JP3815175B2 - 信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号処理装置に係り、特に、光信号の伝送を担う信号処理装置に関する。
【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。回路機能が増大すると、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。
【０００３】
従来から、接続線の多層化及び微細化により並列化を進めることで並列バスの動作速度の向上が計られてきたが、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がある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ(EMI:Electromagnetic Interference)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。
【０００４】
この様な問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計る為に、光インターコネクションと呼ばれるシステム内光接続技術を用いることが検討されている。光インターコネクション技術のうち、２次元アレイデバイスを利用した回路基板相互間のデータ伝送の技術が特開平４−１３４４１５号公報に開示されている。
【０００５】
この特開平４−１３４４１５号公報には、空気よりも屈折率の高い透明な物質の中に、負の曲率を有する複数個のレンズが前記物質の表面に形成されたレンズアレイと、前記光源から出射した光を前記レンズアレイの側面から入射する為の光学系と、から構成された光接続装置が記載されている。
【０００６】
また、負の曲率を有する複数個のレンズに代えて、屈折率の低い領域やホログラムを構成した技術も開示されている。この技術では、側面から入射した光が、前記負の曲率を有する複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの構成された部分から面上に分配されて出射する作用を用いている。
【０００７】
このため、入射位置と複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの構成された面上の出射位置との位置関係により、出射信号の強度がばらつく可能性がある。また、側面から入射した光が対向する側面から抜けてしまう割り合いも高いと考えられ、信号伝搬に利用される光の効率が低い。
【０００８】
さらに、面上に構成される負の曲率を有する複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの位置に回路基板の光入力素子を配置する必要がある為、回路基板を配置する為の自由度がなく拡張性が低い、という様々な問題があった。
【０００９】
これらの問題を解決する手段として、特開平１０−１２３３５０号公報には、シート状の光データバスが開示されている。この技術は、共通信号路において入射した信号光を拡散して伝搬するものであるため、受発光部を有した複数の回路基板を簡易な取付けで確実に光結合させることができ、精密な光学的位置合わせを必要としない。また、回路基板の数や取付け位置を自由に変えることができ、拡張性に富んだ自由度の高いシステムを構築できる。また、伝送路を用いるため埃などに対する耐環境性を有し、光学的位置合わせを必要としないため温度変化等にも強い、という長所を備えている。
【００１０】
さらに、特開平１１−１９６０６９号公報には、複数の送信ノードから相互に異なる光強度レベルの光信号を光伝送媒体に入射し、受信ノードから出射された、それら複数の光信号が重畳されてなる信号から所望の信号を分離・抽出することで多重通信を行うことにより、同時に複数の信号を伝送する技術が開示されている。
【００１１】
しかしながら、上記光データバスにおいては、あらゆる方向に光を拡散させているため、光の大半を受光素子の無いところへ放出してしまう。従って、受光部での光強度は非常に弱いものとなってしまい、高速化や低消費電力化を図るのが困難である、という問題があった。
【００１２】
この問題を解決するため、特開平１０−６２６５７号公報には、シート状光データバスの任意の辺に設けられた信号光入射部より入射した信号光を、各入射部に対応した光拡散部に於て拡散し、該光学的データバスを形成してなる光伝送層を介して対向して配置された信号光出射部に伝搬する技術が開示されている。
【００１３】
この技術では、信号光入射部と信号光出射部の配置により、各入射部に対応した光拡散部における光の拡散分布を制御することにより、シート状の光伝送路を介して信号光を出射部方向に有効に導光可能とする為、シート状光データバスにおける伝送効率が向上し高速化や低消費電力化が可能となる。
【００１４】
しかしながら、特開平１０−６２６５７号公報に記載された光データバスは、対向する回路基板間での信号の送受信は可能であるが、隣接する回路基板間での信号の送受信はできない、という問題があった。
【００１５】
この問題を解決するため、特開平１０−５１３９０号公報には、対向する辺にミラーを設け隣接間通信を可能にする技術が開示されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−５１３９０号公報に開示されているような光データバスでは、対向する回路基板間での信号の送受信で可能であった双方向通信ができない、という問題があった。
【００１７】
すなわち、図７（Ａ）に示すように、６個の回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを、回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃと回路基板１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆとがそれぞれ対向するように配置した場合、回路基板１００Ａ→回路基板１００Ｄの通信と回路基板１００Ｂ←回路基板１００Ｅの通信が同時に、すなわち双方向通信が可能となるが、図６（Ｂ）に示すように、６個の回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを全て同じ側に配置し、対向する辺にミラー１０２を配置すると、回路基板１００Ａ→回路基板１００Ｄの通信と回路基板１００Ｂ←回路基板１００Ｅの通信は、信号の多重化を行わない限り行うことができない。例えば、信号の多重度を２とした場合には、２つの通信のみ同時に行うことができる。従って、同時に通信できる数を増加させようとすると、それに応じて多重度を高くしなければならない。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑み、光データバスを挟んで対向する回路基板間の双方向通信と、隣接する回路基板間の隣接間通信を同時に可能にすると共に、多重度を上げることなく同時に通信できる数を増加させることができる信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の信号処理装置は、一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２：２ 2 ：…２ m-1 となる信号光を発光する発光手段と、透過率と反射率との比が２ m ：１又は１：２ m に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられたフィルタと、前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備えたことを特徴としている。
【００２０】
光伝搬手段は、例えば光透過率が高いシート状の材料で構成され、入力された光を伝搬する。また、この光伝搬手段の一端面側及び他端面側には、信号光を入出力するための信号光入出力部が複数設けられる。一端面側に隣接して信号光入出力部が複数設けられると共に、前記一端面側と対向する他端面側にも信号光入出力部が少なくとも１つ設けられる。そして、一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光は他端面側に向けて伝搬される。信号光入出力部には、例えば回路基板が接続される。複数の信号光入出力部からは、異なる複数の強度の信号光が入射される。
【００２１】
フィルタは、信号光入出力部から入射された信号光の透過率と反射率との比が所定値となる性質のフィルタである。従って、透過率と反射率との比を２ m ：１とした場合、フィルタに入射された信号光のうち、２ m ／（２ m ＋１）は透過し、１／（２ m ＋１）は反射し、１：２ m とした場合、フィルタに入射された信号光のうち、１／（１＋２ m ）は透過し、２ m ／（１＋２ m ）は反射する（フィルタに吸収が無い場合）。
【００２２】
このようなフィルタを反射側が一端面側に対向し透過側が他端面側に対向するように光伝搬手段の途中に設ける。このため、例えば一端面側に設けられた信号光入出力部から信号光が入力された場合、一部の信号光は透過して他端面側に設けられた信号光入出力部へ到達し、残りの信号光は反射して一端面側に隣接して設けられた信号光入出力部へ到達する。
【００２３】
従って、一端面側に設けられた信号光入出力部に接続された回路基板とこれに対向して他端面側に設けられた信号光入出力部に接続された回路基板との間の通信、及び一端面側に隣接して設けられた信号光入出力部に接続された回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００２６】
発光手段は、複数の異なる強度の信号光を切り替えて発光し、複数の異なる強度の信号光の数をｍ（多重度）とした場合、その強度比を１：２：２2…２m-1とすることができる。すなわち、例えばｍ＝２とした場合には強度比は１：２、ｍ＝３とした場合には強度比は１：２：４となる。
【００２７】
受光手段は、前記フィルタにより透過又は反射された信号光を受光する。このとき、他の発光手段から複数の異なる強度の信号光が同時に発光されていた場合、これらの信号光が重なり合った信号光を受光することとなる。
【００２８】
例えば、前述したようにｍ＝２の場合、強度比が１：２、透過率と反射率との比が１：４であり、受光手段では、透過又は反射された４つの異なる強度の信号光が重なり合った（強度が足された）２2m種類、すなわち１６種類の異なる強度レベルの信号光を受光することとなる。
【００２９】
複数の異なる強度の重なり合った信号光の強度は、透過又は反射された各信号光の強度を足し合わせたものとなるため、複数の異なる強度の重なり合った信号光の強度に基づいてどの強度の信号光が発光されているかを知ることができる。重なり合った信号光の強度レベルを２ｍビットのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換することにより、各ビットの出力を複数の異なる強度の信号光の各々に対応させる。
【００３０】
請求項２記載の発明は、一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２ 2 ：２ 4 ：…２ 2(m-1) となる信号光を発光する発光手段と、透過率と反射率との比が２：１又は１：２に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられ、前記信号光を透過又は反射するフィルタと、前記信号光入出力部の各々と対になるように設けられ、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備えたことを特徴としています。
透過率と反射率との比を２：１又は１：２にすると、複数の異なる強度の信号光の強度比を、例えば１：２2：２4…：２2(m-1)とすることにより、多重度ｍを増やす場合でも、フィルタの透過率と反射率との比を変更することなく、すなわち透過率と反射率との比を２：１又は１：２の何れかに固定したままで、例えばＡ／Ｄ変換のビット数を増やすだけで対応することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３２】
図１には、本発明に係る光データバス１０が示されている。光データバス１０は、光伝送層１２、光拡散部１４、及び選択反射フィルタ１６で構成され、複数の入出力部を有している。この複数の入出力部には、回路基板１８Ａ〜１８Ｈが各々接続されている。
【００３３】
光伝送層１２は、信号光の伝送を担う層であり、例えば光透過率が高く、厚さが約１ｍｍ程度のシート状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。なお、光伝送層１２は、ＰＭＭＡに限らず、透明度が高いものであればよい。
【００３４】
光拡散部１４は、信号の入力部、すなわち回路基板１８Ａ〜１８Ｈが接続される部分に対応して複数個設けられている。
【００３５】
図２（Ａ）には光データバス１０の断面図が、図２（Ｂ）には図２（Ａ）の点線部の拡大図が示されている。選択反射フィルタ１６は、光の反射率と透過率との比がｊ：ｋの材料から成り、入射した信号光のうちｊ／（ｊ＋ｋ）の光を透過し、ｋ／（ｊ＋ｋ）の光を反射させる（選択反射フィルタ１６に吸収が無い場合）。この選択反射フィルタ１６は、例えばアルミニウムなどの金属薄膜を用いることができる。また、ＰＭＭＡとの屈折率差によるフレネル反射を用いたものでも良い。なお、光の反射率と透過率との比は、例えば１：２mとすることができる（ｍは整数で、後述する発光する信号光の強度レベルの種類数）。
【００３６】
回路基板１８A〜１８H上には、発光素子２０及び受光素子２２が光データバス１０の入出力部に対応して各々配置されている。発光素子２０は、ｍ種類（例えば２種類）の強度レベルの信号光を発光することができるようになっている。図１に示すように、例えば回路基板１８Ｃから光伝送層１２に入射された信号光２４は、光拡散部１４によって拡散され伝搬される。このとき、図１，２（Ｂ）に示すように、信号光２４のうち、選択反射フィルタ１６に吸収が無い場合、ｊ／（ｊ＋ｋ）の光は選択反射フィルタ１６を透過し（図１、２（Ｂ）において信号光２４Ａで示す）、ｋ／（ｊ＋ｋ）の光は選択反射フィルタ１６によって反射される（図１、２（Ｂ）において信号光２４Ｂで示す）。
【００３７】
なお、図１に示すように、信号光２４Ａは光拡散部１４によって拡散され右側の端面全体に広がる（図１において点線で示す領域）。また、図１に示すように、信号光２４Ｂは、光伝送層１２の幅方向に拡散されるので、反射された信号光２４Ｂは左側の端面全体に広がっている（図１において一点鎖線で示す領域）。
【００３８】
なお、図２（Ｂ）では左側から信号光が入射した場合を示したが、右側から信号光が入射した場合も同様である。
【００３９】
回路基板１８Ｃから出力された信号光２４のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２４Ａは、例えば光データバス１０を挟んで対抗する回路基板１８Ｆ上の受光素子２２で受光される。また、回路基板１８Ｂから出力された信号光２４のうち選択反射フィルタ１６により反射された信号光２４Ｂは、例えば隣接する回路基板１８Ｄ上の受光素子２２で受光される。信号光を出射する回路基板及び出射された信号光を受光する回路基板は、例えば図示しない調停装置によって決定される。この調停装置は集中型でもよいし、分散型でもよい。
【００４０】
このように、回路基板１８から出射された信号光の一部が選択反射フィルタ１６を透過すると共に他の一部の信号光が選択反射フィルタ１６により反射するため、光データバス１０を挟んで対向する回路基板間の通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００４１】
次に、具体的な通信の例について説明する。
【００４２】
第１実施形態では、発光素子２０の発光レベルが５レベル（チャネル１）と１０レベル（チャネル２）の２種類（ｍ＝２）、すなわちチャネル（多重度）が２で、選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比が１：４の場合について説明する。
【００４３】
この場合、図３において左側の回路基板１８の発光素子２０（図３においては図示省略）から出力された発光強度が５レベルの信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２６Ａは４レベルとなる。また、信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２６Ｂは１レベルとなる。
【００４４】
さらに、左側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１０レベルの信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２８Ａは８レベルとなる。また、信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２８Ｂは２レベルとなる。
【００４５】
同様に、図３において右側の回路基板１８の発光素子２０（図３においては図示省略）から出力された発光強度が５レベルの信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３０Ａは４レベルとなる。また、信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３０Ｂは１レベルとなる。
【００４６】
さらに、右側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１０レベルの信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３２Ａは８レベルとなる。また、信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３２Ｂは２レベルとなる。
【００４７】
このように、発光素子２０が強度レベルの異なる２種類の信号光を発光することにより、受光素子２２では、１レベル、２レベルの反射光、４レベル、８レベルの透過光の４つの異なる種類のレベルの信号光が重なった信号光、すなわち合計２2m＝２4＝１６レベル（０レベル〜１５レベル）の信号光を受光することとなる。これらの信号光を識別し分離することで対向する回路基板間、隣接する基板間の通信を同時に行うことができる。
【００４８】
受光素子２２で受光された信号光は、図示しない増幅器によって増幅され、図４（Ｂ）示すＡ／Ｄ変換器３２に入力される。Ａ／Ｄ変換器３２は、図４（Ｂ）に示すように、入力された信号光の強度レベルを４ビットのデジタル信号に変換して後段の回路に出力する。
【００４９】
ここで、１ビット目（最下位ビット）はチャネル１の反射光Ｒ１を、２ビット目はチャネル２の反射光Ｒ２を、３ビット目はチャネル１の透過光Ｆ１を、４ビット目（最上位ビット）はチャネル２の透過光Ｆ２をそれぞれ示している。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２は、入力された４種類の異なる信号光が重なった信号光を分離し、この分離した信号光を各ビットに対応させて出力するものである。
【００５０】
これは、例えば１ビット目が‘０’ならば隣接する回路基板１８からの反射光Ｒ１がなく、１ビット目が‘１’ならば隣接する回路基板１８からの反射光Ｒ１があること示す。従って、これらを必要に応じて選択することで所望の回路基板１８との通信を行うことができる。
【００５１】
このＡ／Ｄ変換器３２の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器３２に入力される４種類の異なる信号光が重なった信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを図４（Ａ）に示す。
【００５２】
図４（Ａ）に示すように、例えばＡ／Ｄ変換器３２に入力される信号光のレベルが‘５’の場合、Ａ／Ｄ変換器３２は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射光Ｒ１に対応する１ビット目を‘１’に、反射光Ｒ２に対応する２ビット目を‘０’に、透過光Ｆ１に対応する３ビット目を‘１’に、透過光Ｆ２に対応する４ビット目を‘０’にする。これは、すなわち隣接する回路基板１８からチャネル１の信号光が出射されると共に、対向する回路基板１８からチャネル１（５レベル）の信号光が出射されていることを示す。
【００５３】
ここで、図示しない調停装置により、回路基板１８Ａと回路基板１８Ｅとの対向間通信、回路基板１８Ｃと回路基板１８Ｄとの隣接間通信が同時に行われる場合について説明する。この場合、例えば調停装置は回路基板１８Ａに対してチャネル１（５レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｅに対してチャネル１の信号光（透過光Ｆ１）を受信することを指示する。また、回路基板１８Ｃに対してチャネル２（１０レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｄに対してチャネル２の信号光（反射光Ｒ２）を受信することを指示する。
【００５４】
これにより、回路基板１８Ｅでは、透過光Ｆ１（４レベル）と透過光Ｆ２（８レベル）とが重なった１２レベルの信号光を受光し、回路基板１８Ｄでは、反射光Ｒ１（１レベル）と反射光Ｒ２（２レベル）とが重なった３レベルの信号光を受光する。
【００５５】
そして、回路基板１８ＥのＡ／Ｄ変換器３２では、図４（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した１２レベルの信号光に対応して図４（Ｂ）に示すように３ビット目（Ｆ１）、４ビット目（Ｆ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により透過光Ｆ１を受信することが指示されているため、３ビット目、すなわち回路基板１８Ａからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ａから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００５６】
同様に、回路基板１８ＤのＡ／Ｄ変換器３２では、図４（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した３レベルの信号光に対応して図４（Ｂ）に示すように１ビット目（Ｒ１）、２ビット目（Ｒ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により反射光Ｒ２を受信することが指示されているため、２ビット目、すなわち回路基板１８Ｃからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ｃから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００５７】
このように、発光側で発光レベル、すなわち信号光の強度レベルを切り替え、受光側で所望の強度レベルの信号光を選択受光することにより、対向する回路基板間の双方向通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００５８】
なお、上記では、反射率と透過率との比が１：４の場合で説明したが、反射率と透過率の比が４：１の場合でも同様である。また、上記では、多重度が２（ｍ＝２）の場合は反射率と透過率の比を１：４または４：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：２としたが、多重度を３（ｍ＝３）にする場合には、反射率と透過率との比を例えば１：８（＝２3）または８：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：２：４とすればよい。これにより、６４（＝２2m＝２6）の強度レベルを受光することができるため、Ａ／Ｄ変換には６ビットのＡ／Ｄ変換器を用いればよい。
【００５９】
すなわち、多重度がｍの場合には、反射率と透過率の比を１：２mまたは２m：１とし、異なる信号光のレベルの比が１：２：…：２m-1となるようにすれば、上記と同様に２2m個の異なる強度レベルを受光し、これを２ｍビットのＡ／Ｄ変換を用いることで識別することができる。
【００６０】
また、上記では、光伝送層１２にシート状の伝送媒体を用い、入射信号を拡散させて伝搬する例について説明したが、複数の入力部と複数の出力部を備えると共に双方向通信が可能な伝送媒体であれば、光カプラーのようなものを光伝送層として用いてもよい。
【００６１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態で説明した光データバス１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
第２実施形態では、発光素子２０の発光レベルが３レベル（チャネル１）と１２レベル（チャネル２）の２種類（ｍ＝２）、すなわちチャネル（多重度）が２で、選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比が１：２の場合について説明する。
【００６３】
この場合、図５において左側の回路基板１８の発光素子２０（図５においては図示省略）から出力された発光強度が３レベルの信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２６Ａは２レベルとなる。また、信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２６Ｂは１レベルとなる。
【００６４】
さらに、左側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１２レベルの信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２８Ａは８レベルとなる。また、信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２８Ｂは４レベルとなる。
【００６５】
同様に、図５において右側の回路基板１８の発光素子２０（図５においては図示省略）から出力された発光強度が３レベルの信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３０Ａは２レベルとなる。また、信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３０Ｂは１レベルとなる。
【００６６】
さらに、右側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１２レベルの信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３２Ａは８レベルとなる。また、信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３２Ｂは４レベルとなる。
【００６７】
このように、発光素子２０が強度レベルの異なる２種類の信号光を発光することにより、受光素子２２では、１レベル、４レベルの反射光、２レベル、８レベルの透過光の４つの異なる種類のレベルの信号光が重なった信号光、すなわち合計２2m＝２4＝１６レベル（０レベル〜１５レベル）の信号光を受光することとなる。これらの信号光を識別し分離することで対向する回路基板間、隣接する基板間の通信を同時に行うことができる。
【００６８】
受光素子２２で受光された信号光は、図示しない増幅器によって増幅され、図６（Ｂ）示すＡ／Ｄ変換器３２に入力される。Ａ／Ｄ変換器３２は、図６（Ｂ）に示すように、入力された信号光の強度レベルを４ビットのデジタル信号に変換して後段の回路に出力する。
【００６９】
ここで、１ビット目（最下位ビット）はチャネル１の反射光Ｒ１を、２ビット目はチャネル１の透過光Ｆ１を、３ビット目はチャネル２の反射光Ｒ２を、４ビット目（最上位ビット）はチャネル２の透過光Ｆ２をそれぞれ示している。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２は、入力された４種類の異なる信号光が重なった信号光を分離し、この分離した信号光を各ビットに対応させて出力するものである。
【００７０】
このＡ／Ｄ変換器３２の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器３２に入力される４種類の異なる信号光が重なった信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを図６（Ａ）に示す。
【００７１】
図６（Ａ）に示すように、例えばＡ／Ｄ変換器３２に入力される信号光のレベルが‘５’の場合、Ａ／Ｄ変換器３２は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射光Ｒ１に対応する１ビット目を‘１’に、透過光Ｆ１に対応する２ビット目を‘０’に、反射光Ｒ２に対応する３ビット目を‘１’に、透過光Ｆ２に対応する４ビット目を‘０’にする。これは、すなわち隣接する回路基板１８からチャネル１（３レベル）の信号光が出射されると共に、隣接する回路基板１８からチャネル２（１２レベル）の信号光が出射されていることを示す。
【００７２】
ここで、図示しない調停装置により、回路基板１８Ａと回路基板１８Ｅとの対向間通信、回路基板１８Ｃと回路基板１８Ｄとの隣接間通信が同時に行われる場合について説明する。この場合、例えば調停装置は回路基板１８Ａに対してチャネル１（３レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｅに対してチャネル１の信号光（透過光Ｆ１）を受信することを指示する。また、回路基板１８Ｃに対してチャネル２（１２レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｄに対してチャネル２の信号光（反射光Ｒ２）を受信することを指示する。
【００７３】
これにより、回路基板１８Ｅでは、透過光Ｆ１（２レベル）と透過光Ｆ２（８レベル）とが重なった１０レベルの信号光を受光し、回路基板１８Ｄでは、反射光Ｒ１（１レベル）と反射光Ｒ２（４レベル）とが重なった５レベルの信号光を受光する。
【００７４】
そして、回路基板１８ＥのＡ／Ｄ変換器３２では、図６（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した１０レベルの信号光に対応して図６（Ｂ）に示すように２ビット目（Ｆ１）、４ビット目（Ｆ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により透過光Ｆ１を受信することが指示されているため、２ビット目、すなわち回路基板１８Ａからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ａから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００７５】
同様に、回路基板１８ＤのＡ／Ｄ変換器３２では、図６（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した５レベルの信号光に対応して図６（Ｂ）に示すように１ビット目（Ｒ１）、３ビット目（Ｒ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により反射光Ｒ２を受信することが指示されているため、３ビット目、すなわち回路基板１８Ｃからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ｃから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００７６】
このように、発光側で発光レベル、すなわち信号光の強度レベルを切り替え、受光側で所望の強度レベルの信号光を選択受光することにより、対向する回路基板間の双方向通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００７７】
なお、上記では、反射率と透過率との比が１：２の場合で説明したが、反射率と透過率の比が２：１の場合でも同様である。また、上記では、多重度が２（ｍ＝２）の場合は反射率と透過率の比を１：２または２：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：４としたが、多重度を３（ｍ＝３）にする場合でも、反射率と透過率との比をは１：２または２：１とすればよい。この場合、異なる信号光のレベルの比を１：４：１６とすれば、６４（＝２2m＝２6）の強度レベルを受光することができるため、Ａ／Ｄ変換には６ビットのＡ／Ｄ変換器を用いればよい。
【００７８】
すなわち、多重度がｍの場合には、反射率と透過率の比を１：２または２：１とし、異なる信号光のレベルの比が１：２2：…：２2(m-1)となるようにすれば、上記と同様に２2m個の異なる強度レベルを受光し、これを２ｍビットのＡ／Ｄ変換を用いることで識別することができる。
【００７９】
このように、第２実施形態では、発光レベルはチャネル１とチャネル２でそれぞれレベル３とレベル１２であり、第１実施形態のレベル５とレベル１０と比較すると、チャネル１とチャネル２の両方を用いた場合には発光レベルの和は１５レベルとなり同じであるが、チャネルを１つしか用いない場合では、低いレベル（チャネル１）のみを用いることで消費電力を低くすることができる。さらに、第２実施形態では多重度に関係なく選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比を１：２または２：１に固定することができるため、多重度を変更するごとに選択反射フィルタ１６、すなわち光データバス１０を交換する必要がない。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数を変更することでシステムを容易に変更することができる。
【００８０】
また、上記では、光伝送層１２にシート状の伝送媒体を用い、入射信号を拡散させて伝搬する例について説明したが、複数の入力部と複数の出力部を備えると共に双方向通信が可能な伝送媒体であれば、光カプラーのようなものを光伝送層として用いてもよい。
【００８１】
なお、上記第１、２実施形態では、単層の光データバスの場合を例に説明したが、光データバス１０を複数枚重ねてマルチビットバスとして作用させ、光信号処理装置を構成することも可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光データバスを挟んで対向する回路基板間の双方向通信と、隣接する回路基板間の隣接間通信を同時に可能にすると共に、多重度を上げることなく同時に通信できる数を増加させることができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る光データバスの上面図である。
【図２】 （Ａ）は光データバスの断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図３】 第１実施形態に係る信号光の強度レベルについて説明するための図である。
【図４】 （Ａ）は第１実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器に入力される信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを示す図である。（Ｂ）はＡ／Ｄ変換器の出力ビットについて説明するための図である。
【図５】 第２実施形態に係る信号光の強度レベルについて説明するための図である。
【図６】 （Ａ）は第２実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器に入力される信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを示す図である。（Ｂ）はＡ／Ｄ変換器の出力ビットについて説明するための図である。
【図７】 （Ａ）は従来例に係る双方向通信可能な光データバスの上面図、（Ｂ）は従来例に係る隣接間通信可能な光データバスの上面図である。
【符号の説明】
１０ 光データバス
１２ 光伝送層
１４ 光拡散部
１６ 選択反射フィルタ
１８ 回路基板
２０ 発光素子
２２ 受光素子
２４ 信号光
３２ Ａ／Ｄ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は信号処理装置に係り、特に、光信号の伝送を担う信号処理装置に関する。
【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。回路機能が増大すると、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。
【０００３】
従来から、接続線の多層化及び微細化により並列化を進めることで並列バスの動作速度の向上が計られてきたが、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がある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ(EMI:Electromagnetic Interference)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。
【０００４】
この様な問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計る為に、光インターコネクションと呼ばれるシステム内光接続技術を用いることが検討されている。光インターコネクション技術のうち、２次元アレイデバイスを利用した回路基板相互間のデータ伝送の技術が特開平４−１３４４１５号公報に開示されている。
【０００５】
この特開平４−１３４４１５号公報には、空気よりも屈折率の高い透明な物質の中に、負の曲率を有する複数個のレンズが前記物質の表面に形成されたレンズアレイと、前記光源から出射した光を前記レンズアレイの側面から入射する為の光学系と、から構成された光接続装置が記載されている。
【０００６】
また、負の曲率を有する複数個のレンズに代えて、屈折率の低い領域やホログラムを構成した技術も開示されている。この技術では、側面から入射した光が、前記負の曲率を有する複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの構成された部分から面上に分配されて出射する作用を用いている。
【０００７】
このため、入射位置と複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの構成された面上の出射位置との位置関係により、出射信号の強度がばらつく可能性がある。また、側面から入射した光が対向する側面から抜けてしまう割り合いも高いと考えられ、信号伝搬に利用される光の効率が低い。
【０００８】
さらに、面上に構成される負の曲率を有する複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領域やホログラムの位置に回路基板の光入力素子を配置する必要がある為、回路基板を配置する為の自由度がなく拡張性が低い、という様々な問題があった。
【０００９】
これらの問題を解決する手段として、特開平１０−１２３３５０号公報には、シート状の光データバスが開示されている。この技術は、共通信号路において入射した信号光を拡散して伝搬するものであるため、受発光部を有した複数の回路基板を簡易な取付けで確実に光結合させることができ、精密な光学的位置合わせを必要としない。また、回路基板の数や取付け位置を自由に変えることができ、拡張性に富んだ自由度の高いシステムを構築できる。また、伝送路を用いるため埃などに対する耐環境性を有し、光学的位置合わせを必要としないため温度変化等にも強い、という長所を備えている。
【００１０】
さらに、特開平１１−１９６０６９号公報には、複数の送信ノードから相互に異なる光強度レベルの光信号を光伝送媒体に入射し、受信ノードから出射された、それら複数の光信号が重畳されてなる信号から所望の信号を分離・抽出することで多重通信を行うことにより、同時に複数の信号を伝送する技術が開示されている。
【００１１】
しかしながら、上記光データバスにおいては、あらゆる方向に光を拡散させているため、光の大半を受光素子の無いところへ放出してしまう。従って、受光部での光強度は非常に弱いものとなってしまい、高速化や低消費電力化を図るのが困難である、という問題があった。
【００１２】
この問題を解決するため、特開平１０−６２６５７号公報には、シート状光データバスの任意の辺に設けられた信号光入射部より入射した信号光を、各入射部に対応した光拡散部に於て拡散し、該光学的データバスを形成してなる光伝送層を介して対向して配置された信号光出射部に伝搬する技術が開示されている。
【００１３】
この技術では、信号光入射部と信号光出射部の配置により、各入射部に対応した光拡散部における光の拡散分布を制御することにより、シート状の光伝送路を介して信号光を出射部方向に有効に導光可能とする為、シート状光データバスにおける伝送効率が向上し高速化や低消費電力化が可能となる。
【００１４】
しかしながら、特開平１０−６２６５７号公報に記載された光データバスは、対向する回路基板間での信号の送受信は可能であるが、隣接する回路基板間での信号の送受信はできない、という問題があった。
【００１５】
この問題を解決するため、特開平１０−５１３９０号公報には、対向する辺にミラーを設け隣接間通信を可能にする技術が開示されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−５１３９０号公報に開示されているような光データバスでは、対向する回路基板間での信号の送受信で可能であった双方向通信ができない、という問題があった。
【００１７】
すなわち、図７（Ａ）に示すように、６個の回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを、回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃと回路基板１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆとがそれぞれ対向するように配置した場合、回路基板１００Ａ→回路基板１００Ｄの通信と回路基板１００Ｂ←回路基板１００Ｅの通信が同時に、すなわち双方向通信が可能となるが、図６（Ｂ）に示すように、６個の回路基板１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆを全て同じ側に配置し、対向する辺にミラー１０２を配置すると、回路基板１００Ａ→回路基板１００Ｄの通信と回路基板１００Ｂ←回路基板１００Ｅの通信は、信号の多重化を行わない限り行うことができない。例えば、信号の多重度を２とした場合には、２つの通信のみ同時に行うことができる。従って、同時に通信できる数を増加させようとすると、それに応じて多重度を高くしなければならない。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑み、光データバスを挟んで対向する回路基板間の双方向通信と、隣接する回路基板間の隣接間通信を同時に可能にすると共に、多重度を上げることなく同時に通信できる数を増加させることができる信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明の信号処理装置は、一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２：２ 2 ：…２ m-1 となる信号光を発光する発光手段と、透過率と反射率との比が２ m ：１又は１：２ m に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられたフィルタと、前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備えたことを特徴としている。
【００２０】
光伝搬手段は、例えば光透過率が高いシート状の材料で構成され、入力された光を伝搬する。また、この光伝搬手段の一端面側及び他端面側には、信号光を入出力するための信号光入出力部が複数設けられる。一端面側に隣接して信号光入出力部が複数設けられると共に、前記一端面側と対向する他端面側にも信号光入出力部が少なくとも１つ設けられる。そして、一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光は他端面側に向けて伝搬される。信号光入出力部には、例えば回路基板が接続される。複数の信号光入出力部からは、異なる複数の強度の信号光が入射される。
【００２１】
フィルタは、信号光入出力部から入射された信号光の透過率と反射率との比が所定値となる性質のフィルタである。従って、透過率と反射率との比を２ m ：１とした場合、フィルタに入射された信号光のうち、２ m ／（２ m ＋１）は透過し、１／（２ m ＋１）は反射し、１：２ m とした場合、フィルタに入射された信号光のうち、１／（１＋２ m ）は透過し、２ m ／（１＋２ m ）は反射する（フィルタに吸収が無い場合）。
【００２２】
このようなフィルタを反射側が一端面側に対向し透過側が他端面側に対向するように光伝搬手段の途中に設ける。このため、例えば一端面側に設けられた信号光入出力部から信号光が入力された場合、一部の信号光は透過して他端面側に設けられた信号光入出力部へ到達し、残りの信号光は反射して一端面側に隣接して設けられた信号光入出力部へ到達する。
【００２３】
従って、一端面側に設けられた信号光入出力部に接続された回路基板とこれに対向して他端面側に設けられた信号光入出力部に接続された回路基板との間の通信、及び一端面側に隣接して設けられた信号光入出力部に接続された回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００２６】
発光手段は、複数の異なる強度の信号光を切り替えて発光し、複数の異なる強度の信号光の数をｍ（多重度）とした場合、その強度比を１：２：２2…２m-1とすることができる。すなわち、例えばｍ＝２とした場合には強度比は１：２、ｍ＝３とした場合には強度比は１：２：４となる。
【００２７】
受光手段は、前記フィルタにより透過又は反射された信号光を受光する。このとき、他の発光手段から複数の異なる強度の信号光が同時に発光されていた場合、これらの信号光が重なり合った信号光を受光することとなる。
【００２８】
例えば、前述したようにｍ＝２の場合、強度比が１：２、透過率と反射率との比が１：４であり、受光手段では、透過又は反射された４つの異なる強度の信号光が重なり合った（強度が足された）２2m種類、すなわち１６種類の異なる強度レベルの信号光を受光することとなる。
【００２９】
複数の異なる強度の重なり合った信号光の強度は、透過又は反射された各信号光の強度を足し合わせたものとなるため、複数の異なる強度の重なり合った信号光の強度に基づいてどの強度の信号光が発光されているかを知ることができる。重なり合った信号光の強度レベルを２ｍビットのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換することにより、各ビットの出力を複数の異なる強度の信号光の各々に対応させる。
【００３０】
請求項２記載の発明は、一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２ 2 ：２ 4 ：…２ 2(m-1) となる信号光を発光する発光手段と、透過率と反射率との比が２：１又は１：２に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられ、前記信号光を透過又は反射するフィルタと、前記信号光入出力部の各々と対になるように設けられ、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、を備えたことを特徴としています。
透過率と反射率との比を２：１又は１：２にすると、複数の異なる強度の信号光の強度比を、例えば１：２2：２4…：２2(m-1)とすることにより、多重度ｍを増やす場合でも、フィルタの透過率と反射率との比を変更することなく、すなわち透過率と反射率との比を２：１又は１：２の何れかに固定したままで、例えばＡ／Ｄ変換のビット数を増やすだけで対応することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３２】
図１には、本発明に係る光データバス１０が示されている。光データバス１０は、光伝送層１２、光拡散部１４、及び選択反射フィルタ１６で構成され、複数の入出力部を有している。この複数の入出力部には、回路基板１８Ａ〜１８Ｈが各々接続されている。
【００３３】
光伝送層１２は、信号光の伝送を担う層であり、例えば光透過率が高く、厚さが約１ｍｍ程度のシート状のＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）を用いることができる。なお、光伝送層１２は、ＰＭＭＡに限らず、透明度が高いものであればよい。
【００３４】
光拡散部１４は、信号の入力部、すなわち回路基板１８Ａ〜１８Ｈが接続される部分に対応して複数個設けられている。
【００３５】
図２（Ａ）には光データバス１０の断面図が、図２（Ｂ）には図２（Ａ）の点線部の拡大図が示されている。選択反射フィルタ１６は、光の反射率と透過率との比がｊ：ｋの材料から成り、入射した信号光のうちｊ／（ｊ＋ｋ）の光を透過し、ｋ／（ｊ＋ｋ）の光を反射させる（選択反射フィルタ１６に吸収が無い場合）。この選択反射フィルタ１６は、例えばアルミニウムなどの金属薄膜を用いることができる。また、ＰＭＭＡとの屈折率差によるフレネル反射を用いたものでも良い。なお、光の反射率と透過率との比は、例えば１：２mとすることができる（ｍは整数で、後述する発光する信号光の強度レベルの種類数）。
【００３６】
回路基板１８A〜１８H上には、発光素子２０及び受光素子２２が光データバス１０の入出力部に対応して各々配置されている。発光素子２０は、ｍ種類（例えば２種類）の強度レベルの信号光を発光することができるようになっている。図１に示すように、例えば回路基板１８Ｃから光伝送層１２に入射された信号光２４は、光拡散部１４によって拡散され伝搬される。このとき、図１，２（Ｂ）に示すように、信号光２４のうち、選択反射フィルタ１６に吸収が無い場合、ｊ／（ｊ＋ｋ）の光は選択反射フィルタ１６を透過し（図１、２（Ｂ）において信号光２４Ａで示す）、ｋ／（ｊ＋ｋ）の光は選択反射フィルタ１６によって反射される（図１、２（Ｂ）において信号光２４Ｂで示す）。
【００３７】
なお、図１に示すように、信号光２４Ａは光拡散部１４によって拡散され右側の端面全体に広がる（図１において点線で示す領域）。また、図１に示すように、信号光２４Ｂは、光伝送層１２の幅方向に拡散されるので、反射された信号光２４Ｂは左側の端面全体に広がっている（図１において一点鎖線で示す領域）。
【００３８】
なお、図２（Ｂ）では左側から信号光が入射した場合を示したが、右側から信号光が入射した場合も同様である。
【００３９】
回路基板１８Ｃから出力された信号光２４のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２４Ａは、例えば光データバス１０を挟んで対抗する回路基板１８Ｆ上の受光素子２２で受光される。また、回路基板１８Ｂから出力された信号光２４のうち選択反射フィルタ１６により反射された信号光２４Ｂは、例えば隣接する回路基板１８Ｄ上の受光素子２２で受光される。信号光を出射する回路基板及び出射された信号光を受光する回路基板は、例えば図示しない調停装置によって決定される。この調停装置は集中型でもよいし、分散型でもよい。
【００４０】
このように、回路基板１８から出射された信号光の一部が選択反射フィルタ１６を透過すると共に他の一部の信号光が選択反射フィルタ１６により反射するため、光データバス１０を挟んで対向する回路基板間の通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００４１】
次に、具体的な通信の例について説明する。
【００４２】
第１実施形態では、発光素子２０の発光レベルが５レベル（チャネル１）と１０レベル（チャネル２）の２種類（ｍ＝２）、すなわちチャネル（多重度）が２で、選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比が１：４の場合について説明する。
【００４３】
この場合、図３において左側の回路基板１８の発光素子２０（図３においては図示省略）から出力された発光強度が５レベルの信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２６Ａは４レベルとなる。また、信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２６Ｂは１レベルとなる。
【００４４】
さらに、左側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１０レベルの信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２８Ａは８レベルとなる。また、信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２８Ｂは２レベルとなる。
【００４５】
同様に、図３において右側の回路基板１８の発光素子２０（図３においては図示省略）から出力された発光強度が５レベルの信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３０Ａは４レベルとなる。また、信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３０Ｂは１レベルとなる。
【００４６】
さらに、右側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１０レベルの信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３２Ａは８レベルとなる。また、信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３２Ｂは２レベルとなる。
【００４７】
このように、発光素子２０が強度レベルの異なる２種類の信号光を発光することにより、受光素子２２では、１レベル、２レベルの反射光、４レベル、８レベルの透過光の４つの異なる種類のレベルの信号光が重なった信号光、すなわち合計２2m＝２4＝１６レベル（０レベル〜１５レベル）の信号光を受光することとなる。これらの信号光を識別し分離することで対向する回路基板間、隣接する基板間の通信を同時に行うことができる。
【００４８】
受光素子２２で受光された信号光は、図示しない増幅器によって増幅され、図４（Ｂ）示すＡ／Ｄ変換器３２に入力される。Ａ／Ｄ変換器３２は、図４（Ｂ）に示すように、入力された信号光の強度レベルを４ビットのデジタル信号に変換して後段の回路に出力する。
【００４９】
ここで、１ビット目（最下位ビット）はチャネル１の反射光Ｒ１を、２ビット目はチャネル２の反射光Ｒ２を、３ビット目はチャネル１の透過光Ｆ１を、４ビット目（最上位ビット）はチャネル２の透過光Ｆ２をそれぞれ示している。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２は、入力された４種類の異なる信号光が重なった信号光を分離し、この分離した信号光を各ビットに対応させて出力するものである。
【００５０】
これは、例えば１ビット目が‘０’ならば隣接する回路基板１８からの反射光Ｒ１がなく、１ビット目が‘１’ならば隣接する回路基板１８からの反射光Ｒ１があること示す。従って、これらを必要に応じて選択することで所望の回路基板１８との通信を行うことができる。
【００５１】
このＡ／Ｄ変換器３２の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器３２に入力される４種類の異なる信号光が重なった信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを図４（Ａ）に示す。
【００５２】
図４（Ａ）に示すように、例えばＡ／Ｄ変換器３２に入力される信号光のレベルが‘５’の場合、Ａ／Ｄ変換器３２は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射光Ｒ１に対応する１ビット目を‘１’に、反射光Ｒ２に対応する２ビット目を‘０’に、透過光Ｆ１に対応する３ビット目を‘１’に、透過光Ｆ２に対応する４ビット目を‘０’にする。これは、すなわち隣接する回路基板１８からチャネル１の信号光が出射されると共に、対向する回路基板１８からチャネル１（５レベル）の信号光が出射されていることを示す。
【００５３】
ここで、図示しない調停装置により、回路基板１８Ａと回路基板１８Ｅとの対向間通信、回路基板１８Ｃと回路基板１８Ｄとの隣接間通信が同時に行われる場合について説明する。この場合、例えば調停装置は回路基板１８Ａに対してチャネル１（５レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｅに対してチャネル１の信号光（透過光Ｆ１）を受信することを指示する。また、回路基板１８Ｃに対してチャネル２（１０レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｄに対してチャネル２の信号光（反射光Ｒ２）を受信することを指示する。
【００５４】
これにより、回路基板１８Ｅでは、透過光Ｆ１（４レベル）と透過光Ｆ２（８レベル）とが重なった１２レベルの信号光を受光し、回路基板１８Ｄでは、反射光Ｒ１（１レベル）と反射光Ｒ２（２レベル）とが重なった３レベルの信号光を受光する。
【００５５】
そして、回路基板１８ＥのＡ／Ｄ変換器３２では、図４（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した１２レベルの信号光に対応して図４（Ｂ）に示すように３ビット目（Ｆ１）、４ビット目（Ｆ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により透過光Ｆ１を受信することが指示されているため、３ビット目、すなわち回路基板１８Ａからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ａから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００５６】
同様に、回路基板１８ＤのＡ／Ｄ変換器３２では、図４（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した３レベルの信号光に対応して図４（Ｂ）に示すように１ビット目（Ｒ１）、２ビット目（Ｒ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により反射光Ｒ２を受信することが指示されているため、２ビット目、すなわち回路基板１８Ｃからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ｃから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００５７】
このように、発光側で発光レベル、すなわち信号光の強度レベルを切り替え、受光側で所望の強度レベルの信号光を選択受光することにより、対向する回路基板間の双方向通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００５８】
なお、上記では、反射率と透過率との比が１：４の場合で説明したが、反射率と透過率の比が４：１の場合でも同様である。また、上記では、多重度が２（ｍ＝２）の場合は反射率と透過率の比を１：４または４：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：２としたが、多重度を３（ｍ＝３）にする場合には、反射率と透過率との比を例えば１：８（＝２3）または８：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：２：４とすればよい。これにより、６４（＝２2m＝２6）の強度レベルを受光することができるため、Ａ／Ｄ変換には６ビットのＡ／Ｄ変換器を用いればよい。
【００５９】
すなわち、多重度がｍの場合には、反射率と透過率の比を１：２mまたは２m：１とし、異なる信号光のレベルの比が１：２：…：２m-1となるようにすれば、上記と同様に２2m個の異なる強度レベルを受光し、これを２ｍビットのＡ／Ｄ変換を用いることで識別することができる。
【００６０】
また、上記では、光伝送層１２にシート状の伝送媒体を用い、入射信号を拡散させて伝搬する例について説明したが、複数の入力部と複数の出力部を備えると共に双方向通信が可能な伝送媒体であれば、光カプラーのようなものを光伝送層として用いてもよい。
【００６１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態で説明した光データバス１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
第２実施形態では、発光素子２０の発光レベルが３レベル（チャネル１）と１２レベル（チャネル２）の２種類（ｍ＝２）、すなわちチャネル（多重度）が２で、選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比が１：２の場合について説明する。
【００６３】
この場合、図５において左側の回路基板１８の発光素子２０（図５においては図示省略）から出力された発光強度が３レベルの信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２６Ａは２レベルとなる。また、信号光２６のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２６Ｂは１レベルとなる。
【００６４】
さらに、左側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１２レベルの信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光２８Ａは８レベルとなる。また、信号光２８のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光２８Ｂは４レベルとなる。
【００６５】
同様に、図５において右側の回路基板１８の発光素子２０（図５においては図示省略）から出力された発光強度が３レベルの信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３０Ａは２レベルとなる。また、信号光３０のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３０Ｂは１レベルとなる。
【００６６】
さらに、右側の回路基板１８の発光素子２０から出力された発光強度が１２レベルの信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６を透過した信号光３２Ａは８レベルとなる。また、信号光３２のうち、選択反射フィルタ１６により反射された信号光３２Ｂは４レベルとなる。
【００６７】
このように、発光素子２０が強度レベルの異なる２種類の信号光を発光することにより、受光素子２２では、１レベル、４レベルの反射光、２レベル、８レベルの透過光の４つの異なる種類のレベルの信号光が重なった信号光、すなわち合計２2m＝２4＝１６レベル（０レベル〜１５レベル）の信号光を受光することとなる。これらの信号光を識別し分離することで対向する回路基板間、隣接する基板間の通信を同時に行うことができる。
【００６８】
受光素子２２で受光された信号光は、図示しない増幅器によって増幅され、図６（Ｂ）示すＡ／Ｄ変換器３２に入力される。Ａ／Ｄ変換器３２は、図６（Ｂ）に示すように、入力された信号光の強度レベルを４ビットのデジタル信号に変換して後段の回路に出力する。
【００６９】
ここで、１ビット目（最下位ビット）はチャネル１の反射光Ｒ１を、２ビット目はチャネル１の透過光Ｆ１を、３ビット目はチャネル２の反射光Ｒ２を、４ビット目（最上位ビット）はチャネル２の透過光Ｆ２をそれぞれ示している。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２は、入力された４種類の異なる信号光が重なった信号光を分離し、この分離した信号光を各ビットに対応させて出力するものである。
【００７０】
このＡ／Ｄ変換器３２の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器３２に入力される４種類の異なる信号光が重なった信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを図６（Ａ）に示す。
【００７１】
図６（Ａ）に示すように、例えばＡ／Ｄ変換器３２に入力される信号光のレベルが‘５’の場合、Ａ／Ｄ変換器３２は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、反射光Ｒ１に対応する１ビット目を‘１’に、透過光Ｆ１に対応する２ビット目を‘０’に、反射光Ｒ２に対応する３ビット目を‘１’に、透過光Ｆ２に対応する４ビット目を‘０’にする。これは、すなわち隣接する回路基板１８からチャネル１（３レベル）の信号光が出射されると共に、隣接する回路基板１８からチャネル２（１２レベル）の信号光が出射されていることを示す。
【００７２】
ここで、図示しない調停装置により、回路基板１８Ａと回路基板１８Ｅとの対向間通信、回路基板１８Ｃと回路基板１８Ｄとの隣接間通信が同時に行われる場合について説明する。この場合、例えば調停装置は回路基板１８Ａに対してチャネル１（３レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｅに対してチャネル１の信号光（透過光Ｆ１）を受信することを指示する。また、回路基板１８Ｃに対してチャネル２（１２レベル）の信号光を用いることを指示し、回路基板１８Ｄに対してチャネル２の信号光（反射光Ｒ２）を受信することを指示する。
【００７３】
これにより、回路基板１８Ｅでは、透過光Ｆ１（２レベル）と透過光Ｆ２（８レベル）とが重なった１０レベルの信号光を受光し、回路基板１８Ｄでは、反射光Ｒ１（１レベル）と反射光Ｒ２（４レベル）とが重なった５レベルの信号光を受光する。
【００７４】
そして、回路基板１８ＥのＡ／Ｄ変換器３２では、図６（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した１０レベルの信号光に対応して図６（Ｂ）に示すように２ビット目（Ｆ１）、４ビット目（Ｆ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により透過光Ｆ１を受信することが指示されているため、２ビット目、すなわち回路基板１８Ａからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ａから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００７５】
同様に、回路基板１８ＤのＡ／Ｄ変換器３２では、図６（Ａ）に示す論理テーブルに従って、受信した５レベルの信号光に対応して図６（Ｂ）に示すように１ビット目（Ｒ１）、３ビット目（Ｒ２）を‘１’にする。そして、後段の回路では、調停装置により反射光Ｒ２を受信することが指示されているため、３ビット目、すなわち回路基板１８Ｃからのデータを選択する。これにより、多重信号から、回路基板１８Ｃから出力された信号のみを取り出すことができる。
【００７６】
このように、発光側で発光レベル、すなわち信号光の強度レベルを切り替え、受光側で所望の強度レベルの信号光を選択受光することにより、対向する回路基板間の双方向通信及び隣接する回路基板間の通信を同時に行うことができる。
【００７７】
なお、上記では、反射率と透過率との比が１：２の場合で説明したが、反射率と透過率の比が２：１の場合でも同様である。また、上記では、多重度が２（ｍ＝２）の場合は反射率と透過率の比を１：２または２：１とし、異なる信号光のレベルの比を１：４としたが、多重度を３（ｍ＝３）にする場合でも、反射率と透過率との比をは１：２または２：１とすればよい。この場合、異なる信号光のレベルの比を１：４：１６とすれば、６４（＝２2m＝２6）の強度レベルを受光することができるため、Ａ／Ｄ変換には６ビットのＡ／Ｄ変換器を用いればよい。
【００７８】
すなわち、多重度がｍの場合には、反射率と透過率の比を１：２または２：１とし、異なる信号光のレベルの比が１：２2：…：２2(m-1)となるようにすれば、上記と同様に２2m個の異なる強度レベルを受光し、これを２ｍビットのＡ／Ｄ変換を用いることで識別することができる。
【００７９】
このように、第２実施形態では、発光レベルはチャネル１とチャネル２でそれぞれレベル３とレベル１２であり、第１実施形態のレベル５とレベル１０と比較すると、チャネル１とチャネル２の両方を用いた場合には発光レベルの和は１５レベルとなり同じであるが、チャネルを１つしか用いない場合では、低いレベル（チャネル１）のみを用いることで消費電力を低くすることができる。さらに、第２実施形態では多重度に関係なく選択反射フィルタ１６の反射率と透過率との比を１：２または２：１に固定することができるため、多重度を変更するごとに選択反射フィルタ１６、すなわち光データバス１０を交換する必要がない。すなわち、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数を変更することでシステムを容易に変更することができる。
【００８０】
また、上記では、光伝送層１２にシート状の伝送媒体を用い、入射信号を拡散させて伝搬する例について説明したが、複数の入力部と複数の出力部を備えると共に双方向通信が可能な伝送媒体であれば、光カプラーのようなものを光伝送層として用いてもよい。
【００８１】
なお、上記第１、２実施形態では、単層の光データバスの場合を例に説明したが、光データバス１０を複数枚重ねてマルチビットバスとして作用させ、光信号処理装置を構成することも可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光データバスを挟んで対向する回路基板間の双方向通信と、隣接する回路基板間の隣接間通信を同時に可能にすると共に、多重度を上げることなく同時に通信できる数を増加させることができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る光データバスの上面図である。
【図２】 （Ａ）は光データバスの断面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。
【図３】 第１実施形態に係る信号光の強度レベルについて説明するための図である。
【図４】 （Ａ）は第１実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器に入力される信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを示す図である。（Ｂ）はＡ／Ｄ変換器の出力ビットについて説明するための図である。
【図５】 第２実施形態に係る信号光の強度レベルについて説明するための図である。
【図６】 （Ａ）は第２実施形態に係るＡ／Ｄ変換器の出力ビットの論理レベルとＡ／Ｄ変換器に入力される信号光のレベルとの関係を示した論理テーブルを示す図である。（Ｂ）はＡ／Ｄ変換器の出力ビットについて説明するための図である。
【図７】 （Ａ）は従来例に係る双方向通信可能な光データバスの上面図、（Ｂ）は従来例に係る隣接間通信可能な光データバスの上面図である。
【符号の説明】
１０ 光データバス
１２ 光伝送層
１４ 光拡散部
１６ 選択反射フィルタ
１８ 回路基板
２０ 発光素子
２２ 受光素子
２４ 信号光
３２ Ａ／Ｄ変換器
Claims (2)
- 一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、
前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２：２ 2 ：…２ m-1 となる信号光を発光する発光手段と、
透過率と反射率との比が２ m ：１又は１：２ m に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられたフィルタと、
前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、
前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を備えた信号処理装置。 - 一端面側に信号光を入出力するための信号光入出力部が複数個設けられ、かつ前記一端面側に対向する他端面側に前記信号光入出力部が少なくとも１個設けられ、前記一端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記他端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬すると共に、前記他端面側に設けられた信号光入出力部から入力された信号光を前記一端面側に設けられた信号光入出力部に向けて伝搬する光伝搬手段と、
前記一端面側に設けられた各々の強度が異なり、かつ前記他端面側に設けられた各々の強度が異なるように前記信号光入出力部の各々と対応して配置され、前記強度の種類をｍとしたとき、各々から強度比が１：２ 2 ：２ 4 ：…２ 2(m-1) となる信号光を発光する発光手段と、
透過率と反射率との比が２：１又は１：２に設定され、かつ前記一端面側及び前記他端面側に対向するように前記光伝搬手段の途中に設けられたフィルタと、
前記信号光入出力部の各々と対になるように設けられ、前記信号光入出力部から出力された前記信号光を受光する受光手段と、
前記受光手段が受光した信号光の強度レベルを２ｍビットのデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
を備えた信号処理装置。
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