JP5526769B2 - 光通信装置、通信ハーネス及び通信システム - Google Patents

Description

本発明は、電気的な通信を行なう通信装置間を接続して一旦光信号へ変換することによって通信線におけるリンギングを抑制し、通信装置間の通信品質を向上させることができる通信システムに関し、所定のプロトコルに基づく電気的通信と、光通信との混在を実現させることが可能な光通信装置、通信ハーネス及び通信システムに関する。

近年では、複数の通信装置を接続し、各通信装置に夫々機能を割り振って相互にデータを交換し、連携して多様な処理を行なわせるシステムが各分野で利用されている。例えば、車両に配される車載ＬＡＮ（Local Area Network）の分野では、ＥＣＵ（電子制御装置；Electronic Control Unit）に通信機能を持たせ、各ＥＣＵに夫々特化させた処理を行なわせて相互にデータを交換することにより、システムとして多様な機能を実現させている。

各ＥＣＵの機能が特化していく一方で、通信システム全体で可能となるべき機能は増大化する傾向にあるので、通信手段を備える装置（ノード）の数は増大化している。しかしながら、通信線に多くのノードを接続するとリンギングなどが発生しやすくなり、通信障害の発生頻度が増加するという問題がある。現行のＣＡＮ（Controller Area Network）を採用した通信では、通信線に接続可能なノード数に制限を設けている。

通信システム全体の機能が増大して機器の数が増えることで通信線及び他の信号線への電磁ノイズの影響が無視できない。特に、車両の分野ではＥＶ（Electric Vehicle）及びＨＥＶ（Hybrid EV）の普及により車両内に高電圧ケーブルが配策されている。電磁ノイズの影響を排除するために通信線にはシールド処理されたもの（ＳＴＰ：Shielded Twisted Pair）を用いることが望ましい。しかしながら、従来から用いられているＥＣＵは、ＵＴＰにて信号を送受信するように構成されており、ＳＴＰへ対応させるためにコネクタ等を全て変更することは現実的でない。

リンギング防止のためには、通信線を複数に分け、異なる通信線にＥＣＵを夫々接続して一通信線に接続するノードの数に制限を設けるように構成される。これらの構成では、異なる通信線間はデータの送受信を制御するゲートウェイ（ＧＷ：Gate Way）により接続される。しかしながら、一通信線あたりのノード数制限のためにＧＷを通信システムに含める構成では、通信システム全体の部品点数が増加しシステム全体のコストが上がる。

そこで、電磁ノイズの影響を受けない光デバイスを利用した光通信を採用することが考えられる。車両の分野でも一部を光通信によって実現する構成が提案されている（特許文献１）。

特開２００８−２１９３５３号公報

しかしながら、従来のＥＣＵ間の通信では上述したように、ＣＡＮが広く採用されている。一部を光通信によって実現する場合でも、各ＥＣＵがそのままＣＡＮに基づく通信機能を利用できることが望ましい。ＣＡＮの通信機能を利用できれば、従来のＥＣＵを接続してシステムを構築できるからである。

ＣＡＮのプロトコルでは特に、通信の衝突に対する調停処理を行なうために、各ノードは通信線を常に監視する。各ノードは自身が送信する場合も、通信線を送信されている信号と自身が送信した信号とを比較して一致する場合は送信処理を続行し、不一致の場合は送信処理を停止する。一部を光通信とした場合でも、自ら送信する信号も他からの信号をも全て各ノードが検出できるように、光通信と電気的通信との間を構成する必要がある。

また、車両に搭載される車載ネットワークの分野では、車室内の空間を有効に利用するために、使用する装置は小型化が望ましい。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定のプロトコルに基づく通信と、光通信との混在を比較的小型な構成で実現させることができる光通信装置、該光通信装置を含む通信ハーネス及び前記光通信装置を含む通信システムを提供することを目的とする。

第１発明に係る光通信装置は、複数の通信線に夫々接続され、入力される信号を所定のプロトコルに基づき前記通信線を介して送信し、前記通信線を介して信号を受信して出力する複数の送受信部と、該複数の送受信部から受信信号を入力して光信号に夫々変換し、変換後の光信号を電気信号へ変換して前記複数の送受信部へ各出力する変換器とを備え、該変換器は筺体を備え、前記変換器は該筐体内部に、前記複数の送受信部から各出力される信号を夫々光信号へ変換すべく設けられてある複数の発光部と、該複数の発光部から各発せられる光信号を反射させる反射板からなる反射部と、該反射部で反射された光を受光して電気信号へ変換し、前記複数の送受信部から送信されるべく各出力する複数の受光部とを有し、前記複数の受光部は、前記反射板の中央部と対向する位置に、光軸が前記反射板の法線と略平行となるように並設されており、前記複数の発光部は、前記反射板の周辺部と対向する位置に、光軸が前記反射板の中央部を向くように並設されてあることを特徴とする。

第２発明に係る光通信装置は、前記所定のプロトコルはＣＡＮ（Control Area Network）であることを特徴とする。

第３発明に係る光通信装置は、前記反射板は、平面状、凹形状又は凸形状をなす鏡体からなることを特徴とする。

第４発明に係る通信ハーネスは、第１乃至第３発明のいずれかに記載の光通信装置と、該光通信装置の複数の送受信部に夫々接続された複数の通信線とを含むことを特徴とする。

第５発明に係る通信システムは、複数の通信装置が夫々接続された複数の通信線と、該複数の通信線が接続された第１乃至第３発明のいずれかに記載の光通信装置とを含むことを特徴とする。

本発明では、複数の送受信部で通信線から所定のプロトコルに基づき受信された信号は変換器へ各出力され、変換器の複数の発光部に夫々入力される。複数の発光部では入力された信号が光信号（光の有／無）に変換される。複数の発光部から光信号が各発せられ、反射部で反射される。反射された光信号は受光部にて受光される。このとき、複数の発光部から発せられた各光信号は区別されることなく混成され、受光部は夫々、反射部から反射した光信号を受光して電気信号へ変換し、送受信部に夫々出力する。変換部の受光部から送受信部へ出力された信号は、送受信部にて入力され所定のプロトコルに基づき通信線へ送信される。
複数の送受信部で受信された各信号は、電磁ノイズ又はリンギングの影響を受けない光信号に一回変換され、反射を経て全ての送受信部に区別なく出力されるから、光通信によって電気的な通信線を分離して各通信線のノード数を少なくできると共に、各送受信部を介して電気的な通信信号を送信したノードは、自身が送信した信号を光通信装置経由で監視することができ、所定のプロトコルに基づく通信を継続できる。なお所定のプロトコルとして、既存のＣＡＮプロトコルの場合が有効である。

本発明では、変換器は内部に反射板を備えた筺体内に、反射板に光軸を向けて受光部及び発光部を並設することによって、コンパクトに反射部を構成することができる。また、受光部及び発光部を並設することによって、これらから接続される通信線をまとめることができ、光通信装置の両端から通信線が延びる構成よりも、場合によっては狭い空間における通信線の配策をコンパクトにすることができる。

本発明では、反射板は平面状の鏡体でもよいし、凹形状又は凸形状をなす鏡体でもよい。これにより、並設された発光部及び受光部の構成にて受光部が全発光部から各発せられる光を効率的に受光することが可能となり、所定のプロトコルに基づく電気的通信と、光通信との混在を比較的小型な構成で実現することが可能となる。

本発明では、受光部は反射板の中央と対向する位置に、発光部は受光部の周辺の反射板の周辺部と対向する位置に並設される。これにより、受光部は全発光部から各発せられる光を効率的に受光することが可能となり、所定のプロトコルに基づく電気的通信と、光通信との混在を比較的小型な構成で実現することが可能となる。

本発明による場合、複数の送受信部夫々に電気的通信線を接続することによって、光通信を混在させた通信システムを容易に構築することができる。更に、一の送受信部が受信して変換部へ入力した信号は、当該変換部の発光部から光信号として発せられると、他の送受信部に接続される受光部のみならず同一の送受信部と接続される受光部でも区別なく受光して送受信部が入力する。これにより、光通信を混在させても自身が送信した信号をも含めて通信線に送信された信号を常に監視することが可能になり、所定のプロトコルに基づく通信と、光通信との混在を比較的小型な構成で実現させることができる。

本実施の形態における光通信装置を示す上方斜視図である。 本実施の形態における光通信装置の構成を示すブロック図である。 本実施の形態における変換部内の構成部の配置の詳細を示す説明図である。 光通信装置を含む通信システムの構成を示すブロック図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。

図１は、本実施の形態における光通信装置１を示す上方斜視図であり、図２は光通信装置１の構成を示すブロック図である。光通信装置１は、基板１００上に、ＣＡＮ対応のＵＴＰ（Unshielded Twisted Pair）ケーブル２ａ，２ｂのコネクタが接続されるメタルコネクタである接続部１０ａ，１０ｂが実装されて構成されている。基板１００上には更に、第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂが実装されている。第１送受信部１１ａは、基板１００上にプリントされた信号線にて接続部１０ａと接続されており、第２送受信部１１ｂは同様にプリントされた信号線にて接続部１０ｂと接続されている。基板１００上には筐体１２０を有する変換部１２が実装されており、変換部１２の筐体１２０内部には２つの受光部１３ａ，１３ｂ及び２つの発光部１４ａ，１４ｂが設置されている。受光部１３ａは、第１送受信部１１ａの送信端子Ｔｘと基板１００上にプリントされた信号線にて接続されている。発光部１４ａは、第１送受信部１１ａの受信端子Ｒｘと基板１００上にプリントされた信号線にて接続されている。受光部１３ｂ及び発光部１４ｂは同様に、第２送受信部１１ｂの送信端子Ｔｘ及び受信端子Ｒｘと、基板１００上にプリントされた信号線にて接続されている。

接続部１０ａ，１０ｂは夫々、ＵＴＰケーブル２ａ，２ｂのコネクタが嵌合するメス型の受け口を有する。いずれの受け口も基板１００の一の辺の縁部に外側を向くように並設されている。基板１００の上面に筐体が被せられる場合も、受け口は露出するように構成される。接続部１０ａ，１０ｂは、コネクタが差し込まれた場合に第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂ夫々と接続されるように信号線の端部を受け口の内部に有する。

第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂは、ＣＡＮプロトコルに基づきＵＴＰケーブル２ａ及び２ｂ夫々における差動信号を検知し、デジタル信号（０：ドミナント／１：レセッシブ）に変換し、夫々受信端子Ｒｘから変換部１２へ出力する。第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂは、変換部１２から送信すべく出力されてデジタル信号を送信端子Ｔｘから入力し、差動信号に変換してＣＡＮプロトコルに基づきＵＴＰケーブル２ａ及び２ｂへ送信する。

変換部１２は、第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂから出力される信号を入力して一旦光信号に変換し、且つ変換した光信号を再度全て受光して電気的信号に変換し、第１送受信部１１ａ及び第２送受信部１１ｂへ送信すべく出力する。変換部１２は、筐体１２０内部に反射板１２１を備える。変換部１２は、筐体１２０内部の反射板１２１に対向する位置に、ＰＤ（Photo Diode）等の受光素子を備えた２つの受光部１３ａ，１３ｂを備えている。また変換部１２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を備えた２つの発光部１４ａ，１４ｂを備えている。

本実施の形態では反射板１２１は筐体１２０の内側の一の面であって、鏡体が嵌めこまれて構成されている。反射板１２１を構成する鏡体は、平板状とする。他に反射板１２１は、凹面鏡でも凸面鏡で構成されてもよい。

受光部１３ａ，１３ｂは、図１に示すように有底円筒状の金属筐体を有し、内部に、光軸が筐体と同軸となるように設置されたＰＤを備える。金属筐体の一方の底にＰＤの受光面への開口部が形成されている。そして受光部１３ａ，１３ｂは、当該開口部及びＰＤの受光面が反射板１２１へ向けられるようにして、筐体１２０の中央寄りに、即ち反射板１２１の中央と対向するように並設されている。

発光部１４ａ，１４ｂは受光部１３ａ，１３ｂ同様に、金属筐体を有して内部に光軸が筐体と同軸となるように設置されたＬＥＤを備える。金属筐体の一方の底にＬＥＤからの光を外部へ出力させる開口部が形成されている。発光部１４ａ，１４ｂは、並設されている受光部１３ａ，１３ｂの両外側に更に、光軸を反射板１２１に向けて並設されている。

変換部１２内における受光部１３ａ，１３ｂ及び発光部１４ａ，１４ｂ、並びに反射板１２１の配置の詳細を説明する。図３は、本実施の形態における変換部１２内の構成部の配置の詳細を示す説明図である。

受光部１３ａ，１３ｂは、ＰＤの光軸が反射板１２１と略垂直となるように、一点鎖線で示す中心線から対称となるように距離Ｌに並設されている。このときのＰＤの光軸間の距離をＰ_PPとする。発光部１４ａ，１４ｂを、ＬＥＤの中心が、ＰＤの光軸から距離Ｐ_PLとなるように設置し、発光部１４ａ，１４ｂの光軸の反射板１２１の法線（破線）との傾きをθとする。このときの受光部１３ａ，１３ｂ及び発光部１４ａ，１４ｂの変換部１２内における位置関係を規定する距離Ｌ、Ｐ_PP、Ｐ_PL及び角度θは、以下の式１のように表わされる。式１及び図３中の角度φはＬＥＤの最大放射角である。

式１は、発光部１４ｂのＬＥＤから最大放射角φで放射された光が反射板１２１に到達した点の座標を点Ｘとした場合の、ＬＥＤの中心をとおる反射板１２１の法線と反射板１２１の反射面との交点から点Ｘまでの距離ｘが以下の式２のように表せることから求めた。

これにより、受光部１３ａ，１３ｂは両方の発光部１４ａ，１４ｂから各発せられる光を効率的に受光することが可能となる。

第１及び第２送受信部１１ａ，１１ｂで受信された各信号は、電磁ノイズ又はリンギングの影響を受けない光信号に一回変換され、反射を経て第１及び第２送受信部１１ａ，１１ｂに区別なく再度入力される。これにより、電気的な通信線を分離して各通信線のノード数を少なくできる上、第１送受信部１１ａ，１１ｂにて通信線２ａ及び２ｂにおけるＣＡＮプロトコルに基づく調停処理も可能となる。このようにして光通信装置１を用いることによってＣＡＮプロトコルに基づく通信と、光通信との混在を比較的小型な構成で実現させることができる。

図４は、上述のように構成される光通信装置１を含む通信システム４の構成を示すブロック図である。通信システム４は、例えば車両内に配設される各種制御用の機器間を接続してＣＡＮに基づきデータを送受信する車載通信システムに適用される。図４のブロック図に示す通信システム４は、光通信装置１と、光通信装置１に接続しているＵＴＰケーブル２ａ，２ｂとからなり、ＥＣＵ３，３，…用のコネクタを各ＵＴＰケーブル２ａ，２ｂに有する通信ハーネス２０に、ＥＣＵ３，３，…が接続されて構成される。

通信ハーネス２０を構成しておき、ＥＣＵ３，３，…を接続すればよいだけとしておくことで、ＥＣＵ３，３，…を接続するのみでＧＷなしにＣＡＮに基づく通信と光通信とを混在させた通信システムを容易に構築することができる。これにより、電磁ノイズ及びリンギングの影響を抑制しつつ、従来のＣＡＮプロトコルに基づく通信を実現することができる。

また、図１及び図４に示すように、光通信装置１では通信線２ａ及び２ｂがまとめて同じ向きに接続されるように構成されているから、光通信装置１から各方向に通信線が延びる構成よりも、車室内の空間を有効に利用することが可能である。

本実施の形態では、光通信装置１は２つの接続部１０ａ，１０ｂを有する構成とした。しかしながら、接続部の数は２つとは限らず、設計に応じて任意の数の接続部を有する構成とすることができる。なお、例えば４つとする場合は変換部１２内の受光部及び発光部も４対必要である。

本実施の形態は、ＣＡＮに基づく電気的通信と光通信とを混在させることができるシステムについて説明した。しかしながら本発明はＣＡＮに限定するものではなく、通信線へ送信されている信号、特に自分自身が送信する信号をも含めて常時監視し、衝突を検知するプロトコルに基づく通信に適用できる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 光通信装置
１０ａ，１０ｂ 接続部
１１ａ 第１送受信部
１１ｂ 第２送受信部
１２ 変換部
１２１ 反射板
１３ａ，１３ｂ 受光部
１４ａ，１４ｂ 発光部
２ａ，２ｂ 通信線
３ ＥＣＵ（通信装置）

Claims (5)

1. 複数の通信線に夫々接続され、入力される信号を所定のプロトコルに基づき前記通信線を介して送信し、前記通信線を介して信号を受信して出力する複数の送受信部と、
   該複数の送受信部から受信信号を入力して光信号に夫々変換し、変換後の光信号を電気信号へ変換して前記複数の送受信部へ各出力する変換器と
   を備え、
   該変換器は筺体を備え、
   前記変換器は該筐体内部に、
   前記複数の送受信部から各出力される信号を夫々光信号へ変換すべく設けられてある複数の発光部と、
   該複数の発光部から各発せられる光信号を反射させる反射板からなる反射部と、
   該反射部で反射された光を受光して電気信号へ変換し、前記複数の送受信部から送信されるべく各出力する複数の受光部と
   を有し、
   前記複数の受光部は、前記反射板の中央部と対向する位置に、光軸が前記反射板の法線と略平行となるように並設されており、
   前記複数の発光部は、前記反射板の周辺部と対向する位置に、光軸が前記反射板の中央部を向くように並設されてあること
   を特徴とする光通信装置。
2. 前記所定のプロトコルはＣＡＮ（Control Area Network）であること
   を特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
3. 前記反射板は、平面状、凹形状又は凸形状をなす鏡体からなること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の光通信装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信装置と、該光通信装置の複数の送受信部に夫々接続された複数の通信線とを含むこと
   を特徴とする通信ハーネス。
5. 複数の通信装置が夫々接続された複数の通信線と、該複数の通信線が接続された請求項１乃至３のいずれかに記載の光通信装置とを含むこと
   を特徴とする通信システム。

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