JP2004014677A - プラスチックファイバーを用いた伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラスチックファイバーと、出射光波長の温度依存性を有する半導体発光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、大幅なコスト上昇を招くことなく、低損失の安定した伝送特性を実現する。
【解決手段】ＰＭＭＡプラスチックファイバー３と、そこを伝搬させる光９を発する半導体発光素子５とを有する伝送装置において、半導体発光素子５として、波長が６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光９を発するものを用いる。そして上記半導体発光素子５を加熱する加熱手段７と、半導体発光素子５の温度を検出する温度検出手段４と、この温度検出手段４が出力する温度検出信号Ｓに基づいて加熱手段７の駆動を制御して半導体発光素子５の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定する制御回路８とからなる温度調節機構を設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】ＰＭＭＡプラスチックファイバー３と、そこを伝搬させる光９を発する半導体発光素子５とを有する伝送装置において、半導体発光素子５として、波長が６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光９を発するものを用いる。そして上記半導体発光素子５を加熱する加熱手段７と、半導体発光素子５の温度を検出する温度検出手段４と、この温度検出手段４が出力する温度検出信号Ｓに基づいて加熱手段７の駆動を制御して半導体発光素子５の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定する制御回路８とからなる温度調節機構を設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に利用される、プラスチックファイバーを用いた伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光通信における光の伝搬路としては、石英ガラスを主材料としたシングルモード型、もしくはマルチモードファイバーが用いられる。これらのファイバーの直径は２００μｍ以下であり、アライメントにおいてもミクロン単位の高い位置合わせ精度が求められる。そのため、工事現場等の一般環境下におけるファイバー敷設作業は容易ならざるものがあり、この点が、さらなる普及を妨げる大きな要因となっている。
【０００３】
その一方、敷設作業が比較的容易になされ得る大直径のプラスチックファイバーも開発されているが、これらは製造上の問題から主にステップインデックス型の構造を有し、高いビットレートの信号を遠距離まで伝送することができない。つまり、ステップインデックス型のファイバーに光パルスを入力させた場合は、長距離の伝搬後に、出射端で光パルスの波形が崩れて広がってしまう現象が認められる。そのため、連続したパルスを伝送させると、時間軸上で前後のパルスが重なりあって、ファイバーの出射端面において、０レベルにおいても完全に消光しない状態となる。言い換えれば、短いパルス幅の信号列は伝送後、信号の０，１の判定がし難くなるということであり、大容量の光通信には不向きであることが分かる（「プラスチックオプティカルファイバの基礎と実際」小池康博、宮田清蔵 監修、株式会社エヌ・ティー・エス、ｐｐ．８４−８７ （２０００）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述の問題を解消するために、大きな直径を有し、かつ、伝送後もパルス幅の広がらないグレーデッドインデックス（分布屈折率）型のファイバーが提案され、実用化が期待されているが、一方でその種のファイバーにおいては以下の問題が明らかになってきた。
【０００５】
フッ化物を用いたプラスチックファイバー（商品名ルキナ、旭硝子株式会社）が実用化されているが、フッ化物は原材料が高価であるため低コスト化が困難で、またコア径を大きくすると使用するフッ化物の量が増すため更にコストが上がり、低コストで大口径コアによる敷設作業の容易さが特長であるプラスチックファイバーの利点を活かすことができない。
【０００６】
一方、安価でコアの大口径化が容易な材料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が知られており、これを主たるコア材料としてグレーデッドインデックス型の光ファイバーを作製することが考えられている。しかしながら、ＰＭＭＡを主成分とするコアを有するファイバーにおいて、伝搬損失の低い波長域は図６（文献：”ＰＯＦ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ” Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（２００２）から引用）に示すように、可視領域の中のごく限られた範囲（５２０ｎｍ、５７０ｎｍ、６５０ｎｍの付近）に存在する。
【０００７】
これらの中で、高速変調可能な半導体レーザあるいはＬＥＤが作成可能な波長域は、現在のところ６５０ｎｍ付近の領域のみである。その他のより短波長の領域でも、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いたレーザの研究が行われているが、実用に耐える信頼性が得られる目処は立っていない。６５０ｎｍ付近の低損失の波長域において、６３０〜６８０ｎｍの領域では略３００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られ、特に６４０〜６６０ｎｍの狭い領域では略２００ｄＢ／ｋｍ以下の更なる低損失特性が得られる。この狭い領域外の例えば６６０ｎｍよりやや長波長の光を用いる場合においては、伝搬損失が波長に応じて大きく変化するため、光源の波長が変化すると伝送装置の特性が変化してしまう。このような分散の大きな伝送特性を、新たな材料を適用することによって改善することも可能であるが、ファイバーのコストは通常のＰＭＭＡを用いる場合より上がってしまう。
【０００８】
他方、上記６５０ｎｍ近傍の波長の光を発し、通信に必要な１ｍＷ程度の光量が得られ、そして４００ＭＨｚから１ＧＨｚ以上までの高速変調が可能な光源としては、ＤＶＤなどで用いられている端面発光型の半導体レーザが、高温下での発振の安定性、信頼性において最も優れている。しかしながら、この種の半導体レーザをプラスチックファイバーと組み合わせて光伝送に用いる場合、ファブリペロ共振器型レーザの問題として、発振波長が温度に応じてシフトするという問題がある。これは、半導体のエネルギーギャップが温度依存性を有する本質に由来するものであり、発振波長の変化は、
【数１】
で表される。ここで、λ０は発振波長、Ｔｊは半導体レーザの接合温度、Ｅｇはエネルギーギャップである。
【０００９】
６５０ｎｍ帯の半導体レーザにおける実際の波長の温度依存性は約０．２ｎｍ／ｄｅｇである。したがって、環境温度が１００℃上昇すると、発振波長は約２０ｎｍ長波長側へシフトする。半導体レーザを作製するときの絶対波長のばらつきも±５ｎｍ程度あるので、上記シフトと合わせると３０ｎｍの範囲をカバーする必要があるが、図６のような伝搬特性を有するプラスチックファイバーでは損失が増大する可能性があるため、例えば使用する距離が限定されてしまう。
【００１０】
このような場合、幹線系の光通信で採用されているペルチェ素子を用いて加熱・冷却により温度を一定に保つことにより、上記問題を解決することが可能であるが、その場合は、ペルチェ素子が高価であることから伝送装置のコスト上昇を招く。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、大口径のコアを形成可能なプラスチックファイバーと、出射光波長の温度依存性を有する半導体発光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、大幅なコスト上昇を招くことなく、低損失の安定した伝送特性を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、
前述したようにＰＭＭＡを主成分とするコアを有するプラスチックファイバーと、
このプラスチックファイバーを伝搬させる光を発する半導体発光素子とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、
上記半導体発光素子として、波長が６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられるとともに、
上記半導体発光素子を加熱する加熱手段と、この半導体発光素子の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が出力する温度検出信号に基づいて前記加熱手段の駆動を制御して上記半導体発光素子の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定する制御回路とからなる温度調節機構が設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】
なお上記半導体発光素子として、より好ましくは、波長が６４０〜６６０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられる。
【００１４】
またこの半導体発光素子は、端面発光型半導体レーザであることが望ましい。また別の観点からは、面発光型半導体レーザあるいは面発光型ＬＥＤが用いられることも好ましい。
【００１５】
他方、前記プラスチックファイバーとしては、分布屈折率型のものが用いられることが望ましい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、ＰＭＭＡを主成分とするコアを有するプラスチックファイバーにおいて、略３００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られる波長６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光を発する半導体発光素子が用いられていることにより、伝搬損失が低く抑えられるようになる。特に、６４０〜６６０ｎｍの範囲にある光を発する半導体発光素子が用いられる場合は、さらに低い略２００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られるので、より好ましい。
【００１７】
また、本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、前述の通りの加熱手段と、温度検出手段と、制御回路とからなる温度調節機構により、半導体発光素子の温度を所定の目標値に設定するようにしているので、半導体発光素子が発する光の波長変動を狭い範囲に抑えて、光波長がプラスチックファイバーの低損失特性が得られる領域から外れることを防止し、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこで本発明によれば、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００１８】
そして上記温度調節機構には、冷却作用を有するペルチェ素子等の高価な素子を用いずに、加熱手段を用いて半導体発光素子の温度を所定の目標値に設定するようにしているので、本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、大幅なコスト上昇を招くことなく安定した伝送特性を実現できようになる。
【００１９】
その上、上記温度調節機構は、半導体発光素子の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定するように構成されているので、加熱手段を用いて半導体発光素子の温度をこの最高温度あるいはそれよりも高い目標値に設定する場合と比べれば、温度調節機構が簡略化され、装置コストの上昇を抑える効果はより顕著となる。さらに、高温で加速される光源の劣化や、モジュール部品の信頼性の低下を懸念しなくて済むようにもなる。
【００２０】
なお、本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、温度調節の目標値を上記の通りに設定していることにより、環境温度がかなり上昇した際には、半導体発光素子が温度調節されないということも当然起こり得る。しかしそのようになっても、発光波長範囲を前述の通りに限定した半導体発光素子を用いていることから、実用に足りる低損失特性を確保できる。この点に関しては、後述の実施の形態において具体的数値を示して詳しく説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置の一部破断側面図である。ここに示される部分は光送信モジュール部を構成するものであり、図示の通りベースプレート１と、このベースプレート１に実装されたキャン型パッケージ２と、一端部がこのパッケージ２の中に挿通されたプラスチックファイバー３と、ベースプレート１の中に穿設された穴の中に配設されたサーミスタ４と、ステムの部分が上記ベースプレート１に取り付けられてパッケージ２の中に収納された端面発光型の半導体レーザ５と、同じくパッケージ２の中に収納されたボールレンズ６とを有している。またベースプレート１は電気ヒータ７を内蔵しており、この電気ヒータ７を上記サーミスタ４の出力信号に基づいて駆動する温度制御回路８が設けられている。
【００２３】
上記半導体レーザ５は、温度２５℃、出力３ｍＷにおける発振波長が６４８ｎｍで、発振波長の温度依存性が約０．２ｎｍ／ｄｅｇのものであり、直径５．６ｍｍのキャン型パッケージ２に実装されている。プラスチックファイバー３はＰＭＭＡからなるコアを有するものであり、そのコア径は７００μｍ、クラッドを含む直径は９００μｍである。半導体レーザ５から発せられたレーザ光９は、ボールレンズ６によりプラスチックファイバー３のコア３ａの端面で収束するように集光されてコア３ａ内に入射し、そこをマルチモードで導波、伝搬する。
【００２４】
半導体レーザ５の温度は、加熱手段としての電気ヒータ７と、温度検出手段としてのサーミスタ４と、温度制御回路８とからなる温度調節機構によって、所定の目標値に設定される。すなわち温度制御回路８は、サーミスタ４から出力される温度検出信号Ｓに基づいて電気ヒータ７の駆動電流を制御し、それによってベースプレート１の温度つまり半導体レーザ５の温度を目標値に維持する。
【００２５】
なお上記温度調節の目標値は、使用環境において想定される最高温度よりも低い値とされる。ここでは、環境温度が例えば−４５〜８５℃の間の値を取り得るものと想定され、温度調節の目標値は３５℃とされる。
【００２６】
電気ヒータ７は半導体レーザ５を加熱するだけで、冷却することは不可能である。このような簡便な温度調節機構を用いる場合、上記のように温度調節の条件を設定すると、半導体レーザ５の温度は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では３５℃に制御されるが、３５℃を超えて８５℃までの環境温度範囲では、環境温度そのままに変動することになる。
【００２７】
しかし、温度調節を行なわない場合の半導体レーザ５の温度変化範囲は１３０℃であるのに対し、この温度調節を行なうことにより、温度変化範囲を５０℃まで大幅に低減することができる。そこで、半導体レーザ５の発振波長の変動範囲も、約２６ｎｍから１０ｎｍ程度までに抑えることができる。具体的にこの発振波長は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では約６５０ｎｍに制御され、そして３５〜８５℃の範囲では約６５０〜６６０ｎｍの範囲で変動する。
【００２８】
以上のようにしてレーザ光９の波長変動範囲を小さく抑えることにより、図６に示したＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失領域を有効に使って、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこでこの伝送装置によれば、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００２９】
また温度調節機構は、−４５〜３５℃の環境温度範囲でのみ半導体レーザ５の温度を目標値に制御し、３５〜８５℃の環境温度範囲では温度調節をしないものとされているので、比較的安価に形成することができる。それにより、本実施の形態の電送装置は、温度調節を行なうために大きくコストアップすることを回避できるものとなる。
【００３０】
なお、端面発光型の半導体レーザ５は３ｍＷ以上の高出力が容易に得られ、更なる高出力化も可能であるため、ファイバー光学系の各種結合部の損失を含む伝送損失を出力向上により補償できることと、高温下での動作安定性が優れているために、加熱による温度調節により動作温度が比較的高温になっても安定して動作することの２点から、本発明において特に好適に用いられるものである。
【００３１】
例えば、発振波長を６４５±５ｎｍ（３５℃）として半導体レーザを作製するとき、上記実施の形態のように３５〜８５℃の間に動作範囲を限定すると、素子ばらつきと素子温度変化を考慮しても、６４０〜６６０ｎｍの範囲に発振波長を限定することが可能となる。そこで、図６に示した伝搬損失特性のＰＭＭＡプラスチックファイバーを用いた場合には、略２００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失領域を有効に利用することができる。具体的には、分布屈折率型のＰＭＭＡプラスチックファイバーを用いて、１ＧＨｚ・１００ｍの高速、長距離伝送も可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態ではボールレンズ６による集光方式を用いたが、集光用にボールレンズ以外のレンズを用いても構わない。また集光レンズは、予めキャン型パッケージ２の窓部に作り付けることも可能である。さらにプラスチックファイバーのコア径は７００μｍに限られるものではなく、それ以外に９００μｍ等とされても構わない。本発明で使用するプラスチックファイバーはコア径を大きく形成できるので、そのファイバー端を半導体発光素子に近接配置することにより、レンズを用いずにレーザ光を直接ファイバーに結合させることも可能である。
【００３３】
また、温度調節の目標値を常温より高めに設定することにより、各光学要素への結露を防止する効果も得られる。
【００３４】
さらに、上記実施の形態では端面発光型半導体レーザを用いているが、本発明では面発光レーザも適用可能である。面発光レーザでは、発振波長の温度依存性がＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラーの効果で、一般に端面発光型半導体レーザの１／３程度と小さく、温度調節しなくても発振波長を前記実施の形態におけるのと同様の範囲に収めることができる。しかし、図６に示すようなＰＭＭＡプラスチックファイバーの特に低損失の領域を有効に使うためには、更に狭い範囲に温度調節して使用することが好ましく、その観点から考えれば、本発明ではこの面発光レーザを適用することも好ましいと言える。同様に本発明では、ＤＢＲミラーを用いたＬＥＤであるＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ）−ＬＥＤを適用することも可能である。
【００３５】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置の側面形状を示すものであり、また図３および図４は、この伝送装置のサブマウントから上の部分の平面形状および正面形状を示すものである。本実施の形態の伝送装置は、後述する図５の送受信モジュール３０の送信サブモジュール１０を構成するものであり、端面発光型の半導体レーザチップ１１と、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２と、それらを固定するＳｉ製のサブマウント１３と、このＳｉサブマウント１３を固定する、放熱板を兼ねたベースプレート１４とを有している。
【００３６】
半導体レーザチップ１１は、温度２５℃、出力３ｍＷにおける発振波長が６５０ｎｍで、発振波長の温度依存性が約０．２ｎｍ／ｄｅｇのものであり、その接合面、つまり活性層１５に近い側の面を半田付けすることによって、Ｓｉサブマウント１３上に固定されている。ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２は、コア１２ａの径が５００μｍ、クラッドを含む直径が７００μｍのものであり、半導体レーザチップ１１から発せられたレーザ光１６がそのコア１２ａの端面に直接照射されるように配置されている。それによりレーザ光１６がコア１２ａ内に入射し、そこをマルチモードで導波、伝搬する。
【００３７】
Ｓｉサブマウント１３の上面には、半導体レーザチップ１１に近接させて、温度検出手段としてのサーミスタ１７が固定されている。またＳｉサブマウント１３の上面には、半導体レーザチップ１１とＰＭＭＡプラスチックファイバー１２とを分離する分離溝１８が設けられるとともに、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２を位置決めするための断面Ｖ字形の溝１９が設けられている。ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２は、上記Ｖ溝１９によって位置規定した後、ＵＶ硬化型接着剤によってＳｉサブマウント１３に固定される。
【００３８】
半導体レーザチップ１１から出射するレーザ光１６の広がり角度は半値全角で３０度程度であり、上記分離溝１８の幅を５０〜１００μｍ程度とすれば、レンズを用いなくても、レーザ光１６を７０％以上の効率でＰＭＭＡプラスチックファイバー１２に結合させることができる。また、半導体レーザチップ１１とＳｉサブマウント１３にアライメントマーク２０を設けておくことにより、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２を位置規定するＶ溝１９と半導体レーザチップ１１の発光位置とを位置合わせできるので、簡便な組立により高精度なアライメントが可能である。
【００３９】
本実施の形態でも、第１の実施の形態におけるのと同様に半導体レーザチップ１１の温度は、ベースプレート１４に内蔵された加熱手段としての電気ヒータ２２と、温度検出手段としてのサーミスタ１７と、温度制御回路２１とからなる温度調節機構によって、所定の目標値に設定される。すなわち温度制御回路２１は、サーミスタ１７から出力される温度検出信号Ｓに基づいて電気ヒータ２２の駆動電流を制御し、それによってベースプレート１４の温度つまり半導体レーザチップ１１の温度を目標値に維持する。
【００４０】
なお上記温度調節の目標値は、使用環境において想定される最高温度よりも低い値とされる。ここでも、環境温度が例えば−４５〜８５℃の間の値を取り得るものと想定され、温度調節の目標値は３５℃とされる。このように温度調節の条件を設定すると、半導体レーザチップ１１の温度は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では３５℃に制御されるが、３５℃を超えて８５℃までの環境温度範囲では、環境温度そのままに変動することになる。
【００４１】
しかし、温度調節を行なわない場合の半導体レーザチップ１１の温度変化範囲は１３０℃であるのに対し、この温度調節を行なうことにより、温度変化範囲を５０℃まで大幅に低減することができる。そこで、半導体レーザチップ１１の発振波長の変動範囲も、約２６ｎｍから１０ｎｍ程度までに抑えることができる。具体的にこの発振波長は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では約６５２ｎｍに制御され、そして３５〜８５℃の範囲では約６５２〜６６２ｎｍの範囲で変動する。
【００４２】
以上のようにしてレーザ光１６の波長変動範囲を小さく抑えることにより、図６に示したＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失領域を有効に使って、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこで本実施の形態においても、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００４３】
なお本実施の形態において、半導体レーザチップ１１の加熱はそれと別体のヒータにより行なっているが、半導体レーザチップ１１の上にヒータを形成すれば、更に効率の高い加熱が可能となる。また、半導体レーザチップ１１と別体のヒータを用いる場合は、それをベースプレート１４中ではなく、Ｓｉサブマウント１３の上等に設けても構わない。
【００４４】
以上説明した送信サブモジュール１０は、図５に示すように送受信モジュール３０内に配置され、該サブモジュール１０のＰＭＭＡプラスチックファイバー１２（図５では省略）がコネクタ３１を用いて伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー３２に接続される。また各送受信モジュール３０には、前述の温度制御回路２１が接続されるとともに、送受信回路３３が接続される。
【００４５】
この例の場合には、双方向通信可能な送受信モジュール３０内に、送信サブモジュール１０に加えて受信用フォトダイオード等からなる受信サブモジュール４０が配置され、その受信サブモジュール４０もコネクタを３１を用いて伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー３２に接続される。つまり本例では、２つの送受信モジュール３０がコネクタを３１を介して２本のファイバー３２によって接続されることにより、双方向光通信システムが構築される。
【００４６】
上に説明した実施の形態では、モジュール内に伝送用のＰＭＭＡプラスチックファイバー３２と同様のファイバー１２を配して、それを半導体発光素子と結合させているが、本発明は伝送に用いるＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失特性を有効に活かして高性能な伝送装置を得るものであり、したがって、モジュール内部には必ずしも伝送に用いるのと同様の光ファイバーを用いる必要はなく、ガラスの光ファイバーや、外部のファイバーに適切に結合できるレンズ、導波路等の光学系を用いても構わない。
【００４７】
また上記実施の形態では、サブモジュール内に加熱手段および温度検出手段を設けているが、サブモジュールを用いる装置によっては、サブモジュール外に加熱手段および温度検出手段を設けた方が良いことがある。さらに、他の目的に共用するため、あるいは複数のサブモジュールを同時に温度制御するために、外部に加熱手段および温度検出手段を設けても構わない。
【００４８】
また本発明においては、ＰＭＭＡのみからコアが形成されてなるプラスチックファイバーに限らず、ＰＭＭＡに他の物質が添加された材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーを用いることも可能であり、その場合にも、プラスチックファイバーの損失特性は、損失の値自体は変化しても基本的に図６に示すパターンとなるから、先に説明したのと同様の効果を得ることができる。また本発明においては、ＰＭＭＡ以外の材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーでも、基本的に図６に示す損失特性を有するものであれば同様に適用可能である。
【００４９】
さらに、本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、一般的な光通信のみに限らず、情報を光信号によって伝送する全てのシステムに適用可能である。そのような光通信以外のシステムとしては、例えばディジタルラボシステムを挙げることが出来る。図７には、ディジタルラボシステム３１０の一例の概略構成が示されており、図８にはディジタルラボシステム３１０の外観が示されている。図７に示すように、このラボシステム３１０は、ラインＣＣＤスキャナ３１４、画像処理部３１６、レーザプリンタ部３１８、及びプロセッサ部３２０を含んで構成されており、ラインＣＣＤスキャナ３１４と画像処理部３１６は、図８に示す入力部３２６に設けられており、レーザプリンタ部３１８及びプロセッサ部３２０は、図８に示す出力部３２８に設けられている。
【００５０】
ラインＣＣＤスキャナ３１４は、ネガフィルムやリバーサルフィルム等の写真フィルムに記録されているフィルム画像を読み取るためのものであり、例えば１３５サイズの写真フィルム、１１０サイズの写真フィルム、及び透明な磁気層が形成された写真フィルム（２４０サイズの写真フィルム：いわゆるＡＰＳフィルム）、１２０サイズ及び２２０サイズ（ブローニサイズ）の写真フィルムのフィルム画像を読取対象とすることができる。ラインＣＣＤスキャナ３１４は、上記の読取対象のフィルム画像をラインＣＣＤで読み取り、画像データを出力する。なお、上記のラインＣＣＤスキャナ３１４に代えて、エリアＣＣＤによってフィルム画像を読み取るエリアＣＣＤスキャナを設けてもよい。
【００５１】
画像処理部３１６は、ラインＣＣＤスキャナ３１４から出力された画像データ（スキャン画像データ）が入力されると共に、デジタルカメラでの撮影によって得られた画像データ、フィルム画像以外の原稿（例えば反射原稿等）をスキャナで読み取ることで得られた画像データ、コンピュータで生成された画像データ等（以下、これらをファイル画像データと総称する）を外部から入力する（例えば、メモリカード等の記憶媒体を介して入力したり、通信回線を介して他の情報処理機器から入力する等）ことも可能なように構成されている。
【００５２】
画像処理部３１６は、入力された画像データに対して各種の補正等の画像処理を行って、記録用画像データとしてレーザプリンタ部３１８へ出力する。また、画像処理部３１６は、画像処理を行った画像データを画像ファイルとして外部へ出力する（例えばメモリカード等の記憶媒体に出力したり、通信回線を介して他の情報処理機器へ送信する等）ことも可能である。
【００５３】
レーザプリンタ部３１８はＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を発振するレーザ光源を備えており、画像処理部３１６から入力された記録用画像データに応じて変調したレーザ光を印画紙に照射して、走査露光によって印画紙に画像を記録する。また、プロセッサ部３２０は、レーザプリンタ部３１８で走査露光によって画像が記録された印画紙に対し、発色現像、漂白定着、水洗、乾燥の各処理を施す。これにより、印画紙上に画像が形成される。
【００５４】
（ラインＣＣＤスキャナの構成）次にラインＣＣＤスキャナ３１４の構成について説明する。図９にはラインＣＣＤスキャナ３１４の光学系の概略構成が示されている。この光学系は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等から成り写真フィルム３２２に光を照射する光源３３０を備えており、光源３３０の光射出側には、写真フィルム３２２に照射する光を拡散光とする光拡散ボックス３３６が配置されている。
【００５５】
写真フィルム３２２は、光拡散ボックス３３６の光射出側に配置されたフィルムキャリア３３８（図１１参照、図９では図示省略）によって光軸と直交する方向に搬送される。なお、図９では長尺状の写真フィルム３２２を示しているが、１コマ毎にスライド用のホルダに保持されたスライドフィルム（リバーサルフィルム）やＡＰＳフィルムについては、各々専用のフィルムキャリアが用意されており（ＡＰＳフィルム用のフィルムキャリアは磁気層に磁気記録された情報を読み取る磁気ヘッドを有している）、これらの写真フィルムを搬送することも可能である。
【００５６】
また、光源３３０と光拡散ボックス３３６との間には、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙが射出光の光軸に沿って順に設けられており、写真フィルム３２２を挟んで光源３３０と反対側には、光軸に沿って、フィルム画像を透過した光を結像させるレンズユニット３４０、ラインＣＣＤ１１６が順に配置されている。図９ではレンズユニット３４０として単一のレンズのみを示しているが、レンズユニット３４０は、実際には複数枚のレンズから構成されたズームレンズである。
【００５７】
ラインＣＣＤ１１６は、ＣＣＤセルから成る光電変換素子が一列に多数配置されかつ電子シャッタ機構が設けられたセンシング部が、間隔を空けて互いに平行に３ライン設けられており、各センシング部の光入射側にＲ、Ｇ、Ｂの色分解フィルタの何れかが各々取付けられて構成されている（いわゆる３ラインカラーＣＣＤ）。ラインＣＣＤ１１６は、各センシング部の受光面がレンズユニット３４０の結像位置に一致するように配置されている。また、各センシング部の近傍には、転送部が各センシング部に対応して各々設けられており、各センシング部の各ＣＣＤセルに蓄積された電荷は、対応する転送部を介して順に転送される。また図示は省略するが、ラインＣＣＤ１１６とレンズユニット３４０との間にはシャッタが設けられている。
【００５８】
図１０にはラインＣＣＤスキャナ３１４の電気系の概略構成が示されている。ラインＣＣＤスキャナ３１４は、ラインＣＣＤスキャナ３１４全体の制御行なうマイクロプロセッサ４６を備えている。マイクロプロセッサ４６には、バス６２を介してＲＡＭ６４（例えばＳＲＡＭ）、ＲＯＭ６６（例えば記憶内容を書換え可能なＲＯＭ）が接続されると共に、モータドライバ４８が接続されており、モータドライバ４８にはフィルタ駆動モータ５４が接続されている。フィルタ駆動モータ５４は調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙを各々独立にスライド移動させることが可能である。
【００５９】
マイクロプロセッサ４６は、図示しない電源スイッチのオンオフに連動して光源３３０を点消灯させる。また、マイクロプロセッサ４６は、ラインＣＣＤ１１６によるフィルム画像の読み取り（測光）を行う際に、フィルタ駆動モータ５４によって調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙを各々独立にスライド移動させ、ラインＣＣＤ１１６に入射される光量を各成分色光毎に調節する。
【００６０】
またモータドライバ４８には、レンズユニット３４０の複数枚のレンズの位置を相対的に移動させることでレンズユニット３４０のズーム倍率を変更するズーム駆動モータ７０、レンズユニット３４０全体を移動させることでレンズユニット３４０の結像位置を光軸に沿って移動させるレンズ駆動モータ１０６が接続されている。マイクロプロセッサ４６は、フィルム画像のサイズやトリミングを行うか否か等に応じて、ズーム駆動モータ７０によってレンズユニット３４０のズーム倍率を所望の倍率に変更する。
【００６１】
一方、ラインＣＣＤ１１６にはタイミングジェネレータ７４が接続されている。タイミングジェネレータ７４は、ラインＣＣＤ１１６や後述するＡ／Ｄ変換器８２等を動作させるための各種のタイミング信号（クロック信号）を発生する。ラインＣＣＤ１１６の信号出力端は、増幅器７６を介してＡ／Ｄ変換器８２に接続されており、ラインＣＣＤ１１６から出力された信号は、増幅器７６で増幅されＡ／Ｄ変換器８２でディジタルデータに変換される。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換器８２の出力端は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）８８を介してインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路９０に接続されている。ＣＤＳ８８では、フィードスルー信号のレベルを表すフィードスルーデータ及び画素信号のレベルを表す画素データを各々サンプリングし、各画素毎に画素データからフィードスルーデータを減算する。そして、演算結果（各ＣＣＤセルでの蓄積電荷量に正確に対応する画素データ）を、Ｉ／Ｆ回路９０を介してスキャン画像データとして画像処理部３１６へ順次出力する。
【００６３】
なお、ラインＣＣＤ１１６からはＲ、Ｇ、Ｂの測光信号が並列に出力されるので、増幅器７６、Ａ／Ｄ変換器８２、ＣＤＳ８８から成る信号処理系も３系統設けられており、Ｉ／Ｆ回路９０からは、スキャン画像データとしてＲ、Ｇ、Ｂの画像データが並列に出力される。
【００６４】
また、モータドライバ４８にはシャッタを開閉させるシャッタ駆動モータ９２が接続されている。ラインＣＣＤ１１６の暗出力については、後段の画像処理部３１６で補正されるが、暗出力レベルは、フィルム画像の読み取りを行っていないときに、マイクロプロセッサ４６がシャッタを閉止させることで得ることができる。
【００６５】
（画像処理部の構成）次に画像処理部３１６の構成について図１１を参照して説明する。画像処理部３１６は、ラインＣＣＤスキャナ３１４に対応してラインスキャナ補正部１２２が設けられている。ラインスキャナ補正部１２２は、ラインＣＣＤスキャナ３１４から並列に出力されるＲ、Ｇ、Ｂの画像データに対応して、暗補正回路１２４、欠陥画素補正部１２８、及び明補正回路１３０から成る信号処理系が３系統設けられている。
【００６６】
暗補正回路１２４は、ラインＣＣＤ１１６の光入射側がシャッタにより遮光されている状態で、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力されたデータ（ラインＣＣＤ１１６のセンシング部の各セルの暗出力レベルを表すデータ）を各セル毎に記憶しておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力されたスキャン画像データから、各画素毎に対応するセルの暗出力レベルを減ずることによって補正する。
【００６７】
また、ラインＣＣＤ１１６の光電変換特性は各セル単位で濃度のばらつきもある。欠陥画素補正部１２８の後段の明補正回路１３０では、ラインＣＣＤスキャナ３１４に画面全体が一定濃度の調整用のフィルム画像がセットされている状態で、ラインＣＣＤ１１６で前記調整用のフィルム画像を読み取ることによりラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された調整用のフィルム画像の画像データ（この画像データが表す各画素毎の濃度のばらつきは各セルの光電変換特性のばらつきに起因する）に基づいて各セル毎にゲインを定めておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された読取対象のフィルム画像の画像データを、各セル毎に定めたゲインに応じて各画素毎に補正する。
【００６８】
一方、調整用のフィルム画像の画像データにおいて、特定の画素の濃度が他の画素の濃度と大きく異なっていた場合には、ラインＣＣＤ１１６の前記特定の画素に対応するセルには何らかの異常があり、前記特定の画素は欠陥画素と判断できる。欠陥画素補正部１２８は調整用のフィルム画像の画像データに基づき欠陥画素のアドレスを記憶しておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された読取対象のフィルム画像の画像データのうち、欠陥画素のデータについては周囲の画素のデータから補間してデータを新たに生成する。
【００６９】
また、ラインＣＣＤ１１６は写真フィルム３２２の搬送方向と直交する方向に延びた３本のライン（ＣＣＤセル列）が写真フィルム３２２の搬送方向に沿って所定の間隔を空けて順に配置されているので、ラインＣＣＤスキャナ３１４からＲ、Ｇ、Ｂの各成分色の画像データの出力が開始されるタイミングには時間差がある。ラインスキャナ補正部１２２には、図示しない遅延回路が設けられており、フィルム画像上で同一の画素のＲ、Ｇ、Ｂの画像データが同時に出力されるように、最も遅く出力される画像データの出力タイミングを基準として残りの２色毎に異なる遅延時間で画像データの出力タイミングの遅延を行う。
【００７０】
ラインスキャナ補正部１２２の出力端はセレクタ１３２の入力端に接続されており、補正部１２２から出力された画像データはセレクタ１３２に入力される。また、セレクタ１３２の入力端は入出力コントローラ１３４のデータ出力端にも接続されており、入出力コントローラ１３４からは、外部から入力されたファイル画像データがセレクタ１３２に入力される。セレクタ１３２の出力端は入出力コントローラ１３４、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂのデータ入力端に各々接続されている。セレクタ１３２は、入力された画像データを、入出力コントローラ１３４、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂの各々に選択的に出力可能とされている。
【００７１】
イメージプロセッサ部１３６Ａは、メモリコントローラ１３８、イメージプロセッサ１４０、３個のフレームメモリ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃを備えている。フレームメモリ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃは各々１フレーム分のフィルム画像の画像データを記憶可能な容量を有しており、セレクタ１３２から入力された画像データは３個のフレームメモリ１４２の何れかに記憶されるが、メモリコントローラ１３８は、入力された画像データの各画素のデータが、フレームメモリ１４２の記憶領域に一定の順序で並んで記憶されるように、画像データをフレームメモリ１４２に記憶させる際のアドレスを制御する。
【００７２】
イメージプロセッサ１４０は、フレームメモリ１４２に記憶された画像データを取込み、階調変換、色変換、画像の超低周波輝度成分の階調を圧縮するハイパートーン処理、粒状を抑制しながらシャープネスを強調するハイパーシャープネス処理等の各種の画像処理を行う。なお、上記の画像処理の処理条件は、オートセットアップエンジン１４４（後述）によって自動的に演算され、演算された処理条件に従って画像処理が行われる。イメージプロセッサ１４０は入出力コントローラ１３４に接続されており、画像処理を行った画像データは、フレームメモリ１４２に一旦記憶された後に、所定のタイミングで入出力コントローラ１３４へ出力される。なお、イメージプロセッサ部１３６Ｂは、上述したイメージプロセッサ部１３６Ａと同一の構成であるので説明を省略する。
【００７３】
ラインＣＣＤスキャナ３１４は、異なる解像度で２回の読み取りを行うこともできる。１回目の比較的低解像度での読み取り（以下、プレスキャンという）では、例えば、フィルム画像の濃度が極端に低い場合（例えばネガフィルムにおける露光オーバのネガ画像）にも、ラインＣＣＤ１１６で蓄積電荷の飽和が生じないように決定した読取条件（写真フィルムに照射する光のＲ、Ｇ、Ｂの各波長域毎の光量、ＣＣＤの電荷蓄積時間）でフィルム画像の読み取りが行われる。このプレスキャンによって得られた画像データ（プレスキャン画像データ）は、セレクタ１３２から入出力コントローラ１３４に入力され、更に入出力コントローラ１３４に接続されたオートセットアップエンジン１４４に出力される。
【００７４】
オートセットアップエンジン１４４は、ＣＰＵ１４６、ＲＡＭ１４８（例えばＤＲＡＭ）、ＲＯＭ１５０（例えば記憶内容を書換え可能なＲＯＭ）、入出力ポート１５２を備え、これらがバス１５４を介して互いに接続されて構成されている。
【００７５】
オートセットアップエンジン１４４は、入出力コントローラ１３４から入力された複数コマ分のフィルム画像のプレスキャン画像データに基づいて、ラインＣＣＤスキャナ３１４による２回目の比較的高解像度での読み取り（以下、ファインスキャンという）における光源３３０の光量を決定すると共に、ファインスキャンによって得られた画像データに対する画像処理の処理条件を演算し、演算した処理条件をイメージプロセッサ部１３６のイメージプロセッサ１４０へ出力する。この画像処理の処理条件の演算では、撮影時の露光量、撮影光源種やその他の特徴量から類似のシーンを撮影した複数のフィルム画像が有るか否か判定し、類似のシーンを撮影した複数のフィルム画像が有った場合には、これらのフィルム画像のファインスキャン画像データに対する画像処理の処理条件が同一又は近似するように決定する。
【００７６】
なお、画像処理の最適な処理条件は、画像処理後の画像データを、レーザプリンタ部３１８における印画紙への画像の記録に用いるのか、外部へ出力するのか等によっても変化する。画像処理部３１６には２つのイメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂが設けられているので、例えば、画像データを印画紙への画像の記録に用いると共に外部へ出力する等の場合には、オートセットアップエンジン１４４は各々の用途に最適な処理条件を各々演算し、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂへ出力する。これにより、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂでは、同一のファインスキャン画像データに対し、互いに異なる処理条件で画像処理が行われる。
【００７７】
さらに、オートセットアップエンジン１４４は、入出力コントローラ１３４から入力されたフィルム画像のプレスキャン画像データに基づいて、レーザプリンタ部３１８で印画紙に画像を記録する際のグレーバランス等を規定する画像記録用パラメータを算出し、レーザプリンタ部３１８に記録用画像データ（後述）を出力する際に同時に出力する。また、オートセットアップエンジン１４４は、外部から入力されるファイル画像データに対しても、上記と同様にして画像処理の処理条件を演算する。
【００７８】
入出力コントローラ１３４はＩ／Ｆ回路１５６を介してレーザプリンタ部３１８に接続されている。画像処理後の画像データを印画紙への画像の記録に用いる場合には、イメージプロセッサ部１３６で画像処理が行われた画像データは、入出力コントローラ１３４からＩ／Ｆ回路１５６を介し記録用画像データとしてレーザプリンタ部３１８へ出力される。また、オートセットアップエンジン１４４はパーソナルコンピュータ１５８に接続されている。画像処理後の画像データを画像ファイルとして外部へ出力する場合には、イメージプロセッサ部１３６で画像処理が行われた画像データは、入出力コントローラ１３４からオートセットアップエンジン１４４を介してパーソナルコンピュータ１５８に出力される。
【００７９】
パーソナルコンピュータ１５８は、ＣＰＵ１６０、メモリ１６２、ディスプレイ１６４及びキーボード１６６（図８も参照）、ハードディスク１６８、ＣＤ−ＲＯＭドライバ１７０、搬送制御部１７２、拡張スロット１７４、画像圧縮／伸長部１７６を備えており、これらがバス１７８を介して互いに接続されて構成されている。搬送制御部１７２はフィルムキャリア３３８に接続されており、フィルムキャリア３３８による写真フィルム３２２の搬送を制御する。また、フィルムキャリア３３８にＡＰＳフィルムがセットされた場合には、フィルムキャリア３３８がＡＰＳフィルムの磁気層から読み取った情報（例えば画像記録サイズ等）が入力される。
【００８０】
また、メモリカード等の記憶媒体に対してデータの読出し／書込みを行うドライバ（図示省略）や、他の情報処理機器と通信を行うための通信制御装置は、拡張スロット１７４を介してパーソナルコンピュータ１５８に接続される。入出力コントローラ１３４から外部への出力用の画像データが入力された場合には、前記画像データは拡張スロット１７４を介して画像ファイルとして外部（前記ドライバや通信制御装置等）に出力される。また、拡張スロット１７４を介して外部からファイル画像データが入力された場合には、入力されたファイル画像データは、オートセットアップエンジン１４４を介して入出力コントローラ１３４へ出力される。この場合、入出力コントローラ１３４では入力されたファイル画像データをセレクタ１３２へ出力する。
【００８１】
なお、画像処理部３１６は、プレスキャン画像データ等をパーソナルコンピュータ１５８に出力し、ラインＣＣＤスキャナ３１４で読み取られたフィルム画像をディスプレイ１６４に表示したり、印画紙に記録することで得られる画像を推定してディスプレイ１６４に表示し、キーボード１６６を介してオペレータにより画像の修正等が指示されると、これを画像処理の処理条件に反映することも可能とされている。
【００８２】
図１２にはレーザプリンタ部３１８及びプロセッサ部３２０の電気系の概略構成が示されている。レーザプリンタ部３１８は画像データを記憶するフレームメモリ２３０を備えている。フレームメモリ２３０はＩ／Ｆ回路２３２を介して画像処理部３１６に接続されており、画像処理部３１６から入力された記録用画像データ（印画紙２２４に記録すべき画像の各画素毎のＲ、Ｇ、Ｂ濃度を表す画像データ）はＩ／Ｆ回路２３２を介してフレームメモリ２３０に一旦記憶される。フレームメモリ２３０はＤ／Ａ変換器２３４を介して露光部２３６に接続されると共に、プリンタ部制御回路２３８に接続されている。
【００８３】
上記のようなディジタルラボシステムにおける情報をやりとりするいずれの部位にも、本発明装置は好適に使用できる。特に本発明装置は、ラインＣＣＤスキャナから画像処理部へのデータ転送（図１０の増幅器７６−Ａ／Ｄ変換器８２間、Ａ／Ｄ変換器８２−ＣＤＳ８８間、ＣＤＳ８８−Ｉ／Ｆ回路９０間）、画像処理部からレーザプリンタ部へのデータ転送（図１２のＡ／Ｄ変換器２３４−露光部２３６間、フレームメモリ２３０−Ａ／Ｄ変換器２３４間）、画像処理部から主制御（パーソナルコンピュータ）へのデータ転送（図１１の入出力ポート１５２−バス１７８間）、主制御（パーソナルコンピュータ）から外部装置へのデータ転送（図７の画像処理部３１６−「記録媒体や他の情報処理機器等」間）、入力機から出力機へのデータ転送（図１１の画像処理部３１６−レーザプリンタ部３１８間）等において光信号を伝送するために好ましく適用することができる。
【００８４】
さらに本発明装置は、印刷製版工程における入力−編集（ＤＴＰ）−出力の各工程間での情報伝送に、好適に使用することもできる。また本発明装置は、医療分野の情報伝送（例えば、病院内ＬＡＮ、病院間ＬＡＮ、より具体的には患者のカルテや医療診断画像を蓄積したセントラルサーバと各診察室の端末との間の情報伝送等）にも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す一部破断側面図
【図２】本発明の第２の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す側面図
【図３】図３の伝送装置の一部を示す平面図
【図４】図３の伝送装置の一部を示す正面図
【図５】図３の伝送装置を用いた双方向光通信システムを示す概略図
【図６】本発明に用いられるＰＭＭＡプラスチックファイバーの伝搬損失特性を示すグラフ
【図７】本発明の伝送装置が適用され得るディジタルラボシステムの概略ブロック
【図８】上記ディジタルラボシステムの外観図
【図９】上記ディジタルラボシステムにおけるラインＣＣＤスキャナの光学系の概略構成図
【図１０】上記ラインＣＣＤスキャナの電気系の概略構成を示すブロック図
【図１１】上記ディジタルラボシステムにおける画像処理部の概略構成を示すブロック図
【図１２】上記ディジタルラボシステムにおけるレーザプリンタ部及びプロセッサ部の電気系の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ ベースプレート
２ パッケージ
３ ＰＭＭＡプラスチックファイバー
３ａ コア
４ サーミスタ
５ 端面発光型半導体レーザ
６ ボールレンズ
７ 電気ヒータ
８ 温度制御回路
９ レーザ光
１０ 送信サブモジュール
１１ 端面発光型半導体レーザチップ
１２ ＰＭＭＡプラスチックファイバー
１２ａ コア
１３ Ｓｉサブマウント
１４ ベースプレート
１５ 活性層
１６ レーザ光
１７ サーミスタ
２０ アライメントマーク
２１ 温度制御回路
２２ 電気ヒータ
３０ 送受信モジュール
３１ コネクタ
３２ 伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー
３３ 送受信回路
４０ 受信サブモジュール
７６ 増幅器
８２ Ａ／Ｄ変換器
８８ ＣＤＳ
９０ Ｉ／Ｆ回路
１５２ 入出力ポート
１７８ バス
２３０ フレームメモリ
２３４ Ａ／Ｄ変換器
２３６ 露光部
３１６ 画像処理部
３１８ レーザプリンタ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等に利用される、プラスチックファイバーを用いた伝送装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、光通信における光の伝搬路としては、石英ガラスを主材料としたシングルモード型、もしくはマルチモードファイバーが用いられる。これらのファイバーの直径は２００μｍ以下であり、アライメントにおいてもミクロン単位の高い位置合わせ精度が求められる。そのため、工事現場等の一般環境下におけるファイバー敷設作業は容易ならざるものがあり、この点が、さらなる普及を妨げる大きな要因となっている。
【０００３】
その一方、敷設作業が比較的容易になされ得る大直径のプラスチックファイバーも開発されているが、これらは製造上の問題から主にステップインデックス型の構造を有し、高いビットレートの信号を遠距離まで伝送することができない。つまり、ステップインデックス型のファイバーに光パルスを入力させた場合は、長距離の伝搬後に、出射端で光パルスの波形が崩れて広がってしまう現象が認められる。そのため、連続したパルスを伝送させると、時間軸上で前後のパルスが重なりあって、ファイバーの出射端面において、０レベルにおいても完全に消光しない状態となる。言い換えれば、短いパルス幅の信号列は伝送後、信号の０，１の判定がし難くなるということであり、大容量の光通信には不向きであることが分かる（「プラスチックオプティカルファイバの基礎と実際」小池康博、宮田清蔵 監修、株式会社エヌ・ティー・エス、ｐｐ．８４−８７ （２０００）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上述の問題を解消するために、大きな直径を有し、かつ、伝送後もパルス幅の広がらないグレーデッドインデックス（分布屈折率）型のファイバーが提案され、実用化が期待されているが、一方でその種のファイバーにおいては以下の問題が明らかになってきた。
【０００５】
フッ化物を用いたプラスチックファイバー（商品名ルキナ、旭硝子株式会社）が実用化されているが、フッ化物は原材料が高価であるため低コスト化が困難で、またコア径を大きくすると使用するフッ化物の量が増すため更にコストが上がり、低コストで大口径コアによる敷設作業の容易さが特長であるプラスチックファイバーの利点を活かすことができない。
【０００６】
一方、安価でコアの大口径化が容易な材料としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）が知られており、これを主たるコア材料としてグレーデッドインデックス型の光ファイバーを作製することが考えられている。しかしながら、ＰＭＭＡを主成分とするコアを有するファイバーにおいて、伝搬損失の低い波長域は図６（文献：”ＰＯＦ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ” Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（２００２）から引用）に示すように、可視領域の中のごく限られた範囲（５２０ｎｍ、５７０ｎｍ、６５０ｎｍの付近）に存在する。
【０００７】
これらの中で、高速変調可能な半導体レーザあるいはＬＥＤが作成可能な波長域は、現在のところ６５０ｎｍ付近の領域のみである。その他のより短波長の領域でも、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を用いたレーザの研究が行われているが、実用に耐える信頼性が得られる目処は立っていない。６５０ｎｍ付近の低損失の波長域において、６３０〜６８０ｎｍの領域では略３００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られ、特に６４０〜６６０ｎｍの狭い領域では略２００ｄＢ／ｋｍ以下の更なる低損失特性が得られる。この狭い領域外の例えば６６０ｎｍよりやや長波長の光を用いる場合においては、伝搬損失が波長に応じて大きく変化するため、光源の波長が変化すると伝送装置の特性が変化してしまう。このような分散の大きな伝送特性を、新たな材料を適用することによって改善することも可能であるが、ファイバーのコストは通常のＰＭＭＡを用いる場合より上がってしまう。
【０００８】
他方、上記６５０ｎｍ近傍の波長の光を発し、通信に必要な１ｍＷ程度の光量が得られ、そして４００ＭＨｚから１ＧＨｚ以上までの高速変調が可能な光源としては、ＤＶＤなどで用いられている端面発光型の半導体レーザが、高温下での発振の安定性、信頼性において最も優れている。しかしながら、この種の半導体レーザをプラスチックファイバーと組み合わせて光伝送に用いる場合、ファブリペロ共振器型レーザの問題として、発振波長が温度に応じてシフトするという問題がある。これは、半導体のエネルギーギャップが温度依存性を有する本質に由来するものであり、発振波長の変化は、
【数１】
【０００９】
６５０ｎｍ帯の半導体レーザにおける実際の波長の温度依存性は約０．２ｎｍ／ｄｅｇである。したがって、環境温度が１００℃上昇すると、発振波長は約２０ｎｍ長波長側へシフトする。半導体レーザを作製するときの絶対波長のばらつきも±５ｎｍ程度あるので、上記シフトと合わせると３０ｎｍの範囲をカバーする必要があるが、図６のような伝搬特性を有するプラスチックファイバーでは損失が増大する可能性があるため、例えば使用する距離が限定されてしまう。
【００１０】
このような場合、幹線系の光通信で採用されているペルチェ素子を用いて加熱・冷却により温度を一定に保つことにより、上記問題を解決することが可能であるが、その場合は、ペルチェ素子が高価であることから伝送装置のコスト上昇を招く。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑み、大口径のコアを形成可能なプラスチックファイバーと、出射光波長の温度依存性を有する半導体発光素子とを組み合わせてなる伝送装置において、大幅なコスト上昇を招くことなく、低損失の安定した伝送特性を実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、
前述したようにＰＭＭＡを主成分とするコアを有するプラスチックファイバーと、
このプラスチックファイバーを伝搬させる光を発する半導体発光素子とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、
上記半導体発光素子として、波長が６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられるとともに、
上記半導体発光素子を加熱する加熱手段と、この半導体発光素子の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が出力する温度検出信号に基づいて前記加熱手段の駆動を制御して上記半導体発光素子の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定する制御回路とからなる温度調節機構が設けられたことを特徴とするものである。
【００１３】
なお上記半導体発光素子として、より好ましくは、波長が６４０〜６６０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられる。
【００１４】
またこの半導体発光素子は、端面発光型半導体レーザであることが望ましい。また別の観点からは、面発光型半導体レーザあるいは面発光型ＬＥＤが用いられることも好ましい。
【００１５】
他方、前記プラスチックファイバーとしては、分布屈折率型のものが用いられることが望ましい。
【００１６】
【発明の効果】
本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、ＰＭＭＡを主成分とするコアを有するプラスチックファイバーにおいて、略３００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られる波長６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光を発する半導体発光素子が用いられていることにより、伝搬損失が低く抑えられるようになる。特に、６４０〜６６０ｎｍの範囲にある光を発する半導体発光素子が用いられる場合は、さらに低い略２００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失特性が得られるので、より好ましい。
【００１７】
また、本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、前述の通りの加熱手段と、温度検出手段と、制御回路とからなる温度調節機構により、半導体発光素子の温度を所定の目標値に設定するようにしているので、半導体発光素子が発する光の波長変動を狭い範囲に抑えて、光波長がプラスチックファイバーの低損失特性が得られる領域から外れることを防止し、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこで本発明によれば、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００１８】
そして上記温度調節機構には、冷却作用を有するペルチェ素子等の高価な素子を用いずに、加熱手段を用いて半導体発光素子の温度を所定の目標値に設定するようにしているので、本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、大幅なコスト上昇を招くことなく安定した伝送特性を実現できようになる。
【００１９】
その上、上記温度調節機構は、半導体発光素子の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定するように構成されているので、加熱手段を用いて半導体発光素子の温度をこの最高温度あるいはそれよりも高い目標値に設定する場合と比べれば、温度調節機構が簡略化され、装置コストの上昇を抑える効果はより顕著となる。さらに、高温で加速される光源の劣化や、モジュール部品の信頼性の低下を懸念しなくて済むようにもなる。
【００２０】
なお、本発明のプラスチックファイバーを用いた伝送装置においては、温度調節の目標値を上記の通りに設定していることにより、環境温度がかなり上昇した際には、半導体発光素子が温度調節されないということも当然起こり得る。しかしそのようになっても、発光波長範囲を前述の通りに限定した半導体発光素子を用いていることから、実用に足りる低損失特性を確保できる。この点に関しては、後述の実施の形態において具体的数値を示して詳しく説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置の一部破断側面図である。ここに示される部分は光送信モジュール部を構成するものであり、図示の通りベースプレート１と、このベースプレート１に実装されたキャン型パッケージ２と、一端部がこのパッケージ２の中に挿通されたプラスチックファイバー３と、ベースプレート１の中に穿設された穴の中に配設されたサーミスタ４と、ステムの部分が上記ベースプレート１に取り付けられてパッケージ２の中に収納された端面発光型の半導体レーザ５と、同じくパッケージ２の中に収納されたボールレンズ６とを有している。またベースプレート１は電気ヒータ７を内蔵しており、この電気ヒータ７を上記サーミスタ４の出力信号に基づいて駆動する温度制御回路８が設けられている。
【００２３】
上記半導体レーザ５は、温度２５℃、出力３ｍＷにおける発振波長が６４８ｎｍで、発振波長の温度依存性が約０．２ｎｍ／ｄｅｇのものであり、直径５．６ｍｍのキャン型パッケージ２に実装されている。プラスチックファイバー３はＰＭＭＡからなるコアを有するものであり、そのコア径は７００μｍ、クラッドを含む直径は９００μｍである。半導体レーザ５から発せられたレーザ光９は、ボールレンズ６によりプラスチックファイバー３のコア３ａの端面で収束するように集光されてコア３ａ内に入射し、そこをマルチモードで導波、伝搬する。
【００２４】
半導体レーザ５の温度は、加熱手段としての電気ヒータ７と、温度検出手段としてのサーミスタ４と、温度制御回路８とからなる温度調節機構によって、所定の目標値に設定される。すなわち温度制御回路８は、サーミスタ４から出力される温度検出信号Ｓに基づいて電気ヒータ７の駆動電流を制御し、それによってベースプレート１の温度つまり半導体レーザ５の温度を目標値に維持する。
【００２５】
なお上記温度調節の目標値は、使用環境において想定される最高温度よりも低い値とされる。ここでは、環境温度が例えば−４５〜８５℃の間の値を取り得るものと想定され、温度調節の目標値は３５℃とされる。
【００２６】
電気ヒータ７は半導体レーザ５を加熱するだけで、冷却することは不可能である。このような簡便な温度調節機構を用いる場合、上記のように温度調節の条件を設定すると、半導体レーザ５の温度は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では３５℃に制御されるが、３５℃を超えて８５℃までの環境温度範囲では、環境温度そのままに変動することになる。
【００２７】
しかし、温度調節を行なわない場合の半導体レーザ５の温度変化範囲は１３０℃であるのに対し、この温度調節を行なうことにより、温度変化範囲を５０℃まで大幅に低減することができる。そこで、半導体レーザ５の発振波長の変動範囲も、約２６ｎｍから１０ｎｍ程度までに抑えることができる。具体的にこの発振波長は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では約６５０ｎｍに制御され、そして３５〜８５℃の範囲では約６５０〜６６０ｎｍの範囲で変動する。
【００２８】
以上のようにしてレーザ光９の波長変動範囲を小さく抑えることにより、図６に示したＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失領域を有効に使って、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこでこの伝送装置によれば、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００２９】
また温度調節機構は、−４５〜３５℃の環境温度範囲でのみ半導体レーザ５の温度を目標値に制御し、３５〜８５℃の環境温度範囲では温度調節をしないものとされているので、比較的安価に形成することができる。それにより、本実施の形態の電送装置は、温度調節を行なうために大きくコストアップすることを回避できるものとなる。
【００３０】
なお、端面発光型の半導体レーザ５は３ｍＷ以上の高出力が容易に得られ、更なる高出力化も可能であるため、ファイバー光学系の各種結合部の損失を含む伝送損失を出力向上により補償できることと、高温下での動作安定性が優れているために、加熱による温度調節により動作温度が比較的高温になっても安定して動作することの２点から、本発明において特に好適に用いられるものである。
【００３１】
例えば、発振波長を６４５±５ｎｍ（３５℃）として半導体レーザを作製するとき、上記実施の形態のように３５〜８５℃の間に動作範囲を限定すると、素子ばらつきと素子温度変化を考慮しても、６４０〜６６０ｎｍの範囲に発振波長を限定することが可能となる。そこで、図６に示した伝搬損失特性のＰＭＭＡプラスチックファイバーを用いた場合には、略２００ｄＢ／ｋｍ以下の低損失領域を有効に利用することができる。具体的には、分布屈折率型のＰＭＭＡプラスチックファイバーを用いて、１ＧＨｚ・１００ｍの高速、長距離伝送も可能となる。
【００３２】
なお、上記実施の形態ではボールレンズ６による集光方式を用いたが、集光用にボールレンズ以外のレンズを用いても構わない。また集光レンズは、予めキャン型パッケージ２の窓部に作り付けることも可能である。さらにプラスチックファイバーのコア径は７００μｍに限られるものではなく、それ以外に９００μｍ等とされても構わない。本発明で使用するプラスチックファイバーはコア径を大きく形成できるので、そのファイバー端を半導体発光素子に近接配置することにより、レンズを用いずにレーザ光を直接ファイバーに結合させることも可能である。
【００３３】
また、温度調節の目標値を常温より高めに設定することにより、各光学要素への結露を防止する効果も得られる。
【００３４】
さらに、上記実施の形態では端面発光型半導体レーザを用いているが、本発明では面発光レーザも適用可能である。面発光レーザでは、発振波長の温度依存性がＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）ミラーの効果で、一般に端面発光型半導体レーザの１／３程度と小さく、温度調節しなくても発振波長を前記実施の形態におけるのと同様の範囲に収めることができる。しかし、図６に示すようなＰＭＭＡプラスチックファイバーの特に低損失の領域を有効に使うためには、更に狭い範囲に温度調節して使用することが好ましく、その観点から考えれば、本発明ではこの面発光レーザを適用することも好ましいと言える。同様に本発明では、ＤＢＲミラーを用いたＬＥＤであるＲＣ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｃａｖｉｔｙ）−ＬＥＤを適用することも可能である。
【００３５】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置の側面形状を示すものであり、また図３および図４は、この伝送装置のサブマウントから上の部分の平面形状および正面形状を示すものである。本実施の形態の伝送装置は、後述する図５の送受信モジュール３０の送信サブモジュール１０を構成するものであり、端面発光型の半導体レーザチップ１１と、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２と、それらを固定するＳｉ製のサブマウント１３と、このＳｉサブマウント１３を固定する、放熱板を兼ねたベースプレート１４とを有している。
【００３６】
半導体レーザチップ１１は、温度２５℃、出力３ｍＷにおける発振波長が６５０ｎｍで、発振波長の温度依存性が約０．２ｎｍ／ｄｅｇのものであり、その接合面、つまり活性層１５に近い側の面を半田付けすることによって、Ｓｉサブマウント１３上に固定されている。ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２は、コア１２ａの径が５００μｍ、クラッドを含む直径が７００μｍのものであり、半導体レーザチップ１１から発せられたレーザ光１６がそのコア１２ａの端面に直接照射されるように配置されている。それによりレーザ光１６がコア１２ａ内に入射し、そこをマルチモードで導波、伝搬する。
【００３７】
Ｓｉサブマウント１３の上面には、半導体レーザチップ１１に近接させて、温度検出手段としてのサーミスタ１７が固定されている。またＳｉサブマウント１３の上面には、半導体レーザチップ１１とＰＭＭＡプラスチックファイバー１２とを分離する分離溝１８が設けられるとともに、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２を位置決めするための断面Ｖ字形の溝１９が設けられている。ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２は、上記Ｖ溝１９によって位置規定した後、ＵＶ硬化型接着剤によってＳｉサブマウント１３に固定される。
【００３８】
半導体レーザチップ１１から出射するレーザ光１６の広がり角度は半値全角で３０度程度であり、上記分離溝１８の幅を５０〜１００μｍ程度とすれば、レンズを用いなくても、レーザ光１６を７０％以上の効率でＰＭＭＡプラスチックファイバー１２に結合させることができる。また、半導体レーザチップ１１とＳｉサブマウント１３にアライメントマーク２０を設けておくことにより、ＰＭＭＡプラスチックファイバー１２を位置規定するＶ溝１９と半導体レーザチップ１１の発光位置とを位置合わせできるので、簡便な組立により高精度なアライメントが可能である。
【００３９】
本実施の形態でも、第１の実施の形態におけるのと同様に半導体レーザチップ１１の温度は、ベースプレート１４に内蔵された加熱手段としての電気ヒータ２２と、温度検出手段としてのサーミスタ１７と、温度制御回路２１とからなる温度調節機構によって、所定の目標値に設定される。すなわち温度制御回路２１は、サーミスタ１７から出力される温度検出信号Ｓに基づいて電気ヒータ２２の駆動電流を制御し、それによってベースプレート１４の温度つまり半導体レーザチップ１１の温度を目標値に維持する。
【００４０】
なお上記温度調節の目標値は、使用環境において想定される最高温度よりも低い値とされる。ここでも、環境温度が例えば−４５〜８５℃の間の値を取り得るものと想定され、温度調節の目標値は３５℃とされる。このように温度調節の条件を設定すると、半導体レーザチップ１１の温度は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では３５℃に制御されるが、３５℃を超えて８５℃までの環境温度範囲では、環境温度そのままに変動することになる。
【００４１】
しかし、温度調節を行なわない場合の半導体レーザチップ１１の温度変化範囲は１３０℃であるのに対し、この温度調節を行なうことにより、温度変化範囲を５０℃まで大幅に低減することができる。そこで、半導体レーザチップ１１の発振波長の変動範囲も、約２６ｎｍから１０ｎｍ程度までに抑えることができる。具体的にこの発振波長は、環境温度が−４５〜３５℃の範囲では約６５２ｎｍに制御され、そして３５〜８５℃の範囲では約６５２〜６６２ｎｍの範囲で変動する。
【００４２】
以上のようにしてレーザ光１６の波長変動範囲を小さく抑えることにより、図６に示したＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失領域を有効に使って、常に低損失の安定した伝送特性を実現できる。そこで本実施の形態においても、高速・大容量の光通信が可能な距離を大幅に伸ばすことが可能となる。
【００４３】
なお本実施の形態において、半導体レーザチップ１１の加熱はそれと別体のヒータにより行なっているが、半導体レーザチップ１１の上にヒータを形成すれば、更に効率の高い加熱が可能となる。また、半導体レーザチップ１１と別体のヒータを用いる場合は、それをベースプレート１４中ではなく、Ｓｉサブマウント１３の上等に設けても構わない。
【００４４】
以上説明した送信サブモジュール１０は、図５に示すように送受信モジュール３０内に配置され、該サブモジュール１０のＰＭＭＡプラスチックファイバー１２（図５では省略）がコネクタ３１を用いて伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー３２に接続される。また各送受信モジュール３０には、前述の温度制御回路２１が接続されるとともに、送受信回路３３が接続される。
【００４５】
この例の場合には、双方向通信可能な送受信モジュール３０内に、送信サブモジュール１０に加えて受信用フォトダイオード等からなる受信サブモジュール４０が配置され、その受信サブモジュール４０もコネクタを３１を用いて伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー３２に接続される。つまり本例では、２つの送受信モジュール３０がコネクタを３１を介して２本のファイバー３２によって接続されることにより、双方向光通信システムが構築される。
【００４６】
上に説明した実施の形態では、モジュール内に伝送用のＰＭＭＡプラスチックファイバー３２と同様のファイバー１２を配して、それを半導体発光素子と結合させているが、本発明は伝送に用いるＰＭＭＡプラスチックファイバーの低損失特性を有効に活かして高性能な伝送装置を得るものであり、したがって、モジュール内部には必ずしも伝送に用いるのと同様の光ファイバーを用いる必要はなく、ガラスの光ファイバーや、外部のファイバーに適切に結合できるレンズ、導波路等の光学系を用いても構わない。
【００４７】
また上記実施の形態では、サブモジュール内に加熱手段および温度検出手段を設けているが、サブモジュールを用いる装置によっては、サブモジュール外に加熱手段および温度検出手段を設けた方が良いことがある。さらに、他の目的に共用するため、あるいは複数のサブモジュールを同時に温度制御するために、外部に加熱手段および温度検出手段を設けても構わない。
【００４８】
また本発明においては、ＰＭＭＡのみからコアが形成されてなるプラスチックファイバーに限らず、ＰＭＭＡに他の物質が添加された材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーを用いることも可能であり、その場合にも、プラスチックファイバーの損失特性は、損失の値自体は変化しても基本的に図６に示すパターンとなるから、先に説明したのと同様の効果を得ることができる。また本発明においては、ＰＭＭＡ以外の材料からコアが形成されてなるプラスチックファイバーでも、基本的に図６に示す損失特性を有するものであれば同様に適用可能である。
【００４９】
さらに、本発明によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置は、一般的な光通信のみに限らず、情報を光信号によって伝送する全てのシステムに適用可能である。そのような光通信以外のシステムとしては、例えばディジタルラボシステムを挙げることが出来る。図７には、ディジタルラボシステム３１０の一例の概略構成が示されており、図８にはディジタルラボシステム３１０の外観が示されている。図７に示すように、このラボシステム３１０は、ラインＣＣＤスキャナ３１４、画像処理部３１６、レーザプリンタ部３１８、及びプロセッサ部３２０を含んで構成されており、ラインＣＣＤスキャナ３１４と画像処理部３１６は、図８に示す入力部３２６に設けられており、レーザプリンタ部３１８及びプロセッサ部３２０は、図８に示す出力部３２８に設けられている。
【００５０】
ラインＣＣＤスキャナ３１４は、ネガフィルムやリバーサルフィルム等の写真フィルムに記録されているフィルム画像を読み取るためのものであり、例えば１３５サイズの写真フィルム、１１０サイズの写真フィルム、及び透明な磁気層が形成された写真フィルム（２４０サイズの写真フィルム：いわゆるＡＰＳフィルム）、１２０サイズ及び２２０サイズ（ブローニサイズ）の写真フィルムのフィルム画像を読取対象とすることができる。ラインＣＣＤスキャナ３１４は、上記の読取対象のフィルム画像をラインＣＣＤで読み取り、画像データを出力する。なお、上記のラインＣＣＤスキャナ３１４に代えて、エリアＣＣＤによってフィルム画像を読み取るエリアＣＣＤスキャナを設けてもよい。
【００５１】
画像処理部３１６は、ラインＣＣＤスキャナ３１４から出力された画像データ（スキャン画像データ）が入力されると共に、デジタルカメラでの撮影によって得られた画像データ、フィルム画像以外の原稿（例えば反射原稿等）をスキャナで読み取ることで得られた画像データ、コンピュータで生成された画像データ等（以下、これらをファイル画像データと総称する）を外部から入力する（例えば、メモリカード等の記憶媒体を介して入力したり、通信回線を介して他の情報処理機器から入力する等）ことも可能なように構成されている。
【００５２】
画像処理部３１６は、入力された画像データに対して各種の補正等の画像処理を行って、記録用画像データとしてレーザプリンタ部３１８へ出力する。また、画像処理部３１６は、画像処理を行った画像データを画像ファイルとして外部へ出力する（例えばメモリカード等の記憶媒体に出力したり、通信回線を介して他の情報処理機器へ送信する等）ことも可能である。
【００５３】
レーザプリンタ部３１８はＲ、Ｇ、Ｂのレーザ光を発振するレーザ光源を備えており、画像処理部３１６から入力された記録用画像データに応じて変調したレーザ光を印画紙に照射して、走査露光によって印画紙に画像を記録する。また、プロセッサ部３２０は、レーザプリンタ部３１８で走査露光によって画像が記録された印画紙に対し、発色現像、漂白定着、水洗、乾燥の各処理を施す。これにより、印画紙上に画像が形成される。
【００５４】
（ラインＣＣＤスキャナの構成）次にラインＣＣＤスキャナ３１４の構成について説明する。図９にはラインＣＣＤスキャナ３１４の光学系の概略構成が示されている。この光学系は、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等から成り写真フィルム３２２に光を照射する光源３３０を備えており、光源３３０の光射出側には、写真フィルム３２２に照射する光を拡散光とする光拡散ボックス３３６が配置されている。
【００５５】
写真フィルム３２２は、光拡散ボックス３３６の光射出側に配置されたフィルムキャリア３３８（図１１参照、図９では図示省略）によって光軸と直交する方向に搬送される。なお、図９では長尺状の写真フィルム３２２を示しているが、１コマ毎にスライド用のホルダに保持されたスライドフィルム（リバーサルフィルム）やＡＰＳフィルムについては、各々専用のフィルムキャリアが用意されており（ＡＰＳフィルム用のフィルムキャリアは磁気層に磁気記録された情報を読み取る磁気ヘッドを有している）、これらの写真フィルムを搬送することも可能である。
【００５６】
また、光源３３０と光拡散ボックス３３６との間には、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）の調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙが射出光の光軸に沿って順に設けられており、写真フィルム３２２を挟んで光源３３０と反対側には、光軸に沿って、フィルム画像を透過した光を結像させるレンズユニット３４０、ラインＣＣＤ１１６が順に配置されている。図９ではレンズユニット３４０として単一のレンズのみを示しているが、レンズユニット３４０は、実際には複数枚のレンズから構成されたズームレンズである。
【００５７】
ラインＣＣＤ１１６は、ＣＣＤセルから成る光電変換素子が一列に多数配置されかつ電子シャッタ機構が設けられたセンシング部が、間隔を空けて互いに平行に３ライン設けられており、各センシング部の光入射側にＲ、Ｇ、Ｂの色分解フィルタの何れかが各々取付けられて構成されている（いわゆる３ラインカラーＣＣＤ）。ラインＣＣＤ１１６は、各センシング部の受光面がレンズユニット３４０の結像位置に一致するように配置されている。また、各センシング部の近傍には、転送部が各センシング部に対応して各々設けられており、各センシング部の各ＣＣＤセルに蓄積された電荷は、対応する転送部を介して順に転送される。また図示は省略するが、ラインＣＣＤ１１６とレンズユニット３４０との間にはシャッタが設けられている。
【００５８】
図１０にはラインＣＣＤスキャナ３１４の電気系の概略構成が示されている。ラインＣＣＤスキャナ３１４は、ラインＣＣＤスキャナ３１４全体の制御行なうマイクロプロセッサ４６を備えている。マイクロプロセッサ４６には、バス６２を介してＲＡＭ６４（例えばＳＲＡＭ）、ＲＯＭ６６（例えば記憶内容を書換え可能なＲＯＭ）が接続されると共に、モータドライバ４８が接続されており、モータドライバ４８にはフィルタ駆動モータ５４が接続されている。フィルタ駆動モータ５４は調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙを各々独立にスライド移動させることが可能である。
【００５９】
マイクロプロセッサ４６は、図示しない電源スイッチのオンオフに連動して光源３３０を点消灯させる。また、マイクロプロセッサ４６は、ラインＣＣＤ１１６によるフィルム画像の読み取り（測光）を行う際に、フィルタ駆動モータ５４によって調光フィルタ１１４Ｃ、１１４Ｍ、１１４Ｙを各々独立にスライド移動させ、ラインＣＣＤ１１６に入射される光量を各成分色光毎に調節する。
【００６０】
またモータドライバ４８には、レンズユニット３４０の複数枚のレンズの位置を相対的に移動させることでレンズユニット３４０のズーム倍率を変更するズーム駆動モータ７０、レンズユニット３４０全体を移動させることでレンズユニット３４０の結像位置を光軸に沿って移動させるレンズ駆動モータ１０６が接続されている。マイクロプロセッサ４６は、フィルム画像のサイズやトリミングを行うか否か等に応じて、ズーム駆動モータ７０によってレンズユニット３４０のズーム倍率を所望の倍率に変更する。
【００６１】
一方、ラインＣＣＤ１１６にはタイミングジェネレータ７４が接続されている。タイミングジェネレータ７４は、ラインＣＣＤ１１６や後述するＡ／Ｄ変換器８２等を動作させるための各種のタイミング信号（クロック信号）を発生する。ラインＣＣＤ１１６の信号出力端は、増幅器７６を介してＡ／Ｄ変換器８２に接続されており、ラインＣＣＤ１１６から出力された信号は、増幅器７６で増幅されＡ／Ｄ変換器８２でディジタルデータに変換される。
【００６２】
Ａ／Ｄ変換器８２の出力端は、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）８８を介してインタフェース（Ｉ／Ｆ）回路９０に接続されている。ＣＤＳ８８では、フィードスルー信号のレベルを表すフィードスルーデータ及び画素信号のレベルを表す画素データを各々サンプリングし、各画素毎に画素データからフィードスルーデータを減算する。そして、演算結果（各ＣＣＤセルでの蓄積電荷量に正確に対応する画素データ）を、Ｉ／Ｆ回路９０を介してスキャン画像データとして画像処理部３１６へ順次出力する。
【００６３】
なお、ラインＣＣＤ１１６からはＲ、Ｇ、Ｂの測光信号が並列に出力されるので、増幅器７６、Ａ／Ｄ変換器８２、ＣＤＳ８８から成る信号処理系も３系統設けられており、Ｉ／Ｆ回路９０からは、スキャン画像データとしてＲ、Ｇ、Ｂの画像データが並列に出力される。
【００６４】
また、モータドライバ４８にはシャッタを開閉させるシャッタ駆動モータ９２が接続されている。ラインＣＣＤ１１６の暗出力については、後段の画像処理部３１６で補正されるが、暗出力レベルは、フィルム画像の読み取りを行っていないときに、マイクロプロセッサ４６がシャッタを閉止させることで得ることができる。
【００６５】
（画像処理部の構成）次に画像処理部３１６の構成について図１１を参照して説明する。画像処理部３１６は、ラインＣＣＤスキャナ３１４に対応してラインスキャナ補正部１２２が設けられている。ラインスキャナ補正部１２２は、ラインＣＣＤスキャナ３１４から並列に出力されるＲ、Ｇ、Ｂの画像データに対応して、暗補正回路１２４、欠陥画素補正部１２８、及び明補正回路１３０から成る信号処理系が３系統設けられている。
【００６６】
暗補正回路１２４は、ラインＣＣＤ１１６の光入射側がシャッタにより遮光されている状態で、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力されたデータ（ラインＣＣＤ１１６のセンシング部の各セルの暗出力レベルを表すデータ）を各セル毎に記憶しておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力されたスキャン画像データから、各画素毎に対応するセルの暗出力レベルを減ずることによって補正する。
【００６７】
また、ラインＣＣＤ１１６の光電変換特性は各セル単位で濃度のばらつきもある。欠陥画素補正部１２８の後段の明補正回路１３０では、ラインＣＣＤスキャナ３１４に画面全体が一定濃度の調整用のフィルム画像がセットされている状態で、ラインＣＣＤ１１６で前記調整用のフィルム画像を読み取ることによりラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された調整用のフィルム画像の画像データ（この画像データが表す各画素毎の濃度のばらつきは各セルの光電変換特性のばらつきに起因する）に基づいて各セル毎にゲインを定めておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された読取対象のフィルム画像の画像データを、各セル毎に定めたゲインに応じて各画素毎に補正する。
【００６８】
一方、調整用のフィルム画像の画像データにおいて、特定の画素の濃度が他の画素の濃度と大きく異なっていた場合には、ラインＣＣＤ１１６の前記特定の画素に対応するセルには何らかの異常があり、前記特定の画素は欠陥画素と判断できる。欠陥画素補正部１２８は調整用のフィルム画像の画像データに基づき欠陥画素のアドレスを記憶しておき、ラインＣＣＤスキャナ３１４から入力された読取対象のフィルム画像の画像データのうち、欠陥画素のデータについては周囲の画素のデータから補間してデータを新たに生成する。
【００６９】
また、ラインＣＣＤ１１６は写真フィルム３２２の搬送方向と直交する方向に延びた３本のライン（ＣＣＤセル列）が写真フィルム３２２の搬送方向に沿って所定の間隔を空けて順に配置されているので、ラインＣＣＤスキャナ３１４からＲ、Ｇ、Ｂの各成分色の画像データの出力が開始されるタイミングには時間差がある。ラインスキャナ補正部１２２には、図示しない遅延回路が設けられており、フィルム画像上で同一の画素のＲ、Ｇ、Ｂの画像データが同時に出力されるように、最も遅く出力される画像データの出力タイミングを基準として残りの２色毎に異なる遅延時間で画像データの出力タイミングの遅延を行う。
【００７０】
ラインスキャナ補正部１２２の出力端はセレクタ１３２の入力端に接続されており、補正部１２２から出力された画像データはセレクタ１３２に入力される。また、セレクタ１３２の入力端は入出力コントローラ１３４のデータ出力端にも接続されており、入出力コントローラ１３４からは、外部から入力されたファイル画像データがセレクタ１３２に入力される。セレクタ１３２の出力端は入出力コントローラ１３４、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂのデータ入力端に各々接続されている。セレクタ１３２は、入力された画像データを、入出力コントローラ１３４、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂの各々に選択的に出力可能とされている。
【００７１】
イメージプロセッサ部１３６Ａは、メモリコントローラ１３８、イメージプロセッサ１４０、３個のフレームメモリ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃを備えている。フレームメモリ１４２Ａ、１４２Ｂ、１４２Ｃは各々１フレーム分のフィルム画像の画像データを記憶可能な容量を有しており、セレクタ１３２から入力された画像データは３個のフレームメモリ１４２の何れかに記憶されるが、メモリコントローラ１３８は、入力された画像データの各画素のデータが、フレームメモリ１４２の記憶領域に一定の順序で並んで記憶されるように、画像データをフレームメモリ１４２に記憶させる際のアドレスを制御する。
【００７２】
イメージプロセッサ１４０は、フレームメモリ１４２に記憶された画像データを取込み、階調変換、色変換、画像の超低周波輝度成分の階調を圧縮するハイパートーン処理、粒状を抑制しながらシャープネスを強調するハイパーシャープネス処理等の各種の画像処理を行う。なお、上記の画像処理の処理条件は、オートセットアップエンジン１４４（後述）によって自動的に演算され、演算された処理条件に従って画像処理が行われる。イメージプロセッサ１４０は入出力コントローラ１３４に接続されており、画像処理を行った画像データは、フレームメモリ１４２に一旦記憶された後に、所定のタイミングで入出力コントローラ１３４へ出力される。なお、イメージプロセッサ部１３６Ｂは、上述したイメージプロセッサ部１３６Ａと同一の構成であるので説明を省略する。
【００７３】
ラインＣＣＤスキャナ３１４は、異なる解像度で２回の読み取りを行うこともできる。１回目の比較的低解像度での読み取り（以下、プレスキャンという）では、例えば、フィルム画像の濃度が極端に低い場合（例えばネガフィルムにおける露光オーバのネガ画像）にも、ラインＣＣＤ１１６で蓄積電荷の飽和が生じないように決定した読取条件（写真フィルムに照射する光のＲ、Ｇ、Ｂの各波長域毎の光量、ＣＣＤの電荷蓄積時間）でフィルム画像の読み取りが行われる。このプレスキャンによって得られた画像データ（プレスキャン画像データ）は、セレクタ１３２から入出力コントローラ１３４に入力され、更に入出力コントローラ１３４に接続されたオートセットアップエンジン１４４に出力される。
【００７４】
オートセットアップエンジン１４４は、ＣＰＵ１４６、ＲＡＭ１４８（例えばＤＲＡＭ）、ＲＯＭ１５０（例えば記憶内容を書換え可能なＲＯＭ）、入出力ポート１５２を備え、これらがバス１５４を介して互いに接続されて構成されている。
【００７５】
オートセットアップエンジン１４４は、入出力コントローラ１３４から入力された複数コマ分のフィルム画像のプレスキャン画像データに基づいて、ラインＣＣＤスキャナ３１４による２回目の比較的高解像度での読み取り（以下、ファインスキャンという）における光源３３０の光量を決定すると共に、ファインスキャンによって得られた画像データに対する画像処理の処理条件を演算し、演算した処理条件をイメージプロセッサ部１３６のイメージプロセッサ１４０へ出力する。この画像処理の処理条件の演算では、撮影時の露光量、撮影光源種やその他の特徴量から類似のシーンを撮影した複数のフィルム画像が有るか否か判定し、類似のシーンを撮影した複数のフィルム画像が有った場合には、これらのフィルム画像のファインスキャン画像データに対する画像処理の処理条件が同一又は近似するように決定する。
【００７６】
なお、画像処理の最適な処理条件は、画像処理後の画像データを、レーザプリンタ部３１８における印画紙への画像の記録に用いるのか、外部へ出力するのか等によっても変化する。画像処理部３１６には２つのイメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂが設けられているので、例えば、画像データを印画紙への画像の記録に用いると共に外部へ出力する等の場合には、オートセットアップエンジン１４４は各々の用途に最適な処理条件を各々演算し、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂへ出力する。これにより、イメージプロセッサ部１３６Ａ、１３６Ｂでは、同一のファインスキャン画像データに対し、互いに異なる処理条件で画像処理が行われる。
【００７７】
さらに、オートセットアップエンジン１４４は、入出力コントローラ１３４から入力されたフィルム画像のプレスキャン画像データに基づいて、レーザプリンタ部３１８で印画紙に画像を記録する際のグレーバランス等を規定する画像記録用パラメータを算出し、レーザプリンタ部３１８に記録用画像データ（後述）を出力する際に同時に出力する。また、オートセットアップエンジン１４４は、外部から入力されるファイル画像データに対しても、上記と同様にして画像処理の処理条件を演算する。
【００７８】
入出力コントローラ１３４はＩ／Ｆ回路１５６を介してレーザプリンタ部３１８に接続されている。画像処理後の画像データを印画紙への画像の記録に用いる場合には、イメージプロセッサ部１３６で画像処理が行われた画像データは、入出力コントローラ１３４からＩ／Ｆ回路１５６を介し記録用画像データとしてレーザプリンタ部３１８へ出力される。また、オートセットアップエンジン１４４はパーソナルコンピュータ１５８に接続されている。画像処理後の画像データを画像ファイルとして外部へ出力する場合には、イメージプロセッサ部１３６で画像処理が行われた画像データは、入出力コントローラ１３４からオートセットアップエンジン１４４を介してパーソナルコンピュータ１５８に出力される。
【００７９】
パーソナルコンピュータ１５８は、ＣＰＵ１６０、メモリ１６２、ディスプレイ１６４及びキーボード１６６（図８も参照）、ハードディスク１６８、ＣＤ−ＲＯＭドライバ１７０、搬送制御部１７２、拡張スロット１７４、画像圧縮／伸長部１７６を備えており、これらがバス１７８を介して互いに接続されて構成されている。搬送制御部１７２はフィルムキャリア３３８に接続されており、フィルムキャリア３３８による写真フィルム３２２の搬送を制御する。また、フィルムキャリア３３８にＡＰＳフィルムがセットされた場合には、フィルムキャリア３３８がＡＰＳフィルムの磁気層から読み取った情報（例えば画像記録サイズ等）が入力される。
【００８０】
また、メモリカード等の記憶媒体に対してデータの読出し／書込みを行うドライバ（図示省略）や、他の情報処理機器と通信を行うための通信制御装置は、拡張スロット１７４を介してパーソナルコンピュータ１５８に接続される。入出力コントローラ１３４から外部への出力用の画像データが入力された場合には、前記画像データは拡張スロット１７４を介して画像ファイルとして外部（前記ドライバや通信制御装置等）に出力される。また、拡張スロット１７４を介して外部からファイル画像データが入力された場合には、入力されたファイル画像データは、オートセットアップエンジン１４４を介して入出力コントローラ１３４へ出力される。この場合、入出力コントローラ１３４では入力されたファイル画像データをセレクタ１３２へ出力する。
【００８１】
なお、画像処理部３１６は、プレスキャン画像データ等をパーソナルコンピュータ１５８に出力し、ラインＣＣＤスキャナ３１４で読み取られたフィルム画像をディスプレイ１６４に表示したり、印画紙に記録することで得られる画像を推定してディスプレイ１６４に表示し、キーボード１６６を介してオペレータにより画像の修正等が指示されると、これを画像処理の処理条件に反映することも可能とされている。
【００８２】
図１２にはレーザプリンタ部３１８及びプロセッサ部３２０の電気系の概略構成が示されている。レーザプリンタ部３１８は画像データを記憶するフレームメモリ２３０を備えている。フレームメモリ２３０はＩ／Ｆ回路２３２を介して画像処理部３１６に接続されており、画像処理部３１６から入力された記録用画像データ（印画紙２２４に記録すべき画像の各画素毎のＲ、Ｇ、Ｂ濃度を表す画像データ）はＩ／Ｆ回路２３２を介してフレームメモリ２３０に一旦記憶される。フレームメモリ２３０はＤ／Ａ変換器２３４を介して露光部２３６に接続されると共に、プリンタ部制御回路２３８に接続されている。
【００８３】
上記のようなディジタルラボシステムにおける情報をやりとりするいずれの部位にも、本発明装置は好適に使用できる。特に本発明装置は、ラインＣＣＤスキャナから画像処理部へのデータ転送（図１０の増幅器７６−Ａ／Ｄ変換器８２間、Ａ／Ｄ変換器８２−ＣＤＳ８８間、ＣＤＳ８８−Ｉ／Ｆ回路９０間）、画像処理部からレーザプリンタ部へのデータ転送（図１２のＡ／Ｄ変換器２３４−露光部２３６間、フレームメモリ２３０−Ａ／Ｄ変換器２３４間）、画像処理部から主制御（パーソナルコンピュータ）へのデータ転送（図１１の入出力ポート１５２−バス１７８間）、主制御（パーソナルコンピュータ）から外部装置へのデータ転送（図７の画像処理部３１６−「記録媒体や他の情報処理機器等」間）、入力機から出力機へのデータ転送（図１１の画像処理部３１６−レーザプリンタ部３１８間）等において光信号を伝送するために好ましく適用することができる。
【００８４】
さらに本発明装置は、印刷製版工程における入力−編集（ＤＴＰ）−出力の各工程間での情報伝送に、好適に使用することもできる。また本発明装置は、医療分野の情報伝送（例えば、病院内ＬＡＮ、病院間ＬＡＮ、より具体的には患者のカルテや医療診断画像を蓄積したセントラルサーバと各診察室の端末との間の情報伝送等）にも好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す一部破断側面図
【図２】本発明の第２の実施形態によるプラスチックファイバーを用いた伝送装置を示す側面図
【図３】図３の伝送装置の一部を示す平面図
【図４】図３の伝送装置の一部を示す正面図
【図５】図３の伝送装置を用いた双方向光通信システムを示す概略図
【図６】本発明に用いられるＰＭＭＡプラスチックファイバーの伝搬損失特性を示すグラフ
【図７】本発明の伝送装置が適用され得るディジタルラボシステムの概略ブロック
【図８】上記ディジタルラボシステムの外観図
【図９】上記ディジタルラボシステムにおけるラインＣＣＤスキャナの光学系の概略構成図
【図１０】上記ラインＣＣＤスキャナの電気系の概略構成を示すブロック図
【図１１】上記ディジタルラボシステムにおける画像処理部の概略構成を示すブロック図
【図１２】上記ディジタルラボシステムにおけるレーザプリンタ部及びプロセッサ部の電気系の概略構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ ベースプレート
２ パッケージ
３ ＰＭＭＡプラスチックファイバー
３ａ コア
４ サーミスタ
５ 端面発光型半導体レーザ
６ ボールレンズ
７ 電気ヒータ
８ 温度制御回路
９ レーザ光
１０ 送信サブモジュール
１１ 端面発光型半導体レーザチップ
１２ ＰＭＭＡプラスチックファイバー
１２ａ コア
１３ Ｓｉサブマウント
１４ ベースプレート
１５ 活性層
１６ レーザ光
１７ サーミスタ
２０ アライメントマーク
２１ 温度制御回路
２２ 電気ヒータ
３０ 送受信モジュール
３１ コネクタ
３２ 伝送用ＰＭＭＡプラスチックファイバー
３３ 送受信回路
４０ 受信サブモジュール
７６ 増幅器
８２ Ａ／Ｄ変換器
８８ ＣＤＳ
９０ Ｉ／Ｆ回路
１５２ 入出力ポート
１７８ バス
２３０ フレームメモリ
２３４ Ａ／Ｄ変換器
２３６ 露光部
３１６ 画像処理部
３１８ レーザプリンタ部
Claims (5)
- ＰＭＭＡを主成分とするコアを有するプラスチックファイバーと、
このプラスチックファイバーを伝搬させる光を発する半導体発光素子とを有するプラスチックファイバーを用いた伝送装置において、
前記半導体発光素子として、波長が６３０〜６８０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられるとともに、
前記半導体発光素子を加熱する加熱手段と、この半導体発光素子の温度を検出する温度検出手段と、この温度検出手段が出力する温度検出信号に基づいて前記加熱手段の駆動を制御して前記半導体発光素子の温度を、それが配置される環境において想定される最高温度よりも低い所定の目標値に設定する制御回路とからなる温度調節機構が設けられたことを特徴とするプラスチックファイバーを用いた伝送装置。 - 前記半導体発光素子として、波長が６４０〜６６０ｎｍの範囲にある光を発するものが用いられていることを特徴とする請求項１記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
- 前記半導体発光素子として、端面発光型半導体レーザが用いられていることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
- 前記半導体発光素子として、面発光型半導体レーザまたは面発光型ＬＥＤが用いられていることを特徴とする請求項１または２記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
- 前記プラスチックファイバーとして、分布屈折率型のものが用いられていることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載のプラスチックファイバーを用いた伝送装置。
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