JP2004157438A

JP2004157438A - 光接続装置、光回路および光電子混載回路

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Publication number: JP2004157438A
Application number: JP2002325027A
Authority: JP
Inventors: Osamu Mikami; 修三上; Noritoshi Watanabe; 則利渡邊
Original assignee: Tokai University
Current assignee: Tokai University
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2002-11-08
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】光信号のパワー分岐機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供する。
【解決手段】光信号が一端３１から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路２１中に他端３２が挿入され、一端３１への光信号を他端３２まで伝搬して光導波路２１へ導波する光ピン（光接続装置）３０において、他端３２に反射面３２ａ，３２ｂを形成し、異なる少なくとも２方向の光導波路２１へ反射面３２ａ，３２ｂで反射して導波するようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信分野で使用される光接続装置に係るものであり、特に、基板に対して平行に光信号を伝搬させる光導波路と、基板上に実装され、基板に対して垂直に光信号を入出力する発光素子・受光素子などの光学素子とを光学的に結合する光接続装置に関し、また、この光接続装置を用いた光回路および光電子混載回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コンピュータをはじめとする情報処理装置の情報処理量は増大の一途をたどっている。この情報処理量の増大に伴って、情報処理装置を構成する基板内部や基板間における配線数、基板上の電子素子間における配線数も増加しており、電子回路実装の高密度化が要求されている。しかしながら、金属を用いた電気配線では、配線間における信号の相互干渉の問題や、配線距離の長尺化による信号の伝搬遅延の問題などが深刻になってしまう。
【０００３】
この電気配線に起因した諸問題を解決するための手法として、光配線を利用した光接続装置が注目されている。光信号の伝達には信号の相互干渉の問題がなく、並列処理が可能なため、光接続装置は情報の大量伝送に適している。この場合、基板内における光配線は、いわゆる光回路によって実現される。つまり、基板上に実装した発光素子から受光素子への光信号の伝送を光導波路によって媒介させる。
【０００４】
しかしながら、光回路では、光導波路と発光素子・受光素子とを光学的に結合（光接続）させなければならないため、精密な位置合わせ（調心）が必要となる。この光接続は、単純な接触で導通する電子回路の電気接続に比べると容易なものではない。電子素子とプリント配線（電気導波路）とを電子回路基板上で電気接続する場合には、電子素子のピンをプリント配線基板に挿入し、プリント配線基板に電子素子をハンダ付けするように、光接続の場合にも、この簡便な挿入固定を採用することが望ましい。このような挿入固定による光接続では、電子素子のピンになぞらえて光ピン（光接続装置）と呼ばれるものが使用される。光ピンは、例えば下記の非特許文献１に記載されているように、光導波路を貫通する貫通孔に例えば光ファイバを挿入して光接続を行うものである。
【０００５】
【非特許文献１】
「光ＳＭＴ向けスルーホールへの光ピン挿入実験」
ＯｐｔｉｃｓＪａｐａｎ２００１講演予稿集、６ｐＤ１
【０００６】
図１４は従来の光接続装置を用いた光回路の構成を示す図であり、光回路の側面透視図を表している。
図１４において、１１０は電子素子、１１１はレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）、１１２はＬＤ１１１を駆動する発光ＩＣ，１１３はフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）、１１４はＰＤ１１３の電気出力を電子素子１１０に供給する受光ＩＣである。ＬＤ１１１および発光ＩＣ１１２から発光素子が、ＰＤ１１３および受光ＩＣ１１４から発光素子が構成されており、電子素子１１０はこれらの発光素子、受光素子を備えている。
【０００７】
また、図１４において、１２０はプリント配線基板、１２１はプリント配線基板１２０内部に形成した光導波路、１２１ｚは光導波路１２１の光軸、１２２，１２３はプリント配線基板１２０の上面から光導波路１２１を貫通するように形成した貫通孔である。
【０００８】
さらに、図１４において、１３０は分布屈折率型の光ファイバを用いて製造した光ピン、１３０ｙは光ピン１３０の光軸、１３１は光ピン１３０の一端、１３２は光ピン１３０の他端に加工した反射面である。なお、光軸１２１ｚと平行にＺ軸を、光軸１３０ｙと平行にＹ軸を、光軸１２１ｚおよび光軸１３０ｙと垂直にＸ軸をとっている。
【０００９】
図１４のプリント配線基板１２０には、光導波路１２１を分割するように、貫通孔１２２，１２３が形成されている。また、光ピン１３０には、光ファイバの他端を斜め加工して、反射面１３２が形成されている。そして、反射面１３２が光導波路１２１中に存在するように、光ピン１３０を貫通孔１２２，１２３に挿入して、電子素子１１０とプリント配線基板１２０とをハンダ付けしている。
【００１０】
次に動作について説明する。
図１４の光接続装置において、電子素子１１０の電気信号は発光ＩＣ１１２を介してＬＤ１１１で光信号に変換される。ＬＤ１１１の光信号は、貫通孔１２２に挿入した光ピン１３０へ一端１３１から入射すると、光軸１３０ｙの負の方向に沿って光ピン１３０のコア内部を進行し、反射面１３２で反射される。この反射面１３２の反射によって、光信号は光軸１３０ｙの負の方向から光軸１２１ｚの正の方向へ９０度光路変換され、光ピン１３０のクラッドを透過して光導波路１２１へ出射する。
【００１１】
また、図１４の光接続装置において、反射面１３２で反射して光軸１２１ｚの正の方向へ光導波路１２１のコア内部を伝搬した光信号は、貫通孔１２３に到達する。この光信号は、貫通孔１２３に挿入した光ピン１３０のクラッドを透過後、反射面１３２で反射される。この反射面１３２の反射によって、光信号は光軸１２１ｚの正の方向から光軸１３０ｙの正の方向へ９０度光路変換され、光ピン１３０のコア内部を伝搬して一端１３１からＰＤ１１３へ出射する。そして、光信号はＰＤ１１３で電気信号に変換され、受光ＩＣ１１４を介して電子素子１１０に供給される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光接続装置は以上のように構成されているので、光ファイバの他端を単純に斜め加工して反射面を形成し、この反射面によって光接続を行っているため、貫通孔で分割された両側の光導波路に対して光信号をパワー分岐できないという課題があった。
【００１３】
また、従来の光接続装置は、光導波路を進行する光信号の一部のパワーだけを光路変換し、残りのパワーを光導波路中へそのまま進行させるタッピング機能が実現できないという課題があった。
【００１４】
このため、光導波路に沿って多数の貫通孔を形成し、タッピング機能によって各貫通孔の光ピンに光パワーを徐々に与えていく１対ｎの並列処理が不可能になってしまう。なぜなら、プリント配線基板上に配置する光導波路の上下クラッド厚さは４０μｍ，コア厚は５０μｍと想定されるため、従来の光ピン（クラッド直径１２５μｍ、コア直径５０μｍ）の場合、その実装深さ位置を変えると、光ピンの先端部がプリント配線基板に衝突し、折れてしまう可能性が大きい。
【００１５】
つまり、従来の光接続装置では、光接続に自由度を持たせることが不可能である。
【００１６】
この発明は以上の課題を解決するためになされたものであり、光信号のパワー分岐機能やタッピング機能を実現して光接続に自由度を持たせ、１対ｎの並列処理を可能とする光接続装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、この発明は、光接続装置を用いた光回路および光電子混載回路を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光接続装置は、光信号が一端から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、一端への光信号を他端まで伝搬して光導波路へ導波する光接続装置において、他端に反射面を形成し、異なる少なくとも２方向の光導波路へ反射面で反射して導波するようにしたものである。
このようにすることで、各光導波路に対して、光接続装置内を伝搬する光信号を分岐することができる。
【００１９】
請求項２記載の光接続装置は、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように光導波路中に他端を挿入した光接続装置において、光導波路中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を他端に形成するようにしたものである。
このようにすることで、一方の光導波路から伝搬した光波を他方の光導波路と光接続装置とに対して分岐することができる。
【００２０】
請求項３記載の光接続装置は、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、Ｖ字断面形状に２枚の反射面が形成されるようにしたものである。
このようにすることで、２方向の光導波路への光信号の分岐や、光導波路および受光素子への光信号の分岐を行うことができる。
【００２１】
請求項４記載の光接続装置は、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、四角錐状に４枚の反射面が形成されるようにしたものである。
このようにすることで、４方向の光導波路への光信号の分岐や、光導波路および受光素子への光信号の分岐を行うことができる。
【００２２】
請求項５記載の光接続装置は、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、円錐状に反射面が形成されるようにしたものである。
このようにすることで、発散する方向の光導波路への光信号の分岐や、光導波路および受光素子への光信号の分岐を行うことができる。
【００２３】
請求項６記載の光接続装置は、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、少なくとも２つの反射面を備え、反射面のなす角度が６０度から１２０度までの間にあるようにしたものである。
このようにすることで、反射面での光信号の反射方向を適当に変化させることができる。
【００２４】
請求項７記載の光接続装置は、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、光信号を反射するための金属膜が反射面に蒸着されるようにしたものである。
このようにすることで、反射面の反射率を改善し、損失の要因となる透過光を減少できる。
【００２５】
請求項８記載の光回路は、光信号が一端から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、一端への光信号を他端まで伝搬させ、この光信号を、他端に形成した反射面で異なる少なくとも２方向の光導波路に対して導波する光接続装置と、光導波路が一方の面に設置され、光接続装置が挿入され、他方の面から光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、入力された電気信号を光信号に変換して光接続装置へ出射する発光素子とを備えるようにしたものである。
このようにすることで、各光導波路に対して、光接続装置を伝搬する光信号を分岐することができる。
【００２６】
請求項９記載の光回路は、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように光導波路中に他端が挿入され、光導波路中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を他端に形成した光接続装置と、光導波路が一方の面に設置され、光接続装置が挿入され、他方の面から光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、光接続装置から受信した光信号を電気信号に変換する受光素子とを備えるようにしたものである。
このようにすることで、一方の光導波路から伝搬した光波を他方の光導波路と光接続装置とに対して分岐することができる。
【００２７】
請求項１０記載の光回路は、複数個の貫通孔が基板に形成されるとともに、貫通孔と同数だけ受光素子が基板に実装され、貫通孔と同数の光接続装置が貫通孔の各々に挿入されるようにしたものである。
このようにすることで、各光接続装置の順番に応じて光信号が順次タッピングされ、貫通孔上に実装された各受光素子でそれぞれ受光させることができる。
【００２８】
請求項１１記載の光電子混載回路は、請求項９または請求項１０記載の光回路と、光回路の基板の他方の面に設置され、電気信号が伝搬する電気導波路と、光接続装置の基板の他方の面に実装され、電気導波路を介して電気信号をやりとりする電子素子とを備え、電子素子は、光回路の発光素子または受光素子と電気信号をやりとりするようにしたものである。
このようにすることで、電気信号の情報量に応じて、電気信号を光信号として光回路でやりとりすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態の各図面における同一符号は同一または相当する構成を示している。
【００３０】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による光接続装置を用いた光回路の構成を示す図であり、光回路の側面透視図を表している。また、図３は図２においてＬＤからの光信号が光導波路へ結合されるまでの様子を示す図であり、図４は図２において光導波路中の光信号がＰＤへ結合されるまでの様子を示す図である。図３（ａ），図４（ａ）は図２の光回路の側面透視図、図３（ｂ），図４（ｂ）は図２の光回路の上面透視図である。
【００３１】
図２〜４において、１０は電子素子、１１はレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）、１２はＬＤ１１を駆動する発光ＩＣ，１３はフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）、１４はＰＤ１３の電気出力を電子素子１０に供給する受光ＩＣである。ＬＤ１１および発光ＩＣ１２から発光素子が、ＰＤ１３および受光ＩＣ１４から発光素子が構成されており、電子素子１０はこれらの発光素子、受光素子を備えている。
【００３２】
また、図２〜４において、２０はプリント配線基板（基板）、２１はプリント配線基板２０内部に形成した光導波路、２１ｚは光導波路２１の光軸、２２，２３はプリント配線基板２０の上面から光導波路２１を貫通するように形成した貫通孔である。
【００３３】
さらに、図２〜４において、３０は分布屈折率型の光ファイバを用いて製造した光接続装置としての光ピン、３０ｙは光ピン３０の光軸、３１は光ピン３０の一端、３２は凹部が加工された光ピン３０の他端である。他端３２の凹部は、２つの反射面３２ａ，３２ｂを備えている。また、図３，４のＬ１〜Ｌ６は光信号である。なお、光軸２１ｚと平行にＺ軸を、光軸３０ｙと平行にＹ軸を、光軸２１ｚおよび光軸３０ｙと垂直にＸ軸をとっている。
【００３４】
図２〜４のプリント配線基板２０には、光導波路２１を分割するように、貫通孔２２，２３が形成されている。また、光ピン３０には、光ファイバの他端３２を斜め加工して、反射面３２ａ，３２ｂからなる凹部が形成されている。そして、貫通孔２２側では、凹部の反射面３２ａ，３２ｂが光導波路２１中に存在するように、また、貫通孔２３側では、光導波路２１中の一部を反射面３２ａ，３２ｂで遮るように、光ピン３０を貫通孔２２，２３に挿入して、電子素子１０とプリント配線基板２０とをハンダ付けしている。
【００３５】
なお、図２〜４に示すように、反射面３２ａ，３２ｂは、光軸２１ｚ，３０ｙを含む平面で切断したときの切断面形状がＶ字断面形状となるように、反射面３２ａ，３２ｂを他端３２に斜め加工して凹部としている。
【００３６】
次に動作について説明する。
図２，３の光回路において、電子素子１０の電気信号は発光ＩＣ１２を介してＬＤ１１で光信号に変換される。ＬＤ１１の光信号Ｌ１は、貫通孔２２に挿入した光ピン３０へ一端３１から入射すると、光軸３０ｙの負の方向に沿って光ピン３０のコア内部を進行し、凹部の反射面３２ａ，３２ｂで反射される。これらの反射面３２ａ，３２ｂの反射によって、光信号Ｌ１の一部は光軸３０ｙの負の方向から光軸２１ｚの正の方向へ、また、光信号Ｌ１の残りは光軸３０ｙの負の方向から光軸２１ｚの負の方向へそれぞれ９０度光路変換され、光信号Ｌ２，Ｌ３として、光ピン３０のクラッドを透過して光導波路２１へ出射する。
【００３７】
また、図２，４の光接続装置において、光軸２１ｚの正の方向へ光導波路２１のコア内部を伝搬する光信号Ｌ４は、貫通孔２３に到達する。この光信号Ｌ４は、貫通孔２３に挿入した光ピン３０のクラッドを透過後、貫通孔２３の反射面３２ｂでその一部が反射され、残りは反射面３２ｂに遮られることなく、光信号Ｌ６として光軸２１ｚの正の方向へ光導波路２１をそのまま進行する。反射面３２ｂの反射によって、光信号Ｌ４の一部は光軸２１ｚの正の方向から光軸３０ｙの負の方向へ９０度光路変換されて光信号Ｌ５となり、光ピン３０のコア内部を伝搬して一端３１からＰＤ１３へ出射する。そして、光信号はＰＤ１３で電気信号に変換され、受光ＩＣ１４を介して電子素子１０に供給される。
【００３８】
このように、この実施の形態１の光接続装置を用いた光回路では、光ピン３０内部を光軸３０ｙの負の方向に沿って伝搬する光信号Ｌ１を光軸２１ｚの正方向と負方向とへ反射面３２ａ，３２ｂで反射するようにしているので、ＬＤ１１からの光信号Ｌ１を光信号Ｌ２と光信号Ｌ３とにパワー分岐することができる。
【００３９】
また、光導波路２１内部を光軸２１ｚの正の方向に沿って伝搬する光信号Ｌ４を光軸２１ｚの正方向へ凹部の反射面３２ｂで反射するとともに、反射面３２ａ，３２ｂで遮ることなく、光軸２１ｚの正の方向へ光導波路２１をそのまま伝搬させるようにしているので、光導波路２１の光信号Ｌ４を光信号Ｌ５と光信号Ｌ６とにパワー分岐してタッピング機能を実現している。もちろん、光導波路２１内部を光軸２１ｚの負の方向に沿って伝搬する光信号であれば、光軸２１ｚの正方向へ反射面３２ａで反射し、反射面３２ａ，３２ｂで遮ることなく、光軸２１ｚの負の方向へ光導波路２１をそのまま伝搬させるように動作する。
【００４０】
図５はこの実施の形態１による光接続装置の光結合特性を光線追跡法で解析した結果を示す図であり、矩形断面の光導波路からなる光ピン３０を伝搬する光信号Ｌ１が貫通孔２２で分割された両側の光導波路２１へ光信号Ｌ２，Ｌ３としてパワー分岐される際（送信側）の光線軌跡の一例を示している。ここでは、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度を９０度としてある。図５から、光ピン３０を伝搬する光信号Ｌ１は、貫通孔２２で分割された両側の光導波路２１に対して、反射面３２ａ，３２ｂによってパワー分岐されている様子が分かる。
【００４１】
図６は送信側における光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。図６の横軸は位置ずれ量［μｍ］であり、縦軸は光結合効率［ｄＢ］である。ここで、横軸の位置ずれ量とは、光ピン３０のコアにおける反射面３２ａ，３２ｂの中心と、貫通孔２２に隣接する光導波路２１のコア部の中心とが同一直線上にある場合を原点（ゼロ）とし、図２〜４のＹ軸方向に対して光ピン３０が原点より上側に実装された場合をプラス（＋）の値、原点より下側に実装された場合をマイナス（−）の値として、原点からの位置ずれの大きさを表す数値である。一方、縦軸の光結合効率とは、ＬＤ１１出力の光信号のパワーを０ｄＢ（１００％）とし、貫通孔２２両側の光導波路２１内に配置した検出器で検出される光信号の割合を示している。
【００４２】
図６から、光ピン３０を位置ずれなく実装した場合も、原点から位置ずれして実装された場合のどちらであっても、貫通孔２２で分割された両側の光導波路２１へ均等に光パワーが分岐されていることが分かる。
【００４３】
また、この場合の光ピン３０による光結合効率は最大−４．８〜−５ｄＢ程度であり、ＬＤ１１から出射したパワー０ｄＢの光信号は単純に半分（−３ｄＢ）にパワー分岐されておらず、損失が発生していることが分かる。これは主に、光ピン３０の反射面３２ａ，３２ｂに到達した光信号が全反射条件を満たさないためであり、反射面３２ａ，３２ｂで透過光が生じて損失の要因となっているからである。そこで、この損失を低減するために、Ａｕ（金）などの金属膜を反射面３２ａ，３２ｂに蒸着し、反射面３２ａ，３２ｂの反射率を１００％近くまでに改善した場合について次に説明する。
【００４４】
図７は反射面３２ａ，３２ｂに金属膜を蒸着した場合の送信側での光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。図７では、光結合効率の向上を全体的に確認することができ、最大の光結合効率は理想値にほぼ近い数値が得られている。以上の結果から、反射面３２ａ，３２ｂに金属膜を蒸着することで、反射面３２ａ，３２ｂの反射率を改善し、損失の要因となる透過光を減少でき、光接続装置の光結合効率を向上できることが分かる。
【００４５】
なお、図６，７において、最大光結合効率から１ｄＢダウンの光結合効率までを、Ｙ軸方向における光ピン３０の位置ずれ量の許容値と考えると、この許容値は±２０μｍ程度あり、実装可能な範囲内にある。
【００４６】
図８はこの実施の形態１による光接続装置の光結合特性を光線追跡法で解析した結果を示す図であり、光導波路２１を伝搬する光信号Ｌ４の一部のパワーが貫通孔２３の反射面３２ｂで光ピン３０に分岐される際（受信側）の光線軌跡の一例を示している。図５の場合と同様に、ここでの反射面３２ａ，３２ｂのなす角度は９０度である。
【００４７】
図８を見ると分かるように、光導波路２１を伝搬してきた光信号Ｌ４が貫通孔２３に到達すると、光信号Ｌ４の一部のパワーは反射面３２ｂで９０度光路変換され、光信号Ｌ５として光ピン３０内を伝搬し、光信号Ｌ４の残りのパワーは反射面３２ａ，３２ｂに遮られることなく通過し、光信号Ｌ６として光導波路２１をそのまま伝搬している。すなわち、図５から、光ピン３０のタッピング機能を確認することができる。このタッピングの割合は、光導波路２１の大きさと反射面３２ａ，３２ｂの大きさとが定まると、貫通孔２３に対する光ピン３０の位置ずれ量（実装深さ位置、あるいは光ピン長さ）を変化させることによって調整可能である。
【００４８】
図９，１０は受信側における光結合特性の解析結果を定量的にそれぞれ示す図であり、図９は反射面３２ａ，３２ｂに金属膜を蒸着していない場合、図１０はＡｕ（金）などの金属膜を反射面３２ａ，３２ｂに蒸着した場合である。図６，７の場合と同様に、横軸は位置ずれ量［μｍ］、縦軸は光結合効率（光ピン３０および光導波路２１内に配置した検出器で検出される光信号の割合）［ｄＢ］を表している。
【００４９】
図９，１０から、光ピン３０の位置ずれ量を調整することで、反射面３２ａ，３２ｂが光導波路２１を遮る割合を変化させ、光ピン３０に分岐する光信号Ｌ５と、光導波路２１をそのまま伝搬させる光信号Ｌ６との割合、すなわちタッピングの割合を調整できることが分かる。また、図９の解析結果と図１０の解析結果とを比較すると、同じ位置ずれ量の値に対して、金属膜を蒸着した図１０の場合の方が光ピン３０に対する光結合効率が良く、また、光結合効率の変化も緩やかにすることができる。よって、図５〜７のパワー分岐の場合と同様に、タッピング機能を実現する場合にも、反射面３２ａ，３２ｂに金属膜を蒸着することが望ましい。
【００５０】
なお、図５〜７，図８〜１０では、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度を９０度とした場合の解析結果であったが、タッピングの効率などにもよるものの（光導波路２１の大きさと反射面３２ａ，３２ｂの大きさとが決まると、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度を大きくするほど光導波路２１をそのまま進行する光信号の割合が大きくなり、逆に、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度を小さくするほど光ピン３０へ分岐される光信号の割合が大きくなる）、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度を６０度〜１２０度程度とすることで、反射面３２ａ，３２ｂでの光信号の反射方向を適当に変化させることができ、パワー分岐機能やタッピング機能を調整するのに有効である。
【００５１】
さらに、この実施の形態１の光接続装置を用いると、次の図１１に示すように、１対ｎの並列処理が可能になっている。
図１１はこの発明の実施の形態１による光接続装置を用いた光回路の構成を示す図であり、光ピン３０を並列に多数配置して１対ｎの並列処理を行う場合の一例を示している。図１１において、光導波路２１中を伝搬する光信号は、伝搬方向に配置された貫通孔２３〜２６の各光ピン３０の順番に応じて順次タッピングされ、貫通孔２３〜２６上に実装された各ＰＤ１３でそれぞれ受光される。
【００５２】
このように、光導波路２１に対して複数の貫通孔２３〜２６を形成し、貫通孔２３〜２６に挿入した各光ピン３０で光導波路２１中の光信号を順次タッピングして各受光素子１３に受光させるようにしているので、１対ｎの並列処理を実現することができる。
【００５３】
以上の説明では、光ピン３０の凹部は、２つの反射面３２ａ，３２ｂからなるものとして説明してきたが、この発明はこれに限定されるものではなく、例えば以下のようなバリエーションを採用することもできる。
【００５４】
図１２は光接続装置の第１のバリエーションを説明するための図であり、図１２（ａ）は光ピンの斜視透視図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の光接続装置を用いた光回路の上面透視図である。
【００５５】
図１２（ａ），（ｂ）において、８０は第１のバリエーションによる光ピン、８１は光ピン８０の一端、８２は四角錐状の凹部が斜め加工された光ピン８０の他端、８２ｎ，８２ｅ，８２ｓ，８２ｗは光ピン８０の凹部を四角錐状に構成する４つの反射面、２７は光導波路２１と交差するプリント配線基板２０の光導波路、２７ｘは光導波路２７の光軸、２８は光導波路２１と光導波路２７とが交差する領域に設けられた貫通孔である。
【００５６】
図１２（ａ）では、図２〜４の光ピン３０の反射面３２ａ，３２ｂに相当する反射面８２ｅ，８２ｗに加えて、反射面８２ｎ，８２ｓを光ピン８０の他端８２に加工している。このため、光ピン８０は光軸８０ｙの負の方向に沿って内部を伝搬する光信号を、互いに直交する光軸２１ｚ，２７ｘの正負各２方向へ９０度光路変換し、貫通孔２８で各々２つに分割された光導波路２１，２７へ４分岐することが可能になっている。
【００５７】
図１３は光接続装置の第２のバリエーションを説明するための図であり、図１３（ａ）は光接続装置の斜視透視図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）の光接続装置を用いた光回路の上面透視図である。
【００５８】
図１３（ａ），（ｂ）において、９０は第２のバリエーションによる光ピン、９１は光ピン９０の一端、９２は円錐状の凹部が斜め加工された光ピン９０の他端、９２ｃは光ピン９０の凹部を円錐状に構成する反射面、２７は光導波路２１と交差するプリント配線基板２０の光導波路、２７ｘは光導波路２７の光軸、２９は光導波路２１と光導波路２７とが交差する領域に設けられた貫通孔である。
【００５９】
図１３の光ピン９０は、反射面を円錐状にした反射面９２ｃによって凹部が構成されており（例えば光ピン３０の反射面３２ａ，３２ｂを直線状にし、この直線状の反射面３２ａ，３２ｂを光軸３０ｙ回りに回転させると反射面９２ｃになる）、光軸９０ｙと直交する全方向に対して、光軸９０ｙの負の方向へ沿って内部を伝搬する光信号を発散状に光路変換する。したがって、光ピン９０は、少なくとも２本の光導波路２１，２７が交差するプリント配線基板２０において、光導波路２１，２７同士が交差する領域での光パワー分岐、タッピング機能を実現可能にしている。特に、反射面９２ｃは、光軸９０ｙ回りの回転体であるため、貫通孔２９へ挿入する際に、光軸９０ｙ回りの方向性を考慮する必要がなく、この点で他の光ピン３０，８０よりも有効である。
【００６０】
なお、以上の説明で示した光ピン３０，８０，９０としては、コアおよびクラッドを有し、その光軸と直交する平面で切断するとコアおよびクラッドが円形の切断面となる光ファイバを用いて製造しても良いし、また別に、コアおよびクラッドを有し、その光軸と直交する平面で切断するとコアおよびクラッドが矩形の切断面となる光導波路を採用しても良く、光ピン（光接続装置）の製造材料としては以上の２通りのものが考えられる。実用性から言えば、光ピンの製造材料には光ファイバが有効と考えられる。
【００６１】
また、光ピン３０，８０，９０の凹部の加工方法は以下の３通りである。
＜２つの反射面の場合＞
刃先角度が所定の角度（例えば９０度）を有する回転ブレードを使用し、その刃先に光ファイバの先端を近づけ、Ｖ字状の切り目をいれる。
＜円錐形状の反射面の場合＞
回転ドリル刃を光ファイバ先端に光軸９０ｙに沿って近づけることによって、錐のように加工する。
＜４つの反射面の場合＞
上記の二方法では加工が困難なため、別の方法を採用する。すなわち、先端が所定の反射面８２ｎ，８２ｅ，８２ｓ，８２ｗになるように加工された刃先をヒータによって加熱し、プラスチック光ファイバからなる光ピンの先端に、加熱した刃先を光軸に沿って押し付けて加工する。
以上、製造材料の観点から２通り（光ファイバまたは光導波路）のものが、凹部の形状・加工方法（Ｖ字断面形状、四角錐状、円錐状）の観点から３通りのものが挙げられ、全ての組み合わせから６通りの光ピンが考えられる。
【００６２】
さらに、光ピン３０，８０，９０の他端３２，８２，９２の凹部の形状は、異なる少なくとも２方向の光導波路２１へ光信号を反射して導波でき、また、光導波路２１中の光信号の一部を反射して取り込み、光導波路２１中の光信号の残りを光導波路２１中をそのまま伝搬できれば、この実施の形態１で示した形状に限定されるものではない。
【００６３】
さらに、この実施の形態１による光ピン（光接続装置）を用いた光回路において、プリント配線基板２０に電気を導通するプリント配線（電気導波路）を配置し、このプリント配線を介して電気信号をやりとりする他の電子素子も実装した光電子混載回路を構成するようにしても良い。光ピンを用いることで、光接続を容易に行うことができ、並列処理可能で、信号の相互干渉の問題がない光信号を使って、情報を大量伝送することができるようになる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態１によれば、光信号が一端３１から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路２１中に他端３２が挿入され、一端３１への光信号を他端３２まで伝搬して光導波路２１へ導波する光ピン（光接続装置）３０において、他端３２に反射面３２ａ，３２ｂを形成し、異なる少なくとも２方向の光導波路２１へ反射面３２ａ，３２ｂで反射して導波するようにしたので、パワー分岐機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光ピン３０を提供することができる。
【００６５】
また、この実施の形態１によれば、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端３１から出射するように光導波路２１中に他端３２を挿入した光ピン３０（光接続装置）において、光導波路２１中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路２１中をそのまま伝搬させるように反射面３２ａ，３２ｂを他端３２に形成するようにしたので、タッピング機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光ピン３０を提供することができる。
【００６６】
さらに、この実施の形態１によれば、Ｖ字断面形状に２枚の反射面３２ａ，３２ｂが形成されるようにしたので、簡単な構成で、２方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光ピン３０を提供することができる。
【００６７】
さらに、この実施の形態１によれば、四角錐状に４枚の反射面８２ｎ，８２ｅ，８２ｓ，８２ｗが形成されるようにしたので、４方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光ピン８０を提供することができる。
【００６８】
さらに、この実施の形態１によれば、円錐状に反射面９２ｃが形成されるようにしたので、光軸９０ｙ回りの方向性を考慮する必要がなく、発散する方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光ピン９０を提供することができる。
【００６９】
さらに、この実施の形態１によれば、少なくとも２つの反射面３２ａ，３２ｂを備え、反射面３２ａ，３２ｂのなす角度が６０度から１２０度までの間にあるようにしたので、パワー分岐機能やタッピング機能を調整することができる。
【００７０】
さらに、この実施の形態１によれば、光信号を反射するための金属膜が反射面３２ａ，３２ｂ，８２ｎ，８２ｅ，８２ｓ，８２ｗ，９２ｃに蒸着されるようにしたので、光結合効率を改善することができる。
【００７１】
さらに、この実施の形態１によれば、光信号が一端３１から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路２１中に他端３２が挿入され、一端３１への光信号を他端３２まで伝搬させ、この光信号を、他端３２に形成した反射面３２ａ，３２ｂで異なる少なくとも２方向の光導波路２１に対して導波する光ピン３０と、光導波路２１が一方の面に設置され、光ピン３０が挿入され、他方の面から光導波路２１を貫通して貫通孔２２が形成された基板２０と、入力された電気信号を光信号に変換して光ピン３０へ出射するＬＤ１１，発光ＩＣ１２とを備えるようにしたので、パワー分岐機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光回路を提供することができる。
【００７２】
さらに、この実施の形態１によれば、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端３１から出射するように光導波路２１中に他端３２が挿入され、光導波路２１中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路２１中をそのまま伝搬させるように反射面３２ａ，３２ｂを他端３２に形成した光ピン３０と、光導波路２１が一方の面に設置され、光ピン３０が挿入され、他方の面から光導波路２１を貫通して貫通孔２３が形成された基板２０と、光ピン３０から受信した光信号を電気信号に変換するＰＤ１３，受光ＩＣ１４とを備えるようにしたので、タッピング機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光回路を提供することができる。
【００７３】
さらに、この実施の形態１によれば、複数個の貫通孔２３〜２６が基板２０に形成されるとともに、貫通孔２３〜２６と同数だけＰＤ１３，受光ＩＣ１４が基板２０に実装され、貫通孔２３〜２６と同数の光ピン３０が貫通孔２３〜２６の各々に挿入されるようにしたので、１対ｎ並列処理を実現することができる。
【００７４】
さらに、この実施の形態１によれば、この実施の形態１による光回路と、光回路の基板２０の他方の面に設置され、電気信号が伝搬する電気導波路と、光ピン３０の基板２０の他方の面に実装され、電気導波路を介して電気信号をやりとりする電子素子１０とを備え、電子素子１０は、光回路のＬＤ１１，発光ＩＣ１２またはＰＤ１３，受光ＩＣ１４と電気信号をやりとりするようにしたので、並列処理が可能で、信号の相互干渉の問題がない光信号によって、情報を大量伝送することができる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、光信号が一端から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、一端への光信号を他端まで伝搬して光導波路へ導波する光接続装置において、他端に反射面を形成し、異なる少なくとも２方向の光導波路へ反射面で反射して導波するようにしたので、パワー分岐機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供することができる。
【００７６】
請求項２記載の発明によれば、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように光導波路中に他端を挿入した光接続装置において、光導波路中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を他端に形成するようにしたので、タッピング機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供することができる。
【００７７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、Ｖ字断面形状に２枚の反射面が形成されるようにしたので、簡単な構成で、２方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供することができる。
【００７８】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、四角錐状に４枚の反射面が形成されるようにしたので、４方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供することができる。
【００７９】
請求項５記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、円錐状に反射面が形成されるようにしたので、光軸回りの方向性を考慮する必要がなく、発散する方向へのパワー分岐機能とタッピング機能とを実現し、光接続に自由度を持たせた光接続装置を提供することができる。
【００８０】
請求項６記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、少なくとも２つの反射面を備え、反射面のなす角度が６０度から１２０度までの間にあるようにしたので、パワー分岐機能やタッピング機能を調整することができる。
【００８１】
請求項７記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光接続装置において、光信号を反射するための金属膜が反射面に蒸着されるようにしたので、光結合効率を改善することができる。
【００８２】
請求項８記載の発明によれば、光信号が一端から入射されるとともに、光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、一端への光信号を他端まで伝搬させ、この光信号を、他端に形成した反射面で異なる少なくとも２方向の光導波路に対して導波する光接続装置と、光導波路が一方の面に設置され、光接続装置が挿入され、他方の面から光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、入力された電気信号を光信号に変換して光接続装置へ出射する発光素子とを備えるようにしたので、パワー分岐機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光回路を提供することができる。
【００８３】
請求項９記載の発明によれば、光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように光導波路中に他端が挿入され、光導波路中の光信号の一部を反射して取り込むとともに、光信号の残りを光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を他端に形成した光接続装置と、光導波路が一方の面に設置され、光接続装置が挿入され、他方の面から光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、光接続装置から受信した光信号を電気信号に変換する受光素子とを備えるようにしたので、タッピング機能を実現し、光接続に自由度を持たせた光回路を提供することができる。
【００８４】
請求項１０記載の発明によれば、複数個の貫通孔が基板に形成されるとともに、貫通孔と同数だけ受光素子が基板に実装され、貫通孔と同数の光接続装置が貫通孔の各々に挿入されるようにしたので、１対ｎ並列処理を実現することができる。
【００８５】
請求項１１記載の発明によれば、請求項９または請求項１０記載の光回路と、光回路の基板の他方の面に設置され、電気信号が伝搬する電気導波路と、光接続装置の基板の他方の面に実装され、電気導波路を介して電気信号をやりとりする電子素子とを備え、電子素子は、光回路の発光素子または受光素子と電気信号をやりとりするようにしたので、並列処理が可能で、信号の相互干渉の問題がない光信号によって、情報を大量伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光接続装置の全体構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による光接続装置を用いた光回路の構成を示す図である。
【図３】図２においてＬＤからの光信号が光導波路へ結合されるまでの様子を示す図である。
【図４】図２において光導波路中の光信号がＰＤへ結合されるまでの様子を示す図である。
【図５】この実施の形態１による光接続装置の光結合特性を光線追跡法で解析した結果を示す図である。
【図６】送信側における光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。
【図７】反射面に金属膜を蒸着した場合の送信側での光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。
【図８】この実施の形態１による光接続装置の光結合特性を光線追跡法で解析した結果を示す図である。
【図９】受信側における光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。
【図１０】反射面に金属膜を蒸着した場合の受信側での光結合特性の解析結果を定量的に示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１による光接続装置を用いた光回路の構成を示す図である。
【図１２】光接続装置の第１のバリエーションを説明するための図である。
【図１３】光接続装置の第２のバリエーションを説明するための図である。
【図１４】従来の光接続装置を用いた光回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
２１光導波路
３０光接続装置（光ピン）
３１一端
３２他端
３２ａ，３２ｂ反射面

Claims

光信号が一端から入射されるとともに、上記光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、上記一端への上記光信号を上記他端まで伝搬して上記光導波路へ導波する光接続装置において、
上記他端に反射面を形成し、異なる少なくとも２方向の上記光導波路へ上記反射面で反射して導波することを特徴とする光接続装置。
光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように上記光導波路中に上記他端を挿入した光接続装置において、
上記光導波路中の上記光信号の一部を反射して取り込むとともに、上記光信号の残りを上記光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を他端に形成することを特徴とする光接続装置。
Ｖ字断面形状に２枚の反射面が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続装置。
四角錐状に４枚の反射面が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続装置。
円錐状に反射面が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続装置。
少なくとも２つの反射面を備え、上記反射面のなす角度が６０度から１２０度までの間にあることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続装置。
光信号を反射するための金属膜が反射面に蒸着されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光接続装置。
光信号が一端から入射されるとともに、上記光信号が伝搬する光導波路中に他端が挿入され、上記一端への上記光信号を上記他端まで伝搬させ、この光信号を、上記他端に形成した反射面で異なる少なくとも２方向の上記光導波路に対して導波する光接続装置と、
上記光導波路が一方の面に設置され、上記光接続装置が挿入され、他方の面から上記光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、
入力された電気信号を上記光信号に変換して上記光接続装置へ出射する発光素子とを備えることを特徴とする光回路。
光導波路を伝搬する光信号を取り込んで一端から出射するように上記光導波路中に上記他端が挿入され、上記光導波路中の上記光信号の一部を反射して取り込むとともに、上記光信号の残りを上記光導波路中をそのまま伝搬させるように反射面を上記他端に形成した光接続装置と、
上記光導波路が一方の面に設置され、上記光接続装置が挿入され、他方の面から上記光導波路を貫通して貫通孔が形成された基板と、
上記光接続装置から受信した光信号を上記電気信号に変換して出力する受光素子とを備えることを特徴とする光回路。
複数個の貫通孔が基板に形成されるとともに、上記貫通孔と同数だけ受光素子が上記基板に実装され、上記貫通孔と同数の光接続装置が上記貫通孔の各々に挿入されることを特徴とする請求項９記載の光回路。
請求項９または請求項１０記載の光回路と、
上記光回路の基板の他方の面に設置され、電気信号が伝搬する電気導波路と、上記光接続装置の基板の他方の面に実装され、上記電気導波路を介して電気信号をやりとりする電子素子とを備え、
上記電子素子は、上記光回路の発光素子または受光素子による上記電気信号をやりとりすることを特徴とする光電子混載回路。