(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と光ファイバとを有する光ファイバ伝送装置であって、
光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとが、下式（１）及び下式（２）を満たし、
光源の開口数が、０．４〜０．８、且つ、光ファイバの開口数が、０．２〜０．８を満たす、光ファイバ伝送装置。
０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．４７５      （１）
Ａ≧２５μｍ                        （２）
【請求項２】
光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとが、下式（１’）を満たす、請求項１に記載の光ファイバ伝送装置。
０．２５０≦Ａ／Ｂ≦０．４５０      （１’）
【請求項３】
光源が、ＬＤ又はＬＥＤである、請求項１又は２に記載の光ファイバ伝送装置。
【請求項４】
光ファイバの芯の直径Ｂと光源の発光部の長径Ｃとが、下式（３）を満たす、請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ伝送装置。
０．０１≦Ｃ／Ｂ≦０．８            （３）
【請求項５】
光ファイバの芯の直径Ｂが、４００μｍ〜１６００μｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ伝送装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバ伝送装置を有する、通信機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送装置及び通信機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭内や車載用のデジタル機器等の情報伝送について、高速化が求められている。インターネット接続や衝突回避等のセンサやカメラ技術の向上により、家庭内や自動車内の通信速度は、大幅に速くなっている。
しかしながら、メタル伝送では、通信速度が速まるほど、伝送路から電磁ノイズを放射するため、その対策によるコスト増や質量増が課題となる。そのため、電磁ノイズの影響を受けない光ファイバが注目されている。
【０００３】
光ファイバは、通信、センサ、照明、装飾、ディスプレイ等の幅広い用途で用いられているが、車両等の限られた空間内で用いる場合、曲げた箇所を有する状態で配線されることになる。光ファイバは、電磁ノイズの影響を受けないという点でメタルケーブルより優れる一方、メタルケーブルより曲げによる伝送損失が大きいことが課題となっている。
【０００４】
光ファイバの伝送損失を抑制する方法としては、例えば、特許文献１には、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離（光軸ずれ量）を小さくする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−３０７６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に提案される方法では、光ファイバを直線状で用いた際の伝送損失増加を抑制できるものの、光ファイバを曲げたときの伝送損失増加の抑制は十分とは言えない。
特に、車載ネットワークの通信装置用途では、光ファイバ同士の接続や曲げたときの伝送損失増加が、光配線のマージン試算に大きく影響を及ぼし、この影響を低減させるために、光源の光量の増加や受光素子の感度の向上等により対応せざるを得なかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、光ファイバを曲げたときの伝送損失増加を抑制する光ファイバ伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光源と光ファイバとを有する光ファイバ伝送装置であって、光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとが、下式（１）及び下式（２）を満たし、
光源の開口数が、０．４〜０．８、且つ、光ファイバの開口数が、０．２〜０．８を満たす光ファイバ伝送装置に関する。
０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．４７５      （１）
Ａ≧２５μｍ      （２）
【０００９】
また、本発明は、前記光ファイバ伝送装置を有する通信機器に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制する。
また、本発明の通信機器は、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の光ファイバ伝送装置の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の光ファイバ伝送装置の一例を示す模式図である。
【図３】実施例・比較例で設計した装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の光ファイバ伝送装置は、光源と光ファイバとを有し、例えば、図１に示すような光源１０と光ファイバ２０とを有する光ファイバ伝送装置５０が挙げられる。
【００１３】
（光源）
光源は、電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を光ファイバに入射する発光素子である。
発光素子は、順方向の電圧をかけると、発光素子の中を電子と正孔が移動し電流が流れる。移動中に電子と正孔がぶつかると結合（再結合）し、再結合された状態では、電子と正孔がもともと持っていたエネルギーよりも、小さなエネルギーになる。その時に生じた余分なエネルギーが、光のエネルギーに変換され発光する。
【００１４】
光源としては、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）等が挙げられる。これらの光源の中でも、ＬＤ、ＬＥＤが好ましく、温度特性が良く、駆動回路が簡単で、安定動作が長いことから、ＬＥＤがより好ましい。
【００１５】
ＬＥＤは、材料の違いから、様々な波長の光を発することができる。
ＬＥＤが発する光としては、例えば、紫外線（２５０ｎｍ〜３８０ｎｍ）、紫色（３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ）、青色（４５０ｎｍ〜４９５ｎｍ）、緑色（４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）、黄色（５７０ｎｍ〜５９０ｎｍ）、橙色（５９０ｎｍ〜６２０ｎｍ）、赤色（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、赤外線（７５０ｎｍ〜１４００ｎｍ）等が挙げられる。これらのＬＥＤが発する光の中でも、光ファイバの伝送損失が少ないことから、赤色（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、緑色（４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）が好ましく、赤色（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）がより好ましい。
【００１６】
光源の開口数は、光軸ずれ量を大きくしても光ファイバに入光する光量を多くすることができることから、０．４〜０．８が好ましく、０．５〜０．７がより好ましい。
光源の開口数ＮＡ１は、光源の出射光ビームのピーク強度より５％の強度にある広がり角度（ビーム幅）をａとしたとき、下式（４）により算出される。
ＮＡ１＝ｓｉｎ（ａ／２）      （４）
【００１７】
（光ファイバ）
光ファイバは、光ファイバとしての機能を有するものであれば特に限定されず、公知の光ファイバを用いることができる。
光ファイバの種類としては、例えば、ステップ・インデックス型光ファイバ、マルチステップ・インデックス型光ファイバ、グレーテッド・インデックス型光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバの種類の中でも、耐熱性に優れ、より長距離の通信を可能とすることから、ステップ・インデックス型光ファイバがより好ましい。
【００１８】
芯を構成する材料（芯材）は、透明性の高い材料であれば特に限定されず、使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としては、例えば、ガラス；アクリル樹脂、スチレン樹脂、カーボネート樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの芯材は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの芯材の中でも、柔軟性、屈曲性に優れることから、樹脂が好ましく、より長距離の通信を可能とすることから、アクリル樹脂が好ましい。
【００１９】
鞘は、芯の外周に形成される。鞘は、１層でもよく、２層以上でもよい。
鞘を構成する材料（鞘材）は、芯材より屈折率の低い材料であれば特に限定されず、芯材の組成や使用目的等に応じて適宜選択することができる。
芯材としてアクリル樹脂を用いる場合、より長距離の通信を可能とすることから、鞘材としてフッ素樹脂を用いることが好ましい。特に、芯材としてメチルメタクリレート単独重合体を用いる場合、より長距離の通信を可能とすることから、鞘材としてフッ素樹脂を用いることが好ましい。
【００２０】
光ファイバの芯の直径Ｂは、光ファイバの取り扱い性、柔軟性、屈曲性に優れることから、０．１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．２ｍｍ〜４．５ｍｍがより好ましく、０．３ｍｍ〜４ｍｍが更に好ましい。
尚、光ファイバの直径に対する光ファイバの芯の直径Ｂの割合が９０％以上の場合、光ファイバの芯の直径Ｂを光ファイバの直径と見做してもよい。
【００２１】
光ファイバの芯材と鞘材の屈折率は、開口数を大きくできることから、芯材の屈折率が１．４５〜１．５５、鞘材の屈折率が１．３５〜１．５１が好ましく、芯材の屈折率が１．４６〜１．５３、鞘材の屈折率が１．３７〜１．４９がより好ましく、芯材の屈折率が１．４７〜１．５１、鞘材の屈折率が１．３９〜１．４７が更に好ましい。
尚、本明細書において、屈折率は、ＩＳＯ  １３４６８に準拠し、２３℃でナトリウムＤ線を用い、アッベ屈折計により測定した値とする。
【００２２】
光ファイバの開口数は、光軸ずれ量を大きくしても光源から入光する光量を多くすることができることから、０．２〜０．８が好ましく、０．２５〜０．６５がより好ましい。
光ファイバの開口数ＮＡ２は、光ファイバの芯の中心軸に対して入射した光線のうち全反射を繰返しながら伝送できる最大入射角度をｂとしたとき、下式（５）により算出される。
ＮＡ２＝ｓｉｎ（ｂ）      （５）
【００２３】
（光ファイバ伝送装置）
本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとが、下式（１）及び下式（２）を満たす。
０．０２５≦Ａ／Ｂ≦０．４７５      （１）
Ａ≧２５μｍ      （２）
【００２４】
また、本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとが、下式（１’）を満たすことが好ましい。
０．２５０≦Ａ／Ｂ≦０．４５０      （１’）
【００２５】
更に、本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバの芯の直径Ｂと光源の発光部の長径Ｃとが、下式（３）を満たすことが好ましい。
０．０１≦Ｃ／Ｂ≦０．５      （３）
【００２６】
図２は、本発明の光ファイバ伝送装置の一例を示す模式図である。図２を用いて、Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれについて説明する。
Ａは、光ファイバの入射面において、光源からの光の光軸の中心１１と光ファイバの中心２１との距離であるので、符号５１に示す距離である。
Ｂは、光ファイバの芯の直径であるので、符号２２に示す距離である。
Ｃは、光源の発光部１２の長径であるので、符号１３に示す距離である。
【００２７】
Ａは、光ファイバの入射面における光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離、すなわち、光軸ずれ量である。
Ａは、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することから、２５μｍ以上であり、２５μｍ〜４７５μｍが好ましく、２５０μｍ〜４５０μｍがより好ましく、２７５μｍ〜４２５μｍが更に好ましい。
【００２８】
Ａ／Ｂは、光ファイバの入射面における光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａと光ファイバの芯の直径Ｂとの割合、すなわち、光軸ずれの割合である。
Ａ／Ｂは、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することから、０．０２５〜０．４７５が好ましく、０．２５０〜０．４５０がより好ましく、０．２７５〜０．４２５が更に好ましい。
【００２９】
Ａ（光軸ずれ量）やＡ／Ｂ（光軸ずれの割合）が大きくなることで、光ファイバの最大受光角が大きくなるため、受光量が増加する。そのため、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することができる。
【００３０】
Ａ（光軸ずれ量）を生じさせるために、光学ステージを用いるとよい。光学ステージを用いることで、Ａ（光軸ずれ量）を容易に調整することができる。
また、予めＡ（光軸ずれ量）を生じさせた光中継アダプタを用いても、同様の効果が得られる。光中継アダプタの材料としては、例えば、金属、樹脂等が挙げられる。これらの光中継アダプタの材料の中でも、加工性に優れることから、金属、樹脂が好ましく、より軽量であることから、樹脂がより好ましい。
【００３１】
Ｃ／Ｂは、光源の発光部の長径Ｃと光ファイバの芯の直径Ｂとの割合である。本発明では、光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心とをずらすので、光源からの光を効率よく使うためには、光ファイバの芯の直径Ｂよりも光源の発光部の長径Ｃの方が小さい方がよい。
Ｃ／Ｂは、光源からの光を効率よく使うことから、０．０１〜０．８が好ましく、０．１〜０．６がより好ましく、０．２〜０．５が更に好ましい。
【００３２】
本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバの一方の端に光源を有するが、他方の端に受光素子を有することで、光ファイバより出力された光信号を電気信号に変換することができる。
受光素子としては、例えば、フォトダイオードやフォトトランジスタ等の半導体の受光素子等が挙げられる。これらの受光素子の中でも、応答速度が速いことから、半導体の受光素子が好ましく、フォトダイオードがより好ましい。
【００３３】
フォトダイオードは、十分なエネルギーを持った光子がダイオードに入射した際、電子を励起し、自由電子と自由正孔のペアを生成する。光子の吸収が接合部の空乏層で生じる又は空乏層から拡散距離内で生じる際に、これらのキャリアが移動し、光電流が流れる。
フォトダイオードの感度ピーク波長は、光ファイバの伝送損失が少ないことから、赤色（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）、緑色（４９５ｎｍ〜５７０ｎｍ）が好ましく、赤色（６２０ｎｍ〜７５０ｎｍ）がより好ましい。
【００３４】
本発明の光ファイバ伝送装置は、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することができ、光配線のマージン低減を抑制することができるから、例えば、車載ネットワーク、ホームネットワーク等の通信装置に用いることができ、特に、車載ネットワークの通信装置に好適に用いることができる。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３６】
［実施例１〜９、比較例１〜２］
図３に示すように、光源、光ファイバ及び受光素子を順次配置した光ファイバ伝送装置を設計した。設計に用いた光源、光ファイバ、受光素子は以下の通りである。
光源：赤色ＬＤ（商品名「ＮＤＬ３３２０ＳＵ」、日本電気（株）製、開口数０．６５、ピーク波長約６５０ｎｍ、発光部の長径２０μｍ）
光ファイバ：プラスチック光ファイバ（商品名「エスカメガＭＨ４００１」、三菱レイヨン（株）製、開口数０．３、長さ２ｍ、芯材メチルメタクリレート単独重合体、芯の直径１ｍｍ、光ファイバの直径に対する光ファイバの芯の直径の割合が９０％以上）
受光素子：光パワーメータ（商品名「ＭＬ９００１Ａ」、アンリツ（株）製、受信感度−７０ｄＢｍ）
設計した光ファイバ伝送装置を用いて、光ファイバからの出射光量を光パワーメータで測定した。まずは、光ファイバを曲げがない状態にして出射光量を測定し、次いで、光ファイバ中央部を曲げ治具により曲げた状態（曲げ半径１０ｍｍ、曲げ角度９０°）にして出射光量を測定し、前者の測定値から後者の測定値を引いた値を、光ファイバを曲げたときの伝送損失とした。
光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離Ａを、光学ステージを用いて表１のように変えて、光ファイバを曲げたときの伝送損失を測定した。
測定結果を、表１に示す。
【００３７】
【表１】
0006679932.tif 000002
【００３８】
式（１）が下限値未満である（光軸ずれが小さ過ぎる）比較例１で得られた光ファイバ伝送装置と比較して、実施例１〜９で得られた光ファイバ伝送装置は、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することができた。
また、式（１）が上限値を超える（光軸ずれが大き過ぎる）比較例２で得られた光ファイバ伝送装置と比較して、実施例１〜９で得られた光ファイバ伝送装置は、光ファイバを曲げたときの伝送損増加を抑制することができた。
【符号の説明】
【００３９】
１０  光源
１１  光源からの光の光軸の中心
１２  光源の発光部
１３  光源の発光部の長径
２０  光ファイバ
２１  光ファイバの中心
２２  光ファイバの芯の直径
３０  受光素子（光パワーメータ）
５０  光ファイバ伝送装置
５１  光源からの光の光軸の中心と光ファイバの中心との距離（光軸ずれ量）
【図１】
0006679932.tif 000003
【図２】
0006679932.tif 000004
【図３】
0006679932.tif 000005