簡単な回路で構成・することが
できるので説明は除く。

以上のべた各光データ送出器の光データ信号ａｓ　、　
Ｂ３．　ｃＢ　＋　ｎｓは、それぞれの光方向性結合器
３１３　、３１５　、３１７　、３２２の第３の端子に
入力されると、それぞれ第１の端子より光データ信号ａ
３　、　Ｂ３　ｐ　Ｃａ　、、　ｎｓが出力される。例
えば−例として、Ｃ８の光データ信号は、光方向性結合
器３１７の第３の端子から、第１の端子、光遅延伝送路
３０８．光方向性結合器３１６の第１の端子から、第２
の端子、光遅延伝送路３０７．光方向性結合器３１３の
第１の端子から、第２の端子。

光フアイバ伝送路３ｏ６．光方向性結合器３１２の第２
の端子へと伝送される。その他の光データ信号も同じ方
法によることから説明は除く。

以上の結果、各光データ信号はすべて、光フアイバ伝送
路３０６を通ってデータ収集光送受信装置３０１の光方
向性結合器３１２の第２の端子に入力される、この光方
向性結合器３１２は、第２の端子に入力されると第３の
端子に出力されるか、または第３と第１の端子から出力
される。しかし、第１の端子には前記のべたＥ１０３１
１が結合されていることから、第１の端子側から光信号
が出力されても、何ら支障を起こすことはない。この抑
２の端子と第３の端子との光信号の波形をＢ１゜Ｂ２に
示し、光フアイバ伝送路３０６の遅延時間をＤｌ、それ
ぞれの光遅延伝送路３０７．３０８　。

３０９の遅延時間をＢ２．Ｂ３．Ｄｎ、光遅延器３２０
の遅延時間をＢ４　として、データ収集光送受信装置３
０１の送り出された光信号Ａ１．Ａ２と、戻ってくる光
信号Ｂ１．Ｂ２　　との時間の関係を表わしたものであ
る。このＢ２の光信号は、Ｏ／Ｅ３２７で電気信号に変
換され、直列のデータ信号となっているので、各データ
信号を分離する直並列変換回路３２８に入力して、それ
ぞれのデータ信号に分離する。この直並列変換回路３２
８はゲート回路等から構成したもので、入力された直列
のデータ信号を、パルス発生回路３１０で得られるそれ
ぞれのゲートパルス信号でゲートすることにより、容易
にそれぞれのデータ信号を分離することができる。

この分離されたそれぞれのデータ信号から、前記のべた
すべての光データ送出器からの光データ信号を読み取る
ことができる。

以上の構成で多数個の３端子からなる光方向性結合器を
用いたが、光データ送出器３０４と３０６とはそれぞれ
２つの光方向性結合器が用いられているが、実際には、
これを１つにした４端子からなる光方向性結合器が用い
られている。動作は３端子の光方向性結合器を２つ組合
せられたものと原理は同じである。

またこれらの光方向性結合器は、前記のべた、光信号の
分配比率のＮ：１の比率を、それぞれの光データ送出器
が接続される場所に応じて、この比率を変えることによ
り、光データ信号の伝送が効率的なものとなる。

前記のべた構成は、考えられる種々の光データ送出器を
、それぞれ１つずつ例にとって説明したものである。実
際には同じ機能を有した光データ送出器が多数個！でわ
たって接続されたンステムとなる。なおこの光データ送
出器での重要な部分は、前記のべた、光反射ミラーを備
えた光センサ部、光スイツチ部にあり、以下説明を行う
。

第６図は光の反射光を得るだめの原理を示したものであ
る。光ファイバ５０１の先端部は、ｈ周期長を有する自
己収束型レンズ（以下ロッドレンズと呼ぶ）６ｏ２の一
端面側の中心部に配置すると、ロッドレンズ５０２の他
端面側より平行光（コリメート光）が取り出され、この
他端面側より離れた所に、ロッドレンズ５０２の他端面
と平行に光反射ミラー６０３を備えることによって、光
ファイバーからの光Ｐ１　　は、ロッドレンズ５０２へ
通って、光反射ミラー５０３で反射され、再び逆の糸路
を通って、光フフイバ５０１に、Ｐ２の光が入る。した
がってこのＰ２の光は、Ｐｌ　　の光がほとんど減衰す
ることなく、光ファイバ５０１に入る。

この原理を用いて、前記第３図でのべた光スイツチ部３
１６の構造の一例を第６図に示す。

光信号は、光ファイバ５０１を通ってロッドレンズ５０
２を通υ遮光板６０１で吸収されて再びロッドレンズ側
に反射されることはない。この状態においてスイッチボ
タン６０２を押すと、遮光板６０１は押下げられ、遮光
板６０１に通過穴があり、この通過穴がロッドレンズ６
０１の他端面の位置まで押下けられれば、前記原理での
べた同じ動作で光信号は反射ミラー５０３で反射する。

第７図および第８図は、前記第３図でのべたディジタル
光センサ部３１４の例として、傾斜検出光センサと、回
転光センサとを示したものである。

第７図は、ガラス管７０１の中に不透明の液体７０２を
入れると、ガラス管７０１が傾斜すれば光反射ミラー６
０３は液体７０２に被われ、光信号が反射されない。ま
た逆に傾斜されても、口・ノドレンズ５０２に液体７０
１が被われ、光信号が液体で吸収される。

第８図はモーターまたは、風速計などの回転する軸にス
リット状の回軸遮光器８ｏ１を取り付け、このスリット
部によってロッドレンズ５０２と、光反射ミラー５０３
との光糸路を開閉し、得られた光データ信号のパルス状
の光信号から・くルス数または、連続するパルス状の光
信号の周期等によって回転数を検知できる。

第９図は、前記第３図でのべたアナログ光センサ素子３
２１に一例として温度センサを示したものである。ガラ
ス管９０１の中にロッドレンズ５０２と、光反射ミラー
６０３との間に強誘電体光学結晶ＬｉＴａＯ３９０２を
配置し、この強誘電体光学結晶９０２は、温度によって
光の屈折率０が変化するものである。したがって、光信
号の反射光が、この屈折率変化０で、光ファイバ５０１
に入る光の量が変化することにより、温度の測定を行う
ことができる。

以上、光スイツチ部、光センサ部について、いくつかの
例を示したが、その他、多くの種類が考えられる。この
ような光スイツチ部、光センサ部を用いることにより本
発明の光伝送装置のシスチー　　ムを実施することがで
きる。

以上のように本発明によればデータ収集光送受信装置で
は、１つのＥ１０部と１つのＯ／Ｅ部のみで、多数ケ所
に配置された情報を一度に収集することができ、しかも
、１本の光フアイバ伝送路で光データ送出器を順次接続
することができるので、経済的でありしかもメンテナン
スが便利である。さらには、出来上ったシステムに光デ
ータ送出器を次々に付加することもできる。また、単純
な情報、たとえばスイッチの開閉などの情報、またセン
サ情報など送る光データ送出器では、−切の電源が必要
でないことから、あらゆる設置条件でおいても設置が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例における光伝送方式を実施した装置のブ
ロック線図、第２図は同データ収集方法を示す装置のブ
ロック線図、第３図は本発明の光伝送方式の原理を示す
装置のブロック線図、第４図は同方式説明のだめのタイ
ミングチャート図、第６図は同方式に用いる□光信号の
反射光を得るだめの装置の原理図、第６図は同方式に用
いる光スイツチ部の原理図、第７図は同光センサの原理
図、第８図は同光センサーの原理図、第９図は同温度セ
ンサの原理図である。 ３１２．３１３，３１５，３１７，３１８，３２２゜３
２３・・・・・・光方向性結合器、３１４・・・・・デ
ィジタル光センサ一部、３１６・・・・・・光スイツチ
部、３１９・・・・・・基準光信号、３２１・・・・・
・アナログ光センサ素子。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　２　　［； 第３図 ３ρ５ 第４図 １ｈ、Ａｚ ｎＩ、？＋２．ｎＪ ８８部 ７Ｌｊｎ５□３１．□ 第５図 、ｆｌＪ ［６図 第７図 第８図 第９図　　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一定の周期でパルス信号を発生するパルス発生器
   と、このパルス信号を光信号に変換する電気−光変換器
   と、第１の端子に前記光信号を入力すれば第２の端子に
   出力され、第２の端子に光信号を入力すれば、第３の端
   子から出力されるか、または第１の端子と第３の端子か
   ら出力される少なくとも３端子以上で構成された第１の
   光方向性結合器と、この第３の端子からの光信号を電気
   信号に変換する光−電気変換器と、この変換された電気
   信号からデータを収集するデータ収集器とからなるデー
   タ収集光送受信装置を備え、第２端子より光入力すれば
   第１と第３の端子に光出力され、第１の端子から光入力
   すれば第２の端子に光出力され、また第３の端子より光
   入力すれば第１の端子に光出力される少なくとも３端子
   以上で構成された複数個の第２の光方向性結合器群と、
   このそれぞれの第２の光方向性結合器の第３の端子には
   光信号を任意に反射する機能を有した光反射ミラーとが
   設けられた光データ送出型群を備え、この光データ送出
   型群のうちの１つの光データ送出器の第２の光方向性結
   合器の第２端子と、前記データ収集器の第１の光方向性
   結合器の第２の端子とが光フアイバ伝送路で結合され、
   この光データ送出器の第１の端子と、他の１つの光デー
   タ送出器の第２の端子とを光ファイバの光遅延伝送路で
   結合して、それぞれの光データ送出器を、直列に光ファ
   イバの光遅延伝送路で前記同じ手法で順次結合すること
   によって、前記データ収集器では、順次送られてきた光
   信号を分離して、個々のデータ送出器からの情報を得る
   ことができることを特徴とした光伝送方式。
2. （２）光データ送出器の光方向性結合器の第３の端子か
   らの光信号に同期させ、この第３の端子に光信号を入力
   させるか、まだは前記光方向性結合器に第４の端子を設
   けて光信号を入力さセ−るよう（でしたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光伝送方式。