(57)【要約】【課題】光回路装置において発信ポートと受信ポートの間で柔軟に光回路を形成して所期の情報伝達を行なえる情報伝達方法、光回路装置を提供することである。【解決手段】発信ポート１０２と複数の受信ポート１０２を備えた光回路装置において、発信ポート１０２と受信ポート１０２の間で光伝送媒体１０１を介して情報を伝達する情報伝達方法である。この方法は、発信ポート１０２から第１の放射角領域１０４ａで光１０３を放出して受信ポート１０２に対して第１の情報伝達を行なう第１のステップと、第１のステップの後で、この発信ポート１０２から第２の放射角領域１０４ｂで光１０３を放出して受信ポート１０２に対して第２の情報伝達を行なう第２のステップを含む伝送により所期の情報伝達を行なう。【選択図】    図１
2004215000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を発信する機能を有した発信ポートと光信号を受信する機能を有した複数の受信ポートを備えた光回路装置において発信ポートと受信ポートの間で光伝送媒体を介して情報を伝達する情報伝達方法であって、発信ポートから第１の放射角領域で光を放出して少なくとも１つの受信ポートに対して第１の情報伝達を行なう第１のステップと、該第１のステップの後で、該発信ポートから該第１の放射角領域とは異なる第２の放射角領域で光を放出して少なくとも１つの受信ポートに対して第２の情報伝達を行なう第２のステップを含む伝送により情報伝達を行なうことを特徴とする情報伝達方法。
【請求項２】
前記第１のステップで、前記発信ポートと少なくとも１つの受信ポート間で通信経路の確立を行い、引き続き、前記第２のステップで、該通信経路を用いてデータ伝送を行い、第１のステップにおいて発信ポートから放出される光の放射角領域が、第２のステップにおいて発信ポ一トから放出される放射角領域よりも大きい請求項１記載の情報伝達方法。
【請求項３】
前記第１のステップにおけるデータ転送速度は第２のステップにおけるデータ転送速度よりも遅い請求項１または２記載の情報伝達方法。
【請求項４】
少なくとも以下の手続きを経て、光による情報伝達を行なう請求項１、２または３記載の情報伝達方法、
１）ポートＡから通信要求信号を第１の放射角領域で発信、
２）通信要求信号を受信したポートＢが受信可能信号をポートＡに返信、
３）ポートＡからポートＢに向けて第１の放射角領域より小さい第２の放射角領域でデータを送信。
【請求項５】
前記受信可能信号は、電気配線を用いて伝達がなされる請求項４に記載の情報伝達方法。
【請求項６】
光信号の発信および受信の少なくとも一方の機能を有するポートを複数有した光回路装置であって、光伝送媒体を介して該ポートの間で光による情報伝達が可能であり、該ポートの少なくとも１つが、２種類以上の放射角領域で光を放射できると共に該放射角領域を切り替えられる構成を有することを特徴とする光回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号を発信する機能を有した発信ポートと光信号を受信する機能を有した受信ポートの間で光伝送媒体を介して光による情報伝達を行なう情報伝達方法、、光回路装置などに関し、特には、発信ポートと受信ポートの間で柔軟に光回路を形成して情報を伝達する情報伝達方法、、光回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パーソナルコンピューター、更には携帯電話や個人情報端末（ＰＤＡ）などの情報処理機器は、処理速度の速いことと小型・軽量であることに加えて、複数のアプリケーションを切り替えて用いることが望まれている。他方で、ロボットなどの制御機器においては、複数の制御アルゴリズムをリアルタイムで切り替えて制御することが望まれる。この様な視点から、回路の再構成が可能な回路基板、特に高速でリアルタイムに回路の再構成を可能とする回路基板が望まれている。
【０００３】
従来は、電子回路、スイッチ、メモリなどでこの様な回路を実現しようとすることが一般的であったが、処理速度が上がるにつれて、配線遅延、ＥＭＩ（電磁放射干渉ノイズ）などの問題が生じる。こうした配線遅延やＥＭＩを回避する手法としては、高速伝送が可能で本質的に電磁無誘導の利点を有する光配線を用いることが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−６７７７０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の特許文献１等の光配線方法は、光配線形成の柔軟性が足りなかった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、発信ポートと受信ポートを備えた光回路装置において発信ポートと受信ポートの間で柔軟に光回路を形成して情報伝達を行なえる情報伝達方法、、光回路装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の情報伝達方法は、光信号を発信する機能を有した発信ポートと光信号を受信する機能を有した複数の受信ポートを備えた光回路装置において発信ポートと受信ポートの間で２次元光導波路などの光伝送媒体を介して情報を伝達する情報伝達方法であって、発信ポートから第１の放射角領域で光を放出して少なくとも１つの受信ポートに対して第１の情報伝達を行なう第１のステップと、該第１のステップの後で、該発信ポートから該第１の放射角領域とは異なる第２の放射角領域で光を放出して少なくとも１つの受信ポートに対して第２の情報伝達を行なう第２のステップを含む伝送により情報伝達を行なうことを特徴とする。この情報伝達方法では、発信ポートから異なる放射角領域で光を放出する複数のステップを用いるので、この発信ポートと受信ポートの間で柔軟に光回路を形成して光信号を伝送して所期の情報伝達を行なえる。各ステップでどの様な情報内容の光伝送を行なうかは、利用する通信プロトコル、伝送目的などに応じて種々に決められる。また、各ステップにおいて、発信ポートからの光の放射角領域により受信可能な受信ポートは決まるが、受信可能な受信ポートが全て受信を行なう必要はなく、受信するか否かは受信ポート側で決めてもよい。
【０００８】
上記基本の情報伝達方法において、前記第１のステップで、前記発信ポートと少なくとも１つの受信ポート間で通信経路の確立を行い、引き続き、前記第２のステップで、該通信経路を用いてデータ伝送を行い、第１のステップにおいて発信ポートから放出される光の放射角領域が、第２のステップにおいて発信ポ一トから放出される放射角領域よりも大きい様にできる。また、前記第１のステップにおけるデータ転送速度を第２のステップにおけるデータ転送速度よりも遅くして確実且つ効率良く情報伝達を行なうこともできる。
【０００９】
また、少なくとも以下の手続きを経て、確実に光による情報伝達を行なう様にもできる、
１）ポートＡから通信要求信号を第１の放射角領域で発信、
２）通信要求信号を受信したポートＢが受信可能信号をポートＡに返信、
３）ポートＡからポートＢに向けて第１の放射角領域より小さい第２の放射角領域でデータを送信。
【００１０】
さらに、前記受信可能信号は、電気配線を用いて伝達がなされる様にしたり、第１のステップで情報を受信するポートの数が、第２のステップにおいて情報を受信するポートの数より多い様にすることもできる。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明の光回路装置は、光信号の発信および受信の少なくとも一方の機能を有するポートを複数有した光回路装置であって、光伝送媒体を介して該ポートの間で光による情報伝達が可能であり、該ポートの少なくとも１つが、２種類以上の放射角領域で光を放射できると共に該放射角領域を切り替えられる構成を有することを特徴とする。
【００１２】
上記光回路装置は、光回路と電子回路が混在した回路基板として構成されたり、電子配線層と２次元光導波路の光配線層を有した回路基板として構成されたりできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に具体的な実施例をあげて、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるものではなく、上述の基本構成概念に含まれるものであれば、その具体的構成などは問わない。
【００１４】
（実施例１）
本発明の実施例１における回路基板は、光回路と電子回路が混在した回路基板であって、光信号を発信もしくは受信する機能を有した光ポートの間で光による情報伝達が可能なように構成されている。情報発信を行なう発信ポートの光出力部は、２種類以上の放射角領域の中から所望の放射角領域に切り替えて２次元（２Ｄ）光導波路（光伝送シート）内に光を伝播させる手段を有しており、この切り替え手段により、ポート間の光による情報伝達が実現される。図１は、本実施例において或るポート１０２から２Ｄ光導波路１０１に光１０３を伝播させる場合の異なる放射角領域１０４ａ、１０４ｂの例を示す。ここで、放射角領域とは、図１に示すよう、光伝送媒体が２Ｄ光導波路１０１である場合にはｘ−ｙ平面における放射角φａである。この平面に垂直なｚ方向においては、伝播可能な全ての角度（全ての導波モード）を伝播させたり、選ばれた角度（単一の伝播モード）を伝播させたりできるが、特にこだわらない。本明細書において、２Ｄ光導波路の場合の「放射角領域」は特に言及しない限りｘ−ｙ平面における放射角を意味するものとする。また、光伝送媒体が３次元の光導波路や自由空間などである場合は、「放射角領域」は発信ポートから放射される光の立体角を意味するものとする。
【００１５】
図２は実施例１における回路基板を説明する模式断面図である。図２の回路基板の構造例において、１００は全体の基板、１０１は２Ｄ光導波路である光伝送シート、１０２は光伝送シート１０１と電気配線層１０５の界面付近に設けられた光入力（受信）或いは出力（発信）ポート、１０３は光伝送シート（光配線層）１０１内の伝播光、１０５は光伝送シート１０１を挟んで設けられた電気配線層、１０６は電気配線層１０５内の電気配線、１０７は電気配線層１０５上に設けられたＬＳＩなどの電子デバイスである。
【００１６】
図２の構成例の場合、光配線層１０１を一対の電気配線層１０５が挟む構成になっており、電気配線層１０５ａと光配線層１０１の界面付近に光ポート１０２を設置してある。この様にポート１０２は光伝送シート１０１に接して上部に配置しているが、これに限らず、光伝送シート１０１の中に埋め込むように配置し、直接、導波路に光を結合してもよいし、光伝送シート１０１の端面に配置してもよい。また、図２では、３つのポート１０２を有した回路とされ、発信を担うポート１つ（１０２ａ）と、受信を行なうポート１つ（１０２ｃ）が設けられているが、これも例示である。光伝送シート（光配線層）１０１の上から見た配置において、図１に示す様にポート１０２を配することもできるし、図３の様に碁盤目状に配することもできる。要するに、面内に任意の数のポートを任意の位置に配置可能である。光伝送シート１０１のサイズは、２Ｄの任意位置間で情報伝達を行なうことから、情報伝達速度にもよるが、例えば１００ミクロン程度から数１０ｃｍである。本実施例では、基板のサイズは３ｃｍ角である。
【００１７】
図２に示す様に、本実施例における回路基板は、電子デバイス１０７とそれらを接続する電気配線１０６を有した電子回路と、光伝送シート１０１を伝送媒体として用いた光回路が共存している。こうした構成において、電子デバイス１０７からの信号は、ポート１０２ａにおいて光信号に変換され、光信号は光伝送シート１０１を伝播後、別のポート１０２ｃにおいて電気信号に変換される。
【００１８】
以下に、各要素について更に詳細に説明する。
本実施例では、光伝送シート１０１としては、厚さ１００μｍのポリカーボネート（屈折率１．５９）にクラッドとしてフッ素化ポリイミド（屈折率１．５２程度）をコートしたものを用いた。光伝送シート１０１は、電子デバイス１０７が実装されたプリント基板を積層、接着することで、図２に示す様に積層された高密度実装された回路基板とできる。光伝送シート１０１は、或る程度に２次元状に広がった光導波路である２次元導波路を適用した光伝送媒体であり、任意の位置に光デバイスを配置でき、任意の点に配したポート１０２から任意のポート１０２に２次元的に光データを送信できる。勿論、光伝送シート１０１は、上記の例に限らず、伝播光に対して十分な透過率を有するものであれば、ガラス、半導体、有機材料などの任意の材料を使用できる。例えば、市販のガラス基板、ニオブ酸リチウムなどの単結晶基板、Ｓｉ，ＧａＡｓなどの半導体基板、ポリカーボネート、アクリル、ポリイミド、ポリエチレンテレフタラートなどからなる有機シートなどを、そのまま用いられる。また、真空蒸着、ディッピング、塗布などの任意の手法で製膜することや、射出成型、押し出し成型などで成型して作製する方法などを用いて形成される。光伝送シート１０１の厚さは、１ミクロン程度から数ｃｍの範囲で可能であるが、光軸合わせの容易性の観点から５０ミクロンから数ミリ程度の厚さが好ましい（上記例では、１００ミクロン程度である）。
【００１９】
光伝送シート１０１は任意の基板１００上に配し得る。基板１００としては、プリント基板や、アルミ、ＳＵＳなどの金属基板、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの半導体基板、ガラスなどの絶縁基板、ＰＭＭＡやポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂性の基板やシートを適用できる。
【００２０】
電子デバイス１０７であるＬＳＩ等の電気信号は、ポート１０２と光伝送シート１０１を介して、光信号として伝達することが可能である。また、電気配線１０６を介して近傍の電子デバイス１０７にそのまま電気信号として伝送することもできる。場合に応じて、どちらかの方法を選択できるようにしてもよい。電子デバイス１０７は、抵抗、コンデンサなどの電気部品をはじめ、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＦ発振器等などのＩＣ、ＬＳＩチップなどである。電気配線１０６はアルミ、銅などの金属配線であり、その作製法としては、真空蒸着、導電性ペーストをスクリーン印刷法で形成する方法等が挙げられる。他にも、電解銅箔等の金属箔を積層し、所望のパターンに形成されたエッチングレジストを用いて金属箔を化学エッチングすることにより、回路導体パターンを形成する手法などがある。
【００２１】
ポート１０２は、光信号を発信又は／及び受信する機能を有する。すなわち、電気信号を光信号に変換する光出力部、もしくは光信号を電気信号に変換する光入力部、もしくはその両方を有しているが、両方を有することが機能性の観点から好ましい。発信を担うポート１０２の光出力部である発光素子から出射された光は、光伝送シート１０１を伝播し、受信を担うポート１０２の光入力部である受光素子に入力される。受信を担うポート１０２で信号が電気信号に変換されることで、ポートからポートへの信号伝送がなされ、光回路が構成される。
【００２２】
ポート１０２の光出力部は、発光素子を有し、２種類以上の放射角で２Ｄ光導波路１０１内に光を伝播させる手段を有し、更には、放射角を切り替える手段を有する。これにより、図１のように、２Ｄ光導波路１０１において、ポート１０２から異なる放射角で光を伝播させられ、更にこれらを切り替えられる。光出力部に適用可能な発光素子としては、レーザーダイオード、ＬＥＤなどが挙げられるが、その中でも光放出角の小さい面発光レーザは小さな放射角φａないし放射角領域の伝播を実現できる観点から好ましい。
【００２３】
ＬＳＩなどの電子デバイス１０７のロジック信号（例えばＣＭＯＳなら３．３Ｖ）は、ポート１０２の発光素子を駆動するのに十分な電圧を有する。ポート１０２における発光素子に順バイアスとなるようロジック信号を印加することで、電気信号は光信号に変換される。発光素子として０．８５μｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いる場合、個々のＶＣＳＥＬの特性は、例えば、駆動電流３．０ｍＡ、光出力３ｍＷとなっている。
【００２４】
発光素子から発せられた光は、所定の放射角φａで光伝送シート１０１を伝播する。本実施例のポート１０２の放射角φａとしては、例えば、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の４種類の放射角での伝播が可能なように構成され得る。これを実現するための構成例を図４に示す。ここでは、光伝送シート１０１内に設けられる光結合器２０１として、図４（ａ）に示すような４角錐状のミラーを用いた。そして、角錐ミラー２０１の上方に、例えば、それぞれの斜面に対して１つと中央に１つの５つの発光素子２０６ａ，２０６ｂ，２０６ｃ，２０６ｄ，２０６ｘを配し、各デバイスからの光がそれぞれの斜面に照射されるように配置する。光出力部２０５の発光素子２０６からの光２０３は角錐ミラー２０１の上方向から照射されて横方向に反射され、光伝送シート１０１に結合する。図４（ｂ）のように、発光素子２０６からの光が角錐の１斜面の光照射位置２０２に照射される場合には、ほぼ９０°の放射角の伝播光２０４が実現され、図４（ｃ）のように４斜面の光照射位置２０２に照射される場合には３６０°の放射角で伝播がなされ得る。２、３斜面であれば、それぞれ１８０°、２７０°となる。中央の発光素子２０６ｘを用いれば、３６０°全ての方向に伝播させられる。ここでは角錐斜面は拡散面になっているため、ほぼ放射角の全範囲に渡って均一な強度の光が伝播される。
【００２５】
この様に、本実施例においては、ポート１０２に複数の発光素子を配し、駆動する発光素子を電気的に選択することで、放射角を切り替えられる。こうした切り替え手段は、信頼性の高い切り替えができる好ましい例の１つである。他にも、複数の発光素子をアレイ状に配列したものを用い、アレイのそれぞれの発光素子に対して、異なる放射角φａや放射方向が設定、分別されるように構成することができる。この場合も、アレイの中で発光させる発光素子を電気的に選択することで、放射角φａや放射方向の設定、分別が可能となる。
【００２６】
さらに、光出力部に適用され得る発光素子として、注入電流などを制御して放射角を制御、変更可能なデバイスがある。また、光出力部の発光素子と２Ｄ光導波路の結合態様を可変にすることで、放射角を変更する方法も可能である。より具体的には、発光素子に近接して配されたミラーやプリズム、レンズ、グレーティングなどの光結合部を動かしたり、発光素子自身の位置を動かして放射角変更効果を持たせたり、光結合部を構成する材料の屈折率などの光学的性質を変調したりして同様な効果を達成できる。例えば、マイクロメカニクスの技術により、静電力、磁力、圧電素子などを適用して、微小な可動ミラーなどを構成する方法がある。光出力部に適用する光結合器として、レンズやプリズム、ミラー、グレーティングなどは、発光素子からの光を２Ｄ導波路に所定の放射角で放射できるので好ましい。特に、２Ｄ導波路に所定の放射角で光を放射できる代表例として、円錐状や角錐形状、球状のミラーなどがある。勿論、放射角領域の切り替え手段としては、これらに限られるものでなく、任意の手段が適用できる。
【００２７】
光伝送シート１０１を伝播してくる光信号は、ポート１０２の受光素子に取り込まれて電子信号に変換されるが、光入力部に適用可能な受光素子としては、ＰＩＮフォトダイオード、ＭＳＭフォトダイオードなどがある。本実施例では、Ｓｉ  ＰＩＮフォトダイオードなどが用いられ、このＰＤは電子回路に接続される。ここで変換された電気信号は、入力電気信号として、近接するＬＳＩなどの電子デバイス１０７内部に取り込まれて処理される。この際、受光素子と共に電気信号を増幅するプリアンプを集積していれば、ＣＭＯＳコンパチブルの電圧に復元することができる。また、ポート１０２の受光部は、円錐状や球状等の形状のミラーなどの光結合部（例えば、受光素子直下の光伝送シート１０１内に設けられる）を用いることで、２Ｄ光導波路の３６０°全方位から光を受光できるようになる。この様に構成することで、光入力部の構成を全て同一で単純な構成とできるという利点がある。もちろん、２Ｄ光導波路の所定の方向からの光のみを受信するように構成しても良い。
【００２８】
また、受信ポートとして、複数の受光部をアレイ状に配列したものを用いることもできる。特に、アレイのそれぞれの受光部に対して入射される方向が異なるように、受光部を配してもよい。アレイの中で用いる受光部を選択することで、到達光の方向の分別、選択が可能となる。
【００２９】
本実施例における電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、ポート間で光回路が形成され、所望の動作を行なうことが確認された。すなわち、通信内容により、適宜、放射角領域ないし放射方向を切り替える手段を有した光回路が有効に働くことを確認できた。この様な回路基板は、電子回路に加えて、柔軟に配線を形成可能な光配線回路を有した配線自由度の高い回路基板である。こうした構成において、後述の通信方式を実行することで、２Ｄ光導波路において、比較的長距離にわたり高速な通信を実現できる。
【００３０】
以下に、上記構成を用いて情報伝達を行なう方法例について説明する。
本実施例におけるポート間の光による情報伝達においては、通信経路の確立を行なうステップと、引き続き該通信経路を用いてデータ伝送を行なうステップを有して所望の情報伝達がなされる方法を実行できる。２Ｄ光導波路１０１は、複数のポート１０２で共有して用いられるため、通信経路の確立を行なうことで、情報伝達の信頼性を高められる。この通信方式においては、通信経路の確立とデータ伝送において、光が伝播される放射角φａないし放射方向を切り替えることに特徴がある。図６のフローチャート図に説明するように、ポート１０２から第１の放射角として大きな放射角の光伝播を用いて通信経路の確立を行なうステップ（２−１）の後に、第１の放射角より小さな第２の放射角の光の伝播によりデータ伝送（ステップ２−２）を行なう。こうした通信方法では、通信経路の確立においては大きな放射角で光を伝播するために、広範な位置のポート１０２との通信が可能であり、多くのポートから好ましいポートを選択して、情報を伝送できる。更に、データ伝送においては、小さな放射角で光を伝播するために、十分な光強度を用いた通信を行えて、高速で信頼性が高いデータ伝送が可能である。
【００３１】
この点について詳しく説明する。２Ｄ光導波路を用いた情報伝達においては、光を放射角φａで伝播させると、Ｌ／（Ｒφａ）（Ｌ：光入力部のサイズ、Ｒ：距離）に比例して、受信する部位での光強度が小さくなってしまう。また、大きな放射角で伝播する場合には、受信がなされる方向を除いては、光を無駄に使っていることになる。他方、データ伝送では、受信強度が小さくなると、Ｓ／Ｎの観点から誤り率およびデータ転送速度に制限が生じる。こうした観点から、高速で信頼性の高い伝送とするには、出来る限り放射角を小さくした方が良いことになる。しかし、反面、放射角を小さくすると、通信できる相手が少なくなり、回路の自由度が小さくなる。この様な相反する効果を両立させるのに、上述の放射角領域を切り替える通信方式が有効に機能する。こうして、通信経路確立においては、大きな放射角φａで通信速度の遅い信号を伝播し、経路確立後は、小さな放射角で高速な通信速度のデータ伝送を行なうことが好ましい。一般的に通信経路の確立に必要なデータ量は小さく、更に、その経路確立を律速するのは、データ転送速度ではなく、むしろ物理的な回路の切替時間である。このため、通信経路の確立におけるデータ転送速度は、それほど速くなくとも実質的に問題はない。また、通信経路確立において、データ転送速度を落とせば、受信するポートに到達する光量が小さくとも、比較的信頼性の高い情報伝達が可能になり、より広範囲への情報伝達が可能となる。他方、所望の情報伝達に係るデータ量は大きいので、高速なデータ伝送が望ましい。よって、上述の様なデータ転送速度の使い分けは、本通信方式において、好ましい手法であるといえる。
【００３２】
こうして、上記回路、光回路装置を用いて、配線の自由度が高く、光伝送媒体を共有して高速で信頼性が高いデータ伝送の可能な情報伝達方法を実現できる。この方法では、適宜、放射角領域ないし放射方向を選択することで光エネルギーの無駄使いがなくなるので、消費電力低減の効果もある。
【００３３】
ここで、放射角φａの設定範囲は特にこだわらないが、例えば、３６０°全方向のブロードキャストと発光素子の放射角相当でなるべく小さな放射角の２種類を持つことが挙げられる。放射角は連続的に変更できるのがより好ましいが、不連続であってもよい。また、小さな放射角で放射する際には、放射方向を設定できるのが好ましい。すなわち、ポート１０２は拡散とビーム放射角の切替手段に加えて、ビームの方向設定手段の両方を持つことが好ましい。この様な通信方式により、１対１のポート間の組み合わせの切り替えだけでなく、図５に示すように、複数のポート間の伝達経路の切替、すなわち光回路の再構成が可能となる。
【００３４】
一般に、光伝送シート１０１の任意の位置に光デバイスを配置しようとすると、伝播距離に応じて受光強度が異なってしまうので、信号伝達の信頼性を落としてしまうが、本通信方式は任意の位置に光デバイスを配置した場合にも有効である。また、電子回路と光回路が共存する上記回路基板とそれに適した上記通信方法は、電磁放射ノイズに強く設計自由度が高い柔軟な回路の再構成と、大量な情報を高速に扱うことを可能にする。
【００３５】
また、光回路に２Ｄ導波路すなわち光伝送シートを適用することにより、上述の通信方法が実現でき、更に、従来の線状導波路とは異なり、所望の任意位置への光デバイス（発光素子や受光素子）の実装が可能となり、任意の位置の間での情報伝達が可能となる。光学的な位置合わせが比較的容易に光デバイスと導波路層の光結合を行える作用・効果もある。更に、単純な構成であるため簡易に回路基板を形成でき、薄型で高密度に実装がなされた回路基板を低コストで実現できる。
【００３６】
（実施例２）
実施例２は、実施例１で述べた回路基板を用いて、別の通信方法を適用した例である。図２の基板上に実装されたＬＳＩ１０７ａからＬＳＩ１０７ｂへデータ転送する場合を考える。この場合、ＬＳＩ１０７は、２つのＣＰＵないしはＣＰＵとＲＡＭ等を想定している。
【００３７】
まず、ＬＳＩ１０７ａが、発信用のポート１０２、例えば図３のポートＥを指定する。通常、最近傍のポート（図２では１０２ａ）であるが、１つに固定されるものではない。１つの電子デバイス１０７に固有のポート１０２を予め決めておくのではなく、光配線接続の要求が発生するたび毎に、ポート１０２を指定する。この結果、光配線するデバイス１０７の数よりもずっと少ない数のポート１０２を準備しておけば良いことになる。
【００３８】
図７に、本実施例のポート１０２間の光による通信方法のフローチャートの一例を示す。
３−１）ポートＥ（発信ポート）から通信要求信号を第１の放射角（広角）で発信する。
３−２）通信要求信号を受信したポートＨが受信可能信号をポートＥに返信する。
３−３）発信ポートＥから受信ポートＨに向けて第２の放射角（狭角）でデータを送信する。
すなわち、３−１）及び３−２）によりポートＥとポートＨの間で通信経路の確立がなされ、３−３）でデータ伝送が行われる。
【００３９】
以下に、より詳しく説明する。
まず、３−１）において、ポートＥ（発信ポート）から通信要求信号を放射角３６０°で発信する。これには、図４における２０６ｘの発光素子を用いることで、２Ｄ光導波路１０１の全方向への発信がなされる。通信要求信号には、ポートＥのアドレス、送りたい情報の容量、送りたいＬＳＩ１０７のアドレスなどの情報を持たせることができる。ここでは、通信要求信号の容量は２５６バイト、信号転送速度は１００ｋｂｐｓを用いた。
【００４０】
３−２）において、通信要求信号を受信したポートＨは、受信可能な際のみ、受信可能信号を返信する。受信可能であるかどうかは、現在、他のポート１０２と通信を行っているかどうか、受信したデータを格納する空きメモリを近傍に所有するか、などを判断材料として決定することが挙げられる。受信可能信号には、ポートＨのアドレスなどが含まれる。この返信の際に用いる放射角は、ポートＥが受信できるものであれば特にこだわらないが、広い放射角であれば、放射方向を設定する必要がないという利点があり好ましい。ポートＥとポートＨを結ぶ電気配線の経路がある場合は、電気配線を用いて返信しても良い。本実施例では、３６０°の放射角で光による情報伝達を用いた。受信可能信号の容量は２５６バイト、信号転送速度は１００ｋｂｐｓである。ここで、ポートＨのほかにも、受信可能なポートは全てが返信を行なう。
【００４１】
３−３）において、受信可能信号を受信したポートＥは、受信ポートＨの方向に第２の放射角でデータを伝送する。この際、複数のポート１０２から受信可能信号を受信した際には、その中から、最も好ましいポートを選ぶことができる。例えば、最終的に送りたいＬＳＩ１０７ｂに最も近いポート１０２を選ぶことが挙げられる。他にも、返信が早かったポートを選ぶことや、予めの優先順位として順位の高い方向のポートを選ぶことなどが挙げられる。本実施例では、データ伝送における第２の放射角としては９０°を用いた。より具体的には、図４に示す様な光出力部において、発光部としてその中の１つ（例えば２０６ｃ）を選んで動作させることで、２Ｄ光導波路１０１の所望の方向（ここではポートＨの方向）への伝播を実現する。データ伝送の通信速度５０Ｍｂｐｓとした。第２の放射角が第１の放射角に比べて小さいので、高速な信号を扱える。ここではデータの送信先は１つのポート１０２としたが、複数のポートに同時に転送を行ってもよい。
【００４２】
発信ポートＥが、或る設定時間の間に、受信可能信号を受信できなかった場合には、再度、通信要求信号を送信する、すなわち３−１）に戻るようにしてもよい。以上のステップによりＬＳＩ１０７ａからポートＥを経てポートＨで受信されたデータは、電気配線によりＬＳＩ１０７ｂに伝送される。
【００４３】
この様な手法により、ＬＳＩ１０７間の配線を任意に切り替えることができる。すなわち、回路の再構成が可能である。例えば、ポートＥからポートＨへとデータを送る回路から、引き続き、ポートＣからポートＤとＦにデータを送る回路へと変更するなどの回路変更を行える。
【００４４】
本実施例によれば、回路の切り替えを比較的短時間で実現できると共に、確実なデータ伝送が可能である。また、通信経路確立においては、大きな放射角領域を用い、遅い通信速度で伝送するため、広い領域に渡って情報の伝送が可能である。他方、本来目的とするデータ伝送においては、小さな放射角領域なので、十分な光量を受信ポートに伝送でき、高速で信頼性の高い伝送を行える。こうした手法により、適宜、最適な放射角領域を選ぶことで、情報通信に用いるエネルギーを有効に利用できる効果（消費電力の低減効果）も奏される。
【００４５】
（実施例３）
実施例３の回路基板においては、ポート１０２には２つの発光素子を設け、１つの発光素子に対しては３６０°全方向への伝播が可能なように円錐ミラーの光結合部を配置し、もう１つの発光素子に対する光結合部としては、可動ミラーを配置した。ミラーを用いた際の放射角は１０度であり、ミラーを動かすことで２Ｄ光導波路１０１における伝播方向を任意の方向に設定できる。他の構成は、実施例１に準じている。
【００４６】
本実施例は、実施例２に比べて、より高度な通信方式を用い、信頼性の高い情報伝達を行なう例である。本実施例の通信方法を図８のフローチャート図を用いて説明する。
【００４７】
４−１）はじめに、発信を行なうポート（例えば図３のポートＢ）は、媒体すなわち２Ｄ光導波路１０１が利用可能であるかを判断する。これには、例えば、ポートＢの受光素子に検知される光強度が或る一定の強度以下であれば、利用可能とする。或る閾値より大きな光強度が検知された場合は、媒体が使用中であると判断し、発信を或る時間中止し、媒体が使用可能になるまで待機する。この様にすることで、例えば、光伝送媒体を占有して使うことができ、データ伝送の信頼性が高まる。
【００４８】
４−２）次に、ポートＢ（発信ポート）から通信要求信号を第１の放射角（広角）で発信する。本実施例では、円錐ミラーの光結合部に対応した発光素子を動作させて３６０°の第１の放射角で発信を行なう。通信要求信号には、ポートＢのアドレス、送りたい情報の容量、送りたいＬＳＩ１０７のアドレスなどの情報を持たせる。通信要求信号の容量は２５６バイト、信号転送速度は１００ｋｂｐｓを用いた。
【００４９】
４−３）通信要求信号を受信したポート１０２のうちで、受信可能なポート（例えば、図３のポートＣ，Ｇ，Ｉ）が受信可能信号をポートＢに返信する。このステップは、実施例２の３−２）のステップに準じる。
【００５０】
４−４）受信可能信号を受信したポートＢは、受信ポート先を選択し、経路指定信号を３６０°の放射角で発信する。経路指定信号にはポートＢのアドレス、選択した受信ポートＧのアドレスなどが含まれる。この返信の際には、ポートＧが受信できる角度領域であれば放射角は特にこだわらないが、広い放射角であれば、放射方向を設定する必要がないという利点がある。ポートＢとポートＧを結ぶ電気配線の経路がある場合は、電気配線を用いて返信しても良い。本実施例では、３６０°の放射角の光による情報伝達を用いた。経路指定信号の容量は２５６バイト、信号転送速度は１００ｋｐｂｓである。
【００５１】
４−５）経路指定信号を受信したポートＧが、通信経路が確立したことを示すフラッグの経路確定信号をポートＢに返信する。返信方法は特にこだわらないが、本実施例では、３６０°の放射角の光による情報伝達を用いた。
【００５２】
４−６）経路確定信号を受信したポートＢが、ポートＧに向けて第２の放射角（狭角）でデータを送信する。本実施例では、ポートＢからの光がポートＧの方向に伝播するように、光結合部である可動ミラーを動かした。放射角は約１０°である。データ伝送の通信速度は３００Ｍｂｐｓとした。放射角が小さいため、信頼性高く高速なデータを送信できる。
【００５３】
４−７）引き続き、ポートＢが送信終了信号をポートＧに送信する。方法は特にこだわらないが、本実施例では、１０°の放射角の光による情報伝達を用いた。
【００５４】
４−８）最後に、ポートＧがポートＢに受信終了信号を返信する。返信方法は特にこだわらないが、本実施例では、３６０°の放射角の光による情報伝達を用いた。
【００５５】
途中で返信等がなされなかった場合などは、エラーとなり、再度、最初のステップから信号伝達を行なうようになっている。また、受信可能信号を返信してから、或る時間の間に受信できたデータのみを正しい信号として認識するようにして、より回路の信頼性を高めることもできる。
【００５６】
本実施例は、回路の切り替えを十分に短時間で実現できると共に、実施例２に比べて４−１），４），５），７），８）のステップを追加することで、より信頼性が高い伝達方法となっている。本実施例でも、通信経路確立においては、大きな放射角を用い、遅い通信速度で伝送するため、広い領域で情報の伝送が可能である一方で、データ伝送では、小さな放射角なので、十分な光量を受信ポートに伝送でき、高速で信頼性の高い伝送を行える。本実施例の手法は、実施例２の通信手法よりも、可動ミラーを用いた光結合により更に放射角を小さく設定できるため、より高速で信頼性の高い通信が可能である。その他の点は上記実施例と同じである。
【００５７】
（実施例４）
実施例４においては、回路基板は実施例２と同様なものを用いた。ただし、各ポートは１２ｋバイトのメモリを有している。本実施例は、実施例２に比べて、より高度な通信方式を用い、信頼性の高い情報伝達を行なう例である。本実施例の通信方法を図９のフローチャート図を用いて説明する。
【００５８】
５−１）システムが起動すると、受信可能なポート（例えば図３のポートＡ，Ｂ，Ｃ，，，）は、定期的に受信待ち信号を発信する。例えば、５０ｍｓおきに、自ポートのアドレスと受信待ちフラッグが記された受信待ち信号を３６０°の放射角で発信するようにしておく。この際、各ポート１０２から発信する時刻が異なるように予めタイミングを設定することで、混信を確実に防げる。受信待ち信号の容量は１２８バイト、信号転送速度は１００ｋｂｐｓを用いた。
【００５９】
５−２）発信を行なうポート（例えば図３のポートＥ）は、受信ポートからの信号を読み取り、受信可能なポートの情報を獲得する。例えば、１００ｍｓ間情報を蓄積し、受信待ち信号をメモリに保管する。
【００６０】
５−３）発信ポートＥは、受信可能なポートのうち、好ましいポート（例えばポートＢとＨ）を選択し、通信要求信号を放射角３６０°で発信する。通信要求信号には、発信ポートＥのアドレス、受信ポートＢ，Ｈのアドレス、送りたい情報の容量などの情報を持たせる。通信要求信号の容量２５６バイト、信号転送速度１００ｋｂｐｓを用いた。
【００６１】
５−４）通信要求信号を受信したポートＡ，Ｂ，Ｃ，，，は、受信待ち信号の発信を停止する。これにより、後のデータ伝送においてデータの信頼性を高めることができる。
【００６２】
５−５）通信要求信号を受信したポート１０２の中で、受信を行なうポート（ポートＢ，Ｈ）が受信可能信号をポートＥに返信する。このステップは上記３−２）に準じる。
【００６３】
５−６）ポートＥから、ポートＢとＨに向けて、それぞれ第２の放射角（狭角）、ここでは９０°の放射角でデータを送信する。このステップは上記３−３）に準じる。
【００６４】
５−７）引き続き、ポートＥが送信終了信号を発信する。発信には放射角３６０°の光による情報伝達を用いた。
【００６５】
５−８）ポートＢとポートＨが受信終了信号を発信する。発信には放射角３６０°の光による情報伝達を用いた。
【００６６】
５−９）送信終了信号、受信終了信号を受信した全てのポート１０２は、受信待ち信号の定期的な発信を再開する。すなわち、これにより通信経路の開放がなされたことになる。
【００６７】
上記の伝達方法で、途中で返信等がなされなかった場合などには、エラーとなり、再度、信号伝達を行なうようになっている。本実施例でも、回路の切り替えを十分に短時間で実現できると共に、実施例２に比べて５−１），２），４），５），７），８），９）のステップを追加することで、より信頼性が高い手法となっている。
【００６８】
本実施例の手法は、実施例２の通信手法よりも、可動ミラーを用いた光結合により更に放射角を小さく設定できるため、より高速で信頼性の高い通信が可能となっている。上述の手法、手続きは一例であり、これらに新たな手続きを追加することで、更に信頼性を高めても良い。ただし、手続きを増やすとそれだけ通信経路確立に時間がかかるため、システムの安定性に鑑みて、適当な手法に設計するのが良い。その他の点は上記実施例と同じである。
【００６９】
上記の各実施例において、光信号を発信もしくは受信する機能を有したポートの間で柔軟に光回路を形成できる情報伝達方法は、ポート間で通信経路の確立を行なう第１のステップと、引き続き、該通信経路を用いてデータ伝送を行なう第２のステップを有して所期の情報伝達を行なう情報伝達方法であって、第１のステップにおいてポートから放出される光の第１の放射角領域が、第２のステップにおいてポートから放出される光の第２の放射角領域を含んでこれよりも大きかったが、第１の放射角領域と第２の放射角領域が一部重なっている様な態様、第２の放射角領域が第１の放射角領域を含んで大きい様な態様なども可能である。こうした態様を必要とする場合としては、例えば、第１のステップでポート間の所望のデータ伝送を行なって、第２のステップで適当な情報を含んだ信号を伝送して後確認（例えば、データを伝送した受信ポートの周りのポートに該伝送の完了を知らせる）を行なう例などがある。つまり、各ステップでどの様な情報内容の光伝送を行なうかは、利用する通信プロトコル、伝送目的などに応じて様々であり、その光伝送の内容（例えば、データ信号そのものであるか、制御信号（通信要求信号、確認信号、エラー訂正信号、アドレス信号、割込み信号等）であるかなど）に応じて各ステップの放射角領域を設定すればよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明した如くに、本発明により、発信ポートと受信ポートを備えた光回路、光回路装置において柔軟に光回路を形成して所期の情報伝達を行なえる情報伝達方法、、光回路装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は２Ｄ光導波路の放射角を示す図である。
【図２】図２は電子回路、光回路を積層した回路基板である。
【図３】図３はポート配置例を示す図である。
【図４】図４は光結合部の構成例を示す図である。
【図５】図５は光回路の再構成を示す図である。
【図６】図６は本発明の実施例１の通信方式を示すフローチャート図である。
【図７】図７は本発明の実施例２の通信方式を示すフローチャート図である。
【図８】図８は本発明の実施例３の通信方式を示すフローチャート図である。
【図９】図９は本発明の実施例４の通信方式を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１００    基板
１０１    光伝送シート（２Ｄ導波路）
１０２    光ポート
１０３    伝播光
１０４    放射角
１０５    電気配線層
１０６    電気配線
１０７    電子デバイス（ＬＳＩ等）
１１０    伝達経路
２０１    光結合部
２０２    光照射位置
２０３    発光部からの光
２０４    伝播光
２０５    光出力部
２０６    発光部
【図１】
2004215000.tif 000003
【図２】
2004215000.tif 000004
【図３】
2004215000.tif 000005
【図４】
2004215000.tif 000006
【図５】
2004215000.tif 000007
【図６】
2004215000.tif 000008
【図７】
2004215000.tif 000009
【図８】
2004215000.tif 000010
【図９】
2004215000.tif 000011