JPS5915542B2 - 光フアイバケ−ブルによるデ−タ収集システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光ファイバケーブルを伝送路に用いたデータ収
集システムすなわちいわゆるデータバス５ におけるデ
ータ収集システムに関する。

データバスとは空間的に分散した多数の情報源（以下こ
のような点を情報点という）からの情報を特定の一点に
収集したり（以下この点を情報収集点という）、また逆
に特定の一点の情報を空間１０的に分散した多数の地点
に分散する装置である。また別の用途では空間的に分散
した多数の地点間で相互に情報を交換する必要のあるデ
ータバスも存在する。この種のデータバスは工場内のプ
ロセスコント１５ロールにおける多数のセンサーからの
情報を中央の収集装置へ収集し、また中央の指令装置か
ら各部の制御器等へ指令情報を伝送する場合、変電所に
おける送電線の電力、電流情報を中央の収集装置に収集
し、また送電線の切替器への切替信号をクｏ 中央の指
令装置より伝送する場合などに使用されはじめている。

この種のシステムにおける伝送路には通常同軸ケーブル
、ペアケーブルなどが使用されているが、多数の地点間
に電位差があること、これらのケー２５ブルは電磁誘導
を受け易いことなどのため、高品質の伝送は不可能であ
るという欠点がある。

このため、伝送路として最近技術的進歩のいちじるしい
ガラス製の光ファイバケーブルを使用することが提案さ
れている。３０光ファイバケーブルを用いたデータバス
、特にデータ収集システムにおいて、空間的に分散した
多数の情報を有する地点毎に光源を有するシステムでは
光源が情報地点数だけ必要となるので経済性、信頼性の
点から欠点がある。

また光ファイバ３５ケーブルの伝送損失は非常に低いた
め、各情報地点に光源を有する装置では情報収集点、即
ち受信点で不必要な高い受信レベルが得られ、効率的な
システムとは云いがたい。このような意味から、１個の
光源を使用し、この光源からの光を各情報点を縦続に接
続する光フアイバにより伝送し各情報点では到達した光
を順次変調するようなシステムが望ましい。

以上の主旨から、一個の光源を使用したデータバスをＤ
．Ｅ．Ｎ．ＤａｖｉｅｓとＳ．Ａ．Ｋｉｎｇｓｌｅｙが
提案している０ （ＦｉｒｓｔＥｕｒＯｐｅａｎＣＯｎ
ｆｅｒｅｎｃｅＯｎＯｐｔｉｃａｌＥｉｂｅｒｌｌ９７
５年９月１６〜１８日、於ＬＯｎｄＯｎ）しかし、本デ
ータバスの欠点は複雑なヘテロダイン検波方式を使用し
ている。

このため製造の困難なシングルモードフアイバを使用し
なければならない。ヘテロダイン検波の局部発振信号を
得るための特殊な光学素子が必要である。局部発振信号
を受信点に伝送するための光フアイバが必要であるなど
がある。本発明の目的は、多数の情報を有する地点毎に
光源を要しないデータ収集システムを提供するにある。

本発明の他の目的は、伝送路である光フアイバとして製
造および取扱が容易なマルチモード光フアイバが使用可
能なデータ収集システムを提供するにある。

また本発明のさらに他の目的は、複雑で、不安定なヘテ
ロダイン検波方式を使用せず、簡単で実用性の大きい直
接検波方式が使用できるデータ収集システムを提供する
にある。本発明の別の目的は情報収集点から各情報源に
対し個別に伝送路を必要とせず、情報収集点から各情報
源を順次に継続接続し、伝送路の１部又はすべてを各情
報源で共用するとともに、１個の光受信器で受信できる
データ収集システムを提供するにある。

本発明のさらに別の目的は前記伝送路を共用するシステ
ムでかつデイジタル方式の場合特に重要であるが、各情
報源のクロツク信号を同期させる必要のないシステム、
即ち情報収集点からクロツク信号を各情報源に分配し、
各情報源ではこれを受信し、各情報源のクロツク信号と
して、各回路を動作させることを必要としないデータ収
集システムを提供するにある。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。

第１図は本発明の第１の実施例のプロツク図であり、中
央の情報収集点１に設置した光源１１はクロツク発振器
１２からのクロツク信号に同期して光パルスを発生し、
光フアイバ１３および光挿入分配器１４を経て、光を伝
送路である光フアイバ２０−ａに送出する。情報点Ａ，
ｂ，・・・・・・ｉにおける構成は最後に接続される情
報点１を除き、同一であるので、情報点ａについて説明
する。光フアイバ２０−ａからの光は光挿入分配器１０
１・・・・・・ａに入射し、１部の光は光フアイバ１０
２ａを経て、反射形光変調器１０３−ａに人射する。こ
こで、情報源１０４−ａからの信号により変調された後
、元の方向に反射され、光フアイバ１０２−ａ、光挿入
分配器１０１−ａ、光フアイバ２０−ａを経て情報収集
点１へ戻る。また光フアイバ２０−ａから光挿入分配器
１０１−ａに入射した光の１部は光フアイバ２０−ｂに
入射し、次の情報点ｂに送られる。その後の各情報点で
も同様の方法により変調され、情報収集点１の方向に変
調された光は戻るが、例えば光挿入分配器１０１−ａで
は情報点ｂ・・・・・・，ｉで変調された光は、光フア
イバ１０２−ａの方には分岐されず、光フアイバ２０−
ａに入射するように構成されている。最後に接続される
情報点１の構成は他の情報点と同一でもよいが、光を分
配する必要がないため、図では光挿入分配器を使用して
いない点が他と異なるのみである。以上の説明かられか
るように１個の光源からの光は各情報源に共通した伝送
路２０を経て分配され、変調された光は同じ伝送路によ
り光源側即ち情報収集点に収集され、その光は光挿入分
配器１４により光フアイバ１５に入射し、光検波・増巾
器（光受信器）１６で亀気パルスに変換される。

情報収集点１から各情報点までの光フアイバの距離が異
なるため各情報点から受信した光パルス、従つて光受信
器１６の出力パルスの送信パルス（光源１１からの光パ
ルス）に対する相対的な時間位置は各情報点毎に異なつ
ている。この性質を利用して各情報源からの電気パルス
を分離することができる。次に分離方法の１実施例を第
２図の波形図により説明する。第２図波形４は光源１１
からの出力光パルスであり、波形２は光受信器１６の出
力パルスである。

（実際にはこの波形は変調されているが、同図には無変
調の状態で示してある。）波形３は分離パルス発生器１
７で波形４に同期してつくられた分離パルスのうち情報
点ａからのパルス（波形２のうちパルスａ）を分離する
パルスであり、このパルスは通常のゲート回路で構成さ
れた分離回路１８に入力され、このパルスの存在する期
間のみゲートを開放する。即ち波形２のパルス列のうち
パルスａのみを分離し、波形４を出力する。波形３の波
形１に対する時間位置は次のように決めればよい〜 送信パルスが情報点ａまでを往復して、受信され、出力
されるまでの遅延時間が（ＮＴ＋Ｔａ）（ｎは正の整数
）の場合、波形４の各パルスからＴａだけ遅れた位置に
ゲートが開くように決めればよい。

第１図において、光挿入分配器１０１と光変調器１０３
の間を光フアイバ１０２で接続した構成となつているが
、光フアイバ１０２は必らずしも必要なものではなく、
光挿入分配器と光変調器が直接接続された形式でもよい
。

次に、第１図の光挿入分配器１４，１０１−Ａ，ｂ・・
・・・・の具体的実施例を第３図の構成図に示す。

同図では説明を容易にするため、光フアイバ２０ａ，ｂ
，１０２−ａは情報点ａに対応した記号を付した。光フ
アイバ２０−ａからの光はレンズ１１１により平行光束
に変換された後、半透明鏡１１２で２分割され、レンズ
１１３，１１４を経て光フアイバ１０２−ａおよび２０
−ｂに入射する。一方光フアイバ１０２−Ａ，２Ｏ−ｂ
より入射した変調された光は半透明鏡１１２により多重
されて、光フアイバ２０−ａに入射し、受信点へ返送さ
れる。次に第１図の光変調器１０３は公知の光変調器が
使用できるが、光がコヒーレントであることを利用した
変調器でないならば、光フアイバとしてマルチモードフ
ァイバを使用することができる。

その１例を第４図の構成図により説明する。光フアイバ
１０２より入射した光はレンズ１２１で平行光束に変換
された後、偏光子１２２により例えば水平偏光の成分の
みを選択し、変調素子１２３に入射し、さらに、反射鏡
１２４により反射し、入射方向に返送される。変調素子
１２３の出射光の偏光方向は信号入力端子１２５へのデ
イジタル信号の状態により垂直偏光又は水平偏光かどち
らかの状態をとり水平偏光の場合は偏光子１２２を真直
ぐ通過し、光フアイバ１０２に入射し、受信側に返送さ
れるから、垂直偏光の場合は偏光子１２２で屈折し、光
フアイバ１０２に到らない。第５図は第４図のこの変調
を説明するための波形図であり、波形図１は入力端子１
２５の信号波形、波形２は変調素子１２３への入射光パ
ルス列、波形３は同じく出射光パルス列を示し、各パル
スの上の矢印は偏光方向を示す。波形４は受信点に返送
される変調を受けたパルス列であり、波形１が゛１゛″
の時のみ光パルスを返送する。尚、上記の説明ではデジ
タル信号を伝送する場合について例をあげて説明したが
、アナログ信号の場合にも全く同一の構成で使用できる
。

また光の変調方式については最も一般的な強度変調方式
について説明したが、どのような変調方式とするかは本
発明に直接関係しないが、強度変調方式を採用すれば伝
送路としてマルチモードフアイバを使用できるという利
点が得られる。第１図の実施例では各情報点における光
の分配、挿入を両機能を持つた１個の素子で実現してい
るため反射形変調器を使用しているが、通常使われてい
る透過形の変調器を使用することも可能であり、この場
合は光分配、挿人の機能を個別に有する２個の素子を各
情報点毎に光フアイバ２０の途中に配置すればよい。

第６図は本発明の第２の実施例の構成図で、特に情報点
の空間的な配置が情報収集点を中心とし、反対方向に分
布している場合に適するシステムである。

各構成機器の記号は第１図と同様に付されており、信号
分離方法も第１の実施例と同じである。第１の実施例と
異なる点は光源１１からの送信光が光分配挿入器１４で
２分割され、２方向に分配される点であり、光分配挿入
器１４は第３図のものがそのまま使用できる。第７図は
本発明の第３の実施例の構成図であり、各情報源が空間
的には１ケ所に集中しており、情報収集点から各情報源
までの光フアイバの長さがほぼ同一であるため、受信点
で光パルスが時間的に近接して到達し、信号の分離が不
可能な場合に適する実施例である。

第７図の各部に対する記号は第１図と同様に付けられて
おり、構成上異なる点は光遅延回路１０５−Ａ，ｂ・・
・・・・が光フアイバ１０２−Ａ，ｂ，・・・・・・と
光変調器１０３−Ａ，ｂ・・・・・・の間に挿入されて
いる点のみで、他は同一構成である。従つて各光遅延回
路１０５−Ａ，ｂ・・・・・・の遅延時間を受信点で各
パルスが分離可能なように設定すればよい。光遅延回路
の具体例としては光フアイバを使用することが可能であ
り、この場合、光遅延回路として特別な素子は不要であ
り、光フアイバ１０２の長さを各情報源毎に変えること
により目的は達成される。以上の説明から明らかなよう
に、本発明によれば１個の光源を使用するのみで多数の
情報が収集できるので、経済性、信頼性の高いシステム
が得られる。

また光の変復調方式として光がコピーレンジであること
を要しない方式が採用できるため、伝送路としてスプラ
イシングが容易なマルチモード光フアイバが使用できる
ので実用性の高いシステムということができる。また複
数のデジタル隣報を伝送路と光受信器を共用して収集す
る場合の方式として時分割多重により収集する方法、各
情報毎に周波数の違う副搬送波を使用する方法などがあ
るが、前者では各情報のタイミングを合す必要があるの
で、各情報点毎にクロツク信号を分配、受信する系が必
要となる。

また後者の方法では各情報点に副搬送波発振器が必要と
なる。しかるに本発明によれば、各情報点が空間的に分
布していることの結果により生ずる情報収集点から各情
報点までの伝送路の長さの差を利用して、信号を分離す
るので、上述の方法における系あるいは回路が不要とな
り、きわめて経済的である。以上の実施例では少なくと
も伝送路の一部は複数個の情報源に共用している場合に
ついて説明した。

この方法は必要な全伝送路長を最短とする観点から採用
される方法であるが、情報源の分布の状態によつては情
報源毎に異なる光フアイバを使用した方が有利な場合も
ある。この様な場合にも本発明は適用可能であり、この
場合は例えば第１図において光フアイバ２０−Ａ，ｂ，
・・・・・・（１−１）を極く短いものとするかあるい
は光挿入分配器１４，１０１−Ａ，ｂ，・・・・・・（
１−１）を直接接続して、これらを情報収集点に設置し
光フアイバ１０３−Ａ，ｂ・・・・・・により収集点か
ら情報点間を接続すればよい。この場合第３の実施例の
ように光遅延回路を必要に応じて設けることにより受信
信号の分離が容易になることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は第１
の実施例の動作を説明するための各部の波形図、第３図
および第４図は第１図における光挿入分配器および光変
調器の構成図、第５図は第４図に示す光変調器の動作の
波形図、第６図および第７図は本発明の第２および第３
の実施例の構成図である。 図において、１１・・・・・・光源、１２・・・・・・
クロツク発振器、１４・・・・・・光挿入分配器、１６
・・・・・・光受信器、１７・・・・・・分離パルス発
生器、１８・・・・・・信号分離回路、１３・１５，２
０，１０２・・・・・・光フアイバ、１０１・・・・・
・光挿入分配器、１０３・・・・・・光変調器、１０４
・・・・・・情報源、１０５・・・・・・光遅延回路、
１１１，１１３，１１４，１２１・・・・・・レンズ、
１１２・・・・・・半透明鏡、１２２・・・・・・偏光
子、１２３・・・・・・変調素子、１２４・・・・・・
反射鏡、１２５・・・・・・入力端子、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数個の情報源よりのデータを特定の個所に光ファ
   イバケーブルを含む光伝送路により収集するデータ収集
   システムにおいて、光パルスを発生する手段と、該光パ
   ルスを前記複数個の情報源へ分配する手段と、該分配さ
   れた光パルスを変調する手段と、複数個の該変調された
   光パルスを混合する手段と、この混合された光パルスを
   光受信器に導く手段とを少なくとも有しており、光送信
   器から光受信器までの光伝送路の光学的長さが異なるこ
   とを利用して混合されたパルスから各情報源毎のパルス
   に分離することを特徴とする光ファイバケーブルによる
   データ収集システム。 ２ 前記複数個の情報源の少なくとも１部は光ファイバ
   ケーブルにより縦続的に接続されており、前記分配する
   手段と混合する手段が光挿入分配器であり、前記変調す
   る手段が反射形光変調器である特許請求の範囲第１項記
   載の光ファイバケーブルによるデータ収集システム。 ３ 前記複数個の情報源の少なくとも１部は光ファイバ
   ケーブルにより縦続的に接続されており、前記分配する
   手段が光分配器であり、前記混合する手段が光挿入器で
   あり、前記変調する手段が透過形光変調器である特許請
   求の範囲第１項記載の光ファイバケーブルによるデータ
   収集システム。