JP2014072745A

JP2014072745A - 光通信システム

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Publication number: JP2014072745A
Application number: JP2012217862A
Authority: JP
Inventors: Kota Kiuchi; 浩太木内; Takayuki Suzuki; 貴幸鈴木
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-21
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: JP5985948B2

Abstract

【課題】構成部品の一部に不具合が生じても、ネットワークを正常に動作させることができる光通信システムを提供する。
【解決手段】光通信システム１では、一対の光送受信機Ｔ１，Ｔ２において、相手方の光送受信機から送信される光信号の光強度を検出し、検出結果を示す検出情報を相手方の光送受信機に送信する。検出情報を受けた光送受信機では、検出情報と予め保有する閾値テーブルとの比較によって発光部２３の切り替えを行う。したがって、この光通信システム１では、構成部品の一部に不具合が生じても、システム側で簡易にフォールトトレランスを実現できる。また、光通信システム１では、発光部２３自体の信頼性に依らず、発光部２３の切り替えによってシステム全体の信頼性を確保できるので、バーンイン試験工程を省略することが可能となり、システム構築のコストを低減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信システムに関する。

例えば車載用の光通信システムにおいては、ＨＤ（High-Definition）ビデオや、携帯電話、タブレット端末といった各種機器への対応が要求され、現在の伝送速度に対して１桁以上の速度向上が望まれている。一方、車載用の光通信システムでは、従来のシステムよりも高い信頼性が併せて要求されており、仮に構成部品の一部に不具合が生じてもネットワークとして正常に動作する、いわゆるフォールトトレランスシステムが必要となっている。

このような光通信システムに用いられる光源としては、例えば特許文献１に記載の面発光レーザがある。この面発光レーザは、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり、別々の配線層で接続された第１のメサの組と第２のメサの組が基板上の基準点に関して回転対象に配置され、光軸ずれを抑えてレーザの発光点を切り替えられるようになっている。

特開２００６−３０２９８１号公報

上述した車載用の光通信システムにＶＣＳＥＬといった光源を組み込むにあたって、光源の信頼性が未だに不足しているのが現状である。現在では、初期故障率を低減させるため、温度と電気的ストレスの負荷をかけるバーンイン試験を行い、実装不良や摩耗による故障の目安を立てている。しかしながら、例えば結晶欠陥に起因して生じるとされる突然の動作停止のように、バーンイン試験でも判別できない不具合もあることから、システム側で簡易にフォールトトレランスを実現できる構成が望まれている。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、構成部品の一部に不具合が生じても、ネットワークを正常に動作させることができる光通信システムを提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明に係る光通信システムは、光信号を送信する光信号送信部と、光信号送信部から送信される光信号を受信する光信号受信部と、を有する一対の光送受信機を備え、互いの光信号送信部と光信号受信部とを光ファイバで接続してなる光通信システムであって、光送受信機は、光信号送信部を構成する複数の発光部と、光信号受信部で受信した相手方の光送受信機からの光信号の光強度を検出する光強度検出部と、光強度検出部で検出された光信号の光強度に関する検出情報を相手方の光送受信機に送信する検出情報送信部と、相手方の光送受信機から検出情報を受信する検出情報受信部と、検出情報受信部が受信した検出情報と、予め保有する発光部の光強度に関する閾値テーブルとを比較し、比較結果に基づいて光信号送信部で用いる発光部の切り替えを行う制御部と、を備えたことを特徴としている。

この光通信システムでは、一対の光送受信機において、相手方の光送受信機から送信される光信号の光強度を検出し、検出結果を示す検出情報を相手方の光送受信機に送信する。検出情報を受けた光送受信機では、検出情報と予め保有する閾値テーブルとの比較により、制御部が発光部の切り替えを行うようになっている。したがって、この光通信システムでは、構成部品の一部に不具合が生じても、システム側で簡易にフォールトトレランスを実現できる。また、この光通信システムでは、発光部自体の信頼性に依らず、発光部の切り替え制御によってシステム全体としての信頼性を確保できるので、バーンイン試験工程を省略することが可能となり、システム構築のコストを低減できる。

また、光信号送信部は、複数の発光部を備えたＶＣＳＣＥＬによって構成されていることが好ましい。光源としてＶＣＳＥＬを用いる場合、選択的に発光させる複数の発光部を互いに近接して形成できる。したがって、光信号送信部をコンパクトに形成できる。

また、複数の発光部は、光ファイバの光軸中心に対して回転対称となるように配置されていることが好ましい。この場合、発光部と光ファイバとの結合を均一化できる。

また、複数の発光部は、それぞれの出射光がレンズを介して光ファイバの同一のコアに結合するように配置されていることが好ましい。これにより、複数の発光部に対して単一の光ファイバを適用でき、光通信システムの構成の簡素化が図られる。

本発明に係る光通信システムよれば、構成部品の一部に不具合が生じても、ネットワークを正常に動作させることができる。

本発明の一実施形態に係る光通信システムの概略構成を示す図である。図１に示した光通信システムの機能的な構成要素を示すブロック図である。光信号送信部に用いられる発光素子の概略構成を示す図である。発光素子と光ファイバとの結合状態を示す図である。メモリに格納される閾値テーブルの一例を示す図である。光通信システムの動作を示すシーケンス図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光通信システムの好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る光通信システムの概略構成を示す図である。同図に示すように、光通信システム１は、一対の光送受信機Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）同士を光ファイバ２で接続することによって構成されている。光通信システム１は、例えば自動車等に搭載される車載用ネットワークシステムとして用いられ、車体の所定の箇所に配置された光送受信機Ｔ１，Ｔ２間でネットワークループが形成されている。

光送受信機Ｔ１，Ｔ２は、機能的な構成要素として、図２に示すように、光信号を送信する光信号送信部１１と、光信号を受信する光信号受信部１２と、光信号受信部１２で受信した光信号に基づく情報を格納するメモリ１３と、メモリ１３に格納された情報を読み出すマイクロコンピュータ１４と、マイクロコンピュータ１４で読み出された情報を処理するＮＩＣ（Network Interface Card）１５と、光信号送信部１１の動作を制御するコントローラ（制御部）１６と、を備えている。なお、図２では、接続状態を示すための便宜上、光送受信機Ｔ１と光送受信機Ｔ２との間で構成要素の一部の位置が異なっているが、両者が保有する構成要素は同一である。

光信号送信部１１は、図３に示すように、例えば複数の発光部２３を備えたＶＣＳＥＬ２１によって構成されている。ＶＣＳＥＬ２１は、基板２２の一面側に、３つの発光部２３ａ〜２３ｃと、各発光部２３に対応する３つのアノード用ボンディングパッド２４と、各発光部２３に共通のカソード用ボンディングパッド２５とを有している。

発光部２３は、基板２２の一面側の中央部分に近接して配置され、光ファイバ２の光軸中心に対して回転対称となるように環状に配置されている。発光部２３，２３間の距離は、例えば２０μｍとなっている。発光部２３からの出射光が結合される光ファイバ２は、例えばコア径が５０μｍのマルチモード光ファイバである。発光部２３は、図４に示すように、それぞれの出射光が集光レンズＲを介して光ファイバ２の同一のコア２ａに結合するように配置されている。

また、ＶＣＳＥＬ２１の近傍には、図２に示すように、発光部２３の周囲の温度を検出する温度計１７が配置されている。温度計１７としては、例えば半導体の接合を用いたセンサが用いられる。温度計１７は、発光部２３の周囲の温度を常時又は一定の周期で検出し、検出した温度を示す検出情報をメモリ１３に出力する。

この光信号送信部１１は、後述の光強度検出部３２で検出された光信号の光強度に関する検出情報を相手方の光送受信機Ｔに送信する検出情報送信部３１としての機能を有している。光信号送信部１１は、検出情報が組み込まれたデータ列をＮＩＣ１５から受け取ったときに、当該データ列を含む光信号を相手方の光送受信機Ｔに送信する。

光信号受信部１２は、例えば光電素子にＩｎＧａＡｓを用いたフォトダイオードによって構成されている。光信号受信部１２は、相手方の光送受信機Ｔから光信号を受信すると、光信号に含まれるデータ列をＮＩＣ１５に出力する。また、光信号受信部１２は、相手方の光送受信機Ｔからの光信号の光強度を検出する光強度検出部３２としての機能を有している。光信号受信部１２は、相手方の光送受信機Ｔから受信した光信号の光強度を常時又は一定の周期で検出し、検出した光強度を示す検出情報をＡ／Ｄコンバータ１８でデジタル変換してメモリ１３に出力する。

さらに、光信号受信部１２は、相手方の光送受信機Ｔから自機の光信号送信部１１の光信号の光強度に関する検出情報を受信する検出情報受信部３３としての機能を有している。光信号受信部１２は、受信した自機の光信号送信部１１の光信号の光強度に関する検出情報を電気信号に変換してＮＩＣ１５に出力する。

メモリ１３は、光信号受信部１２から相手方の光送受信機Ｔについての光強度の検出情報を受け取り、格納する部分である。また、メモリ１３は、マイクロコンピュータ１４から自機の光信号送信部１１についての光信号の光強度に関する検出情報を受け取り、格納する部分である。さらに、このメモリ１３は、発光部２３の光強度に関する閾値テーブルを格納している。図５にメモリに格納される閾値テーブルの一例を示す。同図に示す例では、横軸が温度、縦軸が光強度となっており、発光部２３の光強度の閾値が温度に応じて設定されている。この閾値テーブルは、発光部２３ａ〜２３ｃで共通の設定であってもよく、発光部２３ａ〜２３ｃごとの設定であってもよい。

マイクロコンピュータ１４は、Ｉ２Ｃインターフェイスを介し、メモリ１３に格納された相手方の光送受信機Ｔの光強度の検出情報の読み出しを行う部分である。マイクロコンピュータ１４は、一定の間隔でメモリ１３から検出情報の読み出しを行い、読み出した検出情報をＮＩＣ１５に出力する。また、マイクロコンピュータ１４は、ＮＩＣ１５から自機の光信号送信部１１についての光信号の光強度に関する検出情報を受け取る部分である。マイクロコンピュータ１４は、受け取った検出情報をメモリ１３に出力し、書き込みを行う。

ＮＩＣ１５は、マイクロコンピュータ１４から受け取った相手方の光送受信機Ｔの光強度の検出情報の符号化を行う部分である。符号化された検出情報は、例えば光信号に含まれるデータ列の先頭部分に付加される。また、ＮＩＣ１５は、光信号受信部１２から受け取った自機の光信号送信部１１の光信号の光強度に関する検出情報をマイクロコンピュータ１４に出力する。

コントローラ１６は、光信号受信部１２が受信した自機の光信号送信部１１の光信号の光強度に関する検出情報と、予めメモリ１３に保有する発光部２３の光強度に関する閾値テーブルとを比較し、比較結果に基づいて光信号送信部１１で用いる発光部２３の切り替えを行う部分である。より具体的には、コントローラ１６は、常時又は一定の周期でメモリ１３を参照し、メモリ１３に格納されている自機の光信号送信部１１の光信号の光強度に関する検出情報と、閾値テーブルとを読み出す。また、コントローラ１６は、温度計１７による発光部２３の周囲の温度の検出結果をメモリ１３から読み出す。そして、コントローラ１６は、検出された温度下で、光強度が閾値を超えているか否かを判断する。

比較の結果、光強度が閾値を超えると判断された場合、コントローラ１６は、現在駆動しているＶＣＳＥＬ２１の発光部２３が正常であると判断し、その使用を継続する。このとき、コントローラ１６は、検出された光強度に基づいて、発光部２３の光量が閾値を超える範囲で適切な値となるように、発光部２３の駆動電流を制御する。一方、光強度が閾値以下であると判断された場合、現在駆動しているＶＣＳＥＬ２１の発光部２３が異常であると判断し、駆動する発光部２３を別の発光部２３に切り替える。本実施形態では、例えば初期駆動させる発光部２３が発光部２３ａであるとすれば、発光部２３ａに異常があると判断された場合には、発光部２３ｂが次に使用され、発光部２３ｂに異常があると判断された場合には、発光部２３ｃが次に使用される。

続いて、上述した構成を有する光通信システム１の動作について説明する。図６は、光通信システムの動作を示すシーケンス図である。

同図に示すように、光通信システム１において、例えば光送受信機Ｔ１から光送受信機Ｔ２に光信号が送信される（ステップＳ０１）。光送受信機Ｔ２では、光信号受信部１２において受信した光信号の光強度の検出がなされる（ステップＳ０２）。ステップＳ０２で受信した検出情報は、光送受信機Ｔ２においてデジタル変換され、メモリ１３に一旦格納された後、マイクロコンピュータ１４に読み出され、ＮＩＣ１５で符号化されて光信号のデータ列に組み込まれる（ステップＳ０３）。そして、検出情報が組み込まれた光信号が光送受信機Ｔ２から光送受信機Ｔ１に送信される（ステップＳ０４）。

検出情報が組み込まれた光信号を受信した光送受信機Ｔ１では、光信号が電気信号に変換されてＮＩＣ１５に出力される。また、マイクロコンピュータ１４がＮＩＣ１５から検出情報を読み出してメモリ１３に格納する。次に、コントローラ１６によって検出情報が示す光信号の光強度と閾値テーブルとの比較が行われ（ステップＳ０５）、比較結果に基づいて発光部２３の制御がなされる（ステップＳ０６）。

ステップＳ０６では、温度計１７によって検出された温度下で光信号の光強度が閾値を超えているか否かが判断される。そして、発光部２３が正常であると判断された場合には、現在駆動している発光部２３の使用が継続され、また、発光部２３への駆動電流の制御が実施される。また、発光部２３が異常であると判断された場合には、駆動する発光部２３が別の発光部２３に切り替えられる。

以上説明したように、光通信システム１では、一対の光送受信機Ｔ１，Ｔ２において、相手方の光送受信機Ｔから送信される光信号の光強度を検出し、検出結果を示す検出情報を相手方の光送受信機Ｔに送信する。検出情報を受けた光送受信機Ｔでは、検出情報と予め保有する閾値テーブルとの比較により、コントローラ１６が発光部２３の切り替えを行うようになっている。したがって、この光通信システム１では、構成部品の一部に不具合が生じても、システム側で簡易にフォールトトレランスを実現できる。また、この光通信システム１では、発光部２３自体の信頼性に依らず、発光部２３の切り替え制御によってシステム全体としての信頼性を確保できるので、バーンイン試験工程を省略することが可能となり、システム構築のコストを低減できる。

また、光通信システム１では、発光部２３が正常であると判断された場合には、現在駆動している発光部２３の使用を継続すると共に、発光部２３への駆動電流の制御を実施する。このように、ネットワーク上で発光部２３の光強度をモニタすることにより、発光部２３のオートパワーコントロールを実現できる。

また、光通信システム１では、光信号送信部１１が複数の発光部２３ａ〜２３ｃを備えたＶＣＳＣＥＬ２１によって構成されている。光源としてＶＣＳＥＬを用いる場合、選択的に発光させる発光部２３ａ〜２３ｃを互いに近接して形成できる。したがって、光信号送信部１１をコンパクトに形成できる。また、発光部２３ａ〜２３ｃが光ファイバ２の光軸中心に対して回転対称となるように配置されることで、発光部２３ａ〜２３ｃと光ファイバ２との結合を均一化でき、発光部２３を切り替えたときに、発光部２３の配置による光量の変化を抑えられる。

さらに、光通信システム１では、それぞれの出射光が集光レンズＲを介して光ファイバ２の同一のコア２ａに結合するように発光部２３ａ〜２３ｃが配置されている。これにより、複数の発光部２３ａ〜２３ｃに対して単一の光ファイバ２を適用でき、光通信システム１の構成の簡素化が図られる。

１…光通信システム、２…光ファイバ、２ａ…コア、１１…光信号送信部、１２…光信号受信部、１６…コントローラ（制御部）、２１…ＶＣＳＥＬ、２３（２３ａ〜２３ｃ）…発光部、３１…検出情報送信部、３２…光強度検出部、３３…検出情報受信部、Ｒ…集光レンズ、Ｔ１，Ｔ２…光送受信装置。

Claims

光信号を送信する光信号送信部と、前記光信号送信部から送信される前記光信号を受信する光信号受信部と、を有する一対の光送受信機を備え、互いの前記光信号送信部と前記光信号受信部とを光ファイバで接続してなる光通信システムであって、
前記光送受信機は、
前記光信号送信部を構成する複数の発光部と、
前記光信号受信部で受信した相手方の光送受信機からの前記光信号の光強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部で検出された前記光信号の光強度に関する検出情報を前記相手方の光送受信機に送信する検出情報送信部と、
前記相手方の光送受信機から前記検出情報を受信する検出情報受信部と、
前記検出情報受信部が受信した前記検出情報と、予め保有する前記発光部の光強度に関する閾値テーブルとを比較し、比較結果に基づいて前記光信号送信部で用いる前記発光部の切り替えを行う制御部と、
を備えたことを特徴とする光通信システム。
前記光信号送信部は、前記複数の発光部を備えたＶＣＳＣＥＬによって構成されていることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
前記複数の発光部は、前記光ファイバの光軸中心に対して回転対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光通信システム。
前記複数の発光部は、それぞれの出射光がレンズを介して前記光ファイバの同一のコアに結合するように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光通信システム。