(57)【要約】      （修正有）【課題】電線が切断されたり、停電になった場合でも、監視を続けることがでる自動周回収集式データ収集システムを提供する。【解決手段】監視装置２と、各拠点に配置されたデータ収集モジュール３とを光ケーブルＣ１、Ｃ２、Ｃ３で接続して構成する。監視装置２は、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。各データ収集モジュール３は、第１、第２の光スイッチＳＷ１、ＳＷ２よりなる自動周回機構４と、データ収集ユニット５と、データ収集のための各種制御を行う制御部６を備える。自動周回機構４は、監視装置２から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、収集データを前記識別符号とともに光ケーブルＣ２を介して監視装置２へ送信するとともに、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。【選択図】図１
2008252729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開２００２−２７５７１３号公報
【特許文献２】米国特許第４，５８５，３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
偏向角は、次の条件が変わると変化する。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】熱レンズ形成光素子の概略構成を示す断面図である。
【図５ａ】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。
【図５ｂ】集光した場合の光源光が偏向する状況の説明図である。
【図６】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。
【図７】信号光パワーと偏向角との関係を示すグラフである。
【図８】光吸収層の位置と偏向角との関係を示すグラフである。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【符号の説明】
【００６６】
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
【図１】
2008252729.tif 000003
【図２】
2008252729.tif 000004
【図３】
2008252729.tif 000005
【図４】
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【図５ａ】
2008252729.tif 000007
【図５ｂ】
2008252729.tif 000008
【図６】
2008252729.tif 000009
【図７】
2008252729.tif 000010
【図８】
2008252729.tif 000011
【図９】
2008252729.tif 000012
【図１０】
2008252729.tif 000013
【図１１】
2008252729.tif 000014
【図１２】
2008252729.tif 000015
【図１３】
2008252729.tif 000016