(57)【要約】      （修正有）【課題】信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、信号伝送の高速化を可能とする信号伝送装置、信号伝送方法及び通信装置を提供する。【解決手段】発光素子１１、光ファイバＡ１２、光ファイバＢ１３、受光素子１４が順次配置された信号伝送装置１０であって、光ファイバＡ１２の開口数と光ファイバＢ１３の開口数との差が、０．４以下であり、光ファイバＡ１２と光ファイバＢ１３との間に空隙を有する。【選択図】図１
2016212137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置された信号伝送装置であって、
光ファイバＡの開口数と光ファイバＢの開口数との差が、０．４以下であり、
光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有する、信号伝送装置。
【請求項２】
発光素子の開口数が、０．２〜０．８である、請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
光ファイバＡの開口数が、０．２〜０．６である、請求項１又は２に記載の信号伝送装置。
【請求項４】
光ファイバＢの開口数が、０．２〜０．６である、請求項１〜３のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項５】
光ファイバＡと光ファイバＢとが、同一の光ファイバである、請求項１〜４のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項６】
空隙の幅が、０．１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項１〜５のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項７】
光ファイバＢへの最大入射角度θが、１５°≦θ≦４１°である、請求項１〜６のいずれかに記載の信号伝送装置。
【請求項８】
発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置された信号伝送装置を用いた信号伝送方法であって、
光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有する、信号伝送方法。
【請求項９】
空隙の幅が、０．１ｍｍ〜５ｍｍである、請求項８に記載の信号伝送方法。
【請求項１０】
発光素子の開口数に応じて、空隙の幅を調整する、請求項８又は９に記載の信号伝送方法。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかに記載の信号伝送装置を含む、通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号伝送装置、信号伝送方法及び通信装置に関する。
【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、大幅に高くなっている。
しかしながら、メタル伝送では、通信速度が高まるほど、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】
光ファイバによる信号伝送を高速化する方法としては、例えば、特許文献１には、開口数の異なる複数の光ファイバを用いる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に提案される方法では、光ファイバ同士が接続されているため、光ファイバの開口数に近い高次モードの光も伝送され、信号の歪みを大きくし帯域を小さくする要因となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とする、信号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】
【０００７】
本発明は、発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置された信号伝送装置であって、光ファイバＡの開口数と光ファイバＢの開口数との差が、０．４以下であり、光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有する信号伝送装置に関する。
また、本発明は、発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置された信号伝送装置を用いた信号伝送方法であって、光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有する信号伝送方法に関する。
更に、本発明は、前記信号伝送装置を含む通信装置に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の信号伝送装置は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とする。
また、本発明の信号伝送方法は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とする。
更に、本発明の通信装置は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の信号伝送装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の信号伝送装置は、発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置される。
【００１１】
（発光素子）
発光素子は、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Ａに入射するものである。
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。
【００１２】
発光素子としては、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。これらの発光素子の中でも、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。
【００１３】
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。
【００１４】
発光素子の開口数は、０．２〜０．８が好ましく、０．３〜０．７がより好ましい。発光素子の開口数が０．２以上であると、信号伝送の高速化に優れる。また、発光素子の開口数が０．８以下であると、光ファイバとの結合効率に優れる。
発光素子の開口数ＮＡ１は、発光素子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（１）により算出される。
ＮＡ１＝ｓｉｎ（ａ／２）
【００１５】
（光ファイバＡ）
光ファイバＡ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Ａ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、多芯光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバＡの種類の中でも、耐熱性に優れることから、ステップ・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバが好ましく、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
光ファイバＡの直径は、光ファイバの取り扱い性に優れ、発光素子との結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、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。
【００１９】
光ファイバＡ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。
【００２０】
光ファイバＡの開口数は、０．２〜０．６が好ましく、０．３〜０．５８がより好ましい。光ファイバＡの開口数が０．２以上であると、信号伝送の高速化に優れる。また、光ファイバＡの開口数が０．６以下であると、発光素子との結合効率に優れる。。
光ファイバＡ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（２）により算出される。
ＮＡ２＝ｓｉｎ（ｂ）      （２）
【００２１】
（光ファイバＢ）
光ファイバＢ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Ｂ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、多芯光ファイバ等が挙げられる。これらの光ファイバＢの種類の中でも、耐熱性に優れることから、ステップ・インデックス型光ファイバ、多芯光ファイバが好ましく、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
光ファイバＢの直径は、光ファイバの取り扱い性に優れ、光ファイバＡとの結合効率や光軸ずれに対する許容度の観点から、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。
【００２５】
光ファイバＢ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。
【００２６】
光ファイバＢの開口数は、０．２〜０．６が好ましく、０．３〜０．５８がより好ましい。光ファイバＢの開口数が０．２以上であると、信号伝送の高速化に優れる。また、光ファイバＢの開口数が０．６以下であると、受光素子との結合効率に優れる。
光ファイバＢの開口数ＮＡ３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ｃとしたとき、下式（３）により算出される。
ＮＡ３＝ｓｉｎ（ｃ）      （３）
【００２７】
（光ファイバＡ・光ファイバＢ）
光ファイバＡの開口数と光ファイバＢの開口数との差は、０．４以下であり、０〜０．４が好ましく、０〜０．２がより好ましく、０が更に好ましい。光ファイバＡの開口数と光ファイバＢの開口数との差が０．４以下であると、信号伝送の高速化に優れる。特に、光ファイバＡの開口数と光ファイバＢの開口数との差が０であると、光ファイバの伝送効率に優れる。
【００２８】
光ファイバＡの開口数と光ファイバＢとは、同一の光ファイバであっても、異なる光ファイバであってもよいが、光ファイバの伝送効率に優れることから、同一の光ファイバが好ましい。
【００２９】
（受光素子）
受光素子は、光ファイバＢより出力された光信号を電気信号に変換するものである。
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（空隙）
本発明の信号伝送装置は、光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有する。
【００３２】
空隙の幅は、０．１ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、０．３ｍｍ〜３ｍｍがより好ましい。空隙の幅が０．１ｍｍ以上であると、信号の歪みを小さくし帯域を大きくすることができる。また、空隙の幅が５ｍｍ以下であると、光量の低減を抑制することができる。
【００３３】
光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を持たせるためには、光中継アダプタを用いるとよい。光中継アダプタを用いることで、光軸の調整や空隙の幅の調整を容易にできる。
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。
【００３４】
光ファイバＢへの最大入射角度θは、１５°≦θ≦４１°が好ましく、１７°〜３６°がより好ましい。光ファイバＢへの最大入射角度θが１５°以上であると、光ファイバの伝送効率に優れる。また、光ファイバＢへの最大入射角度θが４１°以下であると、信号の歪みを小さくし帯域を大きくすることができる。
光ファイバＢへの最大入射角度θは、空隙の幅をｇ、光ファイバＢの直径をｄとしたとき、下式（１）により算出される。
θ＝ｔａｎ−１（ｄ／ｇ）      （１）
【００３５】
（信号伝送装置）
本発明の信号伝送装置の具体例としては、例えば、図１に示す信号伝送装置等が挙げられる。
図１に示す信号伝送装置（１０）は、発光素子（１１）、光ファイバＡ（１２）、光ファイバＢ（１３）、受光素子（１４）が順次配置され、光ファイバＡ（１２）と光ファイバＢ（１３）との間に空隙を有し、光中継アダプタ（１５）で固定されている。
【００３６】
本発明の信号伝送装置は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とすることから、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、車載ネットワークに好適に用いることができる。
【実施例】
【００３７】
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。
【００３８】
［実施例１］
図１に示すような発光素子、光ファイバＡ、光ファイバＢ、受光素子が順次配置され、光ファイバＡと光ファイバＢとの間に空隙を有し、光中継アダプタで固定した信号伝送装置を用いた。
発光素子    ：赤色ＬＤ（商品名「ＮＤＬ３３２０ＳＵ」、日本電気（株）製、開口数０．３、ピーク波長約６５０ｎｍ）
光ファイバＡ：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、芯材メチルメタクリレート単独重合体、長さ１ｍ）
光ファイバＢ：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、芯材メチルメタクリレート単独重合体、長さ５０ｍ）
受光素子    ：Ｏ／Ｅ変換器（商品名「検出器１」、浜松ホトニクス（株）製、帯域幅３００ＭＨｚ以上）
この信号伝送装置とネットワークアナライザ（信号送受信機、商品名「８７５２Ｃ」、Ｈ．Ｐ社製）とを用いて、送受信信号を比較し、周波数特性を測定し、帯域を確認した。帯域の確認方法は、新規産業支援型国際標準開発事業「プラスチック光ファイバの試験方法の標準化」の５０頁に記載されている「周波数掃引法」に準拠した。
得られた評価結果を、表１に示す。
【００３９】
［実施例２〜５、比較例１］
空隙の幅を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の操作を行い、帯域を確認した。得られた評価結果を、表１に示す。
【００４０】
［実施例６〜１０、比較例２］
発光素子を赤色ＬＤ（商品名「ＮＤＬ３３２０ＳＵ」、日本電気（株）製、開口数０．６５、ピーク波長約６５０ｎｍ）とし、空隙の幅を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様の操作を行い、帯域を確認した。得られた評価結果を、表２に示す。
【００４１】
【表１】
2016212137.tif 000003
【００４２】
【表２】
2016212137.tif 000004
【００４３】
空隙のない比較例１と比較して、空隙を有する実施例１〜５は、帯域が大きかった。
また、空隙のない比較例２と比較して、空隙を有する実施例６〜１０は、帯域が大きかった。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の信号伝送装置は、信号の歪みを小さくし帯域を大きくする、即ち、信号伝送の高速化を可能とすることから、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、車載ネットワークに好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  信号伝送装置
１１  発光素子
１２  光ファイバＡ
１３  光ファイバＢ
１４  受光素子
１５  光中継アダプタ
１６  空隙
【図１】
2016212137.tif 000005