JPH08154078A

JPH08154078A - 光通信用発光ユニットならびに光通信システム

Info

Publication number: JPH08154078A
Application number: JP6293023A
Authority: JP
Inventors: Tetsuharu Hyodo; 徹治兵頭
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の光束により一度に複数の光信号を伝送
することができ、大量の情報を高密度でかつ高速に伝送
することが可能な光通信用発光ユニットならびに光通信
システムを提供する。【構成】平行なＭ本（Ｍ≧２）の共通電極４と、それ
と直交するように形成された平行なＮ本（Ｎ≧２）の透
明信号電極５との間に、発光部材を配してＭ×Ｎ個のマ
トリックス状の発光素子６を形成し、マトリックス状の
光信号を伝送する光通信用発光ユニット１とする。この
発光素子６は、抵抗発熱体で形成することにより製造が
容易となる。また、そのような発光ユニット１と、同じ
くマトリックス状の受光素子を有する光通信用受光ユニ
ットとを組合せ、複数の光信号による光通信を行なう光
通信システムを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信において同時に複
数の光信号を伝送する光通信用発光ユニットならびにそ
れを用いた光通信システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、大量の情報を伝送する大規模通信
を始めとして、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワー
ク）などのコンピュータ間通信やＡＶ（オーディオ・ビ
デオ）信号通信において、取り扱う信号の情報密度が飛
躍的に増大してきたため、従来の電気的な通信技術から
光通信への転換が進められている。そして一部では、半
導体レーザや半導体ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた
光通信用発光ユニット、ならびにそれを用いた光通信シ
ステムが実用化されている。

【０００３】これらの光通信では、伝送情報を電気信号
から光信号に変換して光ファイバーなどの光媒体を経由
して伝送するため、電気信号を光信号に変換（変調）す
るための変調回路および発光ユニットと、その発光ユニ
ットから光ファイバーを経由してきた光信号を再び電気
信号に変換（復調）するための受光ユニットおよび復調
回路が必要不可欠な構成要素である。

【０００４】現在、発光ユニットの発光素子には半導体
レーザやＧａＡｓＬＥＤ・ＡｌＧａＡｓＬＥＤなどの半
導体ＬＥＤが用いられており、特に半導体ＬＥＤは、比
較的安価で発光ビームの広がり角も大きくて使いやすい
ことから多用されている。これらの発光素子を用いた発
光ユニットは、従来はいずれも単一光源の発光素子によ
って変調された一本の光束を光信号として伝送してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらＧａＡｓ
ＬＥＤやＡｌＧａＡｓＬＥＤなどの半導体ＬＥＤは、発
光の立ち上がり時間が１μｓｅｃ程度必要であるため実
用上は10μｓｅｃ程度以上のパルス周期の光信号の変換
に用いられており、それより周期が短い高密度の光信号
には対応できないという問題点があった。そのため、さ
らに高密度かつ高速の情報伝送を要求されるコンピュー
タ間通信ネットワークなどでは、より高速駆動による信
号伝送が可能でかつ安価な発光ユニットが要望されてい
る。

【０００６】これに対して、発光素子の駆動を高速化さ
せるよりも、光信号を１つの光束による１信号伝送から
複数の光束による複数信号伝送に換えることによれば、
より高密度で高速の通信への要求が満たされると期待さ
れている。しかし、複数の光信号を伝送するために微細
な半導体製造プロセスで製造される半導体ＬＥＤや半導
体レーザを複数素子化することは、極めて多大な技術的
困難を要し、製造コストを著しく上昇させるため、現時
点において実用化には至っていない。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みて本発明者が鋭意
研究を進めた結果完成されたもので、その目的は、マト
リックス状に配置した発光素子を用いてマトリックス状
の複数の光束による複数の光信号の伝送を行なうことが
でき、大量の情報を高密度でかつ高速に伝送しうる光通
信用発光ユニットを提供することにある。

【０００８】また本発明の目的は、マトリックス状の複
数の発光素子を抵抗発熱体を用いて作製することによ
り、製造が容易な、大量の情報を高密度でかつ高速に伝
送しうる、低コストの光通信用発光ユニットを提供する
ことにある。

【０００９】さらに本発明の目的は、マトリックス状の
発光素子により複数の光信号を送信する発光ユニット
と、その光信号に対応するマトリックス状の受光素子を
有する受光ユニットと、それらを制御する回路とを具備
する、大量の情報を高密度でかつ高速に伝送することが
できる光通信システムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
光通信用発光ユニットは、絶縁性基板上にＭ本（Ｍ≧
２）の共通電極を平行に配列して共通電極群を形成し、
該共通電極群と直交するようにＮ本（Ｎ≧２）の透明信
号電極を平行に配列して信号電極群を形成し、これら共
通電極群と信号電極群との間に発光部材を配してＭ×Ｎ
個のマトリックス状の発光素子と成したことを特徴とす
るものである。

【００１１】また本発明の請求項２に係る光通信用発光
ユニットは、上記の請求項１に係る光通信用発光ユニッ
トにおいて、発光部材が抵抗発熱体から成ることを特徴
とするものである。

【００１２】さらに本発明の請求項３に係る光通信シス
テムは、伝送情報電気信号をＭ×Ｎ個のマトリックス状
の光信号に変換するための信号変調回路が接続された上
記請求項１または請求項２に係る光通信用発光ユニット
と、前記マトリックス状の光信号を元の伝送情報電気信
号に変換するための信号復調回路が接続されたＰ×Ｑ
（Ｐ≧Ｍ、Ｑ≧Ｎ）個のマトリックス状の受光素子を有
する光通信用受光ユニットとを、光信号を伝送する光媒
体を介して接続するとともに、前記発光ユニットと受光
ユニットにおけるマトリックス状の光信号の番地を１対
１に対応させて復元するための対応復元回路を、前記信
号変調回路と信号復調回路とに接続したことを特徴とす
るものである。

【００１３】

【作用】本発明の光通信用発光ユニットによれば、Ｍ本
の共通電極とＮ本の透明信号電極の間に発光部材を配し
てＭ×Ｎ個のマトリックス状に配置した発光素子を走査
駆動して発光させることによって、マトリックス状の複
数の光束により一度に複数の光信号を伝送することがで
きるので、大量の情報を高密度でかつ高速に伝送するこ
とが可能となり、光通信の高速・高密度化が達成でき
る。

【００１４】また、発光素子の発光部材を抵抗発熱体に
よって構成することにより、半導体ＬＥＤや半導体レー
ザを複数素子化するよりも複数の発光素子の形成が簡便
にかつ容易に行なえるので、発光素子をマトリックス状
に多素子化することが容易にできるようになる。この抵
抗発熱体は、ドライブ回路により駆動されて発熱するこ
とで高温となり、輻射熱すなわち近赤外線もしくは赤外
線を放射するので、この近赤外線もしくは赤外線を例え
ばＣＣＤなどの受光素子によって受けることにより光通
信を行なうことができる。

【００１５】さらに、抵抗発熱体による発光素子にフル
オレイセンやエオシン・Ｃａ₂Ｓ・Ｂａ₂Ｓ・Ｍｇ₂Ｓ
などの蛍光材料を蛍光板などの形で組み合わせることに
より、様々な周波数の近赤外線もしくは赤外線を一定の
周波数の可視光線に変換して、可視光線による光通信を
行なうこともできる。

【００１６】本発明の光通信システムによれば、送信装
置に入力された伝送情報の電気信号は、その電気信号を
複数の光信号に変換するための信号変調回路によって複
数の電気信号として発光素子駆動回路（発光ドライブ回
路）に送られ、発光素子がマトリックス状に配された発
光ユニットからマトリックス状の複数の光信号として送
信され、光ファイバーなどの光媒介を介して受信装置へ
送られる。この光信号を受けた受信装置では、受光素子
が同じくマトリックス状に配された受光ユニットから複
数の電気信号が信号復調回路に送られ、復調回路によっ
て元の伝送情報の電気信号に変換される。このとき対応
復元回路によってマトリックス状の発光素子および受光
素子における発光番地と受光番地との１対１の対応をと
ることにより、受信側の電気信号が元通り送信側の電気
信号に復元されて変換される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の光通信用発光ユニットならび
に光通信システムについて実施例に基づいて詳述する。
なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
く、本発明の主旨を逸脱しない範囲での種々の変更は何
ら差し支えない。

【００１８】図１は、本発明の光通信用発光ユニットの
一実施例を示す斜視図である。図１に示した光通信用発
光ユニット１においては、アルミニウム（Ａｌ）などの
良熱伝導性材料からなる支持体２の上にアルミナなどの
電気絶縁性基板３が載置されており、その上に形成され
た低熱伝導性材料からなる保温層（図示せず）の上に、
平行に配列されたＭ本の共通電極４（共通電極群）と同
じく平行に配列されたＮ本の透明信号電極５（信号電極
群）とが互いに直交するように形成され、それらの電極
４・５間に発光部材が配されて、同図中に斜線部で示し
た発光素子６がＭ×Ｎ個のマトリックス状に配置されて
いる。そして、共通電極４および透明信号電極５は、そ
れぞれ基板３の端部において、Ｍ本の信号線を有するＦ
ＰＣ（フレキシブル・プリント・ケーブル）７およびＮ
本の信号線を有するＦＰＣ８に接続されている。また発
光素子６の周辺には、ガラスなどの透明材料からなる導
光窓９が載置されて封止材により封止されており、発光
素子６を機械的な損傷や発熱による酸化などから保護し
ている。

【００１９】この発光ユニット１の詳細な構造を、図２
に図１のＡ−Ａ断面図で示す。なお、同図において図１
と同様の箇所には同じ符号を付している。

【００２０】図２に示したように、良熱伝導性材料から
なる支持体２の上には電気絶縁性基板３が載置されてお
り、さらにその上に低熱伝導性材料からなる保温層10が
形成されている。その保温層10の上に平行なＭ本の共通
電極４と平行なＮ本の透明信号電極５とが互いに直交す
るように形成され、それらの電極４・５間に発光素子６
がＭ×Ｎ個のマトリックス状に配置されている。なお、
同図においては発光素子６を各々独立させて示している
が、発光素子６に抵抗発熱体を用いる場合には、発光素
子６を連続した層として形成して、直交した電極４・５
間に電圧を印加した部分のみを発熱・発光させることも
できる。

【００２１】また、共通電極４とＦＰＣ７とは異方性導
電膜などの異方性導電材やハンダなどによる導電層11に
より接続されており、透明信号電極５とＦＰＣ８とも同
様にして接続されている。そして導光窓９は、電極４・
５あるいは基板３に封止材12を用いて封止されていて、
発光素子６を保護している。

【００２２】このような構成の発光ユニット１におい
て、良熱伝導性材料からなる支持体２は発光素子６の発
光に伴って発生する熱を有効に放散する役目を果たすも
のであり、その材料としてはＡｌの他にもＦｅ・ＳＵＳ
・Ｃｕ・Ｍｇ・Ｔｉ・Ｎｉなどを用いることができる。
またその厚みは、使用する材料の熱伝導特性や必要な熱
容量に応じて適宜選択されるが、Ａｌであれば１〜５ｍ
ｍ程度であればよい。

【００２３】電気絶縁性基板３は、発光素子６形成の母
体となるとともに支持体２と発光素子６とを電気的に絶
縁し、かつ支持体２に良好に放熱させるためのものであ
り、その材料にはアルミナの他にもＳｉ₃Ｎ₄・ＳｉＣ
・ジルコニア・ベリリア・マグネシア・ＴｉＣ・チタン
酸バリウムなどを用いることができる。その厚みは、材
料の熱伝導特性や熱容量および基板としての剛性に応じ
て適宜選択されるが、例えばアルミナであれば 0.5〜５
ｍｍ程度であればよい。

【００２４】保温層10は、発光素子６に発熱素子を用い
る場合、有効に温度上昇させて入力電力を光出力に変換
する効率を高めるためのものであり、低熱伝導性の材料
によって形成し、例えば、ほうケイ酸ガラスやポリイミ
ド樹脂・エポキシ樹脂などを用いるとよい。この層10の
厚みは20〜50μｍとし、この層10を形成する範囲は発光
素子６を全部覆う範囲とする。

【００２５】電気絶縁性基板３から保温層10にかけて形
成される共通電極４は、Ａｌ・Ｃｕ・Ａｕなどの低比抵
抗の金属材料で形成される。その形成は、蒸着・スパッ
タリング・イオンプレーティング・ＣＶＤなどの薄膜形
成方法において電極パターンがエッチングされたメタル
マスクなどを使用することにより、あるいは電極領域に
上記薄膜形成手段で一様に電極膜を形成した後にフォト
エッチングプロセスを施すことにより行なう。

【００２６】この共通電極４の厚みや幅・間隔などは、
Ａｌを用いた場合、低配線抵抗とするため、幅が50〜15
0 μｍ、厚みが 0.5〜２μｍとし、配線形成上のショー
トを防止すべく、配線間を10〜30μｍとするとよい。

【００２７】上記Ｍ本の共通電極４の各電極上には、そ
れぞれＮ個ずつの発光素子６を、Ｍ×Ｎ個のマトリック
ス状に配置されるように形成する。これら発光素子６は
従来の半導体ＬＥＤや半導体レーザの他に前述のように
抵抗発熱体により形成してもよく、それにより発光素子
６の形成および本発明の発光ユニット１の作製をより簡
便かつ容易に行なうことができる。

【００２８】抵抗発熱体による発光素子６は、共通電極
４とこの発光素子６の上に形成される透明信号電極５と
の間に20〜50Ｖ程度の負荷電圧が印加されたときに 400
〜800 ℃程度の最高温度まで発熱して、ＣＣＤなどの受
光素子の感度限界以上の輻射熱（近赤外線もしくは赤外
線）を放射するように、その抵抗発熱材料に応じた抵抗
値が設定される。

【００２９】そのような抵抗発熱体としては、例えばＴ
ａＳｉＯ₂やＴｉＳｉＯ₂・ＴａＮ・doped Ｓｉ・Ｎｉ
−Ｃｒ・ＮｂＳｉＯ₂などの材料を用いることができ、
中でもＴａＳｉＯ₂・ＴｉＳｉＯ₂・ＮｂＳｉＯ₂を用
いると、抵抗発熱体の耐酸化性が高く経時安定性が良い
といった点で好ましい。１個の発光素子のサイズは、伝
達する情報量や抵抗発熱体の比抵抗や配線加工上の製造
プロセスにより適宜設定されるが、例えば 100μｍ× 1
00μｍ程度とすると、配線加工の容易性と伝送できる情
報量の点で好適となる。また、その厚みは抵抗値を安定
的に生産再現する点から、１〜10μｍ程度に設定すると
よい。

【００３０】このような発光素子６の形成に当たって
は、蒸着・スパッタリング・イオンプレーティング・Ｃ
ＶＤなどの方法により共通電極４上に上記材料による抵
抗発熱膜を形成して、フォトエッチングプロセスによっ
てそれぞれ独立のＮ個の素子を形成すればよい。また、
Ｍ本の共通電極４の全面を覆うように一様な抵抗発熱膜
を形成して、その上に共通電極４と直交するようにＮ本
の透明信号電極５を形成することにより、共通電極４と
透明信号電極５とのＭ×Ｎ個の交差部の発光部材をマト
リックス状に発光させるようにしてもよい。この場合の
発光素子６のサイズは、共通電極４と透明信号電極５と
の交差部分のサイズによって決まり、その交差部分のサ
イズを上記の値に設定するとよい。

【００３１】また、発光素子６を半導体ＬＥＤや半導体
レーザにより形成する場合は、ＧａＡｓやＡｌＧａＡｓ
・ＩｎＧａＡｓなどにより、ＧａＡｓ基板上にＭＢＥや
ＭＯＣＶＤなどのエピタキシャル成長法により前記の発
光層を形成し、フォトエッチングプロセスによってアク
ティブ領域を複数に分割するとよい。

【００３２】発光素子６の上には、平行なＭ本の共通電
極４に直交するように、またＭ本の共通電極４にそれぞ
れ形成されたＮ個の発光素子６の１つずつに共通に接続
するように、Ｎ本の透明信号電極５を平行に配列して形
成する。これにより、全体としてＭ本の共通電極４とＮ
本の透明信号電極５によって、発光素子６がＭ×Ｎ個の
マトリックス状に配置される。

【００３３】透明信号電極５は、発光素子６に発光のた
めの電圧を印加するとともにその光信号を透過させて光
媒体に向かって放射させるために、低抵抗で良好な導電
性とともに発光光に対する良好な透過率を有する必要が
ある。また発光素子６に抵抗発熱体を用いる場合は、そ
の発熱に対する優れた耐熱性も必要となる。

【００３４】このような透明電極材料としては、例えば
ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＳｎＯ₂・Ｉｎ₂Ｏ₃な
どがあり、これらをスパッタリングや蒸着・イオンプレ
ーティング・ＣＶＤなどの薄膜形成方法において電極パ
ターンがエッチングされたメタルマスクなどを使用する
ことにより、あるいは電極領域に上記薄膜形成手段で一
様に電極膜を形成した後にフォトエッチングプロセスを
施すことにより形成する。中でもＩＴＯにより形成する
と、導電性が高くかつ安定度が良いといった点で好まし
い。

【００３５】そして、以上の共通電極４ならびに発光素
子６、透明信号電極５を機械的および化学的な損傷から
保護するために、これらを覆うようにガラスあるいはサ
ファイアクリスタル・石英などの透明材料からなる導光
窓９を載置して、封止材12により封止する。封止材12に
は、各構成部材の耐熱性や封止の気密性などを考慮し
て、 500〜600 ℃の軟化点を持つ低温焼成ガラスやハン
ダなどを用いればよい。また、この導光窓９の内部空間
を減圧状態もしくは不活性ガスを充填して非酸化雰囲気
の状態とすることにより、特に発光素子６を抵抗発熱体
で形成した場合、発熱時の酸化による発光素子６や各電
極４・５の破損や劣化を防止することができ、発光素子
６を長期にわたって安定して作動させることができる。

【００３６】また、導光窓９の外部に引き出されている
共通電極４および透明信号電極５には、前述のように基
板３の端部において、Ｍ本の信号線を有するＦＰＣ７お
よびＮ本の信号線を有するＦＰＣ８に、導電層11により
接続されている。この導電層11による接続は、異方性導
電膜により行なうと、導電層11が高密度配線として形成
されても良好に接続できるといった点で好ましい。

【００３７】なお、本発明の発光ユニット１において
は、上記の構成に加えて、導光窓９の内面または外面あ
るいは透明信号電極５の表面に、さらに蛍光材料からな
る蛍光板もしくは蛍光膜を付加して、発光素子６から放
射される様々な周波数の近赤外線または赤外線を一定の
周波数の可視光線に変換して、可視光線の光信号として
伝送させるようにしてもよい。このような蛍光材料とし
ては、例えばフルオレイセンやエオシン・Ｃａ₂Ｓ・Ｂ
ａ₂Ｓ・Ｍｇ₂Ｓ・Ｂｅ₂Ｓなどを用いることができ
る。

【００３８】次に、本発明の発光ユニット１の走査駆動
方法について、図３ならびに図４により説明する。

【００３９】図３は、Ｍ×Ｎ個のマトリックス状の発光
素子６の発光状態を模式的に示した説明図であり、上部
から下部に向かう白抜き矢印の流れに沿って、発光状態
の時間的変化を順次示している。各々の図において、縦
方向がＭ本の共通電極４に対応し、横方向がＮ本の信号
電極５に対応しており、斜線部は発光している（駆動さ
れている）素子を示す。また上部の図における矢印は、
縦が共通電極４の走査駆動方向を、横が信号電極５の走
査駆動方向をそれぞれ表わしている。

【００４０】同図中の上部の図に示すように、まず１本
目の共通電極が外部の発光ドライブ回路によって指定さ
れ、その上に並ぶＮ個の発光素子の中のいくつかが信号
電極に電圧を印加することによって選択されて駆動さ
れ、この素子列において最大でＮ個の素子が発光する。
引き続いて次の共通電極が指定され、その上に並ぶＮ個
の発光素子の中のいくつかが同様に選択駆動されて発光
する。これを共通電極の走査駆動方向に従ってＭ本目ま
で繰り返してＭ×Ｎ個のマトリックス状の発光素子６の
走査駆動が行なわれ、再び１本目に戻って次の走査駆動
が行なわれる。

【００４１】ここで発光素子６に抵抗発熱体を用いた場
合は、駆動電圧の印加に対して素子の発光（発熱）の立
ち上がりと立ち下がりに遅れを生じる。そのため、電圧
印加後に十分に昇温し発光して光通信に寄与する状態に
なるための昇温時間と、その状態から電圧遮断後に再び
元の温度に戻るための放熱時間が、ある程度必要にな
る。このような駆動電圧印加と昇温・放熱時間との関係
を図４に線図で示す。

【００４２】図４において、縦軸はＭ本の共通電極４の
各々における駆動電圧Ｖと発光素子６の温度Ｔのレベル
を示し、１本目からＭ本目までを模式的に表わしてい
る。それぞれの縦軸において、Ｖ_Lは駆動電圧の基底状
態を、Ｖ_Hは駆動電圧の印加状態を表わし、Ｔ_Lは発光
素子温度の基底状態を、Ｔ_Hは十分に昇温して発光した
状態を表わしている。また、横軸は各共通電極４におけ
る電力印加の様子と、Ｎ本の信号電極５によって発光素
子６が昇温および降温していく様子を、時間ｔの経過に
従って示している。そして、Ｍ×Ｎ個のマトリックス状
の発光素子６においては、同図の縦軸の上から下へ示す
ように１、２・・・Ｍ本目の共通電極に対して順次走査
駆動し、それとともに同じく１、２・・・Ｎ本の信号電
極に対して選択駆動することによって、発光素子が選択
的に駆動されて発光する。

【００４３】同図より分かるように、各発光素子におい
ては駆動電圧がＶ_Hの印加状態になってから素子温度の
上昇が始まり、立ち上がり時間の遅れを伴ってＴ_H以上
の温度に達する。次いで、駆動電圧が遮断されると放熱
によって温度の下降が始まり、立ち下がり時間の遅れを
伴ってＴ_H以下の温度となって発光が終わる。そして、
各共通電極においてＮ個の発光素子の中のいくつかが選
択駆動されて発光し、次の共通電極において同様に走査
駆動が繰り返される。

【００４４】この場合、Ｍ×Ｎ個のマトリックス状の発
光素子において駆動される発光素子の番地（ｍ，ｎ）
は、順次(1,1〜N)、(2,1〜N)・・・(M,1〜N)というよう
に選択されることになる。

【００４５】これにより、例えば駆動電圧印加時間が10
μｓｅｃで共通電極を走査する周期が 100μｓｅｃの場
合、共通電極を10本以上形成した発光ユニットであれ
ば、実質的に10μｓｅｃ周期でＮ個の独立した光信号を
伝送することかできるようになる。すなわち、共通電極
走査の１周期において送出される最大信号数Ｎ個を同時
に駆動しても、発熱特性のために発光状態から温度の基
底状態に復帰するのにこのＮ個の発光素子は１周期であ
る 100μｓｅｃを要してしまうが、１共通電極当りの駆
動時間は10μｓｅｃであるから、図４のように第１共通
電極の駆動に引き続いて第２共通電極を、さらに続いて
第３共通電極をと間をおかずに駆動していくことによっ
て、共通電極が10本とすれば10μｓｅｃおきに最大10個
の信号の送出が可能となる。

【００４６】次に、本発明の光通信システムについて、
図５にその概略構成図を、また図６にその回路ならびに
信号の対応図を示す。図５において、本発明の光通信シ
ステム13は送信装置14と受信装置15とその間で光信号を
伝送する光媒体16とからなっている。送信装置14は、上
記の本発明の光通信用発光ユニット１と、その発光ユニ
ット１において伝送情報の電気信号をマトリックス状の
複数の光信号に変換する信号変調回路17と、発光ユニッ
ト１における光信号の番地を決定するとともに発光ユニ
ット１と受光ユニットで受けた複数の光信号の番地をそ
れぞれ１対１に対応させて元の電気信号に復元するため
の対応復元回路18と、発光ユニット１の発光素子を走査
駆動する発光ドライブ回路19とを備えている。他方、受
信装置15は、伝送されてきた光信号を受光するためのＰ
×Ｑ（Ｐ≧Ｍ、Ｑ≧Ｎ）個のマトリックス状の受光素子
を有する光通信用受光ユニット20と、その受光ユニット
20で受けた光信号の受光箇所を識別するための受光箇所
識別回路21と、前記対応復元回路18からの発光素子番地
の情報を受けて発光ユニット１と受光ユニット20で受け
た複数の電気信号をそれぞれ１対１に対応させて復元す
るための対応復元回路22と、受光ユニット20で受けたマ
トリックス状の複数の光信号を元の伝送情報の電気信号
に変換する信号復調回路23とを備えている。また、送信
装置14の対応復元回路18と受信装置15の対応復元回路22
とは電気信号の通信で結ばれている。なお、発光ユニッ
ト１および受光ユニット20と光媒体16との間に点線で示
したものは、それらユニットと光媒体16とを接続するた
めのコネクタ24・25を表わしている。

【００４７】図６は、図５に示した光通信システムの構
成における回路と信号の対応を示す図であり、図５と同
様の箇所には同じ符号を付してある。

【００４８】図５および図６に示すように、送信装置14
に入力された伝送情報の電気信号は信号変調回路17によ
り光信号を伝送するための制御信号ならびに情報信号に
変換され、次に対応復元回路18によりマトリックス状の
発光素子における発光素子の番地(m,n) が決定され、そ
れに従って発光ドライブ回路19により発光ユニット１の
発光素子が駆動されて、マトリックス状の複数の光束に
よる複数の光信号が伝送される。その光信号は光ファイ
バーなどの光媒体16を介して受信装置15に送られ、マト
リックス状の受光ユニット20により受光されて、各受光
素子により複数の電気信号に変換される。これらの電気
信号は、受光箇所識別回路21により特定された受光番地
と、送信装置14の対応復元回路18から受信装置15の対応
復元回路22に電気信号の通信で送られてきた発光番地と
が対応復元回路22によってその対応を決定される。また
対応復元回路22は、そのようにして決定された発光−受
光番地対応表(m,n:p,q) と、パルス発生回路と、それら
に基づき信号を演算処理する演算処理回路とを有してお
り、発光番地と受光番地との対応をとった発光−受光番
地対応表のデータを参照して演算処理回路により発光番
地毎の電気信号に変換（復調）し、対応する発光番地毎
にパルス発生回路により伝送情報電気信号を発生して出
力する。

【００４９】これにより、送信装置14から伝送しようと
した電気信号と同じ電気信号を受信装置15から出力し
て、これに引き続く情報処理に用いることができる。

【００５０】また上記の発光−受光番地対応表(m,n:p,
q) の作成は、発光素子の位置と受光素子の位置とのわ
ずかなずれにも対処できるように、送信装置14と受信装
置15との間で、図７にフローチャートで示した作業手順
により以下のように処理するようにするとよい。

【００５１】同図に示したように、まず送信装置14の対
応復元回路18において発光素子の１行目(m=1) が指定さ
れ、次に１列目(n=1) が指定された後、発光ドライブ回
路19により発光ユニット１の１行１列目の発光素子が駆
動されて発光する。この光信号が光媒体16を通して受光
ユニット20に伝送され受光されて、受光箇所識別回路21
により受光番地(p,q) の情報が得られる。なお、この受
光番地は２つ以上の複数の番地であってもよい。そして
このとき、対応復元回路18から電気信号の通信によって
対応復元回路22に伝送されている発光番地の情報と合わ
せて、発光−受光番地対応表(m,n:p,q) の対応データを
作成し、記憶させる。

【００５２】発光素子の１行がＮ列の素子で構成されて
いる場合、このサイクルはＮ回繰り返され、その後、次
の行に改行されて同様の作業が行なわれ、Ｍ行Ｎ列の発
光素子について発光番地付けが終了すると、発光−受光
番地対応表の作成ルーチンが終了する。

【００５３】すなわち、この発光−受光番地の対応がで
きることによって、発光素子のＭ×Ｎ個のデータの各々
を受光素子を介して独立的に読み込むことができるよう
になる。これをコネクタの接続を新たに行なう毎に実行
すれば、わずかな位置のずれによる受光番地のずれを防
止できる。

【００５４】上記の方法は、コネクタ24またはコネクタ
25の接続精度が高くなく、発光番地と受光番地とが接続
毎にずれる可能性のある場合などに有効な方法である。

【００５５】接合精度が十分高くて位置ずれのおそれが
ない場合には、発光−受光番地対応表は、あらかじめＲ
ＯＭ（リード・オンリー・メモリー）などに記憶させて
用意しておいてもよい。この場合、発光位置と受光位置
の対応関係は常に一定となるので、対応テーブルを接続
毎などに作成し直す必要がないからである。

【００５６】また、本発明の光通信システム13における
光媒体16は、複数本のファイバーが束になった光ファイ
バーを用いることがマトリックス状に配置された複数の
光束による光信号を伝送する本発明に対して好適である
が、必ずしもこれに限定されるものではない。

【００５７】以下、具体例を詳述する。〔例１〕Ａｌからなる長さ20ｍｍ×幅20ｍｍ×厚み５ｍ
ｍの支持体の上にアルミナからなる長さ20ｍｍ×幅20ｍ
ｍ×厚み５ｍｍの電気絶縁性基板を載置し、その上の中
央部の10ｍｍ×10ｍｍの範囲に、ほうケイ酸ガラスから
なる厚み50μｍの保温層をスクリーン印刷した後に焼成
することにより形成した。さらに基板端部から保温層に
かけてＡｌからなる幅 100μｍ×厚み１μｍの30本の共
通電極を、スパッタリング法で成膜した後エッチング加
工することにより20μｍ間隔で平行に配列して共通電極
群を形成した。

【００５８】次いで保温層の上の共通電極群上にＴａＳ
ｉＯ₂からなる抵抗発熱体による幅100μｍ×長さ 100
μｍ×厚み 0.1μｍの発光素子を、スパッタリング法で
成膜した後エッチング加工することによりそれぞれ30個
ずつ形成し、30×30個のマトリックス状に配置した。こ
れらの発光素子は１つずつが分離された素子分離型であ
り、それぞれ比抵抗が50,000μΩ・ｃｍ、素子抵抗値が
500Ω、１素子当たり駆動電力が 0.8Ｗ／ｄｏｔとなる
ようにした。

【００５９】そしてこのマトリックス状の発光素子の上
に、ＩＴＯからなる幅 100μｍ×厚み１μｍの30本の透
明信号電極をスパッタリング法で成膜した後エッチング
加工することにより20μｍ間隔で、共通電極群と直交
し、かつ各共通電極上の30個の発光素子とそれぞれ接続
するように基板端部まで配列して透明信号電極群を形成
した。

【００６０】さらに、この上に発光素子を覆うように厚
み 0.3ｍｍのガラスからなる長さ15ｍｍ×15ｍｍ×高さ
３ｍｍの導光窓を載置して、エポキシ樹脂により封止し
た。なお、導光窓の内部空間は１Ｔｏｒｒ以下の減圧状
態とした。このようにして、30×30個のマトリックス状
の発光素子を有する本発明の光通信用発光ユニットＡを
作製した。

【００６１】このようにして得た発光ユニットＡについ
て、それによる光信号の伝送具合および光信号の分離具
合を次のようにして評価した。

【００６２】発光ユニットＡに、φ 0.3ｍｍの長さ５ｍ
の光ファイバーを発光ユニットＡの発光素子のマトリッ
クス状の配置に対応させて 200本束ねた光媒体を、ＢＮ
Ｃコネクターを用いて接続した。光媒体のもう一方に
は、発光ユニットＡと同じマトリックス状に形成したＩ
ｎＧａＡｓホトダイオードからなる受光素子を有する光
通信用受光ユニットを接続した。そして、発光ユニット
Ａの各発光素子に10μｓｅｃの電力パルス信号を入力し
て１つの発光素子からの単発パルス光信号を出力させ、
その光信号を光媒体を介して受光ユニットで受光して、
受光ユニットからの出力信号を、出力の有無と受光ユニ
ットにおける受光番地とを各発光素子毎に走査しながら
メモリーに記録して測定した。

【００６３】その測定データを元にして、受光検出回数
／発光素子数を計算して光信号がどの程度伝送されてい
るかを示す光信号伝達度を求め、（単番地受光回数／発
光素子数）×（１／光信号伝達度）を計算して隣り合う
発光素子の光信号がどの程度混ざらずに分離されている
かを示す光信号分離度を求めた。また、これら光信号伝
達度および光信号分離度の評価基準は、いずれも70％以
上を良好とした。

【００６４】その結果、本発明の発光ユニットＡによれ
ば、全ての光信号が完全に伝送され、かつ完全に分離さ
れており、光信号伝達度および光信号分離度がともに 1
00％と優れた伝送特性を示すことが確認できた。

【００６５】〔例２〕本例においては、〔例１〕と同様
に発光ユニットを作製するのに際し、マトリックス状に
形成した抵抗発熱体に替えてスパッタリング法により同
じ面積にＴａＳｉＯ₂からなる厚み 0.1μｍの一様な抵
抗発熱体を形成し、共通電極と透明信号電極とが交差し
た公差部分が 100μｍ× 100μｍの発光素子として機能
する、素子非分離型の発光素子を有する本発明の光通信
用発光ユニットＢを得た。

【００６６】なお、この発光素子においても、比抵抗が
50,000μΩ・ｃｍ、それぞれの発光素子の素子抵抗値が
500Ω、１素子当たり駆動電力が 0.8Ｗ／ｄｏｔとなる
ようにした。

【００６７】この発光ユニットＢの伝送特性を〔例１〕
と同様にして測定して評価したところ、発光ユニットＢ
によれば、90％以上の光信号が完全に伝送されており
（光信号伝達度90％以上）、また81％以上の光信号が完
全に分離されていて（光信号分離度81％以上）、良好な
伝送特性を示すことが確認できた。

【００６８】〔例３〕本例においては、〔例１〕と同様
に発光ユニットを作製するのに際し、蛍光材料としてＢ
ａ₂Ｓを用いた長さ15ｍｍ×幅15ｍｍの蛍光板を導光窓
の上面に透明なアクリル接着剤を用いて取り付けて、抵
抗発熱体からの発光を波長 500ｎｍの光に変換して出力
する本発明の光通信用発光ユニットＣを得た。

【００６９】この発光ユニットＣの伝送特性を、受光ユ
ニットの受光素子を受光部の面積が10ｍｍ×10ｍｍで20
万画素のＣＣＤに替えて〔例１〕と同様にして測定して
評価したところ、発光ユニットＣによれば、全ての光信
号が完全に伝送され、かつ完全に分離されており、光信
号伝達度および光信号分離度がともに 100％と優れた伝
送特性を示すことが確認できた。

【００７０】〔例４〕本例においては、〔例２〕と同様
に発光ユニットを作製するのに際し、〔例３〕と同様に
Ｂａ₂Ｓを用いた蛍光板を取り付けて、抵抗発熱体から
の発光を波長500ｎｍの光に変換して出力する本発明の
光通信用発光ユニットＣを得た。

【００７１】この発光ユニットＤの伝送特性を〔例３〕
と同様にして測定して評価したところ、発光ユニットＤ
によれば、光信号の85％が伝送され（光信号伝達度85
％）、かつ70％以上の光信号が完全に分離されていて
（光信号分離度70％以上）、良好な伝送特性を示すこと
が確認できた。

【００７２】〔例５〕ガラスエポキシからなる長さ20ｍ
ｍ×幅20ｍｍ×厚み５ｍｍの支持体の上に、ＧａＡｓ基
板を載置し、基板端部から発光部となる領域にかけてｎ
ドープＧａＡｓにより幅 100μｍ×厚み１μｍの30本の
共通電極群を形成した。

【００７３】次いでこの共通電極群上にＡｌＧａＡｓ／
ＧａＡｓＬＥＤからなる幅 100μｍ×長さ 100μｍの発
光素子を、ＭＯＣＶＤ法およびエッチング加工によりそ
れぞれ30個ずつ形成し、30×30個のマトリックス状に配
置した。これらの発光素子は１つずつが分離された素子
分離型であり、それぞれの発光波長が 640ｎｍ、１素子
当たり駆動電力が 0.5Ｗ／ｄｏｔとなるようにした。

【００７４】そしてこのマトリックス状の発光素子の上
に、ＩＴＯからなる幅 100μｍ×厚み１μｍの30本の透
明信号電極をスパッタリング法で成膜した後エッチング
加工することにより20μｍ間隔で、共通電極群と直交
し、かつ各共通電極上の30個の発光素子とそれぞれ接続
するように基板端部まで配列して透明信号電極群を形成
した。

【００７５】さらに、〔例１〕と同様に導光窓を載置し
て封止し、30×30個のマトリックス状の発光素子を有す
る本発明の光通信用発光ユニットＥを作製した。

【００７６】このようにして得た発光ユニットＥの伝送
特性を〔例３〕と同様にして測定して評価したところ、
発光ユニットＥによれば、全ての光信号が完全に伝送さ
れ（光信号伝達度 100％）、かつ完全に分離されており
（光信号分離度 100％）、優れた伝送特性を示すことが
確認できた。

【００７７】〔例６〕〔例１〕の発光ユニットＡを有す
る送信装置を持つサーバ（送信）側コンピュータと、同
じく〔例１〕の受光ユニットを有する受信装置を持つク
ライアント（受信）側コンピュータとの間で、 600ドッ
ト× 400ドットで 512色の画像データをサーバ側コンピ
ュータからクライアント側コンピュータへ光通信により
伝送するシステムを構築した。サーバ側の発光ユニット
とクライアント側の受光ユニットとの間では、発光素子
と受光素子との対応番地が、送信装置および受信装置の
対応復元回路を用いてあらかじめ対応付けされている。

【００７８】発光ユニットは、走査方向に対して連続す
る３素子毎に赤・緑・青の階調信号に割り当てられてお
り、各々３つの階調信号で各色８階調ずつを表示でき、
１画素当たりで連続した９つの発光素子が駆動されるこ
とによって、最大 512色の表示が可能となっている。ま
た発光素子は30行×30列のマトリックス状の構成であ
り、３行分の発光素子で10画素分の画像データに相当す
る。この発光素子に対して、１行分を同時に１μｓｅｃ
でパルス駆動し、引き続いて２行目・３行目と駆動して
いくことにより、１画素当たり 0.3μｓｅｃ毎に光信号
が伝送されることと等価になる。

【００７９】このような本発明の光通信システムを用い
て、サーバ側およびクライアント側コンピュータ間で
〔例１〕に用いた光ファイバーを介して光通信を行なっ
てデータを伝送したところ、１画面（ 600ドット× 400
ドット）を72ｍｓｅｃで伝送することができた。またこ
のとき、信号の誤伝達は発生しなかった。

【００８０】〔例７〕〔例５〕の発光ユニットＥを有す
る送信装置を持つサーバ側コンピュータと、同じく〔例
５〕の受光ユニットを有する受信装置を持つクライアン
ト側コンピュータとの間で、 600ドット× 400ドットで
512色の画像データをサーバ側コンピュータからクライ
アント側コンピュータへ光通信により伝送するシステム
を構築した。サーバ側の発光ユニットとクライアント側
の受光ユニットとの間では、発光素子と受光素子との対
応番地が、送信装置および受信装置の対応復元回路を用
いてあらかじめ対応付けされている。

【００８１】発光ユニットは、走査方向に対して連続す
る３素子毎に赤・緑・青の階調信号に割り当てられてお
り、各々３つの階調信号で各色８階調ずつを表示でき、
１画素当たりで連続した９つの発光素子が駆動されるこ
とによって、最大 512色の表示が可能となっている。ま
た発光素子は30行×30列のマトリックス状の構成であ
り、３行分の発光素子で10画素分の画像データに相当す
る。この発光素子に対して、１行分を同時に 0.1μｓｅ
ｃでパルス駆動し、引き続いて２行目・３行目と駆動し
ていくことにより、１画素当たり0.03μｓｅｃ毎に光信
号が伝送されることと等価になる。

【００８２】このような本発明の光通信システムを用い
て、サーバ側およびクライアント側コンピュータ間で
〔例１〕に用いた光ファイバーを介して光通信を行なっ
てデータを伝送したところ、１画面（ 600ドット× 400
ドット）を 7.2ｍｓｅｃで伝送することができた。また
このとき、信号の誤伝達は発生しなかった。

【００８３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｍ
×Ｎ個のマトリックス状に配置した発光素子を走査駆動
して発光させることにより、複数の光束により一度に複
数の光信号を伝送することができる、大量の情報を高密
度でかつ高速に伝送することが可能な光通信用発光ユニ
ットを提供することができた。そして、このような発光
ユニットを用いることにより、光通信の高速・高密度化
が達成できた。

【００８４】また本発明によれば、マトリックス状の複
数の発光素子に抵抗発熱体を用いることにより、製造が
簡便でかつ容易となり、大量の情報を高密度でかつ高速
に伝送しうる、低コストの光通信用発光ユニットを提供
することができた。

【００８５】さらに本発明によれば、マトリックス状の
発光素子により複数の光信号を送信する発光ユニット
と、その光信号に対応するマトリックス状の受光ユニッ
トと、それらを制御する回路とを具備する光通信システ
ムにより、大量の情報を高密度でかつ高速に伝送するこ
とができる光通信システムを提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光通信用発光ユニットの一実施例を示
す斜視図である。

【図２】本発明の光通信用発光ユニットの一実施例のＡ
−Ａ断面図である。

【図３】本発明の光通信用発光ユニットにおけるＭ×Ｎ
個のマトリックス状の発光素子の発光状態を模式的に示
した説明図である。

【図４】本発明の光通信用発光ユニットにおける発光素
子の駆動電圧印加と昇温・放熱時間との関係を示す線図
である。

【図５】本発明の光通信システムの概略構成図である。

【図６】本発明の光通信システムにおける回路ならびに
信号の対応図である。

【図７】本発明の光通信システムにおいて発光−受光番
地対応表を作成する作業手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１・・・・・光通信用発光ユニット３・・・・・絶縁性基板４・・・・・共通電極５・・・・・透明信号電極６・・・・・発光素子 16・・・・・光媒体 17・・・・・信号変調回路 18、22・・・対応復元回路 20・・・・・光通信用受光ユニット 23・・・・・信号復調回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06 10/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁性基板上にＭ本（Ｍ≧２）の共通電
極を平行に配列して共通電極群を形成し、該共通電極群
と直交するようにＮ本（Ｎ≧２）の透明信号電極を平行
に配列して信号電極群を形成し、これら共通電極群と信
号電極群との間に発光部材を配してＭ×Ｎ個のマトリッ
クス状の発光素子と成したことを特徴とする光通信用発
光ユニット。
【請求項２】発光部材が抵抗発熱体から成ることを特
徴とする請求項１記載の光通信用発光ユニット。
【請求項３】伝送情報電気信号をＭ×Ｎ個のマトリッ
クス状の光信号に変換するための信号変調回路が接続さ
れた請求項１または請求項２記載の光通信用発光ユニッ
トと、前記マトリックス状の光信号を元の伝送情報電気
信号に変換するための信号復調回路が接続されたＰ×Ｑ
（Ｐ≧Ｍ、Ｑ≧Ｎ）個のマトリックス状の受光素子を有
する光通信用受光ユニットとを、光信号を伝送する光媒
体を介して接続するとともに、前記発光ユニットと受光
ユニットにおけるマトリックス状の光信号の番地を１対
１に対応させて復元するための対応復元回路を、前記信
号変調回路と信号復調回路とに接続したことを特徴とす
る光通信システム。