JP2004069797A

JP2004069797A - 光導波装置、光電融合基板、およびそれを用いた電子機器

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Publication number: JP2004069797A
Application number: JP2002225467A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Onouchi; 尾内　敏彦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-02
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Abstract

【課題】２次元状の光導波シートの低コストである利点を活かしつつ、１枚のシートで多ビットの多重を行うことが可能な光導波装置である。
【解決手段】光導波装置は、光を伝播させる光導波シート１１を含み、光導波シート１１には、受光素子７、および光導波シート１１の光導波面内方向と角度を成す方向に光を出射するための受光素子用光路変換手段１６が設けられている。受光素子７は独立に駆動可能な複数の受光面が並べられて成って、光導波シート１１内を伝播してきて光路変換手段１６で光路変換された光１５が複数の受光面で受けられる様に光路変換手段１６と受光素子７との位置関係が設定されている。受光素子７の複数の受光面で受ける光の強度分布が伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して、信号処理部で送信源を弁別して受信する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気回路基板上の電気チップ間や電気回路基板相互間などにおいて信号を光学的に接続する為の光導波シートなどの光導波路を有する光導波装置、これと電気回路基板が一体化した光電融合基板、それを用いた電子機器などに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ、セルラー電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）に代表される携帯機器、デジタルＡＶ（オーディオビジュアル）機器などの性能の飛躍的な向上により、その相互接続が、無線、有線を混合してあらゆる周波数帯で実現してきている。そのため、電気基板からの電磁放射ノイズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：　ＥＭＩ）や外界からの電波混入に対する耐性（Ｉｍｍｕｎｉｔｙ）、不完全接続による信号の乱れ（Ｓｉｇｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ：　ＳＩ）などによるディジタル機器の誤動作に対する対策が急務となってきている。こうした電磁波問題については、製品出荷前に電波法の規制値をクリアすることが不可欠で、その対策の為の開発コストは年々増加してきており、基本的に電磁無誘導である光配線は、このボトルネックを根本から解消できるものとして期待されている。また、今後、家庭内にもＦＴＴＨなどの高速接続環境が整備されるため、様々なグランド環境において高速電子機器を自由に接続しても、誤動作、ノイズ混入などを防ぐ必要があり、グランドに対して電気的アイソレーションが簡単にできる光接続は有効な手段の１つである。
【０００３】
その為の光配線手段としては様々の方法が提案されている。その中で、特開平９−２７０７５１号公報や特開平１０−２０６６７７号公報には、情報処理装置１１００において複数の電気回路基板間のバス接続に光導波シートを用いる方法が開示されている。その場合、図８に示す様に、光導波シート１１０１と電気回路基板１１２０は独立して垂直に結合する様になっており、光素子１１３２、１１４２は電気回路基板１１２０の入出力ポート１１３０、１１４０に実装されていて、光導波シート１１０１とは４５度ミラー１１３３ｓを介して結合する様になっている。この例では、光導波シート１１０１は２次元スラブ導波路になっており、積層方向で信号多重化する様になっている。尚、図１３において、１１２３は電気回路、１１３１、１１４１は光素子用回路、１１３３は信号光入射部、１１３４は信号光出射部である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８のような光導波シートの場合には、導波路作製やアライメントの問題は軽減されコスト低減にはつながるが、バスの１ｂｉｔあたり１枚のシートを必要とするために、多ビットバスに対応するには、パラレル−シリアル変換や多層シートを必要とし、適用範囲が限られていた。１枚のシートで多ｂｉｔの信号を多重する方式も幾つか検討されているが、信号強度や波長で区別するためにシステムが複雑化してしまう恐れがあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記の課題に鑑み、２次元状の光導波シートの低コストである利点を活かしつつ、１枚のシートで多ビットの多重を行うことが可能な光導波装置、これと電気回路基板が一体化した光電融合基板、それを用いた電子機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成する本発明の光導波装置は、光導波シート及び受光素子を含む光導波装置であって、光導波シートには、光導波シートを伝播してきた光の光路を変換し受光素子へ向けて出射するための光路変換手段が設けられており、且つ受光素子は独立に信号の受信が可能な複数の受光面が設けられていることを特徴とする。或いは、光で信号の授受を行うために光を伝播させる２次元スラブ導波路である光導波シートを含む光導波装置であって、光導波シートには、受光素子、および光導波シートの光導波面内方向と角度を成す方向（例えば、光導波シートの平面と垂直な方向）に光を出射するための受光素子用光路変換手段が設けられ、受光素子は独立に駆動可能な複数の受光面が並べられて成って、光導波シート内を伝播してきて受光素子用光路変換手段で光路変換された光が複数の受光面で受けられる様に受光素子用光路変換手段と受光素子との位置関係が設定されていることを特徴とする。この構成では、受光素子の複数の受光面で受ける光の強度分布が伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して、信号処理部で送信源を弁別して受信する様に容易にできるので、複雑な導波構造を用いることなく自由な配線アーキテクチャーが可能な多重光配線を容易に実現できる。
【０００７】
上記基本構成に基づいて、以下のような態様が可能である。
前記光導波シートには、更に発光素子、および該光導波シートの光導波面内方向と角度を成す方向（例えば、光導波シートの平面と垂直な方向）からの光を入射するための発光素子用光路変換手段が設けられ、発光素子からの光が発光素子用光路変換手段で光路変換されて光導波シート内に入射される様に発光素子用光路変換手段と発光素子との位置関係が設定されている態様を採り得る。発光素子用光路変換手段は、図１のように２次元状に全体に光導波路に光結合させたり、図４のように指向性ビームとして光導波路に光結合させたり、また、図５のように光導波路の必要な領域にのみ伝送するために光信号の放射角を例えば９０度に絞り込んだりすることができる。光信号の放射角を絞り込む場合、２次元全体に光結合させる場合に比べて伝送距離が伸びたり、伝送レートを速くできる。さらに、以上の３つの伝送方式を混在させる様に、複数種の発光素子用光路変換手段を設けることもできて、適当にアレイ化した受光部を備える受光素子で検出することで、同一光導波シート内で複数の信号を多重化できる。
【０００８】
また、前記受光素子は円周状に並べられた複数の受光面を少なくとも有し、受光素子用光路変換手段は光導波シート内のあらゆる方向からの伝播光を受光素子で受光できる様に形成されていると共に、複数の受光面で受ける光の強度分布が伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して送信源を弁別して受信できる様に構成することもできる。具体的な１つの形態では、図１のように送信側で２次元状に全体に光導波路に光結合させる信号は、図２のように半球状、円錐状あるいは角錐状の受光素子用光路変換手段に対応してこの頂上部を中心に円周状に面実装された複数の受光領域からなる受信部で、送信源の位置検知をしながら受信するものである。これにより、送信源の位置が特定できるために、１つの受信部は、複数の送信源からの信号を位置で弁別して、多重信号の受信が可能となる。もちろん、この光導波シートを多層構造にして上記位置多重を混在化させることで、さらにチャネル数を増やすこともできる。
【０００９】
また、前記受光素子は直線状に並べられた複数の受光面を少なくとも有し、受光素子用光路変換手段は光導波シート内の特定の領域からの伝播光を受光素子で受光できる様に形成されていると共に、複数の受光面で受ける光の強度分布が伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して送信源を弁別して受信できる様に構成することもできる。
【００１０】
また、前記発光素子から入射される光は光導波シート内のあらゆる方向に伝播される様に構成され、前記円周状に並べられた複数の受光面を少なくとも有する受光素子で発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成することもできる。さらに、前記発光素子から入射される光は光導波シート内の特定の放射角方向に伝播される様に構成され、前記直線状に並べられた複数の受光面を少なくとも有する受光素子で発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成することもできる。
【００１１】
また、前記発光素子から入射される光は平行ビーム状となって光導波シート内の特定の方向に伝播される様に構成され、前記直線状に並べられた複数の受光面を少なくとも有する受光素子で発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成することもできる。具体的には、図４のように送信部から複数の指向性ビームが光導波路に光結合された場合には、ライン状に複数の受光領域をアレイ化し、長尺の４５度ミラーなどの受光素子用光路変換手段で各ビームが各受光領域に対応するように位置合わせをしてあれば、ライン状の複数の受光領域からなる１つの受信部は、やはり位置弁別して多重信号を受信できる。
【００１２】
また、上記種々の伝播態様の光を発する複数の発光素子と、上記種々の光検出態様で受信する複数の受光素子を混在的に含み、同一光導波シート内で混在した形で同時に複数の光信号の授受を行う構成にもできる（図５の構成を参照）。
【００１３】
光路変換手段で光路変換して光導波シートに入射した伝播光を受光してこれをＯＥ（光−電気）変換し信号整形してから、再びＥＯ（電気−光）変換して光信号を再生しこれを光路変換手段で光路変換して所定の伝播態様で前記光導波シート内に伝播させるアクティブな中継手段（図７の符号２３５を参照）を更に有する構成もあり得る。
【００１４】
また、上記目的を達成する本発明の光電融合基板は、上記の光導波装置を電気回路基板（さらには電気チップにも）に電気的接続が得られるように実装し、該電気回路の信号の一部または全てを該光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させて電子機器を動作させることを特徴とする。ここにおいて、光導波装置と電気回路基板を少なくとも１層ずつ積層させ、該積層された光導波装置の一部または全てに貫通ビアを形成して各光導波装置の光素子の駆動の為の電気配線を電気回路基板と接続している様にもできる。光導波装置を電気回路多層基板の内部に埋め込んだ形にしたり、光導波装置を複数積層させ、電気回路基板および電気チップと接続したりすることもできる。
【００１５】
また、上記目的を達成する本発明の電子機器は、上記の光電融合基板を用いて、複数のＣＰＵやメモリなどの電気チップ間の多ビット配線に光配線を混在させてシステム動作させることを特徴とする。
【００１６】
この様に、光導波装置を電気回路基板と融合させ、ＬＳＩなどが実装された電気ボードの一部の配線を電気、光混在で配線すれば、マルチチャネルの高速配線が必要な電子機器の高機能化、ＥＭＩ対策を安価に行うことができる。特に、複数の無線方式が混在する次世代携帯機器や高クロック動作のＣＰＵボードなどのデザインには、本発明による光電融合基板が重要となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を明らかにすべく、具体的な実施例を図面に沿って説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１による光導波装置の全体斜視図である。光導波シート１１は、加工の容易性などから透明ポリマーを用いて形成している。これは、屈折率の異なる材料を組み合わせてコア層１（屈折率の比較でき大きい部分）と上下のクラッド層２（屈折率の比較でき小さい部分）を構成し、全体の厚さを数１００μｍ程度にすることで、折り曲げなどが自由な２次元的なフレキシブルなシートにできる。ここでは、屈折率が１．５９のＺ型ポリカーボネート（ＰＣＺ）を厚さ１００μｍのコア層１に用い、屈折率が１．５３のアートンを厚さ１００μｍのクラッド層２に用いたが、材料や厚さはこれらに限らない。
【００１９】
送信部（光源）としては、ＬＥＤ、面発光レーザなどの面出射型の発光素子６ａ〜６ｃが、光導波シート１１上に形成した電極４、５ともコンタクトを取りながら実装され、素子駆動を行える様になっている。面発光レーザとしては、例えば、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ　ＭＱＷ活性層、１波長共振器を形成するスペーサ層、及びＡｌＡｓ／ＡｌＧａＡｓ　ＤＢＲミラー（活性層の両側にある）がＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ等の結晶成長方法を用いて形成される面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などがある。
【００２０】
面型発光素子６の下部には、略半球状の光路変換用の構造体３が光導波シート１１のコア層１に埋め込まれており、光路変換用構造体３に適当に対応した発光素子６の面実装により、符号１４で示す光路のように光導波シート１１への光入射ができる様になっている。ここでは略半球状の光路変換構造体３の頂上部の真上に発光素子６の出射中心が合う様にアライメントしてあり、２次元スラブ導波路を構成したシート１１全体に、符号１２で示す領域のように３６０度全方向に送信光を伝搬させられる。
【００２１】
この光導波シート１１に結合した光の一部は、図１の符号１７のような光線となって伝播し、同様に面実装した受光素子７の下部にある光路変換構造体１６によりシート１１上方に反射されて、受光素子７で光信号を受信できる様になっている。この光路変換構造体１６も略半球状であれば、符号１５の光線のように光導波シート１１を伝搬している全方位からの光が光路変換構造体１６で上方に光出射されて、受光素子７で受光される。受光素子７としては、Ｓｉ　ＰＩＮ　フォトダイオード（ＰＤ）などが用いられ得る。
【００２２】
図１では、実装後の光素子６、７の一部が光導波シート１１の表面よりも若干上に出た形となっているが、光素子の厚さと光素子用ガイド穴の深さによっては完全に埋め込むこともできる。
【００２３】
ここで、受信部の光路変換構造体１６が半球状の場合には、送信源の方向によって、該送信源からの光の反射される光路変換構造体１６の面が異なるため、その真上に実装された受光素子７の特定の受光領域にのみ特定の方向からの光が入射することになる。その様子を図２に示す。半球の構造体３２の平面図を示しているが、図２に示すように、符号３５の方向からの光は半球構造体３２の符号３３の領域で特に光強度が強く、符号３６からの光は符号３４の領域で光強度が強いことがわかる。
従って、受光素子３７において、複数の受光面３８を図２のように半球構造体３２の頂上部の真上の受光面３８の周りに円周状にならべ、それぞれが独立に信号検出できる様にしてあれば、複数の受光面３８での受光態様の違いを認識できて、検出された受信光の送信源の位置を特定できる。こうした認識は、たとえば送信源と受光態様の対応関係を回路のメモリ部に記憶しておいて、これを読み出しつつプログラムに従って信号を処理部で処理することで行われる。そこで、図１のように送信源６が複数ある場合においても、線状導波路のない２次元スラブ状の光導波シート１１の同一コア１内で、複数の信号を多重できる。ここでは、３６０度全方位からの光路を変換する構造体として半球状のものを用いたが、円錐、角錐などのものでもよい。また、アレイ化された受光領域の数やパターンも図２に示したものに限定されない。
【００２４】
次に、図３に沿って、本実施例の光導波装置の作製工程の一例を説明する。本実施例では、光導波シートに埋め込んだ光路変換構造体を金属鍍金により形成した。図３（ａ）において、ガラス基板２０の上に鍍金用全面電極として、Ｃｒ／Ａｕ（それぞれ２１、２２）を蒸着する。基板はガラスに限るものではなく、Ｓｉやセラミック、樹脂などでもよい。図３（ｂ）において、ホトレジスト２３をホトリソグラフィによりパターニングを行い、光路変換構造体を形成したい位置に鍍金用の窓２４を形成する。ここでは、この窓２４のサイズを５〜１０μｍφとした。図３（ｃ）において、レジスト２３を越える厚さまで鍍金を行うと、符号２５の様に半球状に成長する。ここではＮｉの電解鍍金を行い、光導波シートのコア層厚１００μｍより若干薄い８０μｍの厚さで、すなわち直径１６０μｍφになる様に半球構造２５を形成した。このサイズは、シート厚や光源、受光素子の種類によって最適になる様に鍍金時間等で任意に設定できる。
【００２５】
鍍金としてはＣｕ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｕなど他の金属あるいは化合物でもよく、異種材料が多層構造になっていてもよい。また、鍍金は無電解を用いてもよい。図３（ｄ）において、レジスト２３を除去すると、１０μｍφ程度の土台に１６０μｍφの半球構造２５が乗っている様な構造体ができる。この半球構造体２５はホトレジスト２３のパターニングで所望の数だけ、所望の位置に形成できるが、必要なら一部の半球構造体２５をはじき飛ばしたり粘着テープなどに付けて除去することもできる。これにより、同じホトレジストパターニング用マスクを用いても、半球構造体を多様な配置形態で配置できる。
【００２６】
図３（ｅ）において、コア層２６となるポリマーをディップ法、キャスト法、塗布法などで半球構造体２５を埋め込むように形成する。次に、図３（ｆ）において、コア層２６よりは屈折率の低いクラッド材２９を表面に形成し、電極配線２７および素子実装用の穴３０を形成する。ここでは、レーザ加工などで素子を実装すべき位置にエキシマレーザ加工などで既に穴を開けたアートン（商品名）のシートをコア層２６の表面に接着したが、感光性光学樹脂、たとえばＳＵ−８（商品名）、ＢＣＢなどを直接パターニングして穴などを形成してもよい。ＳＵ−８の場合は屈折率が高いので、素子実装する近辺にのみこれを形成する様にする。或いは、クラッド層２９はなくても良く、やはりレーザ加工で深さ制御をして素子実装用の穴３０を開けるか、または嵌合用の穴を省略して、フリップチップボンダによるアライメントのみを行って光素子を実装してもよい。
【００２７】
電極ないし電気配線２７は、アルミ、銅などの金属配線である。その作製には、真空蒸着とリソグラフィー技術により、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の配線パターンを形成する手法が用いられ得る。他にも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の導電性ペーストをスクリーン印刷法で基材上に印刷して回路導体パターンを形成した後、導電性ペーストを焼成したり硬化させて回路導体を形成してもよい。また、電解銅箔等の金属箔を積層し、所望のパターンに形成されたエッチングレジストを用いて該金属箔を化学エッチングすることにより、回路導体パターンを形成する手法などもある。さらに、ポリマー導波路と熱膨張係数や弾性係数などの点でマッチングのよい導電性ポリマーを配線に用いても良い。
【００２８】
発光または受光素子２８の実装においては、シート上に形成した電極とコンタクトを取るようにフリップチップボンディングを行うので、Ａｇペーストやクリームハンダなどを印刷あるいはディスペンサで塗布してから、光素子をガイド穴に挿入し、１２０℃程度で加熱することで接着する。図３（ｇ）において、超音波処理などをしてシートを基板から剥がすと、埋め込まれた複数の半球構造体はリフトオフされて一括して光導波シート内に取り込まれる。さらに必要であれば下部クラッド層３１を形成する。図示はしていないが、位置弁別検出する場合には、光導波シート端面からの反射が発生することでＳ／Ｎが劣化するので、端面は粗研磨処理もしくは光吸収体をコーティングしておくことが望ましい。
【００２９】
なお、図１の発光、受光素子の位置や数は本実施例をわかりやすく説明するためのものであり、実際には接続される電気回路の配線や電気チップのピンに合わせて全体でデザインされるものである。高速伝送やＥＭＣ対策の必要な配線ラインを本発明による光導波装置を使ってデザインすることで、電気配線に比べて高機能、低開発コストを実現できる。
【００３０】
（実施例２）
実施例１では、光の伝播を２次元の全方位にさせるために減衰量が大きく、Ｇｂｉｔオーダーの伝送では数ｃｍ程度が限界である。すなわち、光がＲ（ｍｍ）伝播したときの１ｍｍの円弧あたりに受光できる光パワーは、
１０・ｌｏｇ（１／２πＲ）＋Ｒ・α　（ｄＢ）
（α：光導波シートの伝播損失（ｄＢ／ｍｍ））
だけ減衰してしまう。したがって、２０ｍｍ伝播すればαを無視しても１ｍｍ径の受光器で検出した場合に２１ｄＢの損失で、約１０ｄＢの結合損を含めると３１ｄＢとなる。そこで、クロック配信のような１対多の伝送でない時には、指向性のある伝播を用いることが、消費電力やコストの点で有利になる場合がある。
【００３１】
本実施例では、図４のように各ｂｉｔに対応する電気配線４３を持つアレイ光源４１を平行ビーム発振源にして、各発光点４９からの光を光線４６として独立に同一光導波シート４０内に伝播させる。ビームの出射角を各発光点表面に取り付けたマイクロレンズ等で小さく制御すれば、線状導波路を作製せずに数１０ｃｍ程度の２次元スラブ導波路で光線４６のように個別伝送可能である。ここでは、図４のように半円柱状の光路変換構造体４４を実施例１と同様に鍍金を利用して光導波シート４０に埋め込んだもので光結合させ、各ビームを光導波シート４０内に伝播させて、同じく半円柱状の光路変換構造体４５で反射させ、個別に伝播してきた光線４７を１次元アレイ状に並んだ受光領域５０を持つ受信部４２で位置弁別して検出する。光路変換構造体は半円柱以外でも、三角柱を横にした形のものや、光導波シート４０を４５度カットしたエッジを用いることが可能である。
【００３２】
この１次元アレイ状に並んだ送信部４１および受信部４２は、光導波シート４０に面実装され、電気配線４３と電気コンタクトを取ることで、各素子を独立に駆動できるようになっており、電気回路基板の配線や電気チップのピンに合わせてデザインされる。
【００３３】
本実施例では、光の減衰は結合損約１０ｄＢ以外には光導波シート４０の伝播損失約０．０４ｄＢ／ｍｍだけとなり、３００ｍｍ伝播させても２２ｄＢの損失であるため、一般的な電気回路基板の端から端までの配線にも適用できる。一方で、ビーム間隔によってはｂｉｔ間のクロストークが発生する。しかしここでは、５００μｍピッチで、１００μｍφの受光領域としたので、１００ｍｍ程度の近距離で光源パワーが１ｍＷであれば、チャネル間クロストークが２０ｄＢ以下でエラーレートを１０^−９以下にできる。クロストークが問題になる場合には、隣接する受光領域５０間の差動出力を取り出して電気的に処理することでクロストークの問題を回避できる。
【００３４】
（実施例３）
本実施例は、実施例１の２次元伝送及び実施例２のビーム伝送と、一定の指向角を持たせた光伝送を組み合わせたものである。その様子を図５に示す。
【００３５】
半球状の光路変換構造体５３の頂点からずらした位置で、電気配線５４、５５を持つ発光素子５６ａを実装すると、３６０度全方向ではなく、ある一定の放射角θをもって符号５９のように光線５８を伝播できる。これにより、１つの送信源から複数の受信部に光伝送しつつ、３６０度全体に伝送するよりもパワーロスが少なく、基板内の伝送距離の適用範囲が広がる。一方、図５において、送信源５６ｂからは実施例１のように２次元全体に光伝送し、光源５６ｃからは実施例２のように一定方向にビーム状に伝播させる様になっている。従って、図２のような円周状にアレイ化された光検出器５７ａにおいては光源５６ａ、５６ｂ、５６ｃからの光を位置弁別検出し、光検出器５７ｂでは光源５６ａ、５６ｂからの光を位置弁別検出し、光検出器５７ｃでは光源５６ｂからの光を位置弁別検出することで、電気配線とは異なる自由な配線デザインが実現可能である。
【００３６】
２次元伝送ではクロック配信、一定放射角伝送では１対多のバス配線、指向性ビーム伝送では１対１の配線をさせることができ、１枚の光導波シート５１で幾つかの配線方式を混在させて多重伝送できる。
【００３７】
（実施例４）
本実施例では、今まで述べてきた光導波装置を小型携帯機器に適用したものである。これを説明するための多層ビルドアップ基板と光導波装置が一体化された光電融合基板の断面図を図６に示す。電気配線７６やビア配線７５が形成された電気回路基板７３には、上記のように光路変換構造体７７やビア配線７２が形成された光導波シートが貼り付けられている。この光電融合基板７０の表面には、光素子７８を駆動する電極や、基板７３からの貫通電極７２とコンタクトが取られたＩＣ７１が実装されている。
【００３８】
図６において、符号７４は無線通信を行うためのＲＦ回路部であり、電磁干渉を避けるためにシールドカバーで覆われている。従来、ＲＦ回路部から信号線を引き出す場合、信号線の長さによってはアンテナになってしまい、コモンモードノイズ輻射のために、自身の回路の誤動作を引き起こしたり、電波法の規格をクリアするために多大の設計時間を要していた。ここで、本発明による光電融合基板７０を用いて符号７９のように光信号配線すると、アンテナが形成されないために、不要輻射を大幅に低減できる。
【００３９】
今後、無線通信において、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ（５ＧＨｚ帯−５４Ｍｂｐｓ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（２．４ＧＨｚ−１Ｍｂｐｓ）、第４世代携帯電話（５ＧＨｚ帯−１００Ｍｂｐｓ）など複数の高速で周波数の異なる方式が錯綜してくると、小型携帯機器のＥＭＣの設計及びその場で配線アーキテクチャを変えられる配線が必要になってくる。本発明の様な光導波装置が一体化された光電融合基板は、その設計の自由度を増大できコストを低減できる。
【００４０】
図６では電気回路基板７３上に光導波シートが貼り付けられ、更にその上に電気チップ７１等が実装されている形になっているが、光導波シートが多層ビルドアップ基板内部に埋め込まれる形になっていても勿論よい。
【００４１】
（実施例５）
今までの実施例では、単層の光導波シートの例を述べてきたが、光導波シートも多層構造にしたビルドアップ光電融合基板にすることで、より高速のデータ転送が可能である。このような光配線による高速バスなどを融合したボード２３０を図７に示す。デュアルＣＰＵ（２３１）構成で、ＣＰＵ２３１間およびＣＰＵ２３１とメモリ２３２とのアクセスを本発明による光導波装置（光線２３４等を用いている）を用いて構成している。光導波シート２３６は、図７の様に縦方向に４層をスタックすると同時に、図７に示す様にボード２３０の面内方向には実施例２のように指向性ビームで４ｂｉｔを多重化し、４×４で１６ｂｉｔの構成になっている。ここでは、双方向に伝送できるように受・発光素子が実装されている。また、ＣＰＵの６４ｂｉｔ出力を１６ｂｉｔにパラレル−シリアル変換して１ｂｉｔあたり１０Ｇｂｐｓの光伝送を行うことで、６４ｂｉｔパラレルに換算して１ｂｉｔあたり２．５ＧＨｚ動作、１チャンネル全体で１６０Ｇｂｐｓ（２０Ｇバイト／ｓｅｃ）のシリアル接続が可能である。
【００４２】
メモリ２３２とのアクセスは実施例３のように２ｂｉｔの９０度放射角伝送を利用して、４層で８ｂｉｔの伝送を１対多で行えるようなバス配線となっている。図７ではＣＰＵ２３１からメモリ２３２への送信について一定指向角伝送を図示しているが、メモリ２３２からＣＰＵ２３１への送信も同様である。また、Ｘｔａｌ集積素子によるクロック発生器２３３からは実施例１のような２次元伝送により、２つのＣＰＵ２３１に同時にクロック配信をしている。このクロックはボードの大きさによっては中継点２３５（ここでＯＥ変換とＥＯ変換が行われてクロックが再生、発信される）でリピートさせて、基板内の必要なところに適宜９０度放射角伝送などで配信させても良い。
【００４３】
図示していないＩ／Ｏポートは多層電気回路基板部分２３７で従来どおりの電気配線で接続しているが、上記と同様に光配線を適用させてもよい。
【００４４】
以上のような構成により高速接続を実現させながら、ＥＭＩノイズの発生は抑えられ、距離の離れた複数のＣＰＵ間や周辺機器間を直接ネットワーク接続するようなマルチＣＰＵシステムを構築することができる。なお、各素子間のパス幅や配置、数、配線方法などは図７の限りではない。
【００４５】
近年の電気配線だけによるビルドアップ基板では、高速信号の配線において、近接配線に起因するクロストークノイズや、インピーダンス不整合による反射などによる信号劣化、およびその結果として生じる電磁放射ノイズの対策が問題になっている。また、次世代の高速ＬＳＩ接続ためのバスとして高速シリアル転送が検討されており、ＲａｐｉｄＩＯ（米Ｍｏｔｒｏｌａ他）、Ｈｙｐｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ（米ＡＭＤ）、３ＧＩＯ（米Ｉｎｔｅｌ）などが８ｂｉｔ−１ＧＨｚで１Ｇバイト／ｓｅｃを当面の目標としている。同様の規格で１０Ｇバイト／ｓｅｃ以上がさらに次の世代に必要になると、電磁放射ノイズやボード設計、消費電力の点のおいても、本発明による光導波装置を用いた位置多重伝送方式混載の高速光配線が効果的となる。
【００４６】
【発明の効果】
以上に説明した様に、本発明によれば、電気回路基板の高速配線や電磁ノイズ対策等に用いられる光導波装置において、複雑な導波構造を用いることなく自由な配線アーキテクチャーが可能な多重光配線を低コストで実現できる。また、ＬＳＩなどが実装された電気ボードの一部の配線に使用して光電融合基板とすることで、大きな設計変更もなく安価にＥＭＩ対策を行うことができる。さらに、高速マルチＣＰＵシステムなどを構築する上で、超高速でボード設計の自由度が増すバス配線を本発明による光電融合基板で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例１の光導波装置の斜視図である。
【図２】本発明による実施例１の光導波装置の受光部と光路変換構造体を説明する平面図である。
【図３】本発明による実施例１の光導波装置の作製プロセスを示す断面図である。
【図４】本発明による実施例２の光導波装置を説明する斜視図である。
【図５】本発明による実施例３の光導波装置を説明する斜視図である。
【図６】本発明による実施例４の光導波装置を電気回路と混載させた光電融合基板の断面図である。
【図７】本発明による実施例５の高速信号接続を用いた光電融合基板の斜視図である。
【図８】２次元導波シートを用いた光導波装置の従来例を説明する図である。
【符号の説明】
１、２６…光導波コア層
２、２９、３１…クラッド層
３、１６、３２、４４、４５、５３、７７…光路変換構造体
４、５、２７、４３、５４、５５…光導波シート上電気配線
６ａ、６ｂ、６ｃ、４１、５６ａ、５６ｂ、５６ｃ…発光素子
７、３７、４２、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ…受光素子
１１、４０、５１、２３６…光導波シート
１２、５９…光伝播状態を示す領域
１４、１５、１７、４６、４７、５８、７９、２３４…光線
２０…基板
２１、２２…鍍金用電極
２３…レジスト
２４…鍍金用窓
２５…鍍金構造体
２８、７８…光素子
３０…ガイド穴
３３、３４…伝播光の反射領域
３５、３６…光の伝播方向
３８、５０…受光面（受光領域）
４９…発光点
７０、２３０…光電融合基板
７１…電気チップ
７２、７５…ビア配線
７３、２３７…電気回路基板
７４…ＲＦ部
７６…配線
２３１…ＣＰＵ
２３２…メモリ
２３３…クロック発生器
２３５…クロック中継器

Claims

光導波シート及び受光素子を含む光導波装置であって、該光導波シートには、該光導波シートを伝播してきた光の光路を変換し該受光素子へ向けて出射するための光路変換手段が設けられており、且つ該受光素子は独立に信号の受信が可能な複数の受光面が設けられていることを特徴とする光導波装置。
前記光導波シートには、更に発光素子、および該光導波シートの光導波面内方向と角度を成す方向からの光を入射するための発光素子用光路変換手段が設けられ、該発光素子からの光が該発光素子用光路変換手段で光路変換されて該光導波シート内に入射される様に該発光素子用光路変換手段と該発光素子との位置関係が設定されていることを特徴とする請求項１記載の光導波装置。
前記受光素子は円周状に並べられた複数の受光面を少なくとも有し、前記受光素子用光路変換手段は前記光導波シート内のあらゆる方向からの伝播光を該受光素子で受光できる様に形成されていると共に、該複数の受光面で受ける光の強度分布が該伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して該送信源を弁別して受信できる様に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光導波装置。
前記受光素子用光路変換手段は、半球または円錐形状の散乱構造体を前記光導波シート内に埋め込んだ形態であることを特徴とする請求項３記載の光導波装置。
前記受光素子は直線状に並べられた複数の受光面を少なくとも有し、前記受光素子用光路変換手段は前記光導波シート内の特定の領域からの伝播光を該受光素子で受光できる様に形成されていると共に、該複数の受光面で受ける光の強度分布が該伝播光の送信源の位置に応じて異なることを利用して該送信源を弁別して受信できる様に構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光導波装置。
前記受光素子用光路変換手段は、半円柱または三角柱形状を横にした散乱構造体を前記光導波シート内に埋め込んだ形態であることを特徴とする請求項５記載の光導波装置。
前記発光素子から入射される光は前記光導波シート内のあらゆる方向に伝播される様に構成され、前記受光素子で該発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光導波装置。
前記発光素子から入射される光は前記光導波シート内の特定の放射角方向に伝播される様に構成され、前記受光素子で該発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の光導波装置。
前記発光素子から入射される光は平行ビーム状となって前記光導波シート内の特定の方向に伝播される様に構成され、前記受光素子で該発光素子の位置を弁別して光信号を検出することにより同一光導波シート内で複数の発光素子からの光信号を１つの受光素子で同時に受信できる様に構成されていることを特徴とする請求項５または６記載の光導波装置。
請求項７乃至９に記載の伝播態様の光を発する複数の発光素子と、請求項７乃至９に記載の光検出態様で受信する複数の受光素子を混在的に含み、同一光導波シート内で混在した形で同時に複数の光信号の授受を行うことを特徴とする光導波装置。
前記光導波シート面上には、前記光素子を駆動するための電気配線が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の光導波装置。
伝播光を受光してこれをＯＥ変換し更にＥＯ変換して光信号を再生しこれを所定の伝播態様で前記光導波シート内に伝播させる中継手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の光導波装置。
請求項１乃至１２の何れかに記載の光導波装置を電気回路基板に電気的接続が得られるように実装し、該電気回路の信号の一部または全てを該光導波装置を用いた光信号の授受によって配線させて電子機器を動作させることを特徴とする光電融合基板。
前記光導波装置を電気回路多層基板の内部に埋め込んだ形であることを特徴とする請求項１３記載の光電融合基板。
前記光導波装置を複数積層させ、電気回路基板および電気チップと接続したことを特徴とする請求項１３または１４記載の光電融合基板。
請求項１３乃至１５の何れかに記載の光電融合基板を用いて、複数の電気チップ間の多ビット配線に光配線を混在させてシステム動作させることを特徴とする電子機器。