(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性媒体と、この透光性媒体に接続された一端及びこの一端から延びる他端を有する複数の光ファイバと、前記透光性媒体及び光ファイバが配線された光配線本体とを有する光配線基板を複数有し、前記光配線基板を複数積層して光配線基板積層体を構成し、前記光ファイバは前記光配線基板の上方に曲げられ、前記光ファイバの他端は前記光配線基板積層体の一側面に配置され前記光配線本体から突出し、複数の前記光配線本体から突出した前記光ファイバの他端を前記光配線基板の積層方向でまとめて固定するフェルールを設け、前記複数の光ファイバには入力用光ファイバ及び複数の出力用光ファイバが含まれていることを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
前記フェルールは、さらに支持基板に固定されてなることを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項３】
前記光配線基板積層体は複数並設され、各光配線基板積層体のフェルールは１つの支持基板に固定されてなることを特徴とする請求項２記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記支持基板は、フェルール固定用孔が形成され、このフェルール固定孔に前記フェルールを挿入固定してなることを特徴とする請求項２又は３記載の光伝送装置。
【請求項５】
前記支持基板は、光ファイバ挿入孔が形成され、この光ファイバ挿入孔に前記光ファイバが挿入され、この挿入された光ファイバの他端が前記フェルールにより固定されてなることを特徴とする請求項２又は３記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記光ファイバの他端は前記フェルールに溶融固定されてなることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の光伝送装置。
【請求項７】
前記光ファイバの他端は溶融されることにより平滑化されたことを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の光伝送装置。
【請求項８】
前記光ファイバの他端は、前記フェルールに形成された逃げ溝に溶融固定されたことを特徴とする請求項６記載の光伝送装置。
【請求項９】
透光性媒体と、この透光性媒体に接続された一端及びこの一端から延びる他端を有する複数の光ファイバと、前記透光性媒体及び光ファイバが配線された光配線本体とを有する光配線基板を複数有し、前記光配線基板を複数積層して光配線基板積層体を構成し、前記光ファイバは前記光配線基板の上方に曲げられ、前記光ファイバの他端は前記光配線基板積層体の一側面に配置され前記光配線本体から突出し、複数の前記光配線本体から突出した前記光ファイバの他端を前記光配線基板の積層方向でまとめて固定するフェルールを設け、前記複数の光ファイバには入力用光ファイバ及び複数の出力用光ファイバが含まれている光伝送装置と、この光伝送装置の光ファイバに光学的に接続される光電変換素子を有する電気配線基板とを有することを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の回路基板又はデバイス間において光信号の伝送を担う光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
複数のマイクロプロセッサやメモリを接続するために電気バス回路が一般的に用いられている。しかしながら、電気バス回路は、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制限され、また並列バス接続配線を高密度化しようとすると電磁ノイズが発生の問題があり、高速化への対応が困難になりつつある。そこで、電気配線を光配線に置き換え、バスの高速化を図る光インターコネクション技術が従来から提案されている。
【０００３】
このような光インターコネクション技術の一つとして、特開２０００−３２９９６２号に開示された光伝送装置がある。この従来の光伝送装置は、シート状の透光性媒体と、この透光性媒体の両側に接続された光ファイバと、これら透光性媒体及び光ファイバが布線された光配線本体とを有する光配線基板が用いられる。この光配線基板を複数積層して光配線基板積層体を構成し、この光配線基板積層体から光ファイバの他端を引き出し、光電変換素子を有する電気配線基板に接続するようになっている。
【０００４】
しかしながら、上記従来例においては、光ファイバの他端に対する位置決めについては特に考慮されておらず、光ファイバの他端は光配線本体から延長されて引き出されているに過ぎない。特に光配線基板の積層方向においては、光配線本体が積層されているので、光配線本体の厚み方向の公差が積み重ねられ、光電変換素子との間に位置ずれが生じ、光電変換素子との結合損失が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、光配線基板の積層方向における光ファイバの位置精度を向上させ、光ファイバの接続部分の結合損失を小さくすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の第１の特徴とするところは、透光性媒体と、この透光性媒体に接続された一端及びこの一端から延びる他端を有する複数の光ファイバと、前記透光性媒体及び光ファイバが配線された光配線本体とを有する光配線基板を複数有し、前記光配線基板を複数積層して光配線基板積層体を構成し、前記光ファイバは前記光配線基板の上方に曲げられ、前記光ファイバの他端は前記光配線基板積層体の一側面に配置され前記光配線本体から突出し、複数の前記光配線本体から突出した前記光ファイバの他端を前記光配線基板の積層方向でまとめて固定するフェルールを設け、前記複数の光ファイバには入力用光ファイバ及び複数の出力用光ファイバが含まれている光伝送装置にある。光配線基板の積層方向で光ファイバの他端を固定するフェルールを設けたので、光配線本体の積層による公差の積み重ねはフェルールにより吸収することができ、光ファイバの他端の位置決め精度を向上させることができる。
【０００７】
光ファイバを固定するフェルールは、さらに支持基板に固定することができる。光ファイバと支持基板とは、支持基板にフェルール固定孔を形成し、このフェルール固定孔に光ファイバを固定したフェルールを挿入固定してもよいし、支持基板に光ファイバ挿入溝を形成し、この光ファイバ挿入孔に光ファイバを挿入し、その挿入された光ファイバの他端をフェルールに固定し、このフェルールを支持基板に固定することもできる。また、光配線基板積層体は複数であってもよく、この複数の光配線基板積層体の光ファイバを１つの支持基板にまとめて固定することができる。
【０００８】
本発明の第２の特徴とするところは、上述した光伝送装置に複数の電気配線基板を接続して光伝送システムを構成した点にある。即ち、複数積層された光配線基板から引き出されてフェルールに固定された光ファイバの他端に、複数の電気配線基板に設けられた複数の光電変換素子を光学的に接続したものである。したがって、光ファイバの他端における位置精度を向上させ、光ファイバと光電変換素子との結合損失を少なくすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１乃至図１０において、本発明の第１の実施形態が示されている。光伝送システム１０は、光配線基板積層体１２と複数の電気配線基板１４とから構成されている。光配線基板積層体１２は、シート状に形成された複数の光配線基板１６（この実施形態においては８枚）を有し、この光配線基板１６をシート側面方向に重ねることによって構成されている。電気配線基板１４は、ＣＰＵやメモリを有し、光配線基板１６に、光学的に接続されている。
【００１０】
光配線基板１６は、光配線本体１８と、この光配線本体１８に設けられた透光性媒体２０、拡散部２２、第１の光ファイバ２４及び第２の光ファイバ２６とを有する。
【００１１】
光配線本体１８は、例えば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等のプラスチック材料またはアルミニウム等の金属材料を切削するにより形成されている。また、プラスチック材料の場合は射出成形されて形成されており、射出成形することによって作製精度を向上させることができる。また、この光配線本体１８を不透明にすることによって、他の光配線本体への光の漏れを少なくし、ビット間のクロストークを少なくすることができる。この光配線本体１８の一面には、透光性媒体２０及び拡散部２２を収容する透光性媒体収容溝２８、第１の光ファイバ２４を収容する第１の光ファイバ収容溝３０及び第２の光ファイバ２６を収容する第２の光ファイバ収容溝３２が形成されている。透光性媒体収容溝２８は、光配線本体１８と平行に形成され、また、第１の光ファイバ収容溝３０及び第２の光ファイバ溝３２は、所定の曲率半径をもって上方に曲げられ、光配線本体１８の上面に開口している。
【００１２】
透光性媒体２０は、例えば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等のプラスチック材料または無機ガラス等からなる。また、この透光性媒体２０の一方の端面に拡散部２２が配置され、この拡散部２２はフィルム状に形成され、例えばＬＳＤ（Light  Shaping  Diffusers）が用いられる。
なお、この実施形態においては、拡散部２２を透光性媒体２０の一端に設けているが、他の実施形態として、第２の光ファイバ接続側にも設けることができ、また、透光性媒体２０の長手方向長さを十分とれば省略することもできる。
【００１３】
第１の光ファイバ２４は、この実施形態にあっては１本で、第１の光ファイバ収容溝３０に沿って配線され、この第１の光ファイバ２４の一端が拡散部２２を介して透光性媒体２０の一方の端面中央に接続されている。また、第２の光ファイバ２６は、この実施形態にあっては８本で、第２の光ファイバ収容溝３２にそって配線され、この第２の光ファイバ２６の一端が第１の光ファイバ２４とは反対側で透光性媒体２０の他方の端面に接続されている。第１の光ファイバ２４及び第２の光ファイバ２６の他端は、光配線本体１８の上面から突出し、後述するフェルール３４に固定されている。
なお、透光性媒体２０、第１の光ファイバ２４及び第２の光ファイバ２６の光配線本体１８への固定は、この実施形態においては、それぞれを透光性媒体収容溝２８、第１の光ファイバ収容溝３０及び第２の光ファイバ収容溝３２に落とし込み、光配線本体同士で挟むようにして行っているが、これに限定されるものではなく、例えば透光性媒体２０、第１の光ファイバ２４及び第２の光ファイバ２６を光配線本体１８に固定する固定部材をそれぞれ設けて行うこともできる。
【００１４】
フェルール３４は、光配線基板１６の積層方向にそって設けられ、図６に示すように、このフェルール３４には光ファイバ固定用孔３６が形成され、この光ファイバ固定用孔３６に第１の光ファイバ２４又は第２の光ファイバ２６の他端が挿入固定されている。図６に示すように、光ファイバ固定用孔３６の上面には円錐状の逃げ溝３８が形成され、光ファイバ２４又は２６の他端は製造当初には光ファイバ固定用孔３６から上方へやや突出し、この突出した部分にホットプレート４０により熱と圧力をかけ、逃げ溝３８に溶融部分が変形固化し、光ファイバに精度のよい平滑化した端面を形成すると共に、光ファイバをフェルール３４に固定する。このホットプレート４０による光ファイバ２４又は２６の溶融固定は、光ファイバ２４又は２６が全て同じ端面を持つようにするため、フェルール３４の長手方向でまとめて一括して行うことが好ましい。また、ホットプレート２８の圧力で光ファイバ２４又は２６が下方へ逃げないように、光ファイバ２４又は２６を光配線本体１８に固定する固定手段４２が設けられる。固定手段４２は例えば接着剤や粘着テープから構成される。
なお、この実施形態においては、光ファイバ２４又は２６をフェルール３４に溶融固定したが、これに限定されるものではなく、接着剤によって固定したり、ねじ止めしたりしてもよい。。
【００１５】
また、フェルール３４は、この実施形態においては、光ファイバ固定用孔３６に挿入固定しているが、図７に示すように、２つの分割部材４４ａ,４４ｂｂに分割し、それぞれ対向する光ファイバ挿入溝４６ａ，４６ｂを形成し、この２つの分割部材４４ａ,４４ｂｂを接着剤等により接合することにより、光ファイバ挿入溝４６ａ,４６ｂｂに光ファイバ２４の他端を固定してもよい。また、図８に示すように、光ファイバ挿入溝４６ａ,４６ｂｂは円筒形ではなくてＶ状に形成してもよいし、図９に示すように、１つの光ファイバ挿入溝４６に光ファイバ２４又は２６の他端をまとめて固定することもできる。
【００１６】
上述ように構成された光配線基板積層体１２は、図４に示すように、複数（この実施形態においては４つ）積層方向に配置される。そして、図５に示すように、これら複数の光配線基板積層体１２が支持基板４８に固定される。この支持基板４８には、光配線基板積層体１２のフェルール３４に対応してフェルール挿入孔５０が形成され、このフェルール挿入孔５０に各光配線基板積層体１２のフェルール３４が挿入固定される。そして、さらにこの支持基板４８に前述した電気配線基板１４が光配線基板積層体１２の積層方向とは直交する方向に接続されるものである。この実施形態においては、８枚の光配線基板１６を持つ光配線基板積層体１２を４つ並べたので、３２ビットの電気配線基板１４が接続できるようになっている。
【００１７】
電気配線基板１４と光配線基板１６とは、例えば図１０に示すように接続される。即ち、電気配線基板１４は、電気配線本体５２と、この電気配線基板５２の一端に設けられたコネクタ５４とを有する。電気配線本体５２の表面には、光電気変換素子５６と、この光電気変換素子５６を駆動する駆動回路５８が設けられている。光電気変換素子５６は、受光素子または発光素子であり、この明細書においては、光から電気変換するものと電気から光へ変換するものとの双方を含む。この光電気変換素子５６は、電気配線本体５２の下端付近に配置され、フェルール３４に固定された光ファイバ２４又は２６の端面と対向し、光学的な接続がなされている。光学的接続ロスが充分小さい程度であれば、光ファイバ２４又は２６の他端と光電気変換素子５６との間にギャップがあってもよい。電気配線基板１４と支持基板４８との接続は、接着剤やねじ等をもって固定してもよいが、電気配線基板１４の取り付け、取外しが容易となるように、プラグ等をもって着脱自在に固定することが好ましい。
【００１８】
上記構成において、例えば第１の光ファイバ２４に接続された光電変換素子５６から発した信号光は、第１の光ファイバ２４を介して拡散部２２に入力され、透光性媒体２０を全反射しながら反対側へ導かれて第２の光ファイバ２６にブロードキャストされ、他の電気配線基板１４の光電変換素子５６に受けられる。このとき、光ファイバ２４又は２６と光電変換素子５６との位置決め精度が悪いと、光の結合損失を生じる。特に複数の光配線基板１６を積層して光配線基板積層体１２を構成すると、光配線本体１８の公差が累積する。ところが、この実施形態のように、光ファイバ２４又は２６の他端をフェルール３４をもって光配線基板１６の積層方向で固定するようにしたので、光配線本体１８の累積公差を吸収することができる。
【００１９】
この点についてさらに詳述する。
フェルール３４を用いない場合の光ファイバの位置に関する累積公差Ｄ１（ｍｍ）は、式（１）で示される。ここで、aは光ファイバの公差（ｍｍ）、Ａは光配線本体の枚数、ｂ１は光配線本体単層での公差（ｍｍ）、ｃは光ファイバ収容溝の公差（ｍｍ）である。
0004009896.tif 000002
したがって、例えば光ファイバとして三菱レイヨン製φ１ｍｍのものを用いた場合は、公称でａ＝±０．０６、８枚のアクリル製光配線本体を用いた場合は、Ａ＝８、ｂ１＝±０．２であり、ｃ＝±０．０５とすれば、これらを式（１）に代入すると、
Ｄ１＝０．５７１となる。
仮に光配線本体の公差ｂ１を０．０５とできたとしても、
Ｄ１＝０．１６２となる。
【００２０】
それに対し、上記実施形態のように、フェルール３４を用いて光配線本体の積層による誤差を吸収した場合は、光配線本体の累積公差Ａ×ｂ１に代わって、フェルール３４の公差ｂ２により累積公差Ｄ２が律則されるので、Ｄ２は式（２）で表せられる。
0004009896.tif 000003
ここで、ｂ２はフェルールの公差（ｍｍ）である。したがって、フェルール３４を射出成形等で形成すれば、ｂ２＝±０．０５にすることができるので、これを式（２）に代入すれば、
Ｄ２＝０．０９２７に押えることができる。
【００２１】
図１１及び図１２において、光ファイバの径がφ１ｍｍの場合とφ０．５ｍｍの場合の光ファイバと光電変換素子との位置ずれと結合損失との関係を示す。これから明らかなように、フェルールを用いて光ファイバの位置ずれを少なくすれば結合損失を少なくすることができる。フェルール無しの場合、光配線本体の公差が±０．２ｍｍあると、結合損失が−４ｄＢを越えてしまうのに対し、フェルールを用いることにより結合損失を−０．５ｄＢ以下に押えることができる。フェルール無しでも光配線本体の公差を上記のように±０．０５ｍｍに押えれば、光ファイバの径がφ１ｍｍの場合は若干の結合損失を招くに止まるが、光ファイバの径がφ０．５ｍｍの場合には、−０．５ｄＢを越えるのに対し、フェルールを用いることにより結合損失を−０．５ｄＢ以下に押えることができ、約１ｄＢ少なくすることができるものである。
【００２２】
図１３乃至図１５において、本発明の第２の実施形態が示されいる。この第２の実施形態においては、支持基板４８に光ファイバ挿入孔６０が光ファイバ２４又は２６に対応して形成され、この光ファイバ挿入孔６０に光ファイバ２４又は２６の他端が挿入されている。そして、この支持基板４８に挿入された光ファイバ２４又は２６の他端がフェルール３４に挿入固定されている。フェルール３４と支持基板４８とは接着剤等により固定され、この支持基板４８に固定されたフェルール３４に電気配線基板１４のコネクタ５４が嵌め合わされている。
なお、第１の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１６において、本発明の第３の実施形態が示されている。前述した第１の実施形態及び第２の実施形態においては、透光性媒体２０の両側に光ファイバを接続して透光性媒体２０に信号光が透過する形式であったが、この第３の実施形態においては、透光性媒体２０の一方にのみ光ファイバ６２が配置された反射型となっている。即ち、透光性媒体２０の一端面には、反射拡散部６４が配置されていると共に、透光性媒体２０の他端面には段部６６が連続して形成され、この段部６６に光ファイバ６２の一端が接続されている。反射拡散部６４は、例えばアルミニウムの反射面に前述したＬＳＤからなる拡散部分を設けて構成されている。光ファイバ６２は、光基板本体１８に形成された光ファイバ収容溝６８にそって所定の曲率半径をもって上方に曲げられ、この光ファイバ５８の他端が光基板本体１８の上面でフェルール３４に固定されている。任意の光ファイバ６２から透光性媒体２０に入った信号光は、反射拡散部６４に当たって反射拡散し、再び透光性媒体２０を通って他の光ファイバ６２から出力される。この第３の実施形態によれば、任意の光ファイバ６２から光信号を入出力することができ、しかも光配線基板１６の長手方向の長さを短くすることができる。
なお、第１及び第２の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００２４】
図１７において、本発明の第４の実施形態が示されている。この第４の実施形態は、前述した第３の実施形態と比較すると、段部６６の構成を異にし、光ファイバ６２を直線的に引き出すようにしたものである。即ち、段部６６には、４５°に傾斜した反射面が形成され、透光性媒体２０に入出射される信号光は、この段部６６の反射面で反射されるようになっており、さらに光配線基板１６の長手方向の長さを短くすることができるものである。
なお、第１乃至第３の実施形態と同一部分については、図面に同一番号を付してその説明を省略する。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、光配線基板の積層方向で光ファイバを固定するフェルールを設けたので、光配線本体の積層による公差の積み重ねをフェルールにより吸収することができ、光ファイバの位置決め精度を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光伝送システムを示す側面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフェルールを除いた光伝送装置を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るフェルールを設けた光伝送装置を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る支持基板接続前の光伝送装置の状態を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る支持基板接続後の光伝送装置の状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置に用いたフェルールの接続部分を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置に用いたフェルールの第１の変形例を示す平面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置に用いたフェルールの第２の変形例を示す斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る光伝送装置に用いたフェルールの第３の変形例を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る光伝送システムにおける光配線基板と電気配線基板との接続状態を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態において、光ファイバ径がφ１ｍｍの場合の光ファイバと光電変換素子との積層方向ずれと結合損失との関係を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態において、光ファイバ径がφ０．５ｍｍの場合の光ファイバと光電変換素子との積層方向ずれと結合損失との関係を示す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る支持基板接続前の光伝送装置の状態を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る支持基板接続後の光伝送装置の状態を示す斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る光伝送システムにおける光配線基板と電気配線基板との接続状態を示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る光伝送装置を示す側面図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る光伝送装置を示す側面図である。
１０    光伝送システム
１２    光配線基板積層体
１４    電気配線基板
１６    光配線基板
１８    光配線基板本体
２０    透光性媒体
２２    拡散部
２４    第１の光ファイバ
２６    第２の光ファイバ
３４    フェルール
４８    支持基板
５０    フェルール挿入孔
５６    光電変換素子
６０    光ファイバ挿入孔
【図１】
0004009896.tif 000004
【図２】
0004009896.tif 000005
【図３】
0004009896.tif 000006
【図４】
0004009896.tif 000007
【図５】
0004009896.tif 000008
【図６】
0004009896.tif 000009
【図７】
0004009896.tif 000010
【図８】
0004009896.tif 000011
【図９】
0004009896.tif 000012
【図１０】
0004009896.tif 000013
【図１１】
0004009896.tif 000014
【図１２】
0004009896.tif 000015
【図１３】
0004009896.tif 000016
【図１４】
0004009896.tif 000017
【図１５】
0004009896.tif 000018
【図１６】
0004009896.tif 000019
【図１７】
0004009896.tif 000020