JPH0215723A - 光バス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光バスに関し、特にハーフミラ−を使用した
光通路をコンピュータ等の電気的パスラインの代りに利
用して回路相互間を結合する光バスに関するものである
。

〔従来の技術〕

従来のエレクトロニクスでは、光を利用することが多い
が、その場合、光が得意とする機能のみに光波術を利用
し、複雑な信号処理を必要とする部分は光電変換後に、
電子技術を利用して処理を行っていた。例えば、コンピ
ュータシステムにおいては、各装置間を結合するライン
に光ファイバを用いてＬＡ、Ｎシステム等を構成してい
るが、装置の入力部で光電変換により電気信号にした後
。

装置内で増幅、交換、演算等の処理を行っていた。

その場合、装置内の各回路を結合するラインは導体によ
り製造され−たリード線を使用していた。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、従来の電子装置内の各回路相互間の接続は
、リード線を介して信号の授受を行うのが常識であり、
赤、青、黄等の色で区別されたリード線を多数混在させ
て、複数の回路間の接続を行っていた。しかし、装置が
小型化される反面、機能が複雑になるに伴って、回路数
も格段に多くなってきているため、小空間内に多数の回
路を接続するためのリード線を配線しなければならず、
今後はこの傾向が益々高まっていくと考えられる。

回路自体はＬＳＩ化されて微小化されることが′可能で
あっても、これらの回路間を接続するリード線を細くす
ることは限度があり、また微小空間に膨大な数のリード
線を配線することは製造的に無理がある。

本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、微小
空間での配線が可能であり、かつ双方向に信号を伝送し
て回路間を接続することが可能な光バスを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明の光バスは、バスを介
して相互接続された複数の回路素子を内蔵する情報処理
装置において、発光素子および受光素子を備えた複数の
回路素子相互間に、１枚以上のレンズとハーフミラ−を
介して、少なくとも双方向の光の通路を形成し、任意の
回路素子内の上記発光素子と他の回路素子内の上記受光
素子間で上記光通路を介して光信号を伝送す、ることに
特徴がある。また、上記回路素子は、積層された３次元
のＩＣ層と、該ＩＣ層を囲むガラス基板ないしガラス窓
を備え、上記ＩＣ層で光信号と電気信号の変換処理およ
び各種信号処理を行い、上記ガラス基板ないしガラス窓
を通して光信号を人出力させることに特徴がある。

〔作　　用〕

本発明においては、装置内の回路間を結ぶ配線に光自体
を使用する。発光ダイオードからの光をハーフミラ−お
よびレンズを介して伝送し、フォトダイオードでこれを
受けて１回路内で増幅、変換、演算等の処理を行った後
、再び発光ダイオードで光を発生し、これを次の回路に
伝送する。この場合、光ファイバは使用せずに、光自体
からなる光バスを介して回路間を接続する。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例を示す光バスの説明図
である。

第１図において、ｌａ、ｌｂ、４ａ、４ｂはそれぞれ処
理済みの電気信号を光に変換して伝送路（光バス）に送
出する発光ダイオードと伝送路（光バス）からの光を受
けて電気信号に変換するフォトダイオードであり、２ａ
、２ｂ、３ａ、３ｂはそれぞれ光を集束あるいは屈折さ
せるレンズであり、５ａ、５ｂはそれぞれ入射された光
を一部反射させ、一部をそのまま通過させるハーフミラ
−である。

第１図では、装置内の６個の回路を接続する光バスを示
している。入力された光信号を、ハーフミラ−５ａで一
部は反射させて、レンズ２ａを通過させフォトダイオー
ド１ａから第１の回路に入力させ、一部はハーフミラ−
５ａを通過させて、次のハーフミラ−５ｂで反射させ、
レンズ２ｂを介してフォトダイオード１ｂから第２の回
路に入力させ、さらに、一部の光を次段の第３の回路に
も入力させる。そして、第１〜第３の回路で処理を済ま
した信号は、それぞれ発光ダイオードｌａ。

１ｂから光バスに出力され、ハーフミラ−５ａ。

５ｂを介して外部に出力される。また、他の入力光は、
ハーフミラ−５ａで反射されてレンズ３ａを介しフォト
ダイオード４ａに入力され、第４の回路で処理される。

ハーフミラ−５ａで一部の光は通過し、次のハーフミラ
−５ｂで反射されて、第５の回路に入力し、さらに残り
の光はハーフミラ−５ｂを通過して次段の第６の回路に
入力する。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す光バスの説明図
である。

第２図では、光中継器を持つ光バスを示している。６ａ
、６ｂ、６ｃは光中継器である。

光バスの光は、空間による吸収、散乱のために減衰を受
け、また信号パルスの歪を受ける。光中継器６ａ、６ｂ
、６ｃは、これらの光の減衰や波形の歪を補償して整形
する機能を備えている。光中継器の回路は、光受信回路
と再生中継回路と光送信回路に分けられる。再生中継回
路は従来と同じ機能、すなわち、等化増幅、リタイミン
グ、識別再生等の機能を有している。光受信、光送信の
各回路は従来のフォトダイオードと発光ダイオードでよ
い。第２図では、１つの装置に入力されてから出力され
るまでに、６ａ、６ｂ、６ｃの３層の中継器を設けてい
る。

第３図は、本発明の第３の実施例を示す光バスの説明図
である。

第３図では、双方向の光バスを示しており、その途中に
中継器６　ａ、６　ｂ、６　ｃおよびレンズ７ａ。

７ｂを備えている。中継器６ａ、６ｂ、６ｃでは、受光
、増幅、発光の各機能を備えており、レンズ７ａ、７ｂ
を通過しても光が減衰せず、入力したときのレベルで出
力させることができる。

第４図は、本発明の光バスの途中に挿入される光ＬＳＩ
の断面図である。

この光ＬＳＩは、基板が光を通過させるガラスまたはク
リスタルで構成され、下方から光を入力し、下方にその
応答の光を出力する形式である。

第４図において、１１はレスボンディング層、１２はセ
ンシング／ドライバ層、１３はアソシエイション層、１
４はＬＥＤ　（発光ダイオード）、１５は水晶あるいは
ガラス、１６はフォトダイオード、１７はグランド配線
、１８はパッシベイション、１９は電源Ｖ。０である。

入力された光は。

ガラス１５を通過して、フォトダイオード１６で電気信
号に変換された後、センシング層１２で受信され、アソ
シエイシ玉ン層１３でメモリに記憶された応答信号を検
索し、レスボンディング層１１で応答を作成し、ドライ
バ層１２から発光して、出力させる。

第５図は、本発明で使用される第２の実施例の光ＬＳＩ
の断面図である。

第５図の光ＬＳＩは、上方にガラス窓１１を備え、上方
から光を入力し、上方にその応答光を出力させるもので
ある。

２１がフォトダイオード、２２がＬＥＤ、２３がセンシ
ング層、２４がアソシエイション層、２５がレスボンデ
ィング層、２６はガラス窓、２７が電源、２８がグラン
ドである。

内部の機能は、第４図と同じであるので、説明を省略す
る。

第６図は、本発明で使用される第３の実施例の光Ｌ　Ｓ
　Ｉの断面図である。

第６図の光ＬＳＩは、基板がガラスまたはクリスタルで
構成され、上方にも窓があり、下方から光が入力して、
上方から光を出力させるものである。

３１はフォトダイオード、３２はアンプ（ＡＤコンバー
タ）、３３はマルチプレクサ、３４はＭＵＬＴ／ＡＣＣ
１３５はＤＡコンバータ・ドライバ、３６はＬＥＤ、３
７は窓、３８はパッシベイション、３９は電源、４０は
ガラスまたは水晶、４１はグランドである。

下方から入力した光をフォトダイオード３１で電気信号
に変換し、ＡＭＰ−ＡＤＣ３２で増幅およびＡＤ変換を
行い、マルチプレクサ３３で信号を分配した後、ＭＵＬ
Ｔ／ＡＣＣ（マルチプライヤ／アキュムレータ）３４で
信号処理を行い、ＤＡＣ・ドライバ３５でＤＡ変換と送
信を行って、ＬＥＤ３Ｇで送信信号を光信号に変換し、
窓３７から出力する。

第７図は、本発明で使用される第３の実施例の光ＬＳＩ
の断面図であって、ここでは光入出力装置を構成してい
る。

第７図の光Ｉ１０は、複数の光信号を入力し、それぞれ
処理を施こした後、同数の光信号を出力する。その場合
、半分の光信号を上方から入力し、下方に出力するとと
もに、残りの半分の光信号は下方から入力し、上方に出
力する。つまり、双方向の光入出力装置である。

５１はフォトダイオード、５２はＬＥＤ、５３は窓、５
４はパッシベイション、５５は電源、５６はグランド、
５７は基板である。図に示すように、この装置では、最
上面と最下面の両方に、フォトダイオード５１とＬＥＤ
５２を交互に配列しているので、上方からの光入力と下
方からの光入力に対応できるようになっている。その入
出力数は、配列されたフォトダイオード５１とＬＥＤ５
２の数と同数である。

第８図は、本発明で使用される光ＬＳＩの応用例を示す
断面図である。

従来より、学習機能を持つニューロンＬＳＩ素子が開発
されているが、このようなニューロンｒ。

ＳＩの内部配線長を減少させるために、ＬＳＩを３次元
配置にすることを考えた。第８図（ａ）は３次元配置の
ＬＳＴの断面図である。また、ニューロンＬ　Ｓ　Ｉに
、第４図〜第７図に示す光結合ＬＳＩを用いることによ
り、内部配線の混雑を緩和させる。第８図（ｂ）は、光
結合ニューロンＬＳＩパッケージの断面図である。

従来のＩＣ技術では、２次元配置が基本的な構成である
ため、ＩＣ内部は何万本、何十万本の配線どなる。特に
、冗長度を持たせた配線であるときには、さらにこの本
数は多くなる。この配線数を減らす方法として、生体と
同じように、ある程度の３次元配置にすると、配線長は
１／１００〜１／１０００に減少する。このことは、各
機能素子の負荷がこの割合で減少することを意味するの
で、素子形状もまたこの割合で減少することになる。生
体の場合には、延髄に恐るべき数の神経線維が伸びて、
ここから体の各部に運動の指示を出したり、各部分のセ
ンサからの報告を脳に伝える。

第８図（ａ）では、Ｓ５．Ａ層、Ｒ層の３層とし、それ
ぞれの層で独立して処理を行う６横方向には配線層があ
り、最下段にセラミック基板を配置する。外部からの入
力をＳＮで受は取り、ここで何等かの処理を行った後、
下段のＡ層に伝達し、ここで何等かの処理を行い、最下
段のＲ層に伝達して、ここでの処理結果を最上段の表面
に伝達して出力する。

第８図（ｂ）では、出力端子の部分に、ドライバの代り
の発光素子を設け、入力部には受光素子を設けている。

ＬＥＤは、ＳＯＩの技術を使用してＧａＡｓまたはＧａ
ＡｌＡｓの単結晶の薄膜を作る。受光素子の場合には、
シリコンのＰ−Ｎ接合、あるいはフォトトランジスタを
設ける。受光・発光素子の大きさは、１００μ×１００
μあれば充分であるので、ｌ　ａｎ　Ｘ　ｌ　ａｎのチ
ップサイズであれば、１万本の入出力が可能となる。ま
た、入出力に冗長度を持たせておけば、寸法精度が容易
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように５本発明によれば、レンズとハーフ
ミラ−を介した光バスで装置内の各回路を接続するので
、小型な装置の微小空間内に多数の配線を施こすことが
可能であり、また、微小化されたＬＳＩの入出力数を増
加させることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す光バスの構成図、
第２図は本発明の第２の実施例を示す光バスの慴成図、
第３図は本発明の第３の実施例を示す光バスの構成図、
第４図は本発明で使用される光ＬＳＩの第１実施例の構
成図、第５図は本発明で使用される光ＬＳＩの第２の実
施例の構成図、第６図は本発明で使用される光ＬＳＩの
第３の実施例の構成図、第７図は本発明で使用される光
ＬＳＩの第４の実施例の構成図、第８図は本発明で使用
される光ＬＳＩの応用例の構成図である。 ｌａ、ｌｂ、４ａ、４ｂ：フォトダイオード。 発光ダイオード、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ：レンズ、５
ａ、５ｂ：ハーフミラー、６ａ、６ｂ、Ｇｃ　：光ＬＳ
Ｉ、７ａ、７ｂ：レンズ、１１，２５：レスボンディン
グ層、１２：センシング／ドライバ層、１３，２４：ア
ソシエイション層、１５，４０ニガラスまたは水晶、１
６，２１，３１，５１：フォトダイオード、１７，２８
，４１，５６：グランド、１８．３８，５４：パッシベ
イション、１９゜２７．３９，５５：電源、２２，３６
，５２　：　ＬＥＤ、２３：センシング層、２６．３７
，５３ニガラス窓、３２：アンプ・ＡＤコンバータ、３
３：ＭＵＸ、３４　：　ＭＵＬＴ／ＡＣＣ１３５：ＤＡ
コンバータ・ドライバ、５７：基板。 特許出願人　株式会社　リ　　コ ｑフ つ ４区 、口 α〕 １［１１ １１［１ 〇 ≦口 第 ↓ 図 ］８ Ｎ ＵＴ 第 図 第 図 ＵＴａ ■Ｎ。 ＵＴｂ Ｎｄ Ｎａ ０ＵＴ。 Ｎｂ ＵＴａ 第 図 電源 アース

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バスを介して相互接続された複数の回路素子を内
   蔵する情報処理装置において、発光素子および受光素子
   を備えた複数の回路素子相互間に、１枚以上のレンズと
   ハーフミラーを介して、少なくとも双方向の光の通路を
   形成し、任意の回路素子内の上記発光素子と他の回路素
   子内の上記受光素子間で上記光通路を介して光信号を伝
   送することを特徴とする光バス。
2. （２）上記回路素子は、積層された３次元のＩＣ層と、
   該ＩＣ層を囲むガラス基板ないしガラス窓を備え、上記
   ＩＣ層で光信号と電気信号の変換処理および各種信号処
   理を行い、上記ガラス基板ないしガラス窓を通して光信
   号を入出力させることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光バス。