JP2000111863A - 光伝送デバイス、光データバス、および信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】データの伝送不良が防止でき、入射した光を複
数の出射位置に伝送するとともに、入射位置と出射位置
との相対的な位置関係による、出射位置から出射される
信号光の強度のバラツキが抑制され、小型で、光の利用
効率の向上が図られた光伝送デバイス、その光伝送デバ
イスを適用した光データバス、および、その光データバ
スを適用した信号処理装置を提供する。 【解決手段】透光性媒体１０に形成された複数の凹部１
１に、紫外線硬化ポリマーとシアノビフェニル系ネマテ
ィック液晶との混合物からなる高分子分散液晶１３を充
填し、紫外線を照射して屈折率変化部材２０を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号光を伝送する
透光性媒体からなる光伝送デバイス、信号光を入射し、
その入射した信号光を伝送して出射する光データバス、
および、その光データバスを適用した信号処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】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。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。接続線の多層化と微細化によ
り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：Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ
ｃｅ）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。

【０００３】この様な問題を解決し並列バスの動作速度
の向上を図る為に、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。
光インターコネクション技術の概要は、『内田禎二、回
路実装学術講演大会 １５Ｃ０１，ｐｐ．２０１〜２０
２』や『富室 久他.,“光インタコネクション技術の現
状と動向 "，ＩＥＥＥ Ｔｏｋｙｏ Ｓｅｃｔｉｏｎ
Ｄｅｎｓｈｉ Ｔｏｋｙｏ Ｎｏ．３３ ｐｐ．８１
〜８６，１９９４』に記載されている様に、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来提案された様々な
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
データ伝送方式をデータバスに適用した例が開示されて
おり、そこには、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光デ
ータ・バスが提案されている。この方式では、ある１枚
の回路基板から送られた信号光が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信号光を送ると
いうように、各回路基板が順次直列に配列され各回路基
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・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、隣接する回路基板表裏両面に
配置されている発光／受光デバイスの光学的位置合わせ
が行なわれすべての回路基板が光学的に結合しているこ
とが必要となる。さらに、自由空間を介して結合されて
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。

【０００５】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
が開示されている。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。

【０００６】また、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
つかの方法が提案されている。

【０００７】特開昭５８−４２３３３号公報では、ハー
フミラーを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。この例では、ハーフミラーを用いてい
るため、装置が大型化するという問題があり、また各ミ
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。さらに、ハーフミラーを通過した伝送光の光
強度は、そのハーフミラーに入射する前と比較してほぼ
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、受光デバイスでの十分な光強
度が得られなくなり、信号伝送ができなくなるという問
題がある。

【０００８】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から信号光
を入射し、各々のレンズにより信号光を出射する方法が
開示されている。この方法では、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、信号光の入射位置
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。

【０００９】また、分岐比率を入力端から順次大きくす
ることで、ほぼ均等な光信号が伝送できる光ファイバを
使った光バス方式が、特開昭６３−１２２３号公報に開
示されており、このような方式に適応可能なカプラの形
成方法が、ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．８，Ｎｏ．１
２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ（１９９６）に述べられている。
光ファイバに形成されたＶ溝により、分岐を行うもので
あるが、そのＶ溝のサイズを調整することで均等な光量
での分岐伝送が見込めるものの、作製が非常に困難であ
り、接続数が増大した場合に各接続点における伝送光量
は非常に小さくなる。例えば、接続数を２０程度、伝送
及び結合等の損失が全く無い場合を仮定しても、各接続
点での光利用効率は概ね５％程度となる。さらに接続数
が増加すれば、さらに光利用効率が低下する。

【００１０】特開平６−１３２９０３号公報には、スイ
ッチング素子を使った光接続装置が開示されている。こ
の装置は、マイクロミラーデバイスに可動反射面を設
け、その可動反射面を利用して自由空間を介在させた光
伝送を行うものである。この装置は、上述したように自
由空間を介在させた光伝送の為、システムフレーム内の
環境の影響を受けやすく、光学的位置合わせが困難にな
るという問題がある。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑み、データの伝送
不良が防止でき、入射した光を複数の出射位置に伝送す
るとともに、入射位置と出射位置との相対的な位置関係
による、出射位置から出射される信号光の強度のバラツ
キが抑制され、小型で、光の利用効率の向上が図られた
光伝送デバイス、その光伝送デバイスを適用した光デー
タバス、および、その光データバスを適用した信号処理
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光伝送デバイス
は、信号光を伝送する透光性媒体からなる光伝送デバイ
スにおいて、信号光が入射する少なくとも一つの信号光
入射口と、上記信号光入射口から入射した信号光の伝送
経路上に配置された、電圧印加により屈折率の変化を生
じる屈折率変化部材を有しその屈折率変化部材の屈折率
変化に応じて、伝送されてきた信号光をさらに伝送し、
あるいは外部に出射する、複数の信号光出射口とを備え
たことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の光データバスは、 （１）電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率変化
部材を有しその屈折率変化部材の屈折率変化に応じて、
上流側から伝送してきた信号光をそのまま下流側に伝送
し、あるいは信号光を入射してその入射した信号光を下
流側に伝送する複数の信号光入射口 （２）上記信号光入射口から入射した信号光の伝送経路
上に配置された、電圧印加により屈折率の変化を生じる
屈折率変化部材を有しその屈折率変化部材の屈折率変化
に応じて、伝送されてきた信号光をさらに伝送し、ある
いは外部に出射する、複数の信号光出射口を備えたこと
を特徴とする。

【００１４】また、本発明の信号処理装置は、 （１）基体 （２）信号光を出射する信号光出射体およびその信号光
出射体から出射される信号光に担持させる信号を生成す
る電子回路と、信号光を入射する信号光入射体およびそ
の信号光入射体から入射した信号光が担持する信号に基
づく信号処理を行なう電子回路とのうちの少なくとも一
方が搭載された複数枚の回路基板 （３）電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率変化
部材を有しその屈折率変化部材の屈折率変化に応じて、
上流側から伝送してきた信号光をそのまま下流側に伝送
し、あるいは信号光を入射してその入射した信号光を下
流側に伝送する複数の信号光入射口と、上記信号光入射
口から入射した信号光の伝送経路上に配置された、電圧
印加により屈折率の変化を生じる屈折率変化部材を有し
その屈折率変化部材の屈折率変化に応じて、伝送されて
きた信号光をさらに伝送し、あるいは外部に出射する、
複数の信号光出射口とを備えた光データバス （４）上記回路基板を、その回路基板に搭載された信号
光出射体ないし信号光入射体が、それぞれ上記光データ
バスの信号光入射口ないし信号光出射口と光学的に結合
される状態に、上記基体上に固定する複数の基板固定部
を備えたことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１実施形態である光伝
送デバイスの上面図、図２は、その光伝送デバイスをＡ
−Ａ方向に見た断面図である。

【００１７】この光伝送デバイス４０は、図２に示すよ
うに、一方の端部に信号光が入射する信号光入射口４１
を備えており、その信号光入射口４１から入射した信号
光は光伝送デバイス４０内部を矢印ｘ方向に伝送する。
その信号光入射口４１から入射した信号光の伝送経路上
には、電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率変化
部材２０を有する複数の信号光出射口４２が備えられて
おり、これら複数の信号光出射口４２は矢印ｘ方向に並
んでいる。ここでは、３つの信号光出射口４２が示され
ている。これら複数の信号光出射口４２は、屈折率変化
部材２０の屈折率に応じて、信号光入射口４１から入射
し内部を伝送してきた信号光をさらに伝送し、あるいは
外部に出射するものである。

【００１８】この光伝送デバイス４０は、図２に示すよ
うに、上面に複数の凹部１１が形成された、ｘ方向に延
在する直方体形状の透光性媒体１０を備えており、これ
ら複数の凹部１１それぞれに、複数の信号光出射口４２
それぞれが有する屈折率変化部材２０が充填されてい
る。また、この透光性媒体１０の一方の端面１２に信号
光入射口４１が設けられている。さらに、この光伝送デ
バイス４０はガラス基板３０を備えている。このガラス
基板３０の、屈折率変化部材２０に対応した位置には、
図１に示すように、一対の直線状の透明電極３１，３２
が互いに平行に延在するようにパターニングされてお
り、この一対の透明電極３１，３２がパターニングされ
たガラス基板３０は、図２に示すように、透光性媒体１
０に圧着されている。尚、図１には、屈折率変化部材２
０に電圧を印加する電源４３が示されており、図２で
は、電源４３は、図示省略されている。

【００１９】以下に、この光伝送デバイス４０の製造方
法について説明する。

【００２０】図３〜図６は、その製造方法の説明図であ
る。

【００２１】先ず、透光性媒体を用意する。ここでは、
透光性媒体として、両端面が正方形（１辺が２００μ
ｍ）である直方体形状の、ＳｉＯ₂−Ｂ₂Ｏ₃−Ｋ₂Ｏ−Ｋ
Ｆ系のガラス（屈折率：１．５２）を用意し、そのガラ
スの上面に複数の凹部を形成する。

【００２２】図３は、その凹部が形成された透光性媒体
を示す断面図である。

【００２３】ここでは、凹部１１の寸法が、長さ２００
μｍ、幅２００μｍ、深さ１０μｍとなるように、直方
体形状のガラスの上面を研削する。このようにガラスを
研削することにより、図３に示すように、凹部１１が形
成された透光性媒体１０が作製される。次に、この凹部
１１に高分子分散液晶を充填する。

【００２４】図４は、その凹部に高分子分散液晶が充填
された透光性媒体を示す断面図である。

【００２５】ここでは、高分子分散液晶１３の材料とし
て、紫外線硬化ポリマーとシアノビフェニル系ネマティ
ック液晶との混合物を用いる。紫外線硬化ポリマーの屈
折率は、電圧印加時、非印加時いずれの場合も１．５２
であり、シアノビフェニル系ネマティック液晶の屈折率
は、電圧印加時が１．５２、非印加時が１．７５であ
る。高分子分散液晶１３を充填した後、透光性媒体１０
に、ＩＴＯ等の一対の透明電極３１，３２がパターニン
グされたガラス基板３０を対向させ（図５参照）、その
後、図６に示すように、ガラス基板３０を透光性媒体１
０に重ねて紫外線（ＵＶ）を照射する。紫外線を照射す
ることにより高分子分散液晶１３中の紫外線硬化ポリマ
ーが重合する。これにより、屈折率変化部材２０が形成
され、光伝送デバイス４０が製造される（図１、図２参
照）。

【００２６】以下に、上記のようにして製造された光伝
送デバイス４０の作用について図７〜図１０とともに、
必要に応じて図２を参照しながら説明する。

【００２７】図７〜図１０は、光伝送デバイスが備えて
いる信号光出射口の拡大断面図である。尚、図７〜図１
０において、光伝送デバイス４０が備えているガラス基
板３０は図示省略されている。

【００２８】図７は、光伝送デバイスが備えている一対
の透明電極に電圧が印加された状態を示す図、図８は、
その一対の透明電極に電圧が印加された状態において、
屈折率変化部材に信号光が入射した様子を示す図であ
る。尚、図８において、一対の透明電極３１，３２、お
よび電極４３は図示省略されている。

【００２９】一対の透明電極３１，３２に電圧が印加さ
れると、図７に示すように、屈折率変化部材２０を成す
液晶分子２０ａは電界方向に並ぶ。この場合、液晶分子
２０方および重合した紫外線硬化ポリマー２０ｂは、ほ
ぼ同じ屈折率（１．５２）を示す。従って、信号光入射
口４１（図２参照）から入射した信号光が光伝送デバイ
ス４０内部を伝播し屈折率変化部材２０に入射すると、
図８に示すように、その屈折率変化部材２０に入射した
信号光５１は、光伝送デバイス４０内部に向かって反射
する。

【００３０】図９は、一対の透明電極に電圧が印加され
ていない状態を示す図、図１０は、その一対の透明電極
に電圧が印加されていない状態において、屈折率変化部
材に信号光が入射した様子を示す図である。尚、図１０
において、一対の透明電極３１，３２、および電極４３
は図示省略されている。

【００３１】一対の透明電極３１，３２に電圧が印加さ
れない場合、図９に示すように、液晶分子２０ａは粒子
ごとに異なる方向に配列し、液晶分子２０ａおよび重合
した紫外線硬化ポリマー２０ｂは互いに異なる屈折率を
示す。この場合、液晶分子２０ａの屈折率は１．７５、
重合した紫外線硬化ポリマー２０ｂの屈折率は１．５２
である。図１０に示すように、屈折率変化部材２０に入
射した信号光５２は、上方に屈折または散乱し信号光出
射口４２（図２参照）から出射される。

【００３２】この光伝送デバイス４０は、信号光入射口
４１から入射した信号光の伝送経路上に複数の信号光出
射口４２を備えているため、信号光入射口４１から入射
した信号光は確実に複数の信号光出射口４２に伝送され
る。ここで、光伝送デバイス４０が備えている複数の信
号光出射口４２それぞれに伝送されてきた信号光が、外
部に出射せずにそのまま光伝送デバイス４０内部を伝送
するようにするには、図７、図８を参照しながら説明し
たように、複数の信号光出射口４２それぞれに対応した
位置にある屈折率変化部材２０に電圧を印加すればよ
く、一方、複数の信号光出射口４２それぞれに伝送され
てきた信号光を外部に出射するには、図９、図１０を参
照しながら説明したように、複数の信号光出射口４２そ
れぞれに対応した位置にある屈折率変化部材２０に電圧
を印加しなければよい。つまり、屈折率変化部材２０に
電圧を印加するか否かに応じて、複数の信号光出射口４
２それぞれについて独立に、各信号光出射口４２に伝送
されてきた信号光を、さらに光伝送デバイス４０内部を
伝送させるか、あるいは外部に出射するかを調整するこ
とができる。

【００３３】また、この光伝送デバイス４０は、その光
伝送デバイス４０内部を伝送する信号光を外部に取り出
すために、透光性媒体１０の凹部１１に充填された屈折
率変化部材２０を用いている。つまり、信号光を外部に
取り出すためにハーフミラーを用いることは不要であ
り、デバイス自体の小型化が図られている。

【００３４】また、この光伝送デバイス４０は、屈折率
変化部材２０の屈折率を変化させることにより、複数の
信号光出射口４２のうちの所望の信号光出射口４２のみ
から信号光を出射することができる。つまり、光伝送デ
バイス４０を伝送する信号光が、信号光の出射が不要な
信号光出射口４２から出射されることが防止される。従
って、信号光を効率よく所望の信号光出射口４２から出
射させることができ、この光伝送デバイス４０に入射し
た信号光の利用効率の向上が図られる。

【００３５】さらに、この光伝送デバイス４０では、自
由空間ではなくその光伝送デバイス４０内部を信号光が
伝播することにより、信号光の伝送が行われる。従っ
て、埃などによる光の散乱が防止され、データの伝送不
良が防止される。

【００３６】尚、この光伝送デバイス４０では、屈折率
変化部材２０を成す液晶の材料としてシアノビフェニル
系ネマティック液晶を用いているが、この液晶の代わり
に、例えばシアノベンゾエール系ネマティック液晶やフ
ェニルシクロヘキサン系液晶を用いてもよい。

【００３７】また、この光伝送デバイス４０では、紫外
線照射によりポリマーを重合する相分離法を採用して屈
折率変化部材２０を形成しているが、この相分離法の他
に、例えば、加熱重合による相分離法や、溶媒相分離法
等を用いて屈折率変化部材を形成してもよい。また、相
分離法以外の方法として、例えば、多孔質ポリマーに液
晶を注入する含質法や、親水性ポリマーに液晶を分散さ
せる懸濁法等を用いてもよい。

【００３８】また、この光伝送デバイス４０では、電圧
印加時に液晶分子２０ａの配列が揃う屈折率変化部材２
０（つまり、電圧印加時に、屈折率変化部材２０を成
す、液晶分子２０ａおよび重合した硬化ポリマー２１ｂ
が、ほぼ同じ屈折率を示す。図７参照）を備えている
が、この屈折率変化部材２０の代わりに、例えば、重合
性モノマーとして２−エチルヘキシルアクリレート、重
合性オリゴマーとしてＵＮ９０００ＰＥＰ（根上工業
製）、誘電異方性が正の液晶としてＥ−８（メルク製）
を用意し、これらの混合物に電圧を印加しながら紫外線
を照射して重合し、その後液晶をエタノール等の溶媒で
抽出後、負の液晶のＮＲ−１０２３ＸＸ（チッソ石油化
学製）を注入することにより作製されるリバースモード
（電圧非印加時に液晶分子の配列が揃う）の屈折率変化
部材を備えてもよい。

【００３９】さらに、この光伝送デバイス４０では、透
光性媒体１０の凹部１１に充填される高分子分散液晶材
料に含まれる高分子材料として紫外線硬化ポリマーを用
いているが、紫外線硬化ポリマーの代わりにアクリル系
の高分子を用いてもよい。アクリル系の高分子を用いる
と、透光性媒体１０の材料として、ガラスの他に、例え
ばポリメチルメタクリレート等のプラスチック材料を用
いることができる。透光性媒体１０の材料としてプラス
チック材料を使用した場合、高分子分散液晶材料が充填
される凹部を有する透光性媒体は、直方体形状に成形さ
れたプラスチックを研削したり、凹部を有するようにプ
ラスチック材料を射出成形することにより作製できる。

【００４０】図１１は、本発明の第２実施形態である光
伝送デバイスの一部上面図、図１２は、その光伝送デバ
イスをＡ−Ａ方向に見た断面図である。図１１、図１２
において、信号光出射口は一つのみ示されており、さら
に、図１２では、光伝送デバイス６０が備えている光透
光性媒体１０の上面に圧着されているガラス基板３０は
図示されているが、図１１では、そのガラス基板３０は
図示省略されている。

【００４１】この第２実施形態の光伝送デバイスの説明
にあたっては、上述した第１実施形態の光伝送デバイス
との相違点のみについて説明する。

【００４２】この第２実施形態の光伝送デバイス６０
と、第１実施形態の光伝送デバイス４０との相違点は、
第１実施形態の光伝送デバイス４０では、一対の直線状
の透明電極３１，３２（図１参照）が互いに平行にパタ
ーニングされているのに対し、第２実施形態の光伝送デ
バイス６０では、図１１に示すように、一対の櫛形の透
明電極６１，６２それぞれの電極指が交互に入り組むよ
うにパターニングされているの点のみである。

【００４３】このように、透明電極３１，３２を櫛形に
形成することにより、透明電極３０，３１間の距離を短
くできる為、低駆動電圧で屈折率変化部材２０の屈折率
を変化させることができる。

【００４４】図１３は、本発明の第３実施形態である光
伝送デバイスを示す断面図である。

【００４５】この第３実施形態の光伝送デバイスの説明
にあたっては、上述した第１実施形態の光伝送デバイス
との相違点のみについて説明する。

【００４６】この第３実施形態の光伝送デバイス７０
と、第１実施形態の光伝送デバイス４０との相違点は、
第１実施形態の光伝送デバイス４０では、信号光入射口
４１を有する透光性媒体１０には、断面が長方形状の凹
部１１（図２参照）が形成され、信号光出射口４２は、
その凹部１１に充填された屈折率変化部材２０を有する
のに対し、第３実施形態の光伝送デバイス７０では、図
１３に示すように、信号光入射口７５を有する透光性媒
体７１には、断面が楔形状の凹部７２が形成され、信号
光出射口７４は、その凹部７２に充填された屈折率変化
部材７３を有する点のみである。この第３実施形態の光
伝送デバイス７０の屈折率変化部材７３を成す材料は、
第１実施形態の光伝送デバイス４０の屈折率変化部材２
０を成す材料と同じ材料である。尚、図１３において、
光伝送デバイス７０が備えている、屈折率変化部材７３
に電圧を印加するための電極、および、その電極がパタ
ーニングされたガラス基板は図示省略されている。

【００４７】第１実施形態の光伝送デバイス４０では、
図１に示すように、屈折率変化部材７３が充填される凹
部１１の形状を長方形状としたが、凹部１１の形状は長
方形状に限定されるものではなく、図１３に示すよう
に、例えば楔形状に形成してもよい。

【００４８】以下に、第１実施形態の光伝送デバイス４
０（図１，図２参照）、第３実施形態の光伝送デバイス
７０（図１３参照）における入射光の利用効率について
行った実験について説明する。

【００４９】図１４は、その実験結果を示すグラフであ
る。

【００５０】図１４の横軸は角度θであり、縦軸は入射
光利用効率である。ここで、角度θ＝０°のときの入射
光利用効率は、第１実施形態の光伝送デバイス４０にお
ける入射光利用効率であり、その他の角度θ＝５°，１
０°，１５°，２０°のときの入射光利用効率は、第３
実施形態の光伝送デバイス７０において、屈折率変化部
材７３の先端の角度θ（図１３参照）が５°，１０°，
１５°，２０°であるときの入射光利用効率である。ま
た、入射光利用効率とは、第１実施形態の光伝送デバイ
ス４０（角度θ＝０°）、第３実施形態の光伝送デバイ
ス７０（角度θ＝５°，１０°，１５°，２０°）それ
ぞれについて、複数の信号光出射口のうちのある１つの
信号光出射口には電圧を印加せず、残りの信号光出射口
には全て電圧を印加することにより、１つの信号光出射
口から信号光が外部に出射される状態にし、その後、信
号光入射口から信号光を入射した時に、その１つの信号
光出射口から外部に出射される信号光の割合である。

【００５１】図１４から、第１実施形態の光伝送デバイ
ス４０（角度θ＝０°）と、第３実施形態の光伝送デバ
イス７０（角度θ＝５°，１０°，１５°，２０°）と
を比較すると、第３実施形態の光伝送デバイス７０の方
が入射光利用効率が高いことがわかる。また、第３実施
形態の光伝送デバイス７０において、角度θが大きくな
るに従って入射光利用効率が大きくなることがわかる。

【００５２】図１５は、本発明の第４実施形態である光
データバスを用いて相互に光学的に接続された複数の回
路基板を有する本発明の第５実施形態である信号処理装
置の概略構成図である。

【００５３】信号処理装置５００は、本発明にいう基体
の一例である支持基板１００上を備えており、この支持
基板１００には、互いに平行に配列された信号光入射線
２１０および信号光出射線２２０を備えた光データバス
２００が４つ固定されている。

【００５４】支持基板１００上には複数の基板用コネク
タ３００が固定されており、各基板用コネクタ３００に
は、回路基板４００が着脱自在に装着される。各回路基
板４００には、信号光を光データバス２００に向けて投
光する４つの投光素子４２０と、その光データバス２０
０から出射した信号光を受光する４つの受光素子４３０
とが交互に搭載され、さらに、投光素子４２０が投光す
る信号光に担持させる信号を生成するとともに、受光素
子４３０が受光する信号光が担持する信号に基づく信号
処理を行なう電子回路４１０が搭載されている。

【００５５】また、支持基板１００上には、 電源ライン
や電気信号伝送用の電気配線１１０が設けられている。

【００５６】図１６は、図１５に示す信号処理装置が備
えている光データバスを示す上面図、図１７は、図１６
に示す光データバスが備えている信号光入射線を、Ａ−
Ａ方向から見た断面図である。

【００５７】各光データバス２００は、図１６に示すよ
うに、複数の信号光入射口２１５を有する信号光入射線
２１０と、複数の信号光出射口２２５を有する信号光出
射線２２０とを備えている。信号光入射線２１０は、そ
の信号光入射線２１０の、各基板用コネクタ３００に装
着された各回路基板４００（図１５参照）と対向する位
置それぞれに信号光入射口２１５を有し、信号光出射線
２２０は、その信号光出射線２２０の、各基板用コネク
タ３００に装着された各回路基板４００（図１５参照）
と対向する位置それぞれに信号光出射口２２５を有して
いる。信号光入射口２１５および信号光出射口２２５
は、それぞれ、電圧印加により屈折率の変化を生じる屈
折率変化部材２１６，２２６を有する。また、信号光入
射線２１０および信号光出射線２２０は、それぞれ光伝
送媒体２１１，２２１を備えている。これら光伝送媒体
２１１，２２１のうちの光伝送媒体２１１は、その上面
に複数の正方形状の凹部を有しており、その凹部に、各
信号光入射口２１５が有する屈折率変化部材２１６が充
填されている。各信号光入射口２１５は、各屈折率変化
部材２１６の屈折率変化に応じて、上流側（図１６にお
いて、信号光入射線２１０の右端部２１２側）から伝送
してきた信号光をそのまま下流側（図１６において、信
号光入射線２１０の左端部２１３側）に伝送し、あるい
は信号光を入射してその入射した信号光を下流側に伝送
するものである。また、信号光入射線２１０は、複数の
信号光入射口２１５それぞれに対応した位置に、屈折率
変化部材２１６に電圧を印加するための一対の透明電極
２１７，２１８が複数組パターニングされたガラス基板
（図示せず）を備えており、そのガラス基板は、光伝送
媒体２１１の上面に圧着されている。このように、ガラ
ス基板を圧着することにより、図１７に示すように、一
対の透明電極２１７，２１８は、屈折率変化部材２１６
の上面に配置される。また、光伝送媒体２１１の左端部
２１３は４５°に切断されており、その４５°に切断さ
れた部分にＡｌからなる鏡面２１４が形成されている。
この鏡面２１４は、信号光入射口２１５から入射し、光
伝送媒体２１１の左端部２１３に伝送してきた信号光
を、信号光出射線２２０が備えている光伝送媒体２２１
の左端部２２３に向けて反射する反射面である。

【００５８】その光伝送媒体２２１の左端部２２３は、
光伝送媒体２１１の左端部２１３と同様に４５°に切断
されており、その４５°に切断された部分にＡｌからな
る鏡面２２４が形成されている。この鏡面２２４は、信
号光入射線２１０の鏡面２１４により、その光伝送媒体
２２１の左端部２２３に反射された信号光を折り返して
光伝送媒体２２１の右端部２２２に向けて反射する反射
膜である。また、その光伝送媒体２２１の上面には、そ
の光伝送媒体２２１の幅と同じ幅を有する複数の正方形
状の凹部を有しており、その凹部に、各信号光出射口２
２５が有する屈折率変化部材２２６が充填されている。
各屈折率変化部材２２６それぞれは、各屈折率変化部材
２２６の屈折率変化に応じて、下流側（図１６におい
て、信号光出射線２２０の左端部２２３側）から伝送し
てきた信号光をそのまま上流側（図１６において、信号
光出射線２２０の右端部２２２側）に伝送し、あるいは
信号光を外部に出射するものである。また、信号光出射
線２２０は、複数の信号光出射口２２５それぞれに対応
した位置に、屈折率変化部材２２６に電圧を印加するた
めの一対の透明電極２２７，２２８が複数組パターニン
グされたガラス基板（図示せず）を備えており、そのガ
ラス基板は光伝送媒体２２１の上面に圧着されている。
このように、ガラス基板を圧着することにより、図１６
に示すように、一対の透明電極２２７，２２８は、屈折
率変化部材２２６の上面に配置される。また、信号光入
射線２１０および信号光出射線２２０の屈折率変化部材
２１６，２２６は、いずれも、光伝送デバイス４０（図
１、図２参照）が備えている屈折率変化部材２０を成す
材料と同じ材料から作製されており、電圧の非印加時
は、液晶分子はランダムな方向を向き（図９参照）、電
圧が印加されると液晶分子は電界方向に並ぶ（図７参
照）。

【００５９】図１５に戻って説明を続ける。

【００６０】各回路基板４００を各基板用コネクタ３０
０に装着すると、各回路基板４００に搭載された電子回
路４１０は、各基板用コネクタ３００を経由して、 電気
配線１１０と電気的に接続され、さらに、各回路基板４
００に搭載された４つの投光素子４２０それぞれは、４
つの光データバス２００それぞれが有する信号光入射線
２１０の、各回路基板４００と対向する位置にある信号
光入射口２１５（図１６参照）それぞれと光学的に結合
し、４つの受光素子４３０それぞれは、４つの光データ
バス２００それぞれが有する信号光出射線２２０の、各
回路基板４００と対向する位置にある信号光出射口２２
５（図１６参照）それぞれと光学的に結合する。

【００６１】以下に、このように構成された光データバ
ス２００を備えた信号処理装置５００が信号光を送受信
する様子について、図１５、図１６を参照しながら説明
する。

【００６２】この信号処理装置５００が備えている複数
の回路基板４００それぞれに搭載されている投光素子４
２０（図１５参照）のうちの、いずれかの投光素子４２
０から信号光が投光される。各投光素子４２０は、各信
号光入射口２１５（図１６参照）の真上から、各信号光
入射口２１５に信号光を入射する。従って、投光素子４
２０から投光され信号光入射口２１５に入射した信号光
が、信号光入射線２１０の、鏡面２１４が形成された左
端部２１３に向かって伝送されるようにするためには、
信号光入射口２１５に入射した信号光の少なくとも一部
が左端部２１３寄りに屈折する必要がある。そこで、各
信号光入射口２１５が有する屈折率変化部材２１６のう
ち、信号光を投光する投光素子４２０と光学的に結合し
ている屈折率変化部材２１６には電圧を印加せず、信号
光を投光しない投光素子４２０と結合している屈折率変
化部材２１６には電圧を印加する。このように、各屈折
率変化部材２１６への電圧の印加、非印加を調整する
と、信号光を投光する投光素子４２０と結合している屈
折率変化部材２１６については、液晶分子は、粒子ごと
にランダムな方向を向いているため、その屈折率変化部
材２１６の屈折率は部分的に異なる。従って、その屈折
率変化部材２１６に入射した信号光は散乱し、その散乱
した信号光の一部が、信号光入射線２１０の左端部２１
３に向かって伝送される。一方、信号光を投光しない投
光素子４２０と結合している屈折率変化部材２１６につ
いては、液晶分子は電界方向に揃うため、その屈折率変
化部材２１６の屈折率は全体的にほぼ等しい。従って、
電圧が印加されていない屈折率変化部材２１６から入射
した信号光が信号光入射線２１０内部を伝播し、電圧が
印加された屈折率変化部材２１６に到達しても、この電
圧が印加された屈折率変化部材２１６の屈折率は全体的
にほぼ等しいため、信号光はほとんど散乱せず、信号光
入射線２１０の左端部２１３に向けて伝送される。その
左端部２１３に向けて伝送された信号光は、鏡面２１４
で、信号光出射線２２０の左端部２２３に向けて反射さ
れ、信号光出射線２２０に入射する。信号光出射線２２
０の左端部２２３に入射した信号光は、鏡面２２４でそ
の信号光出射線２２０の右端部２２２に向けて反射され
る。ここで、各回路基板４００に搭載されている受光素
子４３０のうち、信号光出射線２２０内部を伝播してき
た信号光を受光させたい受光素子４３０と結合している
屈折率変化部材２２６には電圧を印加せず、信号光出射
線２２０内部を伝播してきた信号光を受光させたくない
受光素子４３０と結合している屈折率変化部材２２６に
は電圧を印加する。このように、各屈折率変化部材２２
６への電圧の印加、非印加を調整すると、電圧が印加さ
れていない屈折率変化部材２２６は屈折率が部分的に異
なるため、信号光出射線２２０内部を伝播しその屈折率
変化部材２２６に到達した信号光は散乱する。このと
き、その散乱した信号光の一部が信号光出射口２２５か
ら出射し、受光素子４３０で受光される。一方、電圧が
印加された屈折率変化部材２１６については、その屈折
率変化部材２１６の屈折率は全体的にほぼ等しい。従っ
て、信号光出射線２２０内部を伝播しその屈折率変化部
材２２６に到達した信号光はほとんど散乱せず、信号光
出射線２２０の右端部２２３に向けて伝送される。

【００６３】このように、屈折率変化部材２１６，２２
６への電圧の印加、非印加を調整することにより、投光
素子４２０から投光された信号光を所望の受光素子４３
０で受光させることができる。

【００６４】尚、この信号処理装置は、信号光入射部２
１５の真上から信号光を入射しているが、信号光入射部
２１５に対し斜めに信号光を入射してもよい。

【００６５】図１８は、屈折率変化部材２１６に電圧を
印加しない状態で、信号光入射部２１５に対し斜めに信
号光が入射する様子を示す図である。この図１８におい
て、屈折率変化部材２１６には電圧が印加されていない
ため、その屈折率変化部材２１６を成す液晶分子２１６
ａの粒子はランダムな方向を向いている。

【００６６】図１８に示すように、信号光入射部２１５
に対し斜めに信号光を入射すると、信号光を真上から入
射するよりも、信号光入射部２１５に入射した信号光を
効率よく信号光入射線２１０の左端部２１３に向けて伝
送することができる。

【００６７】また、この信号処理装置５００では、互い
に平行に配置された信号光入射線２１０および信号光出
射線２２０を備え、それら信号光入射線２１０および信
号光出射線２２０の左端部２１３，２２３それぞれに鏡
面２１４，２２４を設け、この鏡面２１４，２２４によ
り、信号光入射線２１０の左端部２１３に伝送してきた
信号光を折り返して、信号光出射線２２０の右端部２２
２に向けて伝送しているが、互いに平行に配置された信
号光入射線２１０および信号光出射線２２０を備える代
わりに、例えば、同一直線上に配置された信号光入射線
および信号光出射線を備え、信号光入射線に入射した信
号光を直線的に信号光出射線に伝送してもよい。

【００６８】次に、上述した光データバス２００とは異
なる形態の光データバスについて説明する。

【００６９】図１９は、その異なる形態の光データバス
の一例を示す上面図である。

【００７０】この図１９に示す光データバス２５０と、
光データバス２００（例えば図１６参照）との相違点
は、光データバス２５０が備えている信号光入射線２６
０の左端部２６１と、信号光出射線２７０の左端部２７
１とが互いにつながっており、その互いにつながった左
端部２６１，２７１の端面全面に、Ａｌからなる鏡面２
６５が形成されている点のみである。

【００７１】このように、信号光入射線２６０と、信号
光出射線２７０とは、互いにつながっていてもよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
データの伝送不良が防止でき、入射した光を複数の出射
位置に伝送するとともに、入射位置と出射位置との相対
的な位置関係による、出射位置から出射される信号光の
強度のバラツキが抑制され、小型で、光の利用効率の向
上が図られた光伝送デバイス、その光伝送デバイスを適
用した光データバス、および、その光データバスを適用
した信号処理装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光伝送デバイスの上面
図である。

【図２】図１に示すその光伝送デバイスをＡ−Ａ方向に
見た断面図である。

【図３】凹部が形成された透光性媒体を示す断面図であ
る。

【図４】凹部に高分子分散液晶が充填された透光性媒体
を示す断面図である。

【図５】透光性媒体に、一対の透明電極がパターニング
されたガラス基板を対向させた状態を示す図である。

【図６】ガラス基板が重ねられた透光性媒体に紫外線
（ＵＶ）を照射した様子を示す図である。

【図７】光伝送デバイスが備えている一対の透明電極に
電圧が印加された状態を示す図である。

【図８】一対の透明電極に電圧が印加された状態におい
て、屈折率変化部材に信号光が入射した様子を示す図で
ある。

【図９】一対の透明電極に電圧が印加されていない状態
を示す図である。

【図１０】一対の透明電極に電圧が印加されていない状
態において、屈折率変化部材に信号光が入射した様子を
示す図である。

【図１１】本発明の第２実施形態の光伝送デバイスの一
部上面図である。

【図１２】図１１に示す光伝送デバイスをＡ−Ａ方向に
見た断面図である。

【図１３】本発明の第３実施形態の光伝送デバイスを示
す断面図である。

【図１４】実験結果を示すグラフである。

【図１５】本発明の第４実施形態である光データバスを
用いて相互に光学的に接続された複数の回路基板を有す
る本発明の第５実施形態である信号処理装置の概略構成
図である。

【図１６】図１５に示す信号処理装置が備えている光デ
ータバスを示す上面図である。

【図１７】図１６に示す光データバスが備えている信号
光入射線を、Ａ−Ａ方向から見た断面図である。

【図１８】屈折率変化部材２１６に電圧を印加しない状
態で、信号光入射部２１５に対し斜めに信号光が入射す
る様子を示す図である。

【図１９】異なる形態の光データバスの一例を示す上面
図である。

【符号の説明】

１０，７２ 透光性媒体 １１，７３ 凹部 １２ 端面 １３ 高分子分散液晶 ２０，７５，２１６，２２６ 屈折率変化部材 ２０ａ，２１６ａ 液晶分子 ２０ｂ 重合した紫外線硬化ポリマー ３０ ガラス基板 ３１，３２，６１，６２，２１７，２１８，２２７，２
２８ 透明電極 ４０，６０，７０ 光伝送デバイス ４１，７１，２１５ 信号光入射口 ４２，７４，２２５ 信号光出射口 ４３ 電源 ５１ 信号光 １００ 支持基板 １１０ 電気配線 ２００，２５０ 光データバス ２１０ 信号光入射線 ２１１，２２１ 光伝送媒体 ２１２，２２２ 右端部 ２１３，２２３，２６１，２７１ 左端部 ２１４，２２４，２６５ 鏡面 ２２０ 信号光出射線 ３００ 基板用コネクタ ４００ 回路基板 ４１０ 電子回路 ４２０ 投光素子 ４３０ 受光素子 ５００ 信号処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜田 勉 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 EA31 GA02 GA10 HA01 HA06 HA21 HA22 MA06 MA20 2H089 HA04 QA16 TA01 TA07 TA17 UA09 5K002 BA02 BA07 BA21 BA31 GA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号光を伝送する透光性媒体からなる光
   伝送デバイスにおいて、 信号光が入射する少なくとも一つの信号光入射口と、 前記信号光入射口から入射した信号光の伝送経路上に配
   置された、電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率
   変化部材を有し該屈折率変化部材の屈折率変化に応じ
   て、伝送されてきた信号光をさらに伝送し、あるいは外
   部に出射する、複数の信号光出射口とを備えたことを特
   徴とする光伝送デバイス。
2. 【請求項２】 前記屈折率変化部材が、高分子分散液晶
   であることを特徴とする請求項１記載の光接続デバイ
   ス。
3. 【請求項３】 電圧印加により屈折率の変化を生じる屈
   折率変化部材を有し該屈折率変化部材の屈折率変化に応
   じて、上流側から伝送してきた信号光をそのまま下流側
   に伝送し、あるいは信号光を入射して該入射した信号光
   を下流側に伝送する複数の信号光入射口と、 前記信号光入射口から入射した信号光の伝送経路上に配
   置された、電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率
   変化部材を有し該屈折率変化部材の屈折率変化に応じ
   て、伝送されてきた信号光をさらに伝送し、あるいは外
   部に出射する、複数の信号光出射口とを備えたことを特
   徴とする光データバス。
4. 【請求項４】 前記複数の信号光入射口が配列されてな
   る信号光入射伝送部と、該信号光入射伝送部を経由して
   伝送されてきた信号光を折り返して伝送する、前記複数
   の信号光出射光が配列されてなる信号光出射伝送部とを
   備えたことを特徴とする請求項３記載の光データバス。
5. 【請求項５】 基体、 信号光を出射する信号光出射体および該信号光出射体か
   ら出射される信号光に担持させる信号を生成する電子回
   路と、信号光を入射する信号光入射体および該信号光入
   射体から入射した信号光が担持する信号に基づく信号処
   理を行なう電子回路とのうちの少なくとも一方が搭載さ
   れた複数枚の回路基板、 電圧印加により屈折率の変化を生じる屈折率変化部材を
   有し該屈折率変化部材の屈折率変化に応じて、上流側か
   ら伝送してきた信号光をそのまま下流側に伝送し、ある
   いは信号光を入射して該入射した信号光を下流側に伝送
   する複数の信号光入射口と、前記信号光入射口から入射
   した信号光の伝送経路上に配置された、電圧印加により
   屈折率の変化を生じる屈折率変化部材を有し該屈折率変
   化部材の屈折率変化に応じて、伝送されてきた信号光を
   さらに伝送し、あるいは外部に出射する、複数の信号光
   出射口とを備えた光データバス、および前記回路基板
   を、該回路基板に搭載された信号光出射体ないし信号光
   入射体が、それぞれ前記光データバスの信号光入射口な
   いし信号光出射口と光学的に結合される状態に、前記基
   体上に固定する複数の基板固定部を備えたことを特徴と
   する信号処理装置。