JP3427920B2 - ボード間光インタコネクション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超高速、超高密
度、大容量ＡＴＭスイッチＬＳＩなどの電気部品が搭載
されたボードをブックシェルフ状に実装してボード間の
超高速、超高密度、超大容量の信号を光を用いて接続す
るボード間光インタコネクション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実用化されているＡＴＭスイッチボ
ード間接続は、電気配線を基本としており、その性能は
電気コネクタのピン密度、伝送できる信号の速度で決定
される。現在のコネクタピン密度は約１本／mm² であ
る。現状１００Mbpsの速度で数cm電気信号を送るには１
Ｗ程度が必要であり、放熱に考慮する必要がある。また
高速の信号がボード間を通ると、ＥＭＣノイズが発生す
ることが問題となっている。このためボード間を電気信
号で結ぶ場合、数１００Mbps、コネクタ密度１本／mm²
が限界と言われている。しかしながら、信号速度、コネ
クタ密度は、年々増加する傾向にあり、この限界に近付
いている。この限界を打ち破るために、光によるボード
間インタコネクションが注目されている。ＡＴＭスイッ
チボード間あるいはユニット間の光インタコネクション
には、半導体レーザアレイとディテクタアレイ間を光フ
ァイバアレイを介して接続した光インタコネクションモ
ジュールが開発され、すでに市販の段階にある（参考文
献 J.Nishikido, S.Hino, S.Urushidani and K.Yamasak
i, "Demonstration of Optically Interconnected Swit
ching Network," Globecom'93, pp.1187-1191)。

【０００３】しかし、ファイバ形の光インタコネクショ
ンモジュールのスループットは高々数１０Gbps程度であ
り、将来のスループットが１Tbpsから１０Tbpsの超大容
量のＡＴＭスイッチボード間の光配線に適用するには、
容量が不十分である。そこで、光ビームを自由空間に飛
ばして、光源とディテクタ間を光ファイバを介すること
なく直接接続するフリースペース光インタコネクション
が有力な候補として、研究されている。フリースペース
光インタコネクションは、互いの光信号の干渉がなく、
超高密度光配線が可能であり、低スキューであり、電気
ノイズがなく、光の結合ロスが少ないなどの優れた特徴
を有する。

【０００４】超大容量ＡＴＭスイッチを形成する方法に
は、種々の方法が提案されている。その構成法を図９を
用いて説明する。通常、図９の上側図面に示すように、
２×２スイッチ５−１を基本単位スイッチとして、Ｎ×
ＮのサブネットワークＬＳＩ５−２（ＭＣＭ実装を含
む）を作製し、これをボードに実装して、ボードをＭ段
Ｌ列ブックシェルフ状に並べ、ボード間を接続する。２
×２スイッチ間はボード内での電気で配線される。この
実装法の利点は基本Ｎ×Ｎサブネットワークスイッチボ
ードを一度作製しておけば、Ｍ段、Ｌ列の数を任意に変
えることにより、スイッチの容量を自由に拡張、縮小が
できる点である。これらのボードをブックシェルフ状に
並べた場合、図１０（ａ）に示すようにボードを跨ぐ平
行およびクロス配線が必要になる。

【０００５】一方、２×２基本単位スイッチ５−１を図
９に示す破線（ａ）のように縦に切り出して、１枚のボ
ードの上に実装する方法もある。この場合の配線は図１
０（ｂ）のように隣接ボード間の平行およびクロス配線
となる。この構成の一例としては大容量ＡＴＭスイッチ
を目的に研究されているベル研のディジタル再生形光ス
イッチＳＥＥＤスイッチ・システム５、およびＮＴＴの
ＥＡＲＳスイッチ（１６×１６スイッチ、４段構成）が
挙げられる。この構成の利点はチップ間およびボード間
配線が隣接チップ、ボード間のみとなり、光の超高密度
配線に適している点である。

【０００６】隣接ボード間を接続するフリースペース光
インタコネクションには多くの報告例がある。

【０００７】例えば、Mcgill大のHintonらはバックプレ
ーンにフリースペースの超並列の光インタコネクション
とディジタル再生形スイッチ（ＳＥＥＤ）を利用した光
バックプレーン（T.Szymanski and H.S.Hinton, Archit
ecture of a Terabit Free-space photonic backplane,
The international conferece on optical computing
technical digest, OC'94, Edinburgh, Scotland, Augu
st 22-25,(1944) WD2/221)が提案されている。

【０００８】また、並列プロセッサ間を光で接続するた
め、ＮＴＴの坂野らは低密度、低速ではあるが、ボード
上に４×４のＬＥＤとディテクタを配置し、このボード
を４枚並べて２０Mbpsフリースペース隣接ボード間光イ
ンタコネクションを実現している（T.Sakano, T.Matsum
oto, and K.Noguchi "Three-dimensional board-to-boa
rd free-space interconnects and their application
to the prototype multiprocessor system^＊C0SINE-II
I, Applied Optics, vol.34, pp.1815-1822, 1995）。

【０００９】更に、高速な隣接ボード間フリースペース
光インタコネクションとしてはＭＩＴのD.Z.Tsang が微
動台を用いて半導体レーザからのコリメートした光ビー
ムを２４cmを飛ばし、チャンネル当り１Gbpsのスピード
で２０チャンネルの光インタコネクションを実現してい
る（D.Z.Tsang, "one-gigabit per second free-space
optical interconnection," Applied Optics vol.29, 2
034-2037, 1990）。

【００１０】一方、ボードを跨ぐ光インタコネクション
としては、ボード間のバス接続を可能にしたＤ−ファイ
バによる光インタコネクション（P.Healey, "Chapter 7
Multidimensional Switching Systems in Photonics i
n Switching, Vol.II," Edited by J.E.Midwinter, Pre
ssed by Academic Press (London))、ホログラムをバッ
クプレーンに用いた光インタコネクション、（R.C.Kim,
"An Optical Holographic Backplane Interconnect sy
stem, J.Lightwave.Tech.vol.9, p.1650-1656,1991 J.N
ishikido, S.Hino, S.Urushidani and K.Yamasaki, "De
monstration of Optically Interconnected Switching
Network," Globecom'93, pp.1187-1191）がある他に、
ＮＴＴの三日月らはボード間の光バス配線を目的とし
て、ボード間を光カップラを介して光ファイバで接続し
１Gbpsのクロック分配を行っている（K.Itoh, R.Konno,
Y.Katagiri, and T.Mikazuki "Data Transmission Per
formance of an Optical Backboard Bus" Proc.of Japa
n IEMT pp.268-271 1995）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光イン
タコネクションにおいて、Ｄファイバによる光インタコ
ネクションはロスが大きいため、中間にアンプを設置し
なければならないという問題がある。

【００１２】また、固定のホログラムをバックプレーン
に用いてボードを跨ぐ光インタコネクションは、所望の
光以外に０次、−１次、±２次等の高次の不要な光が発
生し、クロストークが増大するという問題があり、更に
バックプレーン全体の大きなホログラムを作製するに
は、コストが高すぎるという問題もあるし、更に正確に
光源の波長を制御し、所望の光接続がなされるように、
光ビームのアライメントを行うことは困難であるという
問題がある。

【００１３】光カップラを用いて光ファイバ配線するボ
ード間光インタコネクションでは、その容量が高々数１
０Gbpsに制御されてしまうという問題がある。

【００１４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、光源の波長を正確に制御する
必要がなく、経済的かつ適確にボード間の光接続を行う
ことができるボード間光インタコネクション装置を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、スイッチ機能を有する電
気回路を搭載したボードをブックシェルフ状に実装して
ボード間の信号をやり取りするボード間光インタコネク
ション装置であって、前記ボードの端部から所定距離間
隔をあけて配設されたミラーと、前記ボードの端部にお
ける一方の面に取り付けられ、光ビームアレイを発生す
るレンズアレイ付き光源アレイと、該光源アレイからの
光ビームアレイを受け、該光ビームアレイの進行方向を
個々のビーム毎に可変制御し、前記ミラーに傾斜して入
射させる光偏向制御アレイ素子と、前記ボードの端部に
おける他方の面に取り付けられ、前記光偏向制御アレイ
素子によって進行方向を個々に制御され、前記ミラーに
よって反射された光ビームアレイを受光するレンズアレ
イ付き光ディテクタアレイとを有することを要旨とす
る。

【００１６】請求項１記載の本発明にあっては、スイッ
チ機能を有する電気回路を搭載した各ボードの端部にお
ける一方の面に取り付けられたレンズアレイ付き光源ア
レイから発生する光ビームアレイを光偏向制御アレイ素
子で受け、該光ビームアレイの進行方向を個々のビーム
毎に可変制御してミラーに傾斜して入射し、該ミラーに
よって反射された光ビームアレイを各ボードの端部にお
ける他方の面のレンズアレイ付き光ディテクタアレイで
受光し、所望のボードからの光を所望のボードの光ディ
テクタに接続している。

【００１７】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光偏向制御アレイ素子が、分
割された透明電極と配向膜をつけた透明平面基板と透明
マイクロプリズムアレイ板で液晶を挟んだ構造を有する
液晶マイクロプリズムアレイであることを要旨とする。

【００１８】更に、請求項３記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光偏向制御アレイ素子が、静
電力によって光ビームアレイの進行方向を個々に制御で
きるマイクロミラーアレイであることを要旨とする。

【００１９】請求項４記載の本発明は、請求項１記載の
発明において、前記光偏向制御アレイ素子が、アレイ状
に並べられたプリズムまたはミラー、および該プリズム
またはミラーを機械的に回転させて、光ビームアレイの
進行方向を個々に制御する回転制御手段を有することを
要旨とする。

【００２０】また、請求項５記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記光偏向制御アレイ素子が、窓
を開けたアレイ分割電極で液晶を挟んだ構造を有する液
晶偏向制御素子であることを要旨とする。

【００２１】更に、請求項６記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記レンズアレイ付き光源アレイ
が面発光レーザアレイを有することを要旨とする。

【００２２】

【００２３】

【００２４】更に、請求項７記載の本発明は、電気回路
を搭載したボードをブックシェルフ状に実装してボード
間の信号をやり取りするボード間光インタコネクション
装置であって、前記ボードの端部から所定距離間隔をあ
けて配設されたミラーと、前記ボードの端部に取り付け
られ、光ビームアレイを発生するレンズアレイ付き光源
アレイと、該光源アレイからの光ビームアレイを受け、
該光ビームアレイの進行方向を個々のビーム毎に可変制
御し、前記ミラーに傾斜して入射させる光偏向制御アレ
イ素子と、前記ボードの端部に取り付けられ、前記光偏
向制御アレイ素子によって進行方向を個々に制御され、
前記ミラーによって反射された光ビームアレイを受光す
るレンズアレイ付き光ディテクタアレイとを有し、前記
ブックシェルフ状に実装されたボード群である第１のボ
ード群の、光ビームが進行していく一方の最終端外側に
前記ミラーである第１のミラーに対して平行でない角度
で第２のミラーを配置し、第１のボード群と第１のミラ
ーの間を反射しながら進行してきた光ビームが第２のミ
ラーで反射し、前記第１のボード群のボード間にブック
シェルフ状に実装された第２のボード群と前記第１のミ
ラーの間を反射しながら逆方向に進行するように前記第
２のミラーの空間的配置が定められていることを要旨と
する。

【００２５】請求項７記載の本発明にあっては、各ボー
ドの端部に取り付けられたレンズアレイ付き光源アレイ
から発生する光ビームアレイを光偏向制御アレイ素子で
受け、該光ビームアレイの進行方向を個々のビーム毎に
可変制御してミラーに傾斜して入射し、該ミラーによっ
て反射された光ビームアレイをレンズアレイ付き光ディ
テクタアレイで受光し、所望のボードからの光を所望の
ボードの光ディテクタに接続している。さらには、第１
のボード群と第１のミラーの間を反射しながら進行して
きた光ビームが第２のミラーで反射し、第１のボード群
のボード間にブックシェルフ状に実装された第２のボー
ド群と第１のミラーの間を反射しながら逆方向に進行す
る。

【００２６】請求項８記載の本発明は、請求項７の発明
において、前記ボード群の他方の端において前記第２の
ミラーと同様に第３のミラーを備えることを要旨とす
る。

【００２７】請求項８記載の本発明にあっては、ボード
群の他方の端において第２のミラーと同様に第３のミラ
ーを備える。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。

【００２９】図１は、本発明の一実施形態に係るボード
間光インタコネクション装置の構成を示す断面図であ
る。同図に示すボード間光インタコネクション装置は、
複数のボードをブックシェルフ状に配列し、この配列さ
れた複数のボードの下側にボードを跨ぐ光インタコネク
ション手段が設けられている。

【００３０】図１において、２−１は電気回路を搭載す
るボード、２−２は面発光レーザアレイ、２−３は面発
光レーザアレイ２−２からの光をコリメートビームにし
たり、コリメートビームを集光したりするレンズアレ
イ、２−４はこのビームアレイを受ける光ディテクタア
レイ、２−５は光ビームの方向を個々に制御する偏向制
御素子であり、ここでは後述する液晶マイクロプリズム
アレイを用いている。

【００３１】面発光レーザアレイ２−２、レンズアレイ
２−３、光ディテクタアレイ２−４、液晶マイクロプリ
ズムアレイ２−５のアレイピッチは１mmであり、レンズ
アレイ２−３の焦点距離は約５mmである。面発光レーザ
アレイ２−２、レンズアレイ２−３、液晶マイクロプリ
ズムアレイ２−５は一体となっており、ボード２−１に
対して、約５度から２０度傾いて実装されている。２−
６は光ビームを反射する平面ミラーであり、２−７は光
ビームを示している。

【００３２】面発光レーザアレイ２−２から出射した光
ビームは約１０度の広がり角をもってレンズアレイ２−
３に入射し、レンズアレイ２−３によってコリメート光
ビームに変換される。ただし、光ビームはその伝搬とと
もに、その径が広がり、約５０cm伝搬したところで、約
１mmのビーム直径となる。偏向制御素子２−５、レンズ
アレイ２−３を搭載した面発光レーザアレイ２−２から
発せられる光ビームは、ボード２−１に対して斜めに出
射される。この光ビームは偏向制御素子である液晶マイ
クロプリズムアレイ２−５によりビームの偏向方向が制
御され、平面ミラー２−６によって反射されて、所望の
ボード２−１のマイクロレンズ付き光ディテクタアレイ
２−４に接続される。

【００３３】図１では、紙面の都合上、一番左のボード
からの光ビームのみが示されているが、実際にはすべて
のボード２−１から同様に光ビームが出射される。また
紙面の都合上一番手前の光ビームについてしか示してい
ないが、実際には紙面の奥方向に複数の光ビームがあ
る。光ビームは、すべてのボードから右側斜め下に向か
って出射され、光偏向制御素子により、その方向が制御
され、複雑なクロス光配線も可能である。

【００３４】図２は、図１に示したボード間光インタコ
ネクション装置に使用されている光偏向制御アレイ素子
を構成している液晶マイクロプリズムアレイ２−５の詳
細な構成を示す図である。この液晶マイクロプリズムア
レイは、例えば文献「Katsuhiko Hirabayashi, Tsuyosh
i Yamamoto and Masayasu Yamaguchi, "Free-space opt
ical interconnections with liquid crystal micropri
sm arrays," Appl.Opt., vol.34, pp.2571-2580,(199
5)」に記載されているものである。

【００３５】図２において、１−１は複数の光入線ビー
ム群、１−２−１は透明平板基板、１−２−２は鋸歯状
のマイクロプリズムが片面形成された透明基板（ここで
はガラス基板を用いた）、１−３は透明電極、１−４は
配向膜、１−５は液晶、１−６は無反射コートである。
１−７は液晶素子を駆動するための電源、１−８は個々
のプリズムに印加する電圧を調整する可変抵抗、１−９
は光出線ビーム群である。液晶は平行配向（ホモジニア
ス配向）している。透明平板基板１−２−１上の透明電
極１−３は各ビームに対応して分割されている。光ビー
ムはガラス基板１−２−２の鋸の傾斜面に入射する。

【００３６】液晶に平行な偏波を持つ光に対しては、屈
折率ｎは印加電圧によって変化し、電圧を増大すると、
ｎe →ｎo へ変化する。Δｎ（＝ｎe −ｎo ）は通常
０．２〜０．２５程度であるので、プリズムの頂角の２
５％程度は電圧印加によって、出線光ビームの偏向方向
を変えることが可能となる。ビームアレイの進行方向を
個々のビームごとに制御する偏向制御アレイ素子をｎe
とｎo の差の大きいメルク社のＥ−８液晶を用いた場
合、頂角が５°，１０°，２０°，３０°の場合、それ
ぞれ１．２°，２．５°，５°，８°程度まで光の偏向
方向を変化させることが可能である。透明電極をパター
ニングして、光ビームの偏向方向を個々に制御可能であ
る。

【００３７】その他の光ビーム偏向制御素子としてはマ
イクロミラーアレイがある。その構造を図３に示す。Ｓ
ｉ基板上に、マイクロミラーアレイをプラズマエッチン
グの技術を用いて形成している。７−１はＳｉ基板であ
り、７−２は酸化膜、７−３はポリシリコンから形成さ
れるミラー方向制御用電極、７−４はＡｌミラー、７−
５は入射光ビーム群、７−６はＡｌミラーで反射された
光ビーム群である。Ａｌミラー７−４はグランドに接地
されており、ミラー方向制御用電極７−３に印加する電
圧を制御することにより、Ａｌミラー７−３の方向を制
御可能である。４度まで角度を連続に変えられることが
示されている。本素子も個々のマイクロミラーに印加す
る電圧を制御することにより、光ビームアレイの偏向方
向を個々に制御できる。詳細は参考文献「D.R.Collins,
J.B.Sampsell, L.J.Hornbeck, J.M.Florence, P.Andre
w penze, and M.T.Gately, "Deformable mirror device
spaticical light modulators and their applicabili
ty neural networks," Applied Optics Vol.28,(1989)
pp.4900-4907」を参照されたい。

【００３８】その他の光ビーム偏向制御素子としては液
晶偏向素子がある。窓の開いた分割電極で液晶層を挟ん
だ構造を持ち、分割電極に印加する電圧を制御すること
により、液晶層に屈折率分布を付け、光ビームを１０度
程度偏向する。本素子の場合も個々の光ビームの偏向方
向を制御可能である。その構造を図４に示す。図４
（ａ）には液晶偏向素子の上面図、図４（ｂ），
（ｃ），（ｄ），（ｅ）には断面図を示す。８−１Ａ，
８−１Ｂ，８−１Ｃ，８−１ＤはＡｌ電極、８−２はガ
ラス基板、８−３は液晶層である。８−４は入射光、８
−５は出射光である。ここで電圧を印加しない場合に
は、液晶は基板に対して垂直に配向したホメオトロピッ
ク配向である。Ａｌ電極８−１Ａ〜８−１Ｄに印加する
電圧極性を＋と−に変えると、液晶分子の配向分布が変
化し、それによって、屈折率分布が変化し、入射した光
ビームが偏向する。図４（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）にはＡｌ電極８−１Ａ〜８−１Ｄに印加する電圧
を＋と−に変えた場合の光ビームの偏向の様子を示して
いる。それぞれの電極に印加する電圧の極性、大きさを
変えることにより光ビームの進行方向を制御できる。詳
細には文献「A.Sasaki and T.Ishibashi, "Liquid-crys
tal light deflector", Electronics Lett., vol.10,(1
979) p.293-294」を参照されたい。

【００３９】その他の光ビーム偏向素子としては、メカ
ニカルにプリズムを回転するもの、ミラーを回転するも
のがある。それぞれの構造を図５および図６に示す。図
５において、９−１はマイクロプリズム柱、９−２はこ
れらを保持する板、９−３はマイクロプリズム９−１を
回転するネジ、９−４は入射光ビーム群、９−５は屈折
された光ビーム群である。それぞれのマイクロプリズム
９−１の回転を調整することにより、屈折された光ビー
ム群の進行方向を制御できる。

【００４０】図６に示すメカニカル回転ミラーにおい
て、１０−１はマイクロミラー板、１０−２はこれらを
保持する板、１０−３はマイクロミラー１０−１を回転
するネジ、１０−４は入射光ビーム群、１０−５は出射
光ビーム群である。それぞれのマイクロミラー１０−１
の回転を調整することにより、反射された光ビーム群の
進行方向を制御できる。

【００４１】図７は、本発明の他の実施形態に係るボー
ド間光インタコネクション装置の構成を示す図である。
同図に示すボード間光インタコネクション装置は、図１
に示した実施形態において前記面発光レーザアレイ２−
２、レンズアレイ２−３、光偏向制御素子２−５、およ
び光ディテクタアレイ２−４が取り付けられた各ボード
２−１の端部に切込み空間３−１を設け、この切込み空
間３−１を光ビームアレイ２−７が通り抜けて、ボード
間を跨ぐ光配線を実現するように構成した点が異なるも
のである。なお、図７（ａ）はボード間の全体の構成を
示し、図７（ｂ）は各ボードの端部に取り付けられる面
発光レーザアレイ２−２、レンズアレイ２−３、光偏向
制御素子２−５を拡大して示している。

【００４２】図７において、面発光レーザアレイ２−２
は、ハンダバンプによって、基板３−２上に１mmピッチ
で２次元アレイ状に配置され、更にその上には、１mmピ
ッチのマイクロレンズアレイ２−３が搭載され、更にそ
の上には液晶マイクロプリズムアレイ２−５が搭載され
ている。光ビームは互に干渉しないため、高密度の光配
線が可能である。

【００４３】代表的なインタコネクションの例として、
ミラーとボード端間距離が３０mm、偏向制御素子の可変
偏向角度範囲を５度（液晶マイクロプリズムアレイの頂
角が２０°に対応）、アレイのピッチが１mmの場合の出
射角度と到達ボードの最短距離と最長距離、到達可能ボ
ード枚数、およびアレイの段数との関係を図８（ａ），
（ｂ），（ｃ）に示す。ここでボード間距離は３０mmと
した。一般に光ビームは、その伝搬距離とともにその径
が広がる。１mmピッチの光ビームアレイの最大到達距離
は、１枚のレンズアレイを用いた場合、面発光レーザの
径にも依存するが、おおよそ５０cmであり、２枚のレン
ズアレイを用いた場合、最大到達距離は８０cm程度であ
る。図中、ハッチングを施した部分はビーム広がりによ
って制限されている領域を示す。

【００４４】図８から、２枚のレンズ系の光ビームアレ
イを用いた場合、アレイ数が２段でボード間隔３８cmか
ら８５cmまでの１５枚（ボード間隔は３０mmと仮定）の
ボード跨ぎ光インタコネクションが可能であることがわ
かる。実際にはボード跨ぎ光インタコネクションに対し
て種々の要求条件があるので、それに合わせて、出射角
度を調整する必要がある。液晶マイクロプリズムアレイ
に接続された可変抵抗を調整することにより、個々の光
ビームを所望の光ディテクタに接続させることが可能と
なる。また、ボードの挿抜によってボードの位置や傾き
がずれるが、そのずれ寸法は高々１００μｍであり、１
mm直径のビームを用いる場合、そのずれ量は１０％以内
であり、問題とはならない。

【００４５】図１１は、本発明の別の実施形態に係るボ
ード間光インタコネクション装置の構成を示す図であ
る。同図に示すボード間光インタコネクション装置は、
図１に示した実施形態において前記偏向制御素子２−５
の上に固定のプリズムアレイ１１−１を設けた点が異な
るものであり、その他の構成および作用は図１に示すも
のと同じである。

【００４６】固定のプリズムアレイ１１−１は、頂角が
それぞれのビームの光配線に対応して屈折するように設
定されているものである。また、該固定のプリズムアレ
イ１１−１の下側に配設されている前記偏向制御素子２
−５は微調整用に偏向方向を任意に選択できる液晶プリ
ズムアレイを用いている。

【００４７】このように構成することにより、偏向方向
が可変の偏向制御素子２−５の可変角度が小さいという
欠点を解決することができる。すなわち、光の配線は主
に固定のプリズムアレイ１１−１で行い、可変の偏向制
御素子である液晶プリズムアレイ素子２−５によってア
ライメントずれなどを補正して、正確なアライメントを
行うことができる。また、液晶プリズムアレイは単にビ
ーム方向の補正のために用いるため、その頂角を数度と
低く設定することができるので、液晶層を浅くでき、応
答速度を数１０msと速くすることができる。

【００４８】上記説明では、液晶マイクロプリズムを用
いる場合について説明したが、上記に示したマイクロミ
ラーアレイ、液晶偏向素子、メカニカルマイクロミラ
ー、メカニカルマイクロプリズムを用いても同様の効果
がある。

【００４９】また、固定の偏向制御素子としては、ホロ
グラム素子、プリズムアレイ素子、ミラーアレイ素子等
を使用することができ、可変の偏向制御素子としては、
液晶プリズムアレイ、マイクロミラーアレイ、液晶偏向
素子、メカニカルマイクロミラー、メカニカルプリズム
等を使用することができるし、また両者を組み合わせて
もよい。

【００５０】図１２および図１３は、それぞれ本発明の
更に他の実施形態に係るボード間光インタコネクション
装置の構成を示す斜視図および断面図である。同図に示
すボード間光インタコネクション装置は、図１に示した
実施形態において面発光レーザアレイ２−２、レンズア
レイ２−３、偏向制御素子２−５をボード２−１に対し
て傾けて実装する必要があったために、特殊なマウント
が必要であり、マウントをボードに実装する場合に多々
の困難で生じていたものを平行に実装し得るように構成
し、これにより多々の困難を解消したものである。

【００５１】図１２，１３において、１２−１は面発光
レーザ、１２−２はレンズアレイ、１２−３は液晶プリ
ズムアレイを２枚直交して張り合わせたものであり、そ
れぞれのプリズムアレイにテーパが付けられている。１
２−４はボードの下に設けられた光ビームが通過するオ
ープンスペースであり、１２−５は光ビーム群、１２−
６はミラー、１２−７はディテクタアレイ、１２−８は
テーパ付ガラスである。

【００５２】このように構成されるボード間光インタコ
ネクション装置では、面発光レーザ１２−１、レンズア
レイ１２−２、液晶プリズムアレイ１２−３をボードに
対して平行に実装することができる。その代わりに、液
晶プリズムアレイの背面にはテーパが付いたガラス基板
が用いられており、これにより光ビームは斜め下側に屈
折して出射する。

【００５３】本実施形態においては、液晶プリズムアレ
イを光配線に用いていたが、可変の偏向制御素子とし
て、マイクロミラーアレイ、液晶偏向素子、メカニカル
マイクロミラー、メカニカルプリズムを用いてもよい。
また固定の偏向制御素子としてホログラム素子、プリズ
ムアレイ素子、ミラーアレイ素子の中の１つを用い、可
変の偏向制御素子として、液晶プリズムアレイ、マイク
ロミラーアレイ、液晶偏向素子、メカニカルマイクロミ
ラー、メカニカルプリズムの中の１つを用いて、両者を
組み合わせて用いてもよい。

【００５４】図１４は、本発明の更に別の実施形態に係
るボード間光インタコネクション装置の構成を示す図で
ある。本実施形態のボード間光インタコネクション装置
は、図１に示した実施形態において面発光レーザ、レン
ズアレイをボードに平行に実装し得るようにするために
プリズムミラー１４−４を設け、該プリズムアレイの下
面に補正用の可変液晶プリズムアレイ１４−５および固
定のプリズムアレイ１４−６を設けたものである。

【００５５】すなわち、図１４において、１４−１はボ
ード、１４−２は面発光レーザ、１４−３はレンズアレ
イ、１４−４はプリズムミラー、１４−５は液晶プリズ
ムアレイ、１４−６は固定のプリズムアレイ、１４−７
は光ビーム、１４−８はディテクタアレイ、１４−９は
ミラーである。

【００５６】本実施形態のボード間光インタコネクショ
ン装置において、ボード１４−１に平行に実装された面
発光レーザ１４−２から出射した光ビームはボードに垂
直に出射され、レンズアレイ１４−３を介した後、プリ
ズムミラー１４−４によって９０度に角度が曲げられ
て、下側に向かう。該プリズムミラー１４−４の下面に
設けられた液晶プリズムアレイ１４−５によって各ビー
ムの偏向方向が制御される。更に液晶プリズムアレイ１
４−５の下側に設けられた固定のプリズムアレイ１４−
６によって所望の光ディテクタアレイ１４−８に到達す
るように光ビームは偏向される。

【００５７】固定のプリズムアレイ１４−６の頂角は、
それぞれの位置によって予め設定されているものである
が、実装時の位置ずれ、プリズムの加工時の頂角の誤差
等が原因で、多少目的の位置と異なる場所に光ビームが
達する場合があるので、これを補正するために液晶プリ
ズムアレイ１４−５を設けている。従って、液晶プリズ
ムアレイ１４−５は大きく光ビームを偏向する必要がな
いため、頂角が小さい（数度）プリズム基板を用いるこ
とができる。従って、上述したように、液晶マイクロプ
リズムの応答速度を速くすることができる。

【００５８】上記実施形態において、プリズムアレイを
主の光配線に用い、液晶プリズムアレイを補正用に用い
たが、可変の偏向制御素子として、マイクロミラーアレ
イ、液晶偏向素子、メカニカルマイクロミラー、メカニ
カルプリズムを用いてもよい。また固定の偏向制御素子
としてプリズムアレイ、ホログラム素子、ミラーアレイ
素子の１つを用い、可変の偏向制御素子として、液晶プ
リズムアレイ、マイクロミラーアレイ、液晶偏向素子、
メカニカルマイクロミラー、メカニカルプリズムの中の
１つを用いて、両者を組み合わせて用いてもよい。

【００５９】図１５（ａ）は、本発明のまた更に他の実
施形態に係るボード間光インタコネクション装置の構成
を示す図である。同図に示すボード間光インタコネクシ
ョン装置は、ボード群の、光ビームが進行していく一方
の最終端の外側には第２のミラー１５−４を設け、該ミ
ラーで前記光ビームを反射し、第２のボード群の各ディ
テクタアレイに入射するように構成したものである。

【００６０】図１５（ａ）において、１５−１は第１の
ボード群、１５−２は第２のボード群、１５−３は水平
に配置された第１のミラー、１５−４は第１のミラーに
対してほぼ垂直に配置された第２のミラー、１５−５は
第１のボード群を接続する光ビーム群、１５−６は第２
のミラー１５−４によって反射され、第２のボード群を
接続する光ビーム群である。

【００６１】図１に示したボード間光インタコネクショ
ン装置では、図１５（ｂ）に示すように、光ビームは第
１のミラー１５−３と第１のボード１５−１の間を反射
しながら、右側の方に進んでいくが、ボード群の間に広
いスペースが存在し、実装密度は低くなる。

【００６２】そこで、本実施形態のボード間光インタコ
ネクション装置では、図１５（ａ）に示すように、ボー
ド群の右端である光ビームの進行方向の最終端の外側に
第２のミラー１５−４を空間的に適正に配置することに
より、第１のボード群１５−１と第１のミラー１５−３
の間を反射しながら進行してきた光ビームを第２のミラ
ー１５−４で反射し、第１のボード群１５−１の間に実
装された第２のボード群１５−２と第１のミラー１５−
３との間を反射しながら逆方向に折り返し進むことによ
り、この折り返しの進行の際にも光ビームインタコネク
ションが用いられるようにしているものである。このよ
うに構成することにより、ボードの実装密度を２倍にす
ることができる。

【００６３】なお、ボード群の左端にも同様に第３のミ
ラーを設けることにより、再度光ビーム群を反射し、実
装密度を３倍にすることもできる。また、第２および第
３のミラーは必ずしも垂直である必要はなく、反射した
光ビームが所望のボードに到達し得る限りにおいては傾
斜していてもよいものである。ミラーが傾斜している場
合には、位置の調節に代わって傾きの角度を調整すれば
よいことになる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
スイッチ機能を有する電気回路を搭載した各ボードの端
部における一方の面に取り付けられたレンズアレイ付き
光源アレイから発生する光ビームアレイを光偏向制御ア
レイ素子で受け、該光ビームアレイの進行方向を個々の
ビーム毎に可変制御してミラーに傾斜して入射し、該ミ
ラーによって反射された光ビームアレイを各ボードの端
部における他方の面のレンズアレイ付き光ディテクタア
レイで受光しているので、従来のように光源の波長を正
確に制御する必要もなく、経済的に、正確なビームアラ
イメントで、所望のボードからの光を所望のボードの光
ディテクタにボードを跨いで光接続することができる。

【００６５】また、本発明によれば、光偏向制御アレイ
素子は偏向方向が予め決められた制御アレイ素子と偏向
方向が可変の制御アレイ素子を組み合わせたものである
ので、偏向が可変の制御アレイ素子は光ビームを大きく
偏向する必要がなく、頂角が小さいプリズム基板を用い
ることができ、応答速度を速くすることができる。

【００６６】更に、本発明によれば、第１のボード群の
一方または／および他方の最終端外側に第２または／お
よび第３のミラーを配置し、該ミラーで光ビームを反射
して第１のミラーに再入射し、該光ビームは第１のボー
ド群のボード間にブックシェルフ状に実装された第２ま
たは／および第３のボード群のそれぞれのレンズアレイ
付きディテクタアレイに入射するので、ボードの実装密
度を増倍することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るボード間光インタコ
ネクション装置の構成を示す断面図である。

【図２】図１に示したボード間光インタコネクション装
置に使用されている光偏向制御アレイ素子を構成してい
る液晶マイクロプリズムアレイの詳細な構成を示す図で
ある。

【図３】図１に示したボード間光インタコネクション装
置に使用されている光偏向制御アレイ素子を構成してい
るマイクロミラーアレイの詳細な構成を示す図である。

【図４】図１に示したボード間光インタコネクション装
置に使用されている光偏向制御アレイ素子の他の詳細な
構成を示す図である。

【図５】図１に示したボード間光インタコネクション装
置に使用されている光偏向制御アレイ素子の更に他の詳
細な構成を示す図である。

【図６】図１に示したボード間光インタコネクション装
置に使用されている光偏向制御アレイ素子の別の詳細な
構成を示す図である。

【図７】本発明の他の実施形態に係るボード間光インタ
コネクション装置の構成を示す図である。

【図８】図１および図７に示すボード間光インタコネク
ション装置の代表的なインタコネクションの例における
出射角度と到達ボードの最短距離、最長距離、到達可能
ボード枚数およびアレイの段数との関係を示す図であ
る。

【図９】従来のＡＴＭスイッチの構成を示す図である。

【図１０】従来の超大容量ＡＴＭスイッチを作製する場
合のボード間の光接続を示す図である。

【図１１】本発明の別の実施形態に係るボード間光イン
タコネクション装置の構成を示す図である。

【図１２】本発明の更に他の実施形態に係るボード間光
インタコネクション装置の構成を示す斜視図である。

【図１３】図１２に示すボード間光インタコネクション
装置の構成を示す断面図である。

【図１４】本発明の更に別の実施形態に係るボード間光
インタコネクション装置の構成を示す図である。

【図１５】本発明のまた更に他の実施形態に係るボード
間光インタコネクション装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

２−１ ボード ２−２ 面発光レーザアレイ ２−３ レンズアレイ ２−４ 光ディテクタアレイ ２−５ 偏向制御素子（液晶マイクロプリズムアレイ） ２−６ 平面ミラー １１−１ 固定のプリズムアレイ １５−１ 第１のボード群 １５−２ 第２のボード群 １５−３ 第１のミラー １５−４ 第２のミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｆ 1/1335 Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｒ (56)参考文献 特開 昭63−293666（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−286191（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−92507（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−95028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−240533（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−177363（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/08 G02B 27/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スイッチ機能を有する電気回路を搭載し
   たボードをブックシェルフ状に実装してボード間の信号
   をやり取りするボード間光インタコネクション装置であ
   って、 前記ボードの端部から所定距離間隔をあけて配設された
   ミラーと、 前記ボードの端部における一方の面に取り付けられ、光
   ビームアレイを発生するレンズアレイ付き光源アレイ
   と、 該光源アレイからの光ビームアレイを受け、該光ビーム
   アレイの進行方向を個々のビーム毎に可変制御し、前記
   ミラーに傾斜して入射させる光偏向制御アレイ素子と、 前記ボードの端部における他方の面に取り付けられ、前
   記光偏向制御アレイ素子によって進行方向を個々に制御
   され、前記ミラーによって反射された光ビームアレイを
   受光するレンズアレイ付き光ディテクタアレイとを有す
   ることを特徴とするボード間光インタコネクション装
   置。
2. 【請求項２】 前記光偏向制御アレイ素子は、分割され
   た透明電極と配向膜をつけた透明平面基板と透明マイク
   ロプリズムアレイ板で液晶を挟んだ構造を有する液晶マ
   イクロプリズムアレイであることを特徴とする請求項１
   記載のボード間光インタコネクション装置。
3. 【請求項３】 前記光偏向制御アレイ素子は、静電力に
   よって光ビームアレイの進行方向を個々に制御できるマ
   イクロミラーアレイであることを特徴とする請求項１記
   載のボード間光インタコネクション装置。
4. 【請求項４】 前記光偏向制御アレイ素子は、アレイ状
   に並べられたプリズムまたはミラー、および該プリズム
   またはミラーを機械的に回転させて、光ビームアレイの
   進行方向を個々に制御する回転制御手段を有することを
   特徴とする請求項１記載のボード間光インタコネクショ
   ン装置。
5. 【請求項５】 前記光偏向制御アレイ素子は、窓を開け
   たアレイ分割電極で液晶を挟んだ構造を有する液晶偏向
   制御素子であることを特徴とする請求項１記載のボード
   間光インタコネクション装置。
6. 【請求項６】 前記レンズアレイ付き光源アレイは、面
   発光レーザアレイを有することを特徴とする請求項１記
   載のボード間光インタコネクション装置。
7. 【請求項７】 電気回路を搭載したボードをブックシェ
   ルフ状に実装してボード間の信号をやり取りするボード
   間光インタコネクション装置であって、 前記ボードの端部から所定距離間隔をあけて配設された
   ミラーと、 前記ボードの端部に取り付けられ、光ビームアレイを発
   生するレンズアレイ付き光源アレイと、 該光源アレイからの光ビームアレイを受け、該光ビーム
   アレイの進行方向を個々のビーム毎に可変制御し、前記
   ミラーに傾斜して入射させる光偏向制御アレイ素子と、 前記ボードの端部に取り付けられ、前記光偏向制御アレ
   イ素子によって進行方向を個々に制御され、前記ミラー
   によって反射された光ビームアレイを受光するレンズア
   レイ付き光ディテクタアレイとを有し、 前記ブックシェルフ状に実装されたボード群である第１
   のボード群の、光ビームが進行していく一方の最終端外
   側に前記ミラーである第１のミラーに対して平行でない
   角度で第２のミラーを配置し、第１のボード群と第１の
   ミラーの間を反射しながら進行してきた光ビームが第２
   のミラーで反射し、前記第１のボード群のボード間にブ
   ックシェルフ状に実装された第２のボード群と前記第１
   のミラーの間を反射しながら逆方向に進行するように前
   記第２のミラーの空間的配置が定められていることを特
   徴とするボード間光インタコネクション装置。
8. 【請求項８】 前記ボード群の他方の端において前記第
   ２のミラーと同様に第３のミラーを備えることを特徴と
   する請求項７記載のボード間光インタコネクション装
   置。