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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6425414
(24)【登録日】2018年11月2日
(45)【発行日】2018年11月21日
(54)【発明の名称】データ通信のためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
H04B 10/00 20130101AFI20181112BHJP
H04B 10/278 20130101ALI20181112BHJP
H01L 31/0232 20140101ALI20181112BHJP
H01S 5/022 20060101ALI20181112BHJP
G02B 6/42 20060101ALI20181112BHJP
【ＦＩ】
H04B10/00
H04B10/278
H01L31/02 C
H01S5/022
G02B6/42
【請求項の数】10
【外国語出願】
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2014-93180(P2014-93180)
(22)【出願日】2014年4月28日
(65)【公開番号】特開2014-230274(P2014-230274A)
(43)【公開日】2014年12月8日
【審査請求日】2017年3月29日
(31)【優先権主張番号】13/896,430
(32)【優先日】2013年5月17日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】500520743
【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100109726
【弁理士】
【氏名又は名称】園田 吉隆
(74)【代理人】
【識別番号】100101199
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 義教
(72)【発明者】
【氏名】チャン， エリック ワイ．
(72)【発明者】
【氏名】パン， ヘンリー ビー．
(72)【発明者】
【氏名】トルオン， テュオン ケー．
【審査官】
前田 典之
(56)【参考文献】
【文献】
英国特許出願公開第０２４８２３８１（ＧＢ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００２／００７６２４７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１３／０３６３３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／００２７４１５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０８−２７４７１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００２−３４４０２４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５１０４６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｂ １０／００
Ｇ０２Ｂ ６／４２
Ｈ０１Ｌ ３１／０２３２
Ｈ０１Ｓ ５／０２２
Ｈ０４Ｂ １０／２７８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ターミナルコントローラ（３０６）からの電気信号を受信するよう構成されるターミナルコントローラインターフェース電子回路（ＴＣＩＥＣ）（４１２）と、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）に連結され、受信した前記電気信号に基づき、デジタル光信号をデータバス（３０４）へ送信するよう構成される光源（４２４）と、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）に連結され、前記データバス（３０４）からのデジタル光信号を受信するよう構成される検出器（４６０）とを備え、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）は、受信した前記デジタル光信号に基づき、電気信号を前記ターミナルコントローラ（３０６）へ送信するようさらに構成され、
データバスに通信可能に連結されることが可能でありかつターミナルコントローラを備える列線交換ユニットの内部に搭載可能である、プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）。
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）に連結され、受信した前記電気信号に基づき、デジタル光信号をデータバス（３０４）へ送信するよう構成される光源（４２４）と、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）に連結され、前記データバス（３０４）からのデジタル光信号を受信するよう構成される検出器（４６０）とを備え、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）は、受信した前記デジタル光信号に基づき、電気信号を前記ターミナルコントローラ（３０６）へ送信するようさらに構成され、
データバスに通信可能に連結されることが可能でありかつターミナルコントローラを備える列線交換ユニットの内部に搭載可能である、プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）。
【請求項2】
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）と前記光源（４２４）との間に連結されるドライバ回路（４２０）をさらに備え、前記ドライバ回路（４２０）は、
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）からトランジスタ‐トランジスタロジック信号を受信し、かつ、
受信した前記トランジスタ‐トランジスタロジック信号に基づき、駆動電流を前記光源（４２４）へ送信する、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）からトランジスタ‐トランジスタロジック信号を受信し、かつ、
受信した前記トランジスタ‐トランジスタロジック信号に基づき、駆動電流を前記光源（４２４）へ送信する、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項3】
前記ＴＣＩＥＣ（４１２）と前記検出器（４６０）との間に連結されるレシーバ回路（４６２）をさらに備え、前記レシーバ回路（４６２）は、前記検出器（４６０）にて受信したデジタル光信号に基づき、トランジスタ‐トランジスタロジック信号を前記ＴＣＩＥＣへ送信するよう構成される、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項4】
前記光源に光学的に連結される送信用ライトパイプ（４３８）と、
前記検出器（４６０）に光学的に連結される受信用ライトパイプ（４４２）とを備え、前記送信用（４３８）及び受信用（４４２）ライトパイプはそれぞれ各プラスチック光ファイバ（４４０、４４４）に連結されるよう構成される、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
前記検出器（４６０）に光学的に連結される受信用ライトパイプ（４４２）とを備え、前記送信用（４３８）及び受信用（４４２）ライトパイプはそれぞれ各プラスチック光ファイバ（４４０、４４４）に連結されるよう構成される、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項5】
前記光源は、
サブマウント（６０４）と、
前記サブマウント（６０４）に設けられる端面発光レーザ、端面発光ＬＥＤ、垂直共振器面発光レーザ、及び面発光ＬＥＤのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
サブマウント（６０４）と、
前記サブマウント（６０４）に設けられる端面発光レーザ、端面発光ＬＥＤ、垂直共振器面発光レーザ、及び面発光ＬＥＤのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項6】
前記光源（４２４）は、０．５ミリメートル未満の幅を有する多元素アレイを備え、前記多元素アレイは、マルチストライプ端面発光レーザアレイ及びマルチストライプ端面発光ＬＥＤアレイのうちの１つである、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項7】
前記光源（４２４）は、複数の垂直共振器面発光レーザ要素、又は複数の端面発光ＬＥＤ要素を含むアレイを備え、前記アレイの前記要素は、前記光源（４２４）へ光学的に連結される送信用ライトパイプの直径に適応する直径１ミリメートル内に配置される、請求項１に記載のＰＯＦＳＩＭ。
【請求項8】
データバス（３０４）、及び、
ターミナルコントローラ（３０６）と、
請求項１から７のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバシリアルインターフェース（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）とを備える、
列線交換ユニット（３０２）を備え、
前記ＰＯＦＳＩＭ（３０８）は、前記ターミナルコントローラ（３０６）と前記データバス（３０４）との間に連結される、データ通信システム（３００）。
ターミナルコントローラ（３０６）と、
請求項１から７のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバシリアルインターフェース（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）とを備える、
列線交換ユニット（３０２）を備え、
前記ＰＯＦＳＩＭ（３０８）は、前記ターミナルコントローラ（３０６）と前記データバス（３０４）との間に連結される、データ通信システム（３００）。
【請求項9】
ターミナルコントローラ（３０６）とデータバス（３０４）との間のデータ通信において使用する方法であって、前記方法は、
前記ターミナルコントローラ（３０６）からの電気信号を、請求項１から７のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）において受信すること、
受信した電気信号に基づくデジタル光信号を、ＰＯＦＳＩＭ（３０８）を使用して生成すること、及び、
前記デジタル光信号を、前記ＰＯＦＳＩＭから前記データバス（３０４）へ送信することを含む、方法。
前記ターミナルコントローラ（３０６）からの電気信号を、請求項１から７のいずれか一項に記載のプラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）（３０８）において受信すること、
受信した電気信号に基づくデジタル光信号を、ＰＯＦＳＩＭ（３０８）を使用して生成すること、及び、
前記デジタル光信号を、前記ＰＯＦＳＩＭから前記データバス（３０４）へ送信することを含む、方法。
【請求項10】
デジタル光信号を生成することは、
トランジスタ‐トランジスタロジック信号をドライバ回路（４２０）において受信すること、
前記トランジスタ‐トランジスタロジック信号に基づき、駆動電流を生成すること、
前記駆動電流を光源（４２４）へ送信すること、及び、
前記駆動信号に基づき、前記光源（４２４）を使用して前記デジタル光信号を生成することを含む、請求項９に記載の方法。
トランジスタ‐トランジスタロジック信号をドライバ回路（４２０）において受信すること、
前記トランジスタ‐トランジスタロジック信号に基づき、駆動電流を生成すること、
前記駆動電流を光源（４２４）へ送信すること、及び、
前記駆動信号に基づき、前記光源（４２４）を使用して前記デジタル光信号を生成することを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の分野は概して、データ通信に関し、より詳細には、ターミナルコントローラ及とデータバスとの間を結び付ける光ファイバシリアルインターフェースモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
少なくともいくつかの既知のアプリケーションは、重い金属パネルに設けたメタルツイストペア電子バスケーブル、スタブケーブル、バスターミネータ、及びカレントモードカプラ（ＣＭＣ）を使用したＡＲＩＮＣ６２９データバスを含む。しかしながら、これらのようなコンポーネントが原因で、データバスはかさばって重く、高価となる。通信メディアとして光ファイバを利用するものなど、光通信という解決方法は、軽量化されているため望ましく、航空機においては有利となるであろう。
【0003】
光ファイバデータバスを実装するための従来の解決方法のひとつは、ガラス光ファイバ（ＧＯＦｓ）を組み込むことである。このシステムは、ペアとなって個別にパッケージされた８５０ｎｍ波長のトランスミッタとレシーバを使用するもので、光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＦＯＳＩＭ）と呼ばれる。ＦＯＳＩＭトランスミッタとレシーバは、ＦＯＳＩＭとの間で電気信号をマンチェスターバイフェーズフォーマットにて送信及び受信するターミナルコントローラに対し、インターフェースエレクトロニクスを有する。航空機への典型的な応用において、これらのＦＯＳＩＭは、通信にデータバスを利用する航空機の様々なアビオニクスサブシステム内部に位置決めされる。これらのアビオニクスサブシステムは、列線交換ユニット（ＬＲＵｓ）と称されることが多い。ＬＲＵ内部においてＦＯＳＩＭは、マルチレイヤ６Ｕ（フルサイズ）ＶＭＥ基板上に、ターミナルコントローラとともに取り付けられる。
【0004】
しかしながら、ＧＯＦは比較的もろく、例えば飛行機などのビークルへの設置中、比較的容易に破損する。さらに、ＧＯＦは比較的小さな径を有するため、光学的なアラインメントが困難である。したがって、コネクタ及び光電子デバイスなどの、ＧＯＦと関連するコンポーネントは比較的高価となり得る。航空機製造コミュニティにおいては、現行の電子ＡＲＩＮＣ６２９データバスに代わる、より堅牢な光ファイバを使用する光学的データバス、例えばプラスチック光ファイバデータバスなどの開発が、そのような航空機の将来のアップグレードに強く望まれる。ただし、この実装は航空機への応用のみに限定されないであろう。
【発明の概要】
【0005】
一態様では、データ通信システムが提供される。データ通信システムは、データバス、ターミナルコントローラを含む列線交換ユニット、及びターミナルコントローラとデータバスとの間に連結されるプラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）を含む。ＰＯＦＳＩＭは、ターミナルコントローラから受信した電気信号に基づき、デジタル光信号をデータバスへと送信し、データバスから受信したデジタル光信号に基づき、電気信号をターミナルコントローラへ送信するよう構成される。
【0006】
別の態様では、プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）が提供される。ＰＯＦＳＩＭは、ターミナルコントローラからの電気信号を受信するよう構成されるターミナルコントローラインターフェース電子回路（ＴＣＩＥＣ）と、ＴＣＩＥＣに連結され、受信した電気信号に基づき、デジタル光信号をデータバスへと送信するよう構成される光源と、ＴＣＩＥＣに連結され、データバスからのデジタル光信号を受信するよう構成される検出器とを含み、ＴＣＩＥＣは、受信したデジタル光信号に基づき、電気信号をターミナルコントローラへと送信するようさらに構成される。
【0007】
さらに別の態様では、ターミナルコントローラとデータバスとの間のデータ通信に使用する方法が提供される。方法は、ターミナルコントローラからの電気信号をプラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）において受信すること、ＰＯＦＳＩＭを使用して、受信した電気信号に基づきデジタル光信号を生成すること、及びデジタル光信号をＰＯＦＳＩＭからデータバスへと送信することを含む。
【0008】
上述の特徴、機能及び利点は、様々な実装において独立に実現することが可能であり、また別の実装において組み合わせることも可能で、これらの詳細は以下の記載および添付図面を参照してさらに理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
本明細書に記載のシステム及び方法は、ターミナルコントローラとプラスチック光ファイバデータバスとの間のデータ通信を可能にする。プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）は、ターミナルコントローラとデータバスとの間を結び付ける。ＰＯＦＳＩＭはまた、データバスからデジタル光信号を受信し、対応する電気信号をターミナルコントローラへと送信する。
【0011】
図面をより詳細に参照すると、本発明の実装は、図１に示す航空機の製造及び保守方法１００、及び図２に示す航空機１０２に照らして説明することができる。製造前の段階では、代表的な方法１００は、航空機１０２の仕様及び設計１０４と、材料調達１０６とを含むことができる。製造段階では、航空機１０２のコンポーネント及びサブアセンブリの製造１０８と、システムインテグレーション１１０とが行われる。その後、航空機１０２は認可及び納品１１２を経て運航１１４される。顧客により運航される間に、航空機１０２は定期的な整備及び保守１１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。
【0012】
方法１００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）によって実施又は実行されうる。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含むことができ、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含むことができ、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などでありうる。
【0013】
図２に示すように、代表的方法１００によって製造された航空機１０２は、複数のシステム１２０及び内装１２２を有する機体１１８を含むことができる。高レベルのシステム１２０の例には、推進システム１２４、電気システム１２６、油圧システム１２８、及び環境システム１３０のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例を示したが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用しうる。
【0014】
本明細書において実装される装置及び方法は、製造及び保守方法１００の一又は複数の任意の段階で採用することができる。例えば、製造プロセス１０８に対応するコンポーネント又はサブアセンブリは、航空機１０２の運航中に製造されるコンポーネント又はサブアセンブリに類似の方法で作製又は製造される。また、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせは、例えば、航空機１０２の組立てを実質的に効率化するか、又は航空機１０２のコストを削減することにより、製造段階１０８及び１１０で利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの一又は複数を、航空機１０２の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１１６に利用することができる。
【0015】
図３は、データバス３０４に通信可能に連結された列線交換ユニット（ＬＲＵ）３０２を含む、代表的なデータ通信システム３００のブロック図である。ＬＲＵ３０２は、プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）３０８に通信可能に連結されたターミナルコントローラ３０６を含む。ＬＲＵ３０２、及びより詳細にはＰＯＦＳＩＭ３０８は、少なくとも１つのプラスチック光ファイバ３１２を介してデータバス３０４に通信可能に連結される。代表的な実装では、データ通信システム３００は、航空機１０２（図２に示す）などのビークルに搭載されて実装される。あるいは、データ通信システム３００は、データ通信システム３００が本明細書に記載するように機能できる任意の環境で実装されてよい。
【0016】
代表的実装では、データバス３０４は、例えばプラスチック光スターカプラなどのプラスチック光ファイバデータバスである。あるいは、データバス３０４は、データ通信システム３００が本明細書に記載するように機能できる任意のタイプのデータバスであってよい。ＰＯＦＳＩＭ３０８は、本明細書に記載のように、ターミナルコントローラ３０６とデータバス３０４との間の通信インターフェースとして機能する。より詳細には、ＰＯＦＳＩＭ３０８は、ターミナルコントローラ３０６から電気信号を受信し、対応する光信号をデータバス３０４へと送信する。さらにＰＯＦＳＩＭ３０８は、データバス３０４から光信号を受信し、対応する電気信号をターミナル３０６へと送信する。注目すべき点は、ＰＯＦＳＩＭ３０８はデータバス３０４及びターミナルコントローラ３０６とダイレクトに結び付き、データバス３０４とターミナルコントローラ３０６との間の通信を促進する他の処理デバイス又は変換ユニットを必要としないという点である。
【0017】
図４Ａは、データ通信システム３００（図３に示す）と共に使用され得る、代表的なＰＯＦＳＩＭ４００の概略上面図である。図４Ｂは、ＰＯＦＳＩＭ４００の概略側面図である。ＰＯＦＳＩＭ４００の無加圧エリアへの確実な実装を可能にするため、ＰＯＦＳＩＭ４００のコンポーネントは、蓋４０４により密封されるバスタブ形状のパッケージ４０２内に設けられる。ＰＯＦＳＩＭ４００はＬＲＵ３０２（図３に示す）などのＬＲＵ内部に設けられ、ＬＲＵは、基板間のスペースを限定した複数のＬＲＵを含む航空機用シャシ内部に設けられてもよい。したがって、代表的実装では、ＰＯＦＳＩＭ４００は比較的小型である。例えば、パッケージ４０２は、約１．０インチの幅４０６、約２．０インチの長さ４０８、及び約０．２５インチの高さ４１０を有し得る。あるいは、パッケージ４０２は、ＰＯＦＳＩＭ４００を本明細書に記載のように機能させることができるよう、任意の寸法を有してよい。
【0018】
ＰＯＦＳＩＭ４００は、例えばターミナルコントローラ３０６（図３に示す）のようなターミナルコントローラと結び付く、ターミナルコントローラインターフェース電子回路（ＴＣＩＥＣ）４１２を含む。ＴＣＩＥＣ４１２は、複数のピン４１４の少なくとも一部に連結される。ＴＸＯ，ＴＸＥ，ＲＩＣＫ，ＴＸＨＢ，ＰＷＲＳ，及びＶＣＣピンは、ＰＯＦＳＩＭ４００に電力を供給し、ＰＯＦＳＩＭ４００にマンチェスターバイフェーズ電気信号を送るための、ターミナルコントローラからのインプットである。より詳細には、ＴＸＯピンはバイフェーズマンチェスター符号化されたデータをターミナルコントローラからＡＲＩＮＣ６２９フォーマットで受信し、ＴＸＥピンはドライバイネーブルインプットであり、ＲＩＣＫは３２メガヘルツ（ＭＨｚ）クロック信号であり、ＴＸＨＢピンはドライバコントローラアクティブインプットであり、ＰＷＲＳピンはパワーアップリセットインプットであり、ＶＣＣピン４１４は電源電圧インプットである。他のピン４１４は、ビット０アウトプット（ＢＳ０）ピン、ビット１アウトプット（ＢＳ１）ピン、シリアルクロック（ＳＣＬ）ピン、シリアルデータ（ＳＤＡ）ピン、グランドに接続されるグランド（ＧＤ）ピン、バイトステートイネーブル（ＢＳＥ）ピン、４ＭＨｚレシーバクロックアウトプット（ＲＸＣＫ）ピン、レシーバイネーブル（ＲＸ）ピン、コンパレータ調整（ＣＡＤＪ）ピン、信号検出（ＳＤ）ピン、受信信号強度（ＲＳＳＩ）ピン、テストポイント（ＴＰ）ピン、及びパッケージ４０２に接続されるパッケージ（ＣＡＳＥ）ピンを含む。ＳＣＬ及びＳＤＡピンは、光源ドライバ（後述する）を、外部のコンピューティングデバイス（図示せず）のシリアルインターフェースポートに連結することによって外部からプログラムするために使用される。ＣＡＤＪピンは、ＴＣＩＥＣ４１２内部のコンパレータ閾値を調整するために使用される。ＳＤピンは、レシーバ（後述する）が光信号を正確に検出しているか否かを表示する。
【0019】
データバス３０４などのデータバスと通信するために、ＴＣＩＥＣ４１２はピン４１４から受信した信号のタイミングを処理し、トランジスタ‐トランジスタロジック（ＴＴＬ）信号をレーザ／発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ４２０へと出力する。トランスミッタ（Ｔｘ）ビルトインテスト（ＢＩＴ）回路４２２は、ＴＣＩＥＣ４１２とレーザ／ＬＥＤドライバ４２０との間に連結される。ＴＴＬ信号の受信に応答して、レーザ／ＬＥＤドライバ４２０は光源４２４へと駆動電流パルスを出力し、次いで光源４２４は、デジタル光信号を放出する。
【0020】
ＴｘＢＩＴ回路４２２は、送信ＴＴＬ信号、レーザ／ＬＥＤドライバ４２０、及び光源４２４の動作を監視する。代表的実装では、ＴｘＢＩＴ回路４２２は、光源４２４が１つの状態に誤ってトラップされている（「スタックオン」とも称する）、又は散発的／ランダムにデジタル光信号を放出している（「バブリング」とも称する）か否かを監視する。ＴｘＢＩＴ回路４２２が光源４２４はスタックオン又はバブリングしていると判定すると、ＴｘＢＩＴ回路４２２は、データバス３０４の障害を防ぐためにＴＴＬ信号の送信を抑止することができる。
【0021】
ＰＯＦＳＩＭ４００は、パッケージ４０２から延伸する相手側コネクタ４３０を含む。代表的実装では、相手側コネクタ４０３は、約１．０インチの長さ４３２を有する。あるいは、相手側コネクタ４３０は、ＰＯＦＳＩＭ４００を本明細書に記載のように機能させることができるよう、任意の寸法を有してよい。相手側コネクタ４３０は、送信用の金属密封フィードスルー管４３４と、受信用の金属密封フィードスルー管４３６とを含む。送信用ライトパイプ４３８は、送信用の金属密封フィードスルー管４３４内で、送信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）４４０に光学的に連結される。同様に、受信用ライトパイプ４４２は、受信用の金属密封フィードスルー管４３６内で、受信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）４４４に光学的に連結される。送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４は、ＰＯＦＳＩＭ４００をデータバス３０４に連結する。代表的実装では、相手側コネクタ４３０は、送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４の、ＰＯＦＳＩＭ４００への連結を促進する複数のラッチ機構４５０を含む。光源４２４は、光源４２４からのデジタル光信号が送信ＰＯＦ４４０を介してデータバス３０４へと送信されるよう、送信用ライトパイプ４３８に連結される。
【0022】
送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４２は、比較的高い動作温度を有し、比較的メタライズしやすく、送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４に適応する径と開口数とを有する。例えば、送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４２はそれぞれ、直径１ミリメートル（ｍｍ）のガラスロッド、直径１ｍｍのハードクラッドシリカ（ＨＣＳ）ファイバ、又は直径１ｍｍのマルチコアガラスファイバであり得る。送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４２はそれぞれ、送信用の金属密封フィードスルー管４３４及び受信用の金属密封フィードスルー管４３６に、送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４２をメタライズすることによって取り付けられるが、これは高温のはんだリフロー処理を使用して、ライトパイプ４３８及び４４２をフィードスルー管４３４及び４３６に取り付けることによる。これにより（例えばヘリウムリーク率が１分あたり１×１０−８立方センチメートル（ｃｃ／ｍｉｎ）未満といった）高い密封性が促進される。
【0023】
受信用ライトパイプ４４２は、データバス３０４から受信用ＰＯＦ４４４を介して、一又は複数のデジタル光信号を受信する。受信用ライトパイプ４４２に連結される検出器４６０は、受信したデジタル光信号を電気信号へと変換する。代表的実装では、検出器４６０は、高感度のシリコン検出器である。あるいは、検出器４６０は、ＰＯＦＳＩＭ４００を本明細書に記載のように機能させることができる、任意の光検出装置であってよい。
【0024】
検出器４６０に連結されるレシーバ回路４６２は、検出器４６０からの電気信号をマンチェスターバイフェーズＴＴＬ信号に変換し、ＴＴＬ信号をＴＣＩＥＣ４１２へと送信する。代表的実装では、レシーバ回路４６２は高感度かつ高い瞬時ダイナミックレンジのレシーバである。レシーバ（Ｒｘ）ＢＩＴ回路４６４は、レシーバ回路４６２とＴＣＩＥＣ４１２との間に連結される。ＴＴＬ信号を受信すると、ＴＣＩＥＣ４１２は受信したＴＴＬ信号のタイミングをチェックして有効化し、その後、信号パルスをターミナルコントローラ３０６へと送る。より詳細には、信号パルスは、複数のピン４１４のうちＲＸＮ及びＲＸＩピンを介してターミナルコントローラ３０６へと出力される。ＲｘＢＩＴ回路４６４は、レシーバ回路４６２から出力されたＲＳＳＩからのレシーバ信号強度表示に基づき、ＰＯＦケーブル接続の健全性を監視する。エラー及び／又は問題が検出された場合、ＲｘＢＩＴ回路４６４は警報信号を生成し、ＴＣＩＥＣ４１２を介してターミナルコントローラ３０６へと送信する。
【0025】
ＴＣＩＥＣ４１２、ＴｘＢＩＴ回路４２２、レーザ／ＬＥＤドライバ４２０、光源４２４、検出器４６０、レシーバ回路４６２、及びＲｘＢＩＴ回路４６４は、ＰＯＦＳＩＭ４００のコンポーネントからの熱をパッケージ４０２の底へとシンクする基板４７０に設けられる。この熱的配置によって、ＰＯＦＳＩＭ４００の作動中のジャンクション温度上昇が抑えられる。代表的実装では、基板４７０は、高い熱伝導性を有する窒化アルミニウム基板である。あるいは、基板４７０は、ＰＯＦＳＩＭ４００を本明細書に記載のように機能させることができる任意の材料であってよい。
【0026】
コンポーネントがパッケージ４０２内に設けられ、送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４２が金属管４３４及び４３６にはんだ封止されると、ガス抜き処理がパッケージ４０２において行われる。ガス抜き処理の終了後、高温パラレルシーム溶接処理によって蓋４０４がパッケージ４０２に封着され、ＰＯＦＳＩＭ４００が気密封止される。
【0027】
図５は、ＰＯＦＳＩＭ４００の一部分の概略側面図である。図５に示す実装において、検出器４６０は、ボールレンズ５０４を組み込んだ高感度検出器５０２を含む。高感度検出器５０２及びボールレンズ５０４は、基板４７０に取り付けられたセラミックサブマウント５０６の側面に設けられる。検出器４６０は基板４７０の、受信用ライトパイプ４４２と検出器４６０との間の光学的連結を最大化する位置に設けられる。
【0028】
図６は、ＰＯＦＳＩＭ４００の一部分の概略側面図である。図６に示す実装において、光源４２４は、高熱伝導性コバール（銅‐タングステン合金）サブマウント６０４の頂部に設けられる端面発光（ＥＥ）レーザ又はＬＥＤ６０２を含む。光源４２４は、送信用ライトパイプ４３８と光源４２４との間の光学的連結を最大化させるよう、基板４７０に設けられる。光源４２４の出力パワーをさらに増大させるために、多元素モノリシック（すなわちマルチストライプ）レーザ又はＥＥ ＬＥＤアレイが、光出力パワーを３デシベル（ｄＢ）又はそれ以上増加させるよう、光源４２４に実装され得る。
【0029】
図７は、マルチストライプレーザ、又は４つの要素７０４を伴うＥＥ ＬＥＤアレイ７０２を含む、光源４２４の実装の概略図である。代表的実装において、アレイ７０２の幅７０６は、０．５ｍｍ未満である。受信用ライトパイプ４３８は１．０ｍｍの直径を有し、アレイ７０２は０．５ｍｍより小さい幅を有するため、単一のレーザ又はＥＥ ＬＥＤを使用する実装とカップリング効率はほぼ同等である。アレイ７０２は、サブマウント６０４（図６に示す）に設けられ得る。
【0030】
光源４２４は、ＥＥレーザ又はＥＥ ＬＥＤの代わりに面発光（ＳＥ）レーザ又はＳＥ ＬＥＤを含んでもよい。図８は、ＰＯＦＳＩＭ４００の一部分の概略側面図である。図８に示す実施形態では、光源４２４は、ボールレンズ８０４を組み込んだ、ＳＥ垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又はＳＥ ＬＥＤチップ８０２を含む。チップ８０２及びボールレンズ８０４は、基板４７０に取り付けられたＡｌＮ（窒化アルミニウム）サブマウント８０６の側面に設けられる。ＡｌＮサブマウント８０６は、チップ８０２に対し比較的高い熱伝導性を有する。ＡｌＮサブマウント８０６は基板４７０の、送信用ライトパイプ４３８と光源４２４との間の光学的連結を最大化する位置に設けられる。
【0031】
光パワーを増大させるために、いくつかの実装では、光源４２４はＶＣＳＥＬ又はＳＥ ＬＥＤ要素のアレイを含んでもよい。図９は、光源４２４の概略端面図である。図９に示す実装では、光源４２４は、０．５ｍｍの直径を有するボールレンズ９０４を組み込んだ、ＳＥ垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又はＳＥ ＬＥＤチップ９０２を含む。チップ９０２及びボールレンズ９０４は、基板４７０（図４Ａ及び４Ｂに示す）に取り付けられたＡｌＮサブマウント９０６の側面に設けられる。チップ９０２は、複数のＶＣＳＥＬ又はＳＥ ＬＥＤ要素９１０を有する、アレイ９０８を含む。代表的実装では、チップ９０２は４つの要素９１０を含む。あるいは、チップ９０２は、本明細書に記載されているように光源４２４を機能させる、任意の数の要素９１０を含むことができる。送信用ライトパイプ４３８及び送信用ＰＯＦ４４０が、アレイ９０８よりも大きい１．０ｍｍの直径を有するため、各要素９１０の光出力は、単一のＶＣＳＥＬ又はＳＥ ＬＥＤ源と同じ効率で送信用ライトパイプ４３８へと連結される。
【0032】
図１０Ａは、データ通信システム３００（図３に示す）と共に使用され得る、代替的なＰＯＦＳＩＭ１０００の概略上面図である。図１０Ｂは、ＰＯＦＳＩＭ１０００の概略側面図である。他に記載のない限りにおいて、ＰＯＦＳＩＭ１０００はＰＯＦＳＩＭ４００（図４Ａ及び４Ｂに示す）とほぼ類似している。相手側コネクタ４３０（図４Ａ及び４Ｂに示す）の代わりに、ＰＯＦＳＩＭ１０００は、ＰＯＦ４４０及びＰＯＦ４４４の送受信用に、ＰＯＦ４４０及びＰＯＦ４４４へと永続的に取り付けられた、送信用ピグテール１００２及び受信用ピグテール１００４を含む。
【0033】
より詳細には、送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４は、送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４４へと連結される。次いでエポキシ１０１０が、フィードスルー管４３４及び４３６に画定されるエポキシ穴１０１２へと供給される。エポキシ１０１０の硬化後、ファイバブーツ１０２０が送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４のそれぞれの上にスライドされ、追加のエポキシによりフィードスルー管４３４及び４３６に取り付けられる。ブーツ１０２０は、ＰＯＦ４４０及びＰＯＦ４４４が、ＰＯＦの最小屈曲半径よりも曲げられることを防止する。ブーツ１０２０はまた、ＰＯＦ４４０及びＰＯＦ４４４の引張強度を増大させ、望ましくない屈曲に起因する光損失を低減する。
【0034】
図１１Ａは、データ通信システム３００（図３に示す）と共に使用され得る、代替的なＰＯＦＳＩＭ１１００の概略上面図である。図１１Ｂは、ＰＯＦＳＩＭ１１００の概略側面図である。他に記載のない限りにおいて、ＰＯＦＳＩＭ１１００はＰＯＦＳＩＭ１０００（図４Ａ及び４Ｂに示す）とほぼ類似している。ＰＯＦＳＩＭ１１００では、ライトパイプ４３８及びライトパイプ４４２並びにＰＯＦ４４０及びＰＯＦ４４４は、ＰＯＦに適合するファイバ１１０２に置換されている。ＰＯＦ適合ファイバ１１０２は、例えば、ハードクラッドシリカ（ＨＣＳ）ファイバ、又はマルチコアガラス（ＭＣＧ）ファイバであり得る。ＰＯＦ適合ファイバ１１０２はパッケージ４０２の近域で被覆され、ＰＯＦの径及び開口数に適応するよう選択される。ＰＯＦ適合ファイバ１１０２はフィードスルー管４３４及び４３６を越えて延び、ＰＯＦＳＩＭ１１００の外側でＰＯＦと連結する。
【0035】
代表的実装では、はんだ封止１１０４が各ＰＯＦ適合ファイバ１１０２を、フィードスルー管４３４及び４３６の内部に封止する。はんだ封止１１０４の完了後、次いでエポキシ１０１０がエポキシ穴１０１２へと供給され、硬化される。ＰＯＦＳＩＭ１０００と同様に、フィードスルー管４３４及び４３６にファイバブーツ１０２０が設置される。
【0036】
図１２Ａは、データ通信システム３００（図３に示す）と共に使用され得る、代替的なＰＯＦＳＩＭ１２００の概略上面図である。図１０Ｂは、ＰＯＦＳＩＭ１２００の概略側面図である。他に記載のない限りにおいて、ＰＯＦＳＩＭ１２００はＰＯＦＳＩＭ４００（図４Ａ及び４Ｂに示す）とほぼ類似している。ＰＯＦＳＩＭ４００と異なり、ＰＯＦＳＩＭ１２００は密封されない。したがってＰＯＦＳＩＭ１２００は、例えば航空機１０２（図２に示す）などのビークルの与圧領域で使用される。ＰＯＦＳＩＭ１２００は密封されていないため、ＰＯＦＳＩＭ１２００の製造費用は比較的高くない可能性がある。
【0037】
ＰＯＦＳＩＭ１２００において、コンポーネントは、マルチレイヤＦＲ４プリント基板上に設けられる。さらに、光源４２４及び検出器４６０はそれぞれ、各アクティブ光コネクタ１２０６内に設けられたトランジスタアウトラインＣＡＮ（ＴＯ ｃａｎ）パッケージ１２０４に実装される。送信用ライトパイプ４３８及び受信用ライトパイプ４４４は、各アラインメントスリーブ１２０８に設置される。各アクティブ光コネクタ１２０６は、送信用ＰＯＦ４４０及び受信用ＰＯＦ４４４を係合させる、外部ラッチ機構１２１０を含む。代表的実装では、各アクティブ光コネクタ１２０６は、アクティブ光コネクタ１２０６がねじ１２２２及びナット１２２４を使用してプリント基板１２０２へと設けられることを可能にする、２つの孔１２２０を含む。環境保護のために、代表的な実施形態では、プリント基板１２０２はコンフォーマル（パリレン）コーティングを使用して被覆される。
【0038】
本明細書に記載の実装は、ターミナルコントローラとプラスチック光ファイバデータバスとの間のデータ通信を可能にする。プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）は、ターミナルコントローラとデータバスとの間を結び付ける。ＰＯＦＳＩＭは、ターミナルコントローラから電気信号を受信し、対応する光デジタル信号をデータバスへと送信する。ＰＯＦＳＩＭはまた、データバスからデジタル光信号を受信し、対応する電気信号をターミナルコントローラへと送信する。
【0039】
いくつかの既知のデータ通信システムとは異なり、本明細書に記載のＰＯＦＳＩＭは、ターミナルコントローラとデータバスとの間にダイレクトインターフェースを提供する。ＳＩＭとデータバスとの間に光媒体コンバータを利用するいくつかの既知のデータ通信システムとは異なり、ＰＯＦＳＩＭはデータバスと、少なくとも１つのプラスチック光ファイバを介してダイレクトに連結する。したがって、少なくともいくつかの既知のデータ通信システムと比較すると、ＰＯＦＳＩＭはより高いパワーバジェット（例えば６ｄＢ）及びより長い有効長（例えば５０メートル）を有し得る。さらに、本明細書に記載のＰＯＦＳＩＭは、堅牢、確実、軽量であり、高い耐久性を有する。
【0040】
本発明の種々の実装の特定の機能が一部の図面には示されて他の図面には示されないことがあるが、このような図解は便宜的に行われているにすぎない。本発明の原理に従い、図面の任意の機能は、他の任意の図面の任意の機能と組み合わせて参照及び／又は特許請求されることがある。
【0041】
さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。条項１．
データバスと、
ターミナルコントローラ及び
前記ミナルコントローラと前記データバスとの間に連結されるプラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）を
備える列線交換ユニットと
を含むデータ通信システムであって、前記ＰＯＦＳＩＭは、
前記ターミナルコントローラから受信される電気信号に基づき、デジタル光信号を前記データバスへと送信し、かつ、
前記データバスから受信されるデジタル光信号に基づき、電気信号を前記ターミナルコントローラへと送信するよう構成される、
データ通信システム。
条項２．
前記ＰＯＦＳＩＭは、前記データバスへと送信されるデジタル光信号を生成するよう構成される光源を含む、条項１に記載のデータ通信システム。
条項３．
前記光源に光学的に連結される送信用ライトパイプと、
前記送信用ライトパイプと前記データバスとの間に連結される送信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）をさらに備える、
条項２に記載のデータ通信システム。
条項４．
前記ＰＯＦＳＩＭは、前記データバスからのデジタル光信号を受信するよう構成される検出器を含む、条項１に記載のデータ通信システム。
条項５．
前記検出器に光学的に連結される受信用ライトパイプと、
前記受信用ライトパイプと前記データバスとの間に連結される受信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）をさらに備える、
条項４に記載のデータ通信システム。
条項６．
前記ＰＯＦＳＩＭは密封される、条項１に記載のデータ通信システム。
条項７．
前記データバスはプラスチック光スターカプラである、条項１に記載のデータ通信システム。
【0042】
本明細書では、ベストモードを含め、様々な実装を開示する実施例を使用しているため、当業者は任意の機器やシステムの作成ならびに使用、及び組込まれた任意の方法の実施を含む実装を実行することができる。特許性の範囲は、特許請求の範囲によって画され、当業者が想到する他の例も含み得る。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構成要素を有する場合、あるいは、それらが特許請求の範囲の文言とわずかに異なる均等な構成要素を有する場合は、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図する。
【符号の説明】
【0043】
１００ 航空機の製造及び保守方法１０２ 航空機
１０４ 仕様及び設計
１０６ 材料調達
１０８ コンポーネント及びサブアセンブリの製造
１１０ システムインテグレーション
１１２ 認可及び納品
１１４ 運航
１１６ 整備及び保守
１１８ 機体
１２０ システム
１２２ 内装
１２４ 推進システム
１２６ 電気システム
１２８ 油圧システム
１３０ 環境システム
３００ データ通信システム
３０２ 列線交換ユニット（ＬＲＵ）
３０４ データバス
３０６ ターミナルコントローラ
３０８ プラスチック光ファイバシリアルインターフェースモジュール（ＰＯＦＳＩＭ）
３１２ プラスチック光ファイバ
４００ ＰＯＦＳＩＭ
４０２ パッケージ
４０４ 蓋
４０６ 幅
４０８ 長さ
４１０ 高さ
４１２ ターミナルコントローラインターフェース電子回路（ＴＣＩＥＣ）
４１４ ピン
４２０ レーザ／発光ダイオード（ＬＥＤ）ドライバ
４２２ ビルトインテスト（ＢＩＴ）回路
４２４ 光源
４３０ 相手側コネクタ
４３２ 長さ
４３４ 送信用フィードスルー管
４３６ 受信用フィードスルー管
４３８ 送信用ライトパイプ
４４０ 送信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）
４４２ 受信用ライトパイプ
４４４ 受信用プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）
４５０ ラッチ機構
４６０ 検出器
４６２ レシーバ回路
４６４ レシーバ（Ｒｘ）ＢＩＴ回路
４７０ 基板
５０２ 高感度検出器
５０４ ボールレンズ
５０６ セラミックサブマウント
６０２ 端面発光（ＥＥ）レーザ又はＬＥＤ
６０４ 高熱伝導性コバール（銅‐タングステン合金）サブマウント
７０２ ＥＥ ＬＥＤアレイ
７０４ ４つの要素
７０６ 幅
８０２ ＳＥ垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又はＳＥ ＬＥＤチップ
８０４ ボールレンズ
８０６ ＡｌＮ（窒化アルミニウム）サブマウント
９０２ ＳＥ垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又はＳＥ ＬＥＤチップ
９０４ ボールレンズ
９０６ ＡｌＮ（窒化アルミニウム）サブマウント
９０８ アレイ
９１０ 複数のＶＣＳＥＬ又はＳＥ ＬＥＤ要素
１０００ ＰＯＦＳＩＭ
１００２ 送信用ピグテール
１００４ 受信用ピグテール
１０１０ エポキシ
１０１２ エポキシ穴
１０２０ ファイバブーツ
１１００ ＰＯＦＳＩＭ
１１０２ ＰＯＦ適合ファイバ
１１０４ はんだ封止
１２００ ＰＯＦＳＩＭ
１２０２ プリント基板
１２０４ トランジスタアウトラインＣＡＮ（ＴＯ ｃａｎ）パッケージ
１２０６ アクティブ光コネクタ
１２０８ アラインメントスリーブ
１２１０ 外部ラッチ機構
１２２０ 孔
１２２２ ねじ
１２２４ ナット