(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザチップと、
該半導体レーザチップを封止する封止部とを備え、
該半導体レーザチップが複数の発光部を有し、
該封止部は、該半導体レーザチップを封止する、該複数の発光部からの光を透過させる領域を有するキャップと、該半導体レーザチップを該キャップの上から封止する、該複数の発光部からの光を拡散させる光拡散機能を持つよう、屈折率が異なる樹脂材料を混入して構成されているモールド樹脂とを有する、半導体レーザ装置。
【請求項２】
半導体レーザチップと、
該半導体レーザチップを封止する封止部とを備え、
該半導体レーザチップが幅７μｍ以上の発光部を有し、
該封止部は、該半導体レーザチップを封止する、該発光部からの光を透過させる領域を有するキャップと、該半導体レーザチップを該キャップの上から封止する、該発光部からの光を拡散させる光拡散機能を持つよう、屈折率が異なる樹脂材料を混入して構成されているモールド樹脂とを有する、半導体レーザ装置。
【請求項３】
複数の半導体レーザチップと、
該複数の半導体レーザチップを封止する封止部とを備え、
該封止部は、該複数の半導体レーザチップを封止する、該複数の半導体レーザチップからの光を透過させる領域を有するキャップと、該複数の半導体レーザチップを該キャップの上から封止する、該複数の半導体レーザチップからの光を拡散させる光拡散機能を持つよう、屈折率が異なる樹脂材料を混入して構成されているモールド樹脂とを有する、半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記半導体レーザチップの複数の発光部は、全て同じ波長帯域で発振する請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記複数の半導体レーザチップは、全て同じ波長帯域で発振する請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】
前記半導体レーザチップの複数の発光部のうちの少なくとも２つは、異なる波長帯域で発振する請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項７】
前記複数の半導体レーザチップのうちの少なくとも２つは、異なる波長帯域で発振する請求項３に記載の半導体レーザ装置。
【請求項８】
前記複数の半導体レーザチップが並列に接続される請求項３に記載の
半導体レーザ装置。
【請求項９】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置を光源として用いる光伝送装置。
【請求項１０】
異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、複数の波長を選択的に受信可能な受光素子と、を備える光伝送装置であって、
該発光素子として請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置を用いる、光伝送装置。
【請求項１１】
異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、複数の波長を選択的に受信可能な受光素子と、を備える光伝送装置であって、
該発光素子には、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置が用いられており、
該発光素子の発振と該受光素子の受信とが同時に動作する光伝送装置。
【請求項１２】
前記受光素子によって受信された波長を判別して、前記発光素子が該受信された波長以外の波長を発振する請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１３】
前記受光素子は少なくとも２つであり、
一方の受光素子は第１の樹脂よって、他方の受光素子は第２の樹脂によってそれぞれモールドされ、
該第１の樹脂を透過する波長の範囲は、該第２の樹脂を透過する波長の範囲と重ならない請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１４】
前記受光素子は少なくとも２つであり、
一方の受光素子上に第１の波長フィルタが設けられ、他方の受光素子上に第２の波長フィルタが設けられ、
該第１の波長フィルタを透過する波長の範囲は、該第２の波長フィルタを透過する波長の範囲と重ならない請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１５】
前記第１の波長フィルタを透過する波長の範囲は、特定の波長以上であり、前記第２の波長フィルタを透過する波長の範囲は該特定の波長以下である請求項１４に記載の光伝送装置。
【請求項１６】
前記発光素子の発振する複数の波長が、前記受光素子が受光可能な複数の波長と対応する請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１７】
前記受光素子は少なくとも２つであり、
一方の受光素子が有する受光感度の波長範囲と他方の受光素子が有する受光感度の波長範囲とが重ならない請求項１１に記載の光伝送装置。
【請求項１８】
前記一方の受光素子が有する受光感度の波長範囲は特定の波長以上であり、前記他方の受光素子が有する受光感度の波長範囲が該特定の波長以下である請求項１７に記載の光伝送装置。
【請求項１９】
請求項１０に記載の光伝送装置を複数備えた光伝送システム。
【請求項２０】
請求項１１に記載の光伝送装置を複数備えた光伝送システム。
【請求項２１】
請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置を備えた電子機器。
【請求項２２】
受光素子の出力を受けて波長光の受信状態を検出する光検出部と、
該光検出部の出力に基づいて受信可能状態であるかどうかを判断する判別部と、
該判別部によって判別された波長の信号を復調させて受信データを得る復調部と、
該受光素子によって受信された波長とは異なる波長を自動的に選択し、発光素子部に出力する選択部と、を備え、
該発光素子部には、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置が用いられている制御装置。
【請求項２３】
異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、
各波長を選択的に受信可能な受光素子と、
請求項２２に記載の制御装置とを備え、
半導体レーザチップと、
光拡散機能を有し、該半導体レーザチップをモールドする樹脂部と、
を備えた半導体レーザ装置を該発光素子として用いる通信装置。
【請求項２４】
前記判別部が、前記発光素子が送信する波長の光を前記受光素子が検出しないように制御する受信検出選択回路を備える請求項２３に記載の通信装置。
【請求項２５】
異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、各波長を選択的に受信可能な受光素子とを備えた光伝送装置において、光を送受信する光伝送方法であって、
該受信可能な異なる複数の波長の中から該受光素子が受光した波長を自動判別する工程と、
該発光素子が該受光素子が受光した波長以外の波長を選択して送信する工程と、を包含し、
該発光素子として、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ装置を用いる光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信やセンサー用光源等、空間にその光が放射されて人が直接光源を見るような用途に用いられ、目に対する安全性を確保した半導体レーザ装置、光伝送装置、光伝送システム、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末やデジタルカメラ等の空間光伝送システムを利用する電子機器、制御装置および通信装置並びに空間光伝送方法、データ送受信方法に関する。また、本発明は、発光スポットを拡大した半導体レーザ装置、同時送受信可能な光伝送装置、光伝送システム、多チャンネルＣＡＴＶ用やＡＶ用等のファイバ系光伝送システムを利用する電子機器、ファイバ系光伝送システム、制御装置および通信装置並びにファイバ系光伝送方法、データ送受信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
赤外線を用いた空間光伝送は、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：国際赤外線データ通信協会）による標準化とその普及により、現在幅広く用いられている。例えば、図１５は、パーソナルコンピュータ１５００と携帯情報端末１５０２との間のデータ伝送に空間光伝送を用いた例であり、住所録やスケジュール表等のデータを赤外線１５０１によって１ｍの距離で伝送が可能である。
【０００３】
近年、その伝送速度は、データ容量の増大と共に高速化の一途を辿っており、１Ｍｂｐｓから４Ｍｂｐｓ、さらには１６Ｍｂｐｓへと増大している。また、伝送距離に対する要求も強まっており、ＩｒＤＡ  Ｃｏｎｔｒｏｌ規格の標準化によって、８ｍまでの伝送が可能となっている。但し、この場合の伝送速度は７５ｋｂｐｓに制限されている。さらに、映像情報の伝送を無線化する動きも出てきており、更なる高速化および長距離化に対する要求が高まってきている。
【０００４】
一方、光ファイバを伝送路としたファイバ系の光伝送技術についても進展が著しい。特に、プラスチックオプティカルファイバ（ＰＯＦ）は、低コストでかつ、ファイバ径が大きいため、発光素子との結合がシングルモードファイバと比較して容易であることから、急速に普及が進んでいる。このファイバ系の光伝送技術では、現在、半導体レーザを用いて１００Ｍｂｐｓ以上の伝送が実現されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、空間光伝送においては、その光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられている。しかし、現状市販されているＬＥＤを用いて更なる高速・長距離伝送を行うことを考えた場合、
（１）ＬＥＤの高速応答特性の限界により高速変調ができないこと、および
（２）長距離伝送を行う場合に消費電力が膨大になること
という２つの問題がある。
【０００６】
このうち、（１）の問題については、通常のＬＥＤの限界変調周波数が約５０ＭＨｚであり、それ以上の高速化は困難である。さらに、高速変調に対応した特殊なＬＥＤの場合には、消費電力が非常に高くなるという問題がある。また、（２）の問題については、例えば４０Ｍｂｐｓで距離５ｍの伝送を考えた場合、ＬＥＤだけで１Ｗもの消費電力が必要となる。
【０００７】
これに対して、光源として半導体レーザを用いた場合、高速変調可能であり、かつ、ＬＥＤと比較して同じ光出力を得るための消費電力が低いという優れた特徴を有する。しかし、半導体レーザをそのまま用いたのでは目に対する安全基準に適合せず、空間に直接放射することは不可能である。また、半導体レーザを高出力で動作させた場合、信頼性が低下するという問題がある。
【０００８】
さらに、空間光伝送システムにおいては、全２重通信ができないという大きな問題がある。この問題について以下に説明する。
【０００９】
図１５に示したパーソナルコンピューター１５００や携帯情報端末１５０２等の電子機器には、ＬＥＤを有する送信ユニットと受光素子を有する受信ユニットとを１組とした送受信ユニットが設けられ、通信相手である電子機器に備わった１組の送受信ユニットとの間で通信が行われる。送信ユニットと受信ユニットを１組のユニットに一体化した送受信ユニットの例を図１６に示す。この送受信ユニット１６００は、送信ユニット１６０１と受信ユニット１６０２とが一体化されており、これにより、ＩｒＤＡ部品の小型化および低価格化が図られている。各ユニットは樹脂によってモールドされているが、特に、受信ユニット１６０２には、背景光による雑音の影響を避けるために、可視光を透過しない樹脂材料が用いられている。通常、ＬＥＤとしては８５０ｎｍから９００ｎｍの波長帯のものが用いられるため、上記方法で可視光をカットすることにより背景光の雑音を低減することが可能となる。
【００１０】
この送受信ユニット１６００において、送信ユニット１６０１からの送信光１６０３は±１５゜程度の指向角を有して放射され、その強度が距離の２乗に反比例して減衰しながら通信相手側の受信ユニット（図示せず）に到達する。一方、送信光１６０３の一部は、送信ユニット１６０１に隣接している受信ユニット１６０２にも到達し、その内部の受光素子によって検出される。この受光素子によって検出される光量は少ないが、通信相手側からの信号光は減衰されて到達するため、両者の強度は同等レベルになることがあり、場合によっては通信相手側からの信号光の方が小さくなってしまう。この影響によって、２つの送受信ユニットを用いて双方向通信を行おうとした場合に、同時に全２重通信を行うことはできず、半２重通信とせざるを得ないため、実効的な伝送速度が大きく低下してしまう。
【００１１】
次に、ファイバ系の光伝送システムの問題点について説明する。
【００１２】
図１７に、ＰＯＦを用いたファイバ系光伝送システムの一端の送受信ユニットの一例を示す。この送受信ユニット１７００では、パッケージに搭載された半導体レーザチップ１７０１と、別の通常のパッケージに搭載された受光素子１７１５とが、各々ＰＯＦ１７１６およびＰＯＦ１７１７にそれぞれ結合されている。ＰＯＦ１７１６とＰＯＦ１７１７は融着され、１本のファイバ１７１８として通信相手側に導かれている。この光伝送システムでは、通常、相手側の送受信ユニットでも、半導体レーザチップと受光素子は同一仕様のものが用いられており、一方の送受信ユニットが送信しているときには他方の送受信ユニットが受信のみを行う半２重通信によって光伝送を行っている。
【００１３】
ここで、半導体レーザチップ１７０１は数μｍという非常に小さい発光スポットを有するので、ＰＯＦ１７１６が大きいことによりシングルモードファイバと比較して半導体レーザチップ１７０１とＰＯＦ１７１６との位置合わせが容易ではあるものの、ＬＥＤとＰＯＦほど簡便な位置合わせは不可能である。また、全２重通信を行う場合には、ＰＯＦを２本用いて双方を完全に分離して伝送することが必要であり、１本のファイバを用いて全２重通信を行うことはできない。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、高速変調可能で消費電力が小さく、目に対する安全性および信頼性が高く、空間光伝送に好適で全２重空間光伝送を実現することができる半導体レーザ装置、光伝送装置、電子機器、空間光伝送システム、その制御装置および通信装置並びに空間光伝送方法およびデータ送受信方法を提供することを目的とする。また、本発明は、高速変調可能で消費電力が小さく、ファイバとの位置合わせが容易であり、ファイバ系光伝送に好適で全２重ファイバ系光伝送を実現することができる半導体レーザ装置、光伝送装置、電子機器、ファイバ系光伝送システム、その制御装置および通信装置並びにファイバ系光伝送方法およびデータ送受信方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザチップと、光拡散機能を有し、該半導体レーザチップをモールドする樹脂部と、を備える。
【００１６】
前記半導体レーザチップが複数の発光部を有してもよい。
【００１７】
前記半導体レーザチップが幅７μｍ以上の発光部を有してもよい。
【００１８】
前記半導体レーザチップが複数であってもよい。
【００１９】
前記樹脂部には屈折率が異なる材料が混入されてもよい。
【００２０】
前記半導体レーザチップの複数の発光部は、全て同じ波長帯域で発振してもよい。
【００２１】
前記複数の半導体レーザチップは、全て同じ波長帯域で発振してもよい。
【００２２】
前記半導体レーザチップの複数の発光部のうちの少なくとも２つは、異なる波長帯域で発振してもよい。
【００２３】
前記複数の半導体レーザチップのうちの少なくとも２つは、異なる波長帯域で発振してもよい。
【００２４】
前記複数の半導体レーザチップが並列に接続されてもよい。
【００２５】
本発明の光伝送装置は、上記に記載の半導体レーザ装置を光源として用いる。
【００２６】
本発明の光伝送装置は、異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、複数の波長を選択的に受信可能な受光素子と、を備える光伝送装置であって、該発光素子として上記に記載の半導体レーザ装置を用いる。
【００２７】
本発明の光伝送装置は、異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、複数の波長を選択的に受信可能な受光素子と、を備える光伝送装置であって、該発光素子の発振と該受光素子の受信とが同時に動作する。
【００２８】
前記受光素子によって受信された波長を判別して、前記発光素子が該受信された波長以外の波長を発振してもよい。
【００２９】
前記受光素子は少なくとも２つであり、一方の受光素子は第１の樹脂よって、他方の受光素子は第２の樹脂によってそれぞれモールドされ、該第１の樹脂を透過する波長の範囲は、該第２の樹脂を透過する波長の範囲と重ならなくてもよい。
【００３０】
前記受光素子は少なくとも２つであり、一方の受光素子上に第１の波長フィルタが設けられ、他方の受光素子上に第２の波長フィルタが設けられ、該第１の波長フィルタを透過する波長の範囲は、該第２の波長フィルタを透過する波長の範囲と重ならなくてもよい。
【００３１】
前記第１の波長フィルタを透過する波長の範囲は、特定の波長以上であり、前記第２の波長フィルタを透過する波長の範囲は該特定の波長以下であってもよい。
【００３２】
前記発光素子の発振する複数の波長が、前記受光素子が受光可能な複数の波長と対応してもよい。
【００３３】
前記受光素子は少なくとも２つであり、一方の受光素子が有する受光感度の波長範囲と他方の受光素子が有する受光感度の波長範囲とが重ならなくてもよい。
【００３４】
前記一方の受光素子が有する受光感度の波長範囲は特定の波長以上であり、前記他方の受光素子が有する受光感度の波長範囲が該特定の波長以下であってもよい。
【００３５】
本発明の光伝送システムは、上記に記載の光伝送装置を複数備える。
【００３６】
本発明の電子機器は、上記に記載の半導体レーザ装置を備える。
【００３７】
本発明の制御装置は、受光素子の出力を受けて波長光の受信状態を検出する光検出部と、該光検出部の出力に基づいて受信可能状態であるかどうかを判断する判別部と、該判別部によって判別された波長の信号を復調させて受信データを得る復調部と、該受光素子によって受信された波長とは異なる波長を自動的に選択し、発光素子部に出力する選択部と、を備える。
【００３８】
本発明の通信装置は、異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、各波長を選択的に受信可能な受光素子と、上記に記載の制御装置とを備え、半導体レーザチップと、光拡散機能を有し、該半導体レーザチップをモールドする樹脂部と、を備えた半導体レーザ装置を該発光素子として用いる。
【００３９】
前記判別部が、前記発光素子が送信する波長の光を前記受光素子が検出しないように制御する受信検出選択回路を備えてもよい。
【００４０】
本発明の接続コネクタは、両端を有する筒状を有し、該筒状の内部に複数の波長を選択する受光素子を備える。
【００４１】
本発明の光伝送方法は、異なる複数の波長を独立して発振可能な発光素子と、各波長を選択的に受信可能な受光素子とを備えた光伝送装置において、光を送受信する光伝送方法であって、該受信可能な異なる複数の波長の中から該受光素子が受光した波長を自動判別する工程と、該発光素子が該受光素子が受光した波長以外の以外の波長を選択して送信する工程と、を包含する。
【００４２】
本発明のデータ送受信方法は、第１の端末が第２の端末に対して送信要求信号として第１の波長を発振する、第１発信工程と、該第１の波長を受信した該第２の端末が、該送信要求信号を確認する、第１確認工程と、該第２の端末が該第１の端末に対して受信応答信号として第２の波長を発振する、第２発振工程と、該第２の波長を受信した該第１の端末が、該受信応答信号を確認する、第２確認工程と、該第２確認工程に基づき、該第１の端末が該第２の端末に対して該第１の波長で、かつ、該第２の端末が該第１の端末に対して該第２の波長でデータの送受信を同時に行う。
【００４３】
以下、本発明の作用について説明する。
【００４４】
本発明にあっては、半導体レーザチップと光拡散機能を有する樹脂部とが一体成形されているので、半導体レーザチップからの出射光が樹脂部で拡散されて空間に安全に放出される。よって、ＬＥＤに比べて高速変調および低消費電力化が可能な半導体レーザを用いた空間光伝送が実現可能となる。
【００４５】
また、複数の発光部を有するマルチストライプ型半導体レーザ（いわゆる半導体レーザアレイ）を用いることにより、素子の抵抗値が減少して駆動電圧が低減し、さらに、半導体レーザチップの光出射端面における光密度が減少して素子の信頼性が向上する。また、幅７μｍ以上の発光部を有する幅広ストライプ半導体レーザを用いても、素子の抵抗値が減少して駆動電圧が低減し、さらに、半導体レーザチップの光出射端面における光密度が減少して素子の信頼性が向上する。または、複数の半導体レーザチップを搭載することにより、素子の抵抗値が減少して駆動電圧が低減し、さらに、複数の半導体レーザチップで光出力を分担して素子の信頼性が向上する。
【００４６】
このような複数の発光部を有する半導体レーザチップの発光部間隔、幅７μｍ以上の発光部を有する半導体レーザチップの発光部幅、または複数搭載された半導体レーザチップのチップ間隔と、光が通過する樹脂部の大きさ、樹脂部の材料（光拡散性材料の量）または形状を調整することによって、所望の発光スポットサイズと放射角を得ることが可能となる。
【００４７】
上記樹脂部には、屈折率が異なる材料を混入することにより光拡散機能を与えることができる。このとき、樹脂部を半導体レーザチップと接触しないように設ければ、樹脂モールドの際の歪みが半導体レーザチップにかからず、信頼性向上のためには好ましい。特に、半導体レーザチップを搭載する容器の熱抵抗を１５０ｄｅｇ／Ｗ以下、より好ましくは１００ｄｅｇ／Ｗ以下とすれば、素子の信頼性が劣化するのを防いで安定した性能が得られる。
【００４８】
半導体レーザチップの複数の発光部、または複数搭載された半導体レーザチップが、全て同じ波長帯域で発振するものであれば、上述したように半導体レーザ装置の信頼性を向上させることが可能となる。或いは、半導体レーザチップの複数の発光部または複数搭載された半導体レーザチップのうちの少なくとも２つが、異なる波長帯域で発振するものであれば、後述するように全２重通信が可能となる。
【００４９】
特に、発振波長７６０ｎｍ以上１．５μｍ以下の波長帯では、他の波長帯と比較して非常に高い信頼性を確保することが可能であり、約９００ｎｍ、約１．１μｍおよび約１．４μｍ近傍の波長では最も雑音が少なく良好な状態で光伝送を実現することが可能である。
【００５０】
本発明の半導体レーザ装置を光源として用いることにより、ＬＥＤに比べて低消費電力で高速に光を空間を介して伝送可能で、しかも樹脂部により光が拡散されて目に対する安全性が確保され、さらに、素子の信頼性も良好な、送信ユニットまたは送受信ユニット等の空間光伝送装置が実現される。また、本発明の半導体レーザ装置を光源として用いることにより、光ファイバを伝送路として、低消費電力で高速に光を伝送可能で、素子の信頼性も良好で、しかもスポット径を適切に拡大して光ファイバとの接続も容易な、ファイバ系光伝送装置が実現される。よって、本発明の半導体レーザ装置または本発明の光伝送装置をパーソナルコンピューターや携帯情報端末、デジタルカメラ等の電子機器に搭載することにより、低消費電力でデータ伝送を高速化することが可能となる。また、センサー用光源としても、スポット径および放射角を適切な範囲に設定することができ、信頼性が向上する。
【００５１】
発光素子として上記の半導体レーザ装置を用いることにより、異なる複数の波長を独立して発振可能とし、さらに、各波長を選択的に受信可能な受光素子を装備することにより、複数の送受信ユニット間で全２重通信を行うことができる光伝送システムを実現することができる。例えば、各送受信ユニットを対向させて空間を介して光を送受信することにより全２重空間光伝送が可能となり、または各送受信ユニット間で光ファイバを伝送路として光を送受信することにより全２重ファイバ系光伝送が可能となる。また、用途によっては、発光素子として半導体レーザチップと光拡散機能を有する樹脂部とが一体成形され、１つの半導体レーザチップが搭載された半導体レーザ装置を複数用いてもよい。
【００５２】
異なる複数の波長の中から、相手の送受信ユニットが送信してきている波長を自動判別し、その波長以外の波長を選択して送受信ユニットから送信することにより、従来では半２重であったＩｒＤＡ等の光空間伝送を全２重空間光伝送とすることが可能となる。この場合、伝送に用いる光の波長を予め指定しておく必要が無く、親機と子機の区別が不要となって対称的通信が可能となる。さらに、送受信ユニットから送信する際に、発光素子が送信している波長の光を自らの受光素子が検出しないように制御すれば、自らの発光素子の信号の影響を受けずに受信可能であるので、好ましい。また、本発明は、次世代マルチメディアインターフェースとして注目され、デジタルＡＶ信号を高速に伝送可能なＩＥＥＥ１３９４シリアルバスを直接ワイヤレス化するといった用途にも適用可能である。
【００５３】
さらに、従来では２本のファイバを用いることが主流であったＩＥＥＥ１３９４全２重化光通信方式を、１本のファイバを用いて実現可能となる。
【００５４】
ファイバ系光伝送において、一方の端部に発光素子を配置し、他方の端部に光ファイバを配置し、接続コネクタの内部に受光素子を配置して固定するような筒状の接続コネクタを用いれば、素子とファイバとの接続が容易である。この接続コネクタの内壁面に受光素子を配置すれば、自らの発光素子からの光が受光素子に遮られないので、信号光の利用効率が向上する。
【００５５】
本発明の制御装置にあっては、受光素子の出力を受けて各波長光の受信状態を検出する光検出部と、通信相手が送信してきている波長の光を検出したときに受信可能状態であるかどうかを判断する判別部と、判別部によって判別された波長の信号を復調させて受信データを得る復調部と、その通信に応答する送信要求を行うときに、検出した波長とは異なる波長を自動的に選択する選択部とによって、異なる複数の波長の中から、相手局が送信してきている波長を自動判別し、その波長以外の波長を選択して送信可能な光送信システムが実現可能となる。
【００５６】
また、本発明の通信装置にあっては、その通信に応答する送信要求を行うときに、受光部で検出された通信相手の送信波長とは異なる波長を自動的に選択して送信するので、通信相手の端末が変わっても波長選択の設定をその都度行う必要がなく、従来複雑であった通信プロトコルの簡略化を図ることが可能となる。また、通信相手が送信してきている波長の光を検出したときに、それとは異なる波長の光を送信し、互いに送信光および受信光の波長が異なることを確認した上でコネクションを確立するプロトコルを有することにより、確実に波長を分けて、データの送受信を全２重双方向で行うことが可能となる。さらに、各送受信ユニットでランダムな待ち時間を設定するプロトコルを有することにより、同時送信状態が発生したときでもコネクション確立の衝突を回避することができ、どのような状況においても最終的にはコネクション確立されるので好ましい。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５８】
（実施形態１）
図１は実施形態１の半導体レーザ装置１００を示す斜視図であり、図２Ａはその断面図である。この半導体レーザ装置１００は、２つの半導体レーザチップ１、２が通常の半導体レーザ用パッケージに実装され、パッケージ全体が樹脂３によってモールドされている。半導体レーザチップ１、２はパッケージの金属製ステム５と一体成形されたヒートシンク４に固着されており、良好な放熱特性を有している。本実施形態では、このパッケージの熱抵抗を９０ｄｅｇ／Ｗとした。半導体レーザチップ１、２のヒートシンク４に固着されていない面は、共通のリードピン６とワイヤ７により電気的に接続されている。従って、半導体レーザチップ１、２は並列接続され、同時に電流が供給されて同期して発光する。
【００５９】
一般に、半導体レーザチップ１、２は発光スポットサイズが数μｍと非常に小さいため、レンズ等で集光された場合に光密度が高くなり、網膜を損傷するおそれがある。そこで、半導体レーザチップの出射光を空間に放射するときには、国際規格ＩＥＣ６０８２５−１が定められており、これを満たす範囲であれば安全性が確保される。
【００６０】
本実施形態では、半導体レーザチップの発光スポットサイズを大きくするために、光拡散性の樹脂３でモールドするという手法を用いてその実現を試みた。その結果、発光スポットは約１０ｍｍまで広がり、目に対する安全性が確保された。ここでは、光拡散性樹脂３として、エポキシ系透明樹脂にそれとは屈折率が異なるシリカ系樹脂を混合したものを用いた。
【００６１】
さらに、半導体レーザチップ１、２に樹脂モールドを施す前に、キャップガラス８を有するキャップ９によって封止した。これにより、半導体レーザチップ１、２が窒素ガスで封入され、信頼性が向上した。比較のために、キャップ９を用いずに半導体レーザチップ１、２をそのまま樹脂モールドすることも検討したが、この場合には半導体レーザチップが短時間で劣化した。これは、樹脂３をモールドする際の歪みが半導体レーザチップ１、２にかかることが原因であると考えられ、半導体レーザチップ１、２と樹脂３が接触しないようにするのが好ましいことがわかる。
【００６２】
本実施形態では光拡散性の樹脂３のみでスポットサイズを拡大したが、同様の効果があれば他の方法を用いることも可能である。例えば、図２Ｂに示すように、半導体レーザのキャップガラス８の代わりに光拡散板１５を用いることもできる。光拡散板１５としては、ガラス表面に凹凸をつけてすりガラス状にしたもの等が用いられる。この場合、上に形成する樹脂３の拡散効果は少なくてよいからシリカ系樹脂等の拡散材の混合は少しでよいことになる。また、樹脂モールドで拡散する場合でも均一に拡散材を混合するのではなく、部分的に拡散材を多く混合し、他の領域では薄くする等でも同様の効果が得られる。
【００６３】
ところで、例えば４０Ｍｂｐｓで８ｍ程度の光伝送を±１５゜の放射角で実現するためには、約３５０ｍＷの光出力が必要となるが、単一の素子でこれだけの光出力を放射した場合、半導体レーザチップの信頼性が大きく低下する。本実施形態では、半導体レーザチップを２個用いた半導体レーザ装置１００を作製しているため、２個の半導体レーザチップ１、２でこの光出力を分担することができ、１チップ当たりの光出力は１７５ｍＷで良いことになる。半導体レーザチップの信頼性を確認したところ、平均故障時間は光出力の２乗に反比例し、信頼性は４倍向上することが確認された。さらに信頼性を向上させるためには、チップ数を増加させればよいことは言うまでもない。
【００６４】
本実施形態では、全ての半導体レーザチップ１、２が９８０ｎｍ帯で発振するようにした。さらに、７６０ｎｍ〜１．５μｍ帯の半導体レーザチップを用いて実験を行ったところ、他の波長帯と比較して非常に高い信頼性を確保することが可能であった。さらに、放射特性の経時変化について調べたところ、この波長帯からなる素子のみが安定した特性を有していることがわかった。この原因については明らかではないが、他の波長帯では樹脂に対する光損傷が起こっているためと推測される。
【００６５】
さらに、上記範囲内で半導体レーザチップの波長を変化させて光伝送特性を調べたところ、約９００ｎｍ近傍、約１．１μｍ近傍および約１．４μｍ近傍のいずれかで実験を行ったときが最も雑音が少なく、良好な光伝送を実現することができた。この理由については明らかではないが、特に屋外での実験において顕著な効果が得られたことから、背景光強度、おそらく太陽光の影響がこの波長範囲で極小になることに起因すると考えられる。
【００６６】
本実施形態の半導体レーザ装置１００を用いて４０Ｍｂｐｓ、８ｍの光伝送を試みたところ、ＬＥＤを用いた場合と比較して、消費電力は約１／３であり、大幅な低消費電力化を実現することができた。また、高速伝送実験を試みたところ、伝送距離は短くなるものの、１００Ｍｂｐｓはもちろん、１Ｇｂｐｓにおいても安定した伝送特性を示した。
【００６７】
本実施形態においては熱抵抗が９０ｄｅｇ／Ｗのパッケージを用いたが、数種類のパッケージを用いてこの値を変化させ、信頼性の確認を行った結果、熱抵抗が１５０ｄｅｇ／Ｗを超える場合、初期に素子劣化が生じることが確認された。熱抵抗が１５０ｄｅｇ／Ｗ以下の場合には安定した信頼性を示し、特に、１００ｄｅｇ／Ｗ以下においては極めて良好な信頼性が得られた。
【００６８】
ただし、使用条件によってはこれほどの高信頼性を要求されない場合もあり、その場合には熱抵抗の大きいパッケージでも充分である。例えば、発光ダイオード用のリードフレームに半導体レーザチップを搭載して同様の樹脂モールドを施した素子を作製したところ、携帯情報端末で瞬間的に使用するような用途においては充分な信頼性を示した。
【００６９】
さらに、複数の半導体レーザチップを並列接続して駆動した場合、全体の素子抵抗が減少して駆動電圧が低下することが確認された。本実施形態では、３Ｖ以下の駆動電圧で駆動回路を構成することができ、低消費電力化を実現することができた。
【００７０】
さらに、本実施形態による半導体レーザ装置１００は、スポットサイズと放射角の制御に有効である。このことについて以下に説明する。
【００７１】
本発明のように、半導体レーザチップ１、２の出力光を光拡散機能を有する樹脂３によって拡散させる場合には、樹脂３内部を光が通過する距離が長い程、樹脂３から出射されたときの光のスポットサイズが大きくなる。目に対する安全性の観点から考えると、このスポットサイズはできるだけ大きい方が望ましい。ところが、スポットサイズを大きくするために樹脂３内部を光が通過する距離を長くすると、当然のことながら、最終的な放射角も大きくなる。しかし、必要以上に放射角が大きくなると、有効に利用される光の割合が小さくなり、消費電力が大きくなるという問題が発生する。
【００７２】
これに対して、本実施形態のように複数の半導体レーザチップを搭載した場合には、単一の半導体レーザチップの場合に比べて樹脂３内部通過距離が同じでも、図２Ａに示すように、発光点の位置が離れている分だけ発光スポットサイズが大きくなる。従って、所望のスポットサイズを得るための樹脂モールドの大きさが小さくてもよく、その分だけ放射角を狭くすることができる。すなわち、本実施形態において、複数の半導体レーザチップ間の距離と、樹脂モールドの大きさを調整することにより、発光スポットサイズと放射角とを制御することが可能となる。
【００７３】
例えば、単一の半導体レーザチップを樹脂モールドした場合、放射角を±１５゜に設定すると発光スポットサイズは約７ｍｍとなり、放射角を±１０゜に設定すると発光スポットサイズは約５ｍｍとなった。同じ放射角でより高い光出力が要求される場合には、スポットサイズをさらに大きくする必要があるが、単一の半導体レーザチップでは、放射角を同じに保ったまま発光スポットサイズのみを大きくすることは不可能であった。すなわち、発光スポットサイズを大きくするためには樹脂内部での光の拡散を強くする必要があり、樹脂中の拡散材、例えばシリカ系樹脂の量を多くする必要がある。しかし、これは放射角を大きくすることにつながるため、放射角とスポットサイズとを独立に制御することができない。
【００７４】
これに対して、複数の半導体レーザチップを用いた場合について、例えば、放射角±１５゜、発光スポットサイズ約７ｍｍの条件で樹脂３を形成する場合を考える。２つの半導体レーザチップの発光点を３ｍｍ離して配置すると、各発光点からの放射光は単一の半導体レーザチップの場合と同様に拡散され、発光スポットサイズが各々７ｍｍ、放射角が±１５゜となる。このとき、スポットサイズ７ｍｍのものが２つ平行に配置されているため、実際に半導体レーザ装置１００の外部から観察したときのスポットサイズは約１０ｍｍとみなすことができる。このように、半導体レーザチップ間の間隔を大きくすると、基本的には外部から見たスポットサイズが大きくなる。但し、半導体レーザチップ１、２間の間隔をあまり大きくしすぎると、双峰の光強度分布になるため、注意する必要がある。ここでは、横方向に半導体レーザチップを２個配置した場合について説明したが、さらに半導体レーザチップの個数を増やすことにより、発光スポットの光強度分布を適切に調節することができ、上述のような双峰の発光強度分布を補正することも可能である。さらに、パッケージを工夫することにより、縦方向に半導体レーザチップを複数個配置することも可能である。
【００７５】
また、もっと狭い放射角が望ましい場合には、光拡散性の樹脂３の量を減らしておいて、同様の調整を行えばよい。このように、複数の半導体レーザチップの数、その配置、拡散性の樹脂量や樹脂モールドの大きさ等を調整することにより、放射角と発光スポットを独立して制御することができる。
【００７６】
狭放射角で使用可能な状況においては、同じ光伝送速度および伝送距離を考えた場合、その分だけ低い光強度によって対応することができるので、半導体レーザチップの信頼性を大幅に向上することができる。例えば、±１０゜で４０Ｍｂｐｓ、８ｍの光伝送を行う場合には１６０ｍＷの光出力で良いため、２個の半導体レーザチップ１、２で光出力を分担すると、１個当たり８０ｍＷの光出力で良く、飛躍的な信頼性の向上が確認された。この場合にも、半導体レーザチップの個数をさらに増やしたり、または半導体レーザチップ間の距離をさらに大きくする等の方法によって、さらに狭放射角を実現することができることは言うまでもない。さらに、場合によっては、半導体レーザチップを光の放射方向を図に示される真上方向から傾けて搭載することも有効である。
【００７７】
本実施形態では、１つのモールド樹脂３内に同一の波長で発振する半導体レーザチップを複数個封入した例について具体的に説明したが、複数の半導体レーザチップから発振される波長は異なってもよい。例えば９１０ｎｍと９５０ｎｍでそれぞれ発振する２つの半導体レーザチップを１つのモールド樹脂３内に封入した場合を考える。この半導体レーザチップを送信側のシステムに搭載し、受信側システムには２つの波長を独立して受信できる２つの受光素子を搭載しておく。受信側での波長の分離は帯域フィルタなどを利用すれば可能である。この場合の２波長の有効な使い方としては、広帯域の信号、例えば映像信号を２つに分割し、それぞれを２つのレーザで同時に送信するという方法が可能である。この方法によれば、１個の半導体レーザの送信可能な帯域では不足するような情報を２個のレーザを用いることで送信することが可能となる。２つの信号は波長分離の方法で独立して送信することができる。
【００７８】
（実施形態２）
図３は本実施形態２の半導体レーザ装置３００を示す断面図である。本実施形態においては、半導体レーザチップとして、複数の発光部を有するマルチストライプ型半導体レーザ（いわゆる半導体レーザアレイ）１１を用いている。この図では、発光部のストライプを図示せず、発光パターンのみを図示している。
【００７９】
この半導体レーザ装置３００においては、発光部（ストライプ）が複数あることから半導体レーザチップの抵抗値が減少し、駆動電圧を低減することが可能となる。また、発光部間の距離を調節することにより、実施形態１と同様に、放射角を抑制しながら発光スポットサイズを拡大することが可能となる。さらに、半導体レーザチップの光出射端面における光密度を減少させることができるので、単一の半導体レーザでありながら信頼性が確保されるという点で有利である。本実施形態において、ドライエッチングによりストライプを傾斜させてミラーを形成するということも有効である。
【００８０】
さらに、幅広ストライプレーザを用いて半導体レーザチップの光出射端面における光密度を減少させることもでき、この場合にも単一の半導体レーザでありながら信頼性が確保されるという点で有利である。
【００８１】
本発明者らがストライプ幅を変化させて実験を試みたところ、７６０ｎｍ〜１．５μｍの波長帯の半導体レーザチップにおいて、ストライプ幅が７μｍ以上であれば、スポットサイズと放射角の制御が容易であることが確認された。また、ストライプ幅間隔を調整することによりスポットサイズと放射角の制御が容易になる。さらに、この波長帯においては、放射特性の経時変化もなく、他の波長帯と比較して格段に良好な特性が得られることが確認された。
【００８２】
上記実施形態１および実施形態２では、半導体レーザ装置を単体の送信ユニットとして用いる場合について説明したが、図１６に示したような従来の送受信ユニット１６００に適用した場合についても、同様の効果が得られた。この送受信ユニットを用いて構成した空間光伝送システムは、非常に安定した動作が可能であり、その信頼性も良好であった。さらに、センサー用光源等としても、放射角およびスポット径を調整して有効に利用可能であり、安定した動作が得られた。
【００８３】
また、上記実施形態１および実施形態２では、複数の半導体レーザを並列に接続して駆動させる場合のみを示したが、複数の半導体レーザを直列に接続して駆動しても同様の効果が得られることは言うまでもない。但し、並列に接続した場合には、抵抗値の低下は生じない。
【００８４】
（実施形態３）
図４は実施形態３の半導体レーザ装置４００を示す斜視図である。本実施形態においては、実施形態１と同様に、２個の半導体レーザチップ１２、１３を半導体レーザ用パッケージに実装しているが、下記の点で実施形態１と異なっている。
１．半導体レーザチップ１２、１３は異なる発振波長を有している。本実施形態では、半導体レーザチップ１２は９８０ｎｍ、半導体レーザチップ１３は９２０ｎｍとした。
２．半導体レーザチップ１２、１３は異なるリードピン６、６６に各々ワイヤ７で接続されている。従って、このパッケージは、実施形態１よりもリードピンが１本増えている。
【００８５】
次に、この半導体レーザ装置４００を備えた送受信ユニット５００、およびその送受信ユニットを用いた空間光伝送方式について、図５Ａを用いて説明する。この送受信ユニット５００は、送信ユニット５２１、第１の受信ユニット５２２および第２の受信ユニット５２３を備える。また、本実施形態において、送信ユニット５２１として、半導体レーザ装置４００が使用される。第１の受信ユニット５２２は、樹脂３ａおよび受光素子２４ａを備える。第２の受信ユニット５２３は、樹脂３ｂおよび受光素子２４ｂを備える。
【００８６】
送信ユニット５２１には、図４に示した異なる２つの発振波長を有する半導体レーザチップ１２、１３が内蔵され、樹脂３でモールドされている。受信ユニット５２２、５２３は、シリコンから構成される同じ受光素子２４ａ、２４ｂを内蔵しているが、それをモールドしている樹脂３ａ、３ｂが異なっている。第１の受信ユニット５２２は波長９５０ｎｍ以下の光を透過しない樹脂３ａを用いており、第２の受信ユニット５２３は波長９００ｎｍ以下の光を透過しない樹脂３ｂを用いている。
【００８７】
この送受信ユニット５００を２個用いて双方向の通信を行う光伝送システム５５０の実施形態を図５Ｂを用いて説明する。説明を明瞭化するため、便宜上、２つの送受信ユニットを参照符号５０１、５０２として参照することで区別する。相手側の送受信ユニット５０２から送信される信号を送受信ユニット５０１が受信する場合を想定する。送受信ユニット５０１が、送信ユニット５２１Ａ、第１の受信ユニット５２２Ａ、第２の受信ユニット５２３Ａを備え、送受信ユニット５０２が、送信ユニット５２１Ｂ、第１の受信ユニット５２２Ｂ、第２の受信ユニット５２３Ｂを備えると仮定する。
【００８８】
相手側の送受信ユニット５０２から信号光５３０が到達する場合、相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂも９８０ｎｍと９２０ｎｍの２つの発振波長を有する半導体レーザチップ１２、１３を内蔵しているため、半導体レーザチップ１２、１３のいずれを用いて送信してくるかは不明である。そこで、送られてきた信号光５３０を送受信ユニット５０１の第１の受信ユニット５２２Ａまたは第２の受信ユニット５２３Ａが受信したときに、以下のように、第１の受信ユニット５２２Ａおよび第２の受信ユニット５２３Ａの受信レベルをチェックすることにより、送受信ユニット５０１は相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂが送信してきている光５３０の波長を判別する。
【００８９】
状態１：送受信ユニット５０１が、第１の受信ユニット５２２Ａおよび第２の受信ユニット５２３Ａの両方で信号光５３０を受信した場合、相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂは９８０ｎｍのレーザ光を用いて送信してきていることがわかる。
【００９０】
状態２：送受信ユニット５０１が、第１の受信ユニット５２２Ａは信号光を受信せず、第２の受信ユニット５２３Ａが信号光５３０を受信した場合、相手側の送受信ユニット５０２Ｂは９２０ｎｍのレーザ光を用いて送信してきていることがわかる。
【００９１】
相手側の送受信ユニット５０２から送信がある場合には上記２つの状態しかあり得ないから、これにより相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂが用いているレーザ光５３０の波長を判別することが可能である。この程度の判別は瞬時に行うことができるので、これを基にして、送受信ユニット５０１の送信ユニット５２１Ａから相手側の送受信ユニット５０２への送信に使用するレーザ光５４０の波長が決定される。この波長は、以下のように、相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂが用いている波長とは異なる波長に設定される。
【００９２】
上記状態１の場合には、送受信ユニット５０１は９２０ｎｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット５０１の送信ユニット５２１Ａからの送信光は送受信ユニット５０１の第１の受信ユニット５２２Ａに受信されず、第２の受信ユニット５２３Ａによってのみ受信される。従って、送受信ユニット５０１は第１の受信ユニット５２２Ａを用いて相手側の送受信ユニット５０２の送信ユニット５２１Ｂからのレーザ光５３０を信号として受信すれば、送受信ユニット５０１の送信ユニット５２１Ａの送信信号の影響を受けることなく受信することができる。但し、相手側の送受信ユニット５０２は相手側の送受信ユニット５２１Ｂから送信される送信信号を送受信ユニット５０２の受信ユニット５２２Ｂ、５２３Ｂで必ず受信してしまう。よって、送受信ユニット５０１のみが同時に送受信を行うことができる。
【００９３】
上記状態２の場合には、送受信ユニット５０１は９８０ｎｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット５０１の送信ユニット５２１Ａからの送信光は送受信ユニット５０１の第１の受信ユニット５２２Ａおよび第２の受信ユニット５２３Ａの両方で受信されてしまう。よって、相手側の送受信ユニット５０２のみが同時に送受信を行うことができる。
【００９４】
上記実施形態では、同一の送受信ユニット５００を使用したが、汎用的な送受信ユニットを用いることで、全２重通信が可能となり、安価な送受信ユニットを大量に作成することができる。ただし、本発明は、信号を送受信する送受信ユニットが同一であることに限定されるものではなく、少なくとも一方の送受信ユニットが全２重通信を行うために、受信ユニットの受信波長が限定されるものを包含する。
【００９５】
（実施形態４）
本実施形態では、常に全２重通信が可能となる空間光伝送方式について説明する。図６Ａは実施形態４の空間光伝送ユニット６００を示す断面図である。空間光伝送ユニット６００は、送信ユニット（図示せず）および第１の受信ユニット６２２、第２の受信ユニット６２３を備える。本実施形態において、実施形態３と異なる点は以下の通りである。
１．モールド樹脂は波長選択性を有さない。
２．第１の受信ユニット６２２および第２の受信ユニット６２３の受光素子６２４の直上に第１の波長選択フィルタ６２５、第２の波長選択フィルタ６２６が設けられている。
３．第１の波長選択フィルタ６２５は９５０ｎｍ以上の光を透過し、第２の波長選択フィルタ６２６は９５０ｎｍ以下の光を透過する。
【００９６】
この送受信ユニット６００を２個用いて双方向の通信を行う場合を考える。説明を明瞭化するため、便宜上、２つの送受信ユニットを参照符号６０１、６０２として参照することで区別する（図６Ｂ）。相手側の送受信ユニット６０２から送信される信号を送受信ユニット６０１が受信する場合を想定する。送受信ユニット６０１が、送信ユニット６２１Ａ、第１の受信ユニット６２２Ａ、第２の受信ユニット６２３Ａを備え、送受信ユニット６０２が、送信ユニット６２１Ｂ、第１の受信ユニット６２２Ｂ、第２の受信ユニット６２３Ｂを備えると仮定する。
【００９７】
相手側の送受信ユニット６０２Ｂから信号光が到達する場合、相手側の送受信ユニット６０２Ｂの送信ユニット６２１Ｂも９８０ｎｍと９２０ｎｍの２つの発振波長を有する半導体レーザチップ１２、１３を内蔵しているので、どちらの波長を用いて送信してくるかは不明である。そこで、送受信ユニット６０１が送られてきた信号光を受信したときに、以下のように、第１の受信ユニット６２２Ａおよび第２の受信ユニット６２３Ａの受信レベルをチェックすることにより、送受信ユニット６０１は相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂが送信してきている光の波長を判別する。
【００９８】
状態１：送受信ユニット６０１の第１の受信ユニット６２２Ａが信号光を受信し、第２の受信ユニット６２３Ａは信号光を受信しない場合、相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂは９８０ｎｍのレーザ光を用いて送受信ユニット６０１に送信してきていることがわかる。
【００９９】
状態２：送受信ユニット６０１の第１の受信ユニット６２２Ａは信号光を受信せず、第２の受信ユニット６２３Ａが信号光を受信した場合、相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂは９２０ｎｍのレーザ光を用いて送受信ユニット６０１に送信してきていることがわかる。
【０１００】
相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂからの送信がある場合には上記２つの状態しかあり得ないから、これにより相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂが用いるレーザ光の波長を判別可能である。この程度の判別は瞬時に行うことができるので、これを基にして、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａから相手側の送受信ユニット６０２への送信に使用するレーザ光の波長を決定する。この波長は、以下のように、相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂが用いている波長とは異なる波長に設定する。
【０１０１】
上記状態１の場合には、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａは９２０ｎｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａからの送信光は送受信ユニット６０１の第１の受信ユニット６２２Ａに受信されず、第２の受信ユニット６２３Ａによってのみ受信される。従って、送受信ユニット６０１が第１の受信ユニット６２２Ａを用いて相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂからの信号を受信すれば、送受信ユニット６０１の送信信号の影響を受けることなく受信することができ、全２重通信が可能となる。
【０１０２】
上記状態２の場合には、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａは９８０ｎｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａからの送信光は送受信ユニット６０１の第１の受信ユニット６２２Ａによって受信され、第２の受信ユニット６２３Ａには受信されない。従って、送受信ユニット６０１が第２の受信ユニット６２３Ａを用いて相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂからの信号を受信すれば、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａの送信信号の影響を受けることなく受信することができ、全２重通信が可能となる。
【０１０３】
従って、いずれの場合にも相手側の送受信ユニット６０２の送信ユニット６２１Ｂからの信号光の波長を瞬時に判別することにより、送受信ユニット６０１の送信ユニット６２１Ａからの送信に用いる半導体レーザを決定し、それを用いて送受信ユニット６０１が相手側の送受信ユニット６０２へ送信することにより全２重通信が可能となる。
【０１０４】
本実施形態では、２つの波長フィルタの一方が特定の波長（９５０ｎｍ）以上の光を透過し、２つの波長フィルタの他方が特定の波長（９５０ｎｍ）以下の光を透過するが、波長フィルタの範囲はこれに限定されない。本発明は、２つの波長フィルタが透過する光の波長範囲が重ならない場合を包含する。また、波長フィルタとしてバンドパスフィルタを使用してもよいことは当業者には明らかである。
【０１０５】
さらに送信用の半導体レーザとして３個以上の異なる波長を有するものを用いた場合、受光素子に設ける波長フィルタとして少なくとも１つのバンドパスフィルタを用いれば、３局以上の同時通信も原理的には可能となる。
【０１０６】
次に、信号の送受信開始に至るまでのコネクション形成手順について、さらに詳しく説明する。ここでは、端末Ａと端末Ｂの間の送受信を考える。両端末には、実施形態１および実施形態２で説明したようなλ１とλ２の２波長を送信可能な複数の半導体レーザまたは多波長レーザと、これらの波長を判別可能な判別手段を有する受光素子とが装備されているものとする。
【０１０７】
まず、端末Ａが先に送信を開始した場合のコネクション形成手順について、図７を参照しながら説明する。この図７においては、時間の経過は上から下に示される。
【０１０８】
ステップ１において、端末Ａは他の端末からのデータ信号光や送信要求信号光等が検出されていないことを確認した上で、波長λ１の光を用いて送信要求信号を端末Ｂに送出する。
【０１０９】
ステップ２において、端末Ｂは端末Ａからの送信要求信号を確認した後、送信側に受信したことを告げる受信応答信号を波長λ２を用いて送出する。
【０１１０】
ステップ３において、端末Ａは端末Ｂからの受信応答信号を確認し、これによりコネクションが確立される。
【０１１１】
これ以降、端末Ａは波長λ１の光を用いて送信し、波長λ２の光を受信する。また、端末Ｂは波長λ２の光を用いて送信し、波長λ１の光を受信する。このように波長分割を行ってデータ送受信を全２重双方向に行うことができる。端末Ｂが先に送信を開始した場合も、同様の手順で全２重双方向通信が可能となる。
【０１１２】
次に、端末Ａと端末Ｂが同時に波長λ１の送信を開始した場合のコネクション形成手順について、図８を参照しながら説明する。この図８においても、時間の経過は上から下に示される。
【０１１３】
ステップ１において、端末Ａと端末Ｂが両方共、他の端末からのデータ信号光や送信要求信号光等が検出されていないことを確認した上で、同時に波長λ１の光を用いて送信要求信号を送出した場合を考える。この場合、波長λ１の光を送信に用いているため、両端末とも自動的に、波長λ１の受光素子は受光することができない状態に設定される。
【０１１４】
ステップ２において、両端末とも、波長λ１の光を受光することができないため、光が検出されず、受信応答待ち時間の状態が継続する。このとき、各端末の応答待ち時間はランダム設定としてあり、送信要求を行う度に応答待ち時間が変化する。従って、端末Ａおよび端末Ｂのうちのどちらか一方が先にタイムアウトすることになる。
【０１１５】
ここで、端末Ａが先にタイムアウトした場合を考えると、ステップ３においてタイムアウトした端末Ａは波長λ１の受光が可能となり、再度端末Ｂから送出された波長λ１の光検出を確認する。
【０１１６】
この波長λ１の光検出の確認に基づいて、ステップ４において、端末Ａは受信応答信号を波長λ２を用いて送出する。
【０１１７】
ステップ５において、端末Ｂは端末Ａからの受信応答を確認し、これによりコネクションが確立される。
【０１１８】
コネクションが確立された以降は、図７と同様、波長分割を行ってデータ送受信を全２重双方向で行うことができる。コネクションが確立できない場合には応答待ち時間をランダムに変化させて初めから再度トライする。これにより、どのような状況においても最終的にはコネクションが確立される。
【０１１９】
以上の手続きを自動的に行うための通信装置９５０のブロックダイアグラムを図９に示す。通信装置９５０は、制御装置９００、発光モジュール４２０および受光モジュール４１０を備える。発光モジュール４２０として、上記の異なる半導体レーザチップを有する半導体レーザを使用してもよい。また、受光モジュールとして、上記で説明した送受信ユニットの受信ユニット部分が使用され得る。このように構成された制御装置９００と、上記発光モジュール４２０および受光モジュール４１０を用いることにより、全２重の光伝送を実現することができる。以下に、この通信装置９５０の動作について説明する。
【０１２０】
受光モジュール４１０は単一波長受光素子４１１、４１２を備え、単一波長受光素子４１１はλ１の波長選択フィルタ機能を有し、単一波長受光素子４１２はλ２の波長選択フィルタ機能を有する。ここでは、各素子をパッケージ化して受光モジュール４１０を形成しているが、別々のパッケージに分離しても構わない。
【０１２１】
制御装置９００は、光検出部と、判別部と、復調部と、選択部４９０とを備える。図９において、光検出部として、受信キャリア検出回路４３１、４３２が使用され、判別部として判別回路４５０が使用され、復調部として、復調回路４８０が使用される。選択部４９０は、送信セレクタ４６０および送信駆動回路４４１、４４２を含む。
【０１２２】
受信キャリア検出回路４３１は、受光素子４１１の信号を受けて受信した波長λ１の信号が有効であるかどうかを判断し、有効であればそれを示す信号（λ１ＤＥＴ）を判別回路４５０に出力する。受信キャリア検出回路４３２は、同様に、受光素子４１２の信号を受けて受信した波長λ２の信号が有効であるかどうかを判断し、有効であればそれを示す信号（λ２ＤＥＴ）を判別回路４５０に出力する。
【０１２３】
判別回路４５０は、受信信号の波長を判別して、受信可能であれば受信イネーブル信号（ＲｘＥ）と、有効な受信信号のみを復調回路４８０に導くための受信セレクタ信号（λＳＥＬ）とを出力すると共に、送信制御信号（ＴｘＳｅｌ）を出力する。送信制御信号（ＴｘＳｅｌ）は、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）がアクティブになったときに受信信号とは異なる波長の送信信号を選択する信号である。判別回路４５０は、他の通信装置に発光モジュール４２０から信号を送信したときに送信信号が回り込んで通信装置９５０の受光モジュール４１０で受信してしまい、その結果、誤動作が生じないように、通信装置９５０の送信時に、他の通信装置への信号の波長を受信モジュール４１０で受信しないように光の検出を無効にする受信検出選択回路も備えてもよい。
【０１２４】
本実施形態では、受信信号セレクタ４７０を更に有し、受信信号セレクタ４７０は受信セレクタ信号に基づいて有効な受信信号を選択し、復調回路４８０は選択された信号を復調する。
【０１２５】
送信セレクタ４６０は判別回路４５０の送信要求に基づいて送信する波長を選択し、該当する送信駆動回路４４１、４４２を選択する。送信駆動回路４４１、４４２は単一波長発光素子４２１、４２２をそれぞれ駆動し、単一波長発光素子４２１、４２２はそれぞれ波長λ１、λ２に対応している。ここでは、各素子をモジュール化して発光モジュール４２０を形成しているが、用途によっては分離してもよい。また、各素子を同時に駆動することがない場合には、送信駆動回路４４１、４４２を１個にして駆動回路の出力側にセレクタ回路を設けることにより、回路規模を小さくしても基本的な動作は同じである。また、送信用の変調回路については駆動回路４４１、４４２に含まれるが、変調方式によっては分離して送信セレクタ４６０の前の送信データ入力側に設けてもよい。
【０１２６】
この通信装置９５０を有効に動作させるために制御を行う判別回路４５０の実現には、ソフトウェアにより行う方式とハードウェアにより行う方式がある。まず、ソフトウェアにより判別回路４５０を実現する方式について説明する。
【０１２７】
単一波長発光素子４２１、４２２がいずれも送信していない状態のときは、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）およびλ１、λ２の検出信号（λ１ＤＥＴ、λ２ＤＥＴ）はインアクティブである。まず、λ１、λ２の検出信号の状態をチェックして、両方がインアクティブである場合には信号の受信が無く（エンプティー状態：ＲｘＥｍｐ）、両方ともアクティブである場合にはエラー状態（ＲｘＥｒｒ）で、通信できない状態である。判別回路４５０は、状態に応じて、ＲｘＥｍｐ信号またはＲｘＥｒｒ信号を上位の通信モジュールに出力する。また、単一波長発光素子４２１、４２２のいずれかがアクティブである場合には、該当する波長の信号を受信していることを示し、制御回路４５０は受信イネーブル状態（ＲｘＥ）と判断する。
【０１２８】
上位の通信モジュールによってデータの送信要求が発生した場合には、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）がアクティブになるか、または送信要求指示が発生する。これを受けて、上述のようにλ１、λ２の検出信号の状態をチェックし、受信状態がエンプティー状態であって、かつ、エラー状態でないときには、送信が可能である。よって、波長λ１の送信駆動回路４４１または波長λ２の送信駆動回路４４２を選択して送信を開始する（ここでは、送信駆動回路４４１を選択したと仮定する）。このとき、送信する光の波長λ１の回り込みや反射等により通信装置９５０が送信した信号を自らの受光モジュール４１０（受光素子４１１）で受信してしまうと、単一波長光による全２重通信ができない。従って、送信開始後は、送信している波長（λ１）を自らの受光モジュール４１０（受光素子４１１）が検出する受信キャリア検出回路（４３１）の出力を無効にするか、または上述した受信状態の判定方法を変える必要がある。この状態では、相手の通信装置が波長λ２の光で応答してくるのを待てば良いから、判別回路４５０は、受信キャリア検出回路４３２の出力（λ２ＤＥＴ）を監視すると共に、受信セレクタ信号（λＳＥＬ）によって受信信号セレクタ４７０を波長λ２に切り替えて受信信号を復調できるようにする。波長λ２を検出する受信キャリア検出回路４３２の出力がアクティブになれば、全２重通信路が確立し、通信を開始することができる。
【０１２９】
一方、受信側の動作は、以下の通りである。通信が始まっていないので、上述のようにλ１、λ２を検出する受信キャリア検出回路４３１、４３２の出力λ１ＤＥＴ、λ２ＤＥＴは、インアクティブでエンプティー状態であり、受信待ちの状態である。そして、相手の通信装置が送信を開始して例えば波長λ１の光を送出してくると、波長λ１を検出する受信キャリア検出回路４３１の出力がアクティブになる。このとき、波長λ２の光が受信キャリア検出回路４３２によって検出されるとエラー状態となって通信ができない。受信キャリア検出回路４３１の出力のみがアクティブである場合には、この通信装置９５０は受信可能であるので信号セレクタ４７０をλ１に切り替えて波長λ１の信号を復調回路４８０に接続する。そして、受信イネーブル信号をアクティブにするか、または受信イネーブルの指示を上位通信モジュールに伝える。上位通信モジュールはこれを受けて受信状態であることを知り、通信応答に向けた送信要求を行う。そして、この通信装置９５０に対する送信要求があれば、現状態では波長λ２の信号が用いられていないことが判断できるので、波長λ２に対応する送信駆動回路４４２を駆動し、発光素子４２２を用いて受信応答信号を送信する。この受信応答信号の送信中は、光の回り込み現象のために波長λ２を検出する受信キャリア検出回路４３２の出力がアクティブになるため、この出力を無効にするか、または上述した受信状態の判定方法を変える必要がある。このようにして全２重通信路が確立し、双方向のデータ通信を開始することができる。
【０１３０】
なお、同時発信した場合に衝突を回避するための通信プロトコルについては、上位の通信モジュールにより実現することができ、ランダムな応答時間を設定するタイマーについても同様に上位の通信モジュールにより実現することができる。これらの動作については、上述した通りである。
【０１３１】
次に、ハードウェアにより判別回路４５０および送信セレクタ４６０を実現するための回路構成の一例について、図１０を参照しながら説明するが、同じような機能を有する回路であれば、実現方法はこれに限られない。
【０１３２】
判別回路４５０は、送信時に信号の回り込みによる誤判定を防止するために、受信検出選択回路５６０、受信波長判別回路５０５および汎用ゲート５１０、５１５から構成される。ここで、送信セレクタ４６０および判別回路４５０からの入出力インターフェースは、基本的に図９に示した信号と合わせてあり、基本的な動作はソフトウェアによる制御と同じである。
【０１３３】
両方の発光素子４２１、４２２が送信していない状態のときは、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）およびλ１、λ２の検出信号（λ１ＤＥＴ、λ２ＤＥＴ）はインアクティブである。よって、各波長の光に対応する送信要求信号ＴｘＲｅｑλ１、ＴｘＲｅｑλ２はインアクティブであり、λ１ＤＥＴ、λ２ＤＥＴ信号は、受信検出選択回路５６０のＡＮＤ回路の入力に論理反転されて入力されていることから、受信検出選択回路５６０を通過して受信波長判別回路５０５に導かれている。受信波長判別回路５０５は、この信号を検査して両方がインアクティブのときには信号の受信が無いエンプティー状態（ＲｘＥｍｐ）、両方ともアクティブのときにはエラー状態（ＲｘＥｒｒ）で通信できない状態と判断し、どちらかがアクティブである場合に該当する波長の信号を受信していることを示す状態（Ｒｘλ１またはＲｘλ２）と判断する。よって、受信波長判別回路５０５での判定の結果、ＲｘＥｍｐがアクティブとなればエンプティー状態であることが分かり、ＲｘＥｒｒがアクティブとなればエラー状態であることが分かる。また、その出力は汎用ゲート５１０を通して受信イネーブル信号の出力となっている。この受信イネーブル信号（ＲｘＥ）は、受信エラー状態（ＲｘＥｒｒ）およびエンプティー状態（ＲｘＥｍｐ）ではインアクティブになり、どちらか一方の波長光を受信したときのみアクティブになる。
【０１３４】
汎用ゲート５１５は、受信エンプティー状態（ＲｘＥｍｐ）で送信を開始するときに波長λ１を選択するための回路である。ここで、上位の通信モジュールによってデータの送信要求が発生した場合には、通信路が空いていること（ＲｘＥｍｐがアクティブ状態）を確認して送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）をアクティブにする。この状態では、汎用ゲート５１５の出力はアクティブ（Ｈ）であるから、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）がアクティブ（Ｈ）になったときに波長λ１の光送信要求信号ＴｘＲｅｑλ１がアクティブ（Ｈ）になり、送信データＴｘＤがＡＮＤゲートを通過してＴｘＤλ１に出力されて、送信駆動回路４４１を駆動することになる。なお、送信駆動回路の制御には送信要求信号ＴｘＲｅｑλ１を用いても良い。このとき、送信要求信号ＴｘＲｅｑλ１は、λ１ＤＥＴ信号のゲート信号となっているため、波長λ１の光の送信を開始した状態で、光の回り込みや反射等による誤検出を防止するためにλ１ＤＥＴ信号をインアクティブにすれば、それ以降は波長λ２の信号受信を待つ待ち状態にロックされる。この状態では、波長λ１の光は検出できなくなるため、送信セレクタ４６０によって波長λ２の光を送信してしまうことはない。
【０１３５】
この状態で相手の通信装置が波長λ１の信号を受けて波長λ２の信号で応答してきたら、受信キャリア検出回路４３２の出力λ２ＤＥＴがアクティブ、受信波長判別回路５０５のＲｘλ２がアクティブ（Ｈ）となり、それに伴って受信イネーブル信号ＲｘＥがアクティブとなる。また、受信セレクタ信号λＳＥＬは元々Ｌで受信信号セレクタ４７０が波長λ２を選択しているので、復調回路４８０で復調されて受信データＲｘＤが得られる。上位の通信モジュールは、受信イネーブル信号ＲｘＥがアクティブになることで、全２重通信路が確立したことを判断し、通信を開始することができる。このとき、Ｒｘλ２の出力がアクティブ（Ｈ）になって汎用ゲート５１０の出力がＬに落ちるが、汎用ゲート５１５の出力は変化しないために波長λ１による光の送信は変化しない。さらに、受信イネーブル信号ＲｘＥと送信要求信号ＴｘＲｅｑをＡＮＤゲートを通すことによって、全２重通信が確立したことを示す信号ＦｕｌＤを出力することもできる。
【０１３６】
次に、受信側の動作を説明する。受信側の通信装置が受信待機状態（通信が始まっていない初期状態）で待っているとき、相手の通信装置から波長λ１の信号光を受信したとする。受信待機状態では、送信要求信号（ＴｘＲｅｑ）がインアクティブ（Ｌ）であるから、受信検出選択回路５６０のゲートは両方とも開いており、どちらの波長の受信光も検出することができる。この状態で波長λ１、λ２の両方の信号を受信した場合には、受信波長判別回路５０５でエラーと判断され、受信イネーブル信号ＲｘＥがアクティブにならない。また、どちらか一方の信号を受信したときには受信イネーブル信号ＲｘＥがアクティブとなって受信可能であることを示す。ここでは、波長λ１の光を受信していることから、受信波長判別回路５０５の出力Ｒｘλ１の出力はＨとなる。その信号がλＳＥＬとなることから受信信号セレクタ４７０は波長λ１の信号をセレクトし、復調回路４８０で復調して受信データＲｘＤが得られる。上位通信モジュールが受信イネーブル信号ＲｘＥを調べて受信状態であることを確認したら、それに応答して送信要求ＴｘＲｅｑを行う。このとき、受信波長判別回路５０５の出力Ｒｘλ１はＨ、汎用ゲート５１５の出力はＬであることから、波長λ２の光送信要求信号ＴｘＲｅｑλ２がアクティブになり、波長λ２に対応する駆動回路４４２が駆動されて、発光素子４２２から波長λ２の受信応答信号が送信される。同時に、ＴｘＲｅｑλ２は、受信検出選択回路５６０のλ２ＤＥＴ信号のゲート信号となっているためにλ２ＤＥＴがインアクティブとなり、回路がロックされる。これにより、送信が波長λ２、受信が波長λ１に固定されて全２重通信が可能となる。
【０１３７】
以上に説明したように、ソフトウェアであってもハードウェアであっても実現方法を問わず、各波長光の受信状態を検出して相手の送信波長光を検出したときに受信可能状態かどうかを判断すると共に、検出した波長の光のみを復調させて受信データを得、応答送信要求時に検出波長とは異なる波長を自動的に選択して送信するように制御する制御装置と、異なる複数の波長を独立して発振可能な半導体レーザ装置と、各波長を選択的に受信可能な受光素子とを用いることにより、自動的に全２重通信路を実現することが可能である。
【０１３８】
（実施形態５）
本実施形態でも、全２重通信が可能となる空間光伝送方式について説明する。図１１Ａは実施形態５の空間光伝送ユニット１１００を示す断面図である。本実施形態において、実施形態４と異なる点は以下の通りである。
１．送信ユニット（図示せず）は９００ｎｍと１．２μｍの発信波長を有する２個の半導体レーザチップを用いている。
２．第１の受信ユニット１１２２はシリコン系受光素子１１２７を有し、波長１μｍ以下の光に受光感度を有する。また、第２の受信ユニット１１２３はインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）系の受光素子１１２８を有し、波長１μｍ以上の光に受光感度を有する。
３．各受信ユニット１１２２、１１２３にフィルタは配置されていない。
【０１３９】
この送受信ユニットを２個用いて双方向の通信を行う場合を考える。説明を明瞭化するため、便宜上、２つの送受信ユニットを参照符号１１０１、１１０２として参照することで区別する（図１１Ｂ）。相手側の送受信ユニット１１０２から送信される信号を送受信ユニット１１０１が受信する場合を想定する。送受信ユニット１１０１が、送信ユニット１１２１Ａ、第１の受信ユニット１１２２Ａ、第２の受信ユニット１１２３Ａを備え、送受信ユニット１１０２が、送信ユニット１１２１Ｂ、第１の受信ユニット１１２２Ｂ、第２の受信ユニット１１２３Ｂを備えると仮定する。
【０１４０】
相手の送受信ユニット１１０２も９００ｎｍと１．２μｍの２つの発振波長を有する半導体レーザチップを内蔵しているので、どちらの波長を用いて送信してくるかは不明である。そこで、送られてきた信号光を受信したときに、以下のように、送受信ユニット１１０１の第１の受信ユニット１１２２Ａおよび第２の受信ユニット１１２３Ａの受信レベルをチェックすることにより、相手の送受信ユニット１１０２が送信してきている光の波長を判別する。
【０１４１】
状態１：第１の受信ユニット１１２２Ａが信号光を受信し、第２の受信ユニット１１２３Ａは信号光を受信しない場合、相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂは９００ｎｍのレーザ光を用いて送信してきていることがわかる。
【０１４２】
状態２：第１の受信ユニット１１２２Ａは信号光を受信せず、第２の受信ユニット１１２３Ａが信号光を受信した場合、相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂは１．２μｍのレーザ光を用いて送信してきていることがわかる。
【０１４３】
相手の送受信ユニット１１０２からの送信がある場合には上記２つの状態しかあり得ないから、これにより相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂが用いているレーザ光の波長を判別可能である。この程度の判別は瞬時に行うことができるので、これを基にして、送受信ユニット１１０１からの送信に使用する送信ユニット１１２１Ａのレーザ光の波長を決定する。この波長は、以下のように、相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂが用いている波長とは異なる波長に設定する。
【０１４４】
上記状態１の場合には、送受信ユニット１１０１の送信ユニット１１２１Ａは１．２μｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット１１０１からの送信光は第１の受信ユニット１１２２Ａに受信されず、第２の受信ユニット１１２３Ａによって受信される。従って、第１の受信ユニット１１２２Ａを用いて相手の送受信ユニット１１０２からの信号を受信すれば、送受信ユニット１１０１の送信信号の影響を受けることなく受信することができ、全２重通信が可能となる。
【０１４５】
上記状態２の場合には、送受信ユニット１１０１の送信信ユニット１１２１Ａは９００ｎｍの波長を用いて送信する。このとき、送受信ユニット１１０１からの送信光は第１の受信ユニット１１２２Ａによって受信され、第２の受信ユニット１１２３Ａには受信されない。従って、第２の受信ユニット１１２３Ａを用いて相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂからの信号を受信すれば、送受信ユニット１１０１の送信信号の影響を受けることなく受信することができ、全２重通信が可能となる。
【０１４６】
従って、いずれの場合にも相手の送受信ユニット１１０２の送信ユニット１１２１Ｂからの信号光の波長を瞬時に判別することにより、送受信ユニット１１０１からの送信に用いる半導体レーザチップの波長を決定し、それを用いて送信することにより全２重通信が可能となる。本実施形態では、受光素子の特性に波長依存性があるものを用いており、その特性に合致した半導体レーザチップを用いることにより、フィルタを用いることなく全２重通信が可能となる。
【０１４７】
（実施形態６）
図１２に、本発明の半導体レーザ装置を赤外線送受信機６０１の赤外線送信機として、かつ、本発明の制御装置を通信制御装置６０２として用いた双方向赤外線通信装置１２００ａ、１２００ｂについて、誤り率を測定するための実験装置１２００を示す。
【０１４８】
赤外線送受信機６０１の赤外線受信機は各波長を選択受信可能である。通信制御装置６０２は、マイクロコンピュータを用いて実験用の制御統制機能を実現可能としたものであり、赤外線通信装置１２００ａ、１２００ｂは赤外線送受信機６０１と通信制御装置６０２とを備える。
【０１４９】
この赤外線通信装置１２００ａ、１２００ｂには、送信要求のためのスイッチ６０３と送信停止要求のためのスイッチ６０４がそれぞれ設けられ、赤外線通信装置１２００ａ、１２００ｂを向かい合わせて送信要求スイッチ６０３を押すと、実施形態４で説明した通信手順を実行して全２重通信路を形成するように構成されている。ＬＥＤ６１１は通信路が全２重通信モードになったことを示し、ＬＥＤ６１２は波長λ１光の信号検出を示し、ＬＥＤ６１３は波長λ２光の信号検出を示す。
【０１５０】
誤り率測定装置６０５ａ、６０５ｂは赤外線双方向通信の伝送状態をチェックする。ここでは、誤り率測定装置６０５ａからの送信データが赤外線通信装置１２００ａに入力され、赤外線通信装置１２００ａの赤外線送信機から送信され、赤外線通信装置１２００ｂの赤外線受信機で受信された信号が受信データとして誤り率測定装置６０５ａに入力される。誤り率測定装置６０５ａは、送信データと受信データとの誤り率を測定する。反対に、誤り率測定装置６０５ｂからの送信データが赤外線通信装置１２００ｂに入力され、赤外線通信装置１２００ｂの赤外線送信機から送信され、赤外線通信装置１２００ａの赤外線受信機で受信された信号が受信データとして誤り率測定装置６０５ｂに入力される。誤り率測定装置６０５ｂは、送信データと受信データとの誤り率を測定する。上記のような構成により、双方向の通信状態が２台の誤り率測定装置によってチェックされ、上りと下りの伝送誤りを同時にチェックできるように実験を行った。
【０１５１】
この実験装置１２００を用いて伝送速度１００Ｍｂｐｓ、通信距離２ｍで実験を行ったところ、通信装置１２００ａまたは通信装置１２００ｂの送信要求スイッチ６０３を押すことにより双方向の送信が始まり、双方向通信状態になったことを示すＬＥＤ６１１が点灯した。そして、誤り率計のエラーは０となり、良好な通信状態であることが分かった。
【０１５２】
また、送信停止スイッチ６０４を押すことにより両方の送信が終了し、全２重通信が可能であることが確認できた。本実施形態では１００Ｍｂｐｓで実験を行ったが、クロックスピードを上げることによってさらに高速の伝送が可能であることは言うまでもない。
【０１５３】
（実施形態７）
本実施形態では、半導体レーザチップを樹脂モールドする際に、屈折率の異なる材料の混入量や樹脂の大きさ、形状等を調整して光スポット径が１ｍｍになるように設定し、ファイバとしてコア径１ｍｍのＰＯＦを用いてこれらを直接接合することを試みた。その結果、特別な工具を用いること無しに、目視で簡単に高効率の光結合を行うことが可能であった。また、半導体レーザ装置のスポットサイズと放射角を自由に調整することができるため、用途に応じた仕様で設計することが可能であった。
【０１５４】
なお、本実施形態では、樹脂モールド中の屈折率の異なる材料の混入量や樹脂の大きさ、形状等を調整して光スポット径が１ｍｍになるように設定したが、別のスポットサイズが要求される場合には、複数の半導体レーザチップの間隔や、マルチストライプレーザの発光部間隔、幅広レーザの発光部幅等を調整して所望のスポットサイズを得ることも可能である。
【０１５５】
（実施形態８）
図１３は実施形態８のファイバ系光伝送ユニット１３００を示す断面図である。この光伝送ユニット１３００は、ファイバとしてＰＯＦ７２を用いており、その先端に光ミニプラグ７１が装備されている。半導体レーザ装置７０は、７８０ｎｍの発信波長を有する半導体レーザチップ７０ａと９８０ｎｍの発信波長を有する半導体レーザチップ７０ｂとが１つのパッケージ内に実装され、全体が樹脂モールドされて発光スポットサイズ約１ｍｍとされている。半導体レーザ装置７０は光ミニジャック（ＯＭＪ）７３に取り付けられ、ＯＭＪ７３の内部には波長７８０ｎｍの光を選択的に受信可能な受光素子７４と波長９８０ｎｍの光を選択的に受信可能な受光素子７５が内蔵されている。本実施形態において、接続コネクタの具体例として光ミニジャック７３を説明する。受光素子７４、７５は、半導体レーザ装置７０とＰＯＦ７２との間の光路内に取り付けられ、それによって半導体レーザ装置７０からの出射光の一部が遮断されるが、残りがＰＯＦ７２に導かれる。また、ＰＯＦ７２からの光も、受光素子７４、７５に受光されるものとそれを通過して半導体レーザ装置７０に戻るものに分かれる。しかし、半導体レーザチップ７０ａ、７０ｂは樹脂モールドされているため、戻り光のうち半導体レーザチップ７０ａ、７０ｂにまで戻るものは殆ど無く、戻り光雑音は確認されなかった。
【０１５６】
本実施形態のファイバ系光伝送ユニットを用いて映像情報の伝送を試みたところ、実施形態４で説明した手順で行うことにより、全２重通信が可能であることが確認された。
【０１５７】
（実施形態９）
図１４は実施形態９のファイバ系光伝送ユニット１４００を示す断面図である。本実施形態において、実施形態８と異なる点は、光ミニジャック７３内の受光素子７４、７５の配置である。本実施形態においては、波長７８０ｎｍの光を選択的に受信可能な受光素子７４と波長９８０ｎｍの光を選択的に受信可能な受光素子７５が光ミニジャック７３の内壁面に取り付けられている。従って、実施形態８のように半導体レーザ装置７０から直進して出力された光が受光素子７４、７５によって遮られることなくＰＯＦ７２に導かれ、高効率の光結合が実現された。また、ＰＯＦ７２からの光はＰＯＦ７２出力後に回折し、ある程度の広がり角をもって出射されるから、受光素子７４、７５が内壁面に取り付けられていても、充分な受光感度が得られる。その結果、半導体レーザ装置の光出力が実施形態８と比較して８０％であっても、実施形態８と同様の光伝送を実現可能であった。
【０１５８】
さらに、本実施形態の光伝送ユニット１４００により、多チャンネルケーブルテレビの配信信号を用いて映像信号の伝送実験を行った。伝送速度を１Ｇｂｐｓ、伝送距離（ファイバ長さ）を１００ｍとしたところ、全２重でエラーフリーの良好な伝送が確認された。同様の効果は、ＡＶ機器間の映像信号伝送に用いた場合にも確認され、本発明はこれらの信号伝送に適していることが確認された。
【０１５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による場合には、半導体レーザチップと光拡散機能を有する樹脂部とが一体成形されているので、半導体レーザチップからの出射光を空間に安全に放出することができ、低消費電力で高速伝送が可能となる。
【０１６０】
複数の発光部を有するマルチストライプ型半導体レーザを用いるか、幅７μｍ以上の発光部を有する幅広ストライプ半導体レーザを用いるか、複数の半導体レーザチップを搭載することによって、素子の信頼性が飛躍的に向上し、さらに、発光スポットサイズと光放射角の制御が容易になる。
【０１６１】
樹脂部に屈折率が異なる材料を混入し、樹脂部を半導体レーザチップと接触しないように設けることにより、目に対する安全性を充分確保することができる。特に、半導体レーザチップを搭載する容器の熱抵抗を１５０ｄｅｇ／Ｗ以下、好ましくは、１００ｄｅｇ／Ｗ以下とするのが効果的である。
【０１６２】
半導体レーザチップの複数の発光部、または複数搭載された半導体レーザチップが全て同じ波長帯域で発振するものであれば、半導体レーザ装置の信頼性を向上させることが可能となる。また、半導体レーザチップの複数の発光部または複数搭載された半導体レーザチップのうちの少なくとも２つが、異なる波長帯域で発振するものであれば、全２重通信が可能となる。
【０１６３】
特に、発振波長７６０ｎｍ以上１．５μｍ以下の波長帯で非常に効果的であり、約９００ｎｍ、約１．１μｍまたは約１．４μｍ近傍の波長では最も雑音が少なく良好な状態で光伝送を行うことができる。
【０１６４】
さらに、波長判別手段を有する受光素子を装備することにより、全２重空間光伝送システムが実現可能となる。
【０１６５】
異なる複数の波長の中から、相手の送受信ユニットが送信してきている波長を自動判別し、その波長以外の波長を選択して自らの送受信ユニットから送信することにより、従来では半２重であったＩｒＤＡ等の光空間伝送を全２重空間光伝送とすることができる。また、伝送に用いる光の波長を予め指定しておく必要が無いので、親機と子機の区別が不要となって対称的通信が可能となり、通信相手の送受信ユニットが変わっても波長選択の設定が不要となる。また、従来複雑であった通信プロトコルの簡略化も図ることができる。また、本発明は、ＩＥＥＥ１３９４空間伝送方式にも適用可能である。
【０１６６】
送受信ユニットから送信する際に、発光素子が送信している波長の光を送受信ユニットの自らの受信回路が検出しないように制御すれば、送受信ユニット自らの信号の影響を受けずに受信可能であり、良好な通信状態を確保することができる。
【０１６７】
さらに、従来では２本のファイバを用いることが主流であったＩＥＥＥ１３９４全２重化光通信方式を、１本のファイバを用いて実現可能することができ、半導体レーザ装置とファイバの光結合を簡単に行うことができる。
【０１６８】
一方の端部に発光素子（半導体レーザ装置）を配置し、他方の端部に光ファイバを配置し、接続コネクタの内部に受光素子を配置して固定するような筒状の接続コネクタを用いることにより、半導体レーザ装置や受光素子とファイバとの接続がさらに容易になる。また、この接続コネクタの内壁面に受光素子を配置すれば、半導体レーザ装置からの光が受光素子に遮られないので、信号光の利用効率が向上し、高効率の光結合が得られる。
【０１６９】
本発明の制御装置によれば、異なる複数の波長の中から相手の通信装置が送信してきている波長を自動判別し、その波長以外の波長を選択して自らの通信装置から送信可能な光送信システムを実現することが可能となる。
【０１７０】
本発明の通信装置によれば、通信相手の端末が変わっても波長選択の設定をその都度行う必要がなく、従来複雑であった通信プロトコルの簡略化を図ることができ、さらに、データの送受信を全２重双方向で行うことができる。また、各局でランダムな待ち時間を設定するプロトコルにより、同時送信状態が発生したときでもコネクション確立の衝突を回避して、どのような状況においてもコネクションを確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図２Ａ】実施形態１の半導体レーザ装置の断面図である。
【図２Ｂ】実施形態１の変形例の半導体レーザ装置の断面図である。
【図３】実施形態２の半導体レーザ装置の断面図である。
【図４】実施形態３の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図５Ａ】実施形態３の光送受信ユニットを示す斜視図である。
【図５Ｂ】実施形態３の光送受信システムを示す斜視図である。
【図６Ａ】実施形態４の光送受信ユニットを示す断面図である。
【図６Ｂ】実施形態４の光送受信システムを示す斜視図である。
【図７】片方の端末から送信を開始した場合のコネクション形成手順を示す図である。
【図８】両方の端末から送信を開始した場合のコネクション形成手順を示す図である。
【図９】コネクション形成を自動的に行うための半導体レーザ駆動回路および受光素子の信号処理回路のブロックダイアグラムである。
【図１０】図９の判別回路および送信セレクタをハードウェアで実現するための回路の一例を示す図である。
【図１１Ａ】実施形態５の光送受信ユニットを示す断面図である。
【図１１Ｂ】実施形態５の光送受信システムを示す斜視図である。
【図１２】実施形態６の双方向赤外線通信実験装置を示す図である。
【図１３】実施形態８のファイバ系光伝送ユニットを示す断面図である。
【図１４】実施形態９のファイバ系光伝送ユニットを示す断面図である。
【図１５】従来のＩｒＤＡを用いた光伝送システムを示す図である。
【図１６】従来のＩｒＤＡを用いた送受信ユニットを示す断面図である。
【図１７】従来のファイバ系光伝送に用いられる送受信ユニットを示す断面図である。
【符号の説明】
１、２、１２、１３、７０ａ、７０ｂ  半導体レーザチップ
３、３ａ、３ｂ  樹脂
４  ヒートシンク
５  ステム
６、６６  リードピン
７  ワイヤ
８  キャップガラス
９  キャップ
１１  半導体レーザアレイ
１５  光拡散板
２４ａ、２４ｂ、７４、７５、６２４、１１２７、１１２８  受光素子
７０、１００、３００、４００  半導体レーザ装置
７１  光ミニプラグ
７２、１７１６、１７１７、１７１８  ＰＯＦ
７３  光ミニジャック
４１０  受光モジュール
４１１、４１２  単一波長受光素子
４２０  発光モジュール
４２１、４２２  単一波長発光素子
４３１、４３２  受信キャリア検出回路
４４１、４４２  送信駆動回路
４５０  判別回路
４６０  送信セレクタ
４７０  受信信号セレクタ
４８０  復調回路
４９０  選択部
５００、５０１、５０２、１６００  送受信ユニット
５０５  受信波長判別回路
５１０、５１５  汎用ゲート
５２１、５２１Ａ、５２１Ｂ、１６０１  送信ユニット
５２２、５２２Ａ、５２２Ｂ、５２３、５２３Ａ、５２３Ｂ、６２２、６２３、１１２２、１１２３、１６０２  受信ユニット
５６０  受信検出選択回路
６００、１１００  送受信ユニット
６０１  赤外線送受信機
６０２  通信制御装置
６０３  送信要求スイッチ
６０４  送信停止スイッチ
６０５ａ、６０５ｂ  誤り率測定装置
６１１  全２重通信モード表示ＬＥＤ
６１２  λ１光信号検出を示すＬＥＤ
６１３  λ２光信号検出を示すＬＥＤ
６２５、６２６  波長選択フィルタ
９００  制御装置
９５０  通信装置
１２００ａ、１２００ｂ  赤外線通信装置
１５００  パーソナルコンピューター
１５０２  携帯情報端末
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
0004902044.tif 000009
【図６Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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