JPH0612366B2

JPH0612366B2 - 光学送受信スイツチ

Info

Publication number: JPH0612366B2
Application number: JP61132938A
Authority: JP
Inventors: ハリイ・デバーニア・ウイルズ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: US4634877A; JPS6225712A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景（１）発明の分野この発明は光信号の伝送及び光学繊維の導光管を用い
て、電気的に隔離された回路の間を連絡する装置に関す
る。

（２）従来技術の説明電気的に隔離された回路を光学的に結合する光学隔離器
は公知である。カリフォルニア州のテレダイン社によっ
て製造されるシリーズＣ４６及びＣ４７型リレーがその
１例である。典型的には、こういうリレー装置は標準的
なＤＩＰパッケージ内に光放出ダイオード（ＬＥＤ）及
びフォトダイオードを包み込んでいて、光学的な結合が
出来る様な形でパッケージ内に２つのダイオードを埋込
んでいる。こういう装置は２つの電気回路を光学的に隔
離する様に作用すると共に小形であるが、物理的に接近
して取付けることの出来る回路を電気的に隔離する場合
にしか適していない。２つ又は更に多くの電気的に隔離
された回路に同時に信号を中継することが望ましい様な
用途には不向きである。

光学繊維の導光管を用いて、電気信号に変換される光信
号の送信器及び受信器も公知である。光学繊維の導光管
を介して伝達される光は、典型的には導光管の端を出る
時、分散が比較的小さいことを特徴とする。逆に、導光
管は比較的小さい角度範囲からその端に差し向けられた
光だけを伝達する。光学繊維及び半導体ダイオードの間
を連絡する従来の装置は、主に光源又は受信器を光学繊
維の導光管と整合させる手段に集中している。例えば、
米国特許第４３８３７３１号には、半導体ダイオードと
光学繊維の導光管の間の結合部が記載されている。米国
特許第４４２２１８１号には、半導体ダイオードの間を
連絡する両方向光学繊維結合器が記載されている。

従来の更に別の装置は、光学繊維の導光管を介して１個
の半導体装置に対して光を送り且つ受取ることが出来
る。例えば米国再発行特許第３１２５５号には、同じ半
導体装置の光放出領域及び光検出領域の両方と同時に界
面接続した光学繊維の導光管が記載されている。こうい
う装置は、大幅に変化する距離だけ隔たった回路の間で
両方向の光通信を行なう為に使うことが出来るが、任意
の所定の時に、一方の方向にしか作用し得ない。こうい
う半導体装置は任意の所定の時に、光を検出し又は伝達
する様に作用するが、その両方は出来ず、同じ半導体装
置の光検出領域及び光放出領域の間で光を伝達すること
が出来ない。更に、光検出部品及び光放出部品は常に電
気的に連絡している。最後に、こういう装置は光を伝達
して電気的に隔離する機能から別の機能に容易に改造す
ることが出来ない。

発明の要約この発明では、電気的に隔離された回路の間を連絡する
為の光学繊維の導光管を用いた光学送受信スイッチを提
供する。各々のスイッチは、相互に並びに導光管の１端
と光学的に連通する光放出変換器及び光検出変換器を持
っている。光放出変換器及び光検出変換器が不透明なハ
ウジングの中に囲まれていて、透明な光学結合器を介し
て、相互に並びに導光管と連絡する。導光管が、ハウジ
ングを突抜け、離れた場所から光を感知して光学的な連
絡をする。第２の光学送受信スイッチと光学的に連通す
る時、好ましいリレーを構成する様な万能性を持つ光学
隔離器が得られる。

１個のこの様なスイッチを光信号送信器及び光信号受信
器として使うことも出来るし、或いは電気的に隔離され
た回路の間を連絡するリレーとして使うことが出来る。
こういう作用を同時に用いて、スイッチが電気的に隔離
され３番目の回路に伝達する為の光信号送信器として作
用したり、或いはスイッチの状態を外部から監視するこ
とが出来る様にしたり、或いは電気信号又は光信号の何
れかを受取って検出することの出来る光学受信器として
作用し得る。

好ましいリレーは、光学送受信スイッチについて上に述
べた夫々の用途に用いることが出来る。更に、互いに電
気的に隔離された４つの回路を用いて、導光管の長さに
わたって信号を伝達することが出来る。好ましいリレー
は、電気的に独立の物理的に別々の２つの出力を持つデ
ィジタル電子オア・ゲートとしても作用することが出来
る。適当なフィルタ回路を用いれば、好ましいリレー
は、導光管を介して、電気的に符号化された異なる信号
を同時に伝達する為に利用することが出来る。この発明
のその他の用い方は、当業者に明らかであろう。

この明細書で云う「光」、「光信号」及び「光学信号」
と云う言葉は互換性をもって用いられており、紫外線、
可視光線及び赤外線を表わすものであってよいが、それ
に限らない。特定の用途では、選ばれる波長は、この発
明の特定の実施例に使われる材料の性質に見合ってい
る。例えば、オペレータである人間がスイッチ又はリレ
ーの状態を離れた場所から感知する為にこの発明を用い
る場合、変換器及び導光管が可視光を放出し且つ使う様
に選ぶのが便利である。然し、電気的に隔離された回路
によって遠隔感知が行なわれる様な用途では、使われる
部品の特性に見合った便利な可視光又はその他の光を用
いることが出来る。この明細書では、「光感知」及び
「光検出」と云う言葉は同義語として用いられている。
「光検出変換器」は入射光に応答して電気的に検出可能
な信号を発生し得る装置である。「光放出変換器」は電
気信号を光に変換する装置である。

この発明の主な目的は、１吋未満から数吋又は数フィー
トまでにわたって変化する距離だけ離れた電気的に隔離
された回路の間を光信号の伝送を用いて連絡する融通性
のある小形の手段を提供することである。

この発明の別の目的は、どんな用途でも、光学繊維と半
導体の相対的な整合が問題にならない様に、光学繊維の
導光管と半導体装置の間の光学結合を行なうことであ
る。

この発明の別の目的は、２つ又は更に多くの電気的に隔
離された回路に同時に光学的に連絡することが出来る装
置を提供することである。

この発明の目的は、リレーの状態を離れた場所から監視
することが出来る様な、電気的に隔離された回路の間の
リレーを提供することである。

発明の詳しい説明この発明を実施した光学送受信スイッチ１０が第１図に
図式的に示されている。スイッチ１０では、光放出変換
器１２及び光検出変換器１４が、相互にも、導光管２０
の１端２２とも光学的に結合されている。典型的には、
光放出変換器１２は光放出半導体ダイオード、例えば砒
化ガリゥム・ダイオードであり、レーザ・ダイオードに
してもよい。光感知変換器１４は、ＰＩＮダイオード又
はシリコン・アバランシェ・フォトダイオードの様な２
番目の半導体ダイオードであってよく、これは光放出変
換器１２によって放出された光の光電変換効率を最適に
する様に選ばれる。

これらの変換器を作動し且つ利用する電気回路が、入力
回路導線１６及び出力回路導線１８を介して光放出変換
器１２及び光検出変換器１４に接続されている。種々の
適当な回路構成がよく知られており、或いは当業者に明
白であろう。この様な全ての構成で、この発明を最大限
に利用する為には、光放出変換器１２を作動する回路及
び光検出変換器１４を作動する回路は、入力及び出力回
路の間の電気的な干渉又は漏話を防止する為に、互いに
電気的に隔離される。

光放出変換器１２及び光検出変換器１４が導光管２０と
光学的に結合される。この為、導光管２０は光放出変換
器１２からの光を遠隔の感知点（図に示してない）に伝
達することが出来、又は遠隔の場所にある光源（図に示
してない）から光検出変換器１４に光を伝達することが
出来る。導光管２０は光学繊維の導光管又は「ライト・
パイプ」にするのが便利であり、特定の用途に必要なだ
けの長さにすることが出来る。

光放出変換器１２、光検出変換器１４及び導光管２０の
１端２２が、光学結合器２４を介して互いに光学的に連
絡する。この発明の好ましい実施例では、光学結合器２
４は比較的軟らかい透明なプラスチック材料であり、そ
の中に光放出変換器１２、光検出変換器１４及び導光管
２０の端２２が埋込まれる。他の透明な材料も適当であ
ることは明らかであるが、軟らかいプラスチックは、導
光管２０を光学結合器２４と光学的に接触する様に取付
け易くする。こういうプラスチックは、部品に対し、振
動のクッション作用もする。光学結合器２４が、光放出
変換器１２又は導光管２０の端２２から放出された光を
伝達し且つ分散して、導光管２０の端２２又は光検出変
換器１４が受取るとが出来る様にする。光学結合器２４
の外面２６を、TiO₂又はZnO微粒子を含む塗料の様な内
部反射及び分散被覆で被覆することが好ましい。光学結
合器２４内での光放出変換器１２、光検出変換器１４及
び導光管２０の端２２の形状、場所及び向きはどうしな
ければならないものではなく、この為、この発明を実施
した装置の構成又は製造が簡単になる。

光放出変換器１２、光検出変換器１４及び光学結合器２
４が頑丈な保護用の不透明なハウジング２８内に包囲さ
れており、入力回路導線１６、出力回路導線１８及び導
光管２０がこのハウジングに入り込んでいる。こういう
ハウジング及び電子部品を収容する手段は、周知であ
る。ハウジング２８は光学結合器２４を保護する様に作
用すると共に、スイッチの光学的に作用する部分に漂遊
光が入らない様にする。便利並びに融通性を最大にする
為、ハウジング２８及び入力及び出力回路導線１６，１
８は、この発明を実施して得られた装置が、標準型の電
気回路板及び部品と両立し得る様な形にする。

この発明のこの実施例は、種々の形式で用いて、異なる
機能を果たすことが出来る。例えば、この装置は、光放
出変換器１２が入力導線１６の電気信号入力によって励
振された時、光学繊維送信器として作用する。光放出変
換器１２によって発生された光が所望の用途に使う為、
導光管２０を介して伝達される。

装置は、遠隔の場所で発生された光信号が導光管２０を
介して光感知変換器１４に入力された時、光学繊維受信
器として作用する。受取った光信号が電気信号に変換さ
れ、それが出力導線１８に出る。

この装置はスイッチとして使うことも出来る。導線１６
から光放出変換器１２に入力された電気信号が光感知変
換器１４を励振し、導線１８に電気信号が出力される様
にする。装置をスイッチとして使う時、スイッチがオン
である時、導光管２０を介して光を伝達し、スイッチの
状態を遠隔の場所から感知すること、又は２番目の離れ
た場所にある光感知変換器を離れた場所から作動するこ
とが出来る様にする。

同様に、「スイッチ」は、導光管２０を介して伝達され
た信号が光感知変換器１４で受取られることにより、遠
隔の場所から作動することが出来る。この形式は、ディ
ジタル・オア・ゲートに相当する。光放出変換器１２が
オンであるか、或いは導光管２０を介して光を受取って
いる場合、光感知変換器１４がオンである。この光学送
受信スイッチのこの他の使い方は、当業者に容易に明ら
かであろう。

この発明を実施した好ましいリレーが第２図に図式的に
示されている。第１図との比較の便宜の為並びに前に第
１図について詳しく説明したことを参照する為、この発
明の第２の実施例の部品は、前に述べたスイッチの同等
の部品と同じ参照数字を用いている。好ましいリレーで
は、２つの送受信スイッチ１０，１０′が導光管２０の
端２２，２２′に光学的に結合されている。各々の送受
信スイッチ１０，１０′が光放出変換器１２又は１２′
と、光検出変換器１４又は１４′とを持ち、これが光学
結合器２４又は２４′を用いて、導光管の端２２又は２
２′に光学的に結合されている。この実施例では、入力
導線１６，１６′に取付けることが可能な変換器の入力
回路（図に示してない）及び出力導線１８，１８′に取
付けることが出来る出力回路（図に示してない）は、何
れも互いに電気的に隔離することが出来る。

導光管２０がハウジング２８に固着されていて、ハウジ
ング２８′には着脱自在に取付けられている場合、好ま
しいリレーは使い易くなる。

例えば、例として云えば、好ましいリレーは、導光管２
０を介して両方向に符号化信号を同時に伝達する為に使
うことが出来る。入力導線１６，１６′から独立に入
る、変調の異なる電気信号により、両方の出力導線の対
１８，１８′に入力信号の組合せの出力が得られる。導
線１６の信号入力が光学結合器２４を介して出力導線１
８に伝達され、導線１６′の信号入力が光学結合器２
４′を介して導光管２０に光学的に結合されると共に、
光学結合器２４及び光検出変換器１４を介して出力導線
１８に結合される。同様に、光検出変換器１４′の出力
は、光放出変換器１２，１２′に対して導線１６，１
６′を介して入る信号入力の組合せである。導線１８，
１８′に周知の適当なフィルタ回路を接続することによ
り、導線１６′の信号入力が出力導線１８に接続された
回路で隔離され、導線１６の信号入力が導線１８′に接
続された回路によって隔離される。

当業者には、この発明のこの他の実施例並びに使い方が
容易に考えられよう。例えば、２つ又は更に多くの導光
管を個々の送受信スイッチの光学結合器に結合し、光放
出変換器の状態を遠隔の２箇所又は更に多くの場所で監
視したり、或いは２つ又は更に多くの遠隔の場所の内の
任意の１つから、並びにスイッチ集成体の中に取付けら
れた光放出変換器から、光感知変換器を作動することが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した光学送受信スイッチの略
図、第２図はこの発明の好ましいリレーの略図である。主な符号の説明１２：光放出変換器１４：光感知変換器１６：入力導線１８：出力導線２０：導光管２４：光学結合器２８：ハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光放出変換器を電気的に励振する導線を持
つ該光放出変換器と；光検出変換器の、光によって誘起
される電気的な応答を検出する導線を持つ該光検出変換
器と；第１の端を持つ光学繊維の導光管と；前記光放出
変換器、前記光検出変換器及び前記導光管の第１の端を
同時に光学的に結合する光学結合器と；該光学結合器、
前記光放出変換器、前記光検出変換器及び前記導光管の
第１の端を包囲する不透明なハウジングとを有し、前記
光放出変換器及び前記光検出変換器が互いに電気的に隔
離され、前記光学結合器が、前記光放出変換器、前記光
検出変換器及び前記導光管の第１の端を埋込んだ実質的
に透明な材料の本体で構成され、前記光学結合器の外面
が内部反射被覆を有する光学送受信スイッチ。
【請求項２】特許請求の範囲１）に記載した光学送受信
スイッチに於て、前記光放出変換器が光放出ダイオード
で構成され、前記光検出変換器が光感知半導体ダイオー
ドで構成されている光学送受信スイッチ。
【請求項３】特許請求の範囲１）に記載した光学送受信
スイッチに於て、前記内部反射被覆が白色微粒子状物質
を含む光学送受信スイッチ。
【請求項４】特許請求の範囲１）に記載した光学送受信
スイッチに於て、前記光放出変換器がレーザ・ダイオー
ドである光学送受信スイッチ。
【請求項５】第１及び第２の光学送受信スイッチと、夫
々前記第１及び第２のスイッチに付設された第１及び第
２の端を持つ光学繊維導光管とを有する光学電子リレー
であって、各々の光学送受信スイッチは、光放出変換器
を励振する導線を持つ該光放出変換器；光検出変換器
の、光によって誘起される電気的な応答を検出する導線
を持つ該光検出変換器；前記光放出変換器、前記光検出
変換器及び前記導光管の１端を光学的に連通する様に埋
込んだ光学結合器；及び光学結合器、光放出変換器、光
検出変換器及び導光管の１端を包囲する不透明なハウジ
ングを持っており、各々の変換器が他の変換器から電気
的に隔離され、かつ、各々の光学結合器が内部反射層で
被覆された実質的に透明な材料の本体で構成されている
光学電子リレー。
【請求項６】特許請求の範囲５）に記載した光学電子リ
レーに於て、各々の光放出変換器が光放出ダイオードで
構成され、各々の光検出変換器が光感知半導体ダイオー
ドで構成されている光学電子リレー。
【請求項７】特許請求の範囲５）に記載した光学電子リ
レーに於て、導光管の第１の端が第１の光学送受信スイ
ッチの光学結合器と光学的に接触する様に固着されてお
り、導光管の第２の端が第２の光学送受信スイッチの光
学結合器と光学的に接触する様に着脱自在に取付けられ
ている光学電子リレー。
【請求項８】特許請求の範囲５）に記載した光学電子リ
レーに於て、各々の内部反射層が白色微粒子状物質を含
む光学電子リレー。