情 報 通 信 1 まえがき NTTは 2010 年に光ファイバを 2000 万世帯まで布設す るという目標を掲げ，現在，1300 万契約にまで普及しa， 光ファイバは着実に家庭まで届いている割合を増してい る。それに伴って，データなどの通信トラフィックも増大 し，現在では，100 Gbpsを超えるまでになってきており， 今後も増加が予想される。この膨大なトラフィックを支え るためには，サーバー群やサーバーの処理速度を逐次向 上させる必要性があり，現在の 1 GbEから 10 G，40 G， 100 Gと段階的に向上すると予測されているb。 サーバー処理速度の増加に従い，サーバー機器間や機 器内，さらには構成チップ間の通信速度も加速しており， 各所で Gbpsを超える速度となる。電気通信におけるこ れらの速度での周波数帯域では，次のような種々の問題 が発生する。 まず，10 Gbps超の通信では伝送長が数 cmでも過大な 信号減衰が発生する。次に，信号漏洩，アイパターンの消失， 送信エネルギーの増加に伴う発熱などの問題が顕著になっ てきて，伝送が事実上困難なものとなっているb。その対 策として，各研究機関において，電気配線に替わる光によ る各種通信伝送路の研究開発が盛んに行われているc。代 表的な光伝送路としては，高分子光導波路を用いた方法と 光ファイバを用いた方法があり，製造コストおよび光伝送 特性を考慮すると，前者は CPUなどのチップ間伝送など の短距離（∼十数 cm程度）の配線に，後者はボード内∼ボ ード間∼架間などの中距離（10 cm程度∼数 m）伝送に有 利と考える。当社では，後者の光ファイバを用いた方式と して光ファイバシートd～ hを先駆けの一つとして開発を 続けており，それらの成果を本報にまとめる。 2 配線型光ファイバシート 2 .1 構造 光ファイバシートは，決められた入出力コネクタ部の 位置とコネクタ内の順番，素線毎の結線表により，複数 の入出力コネクタ間の光ファイバ結線パターンを設計 し，そのパターンどおりに布線機で粘着材付きのシート 基材上に光ファイバを配線し，保護フィルムでラミネー ション固定したものである。図 1 に当社の光ファイバシ ートの断面構造を示す。 カバー材 基材 光ファイバ 粘着材 図 1 光ファイバシートの構造（断面）
A cross section of the Fiber sheet
カバー材
基材
光ファイバ
粘着材
図 1 光ファイバシートの構造（断面）
A cross section of the Fiber sheet
光ファイバシート－明日の光へ向かって－
Optical Fiber Sheets -For the Next
Generation-ケーブル事業部 通信技術部
生西 省吾
■ S. Ikunishi FTTHの普及と共に，各家庭や企業のパソコン，テレビ，携帯からのデータ通信量は指数関数的に増加していき，必然 的に，それらを担うサーバーなど，機器の通信は超高速度化していく。既に，機器内部の配線は電気速度の限界に達して おり，光を使った通信方式への転換が検討されている。その時に，光ファイバを自在に配線することができる光ファイバ シートが機器内部配線として用いられるものと考え，製品開発を行っている。これまでの各種報告をまとめると共に，配 線型の光ファイバシート，コイルシート，カプラシートなど各種製作事例を挙げ紹介する。 〔キーワード〕 光ファイバシート，配線，コイル，FTTH，カプラ，シャッフル，クロージャ，光バス，信頼性，テルコーディア Recently, the optical fiber network is expanding to the home. The traffic of the data communication from personal computers, television and cell phones is showing exponential increase. The traffic of data throughput between the servers will expand and the data transfer speed in the servers will exceed the maximum electronic speed. Therefore, wiring methods in the servers will be converted from electrical wires to optical fibers. We have developed optical fiber sheets with free wiring to be used inside optical connections. In this paper, we introduce examples, wiring style of optical fiber sheet, coil sheets, and coupler sheets.まず，開発した光ファイバシートの製作方法は，難燃 ポリエチレンテレフタレート（PET）基材の上にシリコ ーン系粘着材を塗布した粘着剤付きシート基材を準備 し，その粘着面上に光ファイバ自動配線装置で，先に設 計された配線パターンに従い光ファイバを一筆書きの要 領で，二次元的，三次元的に配線する。温度変化による 光ファイバとシート基材との材料の線膨張係数の違いに 起因する応力を受けにくい比較的緩やかな拘束状態で基 材へ接着するように設計されている。さらに，この自動 配線装置は，光ファイバの布線圧力および張力が制御さ れており，光ファイバシート内における光ファイバの破 断の低減，配線長のマネージメントを行っている。その 後，配線面を保護するためにフッ化エチレンプロピレン （FEP）樹脂フィルムでラミネーションを行う。ラミネー トフィルムに FEPを用いることにより，全体で難燃化を 実現している。図 2 に光ファイバシートの配線例を示す。 この光ファイバシートでは，8 チャネル，8 ポート合 計 64 本の光ファイバをマトリクス反転の並び替えを行 うとともに，すべての光ファイバを± 1 mmで等長化さ せている。 この長さ精度でチャネル間のジッターは約 4 .8 psで， これは数十 GHzの周波数に相当するため，次世代の光伝 送を組み込んだ各種通信機器の設計には耐えうる仕様と なっている。 また，入出力の挿入損失は光ファイバを使っているた め，0 .1 dB 以下（波長 1 .31 mm）であり，低損失性を実 現させるとともに，外部干渉の無い伝送線路を実現させ ている。なお，端末には，8 心 MPOコネクタを配し，光 部品との高い接続性を持たせている。 2 .2 光ファイバ配線パターン設計 光ファイバシートの光ファイバ配線パターンは，基本 図 2 8 ch× 8 等長マトリックス配線
8 ch x 8 ports Matrix type of optical fiber sheet with adjusted optical path
図 2 8 ch× 8 等長マトリックス配線
8 ch x 8 ports Matrix type of optical fiber sheet with adjusted optical path 的に円弧および直線を用いて設計する。また，光ファイ バシート内において光ファイバ同士の交差がある場合， 配線方法によっては，乗り越える光ファイバが，下層の ファイバと上部からの圧力により座屈を起こす可能性が あり，破断や損失増加を引き起こす要因となる。このた め，緩やかな円弧状に光ファイバが交差するような配線 設計が必要となる。しかし，粘着材の上部より光ファイ バを配線する方式を用いているため，緩やかな交差では， 交差部で乗り越える光ファイバは，基材へ接着されない 部分が長くなり，光ファイバにたわみが発生し配線が不 安定になり信頼性が低下する。また，多段に光ファイバ を交差させると光ファイバによる段差が大きくなり，上 部を交差する光ファイバが座屈する要因となるため，本 光ファイバシートでは，基本的に交差部一カ所において 光ファイバが 2 本以上重ならないように交差部を分散さ せた設計を行っており，各種の不具合を未然に防止して いる。図 3 に光ファイバシートにおける光ファイバ交差 部の設計例を示す。 図 3 のように乗り越える光ファイバの交差点と粘着 材への接点との距離を片側 4 ∼ 5 mm程度に配線した場 合，交差部で乗り越える光ファイバにたわみが生じず， かつ緩やかな円弧状に光ファイバを交差させることがで きる。この時，曲げ半径 16 ∼ 25 mmで円弧状の乗り越 えが可能となる。 2 .3 光ファイバシートの信頼性・故障率計算 光ファイバシートの配線パターン設計を実施する際に， 光ファイバの配線数，曲がりや交差部の長さ，光ファイバ 破断特性などにより，破断率を算出し，最小曲げ半径の最 適設計を行う必要がある。今回，配線パターン設計の指針 となる光ファイバの破断率という観点から機械特性面の 信頼性評価を実施した。光ファイバシートの光ファイバ 配線パターンにおける故障率の計算には，光ファイバ心 線に関して確立している光ファイバへ加わる歪みや曲げ などの機械的な要因や，環境状態による要因による破断 寿命の推定手法を用いたi。 歪みが加わっているときの光ファイバの破断率の計算 式を用いて，図 2 の光ファイバシートをモデルに故障率 4∼5 mm 曲げ半径 16∼20 mm 図 3 ファイバ乗り越え部の構造断面略図
An Optical Fiber Bridge on the fiber sheet
4∼5 mm
曲げ半径 16∼20 mm
図 3 ファイバ乗り越え部の構造断面略図
を計算する。図 2 に示す光ファイバシートの配線は，最 小曲げ半径が 20 mm，配線張力が 0 .3 Nで設計されて おり，表 1 に曲がりや交差数などのパーツリストを示す。 表の歪み量には，曲げによる等価負荷歪みと配線張力を 考慮している。 これらより，図 2 の光ファイバシートの故障率を計算 すると 1 .2 Fit となった。また，図 4 に配線張力，最小曲 げ半径を変化させた場合の故障率の推移を示す。2 .5 Fit 以下で設計する場合，最小曲げ半径は 14 mmであるが， それ以下の曲げ径が必要な場合は，ファイバ径を小さく することで実現可能である。 2 .4 ファイバシートの適用例 図 5 と図 6 に光ファイバシートの適用例として，試作 したイメージサンプル写真を示す。 表 1 8 ch× 8 等長マトリックス配線の各配線パーツリストと布線張 力 0 .3 Nの時の歪み量
The parts list of the 8 ch x 8 ports Matrix type of optical fiber sheet with adjusted optical path and fiber strain at 0 .3 N of wiring tension
配線形状 曲がり半径 （mm） 歪み量 （％） 数 （箇所） 総長 （mm） 交差部 16 .00 0 .655 161 1288 曲がり部 （1 /4 円） 20 .00 0 .655 64 2010 20 .25 0 .647 64 2035 20 .50 0 .640 64 2060 20 .75 0 .632 64 2085 21 .00 0 .625 64 2110 21 .25 0 .618 64 2135 21 .50 0 .611 64 2160 21 .75 0 .605 64 2185 直線部 0 .03 25600 表 1 8 ch× 8 等長マトリックス配線の各配線パーツリストと布線張 力 0 .3 Nの時の歪み量
The parts list of the 8 ch x 8 ports Matrix type of optical fiber sheet with adjusted optical path and fiber strain at 0 .3 N of wiring tension
配線形状 曲がり半径 （mm） 歪み量 （％） 数 （箇所） 総長 （mm） 交差部 16 .00 0 .655 161 1288 曲がり部 （1 /4 円） 20 .00 0 .655 64 2010 20 .25 0 .647 64 2035 20 .50 0 .640 64 2060 20 .75 0 .632 64 2085 21 .00 0 .625 64 2110 21 .25 0 .618 64 2135 21 .50 0 .611 64 2160 21 .75 0 .605 64 2185 直線部 0 .03 25600 0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 20 25 30 最小曲げ半径（mm） Fit数 0N 0.3N 1.0N 交差部曲げ ：半径16 mm 配線張力 図 4 図 3 の配線シートの配線パラメーターを変えたときの故障率の計 算値
Dependence of Failure in Time (Fit) on the bending radius and strain of the fibers
0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 20 25 30 最小曲げ半径（mm） Fit数 0N 0.3N 1.0N 交差部曲げ ：半径16 mm 配線張力 図 4 図 3 の配線シートの配線パラメーターを変えたときの故障率の計 算値
Dependence of Failure in Time (Fit) on the bending radius and strain of the fibers
図 5 はノート型パソコンの内部配線の一部が光ファイ バ配線となった場合のイメージ例である。CPUからメ モリーや HD,DVD等の外部記憶媒体，I/Oとの接続に光 ファイバを使った。 図 6 は 19 インチラックに収容したサーバーや通信機 器をイメージしており，主要なモジュール間の信号伝送 に光ファイバを用いたほか，光分岐，ジッター調整のた めの遅延を持たせた回路も内蔵している。 3 コイルシート 3 .1 構造 配線型光ファイバシートの技術を応用し，数百 m∼数 kmの光ファイバをコンパクトにドーナッツ状に巻き取っ た光ファイバコイルシート（以下，コイルシート）も，光 ファイバシートの 1 種類として開発を完了している。 このコイルシートは，コイル状のファイバをシート化 したものであるが，従来のリール巻きでは実現困難な低 歪みなど優れた特長を持っており，OTDR（Optical Time Domain Reflectmeter）のダミー用，遅延線，などさまざま な用途に使用されている。 図 5 PCの内部バスに光ファイバシートを使ったイメージ製品
An image of a future PC with an optical bus by the fiber sheet
図 5 PCの内部バスに光ファイバシートを使ったイメージ製品
An image of a future PC with an optical bus by the fiber sheet
図 6 19 インチラック機器の内部バスに光ファイバシートを使ったイメ ージ製品
An image of servers or switches with an optical bus by the fiber sheet
図 6 19 インチラック機器の内部バスに光ファイバシートを使ったイメ ージ製品
3 .2 外観 図7に代表的なコイルシートの外観を示す。製造方法は， まず，必要な長さのファイバを精度良く巻き取り，次に， プラスチックシート上に固定し，最後にファイバの形状が 崩れないように保護フィルムをかけている。機器内部に設 置する場合はこのままの形で使用し，フィールドなどで使 用する場合は，堅牢なケースに入れ外傷からファイバを保 護する（図 8）。 コイルシートの標準的な寸法は表 3 に示すとおりで， 表 2 の使用用途に合わせて，ファイバの長さを自在に選 択できる。コイルシートの最大高さは，19 インチラック 1 U（高さ約 44 mm）のラックに最適な高さに設定されて おり，さらに，製品は，そのほとんどがファイバであるた め，非常に軽量となっている。 図 7 コイルシート外観（1 .4 km巻，両端コネクタ付き）
An optical fiber sheet (1 .4 km length with SC/SPC connectors)
図 7 コイルシート外観（1 .4 km巻，両端コネクタ付き）
An optical fiber sheet (1 .4 km length with SC/SPC connectors)
図 8 OTDR用ダミーコイルシートの外観
A dummy fiber for OTDR
図 8 OTDR用ダミーコイルシートの外観
A dummy fiber for OTDR
3 .3 特性 特性は，従来のリールに巻き取ったコイルと比較する と，巻き芯が無い（コアレス）ため，巻き取りの残留張力 が小さく抑えられている。BOTDR（Brillouin OTDR）で ひずみを測定した結果，束取り状態（ファイバを自由に した状態）に比べ，リール巻き状態では約 5 倍増加して いたが，コイルシートでは約 2 倍の増加に留まっていた。 このことから，コイルシートは，ファイバ本来の状態・ 特性を維持していると言える。また，信頼性はテルコー ディア（Telcordia）規格に基づいた試験を実施し，問題 の無いことも確認している。 4 その他の光ファイバシート 4 .1 光カプラシート 光ファイバシート上には光ファイバの他，光分岐，分 波カプラなどの光部品を搭載することも可能である。 図 9 は 2 本の導波路型光ファイバカプラとシャッフル シートを配置し，電柱上のクロージャ内に設置する 2 線方式 GE-PON（GE-Passive Optical Network）用分配 光カプラシートの一例である。図 10 のように GE-PON 方式など，CATV や FTTH ネットワークでは電柱上で 光信号を分岐するための光ファイバカプラが多く用い られているが，この光カプラシートを使用することに より，現場でのカプラ選定作業や心線分割作業，固定作 業が不要となる。 表 2 コイルシートの用途例
Usage example of a coil sheet
用途例 ファイバ長 OTDRのダミー用 （測定器近端ゴースト回避） 100∼ 1000 m 遅延線 （光のタイミング調整） 100∼ 500 m （約 0 .5 ∼ 2 .5ms） 伝送実験 5∼ 10 km 連結で 10 km以上も可 分散補償 （光波形制御） 1∼ 10 km （− 70 ps∼− 900 ps） 表 2 コイルシートの用途例
Usage example of a coil sheet
用途例 ファイバ長 OTDRのダミー用 （測定器近端ゴースト回避） 100∼ 1000 m 遅延線 （光のタイミング調整） 100∼ 500 m （約 0 .5 ∼ 2 .5ms） 伝送実験 5∼ 10 km 連結で 10 km以上も可 分散補償 （光波形制御） 1∼ 10 km （− 70 ps∼− 900 ps） 表 3 コイルシート概算寸法
A size table of the fiber coils in various fiber lengths
ファイバ長 外側 直径 （参考値fmm） 標準高さ （mm） シートサイズ （□ mm） 100 m 68 11 100 500 m 92 11 120 1 km 97 18 120 5 km 132 36 160 注）コイル内側 直径は，約f60 mm です。 表 3 コイルシート概算寸法
A size table of the fiber coils in various fiber lengths
ファイバ長 外側 直径 （参考値fmm） 標準高さ （mm） シートサイズ （□ mm） 100 m 68 11 100 500 m 92 11 120 1 km 97 18 120 5 km 132 36 160 注）コイル内側 直径は，約f60 mm です。
また，入出力ファイバをあらかじめ多芯テープ化して おくことができるため，幹線ケーブルやドロップケーブ ルのテープ芯線と一括融着接続していくだけで工事が完 了し，工事時間の短縮が可能となると共に，カプラの選 定ミスや接続ミスを無くすことができるため為，全体の 工期短縮にも繋がる。現在，いくつかの地域の CATV光 ネットワークで長期的に御使用頂いており，当社のシー ト技術が見えないところで活躍している。 4 .2 センサー用シート 光ファイバは熱，振動，放射光，歪みなどの物理量の センサーとして用いることができることが知られてい る。一方，光ファイバシートは，光ファイバを自在な形 状に配線できるため，センサーとして最大効率となるよ うな形状の配線が可能で，円型，帯状の他，どのような 形状にも加工が可能である（図 11）。 図 9 2 × 16 分岐 カプラシート
2 ch x16 ports coupler sheet with a closure tray
図 9 2 × 16 分岐 カプラシート
2 ch x16 ports coupler sheet with a closure tray
シャッフル付カプラシート 幹線ケーブル クロージャ 分岐ケーブル ドロップケーブル 幹線ケーブル 図 10 クロージャ内トレイ設置用 FTTH 2 線方式ドロップ分岐カプラシ ート 構成図
A structure of a two channel coupler sheet for an optical closure
シャッフル付カプラシート 幹線ケーブル クロージャ 分岐ケーブル ドロップケーブル 幹線ケーブル 図 10 クロージャ内トレイ設置用 FTTH 2 線方式ドロップ分岐カプラシ ート 構成図
A structure of a two channel coupler sheet for an optical closure
図 11 ナスカの地上絵形状の光ファイバ配線例
An example of a fiber sheet shaped like the Nazca Lines
図 11 ナスカの地上絵形状の光ファイバ配線例
An example of a fiber sheet shaped like the Nazca Lines
5 ま と め 光ファイバシートは，光ファイバをフィルムで挟み込 んだ新しい発想の光ファイバ応用製品であり，次世代の 通信機器，PC内部の光配線から，手のひらに乗るよう な小型のファイバコイル，クロージャ内で幹線と家庭を 繋ぐブランチにと，その利用範囲は広大である。低損失 な光ファイバの特性を制約することなく最大限利用し ながら，自由自在に小さく収容することができるシート 化技術のなせる技であり，使い方によりその利用範囲 は際限がない。近い将来，電気の FPC（Flexible Printing Circuit）のように，光ファイバシートが多くの機器内で 活躍していることであろう。 ※ 光ファイバシートは他に，光ファイバボード，光ファ イバハーネス，光ファイバ実装板とも言われ，JPCA （日本プリント回路工業会）では光配線板と言う。 参考文献 a 総務省発表資料．総務省情報通信データーベース． 2008. 6. http://www.johotsusintokei.soumu.go.jp/new/index. html
b 「40G Ethernet Market Potential IEEE 802.3 HSSG Interim Meeting April 2007」．IEEE 802.3 HSSG April 2007 Interim Meeting, 2007.
c 光回路実装技術の最前線（11B2）．エレクトロニク ス実装学会 最先端実装技術シンポジウム, 2008, p.59-110. d 近藤ほか．光ファイバハーネスの開発．三菱電線時 報．（98）, 2001, p.23. e 光ファイバコイルシート（オプティフレックス®）の 開発．三菱電線時報．（102）, 2005, p.62. f 新型光ファイバシート内蔵型光成端箱．三菱電線時 報．（101）, 2004, p.72. g 光ファイバシート内蔵型光成端箱．三菱電線時報． （100）, 2003, p.126. h 近藤ほか．EDFシートの開発．三菱電線時報．（95）, 1999, pp.54∼58. i 近 藤 克 昭 ．光 フ ァ イ バ 配 線 板 の 信 頼 性 設 計 （OFT00-85）．電子情報通信学会技術研究報告．OFT, 光ファイバ応用技術．100（589）, 2001, p.55∼60.
