(57)【要約】【課題】光リンク・モジュール、光接続方法、該光リンク・モジュールを含む情報処理装置、信号転送方法、プリズム、およびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の光リンク・モジュール５０は、光ビームを偏向させて接続するための光リンク・モジュールであり、面状に配列された発光素子６２と、発光素子６２からの光ビームを受け取るための光導波路である光ファイバ束７０と、発光素子６２と光ファイバ束７０との間に配設され、発光素子６２および光ファイバの数にそれぞれ対応して形成された複数の非球面レンズを含む光偏向要素５８とを含んでいる。【選択図】  図７
2004317912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを偏向させて接続するための光リンク・モジュールであって、該光リンク・モジュールは、
面状に配列された発光素子と、
前記発光素子からの光ビームを受け取るための光導波路と、
前記発光素子と前記光導波路との間に配設され、前記発光素子および前記光導波路の数にそれぞれ対応して形成された複数の非球面レンズを含む光偏向要素と
を含む光リンク・モジュール。
【請求項２】
前記光偏向要素は、プリズムであり、前記非球面レンズは、半径の異なる同軸の複数の球面から構成される、請求項１に記載の光リンク・モジュール。
【請求項３】
前記発光素子は、レーザ・ダイオードまたは発光ダイオードである、請求項１に記載の光リンク・モジュール。
【請求項４】
前記光導波路は、光ファイバである、請求項１に記載の光リンク・モジュール。
【請求項５】
前記発光素子の配列された面と、前記光導波路の入射面とが、交差配置とされる、請求項１に記載の光リンク・モジュール。
【請求項６】
前記非球面レンズは、前記光偏向要素の光学面から外部に突出して形成された凸レンズである、請求項１に記載の光リンク・モジュール。
【請求項７】
複数の並列した光ビームを偏向させて発光素子からそれぞれ前記光ビームに対応する受光部へと接続する光接続方法であって、該方法は、
面状に配列された発光素子を提供するステップと、
前記発光素子からの光ビームを受け取るための受光部を提供するステップと、
前記発光素子と前記光導波路との間に配設され、前記発光素子および前記光導波路の数にそれぞれ対応して形成された複数の非球面レンズを含む光偏向要素を使用して、前記光ビームを前記発光素子と前記受光部との間で偏向させるステップと
を含む光接続方法。
【請求項８】
前記光ビームを偏向させるステップは、さらに、
前記発光素子からの光ビームに対応する前記非球面レンズにより、前記非球面レンズの光学軸を中心として異なる曲率の屈折を生じさせるステップと、
前記異なる曲率の屈折を経た光ビームを反射させ、対応する非球面レンズにより曲率の異なる屈折を生じさせるステップと、を含む請求項７に記載の光接続方法。
【請求項９】
前記光ビームを、レーザ・ダイオードまたは発光ダイオードを使用して生成させるステップを含む、請求項７に記載の光接続方法。
【請求項１０】
前記受光部を、光ファイバの端面またはフォトダイオードの受光面で構成するステップを含む、請求項７に記載の光接続方法。
【請求項１１】
前記受光部までの光ビームの時間遅延が、複数の光ビームに対して同一である、請求項７に記載の光接続方法。
【請求項１２】
少なくとも中央処理装置と、メモリと、入出力装置とを含む情報処理装置であって、前記情報処理装置は、
前記中央処理装置の指令に応答して電気的信号からそれぞれ光信号を生成する光信号発生部と、
前記光信号発生部により生成された光信号を受光部で受け取り伝搬させる光導波路と、
前記光導波路から放出された光ビームを受け取り、電気的信号に変換することにより前記中央処理装置からの指令を受け取る他の装置と
を含み、
前記光信号発生部は、
ドライバ部と、
前記ドライバ部により駆動される面発光素子と、
前記面発光素子により生成された光ビームを偏向させると共に、前記光ビームに対応して形成された非球面レンズを含む光偏向要素と、
前記偏向された光ビームに対して複数の前記光導波路をカップリングさせるための結合部材と
を含む、情報処理装置。
【請求項１３】
前記面発光素子の発光素子が配列される面は、前記受光部の受光面と交差配置とされる、請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１４】
前記光導波路は、光ファイバであり、前記光信号は、前記光偏向要素を同一の時間で通過する、請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１５】
前記光導波路は、前記情報処理装置の内部配線要素である、請求項１２に記載の情報処理装置。
【請求項１６】
少なくとも中央処理装置と、メモリと、入出力装置とを含む情報処理装置における信号転送方法であって、前記方法は、
前記中央処理装置の指令により電気的信号を与えるステップと、
前記電気的信号から光信号発生部において、複数の光信号を発生するステップと、
前記光信号発生部により生成された光信号を受光部を介して光導波路内を伝搬させるステップと、
前記光導波路から放出された光信号を受け取り、電気的信号に変換することにより前記中央処理装置からの指令を他の装置に入力するステップとを含み、
前記光信号発生ステップは、
前記電気的信号に応答して面発光素子を駆動させ光信号を生成するステップと、
前記光信号に対応して形成された非球面レンズを含む光偏向素子により、前記光ビームの伝搬方向を９０°偏向させるステップと、
前記偏向された光ビームを、前記光ビームに対応して形成された非球面レンズを介して複数の前記光導波路にカップリングさせるステップと
を含む、信号転送方法。
【請求項１７】
前記光ビームを偏向させるステップは、さらに、
前記発光素子からの光ビームに対応する前記非球面レンズにより、前記非球面レンズの光学軸を中心として異なる複数の屈折を生じさせるステップを含む、請求項１６に記載の信号転送方法。
【請求項１８】
光ビームを情報処理装置内部において偏向させる光リンク・モジュールに使用されるプリズムであって、
前記プリズムは、少なくとも２つの前記光ビームが通過する光学面と、
前記光学面に形成された非球面レンズと
を含むプリズム。
【請求項１９】
前記非球面レンズは、半径の異なる同軸の複数の球面を含む、請求項１８に記載のプリズム。
【請求項２０】
光ビームを情報処理装置内部において偏向させる光リンク・モジュールに使用され、複数の非球面レンズを含むプリズムの製造方法であって、該製造方法は、
平面と複数の非球面形状の凹部とを少なくとも含む複数の面と、前記複数の面を連結する連結面とを含む金型を提供するステップと、
前記金型内部に画成される空間内にプラスチック材料を導入するステップと、
前記プラスチック材料を固化させて少なくとも２つの光学面に非球面レンズが形成されたプリズムを得る段階と
を含み、
前記金型を提供するステップは、前記金型の表面に小径の切削工具を回転軸から傾斜させつつ小径の凹部を形成するステップと、
大径の切削工具の回転軸を前記小径の凹部の中心軸と一致させながら、大径の凹部を形成するステップと
を含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置における光を使用した情報伝達に関し、より詳細には、発光素子から放出される光線を高効率かつ体積的にコンパクトにリンクさせることを可能とする、光リンク・モジュール、光接続方法、該光リンク・モジュールを使用した情報処理装置、情報処理装置における信号転送方法、光リンク・モジュールに使用されるプリズムおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年の情報処理技術の進歩とともに、情報処理装置の筐体間や筐体内の通信の容量と速度は飛躍的に進歩している。ごく近い将来には、１枚のプロセッサ・ボードから送出される通信の要求速度は、１Ｔｂｐｓを超えるようになり、従来の信号通信方式ではカード・エッジに情報通信を行うためのコネクタが載りきらなくなることが予測される。この場合、転送速度は、１チャネルあたり符号化前で数Ｇｂｐｓになることが予測される。
【０００３】
このような場合に、情報転送速度および容量が大きな光リンクを使用する信号通信は、きわめて効果的に上述した不都合を改善することができると考えられる。しかしながら、従来までの光リンク・モジュールは、主としてインターネットや電話など中・長距離用途であるために、チャネル数もコンピュータ用との場合と比べて圧倒的に少なく、大きな装置を使った数１０Ｇｂｐｓ以上の高速変調でファイバ１チャネルのみを内臓するリンク・モジュールが主として開発されてきたのが実情である。
【０００４】
上述した用途に使用されるファイバは、長い距離にわたってモード分配雑音（Ｍｏｄｅ  ｐａｒｔｉｔｉｏｎ  ｎｏｉｓｅ）を低く抑え、高い伝送レートを確保する必要性から、コア径が５μｍほどのシングルモード・ファイバを用いる必要があった。またレーザ・ダイオードも長距離にわたって光を伝送する必要性から、高出力のものが要求される結果、端面発光型（Ｅｄｇｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒ）が使用される。このためレーザ・ダイオードの発光部の径についても１μｍ以下の径となり、組立てに際してはアクティブ・アライメントとして参照されるように、必ず光軸の位置合わせ調整が必要であり、組立てコストも高いものになっている。
【０００５】
一方で、マイクロ・コンピュータや、サーバ、メインフレーム、スーパー・コンピュータ、超並列処理型のコンピュータといったようなコンピュータなどの情報処理装置用途では要求がまったく異なる。情報処理装置の内部において必要とされる伝送距離は、長距離通信の場合とは異なり、数１０ｃｍから数ｍと極小である。このことは、光ファイバとして、廉価なマルチモード・ファイバで高速伝送の帯域が充分保証される。反面、回路基板上に高密度実装するため個々の部品は極めてコンパクトであることが必要とされる。また回路基板内での集積回路の間の信号は、そのまま回路基板間で伝送されることも想定されるので、１チャネルあたりのスループットよりは、時間遅延、すなわちレイテンシの小ささが要求される。一方、必要とされる変調速度としては、半導体要素としてＣＭＯＳ論理ＩＣを駆動可能な範囲の１０Ｇｂｐｓ程度となることが想定される。加えて、多数並列にすることを考慮すれば、１チャネルあたりのコストを著しく低く抑えるという要請が生じる。
【０００６】
さらに、近年ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｌａｓｅｒ）と呼ばれるウェーファ基板面に垂直に光を出射するＬＤ（レーザ・ダイオード）が開発・市販され、２次元的に並列に集積することが可能になった。一方、受光部は、概ねフォトダイオード、フォト・トランジスタといった光電変換素子から形成される受光素子（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下、本発明では、ＰＤとして参照する。）を含んで構成されている。ＰＤは、光を面で受けるので、従来から２次元的に集積できる技術が提案されていた。より詳細には、ＶＣＳＥＬは、５〜１０μｍ程の径の点状発光素子の２次元配列として構成され、１０Ｇｂｐｓ以上程度まで直接オン／オフ変調させることができる。また、従来のように、結晶の劈開を使用して出射端を作るエッジ・エミッション型のレーザ・ダイオードよりも大量に廉価に生産できるというメリットも有している。さらには、ＶＣＳＥＬは、コア径５０μｍのグレーデッド・インデックス型のマルチモード・ファイバに直接対向させるだけでも充分な光結合効率を得ることができ、コネクタの低価格化を実現できることも知られている。
【０００７】
また１０Ｇｂｐｓを１００ｍまで帯域特性を低下させることなく、転送することができ、コア径５０μｍのグレーデッド・インデックス型のマルチモード・ファイバが量産化され、それを並列に束ねたリボン状のファイバ束も知られている。このリボン状のファイバ束を更に何枚か重ねて並列度を上げたファイバ束を相互に接続するための２次元ファイバ・アレイ・コネクタも標準化が進んできている。
【０００８】
情報処理装置の配線要素として使用する場合のコンパクト化という要請を考慮すれば、カード・エッジに光リンク・モジュールを載せて光ファイバを着脱する構成を採用することが好ましい。このためには、光ファイバ束の着脱方向は、回路基板面に水平に構成する必要が生じる。即ち２次元並列に並んだ光ファイバの端面は、回路基板面に垂直にすることが好ましい。これに対してＬＤやＰＤの２次元配列で集積されたＩＣは、ボード面と平行（水平）に載置されるので、光ファイバと、ＬＤ／ＰＤとが結合するためには光を直角に曲げる光偏向要素（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｕｒｎ）が必要とされることになる。
【０００９】
また、光ファイバ束の着脱方向を回路基板に垂直にして光ファイバのフレキシブル性を利用して曲げることにより、ＬＤとＰＤとを直接接続することもできる。しかしながら、光ファイバを曲げるには通常では、３０ｃｍの曲率半径を必要とするので、回路基板を多数並べるラックが嵩高くなり、近年における情報処理装置の小型化、省スペース化という要請に対応することが困難となる。さらには、上述した光ファイバの柔軟性を使用したリンク方法は、本来目指していた高密度実装による信号伝送距離の短縮による高速化を達成することができないという不都合を生じる。
【００１０】
上述した情報処理装置のための並列光ファイバ束を含む光リンク・モジュールとして、特開２００１−２４２３５８号公報では、１次元並列のエレクトリカル・ターン式のリンク・モジュールが開示されている。特開２００１−２４２３５８号公報において開示された１次元並列での光リンク・モジュールは、光ファイバが、１２チャネル分並列に配置されて、１列の構成とされている。また、特開２００１−２４２３５８号公報においては、ＶＣＳＥＬアレイＩＣやＰＤアレイＩＣを垂直に立て、水平に置かれたドライバＩＣやアンプＩＣとフレキシブル配線で、または太くて厚い銅配線パターンの端面にワイヤ・ボンディングで接続した光リンク・モジュールが開示されている。
【００１１】
この場合、並列配列が１列または２列の場合に限って言えば、１チャネルあたり２５０μｍの間隔があるのでフレキシブル・ケーブルにパターンを形成することが可能ではある。しかしながら、特開２００１−２４２３５８号公報に開示の光リンク・モジュールは、電気的に屈曲可能な配線パターンを形成することができなくなるという問題が生じ、さらにはフレキシブル・ケーブルを回り込むように曲げて空間中にＬＤ／ＰＤのＩＣの４辺に接続する方式は、組み立てが困難であるし、高周波特性が悪くなるという不都合を生じることになる。
【００１２】
さらに、１チャネル分の光ビームを、プリズムあるいは鏡を用いて偏向させる技術も知られており、種々の検討が行われている。例えば、特開２０００−３２１４５３号公報、特開２００１−１４１９６６号公報、特開平９−３０７１３４号公報、特開平７−２０２３５０号公報には、特別にプリズムを置かなくても、光ファイバ端面を、光ビームの伝搬方向に対して４５°に切断することにより、プリズムの全反射面と同じ作用を奏することを利用して、光導波路で光ファイバ端部まで導く方法が開示されている。
【００１３】
また、特開平８−２９１６１号公報には、レンズ付プリズムが開示されており、組み立て時の位置合わせが簡略化させている。しかしながら、開示された光偏向要素は、１次元ファイバ・アレイであり、各チャネル間の光路差が一定であり、かつ光出射端から光入射端までの距離も短くできるため、使用する光学要素に特に留意する必要はない。しかし２次元ファイバ・アレイと２次元発光・受光素子とを光結合させる場合には、三角プリズムの直交する２つの面が２次元レーザ・ダイオード・アレイに対向するため、そのアレイと同一の大きさを持つ必要がある。このことはｎ列の２次元アレイの場合は、光の通過する距離が１次元アレイの場合よりもｎ倍長くなることを意味し、従来の技術をそのまま適用すれば、肉厚レンズの結像条件を満足する範囲では、光学要素を実現することができないといった不都合がある。
【００１４】
これ以外にも、特開平７−２６１０６０号公報では、二組の２次元ファイバ・アレイ間をプリズムとホログラム光学系とを組み合わせて結合する「光パッケージ」が開示されている。しかしながら特開平７−２６１０６０号公報においては、上述の機能を達成する光パッケージは概念的に開示されているにすぎず、どのようなホログラムを用いればよいか、また結合効率の値などの評価もなされていない。また、特開平７−２６１０６０号公報に開示の光パッケージは、シミュレーションなどによる結合効率の評価も開示されるものではなく、実際に適用した場合の効果については何ら具体的な開示はなされていない。
【００１５】
上述した問題をレンズ・アレイを用いずに、プリズムのみで対応しようとしてみても以下に説明する不都合が生じる。すなわち、２次元配列に対してプリズム（鏡でも同じ）をそのまま用いて光偏向要素（ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｕｒｎ）を構成しようとすると、後述するように、隣接するチャネルへのクロストークが生じ、また光線のパワーを大きく損失することにもなる。その主な理由は、ＬＤからの出射光は、ＶＣＳＥＬ開口部での回折により、少なくとも片側で８°以上広がるので、光ビームは、片側１０〜２０°の広がりを有する。さらに、ファイバからの出射光は、マルチモードなのでファイバのＮＡで定まる角度（５０μｍコアでは公称ＮＡ≒０．２なので片側１２°で約１０％の強度）に広がるためである。これが１２並列×５列の５列分の距離を渡っていかなければならないとすると、隣接するチャネルにまで光束が広がってしまうこととなり、情報処理装置における信号配線要素にそのまま適用することができるものではない。
【００１６】
図１４には、上述した不都合を、入射面および反射面の両方ともプリズムのみを使用する場合の、例示的な光束の反射挙動を示す。図１４は、１２並列×５列のファイバ端とＬＤ／ＰＤとを単純な直角プリズムで結合した場合を光線追跡（ｒａｙ  ｔｒａｃｉｎｇ）でシミュレーションしている。図１４では、送信チャネル（ＴＣＨ）および受信チャネル（ＲＣＨ）それぞれ１チャネル分ずつのレイトレースを概略的に示す。プリズム２００の下端にプリズムに近接して５個の５０μｍ口径の光ファイバＯＦの端面が２５０μｍピッチで並んでいるものとしてレイトレースを行っている。
【００１７】
一方、受信チャネルＲＣＨでは、光ファイバＯＦから上向きに光が出て、４５°面で大部分全反射し、プリズム左端にほぼ隣接して配置された口径４０μｍのＰＤ（フォト・ダイオード）に入るものとされている。なお、図１４では目標のＰＤに入った光線はその地点で止めてある。
【００１８】
図１４に示されるように、多くの光が目標となるＰＤを逸れ、２５０μｍ上側の隣のＰＤにも入射していることが分かる。また、送信チャネルＴＣＨでは、プリズム左端にほぼ接して置いてある口径６μｍのＬＤから右向きに出た光が広がって、４５°面で反射してから下面右から２番目の目標の光ファイバＯＦに入るものとしている。送信チャネルＴＣＨにおいても受信チャネルＲＣＨ側と同様に、多くの光が目標から逸れて迷光を形成し、２５０μｍ右側の隣の光ファイバにも入射してしまうことが分かる。
【００１９】
このようなクロストークを避けるべく、光ファイバやＰＤの並列配置のピッチを広げ大型化しても、その分、光束が伝搬して行かなければならない距離が増えることや、結合効率の低さといった不都合のため充分に対応することができない。また、ファイバ端、ＰＤ、ＬＤをプリズムから離すと、空気中（屈折率＝１でプリズムより屈折率が低い）を進行する距離が長くなるのでより特性の劣化を生じさせることにしかならないという不都合を生じてしまう。
【発明が解決しようとする課題】
したがって、これまで、上述した不都合を改善することができる２次元並列ファイバ・アレイのための光リンク・モジュール、該光リンク・モジュールを使用する光接続方法、および該光リンク・モジュールを含む情報処理装置が必要とされていた。すなわち、本発明の目的は、２次元光レーザ・アレイと２次元光ファイバ・アレイおよび、２次元面受光素子・アレイと２次元光ファイバ・アレイを光学的に結合させる安価な光リンク・モジュールを実現することにある。
【００２０】
さらに、本発明の目的は、プリズムの直交する２つの面に、それぞれ２次元レンズ・アレイを有する新しい光部品において、高い結合効率、無視できるクロストークやチャネル間の時間差を実現するための光接続方法を提供することにある。加えて、本発明のさらに他の目的は、上述した光リンク・モジュールを配線要素として使用する情報処理装置を提供することにある。さらに、本発明は、情報処理装置において信号転送を光ファイバを使用して行うことを可能とする、情報処理装置における信号転送方法を提供することを目的とする。
【００２１】
さらに本発明の他の目的は、上述した光リンク・モジュールに使用することができるプリズムおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した従来技術の不都合を詳細に検討した結果、チャネル間のクロストークは、ビーム状に入射するレーザ光線に対応する、レンズの面における球面収差（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）が主要な要因であることを見出すことによりなされたものである。すなわち、本発明においては、プリズムの面に形成される個々のレンズを非球面レンズとして構成することにより、特にチャネル間のクロストークを効果的に低減することができると共に、受信チャネルおよび送信チャネルのいずれについても結合効率を改善することにより、高い効率で光ビームを接続することを可能とする多チャネルの光リンク・モジュールを構成する。
【００２３】
非球面レンズは、複数の球面レンズを連続させた形状の表面を有しており、外側部分を、半径の大きな球面とし、内側部分を、半径の小さな球面とした非球面レンズを使用する。上述した構成は、コンパクト化において要求される短い焦点距離を達成させつつ、チャネル間のクロストークを減少させ、さらに光ビームの高い接続効率を与える。さらに、本発明の光リンク・モジュールは、情報処理装置における、高速で、柔軟性に優れ、熱特性に対して安定性に優れる配線要素を提供する。
【００２４】
上記目的のため、本発明においては、光ビームを偏向させて接続するための光リンク・モジュールであって、該光リンク・モジュールは、
面状に配列された発光素子と、
前記発光素子からの光ビームを受け取るための光導波路と、
前記発光素子と前記光導波路との間に配設され、前記発光素子および前記光導波路の数にそれぞれ対応して形成された複数の非球面レンズを含む光偏向要素と
を含む光リンク・モジュールが提供される。
【００２５】
本発明の前記光偏向要素は、プリズムであり、前記非球面レンズは、半径の異なる同軸の複数の球面から構成される。本発明における前記発光素子は、レーザ・ダイオードまたは発光ダイオードである。さらに、前記光導波路は、光ファイバである。さらに、前記発光素子の配列された面と、前記光導波路の入射面とが、交差配置とされる。また、本発明においては、前記非球面レンズは、前記光偏向要素の光学面から外部に突出して形成された凸レンズとされる。
【００２６】
本発明の第２の構成によれば、複数の並列した光ビームを偏向させて発光素子からそれぞれ前記光ビームに対応する受光部へと接続する光接続方法であって、該方法は、
面状に配列された発光素子を提供するステップと、
前記発光素子からの光ビームを受け取るための受光部を提供するステップと、
前記発光素子と前記光導波路との間に配設され、前記発光素子および前記光導波路の数にそれぞれ対応して形成された複数の非球面レンズを含む光偏向要素を使用して、前記光ビームを前記発光素子と前記受光部との間で偏向させるステップと
を含む光接続方法が提供される。
【００２７】
本発明における前記光ビームを偏向させるステップは、さらに、
前記発光素子からの光ビームに対応する前記非球面レンズにより、前記非球面レンズの光学軸を中心として異なる曲率の屈折を生じさせるステップと、
前記異なる曲率の屈折を経た光ビームを反射させ、対応する非球面レンズにより曲率の異なる屈折を生じさせるステップと、を含む。さらに、本発明における前記光ビームを、レーザ・ダイオードまたは発光ダイオードを使用して生成させるステップを含む。さらに、前記受光部を、光ファイバの端面またはフォトダイオードの受光面で構成するステップを含む。さらに、本発明の光接続方法では、前記受光部までの光ビームの時間遅延が、複数の光ビームに対して同一とすることができる。
【００２８】
さらに、本発明の第３の構成によれば、少なくとも中央処理装置と、メモリと、入出力装置とを含む情報処理装置であって、前記情報処理装置は、
前記中央処理装置の指令に応答して電気的信号からそれぞれ光信号を生成する光信号発生部と、
前記光信号発生部により生成された光信号を受光部で受け取り伝搬させる光導波路と、
前記光導波路から放出された光ビームを受け取り、電気的信号に変換することにより前記中央処理装置からの指令を受け取る他の装置と
を含み、
前記光信号発生部は、
ドライバ部と、
前記ドライバ部により駆動される面発光素子と、
前記面発光素子により生成された光ビームを偏向させると共に、前記光ビームに対応して形成された非球面レンズを含む光偏向要素と、
前記偏向された光ビームに対して複数の前記光導波路をカップリングさせるための結合部材と
を含む、情報処理装置が提供される。
【００２９】
本発明における前記面発光素子の発光素子が配列される面は、前記受光部の受光面と交差配置とされる。また、前記光導波路は、光ファイバであり、前記光信号は、前記光偏向要素を同一の時間で通過することが好ましい。前記光導波路は、前記情報処理装置の内部配線要素とされる。
【００３０】
本発明の第４の構成によれば、少なくとも中央処理装置と、メモリと、入出力装置とを含む情報処理装置における信号転送方法であって、前記方法は、
前記中央処理装置の指令により電気的信号を与えるステップと、
前記電気的信号から光信号発生部において、複数の光信号を発生するステップと、
前記光信号発生部により生成された光信号を受光部を介して光導波路内を伝搬させるステップと、
前記光導波路から放出された光信号を受け取り、電気的信号に変換することにより前記中央処理装置からの指令を他の装置に入力するステップとを含み、
前記光信号発生ステップは、
前記電気的信号に応答して面発光素子を駆動させ光信号を生成するステップと、
前記光信号に対応して形成された非球面レンズを含む光偏向素子により、前記光ビームの伝搬方向を９０°偏向させるステップと、
前記偏向された光ビームを、前記光ビームに対応して形成された非球面レンズを介して複数の前記光導波路にカップリングさせるステップと
を含む、信号転送方法が提供される。
【００３１】
本発明において前記光ビームを偏向させるステップは、さらに、
前記発光素子からの光ビームに対応する前記非球面レンズにより、前記非球面レンズの光学軸を中心として異なる複数の屈折を生じさせるステップを含む。
【００３２】
本発明の第５の構成によれば、光ビームを情報処理装置内部において偏向させる光リンク・モジュールに使用されるプリズムであって、
前記プリズムは、少なくとも２つの前記光ビームが通過する光学面と、
前記光学面に形成された非球面レンズと
を含むプリズムが提供される。本発明における前記非球面レンズは、半径の異なる同軸の複数の球面を含むことができる。
【００３３】
本発明の第６の構成によれば、光ビームを情報処理装置内部において偏向させる光リンク・モジュールに使用され、複数の非球面レンズを含むプリズムの製造方法であって、該製造方法は、
平面と複数の非球面形状の凹部とを少なくとも含む複数の面と、前記複数の面を連結する連結面とを含む金型を提供するステップと、
前記金型内部に画成される空間内にプラスチック材料を導入するステップと、
前記プラスチック材料を固化させて少なくとも２つの光学面に非球面レンズが形成されたプリズムを得る段階と
を含み、
前記金型を提供するステップは、前記金型の表面に小径の切削工具を回転軸から傾斜させつつ小径の凹部を形成するステップと、
大径の切削工具の回転軸を前記小径の凹部の中心軸と一致させながら、大径の凹部を形成するステップと
を含む製造方法が提供される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示した特定の実施の形態をもって説明するが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の光リンク・モジュールを構成するプリズムの実施の形態を示した図である。本発明の光リンク・モジュールに使用するプリズム１０は、光線の入出力のための光学的界面を与えるための入射面１２と、出力面１４と、入射された光線を主に反射させる機能を有する反射面１６とを含んで構成されている。
【００３５】
入射面１２と、出力面１４とは、説明の便宜上使用する用語であり、入射面１２、出力面１４のいずれもが互いに出力面および入射面として機能しうる構成とされている。また、プリズムの材質は、本発明においては特に限定されるものではなく、石英ガラス、水晶、ナトリウム・ガラス、ホウケイ酸ガラス、その他、金属を添加した高屈折率ガラス、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など、種々の材料を使用することができる。また、本発明における他の態様としては、光偏向要素としては、立体的なプリズム以外にも、ホログラフィック・グレーティング、フレネル・レンズなど、本発明の作用効果を得ることができる範囲で、いかなる光偏向要素を使用することができる。
【００３６】
入射面１２および出力面１４の光学面には、ビーム状に入射される、例えば半導体レーザまたは発光ダイオードといった発光素子のビーム径に対応する曲面が連続して形成されていて、ビーム状の光線をそれぞれ集光させることができる形状とされている。図２は、図１に示した入射面１２および出力面１４の光偏向機能を概略的に説明した図である。図２においては、入射面１２に対し、曲面１８の径に概ね対応する径の光ビームが入射されているのが示されている。通常では、半導体レーザや、光ファイバ端面などからは、光ビームは、上述したように拡散されて放射される。このため、曲面１８へと入射した光線Ｌは、概ねコリメートされるように屈折し、反射面１６により反射されて、出力面１４へと到達する。光線Ｌは、出力面１４に形成された曲面２０により収束されて、概ね所定の焦点位置、例えば垂直または垂直以外の適切な角度、例えばＢｒｅｗｓｔｅｒ角でカップリングする構成とされた光ファイバの端面またはＰＤの受光面として構成される受光部２２に向かって収束される構成とされている。
【００３７】
図２に示したように、入射面１２および出力面１４の曲面１８、２０は、プリズムを使用して光リンク・モジュールを構成する点からは、小型化を達成するためにできるだけ焦点距離を小さくすることが必要とされる。一方で、焦点距離を短くすることは、曲面１８、２０の曲率を大きくすることに対応する。本発明者らは、鋭意検討を加えた結果、曲面１８、２０の球面収差が図１および図２に示したプリズムを使用する場合のチャネル間クロストークを与える主要な要因であることを見出した。このため、小型化を行う際には幾何光学における球面収差を考慮することが必要となる。球面収差を抑制するためには、使用する曲面１８、２０の半径をできるだけ大きくすることが好ましいものの、全面にわたり半径を大きくすることは、焦点距離を長くすることになってしまい、高集積化の要請に添うことができない。このため、本発明においては、曲面１８、２０を非球面レンズとして構成した。
【００３８】
図３は、図２の破線で示した曲面１８の構成を拡大して示した図である。本発明においては、曲面１８と曲面２０とは、本発明の効果が達成される限りにおいて、同一の形状とすることもできるし、異なる形状とすることもできる。図３に示すように、本発明のプリズムに形成される曲面１８は、光学軸Ａを中心とした対称な形状とされており、光学軸Ａを横切って構成される曲面１８ａと、曲面１８ａを取り囲んで構成される曲面１８ｂとから構成されている。曲面１８ａの半径Ｒ１は、曲面１８ｂの半径Ｒ２よりも小さく形成されていて、曲面１８の内側に向かってより強い凸形状を与える構成とされている。
【００３９】
本発明の具体的な実施の形態においては、曲面１８の外縁を形成する曲面１８ｂの大きさＤを、ファイバ間隔の概ね１／２とすることにより、効率的で高密度の実装を行うことができることが見出された。より具体的に説明すると、例えば、ファイバ間隔が２５０μｍの場合には、曲面１８ｂの大きさＤを１２５μｍとし、曲面１８ａの大きさｄを、８０μｍとすることで、良好な結合効率および低クロストーク性を与えることができることが見出された。しかしながら、本発明の他の好適な態様として、例えばホログラフィック・グレーティングや、フレネル・レンズを使用する場合などには、レンズの半径や、曲率に変えて、上述した以外の同等の作用効果を得ることができるパラメータを選択することができる。
【００４０】
図４は、レイトレースのシミュレーションで２種類のレンズの半径を変化させた場合に、光ファイバから放出された光が、プリズムに光学的に結合されたレンズを２回通過して、受光器に入射する場合の結合効率を、シミュレーション計算を行って得られたグラフ図である。シミュレーションにおいては、小さいレンズの半径と大きいレンズの半径を、それぞれ１３０μｍ〜１９０μｍまで５ミクロン刻みで変化させた場合のすべての組み合わせに対してしている。図４（ａ）および図４（ｂ）に示したグラフは、どちらも同じ計算により得られたグラフであるが、本発明のプリズムの構成による効果をより明確に示すため、視点を概ね９０°ずらして変化の態様を示したものである。図４中、符号☆で示された位置が共通する座標軸である。
【００４１】
図４のグラフでメッシュ交点の縦軸方向の座標の値は、結合効率１．００を縦軸の長さの１００％とした場合の結合効率として、０．５から１の範囲として示されている。図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、本発明においては、結合効率は、最高０．９１から、最低の０．５４の値という値が得られた。なお、図４で底面の平坦になった部分は、内側のレンズの半径が外側のレンズの半径より大きい範囲であり、単純な球面レンズよりも結合効率が悪くなるので省略して示している。
【００４２】
図４の座標軸の絶対値を説明すると、図４（ａ）において、左上コーナは、（小さいレンズの半径、大きなレンズの半径）で示すと、（１９０、１９０）であり、右下コーナは、（１３０、１３０）であり、右上コーナ（１３０、１９０）である。図４（ｂ）では、左コーナ（１９０μｍ、１９０μｍ）、右コーナ（１３０μｍ、１３０μｍ）、奥側コーナ（１３０μｍ、１９０μｍ）である。また、図４（ａ）の左上コーナから右手前コーナを結ぶ対角線上の計算点は、内側と外側のレンズの半径が等しいため、通常の単球レンズの場合の結合効率を与える。
【００４３】
図４に示すように、２種類の球面の曲率の組み合わせに応じてプリズムについたレンズに入射した光線が再度レンズを通過して受光器に入射する場合の結合効率が大きく変化することが示される。一方ＶＣＳＥＬから出た光が、プリズムに形成されたレンズを２回通過して、光ファイバに入射する場合の光結合の効率もほぼ同様に変化するので、図４に示した結合効率を使用することにより、必要な結合効率を得ることができる。したがって、本発明においては、２種類の球面の組み合わせを光ファイバ・受光器間の結合効率が最も大きくなる領域で、かつレンズ半径の誤差、プリズムの大きさや角度、光デバイス・アレイや、ファイバ・アレイとレンズまでの距離の誤差などの影響が少なくなるように、適宜特定の用途に応じて選択することができる。
【００４４】
本発明の特定の実施の形態において、内側に配置される半径の小さなレンズと、外側に配置される半径の大きなレンズとの最も好ましい組み合わせは、内側レンズの半径が、１３５μｍの場合で、外側レンズの半径が１５５〜１６５μｍであり、内側レンズの半径が１４０μｍの場合で、外側レンズの半径が、１５５〜１７０μｍであり、内側レンズの半径が１４０μｍで、外側レンズの半径が１５５μｍ〜１７０μｍの組み合わせの範囲で、０．９０〜０．９１の最も良好な結合効率が得られることが示された。
【００４５】
さらに、好ましい組み合わせは、内側レンズの半径が１３５μｍ、外側レンズの半径が１４５〜１５０μｍであり、内側レンズの半径が１３５μｍで、外側レンズの半径が１４５〜１５０μｍであり、内側レンズの半径が１３５μｍで外側レンズの半径が１７０〜１７５μｍ、内側レンズの半径が１４０μｍで、外側レンズの半径が１５０μｍ、内側レンズの半径が１４０μｍで、外側レンズの半径が１７５〜１８５μｍ、内側レンズの半径が１４５μｍ、外側レンズの半径が１５５μｍ〜１６５μｍ、内側レンズの半径が１４５ミクロンで、外側レンズの半径が１７５〜１８０μｍ、内側レンズの半径が１５０μｍで、外側レンズの半径が１６５〜１８０μｍのぞれぞれの組み合わせにおいて、０．８６〜０．８９の範囲の良好な結合効率が得られることがわかった。
【００４６】
上述した値は、レンズ半径の組み合わせを５μｍを単位として得たものであり、さらには特異的な挙動を示す特異点も図４には見られない。このため、上述した内側レンズの半径の最小値から最大値までの間および外側レンズの半径の最小値から最大値に至るまでの連続的な値の組み合わせにおいて、本発明の効果が得られることがわかる。一方、同様の検討の結果、通常の単球面レンズは、図４の対角線上の計算値となり、０．５４〜０．８３の低い結合効率しか与えないことがわかる。また後述するように、球面収差のため、迷光も多く、本発明の目的においてクロストークを低減させることが必要な用途には使用できないことがわかった。
【００４７】
また、上述した検討においては、ファイバ・アレイにおけるファイバ数を２５０μｍ間隔であるものと仮定したが、本発明においては、数値的に比例関係にある限り、いかなるファイバ数にでも対応することができる。上述した非球面レンズをプリズムの入射面１２および出力面１４に形成することにより、２次元ファイバ・アレイを光偏向要素を形成することができる。この光偏向要素を利用することにより、コンパクトで、クロストークの少ない高効率の光リンク・モジュールに用いることが可能となる。
【００４８】
図５には、本発明により入射面１２および出力面１４に非球面レンズが隣接して形成されたプリズムによる光ビームのレイトレース・シミュレーション実験の結果を示す。図５（ａ）が、本発明のプリズムを使用した場合のレイトレース・シミュレーション実験の結果を示した図であり、図５（ｂ）が、球面レンズを入射面１２および出力面１４に形成したプリズムのレイトレース・シミュレーション実験の結果を示した図（比較例）である。なお、シミュレーションは、入射面または出力面の一方に、それぞれＯＦまたはＬＤを配置する構成として行ったが、図５では、説明の簡略化のため、それぞれＬＤ−ＯＦ、ＯＦ−ＬＤの例示的な光路のみを選択して示している。図５に示すように、下側の光ファイバＯＦの端面から上向きに射出して左のＰＤに向かう受信チャネルと、左のＬＤから右向きに射出して下の光ファイバの端面へと向かう送信チャネルが、２次元断面に平行投影して描かれている。プリズムの４５°面から外に漏れている光束は全反射条件を満たさなかったものである。
【００４９】
図５（ａ）に示すように、本発明のプリズム１０は、入射光ビーム束２２が非球面レンズ２４で収束された後、反射面１６で反射され、再度非球面レンズ２６で収束されているのが示されている。一方、図５（ｂ）では、プリズム２８に入射した入射光ビーム束２２は、球面レンズ３０で一旦収束された後、反射面１６により反射され、さらに球面レンズ３２で収束されているのが示されている。
【００５０】
光ファイバの端面はプリズム端より３３０μｍ、ＬＤ、ＰＤもプリズム端から３３０μｍ離れて配置されている。これらはプリズム（レンズ）への入射地点で隣のチャネルのレンズへ侵入してしまわないための条件（ファイバからの光は、広がりが片側１２°で４７０μｍ、１５°で３７３μｍ、ＬＤからは２０°で３３５μｍ）を満たしており、かつ光学的な要請を満たす対称的な位置にあるものとしてシミュレーションを行った。
【００５１】
ファイバからの出射光は光軸から１２°の出射角で１０％の強度になるようなガウス分布を仮定している。ＬＤからの出射光は測定値に合わせて、光軸から１０°で５０％の強度（ただし７°以下では平坦で１００％になるように変形）のガウス分布を仮定している。表面反射はないとして、受信チャネル（ファイバからＰＤへ）で８８％、送信チャネル（ＬＤからファイバへ）で９８％という充分な結合率を得ることができた。プリズムに用いる樹脂の屈折率や、レンズや距離のパラメータ、あるいはレンズの形状を更に最適化すれば、更に高い結合率を得るか、あるいは更にＰＤの受光径を小さくして通信速度を上げることも可能である。なおファイバへの入射では、ファイバのＮＡ＝０．２、即ち１２°、を満たさない入射角の光束に関しては結合率に算入していない。
【００５２】
図５（ａ）で明らかなように表面反射を無視すれば、受光部（受信機ではＰＤ、送信機ではファイバ）で隣のチャネルへのクロストークは０である。また、プリズム（のレンズ）へ入射する場合も、プリズム（のレンズ）から出射する場合も、隣のチャネルに侵入している光束はない。即ち並列した多数のチャネルが仕切りのないプリズム内の空間を共有しているが、クロストークは発生しない。
【００５３】
図５（ａ）および図５（ｂ）を比較すれば理解されるように、非球面レンズを含んで構成された本発明のプリズム１０は、入射光ビーム束２２に対応する位置にある出力面において、他の入射ビーム束３４の光路への迷光が著しく少ない。一方で、比較例である図５（ｂ）では、球面レンズを含んで構成されたプリズム２８は、出力面１４における対応する光ビーム束の間における迷光が多く、光リンク・モジュールとして構成した場合には、クロストークが激しいことが示される。
【００５４】
すなわち本発明により、非球面レンズを含んで構成されたプリズムは、高い結合効率を与えると共に、クロストークが少なく、小型の光リンク・モジュールを提供することができることが示される。
【００５５】
本発明において使用するプリズムは、種々の方法により形成することができるものの、コスト、生産性といった観点からは、上述した構成の非球面レンズが形成されたプリズムは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートといったプラスチック材料から、金型を使用する圧縮成形、射出成形を使用して製造することができる。上述した成型技術のためには、精密金型が必要とされる。このため、本発明においては、後述するように金型の製造についても検討を加えた。図６には、本発明のプリズムを成型するための金型の製造工程の一部を示す。
【００５６】
本発明の特定の実施の形態において要求されるレンズの球面は、どちらも単純な球面とすることができる。このため本発明のプリズムの製造は、先端が球となったドリル形状の冶具を使用する精密加工装置を使用して球面の切削工程のみで製造することが好ましい。この際、上述した治具としては具体的には、ダイヤモンド粉末を含む高硬度セラミックスまたは高強度金属材料から形成される切削工具を使用することができる。
【００５７】
図６を使用してさらに本発明のプリズムの製造工程について説明する。まず、図６（ａ）に示されるように、例えば、ダイヤモンド粉末やセラミック粉末が焼結された切削刃を備える切削工具３６を、回転軸Ｒａを傾斜させつつ、金型金属の金型表面３８に当接させて回動させ、回転軸Ｒａの延長線上の切削刃の周速の減少を避けつつ、内側の小径のレンズに対応する凹部４０を金型に対して切削加工する。次いで、図６（ｂ）に示されるように、外側の半径の大きいレンズに対応する第２の凹部４２を形成するためには、すでに半径の小さなレンズに対応する凹部４０が形成されており、回転軸Ｒｂの延長線上の切削刃の周速の低下を考慮する必要はない。
【００５８】
このため、図６（ｂ）に示されるように、大径の切削刃４４を金型表面３８に対して直角に当接させて大径の凹部４６を切削加工することができる。金型は、上述した処理を必要なレンズ数および配置だけ繰り返すことにより製造することができる。本発明においては、金型は、図６に示した成型面から形成される互いに一端が連結された少なくとも２つの光学面と、これらの光学面のそれぞれ他端を連結する反射面を形成する成型面とを含むようにして構成される。これらの３つの成型面と、対向する側面を形成するための成型面とから、プリズムを形成するための空間を画成（ｄｅｆｉｎｅ）する。金型には、プラスチック材料を注入するため、光学的に不活性な面、例えば側面部分に注入孔が形成されている。
【００５９】
プリズムの製造に際しては、上述した金型を射出成型機などに配設し、プラスチック材料を注入孔から注入し、プラスチック材料の流動性が、形状を維持することができる温度にまで冷却し、型開きを行って、本発明のプリズムを形成することができる。この際、これまで知られているいかなる離型技術およびバリ取りなどの仕上げ処理を併用することができる。
【００６０】
本発明にしたがって形成された金型を使用して、上述のプラスチック成型技術を使用して製造したプリズムは、ファイバ２次元アレイにおける光リンク・モジュールにおいて良好な光結合効率を与え、本発明により、良好な特性の光リンク・モジュールを提供することが示された。
【００６１】
図７には、本発明のプリズムを使用してモジュール構成とした光リンク・モジュールを示す。本発明の光リンク・モジュール５０は、コネクタ部５２と、発光部５４と、ドライバ部５６と、本発明のプリズム５８を含んで構成されている。コネクタ部５２は、本発明の光リンク・モジュール５０を外部環境から遮断すると共に、垂直方向に後述する光ファイバ束へと光ビームを、パッシブ・アライメントにより結合することを可能とする。
【００６２】
発光部５４は、本発明の特定の実施の形態においては、２次元的に配置された点状の発光源、例えばレーザ・ダイオードまたは発光ダイオード（ＶＣＳＥＬ／ＰＤ）のアレイとして構成された面状光源として構成されている。発光部５４は、後述する発光素子から生成された２次元に配列された発散光ビーム束を矢線Ｂの方向へと放出する構成とされている。また、ドライバ部５６は、発光部５４へと信号および駆動電流を供給するドライバ・トランジスタおよび電流増幅トランジスタを含んで構成された集積回路として構成されている。本発明の特定の実施の形態においては、ドライバ部５６に隣接してヒート・シンク６０が配置されており、ドライバ部５６の発熱を抑制して特性を安定化させているのが示されている。
【００６３】
プリズム５８の入射面５８ａと出力面５８ｂには、本発明にしたがって構成された非球面レンズが光ビームに対応して配置されている。プリズム５８は、矢線Ｂの方向に放出される光ビームを、反射面５８ｃで点状の発光源に対応するように矢線Ｃで示される方向へと偏向させる。また、プリズム５８は、出力面５８ｂにおいて再度非球面レンズにより収束させた後、コネクタ部５２へと入射させることができる構成とされている。なお、図７に示したプリズム５８は、入射面５８ａおよび出力面５８ｂが直角となるように配置され、かつ入射面５８ａと出力面５８ｂとの長さが異なる構成とされている。この場合、出力面５８ｃにおけるレイテンシの同一性という点では、図１に示した入射面５８ａと出力面５８ｂとの長さが等しい実施の形態に対して充分ではないものの、クロストークを低減させつつ、高い結合効率を提供し、パッシブ・アライメントを可能とするという点では、充分な効果を有するものである。
【００６４】
発光部５４は、さらにレーザ・ダイオードまたは発光ダイオードといった発光素子部６２と、回路基板６４とを含んで構成されている。発光素子部６２は、例えばＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰといったこれまで知られたいかなる活性物質を含んで構成することができ、ハンダ・バンプといった実装方法により回路基板６４へと接続される。同様に、ドライバ部５６についても、ドライバ・トランジスタおよび電流増幅トランジスタを含んで構成されるドライバ素子部６６と回路基板６８とを含んで構成されており、相互にハンダ・バンプといった実装技術を使用して接続されている。
【００６５】
コネクタ部５２は、上述したように本発明の光リンク・モジュールを外部から遮蔽すると共に、光ファイバ束（ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｂｕｎｄｌｅ）７０へと光ビームをパッシブ・アライメントによりカップリングさせることを可能とさせている。コネクタ部５２は、内部に例えば光ファイバなどが埋設されていて、プリズム５８から放出された光ビームをそれぞれ通過させている。コネクタ部５２と、発光部５４とは、図示しない位置決め突起と位置決め溝７２とにより高精度に位置決めされ、かつ電気的に接続されている。また、コネクタ部５２および発光部５４と、プリズム５８とは、光学的に影響の無い領域において、例えばコネクタ部５２に形成された位置決め突起７４と、これに対応してプリズム５８に形成された図示しない位置決め溝とを使用して位置決めされている。また、発光部５４と、プリズム５８との位置決めについても、図７に示した実施の形態では、発光部５４およびプリズム５８の相互の接触面に対応するようにして形成された図示しない位置決め手段により位置決めされている。また、本発明の他の実施の形態において、後述するプラグが、直接発光部５４にパッシブ・アライメントを可能とする構成として、例えば位置決め突起や、位置決め溝などを形成させることもできる。
【００６６】
図７に示した実施の形態では、光ファイバ束７０の一端には、プラグ７６が結合されている。このプラグ７６は、コネクタ部５２に対して高い精度で位置決めしつつ連結可能とされている。また、プラグ７６のコネクタ５２側には、光ファイバが光学的に露出された収容部７８が形成されていて、コネクタ部５２を通過した光ビームを高い結合効率で受け取ることができる構成とされている。光ファイバ束７０の他端は、例えば他の情報処理装置や、同一の情報処理装置内の他のデバイスへと接続されていて、ドライバ部５６により駆動された発光部５４の光信号を、情報処理装置の内部で転送することができる構成とされている。
【００６７】
図８は、本発明において使用することができるプラグ７６と収容部７８とが連結された状態における詳細な構成を示した正面図である。図８に示されるプラグ７６の収容部７８には、マルチモードの光ファイバ８０が縦方向および横方向に連なって露出されていて、光ファイバ８０の数が、発光部５２の点状の発光素子に対応する構成とされている。図８に示した特定の実施の形態では、光ファイバ８０は、横方向に１２列、縦方向に５列の合計６０本が互いに隣接して配置されていて、６０チャネルの通信チャネルを提供している。
【００６８】
これらの通信チャネルは、本発明にしたがい、それぞれ高い結合効率および低いクロストークとされていて、紙面上から下方向へとプリズムから放出される光ビームを受光している。図８に示したプラグ７６は、６０本のマルチモード・ファイバを使用した実施の形態では、概ね数ｍｍの大きさで形成することができるので、本発明によれば極めて小型でありながら高集積度で、信号配線を構成することができる。また、図８に示したプラグ７６には、発光部５２に対して位置決めを行うための位置決め突起８２が形成されているのが示されている。上述した本発明の光リンク・モジュールを使用した信号配線は、電子などの荷電粒子ではなく光を媒体として使用するので、集積度を高めても発熱などによる信頼性の変動が生じず、また高速のデータ通信を可能とする。
【００６９】
図９は、本発明のプリズム９０の側面図を、非球面レンズと位置決め突起とを一体成形した他の実施の形態を使用して示した図である。図９に示した本発明のプリズム９０は、直角プリズムとして形成されており、また、金型に樹脂を注入して樹脂成型技術を使用して形成されている。図９に示したプリズム９０の実施の形態では、入射面９２および出力面９４を形成する２つの面は、直角に交差する構成とされて、直角プリズムとして構成されている。また、入射面９２および出力面９４には、同一形状の非球面レンズ９６が、図８に示したプラグ７６に対応するように、１２×５個配列されている。
【００７０】
レンズ配列の両縁部分は光ビームの通路とはならないので、図示しない位置決め手段、例えば位置決め溝や、位置決め突起を形成することができ、図９に示したプリズム９０では、プラグ７６に形成された位置決め手段に対応する構成として、波線で位置決め溝９８と位置決め突起１００として示されている。また、図９に示したプリズム９０には、さらに光学的に許容される位置に、プリズム９０と、ＬＤ／ＰＤ／プリズム／ファイバの相互距離を確保するための支持要素を形成することもでき、相互の光学的要素の間の距離を一定に保つ構成とすることができる。なお、位置決め突起や、位置決め溝は、それぞれ対応して形成されている限り、いかなる部材に配置することができる。
【００７１】
プリズム９０には、入射面９２および出力面９４さらに反射面１０２の反射特性を改善する目的のため、プリズムの成型加工後に非球面レンズまたはプリズムの入射面、出力面、反射面といった面要素にコーティング（薄膜処理）を施すことができる。上述したコーティングとしてはこれまで知られたいかなるコーティングでも使用することができ、例示的には誘電体多層膜コーティングを適切な反射特性、透過特性を付与するために適用することができる。また、本発明では、主に波長およびコヒーレンスの高いレーザ光を用いるので、必ずしもマルチ・コーティングである必要はない。
【００７２】
図１０は、本発明の光リンク・モジュールを使用して形成させた面状受光部１００の実施の形態を示す。図１０に示した面状受光部１００は、概ね図７に示した実施の形態と概ね同一の構成とされている。しかしながら、発光素子により発生された光ビームは、矢線Ｄの方向に光ファイバを伝搬しており、プラグ７６および収容部５２を介して本発明によるプリズム５８へと入射する構成とされている。プリズム５８は、図７において説明したと逆の光路Ｂ’、Ｃ’を通過して、面状に配列された受光素子部１０２の光学的活性部分へと照射される。
【００７３】
受光素子部１０２は、例えば、フォトダイオード、ピン・フォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオードといった適切な応答性および増幅性を有する要素を含んで適切な回路基板上に半導体技術により形成することができる。また、受光素子部１０２には、トランジスタなどから構成される電流増幅部１０４が接続されていて、図示しない情報処理装置の他のデバイスへと電気的信号を送る構成とされている。
【００７４】
図１１は、本発明において双方向光通信を行うことを可能とする本発明の光リンク・モジュールの実施の形態を示した図である。図１１の光リンク・モジュール１０６は、概ね図７および図１０で説明したと同様の構成とされているものの、受光素子部１０２と、発光素子部６２とが、互いに隣接して構成されており、これに対応して、ドライバ部５６と、電流増幅部１０４とが隣接して形成されている。図１１に示した双方向光通信を可能とする光リンク・モジュール１０６は、例えば３０チャネルを送信チャネルとし、残りの３０チャネルを受信チャネルとして構成することにより、コンパクトに高速なインターコネクトを提供することを可能としている。
【００７５】
図１２は、本発明の光リンク・モジュールを含む情報処理装置の分解斜視図である。図１２に示した情報処理装置１１０は、フレキシブル・ディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、といった各種の記憶媒体や、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭといったメモリを収容するシャーシ１１２と、このシャーシ１１２を外部から遮断するための筐体１１４とを含んで構成されている。シャーシ１１２には、ＳＣＳＩボードなどを搭載することを可能とする拡張ボードを挿入可能なスロット１１６および、各種の回路基板を装着することができるソケット１１８などを含んで構成されている。
【００７６】
さらに、本発明の光リンク・モジュール５０は、シャーシ内の適切な回路基板と共に、または独立した制御基板として構成されて、シャーシ内の適切な位置に配置することができる。図１２に示した実施の形態では、光リンク・モジュール５０は、シャーシ１１２の略中央部に形成されたソケット１１８に接続されることにより、例えばＣＰＵなどと共に独立した回路基板上に構成されているのが示されている。光リンク・モジュール５０は、光ファイバ束１２０を、情報処理装置１１０の内部における信号配線や、データ配線、クロック配線といった配線要素に提供することを可能とさせ、光ファイバによる情報処理装置内部の配線要素の高速化およびコンパクト化を可能とさせている。
【００７７】
また、図１２に示した以外にも、本発明の光リンク・モジュール５０からの光ファイバ束１２０を、情報処理装置１１０の外部へと引き出して、他の情報処理装置に対して情報を送受信するためのネットワーク・インタフェースとして構成することができ、例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、インターネットといったネットワークを介したグリッド・コンピューティングのための高密度・高速度のネットワーク・インタフェースとして使用することができる。
【００７８】
図１３には、本発明の情報処理装置１１０の概略的な機能ブロック図を示す。図１１に示された本発明の情報処理装置１１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）１２２と、ＣＰＵ１２２を駆動させるためのクロック１２４と、各種のＩ／Ｏ装置１２６ａ〜１２６ｃと、それぞれのＩ／Ｏ装置を介して接続される、ディスプレイ、プリンタなどの入出力装置１２８と、フレキシブル・ディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどを含む記憶装置１３０と、ＲＡＭといったメモリ１３２と、必要に応じて含まれるネットワーク・インタフェース装置１３４などを含んで構成されている。さらに、本発明の情報処理装置１１０は、本発明の光リンク・モジュールを含む光信信号発生装置１３６を含んで構成されている。
【００７９】
図１３において説明する実施の形態においては、説明を具体的に行うため、ＣＰＵ１２２は、その処理の結果を例えばメモリ１３２へと記憶させるために出力を行うものと仮定する。しかしながら、本発明においては、光信号発生装置は、情報処理装置１１０に対して、いかなる構成部分または要素として含ませることができる。ＣＰＵ１２２からの書き込み要求および出力信号は、光ファイバ束１３８を介して電気的信号として光信号発生装置１３６へと送られる。また、図１３に示した実施の形態では説明の便宜上、ＣＰＵ１２２からの出力を４出力として示しているが、本発明においては例えば、６０チャネルの入力も可能であるし、これ以外にもいかなる数の入出力の数にでも対応することができる。
【００８０】
光信号発生装置１３６は、コントローラ１４０と、本発明にしたがって構成された光信号発生部１４２とを含んで構成されている。コントローラ１４０は、出力信号を受け取ると、例えばコントローラ１４０の格納領域に格納されたアロケーション・テーブル１４０ａをルックアップして、ＣＰＵ１２２の出力を要求した装置を判断する。説明している実施の形態においては、ＣＰＵ１２２は、メモリ１３２への書き込みを要求しているので、コントローラ１４０は、メモリ１３２へと書き込みを行うためのアドレス・ラインおよびデータ・ラインとして割り当てられた発光素子を選択する。その後、選択された発光素子に対して、それぞれアドレス信号およびデータ信号を送信して、それぞれに対応する光信号を光パルスとして発生させる。
【００８１】
また、本発明においては、通信速度が高くなればなるほど装置間で１対１対応の通信が行われることが主流となるものと考えられる。この場合には、装置ごとに発光素子や受光素子を割り当てるためのアロケーション・テーブル１４０ａを含ませる構成は必要とされない。
【００８２】
発生した光パルスは、本発明の非球面レンズを通過して、光ファイバ束１４４へと送られ、光ファイバ束１４４を介してＩ／Ｏ装置１２６ｃへと伝搬される。Ｉ／Ｏ装置１２６ｃは、例えば本発明の図１０に示した面状受光部１４６を含んで構成されていて、受信した光信号を、対応した電気的信号へと変換し、メモリ１３２の適切なアドレスへと書き込みを行うことができる構成とされている。
【００８３】
また、本発明の他の態様では、本発明の図１２に示した双方向光通信を可能とする光リンク・モジュールを使用して光信号発生装置１３６を構成し、さらにＩ／Ｏ装置１２６ａ〜１２６ｄについても図１２に示した双方向光通信を可能とする光リンク・モジュールを使用する光信号発生装置１３６を含ませることができる。説明する本発明の他の実施の形態によれば、入出力装置、記憶装置、メモリ、ネットワーク・インタフェースなどの他の装置からもＣＰＵ１２２に対して光信号を使用した信号の転送を可能とすることで、双方向通信を可能とする光インターコネクトを構成することができる。
【００８４】
これまで本発明を図面に示した具体的な実施の形態をもって説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態の限定されるものではなく、種々の変更、除外、付加などを含む別の実施の形態として構成しうるものであることは、当業者により理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光偏向要素の断面形状を示した図。
【図２】本発明の光偏向要素により偏向される光ビームのレイトレースを示した図
【図３】本発明の光偏向要素に形成される非球面レンズの構成を示した拡大図。
【図４】本発明の光偏向要素による結合効率をシミュレーションして得られたグラフ図。
【図５】本発明の光偏向要素におけるクロストークを示したレイトレース・シミュレーションの結果を示した概略図。
【図６】本発明の光偏向要素を製造するための方法の１つの方法段階を示した図。
【図７】本発明の光リンク・モジュールの分解斜視図。
【図８】本発明において使用するプラグの受光部の詳細を示した正面図。
【図９】本発明の光偏向要素の詳細な側面図。
【図１０】本発明の光リンク・モジュールを使用して構成した受光部の実施の形態を示す斜視図。
【図１１】本発明において双方向光通信を可能とする光リンク・モジュールの実施の形態を示した図。
【図１２】本発明の情報処理装置の分解斜視図。
【図１３】本発明の情報処理装置の機能ブロック図。
【図１４】球面レンズを光学面に形成した光偏向要素のレイトレース・シミュレーションの概略的結果を示した図。
【符号の説明】
１０…プリズム、１２…入射面、１４…出力面、１６…反射面、１８、２０…曲面、２２…受光部、２４…非球面レンズ、２６…非球面レンズ、２８…プリズム、３０…球面レンズ、３２…球面レンズ、３４…入射ビーム束、３６…切削工具、３８…金型表面、４０…凹部、４２…凹部、４４…小径の切削刃、４６…大径の切削刃、５０…光リンク・モジュール、５２…コネクタ部、５４…発光部、５６…ドライバ部、５８…プリズム、６０…ヒート・シンク、６２…発光素子、６４…回路基板、６６…ドライバ素子部、６８…回路基板、７０…光ファイバ束、７２…位置決め溝、７４…位置決め突起、７６…プラグ、７８…受光面、８０…光ファイバ端面、８２…位置決め突起、９０…プリズム、９２…入射面、９４…出力面、９６…非球面レンズ、９８…位置決め溝、１１０…情報処理装置、１１２…シャーシ、１１４…筐体、１１６…スロット、１１８…ソケット、１２０…光ファイバ束、１２２…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２４…クロック、１２６ａ〜１２６ｃ…Ｉ／Ｏ装置、１２８…入出力装置、１３０…記憶装置、１３２…メモリ、１３４…ネットワーク・インタフェース、１３６…光信号発生装置、１３８…光ファイバ束、１４０…コントローラ、１４２…光信号発生部、１４４…光ファイバ束、
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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