JP2002139659A - 光通信システム、通信機器及び光トランシーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光通信システム、その通信機器に用いられる
光トランシーバにおいて、レンズやプリズム等を必要と
しない、単純で安価な構造の一芯双方向全二重通信型の
光トランシーバの実現を図る。 【解決手段】 光ファイバケーブルによって信号を伝送
する通信機器用の光トランシーバであって、送信部２と
受信部３を有し、該送信部２及び受信部３に接続された
複数芯構造のＹ字型光分配素子１６を内蔵して成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号の明滅とそ
れの信号を光ファイバケーブルによって伝送する構成の
光通信システム、光通信機器、及びこれに用いられる光
トランシーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばデジタル信号の伝送等の分
野においては、デジタルＶＴＲやデジタルオーディオ等
のデジタル民生機器や、パーソナルコンピュータの急速
な普及に伴い、それらの機器を相互に接続し、相互のデ
ジタル信号を高速に双方向へ伝送する必要が生じてい
る。それらの要求に応えるために、ＩＥＥＥ１３９４規
格等の高速なシリアルデジタル通信方式が提案され、実
用化されている。

【０００３】ところで、このような通信方式において、
例えば１００メガビット毎秒以上の高速なデジタル信号
を撚り対線等の銅線で伝送する場合には、この銅線から
電磁障害等の原因となる雑音電磁波が放出されることが
ある。また、逆に他のデジタル機器から放出された雑音
電磁波に感応して誤動作する可能性がある。このような
不具合を回避するために、デジタル電気信号を一旦光信
号に変換してから、これを光ファイバ等の光通信媒体を
介して伝送する、所謂光ファイバ通信を民生用デジタル
機器間の信号伝送に応用することが期待されている。

【０００４】民生用として使用する場合には敷設が容易
で、なおかつ安価であることが要求されることから、ア
クリル等のプラスチック光ファイバケーブルを民生用光
デジタル通信用に応用することが期待されている。

【０００５】かかる状況において、従来、プラスチック
光ファイバを使った通信方式としては、機器間でのデジ
タル通信の形態に応じて、一方向型や双方向半二重型、
双方向全二重型の光通信方式が採用されている。一方向
型の光通信方式は、デジタル信号の流れが一方向のみの
場合に用いられる。双方向半二重型の光通信方式は、デ
ジタル信号の流れを交互に切替えることが可能である場
合に用いられる。また、双方向全二重型の光通信方式
は、相互の機器がデジタル信号の送信と受信を同時に行
う必要がある場合に用いられる。

【０００６】このような双方向全二重通信を実現するた
めに、従来より二芯型の光トランシーバと一芯型の光ト
ランシーバが提案されていた。二芯型の光トランシーバ
は、発光素子と受光素子が独立して配置されており、コ
ネクタによって別々の光ファイバへ結合し、それぞれ他
局の光トランシーバの受光素子と発光素子に光学的に結
合する構造になっている。従って、使用するプラスチッ
ク光ファイバケーブルは２本対線であり、それを光トラ
ンシーバに結合されるコネクタは２極構造となる。

【０００７】一方、一芯型の光トランシーバでは一本の
光ファイバケーブルで双方向の送信と受信を同時に行
う。そのために、発光素子と受光素子およびビームスプ
リッタ等の光学部品を光トランシーバ内で組み合わせ
て、送信する信号光を光ファイバへ入射させると同時
に、送信されてきた信号光を同一の光ファイバより取り
出す構造となっている。光ファイバケーブルと光トラン
シーバとを結合させるコネクタには１極構造のものが使
用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一芯型の光トランシー
バでは前述したように、一本の光ファイバケーブルで双
方向の送信と受信を同時に行う。そのため、発光素子と
受光素子およびビームスプリッタ等の光学部品を光トラ
ンシーバ内で組み合わせて、送信する信号光を光ファイ
バへ入射させると同時に、送信されてきた信号光を同一
の光ファイバより取り出す必要がある。

【０００９】そのような光学系を構成するためには、発
光素子と受光素子、光分配を行うビームスプリッタ用プ
リズムや、光ファイバへ信号光を入射させるためのレン
ズ等の部品をそれぞれ高い精度で配置する必要があっ
た。また、発光素子からの信号光が光路中の部品で反射
して受光素子へ入射することによって生じる信号雑音を
低減するために、レンズやプリズム類の表面に反射防止
膜を形成する必要があった。上記の理由から、プリズム
やレンズを組み合わせて一芯のトランシーバを構成する
場合には、組み立てや表面処理に要する費用が必要とな
り、目的とする民生用機器に適した価格で光トランシー
バを提供するための障害となっていた。一方、光通信シ
ステムを構成する光通信機器への光ファイバケーブルの
接続等の簡素化も望まれていた。

【００１０】本発明は、上述の点に鑑み、構成を簡単に
し、単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に全二重
通信を可能にした光通信システム、光通信機器、及びこ
れに用いられる光トランシーバを提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光通信シス
テムは、複数の通信機器間を光ファイバケーブルによっ
て信号を伝送する光通信システムであって、通信機器に
送信部と受信部と該送信部及び受信部に接続された複数
芯構造のＹ字型光分配素子とを内蔵した光トランシーバ
を備え、単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に全
二重通信を行うようにした構成とする。

【００１２】本発明の光通信システムでは、通信機器に
光分配素子、特に複数芯構造のＹ字型光分配素子が内蔵
された光トランシーバを備えているので、一芯双方向全
二重通信において構成の簡単化が図られると共に、信号
・雑音強度比の向上が図られる。通信機器側の光ファイ
バケーブル接続用のコネクタ差し込み口が１つで済む。

【００１３】本発明に係る通信機器は、光ファイバケー
ブルによって信号を伝送する通信機器であって、送信部
と受信部と該送信部及び受信部に接続された複数芯構造
のＹ字型光分配素子を内蔵した光トランシーバを備え、
単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に全二重通信
を行えるようにした構成とする。

【００１４】本発明の通信機器では、光分配素子、特に
複数芯構造のＹ字型光分配素子が内蔵された光トランシ
ーバを備えているので、構成の簡単化が図られる。光フ
ァイバケーブル接続用のコネクタ差し込み口が１つで済
む。

【００１５】本発明に係る光トランシーバは、光ファイ
バケーブルによって信号を伝送する通信機器用の光トラ
ンシーバであって、送信部と受信部を有し、この送信部
及び受信部に接続された複数芯構造のＹ字型光分配素子
を内蔵した構成とする。

【００１６】本発明の光トランシーバでは、光分配素
子、特に複数芯構造のＹ字型光分配素子が内蔵されてい
るので、構成が簡単化される。機器側に設けられる光フ
ァイバケーブル接続用のコネクタ差し込み口は１つで済
む。従って、光ファイバケーブル側でののコネクタは１
つですみ、光ファイバケーブルと光トランシーバとの接
続を簡単にする。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、鋭意検討を重ねた
結果、発光素子や受光素子に光分配素子、即ち導光型光
分配素子を一体に組み合わせて光トランシーバを構成す
ることにより、単芯の光ファイバケーブルを介して双方
向に全二重通信を行うことが可能であることを見いだ
し、本発明に至った。本実施の形態に係る光通信システ
ムは、光信号の明滅とその信号を光ファイバケーブルに
よって伝送する構成の光通信システムであって、その通
信機器に電気ー光変換素子及び送信回路を有すると送信
部と、光ー電気変換素子及び受信回路を有する受信部
と、これら送信部及び受信部に接続された導光型光分配
素子とを内蔵した光トランシーバを備え、複数局の通信
機器間で単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に二
重通信を行うように構成する。光トランシーバとして
は、電気ー光変換素子、例えば電気信号を光信号に変換
する発光素子と、光ー電気変換素子、例えば他局から送
信された光信号を電気信号に変換する受光素子と、これ
ら発光素子及び受光素子に光学的に単芯の光ファイバケ
ーブルと結合させるための導光型光分配素子とから構成
される。導光型分配素子としては、複数芯構造、好まし
くは多芯構造のＹ字型光分配素子で形成される。

【００１８】一般に、一芯型光トランシーバでは、ビー
ムスプリッタやレンズ等の光学部品を組み合わせること
で、発光素子の光信号を光ファイバへ入射させたり、受
信した光信号を受光素子へ入射させる構成を採る必要が
あった。しかし、このような構成によって一芯型光トラ
ンシーバを作成するためには、レンズやプリズムなどの
各光学部品の表面に反射防止膜等を形成する必要があ
り、また、各光学部品を高精度で取付ける必要があっ
た。これに対して、本実施の形態では、発光素子及び受
光素子と共に導光型光分配素子を内蔵させて一芯型光ト
ランシーバを構成するので、光トランシーバとしての部
品点数を減らし、且つ上記のような無反射膜の形成や高
精度の組立てを必要とせず、構造が簡単になり、低価格
で民生用に適した光デジタル用トランシーバ、並びこれ
を用いた通信機器、光通信システムの提供が可能にな
る。

【００１９】次に、図面を参照して本発明の実施の形態
を説明する。

【００２０】先ず、本実施の形態の光トランシーバ、即
ち光通信システムの通信機器に用いられる光トランシー
バについて説明する。本実施の形態に係る光トランシー
バ１は、図１に示すように、電気信号を光信号に変換す
る例えば発光ダイオード等による発光素子１１と該発光
素子１１を駆動する電気回路１２を有する送信部２と、
光信号を電気信号に変換する例えばフォトダイオード等
による受光素子１３と該受光素子１３の電気信号を増幅
する電気回路１４を有する受信部３と、発光素子１１及
び受光素子１３を光ファイバケーブル、即ち両局の通信
機器間を接続する単芯型の光ファイバケーブル１５と結
合させるための導光型光分配素子１６とから構成され
る。この光トランシーバ１には、１つの差し込み口１８
が形成され、この差し込み口１８に単芯型光ファイバケ
ーブル１５のコネクタ１７が差し込まれる（図２参
照）。

【００２１】一具体例としては、発光素子１１として中
心波長約６５０ｎｍの発光ダイオードを使用し、受光素
子１３としてシリコンＰＩＮ型フォトダイオードを使用
した。また、光ファイバケーブル１５としては、コア径
が９８０μｍ、クラッド層を含めると直径１０００μｍ
のアクリル系プラスチック光ファイバケーブルを使用す
ることができる。

【００２２】導光型光分配素子１６としては、多芯コア
型光ファイバをＹ字型に形成した光分配素子を用いるこ
とができる。光トランシーバ１では、この導光型光分配
素子１６の二股枝部の一方端が発光素子１１に結合さ
れ、その他方端が受光素子１３に結合され、その幹部側
の端部が差し込み口１８に臨むように構成される。

【００２３】図３は、本実施の形態で使用した導光型光
分配素子１６の一例を示す。本導光型光分配素子１６
は、図３Ａに示すように、所謂マルチコアファイバと呼
ばれる光ファイバが用いられる。この光ファイバ１６
は、光を伝播させるための多数のコア材（所謂コア部）
２５が束ねられており、そのコア材２５間の間隙に各コ
ア材２５を分離するように屈折率差を持つクラッド材
（所謂クラッド部）２６が充填された構造になってい
る。この構造により光ファイバ１６内の各コア部２５夫
々が光を伝播するように構成される。そして、光ファイ
バ１６は、このマルチコアファイバの一端が直径方向へ
２分割するようにＹ字型に構成される（図３Ｂ参照）。

【００２４】導光型光分配素子１６の一具体例として
は、各コア径が約５０μｍ、コア数が５００本、外径１
０００μｍのアクリル製マルチコアファイバを加工して
作成した。約１．５ｃｍの長さのマルチコアファイバの
一端を、直径方向へ２分するように１ｃｍほどナイフで
長さ方向へ切り込みを入れ、図３Ｂに示すように、Ｙ字
型の形状に構成することができる。この構成により、幹
部２１全面より入射した信号光は２つの枝部２２及び２
３へ分配されて導光され、一方の枝部２２または他方の
枝部２３より入射された信号光は幹部２１まで導光され
る。なお、導光型分配素子１６の他の例としては、２芯
コアファイバをＹ字型に加工して作成することも可能で
ある。

【００２５】本実施の形態に係わる光トランシーバ１に
よれば、マルチコアファイバからなるＹ字型の導光型光
分配素子１６を内蔵しているので、レンズやプリズム等
を不要とし、各光学部品の光軸を調整したり、精密な取
付けを行う必要がなく、また、簡単な構造で構成するこ
とができる。すなわち、レンズやプリズム等を必要とし
ない単純で安価な構造の一芯全双方向二重通信型の光ト
ランシーバを実現できる。Ｙ字型の導光型光分配素子１
６は、マルチコアファイバで構成されているので、例え
ば発光素子１１から一方の枝部２２へ信号光を入射した
とき、この信号光が導光型光分配素子１６と光ファイバ
ケーブル１５の結合部分で反射したとしても、その反射
光は他方の枝部２３側へ入射することがない。従って、
発光素子１１からの信号光の光ファイバケーブル２５と
の結合部分で反射した反射光と、同じ光ファイバケーブ
ル１５を通して伝送されて来る他局の通信機器からの信
号光とが混合されて、受光素子１３へ入射されることは
ない。光トランシーバ１では、光ファイバケーブル１５
と接続するためのコネクタ１７の差し込み口１８が１つ
で済むので、コネクタの差し込み口数を多く設けられな
い通信機器（例えばデジタルビデオカメラ、ミニディス
クプレエーヤ等のデジタル機器を含む）に適用して好適
である。

【００２６】光デジタル通信において、ビットエラーレ
ート（１Ｅー１２）を確保するために必要な信号・雑音
強度比は、信号波形をガウス分布に近似することにより
約２３．０ｄＢ以上と計算される。本発明における一芯
双方向全二重通信においては、熱雑音等の機器ノイズよ
りも戻り光雑音が支配的れあると考えられるため、戻り
光レベルよりも十分に高い信号光強度が受信機に到達す
ることが必要である。

【００２７】そこで、本実施の形態で作成した光トラン
シーバを使用し、図４の構成で光学的な光信号特性を測
定した。局Ａ側の光トランシーバ３１の送信側の発光ダ
イオード１１を一定強度で発光させ、長さ５ｍの伝送用
光ファイバケーブル３２を介して局Ｂ側の光トランシー
バ３３へ信号光を送信する。その際に局Ｂ側の発光ダイ
オード１１は発光せずに受信光強度のみを測定するよう
にする。このような手順で、本実施の形態の光トランシ
ーバの迷光雑音強度及び、到達信号強度を測定した。な
お、図４において、３５は局Ａ側の発光ダイオード１１
を駆動する電気回路１２に接続した定電流電源、３６、
３７はそれぞれ局Ａ側及び局Ｂ側のフォトダイオード１
３の電気信号を増幅する電気回路１４に接続した光パワ
ーメータである。

【００２８】定電流電源３５を調節して局Ａ側の発光ダ
イオード１１からの放出光強度を約−１４．０ｄＢｍと
したときに、局Ａ側のフォトダイオード１３で検出され
た戻り光雑音強度は約−３９．６ｄＢｍであり、局Ｂ側
のフォトダイオードで約−２７．９ｄＢｍの到達信号強
度を検出した。従って、信号光・雑音光強度比として、
約１１．７ｄＢの性能を得ることができたことになる。
この光強度比を電圧出力比に換算すると、約２３．４ｄ
Ｂであることから、本実施の形態による光トランシーバ
を使用することで、一芯全二重デジタル光通信を１Ｅー
１２のビットエラーレートで行うことが、十分に可能で
あることが明らかである。

【００２９】図５は、本発明の光通信システム、即ち上
述の光トランシーバ１を備えた光通信システムの一実施
の形態を示す。本実施の形態に係る光通信システム４０
は、複数の通信機器、例えば一方側の通信機器５０と他
方側の通信機器６０を有し、両通信機器５０及び６０間
に単芯の光ファイバケーブル４１が接続され、光ファイ
バケーブル４１を介して双方向全二重通信を行うように
構成される。一方側の通信機器５０は、電気信号を光信
号に変換する発光素子１１とこれを駆動する電気回路１
２を有する送信部２、光信号を電気信号に変換する受光
素子１３とその電気信号を増幅する電気回路１４を有す
る受信部３、及び導光型光分配素子１６を一体に内蔵し
た光トランシーバ１を備え、さらに、デジタル機器５２
との電気信号の橋渡しを行って送信部２及び受信部３を
制御する制御回路５１を備えて成る。他方側の通信機器
６０は、同様に、電気信号を光信号に変換する発光素子
１１とこれを駆動する電気回路１２を有する送信部２、
光信号を電気信号に変換する受光素子１３とその電気信
号を増幅する電気回路１４を有する受信部３、及び導光
型光分配素子１６を一体に内蔵した光トランシーバ１を
備え、さらに、デジタル機器６２との電気信号の橋渡し
を行って送信部２及び受信部３を制御する制御回路６１
を備えて成る。

【００３０】光ファイバケーブル４１は、その両端に夫
々コネクタ１７が取付けられ、このコネクタ１７が両通
信機器５０及び６０における夫々の光トランシーバ１の
差し込み口１８に差し込まれて導光型光分配素子１６を
介して各送信部２、受信部３に結合される。

【００３１】本実施の形態の光通信システム４０の光伝
送は、次のように行われる。先ず、一方側の通信機器５
０からの光伝送に関しては、通信機器５０の制御回路５
１により送信部２が駆動制御され、電気回路１２により
発光素子１１が動作して光信号を発生する。この光信号
が導光型光分配素子１６の一方の枝部を通して光ファイ
バケーブル４１に入射される。この光信号は、光ファイ
バケーブル４１の他側の端部から他方側の通信機器６０
の導光型光分配素子１６に入射し、分配されて受信部３
の受光素子１３に入射し、受信部３内で電気信号に変換
され、出力される。

【００３２】同様に、他方側の通信機器６０の送信部２
からの光信号が、導光型光分配素子１６を介して光ファ
イバケーブル４１に入射し、一方側の通信機器５０の導
光型光分配素子１６を介して分配されて受光素子１３に
入射し、受信部３内で電気信号に変換され、出力され
る。かくして、一方側の通信機器５０と他方側の通信機
器６０間の双方向全二重型の光通信がおこなわれる。

【００３３】本実施の形態の光通信システム４０によれ
ば、一芯双方向全二重通信において信号・雑音強度比を
向上することができると共に、通信機器５０、６０、光
ファイバケーブル４１の接続を含めた全体の構成の簡素
化を図ることができる。即ち、各通信機器５０、６０で
は、多芯構造でＹ字型の導光型光分配素子１６を内蔵し
た光トランシーバ１を備えているので、機器構造の簡単
化が図られると共に、光ファイバケーブル４１を接続す
るためのコネクタ差し込み口１８が１つでよいので、光
ファイバケーブル４１の通信機器５０、６０への接続等
の取り扱いを簡便にすることができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の光トランシーバによれば、送信
部、受信部と共に光分配素子、特に複数芯構造のＹ字型
光分配素子が内蔵されているので、単純な構造で光トラ
ンシーバを構成することができる。これにより、レンズ
やプリズム等を必要としない単純で安価な構造の一芯全
双方向二重通信型の光トランシーバを実現できる。本発
明の通信機器によれば、機器構造の簡単化が図られると
共に、光ファイバケーブルの通信機器への接続等の取り
扱いを簡便にすることができる。本発明の光通信システ
ムによれば、一芯双方向全二重通信において信号・雑音
強度比を向上することができると共に、通信機器、光フ
ァイバケーブルの接続を含めた全体の構成の簡素化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光トランシーバの一実施の形態を示す
概略構成図である。

【図２】本発明の光トランシーバに光ファイバケーブル
を接続した状態の概略構成図である。

【図３】Ａ 本発明に用いられる光分配素子を示す断面
図である。 Ｂ 本発明に用いられる光分配素子を示す一部破断とす
る構成図である。

【図４】本発明による光トランシーバの光学特性を測定
した際の測定系の構成図である。

【図５】本発明の光通信システムの一実施の形態を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１・・・光トランシーバ、２・・・送信部、３・・・受
信部、１１・・・発光素子、１２・・・駆動回路、１３
・・・受光素子、１４・・・増幅回路、１５・・・単芯
型光ファイバケーブル、１６・・・導光型光分配素子
（複数芯構造のＹ字型光分光素子）、１７・・・コネク
タ、１８・・・差し込み口、４０・・・光通信システ
ム、４１・・・光ファイバケーブル、５０、６０・・・
通信機器、５１、６１・・・制御回路、５２、６２・・
・デジタル機器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/12

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の通信機器間を光ファイバケーブル
   によって信号を伝送する光通信システムであって、 前記通信機器に、送信部と受信部と該送信部及び受信部
   に接続された複数芯構造のＹ字型光分配素子を内蔵した
   光トランシーバを備え、 単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に全二重通信
   を行うようにして成ることを特徴とする光通信システ
   ム。
2. 【請求項２】 光ファイバケーブルによって信号を伝送
   する光通信機器であって、 送信部と、受信部と、該送信部及び受信部に接続された
   複数芯構造のＹ字型光分配素子を内蔵した光トランシー
   バを備え、 単芯の光ファイバケーブルを介して双方向に全二重通信
   を行えるようにして成ることを特徴とする通信機器。
3. 【請求項３】 光ファイバケーブルによって信号を伝送
   する通信機器用の光トランシーバであって、 送信部と受信部を有し、該送信部及び受信部に接続され
   た複数芯構造のＹ字型光分配素子を内蔵して成ることを
   特徴とする光トランシーバ。