(57)【要約】【課題】光の利用効率が大きく拡張性にすぐれた光伝送装置を提供する。【解決手段】本光伝送装置は、透光性媒体１０を備える。透光性媒体１０は、その一端に形成された階段状の複数の段差部にそれぞれ光信号の入出射部を有し、他端に光信号のミキシング部１１を有する。ミキシング部１１の端面には、光信号を反射拡散する光反射拡散部１２を備える。各段差部における入出射部のうち、少なくとも１つの入出射部のサイズが、他の入出射部のサイズより大きく形成される。大きいサイズの入出射部１３間は光ファイバ１４により光学的に結合される。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子１５または受光素子１６が光学的に結合可能に配置される。【選択図】　図１
2004109511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に形成された階段状の複数の段差部にそれぞれ光信号の入出射部を有し、他端に光信号のミキシング部及びミキシング部端面に光信号を反射する光反射部を有する透光性媒体を備えた光伝送装置において、少なくとも１つの入出射部のサイズが、他の入出射部のサイズより大きいことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
少なくとも１つの入出射部の幅が、他の入出射部の幅より大きいことを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項３】
透光性媒体の入出射部の数をＮ、他の入出射部より幅の大きい入出射部の数をｎ、許容損失をＬとしたとき、サイズの大きい入出射部の幅と他の入出射部の幅の比ｘが次式の関係
【数１】
2004109511.tif 000008
を満たすことを特徴とする請求項２記載の光伝送装置。
【請求項４】
大きいサイズの入出射部が、光ファイバと光学的に結合するための光結合部を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光伝送装置。
【請求項５】
光結合部が複数の光ファイバと光結合されることを特徴とする請求項４記載の光伝送装置。
【請求項６】
光結合部が光ファイバ接続用のコネクタを有することを特徴とする請求項４または５に記載の光伝送装置。
【請求項７】
透光性媒体が、ミキシング部端面に光信号を反射拡散する光反射拡散部を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光伝送装置。
【請求項８】
大きいサイズの入出射部が、光反射拡散部に最も近い段差部に位置することを特徴とする請求項７記載の光伝送装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の複数の光伝送装置と、前記光伝送装置の大きいサイズの入出射部間を接続する光ファイバとを備えたことを特徴とする光伝送装置の連結システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の回路基板またはデバイス間において光信号の伝送を担う透光性媒体を使用した光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回路基板間やデバイス間の信号の授受は、従来、電気バスを用いて行われるのが通例であった。しかしながら電気バスでは、ファンアウトが不足し、信号の高速化に対して対応が困難である（非特許文献１）。
【非特許文献１】
林巌雄：“光と電子の集積化−シリコン集積回路の限界と光インターコネクション”，応用物理，ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．８，ｐｐ．８２４−８３１，１９９６
【０００３】
一方、特許文献１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、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光データ・バスが提案されている。
【特許文献１】
特開平２−４１０４２号公報
しかし、この技術は、隣接回路基板間の通信毎に光／電気変換を必要とするため、高コストかつ大レイテンシーであり、また自由空間伝搬を用いているため、位置決めが厳しく、クロストークや埃などに弱いという欠点がある。
【０００４】
また、特許文献２には、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光路を介して回路基板間を光学的に結合する技術が提案されている。
【特許文献２】
特開昭６１−１９６２１０号公報
しかしながら、この技術では、１点から発せられた光を固定された１点にしか接続できないため、多対多の接続を行うことができないという問題がある。
【０００５】
このような事情に鑑み、特許文献３には、透光性媒体の一端に光の入出射部を形成するための複数の段差を設け、他端に入出射部から入射した光信号を反射する反射手段を設けた光信号伝達装置が提案されている。
【特許文献３】
特開２００２−６２４５７号公報
特許文献３に記載の信号処理装置は、この光信号伝達装置を複数用いて、複数の回路基板を相互に光学的に接続する。回路基板には発光素子あるいは受光素子が配置されており、これにより光信号の送受信を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光信号処理装置（バックプレーン）は、複数のユニット（モジュール、回路基板等）等の接続が要求され、１つのバックプレーンだけでは、ユニット接続数が十分ではなく、複数のバックプレーンをさらに接続した形態や、複数のバックプレーンを離れた位置（数ｍから数１０ｍ）に配置したい要求がある。そこで、光伝送装置を相互に接続することによって拡張する技術が求められるが、これらに対する解決策は知られていない。しかも、上述の場合は特に、光の利用効率を大きくする必要があるが、それについての解決策も知られていない。
【０００７】
従って本発明の目的は、光の利用効率が大きく拡張性にすぐれた光伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、一端に形成された階段状の複数の段差部にそれぞれ光信号の入出射部（入射部および／または出射部）を有し、他端に光信号のミキシング部及びミキシング部端面に光信号を反射する光反射部を有する透光性媒体を備えた光伝送装置において、少なくとも１つの入出射部のサイズが、他の入出射部のサイズより大きい光伝送装置により、達成される。この場合、例えば、少なくとも１つの入出射部の幅が、他の入出射部の幅より大きくされる。具体的には、透光性媒体の入出射部の数（分岐数）をＮ、他の入出射部より幅の大きい入出射部の数をｎ、許容損失をＬとしたとき、サイズの大きい入出射部の幅と他の入出射部の幅の比ｘが次式の関係
【０００９】
【数２】
2004109511.tif 000003
【００１０】
を満たすようにする。
大きいサイズの入出射部は、光ファイバと光学的に結合するための光結合部を備える。この光結合部は、複数の光ファイバと光結合されるようにすることができ、また光ファイバ接続用のコネクタを有することができる。
透光性媒体は、ミキシング部端面に光信号を反射拡散する光反射拡散部を備えることができる。また、大きいサイズの入出射部は、光反射拡散部に最も近い段差部に位置するようにすることができる。
【００１１】
本発明に係る光伝送装置の連結システムは、上述した複数の光伝送装置と、それらの光伝送装置の大きいサイズの入出射部間を接続する光ファイバとを備えて構成される。
このように構成することにより、光の利用効率が大きく拡張性にすぐれた光伝送装置を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光伝送装置の実施形態について説明するが、その前に本発明の特徴点について簡単に述べる。すなわち、本発明の光伝送装置は、階段状の段差部を備えた透光性媒体と増設用のプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）の結合損失、およびＰＯＦの吸収損失（例えばコア材料がＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）で構成されるＳＩ（ステップインデックス）型のＰＯＦの吸収損失；６８０ｎｍ：０．２ｄＢ／ｍ、７８０ｎｍ：１ｄＢ／ｍ、８５０ｎｍ：３ｄＢ／ｍ）等を考慮し、光ファイバと接続される入出射部のエリアサイズを予め大きくする点に特徴がある。階段状の段差部を備えた透光性媒体の入出射部には４５°の傾斜面が形成されており、従来、入出射部の幅は、厚さと同じサイズで形成されていたが、本発明は、上記損失に鑑み、光ファイバと接続される入出射部のサイズを大きくすることにより、結合損失や光ファイバの吸収損失があっても、光伝送装置間で光信号を良好に伝送することができるようにしたものである。
【００１３】
図１は、本発明に係る光伝送装置の第１の実施形態およびその連結システムを示す図である。本光伝送装置は、透光性媒体１０を備える。図中、左右方向が透光性媒体の長さ方向、上下方向が幅方向である。透光性媒体１０は、その一端に形成された階段状の複数の段差部にそれぞれ光信号の入出射部（入射部および／または出射部）を有し、他端に光信号のミキシング部１１を有する。ミキシング部１１の端面には、光信号を反射拡散する光反射拡散部１２を備える。各段差部における入出射部のうち、少なくとも１つの（本例では１つの）入出射部のサイズが、他の入出射部のサイズより大きく形成される。例えば、本例では、入出射部の幅が、他の入出射部の幅より大きくされている。大きいサイズの入出射部１３は、本例ではミキシング部１１から最も遠い段差部に形成されているが、この位置に限定されることはなく、他の段差部に形成してもよい。大きいサイズの入出射部１３間は光ファイバ１４により光学的に結合される。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子１５または受光素子１６が光学的に結合可能に配置される。
【００１４】
本実施形態では、透光性媒体１０は、入出射部の数（ノード数）が１１、長さ２００ｍｍ、ミキシング長１００ｍｍ、段差長１０ｍｍ、幅５．８ｍｍ（光ファイバ接続部幅０．８ｍｍ、それ以外（素子結合部）０．５ｍｍ）、厚さ０．５ｍｍで構成されている。ここで、光ファイバ１４は、φ０．８ｍｍのＰＯＦ、発光素子１５は波長が７８０ｎｍの面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、受光素子１６はφ０．８ｍｍのＰＩＮフォトダイオードが用いられる。
【００１５】
このように構成することにより、１つの光伝送装置だけではユニット（モジュール、回路基板等）接続数が十分でない場合、または複数の光伝送装置を離れた位置に配置したい場合に、光ファイバを用いて簡易な方法で光伝送装置を増設することが可能となる。また、本発明では、光ファイバと光学的に結合される入出射部のサイズを他の入出射部のサイズよりも大きくしているので、光の利用効率が向上する。この点については後で詳述する。
【００１６】
図２は、図１の透光性媒体の一部拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は光ファイバを配置したときの平面図、（ｄ）は光ファイバを配置したときの側面図である。透光性媒体１０は、ミキシング部から最も遠い段差部に形成された入出射部２１のサイズ（幅）が、他の段差部に形成された入出射部２２のサイズ（幅）よりも大きくされている。図示のように、各入出射部には傾斜部（４５度面）が形成されており、入出射部２１は幅０．８ｍｍ、長さ０．５ｍｍであり、一方、他の入出射部２２は幅および長さとも０．５ｍｍである。透光性媒体１０の厚さはすべて０．５ｍｍである。光ファイバ１４はφ０．８ｍｍであり、大きいサイズの入出射部２１に光学的に結合される。
このような形態とした場合、例えば、後述の図３に示すような９分岐の透光性媒体では、挿入損失を１．４ｄＢ改善（小さくする）することができる。
【００１７】
図３は、厚さが０．５ｍｍで、９分岐数の透光性媒体において、他の入出射部より幅の大きい入出射部の幅を変化させた場合（幅の変化する前は、すべて幅０．５ｍｍ）の挿入損失（図３中の▲２▼）、および、幅の変化の無い入出射部での挿入損失（図３中の▲１▼）を示すグラフである。ここでは、受光エリアがφ０．８ｍｍのＰＤ（フォトダイオード）を用い、幅を変化させた入出射部には、φ０．８ｍｍの光ファイバが接続される。光ファイバの他端には同様にφ０．８ｍｍのＰＤを配置している。ここで示す挿入損失には、光ファイバの吸収損失は、含まれていない。
【００１８】
図３▲２▼に示すように、幅を大きくすることで、挿入損失は小さくなる（効率は向上する）。しかしながら、図３▲１▼に示すように、幅の変化の無い入出射部では、挿入損失は大きくなる（効率は減少する）。
【００１９】
透光性媒体の分岐数（入出射部数）をＮ、他の入出射部より幅大きい入出射部数をｎ、許容損失をＬとしたとき、サイズの大きい入出射部の幅と他の入出射部の幅の比ｘが次式の関係
【００２０】
【数３】
2004109511.tif 000004
【００２１】
を満たすようにされる。
ここで、許容損失とは、すべて同じ幅の入出射部を有する場合の時に比較して、特定の入出射部の幅が大きくなった場合に、幅の変化が無い入出射部での相対的な損失の増加の許容値と定義する。
例えば幅の変化が無い入出射部の効率が、０．８まで減少しても許容できるとした場合（許容損失Ｌ：０．８）、４分岐の透光性媒体を想定し、分岐以外の損失が無い場合は、１つの入出射部の効率は１／４＝０．２５である。また、１つの入出射部の幅が２倍になると、他の入出射部での効率は１／（１×２＋３）＝０．２となる。すなわち、この場合、０．２／０．２５＝０．８となり、許容損失Ｌ：０．８を満たす。また、（数３）の関係を満たす、サイズの大きい入出射の幅と他の入出射部の幅の比ｘは、１＜ｘ≦２となる。
図３に示す、厚さが０．５ｍｍで、９分岐数の透光性媒体において、許容損失Ｌを０．９とした場合、上式を満足する為には、次式に示すように２倍以下、
【００２２】
【数４】
2004109511.tif 000005
【００２３】
すなわち、幅は０．５ｍｍより大きく１ｍｍ以下となる。この場合、幅が大きい入出射部の数が１、幅の変化が無い入出射部の数が８である。
また、図４は、厚さが０．５ｍｍで、９分岐数の透光性媒体において、１つの入出射部の幅を変化させた場合（幅の変化する前は、すべて幅０．５ｍｍ）の挿入損失（図４中の▲２▼）、および、幅の変化の無い入出射部での挿入損失（図４中の▲１▼）を示している。ここでは、受光エリアがφ０．８ｍｍのＰＤ（フォトダイオード）を用い、幅を変化させた入出射部には、φ１ｍｍの光ファイバが接続される。光ファイバの他端には同様にφ０．８ｍｍのＰＤを配置している。ここで示す挿入損失には、光ファイバの吸収損失およびφ１ｍｍのＰＯＦとφ０．８ｍｍのＰＤの結合損失は、含まれていない。図３とは、光ファイバの径が異なっている。
許容損失を０．８とした場合、上式を満足する為には、次式に示すように３．２５倍以下、
【００２４】
【数５】
2004109511.tif 000006
【００２５】
すなわち、幅は０．５ｍｍより大きく１．６２５ｍｍ以下となる。この場合、幅が大きい入出射部の数が１、幅の変化が無い入出射部の数が８である。
ここで、上述と同様な構成で、幅が大きい入出射部の数を２、幅の変化が無い入出射部の数を７、許容損失を０．８とした場合、上式を満足する為には、次式に示すように２．１２５倍以下、
【００２６】
【数６】
2004109511.tif 000007
【００２７】
すなわち、幅は０．５ｍｍより大きく１．０６２５ｍｍ以下となる。
以下、本発明に係る光伝送装置の他の実施形態を述べる。
図５は、本発明に係る光伝送装置の第２の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、大きいサイズの入出射部の位置である。本実施形態では、透光性媒体５０における大きいサイズの入出射部５１は、光反射拡散部５２に最も近い段差部に位置するように配置される。大きいサイズの入出射部５１間は光ファイバ５３により光学的に結合される。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子５４または受光素子５５が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第１の実施形態と同様である。
【００２８】
図６は、本発明に係る光伝送装置の第３の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、発光素子と受光素子の配置位置である。本実施形態では、透光性媒体６０における大きいサイズの入出射部６１は、光反射拡散部６２から最も遠い段差部に位置するように配置される。大きいサイズの入出射部６１間は光ファイバ６３により光学的に結合される。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子６４と受光素子６５の両方が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第１の実施形態と同様である。
【００２９】
図７は、本発明に係る光伝送装置の第４の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、大きいサイズの入出射部の数である。本実施形態では、透光性媒体７０において２箇所に大きいサイズの入出射部７１ａ、７１ｂが設けられる。大きいサイズの入出射部７１ａ、７１ｂは、光反射拡散部７２から最も遠い２つの段差部にそれぞれ位置するように配置される。大きいサイズの入出射部７１ａ、７１ｂ間は、２本の光ファイバ７３ａ、７３ｂによりそれぞれ光学的に結合される。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子７４と受光素子７５の両方が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第３の実施形態と同様である。
【００３０】
図８は、本発明に係る光伝送装置の第５の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、大きいサイズの入出射部に光学的に結合される光ファイバの数である。本実施形態では、透光性媒体８０における大きいサイズの入出射部８１は、光反射拡散部８２から最も遠い段差部に位置するように配置される。大きいサイズの入出射部８１間は、２本の光ファイバ８３ａ、８３ｂにより光学的に結合される。従って本実施形態の大きいサイズの入出射部８１は、上述の実施形態における大きいサイズの入出射部よりもさらに大きいサイズとされることが好ましい。残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子８４と受光素子８５の両方が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第３の実施形態と同様である。
【００３１】
図９は、本発明に係る光伝送装置の第６の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、光伝送装置の連結数、透光性媒体の段差数および大きいサイズの入出射部の数である。本実施形態では、透光性媒体９０ａにおいて３箇所に大きいサイズの入出射部９１ａ、９１ｂ、９１ｃが設けられ、他の３つの透光性媒体９０ｂ〜９０ｄにはそれぞれ１箇所に大きいサイズの入出射部９１ｄ〜９１ｆが設けられる。透光性媒体９０ａにおける大きいサイズの入出射部９１ａ、９１ｂ、９１ｃは、光反射拡散部９２ａから最も遠い３つの段差部にそれぞれ位置するように配置される。また、透光性媒体９０ｂ、９０ｃ、９０ｄにおける大きいサイズの入出射部９１ｄ、９１ｅ、９１ｆは、光反射拡散部９２ｂ、９２ｃ、９２ｄから最も遠い段差部に位置するように配置される。大きいサイズの入出射部９１ａと９１ｄ間、９１ｂと９１ｅ間、９１ｃと９１ｆ間は、３本の光ファイバ９３ａ、９３ｂ、９３ｃによりそれぞれ光学的に結合される。各透光性媒体の残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子９４と受光素子９５の両方が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第３の実施形態と同様である。
【００３２】
図１０は、本発明に係る光伝送装置の第７の実施形態およびその連結システムを示す図である。本実施形態が第６の実施形態と異なる点は、大きいサイズの入出射部に光学的に結合される光ファイバの数である。本実施形態では、透光性媒体１００ａ〜１００ｄにおいて大きいサイズの入出射部１０１ａ〜１０１ｄがそれぞれ設けられる。大きいサイズの入出射部１０１ａ〜１０１ｄは、光反射拡散部１０２ａ〜１０２ｄから最も遠い段差部にそれぞれ位置するように配置される。大きいサイズの入出射部１００ａと１００ｂ間、１００ａと１００ｃ間、および１００ａと１００ｄ間は、３本の光ファイバ１０３ａ〜１０３ｃによりそれぞれ光学的に結合される。従って透光性媒体１００ａにおける大きいサイズの入出射部１０１ａは、透光性媒体１００ｂ〜１００ｄにおける大きいサイズの入出射部１０１ｂ〜１０１ｄよりもさらに大きいサイズとされることが好ましい。各透光性媒体の残りの段差部に形成された入出射部には、発光素子１０４と受光素子１０５の両方が光学的に結合可能に配置される。その他の点は第６の実施形態と同様である。
【００３３】
階段状の段差部を有する透光性媒体（導光路）としては、例えばポリオレフィン（ｎ＝１．５３）を射出成形等で作製したものが用いられるが、使用する発光素子の波長領域等、システムの構成上吸収損失が許容範囲に有れば、他のプラスチック材料でも良く、作製方法も切削研磨等の方法でも良い。
【００３４】
増設用の光ファイバは、ＰＯＦに限らず、石英ファイバでも良い。ＰＯＦは、ＳＩ型）に限らずＧＩ型（グレーテッドインデックス型）でも良い。
光反射拡散部は、単なる反射部、例えばＡｌ等の鏡面反射でも良い。
【００３５】
光ファイバの接続方法は、透光性媒体に突き当てて固定しても良いし、光ファイバをフェルールに固定し（プラグ）、透光性媒体側の光コネクタ（レセプタクル）に嵌合させる形態でも良い。
透光性媒体の分岐数（入出射部の数）は、光伝送に十分な効率が得られる限り、任意であり、同様に接続される透光性媒体（増設数）及び光ファイバの長さ（増設距離）も任意である。
上述の実施形態では、同数の分岐数（入出射部）を有する透光性媒体（光伝送装置）の接続例を示しているが、それぞれの透光性媒体の分岐数は、接続されるユニット（モジュール、回路基板等）の数により決まる為、必ずしも同数である必要はなく、任意である。
【００３６】
本発明に係る光伝送装置では、複数のユニット（モジュール、回路基板等）等の接続が、大きい利用効率で達成が可能となる。また増設の為の、発光素子あるいは受光素子を必要としない為、コスト及び消費電力の低減が可能となる。これにより、数ｍから数１０ｍ離れた位置に配置されたバックプレーン間の信号伝送が可能となる。本発明に係る光伝送装置およびその連結システムは、例えば、室内または工場内にフレキシブルに設置することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、光の利用効率が大きく拡張性にすぐれた光伝送装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光伝送装置の第１の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図２】図１の透光性媒体の一部拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は光ファイバを配置したときの平面図、（ｄ）は光ファイバを配置したときの側面図である。
【図３】入出射部の幅と挿入損失の関係の一例を示すグラフである。
【図４】入出射部の幅と挿入損失の関係の他の例を示すグラフである。
【図５】本発明に係る光伝送装置の第２の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図６】本発明に係る光伝送装置の第３の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図７】本発明に係る光伝送装置の第４の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図８】本発明に係る光伝送装置の第５の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図９】本発明に係る光伝送装置の第６の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【図１０】本発明に係る光伝送装置の第７の実施形態およびその連結システムを示す図である。
【符号の説明】
１０　透光性媒体
１１　ミキシング部
１２　光反射拡散部
１３　大きいサイズの入出射部
１４　光ファイバ
１５　発光素子
１６　受光素子
【図１】
2004109511.tif 000009
【図２】
2004109511.tif 000010
【図３】
2004109511.tif 000011
【図４】
2004109511.tif 000012
【図５】
2004109511.tif 000013
【図６】
2004109511.tif 000014
【図７】
2004109511.tif 000015
【図８】
2004109511.tif 000016
【図９】
2004109511.tif 000017
【図１０】
2004109511.tif 000018