JP2002243973A

JP2002243973A - 光バス回路基板

Info

Publication number: JP2002243973A
Application number: JP2001037959A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Hamada; 勉浜田; Junji Okada; 純二岡田; Hidenori Yamada; 秀則山田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光データバスにおいて光の結合損失を低減し
得る光バス回路基板を提供する。【解決手段】この光バス回路基板は、複数の光部品お
よび電子部品を実装したマザーボード１０と、光信号を
伝達する第１の導光路２および一端が第１の導光路２に
接続され他端が前記光部品に光学的に結合される第２の
導光路３を実装した固定基板１１と、前記光部品と第２
の導光路３の位置合わせを行うためのスルーホール１３
を有する位置合わせ基板１２とを備える。位置合わせ基
板１２のスルーホール１３には第２の導光路３の他端が
挿入され、固定基板１１がマザーボード１０に固定され
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、複数の回路基板ま
たはデバイス間において光信号の伝送を担う光データバ
スを構成する光バス回路基板に関する。

【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】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。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９−１８
４９４１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。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の技術においては、平板導光路と電子回路基板（マザー
ボード）の熱膨張係数の違い、あるいは平板導光路の製
造公差に起因して、電子回路基板に実装された受発光素
子などの光部品と平板導光路の入出射部との間に位置ず
れが生じる場合がある。このような場合、両者間におい
て光の結合損失が増加するおそれがある。

【０００８】従って本発明の目的は、光データバスにお
いて光の結合損失を低減し得る光バス回路基板を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、複数の光部
品および電子部品を実装した電子回路基板と、光信号を
伝達する第１の導光路および一端が第１の導光路に接続
され他端が前記光部品に光学的に結合される第２の導光
路を実装した光回路基板と、前記光部品と第２の導光路
の位置合わせを行うための位置合わせ手段を有するガイ
ド基板とを備えた光バス回路基板により、達成される。

【００１０】ここで、第１の導光路の一端が複数の段差
部を有し、第２の導光路が前記段差部にそれぞれ接続さ
れるようにすることができる。また、第１の導光路およ
び第２の導光路は一体的に成型することができる。さら
に、第１の導光路の一部に光信号の反射部、拡散部また
は反射拡散部を備えることができる。一方、第１の導光
路の一部に光信号の透過拡散部を備えることができ、前
記透過拡散部の第１の導光路側と反対側にさらに第２の
導光路を接続することができる。また、第２の導光路は
光信号を反射するための斜め面を有することができ、そ
の角度は例えば４５度とすることができる。また、第２
の導光路は光ファイバで構成することができる。さら
に、前記ガイド基板の位置合わせ手段はスルーホールと
することができる。

【００１１】

【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。図１は本発明の第１の実施形態を示す図であ
り、同図（ａ）は光バス回路基板の構成要素を示す斜視
図、（ｂ）は導光路を４ビット並列配置とした場合の平
面図である。図１（ａ）に示すように、光バス回路基板
は、電子回路基板（マザーボード）１０と、光分岐型の
導光路１を実装する光回路基板（固定基板）１１と、ガ
イド基板（位置合わせ基板）１２とを備える。光分岐型
の導光路１は第１の導光路２と第２の導光路３と反射拡
散部５で形成され、固定基板１１に固定される。マザー
ボード１０上には電子回路機能部（図示せず）が実装さ
れている。光信号を発生、受光する光電変換部（発光素
子、受光素子）はマザーボード１０上にあり、第２の導
光路３を通して第１の導光路２に光学的に結合される。
第１の導光路２としては、例えば、従来の技術の項で言
及した平板導光路を用いることが出来る。図１（ｂ）に
示すように、固定基板１１に固定された導光路１は、位
置合わせ基板１２のスルーホール１３を介してマザーボ
ード１０上の受発光素子（図示せず）に接続される。

【００１２】図２は、第１の導光路２の一例を示す図で
ある。導光路２のコア４には透光性媒体が利用可能であ
り、コア４の上下左右の面にはコアよりも屈折率の低い
クラッド（図示せず）を形成することが望ましい。導光
路にはポリメチルメタクリレート、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用いることができる。第１の導光路
２の一端面は光信号を反射させる役割を担っており、こ
こでは反射拡散光学系５を用いる。反射面と対向する端
面は、光入出射部７に対応して階段状に加工されてお
り、複数の段差部を有する。光入出射部７から入力した
光信号６は、コア４内を伝播して他の端面に形成された
反射拡散光学系５で反射され、再びコア４内を伝播して
複数の光入出射部７から出力される。

【００１３】この時、光は反射拡散光学系５により広く
拡散しながら戻ってくるので、光信号６を入力した光入
出射部のみならず他の光入出射部からも同じ光信号を取
り出すことができる。したがって、それぞれの光入出射
部７に結合される受発光素子との間で信号のやりとりが
できることになる。この機能により、複数の光部品を接
続することによって、光バスを構成することができる。
１つの導光路は１ビットに相当し、多ビット化を実現す
るためには、図１（ｂ）に示すように、複数の導光路１
を並列に配置する。ここでは４ビットのバスの例を示し
ている。

【００１４】図３は、第１の導光路と第２の導光路の接
続形態を示す図である。第２の導光路３のコア４にも透
光性媒体が利用可能であり、第１の導光路２と同様な材
料を用いることができる。第２の導光路３の一端は４５
度の斜め面を有しており、第１の導光路２の各段差部に
おける入出射部にそれぞれ接続される。これにより、第
１の導光路２から出射された信号光をマザーボード１０
上の受光素子に導くことができ、また発光素子から入射
された信号光を第１の導光路２の入出射部に導くことが
できる。ここでは、第１の導光路２と第２の導光路３は
別々の部材で形成し接続する形態を示したが、両者を一
体的に成型することもできる。

【００１５】図４は本発明の第２の実施形態を示す図で
あり、同図（ａ）は導光路の斜視図、（ｂ）は光バス回
路基板の上面図である。図４（ａ）に示す第１の導光路
２は、第１の実施形態で示した導光路を縦型に配置した
ものである。第１の導光路２のコア４には第１の実施形
態と同じく透光性媒体が利用可能であり、コア４の上下
左右の面にはコアよりも屈折率の低いクラッド（図示せ
ず）を形成することが望ましい。導光路にはポリメチル
メタクリレート、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
を用いることができる。第１の導光路２の一端面は光信
号を反射させる役割を担っており、ここでは反射拡散光
学系５を用いる。反射面と対向する端面は、光入出射部
７に対応して階段状に加工されており、複数の段差部を
有する。光入出射部７から入力した光信号は第２の導光
路３を介して第１の導光路２のコア４内を伝播して他の
端面に形成された反射拡散光学系５で反射され、再びコ
ア４内を伝播して複数の第２の導光路３を介して光入出
射部７から出力される。

【００１６】この時、光は反射拡散光学系５により広く
拡散しながら戻ってくるので、光信号を入力した光入出
射部のみならず他の光入出射部からも同じ光信号が取り
出すことができる。したがって、それぞれの光入出射部
７に接続される光部品との間で信号のやりとりができる
ことになる。この機能より、複数の光部品を接続するこ
とによって、光バスを構成することができる。１つの導
光路は１ビットに相当し、多ビット化を実現するために
は、図４（ｂ）に示すように、複数の導光路１を並列に
配置する。ここでは４ビットのバスの例を示している。
本例では、第１の実施形態と同様に、電子回路機能部
（図示せず）はマザーボード１０上に実装されている。
光信号を発生または受光する光電変換部（発光素子、受
光素子）はマザーボード１０上にあり、スルーホール１
３に一端が挿入される第２の導光路３を通して第１の導
光路２に結合される。第２の実施形態は、第１の実施形
態と比較して、導光路１を縦型に配置することでビット
間の間隔を小さくすることができるので、小型化に適し
ている。

【００１７】（実施例）第１の実施例について、図３に
示す導光路１を参照しながら説明する。本実施例の第１
の導光路２は階段状の段差部を有する透光性媒体で、段
差部の無い端面には反射拡散部５が形成されている。第
１の導光路２は全長が１５０ｍｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍ
ｍ、反射型拡散部５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、階段状の段差の長さが
１０ｍｍ、階段状の段差の幅を１ｍｍとしている。第２
の導光路３は１本当たり長さが１０ｍｍ、幅１ｍｍ、厚
さ１ｍｍで、第１の導光路２に接続される端部には４５
°の角度の斜め面が設けられている。ここでは、第１の
導光路２および第２の導光路３として、ポリメチルメタ
クリレート（ＰＭＭＡ）を用いている。このような形態
は射出成型等の方法で作製可能である。また押し出し成
型されたシート状のものから切削・研磨加工で作製する
ことも可能である。反射型拡散部５としては拡散強度分
布がガウス分布、拡散角（半値全角）が４０°の反射拡
散フィルムを用いている。

【００１８】図５（ａ）〜（ｃ）は、導光路１を受発光
素子８、９に光学的に結合する工程を示す図である。図
５（ａ）に示すように、マザーボード１０上には受発光
素子８、９が配置されており、この受発光素子に対応す
る位置にスルーホール１３を有する位置合わせ基板１２
が固定されている。また、図５（ｂ）に示すように、固
定基板１１上には第１の導光路２と第２の導光路３から
なる導光路１が固定されている。本実施例では、図５
（ｃ）に示すように、位置合わせ基板１２のスルーホー
ル１３に第２の導光路３が挿入され、マザーボード１０
に位置合わせ基板１２を介して固定基板１１が固定され
る。これにより、第１の導光路２とマザーボード１０上
の受発光素子８、９に位置ずれが生じた場合でも、第２
の導光路３で位置ずれを吸収できるので、位置ずれによ
る光の結合損失を抑えることができる。

【００１９】第２の実施例について、図４（ａ）に示す
導光路１を参照しながら説明する。本実施例の第１の導
光路２は第１の実施例と同様に階段状の段差部を有する
透光性媒体で、段差部の無い端面には反射拡散部５が形
成されている。第１の導光路２は全長が１５０ｍｍ、幅
８ｍｍ、厚さ１ｍｍ、反射型拡散部５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、階段
状の段差の長さが１０ｍｍ、階段状の段差の幅を１ｍｍ
としている。第２の導光路３は幅１ｍｍ、厚さ１ｍｍ
で、長さは反射型拡散部５が配置されている端面に近い
ものから１０ｍｍ〜１７ｍｍと１ｍｍずつ長くなってい
る。第２の導光路３の第１の導光路２との接続部分の端
面は４５°の角度の斜め面が設けられている。このよう
に第１の導光路２は縦型に配置され、第２の導光路３と
接続されている。この場合も、図５（ａ）〜（ｃ）で示
す工程に従って、本実施例の導光路１を有する固定基板
をマザーボードに位置合わせ基板１２を介して固定する
ことにより、第１の導光路２とマザーボード１０上の受
発光素子８、９に位置ずれが生じた場合でも、第２の導
光路３で位置ずれを吸収することができる。

【００２０】図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ第１の実
施例の第１の変形例を示す図である。図６（ａ）におい
て、第１の導光路２は透光性媒体で、端面に反射拡散部
５が形成されている。第１の導光路２は全長が４０ｍ
ｍ、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍとなっている。第２の導光路
は水平な部分３ａと垂直な部分３ｂから形成され、水平
な部分３ａの長さは０ｍｍから７０ｍｍと１０ｍｍずつ
長くなっている。垂直な部分３ｂの長さは１０ｍｍであ
る。いずれも幅は１ｍｍ、厚さも１ｍｍとなっている。
垂直な部分３ｂの端面には４５度面が形成されている。
図６（ｂ）に示すように、水平な部分３ａの端面に４５
度面を形成しても良い。また、第２の導光路３は、図６
（ｃ）に示すように、水平な部分と垂直な部分を一体と
して形成しても良い。いずれの変形例も第１の実施例と
同様の効果がある。

【００２１】図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１の実
施例の第２の変形例を示す図である。第１の実施例では
第１の導光路２の端面に反射型拡散部５が形成されてい
るが、本変形例では、図７（ａ）に示すように、第１の
導光路２の少なくとも一方の端面に透過型拡散部５ａが
形成される。第２の導光路３（３ａ、３ｂ）は第１の導
光路の両側に形成され、一方から信号光の入射を行い、
他方から信号光の出射を行うことができる。

【００２２】以上の実施例では、第２の導光路として、
幅１ｍｍ、厚さ１ｍｍの角柱形状のものを用いた場合を
説明したが、図７（ｂ）に示すように、例えばφ１ｍｍ
の光ファイバを用いることも可能である。この場合は、
４５度面の代わりに損失の無い程度の曲率（例えばＲ＝
１５ｍｍ）で光ファイバを曲げることで水平方向から垂
直方向へ信号光を導光することができ、上記と同様の機
能を実現することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、固定基板に固定された
導光路と電子回路基板（マザーボード）の熱膨張係数の
違い、あるいは導光路の製造公差により、マザーボード
上に実装された受発光素子と導光路の入出射部の間に位
置ずれが生じた場合でも、光の結合損失の小さい光バス
回路基板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であり、
（ａ）は光バス回路基板の構成要素を示す斜視図、
（ｂ）は導光路を４ビット並列配置とした場合の平面図
である。

【図２】第１の導光路の一例を示す図である。

【図３】第１の導光路と第２の導光路の接続形態を示す
図である。

【図４】本発明の第２の実施形態を示す図であり、
（ａ）は導光路の斜視図、（ｂ）は光バス回路基板の上
面図である

【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ導光路を受発光素子
に光学的に結合する工程を示す図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ第１の実施例の第１
の変形例を示す図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第１の実施例の第２
の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１導光路２第１の導光路３第２の導光路４コア５反射拡散部６光信号７光入出射部８受光素子９発光素子１０マザーボード１１固定基板１２位置合わせ基板１３スルーホール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の光部品および電子部品を実装した
電子回路基板と、光信号を伝達する第１の導光路および
一端が第１の導光路に接続され他端が前記光部品に光学
的に結合される第２の導光路を実装した光回路基板と、
前記光部品と第２の導光路の位置合わせを行うための位
置合わせ手段を有するガイド基板とを備えたことを特徴
とする光バス回路基板。
【請求項２】第１の導光路の一端が複数の段差部を有
し、第２の導光路が前記段差部にそれぞれ接続されるこ
とを特徴とする請求項１記載の光バス回路基板。
【請求項３】第１の導光路および第２の導光路が一体
的に成型されることを特徴とする請求項１または２記載
の光バス回路基板。
【請求項４】第１の導光路の一部に光信号の反射部、
拡散部または反射拡散部を備えたことを特徴とする請求
項１〜３のいずれかに記載の光バス回路基板。
【請求項５】第１の導光路の一部に光信号の透過拡散
部を備え、前記透過拡散部の第１の導光路側と反対側に
さらに第２の導光路を接続したことを特徴とする請求項
１記載の光バス回路基板。
【請求項６】第２の導光路が光信号を反射するための
斜め面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の光バス回路基板。
【請求項７】第２の導光路が光ファイバで構成された
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光バ
ス回路基板。
【請求項８】前記ガイド基板の位置合わせ手段がスル
ーホールであることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
かに記載の光バス回路基板。