JPWO2007097111A1 - 車載光通信システムおよび車載光送信機 - Google Patents

Abstract

車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう車載光通信システムは、第１の光送信機と光受信機とを有している。第１の光送信機は、車両に設置され、活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、その第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する。光受信機は、車両に設置され、第１の光送信機と第１の光伝送路を介して接続され、第１の光送信機から送信された光信号を第１の光伝送路を介して受信する。

Description

本発明は、車載光通信システムおよびその光送信機に関する。

従来、車両には、オーディオ機器、ナビゲーションシステム、車外映像撮影用のカメラ等、多種にわたるデバイスが搭載されることが多くなっている。このような多数のデバイスを搭載する際、各種デバイス間を光伝送路で接続した車載光通信システムが構築される。ここで、このような車載光通信システムでは、伝達されるべき電気信号はＬＥＤ等を有する光源装置により光信号に変換され、光伝送路を通過する。

このような車載光通信システムにおける伝送速度は、現状では、２５〜５０Ｍｂｐｓ程度である。しかしながら、伝送速度の向上が求められており、今後、伝送速度は１Ｇｂｐｓに近づくと考えられる。

そこで、このような伝送速度の高速化の要求に対し、ＬＥＤにかえて面発光レーザを使用する試みが研究開発レベルで行なわれている（特開２００５−２６７７０号公報参照）。

車両内に車載光通信システムを搭載した場合には、過酷な環境下で車載光通信システムが使用されることとなる。すなわち、１２５℃程度での環境下での耐性が求められることとなる。しかしながら、従来の車載光通信システムに搭載される発振波長８５０ｎｍ帯の面発光レーザは、１２５℃程度の環境下での耐性が悪い。

そのため、発振波長８５０ｎｍ帯の面発光レーザを使用した場合には、車載光通信システムの信頼性を向上させることが困難となっている。

本発明の目的は、高い信頼性を有する車載光通信システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の移動通信システムは、車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう車載光通信システムであって第１の光送信機と光受信機とを有している。

第１の光送信機は、活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備えている。

第１の光送信機と光受信機とは車両に設置され、第１の光伝送路を介して相互に接続される。第１の光送信機は、第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する。光受信機は、第１の光送信機から送信された光信号を第１の光伝送路を介して受信する。

面発光レーザの発振波長と、信頼性との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる車載光通信システムを示す模式図である。 面発光レーザの断面を示す模式図である。 パッケージを示す斜視図である。 第１の実施形態の車載光通信システムに搭載された面発光レーザの変調動作の温度依存性を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態にかかる車載光通信システムを示す模式図である。 第２の実施形態の車載光通信システムの受光素子を示す模式図である。 第２の実施形態の車載光通信システムの面発光レーザを示す模式図である。 本発明の第３の実施形態にかかる車載光通信システムを示す模式図である。 第３の実施形態にかかる車載光通信システムの受光素子を示す模式図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

本発明者らは、過酷な環境下で面発光レーザの耐性が悪化する原因としては、温度上昇に伴う活性層内での結晶欠陥の増殖があげられると考えた。

過酷な環境下で高い信頼性を有する車載光通信システムを提供するためには、面発光レーザの活性層内での結晶欠陥の増殖を抑制することが重要であると考えた。

従来の８５０ｎｍ帯の面発光レーザでは、一般に活性層は、ＧａＡｓ量子井戸層と、ＡｌＧａＡｓ障壁層とで構成されているため、結晶欠陥が増殖し易くなっていることがわかった。特に、環境温度が上がったり、電流密度が上昇したりした場合には、結晶欠陥の増殖は顕著に増加し、面発光レーザの寿命は顕著に低下する。

そこで、本発明者らは、結晶欠陥の増殖と、発振波長（すなわち、量子井戸層を構成するＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ層中のＩｎ組成比）との関係を検討した結果、図１に示す結論を得ることができた。

図１に示すように、Ｉｎ組成比を増加させ、Ｉｎ組成比を０．１５≦ｘ≦０．３５とし、発振波長を１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下とすることで、面発光レーザの信頼性が大きく改善できることを見出した。図１は、各Ｉｎ組成比（発振波長）の面発光レーザを想定し、所定値の電流を流した場合に、光の強度が２０％低下するまでにかかる時間をシミュレーションしたものである。縦軸の信頼性は、光の強度が２０％低下するまでにかかる時間を相対値で示している。図１においては、縦軸の信頼性の値が４８以上であることが必要とされている。なお、図１の発振波長８５０ｎｍの面発光レーザの量子井戸層のＩｎ組成比は０である。

発振波長１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下の領域においては、Ｉｎ添加効果により、結晶欠陥の増殖がピンニングされ、結晶欠陥の増殖が抑制されたと考えられる。これに加え、ＩｎＧａＡｓ自身の微分利得の高さから面発光レーザの駆動電流量が大幅に低減でき、これにより、面発光レーザの活性層中の温度の上昇が抑制され、信頼性が飛躍的に高まったとも考えられる。

なお、図１は、環境温度を１００℃、伝送速度１Ｇｂｐｓと設定した場合のものであるが、環境温度を１２５℃とした場合にも同様の結果が得られることがわかっている。

本発明の実施形態による車載光通信システムは、光源装置を備えた光送信部、光送信部からの光を伝送する伝送部、及び伝送部によって伝送された光を受信する光受信部を備えている。そして、車載光通信システムは、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送を行なうものである。光源装置は、ＧａＡｓ基板と、このＧａＡｓ基板上に形成された活性層とを有する面発光レーザを有し、活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、前記面発光レーザの発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下である。

この構成によれば、面発光レーザの活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、面発光レーザの発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下としている。そのため、このような面発光レーザは、過酷な温度環境下においても高い信頼性を有する。従って、このような面発光レーザを車載光通信システムに使用することで、高い信頼性を有する車載光通信システムを提供することができる。

なお、特開平１０−２３３５５９号に示すように、Ｉｎ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ量子井戸層を有する活性層を備えた面発光レーザは知られている。しかしながら、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ量子井戸層のＩｎ組成比を０．１５≦ｘ≦０．３５とし、発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下とすることで、環境温度に対する耐性が上昇し、過酷な温度環境下においても高い信頼性を示すことは従来全く知られていなかった。すなわち、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下の面発光レーザを車載光通信システムに適用することで、高い信頼性を有する車載光通信システムを提供することができるということは、従来、全く想定できなかったのである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図２に本発明にかかる車載光通信システム１が示されている。

この車載光通信システム１は、光源装置１４を備えた光送信部１１、光送信部１１からの光を伝送する伝送部１２、及び伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部１３を備え、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ伝送を行なうものである。

光源装置１４は、図３に示すように、ＧａＡｓ基板１５１と、このＧａＡｓ基板１５１上に形成された活性層１５４とを有する面発光レーザ１５を有する。活性層１５４はＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、面発光レーザ１５の発振波長が１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下である。

以下に、車載光通信システム１の詳細について述べる。

光送信部１１は、例えば、車外映像撮影用のカメラに搭載されており、前記カメラで撮像した画像に基づく電気信号が導入されるものである。

光送信部１１は、光源装置１４と、この光源装置１４を駆動する駆動回路１６とを備える。駆動回路１６には、前記カメラで撮像した画像に基づく電気信号が導入され、この電気信号に基づいて、光源装置１４の面発光レーザ１５の発光が変調される。

面発光レーザ１５は、図３に示すように、半導体基板としてのＧａＡｓ基板１５１と、このＧａＡｓ基板１５１上に設けられた第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５２と、この第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５２上に設けられたクラッド層１５３と、クラッド層１５３上に設けられた活性層１５４と、活性層１５４上に設けられた第２のクラッド層１５５と、第２のクラッド層１５５上に設けられた電流狭窄層１５６と、電流狭窄層１５６上に設けられた第２のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層１５７と、を備える。

この面発光レーザ１５は、垂直共振器型である。

第１のＤＢＲ層１５２は、ｎ型ＡｌＧａＡｓ膜と、ｎ型のＧａＡｓ膜とを交互に積層したｎ型半導体多層膜である。

クラッド層１５３は、例えば、ＧａＡｓ層である。

活性層１５４は、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層と、ＧａＡｓ障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：多重量子井戸）層である。本実施形態では、量子井戸層は、Ｉｎ_０．２５Ｇａ_０．７５Ａｓ層で構成され、面発光レーザ１５の発振波長は１０７０ｎｍである。

また第２のクラッド層１５５は、例えば、ＧａＡｓ層である。

電流狭窄層１５６は、ＡｌＡｓ層である。この電流狭窄層１５６には、低抵抗領域１５６Ａが形成されている。この低抵抗領域１５６Ａは、低抵抗領域１５６Ａよりも抵抗値が高く、水蒸気酸化工程によって形成される高抵抗領域（酸化領域）１５６Ｂに挟まれるようにして形成されている。

第２のＤＢＲ層１５７は、ｐ型のＡｌＧａＡｓ膜と、ｐ型のＧａＡｓ膜とを交互に積層したｐ型半導体多層膜である。

第２のＤＢＲ層１５７上には、上部電極１５８が配置され、また、第１のＤＢＲ層１５２上に下部電極１５９が設置されている。

このような面発光レーザ１５は、ＭＯＶＰＥ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）やガスソースＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）等により、ＧａＡｓ基板１５１上に各層１５２〜１５７を順に積層することで形成される。

ここで、光源装置１４の面発光レーザ１５と、駆動回路１６とは、図４に示すように、パッケージ１７内に密閉されている。パッケージ１７は、プラスチック製あるいは金属製であり、円筒形状である。このパッケージ１７の底面に面発光レーザ１５と、駆動回路１６とが固定されている。パッケージ１７内には、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲル（例えば、シリコン系の液体あるいはゲル）が注入されている。

再度、図２を参照して説明する。

伝送部１２は、光源装置１４の面発光レーザ１５からの光信号を伝送するものであり、例えば、ポリマークラッド光ファイバ（ＰＣＦ）等の光ファイバである。

光受信部１３は、伝送部１２からの光信号を受信するものであり、受光素子１３１と、増幅回路１３２と、符号形成回路１３３とを有する。

受光素子１３１は、面発光レーザ１５から発振される１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの光を受光できるものであればよい。

受光素子１３１にて、光信号が電気信号に変換され、受光素子１３１にて変換された電気信号が、増幅回路１３２、符号形成回路１３３を通じて復号される。

ここで、光受信部１３は、例えば、車両内に設置されたモニタ等に搭載される。そして、光受信部１３で復号化された電気信号は、車両内に設置されたモニタ等に伝達されることとなる。

このような車載光通信システム１において、伝送部１２を１０ｍのポリマークラッド光ファイバ（ＰＣＦ）としたところ、環境温度−４０℃〜１２５℃において伝送速度１Ｇｂｐｓとすることができた。また、環境温度１００℃においては、５０００時間の信頼性（光の強度が２０％低下するまでに５０００時間かかった）を得ることができた。

さらに、以上のような車載光通信システム１に搭載された面発光レーザ１５の変調動作の温度依存性に関する実験を行なった。

結果を図５に示す。１５０℃の高温下においても４Ｇｂｐｓの高速動作を行なうことができることが確認できる。

本実施形態によれば、面発光レーザ１５の活性層１５４がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有し、面発光レーザ１５の発振波長を１０００ｎｍ以上、１１００ｎｍ以下としている。そのため、このような面発光レーザ１５は、過酷な温度環境下においても高い信頼性を有する。従って、このような面発光レーザ１５を車載光通信システム１に使用することで、高い信頼性を有する車載光通信システム１を提供することができる。

さらに、本実施形態では、面発光レーザ１５と、駆動回路１６とは、パッケージ１７内に収容されており、さらに、このパッケージ１７内には、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている。このパッケージ１７内の液体あるいはゲルにより、車体内での振動を吸収することができる。

また、本実施形態では、パッケージ１７内の液体あるいはゲルを、シリコン系の液体あるいはゲルとしている。シリコン系の液体あるいはゲルは熱伝導性に優れるため、面発光レーザ１５の活性層１５４で発生した熱をすばやく拡散することができる。これにより、面発光レーザ１５の劣化を確実に防止することができる。

また、シリコン系の液体あるいはゲルは、屈折率が１よりも大きいため、面発光レーザ１５の出射光がパッケージ１７内で拡がらずに直進し、伝送部１２の光ファイバとの結合損失を低減させることができる。具体的には、パッケージ１７内にシリコン系の液体あるいはゲルを注入することで、パッケージ１７を設けない場合に比べ、結合損失を２ｄＢから１ｄＢに半減させることができる。

（第２の実施形態）
図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施形態の車載光通信システム２は、前記実施形態と同様の光源装置１４を備えた光送信部１１、光送信部１１からの光を伝送する伝送部１２、及び伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部２３を備えるとともに、第２の光源装置を備えた第２の光送信部２１、第２の光送信部２１からの光を伝送する第２の伝送部２２を有する。

この車載光通信システム２では、１Ｇｂｐｓ以上の高速データ通信が行なわれる。

光送信部１１は、車３のサイドミラー３１、車３の車体３２のフロント部分、およびリア部分に取り付けられたカメラ３３内に固定されている。なお、図６に示す符号Ｔは車３のタイヤを示す。

伝送部１２は、各カメラ３３内の光送信部１１と、切替制御部３４とを接続するとともに、切替制御部３４とフロントモニタＦとを接続するものである。

切替制御部３４は、フロントモニタＦと、各カメラ３３内の光送信部１１との接続の切り替えを行なうものである。この切替制御部３４は例えば、光スイッチにより構成されている。

フロントモニタＦ内には、光受信部２３が設置されている。これにより光信号が電気信号に変換され、フロントモニタＦにカメラ３３で撮像した画像が表示される。なお、本実施形態では、フロントモニタＦと切替制御部３４とを別体で示しているが、これらは、一体化されていてもよい。

ここで、本実施形態では、光受信部２３は、前記実施形態の受光素子１３１にかえて図７に示すような受光素子２３４を有する。光受信部２３は、他の点においては、前記実施形態の光受信部１３と同様の構成である。

受光素子２３４は、８５０ｎｍ帯の波長の光と、１０００〜１１００ｎｍの波長の光とを受光することができる。

受光素子２３４は、半導体基板であるｎ型のＩｎＰ基板２３４Ａと、ＩｎＰ基板２３４Ａ上に設けられた光吸収層２３４Ｂと、この光吸収層２３４Ｂ上に設けられたキャップ層２３４Ｃとを有する。

なお、光吸収層２３４ＢとＩｎＰ基板２３４Ａとの間にバッファ層、増倍層、電界緩和層等があってもよい。

光吸収層２３４Ｂは、ＩｎＰ基板２３４Ａに格子整合したＩｎＧａＡｓ層で構成されている。

キャップ層２３４Ｃは、禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上の半導体材料、例えば、ＩｎＡｌＡｓで構成されている。キャップ層２３４Ｃ上にはｐ側電極２３４Ｅが設置されている。

ＩｎＰ基板２３４Ａの裏面には、ｎ側電極２３４Ｄが設けられている。

第２の光送信部２１は、８５０ｎｍ帯の光信号を送信するためのものであり、本実施形態では、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８の各機器に取り付けられている。

この第２の光送信部２１は、図示しないが各機器３６，３７，３８で発生する電気信号を受信する駆動回路と、この駆動回路により駆動される第２の光源装置を有する。

第２の光源装置は、図８に示すような面発光レーザ２４を有する。

この面発光レーザ２４は、半導体基板としてのＧａＡｓ基板２４１と、このＧａＡｓ基板２４１上に設けられた第１のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層２４２と、この第１のＤＢＲ層２４２上に設けられた下部クラッド層２４３と、下部クラッド層２４３上に設けられた活性層２４４と、活性層２４４上に設けられた上部クラッド層２４５と、この上部クラッド層２４５上に設けられた電流狭窄層２４６と、電流狭窄層２４６上に設けられた第２のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）層２４７と、を備える。

第１のＤＢＲ層２４２は例えば、Ａｌ０．１Ｇａ０．９ＡｓとＡｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓを交互に積層したｎ型半導体多層膜である。

下部クラッド層２４３は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層である。

活性層２４４は、ＧａＡｓ量子井戸層と、ＡｌＧａＡｓ障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ：多重量子井戸）層である。

上部クラッド層２４５は、例えば、ＡｌＧａＡｓ層である。

電流狭窄層２４６は、ＡｌＡｓ層である。この電流狭窄層２４６には、低抵抗領域２４６Ａが形成されている。この低抵抗領域２４６Ａは、低抵抗領域２４６Ａよりも抵抗値が高く、水蒸気酸化工程によって形成される高抵抗領域（酸化領域）２４６Ｂに挟まれるようにして形成されている。

第２のＤＢＲ層２４７はＡｌ_０．１Ｇａ_０．９ＡｓとＡｌ_０．９Ｇａ_０．１Ａｓとを交互に積層したｐ型半導体多層膜である。

また、第２のＤＢＲ層２４７上には、ｐ側電極２４８が設けられ、ＧａＡｓ基板２４１の裏面にはｎ側電極２４９が設けられている。

この面発光レーザ２４の発振波長は８５０ｎｍ帯である。この面発光レーザ２４は、図示しないが、面発光レーザ１５と同じく、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ内に収容されている。

再度図６を参照して説明する。

第２の伝送部２２は、リング状の光ファイバと、このリング状の光ファイバに接続された直線状の光ファイバとを有する。この第２の伝送部２２には、前述したＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８、さらには、モニタＭ、フロントモニタＦ、第２の切替制御部３５が接続されている。

第２の切替制御部３５は、ＴＶチューナ、ＤＶＤ装置、ＮＡＶＩ装置内の第２の光送信部２１と、モニタＭあるいは、フロントモニタＦとの接続の切替制御を行なうものである。第２の切替制御部３５も例えば、光スイッチで構成することができる。

なお、モニタＭ内にも光受信部２３が設置されている。

このような車載光通信システム２では、カメラ３３で撮像が行なわれると、撮像した画像に基づいて電気信号が発生し、この電気信号がカメラ３３内に配置された光送信部１１に送信される。光送信部１１では、駆動回路１６で電気信号を受信し、駆動回路１６により面発光レーザ１５が駆動することとなる。面発光レーザ１５から発振された１０００〜１１００ｎｍの光は、伝送部１２を通り切替制御部３４に送信される。そしてこの切替制御部３４を介してフロントモニタＦに光が送信されることとなる。フロントモニタＦ内の光受信部２３の受光素子２３４では、光信号を受信し、電気信号に変換する。変換された電気信号は、増幅回路１３２、符号形成回路１３３を通じて復号される。これにより、フロントモニタＦに画像が映し出されることとなる。

一方、ＴＶチューナ３６でデジタル衛星放送等の受信を行った場合や、ＤＶＤ装置３７や、ＮＡＶＩ装置３８で画像を取得した場合には、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８で映像信号、音声信号等の電気信号が生成される。これらの電気信号は、第２の光送信部２１の駆動回路に送信され、この駆動回路により面発光レーザ２４が駆動されることとなる。面発光レーザ２４では、８５０ｎｍ帯の光が発振され、この光信号は第２の伝送部２２を介して第２の切替制御部３５に送信される。そして、第２の切替制御部３５にて送出先が決定され、モニタＭあるいはフロントモニタＦに光信号が送信される。

モニタＭあるいはフロントモニタＦでは、受光素子２３４により光信号を受信し、光信号を電気信号に変換する。変換された電気信号は、増幅回路１３２、符号形成回路１３３を通じて復号される。これにより、フロントモニタＦあるいはモニタＭに画像が映し出されることとなる。

以上のような本実施形態の車載光通信システム２では、環境温度−４０℃〜１２５℃において、伝送速度１Ｇｂｐｓであることが確認された。

さらには、面発光レーザ１５の環境動作温度１００℃において５０００時間の信頼性を得ることができた（このとき、面発光レーザ２４の環境温度は５０℃とした。）
このような車載光通信システム２によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。

車両で送信される情報には、車両内のユーザの安全に関わる速報性が重要となる情報と、エンターテインメントに使用されるような速報性の低い情報とがある。これらの情報を同一波長帯で発信した場合には、情報の容量によって、ユーザの安全に関わる情報の伝達の遅延が発生する場合がある。

そこで、本実施形態では、ユーザの安全に関わる情報を面発光レーザ１５で光信号に変換し、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍで発振するとともに、エンターテインメントに使用されるような情報を面発光レーザ２４を使用して８５０ｎｍ帯の光信号で発振している。

このように、情報の速報性に応じて、異なる波長帯域を使用することで、ユーザの安全に関わる情報の伝達の遅延を防止することができる。

さらに、本実施形態では、フロントモニタＦに設置される受光素子２３４として、８５０ｎｍ帯の光および１０００〜１１００ｎｍの光の双方を受光できるものを採用している。従って、フロントモニタＦに各波長の光を受光する受光素子をそれぞれ配置する場合に比べ、受光素子の設置スペースの省スペース化を図ることができる。

（第３の実施形態）
図９を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。

本実施形態の車載光通信システム４は、第２の実施形態と同様の面発光レーザ１５および面発光レーザ２４を備えた光送信部４１と、この光送信部４１からの光を伝達する伝送部１２と、伝送部１２によって伝送された光を受信する光受信部４３とを備える。

光送信部４１は、前記各実施形態と同様の駆動回路を備える。この駆動回路は、面発光レーザ１５および面発光レーザ２４を駆動するものである。これらの面発光レーザ１５，２４は、前記実施形態と同様に、電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ内に収容されている。

光送信部４１は、カメラ３３、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８に取り付けられている。カメラ等の各機器では、取得した画像データを図示しないデータ分割部により分割し、さらに、分割された各データに様々な付帯情報（データ名、送受信アドレス、送信時刻等）からなる伝送ヘッダを付加してパケット化する。パケット化されたデータは、電気信号として光送信部４１の駆動回路に送信される。そして、駆動回路により面発光レーザ１５および面発光レーザ２４が駆動される。伝送ヘッダに対応する光信号が面発光レーザ２４で生成され、データ本体に対応する光信号が面発光レーザ１５で生成される。伝送ヘッダに対応する光信号と、データ本体に対応する光信号とは、同期化して伝送される。データ本体に対応する光信号は、１Ｇｂｐｓ〜５Ｇｂｐｓで伝送することができる。

伝送部１２は、リング状の光ファイバと、このリング状の光ファイバに接続された直線状の光ファイバとを有する。伝送部１２には、カメラ３３、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８、制御部４４が接続されている。

制御部４４は、各機器３３，３６，３７，３８からの光信号の送信先を制御するものであり、各機器３３，３６，３７，３８からの光信号をモニタＭあるいはフロントモニタＦのいずれかに送信するかを決定する。

制御部４４は、光受信部４３を備える。

光受信部４３は、図１０に示す受光素子４３４と、図示しないが、前記各実施形態と同様の増幅回路と、符号形成回路とを有する。

受光素子４３４は、半導体基板であるｎ型のＩｎＰ基板４３４Ａと、ＩｎＰ基板４３４Ａ上に設けられた光吸収層４３４Ｂと、この光吸収層４３４Ｂ上に設けられたキャップ層４３４Ｃと、このキャップ層４３４Ｃ上に設けられた絶縁層４３４Ｄと、絶縁層４３４Ｄ上に設けられた半導体層であるｎ型のＩｎＰ層４３４Ｅと、ＩｎＰ層４３４Ｅ上に設けられた光吸収層４３４Ｆと、この光吸収層４３４Ｆ上に設けられたキャップ層４３４Ｇとを有する。

ＩｎＰ基板４３４Ａの裏面側には、ｎ側電極４３４Ｈが形成されている。

光吸収層４３４Ｂは、ＩｎＰ基板４３４Ａに格子整合したＩｎＧａＡｓ層で構成されている。

キャップ層４３４Ｃは、禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上の半導体材料、例えば、ｐ型のＩｎＰで構成されている。

絶縁層４３４Ｄは、例えば、ＲｕドープＩｎＰ層である。

光吸収層４３４Ｆは、禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい半導体材料、例えば、ＩｎＡｌＧａＡｓで構成されている。

キャップ層４３４Ｇは、禁制帯幅が１．４９ｅＶよりも大きい半導体材料、例えば、ｐ型のＩｎＡｌＡｓで構成されている。このキャップ層４３４Ｇ上には、ｐ側電極４３４Ｋが設置されている。

ここで、光吸収層４３４Ｂは、ＩｎＰ基板４３４Ａの表面の略全面を覆うように設けられており、キャップ層４３４Ｃも光吸収層４３４Ｂの表面の略全面を覆うように設けられている。

絶縁層４３４Ｄ、ＩｎＰ層４３４Ｅの平面形状は、キャップ層４３４Ｃの平面形状よりも小さく、キャップ層４３４Ｃの絶縁層４３４Ｄ，ＩｎＰ層４３４Ｅで覆われていない部分には、ｐ側電極４３４Ｉが設けられている。

さらに、光吸収層４３４Ｆ、キャップ層４３４Ｇの平面形状は、ＩｎＰ層４３４Ｅの平面形状よりも小さく、ＩｎＰ層４３４Ｅの光吸収層４３４Ｆ、キャップ層４３４Ｇで覆われていない領域には、ｎ側電極４３４Ｊが設置されている。

このような受光素子４３４では、光吸収層４３４Ｂで１０００〜１１００ｎｍの光を受光し、光吸収層４３４Ｆで８５０ｎｍ帯の光を受光することができる。

光送信部４１から発振された光信号は、伝送ヘッダに対応する８５０ｎｍ帯の光信号と、データ本体に対応する１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号とを有している。従って、受光素子４３４では、１０００〜１１００ｎｍの光信号と、８５０ｎｍ帯の光信号とを分離して受光することができる。分離された各光信号は、それぞれ電気信号に変換され増幅回路、符号形成回路を通じて復号される。

制御部４４内では、伝送ヘッダに対応する電気信号を解析し、データ本体に対応する電気信号をモニタＭあるいはフロントモニタＦのいずれかに送信するかを判別する。

フロントモニタＦあるいはモニタＭでは、制御部４４から送信された電気信号に基づいて、画像が表示されることとなる。

このような本実施形態によれば、前記各実施形態と同様の効果を奏することができるうえ、以下の効果を奏することができる。

本実施形態では、光送信部４１において伝送ヘッダに対応する８５０ｎｍ帯の光信号と、データ本体に対応する１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号とを発振している。ここで、伝送ヘッダは、低容量であり、低速で送信することができるので、面発光レーザ２４が発熱しにくく、面発光レーザ２４の信頼性を確保することができる。

また、データ本体は、大容量であり、速報性が必要であるため、１０００〜１１００ｎｍ帯の光信号を発振する耐熱性の高い面発光レーザ１５を使用することで、車載光通信システム４の信頼性を確保することができる。

さらに、本実施形態では、受光素子４３４の構造を禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい半導体材料で構成される光吸収層４３４Ｆ、ＩｎＧａＡｓ層で構成された光吸収層４３４Ｂを有する構造としているので、１０００〜１１００ｎｍの光信号と、８５０ｎｍ帯の光信号とを分離して受光することができる。これにより複数の波長帯の光信号をひとつの受光素子４３４にて分離し、それぞれの光信号を復号することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

例えば、前記各実施形態では、面発光レーザ１５，２４は、パッケージ１７内に収容されているとしたが、これに限られるものではない。面発光レーザ１５，２４をパッケージ１７内に収容しなくてもよい。また、面発光レーザ１５，２４のみならず、光受信部１３，２３，４３の受光素子１３１，２３４，４３４を電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが充填されたパッケージ１７内に収容してもよい。この場合にも、パッケージ１７内に収容しない場合に比べ、光ファイバとの結合損失を２ｄＢから１ｄＢに半減させることができる。

さらに、第２の実施形態では、８５０ｎｍ帯の波長の光と、１０００〜１１００ｎｍの波長の光とをひとつの光吸収層２３４Ｂで受光する受光素子２３４を使用したが、第３の実施形態に示した受光素子４３４を使用してもよい。

また、第３の実施形態では、制御部４４で光信号を電気信号に変換した後、この電気信号をモニタＭあるいはフロントモニタＦに送信したが、これに限らず、制御部４４から光信号をモニタＭあるいはフロントモニタＦに送信してもよい。

具体的には、制御部にて、光送信部４１から送信された光信号のうち、伝送ヘッダに対応する光信号と、データ本体に対応する光信号とを分離する。そして、伝送ヘッダに対応する光信号を受光素子にて電気信号に変換する。その後、制御部はこの伝送ヘッダに対応する電気信号に基づいて、データ本体に対応する光信号をモニタあるいはフロントモニタに送信する。この場合、第３の実施形態とは異なり、制御部は、伝送ヘッダに対応する光信号（８５０ｎｍ帯の光信号）を受光できる受光素子を有していればよい。また、モニタあるいはフロントモニタは、データ本体に対応する光信号（１０００〜１１００ｎｍの光信号）を受光できる受光素子を有していればよい。

このように制御部と、モニタＭとの間、あるいは、制御部とフロントモニタＦとの間のデータの送信を光信号で行なうことができるので、制御部と、モニタＭとの間、あるいは、制御部とフロントモニタＦとの間のデータの送信速度を向上させることができる。

さらに、第２の実施形態、第３の実施形態では、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８に光送信部が搭載されていたが、これに限らず、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８に光受信部が搭載されていてもよい。

例えば、モニタに光送信部を搭載させ、ＴＶチューナ３６、ＤＶＤ装置３７、ＮＡＶＩ装置３８に光受信部を搭載させることで双方向の信号の伝達が行なえるものとしてもよい。

Claims (14)

1. 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう車載光通信システムであって、
   前記車両に設置され、活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、該第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する第１の光送信機と、
   前記車両に設置され、第１の光伝送路を介して前記第１の光送信機と接続され、前記第１の光送信機から送信された前記光信号を前記第１の光伝送路を介して受信する光受信機と、を有する車載光通信システム。
2. 前記第１の光送信機は、更に、発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで生成した光信号を送信する、請求項１に記載の車載光通信システム。
3. 前記第１の光送信機は、前記第１の面発光レーザでデータ本体の光信号を生成し、前記第２の面発光レーザで伝送ヘッダの光信号を生成する、請求項２に記載の車載光通信システム。
4. 発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで光信号を生成して送信する第２の光送信機を更に有し、
   前記光受信機は、更に、前記第２の光送信機と第２の光伝送路を介して接続され、前記第２の光送信機から送信された前記光信号を前記第２の光伝送路を介して受信する、請求項１に記載の車載光通信システム。
5. 前記第１の光送信機で送信する情報よりも速報性の低い情報の送信に前記第２の光送信機を用いる、請求項４に記載の車載光通信システム。
6. 前記光受信機は、半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上であるキャップ層とを備えた受光素子を有し、該受光素子によって、前記第１の面発光レーザで生成された光信号と、前記第２の面発光レーザで生成された光信号との双方を受信する、請求項２または４に記載の車載光通信システム。
7. 前記光受信機は、半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である第１の光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第１のキャップ層と、該キャップ層上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた半導体層と、該半導体層上に設けられ禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい第２の光吸収層と、該第２の光吸収層上に設けられ禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第２のキャップ層とを備えた受光素子を有し、該受光素子によって、前記第１の面発光レーザで生成された光信号と、前記第２の面発光レーザで生成された光信号との双方を受信する、請求項２または４に記載の車載光通信システム。
8. 前記第１の光送信機において、少なくとも前記第１の面発光レーザが密封されたパッケージに収容され、該パッケージ内には電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている、請求項１に記載の車載光通信システム。
9. 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光送信機であって、
   活性層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ（０．１５≦ｘ≦０．３５）量子井戸層を有する多重量子井戸構造であり、発振波長が１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である第１の面発光レーザを備え、該第１の面発光レーザで生成した光信号を送信する第１の光源装置と、
   電気信号に基づいて前記第１の光源装置の前記第１の面発光レーザを駆動する駆動回路と、を有する車載光送信機。
10. 発振波長が８５０ｎｍ帯である第２の面発光レーザを備え、該第２の面発光レーザで生成した光信号を送信する第２の光源装置を更に有する、請求項９に記載の車載光送信機。
11. 前記第１の面発光レーザでデータ本体の光信号を生成し、前記第２の面発光レーザで伝送ヘッダの光信号を生成する、請求項１０に記載の車載光送信機。
12. 少なくとも前記第１の面発光レーザが密封されたパッケージに収容され、該パッケージ内には電気的絶縁性を有する液体あるいはゲルが注入されている、請求項９に記載の車載光送信機。
13. 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光受信機であって、
    半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上であるキャップ層とを備え、８５０ｎｍ帯の第１の光信号と１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の第２の光信号の双方を受信し、電気信号に変換する受光素子と、
    前記受光素子から前記電気信号を受信して増幅する増幅回路と、を有する車載光受信機。
14. 車両に搭載され光信号でデータ伝送を行なう光通信システムの車載光受信機であって、
    半導体基板上に形成されたＩｎＧａＡｓ層である第１の光吸収層と、該光吸収層上に形成され禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第１のキャップ層と、該キャップ層上に設けられた絶縁層と、該絶縁層上に設けられた半導体層と、該半導体層上に設けられ禁制帯幅が１．１５ｅＶよりも大きい第２の光吸収層と、該第２の光吸収層上に設けられ禁制帯幅が１．４６ｅＶ以上である第２のキャップ層とを備え、８５０ｎｍ帯の第１の光信号と１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の第２の光信号の双方を受信し、電気信号に変換する受光素子と、
    前記受光素子から前記電気信号を受信して増幅する増幅回路と、を有する車載光受信機。
    

Images