JP2009033568A - 光ｌａｎシステム - Google Patents

Abstract

【課題】設計の自由度を増し、かつ、適切な光信号出力の制御を可能とする光ＬＡＮシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】光送受信モジュール１Ａは、光出力信号１０１Ａを発生するＬＤ３Ａと、ＬＤ３Ａを駆動するためのＬＤ駆動回路５Ａ及び電流源回路７Ａと、光入力信号１０２Ａを受けて受光電流を発生するＰＤ９Ａと、ＰＤ９Ａからの受光電流を検出するＰＤ電流検出回路１１Ａと、ＰＤ電流検出回路１１Ａで検出した値を受光パワーモニタ値１２２Ａとして光送受信モジュール１Ｂに出力するモニタ値出力手段として機能し、かつ、光送受信モジュール１Ｂから入力された受光パワーモニタ値１２１Ａに基づいてＬＤ３Ａの光出力信号１０１Ａの出力を制御する発光制御手段として機能する演算装置１９Ａを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、データ送受信に用いられる光ＬＡＮシステムに関するものである。

この種の光ＬＡＮシステムの送受信モジュールにおいては、光信号を発生する発光部の発光素子の光信号の出力を制御する必要がある。このような発光素子の光信号出力を制御する技術として、例えば、下記特許文献１〜３に開示されたようなものが知られている。特許文献１では、半導体レーザ素子の後方出射光をモニタ用フォトダイオードでモニタし、半導体レーザの光信号出力のフィードバック制御を行っている。また、特許文献２，３に記載の光送信器においては、フィードフォーワード制御方式で半導体レーザの光信号出力を制御することで、上記のようなモニタ用のフォトダイオードを不要としている。
特開２００５−３０２８７４号公報 特開平７−１０６６７２号公報 特開２００５−２０３５３６号公報

しかしながら、特許文献１の方式では、半導体レーザ素子の後方にモニタ用のフォトダイオードを設置することが必須であるので、光学系の構造が制約されて設計の自由度が低くなり、製造コストも高くなる。一方、特許文献２，３の方式では、実際の出力をモニタしていないため、半導体レーザ素子の環境温度による変化や経年劣化を十分に補償できず、適切な光信号出力の制御ができない場合もある。

そこで、本発明は、設計の自由度を増し、かつ、適切な光信号出力の制御を可能とする光ＬＡＮシステムを提供することを目的とする。

本発明の光ＬＡＮシステムは、第１及び第２の光送受信モジュールを含む光ＬＡＮシステムであって、第１の光送受信モジュールは、第２の光送受信モジュールへ送信する光信号を発生する発光素子と、発光素子に電流を供給する電流源回路と、を含み、第２の光送受信モジュールは、光信号を受信する受光素子と、受信した光信号の強度を検出する検出回路と、を含み、第１の光送受信モジュールに含まれる電流源回路の出力する電流値が、第２の光送受信モジュールに含まれる検出回路により制御されている、ことを特徴とする。

また、本発明の光ＬＡＮシステムは、第１の光送受信モジュール及び第２の光送受信モジュールは、互いに電気信号を送受するためのドライバ／レシーバを搭載しており、第２の光送受信モジュールに搭載された光検出回路の出力が、第２の光送受信モジュールのドライバ／レシーバを介して電気信号により第１の光送受信モジュールに帰還される、こととしてもよい。

また、ドライバ／レシーバは、ＣＡＮプロトコルに対応したものであってもよく、ドライバ／レシーバは、ＰＬＣプロトコルに対応したものであってもよい。

本発明によれば、設計の自由度を増し、かつ、適切な光信号出力の制御を可能とする光ＬＡＮシステムを提供できる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光ＬＡＮシステムの好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１に示す光送受信モジュール１Ａは、車載ＬＡＮシステムのＥＣＵ（Electronic ControlUnit；電子制御装置）の光インタフェースの部分に使用され、他の光送受信モジュールとの間で光信号の送受信を行うものである。この光送受信モジュール１Ａは、電気入力信号１１１Ａに基づいて、光出力信号１０１Ａを発生する半導体レーザ素子（発光素子；以下「ＬＤ」）３Ａと、アプリケーション側からの電気入力信号１１１Ａを受けてＬＤ３Ａを駆動するためのＬＤ駆動回路（駆動ドライバ）５Ａ及び電流源回路７Ａと、を備えている。なお、この光送受信モジュール１Ａにおいては、ＬＤ３Ａの後方出射光をモニタするためのモニタ用フォトダイオードは、設けられていない。

また、光送受信モジュール１Ａは、相手方の光送受信モジュールから光入力信号１０２Ａを受光するフォトダイオード素子（以下「ＰＤ」）９Ａと、ＰＤ９Ａからの受光電流を検出するＰＤ電流検出回路１１Ａと、を備えている。ＰＤ９Ａは、光入力信号１０２Ａを電気信号に変換し、ＴＩＡ１３Ａ及びリミティングアンプ１５Ａを介してアプリケーション側に電気出力信号１１２Ａを送出すると共に、受光電流を発生しＰＤ電流検出回路１１Ａに送出する。

ＰＤ電流検出回路１１Ａでは、受光電流の大きさが検出され、ＡＤコンバータ１７Ａでデジタル信号に変換されたのち、演算装置１９Ａに入力される。演算装置１９Ａは、この入力値を受光パワーに換算して、外部に受光パワーモニタ値１２２Ａとして出力する。また、演算装置１９Ａには、外部からの受光パワーモニタ値１２１Ａが入力される。この受光パワーモニタ値１２１Ａが示す入力値に基づき、演算装置１９Ａは、所定のアルゴリズムに従って、電流源回路７Ａを制御し、ＬＤ３Ａの光出力信号１０１Ａの出力を制御する。

続いて、図２及び図３を参照し、この光送受信モジュール１Ａが用いられる車載ＬＡＮシステム２０について説明する。図に示すように、車載ＬＡＮシステム２０では、同一の構成を有する一対のＥＣＵ３０Ａ，３０Ｂが、光ファイバ伝送路２１で接続されている。そして、ＥＣＵ３０Ａには前述の光送受信モジュール１Ａが内蔵され、ＥＣＵ３０Ｂには光送受信モジュール１Ａと同一構成の光送受信モジュール１Ｂが内蔵されている。光送受信モジュール１Ａ，１Ｂは、ＥＣＵ３０ＡとＥＣＵ３０Ｂとの間で行われる信号の送受信の光インターフェース部として機能する。

以下、ＥＣＵ３０Ａが光信号の送信側、ＥＣＵ３０Ｂが光信号の受信側となる場合を例として、車載ＬＡＮシステム２０におけるＥＣＵ３０Ａ，３０Ｂ間の光信号送受信について説明する。この車載ＬＡＮシステム２０においては、ＥＣＵ３０Ａ側とＥＣＵ３０Ｂ側とに同一の各構成要素が対称に現れるので、ＥＣＵ３０Ａ側の構成要素には、後に”Ａ”を添えた符号を付し、それと同一のＥＣＵ３０Ｂ側の構成要素には、”Ａ”を”Ｂ”に差し替えた符号を付して、重複する説明を省略する。例えば、ＥＣＵ３０Ａが備える光送受信モジュール１Ａと、ＥＣＵ３０Ｂが備える光送受信モジュール１Ｂとは同一の構成を有しているので、重複する説明を省略する。

まず、車載ＬＡＮシステム２０のアプリケーション３７ＡからＥＣＵ３０Ａに入力されたデータは、入出力回路３６Ａ、プロセッサ３２Ａを通じて光送受信モジュール１Ａに入力される。そして、光送受信モジュール１Ａから光出力信号１０１Ａが送信されると、ＥＣＵ３０Ｂにおける光送受信モジュール１ＢのＰＤ９Ｂが、上記光出力信号１０１Ａを、光入力信号１０２Ｂとして受信する。そしてＰＤ９Ｂは、光入力信号１０２Ｂを電気信号に変換し、ＴＩＡ１３Ｂ及びリミティングアンプ１５Ｂを介してアプリケーション３７Ｂ側に電気出力信号１１２Ｂを送出すると共に、受光強度の平均値に相当する受光電流を発生しＰＤ電流検出回路１１Ｂに送出する。ＰＤ電流検出回路１１Ｂでは、この受光電流をＡＤコンバータ１７Ｂでデジタル信号に変換したのち、演算装置１９Ｂに入力する。演算装置１９Ｂは、この入力値を受光パワーに換算し、受光パワーモニタ値１２２Ｂとして光送受信モジュール１Ｂの外部に出力する。

光送受信モジュール１Ｂから出力された上記受光パワーモニタ値１２２Ｂは、プロセッサ３２Ｂに入力される。プロセッサ３２Ｂからは、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ｂを通して、定期的に受光パワーモニタ値１２２Ｂが出力されている。ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ｂは、電気信号を伝送する伝送ライン２３で、ＥＣＵ３０ＡのＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ａに接続されており、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ｂからの出力された受光パワーモニタ値１２２Ｂは、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ａに定期的に入力される。ＥＣＵ３０Ａにおいては、この受光パワーモニタ値１２２Ｂが、受光パワーモニタ値１２１Ａとして、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ａからプロセッサ３２Ａを介して光送受信モジュール１Ａへ入力される。

ここで、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ａ，３３Ｂは、ＣＡＮ（Controller Area Network）プロトコルに準じた通信を行うためのインタフェース部として機能し、ＥＣＵ３０Ａ，３０Ｂ間の受光パワーモニタ値の送受信は、ＣＡＮプロトコルで行われる。なお、ＣＡＮプロトコルは、車載ＬＡＮに用いられる代表的なプロトコルであり、通信速度は１Mbps以下である。この光送受信モジュール１Ａ，１Ｂの出力光強度の制御には高速応答は要求されないので、このような通信速度１Mbps以下の比較的低速のＣＡＮプロトコルを採用しても、十分に光送受信モジュール１Ａ，１Ｂの出力制御が可能である。

光送受信モジュール１Ａの演算装置１９Ａには、上記受光パワーモニタ値１２２Ｂが、前述の受光パワーモニタ値１２１Ａとして定期的に入力される。そして、演算装置１９Ａは、この受光パワーモニタ値１２１Ａが示す入力値に基づき、所定のアルゴリズムに従って、電流源回路７Ａを制御し、ＬＤ３Ａの光出力を制御する。

続いて、演算装置１９ＡがＬＤ３Ａの出力を制御するために行う所定のアルゴリズムの処理について図４を参照し説明する。

まず、演算装置１９Ａは、ＥＣＵ１３の光送受信モジュール１Ｂの電源が入っているか否かを確認する（Ｓ４０２）。この確認は、受光パワーモニタ値１２１Ａ，１２２Ａの送受信と同様に、伝送ライン２３を介して行われる。光送受信モジュール１Ｂの電源が入っている場合には、ＬＤ３Ａに電流が流れているか否かを確認する（Ｓ４０４）。ＬＤ３Ａに電流が流れている場合には、光送受信モジュール１Ｂでの受光パワー１２１Ａが規定の範囲内であるか否かを確認する（Ｓ４０６）。また、電流が流れていない場合には、ＬＤ３Ａの電流をＯＮにし（Ｓ４０８）、予め設定された時間だけ待機（Ｓ４１０）した後に、上記Ｓ４０６の処理を行う。

Ｓ４０６の処理において、受光パワー１２１Ａが規定の範囲内であれば、Ｓ４０２に戻って処理を繰り返す。一方規定の範囲外であれば、受光パワー１２１Ａが規定の範囲よりも大きいか否かが判断される（Ｓ４１４）。受光パワー１２１Ａが規定の範囲よりも大きい場合には、ＬＤ３Ａに供給するバイアス電流を、１段階小さくし（Ｓ４１６）、予め設定された時間だけウエイト（Ｓ４１８）した後、Ｓ４０２に戻って処理を繰り返す。

一方、Ｓ４１４において、受光パワー１２１Ａが規定の範囲よりも小さいと判断された場合には、ＬＤ３Ａに供給しているバイアス電流が、予め設定された臨界値以下であるか否かが判断される（Ｓ４２２）。ここで、バイアス電流が臨界値よりも大きいと判断されれば、アラームを発出（Ｓ４２４）した後、Ｓ４０２に戻って処理を繰り返す。一方、バイアス電流が臨界値以下であると判断されれば、ＬＤ３Ａに供給するバイアス電流を、１段階大きくし（Ｓ４２６）、予め設定された時間だけ待機（Ｓ４１８）した後、Ｓ４０２に戻って処理を繰り返す。上記Ｓ４１６、Ｓ４２６において、バイアス電流を１段階ずつ増減させているが、この１段階の増減幅は予め設定されている。

このような処理により、図５に示すように、光送受信モジュール１Ｂ側の受光強度に基づいて、光送受信モジュール１Ａにおける送信光強度も、常に図中の範囲Ｐ１に入ることになる。なお、上記のアルゴリズムは一例であり、受信側の光送受信モジュール１Ｂの受光データを用いて送信側の光送受信モジュール１Ａの光出力を制御する目的のものであれば、どのようなアルゴリズムを採用してもよい。

以上、ＥＣＵ３０Ａが光信号の送信側として機能する場合を説明したが、逆に、ＥＣＵ３０Ａが光信号の受信側として機能する場合には、送信側であるＥＣＵ３０Ｂに対して、光送受信モジュール１Ｂの出力を制御するための受光パワーモニタ値１２２Ａを送信する。この場合のＥＣＵ３０Ａ及び光送受信モジュール１Ａの処理は、上述した説明におけるＥＣＵ３０Ｂ及び光送受信モジュール１Ｂの処理と同じであるので、説明を省略する。また、この場合のＥＣＵ３０Ｂ及び光送受信モジュール１Ｂの処理は、上述した説明におけるＥＣＵ３０Ａ及び光送受信モジュール１Ａの処理と同じであるので、説明を省略する。

以上説明したとおり、この車載ＬＡＮシステム２０は、互いに光信号の送受信を行う一対の光送受信モジュール１Ａ及び光送受信モジュール１Ｂを備えている。そして、光送受信モジュール１Ａは、光送受信モジュール１Ｂへ送信する光出力信号１０１Ａを発生するＬＤ３Ａと、ＬＤ３Ａを駆動するためのＬＤ駆動回路５Ａ及び電流源回路７Ａと、光送受信モジュール１Ｂからの光入力信号１０２Ａ（光出力信号１０１Ｂ）を受けて受光電流を発生するＰＤ９Ａと、ＰＤ９Ａからの受光電流を検出するＰＤ電流検出回路１１Ａと、ＰＤ電流検出回路１１Ａで検出した値を受光パワーモニタ値１２２Ａとして光送受信モジュール１Ｂに出力するモニタ値出力手段として機能し、かつ、光送受信モジュール１Ｂから入力された受光パワーモニタ値１２１Ａ（受光パワーモニタ値１２２Ｂ）に基づいてＬＤ３Ａの光出力信号１０１Ａの出力を制御する発光制御手段として機能する演算装置１９Ａを備えている。

また、同様に、光送受信モジュール１Ｂは、光送受信モジュール１Ａへ送信する光出力信号１０１Ｂを発生するＬＤ３Ｂと、ＬＤ３Ｂを駆動するためのＬＤ駆動回路５Ｂ及びＡＰＣ回路７Ｂと、光送受信モジュール１Ａからの光入力信号１０２Ｂ（上記光出力信号１０１Ａ）を受けて受光電流を発生するＰＤ９Ｂと、ＰＤ９Ｂからの受光電流を検出するＰＤ電流検出回路１１Ｂと、ＰＤ電流検出回路１１Ｂで検出した値を受光パワーモニタ値１２２Ｂとして光送受信モジュール１Ａに出力するモニタ値出力手段として機能し、かつ、光送受信モジュール１Ａから入力された受光パワーモニタ値１２１Ｂ（受光パワーモニタ値１２２Ａ）に基づいてＬＤ３の光出力信号１０１Ｂの出力を制御する発光制御手段として機能する演算装置１９Ｂを備えている。

このような構成の光送受信モジュール１Ａ，１Ｂの構成によれば、ＬＤ３Ａ，３Ｂの後方出射光をモニタするモニタ用のフォトダイオードが不要であるので、光学系の設計の自由度が増し、製造コストの低減化を図ることができる。また、光送受信モジュール１Ａ，１Ｂでは、モニタ用フォトダイオードを設けなくても、互いに相手方のモジュールから受け取る受光パワーモニタ値を用いてフィードバック制御を行うので、出力パワーの環境温度による変化や経年劣化を十分に補償する適切な制御を行うことができ、通信エラー発生の可能性を低減することができる。

また、光送受信モジュール１Ａ，１Ｂが適用される車載ＬＡＮは、公衆通信等に使用されるネットワークとは異なり、閉じたネットワークであるので、上記システム２０のように、送信側と受信側とを一体とを協働させシステム全体を利用して光送受信モジュール１Ａ，１Ｂの出力制御が可能となった。また、一般的な公衆通信に用いられる光送受信モジュールでは、光出力パワーや受光パワーレンジの規格は、相互接続性やシステム設計の自由度を考慮して、かなり厳しく（送信側は狭いレンジに、受信側は広いレンジに）設定されている。これに対し、光送受信モジュール１Ａ，１Ｂは、車載ＬＡＮといった閉じたネットワークに適用されるので、送信側と受信側とが一体となって送信側の出力を制御するといったことが可能となり、光出力パワーや受光パワーレンジの規格を緩和することができる。すなわち、設計余裕度が増すので、より高い歩留まりが見込めるなどコストメリットもある。

（第２実施形態）
図６に示すように、車載ＬＡＮシステム５０が備えるＥＣＵ４０Ａ，４０Ｂは、ＣＡＮドライバ／レシーバ３３Ａ，３３Ｂに代えて、ＰＬＣドライバ／レシーバ３９Ａ，３９Ｂを備えている。ＰＬＣドライバ／レシーバ３９Ａ，３９Ｂは、電源ラインを用いたデータ伝送方式であるＰＬＣ（Power LineCommunications）用のプロトコルに準じた通信を行うためのインタフェース部として機能する。そして、ＥＣＵ４０Ａ，４０Ｂ間の受光パワーモニタ値の送受信は、電源ライン２５を介したＰＬＣ方式で行われる。この車載ＬＡＮシステム５０において、前述の車載ＬＡＮシステム２０と同一又は同等な構成については、図面に同一符号を付し、その説明は省略する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の第１及び第２実施形態では、ＬＤ３Ａの近傍にモニタ用ＰＤを設けていないが、モニタ用ＰＤを設け、ＬＤ３Ａの後方出射光に基づくＡＰＣ制御を行っていてもよい。この種の光送受信モジュール間の光信号の送受信においては、ＬＤ３Ａの後方出射光に基づくＡＰＣ制御を行っている場合にも、コネクタ接続部や光ファイバ伝送路２１に何らかの問題が発生して光信号の損失が大きくなり、受信側に適切な光パワーが届かないことも起こり得る。そのような場合においても、上述の車載ＬＡＮシステム２０のような受信側の受光パワーモニタ値を送信側にフィードバックする方式を用いてＡＰＣのターゲット値を変更するような制御を行えば、通信エラーが発生する確率を低下させることができる。また、２つのＥＣＵの間における、受光パワーモニタ値の伝送は、ＣＡＮ方式やＰＬＣ方式に限られず、IEEE1394やFlexRayなどのプロトコルを用いてもよい。

本発明に係る光送受信モジュールの第１実施形態を示すブロック図である。 図１の光送受信モジュールが用いられる車載ＬＡＮシステムを示すブロック図である。 図２のシステムにおける光送受信モジュール同士の接続を示すブロック図である。 光送受信モジュールの光信号の出力を制御する処理を示すフローチャートである。 光送受信モジュールから送信される光信号のレベルダイヤグラムを示す図である。 本発明に係る光送受信モジュールの第２実施形態を示すブロック図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ…光送受信モジュール、３Ａ，３Ｂ…半導体レーザ素子（発光素子）、５Ａ，５Ｂ…ＬＤ駆動回路（駆動ドライバ）、７Ａ，７Ｂ…ＬＤ電流源回路、９Ａ，９Ｂ…フォトダイオード（受光素子）、１１Ａ，１１Ｂ…ＰＤ電流検出回路（受光電流検出回路）、１９Ａ，１９Ｂ…演算装置（モニタ値出力手段、発光制御手段）、２０，５０…車載ＬＡＮシステム、２３…モニタ値伝送ライン、２５…電源ライン。

Claims (4)

1. 第１及び第２の光送受信モジュールを含む光ＬＡＮシステムであって、
   前記第１の光送受信モジュールは、
   前記第２の光送受信モジュールへ送信する光信号を発生する発光素子と、
   前記発光素子に電流を供給する電流源回路と、を含み、
   前記第２の光送受信モジュールは、
   前記光信号を受信する受光素子と、
   前記受信した光信号の強度を検出する検出回路と、を含み、
   前記第１の光送受信モジュールに含まれる前記電流源回路の出力する電流値が、前記第２の光送受信モジュールに含まれる前記検出回路により制御されている、ことを特徴とする光ＬＡＮシステム。
2. 前記第１の光送受信モジュール及び前記第２の光送受信モジュールは、互いに電気信号を送受するためのドライバ／レシーバを搭載しており、
   前記第２の光送受信モジュールに搭載された光検出回路の出力が、前記第２の光送受信モジュールの前記ドライバ／レシーバを介して電気信号により前記第１の光送受信モジュールに帰還される、ことを特徴とする請求項１に記載の光ＬＡＮシステム。
3. 前記ドライバ／レシーバは、ＣＡＮプロトコルに対応したものである、ことを特徴とする請求項２に記載の光ＬＡＮシステム。
4. 前記ドライバ／レシーバは、ＰＬＣプロトコルに対応したものである、ことを特徴とする請求項２に記載の光ＬＡＮシステム。

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