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JP4872065B2 - Automatic loop collection type data collection system - Google Patents
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JP4872065B2 - Automatic loop collection type data collection system - Google Patents

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Description

本発明は、新しい原理に基づく光スイッチを利用して構成される自動周回収集式データ収集システムに関するものである。   The present invention relates to an automatic loop collection type data collection system configured using an optical switch based on a new principle.

従来より、河川等の様子を監視する場合、例えば監視拠点にモニタカメラやセンサを取り付け、監視センターでそれらからのデータを収集し、そのデータをモニタリングして監視を行うことが多い。この場合、電気信号としてそれらの収集データを回収し、画像信号等に変換するのが一般的である。   Conventionally, when a state of a river or the like is monitored, for example, a monitor camera or a sensor is attached to a monitoring base, data is collected from the monitoring center, and the data is monitored for monitoring. In this case, the collected data is generally collected as an electrical signal and converted into an image signal or the like.

ところが、台風等の悪天候のような場合に、電線が切断されたり、停電となったりすると、監視を続けることができなくなってしまうという問題があった。   However, in the case of bad weather such as a typhoon, there is a problem that monitoring cannot be continued if the electric wire is cut or a power failure occurs.

一方、本発明者らは、特許文献1において、波長帯域によって光吸収性を示す領域と光透過性を示す領域を有する光吸収層を有する熱レンズ形成光素子を有し、光吸収性を示す領域から選ばれる波長をもつ制御光と光透過性を示す領域から選ばれる波長をもつ信号光を前記光吸収層に同軸で照射し、制御光の照射の有無により信号光の開き角度が異なるドーナツ型の出射光を形成し、穴あきミラーを設けて光路を変更させる光スイッチ技術を提案した。   On the other hand, the present inventors have a thermal lens forming optical element having a light absorbing layer having a region exhibiting light absorptivity according to a wavelength band and a region exhibiting light transmittance in Patent Document 1, and exhibits light absorptivity. A control light having a wavelength selected from a region and a signal light having a wavelength selected from a region exhibiting optical transparency are coaxially irradiated onto the light absorption layer, and a donut having a different signal light opening angle depending on whether or not the control light is irradiated We proposed an optical switch technology that changes the optical path by forming a mold output light and providing a perforated mirror.

また、最近、本発明者らは、この技術を用いた光スイッチを用い、監視装置と、各拠点に配置されたデータ収集モジュールとを光ケーブルで接続して構成された自動周回収集式データ収集システムを提案した(特願2006−202633)。   Recently, the present inventors have used an optical switch using this technology, and an automatic loop collection type data collection system configured by connecting a monitoring device and a data collection module arranged at each site with an optical cable. (Japanese Patent Application No. 2006-202633).

さらに特許文献2には、電気的または機械的手段を採らず、制御ビームの照射でスイッチ物質の屈折率を変え、信号ビームの光路を変える光スイッチが提案されている。
特開2002−275713号公報 米国特許第4,585,301号
Further, Patent Document 2 proposes an optical switch that does not take electrical or mechanical means, changes the refractive index of the switch material by irradiation of a control beam, and changes the optical path of the signal beam.
JP 2002-275713 A U.S. Pat.No. 4,585,301

しかしながら、本発明者らが先に提案した特許文献1の技術を利用し特願2006−20063において提案した自動周回収集式データ収集システムは、電線が切断されたり、停電となったりした場合等でも、監視を続けて行うことが可能で、収集データの回収を電気的処理を行うことなく安価な構成で構築できるようになったが、依然、多くの光学部品を必要とするため、本格的な実用化のためにはさらに改善の余地があった。   However, the automatic circulation collection type data collection system proposed in Japanese Patent Application No. 2006-20063 using the technique of Patent Document 1 previously proposed by the present inventors is applicable even when the electric wire is cut or a power failure occurs. It is possible to continue monitoring, and the collection of collected data can be constructed with an inexpensive configuration without performing electrical processing. However, since it still requires many optical components, There was room for further improvement for practical use.

一方、特許文献2に開示されている光路切替手法をこの自動周回収集式データ収集システムに適用することも考えられるが、その場合、偏向角をあまり大きくできず、また屈折率変化を行わせるレーザ光は大パワーが必要であるという問題があった。   On the other hand, it is conceivable to apply the optical path switching method disclosed in Patent Document 2 to this automatic orbital collection type data collection system. In this case, however, the deflection angle cannot be increased so much and the laser that changes the refractive index is used. There was a problem that light requires high power.

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、新規な動作原理を基づき、より装置の光学部品点数を低減させ、装置構成がよりシンプルで、低コスト化を図ることができ、電線が切断されたり、停電になったりしたような場合でも、監視を続けることができ、本格的な実用化が期待される自動周回収集式データ収集システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and based on a novel operating principle, the number of optical components of the apparatus can be further reduced, the apparatus configuration is simpler, and the cost can be reduced. It is an object of the present invention to provide an automatic lap-collecting data collection system that can continue to be monitored even in the case of a disconnection or a power failure, and is expected to be put to practical use in earnest.

本発明によれば、上記課題を解決するため、
監視装置と、各拠点に配置されたデータ収集モジュールとを光ケーブルで接続して構成され、
監視装置は、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルを介して各データ収集モジュールに送るトリガパルス発生部と、光ケーブルを介して各データ収集モジュールから収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュールにデータ収集のための制御信号を送信する制御部を有し、
各データ収集モジュールには識別符号が付与され、各データ収集モジュールは、第1の光スイッチ及び第2の光スイッチよりなる自動周回機構と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニットと、データ収集ユニット及び光ケーブルに接続される制御部と、制御部と光ケーブルとの接続のオン/オフを制御する第3の光スイッチを有し、
第1の光スイッチ及び第2の光スイッチは、それぞれ、光源光とこれとは異なる波長の信号光を入力し、該信号光の入力のオン/オフにより該光源光の出力のオン/オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、
自動周回機構は、監視装置からトリガパルスを受け取ると、第3のスイッチをオン制御し、制御部にデータ収集ユニットで収集したデータを前記識別符号とともに光ケーブルを介して監視装置へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルを介して次のデータ収集モジュールに送り出す自動周回収集式データ収集システムであって、
第1の光スイッチは、
第1の波長λ1を有する連続光である第1の光源光と第2の波長λ2を有するパルス状光である第1の信号光とを入射する第1の信号入力部と、
第1の信号光に対し吸収性を示し第1の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第1の光吸収層を有する第1の熱レンズ形成光素子と、
第1の光吸収層に第1の信号光と第1の光源光とを各々集光点を光軸に対して直角方向で異ならせて集光させる第1の集光部を備え、
第1の熱レンズ形成光素子は、第1の光吸収層が第1の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第1の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第1の光源光を進行方向を変えない非偏向光として出射する状態と、第1の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第1の光源光を進行方向を変えた偏向光として出射する状態とを、第1の信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
さらに、第1の熱レンズ形成光素子より出射した第1の光源光のうち、非偏向光は第1の出力ポートから出力させ、偏向光は第2の出力ポートから出力させる第1の光源光光路切替部を備え、
第2の光スイッチは、
第1の光スイッチの第2の出力ポートから出力される第1の波長λ1の第1の光源光を第2の信号光として取り込み、この第2の信号光と第2の波長λ2を有する連続光である第2の光源光とを入射する第2の信号入力部と、
第2の信号光に対し吸収性を示し第2の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第2の光吸収層を有する第2の熱レンズ形成光素子と、
第2の光吸収層に第2の信号光と第2の光源光とを各々集光点を光軸に対して直角方向で異ならせて集光させる第2の集光部を備え、
第2の熱レンズ形成光素子は、第2の光吸収層が第2の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第2の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第2の光源光を非偏向光として出射する状態と、第2の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第2の光源光を偏向光として出射する状態とを、第2の信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
さらに、第2の熱レンズ形成光素子は、出力した第2の光源光のうち、非偏向光は第1の出力ポートから出力し、偏向光は第2の出力ポートから出力させる第2の光源光光路切替部を備え、
第1の光スイッチの第1の信号入力部は、光ケーブルに接続され、トリガパルスを第1の信号光として取り込み、
第1の光スイッチの第1の出力ポートは第3の光スイッチに接続され、
第1の光スイッチの第2の出力ポートは第2の光スイッチの第2の信号入力部に接続され、
第2の光スイッチの第2の出力ポートは光ケーブルに接続されることを特徴とする自動周回収集式データ収集システムが提供される。
According to the present invention, in order to solve the above problems,
It consists of a monitoring device and a data collection module located at each site connected by an optical cable.
The monitoring device includes a trigger pulse generator for sending a trigger pulse for collecting data at a predetermined timing to each data collection module via an optical cable, and a collected data collection unit for receiving collected data from each data collection module via an optical cable And a control unit that transmits a control signal for data collection to each data collection module,
Each data collection module is provided with an identification code. Each data collection module includes an automatic circulation mechanism including a first optical switch and a second optical switch, and a data collection unit for collecting data at each base. A control unit connected to the data collection unit and the optical cable, and a third optical switch for controlling on / off of the connection between the control unit and the optical cable,
Each of the first optical switch and the second optical switch inputs light source light and signal light having a wavelength different from the light source light, and turns on / off the output of the light source light by turning on / off the signal light. It consists of a light control type optical switch of the control method,
When the automatic circulation mechanism receives a trigger pulse from the monitoring device, it turns on the third switch and causes the control unit to transmit the data collected by the data collection unit to the monitoring device together with the identification code to the monitoring device via the optical cable. An automatic loop-collecting data collection system that sends pulses to the next data collection module via an optical cable,
The first optical switch
A first signal input unit that inputs a first light source light that is continuous light having a first wavelength λ1 and a first signal light that is pulsed light having a second wavelength λ2.
A first thermal lens-forming optical element having a first light absorption layer having a wavelength band that absorbs the first signal light and transmits the first light source light;
The first light absorbing layer includes a first light condensing unit that condenses the first signal light and the first light source light with different condensing points in a direction perpendicular to the optical axis,
The first thermal lens forming optical element has a heat based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the first light absorption layer absorbs the first signal light and its peripheral region. By using the lens, when the first signal light is not irradiated and a thermal lens is not formed, the first light source light is emitted as unpolarized light that does not change the traveling direction, and the first signal light is irradiated. When the thermal lens is formed, the state of emitting the first light source light as the deflected light whose traveling direction is changed is realized in correspondence with the presence or absence of the irradiation of the first signal light,
Further, of the first light source light emitted from the first thermal lens forming optical element, the non-deflected light is output from the first output port, and the deflected light is output from the second output port. With an optical path switching unit,
The second optical switch
The first light source light having the first wavelength λ1 output from the second output port of the first optical switch is taken in as the second signal light, and the second signal light and the second wavelength λ2 are continuously generated. A second signal input unit that receives a second light source light that is light;
A second thermal lens forming optical element having a second light absorption layer having a wavelength band that absorbs the second signal light and transmits the second light source light;
A second condensing part for condensing the second signal light and the second light source light on the second light absorbing layer with the condensing points different from each other in the direction perpendicular to the optical axis;
The second thermal lens forming optical element has a heat based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the second light absorption layer absorbs the second signal light and its peripheral region. By using the lens, when the second signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the second light source light is emitted as unpolarized light, and the second signal light is irradiated to form a thermal lens. If so, the state of emitting the second light source light as the deflected light is realized corresponding to the presence or absence of irradiation of the second signal light,
Further, the second thermal lens forming optical element outputs a second light source that outputs non-deflected light from the first output port and outputs deflected light from the second output port among the output second light source light. With an optical path switching unit,
The first signal input unit of the first optical switch is connected to the optical cable, takes the trigger pulse as the first signal light,
The first output port of the first optical switch is connected to the third optical switch;
A second output port of the first optical switch is connected to a second signal input of the second optical switch;
An automatic loop-collecting data collection system is provided in which the second output port of the second optical switch is connected to an optical cable.

本発明によれば、新規な動作原理を基づき、より装置の光学部品点数を低減させ、装置構成がよりシンプルで、低コスト化を図ることができ、電線が切断されたり、停電になったりしたような場合でも、監視を続けることができ、本格的な実用化が期待される自動周回収集式データ収集システムの提供が可能となる。   According to the present invention, based on a novel operating principle, the number of optical components of the device can be further reduced, the device configuration can be simplified, the cost can be reduced, the electric wire is cut, or a power failure occurs. Even in such a case, it is possible to continue monitoring, and it is possible to provide an automatic circulation collection type data collection system that is expected to be put into practical use.

本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described.

図1は、本発明の一実施形態に係る自動周回収集式データ収集システム1の構成を模式的に示した図である。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an automatic circulation collection type data collection system 1 according to an embodiment of the present invention.

この自動周回収集式データ収集システム1では、監視装置2と各拠点に設置された複数のデータ収集モジュール3が光ケーブルC1、C2、C3等を介して周回的に接続されている。なお、図1には便宜的に1つのデータ収集モジュール3のみ詳細に示してある。監視装置2は例えば各データ収集モジュール3とは離隔した監視センターに設置することができる。本実施形態では、監視装置2は無停電電源2Aを備えており、また、電源供給等のためのレーザー発振装置2Bも備えており、光ケーブルC3を介して各データ収集モジュール3に電源供給等を行うことができるようになっている。監視装置2は、図示はしていないが、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルC1を介して各データ収集モジュール3に送るトリガパルス発生部と、光ケーブルC2を介して各データ収集モジュール3から収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュール3にデータ収集のための制御信号を送信する制御部と、監視のためのモニタ装置等をも備えている。   In this automatic circulation collection type data collection system 1, the monitoring device 2 and a plurality of data collection modules 3 installed at each site are connected cyclically via optical cables C1, C2, C3 and the like. In FIG. 1, only one data collection module 3 is shown in detail for convenience. The monitoring device 2 can be installed, for example, in a monitoring center separated from each data collection module 3. In the present embodiment, the monitoring device 2 includes an uninterruptible power supply 2A, and also includes a laser oscillation device 2B for power supply and the like, and supplies power to each data collection module 3 via an optical cable C3. Can be done. Although not shown, the monitoring device 2 includes a trigger pulse generator for sending a trigger pulse for collecting data at a predetermined timing to each data collection module 3 via the optical cable C1, and each data via the optical cable C2. A collection data collection unit that receives collection data from the collection module 3, a control unit that transmits a control signal for data collection to each data collection module 3, a monitor device for monitoring, and the like are also provided.

各データ収集モジュール3には識別符号が付与され、各データ収集モジュール3は、第1の光スイッチSW1及び第2の光スイッチSW2よりなる自動周回機構4と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニット5と、データ収集ユニット5及び光ケーブルC2に接続され、データ収集のための各種制御を行う制御部(CPU)6と、通信制御部(Ether)7と、電気信号と光信号の相互変換を行うE/O部8と、制御部6側と光ケーブルC2側の接続のオン/オフを制御する第3の光スイッチSW3を備える。また光ケーブルC3に接続された光電池3A、充電池3Bも設けてある。データ収集ユニット5としては、使用目的、用途に応じてモニタカメラや各種センサ等を用いることができる。   Each data collection module 3 is given an identification code, and each data collection module 3 collects data at the automatic circulation mechanism 4 including the first optical switch SW1 and the second optical switch SW2 and the respective bases. A data collection unit 5, a control unit (CPU) 6 connected to the data collection unit 5 and the optical cable C2, and performing various controls for data collection, a communication control unit (Ether) 7, an electrical signal and an optical signal And an E / O unit 8 that performs mutual conversion, and a third optical switch SW3 that controls on / off of connection between the control unit 6 side and the optical cable C2 side. A photovoltaic cell 3A and a rechargeable battery 3B connected to the optical cable C3 are also provided. As the data collection unit 5, a monitor camera, various sensors, or the like can be used according to the purpose of use and application.

個々のデータ収集モジュールに付与する識別符号としては、例えば、デジタル情報転送に広く用いられている公知の「IPアドレス」を、IPアドレスを用いたデータ識別方式とともに好適に用いることができる。この識別符号によって、送信されたデータが、どのデータ収集モジュールから送出されたかを的確に把握することが可能となる。   As an identification code given to each data collection module, for example, a well-known “IP address” widely used for digital information transfer can be suitably used together with a data identification method using an IP address. With this identification code, it is possible to accurately grasp from which data collection module the transmitted data is transmitted.

自動周回機構4の第1の光スイッチSW1及び第2の光スイッチSW2は、後記するように、それぞれ、光源光とこれとは異なる波長の信号光を入力し、該信号光の入力のオン/オフにより該信号光の出力のオン/オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなる。第3の光スイッチSW3には、通常のオン/オフ制御タイプの光スイッチを用いることができる。   As will be described later, the first optical switch SW1 and the second optical switch SW2 of the automatic rotation mechanism 4 respectively input light source light and signal light having a different wavelength, and turn on / off the input of the signal light. It comprises an optical control type optical switch that controls on / off of the output of the signal light by turning off. As the third optical switch SW3, a normal on / off control type optical switch can be used.

自動周回機構4は、監視装置2からケーブルC1を介してトリガパルスを受け取ると、第3のスイッチSW3をオン制御し、制御部6にデータ収集ユニット5で収集したデータを光ケーブルを介して例えば所定時間、監視装置2へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルC1を介して次のデータ収集モジュール3に送り出す。   When the automatic circulator 4 receives the trigger pulse from the monitoring device 2 via the cable C1, the automatic circulation mechanism 4 turns on the third switch SW3, and the control unit 6 collects the data collected by the data collection unit 5 via the optical cable, for example. The time is transmitted to the monitoring device 2 and the trigger pulse is sent to the next data collection module 3 via the optical cable C1.

ここで、データ収集ユニット3の自動周回機構4に用いる光スイッチについて説明する。   Here, the optical switch used for the automatic circulation mechanism 4 of the data collection unit 3 will be described.

図2はこの光スイッチの概略構成例である。図2に概要を例示するように、光スイッチSWには、連続(CW)光である光源光11を取り込むための入力ポート12と、光源光11の波長とは異なる波長を有するパルス状の信号光[ゲート光]13を取り込むための入力ポート14が設けられている。入力ポート12の下流側には入射した光源光11を平行光とするための第1のコリメートレンズ15が配置され、入力ポート14の下流側には入射した信号光13を平行光とするための第2のコリメートレンズ16が配置されている。なお、便宜上、図2には、平行光を幅を持たない直線で表してある。第1のコリメートレンズ15と第2のコリメートレンズ16の下流側には混合器17が配置され、混合器17は、第1のコリメートレンズ15からの平行光である光源光11は透過させ、第2のコリメートレンズ16からの平行光である信号光を反射しその光路を変える。混合器17の下流側には第1の集光レンズ18、熱レンズ形成光素子19、第3のコリメートレンズ20、波長選択透過フィルター21、分岐ミラー22、第2の集光レンズ23がそれぞれ配置されている。第1の集光レンズ18は混合器17からの光源光11及び信号光13を熱レンズ形成光素子19の光吸収層に集光(収束)させる。ここで、第1の集光レンズ18には光源光11と信号光13は光軸に直角な方向にずれた位置にて入射し、熱レンズ形成光素子19の光吸収層にも光軸に直角な方向にずれた位置にて入射し、集光点が分離するようになっている。   FIG. 2 is a schematic configuration example of this optical switch. As schematically illustrated in FIG. 2, the optical switch SW has an input port 12 for taking in the light source light 11 that is continuous (CW) light, and a pulsed signal having a wavelength different from the wavelength of the light source light 11. An input port 14 for taking in the light [gate light] 13 is provided. A first collimating lens 15 for converting incident light source light 11 into parallel light is disposed downstream of the input port 12, and downstream of the input port 14 is used for converting incident signal light 13 into parallel light. A second collimating lens 16 is disposed. For convenience, FIG. 2 shows parallel light as a straight line having no width. A mixer 17 is disposed on the downstream side of the first collimating lens 15 and the second collimating lens 16, and the mixer 17 transmits the light source light 11 that is parallel light from the first collimating lens 15, and The signal light that is parallel light from the second collimating lens 16 is reflected and its optical path is changed. A first condenser lens 18, a thermal lens forming optical element 19, a third collimator lens 20, a wavelength selective transmission filter 21, a branch mirror 22, and a second condenser lens 23 are disposed downstream of the mixer 17. Has been. The first condenser lens 18 condenses (converges) the light source light 11 and the signal light 13 from the mixer 17 on the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19. Here, the light source light 11 and the signal light 13 are incident on the first condenser lens 18 at positions shifted in a direction perpendicular to the optical axis, and the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19 is also on the optical axis. Incident light is incident at a position shifted in a perpendicular direction, and the condensing point is separated.

熱レンズ形成光素子19は、光源光11のみが入射した場合には進行方向を変えない非偏向光として出射し、光源光11と信号光13が同時に入射した場合には熱レンズを形成し、光源光11の進行方向を変えた偏向光として出射する。第3のコリメートレンズ20は光源光11(非偏向光及び偏向光)と信号光13を平行光とする。波長選択透過フィルター21は、光源光11は透過させ、信号光13はカットする。光波長選択フィルター21の下流に設けられた分岐ミラー22は非偏向光と偏向光とを分岐し、偏向光は反射しその光路を変える。非偏向光はそのまま直進することになる。また、分岐ミラー22の図中上方には、光路を変えた偏向光の光路を更に変えるミラー24と、ミラー24からの光を集光する第3の集光レンズ25が配置されている。また、スイッチSWは2つの出力ポート26、27を有している。出力ポート26は信号光13のオフ時に第2の集光レンズ23で集光された非偏向光の光出力を行う。出力ポート27は信号光13のオン時に分岐ミラー22及びミラー24で光路を変えられ、第3の集光レンズ25で集光された偏向光の光出力を行う。   The thermal lens forming optical element 19 emits unpolarized light that does not change the traveling direction when only the light source light 11 is incident, and forms a thermal lens when the light source light 11 and the signal light 13 are incident simultaneously, The light is emitted as deflected light whose traveling direction is changed. The third collimating lens 20 makes the light source light 11 (unpolarized light and deflected light) and the signal light 13 parallel light. The wavelength selective transmission filter 21 transmits the light source light 11 and cuts the signal light 13. A branch mirror 22 provided downstream of the optical wavelength selection filter 21 branches the non-deflected light and the deflected light, and the deflected light is reflected to change its optical path. Unpolarized light travels straight. Further, a mirror 24 that further changes the optical path of the deflected light whose optical path has been changed and a third condenser lens 25 that condenses the light from the mirror 24 are disposed above the branch mirror 22 in the drawing. The switch SW has two output ports 26 and 27. The output port 26 outputs light of unpolarized light collected by the second condenser lens 23 when the signal light 13 is off. The output port 27 changes the optical path by the branch mirror 22 and the mirror 24 when the signal light 13 is turned on, and outputs the light of the deflected light condensed by the third condenser lens 25.

上記スイッチSWにおいて、光源光11の波長は、熱レンズ形成光素子19の光吸収層に対して透過性を示す波長の光を用いる。また、信号光13の波長は、熱レンズ形成光素子19の光吸収層に対して吸収性を示す波長の光を用いる。   In the switch SW, the wavelength of the light source light 11 is light having a wavelength that shows transparency to the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19. In addition, the wavelength of the signal light 13 is light having a wavelength that is absorptive with respect to the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19.

熱レンズ形成光素子19中の光吸収層の材料、光源光11の波長帯域、及び信号光13の波長帯域は、これらの組み合わせとして、光スイッチSWの動作が効率的に行えるように適切な組み合わせを選定し用いることができる。具体的な設定手順としては、例えば、先ず、光源光11の波長ないし波長帯域を決定し、次に、これを制御するのに最適な光吸収層の材料と信号光3の波長の組み合わせを選定することができる。また、光源光11と信号光13の波長の組み合わせを決定してから、この組み合わせに適した光吸収層の材料を選定してもよい。あるいは、光吸収層の材料を決定した後、光源光11と信号光13の波長の組み合わせを選定してもよい。   The material of the light absorption layer in the thermal lens forming optical element 19, the wavelength band of the light source light 11, and the wavelength band of the signal light 13 are appropriately combined so that the operation of the optical switch SW can be performed efficiently. Can be selected and used. As a specific setting procedure, for example, first, the wavelength or wavelength band of the light source light 11 is determined, and then the optimal combination of the material of the light absorption layer and the wavelength of the signal light 3 is selected to control this. can do. Further, after determining the combination of the wavelengths of the light source light 11 and the signal light 13, a material for the light absorption layer suitable for this combination may be selected. Alternatively, after determining the material of the light absorption layer, a combination of wavelengths of the light source light 11 and the signal light 13 may be selected.

第1のコリメートレンズ15、第2のコリメートレンズ16、第3のコリメートレンズ20としては、例えば焦点距離8mmの非球面レンズを用いることができるが、焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光スイッチSWにするためにさらに短い焦点距離を用いてもよいことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要はないが、小型軽量にするためには非球面レンズが好ましい。   As the first collimating lens 15, the second collimating lens 16, and the third collimating lens 20, for example, an aspherical lens having a focal length of 8 mm can be used, but the focal length does not need to be 8 mm and is smaller. It goes without saying that an even shorter focal length may be used for the optical switch SW. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is preferable in order to reduce the size and weight.

光混合器17としては、例えば光源光11は透過し、信号光13は反射するダイクロイックミラーなどの公知の光学部材を用いることができる。もちろん、入力ポート12と入力ポート14の位置を入れ替えて、光源光11が反射し、信号光13が透過するようにして構成してもよいことは言うまでもない。   As the optical mixer 17, for example, a known optical member such as a dichroic mirror that transmits the light source light 11 and reflects the signal light 13 can be used. Of course, it goes without saying that the positions of the input port 12 and the input port 14 may be switched so that the light source light 11 is reflected and the signal light 13 is transmitted.

第1の集光レンズ18、第2の集光レンズ23、第3の集光レンズ25には、例えば焦点距離8mmの非球面レンズを用いることができるが、焦点距離は8mmである必要はなく、より小型の光スイッチSWにするためにさらに短い焦点距離を用いてもよいことは言うまでもない。また、非球面レンズである必要はないが、小型軽量にするためには非球面レンズが好ましい。   As the first condenser lens 18, the second condenser lens 23, and the third condenser lens 25, for example, an aspherical lens having a focal length of 8 mm can be used, but the focal length is not necessarily 8 mm. Needless to say, a shorter focal length may be used to make the optical switch SW smaller. Further, although it is not necessary to use an aspheric lens, an aspheric lens is preferable in order to reduce the size and weight.

光スイッチSWでは、光源光11と信号光13は、第1の集光レンズ18により、光の進行方向で熱レンズ形成光素子19の光吸収層の入射面またはその近辺において集光させる。光源光11と信号光13とを熱レンズ形成光素子19の光吸収層の入射面近辺の同一の所に集光させると光源光1はドーナツ状に拡がる。この状況を図3に示す。信号光13がない場合には図3(a)の写真1aのように光源光11は丸ビームであるが、信号光13が同時に同一の所に照射されると、図3(b)の写真1bのようにドーナツ形状となる。このドーナツ形状が鮮明で大きく形成されるのが、光吸収層の入射面であると思われる。光スイッチSWにおいて光吸収層の入射面という場合は、光源光11と信号光13を同一の所に集光させたときにこのドーナツ形状が鮮明で大きく形成される位置に相当する面とする。もちろん、実際に用いる光源光11と信号光13とは集光点の位置では光軸に直角な方向に25〜50μmほど離間させるので、ドーナツ形状は形成されないが、調整時には光源光11と信号光13とを同一点に入射させ、ドーナツ形状を形成させ、その後、光源光11と信号光13との集光点を分離させ、位置調整を行う。なお、光源光11と信号光13との集光点間の距離が25μm未満の場合には、図3(a)に示すような丸ビームにならず、三日月型ビームになってしまう。光源光11が三日月型ビームになると、のちに集光させ光ファイバーに入射させた場合には入射効率が減少してしまい、実用性にかけるおそれがある。また、上記距離が50μmを超えると、偏向角が低下傾向となる。   In the optical switch SW, the light source light 11 and the signal light 13 are condensed by the first condenser lens 18 at or near the incident surface of the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19 in the light traveling direction. When the light source light 11 and the signal light 13 are condensed at the same position near the incident surface of the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19, the light source light 1 spreads in a donut shape. This situation is shown in FIG. When the signal light 13 is not present, the light source light 11 is a round beam as shown in the photograph 1a of FIG. 3A, but when the signal light 13 is simultaneously irradiated to the same place, the photograph of FIG. It becomes donut shape like 1b. It is considered that the light-absorbing layer incident surface has a clear and large donut shape. In the optical switch SW, the incident surface of the light absorption layer is a surface corresponding to a position where the donut shape is clear and large when the light source light 11 and the signal light 13 are condensed at the same place. Of course, the light source light 11 and the signal light 13 that are actually used are separated by 25 to 50 μm in the direction perpendicular to the optical axis at the position of the condensing point, so that a donut shape is not formed, but the light source light 11 and the signal light are adjusted during adjustment. 13 is made incident on the same point to form a donut shape, and then the condensing points of the light source light 11 and the signal light 13 are separated to adjust the position. In addition, when the distance between the condensing points of the light source light 11 and the signal light 13 is less than 25 μm, the beam is not a round beam as shown in FIG. When the light source light 11 becomes a crescent-shaped beam, if it is condensed and then incident on the optical fiber, the incident efficiency is reduced, which may impair practicality. Further, when the distance exceeds 50 μm, the deflection angle tends to decrease.

熱レンズ形成光素子19は、図4に示したような概略構成であるが、図2では説明を容易にするため、光吸収層のみを図示してある。図4において、熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32は、色素を溶剤に溶解したものをガラス容器33に封じて用いる。溶剤に可溶性の色素としては、使用する信号光の波長領域に吸収性を示し、使用する光源光の波長領域に吸収性がなく透過性を示す色素を使用することができる。例えばレーザ光34が透過するガラス容器33のガラスの厚みは約500μm程度、光吸収層32の厚みは200〜1000μm程度とすることができる。   The thermal lens forming optical element 19 has a schematic configuration as shown in FIG. 4, but only the light absorbing layer is shown in FIG. 2 for ease of explanation. In FIG. 4, the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) is used by sealing a dye in a solvent in a glass container 33. As the dye soluble in the solvent, a dye exhibiting absorptivity in the wavelength region of the signal light to be used and having no permeability in the wavelength region of the light source light to be used can be used. For example, the glass container 33 through which the laser beam 34 passes can have a glass thickness of about 500 μm, and the light absorption layer 32 can have a thickness of about 200 to 1000 μm.

色素の具体例としては、例えば、ローダミンB、ローダミン6G、エオシン、フロキシンBなどのキサンテン系色素、アクリジンオレンジ、アクリジンレッドなどのアクリジン系色素、エチルレッド、メチルレッドなどのアゾ色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、3,3’−ジエチルチアカルボシアニンヨージド、3,3’−ジエチルオキサジカルボシアニンヨージドなどのシアニン色素、エチル・バイオレット、ビクトリア・ブルーRなどのトリアリールメタン系色素、ナフトキノン系色素、アントラキノン系色素、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド系色素、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド系色素などを好適に使用することができる。また、これらの色素を単独で、または、2種以上を混合して使用することができる。   Specific examples of the dye include, for example, xanthene dyes such as rhodamine B, rhodamine 6G, eosin and phloxine B, acridine dyes such as acridine orange and acridine red, azo dyes such as ethyl red and methyl red, porphyrin dyes, Phthalocyanine dyes, cyanine dyes such as 3,3′-diethylthiacarbocyanine iodide, 3,3′-diethyloxadicarbocyanine iodide, triarylmethane dyes such as ethyl violet and Victoria Blue R, naphthoquinone A dye, an anthraquinone dye, a naphthalene tetracarboxylic acid diimide dye, a perylene tetracarboxylic acid diimide dye, or the like can be suitably used. Moreover, these pigment | dyes can be used individually or in mixture of 2 or more types.

溶剤としては、少なくとも使用する色素を溶解するものを用いることができるが、熱レンズ形成時の温度上昇に際し、熱分解することなく、かつ、沸騰する温度(沸点)が100℃以上、好ましくは200℃以上、さらに好ましくは300℃以上のものを好適に用いることができる。具体的には、硫酸などの無機系溶剤、o−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素系、1−フェニル−1−キシリルエタンまたは1−フェニル−1−エチルフェニルエタンなどの芳香族置換脂肪族炭化水素系、ニトロベンゼンなどのニトロベンゼン誘導体系、などの有機溶剤を好適に用いることができる。   As the solvent, a solvent that dissolves at least the dye to be used can be used. However, the temperature (boiling point) of boiling without being thermally decomposed when the temperature rises during the formation of the thermal lens is 100 ° C. or higher, preferably 200. Those having a temperature of at least ° C, more preferably at least 300 ° C can be suitably used. Specifically, inorganic solvents such as sulfuric acid, halogenated aromatic hydrocarbons such as o-dichlorobenzene, aromatic substituted aliphatics such as 1-phenyl-1-xylylethane or 1-phenyl-1-ethylphenylethane Organic solvents such as hydrocarbons and nitrobenzene derivatives such as nitrobenzene can be suitably used.

波長選択透過フィルター21としては、熱レンズ形成光素子19をわずかに透過する信号光13を遮光し、光源光11は透過する誘電体フィルターなどを用いることができる。熱レンズ形成光素子19で実用上問題ない程度に信号光13が吸収されれば、必ずしも波長選択透過フィルター21を用いる必要はない。   As the wavelength selective transmission filter 21, it is possible to use a dielectric filter or the like that shields the signal light 13 slightly transmitted through the thermal lens forming optical element 19 and transmits the light source light 11. If the signal light 13 is absorbed by the thermal lens forming optical element 19 to such an extent that there is no practical problem, the wavelength selective transmission filter 21 is not necessarily used.

ここで、熱レンズ形成光素子19における熱レンズ形成による光源光11の偏向について説明する。   Here, the deflection of the light source light 11 by the thermal lens formation in the thermal lens forming optical element 19 will be described.

熱レンズ形成光素子19の光吸収層で信号光13が吸収されると、光吸収層の温度が上昇し、屈折率が変わる。温度が上昇するので、一般に屈折率は下がる方向に変化する。通常のレーザ光源から出射するレーザ光や、通常のレーザ光源から出射し光ファイバーを透過してきたレーザ光の強度分布はガウス分布である。また、前記レーザ光をレンズ等で集光した光もガウス分布をしている。よって、信号光13が照射された光吸収層での屈折率分布は、信号光13の光軸で屈折率が一番低下し、信号光13の周辺では屈折率の低下が少なくなる。また、熱伝導があるので、光の照射されていない部分でも屈折率が変化する。   When the signal light 13 is absorbed by the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 19, the temperature of the light absorption layer rises and the refractive index changes. As the temperature increases, the refractive index generally changes in a decreasing direction. The intensity distribution of laser light emitted from a normal laser light source or laser light emitted from a normal laser light source and transmitted through an optical fiber is a Gaussian distribution. Further, the light obtained by condensing the laser light with a lens or the like has a Gaussian distribution. Therefore, the refractive index distribution in the light absorption layer irradiated with the signal light 13 has the lowest refractive index on the optical axis of the signal light 13, and the decrease in the refractive index around the signal light 13 is reduced. Further, since there is heat conduction, the refractive index changes even in a portion where light is not irradiated.

図5は、光源光11が偏向する状況を説明した図である。なお、説明を簡単にするため、図5では光吸収層と光吸収層の周りの媒質との屈折率の違いによる光の屈折は無視している。図5には、熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32に、光源光35(11)のみが照射された場合と、光源光35(11)と信号光36(13)が同時に照射された場合が示されている。図中、37は、信号光36(13)が照射されなかった場合の熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32を透過した光源光である。38は、信号光36(13)が照射された場合の熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32を透過した光源光である。また、熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32の入射面近辺での信号光の光強度分布39、及び、熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32の出射面近辺での光強度分布40が併せて示されている。   FIG. 5 is a diagram illustrating a situation where the light source light 11 is deflected. In order to simplify the explanation, in FIG. 5, light refraction due to the difference in refractive index between the light absorption layer and the medium around the light absorption layer is ignored. In FIG. 5, the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) is irradiated with only the light source light 35 (11), and the light source light 35 (11) and the signal light 36 (13) are simultaneously applied. The case of irradiation is shown. In the figure, 37 is light source light transmitted through the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) when the signal light 36 (13) is not irradiated. Reference numeral 38 denotes light source light transmitted through the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) when the signal light 36 (13) is irradiated. Further, the light intensity distribution 39 of the signal light in the vicinity of the incident surface of the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) and the vicinity of the emission surface of the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19). The light intensity distribution 40 is also shown.

図5aはレーザ光を集光しない場合、図5bはレーザ光を集光した場合のレーザ光の光路を模式的に示したものである。レーザ光を集光しない場合のレーザ光の強度分布領域39、40は、光吸収層32の入射面近辺と出射面近辺では変わらない。このことは、光源光35(11)が光吸収層32を進むに従って、屈折率の変化の少ない領域を通過することを意味する。一方、レーザ光を集光した場合はレーザ光の強度分布領域39,40は、光吸収層32の入射面近辺と出射面近辺では大きく変わり、出射面近辺では領域が拡がっている。このことは、屈折率も徐々に拡がっていることになり、光源光35(11)が光吸収層32を進むに従ってより大きな偏向を受ける作用が及んでくることになる。なお、屈折率変化は信号光パワーにほぼ比例して変化するので、光吸収層32を進むに従って屈折率変化は小さくなる。   FIG. 5a schematically shows an optical path of the laser beam when the laser beam is not condensed, and FIG. 5b schematically shows an optical path of the laser beam when the laser beam is condensed. The intensity distribution regions 39 and 40 of the laser light when the laser light is not condensed do not change between the vicinity of the entrance surface and the exit surface of the light absorption layer 32. This means that the light source light 35 (11) passes through the region where the refractive index changes little as it travels through the light absorption layer 32. On the other hand, when the laser beam is collected, the intensity distribution regions 39 and 40 of the laser beam are greatly changed near the entrance surface and the exit surface of the light absorption layer 32, and the region is expanded near the exit surface. This means that the refractive index also gradually increases, and the action of receiving a larger deflection as the light source light 35 (11) advances through the light absorption layer 32 is exerted. Since the refractive index change changes substantially in proportion to the signal light power, the refractive index change decreases as the light absorption layer 32 is advanced.

図5bでは、光源光35(11)も熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32の入射面に集光するようにしているが、入射面近辺であってもよい。特に光源光35(11)は、光吸収層32のもう少し出射面側に集光するようにしてもよい。また、光源光35(11)と信号光36(13)とは光の進行方向で同一面に入射するようにしているが、全く同一面である必要はなく、多少ずれていても構わない。   In FIG. 5b, the light source light 35 (11) is also condensed on the incident surface of the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19), but it may be near the incident surface. In particular, the light source light 35 (11) may be condensed on the light exit surface side of the light absorption layer 32 a little. Further, the light source light 35 (11) and the signal light 36 (13) are incident on the same surface in the light traveling direction. However, they are not necessarily the same surface, and may be slightly shifted.

偏向角は、次の条件が変わると変化する。   The deflection angle changes when the following conditions change.

1.熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32の、光源光35(11)と信号光36(13)の第1の集光レンズ18の収束(集光)点に対する位置
2.信号光パワー
3.信号光位置(第1の集光レンズ18の集光点での光源光35(11)と信号光36(13)の光軸に直角方向の距離)
4.熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32の厚み
5.信号光波長及び光源光波長
6.光吸収層32の色素濃度
これ以外にも、光吸収層32の材質、光吸収層32への信号光36(13)及び光源光35(11)の集光角等によっても変化する。
1. 1. Position of the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) with respect to the convergence (condensation) point of the light source light 35 (11) and the signal light 36 (13) of the first condenser lens 18. 2. Signal light power Signal light position (distance perpendicular to the optical axis of the light source light 35 (11) and the signal light 36 (13) at the condensing point of the first condenser lens 18)
4). 4. Thickness of the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) 5. Signal light wavelength and light source light wavelength In addition to this, the dye concentration of the light absorption layer 32 also varies depending on the material of the light absorption layer 32, the condensing angle of the signal light 36 (13) and the light source light 35 (11) to the light absorption layer 32, and the like.

光スイッチSWの一例では、波長1550nmの光源光11をコア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーで入力ポート12に入射させ、波長980nmの信号光13をコア径9.5μmのシングルモード石英光ファイバーで入力ポート14に入射させ、焦点距離8mmの第1のコリメートレンズ15及び第2のコリメートレンズ16で光源光11及び信号光13をほぼ平行光にし、光吸収層の厚み500μmであって光吸収層の波長1550nmにおける透過率95%及び波長980nmにおける透過率0.2%の熱レンズ形成光素子19に、焦点距離8mmの第1の集光レンズ18で収束(集光)して入射させた。   In an example of the optical switch SW, the light source light 11 having a wavelength of 1550 nm is made incident on the input port 12 by a single mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm, and the signal light 13 having a wavelength of 980 nm is made by a single mode quartz optical fiber having a core diameter of 9.5 μm. The light source layer 11 and the signal beam 13 are made almost parallel by the first collimating lens 15 and the second collimating lens 16 having a focal length of 8 mm, which are incident on the input port 14, and the light absorbing layer has a thickness of 500 μm. Were converged (condensed) by the first condenser lens 18 having a focal length of 8 mm and made incident on the thermal lens forming optical element 19 having a transmittance of 95% at a wavelength of 1550 nm and a transmittance of 0.2% at a wavelength of 980 nm.

図6に、図2の分岐ミラー22の直前で、光軸に直角に紙面内方向に、スリット開口を持った光検出器を設けて、この光検出器を動かして測定した光源光11の光強度分布を示す。図6において、線41(丸点を結ぶ実線)は信号光が照射されなかった場合の非偏向光、線42(四角点を結ぶ実線)は信号光パワー7.8mWが照射された場合の偏向光、線43(×点を結ぶ実線)は信号光パワー12.9mWが照射された場合の偏向光の光強度分布を示す。信号光パワー7.8mWが照射された場合の偏向光の場合41は、非偏向光の場合42と強度分布の裾のところで重なり合っておりお互いの分離が不充分であるが、信号光パワー12.9mWが照射された場合の偏向光の場合43は、非偏向光の場合42と充分に分離している。よって、分岐ミラー22で非偏向光と信号光パワー12.9mWが照射された場合の偏向光とは分離できることがわかる。なお、図6において、信号光位置(第1の集光レンズ18の集光点での光源光11と信号光13の光軸に直角方向の距離)は35μmであり、信号光13と光源光11は光吸収層の光入射面から約30μm進んだところに集光し、光吸収層の厚みは500μmであった。   In FIG. 6, a light detector having a slit opening is provided in front of the branching mirror 22 in FIG. 2 in the direction perpendicular to the optical axis in the plane of the drawing, and the light of the light source light 11 measured by moving the light detector. The intensity distribution is shown. In FIG. 6, a line 41 (solid line connecting round points) is unpolarized light when no signal light is irradiated, and a line 42 (solid line connecting square points) is deflection when a signal light power of 7.8 mW is irradiated. The light line 43 (solid line connecting the dots) indicates the light intensity distribution of the deflected light when the signal light power of 12.9 mW is applied. In the case of deflected light 41 when irradiated with signal light power 7.8 mW, it overlaps with 42 in the case of non-deflected light at the bottom of the intensity distribution and is insufficiently separated from each other. 43 in the case of deflected light when 9 mW is irradiated is sufficiently separated from 42 in the case of non-deflected light. Therefore, it can be seen that the non-deflected light and the deflected light when the signal light power of 12.9 mW is irradiated by the branch mirror 22 can be separated. In FIG. 6, the signal light position (distance perpendicular to the optical axis of the light source light 11 and the signal light 13 at the condensing point of the first condenser lens 18) is 35 μm, and the signal light 13 and the light source light No. 11 was condensed at a position advanced about 30 μm from the light incident surface of the light absorption layer, and the thickness of the light absorption layer was 500 μm.

また、信号光パワーと偏向角との関係を図7に示す。信号光パワーが大きくなると偏向角が大きくなることがわかる。なお、図7において、信号光位置(第1の集光レンズ18の集光点での光源光11と信号光13の光軸に直角方向の距離)は35μm、信号光13と光源光11は光吸収層の光入射面から約60μm進んだところに集光させた。   FIG. 7 shows the relationship between the signal light power and the deflection angle. It can be seen that the deflection angle increases as the signal light power increases. In FIG. 7, the signal light position (distance perpendicular to the optical axis of the light source light 11 and the signal light 13 at the condensing point of the first condenser lens 18) is 35 μm, and the signal light 13 and the light source light 11 are The light was collected at a position advanced about 60 μm from the light incident surface of the light absorption layer.

光スイッチSWでは、図2に示す第3のコリメートレンズ20と第2の集光レンズ23及び第3の集光レンズ25の焦点距離は同じ8mmのものを用いたので、偏向角は、分岐ミラー22で分岐しなかった場合の偏向光の光軸と非偏向光の光軸とのなす角度となる。本例の場合、信号光パワー7.8mWの場合は約6.7度、信号光パワー12.9mWの場合は約10.1度、信号光パワー18mWの場合は約13.2度となった。   In the optical switch SW, the third collimating lens 20, the second condensing lens 23, and the third condensing lens 25 shown in FIG. 2 have the same focal length of 8 mm. This is the angle between the optical axis of the deflected light and the optical axis of the non-deflected light when it is not branched at 22. In the case of this example, the signal light power is 6.7 mW, about 6.7 degrees, the signal light power 12.9 mW is about 10.1 degrees, and the signal light power 18 mW is about 13.2 degrees. .

図8に、図4に示した熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32への光源光11と信号光13の集光点の入射位置(「光吸収層位置」と記す)と偏向角との関係を示す。図8において、横軸の光吸収層位置は熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32への光の入射面の位置(信号光13と光源光11の集光点に対する位置)である。0点は信号光13と光源光11の集光点の位置であり、図5bの状態である。マイナス方向が光の進行方向であり、プラスの位置では光源光11と信号光13が熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32内で集光する。縦軸は偏向角である。なお、図8において、信号光パワーは約12.9mWであり、信号光位置(図2の第1の集光レンズ18の集光点での光源光11と信号光13の光軸に対して直角方向の距離)は35μm、光吸収層32の厚みは500μmである。   In FIG. 8, the incident positions of the condensing points of the light source light 11 and the signal light 13 on the light absorbing layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) shown in FIG. 4 (referred to as “light absorbing layer position”). The relationship with a deflection angle is shown. In FIG. 8, the position of the light absorption layer on the horizontal axis is the position of the light incident surface on the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) (the position of the signal light 13 and the light source light 11 with respect to the condensing point). is there. Point 0 is the position of the condensing point of the signal light 13 and the light source light 11, which is the state of FIG. 5b. The minus direction is the light traveling direction. At the plus position, the light source light 11 and the signal light 13 are collected in the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19). The vertical axis represents the deflection angle. In FIG. 8, the signal light power is about 12.9 mW, and the signal light position (relative to the optical axes of the light source light 11 and the signal light 13 at the condensing point of the first condenser lens 18 in FIG. The distance in the perpendicular direction) is 35 μm, and the thickness of the light absorption layer 32 is 500 μm.

さらに、図9に、図4に示す熱レンズ形成光素子31(19)の光吸収層32への光源光11と信号光13の収束(集光)点の入射位置(すなわち、光吸収層位置)と非偏向光と偏向光との分離距離の測定データの例を示す。光吸収層32への入射位置が約60μmの場合は分離距離が0に近いが、これからずれると分離距離が大きくなる。図9で分離距離の正負の符号は、光源光11の入射点を原点(すなわち0点)とし、偏向する方向を正とした。図9において、信号光パワーは15.4mW、光吸収層32の厚みは1000μmであり、信号光位置(第1の集光レンズ18の集光点での光源光11と信号光13の光軸に直角方向の距離)は25μmである。   Further, FIG. 9 shows an incident position of the light source light 11 and the signal light 13 on the light absorption layer 32 of the thermal lens forming optical element 31 (19) shown in FIG. ) And an example of measurement data of the separation distance between the non-polarized light and the deflected light. When the incident position on the light absorption layer 32 is about 60 μm, the separation distance is close to 0, but when the position is shifted from this, the separation distance increases. In FIG. 9, the sign of the separation distance is defined such that the incident point of the light source light 11 is the origin (that is, 0 point) and the deflection direction is positive. In FIG. 9, the signal light power is 15.4 mW, the thickness of the light absorption layer 32 is 1000 μm, and the signal light position (the optical axes of the light source light 11 and the signal light 13 at the condensing point of the first condenser lens 18). (Distance in the direction perpendicular to) is 25 μm.

なお、偏向角は、信号光波長及び光源光波長によっても異なる。波長が短いほど偏向角が大きくなる。   The deflection angle also varies depending on the signal light wavelength and the light source light wavelength. The shorter the wavelength, the greater the deflection angle.

次に、データ収集ユニット3の自動周回機構4の構成について図10を参照して詳細に説明する。   Next, the configuration of the automatic circulation mechanism 4 of the data collection unit 3 will be described in detail with reference to FIG.

前述のように、自動周回機構4は、前記で示した光スイッチSWと同様な構成を有する第1の光スイッチSW1と第2の光スイッチSW2が直列に接続配置されて構成される。   As described above, the automatic circulation mechanism 4 is configured by connecting the first optical switch SW1 and the second optical switch SW2 having the same configuration as the optical switch SW described above in series.

第1の光スイッチSW1には、波長650nmの連続(CW)光である光源光51を取り込むための入力ポート52と、トリガパルスである波長1550nmのパルス状信号光[ゲート光]53を取り込むための入力ポート54が設けられている。入力ポート52の下流側には入射した光源光51を平行光とするための第1のコリメートレンズ55が配置され、入力ポート54の下流側には入射した信号光53を平行光とするための第2のコリメートレンズ56が配置されている。第1のコリメートレンズ55の下流側にはダイクロイックミラー57が配置され、第2のコリメートレンズ56の下流側には第1のコリメートレンズ56からの平行光を反射しその光路を変えるミラー58が配置されている。ダイクロイックミラー57は第1のコリメートレンズ55からの平行光は透過させ、ミラー58からの平行光は反射しその光路を変えて、それぞれ平行光とする。ここで光源光51と信号光53は光軸に対して直角な方向でずれた位置となるように光学配置がなされている。ダイクロイックミラー57の下流側には第1の集光レンズ59、熱レンズ形成光素子60、第3のコリメートレンズ61、波長選択透過フィルター62、分岐ミラー63、第2の集光レンズ64がそれぞれ配置されている。第1の集光レンズ59はダイクロイックミラー57からの光源光51及び信号光53を熱レンズ形成光素子60の光吸収層に集光(収束)させる。ここで、第1の集光レンズ59には光源光51と信号光53は光軸に対して直角な方向にずれた位置にて入射し、熱レンズ形成光素子60の光吸収層にも光路に垂直な方向でずれた位置にて入射し、集光点が分離するようになっている。   The first optical switch SW1 receives an input port 52 for capturing light source light 51, which is continuous (CW) light having a wavelength of 650 nm, and pulse signal light [gate light] 53 having a wavelength of 1550 nm, which is a trigger pulse. The input port 54 is provided. A first collimating lens 55 for converting incident light source light 51 into parallel light is disposed downstream of the input port 52, and an input signal light 53 for converting incident signal light 53 into parallel light is provided downstream of the input port 54. A second collimating lens 56 is disposed. A dichroic mirror 57 is disposed on the downstream side of the first collimating lens 55, and a mirror 58 that reflects parallel light from the first collimating lens 56 and changes its optical path is disposed on the downstream side of the second collimating lens 56. Has been. The dichroic mirror 57 transmits the parallel light from the first collimating lens 55, reflects the parallel light from the mirror 58, changes its optical path, and makes each of the parallel light. Here, the light source light 51 and the signal light 53 are optically arranged so as to be shifted in a direction perpendicular to the optical axis. A first condenser lens 59, a thermal lens forming optical element 60, a third collimator lens 61, a wavelength selective transmission filter 62, a branch mirror 63, and a second condenser lens 64 are arranged on the downstream side of the dichroic mirror 57, respectively. Has been. The first condenser lens 59 condenses (converges) the light source light 51 and the signal light 53 from the dichroic mirror 57 on the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 60. Here, the light source light 51 and the signal light 53 are incident on the first condenser lens 59 at positions shifted in a direction perpendicular to the optical axis, and the optical path also enters the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 60. The light is incident at a position shifted in a direction perpendicular to the light beam, and the condensing point is separated.

熱レンズ形成光素子60は、光源光51のみが入射した場合には光源光51を進行方向を変えない非偏向光として出射し、光源光51と信号光53が同時に入射した場合には熱レンズを形成し、光源光を進行方向を変えた偏向光として出射する。第3のコリメートレンズ62は出射した光源光51(非偏向光及び偏向光)と信号光53を平行光にする。波長選択透過フィルター62は光源光51は透過させ、信号光53はカットする。光波長選択フィルター62の下流に設けられた分岐ミラー63は非偏向光と偏向光とを分岐し、偏向光は反射しその光路を変える。非偏向光はそのまま直進することになる。また、分岐ミラー63の図中下方には、光路を変えた偏向光の光路を更に変えるミラー65と、ミラー65からの光を集光する第3の集光レンズ66が配置されている。また、第1の光スイッチSWは2つの出力ポート67、68を有している。出力ポート67は信号光53のオフ時に第2の集光レンズ64で集光された非偏向光の650nm光出力を行う。出力ポート68は信号光53のオン時に分岐ミラー63及びミラー65で光路を変えられ、第3の集光レンズ66で集光された偏向光の650nm光出力を行う。   The thermal lens forming optical element 60 emits the light source light 51 as unpolarized light that does not change the traveling direction when only the light source light 51 is incident, and the thermal lens when the light source light 51 and the signal light 53 are incident simultaneously. The light source light is emitted as deflected light whose traveling direction is changed. The third collimating lens 62 converts the emitted light source light 51 (unpolarized light and deflected light) and the signal light 53 into parallel light. The wavelength selective transmission filter 62 transmits the light source light 51 and cuts the signal light 53. A branch mirror 63 provided downstream of the optical wavelength selection filter 62 branches the non-deflected light and the deflected light, and the deflected light is reflected to change its optical path. Unpolarized light travels straight. A mirror 65 that further changes the optical path of the deflected light whose optical path has been changed and a third condenser lens 66 that condenses the light from the mirror 65 are disposed below the branch mirror 63 in the drawing. The first optical switch SW has two output ports 67 and 68. The output port 67 outputs 650 nm light of non-deflected light collected by the second condenser lens 64 when the signal light 53 is off. The output port 68 changes the optical path by the branch mirror 63 and the mirror 65 when the signal light 53 is turned on, and outputs 650 nm light of the deflected light condensed by the third condenser lens 66.

第2の光スイッチSW2には、監視装置2のレーザー発振装置2Bから光ケーブルC3を介して供給された波長1550nmの連続(CW)光である光源光71を取り込むための入力ポート72と、第1の光スイッチSW1の出力ポート68から出力される650nm光出力を信号光[ゲート光]73として取り込むための入力ポート74が設けられている。入力ポート72の下流側には入射した光源光71を平行光とするための第1のコリメートレンズ75が配置され、入力ポート74の下流側には入射した信号光73を平行光とするための第2のコリメートレンズ76が配置されている。第1のコリメートレンズ75の下流側にはダイクロイックミラー77が配置され、第2のコリメートレンズ76の下流側には第1のコリメートレンズ76からの平行光を反射しその光路を変えるミラー78が配置されている。ダイクロイックミラー77は第1のコリメートレンズ75からの平行光は透過させ、ミラー78からの平行光は反射しその光路を変えて、それぞれ平行光とする。ここで光源光71と信号光73は光軸に対して直角な方向でずれた位置となるように光学配置がなされている。ダイクロイックミラー77の下流側には第1の集光レンズ79、熱レンズ形成光素子80、第3のコリメートレンズ81、波長選択透過フィルター82、分岐ミラー83、第2の集光レンズ84がそれぞれ配置されている。第1の集光レンズ79はダイクロイックミラー77からの光源光71及び信号光73を熱レンズ形成光素子80の光吸収層に集光(収束)させる。ここで、第1の集光レンズ79には光源光71と信号光73は光路に対して垂直な方向にずれた位置にて入射し、熱レンズ形成光素子80の光吸収層にも光軸に直角な方向でずれた位置にて入射し、集光点が分離するようになっている。   The second optical switch SW2 has an input port 72 for taking in the light source light 71 that is continuous (CW) light having a wavelength of 1550 nm supplied from the laser oscillation device 2B of the monitoring device 2 through the optical cable C3, and the first optical switch SW2. An input port 74 for taking in 650 nm light output from the output port 68 of the optical switch SW1 as signal light [gate light] 73 is provided. A first collimating lens 75 for converting incident light source light 71 into parallel light is disposed downstream of the input port 72, and an input signal light 73 for converting incident signal light 73 into parallel light is disposed downstream of the input port 74. A second collimating lens 76 is disposed. A dichroic mirror 77 is disposed on the downstream side of the first collimating lens 75, and a mirror 78 that reflects the parallel light from the first collimating lens 76 and changes its optical path is disposed on the downstream side of the second collimating lens 76. Has been. The dichroic mirror 77 transmits the parallel light from the first collimating lens 75, reflects the parallel light from the mirror 78, changes its optical path, and makes each of the parallel light. Here, the light source light 71 and the signal light 73 are optically arranged so as to be shifted in a direction perpendicular to the optical axis. On the downstream side of the dichroic mirror 77, a first condenser lens 79, a thermal lens forming optical element 80, a third collimator lens 81, a wavelength selective transmission filter 82, a branch mirror 83, and a second condenser lens 84 are arranged. Has been. The first condenser lens 79 condenses (converges) the light source light 71 and the signal light 73 from the dichroic mirror 77 on the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 80. Here, the light source light 71 and the signal light 73 are incident on the first condenser lens 79 at positions shifted in the direction perpendicular to the optical path, and the optical axis also enters the light absorption layer of the thermal lens forming optical element 80. The light is incident at a position shifted in a direction perpendicular to the light beam, and the condensing point is separated.

熱レンズ形成光素子80は、光源光71のみが入射した場合には光源光71を進行方向を変えない非偏向光として出射し、光源光71と信号光73が同時に入射した場合には熱レンズを形成し、光源光を進行方向を変えた偏向光として出射する。第3のコリメートレンズ82は出射した光源光71(非偏向光及び偏向光)と信号光73を平行光にする。波長選択透過フィルター82は光源光71は透過させ、信号光73はカットする。光波長選択フィルター82の下流に設けられた分岐ミラー83は非偏向光と偏向光とを分岐し、偏向光は反射しその光路を変える。非偏向光はそのまま直進することになる。また、分岐ミラー83の図中下方には、光路を変えた偏向光の光路を更に変えるミラー85と、ミラー85からの光を集光する第3の集光レンズ86が配置されている。また、第2の光スイッチSWは2つの出力ポート87、88を有している。出力ポート87は信号光73のオフ時に第2の集光レンズ84で集光された非偏向光の1550nm光出力を行う。出力ポート88は信号光73のオン時に分岐ミラー83及びミラー85で光路を変えられ、第3の集光レンズ86で集光された偏向光の1550nm光出力を行う。この出力ポート48からの光出力がトリガパルスとして光ケーブルC1に送り出され、次のデータ収集ユニット3に送られれる。   The thermal lens forming optical element 80 emits the light source light 71 as unpolarized light that does not change the traveling direction when only the light source light 71 is incident, and the thermal lens when the light source light 71 and the signal light 73 are simultaneously incident. The light source light is emitted as deflected light whose traveling direction is changed. The third collimating lens 82 makes the emitted light source light 71 (unpolarized light and deflected light) and the signal light 73 parallel. The wavelength selective transmission filter 82 transmits the light source light 71 and cuts the signal light 73. A branch mirror 83 provided downstream of the optical wavelength selection filter 82 branches the non-deflected light and the deflected light, and the deflected light is reflected to change its optical path. Unpolarized light travels straight. Further, below the branch mirror 83 in the figure, a mirror 85 for further changing the optical path of the deflected light whose optical path has been changed, and a third condenser lens 86 for condensing the light from the mirror 85 are disposed. The second optical switch SW has two output ports 87 and 88. The output port 87 outputs 1550 nm light of non-deflected light collected by the second condenser lens 84 when the signal light 73 is off. The output port 88 changes the optical path by the branch mirror 83 and the mirror 85 when the signal light 73 is turned on, and outputs 1550 nm light of the deflected light collected by the third condenser lens 86. The optical output from the output port 48 is sent as a trigger pulse to the optical cable C1 and sent to the next data collection unit 3.

トリガパルスのパルス幅は例えば数百μs〜1ms程度、パルス高さは数mW〜10mWのように設定することができるが、これに限定されない。   The pulse width of the trigger pulse can be set to, for example, about several hundred μs to 1 ms, and the pulse height can be set to several mW to 10 mW, but is not limited thereto.

ここで本実施形態で用いた第1の光スイッチSW1の熱レンズ形成光素子60と第2の光スイッチSW2の熱レンズ形成光素子80について説明する。なお、本発明で用いる熱レンズ形成光素子はこれらに限定されず前述したようなものが利用できることは言うまでもない。   Here, the thermal lens forming optical element 60 of the first optical switch SW1 and the thermal lens forming optical element 80 of the second optical switch SW2 used in the present embodiment will be described. Needless to say, the thermal lens forming optical element used in the present invention is not limited to these, and those described above can be used.

熱レンズ形成光素子60は、図11の実線で示すように、波長650nmの光源光51に対しては透過性を示し、波長1550nmの信号光53に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素よりなる光吸収層を有している。ここでは、日本カーリット株式会社製、CIR−960を使用している。   As shown by the solid line in FIG. 11, the thermal lens forming optical element 60 has a wavelength band that shows transparency with respect to the light source light 51 with a wavelength of 650 nm and absorbs with respect to the signal light 53 with a wavelength of 1550 nm. It has a light absorption layer made of a dye. Here, Nippon Carlit Co., Ltd. product and CIR-960 are used.

一方、熱レンズ形成光素子80は、図11の鎖線で示すように、波長1550nmの光源光71に対しては透過性を示し、波長650nmの信号光53に対しては吸収性を示す波長帯域を持つ色素よりなる光吸収層を有している。ここでは、銅(II)2,9,16,23−テトラ−tert−ブチル−29H,31H−フタロシアニン(Copper(II)2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H,31H-phthalocyanine)を使用している。   On the other hand, as shown by the chain line in FIG. 11, the thermal lens forming optical element 80 is transmissive for the light source light 71 having a wavelength of 1550 nm and is absorptive for the signal light 53 having a wavelength of 650 nm. A light absorption layer made of a dye having Here, copper (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H, 31H-phthalocyanine (Copper (II) 2,9,16,23-tetra-tert-butyl-29H, 31H-phthalocyanine ) Is used.

熱レンズ形成光素子60、80は、基本的に上記のような吸収、透過の波長特性を持ち、熱レンズの形成可能な光吸収層を有しておればよく、光吸収を促進させる層や、伝熱層、保温層等、本発明者らの出願に係る特開2005−265986号公報に記載されているような各種の構造のものとすることができる。   The thermal lens forming optical elements 60 and 80 basically have the absorption and transmission wavelength characteristics as described above, and need only have a light absorption layer capable of forming a thermal lens. The heat transfer layer, the heat retaining layer, and the like can have various structures as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-265986 related to the present inventors' application.

本実施形態では、上記のようにして、トリガパルスを光ケーブルC3を介して周回させる。   In the present embodiment, the trigger pulse is circulated through the optical cable C3 as described above.

本実施形態では、上記のようにして、電気的処理なしに、新規な光スイッチを用いた自動周回機構と光ケーブルを用いて収集データを回収できるようにしたため、安価にシステムを構築できる上、悪天候等の条件下で電線が切断されたり、停電になったりしても、監視対象の監視を続けることが可能となる。また、少ない光学部品点数でシステムの構築が可能となるため、低コスト化を図ることができる。   In the present embodiment, as described above, since the collected data can be collected using the automatic circulator mechanism and the optical cable using the new optical switch without electrical processing, the system can be constructed at low cost, and the bad weather Even if the electric wire is cut or a power failure occurs under the above conditions, it is possible to continue monitoring the monitoring target. Further, since the system can be constructed with a small number of optical parts, the cost can be reduced.

以上、本発明に係る自動周回収集式データ収集システムを一実施形態により説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能である。   As mentioned above, although the automatic circulation collection type | formula data collection system which concerns on this invention has been demonstrated by one Embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and change are possible.

例えば、上記実施形態では、図2に示すタイプの光スイッチSWを基本として用いたが、本発明によれば、図12に示すようなタイプの光スイッチSW’を用い、その他の構成は図9と同様にして光フリップフロップ回路を構成することもできる。   For example, in the above embodiment, the optical switch SW of the type shown in FIG. 2 is used as a basis. However, according to the present invention, the optical switch SW ′ of the type shown in FIG. In the same manner, an optical flip-flop circuit can be configured.

図12において図2と同様な光学部品には同じ符号を付してある。図12において95は光源光、96は信号光、96は入力ポート、97は入力ポートである。図12のスイッチSW’では光入力に図13に示す2芯光ファイバーフェルール98を用いた。2芯光ファイバーフェルール98は光源光光出射ファイバー99と信号光光出射ファイバー100を備えている。これらの光ファイバー99、100としては、コア9.5μmのシングルモード石英光ファイバーのクラッド層をフッ酸で所望の太さにエッチングして用いた。エッチングする部分は、光ファイバーの先端数mmだけとした。エッチングした後の光ファイバーの太さ「ω」は、光吸収層に集光した光源光と信号光の集光点の光軸に直角方向の距離「χ」と次の関係で決めることができる。
(式1)
ω=χ/m
ここでmは、第1の集光レンズ18の結像倍率である。
In FIG. 12, the same reference numerals are assigned to the same optical components as those in FIG. In FIG. 12, 95 is light source light, 96 is signal light, 96 is an input port, and 97 is an input port. In the switch SW ′ in FIG. 12, a two-core optical fiber ferrule 98 shown in FIG. 13 is used for optical input. The two-core optical fiber ferrule 98 includes a light source light emitting fiber 99 and a signal light emitting fiber 100. As these optical fibers 99 and 100, a clad layer of a single mode quartz optical fiber having a core of 9.5 μm was etched to a desired thickness with hydrofluoric acid. The portion to be etched was only a few mm of the tip of the optical fiber. The thickness “ω” of the optical fiber after etching can be determined by the following relationship with the distance “χ” perpendicular to the optical axis of the condensing point of the light source light and the signal light condensed on the light absorption layer.
(Formula 1)
ω = χ / m
Here, m is the imaging magnification of the first condenser lens 18.

このような構成としても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる上、光入射部の構成をより簡素化できる利点がある。   Even with such a configuration, the same effects as those of the above embodiment can be obtained, and the configuration of the light incident portion can be further simplified.

また、上記実施形態では、第1の光スイッチSW1において波長650nmの光源光51と波長1550nmの信号光53を用い、第2の光スイッチSW2において波長1550nmの光源光71と波長650nmの信号光73を用いたが、第1の光スイッチSW1と第2の光スイッチSW2で波長の関係を逆にしてもよい。   In the above embodiment, the first optical switch SW1 uses the light source light 51 having a wavelength of 650 nm and the signal light 53 having a wavelength of 1550 nm, and the second optical switch SW2 uses the light source light 71 having a wavelength of 1550 nm and the signal light 73 having a wavelength of 650 nm. However, the wavelength relationship may be reversed between the first optical switch SW1 and the second optical switch SW2.

また、上記実施形態では650nmと1550nmの波長を利用したが、これに限定されず、図2の光スイッチSWの説明でも言及したように熱レンズが形成可能であれば任意の大きさの波長をペアとして利用することができる。   Moreover, although the wavelength of 650 nm and 1550 nm was utilized in the said embodiment, it is not limited to this, As long as the thermal lens can be formed as mentioned also in description of the optical switch SW of FIG. Can be used as a pair.

本発明の一実施形態に係る自動周回収集式データ収集システムの構成を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the structure of the automatic circulation collection type data collection system which concerns on one Embodiment of this invention. 図1の自動周回収集式データ収集システムにおけるデータ収集ユニットの自動周回機構に用いる光スイッチの原理説明図である。It is a principle explanatory view of the optical switch used for the automatic circulation mechanism of the data collection unit in the automatic circulation collection type data collection system of FIG. 熱レンズ形成光素子の光吸収層へ光源光と信号光とを同一の所に集光させるときに、信号光がない場合と信号光がある場合の光源光の出射の状況を示す図である。It is a figure which shows the condition of the emission of light source light when there is no signal light and when there is signal light, when condensing light source light and signal light to the same place to the light absorption layer of a thermal lens formation optical element. . 熱レンズ形成光素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a thermal lens formation optical element. 集光しない場合の光源光が偏向する状況の説明図である。It is explanatory drawing of the condition where the light source light in the case of not condensing deflects. 集光した場合の光源光が偏向する状況の説明図である。It is explanatory drawing of the condition where the light source light at the time of condensing deflects. 信号光を照射しない場合と、信号光のパワーを変えて照射した場合の光強度分布を示す図である。It is a figure which shows light intensity distribution when not irradiating signal light, and when irradiating by changing the power of signal light. 信号光パワーと偏向角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between signal light power and a deflection angle. 光吸収層の位置と偏向角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position of a light absorption layer, and a deflection angle. 非偏向光と偏向光の分離距離の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the separation distance of non-deflected light and deflected light. 図1の自動周回収集式データ収集システムにおけるデータ収集ユニットの自動周回機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the automatic circulation mechanism of the data collection unit in the automatic circulation collection type data collection system of FIG. 熱レンズ効果光素子に用いる光吸収層の波長特性の説明図である。It is explanatory drawing of the wavelength characteristic of the light absorption layer used for a thermal lens effect optical element. 本発明の自動周回収集式データ収集システムに用いる光スイッチの別例の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of another example of the optical switch used for the automatic circulation collection type data collection system of this invention. 図12の光スイッチに用いる2芯光ファイバーフェルールの概念図である。It is a conceptual diagram of the 2 core optical fiber ferrule used for the optical switch of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 自動周回収集式データ収集システム
2 監視装置
2A 無停電電源
2B レーザー発振装置
3 データ収集モジュール
3A 光電池
3B 充電池
4 自動周回機構
5 データ収集ユニット
6 制御部
7 通信制御部
8 E/O部
C1、C2、C3 光ケーブル
SW1、SW2、SW3 光スイッチ
51、71 光源光
52、54、72、74 入力ポート
53、73 信号光
55、56、61、75、76、81 コリメートレンズ
57、77 ダイクロイックミラー
58、65、78、85 ミラー
59、64、66、79、84、86 集光レンズ
60、80 熱レンズ形成光素子
62、82 波長選択透過フィルター
63、83 分岐ミラー
67、68、87、88 出力ポート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Automatic circulation collection type data collection system 2 Monitoring apparatus 2A Uninterruptible power supply 2B Laser oscillation apparatus 3 Data collection module 3A Photovoltaic battery 3B Rechargeable battery 4 Automatic circulation mechanism 5 Data collection unit 6 Control part 7 Communication control part 8 E / O part C1, C2, C3 Optical cable SW1, SW2, SW3 Optical switch 51, 71 Light source light 52, 54, 72, 74 Input port 53, 73 Signal light 55, 56, 61, 75, 76, 81 Collimating lens 57, 77 Dichroic mirror 58, 65, 78, 85 Mirror 59, 64, 66, 79, 84, 86 Condenser lens 60, 80 Thermal lens forming optical element 62, 82 Wavelength selective transmission filter 63, 83 Branch mirror 67, 68, 87, 88 Output port

Claims (1)

監視装置と、各拠点に配置されたデータ収集モジュールとを光ケーブルで接続して構成され、
監視装置は、所定のタイミングでデータ収集を行うためのトリガパルスを光ケーブルを介して各データ収集モジュールに送るトリガパルス発生部と、光ケーブルを介して各データ収集モジュールから収集データを受け取る収集データ回収部と、各データ収集モジュールにデータ収集のための制御信号を送信する制御部を有し、
各データ収集モジュールには識別符号が付与され、各データ収集モジュールは、第1の光スイッチ及び第2の光スイッチよりなる自動周回機構と、それぞれの拠点でのデータを収集するためのデータ収集ユニットと、データ収集ユニット及び光ケーブルに接続される制御部と、制御部と光ケーブルとの接続のオン/オフを制御する第3の光スイッチを有し、
第1の光スイッチ及び第2の光スイッチは、それぞれ、光源光とこれとは異なる波長の信号光を入力し、該信号光の入力のオン/オフにより該光源光の出力のオン/オフを制御する方式の光制御型光スイッチよりなり、
自動周回機構は、監視装置からトリガパルスを受け取ると、第3のスイッチをオン制御し、制御部にデータ収集ユニットで収集したデータを前記識別符号とともに光ケーブルを介して監視装置へ送信させるとともに、トリガパルスを光ケーブルを介して次のデータ収集モジュールに送り出す自動周回収集式データ収集システムであって、
第1の光スイッチは、
第1の波長λ1を有する連続光である第1の光源光と第2の波長λ2を有するパルス状光である第1の信号光とを入射する第1の信号入力部と、
第1の信号光に対し吸収性を示し第1の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第1の光吸収層を有する第1の熱レンズ形成光素子と、
第1の光吸収層に第1の信号光と第1の光源光とを各々集光点を光軸に対して直角方向で異ならせて集光させる第1の集光部を備え、
第1の熱レンズ形成光素子は、第1の光吸収層が第1の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第1の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第1の光源光を進行方向を変えない非偏向光として出射する状態と、第1の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第1の光源光を進行方向を変えた偏向光として出射する状態とを、第1の信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
さらに、第1の熱レンズ形成光素子より出射した第1の光源光のうち、非偏向光は第1の出力ポートから出力させ、偏向光は第2の出力ポートから出力させる第1の光源光光路切替部を備え、
第2の光スイッチは、
第1の光スイッチの第2の出力ポートから出力される第1の波長λ1の第1の光源光を第2の信号光として取り込み、この第2の信号光と第2の波長λ2を有する連続光である第2の光源光とを入射する第2の信号入力部と、
第2の信号光に対し吸収性を示し第2の光源光に対し透過性を示す波長帯域を持つ第2の光吸収層を有する第2の熱レンズ形成光素子と、
第2の光吸収層に第2の信号光と第2の光源光とを各々集光点を光軸に対して直角方向で異ならせて集光させる第2の集光部を備え、
第2の熱レンズ形成光素子は、第2の光吸収層が第2の信号光を吸収した領域及びその周辺領域に起こる温度上昇に起因して可逆的に生ずる屈折率の分布に基づいた熱レンズを用いることによって、第2の信号光が照射されず熱レンズが形成されない場合は第2の光源光を非偏向光として出射する状態と、第2の信号光が照射されて熱レンズが形成された場合は第2の光源光を偏向光として出射する状態とを、第2の信号光の照射の有無に対応させて実現させ、
さらに、第2の熱レンズ形成光素子は、出力した第2の光源光のうち、非偏向光は第1の出力ポートから出力し、偏向光は第2の出力ポートから出力させる第2の光源光光路切替部を備え、
第1の光スイッチの第1の信号入力部は、光ケーブルに接続され、トリガパルスを第1の信号光として取り込み、
第1の光スイッチの第1の出力ポートは第3の光スイッチに接続され、
第1の光スイッチの第2の出力ポートは第2の光スイッチの第2の信号入力部に接続され、
第2の光スイッチの第2の出力ポートは光ケーブルに接続されることを特徴とする自動周回収集式データ収集システム。
It consists of a monitoring device and a data collection module located at each site connected by an optical cable.
The monitoring device includes a trigger pulse generator for sending a trigger pulse for collecting data at a predetermined timing to each data collection module via an optical cable, and a collected data collection unit for receiving collected data from each data collection module via an optical cable And a control unit that transmits a control signal for data collection to each data collection module,
Each data collection module is provided with an identification code. Each data collection module includes an automatic circulation mechanism including a first optical switch and a second optical switch, and a data collection unit for collecting data at each base. A control unit connected to the data collection unit and the optical cable, and a third optical switch for controlling on / off of the connection between the control unit and the optical cable,
Each of the first optical switch and the second optical switch inputs light source light and signal light having a wavelength different from the light source light, and turns on / off the output of the light source light by turning on / off the signal light. It consists of a light control type optical switch of the control method,
When the automatic circulation mechanism receives a trigger pulse from the monitoring device, it turns on the third switch and causes the control unit to transmit the data collected by the data collection unit to the monitoring device together with the identification code to the monitoring device via the optical cable. An automatic loop-collecting data collection system that sends pulses to the next data collection module via an optical cable,
The first optical switch
A first signal input unit that inputs a first light source light that is continuous light having a first wavelength λ1 and a first signal light that is pulsed light having a second wavelength λ2.
A first thermal lens-forming optical element having a first light absorption layer having a wavelength band that absorbs the first signal light and transmits the first light source light;
The first light absorbing layer includes a first light condensing unit that condenses the first signal light and the first light source light with different condensing points in a direction perpendicular to the optical axis,
The first thermal lens forming optical element has a heat based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the first light absorption layer absorbs the first signal light and its peripheral region. By using the lens, when the first signal light is not irradiated and a thermal lens is not formed, the first light source light is emitted as unpolarized light that does not change the traveling direction, and the first signal light is irradiated. When the thermal lens is formed, the state of emitting the first light source light as the deflected light whose traveling direction is changed is realized in correspondence with the presence or absence of the irradiation of the first signal light,
Further, of the first light source light emitted from the first thermal lens forming optical element, the non-deflected light is output from the first output port, and the deflected light is output from the second output port. With an optical path switching unit,
The second optical switch
The first light source light having the first wavelength λ1 output from the second output port of the first optical switch is taken in as the second signal light, and the second signal light and the second wavelength λ2 are continuously generated. A second signal input unit that receives a second light source light that is light;
A second thermal lens forming optical element having a second light absorption layer having a wavelength band that absorbs the second signal light and transmits the second light source light;
A second condensing part for condensing the second signal light and the second light source light on the second light absorbing layer with the condensing points different from each other in the direction perpendicular to the optical axis;
The second thermal lens forming optical element has a heat based on a refractive index distribution reversibly generated due to a temperature rise occurring in a region where the second light absorption layer absorbs the second signal light and its peripheral region. By using the lens, when the second signal light is not irradiated and the thermal lens is not formed, the second light source light is emitted as unpolarized light, and the second signal light is irradiated to form a thermal lens. If so, the state of emitting the second light source light as the deflected light is realized corresponding to the presence or absence of irradiation of the second signal light,
Further, the second thermal lens forming optical element outputs a second light source that outputs non-deflected light from the first output port and outputs deflected light from the second output port among the output second light source light. With an optical path switching unit,
The first signal input unit of the first optical switch is connected to the optical cable, takes the trigger pulse as the first signal light,
The first output port of the first optical switch is connected to the third optical switch;
A second output port of the first optical switch is connected to a second signal input of the second optical switch;
The second output port of the second optical switch is connected to an optical cable.
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