JP2001196626A

JP2001196626A - 配線基板間光相互接続装置

Info

Publication number: JP2001196626A
Application number: JP2000000981A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Yamamoto; 剛山本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-01-06
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ボード間光インタコネクション装置におい
て、光送信ブロックと光受信ブロックを配線基板の同一
面上に搭載させる。【解決手段】電気回路、光送信部及び光受信部を搭載
した複数の配線基板が、同一の実装基板上に平行に並ぶ
ように垂直に実装されており、前記複数の配線基板間の
信号伝達を光ビームにより行う配線基板間光相互接続装
置であって、前記配線基板は、前記光ビームが通過する
スルーホールが形成され、かつ、第１主面上に、光送信
部及び光受信部と、前記光送信部で発生した光ビームを
他の配線基板に伝搬させるための第１光ビーム分離素子
と、前記スルーホールを通過した光ビームを前記光受信
部へ導く第２光ビーム分離素子と、前記第２光ビーム分
離素子を通過した光ビームの伝搬方向を前記配線基板に
対して垂直方向に変換する反射ミラーとを有する配線基
板間相互接続装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光相互接続装置に
関し、特に、複数の配線基板をブックシェルフ状に並べ
て実装基板に挿入（実装）し、前記配線基板間を接続す
る信号伝達媒体として光ビームを用いる配線基板間光相
互接続装置に適用して有効な技術である。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体プロセス技術の進展に伴
い、コンピュータやルータに代表される通信装置を構成
する中央演算処理装置（ＣＰＵ）の内部動作クロック周
波数が飛躍的に向上しており、数年以内には内部動作ク
ロック周波数がギガヘルツ（ＧＨｚ）の領域に到達する
ことが確実視されている。一方、前記ＣＰＵの入出力デ
ータバスのクロック周波数は、ＥＭＣ（electromagneti
c compatibility）ノイズやインピーダンス不整合に起
因する信号反射、さらに線路における信号減衰により、
２００メガヘルツ（ＭＨｚ）以下に制限され、前記内部
動作クロック周波数との速度差が徐々に拡大している。
同様の問題は、前記ＣＰＵやメモリが搭載された配線基
板（以下、プリントボードと称する）間を相互接続する
ボード間インタコネクション部において顕著にみられ、
これに起因するデータボトルネックがコンピュータ全体
の処理能力向上を著しく阻害する。たとえば、現在実用
化されているＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）
スイッチを構成するボード間インタコネクションにおい
ては、プリントボードに搭載できる電気コネクタの端子
密度は約１本／ｍｍ²、端子当たりの信号速度は数１０
０Ｍｂｉｔ／ｓが限界とされており、その信号帯域は数
Ｇｂｉｔ／ｓ以下に制限される。

【０００３】この問題を解決するために、高速大容量通
信に適した光相互接続装置（以下、光インタコネクショ
ン装置と称する）の導入が検討されている。前記光イン
タコネクション装置は、半導体レーザ光源とフォトダイ
オードにより構成される光送受信ブロックを備え、前記
光送受信ブロック間を接続する光ファイバを通じて光信
号の相互接続を行う形態が一般的である。前記光インタ
コネクション装置の構成の一例として、複数の面発光レ
ーザ素子を１チップ上に集積化した面発光レーザアレイ
を用いた大規模光インターコネクション装置が挙げられ
る（Y. Ando, "An over 25Gbit/s throughput optical
interconnection for high-speed ATM switching syste
ms", in Proc. Of LEOS9, Vol.1, pp.126-127, Paper M
O1, 1997参照）。

【０００４】しかし、前記光ファイバを用いる構成では
光インタコネクション装置が提供可能な信号帯域は４０
Ｇｂｉｔ／ｓ以下程度であり、少なくとも１００Ｇｂｉ
ｔ／ｓ以上の帯域が要求される将来のスーパーコンピュ
ータや大規模ルータではその容量が不足する。一方、信
号伝達媒体として、導波構造をもたないバルク光学系を
用いるフリースペース光インタコネクションでは、３次
元高密度配線が可能なことから、信号帯域が１Ｔｂｉｔ
／ｓを超える大規模光インタコネクション装置をコンパ
クトに実現できる可能性がある。さらに、光ファイバを
用いる構成で問題となる信号到達時間のばらつき、いわ
ゆるファイバスキューの影響を受けないだけでなく、光
結合損失が比較的小さいという特徴を備える。前記フリ
ースペース光インタコネクション装置の構成の一例とし
て、面発光レーザアレイとマイクロレンズアレイ、およ
び装置間の位置ずれを補正する頂角可変プリズムを用い
た超並列フリースペース光インタコネクション装置が挙
げられる（T. Yamamoto, et.al., "Active alignment o
f massively parallel free-space board-to-boardopti
cal interconnections using an adjustable liquid pr
ism", in Teck. Dig. Of PS96, Vol.1, pp.192-193, 19
96 参照）。

【０００５】現在、これらの光インタコネクション装置
は研究段階にあるが、光ファイバを用いるタイプの小規
模な装置はすでに市販されており、すでにスーパーコン
ピュータや大規模通信装置に導入されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の技術では、前記プリントボード間を光信号で接続す
るための光送受信ブロックを構成する光送信部と光受信
部を、それぞれ分割して前記プリントボードの両面に搭
載する必要がある。現在、電気部品は前記プリントボー
ドの片面のみに搭載する場合がほとんどであるため、前
記プリントボードの両面に光送信部及び光受信部を分割
して搭載するには、部品実装形態の大幅な見直しが必要
となるという問題があった。

【０００７】また、前記ボード間フリースペース光イン
タコネクション装置のように、プリントボードの両面に
光送信部および光受信部を搭載する構成では、各光送受
信ブロックを冷却するためのクーリングコンタクトを設
けることができないという問題があった。

【０００８】また、各プリントボードに光軸調整用の頂
角可変プリズムを装備すると、前記頂角可変プリズムが
比較的高価であるため、プリントボードの数が多くなる
とボード間光インタコネクション装置も高価になるとい
う問題があった。

【０００９】また、前記ボード間インタコネクション装
置では、スケーラビリティを考慮すると、光信号の接続
は必ずしも隣接スロットに挿入されたプリントボード間
だけではなく、任意のスロットに挿入されたプリントボ
ード間、あるいは数枚のプリントボードを飛び越して信
号接続を行えることが望ましいが、従来のボード間光イ
ンタコネクション装置では、あるプリントボードの光送
信部と向かい合った光受信部の間でのみ光信号が接続さ
れるため、数枚のプリントボードを飛び越して信号接続
させることができないという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、ボード間光インタコネク
ション装置において、電気部品及び光送受信ブロック
を、プリントボードの片面に実装させることが可能な技
術を提供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、ボード間光インタコ
ネクション装置において、低価格の光学部品を用いた構
成部品間の高精度の位置合わせが可能な技術を提供する
ことにある。

【００１２】本発明の他の目的は、ボード間光インタコ
ネクション装置において、任意の位置関係にあるプリン
トボード間で光信号接続をすることが可能な提供するこ
とにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明ら
かになるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１５】（１）電気回路、光送信部及び光受信部を
搭載した複数の配線基板が、同一の実装基板上に平行に
並ぶように垂直に実装されており、前記複数の配線基板
間の信号伝達を光ビームにより行う配線基板間光相互接
続装置であって、前記配線基板は、前記光ビームが通過
するスルーホールが形成され、かつ、第１主面上に、光
送信部及び光受信部と、前記光送信部で発生した光ビー
ムを他の配線基板に導くための第１光ビーム分離素子
と、前記スルーホールを通過した光ビームを前記光受信
部へ導く第２光ビーム分離素子と、前記第２光ビーム分
離素子を通過した光ビームの伝搬方向を前記配線基板に
対して垂直方向に変換する反射ミラーとを有する配線基
板間光相互接続装置である。

【００１６】（２）前記手段（１）の配線基板間光相互
接続装置において、前記第１光ビーム分離素子および第
２光ビーム分離素子は、前記配線基板間を伝搬する光ビ
ームを、それぞれの偏波の状態に応じて分離するために
設けられる偏光ビームスプリッタと、１／４波長板と、
反射ミラーとからなり、前記光送信部は半導体レーザア
レイからなり、前記光受信部はフォトダイオードアレイ
からなる。

【００１７】（３）前記手段（１）または（２）の配線
基板間光相互接続装置において、前記配線基板が実装さ
れる実装基板上に、レンズアレイとガラスブロックから
構成されるリレー光学ブロックを搭載し、前記配線基板
間の光ビームの伝搬を前記リレー光学ブロックを介して
行う。

【００１８】（４）前記手段（３）の配線基板間光相互
接続装置において、前記光ビーム分離素子、反射ミラ
ー、およびリレー光学ブロックの各構成要素にはそれぞ
れＶ字形の溝が形成されており、前記各構成要素間は、
前記Ｖ字形の溝にボール状、あるいは円筒形状の部材を
介在して支持されている。

【００１９】（５）前記手段（１）から（４）のいずれ
か１つの配線基板間光相互接続装置において、前記複数
の配線基板間に偏波制御素子を挿入されている。

【００２０】以下、本発明について、図面を参照して実
施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。なお、実
施例を説明するための全図において、同一機能を有する
ものは、同一符号をつけ、その繰り返しの説明は省略す
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は、本発明によ
る実施例１のボード間光インタコネクション装置の概略
構成を示す模式斜視図であり、１は配線基板、２は実装
基板、３はプラグインコネクタ、４はＬＳＩチップ、５
は光送受信ブロック、６は光ビームアレイ、７は配線で
ある。

【００２２】本実施例１のボード間光インタコネクショ
ン装置は、図１に示すように、複数の配線基板（以下、
プリントボードと称する）１が、実装基板（以下、マザ
ーボードと称する）２上のプラグインコネクタ３に、各
プリントボード１が互いに平行になるように垂直に挿入
されてブックシェルフ状になっている。

【００２３】前記プリントボード１にはコンピュータの
構成部品、たとえば、ＣＰＵやメモリに代表されるＬＳ
Ｉチップ４と光送受信ブロック５が搭載されており、各
プリントボード間を接続する信号伝達媒体として光ビー
ムアレイ６を用いる。前記各プリントボード１に設けら
れた光送受信ブロック５から出射した光ビームアレイ６
は、図１に示す矢印の方向に進行する。

【００２４】前記光ビームアレイ６は、前記光送受信ブ
ロック５で電気信号に変換されて、配線７を介して前記
ＬＳＩチップ４に伝送される。また、前記ＬＳＩチップ
４からの信号は配線７を介して前記光送受信ブロック５
で光ビームアレイ（光信号）６に変換されて、別のプリ
ントボードに送られる。また、図１では省略している
が、各光送受信ブロック５には、二次元面発光レーザア
レイと二次元フォトダイオードアレイが搭載され、それ
ぞれ信号光源、および受光器として動作する。

【００２５】図２は、本実施例１のボード間光インタコ
ネクション装置における光送受信ブロックの概略構成を
示す模式図であり、８は面発光レーザアレイ、９はフォ
トダイオードアレイ、１０，１１はマイクロレンズアレ
イ、１２，１３，１４はリレーレンズアレイ、１５はキ
ューブミラー、１６は第１光ビーム分離素子、１７は第
２光ビーム分離素子、１８，２１は偏光ビームスプリッ
タ、１９，２２は４分の１（１／４）波長板、２０，２
３は反射ミラー、２４はスルーホール、２５はヒートシ
ンクプレート、２６Ａは出力光ビーム、２６Ｂは入力光
ビームである。

【００２６】本実施例１のボード間光インタコネクショ
ン装置の光送受信ブロックは、図２に示すように、前記
プリントボード１上の同一面に搭載された面発光レーザ
アレイ８及びフォトダイオードアレイ９と、前記面発光
レーザアレイ８及びフォトダイオードアレイ９上のマイ
クロレンズアレイ１０，１１と、リレーレンズアレイ１
２，１３と、キューブミラー１５と、第１光ビーム分離
素子１６及び第２光ビーム分離素子１７により構成され
る。前記プリントボード１上にはスルーホール２４が形
成され、また前記プリントボード１の端面には給電用の
プラグインコネクタとの接続端子部３Ａが設けられてい
る。

【００２７】前記第１光ビーム分離素子１６は偏光ビー
ムスプリッタ１８、１／４波長板１９、反射ミラー２０
により構成され、前記第２光ビーム分離素子１７は偏光
ビームスプリッタ２１、１／４波長板２２、反射ミラー
２３により構成される。なお、図２では省略している
が、前記光送受信ブロックを構成する各構成要素は、支
持部材によってプリントボード１上に支持されている。

【００２８】また、前記プリントボード１の面発光レー
ザアレイ８及びフォトダイオードアレイ９が搭載された
面の裏面には、前記面発光レーザアレイ８及びフォトダ
イオードアレイ９で発生する熱を逃がすヒートシンクプ
レート２５が搭載されている。

【００２９】本実施例１の光送受信ブロックから出力さ
れる出力光ビーム２６Ａは、図２の実線の矢印で示した
経路で他のプリントボードに出力される。まず、前記面
発光レーザアレイ８から出射されたｐ偏波状態をとる光
ビームが、前記マイクロレンズアレイ１０によって平行
光ビームに変換され、前記リレーレンズアレイ１２を通
過後、前記キューブミラー１５により下方向、すなわち
前記プリントボード１に対して平行になるようにその進
行方向を変え、第１光ビーム分離素子１６に到達する。
前記第１光ビーム分離素子１６では、ｐ偏波をとる光ビ
ームは偏光ビームスプリッタ１８を直進し、第２光ビー
ム分離素子１７に到達する。第２光ビーム分離素子１７
に到達したｐ偏波をとる光ビームは、偏光ビームスプリ
ッタ２１を直進するが、１／４波長板２２を通過した
後、反射ミラー２３により進行方向が１８０度変換さ
れ、再び１／４波長板２２を通過して、前記偏光ビーム
スプリッタ２１に到達する。

【００３０】前記反射ミラー２３により反射されたのち
に前記偏光ビームスプリッタ２１に到達する光ビームは
その状態がｐ偏波からｓ偏波に変換されるため、前記偏
光ビームスプリッタ２１により直角にその進行方向が曲
げられ、出力光ビーム２６Ａとして前記プリントボード
１に対する垂直方向へ導かれる。

【００３１】一方、他のプリントボードからの入力光ビ
ーム２６Ｂは、図２の破線の矢印で示した経路で光送受
信ブロックに入力される。まず、前記プリントボード１
上に形成されたスルーホール２４を通過して、前記第２
光ビーム分離素子１７に到達する。この入力光ビーム２
６Ｂは、他のプリントボードにおける出力光ビームであ
るためｓ偏波状態をとり、前記第２光ビーム分離素子１
７の偏光ビームスプリッタ２１により上方向、すなわち
前記プリントボード１に対して平行になるようにその進
行方向を変え、前記第１光ビーム分離素子１６に到達し
た後、偏光ビームスプリッタ１８により左方へその進行
方向を変える。

【００３２】前記偏光ビームスプリッタ１８により進行
方向を変えた光ビームは、前記出力光ビーム２６Ａの場
合と同様に、１／４波長板１９を２回通過する際にその
偏波状態がｓ偏波からｐ偏波に変換されるため、前記偏
光ビームスプリッタ１８を直進し、マイクロレンズアレ
イ１１によりフォトダイオードアレイ９に集光される。

【００３３】なお、省略のために図２では光送受信ブロ
ック内に入出力する光ビーム数はそれぞれ１本の矢印で
示しているが、実際には複数本の光ビームアレイが入出
力される。

【００３４】図３及び図４は、本実施例１のボード間光
インタコネクション装置の動作を説明するための模式図
であって、図３はマザーボード上の隣接するスロットに
挿入されたプリントボード間を接続する光学系の概略構
成を示す図で、図４は図３を等価光学系で示した図であ
る。

【００３５】図３及び図４において、１Ａは第１プリン
トボード、１Ｂは第２プリントボード、２７はリレーレ
ンズ、２８はリレー光学ブロックである。

【００３６】本実施例１のボード間光インタコネクショ
ン装置では、図３に示すように、マザーボード２上には
２枚のリレーレンズ２７を有するリレー光学ブロック２
８が設けられており、また、第１プリントボード１Ａ及
び第２プリントボード１Ｂはそれぞれプラグインコネク
タ３を通じてマザーボード２に挿入されている。前記第
１プリントボード１Ａ上の面発光レーザアレイ８Ａから
出射した光ビーム２６は、実線の矢印で示した経路に沿
って、マイクロレンズアレイ１０Ａ、リレーレンズアレ
イ１２Ａ、キューブミラー１５Ａ、第１光ビーム分離素
子１６の偏光ビームスプリッタ１８Ａ、第２光ビーム分
離素子１７の偏光ビームスプリッタ２１Ａ、１／４波長
板２２Ａ、反射ミラー２３Ａのそれぞれを通過したの
ち、第２プリントボード１Ｂに向けて出力される。

【００３７】前記第１プリントボード１Ａから出力され
た光ビーム２６は、前記リレー光学ブロック２８を通過
した後、前記第２プリントボード１Ｂのスルーホール２
４Ｂを通過して、第２プリントボード１Ｂの光送受信ブ
ロック、すなわち第２光ビーム分離素子１７の偏光ビー
ムスプリッタ２１Ｂへ到達する。

【００３８】前記第２プリントボード１Ｂの光送受信ブ
ロック５に到達した光ビーム２６は、第２光ビーム分離
素子の偏光ビームスプリッタ２１Ｂにおいて、その進行
方向が９０度曲げられて、第１光ビーム分離素子の偏光
ビームスプリッタ１８Ｂに到達し、前記偏光ビームスプ
リッタ１８Ｂで再び進行方向が９０度曲げられ、前記第
１光ビーム分離素子の１／４波長板１９Ｂ、反射ミラー
２０Ｂを通過した後、前記第２プリントボード１Ｂ上に
搭載されたフォトダイオードアレイ９Ｂに導かれる。

【００３９】このとき、前記第１プリントボード１Ａの
面発光レーザアレイ８Ａから出射した光ビーム２６が前
記第２プリントボード１Ｂのフォトダイオードアレイ９
Ｂに到達するに至る光ビームの経路を等価光学系で示す
と、図４のようになる。ここで、たとえば、前記第１プ
リントボード１Ａのリレーレンズアレイ１２Ａ,１４Ａ
のような隣接するリレーレンズアレイ間の距離がリレー
レンズの焦点距離ｆの２倍、すなわち２ｆになるように
し、マイクロレンズアレイとリレーレンズアレイとの距
離がそれぞれリレーレンズの焦点距離ｆとなるように各
構成部品を配置すると、対向するマイクロレンズアレイ
間、すなわち、第１プリントボード１Ａの面発光レーザ
アレイ８Ａ上のマイクロレンズアレイ１０Ａと第２プリ
ントボード１Ｂのフォトダイオードアレイ９Ｂ上のマイ
クロレンズアレイとの間の光学的距離は１２ｆとなる。

【００４０】このような構成は一般に（２×ｎ）ｆレン
ズ系と呼ばれ、構成部品間の位置ずれに対する許容誤差
（トレランス）が大きいことが知られており、装置組立
コストの大幅な削減、および外部振動や温度変化に起因
する部品間位置ずれの影響を緩和することができる。

【００４１】図５及び図６は、本実施例１のボード間光
インタコネクション装置の動作を説明するための模式図
であって、図５はプリントボードがマザーボード上の非
隣接スロットに挿入された場合の光学系の概略構成を示
す図で、図６は図５を等価光学系で示した図である。

【００４２】図５に示すように、第１プリントボード１
Ａ及び第２プリントボード１Ｂはそれぞれプラグインコ
ネクタ３を通じてマザーボード２に搭載されているが、
両プラグインコネクタ３の中間に位置するプラグインコ
ネクタ３のスロット部３Ｂにはプリントボードが挿入さ
れてないとする。ここで、前記第１プリントボード１Ａ
に搭載された面発光レーザアレイ８Ａから出射した光ビ
ーム２６は、前記図３に沿って説明したように実線の矢
印で示した経路に沿って、第１プリントボード１Ａから
出力された後、２つのリレー光学ブロック２８Ａ，２８
Ｂを通過して、最終的に第２プリントボード１Ｂに搭載
されたフォトダイオードアレイ９Ｂに導かれる。このと
き、図６に示すように、隣接ボード間を構成する光学系
と同様に、前記第１プリントボード１Ａのマイクロレン
ズアレイ１０Ａと前記第２マイクロレンズアレイ１１Ｂ
との間の距離は１６ｆとなり、図３に示した、隣接する
プリントボード間での光信号の相互接続と同様に（２×
ｎ）ｆレンズ系を構成する。そのため、図５に示したよ
うな、非隣接スロットに挿入されたプリントボード間で
光信号の相互接続を行う場合でも、装置組立コストの大
幅な削減、および外部振動や温度変化に起因する部品間
位置ずれの影響を緩和することができる。

【００４３】図７及び図８は、本実施例１の光送受信ブ
ロックの拡大模式図であり、図７はＶ字形の溝とボール
形状部品を用いた光学部品間の位置合わせ方法による光
送受信ブロックの構成例を示す図で、図８はマイクロレ
ンズアレイ上にＶ字形溝を形成した例を示す図である。

【００４４】図７及び図８において、２９はＶ字形の
溝、３０はガラススペーサ、３１はボールレンズ、３２
はレンズアレイ領域である。

【００４５】本実施例１の光送受信ブロックの各構成要
素の位置合わせは、例えば、図８に示すように、レンズ
アレイ領域３２が設けられたマイクロレンズアレイ１０
の４隅にそれぞれ、ダイシングソーでＶ字形の溝２９を
形成し、各溝２９上にボールレンズ３１を配置する。同
様に、他のマイクロレンズアレイ１１やリレーレンズア
レイ１２といった構成部品の光入出射面上にもダイシン
グソーを用いてＶ字形の溝２９を形成し、図７に示すよ
うに、対向する構成部品の表面に形成されたＶ字形の溝
２９の間にボール形状の部品、ここではボールレンズ３
１を挿入する。次に、対向する構成部品同士を光軸方向
に互いに押しつけることにより、構成部品間の位置合わ
せが完了する。このとき、図７に示すように、前記マイ
クロレンズアレイ１０とリレーレンズアレイ１２の間の
光学的距離を調節するためにガラススペーサ３０を挿入
してもよい。このような方法では、構成部品間の位置合
わせに特別な装置を必要としないため、装置組立コスト
の大幅な低下が期待できる。なお、構成部品間の相対的
な位置合わせ精度は、Ｖ字形の溝の加工精度、同一面上
に形成された溝間の位置精度、光入出射面間にさらにボ
ールレンズの加工精度に依存する。一般に、前記ダイシ
ングソーを用いた加工では、ミクロン（μｍ）単位以下
の非常に高い加工精度が得られるだけでなく、形成した
溝間の位置精度も同様に高いことが期待できる。また、
市販されているボールレンズの加工精度はミクロン以下
であるため、前記位置合わせ方法を用いることでミクロ
ンオーダーの部品間位置合わせ精度を得ることが可能と
なる。

【００４６】図９及び図１０は、マザーボード上に搭載
されたリレー光学ブロックとプリントボード間の位置合
わせ方法、およびその手順について示す模式図であり、
１Ａは第１プリントボード、１Ｂは第２プリントボー
ド、２はマザーボード、３はプラグインコネクタ、２８
はリレー光学ブロック、２９はＶ字形の溝である。

【００４７】図９は第１プリントボード１Ａをマザーボ
ード２に挿入する前の状態に相当し、前記第１プリント
ボード１Ａをプラグインコネクタ３に対して矢印で示す
方向に挿入する。前記第１プリントボード１Ａを挿入し
た後、前記第１プリントボード１Ａに前記リレー光学ブ
ロック２８の方向の圧力を加えると、前記第１プリント
ボード１Ａ上の第２光ビーム分離素子の偏光ビームスプ
リッタ２１Ａに取り付けられたボールレンズ３１が前記
リレー光学ブロック２８のＶ字形の溝２９に導かれ、図
１０に示すように、前記第１プリントボード１Ａと前記
リレー光学ブロック２８との位置合わせが完了する。一
般に、プラグインコネクタ３には、接続対象に対して数
１００ミクロン（μｍ）から数ｍｍの機械的なゆとり
（クリアランス）があり、第１プリントボード１Ａがプ
ラグインコネクタ３に接続された後にボールレンズ３１
とＶ字形の溝２９との間の位置合わせを行う事が可能と
なる。この手順によれば、特別な装置を用いることな
く、リレー光学ブロックとプリントボード間の位置合わ
せを行うことができる。

【００４８】以上説明したように、本実施例１によれ
ば、半導体レーザアレイから出射した光ビームは、キュ
ーブミラーによりその進行方向が９０度曲げられ、第１
光ビーム分離素子、第２光ビーム分離素子を通過する。
第２光ビーム分離素子を通過する際に、光ビームの偏波
状態が変化するため、偏波状態が変化した光ビームは第
２光ビーム分離素子の偏光ビームスプリッタにより進行
方向が９０度曲がり、隣接するプリントボードへ導かれ
る。このとき、導かれた光ビームはプリントボードに設
けられたスルーホールを通過して、偏光ビームスプリッ
タにより進行方向を９０度曲げてフォトダイオードに集
光させるため、半導体レーザアレイ及びフォトダイオー
ドをプリントボードの同一面上に搭載することができ
る。

【００４９】また、第１プリントボードの半導体レーザ
アレイ上のマイクロレンズアレイと第２プリントボード
のフォトダイオードアレイ上のマイクロレンズアレイと
の光学的な距離がリレーレンズの焦点距離ｆの偶数倍に
なるように各構成部品を配置することにより、構成部品
間の位置ずれに対する許容誤差が大きくなり、外部振動
や温度変化に起因する構成部品間の位置ずれを緩和で
き、装置の信頼性の低下を防げる。

【００５０】また、各構成部品にＶ字形の溝を設け、対
向する構成部品の溝の間にボール上の部材を挿入するこ
とにより、低価格で高精度の位置合わせを行うことがで
きる。

【００５１】（実施例２）図１１は、本発明によるボー
ド間光インタコネクション装置の概略構成を示す模式図
であり、１Ａは第１プリントボード、１Ｂは第２プリン
トボード、１Ｃは第３プリントボード、１Ｄは第４プリ
ントボード、３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃはそれぞれ
偏波制御素子である。

【００５２】本実施例２のボード間光インタコネクショ
ン装置における光送受信ブロックの構成は前記実施例１
で説明したものと同様の構成であるため、その詳細な説
明は省略する。

【００５３】本実施例２において、前記実施例１と異な
る点は、図１１に示すように、各プリントボード間に偏
波制御素子３３を設けた点である。各偏波制御素子３３
Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの（）内に記載されたＯＮ、ＯＦＦ
はそれぞれ素子の状態を示し、ＯＮの場合は入射した光
ビームの偏波面を９０度回転、ＯＦＦの場合は０度回転
させるように作用する。ここで用いられる偏波制御素子
としてはツイストネマチック型の液晶セルが代表的であ
るが、実施時にはこれに限定されない。

【００５４】本実施例２のボード間光インタコネクショ
ン装置では、図１１に示すように、第１プリントボード
１Ａ、第２プリントボード１Ｂ、第３プリントボード１
Ｃ、第４プリントボード１Ｄの４枚のプリントボードが
マザーボード２上に実装されている場合について説明す
る。

【００５５】各偏波制御素子３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃの
状態を図１１に示すように設定した場合、第１プリント
ボード１Ａから出射した光ビームは実線の矢印で示す経
路に沿って第４プリントボード１Ｄに導かれる。まず、
偏光ビームスプリッタ２１Ａから出力される時に前記光
ビームはｓ偏波状態であるが、前記第１プリントボード
１Ａと第２プリントボード１Ｂの間に設けられたＯＮ状
態の偏波制御素子３３Ａによりその偏波面が９０度回転
され、ｓ偏波状態からｐ偏波状態に変化した光ビーム２
６Ｃになる。ｐ偏波状態になった光ビーム２６Ｃは、第
２プリントボード１Ｂ上の偏光ビームスプリッタ２１Ｂ
を通過し前記第２プリントボード１Ｂと第３プリントボ
ード１Ｃの間に設けられた偏波制御素子３３Ｂに到達す
る。前記偏波制御素子３３ＢはＯＦＦ状態であるため、
光ビーム２６Ｃはｐ偏波状態のまま第３プリントボード
１Ｃ上の偏光ビームスプリッタ２１Ｃを通過する。前記
偏光ビームスプリッタ２１Ｃを通過した光ビーム２６Ｃ
は第３プリントボード１Ｃと第４プリントボード１Ｄの
間に設けられたＯＮ状態の偏波制御素子３３Ｃによりｐ
偏波からｓ偏波に変化して第４プリントボード１Ｄに導
かれる。前記第４プリントボード１Ｄに到達した光ビー
ム２６Ｃは偏光ビームスプリッタ２１Ｄによりその進行
方向が９０度曲げられるため、前記第１プリントボード
１Ａと第４プリントボード１Ｄを光信号で相互接続する
ことができる。

【００５６】一方、前記第２プリントボード１Ｂから出
射した光ビーム２６Ｄは破線の矢印で示す経路に沿って
第３プリントボード１Ｃに導かれる。すなわち、偏波制
御素子３３Ｂによりその偏波面が０度回転、すなわちｓ
偏波状態のまま出力されるので、隣接する第３プリント
ボード１Ｃに導かれる。

【００５７】以上説明したように、本実施例２によれ
ば、プリントボード間に偏波制御素子を挿入し、光ビー
ムの偏波状態を制御することにより、数枚のプリントボ
ードを飛び越した光信号の相互接続を行うことができる
ため、ボード間光インタコネクション装置の適用範囲を
拡大することができる。

【００５８】なお、本実施例２では、偏波制御素子３３
Ａおよび偏波制御素子３３ＣをＯＮ状態とし、偏波制御
素子３３ＢをＯＦＦ状態として説明したが、これに限ら
ず、各偏波制御素子のＯＮ、ＯＦＦの状態を適宜切り換
えることにより、任意の位置関係にあるプリントボード
間で光信号の接続を行うことができることはいうまでも
ない。

【００５９】以上の通り、各プリントボード間に偏波面
を制御する偏波制御素子を備え、適当にその動作状態を
設定することにより、プリントボード間のインターリー
ブ接続が可能となる。

【００６０】以上、本発明を、前記実施例に基づき具体
的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることはもちろんである。

【００６１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。（１）ボード間光インタコネクション装置において、電
気部品及び光送受信ブロックを、プリントボードの片面
に実装させることができる。（２）ボード間光インタコネクション装置において、低
価格の光学部品を用いた構成部品間の高精度の位置合わ
せができる。（３）ボード間光インタコネクション装置において、任
意の位置関係にあるプリントボード間で光信号接続をす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例１のボード間インタコネク
ション装置の概略構成を示す模式斜視図である。

【図２】図１に示すボード間光インタコネクション装置
における光送受信ブロックの概略構成を示す模式図であ
る。

【図３】本実施例１のボード間光インタコネクション装
置の動作を説明するための模式図である。

【図４】図３を等価光学系で示した図である。

【図５】本実施例１のボード間光インタコネクション装
置の動作を説明するための模式図である。

【図６】図５を等価光学系で示した図である。

【図７】本実施例１の光送受信ブロックの拡大模式図で
ある。

【図８】図７の拡大図である。

【図９】マザーボード上に搭載されたリレー光学ブロッ
クとプリントボード間の位置合わせ方法、およびその手
順について示す模式図である。

【図１０】マザーボード上に搭載されたリレー光学ブロ
ックとプリントボード間の位置合わせ方法、およびその
手順について示す模式図である。

【図１１】本発明による実施例２のボード間光インタコ
ネクション装置の概略構成を示す模式図である。

【符号の説明】

１…配線基板（プリントボード）、１Ａ…第１プリント
ボード、１Ｂ…第２プリントボード、１Ｃ…第３プリン
トボード、１Ｄ…第４プリントボード、２…実装基板
（マザーボード）、３…プラグインコネクタ、３Ａ…接
続端子部、３Ｂ…スロット部、４…ＬＳＩチップ、５…
光送受信ブロック、６…光ビームアレイ、７…配線、
８，８Ａ…面発光レーザアレイ、９，９Ｂ…フォトダイ
オードアレイ、１０，１０Ａ，１１，１１Ｂ…マイクロ
レンズアレイ、１２，１２Ａ，１３，１３Ｂ，１４，１
４Ａ，１４Ｂ…リレーレンズアレイ、１５，１５Ａ…キ
ューブミラー、１６…第１光ビーム分離素子、１７…第
２光ビーム分離素子、１８，１８Ａ，１８Ｂ，２１，２
１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…偏光ビームスプリッ
タ、１９，１９Ｂ，２２，２２Ａ，２２Ｂ…１／４波長
板、２０，２０Ｂ，２３，２３Ａ，２３Ｂ…反射ミラ
ー、２４，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ…スルーホール、２
５…ヒートシンクプレート、２６，２６Ｃ，２６Ｄ…光
ビーム、２６Ａ…出力光ビーム、２６Ｂ…入力光ビー
ム、２７…リレーレンズ、２８，２８Ａ，２８Ｂ…リレ
ー光学ブロック、２９…Ｖ字形の溝、３０…ガラススペ
ーサ、３１…ボールレンズ、３２…レンズアレイ領域、
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…偏波制御素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/10 10/22 Ｆターム(参考） 5F073 AB04 AB16 AB27 BA09 EA29 FA23 5F089 AA01 AA07 AB01 AB03 AC07 AC10 AC13 CA03 DA05 DA17 GA01 GA03 5K002 AA01 AA03 AA07 BA13 BA15 BA21 FA03 GA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気回路、光送信部及び光受信部を搭載
した複数の配線基板が、同一の実装基板上に平行に並ぶ
ように垂直に実装されており、前記複数の配線基板間の
信号伝達を光ビームにより行う配線基板間光相互接続装
置であって、前記配線基板は、前記光ビームが通過する
スルーホールが形成され、かつ、第１主面上に、光送信
部及び光受信部と、前記光送信部で発生した光ビームを
他の配線基板に伝搬させるための第１光ビーム分離素子
と、前記スルーホールを通過した光ビームを前記光受信
部へ導く第２光ビーム分離素子と、前記第２光ビーム分
離素子を通過した光ビームの伝搬方向を前記配線基板に
対して垂直方向に変換する反射ミラーとを有することを
特徴とする配線基板間光相互接続装置。
【請求項２】前記第１光ビーム分離素子および第２光
ビーム分離素子は、前記配線基板間を伝搬する光ビーム
を、それぞれの偏波の状態に応じて分離するために設け
られる偏光ビームスプリッタと、１／４波長板と、反射
ミラーとからなり、前記光送信部は半導体レーザアレイ
からなり、前記光受信部はフォトダイオードアレイから
なることを特徴とする請求項１に記載の配線基板間光相
互接続装置。
【請求項３】前記配線基板が実装される実装基板上
に、レンズアレイとガラスブロックから構成されるリレ
ー光学ブロックを搭載し、前記配線基板間の光ビームの
伝搬を前記リレー光学ブロックを介して行うことを特徴
とする請求項１または２に記載の配線基板間光相互接続
装置。
【請求項４】前記光ビーム分離素子、反射ミラー、お
よびリレー光学ブロックの各構成要素にはそれぞれＶ字
形の溝が形成されており、前記各構成要素間は、前記Ｖ
字形の溝にボール状、あるいは円筒形状の部材を介在し
て支持されていることを特徴とする請求項３に記載の配
線基板間光相互接続装置。
【請求項５】前記複数の配線基板間に偏波制御素子を
挿入されていることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れか１項に記載の配線基板間光相互接続装置。