(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒体で形成されると共に、信号光が入射される入射部を各々備えかつ相互に分離された複数の第１の伝送路、及び前記第１の伝送路の各々を伝送された光を伝送する共通の第２の伝送路を備えた入力信号線と、
内部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒体で形成されると共に、前記入力信号線から入射された信号光の一部を外部に出射する複数の出射部を備えた出力信号線とを含み、
前記入力信号線及び前記出力信号線は各々別体に形成され、前記入力信号線には伝送された信号光を前記出力信号線方向に折り返す折り返し部が設けられている光データバス。
【請求項２】
電気信号を生成する電子回路及び該電気信号を信号光に変換して出射する信号光出射体を備えた投光手段と、信号光が入射されると共に入射された信号光を電気信号に変換する信号光入射体及び変換された電気信号を処理する電子回路を備えた受光手段との少なくとも一方が搭載された複数の回路基板と、
前記投光手段及び前記受光手段の少なくとも一方と光結合された請求項１の光データバスと、
を含む信号処理装置。
【請求項３】
前記光データバスを複数個積層した請求項２の信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光データバス及び信号処理装置に係り、特に、信号光の入出力及び伝送を行う光データバス、及びこの光データバスを用いてデータの送受を含む信号処理を行う信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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とを必要とする並列アーキテクチャが採用されている。並列アーキテクチャにおける並列バスの動作速度は、接続線の多層化と微細化によって並列化を進めることにより向上が図られてきたが、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がある。
【０００３】
また、並列バスの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。
【０００４】
上記のような問題点を解消し、並列バスの動作速度の向上を図るために、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。この光インターコネクション技術に関する概要は、内田,回路実装学術講演大会  15C01  ｐ.201〜202や、H.Tomuro  et  al．IEEE  Tokyo  Section Denshi  Tokyo  No.33  ｐ．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が提案されている。
【０００５】
特開平２−４１０４２号公報には、光インターコネクション技術として発光／受光デバイスを用いた光データ伝送方式が提案されている。この光データ伝送方式では、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データバスが提案されている。
【０００６】
この方式では、複数の回路基板を順次直列に配置し、所定の1枚の回路基板から伝送された信号光を隣接する回路基板で光／電気変換した後再度電気／光変換し、隣接する次の回路基板に信号光を伝送するというように、直列配置された各回路基板で光／電気変換及び電気／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全ての回路基板に信号光を伝送するものである。
【０００７】
このため、信号伝送速度は、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、及び電気／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生じる可能性がある。また、システムフレーム間の環境、例えば、埃等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生じる可能性がある。
【０００８】
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及び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方式が提案されている。この方式では、1点から発せられた光を固定された１点にしか接続できないので、電気バスのように全ての回路ボード間を網羅的に接続することはできない。
【０００９】
特開平１−２２２５３３号公報には、光ファイバケーブルを伝送路として使用する光ファイバネットワークシステムにおいて、入力信号線と出力信号線との伝送を担う基幹伝送用の２本の光ファイバケーブルと各々の入力信号線または出力信号線を基幹信号線に接続する２分岐結合器により構成されるバス方式が開示されている。このバス方式は、入力信号線への結合及び出力信号線からの分岐に関して２分岐結合器を用い、損失した光信号を光再生器により再生しながら伝送を繰り返し行うものである。従って、光利用効率は考慮されておらず、微弱な信号光を再生し、伝送を繰り返すため、消費電力が増大する、という問題が生じる。
【００１０】
特開昭５８−４２３３３号公報には、ハーフミラーを複数枚使用した回路基板相互間のデータ伝送を行う装置内光伝送方式が開示されている。しかしながら、ハーフミラーを複数枚用いているため、装置が大型化すると共に、各ミラー毎に発光／受光デバイスとの光学的位置合わせが必要となる。また、ハーフミラーを通過して伝送された信号光は、入射光の光強度に対して略半分の光強度になるため、複数回分岐及び伝送を繰り返すと、光強度が低下し受光デバイスで充分な光強度が得られなくなり、信号光の伝送ができなくなる、という問題がある。
【００１１】
特開平４−１３４４１５号公報には、複数個のレンズを２次元に配置したレンズアレイの側面より信号光を入射し、各々のレンズより出射する方式が提案されている。この方式では、光の入射位置に近いレンズ程出射光量が大きくなるため、入射位置と出射位置との位置関係により出射信号の強度のばらつきが発生する。また、側面から入射した光が対向する側面を透過する割合も高いため、入射光量の利用効率も低い。
【００１２】
また、入力信号を複数に分岐、出力する光バス方式が、特開昭６３−１２２３号公報に開示されている。この光バス方式では、分岐比の異なる複数の光カプラを直列に接続し、伝送路の始点から分岐比が順に大きくなるように配置することで、略均等な光信号を伝送することができる。また、このような方式に適用可能な分岐素子の形成方法が、IEEE  Photonics  Technology  Letters，vol．８，No.12，December(1996)に記載されている。ここに記載されている分岐素子は、光ファイバに形成されたＶ溝により光の分岐を行うものである。しかしながら、このような方式は、特開平１−２２２５３３号公報に記載されているバス方式の出力部には適用可能であるが、入力信号線においてＶ溝等を形成し信号の入力を行うと、入力信号光が伝送される途中に存在する別の入射部から出力してしまい、入力信号光を殆ど伝送できない、という問題が生じる。
【００１３】
すなわち、図１（Ａ）は、上記方式の入力信号線１００上にプリズム１１１を設けて入射部１１０を構成した態様を示しており、入力信号光はプリズム１１１を介して入力信号線１００に入射される。しかしながら、入力信号線１００に入射した信号光は内部反射を繰り返しながら伝送されるため、、図１（Ｂ）に示すように、他の入射部１１０より出射してしまう。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点を解消するために成されたもので、入力信号線と出力信号線とで構成されるバス方式において、小型で、埃等に対する耐環境性を有し、光利用効率の大きい光データバス及びこの光データバスを用いてデータの送受を含む信号処理を行う信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の光データバスは、内部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒体で形成されると共に、信号光が入射される入射部を各々備えかつ相互に分離された複数の第１の伝送路、及び前記第１の伝送路の各々を伝送された光を伝送する共通の第２の伝送路を備えた入力信号線と、内部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒体で形成されると共に、前記入力信号線から入射された信号光の一部を外部に出射する複数の出射部を備えた出力信号線と、を含み、入力信号線及び出力信号線を、各々別体に形成し、入力信号線に、伝送された信号光を出力信号線方向に折り返す折り返し部を設けて構成したものである。
【００１６】
本発明によれば、入射部から入射された信号光は、透光性媒体で形成された第１の伝送路及び第２の伝送路の内部で反射を繰り返されながら入力信号線中を伝送される。そして、入力信号線から入射された信号光は、出力信号線中を伝送され、信号光の一部は、出力信号線に設けられた出射部の各々から出射される。
【００１７】
本発明では、信号光が入射される入射部を備えた第１の伝送路は、相互に分離されているため、信号光が他の入射部から出射されること、すなわち入力された信号光が入射部で干渉することを防止することができるので、信号光の利用効率を向上することができる。
【００１９】
また、上記のように構成した光データバスを用い、この光データバスを、電気信号を生成する電子回路及び該電気信号を信号光に変換して出射する信号光出射体を備えた投光手段と、信号光が入射されると共に入射された信号光を電気信号に変換する信号光入射体と変換された電気信号を処理する電子回路を備えた受光手段との少なくとも一方が搭載された複数の回路基板の前記投光手段及び前記受光手段の少なくとも一方と光結合することにより、本発明の信号処理装置を構成することができる。
【００２０】
この信号処理装置では、光データバスを複数個積層して信号光を伝送することができる。光データバスを複数個積層することにより、複数ビットからなる並列信号光の送受信や、各々の入力信号線及び出力信号線からなる光データバスで独立した同時送受信が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本実施の形態の光データバスによって相互に光学的に結合された複数の回路基板を有する信号処理回路の実施の形態を詳細に説明する。図２に示すように、本実施の形態は、入力信号線１０からなる光接続装置及び出力信号線２０からなる光接続装置で構成された光データバス３０を備えている。この光データバス３０は、基体としての支持基板４０上に複数列並列させて固定されている。また、支持基板４０上には複数の基板用コネクタ５０が所定間隔隔てて固定されている。
【００２２】
また、支持基板４０上には、電源ラインや電気信号伝送用の電気配線４１が設けられており、電気配線４１は各基板用コネクタ５０に接続されている。また、光データバス３０の入射部及び出射部の直上に対応する位置に信号光が入射される信号光入射体及び信号光を出射する信号光出射体としての投受光素子６２が複数個固定されると共に、複数の電子回路６１を備えた回路基板６０が基板用コネクタ５０に装着されている。この電子回路６１は、送信用の電気信号を出力すると共に、光データバスを介して伝送されて変換された電気信号を処理するものである。
【００２３】
そして、回路基板６０の各々を基板用コネクタ５０に装着すると、各投受光素子６２は光データバスと光学的に結合され、基板用コネクタ５０は、回路基板６０に設けられた電子回路６１と電気的に接続される。
【００２４】
電子回路６１から出力された電気信号は、投受光素子で信号光に変換されて出射される。出射された信号光は、光データバス３０の入力信号線１０に入射され、入力信号線１０及び出力信号線２０を介して出射され、他の投受光素子で受光される。投受光素子で受光された信号光は電気信号に変換されて電子回路に入力され、電子回路で予め定められた処理が行われる。
【００２５】
光データバス３０を構成する入力信号線１０は、図３(Ａ)に示すように、各々上面に対して所定角度(本実施の形態では、２２．５°）傾斜し、Ａｌ等を蒸着することによってたミラー面１４が形成された長さが異なる複数の略四角柱状の伝送路（第１の伝送路）１２と、伝送路１２の各々に対して共通となる略板状の伝送路（第２の伝送路）１３とを備えた透光性媒体で構成されている。伝送路１２の各々は、境界面から相互に信号光が入出力しないように分離されて形成されている。伝送路１２の各々を分離するには、図４に示すように、入力信号線の伝送路１２を積層して構成し、積層した伝送路１２の境界面にクラッド層を形成すればよい。また、図５に示すように、入力信号線の伝送路１２を所定間隔隔てて形成するようにしてもよい。
【００２６】
上記のように入力信号線が透光性媒体で構成され、傾斜したミラー面が形成されているため、各伝送路１２の上面のミラー面側の部位には、信号光が入射される入射部１１が形成される。
【００２７】
出力信号線２０は、上面に所定間隔隔てて複数の出射部２１を設けた略板状のの透光性媒体で構成されている。この出射部２１は、Ｖ溝によって構成され、Ｖ溝の深さを光伝送方向上流側から下流側に向かって徐々に深くすることにより、出射開口の面積が大きくなるように構成されている。出力信号線中を伝搬する光は、各出射部から分岐されることにより徐々に光量が低下するが、上記のように出射開口の面積を徐々に大きくすることにより、各出射部から出射され光の光量を略一定にすることができる。
【００２８】
入力信号線及び出力信号線を構成する透光性媒体の材質としては、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、及びアモルファスポリオレフィンのようなプラスチック材料、または無機ガラス等を用いることができる。入力信号線の分離された伝送路の境界面は、研削によって形成することができる。なお、透光性媒体をプラスチック材料で構成する場合には、射出成型等の方法でも分離された伝送路を作製することが可能である。また、分離された伝送路を別々に作製し、共通の伝送路に接続することで入力信号線を構成してもよい。
【００２９】
さらに、紫外線照射により屈折率が調整できる有機材料を用いて、入力信号線の分離された伝送路を形成してもよい。例えば、４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノフェニール−Ｎ−フェニルナイトロンをポリメチルメタクリレートにドープした材料に紫外線(波長、３６５ｎｍ）を照射することで、屈折率の調整が可能となる。このような材料の場合、伝送路の境界部に紫外線を照射することで境界面の屈折率を伝送路に比較して小さくすることにより伝送路を分離することができる。
【００３０】
また、入力信号線の伝送路１３の伝送路１２と反対の端部は側面に対して４５°の角度を成す傾斜面が形成され、また、出力信号線の端部にも入力信号線の傾斜面と対向するように側面に対して４５°の角度を成す傾斜面が形成されている。これらの傾斜面に、Ａｌ等を蒸着することによってミラー面１５が形成されている。入力信号線に形成されたミラー面は、伝送された信号光を出力信号線方向に折り返す折り返し部として機能する。そして、入力信号線１０及び出力信号線２０は、図２に示すように、これらのミラー面１５が対向するように並列配置され、ミラー面での反射により入力信号線と出力信号線とは光結合される。
【００３１】
図３(Ｂ)に示すように、投受光素子から出射され、入力信号線１０の入射部１１から垂直に入射した信号光は、ミラー面１４で伝送部１２の上面方向に反射され、伝送路１２、１３の上面及び底面で全反射を繰り返しながら入力信号線１０の内部を伝搬し、ミラー面１５で水平方向に反射されて出力信号線２０に入力される。そして、出力信号線のミラー面１５で出力信号線の底面方向に反射され、出力信号線２０の上面及び底面で全反射を繰り返しながら出力信号線２０中を伝搬し、一部の信号光が出射部の各々から出射されて、投受光素子に入射される。
【００３２】
本実施の形態では、伝送路１２が分離して設けられているため、入射部から入射された信号光が他の入射部から出射されることはない。
【００３３】
図６及び図７に入力信号線及び出力信号線の変形例を示し、図８及び図９に入力信号線の変形例を示す。図６の変形例は、図５で説明したように入射部を備えた伝送路を間隔を隔てて形成することにより分離し、入力信号線の入射部１１及びミラー面以外の部分、出力信号線の出射部２１及びミラー面以外の部分に、入力信号線及び出力信号線を構成する透光性媒体の屈折率より小さい屈折率のクラッド層１６を被覆したものである。また、図７の変形例は、クラッド層１６の外側に光遮光層１７を更に被覆したものである。
【００３４】
図８の変形例は、図４の入力信号線のミラー面を省略し、直角プリズム１１１によって入射部１１を構成し、図９の変形例は、図５の入力信号線のミラー面を省略し、直角プリズム１１１によって入射部１１を構成したものである。図８及び図９の変形例では、直角プリズムの斜面から信号光が入射されて、入力信号線中を伝搬する。
【００３５】
なお、入力信号線の入射部は、直角プリズムの他に、屈折や回折を利用して入射する光学素子を用いて形成してもよい。
【００３６】
図１０に、一対の入力信号線と出力信号線とを多層化した光データバスの実施の形態を示す。多層化した光データバスの１層分は、図３（Ａ）に示した入力信号線及び出力信号線と同一の構成であり、各々の入力信号線１０には別々の入射部１１が設けられている。また、入力信号線の各々は、分離された伝送路１２と共通の伝送路１３とで構成されている。分離された伝送路１２の端部は、上面に対して、例えば、２２．５°の角度を成すＡｌ等のミラー面が形成されている。複数の入力信号線の伝送路１２の長さは同一で、伝送路１３の長さが各々異なっており、入射部１１を直線状に配列させることにより伝送路１３の端部に設けられたミラー面が重ならないように配置されている。
【００３７】
出力信号線２０の各々は、伝送路の途中の対応する位置に、Ｖ溝等により構成された複数の出射部２１を有しており、伝搬された信号光を出射部より出射させる。また、複数の出力信号線の長さは各々異なっており、出射部２１を直線状に配列させることにより端部に設けられたミラー面１５が重ならないように配置されている。入力信号線と出力信号線とに設けられたミラー面での反射により入力信号線の各々と出力信号線の各々とが光結合される。
【００３８】
なお、入力信号線と出力信号線とで構成された各々の伝送路の間には、図示しないクラッド層、またはクラッド層と光遮光層とを積層した層が形成されている。
【００３９】
このように、入力信号線と出力信号線とを多層化して光データバスを構成することにより、複数ビットからなる並列信号光の同時送受信や、入力信号線及び出力信号線からなる各々の光データバスで独立した同時送受信が可能となる。
【００４０】
図１１に上記のように入力信号線と出力信号線とを多層化して構成した光データバスを利用した信号処理回路の実施の形態を示す。光データバスが、図１０に示した多層化光データバス３３で構成されている以外は図２と同一である。
【００４１】
図１２は、入力信号線１０と出力信号線２０とを透過性媒体からなる共通の伝送路１８で接続した光データバスの実施の形態を示すものである。この実施の形態は、図３（Ａ）の入力信号線１０と出力信号線２０とを、入力信号線及び出力信号線を構成する透光性媒体と同一の透光性媒体からなる伝送路１８で接続したものである。
【００４２】
図３（Ａ）では、入力信号線１０と出力信号線２０とがミラー面によって空間を介して光結合されているため、空間内の埃等の影響を受け易いが、本実施の形態では入力信号線と出力信号とが共通の伝送路で接続されているので、埃等の影響を受けることがない。
【００４３】
図１３は、図１２に示す共通の伝送路で接続された入力信号線と出力信号線とからなる光データバスを多層化して多層化光データバスを構成したものである。１層分は、図１２に示した光データバスと同一の構成であり、各々の光データバスの間には図示しないクラッド層、またはクラッド層と光遮光層とを積層した層が形成されている。この実施の形態においても、複数ビットからなる並列信号光の同時送受信や、各々の入力信号線及び出力信号線からなる光データバスで独立した同時送受信が可能となる。
【００４４】
また、図１２及び図１３に示した光データバスを用いて図２及び図１１に示した信号処理装置を構成することが可能になる。
【００４５】
なお、上記の信号処理装置では各回路基板間で信号光の送受を行う例について説明したが、回路基板の少なくとも１つに、電気信号を生成する電子回路及び電気信号を信号光に変換して出射する投光素子のみを設けるようにしてもよく、また回路基板に入射された信号光を電気信号に変換する受光素子及び変換された電気信号を処理する電子回路のみを設けるようにしてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光データバスによれば、入力信号線の入射部での干渉を防止することができるので、信号光の利用効率を格段に向上させることが可能になる、という効果が得られる。
【００４７】
また、本発明の信号処理装置によれば、任意の回路基板間での並列の信号伝送を行うことができ、埃等の環境変化に対する耐性を高くすることができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は従来の入力信号線を示す側面図、（Ｂ）は入力信号線の入射部での干渉を説明する図である。
【図２】本発明の信号処理装置の実施の形態の斜視図である。
【図３】（Ａ）は本発明の実施の形態の入力信号線及び出力信号線からなる光データバスの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の光データバスを伝搬する光の光路を示す図である。
【図４】入力信号線の具体例を示す斜視図である。
【図５】入力信号線の他の具体例を示す斜視図である。
【図６】入力信号線及び出力信号線からなる光データバスの変形例を示す斜視図である。
【図７】入力信号線及び出力信号線からなる光データバスの他の変形例を示す斜視図である。
【図８】入力信号線の変形例を示す斜視図である。
【図９】入力信号線の他の変形例を示す斜視図である。
【図１０】入力信号線及び出力信号線からなる光データバスを積層した光データバスの実施の形態を示す斜視図である。
【図１１】本発明の信号処理装置の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図１２】入力信号線と出力信号線とを共通の伝送路で接続した光データバスの側面図である。
【図１３】図１２の光データバスを積層した積層化光データバスの実施の形態を示す側面図である。
【符号の説明】
１０    入力信号線
２０    出力信号線
３０    光データバス
【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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