JP5467382B2 - 光路切替型光信号送受信装置および光信号送受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、光通信や光情報処理等の光エレクトロニクスやフォトニクスの各分野において活用され、熱レンズ方式光制御式光路切替スイッチを利用して光路の切替を行う光路切替型光信号送受信装置および光信号送受信方法に関する。

本発明者等は、先に、新しい原理に基づく光路切替の装置および方法を発明した（特許文献１参照）。この光路切替装置等では、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域に対して、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光と、制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光とを、各光軸が一致するように収束させて照射し得る構成を有している。この構成によれば、熱レンズ形成素子内の制御光吸収領域への信号光の照射に対して、制御光の照射は選択的に行われる。制御光の照射が信号光の照射と同時に行われないときには信号光が穴付きミラーの穴を通して直進し、他方、制御光の照射が信号光の照射と同時に行われるときには信号光の進行方向に対して傾けて設けた穴付きミラーで反射して光路を変更させる。特許文献１には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替えることができる光制御式光路切替装置が開示されている。

さらに、本発明者等は、熱レンズ形成素子および穴付きミラーを複数組み合わせて用いて構成した光制御式の光路切替型光信号伝送装置および光信号光路切替方法を発明した（特許文献２参照）。この光路切替型光信号伝送装置等では、制御光吸収領域が吸収する波長帯域と制御光の波長とを１対１に対応させており、さらに、例えば吸収波長帯域の異なる色素を用いた３種類の制御光吸収領域の熱レンズ形成素子を合計７個組み合わせて使用し、併せて、３種類の波長の制御光の各々の明滅を制御することにより、例えばサーバーのデータを８箇所に光制御方式で切り替えて配信するシステムが開示されている。

さらに本発明者等は、その後、特許文献３〜６に開示される通り、光路変更方法および光路切替装置を提案した。これらの光路変更方法および光路切替装置によれば、熱レンズ形成光素子中の制御光吸収領域に、制御光吸収領域が吸収する波長帯域の制御光、および制御光吸収領域が吸収しない波長帯域の信号光を入射させ、制御光および信号光は、制御光収領域にて収束するように照射されかつ各々の光の収束点の位置が異なるように照射される。このため、制御光および信号光は、光の進行方向で制御光吸収領域の入射面またはその近辺で収束し、その後、拡散する。これにより、制御光吸収領域内で制御光を吸収した領域およびその周辺領域に温度上昇が起き、当該温度上昇に起因して可逆的に熱レンズの構造が変化し、屈折率が変化し、信号光の進行方向を変化させることができる。

特許文献４，５には、１種類の波長の制御光によって制御光の進行方向を２方向に切り替える１対２対応光制御式光路切替装置が開示されている。また特許文献６には、例えば、端面近接７芯光ファイバーの中心ファイバーから出射する信号光の光路を、中心ファイバーの周辺に設けられた６本の光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える光制御式光路切替装置が開示されている。この光制御式光路切替装置を以下では「１対７対応光制御式光路切替装置」と記す。また特許文献７には、１対７対応光制御式光路切替装置に用いられる端面近接多芯光ファイバーおよびその製造方法が開示されている。

特許文献８の図５には、複数の光ファイバーあるいは光導波路を光ファイバーあるいは光導波路からなる１本の光路に束ね、前記の束ねられた１本の光路の端面に全反射ミラーを設けてなる構成の「反射型スターカップラー」が記載されている。この、反射型スターカップラーを用いることで、複数の光ファイバーあるいは光導波路の各々に接続された光送受信装置から送信された光信号を、複数の光送受信装置へ均等に分配して受信することを可能とする「反射型スターカップラー方式光ＬＡＮ」を構築することができる。ただし、この方式の光ＬＡＮにおいては、複数の光送受信装置が送出する光信号の衝突を避けるために、時間分割多重ないし波長分割多重制御技術を併用する必要がある。

通信規格「ＴＣＰ／ＩＰプロトコル」に準拠したインターネットの普及と通信データの大容量化への対応、および、老朽化していく既設電話回線網の代替などを目的に、個々の一般住宅まで、波長多重光通信仕様に適合した光ファイバーを敷設・運用する動き、いわゆる「ファイバー・トゥ・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）」の普及が進められている。ＦＴＴＨのシステムを活用し、「インターネット通信」、「ＩＰパケット電話」、および「オーディオ・ビジュアル（以下、ＡＶと略記する）配信」の３種類のサービスを提供する、いわゆる「トリプルプレイ」の普及も進められており、ここでは、１本の光ファイバーで３種類の光通信信号を送る波長分割多重光通信技術が実用化されている。すなわち、図８に示すように、「インターネット通信」と「ＩＰパケット電話」のユーザー側装置から局舎装置への「上り光信号」には波長１２６０〜１３６０ｎｍ（中心波長１３１０ｎｍ）、同じく局舎装置からユーザー側装置への「下り光信号」には波長１４８０〜１５００ｎｍ（中心波長１４９０ｎｍ）、および、局舎装置からユーザー側装置へのＡＶ配信には波長１５５０ｎｍの信号光が用いられている。

特許第３８０９９０８号公報 特許第３９７２０６６号公報 特開２００７−２２５８２５号公報 特開２００７−２２５８２６号公報 特開２００７−２２５８２７号公報 特開２００８−０８３０９５号公報 特開２００８−０７６６８５号公報 特開２０００−１２１８６５号公報

本発明は、光ファイバーによってインターネット網に接続されたユーザー宅内において、光信号と電気信号の変換を行うための宅内光信号送受信装置などが、通信の有無にかかわらず消費している電力の内、通信が行われていない時間に消費されている電力、いわゆる「待機電力」を事実上ゼロとすることによって省エネルギーを達成することを目的とする。宅内光信号送受信装置、ハブ、ルーター、および無線ＬＡＮ装置などが消費する電力の合計は、１戸当たり７ないし４０Ｗ程度であるが、ＦＴＴＨの普及戸数が２千万世帯に達した場合、１４万ｋＷないし８０万ｋＷであり、１日２４時間中の実使用時間４時間に対し、待機時間２０時間とした場合の待機電力は２８０万ｋＷｈ／日ないし１６００万ｋＷｈ／日にも達する。すなわち、本発明の目的は、光技術を駆使することで、このような膨大な無駄な待機電力を実質的にゼロにすることである。

本発明に係る光路切替型光信号送受信装置および光信号の光路切替方法は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。

（１）本発明の光路切替型光信号送受信装置は、
上位光信号送受信装置と、
光ファイバーまたは光導波路からなる第１の光路を介して前記上位光信号送受信装置へ接続された１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と、
光ファイバーまたは光導波路からなる第２の光路を介して１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置へ接続され、かつ前記第２の光路を介して信号光が１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に対して送受信されるＮ台の下位光通信アダプターと、
電気回路により前記Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に接続されたユーザー側装置と、
Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に設けられ、少なくとも上り光信号送信機構と、下り光信号受信機構と、前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置を駆動するための、前記信号光の波長とは異なる波長を有する制御光を発生させる制御光光源とを備えた光送受信制御回路と、
前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記Ｎ台の下位光通信アダプターとを繋ぐ制御光の、光ファイバーまたは光導波路からなる第３の光路と、
１つの下位光通信アダプターと前記上位光信号送受信装置との第２の光路を開設するための制御光が１つの下位光通信アダプターの光送受信制御回路から送信されている状態を他の下位光通信アダプターへ伝達し、かつ、制御光が輻輳しないよう制御するための下位データ送受信装置間相方向通信手段と、
を備え、前記Ｎは２以上の整数である。

（２）上記（１）に記載の光路切替型光信号送受信装置において、光路切替型光信号送受信装置は、
下位データ送受信装置間相方向通信手段が、
Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に設けられ、前記制御光光源からの前記制御光の波長を用いた光通信の送受信機構と、
前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記Ｎ台の下位光通信アダプターとを繋ぐ制御光を送信する光ファイバーまたは光導波路からなる各々の光路上に設けられた複数の分配器と、
前記分配器の各々からの、光ファイバーまたは光導波路からなるＮ本の第４の光路を束ねる合波器と、
前記合波器の束ねられた出力端に設けられたミラーと、
から構成される、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮからなる。

（３）上記（１）に記載の光路切替型光信号送受信装置において、光路切替型光信号送受信装置は、
前記Ｎが７の場合、端面近接７芯光ファイバーの中心ファイバーから出射する信号光の光路を、中心ファイバーの周辺に設けられた６本の光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える、１対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置が用いられる。

（４）上記（２）に記載の光路切替型光信号送受信装置において、光路切替型光信号送受信装置は、
Ｎが７の場合、端面近接７芯光ファイバーの中心ファイバーから出射する信号光の光路を、中心ファイバーの周辺に設けられた６本の光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える、１対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置が用いられる。

（５）上記（３）または（４）に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
１対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置は、信号光透過・制御光吸収層を有する熱レンズ形成素子を含み、制御光出射側および信号光受光側の光路は７芯光ファイバーである。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の光路切替型光信号送受信装置において、光路切替型光信号送受信装置は、
１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置から上位光信号送受信装置への上り信号光は、波長１２６０〜１３６０ｎｍの範囲に含まれる波長の光であり、
上位光信号送受信装置から１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置への下り信号光は、波長１４８０〜１５００ｎｍの範囲に含まれる波長の光であり、
制御光は、９８０〜１２５０ｎｍの範囲に含まれる波長の光である。

（７）本発明の他の形態の光路切替型光信号送受信装置は、光制御式光路切替型光信号送受信装置と、光制御式光路切替装置を駆動するための制御光の一部を用いた反射型スターカップラー方式相方向光通信装置とを組み合わせた装置であって、
上位光信号送受信装置と、
光ファイバーまたは光導波路からなる第１の光路を介して前記上位光信号送受信装置へ接続された１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と、
光ファイバーまたは光導波路からなる第２の光路を介して前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置へ接続され、かつ前記第２の光路を介して信号光を１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に対して送受信する７台の下位光通信アダプターと、
電気回路により前記７台の下位光通信アダプターの各々に接続されたユーザー側装置と、
７台の下位のユーザー側光通信アダプターの各々に設けられ、少なくとも上り光信号送信機構と、下り光信号受信機構と、前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置を駆動するための、前記信号光とは異なる波長を有する制御光を発生させる制御光光源と、前記制御光光源の波長を用いた光通信の送受信機構とを備えたに光送受信制御回路と、
前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記７台の下位のユーザー側光通信アダプターとを繋ぐ制御光の、光ファイバーまたは光導波路からなる第３の光路と、
前記制御光の第３の光路の各々の途中に設けられた複数の分配器と、
前記分配器からの光ファイバーまたは光導波路からなる第４の光路を束ねる合波器および前記合波器の束ねられた出射端に設けられたミラーとからなる反射型スターカップラーと、を備える。

（８）上記（２）から（７）のいずれか１項に記載の光路切替型光信号送受信装置において、光路切替型光信号送受信装置は、
前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置又は前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に制御光が全く照射されない場合に信号光が出射する第２の光路に接続された下位光通信アダプターからの制御光の第３の光路上には分配器を設けず、
前記下位光通信アダプターからの制御光は前記反射型スターカップラーに直結する。

（９）本発明の光信号送受信装置は、
信号光とは波長の異なる制御光を用いて、光制御方式により、制御光とは波長の異なる１種類以上の波長の信号光の光路をＮ個の異なる方向へ切り替える方法、および、前記制御光に光通信の信号を重畳し、前記信号光の一部を分配した後、合波し、合波した後、ミラーで反射して戻すことで制御光の波長の光相方向通信を行う方法を組み合わせた光信号送受信方法であり、前記Ｎを２以上の整数とするとき、
上位光信号送受信装置を経由した光通信を希望するユーザー側装置に接続した下位光通信アダプターは、
まず反射型スターカップラー方式光ＬＡＮで他のユーザーの通信状況をモニターし、
時間分割多重送受信のための同期を行い、
また、上位光信号送受信装置への上り信号を送出するための時間分割多重のタイムスロットを把握し、
前記下位光通信アダプターに搭載された制御光光源を、自分に与えられた時間分割多重のタイムスロットに応じて駆動し、
制御光とは波長の異なる１種類以上の波長の信号光の光路をＮ個の異なる方向へ切り替える熱レンズ方式光制御式光路切替装置からの光路を自分に接続するよう切り替え、
他の下位光通信アダプターへの同期信号を送出し、
上位光信号送受信装置への上り信号を送出し、前記上り信号には、対応する戻り・下り信号のための識別コードを賦与し、
同時に、上位光信号送受信装置からの下り信号を受信し、下り信号の暗号を解読し、ユーザー宅宛信号かつ宅内ユーザー側装置の識別コードを判断して、自分宛信号を自分の接続しているユーザー側装置へ送り、宅内の他のユーザー側装置宛の信号は、制御光光源を経由させ、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮで繋がれた当該ユーザー側装置へ配信する、ことを特徴とする。

本発明に係る光路切替型光信号送受信装置および光信号送受信方法は、次の効果を奏する。

第１に、ユーザー側装置のいずれか１台が光通信を行おうとした場合のみ、当該下位光通信アダプター装置のＥ／Ｏ変換装置・Ｏ／Ｅ変換装置・レーザー光源などに通電され、光通信の行われない時間帯には光通信のための電力を一切、消費しない、すなわち、待機電力ゼロの宅内光通信システムを構築することができる。

第２に、ユーザー側装置のいずれか１台が上り光通信を送出するために上位への光路を切替・占有していても、下り光信号を常時受信して、他のユーザー宛下り信号を、制御光波長の光ＬＡＮを通じて再配信することで、特定のユーザーが下り光通信を占有することを回避することができる。

第３に、他のユーザー側装置の制御信号送出状況をモニターし、他者と同期させた時間分割多重の自分のタイムスロットにおいて制御光および上位装置への上り信号を送出することで、制御光および上位装置への上り信号の衝突を回避することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置を示すブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置において光制御光路切替装置と選択的に接続されて複数台数が用いられる内の１つの、ユーザー側装置に接続される下位光通信アダプターを示すブロック構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置において光制御光路切替装置と選択的に接続されて複数台数が用いられる内の１つの、ユーザー側装置に接続される光通信アダプター内部のＯ／ＥならびにＥ／Ｏ変換器および光信号送受信制御回路を示すブロック構成図である。 第１の実施形態において使用される丸ビーム方式１対７対応光路切替装置の一例を示す概略構成図である。 図４におけるＡ−Ａ’線断面図であり、７芯光ファイバーの光出射側端面を模式的に示す図である。 図４におけるＢ−Ｂ’線断面図であり、７芯光ファイバーの受光側端面を模式的に示す図である。 波長１３１０ｎｍ上り信号のタイムスロットと光ＬＡＮ制御光が割り振るタイムスロットの関係を示す概念図である。 光制御式光路切替装置の制御光の波長帯域および光ブロードバンド通信の波長帯域と用途区分を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置を示すブロック構成図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

［第１の実施形態］
図１〜図８を参照して本発明の第１の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置を説明し、併せて光信号送受信方法を説明する。なお、以下の説明において、「光ファイバーまたは光導波路からなる光路」を単に「光路」と略記することとする。伝搬する「光」そのものを図示することはできないので「光ファイバーのコアを伝搬する光路」を図示することで、その光路を伝搬する「光」を表現するものとし、「光およびその光路」という表現をする。また、上位光信号送受信装置を「局舎側光信号送受信装置」と呼ぶこととする。

以下の実施形態は「Ｎ＝７」を例にとって説明する。「Ｎ＝７」の場合、光制御式光路切替装置１００は特許文献６に記載した１対７対応の光制御式光路切替装置である。ここで、特許文献６に記載のように、図４に示す７芯光ファイバーの中心光ファイバー・コア４００に信号光を、６本の周辺光ファイバー・コア４０１〜４０６に制御光を各々伝搬させるが、６本すべての周辺光ファイバー・コアのいずれかに制御光を伝搬させるのではなく、周辺光ファイバー・コアのいずれか特定の１，２，３，４，５本のみ、のいずれかに制御光を伝搬させることで、各々、１対２、１対３、１対４、１対５、および、１対６対応光制御式光路切替装置として作動させることができる。

図１において、ユーザー側光路切替型光信号送受信装置１１はユーザー側宅内装置に相当し、分配器５で分岐された下り信号ならびに上り信号光の内、ユーザー側光路切替型光信号送受信装置１１に接続する１００１以外の１００２，１００３，１００４などは他のユーザー宅へ接続される。分配器５は局舎側光信号送受信装置１へ光路１００１で接続されており、局舎側光信号送受信装置１の１台に接続しているユーザー宅内のユーザー側光路切替型光信号送受信装置１１は通常３２台ないし６４台である。分配器５は、通常、多段接続で用いられ、例えば、１段目４分配１基と２段目８分配を４基組み合わせることで、合計３２分配となる。

局舎側光信号送受信装置１はインターネット網２およびＡＶサーバー３に送受信可能に接続している。

分配器５で分岐された下り信号ならびに上り信号光１００１の内、下り信号は分波器１０により、波長帯域１５５０ｎｍの分波されたデジタル映像・音響データ信号光１０３１と中心波長１４９０ｎｍの下り信号に分波される。なお、中心波長１３１０ｎｍの上り光信号は分波器１０を透過して局舎側光信号送受信装置１へ向けて光路１００１を進み、分配器５を通過して他のユーザーからの上り信号と合波されて光路１０００を進んでいく。デジタル映像・音響データ信号光１０３１はＡＶ受信装置によってＯ／Ｅ変換および暗号解読され、デジタル映像・音響データの電気信号１０３２，１０３３としてユーザー側装置１６０の中の地上波デジタルＴＶやＡＶレコーダーへ伝送される。

一方、デジタル映像・音響データ信号光１０３１と分波された上りおよび下り信号光１０１１は、光信号のまま、光制御式光路切替装置１００にて、制御光１２１１〜１２１６のいずれもが照射されない場合はユーザー側装置１６０の例えばＩＰ電話送受信装置へ、制御光１２１１〜１２１６のいずれかが照射された場合、光路１１１１〜１１１６に切り換えるために、図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台のいずれかに、光路が切り替えられて接続される。光路が切替接続されると、図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台のいずれかから局舎側光信号送受信装置１への「上り」と、局舎側光信号送受信装置１から下位光通信アダプター１１０の７台への「下り」の光通信が同時に可能となる。

図２は、図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の内、制御光１２１１が照射された場合に、光制御式光路切替装置１００にて、局舎側光信号送受信装置１への光路が接続される下位光通信アダプター１１１を代表例として詳細を示したブロック図である。

図３は、下位光通信アダプター１１１内部のレーザーダイオード（以下、ＬＤと略記する）電源および光送受信制御回路３０１の詳細を示したブロック図である。

図４は、第１の実施形態において使用される丸ビーム方式１対７対応の光制御式光路切替装置１００を示す概略構成図である。

図５は、図４におけるＡ−Ａ’線断面図であり、制御光出射側７芯光ファイバー４４０の光出射側端面を模式的に示す図である。

図６は、図４におけるＢ−Ｂ’線断面図であり、信号光受光側７芯光ファイバー４５０の受光側端面を模式的に示す図である。

図７は、局舎側光信号送受信装置１が割り振る、波長１３１０ｎｍ上り信号のタイムスロットとユーザー側宅内光ＬＡＮ制御システムがユーザー側装置１６０〜１６６へ割り振るタイムスロットの関係を示す概念図である。

図８は、光制御式光路切替装置１００の制御光の波長帯域（９８０〜１２５０ｎｍ）および光ブロードバンド通信の波長帯域と用途区分を示す図である。すなわち、局舎側光信号送受信装置１への「上り」光信号として波長１２６０〜１３６０ｎｍ、中心波長１３１０ｎｍの光が、同「下り」光信号として波長１４８０〜１５００ｎｍ、中心波長１４９０ｎｍの光が、また、ＡＶデータの配信には中心波長１５５０ｎｍの光が用いられている。

以下、ユーザー側光路切替型光信号送受信装置１１を構成する部品に関して、順を追って詳細を説明する。

図１に示す分波器１０は、中心波長１３１０ｎｍの上り光信号を効率良く光路１００１へ透過し、中心波長１４９０ｎｍおよび１５５０ｎｍの下り光信号を各々効率良く波長選択して各々、光路１０３１および１０１１へ透過するものであれば、任意の公知の方式のものを使用することができる。具体的には、例えば、中心波長１４９０ｎｍおよび１５５０ｎｍの光信号を各々選択的に反射し、中心波長１３１０ｎｍの光信号を選択的に透過するダイクロマティックミラー２枚の組み合わせ、あるいは、光サーキュレーターとファイバーブラッググレーディング（以下、ＦＢＧと略記する）の組み合わせなどを好適に使用することができる。

図１および図４〜６に示すように、第１の実施形態に用いられる光制御式光路切替装置１００において、信号光１０１１（中心波長１３１０ｎｍの上り光信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号）は、制御光１２１１〜１２１６の照射がない場合、制御光出射側の７芯光ファイバー４４０の中心コア４００（図５）から出射し、図４に示す直進信号光４２００として信号光受光側７芯光ファイバー４５０の中心コア４２０（図６）へ入射し、光路１１１０を通じて下位光通信アダプター１１０へ光路切替接続される。

図１および図４〜６に示すように、第１の実施形態に用いられる光制御式光路切替装置１００において、信号光１０１１（中心波長１３１０ｎｍの上り光信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号）は、制御光１２１１〜１２１６のいずれかが照射された場合、制御光出射側の７芯光ファイバー４４０の中心コア４００（図５）から出射し、図４に示す光路変更された信号光４２０１，４２０２、などとして信号光受光側７芯光ファイバー４５０の周辺コア４２１〜４２６（図６）のいずれかへ入射し、光路１１１１〜１１１６のいずれかを通じて、図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台の内のいずれか１台へ光路切替接続される。本実施の形態では、例えば、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０は、図４の信号光受光側７芯光ファイバー４５０の中心コア４２０に接続され、一方、図２の上から２段目以降の下位光通信アダプター１１０の６台は、図４の信号光受光側７芯光ファイバー４５０の周辺コア４２１〜４２６に接続される。

図２に示すように、図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の代表例としての下位光通信アダプター１１１において、信号光１１１１（中心波長１３１０ｎｍの上り光信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号）は光コネクター２１を経由し、光路２００１を透過して合波器２３へ接続される。

図２に示すように、合波器２３は、「波長１３１０ｎｍ上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０２」（以下「Ｅ／Ｏ変換器２０２」ともいう）に内蔵されたＬＤから発振される中心波長１３１０ｎｍの上り光信号２００３と、局舎側光信号送受信装置１から送出された中心波長１４９０ｎｍの下り信号２００２を合波するものであり、具体的には例えば、２本のシングルモード光ファイバーのコア部分を融着させた構造のファイバーカップラー、あるいは、中心波長１３１０ｎｍの光を選択的に反射し、中心波長１４９０ｎｍの光を選択的に透過するダイクロマティックミラーを用いた公知の光学装置を好適に使用することができる。合波器２３を出射した中心波長１４９０ｎｍの下り信号２００２は「中心波長１４９０ｎ下り光信号Ｏ／Ｅ変換器２０１」（以下「Ｏ／Ｅ変換器２０１」という）によって電気信号２０１１に変換され、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１へ接続される。また、中心波長１３１０ｎｍの上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０２に内蔵されたＬＤ（図示せず）への駆動電力および上り信号は、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１から電気信号２０１２として送出され、対応した中心波長１３１０ｎｍの上り光信号２００３として上位の局舎側光信号送受信装置１へ向けて送出される。

図２に示すように、下位光通信アダプターの代表例１１１において、制御光１２０１（例えば波長９８０ｎｍの制御光兼下位光通信アダプター間相方向接続光ＬＡＮの信号光）は光コネクター２２を経由し、光路２２０１を透過して光信号分離分配器２４へ接続される。

図２に示すように、光信号分離分配器２４は、波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４に内蔵されたＬＤから発振される中心波長９８０ｎｍの内部上り光信号２２０２と、自分自身を含む下位光通信アダプターから送出された、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮの中心波長９８０ｎｍの内部下り信号２２０３とを分離するものである。

光信号分離分配器２４として具体的には、以下の手段のいずれか１つを好適に用いることができる。

（１）光サーキュレーター：
一般的には、光を一方向のみ通すデバイス「光アイソレーター」として、偏光を利用したものが使われている。ここで、光アイソレーターを３個以上リング状に接続すると、一方の回転方向には透過するが逆方向には透過しないようにすることができ、このような光機能素子を「光サーキュレーター」と呼ぶ。光サーキュレーターを用いることで、同じ波長の信号を正方向と逆方向で完全に分離することが可能となる。ただし、光アイソレーターを３個用いるため、コスト高となる。

（２）光アイソレーター２個と１対２ファイバーカップラーの併用：
１対２ファイバーカップラーの結合側を光路２２０１に直接接続し、同分離側２本を光アイソレーター「正方向」および「逆方向」として、図２に示す光の進行方向に合致するよう、各々光路２２０２または２２０３と接続する。

（３）１対２ファイバーカップラーと電気的処理の併用：
１対２ファイバーカップラーの結合側を光路２２０１に直接接続し、同分離側２本を各々、「内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４」（以下「Ｅ／Ｏ変換器２０４」ともいう）および「内部下り光信号Ｏ／Ｅ変換器２０３」に接続し、「内部下り光信号Ｏ／Ｅ変換器２０３」（以下「Ｏ／Ｅ変換器２０３」ともいう）が受信した電気信号から、「内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４」が送出したシグナルを電子処理で打ち消し、消去する。電子処理が問題無く実施できる場合、この手段が最もローコストである。

図２において、光信号分離分配器２４を出射した中心波長９８０ｎｍの内部下り信号２２０３はＯ／Ｅ変換器２０３によって電気信号２２１１に変換され、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１へ接続される。また、「中心波長９８０ｎｍの内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４」に内蔵されたＬＤ（図示せず）への制御光駆動電力および内部上り信号は、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１から電気信号２２１２として送出され、中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号２２０２として送出される。なお、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１におけるレーザーダイオード（ＬＤ）電源は、信号光と波長の異なる波長を有する制御光を発生させる制御光光源である。

図２および図３に示すように、下位光通信アダプターの代表例１１１内部のＬＤ電源および光送受信制御回路３０１は、図３に示すＴＣＰ／ＩＰ、ＵＳＢ、ＰＣＩ、ＰＣカードバスなどのインターフェイス３４１〜３４４のいずれか１つを経由し、電気信号コネクターへの電気配線２１１１〜２１１４、および、図２に示すＴＣＰ／ＩＰ、ＵＳＢ、ＰＣＩ、ＰＣカードバスなどのコネクター２１１〜２１４のいずれかを通じ、電気信号コネクターからユーザー側装置への電気ケーブルまたは電気回路２２２１〜２２２４を伝導し、ユーザー側装置２２１（パソコン、地デジＴＶ、ＡＶレコーダー、ゲーム機、など；図１のユーザー側装置１６０の各機に相当）へ接続される。

種々のインターフェイスの内、ＰＣＩ接続はデスクトップ型パソコン向け、一方、ＰＣカードバス接続はノート型パソコン向けに特化したものであり、お互いに排他的である。これら２つの内のいずれか１つと、ＴＣＰ／ＩＰおよびＵＳＢ接続は混在可能である。

図２に示す電源アダプター２２０、電源ケーブル２２２０、電源コネクター２１０、および、電源配線２１１０は、下位光通信アダプターがＰＣＩ接続またはＰＣカードバス接続の場合、不要である。一方、ＵＳＢ接続での電源供給能力が不足する場合、および、ＴＣＰ／ＩＰ接続の場合は必ず、電源アダプター２２０、電源ケーブル２２２０、電源コネクター２１０、および、電源配線２１１０を通じての、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１への電力供給が必須である。いうまでもなく、これらの電力は、当該ユーザー側装置１６０〜１６６が光通信を希望する場合のみ消費され、光通信が行われない場合、「待機電力」は一切発生しないようにすることができる。

なお、図１に示す下位光通信アダプター１１０の大きさは、試作段階では「弁当箱」と同等以上であるが、光部品のファイバー素子化とモジュール化、および、電子回路のＬＳＩ化によって、ＰＣＩカードのサイズから、最終的には、ノートパソコン用ＰＣカードのサイズまで小型化されると期待される。

図３に示すように、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１の内部においては、以下に示すように、通信制御ソフトウエアが諸機能を制御する。

ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１とのＩ／Ｏ回路を整理すると以下の通りである。なお、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１の電源回路３０２は必要に応じて、電源配線２１１０および電源コネクター２１０を経由して、外部から電力の供給を受けることが可能である。

ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１の外部、内部光ＬＡＮ、および、ユーザー側装置との接続Ｉ／Ｏ回路は以下の通りである。

図２の一番下に図示されたユーザー側装置２２１（パソコン、地デジＴＶ、ＤＶＤ録画機、ゲーム機、など）のユーザーが上位の局舎側光信号送受信装置１を経由してインターネットへの接続を希望すると、「リクエスト信号」は電気回路２２２１〜２２２４のいずれかを通り、ＴＣＰ／ＩＰ、ＵＳＢ、ＰＣＩ、ＰＣカードバスなどのコネクター２１１〜２１４のいずれか、および、電気配線２１１１〜２１１４のいずれか、次いで図３に示すインターフェイス３４１〜３４４のいずれか１つを経由し、図３に示すように、「宅内ユーザー側装置からの上り電気信号インターフェイス３３２」に到達すると、[１]局舎側光信号送受信装置１への上り信号３３２４と、[２]宅内・ユーザー側装置１６０から外部への上り信号送出のための「光制御光スイッチ制御光照射の要求信号３３２５」が送出される。[１]局舎側光信号送受信装置１への上り信号３３２４と、[２]宅内・ユーザー側装置１６０から外部への上り信号送出のための光制御光スイッチ制御光照射の要求信号３３２５は、各々、中心波長１３１０ｎｍ上り光信号送出バッファ３２２、および、「中心波長９８０ｎｍ制御光兼内部上り光信号送出バッファ３２３」に一時記憶される。

図７には、１３１０ｎｍ上り信号のタイムスロットと光ＬＡＮ制御光が割り振るタイムスロットの関係が示されている。図７に示すように、中心波長１３１０ｎｍ上り光信号送出バッファ３２２、および、中心波長９８０ｎｍ制御光兼内部上り光信号送出バッファ３２３からの光信号送出のタイミングは、以下に示すような制御手順に従い、内部上り光信号の衝突を避けるための内部時間分割多重通信のタイムスロット（図７のｃｈ．０〜ｃｈ．６）および複数ユーザーから局舎側光信号送受信装置１への上り信号の衝突を避けるための外部時間分割多重通信のタイムスロット（図７のＮｏ．０１、Ｎｏ．０２）を同期させて制御される。

まず、内部時間分割多重通信のタイムスロットｃｈ．０〜６を図７の外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つのＮｏ．０１に重ねて示すように「等時間長」とする場合、外部タイムスロットＮｏ．０１の開始時刻をＴs、終了時刻をＴeとし、内部時間分割多重通信の７つのタイムスロット（図７のｃｈ．０〜ｃｈ．６）の開始時刻を各々t0，t2，t4，t6，t8，t10，t12、終了時刻を各々t1，t3，t5，t7，t9，t11，t13とすると、これらタイムスロットの開始時刻と終了時刻は、以下の不等式［１］に示すような大小関係にある。

［数１］
Ｔs＜t0＜t1＜t2＜t3＜t4＜t5＜t6＜t7＜t8＜t9＜t10＜t11＜t12＜t13＜Ｔe …［１］

また、前記複数タイムスロットの開始時刻と終了時刻が前記不等式［１］を満足するために設ける「ガードバンドＴg」を下記の式［２］の様に定義し、また、内部時間分割多重通信の７つのタイムスロットの「時間幅ｔw」を下記の式［３］の様に定義する。

［数２］
Ｔg＝t0−Ｔs＝t2−t1＝t4−t3＝t6−t5＝t8−t7＝t10−t9＝t12−t11＝Ｔe−t13…［２］

［数３］
ｔw＝t1−t0＝t3−t2＝t5−t4＝t7−t6＝t9−t8＝t11−t10＝t13−t12 …［３］

ここで、外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つ（例、図７のＮｏ．０１）の時間幅（Ｔe−Ｔs）は、局舎側光信号送受信装置１に接続しているユーザー数が３２の場合、３１．２５ミリ秒である。ガードバンドＴgは外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つにつき８つ設ける必要があり、１つのガードバンドＴgを１．５ミリ秒とすると、内部時間分割多重通信の７つのタイムスロットに割り当て可能な時間は合計１９．５ミリ秒（31.25−1.5×8）であり、内部時間分割多重通信タイムスロット１つの時間幅ｔwは２７８５．７マイクロ秒となる。中心波長１３１０ｎｍ上り光信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号の通信速度が１Ｇｂｉｔ毎秒の場合、内部時間分割多重通信タイムスロット１つで２．７９Ｍｂｉｔの情報を、宅内・ユーザー側装置１台と局舎側光信号送受信装置１との間で送受信することが可能である。

なお、光制御式光路切替装置１００における光路切替は上記のガードバンドＴg（１．５ミリ秒）の時間内に実施される。

ついで、内部時間分割多重通信のタイムスロットｃｈ．A，B，C、およびD〜Gのいずれかを図７の外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つＮｏ．０２に重ねて示すように「不等時間長」とする場合、外部タイムスロットＮｏ．０２の開始時刻をＴs’、終了時刻をＴe’とし、不等時間長・内部時間分割多重通信の４つのタイムスロット（図７のｃｈ．A，B，C、およびD〜Gのいずれか）の開始時刻を各々t14，t16，t18，t20、終了時刻を各々t15，t17，t19，t21とすると、これらタイムスロットの開始時刻と終了時刻は、以下の不等式［４］に示すような大小関係にある。

［数４］
Ｔs’＜t14＜t15＜t16＜t17＜t18＜t19＜t20＜t21 ＜Ｔe’ …［４］

また、前記複数タイムスロットの開始時刻と終了時刻が前記不等式［４］を満足するために設ける「ガードバンドＴg’」を下記の式［５］の様に定義し、また、不等時間長・内部時間分割多重通信の４つのタイムスロットの「時間幅ｔwA，twB，twC，twD〜twG」を下記の式［６〜９］の様に定義する。

［数５］
Ｔg’＝t14−Ｔs’＝t16−t15＝t18−t17＝t20−t19＝Ｔe’−t21 …［５］

［数６］
ｔwA＝t15−t14 …［６］

［数７］
ｔwB＝t17−t16 …［７］

［数８］
ｔwC＝t19−t18 …［８］

［数９］
ｔwD＝twE＝twF＝twG＝ t21−t20 …［９］

ここで、外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つ（例、図７のＮｏ．０２）の時間幅（Ｔe’−Ｔs’）は、局舎側光信号送受信装置１に接続しているユーザー数が３２の場合、３１．２５ミリ秒である。図７のＮｏ．０２に重ねて図示された不等時間長・内部時間分割多重通信の４つのタイムスロットについてはガードバンドＴg’は外部時間分割多重通信のタイムスロットの１つにつき５つ設ける必要があり、１つのガードバンドＴg’を１．５ミリ秒とすると、不等時間長・内部時間分割多重通信の前記４つのタイムスロットに割り当て可能な時間は合計２３．７５ミリ秒（31.25−1.5×5）であり、不等時間長・内部時間分割多重通信タイムスロットの時間幅ｔwA，teB，twC，twD〜twGは各々１０．１８、６．７９、３．３９、３．３９ミリ秒となる。中心波長１３１０ｎｍ上り光信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号の通信速度が１Ｇｂｉｔ毎秒の場合、不等時間長・内部時間分割多重通信タイムスロットで各々１０．２、６．８、３．４、３．４Ｍｂｉｔの情報を、宅内・ユーザー側装置１台と局舎側光信号送受信装置１との間で送受信することが可能である。

ここで、不等時間長・内部時間分割多重通信の４つのタイムスロットのユーザー側装置１６０への割り当ては、例えば、１番長いch.Aを「ＩＰ電話送受信装置」に、次に長いch.Bを使用頻度の高い「コンピュータ(1)」へ、次のch.Cを使用頻度の低い「「コンピュータ(2)」へ、割り当てるものとし、使用頻度の特に低い「コンピュータ(3)」、「地上波デジタルＴＶ（番組表を１日数回受信）」、「ＡＶレコーダー（（番組表を１日数回受信）」の４台のユーザー側装置については、不等時間長・内部時間分割多重通信の１つch.D〜Gのいずれかを、外部タイムスロットＮｏ．０２，０３，０４，０５のいずれか１つに順次、割り当てて使用するものとする。すなわち、タイムスロットch.A，B，Cは１秒間に１回の割合で光通信が行われるが、タイムスロットch.D，E，F，Gについては、４秒間に１回の割合で光通信が行われる。

以上説明してきた「不等時間長・内部時間分割多重通信のタイムスロットの数」は４の場合であるが、これを３または２とし、優先されるタイムスロットの割り当て時間を長くし、一方、使用頻度の低いユーザー側装置が光通信を行う頻度を低くすることで、光回線の有効利用が可能となる。このようなタイムスロットの割り当て時間の調整は、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１に組み込まれた「タイムスロット設定ユーティリティソフト」を用いて行うものとする。

図３に示すように、まず、上位・局舎側光信号送受信装置１からの中心波長１４９０ｎｍの下り光信号は、Ｏ／Ｅ変換器２０１において変換し、この中心波長１４９０ｎｍの下り光信号を変換した電気信号２０１１を「下り信号暗号解読装置、兼、上り回線タイムスロット同期信号分離器」３１１を通して、「自分宛の暗号解読された電気信号３１１１」と、「中心波長１３１０ｎｍ上り光信号送出タイミングを表す『外部同期信号』３１１２」とに分離する。

さらに「中心波長１４９０ｎｍの下り光信号変換電気信号は自分宛か？」の条件判断回路３０３０によって、「自分宛の暗号解読された電気信号３０３１」と「宅内他者宛の電気信号３０３２」とを分離する。自分宛下り光信号３０３１は「宅内ユーザー側装置への下り電気信号インターフェイス」３３１、「ＴＣＰ／ＩＰインターフェイス」３４１、「ＵＳＢインターフェイス」３４２、「ＰＣＩインターフェイス」３４３、または、「ＰＣカードバスインターフェイス」３４４および各種コネクター２１１〜２１４を経て、図２に示すユーザー側装置２２１（パソコン、地デジＴＶ、ＤＶＤ録画機、ゲーム機、など）に導かれる。

「宅内他者宛の電気信号３０３２」は廃棄されることなく、中心波長９８０ｍの制御光兼内部上り光信号送出バッファ３２３へ送られ、送出のタイムスロットにおいて、宅内他者へ転送される。

「下り信号暗号解読装置、兼、上り回線タイムスロット同期信号分離器３１１」で分離された中心波長１３１０ｎｍ上り光信号送出タイミングを表す『外部同期信号』３１１２は、「タイムスロット同期信号送受信器３２１」へ送られる。「タイムスロット同期信号送受信器３２１」は「中心波長１３１０ｎｍ上り光信号送出バッファ３２２」および「中心波長９８０ｎｍ制御光兼内部上り光信号送出バッファ３２３」へ、内部時間分割多重通信のタイムスロット（ch.0〜ch.6またはch.A〜ch.G）および外部時間分割多重通信のタイムスロット（図７のＮｏ．０１、Ｎｏ．０２など）を同期させた送出命令３２１１および３２１０を送出する。送出命令３２１１を受けた中心波長１３１０ｎｍの上り光信号送出バッファ３２２は「波長１３１０ｎｍの上り光信号光路が開く時間帯（タイムスロット）を通知する外部同期信号」３１１０に基づく「波長１３１０ｎｍの上り光信号光路は開いているか？」の条件判断回路３０１０の最終判断を経て、光路が開いている場合、波長１３１０ｎｍの上り光信号Ｅ／Ｏ変換器（レーザーダイオード）２０２へ電気信号２０１２が送られる。光路が閉じている場合、待機命令３０１２が波長１３１０ｎｍの上り光信号送出バッファ３２２へ送られる。

一方、中心波長９８０ｎｍの内部下り信号Ｏ／Ｅ変換器２０３からの電気信号２２１１は「波長９８０ｎｍの他者の光信号はあるか？」の条件判断回路３０２０によって、他者の光信号がある場合、送出信号３０２１は内部タイムスロット同期信号分離器３１２に送られ、分離された内部タイムスロット同期信号３１２０（図７のch.0〜ch.6またはch.A〜ch.G）はタイムスロット同期信号送受信器３２１へ送られる。条件判断回路３０２０によって、他者の光信号がないと判断された場合、送出許可命令３０２２が波長９８０ｎｍの制御光、兼、内部上り光信号送出バッファ３２３へ送られる（ただし、送出のタイミングはタイムスロット同期信号送受信器３２１からの送出命令３２１０に準拠する）。送出命令３２１０および３０２２を受けた中心波長９８０ｎｍの制御光、兼、内部上り光信号送出バッファ３２３から中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器（レーザーダイオード）２０４へ電気信号である「制御光制御電流 兼 内部上り信号２２１２」が送られる。

内部タイムスロット同期信号分離器３１２を通過した中心波長９８０ｎｍの下り光信号変換電気信号３１２１は「波長９８０ｎｍの下り光信号変換電気信号は自分宛か？」の条件判断回路３０４０で自分宛と判断された場合、自分宛下り信号３０４１は宅内ユーザー側装置への下り電気信号インターフェイス３３１へ送られ、自分宛でない信号３０４２は廃棄される。

上記のような高度な光通信機能（外部との中心波長１３１０ｎｍ上り光信号、同中心波長１４９０ｎｍの下り光信号、および、中心波長９８０ｎｍの内部相方向光通信）を有する下位光通信アダプター１１０の７台は、図１に示すように、光制御式光路切替装置１００への中心波長９８０ｎｍの制御光を、下位光通信アダプター相互間の光ＬＡＮにおける内部通信光として兼用している。このようなシステムを実現するため、制御光１２００〜１２０６の一部を分配器１２０〜１２６にて１／１０ないし１／１００（光パワーとして０．１ｍＷないし数ｍＷ）の強度で分離し、合波器１３０にて合波した後、束ねた光路の出射端に設けた鏡１４０にて反射させる。分配器１２０〜１２６としては、２本のシングルモード光ファイバーのコアを融着させて構成した１対２型ファイバーカップラー方式の分配器を、また、合波器１３０としては、７本のシングルモード光ファイバーのコアを融着させて構成した１対７対応のファイバーカップラーを用いることができる。分配器１２０を通過した強い方の光はビーム止１３５に導かれる。一方、分配器１２１〜１２６を通過した強い方の光は制御光１２１１〜１２１６として光制御光路切替装置１００の制御光出射側７芯光ファイバー４４０の周辺コア４０１〜４０６（図４）に接続される。鏡１４０としては、１対７対応のファイバーカップラー型合波器１３０の束ねられた光路の出射端面に設けられた、誘電体多層膜からなる全反射膜を好適に用いることができる。誘電体多層膜としては酸化チタンと酸化ケイ素の相互多層積層膜を好適に用いることができる。

特許文献８（特開２０００−１２１８６５号公報）の図５に記載の通り、図１に示すファイバーカップラー型合波器１３０の束ねられた光路の出射端面に設けられたミラーによって、合波器１３０に接続された光送受信装置（図１の分配器１２０〜１２６に相当）のいずれかから送信された信号は、自分自身を含めたすべての光送受信装置図１の分配器１２０〜１２６に相当）へ配信される。すなわち、以上のような構成によって、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮを構築することができる。

本発明のユニークな点は、図１に示す光制御光路切替装置１００の制御光を単にＯＮ−ＯＦＦさせるだけでなく、中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４などによって強度変調することによって、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮにおける相互情報伝送に兼用する点である。中心波長９８０ｎｍの制御光の衝突を避けるため、自分が制御光を送出する前にまず、他者が中心波長９８０ｎｍの制御光を照射しているか否かを受信して確認し、他者が中心波長９８０ｎｍの制御光を照射していない場合は、自分に割り当てられたタイムスロットにおいて、光制御光路切替装置１００を自分の光路へ切り替えるための制御光、兼、他者への通信光（同期信号および中心波長１４９０ｎｍの下り光信号を中心波長９８０ｎｍの信号光に変換した信号）として送出する。一方、他者が中心波長９８０ｎｍの制御光を照射している場合、同期信号を受信して自分の出射タイミングまで待機すると同時に、中心波長９８０ｎｍの信号光に変換された信号から、自分宛の外部からの下り信号を選択して受信する。このようにすることによって、待機電力を実質的にゼロとしたまま、中心波長１３１０ｎｍの上り信号および波長９８０ｎｍの制御光の衝突を避け、かつ、中心波長１４９０ｎｍの下り信号が特定のユーザーに占有されることを避けることが可能となる。

本発明では、上記のように図１に示す光制御光路切替装置１００の制御光を単にＯＮ−ＯＦＦさせるだけでなく、中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４などによって強度変調することによって、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮにおける相互情報伝送に兼用するため、中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号の光源の出力を、制御光を単にＯＮ−ＯＦＦさせる場合よりも大きくする必要がある。すなわち、本発明における制御光１２０１〜１２０６および１２１１〜１２１６には、光信号を送るためのＯＮ−ＯＦＦ変調がなされるため、熱レンズ方式光制御光スイッチを駆動するための「制御光パワー」は、「ＯＮ−ＯＦＦ変調なし」の場合に比べ、概ね半減する。従って、中心波長９８０ｎｍの制御光兼内部上り光信号Ｅ／Ｏ変換器２０４などに搭載されるレーザーダイオードの実効出力を、光信号を送るためのＯＮ−ＯＦＦ変調を行わない場合の２倍程度とすることが好ましい。

図４において、矢印４００１は光制御式光路切替装置１００での制御光の進行方向を示す。制御光４０１０または４０２０等、および信号光４１００が、熱レンズ形成素子４７の信号光透過・制御光吸収層４０またはその近辺にて収束し、かつ制御光４０１０または４０２０等、および信号光４２００の各々の収束点の位置が光軸に対し垂直方向で相異なるように照射される。制御光４０１０または制御光４０２０等の波長は、信号光透過・制御光吸収層４０が吸収する波長帯域から選ばれる。信号光４２００の波長は、信号光透過・制御光吸収層４０が吸収しない波長帯域から選ばれる。制御光４０１０または制御光４０２０等と信号光４２００は、信号光透過・制御光吸収層４０またはその近辺に各々収束して入射され、１つ以上の制御光４０１０または制御光４０２０等の各々の照射の有無および各々の照射強度に応じ、信号光透過・制御光吸収層４０内にて制御光を吸収した領域およびその周辺領域に起こる温度上昇に起因する屈折率変化により、信号光の進行方向を変える。進行方向が変えられた信号光４２０１または信号光４２０２等は、光路切替要求に応じ、受光側の光ファイバー・コア４２０〜４２６に選択的に入射される。

図４において、熱レンズ形成素子４７の信号光透過・制御光吸収層４０は、分光透過特性として、中心波長１３１０ｎｍの上り光信号、および、中心波長１４９０ｎｍの下り光信号をロス少なく透過し、中心波長９８０ｎｍの制御光を無駄なく吸収することが好ましい。すなわち、波長９８０ｎｍ近辺に吸収極大を有し、波長１３００〜１６００ｎｍの領域においては光吸収を示さない有機色素を高沸点かつ低粘度の有機溶剤に溶解した溶液（色素溶液）を熱レンズ形成素子４７の信号光透過・制御光吸収層４０として好適に使用することができる。熱レンズ形成素子４７の信号光透過・制御光吸収層４０以外の部分は、例えば厚さ０．５ｍｍの石英ガラスで構成される。熱レンズ形成素子４７の信号光透過・制御光吸収層４０の形状は、例えば、厚さ０．２ないし０．５ｍｍ、直径３ないし８ｍｍの薄い円柱状で、円柱の底面に垂直方向に信号光１０１１が入射するよう配置される。

波長９８０ｎｍ近辺に吸収極大を有し、波長１３００〜１６００ｎｍの領域においては光吸収を示さず、芳香族系有機溶剤に容易に溶解する色素としては、例えば、山本化成株式会社のＹＫＲ−３０８１を用いることができる。この色素を溶解する有機溶剤としては、次に示す構造異性体４成分（分子量は同一）の混合溶剤が推奨される。各成分の混合比率は各々５ないし５０％の範囲で任意である。
・第１成分：１−フェニル−１−（２，５−キシリル）エタン
・第２成分：１−フェニル−１−（２，４−キシリル）エタン
・第３成分：１−フェニル−１−（３，４−キシリル）エタン
・第４成分：１−フェニル−１−（４−エチルフェニル）エタン

本発明で用いられる光ファイバーまたは光導波路の必要特性として、中心波長９８０ｎｍ〜１６００ｎｍの光をできるだけ少ない伝送ロスで、シングルモードで伝送できることが要求される。下位光通信アダプター１１０の７台には、各々、信号光の光路１１１０〜１１１６と制御光の光路１２００〜１２０６が、光コネクター２１および２２をなどを介して接続されるが、前記伝送特性を考慮し、信号光の光路と制御光の光路とを、別の規格の光ファイバーで構成しても良い。また、接続ミスを無くすため、信号光用の光コネクター２１と制御光用の光コネクター２２を別の形状の規格品とすることが推奨される。また、シングルモード光ファイバーのコネクターの加工を一般家庭で行うことは容易でないため、予め、長さを揃えて、信号光用ファイバーと制御光用ファイバーを束ねて一体化した「光りＬＡＮケーブル（光コネクター付）」を、例えば１，２，３，４，５，７，１０，１５，２０，２５，３０，４０，５０ｍの定尺規格品として提供することが好ましい。

図１および図６において、下位光通信アダプターからの制御光がすべて照射されず、信号光が直進して入射する「中心コア４２０」に接続される信号光の光路１１１０が接続する図１の最上段の下位光通信アダプター１１０は、機能面および仕様面いずれも特殊である。すなわち、機能面において、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０には、「待機電力ゼロでＩＰ電話の着信に対応すること」が要求される。換言すると、ユーザー側装置としてＩＰ電話送受信装置を接続する下位光通信アダプターは、制御光がすべて照射されず、信号光が直進する光路に接続されていることが必須である。ＩＰ電話送受信装置で待機電力をゼロとするには、着信・光信号によって、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０上のＯ／Ｅ変換器において、フォトダイオードで発生した電気信号をトリガーとして始動する電気回路を設ければ良い。最初の着信・光信号は電気回路を起動するために使用し、最初の着信信号の内容については、送り出し側における「着信失敗→再送信」の手順で再送信される光信号を解読するものとする。このような「光ウエイクアップ光ＬＡＮ機能」は、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０以外の図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台が備えていても良く、そうすることで、下位光通信アダプターの仕様を統一することができる。

一方、仕様面において、制御光がすべて照射されない場合に直進する信号光が接続される図１の最上段の下位光通信アダプター１１０は、他の図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台とは以下の点が異なる。
［１］図１の最上段の下位光通信アダプター１１０からの制御光１２００が分配器１２０で分配されたビーム１２１０は光制御式光路切替装置１００に繋ぐ必要がなく、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮへ繋がる制御光１２２０のみが必要である。
［２］図９に示すように、第２の実施形態では、図９の最上段の下位光通信アダプター１１０からの制御光１２００の途上に分配器１２０を設けない構成を取っている。この場合、図９の最上段の下位光通信アダプター１１０からの制御光１２００の送出パワーを他の図９の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台の場合の１／１０ないし１／１００として、分配器１２１などで分岐された場合と同等の強度に揃える必要があり、１セットで最大７台使用する下位光通信アダプター中１台を特殊仕様とすることになる。特に、ユーザー側装置１６０の中でＩＰ電話送受信装置を使用しない場合、下位光通信アダプター１１０の７台は同一仕様とし、互換性を高める方が得策である。
［３］図１に示すように第１の実施形態では分配器１２０で分配されたビーム１２１０をビーム止１３５に繋ぐという、構成を採用することで、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０と図１の上から２番目以降の下位光通信アダプター１１０の６台との仕様を共通化している。こうすることで、ユーザー側装置１６０の中でＩＰ電話送受信装置を使用しない場合、下位光通信アダプター１１０の７台の仕様を区別する必要がなく、任意の下位光通信アダプター１１０を光制御式光路切替装置１００の任意のポートに接続して使用することが可能となる。

第１の実施形態の反射型スターカップラー方式光ＬＡＮへ繋がるユーザー側光路切替型光信号送受信装置１１を最初に設置した場合および、下位光通信アダプター１１０が７台未満の構成で使用開始後、下位光通信アダプター１１０を最大７台まで増設した場合、個々の下位光通信アダプターの個体識別コードを相互に連絡し合い、ＬＤ電源および光送受信制御回路３０１などに搭載された不揮発メモリー（図示せず）に記憶させる「初期設定手順」を行うものとする。具体的には、例えば、図１の上から２番目の下位光通信アダプター１１０および図１の上から２番目のユーザー側装置１６０としてコンピューター（１）のみに通電し、前記「初期設定手順」のソフトウエアを起動し、ソフトウエアの指示に従い、図１の最上段の下位光通信アダプター１１０および図１の上から３番目以降の下位光通信アダプター１１０の５台ならびに図１の最上段のユーザー側装置１６０および図１の上から３番目以降のユーザー側装置１６０の５台の電源を投入し、個体識別コードを相互に連絡していく。

［第２の実施形態］
図９を参照して本発明の第２の実施形態に係る光路切替型光信号送受信装置を説明する。

第２の実施形態は、以下に説明する構成要素を除き、第１の実施形態と同一であるため、同一構成要素に同一符号を付しその説明を省略する。

（ａ）制御光が照射されない場合の直進信号光が接続する図９の最上段の下位光通信アダプター１１０は、もっぱら、ユーザー側装置１６０の中のＩＰ電話送受信装置に接続するための仕様とする。すなわち、ＩＰ電話の着信に備えるための、前記「光ウエイクアップ光ＬＡＮ機能」を搭載し、制御光の光路上に分配器１２０を設けず、分配器によって１／１０ないし１／１００に弱められた光パワーに相当する制御光１２４０を送出する仕様とする。

（ｂ）図９の最上段の下位光通信アダプター１１０から制御光の光路１２４０上に、図１に示す第１の実施形態に用いた分配器１２０およびビーム止１３５を設けない。

（ｃ）図９の最上段の下位光通信アダプター１１０から制御光の光路１２４０は、直接、合波器１３０に接続される。

上記（ａ）〜（ｂ）の部分を除き、第２の実施形態は第１の実施形態と同様である。

本発明に係る熱レンズ方式光制御式光路切替スイッチを利用した光路切替型光信号送受信装置および光信号送受信方法は、例えば、ＩＰ電話・インターネット通信・有線放送などの通信サービスを光ファイバーを通じて行うデータ送信局との光信号送受信システムにおいて、ユーザー側装置の待機電力を極小化し、個々のユーザーがデータ光送受信を行うときのみに、光路切替型光信号送受信装置に繋がる光路が稼働状態となり、かつ、複数ユーザーが事実上同時に利用が可能な省エネルギー型光情報伝送システム等に利用される。

１ 上位（局舎側）光信号送受信装置、２ インターネット網、３ デジタル映像・音響（ＡＶ）サーバー、５ 分配器、１０ 分波器、１１，１２ ユーザー側光路切替型光信号送受信装置、１００ 光制御式光路切替装置、１０１ デジタル映像・音響（ＡＶ）受信装置、１１０ 下位光通信アダプター、１２０〜１２６ 分配器、１３０ 合波器、１３５ ビーム止、１４０ 鏡、１５０ 反射型スターカップラー方式光ＬＡＮ、１６０ ユーザー側装置、１０００ 上りおよび下り信号光およびその光路、１００１〜１００４ 分配された内の１つの下り信号ならびに上り信号光およびその光路、１０１１ デジタル映像・音響データ信号光と分波された上りおよび下り信号光、１０３１ 分波されたデジタル映像・音響データ光信号、１０３２，１０３３ デジタル映像・音響データの電気信号、１１１０ 制御光が照射されない場合の直進信号光およびその光路、１１１１〜１１１６ 個々のユーザー側装置へ光路切替された上りおよび下り信号光およびその光路、１２００〜１２０６ 下位光通信アダプターから光制御式光路切替装置への制御光ならびに内部信号光（上りおよび下り）およびその光路、１２１０〜１２１６ 分配された下位光通信アダプターから光制御式光路切替装置への制御光およびその光路、１２２０〜１２２６ 下り内部信号光ならびに分配された上り内部信号光およびその光路、１２３０ 下り内部信号光ならびに合波された上り内部信号光およびその光路、１２４０ 制御光が照射されない場合の直進信号光が接続する下位光通信アダプターからの内部信号光（上りおよび下り）およびその光路。

Claims (9)

1. 上位光信号送受信装置と、
   光ファイバーまたは光導波路からなる第１の光路を介して前記上位光信号送受信装置へ接続された１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と、
   光ファイバーまたは光導波路からなる第２の光路を介して１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置へ接続され、かつ前記第２の光路を介して信号光が１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に対して送受信されるＮ台の下位光通信アダプターと、
   電気回路により前記Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に接続されたユーザー側装置と、
   Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に設けられ、少なくとも上り光信号送信機構と、下り光信号受信機構と、前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置を駆動するための、前記信号光の波長とは異なる波長を有する制御光を発生させる制御光光源とを備えた光送受信制御回路と、
   前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記Ｎ台の下位光通信アダプターとを繋ぐ制御光の、光ファイバーまたは光導波路からなる第３の光路と、
   １つの下位光通信アダプターと前記上位光信号送受信装置との第２の光路を開設するための制御光が１つの下位光通信アダプターの光送受信制御回路から送信されている状態を他の下位光通信アダプターへ伝達し、かつ、制御光が輻輳しないよう制御するための下位データ送受信装置間相方向通信手段と、
   を備え、前記Ｎは２以上の整数であることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
2. 請求項１に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   下位データ送受信装置間相方向通信手段が、
   Ｎ台の下位光通信アダプターの各々に設けられ、前記制御光光源からの前記制御光の波長を用いた光通信の送受信機構と、
   前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記Ｎ台の下位光通信アダプターとを繋ぐ制御光を送信する光ファイバーまたは光導波路からなる各々の光路上に設けられた複数の分配器と、
   前記分配器の各々からの、光ファイバーまたは光導波路からなるＮ本の第４の光路を束ねる合波器と、
   前記合波器の束ねられた出力端に設けられたミラーと、
   から構成される、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮからなることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
3. 請求項１に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   前記Ｎが７の場合、端面近接７芯光ファイバーの中心ファイバーから出射する信号光の光路を、中心ファイバーの周辺に設けられた６本の光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える、１対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置が用いられることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
4. 請求項２に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   Ｎが７の場合、端面近接７芯光ファイバーの中心ファイバーから出射する信号光の光路を、中心ファイバーの周辺に設けられた６本の光ファイバーから出射する制御光によって７方向に切り替える、１対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置が用いられることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
5. 請求項３または請求項４に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   １対７対応の熱レンズ方式光制御式光路切替装置は、信号光透過・制御光吸収層を有する熱レンズ形成素子を含み、制御光出射側および信号光受光側の光路は７芯光ファイバーであることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   １対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置から上位光信号送受信装置への上り信号光は、波長１２６０〜１３６０ｎｍの範囲に含まれる波長の光であり、
   上位光信号送受信装置から１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置への下り信号光は、波長１４８０〜１５００ｎｍの範囲に含まれる波長の光であり、
   制御光は、９８０〜１２５０ｎｍの範囲に含まれる波長の光であることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
7. 光制御式光路切替型光信号送受信装置と、光制御式光路切替装置を駆動するための制御光の一部を用いた反射型スターカップラー方式相方向光通信装置とを組み合わせた装置であって、
   上位光信号送受信装置と、
   光ファイバーまたは光導波路からなる第１の光路を介して前記上位光信号送受信装置へ接続された１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と、
   光ファイバーまたは光導波路からなる第２の光路を介して前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置へ接続され、かつ前記第２の光路を介して信号光を１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に対して送受信する７台の下位光通信アダプターと、
   電気回路により前記７台の下位光通信アダプターの各々に接続されたユーザー側装置と、
   ７台の下位のユーザー側光通信アダプターの各々に設けられ、少なくとも上り光信号送信機構と、下り光信号受信機構と、前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置を駆動するための、前記信号光とは異なる波長を有する制御光を発生させる制御光光源と、前記制御光光源の波長を用いた光通信の送受信機構とを備えたに光送受信制御回路と、
   前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置と前記７台の下位のユーザー側光通信アダプターとを繋ぐ制御光の、光ファイバーまたは光導波路からなる第３の光路と、
   前記制御光の第３の光路の各々の途中に設けられた複数の分配器と、
   前記分配器からの光ファイバーまたは光導波路からなる第４の光路を束ねる合波器および前記合波器の束ねられた出射端に設けられたミラーとからなる反射型スターカップラーと、
   を備えることを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
8. 請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の光路切替型光信号送受信装置において、
   前記１対Ｎ対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置又は前記１対７対応熱レンズ方式光制御式光路切替装置に制御光が全く照射されない場合に信号光が出射する第２の光路に接続された下位光通信アダプターからの制御光の第３の光路上には分配器を設けず、
   前記下位光通信アダプターからの制御光は前記反射型スターカップラーに直結することを特徴とする光路切替型光信号送受信装置。
9. 信号光とは波長の異なる制御光を用いて、光制御方式により、制御光とは波長の異なる１種類以上の波長の信号光の光路をＮ個の異なる方向へ切り替える方法、および、前記制御光に光通信の信号を重畳し、前記信号光の一部を分配した後、合波し、合波した後、ミラーで反射して戻すことで制御光の波長の光相方向通信を行う方法を組み合わせた光信号送受信方法であり、前記Ｎを２以上の整数とするとき、
   上位光信号送受信装置を経由した光通信を希望するユーザー側装置に接続した下位光通信アダプターは、
   まず反射型スターカップラー方式光ＬＡＮで他のユーザーの通信状況をモニターし、
   時間分割多重送受信のための同期を行い、
   また、上位光信号送受信装置への上り信号を送出するための時間分割多重のタイムスロットを把握し、
   前記下位光通信アダプターに搭載された制御光光源を、自分に与えられた時間分割多重のタイムスロットに応じて駆動し、
   制御光とは波長の異なる１種類以上の波長の信号光の光路をＮ個の異なる方向へ切り替える熱レンズ方式光制御式光路切替装置からの光路を自分に接続するよう切り替え、
   他の下位光通信アダプターへの同期信号を送出し、
   上位光信号送受信装置への上り信号を送出し、前記上り信号には、対応する戻り・下り信号のための識別コードを賦与し、
   同時に、上位光信号送受信装置からの下り信号を受信し、下り信号の暗号を解読し、ユーザー宅宛信号かつ宅内ユーザー側装置の識別コードを判断して、自分宛信号を自分の接続しているユーザー側装置へ送り、宅内の他のユーザー側装置宛の信号は、制御光光源を経由させ、反射型スターカップラー方式光ＬＡＮで繋がれた当該ユーザー側装置へ配信する、
   ことを特徴とする光信号送受信方法。

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