(57)【要約】【課題】発光素子から放射された光の利用効率を向上した光伝送装置を提供する。【解決手段】光伝送装置は、光信号の入射部２１に傾斜（４５°）面２２を有する透光性媒体２３と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子２４とを備える。発光素子２４から放射された光信号２５は、透光性媒体２３に入射したのち傾斜面２２で反射され、透光性媒体２３内を図中左方向に伝播する。ここで、発光素子２４は、傾斜面２２の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように入射部２１に対して配置される。【選択図】　図２
2004021154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも光信号の入射部に傾斜面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入射部に対して配置されたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
透光性媒体の一端に傾斜面をそれぞれ有する複数の光信号の入出射部を備えた階段状の段差部および他端に垂直面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入出射部に対して配置されたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項３】
透光性媒体の両端に傾斜面をそれぞれ有する複数の光信号の入出射部を備えた階段状の段差部および他端の一部に垂直面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入出射部に対して配置されたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
前記透光性媒体の他端に光信号の反射部または反射拡散部が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３記載の光伝送装置。
【請求項５】
少なくとも光信号の入射部に垂直面を有し、少なくとも出射部に傾斜面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入射部に対して配置されたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項６】
前記透光性媒体の入射部に光信号の拡散部が設けられていることを特徴とする請求項５記載の光伝送装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の光伝送装置を用い、光信号によりデータを伝送する光データバスシステム。
【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（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、特開平２−４１０４２号公報には、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。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、特開昭６１−１９６２１０号公報には、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。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、特開２００２−６２４５７公報には、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。この装置は、発光素子から光信号が１つの入出射部より入射され、透光性媒体内を伝搬し、反射手段で反射され、再び透光性媒体内を伝搬し、複数の入出射部を介して、対応して設けられた複数の受光素子に出射されるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この種の光伝送装置は、発光素子として、例えば端面発光型のレーザダイオードが用いられる。端面発光型のレーザダイオードから放射されるビームは、楕円形状であり、広がり角は半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ　Ｗｉｄｔｈ　ａｔ　Ｈａｌｆ　Ｍａｘｉｍｕｍ）で定義される。レーザビームが光伝送装置を構成する透光性媒体の傾斜面に入射する場合、理想的にはすべての入射光線が傾斜面で全反射されるべきであるが、広がりのある入射光線の一部が透光性媒体より外部に抜けてしまう場合がある。このような場合、発光素子から放射された光の利用効率が低下するという問題がある。
【０００７】
従って本発明の目的は、発光素子から放射された光の利用効率を向上し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、少なくとも光信号の入射部に傾斜面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入射部に対して配置された光伝送装置により、達成される。
【０００９】
また、本発明に係る光伝送装置は、透光性媒体の一端に傾斜面をそれぞれ有する複数の光信号の入出射部を備えた階段状の段差部および他端に垂直面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入出射部に対して配置される。ここで、透光性媒体の他端に光信号の反射部または反射拡散部を設けることができる。
【００１０】
さらに、本発明に係る光伝送装置は、少なくとも光信号の入射部に垂直面を有し、少なくとも出射部に傾斜面を有する透光性媒体と、直交する２つの方向でビーム広がり角が異なる発光素子とを備えた光伝送装置であって、前記発光素子が、前記傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように前記入射部に対して配置される。ここで、透光性媒体の入射部に光信号の拡散部を設けることができる。
【００１１】
また、これらの光伝送装置を用いて、光信号によりデータを伝送する光データバスシステムを構成することができる。
このように構成することにより、発光素子から放射された光の利用効率を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明するが、その前にまず、入射光線の一部が透光性媒体より外部に抜けてしまう現象について述べる。
【００１３】
図１は、傾斜面を有する透光性媒体に入射した光の経路の一例を示す図である。図のように、透光性媒体１は傾斜面２を有し、透光性媒体１に近接して発光素子３が配置されている。透光性媒体の周囲の屈折率をｎ１、透光性媒体１の屈折率をｎ２、発光素子３から放射されるビームの広がり角の半値をφ１とする。ビームの最も外側の光線に注目すると、この光線は入射角φ１で透光性媒体１に入射し、屈折角φ２で屈折して傾斜面２に至る。ここで、傾斜面２が４５°の傾斜を有する場合、この光線は入射角（４５°−φ２）で傾斜面２に到達するが、この入射角（４５°−φ２）が臨界角（φｃ）より小さい場合、すなわち
φ１＞ｓｉｎ−１｛ｎ２／ｎ１・ｓｉｎ（４５°−φｃ）｝
の場合、入射した光線は透光性媒体より、外部に抜けてしまう。例えば、ｎ１＝１．０（空気を想定）、ｎ２＝１．５２５（ポリオレフィンを想定）した場合、φ１＞６．１４°の光線は透光性媒体より、外部に抜けることになる。従って、傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように発光素子を配置することにより、傾斜面から外部へ光線が抜けるのを抑制でき、発光素子から放射される光の利用効率を向上することができる。
【００１４】
図２は本発明に係る光伝送装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。本実施例は、図のように、光信号の入射部２１に傾斜（４５°）面２２を有する透光性媒体２３と、直交する２つの方向（図中のＸ方向とＹ方向）でビーム広がり角が異なる発光素子２４とを備える。発光素子２４は、傾斜面２２の傾斜方向（Ｙ方向）にビーム広がり角の狭い方向が位置するように入射部２１に対して配置される。発光素子２４は図示しない例えば回路基板に固定されている。
【００１５】
図２において、発光素子２４から放射された光信号２５は、透光性媒体２３に入射したのち傾斜面２２で反射され、透光性媒体２３内を図中左方向に伝播する。本実施例では、傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように発光素子を配置しているので、傾斜面より外部に抜ける光線量を抑制することができ、これにより光の利用効率を向上することができる。
【００１６】
図３は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。本実施例は、図のように、一端に傾斜（４５°）面３１をそれぞれ有する複数の光信号の入出射部３２を備えた階段状の段差部と他端に垂直面３３とを有する透光性媒体３４と、直交する２つの方向（図中のＸ方向とＹ方向）でビーム広がり角が異なる発光素子３５と、複数の受光素子３６とを備える。透光性媒体の他端の垂直面３３には、光信号の反射部（または反射拡散部）３７が設けられている。発光素子３５は、傾斜面３１の傾斜方向（Ｙ方向）にビーム広がり角の狭い方向が位置するように入出射部３２に対して配置される。発光素子３５および複数の受光素子３６はそれぞれ図示しない例えば回路基板に固定される。
【００１７】
図３において、発光素子３５から放射された光信号３８は、入出射部３２の１つから透光性媒体３４に入射したのち傾斜面３１で反射され、透光性媒体３４内を図中左方向に伝播する。そして、光信号は、反射部（反射拡散部）３７で反射（拡散）されたのち、透光性媒体３４内を逆方向に伝播して各入出射部３２から受光素子３６に出射される。本実施例では、傾斜面の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように発光素子を配置しているので、傾斜面より外部に抜ける光線量を抑制することができ、これにより光の利用効率を向上することができる。
【００１８】
図４は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。本実施例は、図のように、光信号の入射部４１に垂直面を有し、出射部４２に傾斜（４５°）面４３を有する透光性媒体４４と、直交する２つの方向（図中のＸ方向とＹ方向）でビーム広がり角が異なる発光素子４５とを備える。発光素子４５は、傾斜面４３の傾斜方向（Ｙ方向）にビーム広がり角の狭い方向が位置するように入射部４１に対して配置される。この入射部には、光信号の拡散部４６が設けられている。一方、各出射部４２には受光素子４７がそれぞれ対応して配置されている。
【００１９】
図４において、発光素子４５から放射された光信号４８は拡散部４６で拡散されて透光性媒体４４内を図中右方向に伝播し、各出射部４２から受光素子４７に出射される。本実施例では、傾斜面の傾斜方向（Ｙ方向）（入射部の垂直面では、Ｚ方向）にビーム広がり角の狭い方向が位置するように発光素子を配置しているので、傾斜面より外部に抜ける光線量を抑制することができ、これにより光の利用効率を向上することができる。
【００２０】
図５は、図３（ｃ）において、発光素子の配置方向を９０°回転させた場合の、出射部での挿入損失（ｄＢ）のシミュレーションを説明するための図であり、（ａ）はシミュレーション・パラメータ、（ｂ）はシミュレーション結果である。図５（ａ）に示すように、このシミュレーションでは、光源（発光素子）のビーム広がり角が８×２０°、受光部の受光径がφ０．８ｍｍ、結合距離が１．２ｍｍ、反射型拡散部の拡散角が０．２×４０°、透光性媒体の厚さが１．５ｍｍ、幅が８ｍｍ、ミキシング長が１００ｍｍ、ステップ長が１３．２５ｍｍ、屈折率が１．４９（例えば、ポリメチルメタクリレート）、分岐数（ノード数）を８とした。ここで、ミキシング長とは透光性媒体の一端に形成された階段状の段差部を除いた部分の長さであり、ステップ長とは階段状の各段差部の長さであり、分岐数（ノード数）とは階段状の段差部（入出射部）の数に相当する。
【００２１】
図５（ｂ）に示すシミュレーション結果によれば、最大挿入損失は、本発明の形態では１８．４ｄＢ、９０°回転した形態では２０．０ｄＢである。すなわち、本発明の形態によれば、発光素子の配置方向を９０°回転させた場合と比較して挿入損失を１．６ｄＢ小さくできる。
【００２２】
本発明では、発光素子は、端面発光型レーザダイオード（ＬＤ）に限らず、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）でも良い。
また、透光性媒体の形状は、上述したものに限らず、図６、図７に示す形態等、入出射部に斜め傾斜面を有する、いずれの形状のものでも良い。図６は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、図のように、一端に傾斜（４５°）面６１をそれぞれ有し複数の光信号の入出射部を備えた階段状の段差部と他端に垂直面６２および傾斜（４５°）面６３を有する入出射部とを有する透光性媒体６４を有する。透光性媒体の他端の垂直面６２の入出射部以外のところには、光信号の反射部（または反射拡散部）が設けられている。本実施例では、傾斜面６１または傾斜面６３の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように、図示しない発光素子が配置される。これにより傾斜面より外部に抜ける光線量を抑制することができ、光の利用効率を向上することができる。また、図７は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。本実施例は、図のように、両端に傾斜（４５°）面７１，７２をそれぞれ有し複数の光信号の入出射部を備えた断面が台形状の透光性媒体７３を有する。傾斜面７１側には複数の発光素子７４が、また傾斜面７２側には複数の受光素子７５が配置されている。本実施例では、傾斜面７１の傾斜方向にビーム広がり角の狭い方向が位置するように、発光素子７４が配置される。これにより傾斜面７１より外部に抜ける光線量を抑制することができ、光の利用効率を向上することができる。
【００２３】
これらの光伝送装置を用いて、光信号によりデータを伝送する光データバスシステムを構成することができる。このように構成することにより、光バスシステムにおいて、光の利用効率を向上させることが可能となる。さらに、複数の回路基板を有する信号処理装置を構成すれば、任意の回路基板間での信号伝送が可能となり、温度変化や埃などの環境変化に対する耐性が高い光バスシステムが得られる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、発光素子から放射された光の利用効率を向上し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】傾斜面を有する透光性媒体に入射した光の経路の一例を示す図である。
【図２】本発明に係る光伝送装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。
【図３】本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。
【図４】本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。
【図５】発光素子の配置方向を９０°回転させた場合の、出射部での挿入損失のシミュレーションを説明するための図であり、（ａ）はシミュレーション・パラメータ、（ｂ）はシミュレーション結果である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る光伝送装置の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２１　入射部
２２　傾斜（４５°）面
２３　透光性媒体
２４　発光素子
２５　光信号
【図１】
2004021154.tif 000003
【図２】
2004021154.tif 000004
【図３】
2004021154.tif 000005
【図４】
2004021154.tif 000006
【図５】
2004021154.tif 000007
【図６】
2004021154.tif 000008
【図７】
2004021154.tif 000009