JPH11331086A

JPH11331086A - 光信号伝送システム

Info

Publication number: JPH11331086A
Application number: JP13868898A
Authority: JP
Inventors: Masao Kasahara; 征夫笠原
Original assignee: Teratec Corp
Current assignee: Teratec Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】計測装置や医療機器等、信号線が電磁界の影
響を受けやすい機器において、信号線を引き回すことは
電磁誘導や電磁界妨害などによるノイズの妨害を受け易
くなる。また配線を行うためのスペースが必要であり、
製造工数を増やす。【解決手段】筺体内のある位置に光源を設け、送信側
は送信信号により変調して筺体内に拡散して放射する。
受信側はこの放射された光信号を受信して、この光信号
に対応する符号系列をもつ復調部のみが光信号を復調し
て受信する。光信号の筺体内の空間内の伝搬のみで信号
伝搬ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計測装置あるいは
医療機器等の電子機器が内蔵された装置内部の信号伝送
に利用する。特に、筺体内に複数の回路素子が搭載され
た基板が実装され、この基板間等において信号伝送を行
う装置において、電気配線あるいは光ファイバ等の配線
を介することなく光信号により信号伝送を行う光信号伝
送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の計測装置内における信号伝
送方法を概念的に示すものである。図６において、符号
１は計測装置の筺体を示し、複数のプリント基板２、
３、４、５が、それぞれコネクタ９、１０、１１、１２
に収納されている。そして、これらのコネクタ９、１
０、１１、１２は共通の基板８に取りつけられ、共通の
基板８に、４枚のプリント基板２〜５が実装される。各
プリント基板２〜５には、ＩＣ等の回路素子６、７が実
装されている。

【０００３】各コネクタ９〜１２は、必要に応じてリー
ド線１３、１４によって接続され、あるいは共通の基板
８に設けられたプリント配線（例えばバス配線）などに
より接続されて、基板に実装されている電子機器間で信
号伝送を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電子機器等の筺体内に
おける信号線の引回しは、筺体内の各所で発生する電磁
界の影響を受けやすく、雑音として信号線に重畳されや
すい。特に、微小信号を処理しなければならない計測装
置や医療機器等においては、その雑音の影響を極力小さ
くする必要があるため、雑音からの遮蔽が大きな問題と
なる。従来はこれらの信号線の引回しは主にリード線の
結線によって行われていた。しかし、この場合、リード
線の遮蔽が十分ではないため、しばしば雑音による妨害
の問題があった。また、共通基板に信号配線を行う場合
も同様であって、配線間の電磁誘導、電源ラインとの間
の電磁誘導等によって雑音が混入することがあり、精密
な計測の障害になる問題があった。

【０００５】また、コネクタ間をリード線で接続する作
業を行うことは、製造工数を増やすことにもなり、リー
ド線を配線することによって筺体内のスペースを有効利
用できない問題もある。また基板を変更することによっ
て信号伝送の対象装置が変更となるときは、その都度リ
ード線を新たに配線しなおしたり、共通基板の信号配線
を変更する必要があり、複雑な作業が必要であり、誤り
配線が生ずるおそれもあった。

【０００６】本発明は、上述の問題を解決するもので、
複雑な電子装置内においても雑音の妨害を受けることな
く、伝送信号の質を充分に保ちながら、安全な信号授受
を行うことができ、特に微小な信号の計測、扱いに問題
が生じない信号伝送システムを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点で
は、一つの筺体内に複数の電子機器が収納され、これら
複数の電子機器間において信号伝送を行う手段を備えた
信号伝送システムにおいて、信号源からの信号により変
調された光信号を拡散し筺体内の空間に放射する１また
は複数の光源と、この光源からの光信号を受信し、対応
する光源からの光信号のみを復調出力する１または複数
の受信手段とを備えたことを特徴とする。

【０００８】また、光源は、放出する光ビームを拡散整
形する光ビームディフューザを備えることができ、ま
た、変調信号は、スペクトル拡散信号またはＣＤＭＡ変
調された信号であることができる。

【０００９】また、光信号の伝送を行う光源は、特定の
信号系列により変調された信号の送信を行う手段を備
え、この光源からの光信号を受信する受信手段は光源の
変調信号と同一信号系列による復調手段を含むことがで
きる。

【００１０】また、筺体内の天井または内側面に一つま
たは複数の光源が配置され、これらの光源からの光信号
を拡散して筺体内に放射され、１または複数の受信手段
の受光素子は、これらの光源から放射された光信号を受
信できる位置に配置されることができる。

【００１１】また、本発明の別の観点は、信号処理回路
を含む複数の回路素子が基板に実装され、複数の基板が
一つの筺体内に並列に配設して実装された電子機器内蔵
装置において、上記筺体の天井または内側面に一つまた
は複数の光源が配設され、前記複数の基板の少なくとも
一つは、この光源の光信号を受光できる位置に受光素子
が配置され、受信光信号を復調する復調手段を含む受信
手段を備え、前記光源は、スペクトル拡散信号またはＣ
ＤＭＡ変調された変調信号により直接変調される発光素
子と、この発光素子の光信号を拡散整形して筺体内の空
間に放射する光ビームディフューザとを備え、前記受信
手段は、前記光源と同一のキーまたは信号系列を有する
基板の受信手段のみが対応する光源からの光信号を受信
復調可能に構成されたことを特徴とする。

【００１２】本発明においては、複雑でしかも発生する
雑音の多い電子装置内においても、電気配線あるいは光
ファイバなどの配線を引き回すことなく、希望する信号
の品質を損なうことなく、信号の授受を行うことができ
る。すなわち、伝送しようとする信号を半導体レーザ、
スーパールミネセントダイオード、発光ダイオード等の
発光素子により光信号に変換し、筺体内の空間を利用し
て光信号の伝搬、受光し筺体内で信号を伝搬させる。こ
の光信号の伝搬においては、光信号を変調することによ
り雑音の影響をほとんど受けることなく、伝搬させるこ
とができる。この変調方法としては、スペクトル拡散信
号あるいはＣＤＭＡ（コードディビジョンマルチプルア
クセス）変調された信号を変調信号として用いることに
よって行われるもので、これにより、筺体内の各種の受
信手段のうち、信号光のコードと一致したコードをもっ
た信号のみが受光復調されるため、特定の発光素子、受
光素子間を光ファイバ等により結線することなく、自動
的にコードの一致した端子間で光信号の授受を行うこと
ができる。また、光源からの光信号を拡散均一化して放
射するため、通信を行う特定の光源と受光素子との間の
光軸合わせ等も必要とせず、また、筺体内の特定の光源
と受光素子間とを光ファイバ等により結線する作業も必
要としない。また、光信号を用いるため、基本的に電気
信号線による相互干渉がなく、電磁誘導、電磁界妨害に
よる影響を除くことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００１４】図１は、本発明の第一の実施の形態を示す
ものであり、計測装置内の信号伝送システムとして構成
したものである。符号２１が計測装置の筺体を示す。そ
の筺体内は、図６と同じように、ＩＣ等の回路素子２
６、２７等が実装されたプリント基板２２、２３、２
４、２５が、コネクタ２９、３０、３１、３２に収納さ
れている。また、これらのコネクタ２９、３０、３１、
３２は共通の基板２８に取りつけられている。

【００１５】ここにおいて、筺体２１の天井部には、発
光ユニット３３が取りつけられており、各プリント基板
２２、２３、２４、２５上には発光ユニット３３に向か
って受光素子３４、３５、３６、３７が発光ユニット３
３からの光が届くように配置されている。なお、発光ユ
ニット３３は、筺体２１の天井部でなくても、受光素子
３４〜３７の全体が見渡せて光が届くような位置であれ
ばどこに配置されてもよい。

【００１６】図２は、発光ユニット３３の詳細構造を示
したものである。発光ユニットは、発光素子４１と光ビ
ームディフューザ４２（光ビームを拡散均一化する光学
素子）とから構成されている。発光素子４１としては、
半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ス
ーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等を用いる
ことができる。発光素子４１から出射された光は、光ビ
ームディフューザ４２で拡散され、また均一化されて、
図１に示す受光素子３４、３５、３６、３７に到達す
る。また、発光素子４１は、端子４３、４４によって電
源に接続され、直接変調される。なお、端子４５は、発
光素子４１の光パワー制御用モニタ信号受光素子の端子
を示す。発光素子４１を直接変調する変調信号は、スペ
クトル拡散信号あるいはＣＤＭＡ信号である。このスペ
クトラム拡散信号あるいはＣＤＭＡ信号が光信号に重畳
した信号として発光出力される。上述の発光素子のう
ち、信号識別においては、コヒーレント長の短いＳＬＤ
（スーパールミネッセントダイオード）が良好な結果を
示している。

【００１７】図１に示される本発明の実施の形態の特徴
は、発光ユニット３３を筺体の天井部に設け、スペクト
ル拡散変調信号あるいはＣＤＭＡ信号で変調された光信
号を光ビームディフューザ４２を通して、その光ビーム
を拡散均一化して内部のプリント基板に設けられた複数
の受光素子３４、３５、３６、３７に均一に到達させ、
受光素子３４〜３７を有する受信手段は、受信するキー
あるいは符号が合致する信号のみを逆拡散・復調し、発
光ユニット３３からの信号を受信するところにある。

【００１８】図３は、本発明による計測装置内の構成の
ブロック図を示した例である。

【００１９】筺体５１内に発光系５５と、受光系Ａ５９
と、受光系Ｂ６３とを備えた構成である。発光系は、信
号源５４と、その信号を拡散変調する変調器５３と、変
調信号を光信号に変換する発光ユニット５２とを備え
る。また、受光系Ａ５９は、受光素子Ａ５６と、逆拡散
復調する復調器５７と、信号処理回路５８を備える。同
様に受光系Ｂ６３は、受光素子Ｂ６０と、逆拡散復調す
る復調器５７と、信号処理回路６２とを備える。

【００２０】この装置での信号伝送動作を説明する。発
光ユニット５２から出射された光信号は、変調器５３に
よってスペクトル拡散信号に変調され、あらかじめ定め
られた系列（例えばＭ系列符号）信号形態で受光できる
受光系の受光素子でのみ受光される信号となっている。
例えば、発光ユニット５２から出射された光信号が、受
光系５９の受光素子Ａ５６の持つキー（拡散符号のキ
ー）に合致した符号をもった光信号であるとすると、発
光ユニット５２からの出射光信号の経路６４と６５のう
ち、経路６４だけが有効に働いて受光素子Ａ５６で受光
され、復調器５７で逆拡散復調される。経路６５による
光信号は、受光素子Ｂ６０は受光したとしても符号が合
致しないため、復調器６１によって逆拡散復調はされ
ず、受信しないことになる。

【００２１】このように、沢山の受光系が存在したとし
ても、確実に符号の一致する受光系にのみ信号を到達さ
せることができ、誤りが非常に少ない信号伝達が可能で
ある。また、光を信号伝搬媒体とするため、電気的な雑
音が混入しにくく、Ｓ／Ｎ比を向上することができ、耐
雑音特性の高い信号伝送システムを構築できる。

【００２２】図４は、本発明の別の実施の形態を示すブ
ロック図であり、二つの発光系と二つの受光系を備えた
例である。筺体７０の中には、発光系Ａ７４、発光系Ｂ
７８、受光系Ａ８２、受光系Ｂ８６を備えている。発光
系Ａ７４は、信号源７３とその信号を拡散変調する変調
器７２と、変調信号を光信号に変換する発光ユニットＡ
７１とを備える。また、発光系Ｂ７８についても同様
に、信号源７７と拡散変調を行う変調器７６と、発光ユ
ニットＢ７５を備えている。また、受光系についても図
３と同様に、受光系Ａ８２は受光素子Ａ７９と復調器８
０と信号処理回路８１とを備え、受光系Ｂ８６も受光素
子Ｂ８３と復調器８４と信号処理回路８５とを備える。

【００２３】その動作を説明する。発光ユニットＡ７１
から出射された光信号は、変調器７２によってスペクト
ル拡散信号に変調され、あらかじめ定められた系列（例
えばＭ系列符号）信号形態で受光できる受光系でのみ受
光復調される。例えば、発光ユニットＡ７１から出射さ
れた光信号が、受光素子Ａ７９のもつキーに合致した符
号をもった光信号であったとすると、発光ユニットＡ７
１からの出射光の経路８８、９０のうち、経路８８だけ
が有効に働いて受光素子Ａ７９が受光し、復調器８０で
復調されることになる。経路９０による光信号は、符号
が合致しないため、受光素子Ｂ８３が受光したとして
も、復調されない。発光ユニットＢ７５から出射された
光信号についても同様のことがいえ、キーが合致する受
光素子Ｂ８３でのみ受光復調される。このような構成に
することによって、沢山の受光系が存在しても、確実に
符号の一致する受光系にのみ信号を伝送することがで
き、誤りは非常に少ない信号伝送が可能となる。そのう
え、光を信号伝搬媒体としているため、電気的な雑音が
混入しにくく、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。ま
た、対応する発光系と受光系、例えば発光ユニットＡ７
１と受光素子Ａ７９との間を光ファイバ等の光伝送配線
で接続する配線作業も必要としない。

【００２４】いま、符号として、６３ビットＭ系列信号
で拡散させた信号を用い、発光波長０．７８μｍのＳＬ
Ｄ（光出力２ｍＷ）を用いて光信号に変換し、散光角度
６０度の光ビーム整形ディフューザおよび光アッテネー
タを用いて空間を伝搬させた。図５は、用いた光ビーム
整形ディフューザの拡散角に対する照度特性を示す。約
６０度の範囲で比較的ガウス分布に近い形で光が拡散し
ている様子がわかる。用いた光ビーム整形ディフューザ
はホログラフィー技術を応用したものであるが、光ビー
ム整形ディフューザとしては、ビーム拡散機能をもつ光
学素子（光学部品）であれば、どのようなものでもよ
い。

【００２５】受光系は、Ｓｉフォトダイオードを受光素
子として受光し、逆拡散した後復調信号を得た。実験に
用いた系は、図４に示した構成で、受光系Ａ８２とし
て、クロック信号の、受光系Ｂ８６として入力信号の受
光に用いた。実験の結果、受光系Ａ８２と受光系Ｂ８６
との間のクロストークは８０ｄＢ以上が得られ、微小信
号の伝送において優れた特性を得た。

【００２６】なお、符号系列として、１２７ビット以上
では、拡散符号間の同期が困難であるため、計測装置等
への応用には適していないと判断される。また３ビット
以下では同期は容易であるが、符号の捕捉に難点があ
り、適していないと判断される。

【００２７】なお、実験では、ＳＬＤを用いたがＬＥ
Ｄ、ＬＤを用いてもよい。ＳＬＤの場合、コヒーレント
長が短く、光強度が大きいために受光にゆとりをもつこ
とができ、本発明のような筺体内での光信号の伝送には
適する。また、光ビームディフューザは、発光素子から
の出射光を均一に受光素子に到達させるためのものであ
り、この光ビームディフューザを用いることにより、筺
体内の空間を用いて光伝搬を確実に行うことができる点
で大きな利点があり、また、光信号の伝送を行う個々の
受光素子と光源との光軸を合わせるようなことも必要が
ない。

【００２８】なお、上記実施の形態においては、信号源
から受信手段に対する１方向の信号の伝送の例で説明し
たが、プリント基板の電子機器間において相互通信を光
信号の伝送で行うこともできる。例えば、図１におい
て、プリント基板同士で信号の授受を行おうとするとき
は、受光素子３４、３５、３６、３７の位置に発光ユニ
ット３３と同じ機能を有する発光ユニットを設けて変調
された光信号を拡散均一化して放射し、発光ユニット３
３の位置にも複数の受信手段を設け、プリント基板の発
光ユニットから受信した光信号をさらに複数の発光ユニ
ットによって拡散均一化して放射して、いわば光信号の
中継器として発光ユニット３３を用いるようにすれば、
例えばプリント基板２２と、プリント基板２５とは、直
接に光学的に結合することがなくても、相互に通信を行
うことができる。この場合、スペクトラム拡散信号やＣ
ＤＭＡ信号の符号系列は、送信と受信とは違うものとす
ればよい。また、筺体内面の天井部や側面に反射板を設
けて光を反射して均一にプリント基板の受光素子に光信
号が到達するようにしたり、あるいは内面全体が光が反
射するような構成にしておけば、プリント基板に光源を
設けて光信号を拡散放射しても、筺体内面で反射された
他のプリント基板に設けられた光信号送受信手段との間
で相互に光信号伝送を行うことができる。

【００２９】なお以上の説明は、計測装置のような筺体
内の計測用信号伝送信号の例で説明したが、医療機器あ
るいは、工作機械など、電子装置などの筺体内での光信
号伝送システムとしても利用できる。

【００３０】

【発明の効果】このように、本発明は、電磁界や電磁誘
導等の雑音の発生のある装置、あるいは環境の中で雑音
の影響をできるだけ抑止し、微小な信号処理を行うよう
な装置内での信号伝送システムとして、雑音の影響を小
さくしたシステムを実現できる。また、信号線のための
電気配線あるいは光ファイバ配線をも必要としないた
め、筺体内の空間を有効に利用でき、配線工数を低減す
る優れた効果がある。また、伝送装置間で符号の合致に
よって伝送機器間の対応関係を決めることができるた
め、配線間違い等の発生も防止できる。また、装置内部
の電子機器間で、例えば基板の取り替えを行った場合
に、新たに配線をし直す必要はなく、また、信号伝送を
行う対象機器の対応関係が異なるものとなった場合に
も、信号源と復調手段の信号系列を変更するようにＩＣ
等の部品あるいはソフトウエアの交換ですみ、複雑なリ
ード線やバス配線のし直し作業も必要がなくなる利点が
あり、誤り配線が生ずることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光信号伝送システムの一例を示す図。

【図２】発光ユニットの構成を示す図。

【図３】本発明の計測装置の実施の形態の一例を示すブ
ロック図。

【図４】本発明の計測装置の別の実施の形態の一例を示
すブロック図。

【図５】光ビームディフューザによる照度の拡散角依存
性を示す図。

【図６】従来の計測装置内の信号伝送システムを示す
図。

【符号の説明】

１、２１、５１、７０筺体２、３、４、５、２２、２３、２４、２５プリント基
板６、７、２６、２７回路素子９、１０、１１、１２、２９、３０、３１、３２コネ
クタ８、２８共通基板１３、１４リード線３３、５２、７１、７５発光ユニット３４、３５、３６、３７、５６、６０、７９、８３受
光素子４１発光素子４２光ビームディフューザ４３、４４、４５端子５３、７２、７６変調器５４、７３、７７信号源５５、７４、７８発光系５９、６３、８２、８６受光系５７、６１、８０、８４復調器５８、６２、８１、８５信号処理回路６４、６５、８７、８８、８９、９０経路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つの筺体内に複数の電子機器が収納さ
れ、これら複数の電子機器間において信号伝送を行う手
段を備えた信号伝送システムにおいて、信号源からの信号により変調された光信号を拡散し筺体
内の空間に放射する１または複数の光源と、この光源からの光信号を受信し、対応する光源からの光
信号のみを復調出力する１または複数の受信手段とを備
えたことを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項２】光源は、放出する光ビームを拡散整形す
る光ビームディフューザを備える請求項１記載の光信号
伝送システム。
【請求項３】変調信号は、スペクトル拡散信号または
ＣＤＭＡ変調された信号である請求項２記載の光信号伝
送システム。
【請求項４】光源は、特定の信号系列により変調され
た信号の送信を行う手段を備え、この光源からの光信号
を受信する受信手段は光源の変調信号と同一信号系列に
よる復調手段を含む請求項３記載の光信号伝送システ
ム。
【請求項５】筺体内の天井または内側面に一つまたは
複数の光源が配置され、これらの光源からの光信号は拡
散して筺体内に放射され、１または複数の受信手段の受光素子は、これらの光源か
ら放射された光信号を受信できる位置に配置された３ま
たは４記載の光信号伝送システム。
【請求項６】信号処理回路を含む複数の回路素子が基
板に実装され、複数の基板が一つの筺体内に並列に配設
して実装された電子機器内蔵装置において、上記筺体の天井または内側面に一つまたは複数の光源が
配設され、前記複数の基板の少なくとも一つは、この光源の光信号
を受光できる位置に受光素子が配置され、受信光信号を
復調する復調手段を含む受信手段を備え、前記光源は、スペクトル拡散信号またはＣＤＭＡ変調さ
れた変調信号により発光素子を直接変調する手段と、こ
の変調された光信号を拡散整形して筺体内の空間に放射
する光ビームディフューザとを備え、前記受信手段は、前記光源の変調信号と同一のキーまた
は信号系列を有する基板の受信手段のみが対応する光源
からの光信号を受信復調可能に構成されたことを特徴と
する電子機器内蔵装置。