JP2005136245A

JP2005136245A - アレイ光源及びこれを用いた光信号伝送装置

Info

Publication number: JP2005136245A
Application number: JP2003371475A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takanashi; 紀高梨; Hidenori Yamada; 秀則山田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】小型化しても光出力を低下させる必要が生じることがないアレイ光源及びそれを有する光信号伝送装置を提供することを課題とする。
【解決手段】光信号伝送装置は、複数の光源２９Ａ〜Ｄが一列に並べられたアレイ光源３０と、光源２９と同数本設けられ、光源２９から出射した出射光が入射する光ファイバと、光ファイバから出射した出射光が入射するフォトダイオードアレイと、を有する。光源３０の隣り合う間隔Ｄは、０．３５ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲内である。これにより、アレイ光源３０を小型化するために光源２９の隣り合う間隔をこのような範囲内に低減しても、光出力を低下させる必要が生じることがないので、光伝送可能な距離が低減することがない。
【選択図】図３

Description

本発明は、パラレル光リンクを行って光伝送するためのアレイ光源及びそれを有する光信号伝送装置に関する。

従来、光源からの光を光ファイバへ入射させてデータとして伝送する光信号伝送装置が多用されている。

このような光信号伝送装置では、多ビットの発光素子をアレイ光源として有しており、このアレイ光源と、多ビットの受光素子と、を用いたいわゆるパラレル光リンクを行っている。
ＵＳ２００３／００２６５５４Ａｌ

ところで、このような従来の光信号伝送装置では、益々の小型化が要求されており、隣り合う発光素子や受光素子の間隔（ピッチ）が小さくなってきている。

しかし、アレイ光源における発光素子のピッチを小さくしても、レーザ安全基準を満たす必要がある。このため、ピッチを小さくし過ぎて各発光素子のレーザ光量（すなわち１ビットあたりの光出力強度）を低下せざるを得なくなって光伝送可能な距離が大幅に短くなってしまう場合や、この光量低下を回避するためにピッチを広くし過ぎて装置の小型化が不充分である場合が頻繁に生じるという問題があった。例えば、特許文献１では、各発光素子のピッチが１．４ｍｍとされた５ビットの光信号伝送装置が開示されているが、ピッチをもっと縮めても１ビットあたりの光出力強度を低下させなくても良いため、小型化が不充分である。

なお、受光素子のピッチを縮めても特に問題は生じていない。

本発明は、上記事実を考慮して、小型化しても光出力を低下させる必要が生じることがないアレイ光源及びそれを有する光信号伝送装置を提供することを課題とする。

本発明者は、レーザ安全基準に関する規格書（ＩＥＣ６０８２５−１「機器のクラス分け、要求事項及び使用者ガイド」）において規定されている計算式を用い、レーザ光の光量制限値を算出した。

その際、視角αが（１）１．５ｍｒａｄ以下の場合と、（２）１．５ｍｒａｄから１００ｍｒａｄの範囲内である場合とで、計算式が異なるため、両者の場合について、それぞれ算出した。また、何れの場合であっても、７８０ｎｍ及び８５０ｎｍについてそれぞれ算出した。

ここで、上記の視角αは以下のようにして算出している。すなわち、図４に示すように、複数の光源（発光素子）７９を全て内包する長方形８０から縦方向（すなわち広幅辺Ｓ１の中点から広幅方向Ｘと直交する方向）に距離ｄ１＝１００ｍｍ離れた位置を縦方向視点Ｖ１とし、この縦方向視点Ｖ１からの長方形８０に対する視角をα１とする。また、長方形８０から横方向（すなわち狭幅辺Ｓ２の中点から狭幅方向Ｙと直交する方向）に距離ｄ２＝１００ｍｍ離れた位置を横方向視点Ｖ２とし、この横方向視点Ｖ２からの長方形８０に対する視角をα２とする。そして、視角α１と視角α２との平均値（すなわち（α１＋α２）／２となる値）を視角αとする。なお、図４では光源７９が４個である場合、すなわち４ビットの場合について図示しているが、４ビット以外であっても同じ考え方で視角αが算出される。

（１）α≦１．５ｍｒａｄの場合
本発明者は、まず、α≦１．５ｍｒａｄで、波長λが７８０ｎｍ及び８５０ｎｍにおけるレーザ安全クラス１の場合の１光源あたりの光量制限値Ｐを数１を用いてそれぞれ算出した。なお、この計算式は、発光素子のスポット径が１５０μｍ以下の場合に適用される式である。

計算結果を表１に示す。また、４ビットである場合を想定し、表１では、光量制限値Ｐの４倍の光量（４光源合計の光量制限値）も表１に併せて示す。

ここで、Ｃ₄及びＣ₇は、それぞれ、数２、数３の式で決められる値である。

また、本発明者は、波長が７８０ｎｍ及び８５０ｎｍにおけるレーザ安全クラス３Ｒの場合の１光源あたりの光量制限値Ｐも数４を用いてそれぞれ算出した。

ここで、Ｃ₄及びＣ₇は、上記の数２、数３で算出される値である。

計算結果を上記の表１に併せて示す。また、この光量制限値Ｐの４倍の光量（４光源合計の光量制限値）も表１に併せて示す。

なお、クラス２についても同様に計算を行った。計算結果を表１に併せて示す。また、クラス３Ｂ、クラス４の光量制限値も表１に併せて示す。

（２）１．５ｍｒａｄ＜α＜１００ｍｒａｄの場合
更に、本発明者は、１．５ｍｒａｄ＜α＜１００ｍｒａｄである場合について、以下のように計算を行った。

まず、図４に示したように、光源７９が４個で一列にピッチ２ｍｍで並べられ、光源７９から出射直後のスポット光の寸法が何れも１０μｍ角である場合について、７８０ｎｍ及び８５０ｎｍにおけるレーザ安全クラス１の場合の１光源あたりの光量制限値Ｐを数５を用いてそれぞれ計算した。

計算結果を表２に示す。また、４ビットである場合を想定し、表２では、光量制限値Ｐの４倍の光量（４光源合計の光量制限値）も併せて示す。なお、表２では、参考のために、表１で示したクラス１についての値も併せて示す。

ここで、Ｃ₄及びＣ₇は上記の数２、数３でそれぞれ決められる値であり、Ｃ₆及びＴ₂は、それぞれ、数６、数７の式で決められる値である。

また、本発明者は、光源７９の個数、配置位置、スポット光の寸法、波長が上記と同じであって、レーザ安全クラス３Ｒの場合の１光源あたりの光量制限値Ｐを数８を用いて計算した。

計算結果を表３に示す。また、４ビットである場合を想定し、表３でも、光量制限値Ｐの４倍の光量（４光源合計の光量制限値）を併せて示す。なお、表３でも、参考のために、表１で示したクラス３Ｒについての値も併せて示す。

ここで、Ｃ₄、Ｃ₆、Ｃ₇、及びＴ₂は、それぞれ、上記の数２、数６、数３、及び数７の式で決められる値である。

この計算結果から判るように、２ｍｍピッチで４ビットのアレイ光源を用いた場合、７８０ｎｍ、８５０ｎｍの何れであっても、１光源あたりの光量制限値は１ビット光源の光量制限値よりも緩くなることが判った。従って、２ｍｍピッチで４ビットのアレイ光源を用いた場合、レーザ安全基準上では、１ビットの光量制限値を満たしていればよい。

更に、本発明者は、図５に示すように、発光素子として４スポットＶＣＳＥＬ光源８９を用い、光源数が４でピッチ２ｍｍで一列に並べられ、光源８９から出射直後のスポット光の寸法が何れも６０μｍ角である場合について、７８０ｎｍ及び８５０ｎｍにおけるレーザ安全クラス１の場合の１光源あたりの光量制限値Ｐを数５を用いてそれぞれ算出した。

計算結果を表４に示す。また、４ビットである場合を想定し、表４でも、光量制限値Ｐの４倍の光量（４光源合計の光量制限値）を併せて示す。なお、表４でも、参考のために、表１で示したクラス１についての値も併せて示す。

また、本発明者は、光源８９の個数、配置位置、スポット光の寸法、波長が上記と同じであって、レーザ安全クラス３Ｒの場合の１光源あたりの光量制限値Ｐを数８を用いて計算した。

計算結果を同様に表５に示す。

表４、表５にそれぞれ示した計算値は、それぞれ、表２、表３に示した計算値と殆ど同じであった。

（３）計算結果の総合検討
本発明者は、上記（１）、（２）の計算結果を更に検討した。そして、（２）では、ピッチが２ｍｍ以外の場合には、光量制限値はどのような値になるかを検討する必要があると考えた。そして、視角αをパラメータとして変更して、光源（発光素子）のピッチと、４光源合計の光量制限値と、を数値解で算出し、相関関係を調べた。クラス１についての相関関係を、７８０ｎｍの場合を図６に、８５０ｎｍの場合を図７に、それぞれ傾斜線で示す。また、クラス３Ｒについての相関関係を、７８０ｎｍの場合を図８に、８５０ｎｍの場合を図９に、それぞれ傾斜線で示す。

また、図６〜図９では、（１）での計算結果を水平線でそれぞれ示す。

そして、本発明者は、ピッチと光量制限値とがどのような関係になっているのかを鋭意検討した。そして、図６〜図９で示した斜線の領域ではレーザ安全基準が満たされていることを見い出した。

更に、本発明者は、この斜線領域の形状について着目した。そして、７８０ｎｍ、８５０ｎｍの何れであっても、クラス１の場合にはピッチが０．３５ｍｍ以上では光量制限値が一定であり、ピッチが０．３５ｍｍよりも小さくなると光量制限値が傾斜線に沿って徐々に低減することを見い出した。従って、クラス１でアレイ光源の小型化を行う場合、ピッチを０．３５ｍｍにまで縮めても光量制限値を下げなくて済むことが判った。

また、本発明者は、クラス３Ｒの場合でも、ピッチが０．３６ｍｍ以上では光量制限値は一定であり、ピッチが０．３６ｍｍよりも小さくなると光量制限値が傾斜線に沿って徐々に低減することを見い出した。従って、クラス３Ｒでアレイ光源の小型化を行う場合、ピッチを０．３６ｍｍにまで縮めても光量制限値を下げなくて済むことが判った。

更に、本発明者は、発光素子を４個に限らず、図１０に示すように、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）とした場合について検討した。そして、１ビットの場合での光量制限値と同じ光量制限値となるためには、アレイ光源のピッチＤは以下の数９〜数１１を満たすような値となることを見い出した。

ここで、Ｃ₄、Ｃ₆、Ｃ₇、及びＴ₂は、それぞれ、４ビットの場合（すなわち発光素子が４個である場合）と同様にして決められる値である。また、αは、上述のようにα１とα２との平均値であり、α１、α２は、それぞれ、上述したような、図１０に示す視角である。

そして、本発明者は、ビット数Ｎが２〜１２の範囲である場合について、各ビット数に対応するピッチＤの値を、レーザ安全基準のクラス１、クラス３Ｒの両者についてそれぞれ計算した。計算結果を表６及び図１１に示す。表６ではｍｍ単位での値を示す。

図１１で、菱形のプロットはクラス１についての値を示し、四角のプロットはクラス３Ｒについての値を示す。図１１から判るように、ピッチＤの値は、クラス１では０．３４ｍｍ以上であり、クラス３Ｒでは０．３５ｍｍ以上であった。

以上の検討結果を踏まえ、本発明者は更に考慮を重ね、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、７００〜１０５０ｎｍの範囲内の光を発する光源が一列に複数個並べられたアレイ光源において、前記光源の隣り合う間隔が０．３５ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲内であることを特徴とする。

これにより、アレイ光源を小型化するために光源の隣り合う間隔をこのような範囲内に低減しても、光出力を低下させる必要が生じることがないので、光伝送可能な距離が低減することがない。

なお、請求項１では、光源数が２以上の自然数である場合には全て権利範囲に含まれる。

請求項２に記載の発明は、前記光源の隣り合う間隔が均一であることを特徴とする。

これにより、光源からの出射光を受光する受光部（光ファイバなど）を配列し易いと共に、アレイ光源の小型化を行い易い。

請求項３に記載の発明は、前記光源の個数が４であることを特徴とする。

これにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＣＬＫの４種類の映像信号を光信号として効率良く伝送できる小型化されたアレイ光源を実現できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のうち何れか１項に記載のアレイ光源と、前記光源と同数本設けられ、前記光源から出射した出射光がそれぞれ入射する光ファイバと、前記光ファイバから出射した出射光がそれぞれ入射する受光素子を前記光源と同数個有する受光素子アレイと、を備えたことを特徴とする。

これにより、光伝送可能な距離を低減させることがない小型化された光信号伝送装置を実現させることができる。

請求項５に記載の発明は、前記アレイ光源の光源ピッチと前記受光素子アレイの受光素子ピッチとを同一にしたことを特徴とする。

これにより、光ファイバとアレイ光源とを、及び、光ファイバと受光素子アレイとをそれぞれ光結合するための光コネクタの形状を共通化することが可能になり、光コネクタの低コスト化が実現される。

本発明は上記構成としたので、小型化しても光出力を低下させる必要が生じることがないアレイ光源及びそれを有する光信号伝送装置を実現させることができる。

以下、実施形態を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光信号伝送装置の全体構成を示す平面図であり、図２は、本実施形態に係る光信号伝送装置のうち光伝送に関係する要部を示した平面図である。

図１、図２に示すように、本実施形態に係る光信号伝送装置１０は、送信側装置（図示せず）に接続される送信側光伝導プラグ１６と、受信側装置（図示せず）に接続される受信側光伝導プラグ１８と、コネクタ１２、１４を介して両プラグを接続している光ファイバケーブル２２（以下、単に光ファイバ２２という）と、を備え、いわゆるパラレル光リンクを行って光伝送する装置である。

送信側光伝導プラグ１６は、電気信号を光信号に変換する電気−光変換回路基板２８と、電気−光変換回路基板２８の先端部側に取付けられ、複数の発光素子２９（図３参照）が配置されたアレイ光源３０と、を筐体３２内に有する。電気−光変換回路基板２８には、映像信号、及びその制御信号が送られてくる映像信号ケーブル３３が接続されている。

図２に示すように、上記の光ファイバ２２の本数は、アレイ光源３０を構成する発光素子２９（図３参照）と同数本であり、各発光素子からの光が各光ファイバへそれぞれ入射するように配置されている。本実施形態では、発光素子２９が４個で、光ファイバ２２が４本とされている。

更に、送信側光伝導プラグ１６は、電気−光変換回路基板２８に電力を供給すると共に映像制御信号を送信する電気信号送信回路基板３８をコネクタ４０を介して筐体３２内に備えている。

受信側光伝導プラグ１８は、発光素子２９と同数のフォトダイオードが設けられたフォトダイオードアレイ５０と、このフォトダイオードアレイ５０が接続され、フォトダイオードアレイ５０で受信された光信号を電気信号に変換する光−電気変換回路基板４８と、を筐体５２内に有する。光−電気変換回路基板４８には、光信号を変換することによって得られた電気信号を送信する映像信号ケーブル４４が接続されている。

更に、受信側光伝導プラグ１８は、光−電気変換回路基板４８に電力を供給すると共に映像制御信号を受信する電気信号受信回路基板５８をコネクタ６０を介して筐体５２内に備えている。

また、光信号伝送装置１０は、電気信号送信回路基板３８と電気信号受信回路基板５８とに接続され電気信号を送信するメタルケーブル６２を備えている。

図３に示すように、アレイ光源３０には、４個の発光素子２９Ａ〜Ｄが等間隔で配置されており、本実施形態では、ピッチＤが０．５ｍｍとされている。また、アレイ光源３０の発光素子２９のピッチとフォトダイオードアレイ５０のフォトダイオードのピッチとが同一になっているため、アレイ光源側の光コネクタ１２と受光素子アレイ側の光コネクタ１４との形状が共通化され、低コストな光コネクタが提供されている。従って、従来の１．４ｍｍピッチで配置されている場合に比べ、大幅に小型化が図られた光信号伝送装置１０とすることができる。また、ピッチＤが０．３５ｍｍよりも短くないので、ピッチＤをこのように縮めても、光出力を低下させる必要が生じることがなく、光伝送可能な距離が低減することがない。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、上記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る光信号伝送装置の全体構成を示す平面図である（なお、電気信号送信回路基板に外部から電力を供給するＡＣアダプタの図示は省略している）。本発明の一実施形態に係る光信号伝送装置のうち光伝送に関係する要部を示した平面図である。本発明の一実施形態に係る光信号伝送装置の４ビットアレイ光源を示す平面図である。視角α１、α２を示す模式図である。視角α１、α２を示す模式図である。発光素子のピッチと光量制限値との相関関係を示すグラフ図である。発光素子のピッチと光量制限値との相関関係を示すグラフ図である。発光素子のピッチと光量制限値との相関関係を示すグラフ図である。発光素子のピッチと光量制限値との相関関係を示すグラフ図である。視角α１、α２を示す模式図である。ビット数と発光素子のピッチとの相関関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１０光信号伝送装置
２２光ファイバ
２９発光素子（光源）
３０アレイ光源
５０フォトダイオードアレイ（受光素子アレイ）
７９光源

Claims

７００〜１０５０ｎｍの範囲内の光を発する光源が一列に複数個並べられたアレイ光源において、
前記光源の隣り合う間隔が０．３５ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲内であることを特徴とするアレイ光源。
前記光源の隣り合う間隔が均一であることを特徴とする請求項１に記載のアレイ光源。
前記光源の個数が４であることを特徴とする請求項２に記載のアレイ光源。
請求項１〜３のうち何れか１項に記載のアレイ光源と、
前記光源と同数本設けられ、前記光源から出射した出射光がそれぞれ入射する光ファイバと、
前記光ファイバから出射した出射光がそれぞれ入射する受光素子を前記光源と同数個有する受光素子アレイと、
を備えたことを特徴とする光信号伝送装置。
前記アレイ光源の光源ピッチと前記受光素子アレイの受光素子ピッチとを同一にしたことを特徴とする請求項４に記載の光信号伝送装置。