JP2715384B2 - 光配線システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、電子機器間の光配線を行う光配線システム
において、第１の電子機器の出力電気信号を電気光学素
子によって光学的に伝送するようにし、これを受光素子
で光電変換して第２の電子機器へ入力できるようにした
ことにより、電子機器間での高速のデータ転送を可能に
したものである。 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子機器（例えばICボード、電子計算機、
周辺端末装置等）間の光配線を行う光配線システムに関
する。 〔従来の技術〕 従来、IC間あるいは電子機器間の配線は、電気的な配
線が大部分である。ところが、このような電気的配線に
よるデータ転送速度は、4MByte/sec程度が限界であっ
た。そこで、この限界を破るため、特に電子機器間にお
いては、一方の電子機器の出力電気信号に応じてLED
（発光ダイオード）アレイもしくはLD（半導体レーザ）
アレイを点滅させ、この光信号を他方の電子機器の受光
素子で受けるという、光配線の方法が提案されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した光配線の方法では、電子機器の入出力端子が
増加すると、それに伴って上記LED（もしくはLD）およ
びその駆動回路の数が膨大になるという問題点がある。
更に、データ転送速度が、LED（もしくはLD）の変調速
度で律速されるという問題もあった。 また、今後のICの高速化を考えると、プリント基板上
のIC間の光配線も必要になってくるわけであるが、従来
はプリント基板上で光導波路と電気素子とをハイブリッ
ド化したものは提案されているが、IC間の光配線は未だ
実現されていない。 本発明は、上記問題点に鑑み、入出力端子の多い電子
機器間における高速のデータ転送を可能にする光配線シ
ステムを提供することを目的とする。 〔問題点を解決しようとする手段〕 本発明の光配線システムは、一対の電極間に電気光学
物質を形成してなる電気光学素子を、第１の電子機器の
複数の出力端子のそれぞれと対応するように第１の基板
上に形成すると共に、上記一対の電極のうち一方の電極
を上記出力端子に電気的に接続可能なように上記第１の
基板上に設け、上記出力端子と上記一方の電極とを電気
的に接続することによって、上記電気光学素子により光
源からの光を上記出力端子からの出力電気信号に応じた
変調光にする光出力部を有する第１の入出力装置と、上
記変調光を伝送する光伝送部と、第２の電子機器の複数
の入力端子のそれぞれと対応して受光素子を上記第１の
基板とは異なる第２の基板上に形成すると共に、上記受
光素子を上記入力端子に電気的に接続可能なように上記
第２の基板上に設け、上記光出力部からの変調光を上記
受光素子で受けて光電変換して上記入力端子に入力する
受光部を有する第２の入出力装置と、を備えていること
を特徴とするものである。 〔作用〕 本発明では、出力電気信号を光信号に変換して出力す
る手段として、上述した電気光学素子を用いている。こ
のような電気光学素子では、その一対の電極間に小さな
電圧（例えば5V程度）が印加されただけで、その間の電
気光学物質に充分な電気光学効果が生じる。よって、上
述したようにして第１の電子機器の出力電気信号を上記
電極間に印加すれば、電気光学物質に照射された光は変
調されて出力されることになる。 このような変調光を受光素子で光電交換すれば、上記
出力電気信号に対応する電気信号が得られるので、この
電気信号を第２の電子機器に入力することにより、第1,
第２の電子機器間の光配線が実現する。 上述した電気光学素子による光変調は、LEDやLDを用
いた場合と違って駆動回路が必要でなく、しかも変調速
度が速い。従って、多くの出力端子を備えた電子機器に
対して本発明を適用しても、非常に簡単な構成で、高速
のデータ転送が可能になる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら
説明する。 第１図は、本発明の実施例を説明する上で参考になる
一構成例を示す概略構成図である。この例は、ガラスも
しくはセラミック等でできたプリント基板１上に配置さ
れた複数のIC2、３、４間の光配線を実現したものであ
る。以下では、２つのIC2、３間の光配線を例にとって
説明する。 まず、IC2の複数の出力ピン（出力端子）2aのそれぞ
れと対応するように、電気光学素子５を一例に複数個配
列して設け、電気光学素子アレイ50とする。電気光学素
子５は、例えば、第２図（ａ）に示すような内部全反射
光スイッチを構成している。これは、光導波路６の分岐
部6aに一対の電極5a、5bを設けると共に、光導波路６の
全部もしくは分岐部6aのみを電気光学物質で形成したも
のである。なお、上記光導波路６は、光源（例えばLED
やLD等）７からの光を分岐して、それぞれの電気光学素
子５まで導くためのものである。また、一方の電極5a
は、ピン受け電極としてIC2の出力ピン2aに接続可能と
なっており、もう一方の電極5bは、共通電極として接地
されている。ピン受け電極は、インピーダンスマッチン
グを行うため、50Ωの負荷を通して、接地される場合も
ある。 第２図（ａ）に示した電気光学素子５において、電極
（ピン受け電極）5aに出力ピン2aを介して電圧（出力電
気信号）が印加されると、電極5a、5b間の電気光学物質
の屈折率が下がる。すると、光導波路６を真直に進行し
ていた光源７からの光は、電極5a、5b間で全反射され、
他のIC3へ向かうもう一方の光導波路８に入射する。す
なわち、光源７からの光は、IC2の出力電気信号に応じ
て電気光学素子５で変調され、この変調光が他のIC3へ
出力される。 一方、他のIC3の入力側においては、その複数の入力
ピン（入力端子）3aのそれぞれと対応するように、受光
素子９を一列に複数個配列して設け、受光素子アレイ90
としている。個々の受光素子９は、例えば第３図に示す
ように一対の電極9a、9bを備えており、一方の電極9aは
ピン受け電極としてIC3の入力ピン3aに接続可能となっ
ており、もう一方の電極9bは共通電極として接地されて
いる。ピン受け電極からICの入力ピンに入力される信号
は、この間に、IC回路により増幅する場合もある。ま
た、IC2側から出た光導波路８は、それと対応するIC3側
の受光素子９まで延びている。よって、光導波路８を進
行してきた変調光は、受光素子９によって光電変換さ
れ、その電気信号はピン受け電極9aを介して入力ピン3a
に出力される。 以上の様な光配線を行うことにより、IC2内のデータ
が、出力ピン2a、電気光学素子アレイ50、光導波路８、
受光素子アレイ90、（場合によってはアンプ）、および
入力ピン3aを介して、IC3に転送される。IC3とIC4との
間の光配線も、上記と同様にして行うことができる。 なお、電気光学素子５としては、第２図（ａ）に示し
た内部全反射光スイッチの他に、同図（ｂ）〜（ｅ）に
示すような構成であってもよい。同図（ｂ）は交差形バ
イポーラスイッチであり、ピン受け電極5aへの電圧印加
により光導波路中央部の屈折率が変化し、光の切換えが
生じるようになる。同図（ｃ）は方向性結合器であり、
ピン受け電極5aへの電圧印加により光導波路間の屈折率
が変化し、光が一方から他方の光導波路に移るようにな
る。同図（ｄ）はブラッグスイッチであり、ピン受け電
極5aへの電圧印加により電気光学物質にグレーティング
が生じ、それによるブラッグ反射で光の方向が切換わ
る。同図（ｅ）は通常の位相遅れ（phase retardatio
n）を利用した光変調器であって、偏光子（メタルクラ
ッド）5cを通過後の直線偏光を電気光学物質の光導波路
に通すと、電圧印加による位相遅れを生じ、電圧により
偏光状態が変化する。この光を検光子（メタルクラッ
ド）5dに通すことにより、光強度が変調される。 また、光導波路６を用いる代りに、光源７からの光を
レンズ等で拡げて、電気光学素子５のそれぞれに導くよ
うにしてもよい。 更には、第１図におけるIC3、４間のように、光導波
路の途中にマトリクス光スイッチ10を設けることによ
り、電気光学素子アレイからの複数の変調光を適宜切換
えて、受光素子アレイに導くようにしてもよい。このよ
うにすることにより、光配線の多機能化が実現できる。 第４図は、本発明の光配線システムの一実施例におけ
る一方の入出力装置（第１の入出力装置）の概略構成図
である。本実施例は、ICボード11と他のICボードとの間
の光配線を実現するために、上記ICボード11に装着可能
なIOアダプタ12を構成したものである。このIOアダプタ
12は、光出力部12aと受光部12bとからなっている。 上記光出力部12aでは、電気光学素子13を一列に複数
個配列してなる電気光学素子アレイ130を備え、それぞ
れの電気光学素子13をICボード11の出力端子11aと対応
する位置に配置している。また、光源（例えばLEDやLD
等）14からの光を分岐して、光導波路15で各電気光学素
子13に導き、その出力光を光導波路16で外部に導くよう
にしている。電気光学素子13は、例えば第５図に示すよ
うに、前記第２図（ａ）と同様な内部全反射光スイッチ
を構成している。これは、光導波路15の分岐部15aに一
対の電極13a、13bを設けると共に、光導波路15の全部も
しくは分岐部15aのみを電気光学物質で形成したもので
ある。ここで、一方の電極13aは出力端子11aに接続可能
となっており、もう一方の電極13bは共通電極として接
地されている。インピーダンスマッチングをとるために
電極13aは50Ωの負荷を介して、接地される場合もあ
る。なお、電気光学素子13は、上記の内部全反射光スイ
ッチの他に、第２図（ｂ）〜（ｅ）に示したような交差
形バイポーラスイッチ、方向性結合器、ブラッグスイッ
チ、位相遅れを利用した光変調器であってもよい。 上記構成からなる光出力部12aにおいては、光源14か
らの光が、出力端子11aからの出力電気信号に応じて電
気光学素子13で変調され、この変調光が光信号として、
不図示の他の入出力装置（第２の入出力装置）へ送り出
される。なお、第２の入出力装置も、第４図に示したIO
アダプタ12と同様な構成からなっている。 一方、受光部12bでは、受光素子17を一例に複数個配
列してなる受光素子アレイ170を備え、それぞれの受光
素子17をICボード11の入出力端子11bと対応する位置に
配置している。個々の受光素子17は、第３図に示したと
同様に一対の電極を備えており、一方の電極は入力端子
11bに接続可能となっており、もう一方の電極は共通電
極として接地されている。外部から送られて来た光は、
光導波路18を介して受光素子17まで導かれる。よって、
不図示の第２の入出力装置から送られて来た光（変調
光）は、受光素子17によって光電変換され、その電気信
号は入力端子11bに入力される。光電変換された電気信
号は、入力端子11bに入る前に増幅する場合もある。 以上に述べたIOアダプタ12を用いれば、ICボード間の
光配線を実現することができる。その一例を第６図に示
す。各IOアダプタ12間の光の伝送は、光ファイバ19を介
して行う。また、その途中にマトリクス光スイッチ20を
設けて、各光信号を適宜切換えて伝送することにより、
多数のICボード間のデータ転送が可能になる。なお、本
実施例は、ICボード以外の電子機器、例えば電子計算機
や周辺端末装置等に対しても適用することができる。 第７図は、本発明の光配線システム他の実施例を示す
概略構成図である。本実施例も、ICボード間の光配線を
実現するためのIOアダプタ21を構成したものである。 上記10アダプタ21は、電気光学素子13および受光素子
17の１個ずつを一組として、マトリクス状に複数組配置
し、そのそれぞれを、対応する出力端子11a、入力端子1
1bに接続可能としたものである。上記電気光学素子13
は、第８図に示すように、一対の電極13a,13b間に電気
光学物質13cを形成しており、一方の電極13を出力端子1
1aと接続可能にし、もう一方の電極13bを共通電極とし
て接地するようにしている。一方、受光素子17は一対の
電極17a、17bで上下から挾まれた構成であり、一方の電
極17aを入力端子11bと接続可能にし、もう一方の電極17
bを透明な共通電極として接地するようにしている。 上記IOアダプタ21を用いて光配線を実現するには、不
図示の光源からの光を上方から全面に照射する。その光
は、電気光学素子13によって変調され、上方に反射され
る。この変調光を、セルフォックファイバ22を用いて、
他のICボード11′のIOアダプタ21′まで導く（その逆の
場合も同様である。）。なお、電気光学素子13と受光素
子17の形成位置関係を、IOアダプタ21とIOアダプタ21′
とで逆転させておくと共に、IOアダプタ21、21′のいず
れか一方における電気光学素子13および受光素子17の表
面に、偏光膜を設けておく。 なお、変調光の伝達は、セルフォックレンズやセルフ
ォックファイバ（商品名）、もしくは通常のレンズや光
ファイバを用いてもよい。また、ICボードの代りに、電
子計算機や周辺端末装置等であっても、同様に適用でき
る。 以上に説明したように、上記の各実施例では、電子機
器（例えばICボード、電子計算機、周辺端末装置等）の
出力電気信号を光信号に変換する手段として電気光学素
子を用いたことにより、非常に簡単な構成で、電子機器
間の高速データ転送を実現することができる。なお、上
記の各実施例は、第１、第２の入出力装置の両方が光出
力部と受光部を共に備えており、第１、第２の電子機器
間の双方向の光伝送を可能にしたものであって、好まし
い一例ではあるが、本発明はこのような構成に限定され
るものではなく、単に、第１の入出力装置が光出力部を
有し、第２の入出力装置が受光部を有することにより、
少なくとも一方向の光伝送を可能にする構成であれば、
本発明に含まれる。 なお、上述した電気光学物質としては、第９図に分子
式で表したような材料、例えばMNA,DAN,MNMA,PAN,NPP,P
NP,SPCD（Styrylpyridinium Cyanine Dye）等の有機単
結晶、または、SPCD、メロシアニン色素、DANS等を添加
したポリマー、あるいはII−VI族、III−Ｖ族のMQW（多
重量子井戸）等を用いることができる。上記有機単結晶
の薄膜は、溶媒、蒸発法、溶融法、LB（ラングミュアー
ブロジェット）法、蒸着法等で作製でき、上記MQWの薄
膜は、MBE（Molecular Beam Epitaxy）法、MOCVD法、AL
E（Atomic Layer Epitaxy）法等で作製できる。 また、受光素子としては、Si単結晶、GaAs単結晶、ａ
−Si系材料等を用いたフォトダイオードや太陽電池、あ
るいはａ−Si:H,CdS等の光導電体を用いることができ
る。 〔発明の効果〕 本発明によれば、電子機器の出力電気信号を電気光学
素子によって光信号に変えて伝送し、これを受光素子で
光電変換して他方の電子機器に入力するようにしたこと
により、多数の出力端子を備えた電子機器に対して本発
明を適用した場合であっても、非常に簡単な構成で、高
速のデータ転送が可能になる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例を説明する上で参考になる一構
成例を示す概略構成図、 第２図（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ電気光学素子５の各種
具体例を示す拡大平面図、 第３図は受光素子９の具体例を示す拡大平面図、 第４図は本発明の光配線システムの一実施例における一
方の入出力装置の概略構成図、 第５図は電気光学素子13の具体例を示す拡大平面図、 第６図はIOアダプタ12を用いたICボード間の光配線を示
す図、 第７図は本発明の光配線システムの他の実施例を示す概
略構成図、 第８図は第７図における電気光学素子13および受光素子
17の具体的構成の一例を示す拡大斜視図、 第９図（ａ）〜（ｋ）は電気光学物質として使用される
材料を表わす分子式の一例を示す図である。 １……プリント基板、 ２、３、４……IC、 2a……出力ピン、 3a……入力ピン、 ５……電気光学素子、 5a……電極（ピン受け電極）、 5b……電極（共通電極）、 ６……光導波路、 ７……光源、 ８……光導波路、 ９……受光素子、 9a……電極（ピン受け電極）、 9b……電極（共通電極）、 10……マトリクス光スイッチ、 11……ICボード、 11a……出力端子、 11b……入力端子、 12……IOアダプタ、 13……電気光学素子、 13a、13b……電極、 13c……電気光学物質、 14……光源、 15……光導波路、 17……受光素子、 19……光ファイバ、 21、21′……IOアダプタ、 22……セルフォックファイバ、 50……電気光学素子アレイ、 90……受光素子アレイ、 130……電気光学素子アレイ、 170……受光素子アレイ．

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一対の電極（13a、13b）間に電気光学物質を形成し
   てなる電気光学素子（13）を、第１の電子機器の複数の
   出力端子（11a）のそれぞれと対応するように第１の基
   板上に形成すると共に、前記一対の電極のうち一方の電
   極（13a）を前記出力端子（11a）に電気的に接続可能な
   ように前記第１の基板上に設け、前記出力端子（11a）
   と前記一方の電極（13a）とを電気的に接続することに
   よって、前記電気光学素子（13）により光源（14）から
   の光を前記出力端子（11a）からの出力電気信号に応じ
   た変調光にする第１の光出力部（12a）を有する第１の
   入出力装置と、 前記変調光を伝送する光伝送部と、 第２の電子機器の複数の入力端子（11b）のそれぞれと
   対応して受光素子（17）を前記第１の基板とは異なる第
   ２の基板上に形成すると共に、前記受光素子を前記入力
   端子（11b）に電気的に接続可能なように前記第２の基
   板上に設け、前記第１の光出力部（12a）からの変調光
   を前記受光素子（17）で光電変換して前記入力端子（11
   b）に入力する第１の受光部（12b）を有する第２の入出
   力装置と、 を備えていることを特徴とする光配線システム。 ２．前記電気光学素子（13）を前記第１の電子機器の複
   数の出力端子（11a）と対応して複数個一列に配置する
   ことにより電気光学素子アレイ（130）とし、前記受光
   素子（17）を前記第２の電子機器の複数の入力端子（11
   b）と対応して複数個一列に配置することにより受光素
   子アレイ（170）としたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の光配線システム。 ３．前記光伝送部は、前記電気光学素子アレイ（130）
   からの複数の変調光を前記受光素子アレイ（170）へ導
   く光ファイバ（19）であることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の光配線システム。 ４．前記第１の電子機器の複数の出力端子（11a）と対
   応して前記電気光学素子（13）をマトリクス状に複数個
   配置し、前記第２の電子機器の複数の入力端子（11b）
   と対応して前記受光素子（17）をマトリクス状に複数個
   配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   光配線システム。 ５．前記光伝送部は、前記マトリクス状に配置された複
   数の電気光学素子（13）からの変調光を、前記マトリク
   ス状に配置された複数の受光素子（17）へ導く、セルフ
   ォックファイバ（22）、セルフォックレンズ、通常の光
   ファイバ及び通常のレンズのいずれか１つであることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光配線システ
   ム。 ６．前記電気光学素子（13）の光出射面に偏光膜を設け
   たことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光配線
   システム。 ７．前記受光素子（17）の受光面に偏光膜を設けたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項記載の
   光配線システム。 ８．前記第２の入出力装置は、前記第１の光出力部と同
   様な構成からなり前記第２の電気機器の出力端子からの
   出力電気信号に応じた変調光を出力する第２の光出力部
   を前記第１の受光部と共に前記第２の基板上に有し、 前記第１の入出力装置は、前記第１の受光部と同様な構
   成からなり前記第２の光出力部から前記光伝送部を介し
   て伝送されてきた変調光を光電変換して前記第１の電子
   機器の入力端子に入力する第２の受光部を前記第１の光
   出力部と共に前記第１の基板上に有し、 前記光伝送部は、前記第１の光出力部からの変調光を前
   記第１の受光部へ導くと共に前記第２の光出力部からの
   変調光を前記第２の受光部へ導くことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１つに記載の光
   配線システム。 ９．前記光源（14）からの光を拡げて、前記電気光学素
   子（13）のそれぞれへ導くことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第８項のいずれか１つに記載の光配線シ
   ステム。 １０．前記光源（14）からの光を分岐して、前記電気光
   学素子（13）のそれぞれへ導くことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１つに記載の光配
   線システム。 １１．前記光源（14）からの光を光導波路（15）で導く
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第10項のい
   ずれか１つに記載の光配線システム。 １２．前記光源（14）は発光ダイオードであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第11項目のいずれか
   １つに記載の光配線システム。 １３．前記光源（14）は半導体レーザであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第11項のいずれか１つ
   に記載の光配線システム。 １４．前記電気光学素子（13）は、通常の位相遅れを利
   用した光変調器、内部全反射光スイッチ、交差形のバイ
   ポーラスイッチ、ブラッグスイッチ、方向性結合器のう
   ちのいずれかを用いたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第13項のいずれか１つに記載の光配線システ
   ム。 １５．前記電気光学物質は、MNA,DAN MNMA.PAN,NPP,PN
   P,SPCDのうちのいずれかの有機単結晶であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第14項のいずれか１つ
   に記載の光配線システム。 １６．前記電気光学物質は、電気光学ポリマーであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第14項のいず
   れか１つに記載の光配線システム。 １７．前記電気光学ポリマーは、SPCD,メロシアニン色
   素、DANSのいずれかが添加されたポリマーであることを
   特徴とする特許請求の範囲第16項記載の光配線システ
   ム。 １８．前記電気光学物質は、II−VI族もしくはIII−Ｖ
   族の多重量子井戸であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第14項のいずれか１つに記載の光配線シス
   テム。 １９．前記受光素子（17）は、太陽電池、フォトダイオ
   ード、光導電素子のいずれかであることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第18項のいずれか１つに記載の
   光配線システム。 ２０．前記電子機器は、ICボード（11）であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至19項のいずれか１つ
   に記載の光配線システム。