JP2004252441A - シート状導光体およびそれを用いた通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 シート状導光体において良好な光取り出し効率および、均一な出射光強度分布が得られ、また双方向通信も可能な通信システムを得る。
【解決手段】 シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら、受光器が結合された他端面側に伝搬させるシート状導光体10を用いた通信システムにおいて、前記粒子の散乱断面積をΦ、前記光学媒質の光伝搬方向の長さをＬ_Ｇ、粒子密度をＮｐ、補正係数をＫ_Ｃとしたとき、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が０．９以下であるシート状導光体10を用いる。
【選択図】 図１０

Description

本発明は導光体、特に詳細には、シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を前記粒子により散乱させながら他端面側に伝搬させるシート状導光体を用いた通信システムに関するものである。

また本発明は、上記通信システムに用いられるシート状導光体に関するものである。

従来、例えば特許文献１や特許文献２に示されているように、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を前記粒子により散乱させながら別の端面側に伝搬させる導光体が公知となっている。

このような導光体は、その側端面と周囲媒質（空気あるいはクラッド層）との界面における全反射の作用に加えて、光学媒質内の粒子で散乱を繰り返させながら光を伝搬させるものであるので、全反射の作用のみで光を伝搬させる導光体と比較すると、より強度が均一化した光を出射端面から取り出せるという利点を有している。その利点を活かしてこの種の導光体は、例えば特許文献３に示されるように、シート状の光学媒質を用いて形成し、その一端面に光信号を入力する１つの入力部を結合するとともに他端面に複数の出力部を結合して、入力された光信号を複数の出力部に共通の信号として分配する光データバス（シートバス）を構成するために適用することが考えられている。

また、このような光データバスとして、例えば特許文献４に示されるように、シート状光学媒質の光入射側の端部に各信号光入射部に対応させて光拡散部を設け、この光拡散部で拡散、分岐した信号光を該光学媒質の光出射側の端部に向けて伝搬させるようにしたものも公知となっている。
特許第３１６２３９８号公報 特許第３１８４２１９号公報 特開平１０−１２３３５０号公報 特開平１１−３１０３５号公報

特許文献４に示されるような光データバスにおいては、光拡散部を一辺が１００μｍからなる多数の単位光学素子から構成する必要があり、作製が極めて困難であるという問題が認められている。また、このような光拡散部をシート状光学媒質の一方の端部に形成すれば、その端部側において光検出することは事実上不可能であってその端部は光入射側と限定せざるを得ず、よってこのシート状光学媒質を介して双方向通信することは不可能となる。

特許文献３に示されるようなシート状導光体を用いれば、双方向通信することも可能である。しかし従来、この種のシート状導光体において、所望の光取り出し効率や、均一な出射光強度分布を実現する設計条件を簡単に求めることは不可能であった。そこで従来は、所望の特性の導光体を得る上で、光学媒質内に含有させる粒子の粒子径や粒子密度を変えて複数の導光体サンプルを作製し、それらの中から所望の光取り出し効率や均一な出射光強度分布が得られる導光体を選んで使用する手法や、計算機を用いた大がかりなシミュレーションによって設計条件を求める手法が採用されていた。

本発明は上記の事情に鑑みて、シート状導光体において良好な光取り出し効率および、均一な出射光強度分布が得られ、また双方向通信も可能である、シート状導光体を用いた通信システムを提供することを目的とする。

また本発明は、そのような通信システムに好適に用いることができるシート状導光体を提供することを目的とするものである。

本発明によるシート状導光体を用いた通信システムは、
前述したようにシート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら、受光器が結合された他端面側に伝搬させるシート状導光体を用いた通信システムにおいて、
前記粒子の散乱断面積をΦ、前記光学媒質の光伝搬方向の長さをＬ_Ｇ、粒子密度をＮｐ、補正係数をＫ_Ｃとしたとき、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が０．９以下となっていることを特徴とするものである。

なお、本発明によるシート状導光体を用いた通信システムにおいては、システムのｒｍｓ（root mean square）ノイズをNoise（System_rms）、許容されるビットエラーレートをＢＥＲ(accept)、Noise（System_rms）の発生確率をＰｒ(Noise（System_rms）)としたとき、Ｑを比例定数として、
Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ)≦ＢＥＲ(accept)
を満足していることが望ましい。

さらに、本発明によるシート状導光体を用いた通信システムにおいては、システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、２値化における任意の閾値をＶ(Thresh)、受光器から負荷抵抗を介して出力する信号電圧をＳ(ＰRmin )vとしたとき、Ｑを比例定数として、
{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ
を満足していることが望ましい。

また、本発明で用いる上記シート状導光体は、入射光が入・出射端面以外の各面においてSnell’ｓ Lawに従って反射を繰り返すものとし、周囲媒質の屈折率をＮｓ、母材の光学媒質の屈折率をＮｍ、入射角をθｍ、屈折角をθｓとしたとき、粒子を含有しない場合にＮｍ・ｓｉｎθｍ＝Ｎｓ・ｓｉｎθｓであるならば、ｓｉｎθｓ＞１を満足する形状の光学媒質から構成されることが望ましい。

また上記シート状導光体は、少なくとも１つの出射端面から出射する光線が該出射端面での反射・屈折においてSnell’ｓ Lawに従うものとし、周囲媒質の屈折率をＮｓ、母材となる光学媒質の屈折率をＮｍ、入射角をθｍ、屈折角をθｓとしたとき、粒子を含有しない場合にＮｍ・ｓｉｎθｍ＝Ｎｓ・ｓｉｎθｓであるならば、ｓｉｎθｓ＜１を満足する形状の光学媒質から構成されることが望ましい。

また本発明で用いるシート状導光体においては、光学媒質に混入する粒子がMie散乱理論に従う非磁性の伝導体粒子であってもよい。また光学媒質において、粒子は粒子密度に勾配を持たせて混入されてもよい。

さらにこのシート状導光体は、複数の光学媒質を組み合わせて構成することも可能である。

また本発明は、上述のようなシート状導光体として、導光体本体の表面（入・出射端面以外の面）を被覆する保護層を有するシート状導光体を提供するものである。そのような保護層は、例えばプラスチック光ファイバの被覆材として従来広く用いられているポリエチレンや塩化ビニル等を好適に用いて形成することができる。

なお、上述の保護層を有するシート状導光体は、該保護層と導光体本体表面との間に、この導光体本体より低屈折率のクラッド層を有するものであることが特に望ましい。そのようなクラッド層は、具体的には、例えば紫外線硬化樹脂やシリコン樹脂等の材料を、導光体本体に塗布、蒸着する等によって形成することができる。またこのクラッド層のシート状導光体本体に対する屈折率差は、シート状導光体本体における信号光の最大入射角に対して全反射条件を満足する値となっていることが望ましい。

前述の特許文献１および２には、屈折率不均一構造により、あるいは誘電体粒子を光学媒質に混入・拡散させ、所望の光強度分布を実現するための導光路が提案されている。またこれらの特許文献１および２には、Debyeの濁度（Turbidity）理論（Journal of Applied Physics Vol.20 pp.518〜525（1949））を応用することにより、散乱光強度を高め、かつ出射口における光強度分布の均一化を実現できることが記されている。Debyeは、Einsteinの“気体または液体中の誘電率の熱的揺らぎについての理論”（Annalen Der Physik 33 pp.1275〜1298（1910））の中で、特に散乱光に関する考察を引用しており、上記論文中のEinsteinの式は下の通りである。

ｉ／Ｉ_０＝（ＲＴ／Ｎ）・〔（ε−１）^２（ε＋２）^２／Ｐ〕・（２π／λ）^４
〔Ｖ／（４πＤ）^２〕ｃｏｓ^２θ・・・・（１）
ここで、 ｉ：散乱体から距離Ｄ離れた位置での光強度
Ｉ_０：入射光の強度
Ｒ：気体定数
Ｔ：絶対温度
Ｎ：１グラム分子中の分子数
ε：波長λに対する屈折率の二乗（誘電率）
Ｐ：流体に加わる圧力
λ：波長
Ｖ：光散乱体の体積
Ｄ：光散乱体と観測点までの距離
θ：散乱角
上記Einsteinの式はDebyeにより変形され、下式で表されている。

ｉ／Ｉ＝＜η＞^２／ε^２（π^２Ｖ／λ^４Ｒ^２）・（１＋ｃｏｓ^２θ）／２・ω・・・（２）
ここで、 ｉ：散乱体から距離Ｄ離れた位置での光強度
Ｉ_０：入射光の強度
ε：散乱体の誘電率
＜η＞^２ ：散乱体の誘電率の揺らぎの二乗平均値
Ｒ：観測点と散乱体までの距離
λ：波長
Ｖ：光散乱体の全体積
θ：散乱角
ω：相関体積
また、ω＝４π∫sｉｎ（ｋｓｒ）／ｋｓｒ・ｒ^２γ（ｒ）ｄｒ・・・（３）
ｋ：波数
ｓ：入射光の単位ベクトルと出射光の単位ベクトルの合成ベクトルの長さ
ｒ：誘電率揺らぎを生じている２点間の距離
ｓ＝２ｓｉｎ（θ／２） である。

Debyeによれば、相関体積ωは相関関数γ（ｒ）を
γ（ｒ）＝ｅｘｐ（−ｒ／ａ）（ａ：相関距離）
とおくと積分でき、故に（３）式は、
ω＝８πａ^３／（１＋ｋ^２ｓ^２ａ^２）^２ ・・・・（４）
で表される。

（２）、（４）式より、
ｉ／Ｉ＝＜η＞^２／ε^２（π^２Ｖ／λ^４Ｒ^２）・（１＋ｃｏｓ^２θ）／２・８πａ^３／（１＋ｋ^２ｓ^２ａ^２）^２
ここで、ｓ＝２ｓｉｎ（θ／２）を用いて（２）式は、
ｉ／Ｉ＝４πａ^３＜η＞^２／ε^２（π^２Ｖ／λ^４Ｒ^２）・（１＋ｃｏｓ^２θ）
／（１＋８π^２（１−ｃｏｓθ）（ａ／λ）^２）^２・・・・（５）
となる。（４）式の散乱角強度の項は、以下で示される。

ｆ（θ）＝（１＋ｃｏｓ^２θ）／（１＋８π^２（１−ｃｏｓθ）（ａ／λ）^２）^２
・・・・（６）
この（６）式を代表的な（ａ／λ）の値毎に計算して、散乱角対規格化強度を求めた結果を図１に示す。また、Mie散乱理論に基づいて、代表的な粒子径Ｄｐの値毎に散乱角対規格化強度を求めた結果を図２に示す。

特許文献１および２によれば、粒子径はほぼ相関距離に等しいと考えることができるので、図１より、粒子径が波長と同程度の大きさであれば前方散乱光の強度が強くなるが、粒子径が波長の１０倍を超えると側方散乱光の強度が極めて強くなり、もはや前方には光が進行しないことが分かる。一方、Mie散乱理論によれば、図２から明らかなように、粒子径が波長の１０倍を超えても前方散乱光の強度はなお強い。Debyeの濁度理論は、γ（ｒ）＝ｅｘｐ（−ｒ／ａ）で近似した場合、粒子径が波長と同程度の場合は、Mie散乱の結果に近いが、それよりも大きい粒子径に対しては、Mie散乱理論と大きくずれを生じていることが分かる。

以上の考察から、所望の光学媒質に光散乱を生じさせる粒子を混入し、入射した光を均一な強度分布として出射させるために用いる計算手法として、粒子の大きさが波長よりも非常に小さい場合にはRayleigh散乱を表し、非常に大きい場合はHuygens−Fresnel回折を表す、Mie散乱理論がより適切であると考えられる。さらに、Mie散乱理論は１粒子系であり、多粒子の散乱に対しては、Mie散乱理論に基づいた多粒子系での解析が必要であると考えられる。

本発明で用いるシート状導光体を製造するに当たっては、以上の考察に基づいて、所望の光取り出し効率を実現する設計条件を簡単に求めることができる。以下、この方法を詳しく説明する。

＜散乱断面積＞
まず、散乱断面積Φについて説明する。Mie散乱理論に限らず、また可視域の光以外に、γ線やＸ線等の放射線領域や赤外線やマイクロ波等の長波長領域において、散乱断面積という概念が広く用いられている。粒子径と波長の関係がRayleigh領域にある場合、散乱断面積Φは、
Φ＝１２８・π⁵・（ａ_ｐ ⁶／３λ⁴）・｛（ｎ²−１）／（ｎ²＋２）｝²・・（７）
ただし ａ_ｐ：粒子半径
λ：入射光の波長
ｎ：相対屈折率
で表される。

一方、Mieの理論において、散乱断面積Φは下の（８）式で表される。

上記（８）式のａ／λ＞＞１の極限では、散乱断面積Φは、
Φ＝Ｍπａ_ｐ ^２ （収束時：Ｍ≒２）・・・・（９）
である。そして（８）式より、２πａ_ｐ／λ≒１の領域では、上記Ｍが１＜Ｍ＜６の間で振動することが分かっている。

ここで図３ａ、ｂおよびｃにそれぞれ、相対屈折率ｎが1.1、1.5、2.1である場合のＭの振動の様子を示す。これらの図より、Mie散乱領域における散乱断面積Φは、粒子径Ｄｐの増大により振動・収束して行くことが分かる。この振動領域においても、相対屈折率ｎが１から２程度の広い範囲で、Mie散乱領域の収束する幾何学的散乱断面積πａ_ｐ ^２に乗ずる数値を、図３ａ〜ｃにより各粒子径に応じて求めることが可能である。

上述の（７）、（９）式に基づいて粒子径Ｄｐと散乱断面積Φとの関係を、いくつかの相対屈折率ｎ毎に求めた結果を図４に示す。一方、Mie散乱理論に基づいて、多粒子系の粒子径Ｄｐと、ある数値を乗じた粒子密度の逆数との関係を計算機シミュレーションで求めた結果を図５に示す。

なお、これらの計算機シミュレーションでは、ある有限の拡がり角をもつ光を、内部に粒子を含有する１０ｍｍ角から１０００ｍｍ角の各種の大きさの立方体形状を持つ光学媒質に入射させたものとしている。すなわち、入射光と立方体の大きさは相似的に変化する。また粒子径Ｄｐ、はRayleigh散乱領域からFresnel回折領域に至るまでの幅広い範囲で変化させた。またこれらの計算機シミュレーションでは、光は入射側と対向する位置から入射光と同方向に出射するものとし、そして立方体の光の出射端における光の取り出し効率は約８０％としている。

これらの図４および５より、散乱断面積と、有限の大きさの光学媒質中の粒子数との間に密接な関係が有ることが分かる。

＜Lambert−Beer則と散乱断面積＞
平行光束を等方媒質に入射させた場合の透過率Ｔは、Lambert−Beer則により
Ｔ＝Ｉ／Ｉ_０＝ｅｘｐ（−ρ・ｘ）・・・・（１０）
ここで ｘ：距離
Ｉ_０：入射光強度
Ｉ：出射光強度
ρ：減衰定数
で表される。

上記減衰定数ρは、粒子の散乱断面積をΦ、媒質に含まれる単位体積当たりの粒子数をＮpとすると
ρ＝Φ・Ｎｐ・Ｋ_Ｃ ・・・（１１）
であると考えられる。ここで、Ｋ_Ｃは有限の空間の光学媒質中で光が伝搬する場合に経験的に求められる無次元の補正係数である。

そして、導光体を設計する上で一般に必要とされるパラメータは、光学媒質の体積Ｖ、混入粒子数Ｎ_ＰＴおよび粒子径Ｄｐであり、その場合に出射光強度がどのように変化するか検討する。

ここで、Ｎｐ＝Ｎ_ＰＴ／Ｖ である。さらに、図４と図５との比較・類推並びに図示しないいくつかのデータからＫ_Ｃは決定される。本計算においては、図４、図５並びに図示しないいくつかのデータからＫ_Ｃ＝０．００４が得られた。粒子径Ｄｐと散乱断面積Φは、（７）、（９）式より対応付けられ、故に、光学媒質の光軸方向への長さをＬ_Ｇとすると、光の取り出し効率Ｅoutは、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）｝・・・・（１３）
で与えられる。この（１３）式より、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ＝ＣＯＮＳＴ．とすれば取り出し効率を一定にできることが分かる。つまり、光学媒質の光軸方向への長さＬ_Ｇに応じてＮｐを変化させればよい。

さらに、粒子が存在しない場合に、立体の形状、入射光の強度分布、入射角度に依存するFresnel損失と、内部透過率等を総合した損失係数Ｋ_Ｌで表せば、
上記（１３）式は、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）｝・Ｋ_Ｌ・・・・（１４）
となる。

すなわち、粒子の散乱断面積Φ、粒子密度Ｎｐ、光学媒質の光伝搬方向の長さＬ_Ｇ、補正係数Ｋ_Ｃおよび損失係数Ｋ_Ｌにより取り出し効率Ｅoutを決定できる。言い換えれば、所望の光取り出し効率Ｅoutが与えられたとき、上記（１４）式を満足させれば、その光取り出し効率Ｅoutが実現される。

＜Fresnel損失因子＞
Fresnel損失は、まず反射率を考え、ｐ偏光成分をＲｐ、ｓ偏光成分をＲｓとすれば
Ｒｐ＝ｔａｎ（θi−θr）／ｔａｎ（θi＋θr）・・・（１５ａ）
Ｒｓ＝−ｓｉｎ（θi−θr）／ｓｉｎ（θi＋θr）・・・（１５ｂ）
ここで、θi：入射角
θr：屈折角
となる。故に反射光の強度Ｉrは、（１５ａ）、（１５ｂ）式より
Ｉr＝（Ｒｐ^２＋Ｒｓ^２）／２・・・・（１６）
この（１６）式より透過光強度Ｉｔは、
Ｉｔ＝１−Ｉｒ・・・・（１７）
となり、入射光の強度分布を考慮した透過光強度をＩｔ’すると（１７）式は、
Ｉt’（θi）＝Ｉｔ（θi）・Ｄ（θi）・・・・（１８）
Ｄ（θi）：強度分布関数
となる。

＜Fresnel損失の算出＞
任意の拡がり角の有る光束が光学媒質に入射する場合、任意の入射角θiに対し、Fresnel損失は変化する。光束の最大入射角をθmaxとすると、境界面におけるFresnel損失は、

で表される。

ここで、計算の簡素化のために入射光の強度分布を矩形とすると上記（１９）式は

となる。この（２０）式に基づいて、光学媒質の種々屈折率に対するFresnel損失を求めた結果を図６に示す。なおこの図６では、縦軸に透過率を取って損失を示してある。つまり、透過率１が損失０（ゼロ）である。

＜Fresnel損失を含む光取り出し効率の算出＞
上記の図６から、入射角が３０°以下の場合、光学媒質の屈折率と周囲媒体の屈折率が大きく異なっていても、Fresnel損失はほぼ同じになることが分かる。今、光学媒質がシート状直方体の場合、反射・屈折において光線の方向余弦は保存され、入射角と出射角は粒子が存在しない場合、同じになると考えられる。また、内部透過率Ｔin≒１と近似できる場合は、入射面の透過率と出射面の透過率の積が全透過率Ｔtotalとなる。よって光学媒質の屈折率をｎ＝１．５とすると、Ｔtotal＝０．９２となる。

故に（１４）式は、
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）｝・０．９２・・・（１４ｂ）
となる。この（１４ｂ）式により、粒子径と光取り出し効率との関係を求めた結果を図７ａ〜ｅに示す。なお、入射光の強度に分布が有る場合や、入射光の入射角度が３０°以上になる場合は、（１９）式、（２０）式によりFresnel損失を求め（１４ｂ）式に代入すればよい。ただし、出射時には臨界角を考慮して、入射光の広がりは半角で３０°程度にするのが望ましい。

上記の図７ａ〜ｅは、本計算方法において、まず各粒子径の平均的な狙いの光取り出し効率を定め、それに対し各粒子径における計算値（１０ｍｍＣ、１００ｍｍＣ、１０００ｍｍＣ）と本計算で用いた粒子径、粒子密度による精密なシミュレーション（Ｓ １０ｍｍ、Ｓ １００ｍｍ、Ｓ １０００ｍｍ）の結果を示している。平均的な狙いの光取り出し効率は、図７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅにおいてそれぞれ８０％，７０％，６０％，５０％，４０％である。散乱断面積Φは、粒子径２０ｎｍの場合はRayleigh理論により、また粒子径２００ｎｍ以上についてはMie理論により求めた。Ｓはシミュレーションを表し、Ｃは本計算によることを表している。また数値は光学媒質の光伝搬方向の長さＬ_Ｇを表している。

この図７ａ〜ｅによれば、平均的な狙いの光取り出し効率が６０％以上であれば、精密なシミュレーションの結果と１０％未満の誤差におさまっており、よく一致していることが分かる。すなわち、言い換えれば、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が０．４以下であれば、誤差が１０％未満におさまることを表している。また、上記値が０．９以下であっても、誤差は５０％未満におさまることを同時に表している。なおＫ_Ｌの値は、経験的に求めた値０．９２を用いた。シミュレーションや試作を行う上では、誤差が５０％程度生じていても、光取り出し効率の狙いを付けるためには特に問題無いと考えられる。言うまでもなく、誤差が１０％未満であればシミュレーションをする必要性は無く、また数種類のサンプルを評価し、絞り込む必要性が無くなるため、開発効率が向上するという効果が得られる。

上述の結果から、Mie散乱の複雑な理論に頼らなくても、比較的簡便なRayleigh領域とMie散乱収束領域の結果を基に（１４）式を用いて、光の取り出し効率について見通しの良い解を得ることが可能であると考えられる。本方法は、この知見に鑑みてなされたものであり、前述のように
Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）｝・Ｋ_Ｌ
を満足させることにより、所望の光取り出し効率Ｅoutを実現する。

＜計算例＞
（１４）式に基づいてシート状直方体について計算した結果を、表１〜３および図８ａ〜ｃに示す。なお、表１の数値をグラフに表したものが図８ａであり、以下同様に、表２と図８ｂ、表３と図８ｃが順次対応している。これらの表中の計算結果において、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値はいずれも０．９以下になっている。なお、いずれの場合も、Ｋ_Ｌの値は０．９２である。

図８ａ〜ｃにおいて（Ｃ）、（Ｓ）はそれぞれ本計算の結果、精密なシミュレーションの結果を表している。また数値は光学媒質の寸法（ｍｍ）である。また狙いの光取り出し効率は、各粒子径における平均としている。表１〜３および図８ａ〜ｃから明らかなように、本計算の結果とシミュレーション結果とがよく一致していることが分かる。特に粒子径２０００ｎｍにおける結果は、本計算方法がシミュレーションに一致することをより一層明白にしている。

＜出射光強度分布特性＞
出射光強度分布特性は、光源の強度分布、広がり角、光源の数と配置などに影響を受けるため、シミュレーションにて評価した。そのようにして求めた粒子径毎の出射光強度分布特性を図９ａ、ｂ、ｃに示す。ここで、光源は光学媒質の入射側断面の中心に位置させたものとし、広がり角を半角で３０°とした。図９ａ、ｂ、ｃは表１と同じ条件でシート状直方体の場合についてシミュレーションした結果であり、それぞれシートサイズが小、中、大の場合を示している。

これらの図から、断面が矩形の光学媒質において光取り出し効率９０％前後で、ほぼ均一な強度分布が実現されていることが分かる。以上の考察および計算機シミュレーションから、任意の光学媒質に光散乱を生じさせる粒子を混入して導光体を製造する場合には、まず（１４）式に基づいて、各粒子径による散乱断面積、粒子密度、光学媒質の寸法などから、光取り出し効率を予め絞り込むこともできる。そしてさらに、光強度分布特性を精密なシミュレーションにより求めるようにしてもよい。あるいは、（１４）式から予め絞り込んだ条件に沿って数種類のサンプルを製作し、実験的に評価することも可能である。

そして本発明で用いられるシート状導光体は、前述した通りΦ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ≦０．９の関係を満足する構成としたことにより、シミュレーションとの誤差が１０％未満におさまるので、良好な光取り出し効率および、均一な出射光強度分布を実現することができる。

また本発明で用いられるシート状導光体は、光学媒質内の粒子で散乱を繰り返させながら光を伝搬させるものであるので、一方の端面から光を入射させて他方の端面に伝搬させることも、また上記他方の端面から光を入射させて上記一方の端面に伝搬させることも同じように可能である。そこで、このシート状導光体を用いる本発明のシート状導光体を用いた通信システムは、双方向通信することも可能となる。

＜シート状導光体を用いた通信システムの必要条件＞
代表的な通信用シート状導光体を図１０に示す。シート状導光体10は、前述したように例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した光を上記粒子により散乱させながら別の端面側に伝搬させるものである。そしてこのシート状導光体10の一端面には複数の光ファイバ21、22および23が接続され、他端面には光ファイバ31、32および33が接続される。これらの光ファイバ21〜23および31〜33としては通常大Ｎ．Ａ．（開口数）のものが適用され、双方向の通信を可能にする。

光ファイバで受光する場合の条件について考察する。文献“High-Uniformity Star Coupler Using Diffused Light Transmission” IEICE TRANS. ELECTRON, Vol.E84C,No.3 MARCH 2001 p339（以下、非特許文献１という）によれば、通信用シート状導光体システムにおける受光器への要求は、以下の通りである。

《受光器の最小受光光量が２０．５ｄＢｍ（０ｄＢｍ＝１ｍＷ）以上必要》
これは、５００Ｍｂｐｓの信号を送受信した場合のBit-Error-Rate（ＢＥＲ）より算出されており、また受光器はＰＩＮフォトダイオードであるため、受光器が異なる場合（例えばフォトマルチプライヤ、アバランシェフォトダイオードなど）、或いは送信帯域が異なる場合には参考にはならない。すなわち、任意の受光器において、ある送信帯域において許され得る最小受光光量というものが存在するはずである。これより、上記の条件を満足する受光器の許容最小受光量をＰ(Receiver)minと定義する。

まず上記の条件からシート状導光体の出射光強度分布がフラットな場合について制約条件を求める。この出射光強度分布がフラットな場合でも、一本の光ファイバにおいて導光路と光ファイバの断面の面積比π／４が必ず損失につながる。ただし、光ファイバのコア径がシート状導光体の厚みに等しいとする。また公差は、今は考慮しない。

分岐数（ノード数）をＮとすると、光量は１／Ｎに下がり、かつそのうちπ／４を損失分として計上すると、理想的な場合、受光器が受光する光量Ｐ(Receiver)は、
Ｐ(Receiver)＝Ｅout・（１／Ｎ）・π／４・・・（２１）
ここで受光器は、光ファイバからの出射光すべてを受光するものとする。これより、導光体への入射光の光量をＰinとすると（２１）式は
Ｐ(Receiver)＝Ｐin・Ｅout・（１／Ｎ）・π／４・・・（２２）
となる。この（２２）式の対数をとって受光器の受光光量をｄＢｍで表すと、
Ｐ(Receiver)_ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(１／Ｎ)・π／４}・・（２３）
受光光量と分岐数（ノード数）の関係を、入射光量が１ｍＷ、１０ｍＷの場合について図１１に示す。この図１１から分かるように、当然のことながら受光光量は出射光量に比例する。また、ここではシート状導光体からの出射光の強度分布をフラットなものと想定しているが、実際には光源の位置が変われば出射光の強度分布も変化する。すなわち、受光光量に増減が生じ、出射光強度の最小部において受光光量も最小になると考えられる。

ここで、導光体への入射光量Ｐinが与えられたとき、光源が任意の位置にある場合の出射光の分布形状を、出射光強度分布が長辺となっている方向をｘ、短辺となっている方向をｙとして、規格化強度分布関数Ｄ(ｘ，ｙ)で表す。また分岐数（ノード数）で分割された入、出射部における１単位をセグメントと呼ぶことにし、各セグメントの中心に光ファイバの中心（光軸）を理想的に位置決めするものとする。

故に、ｉ番目のセグメントにおける出射光量の規格化された平均値ＮＰiは、Segiをｉ番目のセグメントにおける積分領域とすると、

ここで、Segmaxは全セグメント中で最大の光量となるセグメントを表す。また、光量が最小となる場合のセグメントにおいては、

となる。（２３）式において出射全光量Ｐoutは、
Ｐout＝Ｐin・Ｅout ・・・・（２６）
である。これよりｉ番目のセグメントにおける光量ＰSegiは、分岐数＝セグメント数＝ノード数であるから、

となる。なお本明細書では、上記（２７）式に含まれる

を便宜的にΣＮＰｉと表すこととする。

上記（２３）式、（２７）式をまとめて、出射光強度分布がフラットな場合の１／Ｎに換えて、
Ｐ(Receiver)_ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ／ΣＮＰｉ)・π／４}
となる。いま必要な数値は、光ファイバから出射する光量が最小の場合であり、それは（２５）式より与えられる。すなわち、Ｐ(Receiver_min) _ｄＢｍを受光器の得る最小受光光量とすると、上記式から
Ｐ(Receiver_min)_ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ(min)／ΣＮＰｉ)
・π／４}・・・・（２８）
となる。ここでＰin：入射光量、Ｅout：光の取り出し効率、ＮＰｉ(min)：最小光量となるセグメントの光量、ΣＮＰｉ：セグメントの光量和である。

また、あるＢＥＲを満足するために受光器に必要な最小光量をＰRmin_ｄＢｍとすると
ＰRmin_ｄＢｍ ≦ Ｐ(Receiver_min)_ｄＢｍ
であり、さらに発光器と光ファイバとの結合損失をＫ_Ｅ、光ファイバとシート状導光体との結合損失をＫ_Ｆ、光ファイバと受光器との結合損失をＫ_Ｒ、光ファイバの内部損失Ｋ_ＦＩとすると、
ＰRmin_ｄＢｍ≦Ｐ(Receiver_min)_ｄＢｍ・Ｋ_Ｅ・Ｋ_Ｆ・Ｋ_Ｒ・Ｋ_ＦＩ・・・（２９）
であり、この（２９）式がシート状導光体を用いた通信システムの必要条件になる。

＜ＢＥＲ（Bit-Error-Rate）＞
ＢＥＲは、ランダムに発生させたデジタル信号をある通信媒体を通じて送信し、受信したデジタル信号が元のデジタル信号に対してどの程度の食い違いを生じているかを表す指標であり、送信したビット数をＢits、ビットエラー数をＢiterとすると、
ＢＥＲ＝Ｂiter／Ｂits ・・・・（３０）
で表される。

次に、ビットエラーの発生するメカニズムについて考察する。まず、デジタル変換する際のアナログ波形の歪が、第一要因として挙げられる。また信号レベルが低下した際にビットエラーが増加することから、Ｓ／Ｎも要因として考える必要がある。波形の歪により信号レベルが低下しても、それが（０，１）信号を区別する閾値を安定して超えていればビットエラーは発生しないはずであり、ノイズが外部から飛来し、あるいは内部から発生することにより、歪んだ波形にレベル変化を与えそれがビットエラーの原因になると考えられる（図１２参照）。

シート状導光体を用いた通信システムにおける波形歪みの最大因子は、任意の入射セグメントと出射セグメントとが対応した受信信号自身の歪みと、各入射セングメントと任意の出射セグメントに対応したミキシンング信号に含まれる各信号成分の位相ずれによる波形歪であると考えられる。そして上記の波形歪は信号光の光路差に起因している。光ファイバとシート状導光体とを用いた通信システムにおいて光路差を生じる要素は、シート状導光体自身と光ファイバである。すなわちビットエラーは、アナログ信号をデジタル変換する際に、波形歪により信号レベルが予め決められた閾値を下回ることにより生じると推定される。さらにデジタル信号を送信する際には、基準信号（基準クロック）を付随させるとし、かつ読み取る際にも基準信号と照合すると考えると、基準信号とデジタル化された信号とに位相差（ジッタ）が大きくなるとビットエラーが発生すると考えられる。また、閾値近傍のアナログ信号はノイズによるゆらぎにより閾値を上下し、間違ったデジタル信号に化ける。すなわち、光路差要因とノイズ要因とが複合してビットエラーが発生すると推測される。

＜光路差とＢＥＲ（Bit-Error-Rate）との関係＞
シート状導光体を用いた通信システムにおける、４、８、１６の各ノード数に対する波形歪をそれぞれ図１３ａおよびｂ（４ノード）、図１４ａおよびｂ（８ノード）、図１５ａおよびｂ（１６ノード）に示す。これらの通信システムにおいて、光ファイバの外径は全て１ｍｍ、長さは光路差を無視できる１ｍであり、それらは各々光入射側においても光出射側においても互いに密接して並設されている。

また各図における「In」と「Out」の数値はそれぞれ、光入射位置、出射位置をシート状導光体の光ファイバ並び方向中央位置からの距離（ｍｍ：光を入射させる光ファイバが有る側には−、それと反対側には＋で示す）で表している。すなわち、図１３ａは上記中央位置から−１．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に２本目の光ファイバ（後述の図１８を例に挙げれば光ファイバ21）に光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバ（同様に光ファイバ31）から光を出射させた場合、図１３ｂは上記と同じ位置の光ファイバ（同様に光ファイバ21）に光を入射させ、上記中央位置から＋１．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に２本目の光ファイバ（同様に光ファイバ34）から光を出射させた場合の各波形歪を示している。また図１４ａは上記中央位置から−３．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に４本目の光ファイバに光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバから光を出射させた場合、図１４ｂは上記と同じ位置の光ファイバに光を入射させ、上記中央位置から＋３．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に４本目の光ファイバから光を出射させた場合の各波形歪を示している。また図１５ａは上記中央位置から−７．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバ、つまり該中央位置から−方向に８本目の光ファイバに光を入射させ、同じ位置に中心がある光ファイバから光を出射させた場合、図１５ｂは上記と同じ位置の光ファイバに光を入射させ、上記中央位置から＋７．５ｍｍの位置に中心がある光ファイバつまり該中央位置から＋方向に８本目の光ファイバから光を出射させた場合の各波形歪を示している。

これらの図より、入力信号１Ｇｂｐｓにおいて、波形歪によるレベル変化は無視できることが分かる。

＜Ｓ／ＮとＢＥＲとの関係＞
読み間違い（ビットエラー）の発生は、信号の質、すなわちＳ／Ｎにも関係すると考えられる。つまり、いくら合い隣り合う信号スペクトルの高調波成分を除去した主要成分が分離されていても、高調波成分（ノイズ成分）が大きければ、別々の信号として区別できなくなる。極端な場合を想像すると、ノイズ成分に埋もれた信号は特別にフィルタ処理した場合以外は、通常、検出不可能と考えられる。

ノイズ成分には熱ノイズ（Johnson Noise）、量子ノイズ（Shot Noise）、発光器や受光器に用いる半導体素子特有の１／ｆノイズなどのシステム内部で発生するノイズに加えて、放射線ノイズ、誘導ノイズなどの外来ノイズが存在する。ここでは、システム自身の能力について評価するため、外来ノイズは無視することにし、システム内部で発生するノイズに限定して考える。また、１／ｆノイズの影響は無視する。

ノイズ成分のパワー（電力）Noise(Total)は、
Noise(Total)＝Noise（熱）＋Noise（量子）・・（３１）
で表され、各成分は、受光素子について電力で表記すると、
Noise（熱） ＝(４ｋＴ／Ｒ)・Δν ・・・・（３１ａ）
ただしｋ：Ｐｌａｎｋ定数
Ｔ：等価温度（雑音指数により決まる）
Ｒ：受光器の負荷抵抗
Δν：受光器の帯域
Noise（量子） ＝３ｅ^２・(Ｐ＋Ｐ_Ｂ)・η・Δν／(ｈν)
＋２ｅｉ_ｄ・Δν ・・・・（３１ｂ）
ただしｅ：電子の電荷
Ｐ：信号光光量
Ｐ_Ｂ：背景光光量
η：量子効率
ｈ：Ｐｌａｎｋ定数
ν：信号光の振動数
ｉ_ｄ：暗電流
Δν：受光器の帯域
ここで、０．５Ｇｂｐｓの信号を作る上で、出力低下が無い０．２５ＧＨｚ帯域の信号を整流することを考える。つまり、フォトダイオードの帯域は０．２５ＧＨｚである。この場合、一例として浜松ホトニクス株式会社製Ｓｉフォトダイオード：Ｓ５９７３について、Ｐ＝８．９×１０^−６Ｗ（２０．５ｄＢｍ）、η＝０．４、Ｒ＝５０Ω、Ｔ＝３００Ｋとしてノイズ成分を計算すると、電流値に換算して
Ｎｏｉｓｅ（熱rms） ＝２．８８×１０^−７（Ａ）
Ｎｏｉｓｅ（量子rms）＝８．１９×１０^−８（Ａ）
となり、トータルの雑音成分は、
Ｎｏｉｓｅ（トータルrms）＝３．７０×１０^−７（Ａ） ・・・（３２）
となる。一方、最小受光光量における信号電流Ｓcは、
Ｓc＝Ｐ・ｅ・η・／（ｈ・ν） ・・・・（３３）
で与えられるため、最小受光光量での信号電流Ｓ(min)cは、
Ｓ(min)c ＝２．４６×１０^−６（Ａ）
となる。故にこの場合の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は、Ｓ／Ｎ（Pmin）＝６．６５となる。

さて、ノイズの分布を熱雑音が支配的であるため、Gaussianで近似すると、あるタイミングにおけるシステムノイズがｒｍｓノイズの６．６５倍になる場合、すなわち信号電流レベル＝雑音電流レベル（Ｓ／Ｎ＝１）となる場合のノイズの発生確率Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）は、
Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）≒３．４７×１０^−１１
となり、ＢＥＲ≒１×１０^−１１にほぼ近い値となり、前記非特許文献１のＢＥＲの発生確率に近い値になる。さらに、デジタル信号の伝送に支障の無い２０ＭＨｚ程度のハイパスフィルタを使った場合、
Ｓ／Ｎ（Pmin）＝６．８１
Ｐｒ（Ｓ／Ｎ＝１）≒１．３１×１０^−１１
となり非特許文献１の記載にほぼ一致する。つまり上記の結果が、ＢＥＲに関してこれまでの推測が正しいと考え得る根拠である。なお図１６に、ｒｍｓ（root mean square）ノイズの大きさとその発生確率との関係を示す。

さらに、ＢＥＲに関して推測を一歩進めて、より実際的な手法について考察する。まず、シート状導光体を用いた通信システムにおける代表的なｒｍｓノイズ（電圧値）を測定し、Noise（System_rms）で定義する。また、システムに許容されるＢＥＲをＢＥＲ(accept)とし、そのときの受光信号パワーをＰRminとすれば、信号電圧Ｓ(ＰRmin )vは、Ｒを負荷抵抗として、
Ｓ(ＰRmin )v＝ＰRmin・ｅ・η／（ｈ・ν）×Ｒ ・・・・(３４)
となる。また、（０，１）信号の閾値レベルをＶ(Thresh)とし、閾値レベルを考慮したＳ／Ｎ（Thresh）を、
Ｓ／Ｎ（Thresh）
＝{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}／Noise（System_rms）・・・（３５）
で定義する。（３５）式がある値に達したときＢＥがある確率で発生し、それをＳ／Ｎacceptとすると、上記の考察から、そのときのNoise（System_rms）の発生確率がＢＥＲに等しいと考えられる。図１７に、上記の考察から計算したＢＥＲと受光光量との関係を示す。この関係は非特許文献１の実測結果に非常に近く、かつ形状もよく近似している。

またＶ(Thresh)について考えると、信号成分からノイズ成分を差し引いた値がこれを下回わる場合と、“０”レベルからノイズ成分を加えた値がこれを上回る場合に、ＢＥが発生することになる。故にこのＶ(Thresh)は、平均信号電圧の半分の値にするのが望ましいと考えられる。

以上より、シート状導光体を用いた通信システムにおいて、許容されるＢＥＲすなわちＢＥＲ(accept)が与えられ、またシステムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）とした場合に、Noise（System_rms）の発生確率Ｐｒ(Noise（System_rms）)が、信号波形の歪を考慮する必要の無い帯域において、Ｑを比例定数として、
Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ)≦ＢＥＲ(accept) ・・・（３６）
を満足する大きさのNoise（System_rms）であり、信号レベルが、２値化における任意の閾値Ｖ(Thresh)を与えた場合に、
{Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ ・・・（３７）
を満足する入力信号ＰRminであって、かつ該（３７）式を満足する受光器から負荷抵抗を介して出力する信号電圧Ｓ(ＰRmin )vとなる通信システムが定義できる。

あるいは上記（３７）式は、前記の理由から
Ｓ(ＰRmin )v／２＞Noise（System_rms）・Ｑ ・・・・（３８）
としても定義できる。

さらに、ＢＥＲをシステム内部で測定できるような回路構成を持たせて、ＢＥＲ(accept)を満足するように光源の出力パワーＰRminを調整して、（３７）式および（３８）式を満足させるようにしてもよい。この場合、ＢＥＲ測定回路から光源側にフィードバックするデジタル回路を設け、本デジタル回路は、ＢＥＲ(accept)から決められたテーブルにより光源光量を制御するものとすることにより、システム自身が発生するNoise（System_rms）以外の外来ノイズにも対応可能となる。

なお本発明の通信システムにおいて、特にシート状導光体として、導光体本体の表面を被覆する保護層を有するものが用いられた場合は、外部からの衝撃や圧力によって導光体本体が破壊あるいは破損することが防止されるので、システムの信頼性が向上する。

またその場合、特に保護層と導光体本体表面との間にクラッド層が形成されていれば、シート表面に到達した信号光の多くは該表面とクラッド層との界面で全反射するようになるので、この信号光が保護層に吸収されることを防止して、高い光伝搬効率を実現可能となる。

さらに、上記クラッド層のシート状導光体本体に対する屈折率差が、シート状導光体本体における信号光の最大入射角に対して全反射条件を満足する値となっていれば、シート状導光体をある程度屈曲させても、屈曲させない場合と同等の高い光伝搬効率を確保できる。そこで、そのようなシート状導光体を用いた本発明の通信システムは、例えば狭い機械内の配線用に従来用いられているフレキシブル基板やフラットケーブルを用いる通信システムに代えて、その種の用途に広く適用し得るものとなる。しかも本発明のシート状導光体を用いた通信システムは、単に上記従来品に置き換えられ得るだけではなく、光信号で通信するものであるから電磁ノイズに強く、他方、光信号で通信するシステムの中でも光ファイバを用いる通信システムと比べれば安価に構築可能なものとなる。

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。

図１８は、本発明の一実施の形態によるシート状導光体を用いた通信システムの平面形状を示すものである。図示されるようにこのシステムは、１つのシート状導光体10の一端面に一例として４本の光ファイバ21、22、23および24が結合されるとともに、他端面にも４本の光ファイバ31、32、33および34が結合されてなる４ノードタイプのものである。シート状導光体10は、厚みが１ｍｍ、幅が４ｍｍ、長さが３０ｍｍに形成されたものである。

ここで本実施の形態においては、許容されるビットエラーレートＢＥＲ(accept)は、一般にエラーフリーとされる限界の１×１０^−１１である。一方、上記シート状導光体10の光取り出し効率Ｅout＝０．９とする。この場合、前述の（１４）式より、粒子直径を７μｍとすると、粒子密度Ｎｐは０．９３×１０^４（個／ｍｍ^３）となる。言い換えれば、粒子直径および粒子密度Ｎｐをこの値にしておくことにより、（１４）式が満足されることになる。

次に、このシステムの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を求める。前記（２８）式に基づくシミュレーションによれば、このとき受光器40が得る最小受光光量Ｐ(Receiver_min) _ｄＢｍは１０．５（ｄＢｍ）となる。ただし、Ｐin＝１．０ｍＷ、Ｅout＝０．９、ＮＰi(min)／ΣＮＰi≒０．１５とした。

そして、最小受光光量Ｐ(Receiver_min) _ｄＢｍとなる任意のノードで前記（２８）式および（２９）式が満足されるものとする。なおここで、経験的な事実並びに公差解析から、（２９）式中の発光器と光ファイバとの結合損失：Ｋ_Ｅ、光ファイバとシート状導光体との結合損失：Ｋ_Ｆ、光ファイバと受光器との結合損失：Ｋ_Ｒの値はそれぞれ概略１ｄＢであることが分かっている。

次に光ファイバの内部損失Ｋ_ＦＩを求める。ここでは、コアがＰＭＭＡからなるプラスチック光ファイバを使用するものとし、その場合の光ファイバの伝搬損失は約０．１５〜０．２ｄＢ／ｍである。該通信システムが配置される装置内の配線を考慮した場合、シート状導光体10の両端で合わせて１０ｍ程度のファイバ長さが必要であるとすると、光ファイバの内部損失Ｋ_ＦＩは最大で２ｄＢ程度となる。（２９）式において、この内部損失Ｋ_ＦＩとその他の結合損失を加算すると、受光器に必要な最小光量ＰRmin＝１５．５（ｄＢｍ）となる。Watts表示ではＰRmin＝０．０２８（ｍＷ）である。

よって信号電流Ｓcは、帯域を５００ＭＨｚとして（この帯域では、シミュレーション結果から、波形歪は考慮する必要はない）、前述の（３３）式よりＳc＝８．０１×１０^−６（Ａ）となる。一方ノイズ成分は、前述の（３１ａ）、（３１ｂ）式よりNoise（System_rms）＝５．２８×１０^−７（Ａ）である。故にこの場合の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）は１５．２となる。

ここでＶ(Thresh)＝Ｓ(ＰRmin )v／２とした上で、上記の結果を（３７）式に代入すると、１５．２／２＝７．６となるので、Noise（System_rms）・７．６のノイズ振幅が発生する確率が、所望のＢＥＲより小さければ前記（３６）式を満たすことになる。この場合のNoise（System_rms）・Ｑの発生確率は４×１０^−１５である。つまり、許容されるビットエラーレートＢＥＲ(accept)＝１×１０^−１１であるので、前記（３６）式の条件を満足している。

次に、本発明の別の実施形態によるシート状導光体を用いた通信システムについて、図１９を参照して説明する。同図の（１）は本実施形態において用いられるシート状導光体50の一部破断側面形状を示すものであり、また同図の（２）は、同図（１）のＡ１−Ａ１線に沿った部分の断面形状を示すものである。このシート状導光体50は、図１８に示したシート状導光体10と同様に、シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなる導光体本体51を有するものであるが、それに加えて、該導光体本体51の表面（入・出射端面51ａ以外の面）を覆うように形成されたクラッド層52と、該クラッド層52の外周をさらに覆う保護層53とを有している。

シート状導光体本体51は、光を散乱させる粒子を含有してシート状に成形されたＰＭＭＡからなり、一方の入・出射端面51ａから入射した光を上記粒子により散乱させながら他方の入・出射端面51ａ側に伝搬させる。クラッド層52は具体的には、上記ＰＭＭＡより低屈折率の例えば紫外線硬化樹脂やシリコン樹脂等の材料を、導光体本体51の表面に塗布あるいは蒸着して形成されたものである。なお、このクラッド層52のシート状導光体本体51に対する屈折率差は、シート状導光体本体51における信号光ＳＬの入射角θｍの最大値に対して全反射条件を満足する値とされている。

また、シート状導光体本体51の２つの入・出射端面51ａには、それぞれ送・受光ユニット54が固定されている。１つの送・受光ユニット54は、上記入・出射端面51ａに直接光学的に結合された３個の受光器55および１個の送光器56を備えて成るものである。つまり本実施形態の通信システムは、４ノードタイプのものである。なお送・受光ユニット54は、上述のように入・出射端面51ａに直接光学的に結合させる他、該入・出射端面51ａと光ファイバ等を介して結合させてもよい。

本実施形態においては、例えば同図（１）中左方の送・受光ユニット54の送光器56から変調された信号光ＳＬが発せられ、シート状導光体本体51を伝搬したその信号光ＳＬが、図中右方の送・受光ユニット54の３個の受光器55によって受光される。また、これとは反対に、同図（１）中右方の送・受光ユニット54から図中左方の送・受光ユニット54に向けて信号光ＳＬを伝搬させることもできるので、双方向通信が実現される。

本実施形態においては、シート状導光体50として、導光体本体51の表面を被覆する保護層53を有するものが用いられているので、外部からの衝撃や圧力によって導光体本体51が破壊あるいは破損することが防止され、通信システムの信頼性が向上する。

またこのシート状導光体50は、特に上記保護層53と導光体本体51の表面との間に、導光体本体51より低屈折率のクラッド層52を有しているので、導光体本体51の表面に到達した信号光ＳＬの多くは該表面とクラッド層52との界面で全反射するようになる。そこで本通信システムにおいては、信号光ＳＬが保護層53に吸収されることを防止して、高い光伝搬効率を確保可能となる。

さらに、上記クラッド層52のシート状導光体本体51に対する屈折率差は、シート状導光体本体51における信号光ＳＬの入射角θｍの最大値に対して全反射条件を満足する値とされているので、シート状導光体50をある程度屈曲させても、屈曲させない場合と同等の高い光伝搬効率を確保可能となる。そこで本実施形態の通信システムは、例えば狭い機械内の配線用に従来用いられているフレキシブル基板やフラットケーブルを用いる通信システムに代えて、そのような用途に広く適用し得るものとなる。

しかも本実施形態の通信システムは、単に上記従来品に置き換えられ得るだけではなく、光信号で通信するものであるから電磁ノイズに強く、他方、光信号で通信するシステムの中でも光ファイバを用いる通信システムと比べれば安価に構築可能なものとなる。

次に図２０の（１）は、本発明の通信システムに用いられるさらに別のシート状導光体60の一部破断側面形状を示すものであり、また同図の（２）は、同図（１）のＡ２−Ａ２線に沿った部分の断面形状を示している。なおこの図２０において、図１９中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。

ここに示されるシート状導光体60は、図１９に示したシート状導光体50から保護層53が除かれた形のものである。このようなシート状導光体60においても、クラッド層52がシート状導光体本体51を覆う保護層として機能するので、外部からの衝撃や圧力によって導光体本体51が破壊あるいは破損することが防止され、通信システムの信頼性が高められる。

次に図２１の（１）は、本発明の通信システムに用いられるさらに別のシート状導光体70の一部破断側面形状を示すものであり、また同図の（２）は、同図（１）のＡ３−Ａ３線に沿った部分の断面形状を示している。ここに示されるシート状導光体70は、図１９に示したシート状導光体50からクラッド層52が除かれた形のものである。このシート状導光体70においても、保護層53がシート状導光体本体51を覆って保護するので、外部からの衝撃や圧力によって導光体本体51が破壊あるいは破損することが防止され、通信システムの信頼性が高められる。なおこの場合は、保護層53を光反射性の材料を用いて形成することにより、伝搬する信号光がそこに吸収されることを防止できる。

次に図２２の（１）は、本発明の通信システムに用いられるさらに別のシート状導光体80の一部破断側面形状を示すものであり、また同図の（２）は、同図（１）のＡ４−Ａ４線に沿った部分の断面形状を示している。ここに示されるシート状導光体80は、図１９に示したシート状導光体50とはノード数が異なるものである。つまり本例では、１つの送・受光ユニット81が７個の受光器55および１個の送光器56を備えており、８ノードの通信システムが構成されている。このシート状導光体80もクラッド層52および保護層53を有しているので、該シート状導光体80を用いることにより、図１９のシート状導光体50を用いる場合と同様の効果を得ることができる。

次に図２３を参照して、本発明の別の実施形態による双方向通信システムについて説明する。本実施形態では、先に図１８に示したものと基本的に同じ構成を有するシート状導光体10が用いられている。そしてこのシート状導光体10の入・出射端面となる一端面、他端面にはそれぞれ、３個の受光器55および１個の送光器56が直接光学的に結合されている。つまり本実施形態でも、双方向通信可能な４ノードタイプの通信システムが構成されている。

上記受光器55にはそれぞれデマルチプレクサ84が接続されている。また送光器56としては、例えば高速の直接変調が可能な半導体レーザが適用されており、該送光器56はＬＤドライバ83によって駆動される。このＬＤドライバ83および上記デマルチプレクサ84の動作は、コントローラ85によって制御される。

以下、この通信システムの動作を、一例として図中左から右側に信号光を伝搬させる場合を例にとって説明する。図中左側のコントローラ85には、４チャンネルの情報を担う信号ＳＱが時分割してシリアルに入力される。コントローラ85は入力されたこの信号ＳＱに基づいてＬＤドライバ83の動作を制御し、送光器56を構成する半導体レーザを直接変調駆動させる。こうして送光器56から発せられた４チャンネルの信号光は、シート状導光体10を伝搬して、図中右側の３つの受光器55に受光される。各受光器55が光電変換して出力する電気信号は、それぞれデマルチプレクサ84に入力される。デマルチプレクサ84はシリアル入力された４チャンネルの電気信号を、それぞれ別個の系統に分離して出力する。

こうして本実施形態においては、４チャンネルの各電気信号が各々３系統にパラレルに伝送されることになる。この信号分割を、シート状導光体10だけで行おうとすると、合計１２チャンネルのノードに送光用の１ノードを併せて合計１３ノードが必要となる。このようにシート状導光体10のノード数を増やすと伝送信号のＳ／Ｎが低下するおそれがあるが、デマルチプレクサ84を用いて信号分割を電気的に行うことにより、ノード数を少なく抑えて、伝送信号のＳ／Ｎ低下を防止できる。

なお、上述のようなデマルチプレクサを用いる通信システムにおいても、図１９〜２２に示したような保護層を有するシート状導光体が適用可能である。

次に図２４を参照して、本発明のさらに別の実施形態による通信システムについて説明する。本実施形態では、曲がり部を有する導光体88を用いて通信システムが構成されている。この導光体88は、先に図１８に示したものと基本的に同じ構成を有するシート状導光体10が２個と、これらのシート状導光体10がそれぞれ光学的に結合された角度変換導光体90とから構成されている。角度変換導光体90は、円環を１／４切り取った形の断面形状を有しており、一方のシート状導光体10に結合する端面と他方のシート状導光体10に結合する端面が互いに９０°の角度をなす状態となっている。この角度変換導光体90は、例えばＰＭＭＡ等の樹脂を射出成形してなるものであり、特に大きな外力が加えられない限り上記形状を維持する。

したがって、一方のシート状導光体10に結合されている送・受光ユニット54から発せられて、他方のシート状導光体10に結合されている送・受光ユニット54に向けて伝搬する信号光は、この角度変換導光体90において伝搬方向を９０°変えるようになる。

シート状導光体を用いた通信システムを各種機器内に導入する場合、シート状導光体を屈曲させなければならないことも多い。ところが、シート状導光体は一般にある程度の厚みを有して、可撓性が高いものではないので、特に機器内空間が狭い場合には、屈曲配置が不可能になることもある。この点は、各種機器内の電線による通信システムを、シート状導光体を用いた通信システムに置き換える上で、深刻な問題となる。

しかし上記導光体88を用いた通信システムは、上述のような角度変換導光体90を備えたことにより、たとえシート状導光体10が屈曲困難であっても、通信経路を屈曲させて、狭い機器内空間に容易に適用可能となる。そこで本実施形態の通信システムは、例えば狭い機械内の配線用に従来用いられているフレキシブル基板やフラットケーブルを用いる通信システムに代えて、広く適用し得るものとなる。しかもこの通信システムは、単に上記従来品に置き換えられ得るだけではなく、光信号で通信するものであるから電磁ノイズに強く、他方、光信号で通信するシステムの中でも光ファイバを用いる通信システムと比べれば安価に構築可能なものとなる。

なお角度変換導光体90は、シート状導光体10と同じ材料に限らず、それとは異なる材料から形成されても構わない。また角度変換導光体90は、シート状導光体10と別体に形成して後から該シート状導光体10と結合する他、射出成形等により最初からシート状導光体10と一体的に形成されてもよい。またこの角度変換導光体90には、シート状導光体10と同様に光を散乱させる粒子を含有させても、させなくてもよいが、出射光の強度分布を均一化する上では、勿論含有させるのが望ましい。

さらに上記角度変換導光体90は、図２５に示すように複数用いて、屈曲部の多いより複雑な導光体89を構成することも可能である。

また角度変換導光体の形状も、上述した角度変換導光体90のような形状に限られるものではなく、図２６に例示するような形状を適宜採用することもできる。なおこの図２６は、角度変換導光体の幅方向に垂直な面内の断面形状を示している。同図（１）に示す角度変換導光体90ａは、上述の角度変換導光体90と同様に光の伝搬角度を９０°変換するものであるが、円弧状ではなく、直線状部分が折れ曲がった断面形状を有するものである。また同図（２）に示す角度変換導光体90ｂは、光の伝搬角度を１８０°変換するもので、円弧状の断面形状を有するものである。また同図（３）に示す角度変換導光体90ｃは、上記角度変換導光体90ｂと同様に光の伝搬角度を１８０°変換するものであるが、円弧状ではなく、直線状部分が折れ曲がった断面形状を有するものである。

なお、上述のような角度変換導光体を用いる通信システムにおいても、図２３に示したデマルチプレクサを用いることが可能であり、さらには、図１９〜２２に示したような保護層を有するシート状導光体を適用することも可能である。

次に図２７を参照して、本発明のさらに別の実施形態による通信システムについて説明する。同図（１）、（２）はそれぞれ、本実施形態に用いられる導光体150およびその周辺部分の平面形状、側面形状を示している。図示の通り本実施形態では、先に図１８に示したシート状導光体10と基本的に同じ構成を有するシート状導光体91と、このシート状導光体91の両端面に接合された２つのテーパ状導光体92とからなる導光体150が用いられている。そして、一方のテーパ状導光体92には４本の光ファイバ21、22、23および24が結合され、他方のテーパ状導光体92にも同様に４本の光ファイバ31、32、33および34が結合されている。

なお、上記シート状導光体91およびテーパ状導光体92は、詳しい図示は省いてあるが、図１９に示したクラッド層52および保護層53と同様のクラッド層および保護層を有するものであり、図２７（２）ではそれらの内側の導光体本体の外形形状を破線で示してある。また光ファイバ21〜24および31〜34についても、同図においてコア部の外形形状を破線で示してある。図示の通りテーパ状導光体92の導光体本体は、光ファイバ21〜24および31〜34側ではそのコアの外径とほぼ等しい厚さとされ、シート状導光体91側ではその導光体本体の厚さとほぼ等しい厚さとされている。

上記光ファイバ21〜24および31〜34は、シート状導光体91の厚さよりも大きいコア径を有するものである。そこで、これらの光ファイバ21〜24および31〜34をそれぞれシート状導光体91に結合する場合、結合効率を高く確保するためにはシート状導光体91の厚さをより大きくして、光ファイバ21〜24および31〜34のコア径と一致させることが望まれる。しかしそのように厚く形成されたシート状導光体91は屈曲し難くなり、狭い機器内空間に配設することが困難になる。

それに対して本実施形態では、上述のようなテーパ状導光体92を設けることにより、シート状導光体91は厚く形成しなくても、それと光ファイバ21〜24および31〜34との間の結合効率が高く確保される。こうしてシート状導光体91が比較的薄く形成されていれば、該シート状導光体91をある程度まで屈曲させることが可能になり、狭い機器内空間に配設することも容易となる。

そこで本実施形態の通信システムは、例えば狭い機械内の配線用に従来用いられているフレキシブル基板やフラットケーブルを用いる通信システムに代えて、そのような用途に広く適用し得るものとなる。しかもこの通信システムは、単に上記従来品に置き換えられ得るだけではなく、光信号で通信するものであるから電磁ノイズに強いものとなる。

なおテーパ状導光体92は、テーパ角が付いた形状をしている以外は、シート状導光体91と基本的に同様の構成とすればよい。またそのテーパ角は、結合する光ファイバの入射Ｎ．Ａ．（開口数）を満足するように制限することが望ましい。

次に図２８を参照して、本発明のさらに別の実施形態による通信システムについて説明する。同図（１）、（２）はそれぞれ、本実施形態に用いられる導光体160およびその周辺部分の平面形状、側面形状を示している。図示の通り本実施形態は、図２７に示した通信システムと比べると、導光体160を構成するシート状導光体およびテーパ状導光体の形状が異なるものである。

すなわち本実施形態では、比較的幅の狭いシート状導光体93が用いられており、それに対応させてテーパ状導光体94は、その厚さ方向だけでなく幅方向にもテーパが付いた形状とされている。このような構成においても、基本的に、図２７に示した通信システムにおけるのと同様の効果を奏することができる。それに加えてこの構成は、比較的幅の狭いシート状導光体および比較的大径の光ファイバを用いる場合でも、ノード数を多く設定しやすいという利点がある。

なお、上述のようなテーパ状導光体を用いる通信システムにおいても、図２４〜２６に示した角度変換導光体が適用可能であり、また図２３に示したデマルチプレクサを用いることも可能である。

次に図２９を参照して、本発明のさらに別の実施形態による通信システムについて説明する。同図は、本実施形態に用いられるシート状導光体95およびその周辺部分の平面形状を示すものである。図示の通り該シート状導光体95は、図１８に示したシート状導光体10と同様に、シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなるものであるが、それぞれ上記光学媒質の屈折率がＮ、Ｎ’（Ｎ＜Ｎ’）と相異なる高屈折率部95ａ、および低屈折率部95ｂを有している。そしてこれら高屈折率部95ａと低屈折率部95ｂとの境界は、シート表面と平行な面内で、前者が凹となる円弧状となる形とされている。そのためこのシート状導光体95は、伝搬する光を上記面内で発散させる凹レンズ効果を有するものとなっている。

このようなレンズ効果を有するシート状導光体95を用いれば、上記粒子により光を散乱させるだけの場合と比べて、該シート状導光体95から出射する光の強度分布をさらに高度に均一化することが可能となる。そこで、複数のノード間の光量ばらつきを少なく抑えて、ノード間のＢＥＲ（Bit-Error-Rate）をほぼ同等にすることができる。

なお、シート状導光体におけるレンズ形状は、図２９に示した形状に限られるものではなく、その他例えば図３０に示すような形状を採用することもできる。すなわちこの図３０に平面形状を示すシート状導光体96は、１つの低屈折率部96ｂ（屈折率＝Ｎ）の両側に、該低屈折率部96ｂに対して凹形状となる高屈折率部96ａ（屈折率＝Ｎ’、Ｎ＜Ｎ’）が配設されてなるものであり、この構成においても、伝搬する光を発散させる凹レンズ効果を得ることができる。

ここで、上記図３０に示す構成のシート状導光体96について、出射光のシート幅方向の強度分布を計算機によってシミュレーションした結果の一例を、図３１に示す。この場合シート幅は４ｍｍと設定してあり、図中横軸の数値はシート幅方向中央位置からの距離を示している。この図３１により、出射光の強度分布が高度に均一化され得ることが確認できる。

なお、上述のようなレンズ部分を有するシート状導光体を用いる通信システムにおいても、図２７、２８に示したテーパ状導光体や、図２４〜２６に示した角度変換導光体が適用可能であり、また図２３に示したデマルチプレクサを用いることも可能であり、さらには、該シート状導光体に図１９〜２２に示したような保護層を設けることもできる。

次に図３２を参照して、本発明のさらに別の実施形態による通信システムについて説明する。同図は、本実施形態に用いられるシート状導光体100およびその周辺部分の平面形状を示すものである。このシート状導光体100は、図１８に示したシート状導光体10と同様に、シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなるものであり、その２つの入・出射端面100ａの一方には４本の光ファイバ21、22、23および24が結合され、他方にも同様に４本の光ファイバ31、32、33および34が結合されている。

図３３の（１）には上記入・出射端面100ａの正面形状を示し、また同図（２）にはこの入・出射端面100ａに対する４本の光ファイバ21、22、23および24の配置状態を示す。ここに示される通りシート状導光体100の入・出射端面100ａの高さは光ファイバ21〜24の外径と略等しい値とされ、またその左右両側端部は最も外側の光ファイバ21および24の外形形状に合わせて半円形状とされている。入・出射端面100ａをこのような形状とすることにより、シート状導光体100から光ファイバ21〜24へ通信光が入射する際の漏れが、入・出射端面形状を一般的な長方形（同図（２）に２点鎖線で示す）とした場合と比べてより少なくなり、両者の結合効率が高められる。それにより、Ｓ／Ｎが高く、またＢＥＲ（Bit-Error-Rate）がより低い通信システムを実現可能となる。

なお、上記光結合効率を高める上で、別の入・出射端面形状を採用することも可能である。図３４の（１）には、別のシート状導光体110の入・出射端面110ａの形状を示し、また同図（２）にはこの入・出射端面110ａに対する４本の光ファイバ21、22、23および24の配置状態を示す。ここに示される通りシート状導光体110の入・出射端面110ａは、１列に並んだ光ファイバ21〜24の断面を投影した形を基にし、それにおいて２つの光ファイバの間の部分を若干厚くした形状とされている。入・出射端面110ａをこのような形状にした場合も、シート状導光体110から光ファイバ21〜24へ通信光が入射する際の漏れが、入・出射端面形状を一般的な長方形（同図（２）に２点鎖線で示す）とした場合と比べてより少なくなり、両者の結合効率が高められる。それにより、Ｓ／Ｎが高く、またＢＥＲ（Bit-Error-Rate）がより低い通信システムを実現可能となる。

なお、上記図３３、３４の各シート状導光体100、110と光ファイバ21〜24との間の光結合効率を、シート状導光体の入・出射端面を普通の長方形状とした場合（比較例）と比較して下に示す。

いずれの場合も、シート状導光体を伝搬させた信号光を４本の光ファイバ21〜24に結合させ、そのとき１本の光ファイバに結合した出力の、シート状導光体からの全体出力に対する比をOutputとし、該１本の光ファイバについての減衰の程度をｄＢ＝−１０×ｌｏｇ（Output）で定義する。結合が理想的であるならばOutput＝０．２５で、このときの減衰の程度は６ｄＢとなるのに対し、比較例、シート状導光体100、シート状導光体110における減衰の程度は、それぞれ７．０〜７．２ｄＢ、６．６〜６．８ｄＢ、６．６ｄＢ以下となった。これにより、比較例に比べて、シート状導光体100、110の方が結合効率が高いことが裏付けされた。

また、上述したような入・出射端面形状を有するシート状導光体100やシート状導光体110は、例えばインジェクション成型や、精密切削加工によって作製することができる。

なお、入・出射端面の形状を上述のように設定したシート状導光体を用いる通信システムにおいても、そのシート状導光体に図２９、３０に示したようなレンズ部分を形成することができ、また図２７、２８に示したテーパ状導光体や、図２４〜２６に示した角度変換導光体が適用可能であり、また図２３に示したデマルチプレクサを用いることも可能であり、さらには、該シート状導光体に図１９〜２２に示したような保護層を設けることもできる。

Debye濁度理論による散乱角対規格化強度を示すグラフ Mieの散乱理論による散乱角対規格化強度を示すグラフ Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が1.1のときについて示すグラフ Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が1.5のときについて示すグラフ Mieの理論において、散乱断面積が振動する様子を相対屈折率が2.1のときについて示すグラフ 粒子径と散乱断面積との関係を、いくつかの相対屈折率毎に計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ 多粒子系の粒子径と粒子密度の逆数との関係を、計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ 光学媒質の種々屈折率に対するFresnel損失を示すグラフ 粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率８０％狙い） 粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率７０％狙い） 粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率６０％狙い） 粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率５０％狙い） 粒子径と光取り出し効率との関係を、本発明方法と計算機シミュレーションで求めた結果を比較して示すグラフ（光取り出し効率４０％狙い） シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：８０％） シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：７０％） シート状導光体における粒子径と光取り出し効率との関係を、計算とシミュレーションとの場合とで比較して示すグラフ（平均光取り出し効率：６０％） シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが小の場合について示すグラフ シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが中の場合について示すグラフ シート状導光体における出射光強度分布特性を、シートサイズが大の場合について示すグラフ シート状導光体の概略形状を示す平面図 シート状導光体を用いた通信システムにおける受光光量とノード数との関係例を示すグラフ ビットエラーの発生原因を説明する説明図 シート状導光体を用いたノード数４の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ シート状導光体を用いたノード数４の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ シート状導光体を用いたノード数８の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ シート状導光体を用いたノード数８の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ シート状導光体を用いたノード数１６の通信システムにおける信号光波形歪の一例を示すグラフ シート状導光体を用いたノード数１６の通信システムにおける信号光波形歪の別の例を示すグラフ ｒｍｓ（root mean square）ノイズの大きさとその発生確率との関係を示すグラフ ＢＥＲ（Bit-Error-Rate）と受光光量との関係を示すグラフ 本発明の一実施の形態による通信システムを示す平面図 本発明の通信システムに用いられるシート状導光体の別の例を示す一部破断側面図（１）と立断面図（２） 本発明の通信システムに用いられるシート状導光体のさらに別の例を示す一部破断側面図（１）と立断面図（２） 本発明の通信システムに用いられるシート状導光体のさらに別の例を示す一部破断側面図（１）と立断面図（２） 本発明の通信システムに用いられるシート状導光体のさらに別の例を示す一部破断側面図（１）と立断面図（２） 本発明による通信システムの別の実施形態を示す概略平面図 角度変換導光体を含む導光体の一例を示す斜視図 角度変換導光体を含む導光体の別の例を示す側面図 角度変換導光体の別の例を示す側面図 テーパ状導光体を含む導光体の一例を示す平面図（１）と側面図 テーパ状導光体を含む導光体の別の例を示す平面図（１）と側面図 レンズ機能付きシート状導光体の一例を示す平面図 レンズ機能付きシート状導光体の別の例を示す平面図 レンズ機能付きシート状導光体による効果を説明するグラフ 本発明の別の実施形態によるシート状導光体を示す平面図 図３２のシート状導光体の入・出射端面の形状を示す立面図（１）および、該端面と光ファイバとの位置関係を示す説明図（２） 本発明のさらに別の実施形態によるシート状導光体を示す立面図（１）および、該端面と光ファイバとの位置関係を示す説明図（２）

符号の説明

10、50、60、70、80、91、93、95、96、100、110 シート状導光体
21、22、23、24、31、32、33、34 光ファイバ
40 受光器
51 シート状導光体本体
52 クラッド層
53 保護層
54、81 送・受光ユニット
83 ＬＤドライバ
84 デマルチプレクサ
85 コントローラ
88、89、150、160 導光体
90、90ａ、90ｂ、90ｃ 角度変換導光体
92、94 テーパ状導光体
95ａ、96ａ シート状導光体の高屈折率部
95ｂ、96ｂ シート状導光体の低屈折率部
100ａ シート状導光体の入・出射端面
110ａ シート状導光体の入・出射端面

Claims (5)

1. シート状の光学媒質内に光を散乱させる粒子を含有してなり、一端面から入射した信号光を前記粒子により散乱させながら、受光器が結合された他端面側に伝搬させるシート状導光体を用いた通信システムにおいて、
   前記粒子の散乱断面積をΦ、前記光学媒質の光伝搬方向の長さをＬ_Ｇ、粒子密度をＮｐ、補正係数をＫ_Ｃとしたとき、Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃの値が０．９以下となっていることを特徴とするシート状導光体を用いた通信システム。
2. システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、許容されるビットエラーレートをＢＥＲ(accept)、Noise（System_rms）の発生確率をＰｒ(Noise（System_rms）)としたとき、Ｑを比例定数として、
   Ｐｒ(Noise（System_rms）・Ｑ) ≦ＢＥＲ(accept)
   を満足していることを特徴とする請求項１記載のシート状導光体を用いた通信システム。
3. シート状導光体の内部透過率等を総合した損失係数をＫ_Ｌとして、該シート状導光体における光の取り出し効率Ｅoutを、
   Ｅout＝ｅｘｐ｛−（Φ・Ｎｐ・Ｌ_Ｇ・Ｋ_Ｃ）｝・Ｋ_Ｌ
   とし、
   入射光量をＰin、最小光量となるセグメントの光量をＮＰｉ(min)、各セグメントの光量和をΣＮＰｉ、発光器、光ファイバおよび受光器等の結合損失をＫ_Ｔとして受光器の最小受光光量Ｐ(Receiver_min) _ｄＢｍを、
   Ｐ(Receiver_min)_ｄＢｍ＝−10Log{Ｐin・Ｅout・(ＮＰｉ(min)／ΣＮＰｉ)
   ・π／４}・Ｋ_Ｔ
   とし、
   上記最小受光光量Ｐ(Receiver_min) _ｄＢｍおよび受光器の負荷抵抗から決まる信号電圧をＳ(ＰRmin )v、システムのｒｍｓノイズをNoise（System_rms）、２値化における任意の閾値をＶ(Thresh)としたとき、
   {Ｓ(ＰRmin )v−Ｖ(Thresh)}＞Noise（System_rms）・Ｑ
   を満足していることを特徴とする請求項１または２記載のシート状導光体を用いた通信システム。
4. 請求項１から３いずれか１項記載のシート状導光体を用いた通信システムに用いられるシート状導光体において、導光体本体の表面を被覆する保護層を有することを特徴とするシート状導光体。
5. 前記導光体本体の表面と前記保護層との間に、該導光体本体より低屈折率のクラッド層を有することを特徴とする請求項４記載のシート状導光体。

Images