(57)【要約】  【課題】  シート状導光体を複数の光ファイバと結合して用いる通信システムにおいて、シート状導光体と光ファイバとの結合効率を向上させる。  【解決手段】  シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面100ａから入射した信号光を前記粒子により散乱させながら他端面100ａ側に伝搬させるシート状導光体100、および並設した状態で前記他端面100ａに結合された複数の光ファイバ21、22、23、24あるいは31、32、33、34を用いた通信システムにおいて、シート状導光体100の端面100ａを、複数の光ファイバ21〜24あるいは31〜34の外縁形状と少なくとも一部が略一致した外縁形状を有するものする。【選択図】          図１８
2005215172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体、および並設した状態で前記他端面に結合された複数の光ファイバを用いた通信システムに使用されるシート状導光体であって、
前記信号光を出射させる前記他端面が、前記複数の光ファイバの外縁形状と少なくとも一部が略一致した外縁形状を有するものとされていることを特徴とするシート状導光体。
【請求項２】
前記他端面が、一列に並設された複数の光ファイバのうち最外側の２つの光ファイバの、外側半分の外縁形状に略一致した側縁形状を有していることを特徴とする請求項１記載のシート状導光体。
【請求項３】
前記他端面が、一列に並設された複数の光ファイバのうち隣接する２つの光ファイバの、内側半分の外縁形状に略一致させて切り込みが入った上下縁形状を有していることを特徴とする請求項１または２記載のシート状導光体。
【請求項４】
断面形状が、導光体全長に亘って前記他端面の形状と同一であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載のシート状導光体。
【請求項５】
シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体、および並設した状態で前記他端面に結合された複数の光ファイバを用いた通信システムにおいて、
前記シート状導光体として、請求項１から４いずれか１項記載のシート状導光体が用いられていることを特徴とするシート状導光体を用いた通信システム。
【請求項６】
前記粒子の散乱断面積をΦ、前記光学媒質の光伝搬方向の長さをＬＧ、粒子密度をＮｐ、補正係数をＫＣとしたとき、Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣの値が０．９以下となっていることを特徴とする請求項５記載のシート状導光体を用いた通信システム。
【請求項７】
システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、許容されるビットエラーレートをＢＥＲ(accept)、Noise（System_rms）の発生確率をＰｒ(Noise（System_rms）)としたとき、Ｑを比例定数として、
Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ) ≦ＢＥＲ(accept)
を満足していることを特徴とする請求項６記載のシート状導光体を用いた通信システム。
【請求項８】
シート状導光体の内部透過率等を総合した損失係数をＫＬとして、該シート状導光体における光の取り出し効率Ｅoutを、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ）｝・ＫＬ
とし、
入射光量をＰin、最小光量となるセグメントの光量をＮＰｉ(min)、各セグメントの光量和をΣＮＰｉ、発光器、光ファイバおよび受光器等の結合損失をＫＴとして受光器の最小受光光量Ｐ(Receiver_min) ｄＢｍを、
Ｐ(Receiver_min)ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ(min)／ΣＮＰｉ)
・π／４}・ＫＴ
とし、
上記最小受光光量Ｐ(Receiver_min) ｄＢｍおよび受光器の負荷抵抗から決まる信号電圧をＳ(ＰRmin )v、システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、２値化における任意の閾値をＶ(Thresh)としたとき、
{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ
を満足していることを特徴とする請求項６または７記載のシート状導光体を用いた通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は導光体、特に詳細には、シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体を用いた通信システムに関するものである。
【０００２】
また本発明は、上記通信システムに用いられるシート状導光体に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば特許文献１や特許文献２に示されているように、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を前記粒子により散乱させながら別の端面側に伝搬させる導光体が公知となっている。
【０００４】
このような導光体は、その側端面と周囲媒質（空気あるいはクラッド層）との界面における全反射の作用に加えて、光学媒質内の粒子で散乱を繰り返させながら光を伝搬させるものであるので、全反射の作用のみで光を伝搬させる導光体と比較すると、より強度が均一化した光を出射端面から取り出せるという利点を有している。その利点を活かしてこの種の導光体は、例えば特許文献３に示されるように、シート状の光学媒質を用いて形成し、その一端面に光信号を入力する１つの入力部を結合するとともに他端面に複数の出力部を結合して、入力された光信号を複数の出力部に共通の信号として分配する光データバス（シートバス）を構成するために適用することが考えられている。
【０００５】
また、このような光データバスとして、例えば特許文献４に示されるように、シート状光学媒質の光入射側の端部に各信号光入射部に対応させて光拡散部を設け、この光拡散部で拡散、分岐した信号光を該光学媒質の光出射側の端部に向けて伝搬させるようにしたものも公知となっている。
【特許文献１】特許第３１６２３９８号公報
【特許文献２】特許第３１８４２１９号公報
【特許文献３】特開平１０−１２３３５０号公報
【特許文献４】特開平１１−３１０３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に示されるようなシート状の光学媒質内に、光を散乱させる粒子を含有してなるシート状導光体は、複数ノードを構成するために、その一端面、他端面に並設した複数の光ファイバを接続して使用されることも多い。
【０００７】
本発明は、そのようにシート状導光体を複数の光ファイバと結合して用いる通信システムにおいて、シート状導光体と光ファイバとの結合効率を向上させることを目的とする。
【０００８】
また本発明は、上記結合効率の向上を実現するシート状導光体を提供することを別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるシート状導光体は、
前述したようにシート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体、および並設した状態で前記他端面に結合された複数の光ファイバを用いた通信システムに使用されるシート状導光体であって、
信号光を出射させる前記他端面が、複数の光ファイバの外縁形状と少なくとも一部が略一致した外縁形状を有するものとされていることを特徴とするものである。
【００１０】
なおより具体的に、シート状導光体の上記他端面は、一列に並設された複数の光ファイバのうち最外側の２つの光ファイバの、外側半分の外縁形状に略一致した側縁形状を有していることが望ましい。またこのシート状導光体の他端面は、一列に並設された複数の光ファイバのうち隣接する２つの光ファイバの、内側半分の外縁形状に略一致させて切り込みが入った上下縁形状を有していることが望ましい。
【００１１】
またこの本発明によるシート状導光体は、その断面形状が、導光体全長に亘って前記他端面の形状と同一となるように形成されることが好ましい。
【００１２】
一方、本発明によるシート状導光体を用いた通信システムは、
シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体、および並設した状態で前記他端面に結合された複数の光ファイバを用いた通信システムにおいて、
シート状導光体として、上記本発明によるシート状導光体が用いられていることを特徴とするものである。
【００１３】
なお、この本発明によるシート状導光体を用いた通信システムにおいては、前記粒子の散乱断面積をΦ、前記光学媒質の光伝搬方向の長さをＬＧ、粒子密度をＮｐ、補正係数をＫＣとしたとき、Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣの値が０．９以下となっていることが望ましい。
【００１４】
また、本発明によるシート状導光体を用いた通信システムにおいては、システムのｒｍｓ（root mean square）ノイズをNoise（System_rms）、許容されるビットエラーレートをＢＥＲ(accept)、Noise（System_rms）の発生確率をＰｒ(Noise（System_rms）)としたとき、Ｑを比例定数として、
Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ)≦ＢＥＲ(accept)
を満足していることが望ましい。
【００１５】
さらに、本発明によるシート状導光体を用いた通信システムにおいては、システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、２値化における任意の閾値をＶ(Thresh)、受光器から負荷抵抗を介して出力する信号電圧をＳ(ＰRmin )vとしたとき、Ｑを比例定数として、
{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ
を満足していることが望ましい。
【００１６】
また、本発明で用いる上記シート状導光体は、入射光が入・出射端面以外の各面においてSnell’ｓ Lawに従って反射を繰り返すものとし、周囲媒質の屈折率をＮｓ、母材の光学媒質の屈折率をＮｍ、入射角をθｍ、屈折角をθｓとしたとき、粒子を含有しない場合にＮｍ・ｓｉｎθｍ＝Ｎｓ・ｓｉｎθｓであるならば、ｓｉｎθｓ＞１を満足する形状の光学媒質から構成されることが望ましい。
【００１７】
また上記シート状導光体は、少なくとも１つの出射端面から出射する光線が該出射端面での反射・屈折においてSnell’ｓ Lawに従うものとし、周囲媒質の屈折率をＮｓ、母材となる光学媒質の屈折率をＮｍ、入射角をθｍ、屈折角をθｓとしたとき、粒子を含有しない場合にＮｍ・ｓｉｎθｍ＝Ｎｓ・ｓｉｎθｓであるならば、ｓｉｎθｓ＜１を満足する形状の光学媒質から構成されることが望ましい。
【００１８】
また本発明で用いるシート状導光体においては、光学媒質に混入する粒子がMie散乱理論に従う非磁性の伝導体粒子であってもよい。また光学媒質において、粒子は粒子密度に勾配を持たせて混入されてもよい。
【００１９】
さらにこのシート状導光体は、複数の光学媒質を組み合わせて構成することも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるシート状導光体は、信号光を出射させる前記他端面が、複数の光ファイバの外縁形状と少なくとも一部が略一致した外縁形状を有するものとされているので、そこから出射して信号光が複数の光ファイバに入射する際の漏れが少ないものとなる。そこで、このシート状導光体と複数の光ファイバとを結合して用いる本発明の通信システムにおいては、シート状導光体から光ファイバへの光伝送効率が十分に高められる。
【００２１】
なお、前述の特許文献１および２には、屈折率不均一構造により、あるいは誘電体粒子を光学媒質に混入・拡散させ、所望の光強度分布を実現するための導光路が提案されている。またこれらの特許文献１および２には、Debyeの濁度（Turbidity）理論（Journal of Applied Physics Vol.20 pp.518〜525（1949））を応用することにより、散乱光強度を高め、かつ出射口における光強度分布の均一化を実現できることが記されている。Debyeは、Einsteinの“気体または液体中の誘電率の熱的揺らぎについての理論”（Annalen Der Physik 33 pp.1275〜1298（1910））の中で、特に散乱光に関する考察を引用しており、上記論文中のEinsteinの式は下の通りである。
【００２２】
ｉ／Ｉ０＝（ＲＴ／Ｎ）・〔（ε−１）２（ε＋２）２／Ｐ〕・（２π／λ）４
〔Ｖ／（４πＤ）２〕ｃｏｓ２θ・・・・（１）
ここで、        ｉ：散乱体から距離Ｄ離れた位置での光強度
Ｉ０：入射光の強度
Ｒ：気体定数
Ｔ：絶対温度
Ｎ：１グラム分子中の分子数
ε：波長λに対する屈折率の二乗（誘電率）
Ｐ：流体に加わる圧力
λ：波長
Ｖ：光散乱体の体積
Ｄ：光散乱体と観測点までの距離
θ：散乱角
上記Einsteinの式はDebyeにより変形され、下式で表されている。
【００２３】
ｉ／Ｉ＝＜η＞２／ε２（π２Ｖ／λ４Ｒ２）・（１＋ｃｏｓ２θ）／２・ω・・・（２）
ここで、          ｉ：散乱体から距離Ｄ離れた位置での光強度
Ｉ０：入射光の強度
ε：散乱体の誘電率
＜η＞２  ：散乱体の誘電率の揺らぎの二乗平均値
Ｒ：観測点と散乱体までの距離
λ：波長
Ｖ：光散乱体の全体積
θ：散乱角
ω：相関体積
また、ω＝４π∫sｉｎ（ｋｓｒ）／ｋｓｒ・ｒ２γ（ｒ）ｄｒ・・・（３）
ｋ：波数
ｓ：入射光の単位ベクトルと出射光の単位ベクトルの合成ベクトルの長さ
ｒ：誘電率揺らぎを生じている２点間の距離
ｓ＝２ｓｉｎ（θ／２）    である。
【００２４】
Debyeによれば、相関体積ωは相関関数γ（ｒ）を
γ（ｒ）＝ｅｘｐ（−ｒ／ａ）（ａ：相関距離）
とおくと積分でき、故に（３）式は、
ω＝８πａ３／（１＋ｋ２ｓ２ａ２）２  ・・・・（４）
で表される。
【００２５】
（２）、（４）式より、
ｉ／Ｉ＝＜η＞２／ε２（π２Ｖ／λ４Ｒ２）・（１＋ｃｏｓ２θ）／２・８πａ３／（１＋ｋ２ｓ２ａ２）２
ここで、ｓ＝２ｓｉｎ（θ／２）を用いて（２）式は、
ｉ／Ｉ＝４πａ３＜η＞２／ε２（π２Ｖ／λ４Ｒ２）・（１＋ｃｏｓ２θ）
／（１＋８π２（１−ｃｏｓθ）（ａ／λ）２）２・・・・（５）
となる。（４）式の散乱角強度の項は、以下で示される。
【００２６】
ｆ（θ）＝（１＋ｃｏｓ２θ）／（１＋８π２（１−ｃｏｓθ）（ａ／λ）２）２
・・・・（６）
この（６）式を代表的な（ａ／λ）の値毎に計算して、散乱角対規格化強度を求めた結果を図１に示す。また、Mie散乱理論に基づいて、代表的な粒子径Ｄｐの値毎に散乱角対規格化強度を求めた結果を図２に示す。
【００２７】
特許文献１および２によれば、粒子径はほぼ相関距離に等しいと考えることができるので、図１より、粒子径が波長と同程度の大きさであれば前方散乱光の強度が強くなるが、粒子径が波長の１０倍を超えると側方散乱光の強度が極めて強くなり、もはや前方には光が進行しないことが分かる。一方、Mie散乱理論によれば、図２から明らかなように、粒子径が波長の１０倍を超えても前方散乱光の強度はなお強い。Debyeの濁度理論は、γ（ｒ）＝ｅｘｐ（−ｒ／ａ）で近似した場合、粒子径が波長と同程度の場合は、Mie散乱の結果に近いが、それよりも大きい粒子径に対しては、Mie散乱理論と大きくずれを生じていることが分かる。
【００２８】
以上の考察から、所望の光学媒質に光散乱を生じさせる粒子を混入し、入射した光を均一な強度分布として出射させるために用いる計算手法として、粒子の大きさが波長よりも非常に小さい場合にはRayleigh散乱を表し、非常に大きい場合はHuygens−Fresnel回折を表す、Mie散乱理論がより適切であると考えられる。さらに、Mie散乱理論は１粒子系であり、多粒子の散乱に対しては、Mie散乱理論に基づいた多粒子系での解析が必要であると考えられる。
【００２９】
本発明で用いるシート状導光体を製造するに当たっては、以上の考察に基づいて、所望の光取り出し効率を実現する設計条件を簡単に求めることができる。以下、この方法を詳しく説明する。
【００３０】
＜散乱断面積＞
まず、散乱断面積Φについて説明する。Mie散乱理論に限らず、また可視域の光以外に、γ線やＸ線等の放射線領域や赤外線やマイクロ波等の長波長領域において、散乱断面積という概念が広く用いられている。粒子径と波長の関係がRayleigh領域にある場合、散乱断面積Φは、
Φ＝１２８・π5・（ａｐ6／３λ4）・｛（ｎ2−１）／（ｎ2＋２）｝2・・（７）
ただし      ａｐ：粒子半径
λ：入射光の波長
ｎ：相対屈折率
で表される。
【００３１】
一方、Mieの理論において、散乱断面積Φは下の（８）式で表される。
【数１】
2005215172.tif 000003
【００３２】
上記（８）式のａ／λ＞＞１の極限では、散乱断面積Φは、
Φ＝Ｍπａｐ２  （収束時：Ｍ≒２）・・・・（９）
である。そして（８）式より、２πａｐ／λ≒１の領域では、上記Ｍが１＜Ｍ＜６の間で振動することが分かっている。
【００３３】
ここで図３ａ、ｂおよびｃにそれぞれ、相対屈折率ｎが1.1、1.5、2.1である場合のＭの振動の様子を示す。これらの図より、Mie散乱領域における散乱断面積Φは、粒子径Ｄｐの増大により振動・収束して行くことが分かる。この振動領域においても、相対屈折率ｎが１から２程度の広い範囲で、Mie散乱領域の収束する幾何学的散乱断面積πａｐ２に乗ずる数値を、図３ａ〜ｃにより各粒子径に応じて求めることが可能である。
【００３４】
上述の（７）、（９）式に基づいて粒子径Ｄｐと散乱断面積Φとの関係を、いくつかの相対屈折率ｎ毎に求めた結果を図４に示す。一方、Mie散乱理論に基づいて、多粒子系の粒子径Ｄｐと、ある数値を乗じた粒子密度の逆数との関係を計算機シミュレーションで求めた結果を図５に示す。
【００３５】
なお、これらの計算機シミュレーションでは、ある有限の拡がり角をもつ光を、内部に粒子を含有する１０ｍｍ角から１０００ｍｍ角の各種の大きさの立方体形状を持つ光学媒質に入射させたものとしている。すなわち、入射光と立方体の大きさは相似的に変化する。また粒子径Ｄｐ、はRayleigh散乱領域からFresnel回折領域に至るまでの幅広い範囲で変化させた。またこれらの計算機シミュレーションでは、光は入射側と対向する位置から入射光と同方向に出射するものとし、そして立方体の光の出射端における光の取り出し効率は約８０％としている。
【００３６】
これらの図４および５より、散乱断面積と、有限の大きさの光学媒質中の粒子数との間に密接な関係が有ることが分かる。
【００３７】
＜Lambert−Beer則と散乱断面積＞
平行光束を等方媒質に入射させた場合の透過率Ｔは、Lambert−Beer則により
Ｔ＝Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（−ρ・ｘ）・・・・（１０）
ここで      ｘ：距離
Ｉ０：入射光強度
Ｉ：出射光強度
ρ：減衰定数
で表される。
【００３８】
上記減衰定数ρは、粒子の散乱断面積をΦ、媒質に含まれる単位体積当たりの粒子数をＮpとすると
ρ＝Φ・Ｎｐ・ＫＣ  ・・・（１１）
であると考えられる。ここで、ＫＣは有限の空間の光学媒質中で光が伝搬する場合に経験的に求められる無次元の補正係数である。
【００３９】
そして、導光体を設計する上で一般に必要とされるパラメータは、光学媒質の体積Ｖ、混入粒子数ＮＰＴおよび粒子径Ｄｐであり、その場合に出射光強度がどのように変化するか検討する。
【００４０】
ここで、Ｎｐ＝ＮＰＴ／Ｖ      である。さらに、図４と図５との比較・類推並びに図示しないいくつかのデータからＫＣは決定される。本計算においては、図４、図５並びに図示しないいくつかのデータからＫＣ＝０．００４が得られた。粒子径Ｄｐと散乱断面積Φは、（７）、（９）式より対応付けられ、故に、光学媒質の光軸方向への長さをＬＧとすると、光の取り出し効率Ｅoutは、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ）｝・・・・（１３）
で与えられる。この（１３）式より、Φ・Ｎｐ・ＬＧ＝ＣＯＮＳＴ．とすれば取り出し効率を一定にできることが分かる。つまり、光学媒質の光軸方向への長さＬＧに応じてＮｐを変化させればよい。
【００４１】
さらに、粒子が存在しない場合に、立体の形状、入射光の強度分布、入射角度に依存するFresnel損失と、内部透過率等を総合した損失係数ＫＬで表せば、
上記（１３）式は、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ）｝・ＫＬ・・・・（１４）
となる。
【００４２】
すなわち、粒子の散乱断面積Φ、粒子密度Ｎｐ、光学媒質の光伝搬方向の長さＬＧ、補正係数ＫＣおよび損失係数ＫＬにより取り出し効率Ｅoutを決定できる。言い換えれば、所望の光取り出し効率Ｅoutが与えられたとき、上記（１４）式を満足させれば、その光取り出し効率Ｅoutが実現される。
【００４３】
＜Fresnel損失因子＞
Fresnel損失は、まず反射率を考え、ｐ偏光成分をＲｐ、ｓ偏光成分をＲｓとすれば
Ｒｐ＝ｔａｎ（θi−θr）／ｔａｎ（θi＋θr）・・・（１５ａ）
Ｒｓ＝−ｓｉｎ（θi−θr）／ｓｉｎ（θi＋θr）・・・（１５ｂ）
ここで、θi：入射角
θr：屈折角
となる。故に反射光の強度Ｉrは、（１５ａ）、（１５ｂ）式より  
Ｉr＝（Ｒｐ２＋Ｒｓ２）／２・・・・（１６）
この（１６）式より透過光強度Ｉｔは、
Ｉｔ＝１−Ｉｒ・・・・（１７）
となり、入射光の強度分布を考慮した透過光強度をＩｔ’すると（１７）式は、
Ｉt’（θi）＝Ｉｔ（θi）・Ｄ（θi）・・・・（１８）
Ｄ（θi）：強度分布関数
となる。
【００４４】
＜Fresnel損失の算出＞
任意の拡がり角の有る光束が光学媒質に入射する場合、任意の入射角θiに対し、Fresnel損失は変化する。光束の最大入射角をθmaxとすると、境界面におけるFresnel損失は、
【数２】
2005215172.tif 000004
【００４５】
で表される。
【００４６】
ここで、計算の簡素化のために入射光の強度分布を矩形とすると上記（１９）式は
【数３】
2005215172.tif 000005
【００４７】
となる。この（２０）式に基づいて、光学媒質の種々屈折率に対するFresnel損失を求めた結果を図６に示す。なおこの図６では、縦軸に透過率を取って損失を示してある。つまり、透過率１が損失０（ゼロ）である。
【００４８】
＜Fresnel損失を含む光取り出し効率の算出＞
上記の図６から、入射角が３０°以下の場合、光学媒質の屈折率と周囲媒体の屈折率が大きく異なっていても、Fresnel損失はほぼ同じになることが分かる。今、光学媒質がシート状直方体の場合、反射・屈折において光線の方向余弦は保存され、入射角と出射角は粒子が存在しない場合、同じになると考えられる。また、内部透過率Ｔin≒１と近似できる場合は、入射面の透過率と出射面の透過率の積が全透過率Ｔtotalとなる。よって光学媒質の屈折率をｎ＝１．５とすると、Ｔtotal＝０．９２となる。
【００４９】
故に（１４）式は、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ）｝・０．９２・・・（１４ｂ）
となる。この（１４ｂ）式により、粒子径と光取り出し効率との関係を求めた結果を図７ａ〜ｅに示す。なお、入射光の強度に分布が有る場合や、入射光の入射角度が３０°以上になる場合は、（１９）式、（２０）式によりFresnel損失を求め（１４ｂ）式に代入すればよい。ただし、出射時には臨界角を考慮して、入射光の広がりは半角で３０°程度にするのが望ましい。
【００５０】
上記の図７ａ〜ｅは、本計算方法において、まず各粒子径の平均的な狙いの光取り出し効率を定め、それに対し各粒子径における計算値（１０ｍｍＣ、１００ｍｍＣ、１０００ｍｍＣ）と本計算で用いた粒子径、粒子密度による精密なシミュレーション（Ｓ  １０ｍｍ、Ｓ  １００ｍｍ、Ｓ  １０００ｍｍ）の結果を示している。平均的な狙いの光取り出し効率は、図７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅにおいてそれぞれ８０％，７０％，６０％，５０％，４０％である。散乱断面積Φは、粒子径２０ｎｍの場合はRayleigh理論により、また粒子径２００ｎｍ以上についてはMie理論により求めた。Ｓはシミュレーションを表し、Ｃは本計算によることを表している。また数値は光学媒質の光伝搬方向の長さＬＧを表している。
【００５１】
この図７ａ〜ｅによれば、平均的な狙いの光取り出し効率が６０％以上であれば、精密なシミュレーションの結果と１０％未満の誤差におさまっており、よく一致していることが分かる。すなわち、言い換えれば、Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣの値が０．４以下であれば、誤差が１０％未満におさまることを表している。また、上記値が０．９以下であっても、誤差は５０％未満におさまることを同時に表している。なおＫＬの値は、経験的に求めた値０．９２を用いた。シミュレーションや試作を行う上では、誤差が５０％程度生じていても、光取り出し効率の狙いを付けるためには特に問題無いと考えられる。言うまでもなく、誤差が１０％未満であればシミュレーションをする必要性は無く、また数種類のサンプルを評価し、絞り込む必要性が無くなるため、開発効率が向上するという効果が得られる。
【００５２】
上述の結果から、Mie散乱の複雑な理論に頼らなくても、比較的簡便なRayleigh領域とMie散乱収束領域の結果を基に（１４）式を用いて、光の取り出し効率について見通しの良い解を得ることが可能であると考えられる。本方法は、この知見に鑑みてなされたものであり、前述のように
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ）｝・ＫＬ
を満足させることにより、所望の光取り出し効率Ｅoutを実現する。
【００５３】
＜計算例＞
（１４）式に基づいてシート状直方体について計算した結果を、表１〜３および図８ａ〜ｃに示す。なお、表１の数値をグラフに表したものが図８ａであり、以下同様に、表２と図８ｂ、表３と図８ｃが順次対応している。これらの表中の計算結果において、Φ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣの値はいずれも０．９以下になっている。なお、いずれの場合も、ＫＬの値は０．９２である。
【表１】
2005215172.tif 000006
【表２】
2005215172.tif 000007
【表３】
2005215172.tif 000008
【００５４】
図８ａ〜ｃにおいて（Ｃ）、（Ｓ）はそれぞれ本計算の結果、精密なシミュレーションの結果を表している。また数値は光学媒質の寸法（ｍｍ）である。また狙いの光取り出し効率は、各粒子径における平均としている。表１〜３および図８ａ〜ｃから明らかなように、本計算の結果とシミュレーション結果とがよく一致していることが分かる。特に粒子径２０００ｎｍにおける結果は、本計算方法がシミュレーションに一致することをより一層明白にしている。
【００５５】
＜出射光強度分布特性＞
出射光強度分布特性は、光源の強度分布、広がり角、光源の数と配置などに影響を受けるため、シミュレーションにて評価した。そのようにして求めた粒子径毎の出射光強度分布特性を図９ａ、ｂ、ｃに示す。ここで、光源は光学媒質の入射側断面の中心に位置させたものとし、広がり角を半角で３０°とした。図９ａ、ｂ、ｃは表１と同じ条件でシート状直方体の場合についてシミュレーションした結果であり、それぞれシートサイズが小、中、大の場合を示している。
【００５６】
これらの図から、断面が矩形の光学媒質において光取り出し効率９０％前後で、ほぼ均一な強度分布が実現されていることが分かる。以上の考察および計算機シミュレーションから、任意の光学媒質に光散乱を生じさせる粒子を混入して導光体を製造する場合には、まず（１４）式に基づいて、各粒子径による散乱断面積、粒子密度、光学媒質の寸法などから、光取り出し効率を予め絞り込むこともできる。そしてさらに、光強度分布特性を精密なシミュレーションにより求めるようにしてもよい。あるいは、（１４）式から予め絞り込んだ条件に沿って数種類のサンプルを製作し、実験的に評価することも可能である。
【００５７】
そして本発明で用いられるシート状導光体は、前述した通りΦ・Ｎｐ・ＬＧ・ＫＣ≦０．９の関係を満足する構成としたことにより、シミュレーションとの誤差が１０％未満におさまるので、良好な光取り出し効率および、均一な出射光強度分布を実現することができる。
【００５８】
また本発明で用いられるシート状導光体は、光学媒質内の粒子で散乱を繰り返させながら光を伝搬させるものであるので、一方の端面から光を入射させて他方の端面に伝搬させることも、また上記他方の端面から光を入射させて上記一方の端面に伝搬させることも同じように可能である。そこで、このシート状導光体を用いる本発明のシート状導光体を用いた通信システムは、双方向通信することも可能となる。
【００５９】
＜シート状導光体を用いた通信システムの必要条件＞
代表的な通信用シート状導光体を図１０に示す。シート状導光体10は、前述したように例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を上記粒子により散乱させながら別の端面側に伝搬させるものである。そしてこのシート状導光体10の一端面には複数の光ファイバ21、22および23が接続され、他端面には光ファイバ31、32および33が接続される。これらの光ファイバ21〜23および31〜33としては通常大Ｎ．Ａ．（開口数）のものが適用され、双方向の通信を可能にする。
【００６０】
光ファイバで受光する場合の条件について考察する。文献“High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission” IEICE  TRANS. ELECTRON, Vol.E84C,No.3 MARCH 2001 p339（以下、非特許文献１という）によれば、通信用シート状導光体システムにおける受光器への要求は、以下の通りである。
【００６１】
《受光器の最小受光光量が２０．５ｄＢｍ（０ｄＢｍ＝１ｍＷ）以上必要》
これは、５００Ｍｂｐｓの信号を送受信した場合のBit-Error-Rate（ＢＥＲ）より算出されており、また受光器はＰＩＮフォトダイオードであるため、受光器が異なる場合（例えばフォトマルチプライヤ、アバランシェフォトダイオードなど）、或いは送信帯域が異なる場合には参考にはならない。すなわち、任意の受光器において、ある送信帯域において許され得る最小受光光量というものが存在するはずである。これより、上記の条件を満足する受光器の許容最小受光量をＰ(Receiver)minと定義する。
【００６２】
まず上記の条件からシート状導光体の出射光強度分布がフラットな場合について制約条件を求める。この出射光強度分布がフラットな場合でも、一本の光ファイバにおいて導光路と光ファイバの断面の面積比π／４が必ず損失につながる。ただし、光ファイバのコア径がシート状導光体の厚みに等しいとする。また公差は、今は考慮しない。
【００６３】
分岐数（ノード数）をＮとすると、光量は１／Ｎに下がり、かつそのうちπ／４を損失分として計上すると、理想的な場合、受光器が受光する光量Ｐ(Receiver)は、
Ｐ(Receiver)＝Ｅout・（１／Ｎ）・π／４・・・（２１）
ここで受光器は、光ファイバからの出射光すべてを受光するものとする。これより、導光体への入射光の光量をＰinとすると（２１）式は
Ｐ(Receiver)＝Ｐin・Ｅout・（１／Ｎ）・π／４・・・（２２）
となる。この（２２）式の対数をとって受光器の受光光量をｄＢｍで表すと、
Ｐ(Receiver)ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(１／Ｎ)・π／４}・・（２３）
受光光量と分岐数（ノード数）の関係を、入射光量が１ｍＷ、１０ｍＷの場合について図１１に示す。この図１１から分かるように、当然のことながら受光光量は出射光量に比例する。また、ここではシート状導光体からの出射光の強度分布をフラットなものと想定しているが、実際には光源の位置が変われば出射光の強度分布も変化する。すなわち、受光光量に増減が生じ、出射光強度の最小部において受光光量も最小になると考えられる。
【００６４】
ここで、導光体への入射光量Ｐinが与えられたとき、光源が任意の位置にある場合の出射光の分布形状を、出射光強度分布が長辺となっている方向をｘ、短辺となっている方向をｙとして、規格化強度分布関数Ｄ(ｘ，ｙ)で表す。また分岐数（ノード数）で分割された入、出射部における１単位をセグメントと呼ぶことにし、各セグメントの中心に光ファイバの中心（光軸）を理想的に位置決めするものとする。
【００６５】
故に、ｉ番目のセグメントにおける出射光量の規格化された平均値ＮＰiは、Segiをｉ番目のセグメントにおける積分領域とすると、
【数４】
2005215172.tif 000009
【００６６】
ここで、Segmaxは全セグメント中で最大の光量となるセグメントを表す。また、光量が最小となる場合のセグメントにおいては、
【数５】
2005215172.tif 000010
【００６７】
となる。（２３）式において出射全光量Ｐoutは、
Ｐout＝Ｐin・Ｅout  ・・・・（２６）
である。これよりｉ番目のセグメントにおける光量ＰSegiは、分岐数＝セグメント数＝ノード数であるから、
【数６】
2005215172.tif 000011
【００６８】
となる。なお本明細書では、上記（２７）式に含まれる
【数７】
2005215172.tif 000012
【００６９】
を便宜的にΣＮＰｉと表すこととする。
【００７０】
上記（２３）式、（２７）式をまとめて、出射光強度分布がフラットな場合の１／Ｎに換えて、
Ｐ(Receiver)ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ／ΣＮＰｉ)・π／４}
となる。いま必要な数値は、光ファイバから出射する光量が最小の場合であり、それは（２５）式より与えられる。すなわち、Ｐ(Receiver_min) ｄＢｍを受光器の得る最小受光光量とすると、上記式から
Ｐ(Receiver_min)ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ(min)／ΣＮＰｉ)
・π／４}・・・・（２８）
となる。ここでＰin：入射光量、Ｅout：光の取り出し効率、ＮＰｉ(min)：最小光量となるセグメントの光量、ΣＮＰｉ：セグメントの光量和である。
【００７１】
また、あるＢＥＲを満足するために受光器に必要な最小光量をＰRminｄＢｍとすると
ＰRminｄＢｍ  ≦  Ｐ(Receiver_min)ｄＢｍ
であり、さらに発光器と光ファイバとの結合損失をＫＥ、光ファイバとシート状導光体との結合損失をＫＦ、光ファイバと受光器との結合損失をＫＲ、光ファイバの内部損失ＫＦＩとすると、
ＰRminｄＢｍ≦Ｐ(Receiver_min)ｄＢｍ・ＫＥ・ＫＦ・ＫＲ・ＫＦＩ・・・（２９）
であり、この（２９）式がシート状導光体を用いた通信システムの必要条件になる。
【００７２】
＜ＢＥＲ（Bit-Error-Rate）＞
ＢＥＲは、ランダムに発生させたデジタル信号をある通信媒体を通じて送信し、受信したデジタル信号が元のデジタル信号に対してどの程度の食い違いを生じているかを表す指標であり、送信したビット数をＢits、ビットエラー数をＢiterとすると、
ＢＥＲ＝Ｂiter／Ｂits    ・・・・（３０）
で表される。
【００７３】
次に、ビットエラーの発生するメカニズムについて考察する。まず、デジタル変換する際のアナログ波形の歪が、第一要因として挙げられる。また信号レベルが低下した際にビットエラーが増加することから、Ｓ／Ｎも要因として考える必要がある。波形の歪により信号レベルが低下しても、それが（０，１）信号を区別する閾値を安定して超えていればビットエラーは発生しないはずであり、ノイズが外部から飛来し、あるいは内部から発生することにより、歪んだ波形にレベル変化を与えそれがビットエラーの原因になると考えられる（図１２参照）。
【００７４】
シート状導光体を用いた通信システムにおける波形歪みの最大因子は、任意の入射セグメントと出射セグメントとが対応した受信信号自身の歪みと、各入射セングメントと任意の出射セグメントに対応したミキシンング信号に含まれる各信号成分の位相ずれによる波形歪であると考えられる。そして上記の波形歪は信号光の光路差に起因している。光ファイバとシート状導光体とを用いた通信システムにおいて光路差を生じる要素は、シート状導光体自身と光ファイバである。すなわちビットエラーは、アナログ信号をデジタル変換する際に、波形歪により信号レベルが予め決められた閾値を下回ることにより生じると推定される。さらにデジタル信号を送信する際には、基準信号（基準クロック）を付随させるとし、かつ読み取る際にも基準信号と照合すると考えると、基準信号とデジタル化された信号とに位相差（ジッタ）が大きくなるとビットエラーが発生すると考えられる。また、閾値近傍のアナログ信号はノイズによるゆらぎにより閾値を上下し、間違ったデジタル信号に化ける。すなわち、光路差要因とノイズ要因とが複合してビットエラーが発生すると推測される。
【００７５】
＜光路差とＢＥＲ（Bit-Error-Rate）との関係＞
シート状導光体を用いた通信システムにおける、４、８、１６の各ノード数に対する波形歪をそれぞれ図１３ａおよびｂ（４ノード）、図１４ａおよびｂ（８ノード）、図１５ａおよびｂ（１６ノード）に示す。これらの通信システムにおいて、光ファイバの外径は全て１ｍｍ、長さは光路差を無視できる１ｍであり、それらは各々光入射側においても光出射側においても互いに密接して並設されている。
【００７６】
また各図における「In」と「Out」の数値はそれぞれ、光入射位置、出射位置をシート状導光体の光ファイバ並び方向中央位置からの距離（ｍｍ：光を入射させる光ファイバが有る側には−、それと反対側には＋で示す）で表している。すなわち、図１３ａは上記中央位置から−１．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に２本目の光ファイバ（後述の図１８を例に挙げれば光ファイバ21）に光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバ（同様に光ファイバ31）から光を出射させた場合、図１３ｂは上記と同じ位置の光ファイバ（同様に光ファイバ21）に光を入射させ、上記中央位置から＋１．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に２本目の光ファイバ（同様に光ファイバ34）から光を出射させた場合の各波形歪を示している。また図１４ａは上記中央位置から−３．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に４本目の光ファイバに光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバから光を出射させた場合、図１４ｂは上記と同じ位置の光ファイバに光を入射させ、上記中央位置から＋３．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に４本目の光ファイバから光を出射させた場合の各波形歪を示している。また図１５ａは上記中央位置から−７．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に８本目の光ファイバに光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバから光を出射させた場合、図１５ｂは上記と同じ位置の光ファイバに光を入射させ、上記中央位置から＋７．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に８本目の光ファイバから光を出射させた場合の各波形歪を示している。
【００７７】
これらの図より、入力信号１Ｇｂｐｓにおいて、波形歪によるレベル変化は無視できることが分かる。
【００７８】
＜Ｓ／ＮとＢＥＲとの関係＞
読み間違い（ビットエラー）の発生は、信号の質、すなわちＳ／Ｎにも関係すると考えられる。つまり、いくら合い隣り合う信号スペクトルの高調波成分を除去した主要成分が分離されていても、高調波成分（ノイズ成分）が大きければ、別々の信号として区別できなくなる。極端な場合を想像すると、ノイズ成分に埋もれた信号は特別にフィルタ処理した場合以外は、通常、検出不可能と考えられる。
【００７９】
ノイズ成分には熱ノイズ（Johnson Noise）、量子ノイズ（Shot Noise）、発光器や受光器に用いる半導体素子特有の１／ｆノイズなどのシステム内部で発生するノイズに加えて、放射線ノイズ、誘導ノイズなどの外来ノイズが存在する。ここでは、システム自身の能力について評価するため、外来ノイズは無視することにし、システム内部で発生するノイズに限定して考える。また、１／ｆノイズの影響は無視する。
【００８０】
ノイズ成分のパワー（電力）Noise(Total)は、
Noise(Total)＝Noise（熱）＋Noise（量子）・・（３１）
で表され、各成分は、受光素子について電力で表記すると、
Noise（熱） ＝(４ｋＴ／Ｒ)・Δν      ・・・・（３１ａ）
ただしｋ：Ｐｌａｎｋ定数
Ｔ：等価温度（雑音指数により決まる）
Ｒ：受光器の負荷抵抗
Δν：受光器の帯域
Noise（量子） ＝３ｅ２・(Ｐ＋ＰＢ)・η・Δν／(ｈν)
＋２ｅｉｄ・Δν  ・・・・（３１ｂ）
ただしｅ：電子の電荷
Ｐ：信号光光量
ＰＢ：背景光光量
η：量子効率
ｈ：Ｐｌａｎｋ定数
ν：信号光の振動数
ｉｄ：暗電流            
Δν：受光器の帯域
ここで、０．５Ｇｂｐｓの信号を作る上で、出力低下が無い０．２５ＧＨｚ帯域の信号を整流することを考える。つまり、フォトダイオードの帯域は０．２５ＧＨｚである。この場合、一例として浜松ホトニクス株式会社製Ｓｉフォトダイオード：Ｓ５９７３について、Ｐ＝８．９×１０−６Ｗ（２０．５ｄＢｍ）、η＝０．４、Ｒ＝５０Ω、Ｔ＝３００Ｋとしてノイズ成分を計算すると、電流値に換算して
Ｎｏｉｓｅ（熱rms）  ＝２．８８×１０−７（Ａ）
Ｎｏｉｓｅ（量子rms）＝８．１９×１０−８（Ａ）
となり、トータルの雑音成分は、
Ｎｏｉｓｅ（トータルrms）＝３．７０×１０−７（Ａ）  ・・・（３２）
となる。一方、最小受光光量における信号電流Ｓcは、
Ｓc＝Ｐ・ｅ・η・／（ｈ・ν）  ・・・・（３３）
で与えられるため、最小受光光量での信号電流Ｓ(min)cは、
Ｓ(min)c  ＝２．４６×１０−６（Ａ）
となる。故にこの場合の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は、Ｓ／Ｎ（Pmin）＝６．６５となる。
【００８１】
さて、ノイズの分布を熱雑音が支配的であるため、Gaussianで近似すると、あるタイミングにおけるシステムノイズがｒｍｓノイズの６．６５倍になる場合、すなわち信号電流レベル＝雑音電流レベル（Ｓ／Ｎ＝１）となる場合のノイズの発生確率Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）は、
Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）≒３．４７×１０−１１
となり、ＢＥＲ≒１×１０−１１にほぼ近い値となり、前記非特許文献１のＢＥＲの発生確率に近い値になる。さらに、デジタル信号の伝送に支障の無い２０ＭＨｚ程度のハイパスフィルタを使った場合、
Ｓ／Ｎ（Pmin）＝６．８１
Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）≒１．３１×１０−１１
となり非特許文献１の記載にほぼ一致する。つまり上記の結果が、ＢＥＲに関してこれまでの推測が正しいと考え得る根拠である。なお図１６に、ｒｍｓ（root mean square）ノイズの大きさとその発生確率との関係を示す。
【００８２】
さらに、ＢＥＲに関して推測を一歩進めて、より実際的な手法について考察する。まず、シート状導光体を用いた通信システムにおける代表的なｒｍｓノイズ（電圧値）を測定し、Noise（System_rms）で定義する。また、システムに許容されるＢＥＲをＢＥＲ(accept)とし、そのときの受光信号パワーをＰRminとすれば、信号電圧Ｓ(ＰRmin )vは、Ｒを負荷抵抗として、
Ｓ(ＰRmin )v＝ＰRmin・ｅ・η／（ｈ・ν）×Ｒ  ・・・・(３４)
となる。また、（０，１）信号の閾値レベルをＶ(Thresh)とし、閾値レベルを考慮したＳ／Ｎ（Thresh）を、
Ｓ／Ｎ（Thresh）
＝{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}／Noise（System_rms）・・・（３５）
で定義する。（３５）式がある値に達したときＢＥがある確率で発生し、それをＳ／Ｎacceptとすると、上記の考察から、そのときのNoise（System_rms）の発生確率がＢＥＲに等しいと考えられる。図１７に、上記の考察から計算したＢＥＲと受光光量との関係を示す。この関係は非特許文献１の実測結果に非常に近く、かつ形状もよく近似している。
【００８３】
またＶ(Thresh)について考えると、信号成分からノイズ成分を差し引いた値がこれを下回わる場合と、“０”レベルからノイズ成分を加えた値がこれを上回る場合に、ＢＥが発生することになる。故にこのＶ(Thresh)は、平均信号電圧の半分の値にするのが望ましいと考えられる。
【００８４】
以上より、シート状導光体を用いた通信システムにおいて、許容されるＢＥＲすなわちＢＥＲ(accept)が与えられ、またシステムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）とした場合に、Noise（System_rms）の発生確率Ｐｒ(Noise（System_rms）)が、信号波形の歪を考慮する必要の無い帯域において、Ｑを比例定数として、
Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ)≦ＢＥＲ(accept)  ・・・（３６）
を満足する大きさのNoise（System_rms）であり、信号レベルが、２値化における任意の閾値Ｖ(Thresh)を与えた場合に、
{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ  ・・・（３７）
を満足する入力信号ＰRminであって、かつ該（３７）式を満足する受光器から負荷抵抗を介して出力する信号電圧Ｓ(ＰRmin )vとなる通信システムが定義できる。
【００８５】
あるいは上記（３７）式は、前記の理由から
Ｓ(ＰRmin )v／２＞Noise（System_rms）・Ｑ  ・・・・（３８）
としても定義できる。
【００８６】
さらに、ＢＥＲをシステム内部で測定できるような回路構成を持たせて、ＢＥＲ(accept)を満足するように光源の出力パワーＰRminを調整して、（３７）式および（３８）式を満足させるようにしてもよい。この場合、ＢＥＲ測定回路から光源側にフィードバックするデジタル回路を設け、本デジタル回路は、ＢＥＲ(accept)から決められたテーブルにより光源光量を制御するものとすることにより、システム自身が発生するNoise（System_rms）以外の外来ノイズにも対応可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００８８】
図１８は、本発明の一実施形態によるシート状導光体を用いた通信システムの平面形状を示すものである。図示されるようにこのシステムは、１つのシート状導光体100の２つの入・出射端面100ａの一方に一例として４本の光ファイバ21、22、23および24が結合され、他方にも同様に４本の光ファイバ31、32、33および34が結合されてなる４ノードタイプのものである。シート状導光体100は、厚みが１ｍｍ、幅が４ｍｍ、長さが３０ｍｍに形成されたものである。
【００８９】
シート状導光体100は、前述したように例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を上記粒子により散乱させながら別の端面側に伝搬させるものである。
【００９０】
例えば、図中左側の光ファイバ21〜24の１つに結合された送光器（図示せず）から出射された信号光は、その光ファイバおよびシート状導光体100を伝搬し、次いで光ファイバ31〜34を伝搬し、例えばそれらの光ファイバ31〜34のうちの３つに結合された受光器（図示せず）によって並列的に受光される。光ファイバ31〜34のうちの残りの１つには、上記と同様の送光器が結合され、双方向通信が可能となっている。本実施形態では、このように双方向通信可能となっているので、シート状導光体100の２つの入・出射端面100ａは、どちらも光入射側の端面、出射側の端面として機能する。
【００９１】
図１９の（１）には上記入・出射端面100ａの正面形状を示し、また同図（２）にはこの入・出射端面100ａに対する４本の光ファイバ21、22、23および24の配置状態を示す。ここに示される通りシート状導光体100の入・出射端面100ａの高さは光ファイバ21〜24の外径と略等しい値とされ、またその左右両側端部は最も外側の光ファイバ21および24の外側半分の外縁形状に合わせて、半円形状の側縁形状を有するものとされている。
【００９２】
シート状導光体100の入・出射端面100ａをこのような形状とすることにより、シート状導光体100から光ファイバ21〜24へ通信光が入射する際の漏れが、入・出射端面形状を一般的な長方形（同図（２）に２点鎖線で示す）とした場合と比べてより少なくなり、両者の結合効率が高められる。それにより、シート状導光体100から光ファイバ21〜24への光伝送効率が高くて、高Ｓ／Ｎを確保でき、そしてＢＥＲ（Bit-Error-Rate）がより低い通信システムを実現可能となる。
【００９３】
なお、上記光結合効率を高める上で、別の入・出射端面形状を採用することも可能である。図２０の（１）には、別のシート状導光体110の入・出射端面110ａの形状を示し、また同図（２）にはこの入・出射端面110ａに対する４本の光ファイバ21、22、23および24の配置状態を示す。
【００９４】
ここに示される通りシート状導光体110の入・出射端面110ａは、１列に並んだ光ファイバ21〜24の断面を投影した形を基にし、それにおいて２つの光ファイバの間の部分を若干厚くした形状とされている。つまり、このシート状導光体110は、上記シート状導光体100と同様にその左右両側端部は最も外側の光ファイバ21および24の外側半分の外縁形状に合わせて、半円形状の側縁形状を有し、かつ、隣接する２つの光ファイバの、内側半分の外縁形状に略一致させて切り込みが入った上下縁形状を有するものとされている。
【００９５】
シート状導光体110の入・出射端面110ａをこのような形状にした場合も、シート状導光体110から光ファイバ21〜24へ通信光が入射する際の漏れが、入・出射端面形状を一般的な長方形（同図（２）に２点鎖線で示す）とした場合と比べてより少なくなり、両者の結合効率が高められる。それにより、シート状導光体110から光ファイバ21〜24への光伝送効率が高くて、高Ｓ／Ｎを確保でき、そしてＢＥＲ（Bit-Error-Rate）がより低い通信システムを実現可能となる。
【００９６】
上記シート状導光体110は、その全長に亘って上記入・出射端面110ａの形状と同様の断面形状を有するように作成することが望ましいが、その他、長さ方向の中央部分は通常の長方形の断面形状を有し、その中央部分と入・出射端面110ａとが滑らかな曲線で連続している形状とされてもよい。この点は、先に述べたシート状導光体100についても同様である。
【００９７】
また、双方向通信可能とせずに、シート状導光体の２つの端面の一方、他方が通信光の入射側端面、出射側端面とされて、それらに各々複数の光ファイバが結合されるような場合は、後者の端面だけを本発明による外縁形状を有するものとすればよい。
【００９８】
なお、上記図１９、２０の各シート状導光体100、110と光ファイバ21〜24との間の光結合効率を、シート状導光体の入・出射端面を普通の長方形状とした場合（比較例）と比較して下に示す。
【００９９】
いずれの場合も、シート状導光体を伝搬させた信号光を４本の光ファイバ21〜24に結合させ、そのとき１本の光ファイバに結合した出力の、シート状導光体からの全体出力に対する比をOutputとし、該１本の光ファイバについての減衰の程度をｄＢ＝−１０×ｌｏｇ（Output）で定義する。結合が理想的であるならばOutput＝０．２５で、このときの減衰の程度は６ｄＢとなるのに対し、比較例、シート状導光体100、シート状導光体110における減衰の程度は、それぞれ７．０〜７．２ｄＢ、６．６〜６．８ｄＢ、６．６ｄＢ以下となった。これにより、比較例に比べて、シート状導光体100、110の方が結合効率が高いことが裏付けされた。
【０１００】
また、上述したような入・出射端面形状を有するシート状導光体100やシート状導光体110は、例えばインジェクション成型や、精密切削加工によって作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】Debye濁度理論による散乱角対規格化強度を示すグラフ
【図２】Mieの散乱理論による散乱角対規格化強度を示すグラフ
【図３ａ】Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が1.1のときについて示すグラフ
【図３ｂ】Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が1.5のときについて示すグラフ
【図３ｃ】Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が2.1のときについて示すグラフ
【図４】粒子径と散乱断面積との関係を、いくつかの相対屈折率毎に計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ
【図５】多粒子系の粒子径と粒子密度の逆数との関係を、計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ
【図６】光学媒質の種々屈折率に対するFresnel損失を示すグラフ
【図７ａ】粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率８０％狙い）
【図７ｂ】粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率７０％狙い）
【図７ｃ】粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率６０％狙い）
【図７ｄ】粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率５０％狙い）
【図７ｅ】粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率４０％狙い）
【図８ａ】シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：８０％）
【図８ｂ】シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：７０％）
【図８ｃ】シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：６０％）
【図９ａ】シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが小の場合について示すグラフ
【図９ｂ】シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが中の場合について示すグラフ
【図９ｃ】シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが大の場合について示すグラフ
【図１０】シート状導光体の概略形状を示す平面図
【図１１】シート状導光体を用いた通信システムにおける受光光量とノード数との関係例を示すグラフ
【図１２】ビットエラーの発生原因を説明する説明図
【図１３ａ】シート状導光体を用いたノード数４の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ
【図１３ｂ】シート状導光体を用いたノード数４の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ
【図１４ａ】シート状導光体を用いたノード数８の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ
【図１４ｂ】シート状導光体を用いたノード数８の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ
【図１５ａ】シート状導光体を用いたノード数１６の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ
【図１５ｂ】シート状導光体を用いたノード数１６の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ
【図１６】ｒｍｓ（root mean square）ノイズの大きさとその発生確率との関係を示すグラフ
【図１７】ＢＥＲ（Bit-Error-Rate）と受光光量との関係を示すグラフ
【図１８】本発明の一実施の形態による通信システムを示す平面図
【図１９】図１８のシステムに用いられたシート状導光体の入・出射端面の形状を示す立面図（１）および、該端面と光ファイバとの位置関係を示す説明図（２）
【図２０】本発明のさらに別の実施形態によるシート状導光体を示す立面図（１）および、該端面と光ファイバとの位置関係を示す説明図（２）
【符号の説明】
【０１０２】
21、22、23、24、31、32、33、34    光ファイバ
100、110    シート状導光体
100ａ、110ａ    シート状導光体の入・出射端面
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005215172.tif 000020
【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図７ｅ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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