(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に設けられた段差部の段差方向に光信号の入射または出射を行う複数の入出射部を有する透光性媒体が前記段差方向と直交する厚さ方向に複数積層された積層透光性媒体と、前記透光性媒体の他端に設けられた光信号を反射する反射手段と、前記段差部の段差方向に前記各入出射部との距離がそれぞれ略一定となるように配置された受光素子および発光素子とを備えたことを特徴とする光信号伝達装置。
【請求項２】
前記受光素子が、受光素子保持部材に保持されることを特徴とする請求項１記載の光信号伝達装置。
【請求項３】
前記発光素子が、発光素子保持部材に保持されることを特徴とする請求項１または２記載の光信号伝達装置。
【請求項４】
一対の受光素子および発光素子が、段差を有する受発光素子保持部材に段違いに保持されることを特徴とする請求項１記載の光信号伝達装置。
【請求項５】
一対の受光素子および発光素子が、段差を形成したフレキシブル基板に段違いに保持されることを特徴とする請求項１記載の光信号伝達装置。
【請求項６】
一端に設けられた段差部の段差方向に光信号の入射または出射を行う複数の入出射部を有する透光性媒体が前記段差方向と直交する厚さ方向に複数積層された積層透光性媒体と、前記透光性媒体の他端に設けられた光信号を反射する反射手段と、前記段差部の段差方向に各入出射部との距離が受光素子毎および発光素子毎にそれぞれ略一定となるように配置された受光素子および発光素子とを備えたことを特徴とする光信号伝達装置。
【請求項７】
前記発光素子とそれに対応する前記入出射部間の距離が、前記受光素子とそれに対応する前記入出射部間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項６記載の光信号伝達装置。
【請求項８】
前記反射手段が、光信号を反射拡散する反射拡散膜であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光信号伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の伝送を担う光データバスを構成する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】
また、特開２０００−８１５２４号公報には、同一基板上の、一対の発光受光素子間の光送受信を、基板に設けた貫通穴を通して行う技術が開示されている。同一面にある発光受光素子間の通信も、二つの貫通穴と光導波路を使うことによって実現される。しかし、この技術においては、バックプレーンバスのように複数のチップあるいはドーターボード間を接続して通信を行うことはできず、また一つのチップあるいはドーターボードから複数のチップあるいはドーターボードへのブロードキャスト通信ができない。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【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、平板導光路を用いる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、光の利用効率が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】
この種の平板導光路を複数並べて多ビット伝送路をコンパクトに実現するためには、平板導光路を各入出射部からの光信号が段差部の段差方向より入射または出射するように構成する必要がある。しかしながら、このように構成すると、従来、受光素子および発光素子は１つの平面基板上に実装されていることから、各入出射部とそれに対応する受光素子および発光素子との間の距離がそれぞれ違ってくるという状況が生ずる。このような状況が生ずると、伝送の均一性が低下するという問題がある。
【００１１】
従って本発明の目的は、光データバスにおいて光伝送の均一性を保つことができる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、一端に設けられた段差部の段差方向に光信号の入射または出射を行う複数の入出射部を有する透光性媒体と、前記透光性媒体の他端に設けられた光信号を反射する反射手段と、前記段差部の段差方向に前記各入出射部との距離がぞれぞれ略一定となるように配置された受光素子および発光素子とを備えた光信号伝達装置により、達成される。
【００１３】
ここで、前記受光素子は受光素子保持部材に保持され、また前記発光素子は発光素子保持部材に保持されるように構成することができる。これらの保持部材は基板に固定される。さらに、一対の受光素子および発光素子は、段差を有する受発光素子保持部材あるいはフレキシブル基板に段違いに保持されるように構成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る光信号伝達装置は、一端に設けられた段差部の段差方向に光信号の入射または出射を行う複数の入出射部を有する透光性媒体と、前記透光性媒体の他端に設けられた光信号を反射する反射手段と、前記段差部の段差方向に各入出射部との距離が同種の素子毎にそれぞれ略一定となるように配置された受光素子および発光素子とを備えて構成される。この場合、前記発光素子とそれに対応する前記入出射部間の距離を、前記受光素子とそれに対応する前記入出射部間の距離よりも大きくすることができる。
【００１５】
さらに、前記透光性媒体は、その厚さ方向に複数積層することができ、また前記反射手段は、光信号を反射拡散する反射拡散膜とすることができる。
このように構成することにより、光伝送の均一性が保たれ、小型かつシンプルで高い伝送効率を有する光信号伝達装置を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１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）は斜視図、（ｂ）は側面図である。同図に示すように、透光性媒体１は、一端に複数の段差部２が設けられており、その段差部には、それぞれ光信号の入射または出射を行う入出射部３が形成されている。入出射部３は図示のように４５°の斜め面を有しており、従って光信号は段差方向Ａより入射し、または出射する。本実施例では、透光性媒体１が、その厚さ方向Ｂに４層積層されている。透光性媒体１の他端には、光信号を反射拡散する反射拡散膜４が配置される。
【００１７】
受光素子５および発光素子６は、段差部２の段差方向Ａにおける各入出射部３との距離がそれぞれ略一定となるように配置される。受光素子５は、透光性媒体１の厚さ方向Ｂに延びる受光素子基板７に保持される。また、発光素子６は、同様に、厚さ方向Ｂに延びる発光素子基板８に保持される。受光素子基板７および発光素子基板８は、それぞれ電気コネクタ９を介して電子回路基板１０に固定される。透光性媒体１もこの電子回路基板１０に固定してもよいが、図示しないベースに固定してもよい。
【００１８】
各部の具体的な数値例を以下に示す。透光性媒体１は、例えば、透明アクリルで作製され（ガラスでもその他の透明樹脂でも良い）、全長１５０ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍであり、反射拡散膜４が配置されている端面から、最も近い入出射部までの距離が８０ｍｍ、段差部２の長さが１０ｍｍ、段差部２の幅が１ｍｍ、入出射部３（エリア）のサイズは１ｍｍ×１ｍｍとされる。反射拡散膜４は、例えば、反射拡散の拡散角が半値全角（ＦＷＨＭ）で４０度（円形ガウス分布の拡散）とされる。受光素子５は、例えば、Ｓｉ−ＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）であり、受光エリアサイズは、φ０．８ｍｍ（円形）である。発光素子６は、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）であり、その波長は７８０ｎｍ、発散角（全角）は２０度である。ＬＤおよびＰＤのパッケージは、例えばＣＡＮパッケージである。また、例えば、ＬＤ発光面およびＰＤ受光面〜透光性媒体（入出射部）の距離はそれぞれ１．３ｍｍ、ＬＤパッケージ表面およびＰＤパッケージ表面〜透光性媒体（入出射部）の距離はそれぞれ０．５ｍｍとされる。以上の位置決めの誤差は例えば±０．１ｍｍとされる。
【００１９】
次に、本実施例の動作を説明する。図１（ｂ）に示すように、発光素子６から透光性媒体１に入射した光信号は、対応する入出射部３の斜め面で反射され、透光性媒体１内を進んで反射拡散膜４で反射拡散され、さらに各入出射部３の斜め面で反射を受けて出射されて、各受光素子５により受光される。上述のように、受光素子５および発光素子６は、段差方向Ａにおいて各入出射部３との間の距離が略一定となるように配置されているので、光信号の伝送の均一性が保たれ、伝送効率を向上することができる。また、受光素子基板７や発光素子基板８は、上述のとおり電子回路基板１０に保持されるので、別途保持部材を設ける必要がないという利点がある。
【００２０】
図２は、本発明に係る光信号伝達装置の他の実施例を示す図である。本実施例の透光性媒体１は、図１の実施例と同様に構成される。本実施例では、透光性媒体１の他端に、反射拡散膜に代えて、光信号を反射する鏡面反射膜２１が配置される。また、一対の受光素子基板７（または受光素子５）および発光素子基板８（または発光素子６）が、段差を有する受発光素子保持部材２２により段違いに保持される。これにより、受光素子５および発光素子６は、段差部２の段差方向Ａにおける各入出射部３との距離が略一定となる。この受発光素子保持部材２２は、図示はしないが、電子回路基板１０に固定することができる。
【００２１】
本実施例では、各発光素子６から透光性媒体１に入射した光信号は、対応する入出射部３の斜め面で反射され、透光性媒体１内を進んで鏡面反射膜２１で反射され、さらに各入出射部３の斜め面で反射を受けて出射されて、各受光素子５によって受光される。本実施例においても、受光素子５および発光素子６は、段差部２の段差方向Ａにおける各入出射部３との距離が略一定となるように配置されているので、光信号の伝送の均一性が保たれ、伝送効率を向上することができる。
【００２２】
図３は、本発明に係る光信号伝達装置の更に他の実施例を示す図である。本実施例の透光性媒体１も、図１の実施例と同様に構成される。本実施例では、透光性媒体１の他端に、光信号を反射拡散する反射拡散膜４が配置される。また、一対の受光素子基板７（または受光素子５）および発光素子基板８（または発光素子６）が、段差を形成したフレキシブル基板３１により段違いに保持される。これにより、受光素子５および発光素子６は、段差部２の段差方向Ａにおける各入出射部３との距離が略一定となる。このフレキシブル基板３１は、図示はしないが、電子回路基板１０に固定することができる。
【００２３】
本実施例では、各発光素子６から透光性媒体１に入射した光信号は、対応する入出射部３の斜め面で反射され、透光性媒体１内を進んで反射拡散膜４で反射拡散され、さらに各入出射部３の斜め面で反射を受けて出射されて、各受光素子５によって受光される。本実施例においても、受光素子５および発光素子６は、段差部２の段差方向Ａにおける各入出射部３との距離が略一定となるように配置されているので、光信号の伝送の均一性が保たれ、伝送効率を向上することができる。
【００２４】
図４は、本発明に係る光信号伝達装置の更に他の実施例を示す図である。本実施例の透光性媒体１も、図１の実施例と同様に構成される。本実施例では、透光性媒体１の他端には、光信号を反射拡散する反射拡散膜４が配置される。また、一対の受光素子５（例えば、ＰＤ）および発光素子６（例えば、ＬＤ）が、段差のない受発光素子基板４１に保持される。この場合、例えば、ＬＤ発光面〜透光性媒体（入出射部）の距離は２．３ｍｍ、ＬＤパッケージ表面〜透光性媒体（入出射部）の距離は１．５ｍｍ、ＰＤ受光面〜透光性媒体（入出射部）の距離は１．３ｍｍ、ＰＤパッケージ表面〜透光性媒体（入出射部）の距離は０．５ｍｍとされる。
【００２５】
このように、本実施例では、発光素子６とそれに対応する入出射部３間の距離が、受光素子５とそれに対応する入出射部３間の距離よりも大きくされる。ただし、同種の素子毎では、段差部２の段差方向において各入出射部との間の距離は略一定とされる。この受発光素子基板４１は、図示はしないが、電子回路基板１０に固定することができる。
【００２６】
本実施例では、各発光素子６から透光性媒体１に入射した光信号は、対応する入出射部３の斜め面で反射され、透光性媒体１内を進んで反射拡散膜４で反射拡散され、さらに各入出射部３の斜め面で反射を受けて出射されて、各受光素子５により受光される。本実施例では、発光素子６とそれに対応する入出射部３間の距離が、受光素子５とそれに対応する入出射部３間の距離よりも大きくされているが、発光素子６の発光点は小さく、そこからの入射光は、受光素子５への出射光に比べて広がりが少ないので、伝送ロスは小さく、問題はない。また、本実施例の場合も、同種の素子毎にみると、各素子と段差部の段差方向における各入出射部との距離は略一定とされているので、光信号の伝送の均一性が保たれ、伝送効率を向上することができる。さらに、本実施例で用いる受発光素子基板４１は、段差を形成する必要がないので、構造が簡単になるという利点もある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、光データバスにおいて光伝送の均一性を保つことができる光信号伝達装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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）は斜視図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明に係る光信号伝達装置の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る光信号伝達装置の更に他の実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る光信号伝達装置の更に他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  透光性媒体
２  段差部
３  入出射部
４  反射拡散膜
５  受光素子
６  発光素子
７  受光素子基板
８  発光素子基板
９  電気コネクタ
１０  電子回路基板
【図１】
0003820881.tif 000002
【図２】
0003820881.tif 000003
【図３】
0003820881.tif 000004
【図４】
0003820881.tif 000005