(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の段差部を介して光信号を入射または出射するための複数の入出射部と、前記ある入出射部に入射された光信号を前記各入出射部に伝達する光伝達部とを有する透光性媒体を射出成形により製造する透光性媒体の製造方法であって、射出成形用の金型に材料を注入するためのゲートを前記透光性媒体の前記光伝達部が形成される部分に設けることを特徴とする透光性媒体の製造方法。
【請求項２】
前記透光性媒体が平板形状を有しており、前記ゲートを、前記平板形状の透光性媒体の上面または下面が形成される部分に設けることを特徴とする請求項１記載の透光性媒体の製造方法。
【請求項３】
前記ゲートが、直径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍのピンゲートであることを特徴とする請求項２記載の透光性媒体の製造方法。
【請求項４】
前記透光性媒体が平板形状を有しており、前記ゲートを、前記平板形状の透光性媒体の側面が形成される部分に設けることを特徴とする請求項１記載の透光性媒体の製造方法。
【請求項５】
前記ゲートが、縦幅０．５ｍｍ〜１．０ｍｍおよび横幅５ｍｍ〜３０ｍｍのファンゲートであることを特徴とする請求項４記載の透光性媒体の製造方法。
【請求項６】
前記ゲートを、前記透光性媒体の位置決め用の突起部が形成される部分に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透光性媒体の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の透光性媒体の製造方法により製造されたことを特徴とする透光性媒体。
【請求項８】
請求項７記載の透光性媒体の光伝達部の端面に光信号を反射する反射手段を備えたことを特徴とする光信号伝達装置。
【請求項９】
前記透光性媒体を支持する支持部材を備え、前記支持部材が前記透光性媒体にできたゲート残存部に対応する部分に位置ずれ防止部を有することを特徴とする請求項８記載の光信号伝達装置。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光信号伝達装置を用いて、光信号によりデータを伝送することを特徴とする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、光信号の伝送を担う透光性媒体の製造方法および光信号伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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（ドーターボード）の回路機能が大幅に増大してきている。この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為、各回路基板（ドーターボード）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を必要とする並列アーキテクチャが採用されている。この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並列バスの動作速度の向上が図られてきた。しかし、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もある。また、並列バス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。そこで、主に幹線系で脚光を浴びている光インターコネクションが、基板間の電気配線の分野にも応用されるようになってきている。
【０００３】
従来提案されている様々な形態の光インターコネクション技術のうち、特開平２−４１０４２号公報には、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。この方式では、各回路基板の表裏両面に発光／受光デバイスが配置され、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光データ・バスが形成される。そして、ある１枚の回路基板から送られた信号光は、隣接する回路基板で光／電気変換され、さらにその回路基板でもう一度電気／光変換されて、次に隣接する回路基板に送られる。このように、本方式では、各回路基板が順次直列に配列されており、各回路基板上で光／電気変換、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すべての回路基板間に伝達される。この為、信号伝達速度は、各回路基板上に配置された受光／発光デバイスの光／電気変換および電気／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為、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予想される。また、システムフレーム内の環境、例えば埃など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発生することも予想される。
【０００４】
また、特開昭６１−１９６２１０号公報では、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ために、電気バスの様に全ての回路ボード間を網羅的に接続することができない。
【０００５】
さらに、分岐素子を具備した光接続装置を使用した各回路基板相互間のデータ伝送に関しても、いくつかの技術が提案されている。
例えば、特開昭５８−４２３３３号公報には、ハーフミラーを複数使用した回路基板相互間のデータ伝送の例が開示されている。しかしながら、ハーフミラーを複数用いた場合、装置が大型化し、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た伝送光は、入射に対してほぼ半分の光強度となるため、複数回、分岐・伝送を繰り返すと光強度が微弱となり、受光デバイスにおいて十分な光強度が得られなくなり、信号伝送が不可能になるという問題がある。
【０００６】
また、特開平４−１３４４１５号公報では、複数個のレンズが形成され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ほど、出射光量が大きくなる為に入射位置と出射位置の位置関係により出射信号の強度のバラツキが懸念される。また、側面から入射した光が対向する側面から抜けてしまう割合も高い為、入射光量の利用効率も低い。
【０００７】
さらに、分岐比率を入力端から順次大きくすることで、ほぼ均等な光信号を伝送することができる光ファイバを用いた光バス方式が、特開昭６３−１２２３号公報に開示されている。このような方式に適応可能なカプラの形成方法が、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ（１９９６）に述べられている。ここに示されているカプラの形成方法は、光ファイバに形成されたＶ溝により分岐を行うものである。Ｖ溝のサイズを調整することで、出力光量の調整は可能と考えられるが、その作製は非常に困難であり入射光量の利用効率も低い。
【０００８】
また、分岐された信号光の強度を均一化するスターカプラが、特開平９−１８４９４１号公報に開示されている。このスターカプラは、概略的には、複数の光ファイバの片端を束ねて固定し、その一方の端面に複数の光ファイバを覆う広さの導光路を当接し、他方の端面に光拡散反射手段を備えている。
このようなカプラを用いて回路基板相互間のデータ伝送を行う場合、接続基板数が多くなると受発光素子と接続するファイバの本数が多くなり、構成が複雑となり、装置が大型化するという問題が生じる。
【０００９】
これらの問題に関連して、「エレクトロニクス」２０００年１０月号、４９頁〜５３頁、「新しい概念  光シートバステクノロジー」には、平板導光路を用いた光データバスが提案されている。この光データバスは、直方体形状の平板導光路の一方の端面に階段状の複数の段差部を有し、この各段差部に発光素子または受光素子と対向する光信号の入出射部をそれぞれ形成し、導光路の他方の端面には反射拡散光学系を配置している。このような構成において、入出射部から入射した光信号は平板導光路内を反射拡散光学系に進み、そこで反射されて上述の各入出射部に戻って、そこから出射される。この光データバスでは、平板導光路から出射される信号光の強度が概ね均一であり、良好なバスシステムを得ることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この種の導光路（透光性媒体）は、全ての面に光学面が要求されることから、従来、平板状の樹脂を切削研磨することにより製造されていた。しかしながら、透光性媒体を切削研磨で製造する場合は、透光性媒体の表面、特に端面または段差部の作製精度が充分に得られず、このため光信号の挿入損失が大きいという問題がある。
一方、一般の光学部品のように、鏡面等の光学面が必要とされない部分がある場合は、いわゆる射出成形により、この種の光学部品を製造することが可能である。この場合、金型の樹脂注入用のゲートは、光学面が必要とされない部分に設けられる。
これに対して、上述のような透光性媒体は、全ての面が光学面であるため、射出成形で製造する場合は、射出成形品にできたゲート残存部から光信号が外部に抜け、またゲート残存部における光信号が散乱されて、ゲートの位置によっては透光性媒体の複数の段差部に均一な光信号を伝達できない場合が生じるという問題がある。
【００１１】
従って本発明の目的は、上記問題点を解決し、複数の段差部を有する透光性媒体を射出成形により好適に製造することができる透光性媒体の製造方法および光信号伝達装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、複数の段差部を介して光信号を入射または出射するための複数の入出射部と、入射された光信号を伝達する光伝達部とを有する透光性媒体を射出成形により製造する透光性媒体の製造方法であって、射出成形用の金型に材料を注入するためのゲートを前記透光性媒体の光伝達部が形成される部分に設ける透光性媒体の製造方法により、達成される。
【００１３】
ここで、前記透光性媒体を平板形状とし、前記ゲートを、前記平板形状の透光性媒体の上面または下面が形成される部分に設けることができる。この場合、ゲートを、直径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍのピンゲートとすることが好ましい。
また、前記透光性媒体を平板形状とし、前記ゲートを、前記平板形状の透光性媒体の側面が形成される部分に設けることができる。この場合、ゲートを、縦幅０．５ｍｍ〜１．０ｍｍおよび横幅５ｍｍ〜３０ｍｍのファンゲートとすることが好ましい。
さらに、前記ゲートは、前記透光性媒体の位置決め用の突起部が形成される部分に設けることができる。
【００１４】
透光性媒体は、上述のような製造方法により製造され、光信号伝達装置は、この透光性媒体の光伝達部の端面に光信号を反射する反射手段を備えて構成される。光信号伝達装置は、さらに透光性媒体を支持する支持部材を備え、前記支持部材が前記透光性媒体にできたゲート残存部に対応する部分に、穴部や凹部などの位置ずれ防止部を有するようにすることができる。このような光信号伝達装置を用いて、光信号によりデータを伝送するデータバスシステムを構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明するが、その前に、まず透光性媒体を用いた光信号伝達装置の構成について述べる。
図１（ａ）は、光信号伝達装置１０の一例を示す図である。図のように、光信号伝達装置１０は、直方体形状の一端に階段状の段差部１２が形成された透光性媒体１を有しており、透光性媒体１の他端には反射層２が配置されている。段差部１２は、斜め４５°に切断された形状の入出射部１３を有する。この入出射部１３より、光信号は透光性媒体１の上面方向に入出射される。
【００１６】
図１（ｂ）は、光信号の伝播（分岐）経路の一例を説明するための図である。本例では、光信号は入出射部１３１より入射し、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４より出射する。すなわち、入出射部１３１より入射した光信号は、その斜め４５°の端面で反射され、透光性媒体１内を直進し、反射層２に到達して反射される。反射された光信号は、再び透光性媒体１内を伝播し、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４へと導かれ、それらの斜め４５°の端面で反射されて、上面方向へ出射される。尚、本例では、４つの入出射部１３（１３１、１３２、１３３、１３４）を有する透光性媒体１について示したが、入出射部１３の数は、これに限定されることなく、これより多くまたは少なく形成することが可能である。
【００１７】
また、透光性媒体１の上下面または左右の側面には、透光性媒体１よりも屈折率の小さいクラッド層（図示せず）を配置することも可能である。これにより、クラッド層に包囲された透光性媒体１は、導光路を形成するコア部として機能する。透光性媒体１には、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、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を用いることが可能である。
【００１８】
反射層２には、Ａｌ等の金属鏡面を用いることが出来る。また、反射層２には、後述するように反射型拡散層を用いることも可能である。反射型拡散層は、例えばビーム整形ディヒューザ：ＬＳＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）を用いることで、透光性媒体１に対して、拡散光の厚さ方向の広がり角と幅方向の広がり角の制御を行うことができ、出射光強度の均一化の向上が可能となる。
【００１９】
図２は光信号伝達装置１０の具体例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図のように、透光性媒体１は、直方体形状の一方の側に階段状の段差部１２を有する。この透光性媒体１の他方の側の端面には反射型拡散層３が配置されている。段差部１２には、それぞれ入出射部１３Ａ〜１３Ｈが設けられており、各入出射部にはそれぞれ４５°の角度の斜め面が形成されている。図示のように、入出射部１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅ、１３Ｇには発光素子５２が、入出射部１３Ｂ、１３Ｄ、１３Ｆ、１３Ｈには受光素子５３が光結合される。
【００２０】
透光性媒体１の材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）が用いられ、反射型拡散層３としては、拡散光強度分布がガウス分布、拡散角（半値全角）が４０°の反射拡散フィルムが用いられる。また、透光性媒体１は、例えば、全長１５０ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍであり、反射型拡散層３が配置されている端面から、最も近い入出射部１３Ａまでの距離１１が８０ｍｍ、階段状の段差部１２の長さが１０ｍｍ、階段状の段差部１２の幅が１ｍｍとされる。
【００２１】
本例においては、例えば、発光素子５２から入出射部１３Ａに出射された光信号は、入出射部１３Ａに形成された４５°斜め面により光路が９０°曲げられ、透光性媒体１内を伝播して反射型拡散層３へ入射し、そこで反射拡散作用により反射拡散され、各入出射部へと伝播される。各入出射部に到達した拡散光は、４５°斜め面により光路が９０°曲げられ、透光性媒体１の上面方向へと出射され、受光素子５３で受光される。
【００２２】
ここで、発光素子５２としては、例えば広がり角１０°の面発光レーザが、受光素子５３としては、受光エリアがφ０．８ｍｍのＰＩＮフォトダイオードが用いられ、外形寸法がφ４．６ｍｍの缶パッケージとされている。このパッケージングされた発光素子５２、受光素子５３は、プリント配線基板（支持基板）に実装されている。ここで、パッケージの形態は、缶パッケージに限るものではなく、セラミックやプラスチック等を用いることも可能である。
【００２３】
図３は、本発明に係る射出成形による透光性媒体の製造方法の一実施例を示す図である。本例では、射出成形は次のような条件で行われる。成形機はＦＮ１０００（日精樹脂工業製）、型締め圧力は８０ＫＮ（８０トン）、射出圧は１００ＭＰａ、射出速度は１００ｍｍ／ｓ、金型温度は８０℃、シリンダ温度は２７５℃、材料はＺＥＯＮＥＸ  ４８０Ｒ（日本ゼオン製）である。図示のように、分離可能な金型３１，３２の内側に形成された透光性媒体の型部分３３に樹脂を注入するために、金型３２にゲート３４が設けられている。ゲート３４は、透光性媒体の入出射部が形成される部分３６ではなく、光伝達部が形成される部分３５に設けられる。一方、シリンダ３７内には樹脂材料３８が充填されており、ヒータ３９で加熱されている。透光性媒体を射出成形する場合、まずシリンダ３７の先端からゲート３４を介して透光性媒体の型部分３３に樹脂材料３８を矢印方向に注入する。これにより透光性媒体４０が金型３１，３２間に形成され、冷却後、金型３１，３２を分離して、透光性媒体４０を取り出す。射出成形品としての透光性媒体４０には、後述するようにゲート残存部が生ずる。尚、本例では、２つに分離可能な金型の形態について示しているが、金型の構成はこれに限らず、透光性媒体の段差部毎に個別の金型としても良い。
【００２４】
図４は射出成形品としての透光性媒体の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本例の透光性媒体４０は、全長１９２．４ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍであり、透光性媒体の光伝達部４１（図の網かけ部）の長さが１００ｍｍ、複数の入出射部４２の長さが９２．４ｍｍ、階段状の段差部４３の長さが１３．２ｍｍ、階段状の段差部４３の幅が１ｍｍとされる。また、各入出射部にはそれぞれ４５°の角度の斜め面が形成されている。さらに、光伝達部４１の端面から入出射部方向に９２ｍｍの位置に高さ１ｍｍの三角形状の位置合せ用突起部４５が形成されている。本例では、ゲート残存部４６が、透光性媒体の上面（または下面）であって、光伝達部４１の端面から入出射部方向に８０ｍｍの位置の幅方向中央部に生じる。金型のゲートの位置としては、光伝達部に対応する部分に設けるのが好ましく、さらに光伝達部であって透光性媒体の長手方向中央部の領域に対応する部分に設けるのが好ましい。本例の透光性媒体４０の場合は、光伝達部４１の端面から入出射部方向に４０ｍｍ〜１００ｍｍの領域にゲートが設けることが望ましい。
【００２５】
本例の透光性媒体作製用の金型には、樹脂注入用のゲートとして、ピンゲートが用いられる。このピンゲートは、直径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍとされる。図５は、ピンゲートの直径と射出成形品としての透光性媒体の結合損失との関係を示すグラフである。ピンゲートを用いる利点は、成形品に残るゲート残存部を小さくでき、それにより結合損失を小さくできるというところにある。結合損失は、ピンゲートの直径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍにわたって、図５の破線で示されるように−０．０６ｄＢ前後であり、非常に小さいということができる。
【００２６】
図６は、射出成形品としての透光性媒体の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図である。本例の透光性媒体４０の寸法は、図４の例のものと同じである。但し、位置合せ用突起部４７は四角形状であり、その上部にあたる部分に樹脂注入用のゲートが設けられる。この場合、位置合せ用突起部４７の幅は例えば１ｍｍとされ、したがってゲート幅は１ｍｍ以内とされる。本例によれば、もともと光の結合損失の発生を承知で設けられる位置合せ用突起部４７にゲート残存部４８が生ずることになり、結合損失発生箇所を低減するという意味から有用である。
【００２７】
図７は射出成形品としての透光性媒体の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本例の透光性媒体４０の寸法は、図４の例のものと同じである。但し、射出成形時に樹脂注入用のゲートが設けられる位置が異なる。本例では、ゲートを、透光性媒体４０の側面が形成される部分に設ける。このゲートは、縦幅０．５ｍｍ〜１．０ｍｍおよび横幅５ｍｍ〜３０ｍｍのファンゲートとされる。本例では、ゲート残存部４９は、透光性媒体４０の側面であって、例えば、光伝達部４１の端面から入出射部方向に６９ｍｍ〜９９ｍｍの位置の厚さ方向中央部に生じる。図８は、ファンゲート横幅と射出成形品としての透光性媒体の結合損失との関係を示すグラフである。結合損失は、ファンゲートの横幅５ｍｍ〜３０ｍｍにわたって、図８の破線で挟まれた実線で示すように、約−０．１９ｄＢ〜−０．７８ｄＢの範囲で変動する。この種のファンゲートの利点は、面積は比較的広いが材料の充填が容易であるというところにある。
【００２８】
図９は本発明に係る光信号伝達装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ２つの光信号伝達装置を並置したときの断面図である。図のように、透光性媒体９１は透光性媒体取付け底面９２に配置され、その上に固定部材９３を介して支持部材９４が固定される。支持部材９４は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、透光性媒体９１にできたゲート残存部９５に対応する部分に位置ずれ防止部として穴部９６を備える。また、図９（ｃ）に示すように、位置ずれ防止部として凹部９７を備えることができる。このような位置ずれ防止部を設ける理由は、射出成形により透光性媒体にゲート残存部ができる場合、ゲート残存部が透光性媒体を支持する支持部材と対向する面にあると、ゲート残存部が支持部材と干渉して浮き上がり、透光性媒体の入出射部に位置ずれを起こす恐れがあるからである。本例のように穴部９６や凹部９７などを設けることにより、位置ずれが防止される。
【００２９】
図１０は、本発明の射出成形により作製された透光性媒体の挿入損失と、従来の切削研磨により作製された透光性媒体の挿入損失を示すグラフである。本例では、光信号の入射位置は１〜８の８箇所あり、透光性媒体の８つの入出射部の１つから入射した光信号が他の７つの入出射部から出射されたときの挿入損失の平均値を示す。本図によれば、本発明の射出成形により作製された透光性媒体の方が従来の切削研磨により作製された透光性媒体よりも、挿入損失が０．５ｄＢ〜０．８ｄＢ程度小さくなる。すなわち、本発明による透光性媒体は、従来のものに比べ、光利用効率がかなり大きいと言うことができる。
【００３０】
本発明の透光性媒体により光信号伝達装置を作製し、これを用いて複数の回路基板を有する信号処理装置を構成すれば、任意の回路基板間の信号伝達が効率よく行われ、温度変化や埃などの環境変化に対する耐性が極めて高い光信号によるデータバスシステムを得ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の段差部を有する透光性媒体を射出成形により好適に製造することができる透光性媒体の製造方法および光信号伝達装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は光信号伝達装置の一例を示す図、（ｂ）は光信号の伝播（分岐）経路の一例を説明するための図である。
【図２】光信号伝達装置の具体例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明に係る射出成形による透光性媒体の製造方法の一実施例を示す図である。
【図４】射出成形品としての透光性媒体の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】ピンゲートの直径と射出成形品としての透光性媒体の結合損失との関係を示すグラフである。
【図６】射出成形品としての透光性媒体の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図である。
【図７】射出成形品としての透光性媒体の他の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】ファンゲート横幅と射出成形品としての透光性媒体の結合損失との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る光信号伝達装置の一実施例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ２つの光信号伝達装置を並置したときの断面図である。
【図１０】本発明の射出成形により作製された透光性媒体の挿入損失と、従来の切削研磨により作製された透光性媒体の挿入損失を示すグラフである。
【符号の説明】
３１，３２  金型
３３  透光性媒体の型部分
３４  ゲート
３５  光伝達部が形成される部分
３６  入出射部が形成される部分
３７  シリンダ
３８  樹脂材料
３９  ヒータ
４０  透光性媒体
【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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