(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、前記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、前記信号光入射部から入射した信号光を伝播して前記信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、
前記信号光入射部が、前記一方の端縁に形成された該端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、
該一方の端縁に対向して配置され該一方の端縁に沿って延びる、該一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有し、前記シリンドリカルレンズ列と協同して前記信号光を前記光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有することを特徴とする光データバス。
【請求項２】
前記シリンドリカルレンズ列部材が前記第１のシリンドリカル面と第２のシリンドリカル面との間の距離調整用に移動自在なものであることを特徴とする請求項１記載の光データバス。
【請求項３】
前記信号光入射部が、前記光データバスの一方の側面に寄った位置から入射した信号光を該側面から離れる方向に屈折させるものであることを特徴とする請求項１記載の光データバス。
【請求項４】
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、前記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、前記信号光入射部から入射した信号光を伝播して前記信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、前記信号光入射部が、前記一方の端縁に形成された該端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、該一方の端縁に対向して配置され該一方の端縁に沿って延びる、該一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有し前記シリンドリカルレンズ列と協同して前記信号光を前記光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有する光データバスが、該光データバスの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を互いのうちに挟んで複数枚積層されてなることを特徴とする光データバス複合体。
【請求項５】
基体、
信号光を出射する信号光出射端および該信号光出射端から出射される信号光に担持させる信号を生成する回路と、信号光を入射する信号光入射端および該信号光入射端から入射した信号光が担持する信号に基づく信号処理を行う回路とのうちの少なくとも一方が登載された複数枚の回路基板、
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、前記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、前記信号光入射部から入射した信号光を伝播して前記信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、前記信号光入射部が、前記一方の端縁に形成された該端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、該一方の端縁に対向して配置され該一方の端縁に沿って延びる、該一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有し前記シリンドリカルレンズ列と協同して前記信号光を前記光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有する光データバス、および
前記回路基板を、該回路基板に登載された信号光出射端ないし信号光入射端が前記信号光入射部ないし信号光出射部において前記光データバスと結合される状態に前記基体上に固定する複数の基板固定部とを備えたことを特徴とする信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の伝送を担う光データバス、およびその光データバスを用いたデータの送受を含む信号処理を行なう信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）の開発により、データ処理システムで使用する回路基板（ドーターボード）の回路機能が大幅に増大してきている。回路機能が増大するにつれて各回路基板に対する信号接続数が増大するため、各回路基板（ドーダーボード）間をバス構造で接続するデータバスボード（マザーボード）には多数の接続コネクタと接続線を必要とする並列アーキテクチャが採用されてきている。接続線の多層化と微細化により並列化を進めることにより並列バスの動作速度の向上が計られてきたが、接続配線間容量や接続配線抵抗に起因する信号遅延により、システムの処理速度が並列バスの動作速度によって制限されることもある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の問題もシステムの処理速度向上に対しては大きな制約となる。
【０００３】
このような問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計るために、光インターコネクションと呼ばれる、システム内光接続技術を用いることが検討されている。光インターコネクション技術の概要は、『内田禎二、回路実装学術講演大会  １５Ｃ０１，ｐｐ．２０１〜２０２』や『Ｈ．Ｔｏｍｉｍｕｒｏ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｏｋｙｏ  Ｎｏ．３３  ｐｐ．８１〜８６，１９９４』に記載されているように、システムの構成内容により様々な形態技術が提案されている
従来提案された様々な形態の光インターコネクション技術のうち、特開平２−４１０４２号公報には、高速、高感度の発光／受光デバイスを用いた光データ伝送方式をデータバスに適用した例が開示されており、そこには、各回路基板の表裏両面に発光／受光デバイスを配置し、システムフレームに組み込まれた隣接する回路基板上の発光／受光デバイス間を空間的に光で結合した、各回路基板相互間のループ伝送用の直列光データバスが提案されている。この方式では、ある１枚の回路基板から送り出された信号光が、隣接する回路基板で光／電気変換され、さらにその回路基板で今度は電気／光変換されて、次に隣接する回路基板に信号光を送り出すというように、各回路基板が順次直列に配列され各回路基板上で光／電気変換および電気／光変換を繰り返しながらシステムフレームに組み込まれたすべての回路基板間に伝達される。このため、信号伝達速度は各回路基板上に配置された受光／発光デバイスの光／電気変換速度および電気／光変換速度に依存すると同時にその制約を受ける。また、各回路基板相互間のデータ伝送には、各回路基板上に配置された受光／発光デバイスによる、自由空間を介在させた光結合を用いているため、隣接する回路基板表裏両面に配置されている発光／受光デバイスの光学的位置合わせが行なわれすべての回路基板が光学的に結合していることが必要となる。さらに、各回路基板が自由空間を介して結合されているため、隣接する光データ伝送路間の干渉（クロストーク）が発生しデータの伝送不良が予想される。また、システムフレーム内の環境、例えば埃などにより信号光が散乱することによりデータの伝送不良が発生することも予想される。さらに、各回路基板が直列に配置されているため、いずれかのボードが取り外された場合にはそこで接続が途切れてしまうので、それを補うための余分な回路基板が必要となる。すなわち、回路基板を自由に着脱することができず、回路基板の数が固定されてしまうという問題がある。
【０００４】
これらのほかに、自由空間を利用した回路基板相互間のデータ伝送技術として、特開昭６１−１９６２１０号公報には、平行な２面を有する、光源に対置されたプレートを具備し、プレート表面に配置された回折格子、反射素子により構成された、自由空間を利用した光路を介して回路基板間を光学的に結合する方式が開示されている。この方式では、１点から発せられた光を固定された１点にしか接続できず電気バスの様に全ての回路ボード間を網羅的に接続することができないという問題がある。また、自由空間を利用しているので複雑な光学系が必要となり、位置合わせ等も難しい為、光学素子の位置ずれに起因する、隣接する光データ伝送路間の干渉（クロストーク）が発生しデータの伝送不良が予想される。さらに、回路基板間の接続情報はプレート表面に配置された回折格子および反射素子により決定されるため、回路基板を自由に着脱することができず拡張性が低いというような様々な問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決する手段として、シート状の伝送路に入射した信号光を拡散体を用いて伝送路全体に拡散させることによって、伝送路を共通信号路として利用する方式の光データバスが考えられる。この方式を用いれば、受発光部を有した複数の回路基板を簡易な取付けで確実に光結合させることができ、精密な光学的位置合わせを必要としない。また、回路基板の数や取付け位置を自由に変えることができ、拡張性に富んだ自由度の高いシステムを構築できる。また、伝送路を用いるため埃などに対する耐環境性を有し、光学的位置合わせを必要としないため温度変化等にも強い、という長所を備えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記光データバスにおいては、あらゆる方向に光を拡散させているため、光の大半を出射側の端縁以外のところへ放出してしまう。従って、受光部での光強度は非常に弱いものとなってしまい、高速化や低消費電力化を図れないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、信号光の伝送効率が高く、信号光を出射する側の端縁における出射光量のばらつきが少ない光データバスを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、信号光を入射する側の端縁に、端縁の長手方向に複数のシリンドリカル面を配列させたシリンドリカルレンズ列を用いて信号光の拡散を行う方法が考えられる。伝送距離に比べて十分に短い焦点距離を持つシリンドリカルレンズを用いて信号光を拡散させることで、出射側の端縁で、ある程度広がりを持たせることができ、得られる広がり角θはシリンドリカルレンズ列のピッチｐとシリンドリカルレンズ焦点距離ｆとの比によって決まる（図８参照）。
【０００９】
例えば屈折率が１．５、半径０．５ｍｍ、ピッチ０．７ｍｍのシリンドリカルレンズの列を使用すると、原理的に広がり角は±１６．４度になる。
信号光が出射側の端縁全体に到達するいわゆるブロードキャスト性を満足するためには、光伝送の伝送距離Ｌに対して、出射側の端縁の幅ＤをＤ＜ｐ・Ｌ／ｆに設定する必要がある（図７参照）が、データバスにはより多くの基板を同時に接続できることが望ましいので、出射側の端縁の幅Ｄはより広く設定できることが望ましい。従って、広がり角はより広いものが求められる。
【００１０】
そこで上記目的を達成する本発明の光データバスは、
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、上記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、信号光入射部から入射した信号光を伝播して信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、
信号光入射部が、上記一方の端縁に形成されたその端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、
その一方の端縁に対向して配置されその一方の端縁に沿って延びる、その一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有し、シリンドリカルレンズ列と協同して信号光を光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の光データバス複合体は、
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、上記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、信号光入射部から入射した信号光を伝播して信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、信号光入射部が、上記一方の端縁に形成されたその端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、その一方の端縁に対向して配置されその一方の端縁に沿って延びる、該一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有しシリンドリカルレンズ列と協同して信号光を光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有する光データバスが、光データバスの屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層を互いのうちに挟んで複数枚積層されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の信号処理装置は、
基体、
信号光を出射する信号光出射端および信号光出射端から出射される信号光に担持させる信号を生成する回路と、信号光を入射する信号光入射端および信号光入射端から入射した信号光が担持する信号に基づく信号処理を行う回路とのうちの少なくとも一方が登載された複数枚の回路基板、
一方の端縁に沿う、信号光の入射を担う信号光入射部と、上記一方の端縁とは反対側の端縁に沿う、信号光の出射を担う信号光出射部とを有し、信号光入射部から入射した信号光を伝播して信号光出射部から出射するシート状の光データバスであって、信号光入射部が、上記一方の端縁に形成されたその端縁の長手方向に配列されてなる複数の第１のシリンドリカル面からなるシリンドリカルレンズ列と、その一方の端縁に対向して配置されその一方の端縁に沿って延びる、その一方の端縁の長手方向に配列された複数の第２のシリンドリカル面を有しシリンドリカルレンズ列と協同して信号光を光データバス内部に拡散させるシリンドリカルレンズ列部材とを有する光データバス、および
上記回路基板を、回路基板に登載された信号光出射端ないし信号光入射端が信号光入射部ないし信号光出射部において光データバスと結合される状態に基体上に固定する複数の基板固定部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の光データバスの第１の実施形態を示す平面図である。
この光データバス１００には、第１のシリンドリカルレンズ１１１が配列されてなるシリンドリカルレンズ列１１０と、第２のシリンドリカルレンズ１２１が配列されてなるシリンドリカルレンズ列部材１２０とが備えられており、これらが本発明にいう信号光入射部の役割を果たす。また、光データバス１００には信号光の伝播を担う光伝送部１３０と、信号光の出射を担う信号光出射部１４０とが備えられている。
【００１４】
この光データバス１００は例えば以下のような製造方法により製造される。
この実施形態では、厚さ０．５ｍｍのシート状をした光伝送部１３０、とシリンドリカルレンズ列１１１は光透過率の高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）よりなる。この光伝送部１３０およびシリンドリカルレンズ列１１０は、予め型を用意し、その型を、ＰＭＭＡが十分に溶ける温度に加熱しておき、十分に加熱された溶融状態にあるＰＭＭＡをその型に流し込み、冷却した後に取り出すことによって作製される。
【００１５】
なお、第１のシリンドリカル面１１１は光データバスの端縁全体に形成される必要性はなく、信号光に対応した位置に形成されていればよい。また、シリンドリカルレンズ列１１１は、光伝送部１３０とは独立の型によって製造された後に光伝送部１３０と一体的に組み合わされても良い。
シリンドリカルレンズ列部材１２０の材料も光伝送部１３０およびシリンドリカルレンズ列１１０と同じＰＭＭＡであり、光伝送部１３０およびシリンドリカルレンズ列１１０同様に、予め用意した型を加熱し、その型にＰＭＭＡを流し込み、冷却した後に取り出すことによって作製される。第１のシリンドリカルレンズ１１１同様に、第２のシリンドリカルレンズ１２１もシリンドリカルレンズ列部材１２０の全体に形成される必要性はなく、信号光に対応した位置に形成されていればよい。
【００１６】
また、シリンドリカルレンズ列部材１２０が第１のシリンドリカルレンズ１１１と第２のシリンドリカルレンズ１２１との間の距離調整用に移動自在なものであってもよい。
本実施形態では第１および第２のシリンドリカルレンズ１１１，１２１は数百μｍのピッチで配列されており、このピッチは、半導体レーザによるレーザ光がレンズによって概略コリメートされた信号光のビーム径より小さくなっている。
【００１７】
上記のように作製された光データバス１００の信号光入射部に入射した信号光２００は、まず第２のシリンドリカルレンズ１２１によって屈折され、第１のシリンドリカルレンズ１１１によって更に屈折されて一旦焦点を結んだ後拡散される。拡散された信号光２１０は光伝送部１３０内を通り信号光出射部１４０まで伝播される。
【００１８】
信号光入射部で拡散された信号光２１０の広がりは、第１および第２のシリンドリカルレンズ１１１，１２１の合成焦点距離ｆ’とピッチｐとの比によって決定される。光伝送の伝送距離をＬ、信号光出射部の幅をＤとすると、ｆ’＜ｐ・Ｌ／Ｄの関係を満たすように各パラメータが設定されることにより、ブロードキャスト性が満足されることができる。
【００１９】
また、第１および第２のシリンドリカルレンズ１１１，１２１は光伝送部１３０の厚さ方向には信号光を拡散させないように配列されているので、信号光２００がもともと有している、光伝送部１３０の厚さ方向の広がりが光伝送部１３０の全反射条件以下の広がりであればすべての信号光２１０が信号光出射部１４０へ伝播される。
【００２０】
図２は、第１および第２のシリンドリカルレンズによる信号光の屈折の状態を示す概念図である。
第２のシリンドリカルレンズ１２１に入射した信号光は、まず、第２のシリンドリカルレンズ１２１によって屈折されて、第２のシリンドリカルレンズ１２１の主面から焦点距離ｆ1 進んだ位置で一旦焦点を結ぶ。その後、拡散しながら第１のシリンドリカルレンズ１１１に入射するがこのときの広がり角は図２に示す角度θ1 となる。第１のシリンドリカルレンズ１１１に入射し第１のシリンドリカルレンズ１１１によって屈折されることにより広がり角が拡大し、第１および第２のシリンドリカルレンズ１１１，１２１の合成焦点距離ｆ’に対応する、図２に示す角度θ’となる。
【００２１】
第２のシリンドリカルレンズ１２１の主面と第１のシリンドリカルレンズ１１１の頂点との間隔ｄを横軸にとり広がり角θ’を縦軸にとってグラフを書くと、図３に示すような右上がりのグラフとなる。ただし、第１および第２のシリンドリカルレンズ１１１，１２１のピッチｐは０．７ｍｍである。間隔ｄが約０．８ｍｍより大きい範囲で、１列のシリンドリカルレンズを使用した場合よりも広がり角を大きくすることができ、間隔ｄが２ｍｍのとき最大約３５度の広がり角を得ることができる。なお、間隔が２ｍｍよりも大きい場合には、第２のシリンドリカルレンズ１２１で拡散された信号光が複数の第１のシリンドリカルレンズ１１１に入射してしまうので広がり角は最大値を超えられない。
【００２２】
上記のようなシート状の光データバスを用いることによって、入射した信号光を効率よく拡散伝送することができる。すなわち、シリンドリカルレンズを用いて入射光を拡散させることによって入射光を効率よく信号光出射部へ伝送することができるとともに、２つのシリンドリカルレンズによって信号光を拡散させることで広がり角を充分に広げることができる。また、信号光出射部において信号光のばらつきが小さくなる。
【００２３】
図４は本発明の光データバスの第２の実施形態を示す概略構成図である。
この光データバス３００では、信号光入射部３１０の中央付近は信号光の入射方向に対して垂直な方向にシリンドリカルレンズ３１１が配列されており、信号光入射部３１０の、光データバス３００の側面３２０に寄った辺りでは、側面３２０に近づくほど、シリンドリカルレンズ３１２の位置が信号光の進行方向側にずれるようにシリンドリカルレンズ３１２が配列されている。この構成によって、信号光入射部３１０は、光データバス３００の一方の側面に寄った位置から入射した信号光をその側面から離れる方向に屈折させるものとなっている。従って、信号光入射部３１０の中央付近に入射した信号光４００も、信号光入射部３１０の、光データバス３００の側面に寄った辺りに入射した信号光４１０も信号光出射部３３０全体に均等に拡散されることとなる。
【００２４】
なお、ブロードキャスト性を満足するように信号光出射部３３０の幅等を設定することは第１の実施形態と同様である。
図５は、本発明の光データバス複合体の一実施例を示す概略的斜視図である。この光データバス複合体５００は、複数の、図１に示す光データバス１００と、光データバス１００の厚さ方向に拡散する信号光を反射する複数のクラッド層６００と、クラッド層６００によって反射されない角度で拡散する信号光を吸収する複数の光吸収層７００とが積層されて構成されており、光データバス１００、クラッド層６００、光吸収層７００、クラッド層６００、光データバス１００の順番で繰り返し積層されている。光データバス複合体５００は、このような構成となっているため、複数ビットからなる並列光信号の送受信等を行うことができる。
【００２５】
図６は本発明の信号処理装置の一実施形態を示す概略的斜視図である。
この信号処理装置８００には、本発明にいう基体の一例であるマザーボード８１０と、マザーボード８１０上に実装された、図５に示す光データバス複合体５００と、複数の回路基板８２０とが備えられており、回路基板８２０上には、本発明にいう信号光出射端の一例である発光素子８２１、本発明にいう信号光入射端の一例である受光素子８２２および、信号処理等を行うＶＬＳＩ等の回路８２３が配置されている。また、回路基板８２０はマザーボード８１０に対して抜き差し自在であり、マザーボード８１０に固定される際には、図示しない基板固定部によって、発光素子８２１および受光素子８２２が光データバスの信号光入射部および信号光出射部に対向するように固定される。図５に示す光データバス複合体５００を用いることにより、回路基板８２０をマザーボード８１０上に固定する際の位置あわせが容易となる。
【００２６】
上記のような構成の信号処理装置によれば、送受信の際の信号光のロスを少なくすることができ、しかも複数の基板間で同時に信号光を送受信することができるため、高速かつ低消費電力の信号処理装置を実現することができる。また、光の利用効率が極めて高くなるので、従来の強さの信号光であっても、より一層の高速化に対応させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明の光データバスによれば、信号光の伝送効率が高く、信号光を出射する側の端縁における出射光量のばらつきが少ない光データバスを実現することができる。
本発明の光データバス複合体によれば、複数ビットからなる並列光信号の送受信等を行うことができる。
【００２８】
本発明の信号処理装置によれば、高速かつ低消費電力の信号処理装置を実現することができる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光データバスの第１の実施形態を示す平面図である。
【図２】第１および第２のシリンドリカルレンズによる信号光の屈折の状態を示す概念図である。
【図３】シリンドリカルレンズの間隔と広がり角との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の光データバスの第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の光データバス複合体の一実施例を示す概略的斜視図である。第
【図６】本発明の信号処理装置の一実施形態を示す概略的斜視図である。
【図７】１列のシリンドリカルレンズ列を有する光データバスの平面図である。
【図８】１つのシリンドリカルレンズによる信号光の屈折の状態を示す概念図である。
【符号の説明】
１００，３００    光データバス
１１０    シリンドリカルレンズ列
１１１    第１のシリンドリカルレンズ
１２０    シリンドリカルレンズ列部材
１２１    第２のシリンドリカルレンズ
１３０    光伝送部
１４０，３３０    信号光出射部
３１０    信号光入射部
３１１    シリンドリカルレンズ
５００    光データバス複合体
６００    クラッド層
７００    光吸収層
８００    信号処理装置
８１０    マザーボード
８２０    回路基板
８２１    発光素子
８２２    受光素子
【図１】
0003635878.tif 000002
【図２】
0003635878.tif 000003
【図３】
0003635878.tif 000004
【図４】
0003635878.tif 000005
【図５】
0003635878.tif 000006
【図６】
0003635878.tif 000007
【図７】
0003635878.tif 000008
【図８】
0003635878.tif 000009