(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体形状の基礎ブロックの面上に、半導体を集積したチップを複数搭載し、
前記基礎ブロック内に冷却媒体または保温媒体を導入するための入力ポートと排出するための排出ポートを設け、前記基礎ブロック内に所定の温度に維持するために前記冷却媒体または保温媒体を流すように構成し、
前記チップ間は被覆導体またはラップワイヤにより電気的に接続し、
縦と横方向に、波長別に通過可能な波長別パスフィルタを多数配列したフィルタ部および前記フィルタ部の各波長別パスフィルタにそれぞれ対応して設けられ、オンオフすることにより光パルスを出力する発光手段を有する単パルス多ビット送信部と、
前記各波長別パスフィルタから出力される各波長別光パルスを光ファイバの入力端に収束させることにより波長多重する収束レンズ部と、
光ファイバから送られてきた各波長別光パルスを含む波長多重パルス束を拡げる拡散レンズ部と、
前記拡散レンズ部の背面に、前記波長別に通過可能な波長別パスフィルタをそれぞれ配置し、前記波長別パスフィルタを通過した光パルスを受光する光−電気変換素子を有する単パルス多ビット受信部と、
から構成されたことを特徴とする自己温度管理形大規模集積回路。
【請求項２】
前記発光手段は、前記フィルタ部の各波長別パスフィルタに対応して設けられ、それぞれ開閉制御ができる小シャッタよりなるシャッタ部，予め決められたタイミングで前記各小シャッタの開閉制御を行う制御部ならびに前記シャッタ部の背面より光を照射する発光部より構成したことを特徴とする請求項１記載の自己温度管理形大規模集積回路。
【請求項３】
前記発光部の代わりに外部より光を取り入れて前記シャッタ部の背面より光を照射するように構成したことを特徴とする請求項２記載の自己温度管理形大規模集積回路。
【請求項４】
対基板用ソケットを設けたことを特徴とする請求項１記載の自己温度管理形大規模集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多ビットのデータを含む単パルスを波長多重することにより、大容量データを高速に送受信できる自己温度管理形大規模集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットを比較的人間に近い動作と同様に駆動させるためには、非常に多い情報量と高速処理が必要であり、限られた小さなスペース、例えば、等身大のロボットの場合には人間の頭や胴体部分に記憶媒体，その他の装置や回路を収納しなければならない。そのために小型で高速処理が可能な大規模集積回路が要請される。
このような小型で高速処理が可能な大規模集積回路は、高速に大容量のデータを送受信するため回路自体の発熱量が大きくなり、従来のパッケージ形式の集積回路のように上部に放熱体を搭載し、ファン等で強制的に冷却する方式では、対応することができない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特に、集積密度を高めるためにＩＣパッケージを多層にした場合には、放熱が難しくなる。そして、パワーのあるＩＣを取り扱う場合には、温度管理に限界があって、使用できる環境の温度範囲が狭くなってしまう。
また、ＩＣパッケージ、配線基板、温度管理機構（冷却、あるいは保温のための構造）の単なる組み合わせでは、全体の高密度化と広い温度管理範囲が得られ難く、無駄が多いという欠点がある。
【０００４】
本発明は、高度で精密な動作を行い、必要な機構，回路を内蔵するための内容積を大きくとれないロボットなどを制御する大規模集積回路として用いることができるもので、多ビット単パルスの波長多重パルス束を高速に送受信でき、温度管理も広い範囲で確実にできる温度管理形大規模集積回路を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明による自己温度管理形大規模集積回路は、直方体形状の基礎ブロックの面上に、半導体を集積したチップを複数搭載し、
前記基礎ブロック内に冷却媒体または保温媒体を導入するための入力ポートと排出するための排出ポートを設け、前記基礎ブロック内に所定の温度に維持するために前記冷却媒体または保温媒体を流すように構成し、
前記チップ間は被覆導体またはラップワイヤにより電気的に接続し、
縦と横方向に、波長別に通過可能な波長別パスフィルタを多数配列したフィルタ部および前記フィルタ部の各波長別パスフィルタにそれぞれ対応して設けられ、オンオフすることにより光パルスを出力する発光手段を有する単パルス多ビット送信部と、
前記各波長別パスフィルタから出力される各波長別光パルスを光ファイバの入力端に収束させることにより波長多重する収束レンズ部と、
光ファイバから送られてきた各波長別光パルスを含む波長多重パルス束を拡げる拡散レンズ部と、
前記拡散レンズ部の背面に、前記波長別に通過可能な波長別パスフィルタをそれぞれ配置し、前記波長別パスフィルタを通過した光パルスを受光する光−電気変換素子を有する単パルス多ビット受信部と、
から構成されている。
【０００６】
本発明の前記発光手段は、前記フィルタ部の各波長別パスフィルタに対応して設けられ、それぞれ開閉制御ができる小シャッタよりなるシャッタ部，予め決められたタイミングで前記各小シャッタの開閉制御を行う制御部ならびに前記シャッタ部の背面より光を照射する発光部より構成することができる。
本発明は、外部より光を取り入れて前記発光部の代わりにすることができる。また、対基板用ソケットを設けることもできる。その上、多数の各種回路を構成する自己温度管理形大規模集積回路を多重結合させることにより、群生的，超大規模集積回路を構築することも可能であり、並列処理等の既存の集積回路に代わり、より、大きな構成の集積回路群を構築できる。将来のスーパーコンピュータの中核部に利用することも可能と考察できる上に、既存の１チップＭＰＵに代わり、１ブロック単位の大規模ＭＰＵを目指す。
【０００７】
【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詳しく説明する。
図１は、本発明による自己温度管理形大規模集積回路の実施の形態を示す斜視図である。
基礎ブロック１は、直方体形状であり、一辺端部に放熱器４５が、一辺他端部に放熱器４６がそれぞれ取り付けられている。放熱器４５および４６の他端部には冷却媒体出力ポート９と、冷却媒体入力ポート８が設置されている。この冷却媒体出力ポート９および冷却媒体入力ポート８には冷却体流路（図１１を参照）が接続され、冷却流路から冷却媒体入力ポート８を通って供給される冷却媒体が基礎ブロック１内を流れ、冷却媒体出力ポート９より冷却流路に戻るようになっている。
【０００８】
基礎ブロック１の上面および側面には、半導体を集積したチップ３が搭載され、さらに高周波部品１６，高周波チップ３７が搭載されている。１７は高周波部品１６を接続する接合導体である。
基礎ブロック１の上部には送信部１１と受信部１２が設置されている。送信部１１および受信部１２には光ファイバケーブル２が接続され、さらにバックライト用ファイバ７が接続されている。
基礎ブロック１の下部にはコネクタ５が設置され、集積回路１５を搭載したプリント基板４の基板側コネクタ６に接続されるようになっている。
各チップ，部品，素子間はラップワイヤ１３により接続される。この例は一部にラップワイヤを記載してあるもので、実際は必要な本数のラップワイヤが接続される。また、必要に応じ被覆導体を用いることもできる。
【０００９】
図２は、図１の送信部および受信部の詳細を説明するための断面図である。
この図の受信部は、他の自己温度管理形大規模集積回路の受信部であるが、図１のものと同じ構成であるので、図１の受信部１２として説明する。
送信部１１は、電気信号線２８に接続された発光体３０，シャッタコントロール線３６（図示しない制御回路が接続されている）に接続されたシャッタ部３２，フィルタ部３１およびレンズ２１により構成されている。発光手段は、発光体３０，シャッタコントロール線３６およびシャッタ部３２により構成されている。送信部１１はケースとガイドを兼ねるケースおよびガイド１９に収容され、ケースおよびガイド１９は基礎ブロック１に固定されている。
光ファイバケーブル２は、光ファイバ１４，被覆部１８が上記ケース１９のガイドに収容され構成される。ガイドの端部は嵌合部３４ａが形成され、その根元部分にバネガイド２３が設けられている。
【００１０】
受信部１２は、電気信号線２８に接続された光−電気変換素子２９，針状受光素子２７，レンズ２２より構成されている。この受信部１２に接続されている光ファイバケーブル２の先端は、嵌合ガイド部３４ｂを有し、その根元部分にバネガイド１０が設けられている。
送信部１１からの光ファイバケーブルの嵌合部３４ａと受信部１２からの光ファイバケーブルの嵌合ガイド部３４ｂを嵌合し、バネ１０に張力を与えた状態でバネ１０をバネガイド２３に引っ掛けることにより両光ファイバケーブルの端部は接続される。両光ファイバケーブルの端部はバネ１０によって常に互いに突き当たる方向に付勢されているので、両光ファイバケーブルの接続は確実である。
なお、両光ファイバケーブルの当接部分には緩衝材としてのクッション２０が挿入されている。
【００１１】
送信部１１のフィルタ部より各波長毎の単パルスの光が出力されると、レンズ２１により単パルスの光が収束され波長多重されて光ファイバ１４に入力する。
光ファイバ１４を伝達した波長多重された光パルス信号は受信部１２に到達し、受信部１２のレンズ２２で拡げられ、針状受光素子２７を通って各波長毎に設けられている光−電気変換素子２９に入射する。
【００１２】
図３は、フィルタ部とシャッタ部の構成例を示す斜視図である。
シャッタ部３２は６行７列の小シャッタ３２ａにより構成されている。このシャッタ部３２は液晶などが用いられる。小シャッタ３２ａは、シャッタコントロール線３６からの信号によりオンオフされ、シャッタ部３２の下側に設けられている発光体３０からの光を通過させたり、遮断したりすることにより光パルスを発生する。フィルタ部３１の、シャッタ部３２の各小シャッタ３２ａと対応する位置には各列毎にそれぞれ異なる波長を通過させる波長別パスフィルタ３１ａが設けられている。
この例では、ａ’列には波長λ1 のみを、ｂ’列には波長λ2 のみを、ｃ’列には波長λ3 のみを、ｄ’列には波長λ4 のみを、ｅ’列には波長λ5 のみを、ｆ’列には波長λ6 のみを、ｇ’列には波長λ7 のみを通過させるパスフィルタが設けられている。
【００１３】
図４は、シャッタ部の各小シャッタをオンオフして各波長別パルスのレベル値を形成する例を示す図である。
ａ列ではイ，ロ・・・ヘまでのシャッタ全てを、ｂ列はイ，ロ，ヘを、ｃ列はイを、ｄ列はイ，ロ，ニ，ホ，へを、ｅ列はイ，ロを、ｆ列はイ，ロ，ニ，ヘをそれぞれ開いている。ｇ列はすべて閉じており、パルス光は発生しない。
【００１４】
図５は、送信部から出力される各列毎のパルス波形図を示したものである。
（ａ）はａ列のすべてのシャッタが開いた場合で、波長λ1 のパルス波形のレベル値は６であり、（ｂ）はｂ列の２つのシャッタが開いた場合で、波長λ2 のパルス波形のレベル値は２であり、（ｃ）はｃ列の５つのシャッタが開いた場合で、波長λ3 のパルス波形のレベル値は５であり、（ｄ）はｄ列の１つのシャッタが開いた場合で、波長λ4 のパルス波形のレベル値は１である。
このようにして７つの波長λ1 〜λ7 のパルス列をフィルタ部より出力させ、波長多重して送出する。
【００１５】
図６は、受信部の光−電気変換素子の前面に配置するフィルタ部の構成を説明するための図である。
各列毎に設けられている６個の光−電気変換素子に対し、第１の光−電気変換素子２８ａにはフィルタは配置せず、第２の光−電気変換素子２８ｂには１個のフィルタを、第３の光−電気変換素子２８ｃには２個のフィルタを、というようにしてフィルタの数を増加させ、第６の光−電気変換素子２８ｆには５個のフィルタを配置している。
この構成により、どの光−電気変換素子２８から出力を得るかによってその波長のレベルを識別することができる。例えば、レベル値３の光パルスが入力した場合には、光−電気変換素子２８ａ，２８ｂ，２８ｃから出力を得ることができる。
【００１６】
図７は、送信部および受信部の他の実施の形態を示す断面図である。
（ａ）の例は発光体３０の代わりにバックライト部３７を設け、外部から光ファイバにより導かれる光を出力するようにしたものである。
（ｂ）の例は、受光側にもシャッタ部４０を設け、シャッタ部４０の小シャッタの背面にそれぞれ光−電気変換素子を配列し感知ブロック分けするようにしたものである。
【００１７】
図８は、本発明による大規模集積回路の送受信部が波長多重パルス列の光を送受信する系を説明するための図である。
列方向の小シャッタをｎ列，行方向のシャッタをｍ行とすると、各波長（λ1 〜λn ）毎に（１＋ｍ）個のレベル値で表現できる。
従来の送受信におけるパルスは、１ビットが１パルス表現となるが、本発明では１パルス（単パルス）に複数ビットの対応付けすることができ、したがって、ｎ列とｍ行の数を大きくとれば、多ビットを高速に送受信することが可能である。
１例としてλ1 の波長を上位の数ビットに、λ2 の波長を下位の数ビットに、λ3 をパリティとその他とし、λ4 ，λ5 ，λ6 の波長をデータバスに、λ7 ，λ8 ，λ9 の波長をアドレスバスに、λ10，λ11，λ12の波長をデータバスにそれぞれ対応付けることができる。
【００１８】
図９は、各波長別パルスの送信と受信のタイミングの一例を説明するための波形図である。
λ7 の波長（ｇ列）に同期を取るためのクロックを乗せている。このクロックによりλ1 ，λ2 ，λ3 の波長（ａ，ｂ，ｃ列）のパルスが同時に送られる。つぎにクロック５個目にλ4 ，λ5 ，λ6 の波長（ｄ，ｅ，ｆ列）のパルスが同時に送られる。
一方、受信側では最初のクロックから５個目のクロックで読み込むことにより最初にａ，ｂ，ｃ列のパルスを得ることができ、さらに５個目のクロックによりｄ，ｅ，ｆ列のパルスを得ることができる。
以下は上記動作の繰り返しで送受信することができる。
【００１９】
図１において、送信部１１および受信部１２は上述したように多ビット単パルスの波長多重パルス光を高速に送受信することができるので、それに応じて発熱量も従来の回路に比較し大きくなる。しかしながら、基礎ブロック１の各表面に、発熱量が大きいチップ等を搭載し、基礎ブロック１内に冷却媒体を流す構成であるので、強力に発生熱量を吸収することができる。
図１０は、図１の自己温度管理形大規模集積回路を用いたシステムの一例を示す斜視図である。
ヒートポンプおよびポンプ５４は、冷却媒体の放熱の熱交換部であり、冷却媒体を循環させる部分である。バルブ６０はバックライト用の光源であり、針状入光部５３は、光源の光線を光ファイバに入射させる部分である。入射効率を上げるために針状の突起を設けている。
【００２０】
冷却体流路６１は、冷却媒体の通路であり、この流路を通って冷却媒体は大規模集積回路５０，５１，５２に供給される。
バックライト用光線供給ファイバ５７は、針状入光部５３から入射した光線を各大規模集積回路５０，５１，５２のバックライト部に供給する通路である。
大規模集積回路５０，５１，５２は、例えばλ1 ，λ2 ，λ3 の波長ブロック，λ4 ，λ5 ，λ6 の波長ブロック，λ7 ，λ8 ，λ9 の波長ブロックにそれぞれ分け、この図には記載されてない他の大規模集積回路と信号を送受信する例を示している。
調整弁６３は、冷却体流路６１より大規模集積回路５０への媒体の流量調整を行う弁である。
コントロールライン６４は、図示しない温度制御回路からのコントロール信号を調整弁へ伝達するラインである。
【００２１】
送受信用ファイバ束線部５８は、群生をなす大規模集積回路の信号伝達のファイバの束になった部分である。
ファン５５は、ヒートポンプおよびポンプ５４ならびにバルブ６０の高熱部より集まった全体の熱を外気へ放出するためのものである。
供給電源６５は電力発生部５６で発生した電力を各大規模集積回路に供給する電源である。
電力発生部５６は、針状の形状をした素子が光入射部分に配置された太陽電池などの電力供給源である。
上記システムの例は一例であり、さらに自己温度管理形大規模集積回路を多数配置し、高速で多ビットを送受信できるシステムを構築することができる。
【００２２】
以上の実施の形態は、発熱体より熱を吸収して所定値に温度管理する例を示したが、流路に保温媒体を流して所定の温度に保持するようにしても良い。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように本発明によれば、多ビット単パルスの波長多重した光信号を高速に送受信でき、温度管理も広い範囲で確実にできる温度管理形大規模集積回路を提供できる。
したがって、本発明による温度管理形大規模集積回路を用いることにより高度で精密な動作を行い、必要な機構，回路を内蔵するための内容積を大きくとれないロボットなどを制御するシステムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自己温度管理形大規模集積回路の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１の送信部および受信部の詳細を説明するための断面図である。
【図３】フィルタ部とシャッタ部の構成例を示す斜視図である。
【図４】シャッタ部の各小シャッタをオンオフして各波長別パルスのレベル値を作成する例を示す図である。
【図５】送信部から出力される各列毎のパルス波形図を示したものである。
【図６】受信部の光−電気変換素子の前面に配置するフィルタ部の構成を説明するための図である。
【図７】送信部および受信部の他の実施の形態を示す断面図である。
【図８】波長多重パルス列の光を各波長別に送受信する系を説明するための図である。
【図９】各波長別パルスの送信と受信のタイミングの一例を説明するための波形図である。
【図１０】図１の自己温度管理形大規模集積回路を用いたシステムの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基礎ブロック
２…光ファイバケーブル
３…半導体チップ
４…プリント基板
５…コネクタ
６…基板側コネクタ
７…バックライト用ファイバ
８…冷却媒体入力ポート
９…冷却媒体出力ポート
１０…バネ
１１…送信部
１２…受信部
１３…ラップワイヤ
１４…光ファイバ
１８…被覆部
１９…ケースおよびガイド
２１，２２…レンズ
２３…バネガイド
２７…針状受光素子
２８…電気信号線
２９…光−電気変換素子
３０…発光体
３１…フィルタ部
３２…シャッタ部
３４ａ…嵌合ガイド部
３４ｂ…嵌合部
３５…テンション方向
４５，４６…放熱器
４７…素子押さえおよび保護材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003645367.tif 000010
【図１０】
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