(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝播角θｚを有する光線と、第１の伝播角θｚと異なる第２の伝播角θｚを有する光線とが伝播されるシート状の導波路を有する光伝送装置であって、
前記導波路に、複数の発光デバイスに対して、夫々、前記導波路の単一のコア層の部分を介在させて、前記第１の伝播角θｚを有する第１光線を伝播させるためのミラー面を有する第１の伝播角設定器と、前記第２の伝播角θｚを有する第２光線を伝播させるためのミラー面を有する第２の伝播角設定器とを備える、
ことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
前記第１の伝播角設定器と前記第２の伝播角設定器のミラー面が、円錐状、角錐状、球状のいずれかであ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】
前記第１の伝播角θｚを有する光線を前記導波路から取り出すためのミラー面を有する第１の伝播角分別器と、前記第２の伝播角θｚを有する光線を前記導波路から取り出すためのミラー面を有する第２の伝播角分別器とを備えることを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記第１の伝播角設定器と前記第１の伝播角分別器、又は前記第２の伝播核設定器と前記第２の伝播角分別器のいずれか一方の組が、同一の形状のミラー面を有することを特徴とする請求項３記載の光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次元光導波路に厚さ方向伝播角の設定手段を有したシート状の導波路を有する光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パーソナルコンピューター、さらには携帯電話や個人情報端末（ＰＤＡ:  Personal  Digital  Assistant）などの情報処理機器は、処理速度の速いことと小型・軽量であることが同時に求められる。しかしながら、処理速度が上がるにつれ、電子回路基板内における配線遅延の影響が大きくなることが指摘されている。これを防ぐには、チップ内およびチップ間の配線を極力短くすることが最も単純な方法である。このことは、基板の小型化にも繋がるため、これまで多くの提案がなされてきた。
【０００３】
しかしながら、処理速度が上がるにつれ、別の問題点が顕在化してきた。それは電磁放射干渉ノイズ（ＥＭＩ:  Electromagnetic  Interference）である。
【０００４】
ＥＭＩについて説明する。電子部品同士が近接して配置されることから、配線は短くなるが、配線密度は高くなる。この結果、近接した信号線に高速の信号が流れた場合、相互の電磁誘導により電磁波が干渉し合ってノイズを発生し、信号が正しく伝送できないことがある。特にモバイル端末では、低電圧化が進む影響で、従来より大電流で駆動されるケースが増えており、ＥＭＩの影響が大きくなってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
これを防ぐ方法として、たとえば、電子回路基板を多層にすることで、層ごとの電磁放射ノイズ耐性（ＥＭＣ）を高める方策が通常とられているが、コストや歩留まりの点で問題がある。
【０００６】
別の手法としては、たとえば特開平5-67770号公報や特開平6-308519号公報に、ライン導波路すなわちライン状光配線を用いる方法が提案されている。ライン状光配線は、本質的に電磁無誘導の利点を有するが、これらの方法では、ライン状光配線として、厚さ数ミクロンから数十ミクロンの線状光導波路を用いている。この様な手法は、光軸合わせが困難、光導波路に微細加工が必要、部品点数が多い、作製が難しいなどの課題がある。
【０００７】
また、光配線において、より多量のデータを高速で扱うために、多重化通信方式として、波長多重、空間多重などが言われているが、部品点数の増加やコストの増大が課題となり、実現されるには至っていないのが現状である。
【０００８】
一方で、２次元状の光導波路を光バスとして適用した例が、特開平11-196069号公報や特開平11-355249号公報に開示されている。それぞれ、特開平11-196069号公報は光強度レベルの異なるパルス列光信号を重畳して扱う構成を示し、特開平11-355249号公報は波長の異なるパルス列光信号を重畳して扱う構成を示す。しかし、これらの例は、導波路の端面からの光信号の入射、出射に限られており、光電融合基板として適用するには、設計の自由度や拡張性が低いという課題があった。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明の目的は、電磁波干渉ノイズの心配がなく、さらに、設計の自由度が高い光電融合配線基板、該光電融合配線基板に使用される、２次元光導波路に厚さ方向伝播角の設定手段を有したシート状の導波路を有する光伝送装置を提供することにある。特に、単純な構成で簡易に光回路を形成することを可能とする２次元状の光導波路（光伝送シート）を有する光伝送装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び作用】
上記目的を達成する本発明の光伝送装置は、
第１の伝播角θｚを有する光線と、第１の伝播角θｚと異なる第２の伝播角θｚを有する光線とが伝播されるシート状の導波路を有する光伝送装置であって、
前記導波路に、複数の発光デバイスに対して、夫々、前記導波路の単一のコア層の部分を介在させて、前記第１の伝播角θｚを有する第１光線を伝播させるためのミラー面を有する第１の伝播角設定器と、前記第２の伝播角θｚを有する第２光線を伝播させるためのミラー面を有する第２の伝播角設定器とを備える、
ことを特徴とする。
尚、本明細書においては、単に「伝播角θｚ」、「伝播角設定器」、「伝播角分別器」等と言う場合の伝播角も、厚さ方向の伝播角θｚ（図３のｚ方向伝播角θｚ）を意味するものとする。また、正確には或る程度の幅のある伝播角分布ないし伝播角範囲である場合でも、単に伝播角と言う場合がある。また、本明細書においては、「光線束」とは、光線の集合体であり、たとえば、或る程度の幅のある伝播角分布を有した光線の束（集合体）である。
【００１１】
この簡易な構成の光伝送シートにおいては、厚さ方向伝播角θｚの異なる光線を用いて信号を重畳することで、大量の情報を高速に伝送することや、柔軟な多重化、ルーティングが可能となる。この多重化、ルーティングには、例えば、発光デバイスからの光を光伝送シートに所望の伝播角θｚで結合する伝播角設定器や、所望の伝播角θｚを有する光線を受光デバイスに入力させる伝播角分別器を備えればよく、比較的簡単な構成で済むという特徴がある。また、特に、光伝送シートの任意の位置に発光デバイスや受光デバイスを配置する際に、光伝送シートの特徴（２次元的に光伝播が可能であること）を損なうことなく実現できるという作用がある。
【００１２】
上記基本構成に基づいて、異なる厚さ方向伝播角分布を有した複数の光線束を伝播させるために、以下の如き態様の光伝送シートが可能である。
まず、複数の入射光に対して夫々異なる構成からなる伝播角設定手段を配することで、異なる厚さ方向伝播角分布を有した複数の光線束を２次元光導波路に伝播させることが挙げられる。他にも、複数の入射光に対して同一の構成からなる伝播角設定手段を配し、該複数の入射光を異なる入射態様で該伝播角設定手段に入射させることで、異なる厚さ方向伝播角分布を有した複数の光線束を２次元光導波路に伝播させることが挙げられる。
【００１３】
前者は、後記の実施例で示す典型的な場合であり、各伝播角設定手段の構造や材質などを変えることで、厚さ方向伝播角を設定する手法である。たとえば伝播角設定手段として円錐ミラーを用い、その頂角を変えることで、上方入射平行光からそれぞれ所定の厚さ方向伝播角の光線束を得ることができる。後者は、伝播角設定手段としては同一のものを用い、伝播角設定手段と発光デバイスの空間的配置や、入射光の伝播角設定手段への入射角度などを変えることで、それぞれの厚さ方向伝播角を設定する構成である。たとえば、伝播角設定手段としてミラーやプリズムなどを用い、発光素子の向きを調整して異なる方向から入射光を照射することで所定の伝播角を有した光線束を得ることが挙げられる。他にも、球ミラーなどの伝播角設定手段を用い、球面の異なる位置に入射光を入射することで、所定の伝播角を有した光線束を得ることが挙げられる（球面ミラーに平行光を照射すると位置によって反射する方向が変わることを利用する）。
【００１４】
前記伝播角設定手段としては、たとえば、円錐形状のミラーが挙げられる。また、伝播光の伝送シート面内方向の伝播角範囲は伝播角設定手段の構成等で自由に設定できるが、２次元光導波路の面内３６０度方向にわたって光を伝播させる伝播角設定手段を含むことで２次元光導波路の特徴をより有効に利用できる。勿論、９０°や１８０°など、或る限られた角度範囲にわたって伝播しても良く、柔軟に設計可能である。
【００１５】
更に、前記２次元光導波路を伝播する光線のうち所定の厚さ方向伝播角を有した光線を受光デバイスに入力させる伝播角分別手段を備えることで、所望の伝播光を受光デバイスに効率良く導ける。この伝播角分別手段も、たとえば、円錐形状のミラーが挙げられる。
【００１６】
発光デバイスは、所定の態様で光線を前記２次元光導波路に入射させる様に伝播角設定手段に対して所定の位置関係で該２次元光導波路に配置され得る。
【００１７】
前記発光デバイスが複数の発光部を有し、それぞれの発光部に対して異なる厚さ方向伝播角分布を設定する伝播角設定手段を配して、発光部を選択することで厚さ方向伝播角分布を選択する構成も採り得る。
【００１８】
前記発光デバイスないし発光部は、たとえば、面発光型レーザーである。
【００１９】
前記受光デバイスも、伝播角分別手段からの光線を受けられる様に該伝播角設定手段に対して所定の位置関係で前記２次元光導波路に配置され得る。
【００２０】
前記受光デバイスが差分回路と複数の受光部を有し、それぞれの受光部に対して異なる厚さ方向伝播角分布の光線を分別する伝播角分別手段を配して、該差分回路において、該複数の受光部で得られた信号間の差分をとる構成も採り得る。
【００２１】
本発明では、伝播光を伝播角で多重化する為に伝播光を幾何光学的に扱えることが好ましく、このような観点から、前記２次元光導波路の厚さは、用いる光の波長に対して充分大きい必要があり、好適には５０倍以上であるのがよい。
【００２２】
前記２次元光導波路はクラッド層で挟まれたコア層から成ったり、エアクラッドのコア層から成ったりする。
【００２３】
更に、上記目的を達成する本発明の光電融合基板は、複数の電子デバイスとそれらを接続する電気配線を有した電子回路と、該電子デバイスの電気信号を光信号に変換する発光デバイスと該発光デバイスからの光信号を伝搬する上記の光伝送シートと該光信号を電気信号に変換する受光デバイスを有した光回路を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の光電融合配線基板の第１の特徴は、光情報伝達に２次元導波路すなわち光伝送シートを適用することである。これにより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（発光デバイスや受光デバイス）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。さらには、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などの作用がある。また、光回路の適用により電磁放射ノイズに強い光電融合配線基板を実現できる。
【００２５】
前記電子回路と光回路は図６に示すように複数層にわたり積層されてもよい。この場合、光デバイスは同じ面上の電子回路に繋がっていてもよいし、ビアなどを介して異なる面上の電子回路に繋がっていてもよい。目的に応じて柔軟に設計すればよい。
【００２６】
更に、上記目的を達成する本発明の光伝送方法は、２次元光導波路を用いて光により情報を伝送する光伝送方法であって、光線が２次元光導波路を伝播する際の該光線と該２次元面との成す角度を厚さ方向伝播角とするとき、異なる厚さ方向伝播角分布を有した複数の光線束を用いて、複数の光信号を多重化やルーティングして伝送することを特徴とする。
【００２７】
本発明の光伝送方法は、上記基本構成に基づいて、以下の如く柔軟に設計できる。
前記異なる伝播角分布は、図５（ａ）に示すように互いに実質的に非連続であったり、図５（ｂ）に示すように一部が重なって連続していたりする。
【００２８】
２次元光導波路の光伝送シートを用いる場合、その特徴を生かす為に２次元光導波路の面内３６０度方向にわたって伝播される光信号があるのがよい。勿論、９０°や１８０°など、或る限られた角度範囲にわたって伝播しても良く、柔軟に設計可能である。
【００２９】
前記伝播角分布の設定は、発光デバイスに対して所定の位置関係で前記２次元光導波路に設けられた伝播角設定手段により行われたり、前記光導波路に対する発光デバイスの姿勢設定、或いは発光デバイスの光放射角の制御により行われたりする。
【００３０】
受光デバイスで受光される光信号は、所望の伝播角分布の光線を分別して該受光デバイスに導く様に該発光デバイスに対して所定の位置関係で前記光導波路内に設けられた伝播角分別手段より分別されたり、前記光導波路に対する受光デバイスの姿勢設定、或いは受光デバイスの受光態様により行われたりする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の光伝送シート、光電融合配線基板、光伝送方法の実施の形態について説明する。
【００３２】
図１、図２は本発明の光電融合配線基板の実施形態を説明する模式的な平面図と断面図、及び斜視図である。これらの図において、101は光伝送シート、102は発光デバイス、103は受光デバイス、104は電気配線、105は電子デバイス、106は光線、107は伝播角設定器、108は伝播角分別器である。
【００３３】
図１、図２に記すように、本実施形態の光電融合基板（図１と図２の光電融合基板は下で述べるように発光デバイス102の数の点で若干異なる）は、電子デバイス105とそれらを接続する電気配線104を含む電子回路と共に、さらに電子デバイス105の電気信号を光信号に変換する発光デバイス102、光信号を伝搬する光伝送シート101、光信号を電気信号に変換する受光デバイス103を含む光回路を有する。
【００３４】
図２は、簡単な構成として、発光デバイス102を１つと受光デバイス103を４個配した例の斜視図であるが、それぞれ任意の個数の光デバイス（発光デバイスや光デバイス）を配置可能である。図１は、発光デバイス102を２つと受光デバイス103を４個配した例であり、（ａ）はｘ−ｙ平面図、（ｂ）はｘ，ｙ−ｚ断面図である。ｘ，ｙ−ｚ断面図は透視的にｘ，ｙ位置を重ね合わせて示したものである。
【００３５】
図1、図２において、発光デバイス102及び受光デバイス103は光伝送シート101の上に配置しているが、これに限られない。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101と光学的に結合してもよいし、光伝送シート101の端面に配置してもよい。また、光伝送シート101の表裏両面に配してもよい。更には、光伝送シート101の上下に電子回路を配することや、さらには図６のように基板の上下面に電子回路と光回路を積層した構成とすることもできる。図６では、光デバイス102、103を光伝送シート101の中に埋め込んで配置している。
【００３６】
図１、図２に示すように、発光デバイス102から出射された光線106は、伝播角設定器107を介し、光伝送シート101を伝播し、伝播角分別器108を経て受光デバイス103に入力される。こうして、受光デバイス103で光信号は電気信号に変換されて、光回路が構成される。伝播角設定器107と伝播角分別器108は必ずしも１対１で対応するものではない。複数の伝播角設定器107からの光が１つの伝播角分別器108で光路変換されて１つの受光デバイス103で受けられる場合もあるし、１つの伝播角設定器107からの光が複数の伝播角分別器108でそれぞれ光路変換されて複数の受光デバイス103で受けられる場合もある。この対応関係は、伝播角設定器107により伝播角設定されて光伝送シート101内に導かれる光の厚さ方向伝播角分布の態様とシート面内方向伝播角範囲、及び伝播角分別器108が受けて受光デバイス103に導かれる光の厚さ方向伝播角範囲とシート面内方向角度範囲等により決定される。
【００３７】
ここで、光伝送シート101は２次元導波路（シート状光導波路）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することができ、任意の点に配した光デバイスから全ての光デバイスに２次元的に光データを送信することもできる（勿論、特定の光デバイスにのみ送信することもできる）。特に、図１、図２では、光伝送シート101の面内３６０°方向にわたり、光を伝播させられる（図では、見易さのために、実際には小さい光デバイス102、103、伝播角設定器107、伝播角分別器108を光伝送シート101のサイズに比して大きく描いている。そのために、伝播角設定器107や伝播角分別器108により光線の伝播路が相当阻害される様に見えるが、実際にはこれらのデバイスは小さいので光線の伝播路の阻害は、発光デバイスと受光デバイスを結ぶ線上に丁度別の伝播角設定器や伝播角分別器があるという特殊な場合を除いて、極めて軽微なものである）。この様な光伝送シートは、以下の理由で従来のライン導波路すなわち光配線より好ましい。
【００３８】
光配線は、電磁放射ノイズの抑制の観点から大きな利点を有するが、１本当たりの配線の物理的大きさは、光導波路を用いる限り電気配線に比べ一桁以上大きい。そのため、全ての電気配線を光配線に変更すると、サイズが大きくなったり、曲げによる損失が大きくなるなどのデメリットの方が大きくなる。さらに、光配線を導入することで、従来の電気配線パターンの変更を余儀なくされるデメリットもある。これに対して、光伝送シートは、電気配線と光配線を分離して配置し、かつ２次元光導波路とすることで、電気配線の設計に影響を与えることなく、光デバイス間の情報伝達が可能である。
【００３９】
しかし、この様なメリットがある一方、光を２次元方向にシート全面にわたり伝播させる場合には、光配線に比べて受光できる光強度が弱くなる。そのため、通信距離に関しては制約が生じ、光伝送シートのサイズはたとえば１０ｃｍ以下とすることが好ましい。すなわち、光伝送シートは、比較的短距離の通信において、その効果を発揮するという特徴がある。
【００４０】
上記した様に、発光デバイス102から出射された光線106は、伝播角設定器107によって、所定の厚さ方向の伝播角θｚの光線として光伝送シート101に結合される。伝播角θｚを維持して伝播した光は、所望の伝播角θｚの光線を分別する伝播角分別器108により、受光デバイス103に入力されて電気信号に変換される。
【００４１】
厚さ方向伝播角θｚについては図３に記した。すなわち、伝播光の光伝送シートｘ−ｙ平面における面内方向伝播角は任意とし、ｚ方向（光伝送シート厚さ方向）の伝播角θｚを制御する。たとえば、図１や図３に示すように、ｘ−ｙ面内においては３６０°方向の全方位にわたり光を伝播させ、ｚ方向においては伝播角設定器107において設定された伝播角分布で伝播を行なう。
【００４２】
この様に、本発明では伝播角θｚを制御することで、多重化通信、情報の多重化、ルーティングが可能になる。
【００４３】
図１の伝播角θｚによるルーティングを行なう例で説明する。発光デバイスA102aからの光線束106aは、伝播角設定器A107aによって伝播角θｚを制御された光線束A106aとして伝播し、伝播角分別器A108aによって分別され、受光デバイスA103aに入力される。一方で、発光デバイスB102bからの光線束106bは、伝播角設定器B107bによって伝播角θｚを制御され、伝播角分別器B108bによって分別される。すなわち、伝播角分別器108と伝播角設定器107を配することで、伝播角θｚにより情報の伝達相手を任意に設定できる。尚、図１において、点線の光線は、導波はするが情報伝達に寄与しない光線を示している。図１においては、２対２の情報伝達であるが、任意のＭ対Ｎのルーティングも可能である。
【００４４】
図４は伝播角θｚによる多重通信を行う他の例である。図４においては電子回路は省略してある。複数の発光部301を有した発光デバイス102と複数の受光部302を有した受光デバイス103の間での情報伝達において、それぞれの発光部A301a、発光部B301bからの光は、異なる伝播角設定器A107a、B107bによって異なる伝播角θｚの光線A,Bとして伝播する。それぞれの光線A,Bは、伝播角分別器A108a、B108bによって、異なる受光部A302a、B302bに到達して、光信号が電気信号に変換されることで、光回路を成す。こうして、異なる伝播角θｚを用いたパラレル伝送が可能となる。図４においては、２チャンネルであるが、この原理を用いることで任意のチャンネル数の伝送が可能である。
【００４５】
以上のように、各発光デバイス102から出射された光線は、光伝送シート101を用いた光回路において、各伝播角設定器107により所望の厚さ方向伝播角θｚを有した光線として伝搬される。そして、光伝送シート101を伝播する光線の中から所望の厚さ方向伝播角θｚを有する光線を受光デバイス103に入力させる伝播角分別器108が存在することによって、一枚の光伝送シート101において、異なる伝播角の光線を用いて、同時に複数の情報を重ねて通信を行うことが可能になる。すなわち、異なる厚さ方向の伝播角θｚを用いた多重通信やルーティングが可能になる。
【００４６】
異なる伝播角θｚの設定範囲は、光伝送シート101の構成（コアの屈折率やクラッドの屈折率など）に依るが、十分大きな角度範囲を得ることができる。たとえば、エアクラッドの屈折率１．５の光伝送シート101を用いれば、０°から４８°にわたり設定できる（エアクラッドと光伝送シートの界面での全反射の臨界角が４８°程度）。また、光線の伝播角θｚを精度良く制御できる方が、多くの伝播角θｚを用いて多重化できるため好ましい。実際には、発光デバイス102からの光放射角の分布や光学系の不完全性（伝播角設定器のミラー面精度、発光デバイスの実装精度等）などにより、伝播角θｚが分布を持つようになるので、伝播角θｚの制御マージンによって、用いる伝播角θｚを設定することで、伝播角θｚの多重度を設計できる。また、光伝送シート101全体にわたり伝播角θｚで多重伝送を設計できるために、光伝送シート101の厚さを、用いる光の波長より十分大きくすることが好ましい。
【００４７】
伝播角θｚの多重化制御方法としては、図５（ａ）のように不連続に伝播角分布を充分シャープに設定することや、図５（ｂ）のように一部重なりつつ連続的に伝播角分布を設定することができる。前者は、放射角の小さいＶＣＳＥＬやコリメータ付き半導体レーザを用いたり、伝播角設定器のミラー面や頂角を精度良く形成するなどして実現できる。後者は、放射角の比較的大きいＬＥＤを用いたり、伝播角設定器のミラー面や頂角を緩い許容精度で形成する際などに用いられる。前者の方がＳ／Ｎの観点から有利である一方、後者の方では伝播角制御の精度が低くて済み、伝播角設定器107、伝播角分別器108の設計自由度ないし許容度が高いという利点がある。但し、この場合は、受信側で所望の信号を分離処理して復号する必要があることもある。
【００４８】
厚さ方向の伝播角θｚによる多重通信の特徴としては、伝播角設定器107によって比較的容易に伝播角θｚの設定が可能であり、光伝送シート101の特徴を生かしたまま大量の情報を扱えることがある。また、伝播角θｚを維持しながら伝播をする距離には制限があることにより、伝播角度による多重化は、長距離通信には用いられてこなかったが、光伝送シートが適用されるような短距離の通信においては、伝播に伴う伝播角θｚの広がりは十分に小さいため、有効な多重化を実現できる。すなわち、光伝送シートを用いることと伝播角θｚによる多重化は、技術的適合性に優れるということができる。
【００４９】
特開平11-355249号公報の波長の異なるパルス列光信号を重畳して扱う例においては、発光波長の異なる光源を必要として、構成が複雑になるのに比べて、本発明による光信号多重伝送は比較的単純な構成で実現できるという利点がある。また、特開平11-196069号公報の光強度レベルの異なるパルス列光信号を重畳して扱う例においては、光伝送シート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ことにより、信号伝達の信頼性を落としてしまうが、本発明においては、光伝送シートの任意の位置に光デバイスを配置した場合にも有効に作用する。
【００５０】
このように、本発明の光回路と電子回路が共存する光電融合基板においては、本発明の光伝送シートを適用することで、より柔軟な回路構成を可能とするものであり、さらには、厚さ方向の伝播角θｚの制御により信号の多重化や、ルーティングが可能となり、大量の情報を高速に扱うことができる。
【００５１】
次に、各部品について説明する
光伝送シート101は、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、有機材料など任意の材料を使用できる。たとえば、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成る有機シートなどを、そのまま用いられる。他にも、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もよい。
【００５２】
また、屈折率の異なる層でコアの表面をコートしてクラッド層を形成してもよい。光伝送シート101のサイズは、２次元の任意位置間での情報伝達を行うことから、情報伝達速度にも依るが、たとえば1００ミクロン程度から数１０ｃｍのサイズが可能である。また、伝播角θｚによる多重化を行うに当たり、伝播に伴う伝播角θｚの広がりの観点からも、１０ｃｍ以下が好ましい。
【００５３】
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、デバイス間の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。また、光伝送シートの厚さを用いる光の波長よりも十分に厚くすることで、幾何光学による設計が可能となり、伝播角による光学設計の確度が高くなる。このような観点からも、たとえば６５０ｎｍ程度の波長の光を用いる場合には５０μｍ程度以上が好ましい。
【００５４】
また、光伝送シート101は任意の基板上に配してもよい。基板としては、プリント基板や、アルミ、ＳＵＳなどの金属基板や、Ｓｉ、ＧａＡｓなどの半導体基板や、ガラスなどの絶縁基板や、ＰＭＭＡやポリイミドやポリカーボネートなどの樹脂性の基板やシートを使用できる。
【００５５】
伝播角設定器107は、発光デバイス102からの光を２次元光伝送シート面内の多方位に放射できることが好ましい。このような観点から、レンズやプリズム、グレーティングなどのホログラム、誘電球、金属球などを用いられるが、２次元の多方位、特に３６０度にわたるシート面内全方位にわたり光を放射できる円錐状や角錐状、球状のミラーなどを適用することが好ましい。特に、図３（ｃ）のような円錐形状ミラーを用いると、その頂角α202を制御することで伝播角θｚを精度良く設定できて、好ましい。さらには、円錐形状表面を金属でコートしてもよい。これらの場合、レンズやプリズム、グレーティングなどのホログラム、誘電球、金属球、円錐状や球状のミラーに対する発光デバイス102からの放射光の位置関係により、伝播光のシート面内方位の伝播角範囲を規定できる。図示例の様に伝播角設定器107の頂点を通る中心線上に発光デバイス102の発光点がある様に設定すれば、３６０度にわたるシート面内全方位にわたり光を放射できるが、この発光点を該中心線から変位させれば、シート面内の或る限られた方位範囲のみに光を放射することもできる。
【００５６】
伝播角分別器108としても、同様に、ミラーやプリズム、グレーティングなどを用いることができる。特に、任意の方向、すなわち面内３６０度方向からの光を受光することが求められる場合は、特に、円錐形状のミラーを用いて、その頂点を通る中心線上に受光デバイス103の受光面を持って来ることが好ましい。たとえば、図３（ｃ）のように、光伝送シート101をコーン状に除去することで全反射ミラーを構成できる。この場合も、コーン表面に金属をコートしてもよい。
【００５７】
電子デバイス105としては、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チップなどがある。
【００５８】
発光デバイス102としては、ＶＣＳＥＬなどのレーザーダイオード、ＬＥＤなどが挙げられるが、特に、放射広がり角の小さいレーザーが好ましい。その中でも、放射角の小さい面発光レーザーやコリメートされた光を放射する光源が、伝播角θｚを精度良く設定できる観点から好ましい。
【００５９】
受光デバイス103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挙げられる。
【００６０】
また、発光デバイスや受光デバイスとして、図４に示すように複数の発光部301や複数の受光部302をアレイ状に配列したものを用いることもできる。この場合、特に、アレイのそれぞれの機能部に対して、異なる伝播角θｚが設定、分別されるような伝播角設定器、伝播角分別器を配することができる。アレイの中で用いる発光部、受光部を選択することで、伝播角θｚの設定、分別が可能となる。
【００６１】
また、複数の受光部の出力に対して演算を施すこと、たとえば、異なる伝播角θｚの光線からの受光出力に対して演算を行うこと（たとえば、互いの差分をとること）で、所望の伝播角θｚの光線を有する光信号を分離することができる。勿論、１つの受光部で１つの伝播角θｚの光線を受光できる場合は、受光出力をそのまま光信号として処理できる。
【００６２】
図示例では、電子デバイス、発光デバイス、受光デバイスは別のものとして記してあるが、光デバイスと電子デバイスが集積された一体型光デバイスや光電融合チップ等を用いてもよい。
【００６３】
電気配線104は、アルミ、銅などの金属配線である。その作製には、真空蒸着とリソグラフィー技術により、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の配線パターンを形成する手法が挙げられる。他にも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の導電性ペーストをスクリーン印刷法でアルミナ基材上に印刷して回路導体パターンを形成した後、導電性ペーストを焼成したり硬化させて回路導体を形成することが挙げられる。また、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該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もある。
【００６４】
この様にして構成された光伝送シート101を有した光電融合基板は、設計自由度が高く、電磁放射ノイズに強い光電融合配線基板とできる。また、基板内に適宜光伝送シート101を配置することで、電磁放射ノイズによる電磁干渉を低減でき、信頼性の高い光電融合配線基板を実現できる。
【００６５】
【実施例】
以下に、より具体的な実施例をあげて、本発明を説明する。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、上述の課題を解決する手段の所で述べた概念に含まれるものであれば、その構成、製法等は制限されない。
【００６６】
（実施例１）
図１は本実施例の光電融合配線基板を説明する模式図である。図１の各符号が示す要素は既に述べた通りである。
【００６７】
本実施例では、光伝送シート101としては、樹脂成型により所望の形状に加工したアクリル（屈折率１．４９）の板を用いた。光伝送シート101のサイズは５ｃｍ□、板の厚さは１ｍｍとした。
【００６８】
光伝送シート101に、真空蒸着によりアルミからなる電気配線パターン104を形成し、次いで、各種電子デバイス105、光デバイス102、103を実装し、光電融合配線基板とした。
【００６９】
本実施例では、発光デバイス102として、０．６μｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が用いられる。個々のＶＣＳＥL102の構造は、例えば、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰ  ＭＱＷ活性層、１波長共振器を形成するクラッド層、及びＡｌＡｓ／ＡｌＧａＩｎＰ  ＤＢＲミラー（活性層の両側にある）がＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ等の結晶成長方法を用いて形成されているものである（こうした構造は周知であるので図示せず）。個々のＶＣＳＥＬ102の特性は、開口径２０μｍφで、駆動電流１．０ｍＡ、光出力１ｍＷとなっている。ＶＣＳＥＬ102は、それぞれ独立に、Ｓｉデバイス（ＣＭＯＳ、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタなど）で構成された電子回路105により駆動される。
【００７０】
受光デバイス103としては、Ｓｉ  ＰＩＮ  フォトダイオード（ＰＤ）を用い、ＰＤ103は電子回路105に接続される。
【００７１】
発光デバイス102に対向した位置に設けられた伝播角設定器107としては、円錐状の全反射ミラーを用いた。全反射ミラー107は、予め光伝送シート101の樹脂成型時に作製しておいた円錐形状部分を用い、これのエア界面をミラーとして用いた。本実施例において、伝播角θｚとしては３５°（光線A）と０°（光線B）の２つの伝播角を用いることとして、各素子を光学設計し、ルーティングを行った。円錐形状部分の頂角と高さ、及びその中心線と発光デバイス102の発光点との位置関係は、発光デバイス102からの光の放射角、光伝送シート101の厚さと屈折率、達成する厚さ方向伝播角θｚとシート面内方向伝播角度範囲などにより決定される。この際、発光デバイス102からの光が伝播角設定器107で充分受けられる様に設計する。
【００７２】
以上の観点から、伝播角設定器A107a,B107bは、夫々、その頂角が９０°及び１２５°の円錐コーンミラーとした。すなわち、この円錐コーンミラーの頂点の回りに上方向から平行光が入射するとして、それぞれ伝播角θｚが０°と３５°の伝播角となるように設計された伝播角設定器A107a,B107bを用いた。ＶＣＳＥＬ102のビームの指向性は良い（放射角が小さい）ので、各ＶＣＳＥＬ102からの光線は、光伝送シート101内をほぼ上記異なった伝播角θｚで伝搬する。実際には、それぞれの伝播角θｚの広がりは７度程度と見積られた。従って、本実施例では、異なった伝播角θｚの分布は図５（ａ）に示す様な非連続的なものとなっている。
【００７３】
伝播角分別器A108a,B108bとしては、夫々、頂角５０°、１２６°の円錐コーンミラーを用いた。これらの伝播角分別器A108a,B108bは、それぞれ伝播角が１６°以下、１７°以上の光を受光デバイスA103a,B103bに結合できるように設計したものである。従って、伝播角分別器A108aでは伝播角設定器A107aからの伝播光が受光され、伝播角分別器B108bでは伝播角設定器B107bからの伝播光が受光されることになる。
【００７４】
本実施例の電子デバイス105及び光デバイス102、103を動作させたところ、光デバイス102、103間で光回路が形成され、所望の動作を行うことを確認した。すなわち、伝播角θｚを用いた上記の如きルーティングが有効に働くことを確認できた。
【００７５】
本実施例は、複数の独立した情報が伝播角θｚの異なる複数の光線に載せられ、あたかも２本の伝送路で伝送しているかの様に１枚の光伝送シート101で多重光通信できる点が大きな特徴となっている。つまり、ルーティングが極めて単純な構成で実現できた。また、本実施例の光電融合配線基板は、容易かつ低コストで実現できた。本実施例の光電融合配線基板は、外部からの電波障害に対する耐性にも優れ、発生する電磁波の強度も弱かった。
【００７６】
（実施例２）
本実施例は、光伝送シート101において、図４に示すようなパラレル伝送を行う光電融合基板の例である。発光デバイス102として０．６μｍ帯面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の発光部301がアレイ化されたものを用い、４個を１００μｍピッチで並べて配置している（図４では２個のみ描いてある）。受光デバイス302としては、Ｓｉ  ＰＩＮ  フォトダイオードの受光部302がアレイ化されたものを用いた。４個を１００μｍピッチで並べて配置している（図４では２個のみ描いてある）。他の構成は、実施例１に準じている。光伝送シート101のサイズは２ｃｍ□、板の厚さは１ｍｍとした。
【００７７】
それぞれの発光部301に対して、頂角が９０°、１０５°、１２０°、１３５°の金属コートされた円錐コーンミラーである伝播角設定器107を配した。これらは、予め樹脂成型時に形成された樹脂のコーン部をアルミにより金属コートすることで作製した。これにより、上方向から平行光が入射した場合には（ＶＣＳＥＬの発光部301はほぼこれを実現する）、それぞれ伝播角θｚとして、０°、１０°、２０°、３５°の伝播角θｚとなって各発光部301からの光が伝播する。実際には、それぞれの伝播角θｚの広がりが７度程度と見積られた。従って、本実施例では、異なった伝播角θｚの分布は図５（ｂ）に示す様な部分的に連続的なものとなっている。
【００７８】
伝播角分別器108としては、同様に金属コートされた円錐コーンミラーを用いた。4つの伝播角分別器108の頂角は、それぞれ、９０°、１３８°、１４８°、１５８°とした。これらは、それぞれ、導波する全ての伝播角の光、６°以上の伝播角の光、１６°以上の伝播角の光、２６°以上の伝播角の光を受光部302に結合するように設計したものである。従って、受光デバイス103には差分回路を内蔵し、それぞれの受光部302の出力の差分をとることによって、０°、１０°、２０°、３５°の伝播角θｚの信号の分離を行った。例えば、導波する全ての伝播角の光を受光する受光部302の出力から、６°以上の伝播角の光を受光する受光部302の出力を差し引けば、０°の伝播角θｚの信号が得られる。
【００７９】
本実施例２の電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、光デバイス間で光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認した。すなわち、異なる厚さ方向伝播角を用いた多重通信（パラレル伝送）が有効に働くことを確認できた。
【００８０】
本実施例は、複数の独立した情報が複数の光線に載せられ、あたかも４本の伝送路で伝送しているかのように１本の光伝送シート101で多重光通信できる点が大きな特徴となっている。こうして、実施例１と同様、多重伝送が極めて単純な構成で実現でき、容易かつ低コストで光電融合配線基板を実現できた。
【００８１】
（実施例３）
本実施例においては、光伝送シート101として、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。実施例1、２に準じて、光伝送シート101の構成の違いを考慮して、本実施例の伝播角設定器107と伝播角分別器108には、目的に応じて光学的な最適設計を施してある。
【００８２】
本実施例では、光伝送シート101の裏表両面に光デバイス102、103を実装した。光デバイスとしては、発光デバイス102と受光デバイス103がスタックされた一体型光デバイスを用いてもよい。これにより、高密度の実装が可能となり、さらに実装における生産性が向上する。
【００８３】
さらに、光回路（光伝送シート101）と、電子デバイス105が実装されたプリント基板とを積層、接着することで、図６に示す様な積層された高密度実装形態の光電融合基板とした。図６では、全ての光デバイスが光伝送シート101内に埋め込まれた形態で描いてあるが、勿論、上記実施例で説明したように表面上に実装してもよい。
【００８４】
光デバイスを光伝送シート101内に埋め込んだ場合、光デバイスは光伝送シート101と直接的に光学的に結合できるので、上記実施例の如き伝播角設定器や伝播角分別器は必要としない。発光デバイスとしてリングレーザーなどを用いて、シート面内方向３６０度にわたって光を伝播することができる。この場合、厚さ方向伝播角を設定するための伝播角設定器として、発光部に取り付けられたレンズやプリズムなどを用い得てもよい。また、発光デバイスの埋め込み姿勢を適当に制御して厚さ方向伝播角を設定したり、受光デバイスの埋め込み姿勢を適当に制御して受光できる伝播光の厚さ方向伝播角範囲を設定することができる。これらの場合、球状デバイスなども用いられる。球状デバイスは、球面上に形成される電極の形状で光放射態様や受光態様を設定でき、球状Ｓｉ基板上にクラッド層で挟まれた活性層を形成して構成される。
【００８５】
本実施例は実施例１と同様な効果を有する。さらに加えて、光回路と電気回路が積層した構造の光電融合基板であるので、高密度の実装がなされ得る。また、上記厚さと材料の光伝送シート101であるので、光伝送シート101が薄く、耐熱性、耐薬品に優れた光電融合基板を実現できる。
【００８６】
（実施例４）
本実施例においては、光伝送シート101としてシリコン基板（厚さ５００ミクロン程度）を用いた。次いで、光デバイス形状に合わせてフォトリソとウエットエッチでＳｉに光デバイス用嵌め込み孔を形成し、それに合わせて伝播角設定器、伝播角分別器を形成した。本実施例でも、実施例1、２に準じて、光伝送シート101の構成の違いを考慮して、本実施例の伝播角設定器107と伝播角分別器108の構造には、目的に応じて光学的な最適設計を施してある。
【００８７】
更に、シリコン基板の表裏に、真空蒸着によりアルミからなる電気配線パターンを形成し、各種電子デバイス105を基板上に配し、更に光デバイスを上記嵌め込み孔に嵌め込むことで実装して光電融合配線基板とした。光デバイスは、１．３μｍ帯のＩｎＧａＡｓＰ系ＶＣＳＥＬからなる発光デバイス、及びＩｎＧａＡｓの受光デバイスを用いた。
【００８８】
本実施例の電子デバイス及び光デバイスを動作させたところ、電子回路及び光回路が形成されており、所望の動作を行うことを確認できた。
【００８９】
本実施例は実施例２と同様な効果を１．３μｍ帯で実現した。また、シリコン基板自身を導波路層として用いることで、高密度な実装を可能とした。さらに、シリコン基板に電子回路を作り込むことで、更なる高密度化が実現できる。
【００９０】
（実施例５）
本実施例は、上述の光電融合基板の応用例であり、図２を用いて説明する。図２において、101は光伝送シート、104は表面に形成された電気配線、105は電子デバイスであり、光Ｉ／Ｏ機能付ＩＣ、たとえばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＦ発振器等に発光デバイス、受光デバイスを付与したものである。光電融合基板の各構成部分としては、上記実施例で説明した構成を適用することができる。
【００９１】
以下、動作原理について説明する。
送信機能は次の様になる。
図２において、光Ｉ／Ｏ機能付ＬＳＩ105の出力電気信号（ＣＭＯＳロジック）は、電気配線104を介して近傍の電子デバイス105に信号を伝送することができる。また、光Ｉ／Ｏデバイスを駆動して出力光信号を発生し、光伝送シート101を介して、信号を伝達することも可能ある。場合に応じて、いずれかの方法を選択する。
【００９２】
ＬＳＩのロジック信号（たとえばＣＭＯＳなら３．３Ｖ）は、発光デバイス102を駆動するのに十分な電圧である。光デバイス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。発光デバイス102は複数の発光部を有し、伝播角θｚを用いた多重通信がなされる。このとき、光は多方向に放射されるため、特別な光学系なしで光伝送シート101全面に拡散伝播していく。
【００９３】
受信機能は次の様になる。
光伝送シート101の任意の方向から伝播してくる入力光信号は、受光素子103に取り込まれて電子信号に変換される。変換された電気信号は入力電気信号として近接するＬＳＩ105内部に取り込まれて処理される。この際、受光素子103にととも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。
【００９４】
以上の様に本実施例を用いれば、電気配線だけでは困難だった配線遅延問題とＥＭＩ問題の同時解決が可能である。
【００９５】
従来、自由に配線パターンを選べないこと或いは配線距離が等長にできないことによる配線遅延や、高速大電流動作によるＥＭＩの影響が無視できなかったが、本発明によれば、最短距離でかつ電磁無誘導で配線できるため、これらの問題点を一挙に解決できた。
【００９６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光伝送シートでは、２次元導波路を適用することで柔軟な光回路構成を簡易に実現でき、さらには、厚さ方向の伝播角θｚの制御により光信号の多重化やルーティングが可能となり、大量な情報を高速に扱うことができる。
【００９７】
また、本発明の光回路と電子回路が共存する光電融合基板において、光電融合基板に上記光伝送シートを用いることで、電磁放射ノイズの少ない光電融合配線基板を比較的簡単な構成で容易かつ低コストに実現できる。そして、基板の任意位置にＥＭＩフリーでデバイスを配置でき、さらに光配線が電気配線設計を制限することなく電気配線でも光配線でも自由に選択できて、新たな信号多重化やルーティングの下に大量な情報を高速に扱うことができる。
【００９８】
さらに、上記光回路（光伝送路シート）を用いて、柔軟な多重化通信を簡易に可能とする、大量な情報を高速に取り扱える光伝送方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電融合配線基板の一例を示す平面と断面の模式図である。
【図２】本発明の光電融合配線の一例を示す模式的斜視図である。
【図３】所望の厚さ方向伝播角とシート面内方向伝播角範囲（ここでは３６０°にわたる）の光伝播を行なう伝播角設定器の一例を示す平面と断面と斜視の図である。
【図４】複数の発光部を有した発光デバイスを適用した伝播角θｚを用いた多重通信を行なう光電融合配線基板の一例を示す平面と断面の模式図である。
【図５】伝播角θｚの分布の制御例を示した図である。
【図６】電子回路と光回路を積層した光電融合基板の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
101    光伝送シート
102    発光デバイス
103    受光デバイス
104    電気配線
105    電子デバイス
106    光線
107    伝播角設定器
108    伝播角分別器
201    伝播角θｚ
202    頂角α
301    発光部
302    受光部
【図１】
0003833131.tif 000002
【図２】
0003833131.tif 000003
【図３】
0003833131.tif 000004
【図４】
0003833131.tif 000005
【図５】
0003833131.tif 000006
【図６】
0003833131.tif 000007