(57)【要約】【課題】光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる光通信モジュール及び光通信システムを提供する。【解決手段】光通信モジュール１０は、第１光信号Ｌ１を受光し、第１光信号Ｌ１に応じた第１アナログ電気信号を出力する受光部２０と、第１アナログ電気信号を第１デジタル電気信号に変換する回路部１２と、第１デジタル電気信号を通信機器５に出力する端子１３と、を備える。受光部２０は、内部空間を気密に封止し、第１光信号Ｌ１を入射させる光入射部２２を有する筐体２１と、内部空間に設けられ、第１光信号Ｌ１を受光するフォトカソード２５と、内部空間に設けられ、第１アナログ電気信号を出力するアノード２６と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光信号を受光し、前記第１光信号に応じた第１アナログ電気信号を出力する受光部と、
前記第１アナログ電気信号を第１デジタル電気信号に変換する回路部と、
前記第１デジタル電気信号を通信機器に出力する端子と、を備え、
前記受光部は、
内部空間を気密に封止し、前記第１光信号を入射させる光入射部を有する筐体と、
前記内部空間に設けられ、前記第１光信号を受光するフォトカソードと、
前記内部空間に設けられ、前記第１アナログ電気信号を出力するアノードと、を有する、光通信モジュール。
【請求項２】
前記受光部、前記回路部及び前記端子は、同一の回路基板に設けられている、請求項１に記載の光通信モジュール。
【請求項３】
前記受光部は、前記通信機器から前記端子を介して駆動電圧の供給を受ける、請求項１又は２に記載の光通信モジュール。
【請求項４】
前記端子は、前記通信機器が有するコネクタとの電気的且つ物理的な接続が可能な構成を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項５】
前記フォトカソードと前記アノードとは、向かい合っており、
真空の誘電率をε０（Ｆ／ｍｍ）とし、前記内部空間の比誘電率をεｒとし、前記フォトカソードと前記アノードとが向かい合う方向から見た場合に前記フォトカソードと前記アノードとが重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ２）とし、前記フォトカソードと前記アノードとの距離をｔ（ｍｍ）とすると、前記受光部は、５ｐＦ＞ε０εｒＳ／ｔを満たすように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項６】
前記光入射部の外側表面は、前記第１光信号を前記フォトカソードに導光するレンズ面である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項７】
前記光入射部は、外側に凸状に湾曲している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項８】
前記受光部は、前記フォトカソードから放出された電子が前記アノードに収集されるように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項９】
前記受光部は、前記フォトカソードから放出された電子を増倍させる増倍部を更に有し、前記増倍部から放出された二次電子が前記アノードに収集されるように構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１０】
前記筐体は、前記内部空間を包囲する筒状の側壁と、前記内部空間を介して前記光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、
前記フォトカソードは、前記アノードよりも前記光入射部側に設けられており、
前記アノードは、前記フォトカソードと向かい合っている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１１】
前記筐体は、前記内部空間を包囲する筒状の側壁と、前記内部空間を介して前記光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、
前記フォトカソードは、前記アノードよりも前記底壁側に設けられており、
前記アノードは、メッシュ状に形成され、前記フォトカソードと向かい合っている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１２】
前記筐体は、前記内部空間を包囲する筒状の側壁と、前記内部空間を介して前記光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、
前記フォトカソードは、前記アノードよりも前記底壁側に設けられており、
前記アノードは、前記側壁に設けられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１３】
前記光入射部は、ガラスによって形成されており、
前記筐体における前記光入射部以外の部分は、ガラス、セラミックス、シリコン又は金属によって形成されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１４】
前記フォトカソードは、セシウムアンチモナイド、バイアルカリ又はマルチアルカリによって形成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１５】
第２アナログ電気信号が入力され、前記第２アナログ電気信号に応じた第２光信号を出射する発光部を更に備え、
前記端子は、前記通信機器から入力された第２デジタル電気信号を前記回路部に出力し、
前記回路部は、前記第２デジタル電気信号を前記第２アナログ電気信号に変換する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光通信モジュール。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光通信モジュールと、
前記光通信モジュールから前記第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、
前記第１光信号を送信する発光部を有する照明装置と、を備える、光通信システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の光通信モジュールと、
前記光通信モジュールから前記第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、
前記第１光信号を送信する発光部及び前記第２光信号を受信する受光部を有する照明装置と、を備える、光通信システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の光通信モジュールと、
前記光通信モジュールから前記第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、
前記第１光信号を送信する発光部を有する照明装置と、
前記第２光信号を受信する受光部を有する受光装置と、を備える、光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信モジュール及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムとして、例えば、ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode）を採用した照明装置においてＬＥＤを高速変調することで照明光を光信号として用いる照明光通信システム（可視光通信システム）が注目されている。そのような光通信システムに用いられる光通信モジュールとして、例えば、光信号を受光する受光部にＰＤ（Photodiode）を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３８５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような光通信システムでは、光通信モジュールにおける光信号の受信状態が照明装置に対する光通信モジュールの位置によって変化し易く、光信号の受信状態の劣化が生じるおそれがある。その解決方法として、光信号の強度を強くする方法、光通信モジュールの受光部において受光面積を大きくする方法等が挙げられる。しかし、照明光通信システムでは、光信号の強度を強くするために照明光の強度を強くすることは現実的ではない。一方で、ＰＤを採用した受光部において受光面積を大きくすると、ＰＤにおいて陽極と陰極との間に生じる電極間容量が大きくなり、受光部の応答速度の低下、延いては、光信号の通信速度の低下に繋がる。
【０００５】
本発明は、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる光通信モジュール及び光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光通信モジュールは、第１光信号を受光し、第１光信号に応じた第１アナログ電気信号を出力する受光部と、第１アナログ電気信号を第１デジタル電気信号に変換する回路部と、第１デジタル電気信号を通信機器に出力する端子と、を備え、受光部は、内部空間を気密に封止し、第１光信号を入射させる光入射部を有する筐体と、内部空間に設けられ、第１光信号を受光するフォトカソードと、内部空間に設けられ、第１アナログ電気信号を出力するアノードと、を有する。
【０００７】
この光通信モジュールでは、受光部において、フォトカソードから内部空間に電子が放出され、内部空間に放出された電子又は二次電子がアノードに収集される。このように、受光部が、内部空間を介して電子を授受する構成を採っているため、フォトカソードの受光面積を大きくしても、フォトカソードとアノードとの間に生じる電極間容量が大きくなり難い。つまり、受光部において、第１光信号に対する感度を向上させつつも、応答速度が低下するのを抑制することができる。よって、この光通信モジュールによれば、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の光通信モジュールでは、受光部、回路部及び端子は、同一の回路基板に設けられていてもよい。これにより、１つの構造体として光通信モジュールが構成されるため、光通信モジュールのハンドリング性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の光通信モジュールでは、受光部は、通信機器から端子を介して駆動電圧の供給を受けてもよい。これにより、光通信モジュールが電源を備えることが不要となるため、光通信モジュールの構造の単純化及び光通信モジュールの小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明の光通信モジュールでは、端子は、通信機器が有するコネクタとの電気的且つ物理的な接続が可能な構成を有してもよい。これにより、通信機器が有するコネクタに光通信モジュールを直接的に接続することができる。
【００１１】
本発明の光通信モジュールでは、フォトカソードとアノードとは、向かい合っており、真空の誘電率をε０（Ｆ／ｍｍ）とし、内部空間の比誘電率をεｒとし、フォトカソードとアノードとが向かい合う方向から見た場合にフォトカソードとアノードとが重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ２）とし、フォトカソードとアノードとの距離をｔ（ｍｍ）とすると、受光部は、５ｐＦ＞ε０εｒＳ／ｔを満たすように構成されていてもよい。これにより、フォトカソードとアノードとの間に生じる電極間容量を５ｐＦ未満とすることができ、例えば、数十〜数百ＭＨｚの周波数を有する第１光信号を適切に受信することができる。
【００１２】
本発明の光通信モジュールでは、光入射部の外側表面は、第１光信号をフォトカソードに導光するレンズ面であってもよい。これにより、第１光信号の送信元に対する位置によって第１光信号の受信状態が劣化するのを抑制することができる。
【００１３】
本発明の光通信モジュールでは、光入射部は、外側に凸状に湾曲していてもよい。これにより、第１光信号の送信元に対する位置によって第１光信号の受信状態が劣化するのを抑制することができる。
【００１４】
本発明の光通信モジュールでは、受光部は、フォトカソードから放出された電子がアノードに収集されるように構成されていてもよい。これにより、受光部の駆動電圧を低くすることができる。
【００１５】
本発明の光通信モジュールでは、受光部は、フォトカソードから放出された電子を増倍させる増倍部を更に有し、増倍部から放出された二次電子がアノードに収集されるように構成されていてもよい。これにより、受光部において、第１光信号に対する感度を向上させることができる。
【００１６】
本発明の光通信モジュールでは、筐体は、内部空間を包囲する筒状の側壁と、内部空間を介して光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、フォトカソードは、アノードよりも光入射部側に設けられており、アノードは、フォトカソードと向かい合っていてもよい。これにより、第１光信号に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部を確実に構成することができる。
【００１７】
本発明の光通信モジュールでは、筐体は、内部空間を包囲する筒状の側壁と、内部空間を介して光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、フォトカソードは、アノードよりも底壁側に設けられており、アノードは、メッシュ状に形成され、フォトカソードと向かい合っていてもよい。これにより、第１光信号に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部を確実に構成することができる。
【００１８】
本発明の光通信モジュールでは、筐体は、内部空間を包囲する筒状の側壁と、内部空間を介して光入射部と向かい合う底壁と、を更に有し、フォトカソードは、アノードよりも底壁側に設けられており、アノードは、側壁に設けられていてもよい。これにより、第１光信号に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部を確実に構成することができる。
【００１９】
本発明の光通信モジュールでは、光入射部は、ガラスによって形成されており、筐体における光入射部以外の部分は、ガラス、セラミックス、シリコン又は金属によって形成されていてもよい。これにより、第１光信号に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部を確実に構成することができる。
【００２０】
本発明の光通信モジュールでは、フォトカソードは、セシウムアンチモナイド、バイアルカリ又はマルチアルカリによって形成されていてもよい。これにより、第１光信号に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部を確実に構成することができる。
【００２１】
本発明の光通信モジュールは、第２アナログ電気信号が入力され、第２アナログ電気信号に応じた第２光信号を出射する発光部を更に備え、端子は、通信機器から入力された第２デジタル電気信号を回路部に出力し、回路部は、第２デジタル電気信号を第２アナログ電気信号に変換してもよい。これにより、例えば第１光信号の送信元と通信機器との間で双方向通信を実現することができる。
【００２２】
本発明の光通信システムは、上述した光通信モジュールと、光通信モジュールから第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、第１光信号を送信する発光部を有する照明装置と、を備える。
【００２３】
この光通信システムによれば、照明光通信システムにおいて、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【００２４】
本発明の光通信システムは、上述した光通信モジュールと、光通信モジュールから第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、第１光信号を送信する発光部及び第２光信号を受信する受光部を有する照明装置と、を備える。
【００２５】
この光通信システムによれば、双方向通信が可能な照明光通信システムにおいて、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【００２６】
本発明の光通信システムは、上述した光通信モジュールと、光通信モジュールから第１デジタル電気信号が入力される通信機器と、第１光信号を送信する発光部を有する照明装置と、第２光信号を受信する受光部を有する受光装置と、を備える。
【００２７】
この光通信システムによれば、第１光信号の送信及び第２光信号の受信をそれぞれ適切な場所で行える照明光通信システムにおいて、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる光通信モジュール及び光通信システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態の光通信システムの構成図である。
【図２】図１に示される光通信モジュールの側面図である。
【図３】図２に示される光通信モジュールの平面図である。
【図４】図２に示される光通信モジュールのブロック図である。
【図５】図３に示されるV−V線に沿っての受光部の断面図である。
【図６】第１光信号の周波数とＳ／Ｎとの関係を示すグラフである。
【図７】変形例の光通信モジュールの側面図である。
【図８】変形例の受光部の断面図である。
【図９】変形例の受光部の断面図である。
【図１０】変形例の受光部の断面図である。
【図１１】変形例の受光部の断面図である。
【図１２】変形例の受光部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する部分を省略する。
【００３１】
［光通信システムの構成］
図１に示されるように、光通信システム１は、照明装置２と、通信機器５と、光通信モジュール１０と、を備えている。照明装置２は、各種施設において、例えば天井に設けられている。通信機器５は、例えばＰＣ（Personal  Computer）である。光通信モジュール１０は、通信機器５が有するコネクタ５ａと電気的且つ物理的に接続されている。コネクタ５ａは、例えばＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）ソケット等の汎用コネクタである。
【００３２】
光通信システム１では、照明装置２が第１光信号Ｌ１を送信し、光通信モジュール１０が、第１光信号Ｌ１を受信して、第１光信号Ｌ１に基づく第１デジタル電気信号を通信機器５に出力する。また、光通信モジュール１０が、通信機器５から入力された第２デジタル電気信号に基づく第２光信号Ｌ２を送信し、照明装置２が第２光信号Ｌ２を受信する。本実施形態では、第１光信号Ｌ１は、照明光を兼ねた可視域の光であり、第２光信号Ｌ２は、赤外域の光である。光通信システム１は、照明装置２と通信機器５との間での双方向通信が可能な照明光通信システム（可視光通信システム）である。
【００３３】
照明装置２は、発光部３と、受光部４と、を有している。発光部３は、第１光信号Ｌ１を送信する。発光部３は、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ（Laser  Diode）等の発光素子である。発光部３は、照明装置２の制御部（図示省略）によって高速変調されることで、照明光を兼ねた可視域の光を第１光信号Ｌ１として出射する。第１光信号Ｌ１の周波数は、例えば数十〜数百ＭＨｚである。受光部４は、第２光信号Ｌ２を受信する。受光部４は、例えばＰＤ等の受光素子である。受光部４は、赤外域の光に対して感度を有しており、第２光信号Ｌ２を受光する。
【００３４】
［光通信モジュールの構成］
図２及び図３に示されるように、光通信モジュール１０は、受光部２０と、発光部１１と、回路部１２と、端子１３と、回路基板１４と、パッケージ１５と、を備えている。受光部２０、発光部１１及び端子１３は、回路基板１４に実装されている。回路部１２は、回路基板１４に実装された複数の電子部品、及び回路基板１４に形成された配線等によって、構成されており、受光部２０、発光部１１及び端子１３のそれぞれと電気的に接続されている。発光部１１、回路部１２及び回路基板１４のそれぞれの全体、並びに、受光部２０及び端子１３のそれぞれの一部（回路基板１４と接続された部分）は、パッケージ１５内に配置されている。パッケージ１５は、例えばプラスチックによって形成されている。なお、図２及び図３には、パッケージ１５の一部が切り欠かれた状態で光通信モジュール１０が示されている。
【００３５】
受光部２０は、第１光信号Ｌ１を受光し、第１光信号Ｌ１に応じた第１アナログ電気信号を回路部１２に出力する。受光部２０は、パッケージ１５に形成された開口１５ａを介してパッケージ１５外に突出している。受光部２０では、受光部２０が有する筐体２１のうち、第１光信号Ｌ１を入射させる光入射部２２が、パッケージ１５外に位置している。
【００３６】
発光部１１は、回路部１２から入力された第２アナログ電気信号に応じた第２光信号Ｌ２を出射する。発光部１１は、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子であり、赤外域の光を第２光信号Ｌ２として出射する。発光部１１は、パッケージ１５の一部を構成する光透過部１５ｂに向かい合っている。これにより、第２光信号Ｌ２は、発光部１１から光透過部１５ｂを介して外部に出射する。
【００３７】
図４に示されるように、回路部１２は、Ａ／Ｄ変換部１２１と、Ｄ／Ａ変換部１２２と、信号処理部１２３と、を有している。Ａ／Ｄ変換部１２１及び信号処理部１２３は、受光部２０から入力された第１アナログ電気信号に対してＡ／Ｄ変換等の信号処理を施すことで第１デジタル電気信号を生成し、生成した第１デジタル電気信号を、端子１３を介して通信機器５に出力する。このように、回路部１２は、受光部２０から入力された第１アナログ電気信号を第１デジタル電気信号に変換する。Ｄ／Ａ変換部１２２及び信号処理部１２３は、通信機器５から端子１３を介して入力された第２デジタル電気信号に対してＤ／Ａ変換等の信号処理を施すことで第２アナログ電気信号を生成し、生成した第２アナログ電気信号を発光部１１に出力する。このように、回路部１２は、通信機器５から端子１３を介して入力された第２デジタル電気信号を第２アナログ電気信号に変換する。
【００３８】
端子１３は、回路部１２から入力された第１デジタル電気信号を通信機器５に出力し、通信機器５から入力された第２デジタル電気信号を回路部１２に出力する。図２及び図３に示されるように、端子１３は、通信機器５のコネクタ５ａとの電気的且つ物理的な接続が可能な構成を有している。端子１３は、例えばＵＳＢプラグ等の汎用コネクタである。端子１３は、パッケージ１５に形成された開口１５ｃを介してパッケージ１５外に突出している。端子１３では、コネクタ５ａに接続される部分がパッケージ１５外に位置している。なお、受光部２０、発光部１１及び端子１３は、端子１３がコネクタ５ａに接続された状態で受光部２０及び発光部１１が照明装置２側（例えば上側）を向くように、配置されている。
【００３９】
［受光部の構成］
図５に示されるように、受光部２０は、筐体２１と、フォトカソード２５と、アノード２６と、リードピン２７と、複数のリードピン２８と、を有している。筐体２１は、光入射部２２、側壁２３及び底壁２４によって構成されており、真空引きされた内部空間Ｓを気密に封止している。側壁２３は、内部空間Ｓを包囲する筒状（例えば矩形筒状）の部材である。光入射部２２は、側壁２３における一方の開口部に気密に接合された平板状（例えば矩形板状）の部材である。底壁２４は、側壁２３における他方の開口部に気密に接合された平板状（例えば矩形板状）の部材であり、内部空間Ｓを介して光入射部２２と向かい合っている。本実施形態では、光入射部２２は、ガラスによって形成されており、側壁２３及び底壁２４（筐体２１における光入射部２２以外の部分）は、金属によって形成されている。一例として、筐体２１は、直方体箱状を呈しており、筐体２１の一辺の長さは、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。
【００４０】
フォトカソード２５は、内部空間Ｓに設けられており、光入射部２２に入射した第１光信号Ｌ１を受光して、内部空間Ｓに電子を放出する。具体的には、フォトカソード２５は、光入射部２２の内側表面２２ａに形成されている。内側表面２２ａは、光入射部２２における内部空間Ｓ側の表面である。フォトカソード２５は、側壁２３と接触しており、側壁２３及び底壁２４を介してリードピン２７と電気的に接続されている。リードピン２７は、底壁２４から外部に延在しており、回路部１２と電気的に接続されている。本実施形態では、フォトカソード２５は、バイアルカリ（Ｋ２ＣｓＳｂ）によって形成されており、例えば蒸着によって内側表面２２ａに形成されている。一例として、フォトカソード２５は、矩形膜状を呈しており、第１光信号Ｌ１の入射方向から見た場合におけるフォトカソード２５の一辺の長さは、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。
【００４１】
アノード２６は、内部空間Ｓに設けられており、フォトカソード２５から内部空間Ｓに放出された電子を収集して、第１アナログ電気信号を出力する。具体的には、アノード２６は、内部空間Ｓにおいて、底壁２４を貫通する複数のリードピン２８によって支持されており、複数のリードピン２８と電気的に接続されている。各リードピン２８は、ガラス部材等の絶縁部材２９を介して底壁２４を貫通しており、回路部１２と電気的に接続されている。アノード２６は、金属によって形成されている。一例として、アノード２６は、矩形板状を呈しており、第１光信号Ｌ１の入射方向から見た場合におけるアノード２６の一辺の長さは、数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。
【００４２】
以上のように、受光部２０では、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいてアノード２６よりも光入射部２２側に設けられており、アノード２６が、内部空間Ｓを介してフォトカソード２５と向かい合っている。つまり、受光部２０は、フォトカソード２５から放出された電子がアノード２６に収集されるように構成されている。一例として、フォトカソード２５とアノード２６との距離は、数百μｍ〜数ｍｍ程度である。
【００４３】
本実施形態では、リードピン２７が回路部１２の接地電位に接続された状態で、回路部１２によって複数のリードピン２８に正電位が印加される。つまり、フォトカソード２５が接地電位に接続された状態で、回路部１２によってアノード２６に正電位が印加される。このように、受光部２０では、フォトカソード２５の電位よりもアノード２６の電位が高くなるように、フォトカソード２５及びアノード２６に駆動電圧が印加される。受光部２０は、通信機器５から端子１３を介して駆動電圧の供給を受ける。一例として、コネクタ５ａがＵＳＢソケットであり、端子１３がＵＳＢプラグである場合には、受光部２０の駆動電圧は、５Ｖ程度である。
【００４４】
ここで、真空の誘電率をε０（Ｆ／ｍｍ）とし、内部空間Ｓの比誘電率をεｒとし、フォトカソード２５とアノード２６とが向かい合う方向から見た場合にフォトカソード２５とアノード２６とが重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ２）とし、フォトカソード２５とアノード２６との距離をｔ（ｍｍ）とすると、受光部２０は、５ｐＦ＞ε０εｒＳ／ｔを満たすように構成されている。なお、内部空間Ｓの比誘電率であるεｒは、真空引きされた内部空間Ｓの比誘電率である。
【００４５】
［作用及び効果］
光通信モジュール１０では、第１光信号Ｌ１が光入射部２２を介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子がアノード２６に収集されて、第１光信号Ｌ１に応じた第１アナログ電気信号がアノード２６から回路部１２に出力される。そして、回路部１２において第１アナログ電気信号が第１デジタル電気信号に変換され、第１デジタル電気信号が回路部１２から端子１３を介して通信機器５に出力される。一方、第２デジタル電気信号が通信機器５から端子１３を介して回路部１２に入力されると、回路部１２において第２デジタル電気信号が第２アナログ電気信号に変換され、第２アナログ電気信号が発光部１１に入力される。そして、第２アナログ電気信号に応じた第２光信号Ｌ２が発光部１１から出射される。
【００４６】
このように、光通信モジュール１０では、受光部２０が、内部空間Ｓを介して電子を授受する構成を採っているため、フォトカソード２５の受光面積を大きくしても、フォトカソード２５とアノード２６との間に生じる電極間容量が大きくなり難い。つまり、受光部２０において、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させつつも、応答速度が低下するのを抑制することができる。よって、光通信モジュール１０によれば、双方向通信が可能な光通信システム１において、光信号の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【００４７】
また、光通信モジュール１０では、第２デジタル電気信号が通信機器５から端子１３を介して回路部１２に入力されると、回路部１２において第２デジタル電気信号が第２アナログ電気信号に変換され、第２アナログ電気信号に応じた第２光信号Ｌ２が発光部１１から出射される。これにより、照明装置２と通信機器５との間で双方向通信を実現することができる。
【００４８】
また、光通信モジュール１０では、受光部２０、発光部１１、回路部１２及び端子１３が、同一の回路基板に設けられている。これにより、１つの構造体として光通信モジュール１０が構成されるため、光通信モジュール１０のハンドリング性を向上させることができる。
【００４９】
また、光通信モジュール１０では、受光部２０が、通信機器５から端子１３を介して駆動電圧の供給を受ける。これにより、光通信モジュール１０が電源を備えることが不要となるため、光通信モジュール１０の構造の単純化及び光通信モジュール１０の小型化を図ることができる。
【００５０】
また、光通信モジュール１０では、フォトカソード２５から放出された電子がアノード２６に収集されるように、受光部２０が構成されている。これにより、受光部２０の駆動電圧を低くすることができる。
【００５１】
ここで、受光部２０の駆動電圧は、上述したように、５Ｖ程度である。そのため、端子１３、及び通信機器５のコネクタ５ａを、ＵＳＢ規格等の汎用コネクタとして構成することができ、昇圧回路、高圧ケーブル等が不要となる。これにより、光通信モジュール１０の構造の単純化及び光通信モジュール１０の小型化を図ることができる。仮に、第１光信号Ｌ１を受光する受光部に、高速且つ高感度の受光素子としてＡＰＤを採用すると、ＡＰＤの駆動電圧は、２００〜３００Ｖ程度であるため、昇圧回路、高圧ケーブル等が必要となる。更に、昇圧回路から発生するノイズを遮蔽するための筐体も必要となる。したがって、第１光信号Ｌ１を受光する受光部にＡＰＤを採用すると、光通信モジュール１０の構造の単純化及び光通信モジュール１０の小型化を図ることが困難となる。このことは、受光部としてＰＭＴを採用した場合にも起こり得る。
【００５２】
また、光通信モジュール１０では、端子１３が、通信機器５が有するコネクタ５ａとの電気的且つ物理的な接続が可能な構成を有している。これにより、通信機器５が有するコネクタ５ａに光通信モジュール１０を直接的に接続することができる。
【００５３】
また、光通信モジュール１０では、真空の誘電率をε０（Ｆ／ｍｍ）とし、内部空間Ｓの比誘電率をεｒとし、フォトカソード２５とアノード２６とが向かい合う方向から見た場合にフォトカソード２５とアノード２６とが重なり合う領域の面積をＳ（ｍｍ２）とし、フォトカソード２５とアノード２６との距離をｔ（ｍｍ）とすると、受光部２０が、５ｐＦ＞ε０εｒＳ／ｔを満たすように構成されている。これにより、フォトカソード２５とアノード２６との間に生じる電極間容量を５ｐＦ未満とすることができ、例えば、数十〜数百ＭＨｚの周波数を有する第１光信号Ｌ１を適切に受信することができる。
【００５４】
ここで、光通信モジュール１０の受光部２０において、内部空間Ｓを真空とみなして、ε０＝８．８５×１０−１５Ｆ／ｍｍ、εｒ＝１、Ｓ＝３×３ｍｍ２、ｔ＝１ｍｍとすると、フォトカソード２５とアノード２６との間に生じる電極間容量はＣ＝０．０８ｐＦとなる。また、光通信モジュール１０の受光部２０において、内部空間Ｓを真空とみなして、ε０＝８．８５×１０−１５Ｆ／ｍｍ、εｒ＝１、Ｓ＝１０×１０ｍｍ２、ｔ＝１ｍｍとすると、フォトカソード２５とアノード２６との間に生じる電極間容量はＣ＝０．８９ｐＦとなる。一方、Ｓｉ−ＰＤを採用した受光部において、ε０＝８．８５×１０−１５Ｆ／ｍｍ、εｒ＝１１．９、Ｓ＝３×３ｍｍ２、ｔ＝０．０５ｍｍとすると、Ｓｉ−ＰＤに生じる電極間容量はＣ＝１９ｐＦとなる。
【００５５】
このように、光通信モジュール１０の受光部２０では、受光面に相当するＳを大きくしても、フォトカソード２５とアノード２６との間に生じる電極間容量が大きくなり難く、当該電極間容量を５ｐＦ未満とすることができ、例えば、数十〜数百ＭＨｚの周波数を有する第１光信号Ｌ１を適切に受信することができる。一方、Ｓｉ−ＰＤを採用した受光部では、受光面に相当するＳを大きくすると、Ｓｉ−ＰＤに生じる電極間容量が大きくなり易く、当該電極間容量を５ｐＦ未満とすることができない。つまり、Ｓｉ−ＰＤを採用した受光部では、数十〜数百ＭＨｚの周波数を有する第１光信号Ｌ１を適切に受信することができない。なお、Ｓｉ−ＰＤを厚くすると、電子の走行時間が長くなって応答速度が低下したり、電子が走行途中で消滅して感度が低下したりするおそれがある。したがって、電極間容量を小さくするためにＳｉ−ＰＤを厚くすることは現実的ではない。
【００５６】
また、光通信モジュール１０では、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいてアノード２６よりも光入射部２２側に設けられており、アノード２６が、内部空間Ｓを介してフォトカソード２５と向かい合っている。これにより、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部２０を確実に構成することができる。
【００５７】
また、光通信モジュール１０では、光入射部２２がガラスによって形成されており、側壁２３及び底壁が金属によって形成されている。これにより、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部２０を確実に構成することができる。
【００５８】
また、光通信モジュール１０では、フォトカソード２５が、バイアルカリによって形成されている。これにより、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部２０を確実に構成することができる。特に、バイアルカリを用いることで、照明光のうち青色に対応する可視域の検出に優れたフォトカソード２５を形成することができる。
【００５９】
ここで、実施例及び比較例について説明する。実施例は、光通信モジュール１０の受光部２０と同一の構成を有する受光素子であり、感度＝０．０５Ａ／Ｗ、Ｓ＝５０．３ｍｍ２、電極間容量＝２．４ｐＦであった。比較例は、Ｓｉ−ＰＤであり、感度＝０．２６Ａ／Ｗ、Ｓ＝５．７６ｍｍ２、電極間容量＝６５ｐＦであった。実施例の受光素子及び比較例のＳｉ−ＰＤのそれぞれに対して、第１光信号Ｌ１を入射させた。第１光信号Ｌ１は、正弦波信号であり、波長は４７０（ｎｍ）、放射流束は３（μＷ／ｍｍ２）であった。第１光信号Ｌ１の周波数を変化させて、実施例の受光素子及び比較例のＳｉ−ＰＤのそれぞれについてＳ／Ｎを測定した結果、図６に示されるように、実施例の受光素子のＳ／Ｎが比較例のＳｉ−ＰＤのＳ／Ｎを上回った。特に、高周波領域において、実施例の受光素子の優位性が顕著となった。なお、Ｓ／Ｎは、正弦波振幅／標準偏差である。また、図６に示される一点鎖線は、測定限界を表したものである。測定限界とは、注目する測定パラメータ（Ｓ／Ｎ）を正しく測定することのできる下限の値である。
【００６０】
［変形例］
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、図７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、受光部２０の全体がパッケージ１５内に配置されていてもよい。この場合、受光部２０は、パッケージ１５の一部を構成する光透過部１５ｄに向かい合っている。これにより、第１光信号Ｌ１は、外部から光透過部１５ｄを介して受光部２０に入射する。図７の（ａ）に示される例では、光透過部１５ｂと光透過部１５ｄとが異なる高さに位置するようにパッケージ１５が構成されており、光透過部１５ｂが発光部１１に近付けられている。図７の（ｂ）に示される例では、光透過部１５ｂと光透過部１５ｄとが同じ高さに位置するようにパッケージ１５が構成されており、光透過部１５ｂが発光部１１から離されている。なお、図７の（ａ）及び（ｂ）には、パッケージ１５の一部が切り欠かれた状態で光通信モジュール１０が示されている。
【００６１】
また、図８の（ａ）に示されるように、光入射部２２の外側表面２２ｂは、第１光信号Ｌ１をフォトカソード２５に導光するレンズ面であってもよい。外側表面２２ｂは、光入射部２２における内部空間Ｓとは反対側の表面である。また、図８の（ｂ）に示されるように、光入射部２２は、外側に凸状に湾曲していてもよい。これらにより、照明装置２に対する位置によって第１光信号Ｌ１の受信状態が劣化するのを抑制することができる。ここで、第１光信号Ｌ１が有効に受光部２０に照射される角度範囲である有効照射角範囲は、照明装置２に対する光通信モジュール１０の位置によって変化する。具体的には、受光部２０が照明装置２の真下にある場合と比較して、受光部２０が照明装置２の真下から離れるほど有効照射角範囲は狭まってしまう。これに対し、外側表面２２ｂがレンズ面である受光部２０又は外側に凸状に湾曲している受光部２０を有することにより、有効照射角範囲が狭まることを緩和することができる。その結果、第１光信号Ｌ１の受信状態が劣化するのを抑制することができる。
【００６２】
また、フォトカソード２５及びアノード２６の配置については、様々な配置を採ることができる。図９の（ａ）に示される例では、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいてアノード２６よりも底壁２４側に設けられており、アノード２６が、メッシュ状に形成され、内部空間Ｓを介してフォトカソード２５と向かい合っている。具体的には、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいて複数のリードピン２８によって支持されており、アノード２６が、光入射部２２の内側表面２２ａに形成されている。図９の（ａ）に示される例では、第１光信号Ｌ１が、光入射部２２、アノード２６のメッシュ部、及び内部空間Ｓを介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子がアノード２６に収集される。この場合にも、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部２０を確実に構成することができる。
【００６３】
図９の（ｂ）に示される例では、フォトカソード２５が、アノード２６よりも底壁２４側に設けられており、アノード２６が、側壁２３に設けられている。具体的には、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいて複数のリードピン２８によって支持されており、側壁２３の内側表面２３ａが、アノード２６として機能する。内側表面２３ａは、側壁２３における内部空間Ｓ側の表面である。図９の（ｂ）に示される例では、第１光信号Ｌ１が光入射部２２及び内部空間Ｓを介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子がアノード２６に収集される。この場合にも、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させ且つ応答速度が低下するのを抑制し得る受光部２０を確実に構成することができる。
【００６４】
また、図１０の（ａ）及び（ｂ）、図１１の（ａ）及び（ｂ）、並びに、図１２に示されるように、受光部２０は、フォトカソード２５から放出された電子を増倍させる増倍部３１を更に有し、増倍部３１から放出された二次電子がアノード２６に収集されるように構成されていてもよい。その場合、フォトカソード２５の電位よりも増倍部３１の電位が高くなり且つ増倍部３１の電位よりもアノード２６の電位が高くなるように、フォトカソード２５、増倍部３１及びアノード２６に駆動電圧が印加される。受光部２０が増倍部３１を有することで、受光部２０において、第１光信号Ｌ１に対する感度を向上させることができる。
【００６５】
図１０の（ａ）に示される例では、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいてアノード２６及び増倍部３１よりも光入射部２２側に設けられており、ダイノードである増倍部３１が、内部空間Ｓにおいてフォトカソード２５及びアノード２６よりも底壁２４側に設けられており、アノード２６が、メッシュ状に形成され、フォトカソード２５と増倍部３１との間において、内部空間Ｓを介してフォトカソード２５及び増倍部３１のそれぞれと向かい合っている。具体的には、フォトカソード２５が、光入射部２２の内側表面２２ａに形成されており、増倍部３１が、内部空間Ｓにおいて複数のリードピン２８によって支持されており、アノード２６が、内部空間Ｓにおいて側壁２３によって支持されている。図１０の（ａ）に示される例では、第１光信号Ｌ１が光入射部２２を介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子がアノード２６のメッシュ部を介して増倍部３１に入射する。そして、増倍部３１から内部空間Ｓに二次電子が放出され、内部空間Ｓに放出された二次電子がアノード２６に収集される。図１０の（ｂ）に示される例は、アノード２６が側壁２３に設けられている点で、図１０の（ａ）に示される例と異なっている。図１０の（ｂ）に示される例では、側壁２３の内側表面２３ａが、アノード２６として機能する。
【００６６】
図１１の（ａ）に示される例では、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいてアノード２６及び増倍部３１よりも底壁２４側に設けられており、ダイノードである増倍部３１が、内部空間Ｓにおいてフォトカソード２５及びアノード２６よりも光入射部２２側に設けられており、アノード２６が、メッシュ状に形成され、フォトカソード２５と増倍部３１との間において、内部空間Ｓを介してフォトカソード２５及び増倍部３１のそれぞれと向かい合っている。具体的には、フォトカソード２５が、内部空間Ｓにおいて複数のリードピン２８によって支持されており、増倍部３１が、光入射部２２の内側表面２２ａに形成されており、アノード２６が、内部空間Ｓにおいて側壁２３によって支持されている。図１１の（ａ）に示される例では、第１光信号Ｌ１が光入射部２２及び増倍部３１を介して内部空間Ｓに入射し、内部空間Ｓに入射した第１光信号Ｌ１がアノード２６のメッシュ部を介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子がアノード２６のメッシュ部を介して増倍部３１に入射する。そして、増倍部３１から内部空間Ｓに二次電子が放出され、内部空間Ｓに放出された二次電子がアノード２６に収集される。図１１の（ｂ）に示される例は、アノード２６が側壁２３に設けられている点で、図１１の（ａ）に示される例と異なっている。図１１の（ｂ）に示される例では、側壁２３の内側表面２３ａが、アノード２６として機能する。なお、内側表面２２ａと増倍部３１との間には、増倍部３１に電流を供給する透明な導電膜（図示省略）が設けられている。
【００６７】
図１２に示される例では、筐体２１において、側壁２３が枠状（例えば矩形枠状）を呈しており、光入射部２２及び底壁２４のそれぞれが板状（例えば矩形板状）を呈している。側壁２３の内側には、壁状電極（図示省略）、集束電極（図示省略）、複数段のダイノードを含む増倍部３１、及びアノード２６が、底壁２４の内側表面に沿って並設されている。壁状電極、集束電極、増倍部３１及びアノード２６は、シリコンによって側壁２３と一体的に形成されている。底壁２４は、配線基板を構成しており、底壁２４の外側表面には、壁状電極、集束電極、増倍部３１及びアノード２６と電気的に接続された複数の端子が設けられている。光入射部２２の内側表面のうち、増倍部３１及びアノード２６と重ならない領域には、フォトカソード２５が形成されている。図１２に示される例では、第１光信号Ｌ１が光入射部２２を介してフォトカソード２５に入射すると、フォトカソード２５から内部空間Ｓに電子が放出され、内部空間Ｓに放出された電子が増倍部３１に入射する。そして、増倍部３１から内部空間Ｓに二次電子が放出され、内部空間Ｓに放出された二次電子がアノード２６に収集される。なお、図１２には、光入射部２２の一部が切り欠かれた状態で受光部２０が示されている。
【００６８】
また、受光部２０では、内部空間Ｓにガス（例えば不活性ガス等）が充填されていてもよい。その場合において、受光部２０が、５ｐＦ＞ε０εｒＳ／ｔを満たすように構成されているときには、内部空間Ｓの比誘電率であるεｒは、当該ガスの比誘電率となる。また、端子１３、及び通信機器５のコネクタ５ａは、ＵＳＢ規格以外の規格のコネクタであってもよい。また、端子１３は、例えば通信ケーブル等を介して通信機器５と電気的に接続される構成を有していてもよい。また、光通信モジュール１０は、複数の受光部２０を備えていてもよい。また、第１光信号Ｌ１は、照明光を兼ねた可視域の光に限定されない。同様に、第２光信号Ｌ２は、赤外域の光に限定されない。
【００６９】
また、光通信システム１及び光通信モジュール１０は、上述した各構成に限定されない。例えば、光通信モジュール１０は、発光部１１を有していなくてもよい。また、照明装置２は、受光部４を有していなくてもよい。これによっても、光通信システム１において、第１光信号Ｌ１の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。また、光通信システム１は、発光部３を有する照明装置２とは別に、受光部４を有する受光装置を更に備えていてもよい。これにより、第１光信号Ｌ１の送信及び第２光信号Ｌ２の受信をそれぞれ適切な場所で行える光通信システム１において、第１光信号Ｌ１の受信状態の劣化及び通信速度の低下を抑制することができる。
【００７０】
また、光通信システム１及び光通信モジュール１０が備える各構成には、上述した材料及び形状に限定されず、様々な材料及び形状を適用することができる。例えば、側壁２３及び底壁２４（筐体２１における光入射部２２以外の部分）は、ガラス、セラミックス又はシリコンによって形成されていてもよい。また、フォトカソード２５は、セシウムアンチモナイド（Ｃｓ３Ｓｂ）又はマルチアルカリ（Ｎａ２ＫＳｂ（＋Ｃｓ））によって形成されていてもよい。また、上述した実施形態における各構成は、各変形例における構成と任意に置換することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…光通信システム、２…照明装置、３，１１…発光部、４，２０…受光部、５…通信機器、５ａ…コネクタ、１０…光通信モジュール、１２…回路部、１３…端子、２１…筐体、２２…光入射部、２２ｂ…外側表面、２３…側壁、２４…底壁、２５…フォトカソード、２６…アノード、３１…増倍部、Ｌ１…第１光信号、Ｌ２…第２光信号、Ｓ…内部空間。
【図１】
2020181784.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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