JP2002196193A

JP2002196193A - 光信号伝達装置

Info

Publication number: JP2002196193A
Application number: JP2000394759A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Yamada; 秀則山田; Takeshi Kamimura; 健上村; Junji Okada; 純二岡田; Kazuhiro Sakasai; 一宏逆井; Tsutomu Hamada; 勉浜田; Shinobu Koseki; 忍小関
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2002-07-10
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP3820881B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】この光信号伝達装置は、一端に設けられ
た段差部２の段差方向Ａに光信号の入射または出射を行
う複数の入出射部３を有する透光性媒体１と、透光性媒
体１の他端に設けられた光信号を反射する反射手段４と
を備えており、段差部２の段差方向Ａには、各入出射部
３との距離がぞれぞれ略一定となるように受光素子５お
よび発光素子６が配置される。

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：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔ
ｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）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４
５°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８０ｍ
ｍ、段差部２の長さが１０ｍｍ、段差部２の幅が１ｍ
ｍ、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７８０
ｎｍ、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１
０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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田純二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)発明者逆井一宏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 (72)発明者小関忍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 BA02 BA11 CA39 DA03 DA06 5F073 BA01 EA15 FA02 FA11

Claims

【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７
記載の光信号伝達装置。
【請求項８】前記透光性媒体が、その厚さ方向に複数
積層され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。
【請求項９】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１〜８のいず
れかに記載の光信号伝達装置。