JP2002131591A - 光信号伝達装置及び透光性媒体への光入射方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透光性媒体に対する光信号の入射角度ずれが
生じた場合でも、透光性媒体から出射される光信号の受
光強度の変動が少ない光信号伝達装置、及び透光性媒体
への光入射方法を提供する。 【解決手段】 発光素子５２は、発光チップ５２０がパ
ッケージ６０に封入されて構成されている。発光素子５
２は窓面６１が入出射面２４１に接合されて透光性媒体
１に光結合されている。入出射面２４１に対して入射さ
れる光信号が透光性媒体１の上面に対して垂直ではな
く、例えば、−３°（入出射面に対する法線４４に対し
て時計方向を負とする。）の入射角度で入射するよう
に、発光チップ５２０は、発光面５２２が窓面６１に対
して、３°傾斜するようにパッケージ内に封入されてい
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、光信号伝達装置及
び透光性媒体への光入射方法に係り、詳細には、光信号
の入射角度ずれに対する許容度の高い光信号伝達装置及
び透光性媒体への光入射方法に関する。

【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、これにより、各
回路基板に対して入出力される信号数が増大している。
この信号数の増大に対処するために、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。データ
バスボード（マザーボード）においては、接続線の多層
化及び微細化によりさらなる信号の並列化及び並列バス
の動作速度の向上が図られてきた。

【０００３】しかしながら、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に
並列バスの動作速度が追従できず、システムの処理がこ
の並列バス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り生ずる電磁ノイズ（ＥＭ
Ｉ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅ
ｒｅｎｃｅ）もシステムの処理速度向上に対する大きな
制約となる。

【０００４】光インターコネクション技術に関し、特開
平２−４１０４２号公報は、発光・受光デバイスを用い
た光データ伝送方式を開示している。この方式における
回路基板相互間のループ伝送用の直列光データバスは、
複数の回路基板の両面に発光・受光デバイスを配置し、
複数の回路基板をシステムフレームに組み込み、システ
ムフレームにおいて隣接する複数の回路基板上の発光・
受光デバイス間を空間で光結合する。

【０００５】この方式では、第１の回路基板の発光デバ
イスから光信号を出射し、第１の回路基板に隣接する第
２の回路基板の受光デバイスに入射する。第２の回路基
板において光信号を電気信号として利用するために、光
信号は電気信号に変換される。また、電気信号を第２の
回路基板に隣接する第３の回路基板に送信するために、
該電気信号は再度光信号に変換され、第２の回路基板の
発光デバイスから出射される。このように、システムフ
レームに配置された隣接する複数の回路基板の各々にお
いて、信号は光／電気変換及び電気／光変換を繰り返し
施されて伝達される。このため、信号伝達速度は、各回
路基板上における信号の光／電気変換及び電気／光変換
速度に依存する。

【０００６】また、各回路基板相互間のデータ伝送を各
回路基板上に配置された受光／発光デバイスを用いた空
間を介在する光結合により行っているため、隣接する光
データ伝送路間の干渉（クロストーク）が発生したり、
システムフレーム内の環境、例えば、埃や熱などにより
光信号が散乱することにより、データの伝送不良が生じ
ることが予想される。

【０００７】同様に、光インターコネクション技術に関
し、特開昭６１−１９６２１０号公報には、プレート表
面に配置された回折格子、及び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結合する方式が提案され
ている。この方式では、一対一の光結合しかできず、電
気バスの様に全ての回路ボード間を光結合で網羅するこ
とはできない。

【０００８】また、分岐素子を具備した光結合装置を使
用した各回路基板相互間のデータ伝送に関して、特開昭
５８−４２３３３号公報は、ハーフミラーを複数使用し
て回路基板相互間のデータ伝送を行う技術を開示してい
る。しかしながら、ハーフミラーを複数用いた場合、装
置が大型化する。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
ミラーを通過した光信号は、入射時の略半分の光強度と
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、受光デバイスに入射する際には光信号から十分
な光強度を得られず、信号伝送ができなくなる。

【０００９】特開平４−２３４４１５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光信号
を入射し、各々のレンズより出射する方式が開示されて
いる。この方式では、光信号の入射位置に近いレンズほ
ど出射光量が大きくなるため、光信号の入射位置と光信
号の出射位置との相対関係により出射される光信号の強
度にばらつきが生じる可能性がある。また、光信号が側
面から入射されるため、光信号の光量の多くが側面に対
向する側面から透過し、入射される光信号の光量の利用
効率が低い。

【００１０】また、特開昭６３−１２２３号公報は、入
力端から出力端に向けて入射された光信号の分岐比率を
大きくしていくことで、略均等な光量の光信号を伝送す
ることができる光ファイバを使用した光バス方式を提案
している。このような方式に適応可能なカプラの形成方
法がＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．８， Ｎｏ．１２， Ｄｅ
ｃｅｍｂｅｒ（１９９６）で開示されている。このカプ
ラの形成方法は、光ファイバに形成されたＶ溝により光
信号の分岐を行うものである。Ｖ溝のサイズを調整する
ことにより出射される光信号の光量の調整が可能である
と考えられるが、実際にサイズの調整を行うことは非常
に困難であり入射される光信号の光量の利用効率も低
い。

【００１１】特開平９−１８４９４１号公報は、分岐さ
れた光信号の光強度を均一化するスターカプラを開示し
ている。このスターカプラは、複数の光ファイバの一端
を束ねて固定し、該一端に該複数の光ファイバを覆う広
さを有する導光路を当接し、複数の光ファイバの他端に
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数が多く
なるため、構成が複雑になると共に装置が大型化する。

【００１２】上記問題点を解消するために、本発明者ら
は、光信号伝達装置を複数用い、出射される光信号の強
度が略均一で、かつ、利用効率が高いバスシステムを提
案している（特願２０００−１６８９５５号）。

【００１３】しかしながら、このバスシステムでは、発
光素子からの出射光を透光性媒体の上面に対して垂直に
入射するよう、発光素子と透光性媒体を光結合し、受光
素子での受光強度が最大になるようにしている。このた
め、発光素子チップのマウント精度、パッケージの精
度、透光性媒体の加工精度、または、発光素子と透光性
媒体のアラインメント精度等によって、上面に対する入
射角θが変動すると、図６に示すように入射角θのずれ
に応じても受光強度が変動する。この受光強度は、入射
角が正方向にずれた場合に大きく低下する。これは、入
射角の正方向へのずれにより、透光性媒体に設けられて
いる反射面へ入射される光が臨界角を超えてしまい、透
光性媒体の外部に出射されることが原因であると考えら
れる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためになされたもので、透光性媒体に対する
光信号の入射角度ずれが生じた場合でも、透光性媒体か
ら出射される光信号の受光強度の変動が少ない光信号伝
達装置、及び透光性媒体への光入射方法を提供すること
を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光信号を透過する透光性
媒体と、光信号を入射及び出射するために前記透光性媒
体に形成された少なくとも１つの入出射部であって、前
記透光性媒体の上面に対して鋭角をなすように形成され
た反射面を有する入出射部と、前記入出射部に対して光
信号を入射する発光素子と、を有し、前記入出射部に入
射される光信号の前記反射面における入射角が、前記透
光性媒体の上面に対して垂直に入射した光信号の前記反
射面における入射角より大きくなる方向から入射するよ
うに、前記発光素子と前記透光性媒体とを配置して構成
したものである。

【００１６】光信号が入出射部に入射される角度は、前
記発光素子から前記入出射部に入射される光信号の光線
の光軸と前記反射面とのなす角度の内、最大角度が１３
５°より大きくなることが好ましいが、最大角度が１３
５°より３°大きい角度を含む所定の範囲内、より好ま
しくは、最大角度が１３５°より大きく１４５°より小
さいのが効果的である。

【００１７】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請
求項４の発明において、前記透光性媒体の前記入出射部
と対向する端面に配置され、前記入出射部より入射され
た光信号を該入出射部の方向に反射する反射手段と、前
記反射手段により反射され、かつ、前記入出射部より出
射した光信号を受光する受光素子と、を更に設けたもの
である。

【００１８】請求項１乃至請求項５の発明において、前
記反射面が、前記透光性媒体の上面に対して４５゜より
大きい鋭角をなすように形成されてもよい。

【００１９】請求項７に記載の発明は、光信号を透過す
る透光性媒体と、光信号を入射及び出射するために前記
透光性媒体に形成された少なくとも１つの入出射部であ
って、前記透光性媒体の上面に対して鋭角をなすように
形成された反射面を有する入出射部と、前記入出射部に
対して光信号を入射する発光素子と、を備えた光信号伝
達装置の前記透光性媒体に前記発光素子から光信号を入
射するにあたって、前記入出射部に入射される光信号の
前記反射面における入射角が、前記透光性媒体の上面に
対して垂直に入射した光信号の前記反射面における入射
角より大きくなる方向から該光信号を入射するようにし
たものである。

【００２０】このように、請求項１及び請求項７の発明
では、透光性媒体の入出射部に入射される光信号の反射
面における入射角が、透光性媒体の上面に対して垂直に
入射した光信号の反射面における入射角より大きくなる
方向から光信号を入射する。これにより、上面への入射
角が小さくなる方向に光信号がずれた場合には、反射面
での入射角が小さくなるものの光信号は上面に垂直に入
射する光信号の方向、即ち、理論上光信号の利用効率が
最大になる方向にずれることになる。一方、上面への入
射角が大きくなる方向に光信号がずれた場合には、光信
号は反射面での入射角が大きくなる方向にずれることに
なる。この結果、光信号がいずれの方向にずれた場合に
おいても、反射面での光信号の入射角が臨界角よりつね
に大きくなるようになり、反射面で光が全反射されるこ
とから光信号の利用効率が高められる。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１乃至図３を参照して、本発明
の第１の実施の形態の光信号伝達装置を用いた信号処理
装置１００の構成を説明する。図１に示されるように、
支持基板２０上に、複数の光信号伝送体１０により構成
された光データバス３０が配置されている。本実施の形
態の光信号伝達装置７０は、光信号伝送体１０と発光素
子５２及び受光素子５３とで構成されている。

【００２２】光信号伝送体１０の基本的な構成の詳細を
図２（ａ）に示す。光信号伝送体１０は、光信号を透過
する直方体の透光性媒体１と、透光性媒体の第１の端面
に複数の階段状の段差１２を設けることにより形成され
た光信号を入射及び出射するための複数の入出射部２３
１乃至２３４と、第１の端面に対向する第２の端面に配
置され、複数の入出射部より入射された光信号を第１の
端面の方向に反射する反射手段である反射層２と、によ
り構成されている。入出射部２３１乃至２３４は、透光
性媒体１の上面と４５°の角度をなすように形成されて
いる反射面２３１Ｒ乃至２３４Ｒと、反射面２３１Ｒ乃
至２３４Ｒの各々の上部に位置する透光性媒体１の上面
を構成する入出射面２４１乃至２４４と、を有してい
る。

【００２３】図１に示されるように、支持基板２０上に
は複数の基板用コネクタ４０が、互いに平行になり、か
つ、コネクタ４０間の間隔が光信号伝送体１０の階段状
の段差１２の長さと等しくなるように配置されている。
基板用コネクタ４０の各々には支持基板２０に対して立
設された回路基板５０の各々が接続されている。回路基
板５０の各々の側面には、光信号に担持させるデータを
生成する電子回路５４と、光信号を光信号伝送体１０の
入出射部２３１乃至２３４の各々に入射する発光素子５
２及び入出射部２３１乃至２３４の各々から出射された
光信号を受光する受光素子５３からなる発光受光部と、
が配置されている。回路基板５０が支持基板２０に立設
された際に、後述するように、複数の発光素子５２及び
受光素子５３の各々が光信号伝送体１０の入出射部２３
１乃至２３４の各々と対向するように信号処理装置１０
０は設計されている。

【００２４】支持基板２０上には、電源ラインや電気信
号伝送用の電気配線２１が設けられており、電気配線２
１は、基板用コネクタ４０を介して、回路基板５０上の
電子回路５４に接続されている。

【００２５】信号処理装置１００は、図３（ａ）に示さ
れるように構成される場合もある。図３（ａ）の構成で
は、立設された支持基板２０の側面に複数の光信号伝達
装置７０により構成された光データバス３０が配置され
ている。光信号伝達装置７０は、光信号伝送体１０と、
発光素子５２及び受光素子５３からなる発光受光部とで
構成されている。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡの部分
を拡大したものである。ここで示されるように、発光素
子５２及び受光素子５３は光信号伝送体１０の入出射面
２４４に対向するように配置されて、光信号伝送体１０
と光結合されている。発光素子５２及び受光素子５３は
光信号伝送体１０の入出射面２４１乃至２４３にも、図
３（ｂ）と同様に対向して配置されている。

【００２６】支持基板２０の光データバス３０が配置さ
れている側面と反対の側面には、複数の基板用コネクタ
４０が互いに平行になり、かつ、コネクタ４０間の間隔
が光信号伝送体１０の階段状の段差１２の長さと等しく
なるように配置されている。基板用コネクタ４０の各々
には回路基板５１の各々が接続されている。支持基板２
０の光データバス３０が配置されている面には、光信号
に担持させるデータを生成する電子回路５４が配置され
ている。発光素子５２及び受光素子５３は、各々対向す
る位置にある回路基板５１に、コネクタ４０を介して電
気的に接続されている。

【００２７】上記の光信号伝達装置７０を図４（ａ）及
び図４（ｂ）を用いて更に詳細に説明する。図４（ａ）
には上面図が、図４（ｂ）に側面図が示されている。図
４（ａ）、（ｂ）では、説明を簡単にするために、図２
に示された階段状の段差を有する透光性媒体１と、図２
の反射層２に対応する反射手段である反射型拡散層３と
を示し、また受光発光部については、発光素子５２及び
受光素子５３のいずれかを示している。透光性媒体１の
材質は、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）
であり、大きさは、全長６０［ｍｍ］、幅４［ｍｍ］、
厚さ１［ｍｍ］、反射型拡散層３が配置されている端面
から最も近い入出射部２３１までの距離１１は３０［ｍ
ｍ］、階段状の段差１２の長さは１０［ｍｍ］、階段状
の段差の幅は１［ｍｍ］である。拡散型反射層３は、拡
散光強度分布がガウス分布になり、かつ、拡散角（半値
全角）が４０°となる反射拡散フィルムを使用してい
る。

【００２８】図３（ｂ）に示したように、入出射面２４
１乃至２４４には、発光素子５２及び受光素子５３が配
置されているが、ここでは、入出射部２３１から光信号
が入射され、入出射部２３２乃至２３４から光信号が出
射される場合について説明するため、入出射面２４１に
発光素子５２のみを示し、入出射面２４２乃至２４４上
に受光素子５３のみを示している。発光素子５２として
は広がり角１５°の面発光レーザが使用されている。

【００２９】図５に詳細が示されるように、発光素子５
２は、発光チップ５２０がパッケージ６０に封入されて
構成されている。パッケージ６０は直方体の形状であ
り、底部に光信号を出射するための窓面６１を有してお
り、発光素子５２は窓面６１が入出射面２４１に接合さ
れて透光性媒体１に光結合されている。入出射面２４１
に対して入射される光信号が透光性媒体１の上面に対し
て垂直ではなく、例えば、−３°（図６に示されるよう
に、入出射面に対する法線４４に対して時計方向を負と
する。）の入射角度で入射するように、発光チップ５２
０は、発光面５２２が窓面６１に対して、３°傾斜する
ようにパッケージ内に封入されている。これによって、
入出射面２４１から入射される光信号の光線の光軸と反
射面２３１Ｒとのなす角度の内、最大角度は入出射面２
４１に垂直に入射したときの光軸と反射面２３１Ｒとの
なす角度、１３５°より大きくなる。

【００３０】次に、図３、及び図４を参照して、図３の
信号処理装置１００及び光信号伝送体１０における作用
を説明する。何れかの電子回路５４で生成された電気信
号であるデータは、光信号に担持されて、即ち、光信号
に変換されて発光素子５２より光信号として下向きに、
光信号伝送体１０の入出射部に向けて出射される。詳細
には、発光素子５２は光信号伝送体１０の入出射面２４
１に配置されているので、出射された光信号は反射面２
３１Ｒに向けて出射される。

【００３１】図４（ｂ）に示されるように、反射面２３
１Ｒは、透光性媒体１の上面と、４５°の角度をなすよ
うに形成されているため、入出射面２４１から入射され
た、入出射部２３１の反射面２３１Ｒで反射され、拡散
型反射層３に向けて透光性媒体１内を伝搬する。光信号
は拡散型反射層３で反射されると透光性媒体１の側面で
繰返し反射されながら透光性媒体１内を伝搬し、入出射
部２３１乃至２３４の全域に向けて進行する。光信号
は、入出射部２３１乃至２３４の反射面２３２Ｒ乃至２
３４Ｒで上面方向に反射されて、入出射面２４１乃至２
４４から出射される。出射された光信号は、複数の入出
射部２３１乃至２３４の各々に配置されている受光素子
５３の各々に入射される。その後、光信号は、電気信号
に変換されて、コネクタ４０を介して、各々の受光素子
５３に接続されている回路基板５１に電気信号として送
信される。

【００３２】この際、光信号伝達装置７０が図５に示さ
れるように構成され、発光チップ５２０の発光面５２２
が窓面６１に対して３°の傾斜を有するようにパッケー
ジ内に封入されているので、入出射面２４１に対して入
射された光信号は、図６の矢印４２で示されるように、
透光性媒体の上面に対して垂直ではなく、−３°の入射
角度で入射することになる。即ち、光信号の光線の光軸
と反射面２４１Ｒとがなす角度の内、最大角度は上面に
対して垂直入射した場合の１３５°より大きくなる。

【００３３】次に、このように入出射部に入射された光
信号の反射面における入射角が、透光性媒体の上面に対
して垂直に入射した光信号の反射面における入射角より
大きくなる方向から入射した場合の効果を説明する。比
較のために、まず、光信号が透光性媒体の上面に対して
垂直に入射する場合、即ち、発光面５２２が窓面６１に
対して平行に配置される場合における光信号の入射角度
ずれ量と受光素子での受光強度との特性を、図７に示
す。受光強度は最大の場合を０ｄＢとして、正規化され
ている。

【００３４】本実施の形態の光信号伝送体１０は、反射
層により反射された光信号の内、入出射部に直接入射す
る光信号ばかりでなく、直接入射する光信号以外の光信
号、即ち、透光性媒体の側面で反射された光信号も、入
出射部全域に導くように反射することができる。したが
って、透光性媒体１に入射された光信号の利用効率を高
くすることができ、また、入出射部から出射される光信
号の強度を概ね均一にすることができる。光信号伝送体
１０は、透光性媒体１に入射された光信号が、入出射面
に対して垂直（即ち、入射角θ＝０°）に入射すること
により、この効果がよりよく得られるように設計されて
いる。しかしながら、発光素子５２の回路基板５０に対
するマウント精度、発光素子５２のパッケージの精度、
透光性媒体１の加工精度、及び、発光素子５２と透光性
媒体１とのアラインメント精度等が十分に得られない場
合、入射角度θが変動する。

【００３５】この入射角度θの変動が、図７における入
射角度ずれ量である。入射角度θが変動することによ
り、図７に示されるように、入出射面２４２乃至２４４
より出射され受光素子５３に入射される光信号の受光強
度が変化する。入射角度ずれ量の絶対値が大きくなるに
従って受光強度が低下する。入射角度ずれ量の変化に対
する受光強度の変化は、入射角が正の方向に変動した場
合と、負の方向に変動した場合とでは異なり、負の方向
に変動した場合の方が、受光強度に与えられる影響は少
ない。即ち、入出射部に入射される光信号の反射面にお
ける入射角が、透光性媒体の上面に対して垂直に入射し
た光信号の反射面における入射角より大きくなる方向か
ら入射した場合、受光強度に与えられる影響は少ない
が、小さくなる方向から入射した場合、比較的影響は多
くなる。

【００３６】これは、入出射部に入射される光信号の反
射面における入射角が、透光性媒体の上面に対して垂直
に入射した光信号の反射面における入射角より大きくな
る方向から入射した場合、反射面に対する光信号の入射
角度が臨界角より大きくなり、光信号が反射面から透光
性媒体の外部に出射される割合は低いが、小さくなる方
向から入射した場合、反射面に対する光信号の入射角度
が臨界角より小さくなり、光信号が反射面から透光性媒
体の外部に出射される割合が高くなるためである。

【００３７】図８は、図５に示すように、入出射面２４
１に対して−３°の入射角度で入射された光信号の入射
角度ずれ量に対する、入出射面２４２乃至２４４上に配
置された受光素子５３で受光された光信号の強度を示し
ている。この場合、例えば、±３°の入射角ずれに対す
る光強度の低下は０．３ｄＢ以下であり、図７に示され
る光信号が垂直に入射される場合の値１．３ｄＢと比較
して、入射角ずれに対する受光強度の低下は抑制されて
いる。

【００３８】このように、入出射部に入射される光信号
の反射面における入射角が、透光性媒体の上面に対して
垂直に入射した光信号の反射面における入射角より大き
くなる方向から入射することにより、入出射部２３１の
反射面２４１Ｒに対する光信号の入射角度が変動して
も、入射される光信号の光線の光軸と反射面のなす角度
の内、最大角度は１３５°より大きくなる。

【００３９】これにより、入射される光信号の反射面に
おける入射角は、透光性媒体の上面に対して垂直に入射
した光信号の反射面における入射角より大きくなるた
め、入出射部２３１の反射面２４１Ｒでの臨界角よりつ
ねに大きくなり、受光素子５３により受光される光信号
の受光強度の低下を抑制することができる。また、上面
への入射角が小さくなる方向に光信号がずれた場合に
は、反射面での入射角が小さくなるものの光信号は上面
に垂直に入射する光信号の方向にずれることになる。一
方、上面への入射角が大きくなる方向に光信号がずれた
場合には、光信号は反射面での入射角が大きくなる方向
にずれることになる。この結果、光信号がいずれの方向
にずれた場合においても、反射面での光信号の入射角が
臨界角よりつねに大きくなるようになり、反射面で光が
全反射されることから光信号の利用効率が高められる。

【００４０】したがって、発光素子５２のパッケージの
部品公差、発光素子５２と透光性媒体１とのアラインメ
ントずれ等によって、入出射面２４１への入射角度が変
動しても、受光素子５３の受光強度の低下を抑制するこ
とができる。

【００４１】なお、入射される光信号の光線の光軸と反
射面とのなす角度の内、最大角度は、１３５°より大き
くなることが好ましいが、１３５°より３°大きい角度
を含む所定の範囲内、より好ましくは１３５°より大き
く１４５°より小さいのが効果的である。

【００４２】なお、上記では、発光面５２２が窓面６１
に対して３°の傾斜を有するようにパッケージ内に配置
することとしたが、本実施の形態はこの角度に限定され
ない。

【００４３】次に、図９を参照して、第２の実施の形態
を説明する。第２の実施の形態では、発光チップ５２０
が、発光チップ５２０の発光面５２２とパッケージ６０
の窓面６１とが平行になるように配置されている。発光
素子５２は、入出射面２４１上ではなく、基板４８上
に、傾斜を有する楔型のキャリア４６を介して配置され
て、入出射面２４１と光結合されている。他の構成は、
第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。楔
型のキャリアの頂角は、０乃至１０°、好ましくは３°
とすることができる。

【００４４】このように、傾斜を有するキャリア４６を
介して、基板４８上に発光素子５２を配置することによ
り、第１の実施の形態と同様に、入出射面２４１に対し
て入射される光信号は、負の入射角度を有する。従っ
て、入出射部に入射される光信号の反射面における入射
角が、透光性媒体の上面に対して垂直に入射した光信号
の反射面における入射角より大きくなる方向から入射す
ることになり、第１の実施の形態と同様の効果を奏す
る。さらに、第２の実施の形態では、窓面６１と入出射
面２４１が物理的に接合されないため、発光素子５２の
着脱を繰り返し行っても、発光素子５２の窓面６１及び
入出射面２４１へ傷、汚れなどがあまり付着せず、発光
素子５２の繰り返し着脱による光損失の増加を抑制する
ことができる。

【００４５】なお、第２の実施の形態は、発光素子５２
を傾斜を設けたキャリア４６に実装することに限定され
ず、発光素子５２と入出射面２４１との間にプリズム、
ミラー、又は、ホログラム等の光路変換作用を有する光
学素子を配置することにより、入出射面２４１に対して
入射される光信号が、負の入射角度を有するようにして
もよい。

【００４６】第１及び第２の実施の形態では、透光性媒
体１の材質及び大きさは、上記に限定されず、透光性媒
体１の材質は、例えば、ポリカーボネート、アモルファ
スポリオレフィンのようなプラスチック材料、又は無機
ガラス等を使用しても、同様あるいは類似の効果が得ら
れることが理解されるであろう。透光性媒体１の階段状
の段差１２の形成は研削により行うことができ、透光性
媒体１がプラスチック材料であれば、射出成形等の方法
により形成を行うこともできる。

【００４７】また、反射手段は、拡散型反射層３に限定
されず、アルミニウム等の鏡面型反射層が使用されても
よい。拡散型反射層を使用する場合も上記に限定され
ず、ポリカーボネート層の透明基板材料に配置されたエ
ポキシ層に、入射光を所定の拡散角に拡散させるホログ
ラム面を転写して形成された透過型ＬＳＤにアルミニウ
ム等の反射面を着膜することにより形成してもよいし、
反射基板（例えば、アルミニウムが着膜された透明基
板）のエポキシ層に、入射光を所定の拡散角に拡散させ
るホログラム面を転写して形成してもよい。

【００４８】拡散型反射層を使用する場合は、例えば、
ビーム整形ディヒューザＬＳＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏ
ｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製）により、透
光製媒体１における拡散光の上下（厚さ）方向及び左右
（幅）方向の広がり角の制御を行い、出射光強度の均一
性を向上させることができる。

【００４９】なお、上記の光信号伝送体１０は入出射部
が２３１乃至２３４の４個の場合を例示したが、本実施
の形態の入出射部の数はこれに限定されない。反射面
は、透光性媒体の上面に対して４５°の角度をなすよう
に形成されることに限定されず、鋭角をなすように形成
されればよく、好ましくは、４５°より大きい鋭角をな
すように形成されればよい。また、透光性媒体１の上下
面または左右の側面には、透光性媒体１よりも屈折率の
小さいクラッド層を配置してもよい。クラッド層を配置
することにより、透光性媒体１は導光路を形成するコア
部として機能するため、クラッド層とコア層との界面で
光が全反射され、外部への漏れ光がなくなる。

【００５０】本実施の形態では、発光素子５２として広
がり角１５°の面発光レーザを使用したが、本実施の形
態はこれに限定されない。また、本実施の形態の光信号
伝達装置７０では、光信号伝送体１０の入出射面２４１
乃至２４４上に発光素子５２及び受光素子５３の双方が
配置されたが、本発明の発光素子及び受光素子の数及び
配置はこれに限定されず、例えば、発光素子５２及び受
光素子５３の何れか一方が配置されてもよい。

【００５１】次に、図１０を参照して、第３の実施の形
態を説明する。本実施の形態で使用する光信号伝送体２
０は、第１及び第２の実施の形態で使用された光信号伝
送体１０を変形したものであり、透光性媒体８の両端面
に光信号を入出射するための入出射部１７１及び１８１
を有し、入出射部１７１及び１８１は各々が透光性媒体
８の上面と、４５°の角度を有して形成される反射面１
７１Ｒ及び１８１Ｒを有する。透光性媒体８の材質はガ
ラス（ＢＫ７、屈折率１．５２）であり、大きさは、全
長２００［ｍｍ］、幅１［ｍｍ］、厚さ１［ｍｍ］であ
る。発光素子５２は、発光素子から出射される光信号の
光軸が入出射面１６１に対して垂直になるように、入出
射面１６１に対向して配置されて光結合される。発光素
子５２と入出射面１６１との間に発光素子５２から出射
される光信号を屈曲させるホログラム５５が配置されて
いる。また、受光素子５３が、入出射面１５１上に配置
されている。

【００５２】発光素子５２から出射された光信号は、ホ
ログラム５５でコリメートされるとともに光軸がホログ
ラム５５の特性により、例えば、４°屈曲されると、入
出射面１６１に対して９４°となる。光信号は入出射面
１６１に入射され、入出射部１８１の反射面１８１Ｒに
より反射され９８°屈曲される。光信号は入出射部１７
１の方向に向けて透光性媒体８内を進行し、入出射部１
７１の反射面１７１Ｒで反射され、９８°屈曲されて上
方に向かう。入出射面１５１から出射された光信号は受
光素子５３へ入射される。

【００５３】このように、入射される光信号の光線の光
軸と入出射部１８１の反射面１８１Ｒとのなす角度の
内、最大角度が４５°より大きい角度、即ち、１３９°
で入射するため、発光素子５２のパッケージ６０の部品
公差、あるいは発光素子５２と透光性媒体８とのアライ
メントずれによって、入出射部１８１の反射面１８１Ｒ
に対する光信号の入射角度が変動しても、入射される光
信号の反射面における入射角が臨界角よりつねに大きく
なり、受光素子５３により受光される光信号の受光強度
の低下を抑制することができる。

【００５４】なお、入射される光信号の光線の光軸と反
射面とのなす角度の内、最大角度は１３５°よりも大き
くなることが好ましいが、１３５°より３°大きい角度
を含む所定の範囲内、より好ましくは、１３５°より大
きく、１４５°より小さいのが効果的である。

【００５５】第３の実施の形態では、ホログラム５５に
よって入出射面１６１へ入射する光信号の光軸と入出射
面１６１とのなす角度を９４°としているが、本発明は
この角度に限定されず、また、プリズム、ミラー等の光
路変換作用を有する光学素子を発光素子５２と入出射面
１６１との間に配置することによっても同様な効果を得
ることができる。また、発光素子５２から出射される光
信号の光軸と入出射面１６１とのなす角が９４°となる
ように、発光素子５２を第２の実施の形態で使用された
ような傾斜を有するキャリアにより固定してもよい。

【００５６】本実施の形態における透光性媒体８の材質
及び大きさは上記に限定されず、材質は、例えば、光を
透過させる材質であれば非晶質ポリオレフィン、光学プ
ラスチック、石英等、でよい。また、反射面は、透光性
媒体の上面に対して４５°の角度をなすように形成され
ることに限定されず、鋭角をなすように形成されればよ
く、好ましくは、４５°より大きい鋭角をなすように形
成されればよい。

【００５７】なお、本発明の回路基板５０、５１は、セ
ラミック基板、ガラスエポキシ基板等の基板に限定され
ず、ＣＰＵ等のＬＳＩ、メモリカード、ハードディスク
ドライブ等のデバイスを含んでいてもよい。

【００５８】

【発明の効果】本発明の光信号伝達装置及び透光性媒体
への光入射方法によれば、光信号の利用効率が高く、発
光素子から出射され透光性媒体に入射される光信号の入
射角度ずれに対する許容度を高め、入出射部より出力さ
れる光信号の強度の変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態の信号処理装置を示す図で
ある。

【図２】 第１の実施の形態の光信号伝送体を示す図で
ある。

【図３】 第１の実施の形態の信号処理装置を示す図で
ある。

【図４】 第１の実施の形態の光信号伝達装置の上面図
と側面図である。

【図５】 第１の実施の形態における発光素子の配置を
示す図である。

【図６】 入出射面への光信号の入射を示す図である。

【図７】 第１の実施の形態における受光強度と入射角
度ずれ量との関係を示す図である（θ＝０°）。

【図８】 第１の実施の形態における受光強度と入射角
度ずれ量との関係を示す図である（θ＝−３°）。

【図９】 第２の実施の形態における発光素子の配置を
示す図である。

【図１０】 第３の実施の形態における光信号伝達装置
を示す図である。

【符号の説明】

１００ 信号処理装置 ３０ 光データバス ７０ 光信号伝達装置 １０ 光信号伝送体 ５２ 発光素子 ５３ 受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀則 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 (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） 2H037 AA01 BA01 CA38 CA39 DA03 DA06 2H038 AA21 BA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光信号を透過する透光性媒体と、 光信号を入射及び出射するために前記透光性媒体に形成
   された少なくとも１つの入出射部であって、前記透光性
   媒体の上面に対して鋭角をなすように形成された反射面
   を有する入出射部と、 前記入出射部に対して光信号を入射する発光素子と、 を有し、 前記入出射部に入射される光信号の前記反射面における
   入射角が、前記透光性媒体の上面に対して垂直に入射し
   た光信号の前記反射面における入射角より大きくなる方
   向から入射するように、前記発光素子と前記透光性媒体
   とを配置した光信号伝達装置。
2. 【請求項２】 前記発光素子から前記入出射部に入射さ
   れる光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
   内、最大角度が１３５°より大きくなるように、該光信
   号が該入出射部に入射される請求項１に記載の光信号伝
   達装置。
3. 【請求項３】 前記発光素子から前記入出射部に入射さ
   れる光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
   内、最大角度が１３５°より３°大きい角度を含む所定
   の範囲内の角度となるように、該光信号が該入出射部に
   入射される請求項１又は請求項２に記載の光信号伝達装
   置。
4. 【請求項４】 前記発光素子から前記入出射部に入射さ
   れる光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
   内、最大角度が１３５°より大きく１４５°より小さく
   なるように、該光信号が該入出射部に入射される請求項
   １乃至請求項３の何れか１項に記載の光信号伝達装置。
5. 【請求項５】 前記透光性媒体の前記入出射部と対向す
   る端面に配置され、前記入出射部より入射され、かつ、
   該透光性媒体を透過した光信号を該入出射部の方向に反
   射する反射手段と、 前記反射手段により反射され、かつ、前記入出射部より
   出射した光信号を受光する受光素子と、 を更に有する請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載
   の光信号伝達装置。
6. 【請求項６】 前記反射面が、前記透光性媒体の上面に
   対して４５゜より大きい鋭角をなすように形成された請
   求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光信号伝達装
   置。
7. 【請求項７】 光信号を透過する透光性媒体と、 光信号を入射及び出射するために前記透光性媒体に形成
   された少なくとも１つの入出射部であって、前記透光性
   媒体の上面に対して鋭角をなすように形成された反射面
   を有する入出射部と、 前記入出射部に対して光信号を入射する発光素子と、 を備えた光信号伝達装置の前記透光性媒体に前記発光素
   子から光信号を入射するにあたって、 前記入出射部に入射される光信号の前記反射面における
   入射角が、前記透光性媒体の上面に対して垂直に入射し
   た光信号の前記反射面における入射角より大きくなる方
   向から該光信号を入射する透光性媒体への光入射方法。
8. 【請求項８】 前記発光素子から前記入出射部に入射さ
   れる光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
   内、最大角度が１３５°より大きくなるように、該光信
   号が該入出射部に入射される請求項７に記載の透光性媒
   体への光入射方法。
9. 【請求項９】 前記発光素子から前記入出射部に入射さ
   れる光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
   内、最大角度が１３５°より３°大きい角度を含む所定
   の範囲内の角度となるように、該光信号が該入出射部に
   入射される請求項７又は請求項８に記載の透光性媒体へ
   の光入射方法。
10. 【請求項１０】 前記発光素子から前記入出射部に入射
    される光信号の光線の光軸と前記反射面とのなす角度の
    内、最大角度が１３５°より大きく１４５°より小さく
    なるように、該光信号が該入出射部に入射される請求項
    ７乃至請求項９の何れか１項に記載の透光性媒体への光
    入射方法。