JPH0232825B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光を媒体とした情報の交換に関する
ものである。

従来、情報の伝送には電気信号を電線によつて
送るのが普通であり、高いビツトレートの情報伝
送には同軸ケーブル等が使われた。極く最近に光
信号を光フアイバーを用いて伝送する技術が開発
されて、高速で信頼性の高い伝送路が得られるよ
うになつた。

しかし、光にのせた情報の交換機能が情報ネツ
トワークを形成するためのボルトネツクになつて
いる。現状では多くの場合、光電変換をしてのち
交換する方式をとつているが、これでは、せつか
くの光伝送の高速性（高帯域性）が失なわれ、情
報の交換を頻繁に行うシステム、例えば数百以上
のプロセツサを持つマルチプロセツサシステム等
には使えない。

これに対して、従来からも、第１〜３図に夫夫
示すように、光のまま情報交換を行う方式も提案
されてはいるが、以下述べるように、いづれも満
足な結果を得ることはできていない。

第１図のハーフミラー方式、つまり光源Ｐから
出た光をその光軸に沿つて順次配したハーフミラ
ーＭで分割し、夫々の受光器Ｄに導く方式では、
各ハーフミラーＭを通過する毎に光量は半減して
いくので、フアンアウトの限界に直ぐ達してしま
い、到底、数百というような受光器を対象とはし
得ない。

第２図示のように、光源Ｐから出た光を、回転
鏡M_Rとか、図示していないが結晶の電磁光学効
果等によつて経時的にその方向を変えるように
し、夫々の受光器Ｄに選択的に入射させる方式で
は、その方向制御自体にミリ秒オーダーの時間が
かかつてしまう。

これに対して、第３図示のように、各光送受器
Ｔ／Ｄを他のものと総て予じめ結線しておけば高
速性は満足できるが、伝送路Ｆの結線数は膨大な
ものとなり、バンヤン網等の工夫をするにしても
複雑かつ不経済なものとなつてしまう。

本発明はこのような実情に鑑てなされたもの
で、光を媒体としたまま情報の交換ができ、高速
性を確保し得ると共にフアンアウトも大きく採
れ、かつ構造も簡易で経済的な情報交換方式を提
供せんとするものである。

以下、図示する本発明実施例に就き説明する。

第４図には本発明の第一の実施例が示されてい
るが、この場合、マルチプロセツサシステムの各
プロセツサ間の情報交換に用いる放送型バスへの
応用を想定している。

円筒鏡面Ａを画する円筒鏡部材１として、この
場合は円筒形凹面鏡が選ばれており、この凹面鏡
の鏡面Ａに相対する仮想曲面Ｂ上に、複数の光送
受信器２…が設けられる。光送受信器２…は、後
述の曲面Ｂの説明上、都合の良い位置P₁，P₂.P₃
にあるもののみを便宜的に示しているに過ぎず、
実際は、これも後述のように、曲面Ｂ上に必要個
数を分布させることができる。

光送受信器自体の構成は任意であつて、本発明
が直接にこれを規定するものではないが、例えば
第５図示のように、発光ダイオード、半導体レー
ザ等の発光素子３と、PIN光ダイオード、なだれ
光ダイオード等の受光素子４とを適当なハウジン
グ５内に一体的に組み入れたもの等が考えられ
る。そして、これ等発光、受光素子３，４に対す
る電気信号入出力線路群６に、適当なインターフ
エース回路を介して夫々のプロセツサ７を接続す
る。従つて、プロセツサの数だけ、光送受信器２
の数があることになる。

このようにして、第４図においての曲面Ａ，Ｂ
間が各光送受信器２…相互間の共用の伝送路とな
るが、以下この点に就き更に説明を加える。

第４図において、曲面Ｂ上から円筒鏡面Ａに放
射角θで放射された光が円筒鏡面の中央７と円弧
の中心８の間を丁度通過する位置P₁に光送受信
器２を置いて送信素子にて光を送つた場合、円筒
鏡面Ａで反射した光は、位置P₁と、点７，８を
結ぶ軸線Ｃに対して位置P₁と対称となる位置P₃
との間に拡がつて返つてくる。これは光の性質か
ら明らかである。また、例えば、軸線Ｃ上の位置
P₂から放射角θで放射された光も、曲面Ｂ上の
位置P₁〜P₃間に拡がつて返つてくる。

このようにθなる放射角で放射された光が円筒
鏡面Ａで反射して位置P₁〜P₃間に拡がつて返つ
て来る条件を満足する点は曲線Ｂ上に連続して存
在し、この曲線は光学及び幾何学により容易に求
める事が出来る。こうして求めた曲線Ｂの上に必
要な数の送受信器を分布させて設置する。本装置
は放送型バスを想定しているから、この種の公知
方式により、或る時点で送信が許されるのは唯一
つのみで、他は全部受信側となる。データが放送
されると多数の受信側はそれぞれが自分に必要な
データが含まれていればこれを採り込み、不要な
データであれば捨てる。このようにすれば、その
データが必要な受信者が如何に多くても最低一度
の送信でデータの伝送は完了する。もし受信誤り
が有れば再送信を要求し、再び同じデータを送信
するようにすれば信頼性は充分高いものになる。
更に送信器のフアンアウトも電線を用いるものに
比較して非常に大きく、通常の半導体論理素子で
あるTTLバスドライバではフアンアウトが10〜
30であるのに対して本実施例の場合1000以上も採
れることが確かめられている。

こゝで円筒鏡１を用いた効果は、送信器から放
射される比較的狭い角度、例えば20゜〜30゜の放射
角の光を、広く分布している送受信器群に一様に
分散する事と、送受信器の発光部と受光部を同一
場所に置き、プロセツサと送受信器の間の配線長
を短縮することにあり、従つて、本発明に重要で
不可欠な構成要素である。

第６図には、本発明の第二の実施例が示されて
いるが、この実施例では、円筒鏡部材１による円
筒鏡面Ａが、第一の実施例の凹面と異なり、凸面
となつている。以下、対応する構成子には第一実
施例におけると同一符号を付して説明するが、凹
面鏡が凸面鏡に変わつたとしても、光の反射の向
きが逆であることを除けば、本装置の原理は第４
図に即して述べたと同様であることは容易に理解
できよう。即ち、円筒鏡面Ａに相対する曲面Ｂ上
で定められた二点P₁〜P₃間の任意の一点からの
放射角θの光が当該予定の位置P₁〜P₃間に亘つ
て、拡がつて返つてくる曲面Ｂは容易に求めら
れ、従つて、この曲面上に適当に必要個数の光送
受信器２…を分布、配置させることにより、それ
等光送受信器間での放送型バス用伝送空間が形成
できるのである。尚、上記いづれの実施例でも、
各光送受信器の放射角（又は画角）θを個別に変
えれば、同一曲面Ｂ上に配さなくても、上記条
件、つまり総ての光送受信器の各々が他の総ての
光送受信器に光を送り得るという条件を満足させ
ることができる。

一般に、第６図示のように、円筒鏡面Ａを凸面
鏡とすると、凹面鏡では得られない付加的な利点
も得ることができる。凹面鏡を用いた場合は、不
要の光が鏡面で二回以上の反射をしたものが送受
信器群の曲面上に戻り、光のむらを生ずる場合が
ある。即ち、送信器である発光素子の指向性は一
般に第７図のような特性を持ち、一方、第４図示
装置を組む時の放射角θは、比較的光の強さが一
定で、強い部分（第７図のθの範囲）を使うよう
に設計するが、θの外側にも当然斜線を施した光
が残つており、特にレンズ等で絞るか、スリツト
等で斜線の部分の光を切取らない限り、第８図中
に斜線で示すように、放射角θを超える部分の不
要な光の一部が鏡面で二回反射を起して送受信器
群の曲面Ｂ上に戻り、必要な一回反射した光と重
なり合つて光のむらを生じるのである。場合によ
つてはこれが雑音妨害となることがある。なお第
８図では、簡単のために下側の不要な光について
のみ示したが、当然上側にも対称に不要な光が存
在する。また、光送受信器２も一つしか示してい
ないが、他の位置に在る光送受信器それぞれにつ
いても同様のことが起る。

これに対して、凸面鏡を使用すると、第９図に
示すように、斜線で示したθの外側の不要な光は
全て光送受信器群P₁〜P₃の外側に出てしまうた
め、光送受信器群の上では光のむらは生じないの
が特徴であつて、情報交換に当り高い信頼性が得
られると共に、スリツト等の光学部品を省略出来
るので経済的である。尚、第９図においても、先
と同様に、不要な光については下側のみ図示し
た。

次に、第４図示及び第６図示の各実施例は、そ
れぞれ、二次元的配置による直列伝送の場合を示
しているが、これを並列伝送に拡張する手法に就
き述べる。そのための簡単な構成としては、
夫々、第４図示、第６図示の構成を更に上下に
（紙面と直交する方向に）積層し、各隣接層間に
鏡等の隔壁を設ける手法がある。これでも原理的
には良いが、実際上の見地からは、隔壁の反射率
の選択が難かしくなつてくる。反射率が大き過ぎ
れば経路差による波形の位相歪が問題となつてく
るし、小さいと、吸収による光量減衰が問題とな
つてくるからである。

そこで、一つの望ましい解決策として、第１０
図に、第６図示の伝送路を並列構成とした実施例
を示しておく。

構成的には、各層が、第６図示の光伝送空間を
適当な材質の光透過層９で充填した形になつてお
り、これを、間に光吸収層１０を挾んで上下に必
要層数、積層して一つの固体のブロツク形装置１
１としたものである。そして、その一方の壁面を
円筒鏡面Ａとし、対向壁面を相対する曲面Ｂとし
て、各透過層９…にあつてこの曲面Ｂ側に必要個
数の光送受信器２…を埋設しているのである。

このようにすると、各透過層９の屈折率をn₁、
吸収層１０のそれをn₂として、第１１図に一部拡
大して示すように、透過層９と、隔壁となる吸収
層１０との境界への入射角が臨界角Q_c＝
sin^-1n₂／n₁より大きな角度Q_aで入射する光はこ
の境界で全反射し、小さな角度Q_bで入射する光
は吸収層１０中へ侵透して減衰されるから、各屈
折率n₁、n₂、ひいては臨界角Q_cを所望の値に設定
することにより、経路差が大きく、位相差が問題
となる光は減衰させ、それ以外の光は全反射によ
り透過させるという設計が可能となる。

勿論、この第１０，１１図示の実施例は、円筒
鏡面Ａが凹面である第４図示の実施例にも適用で
きるものである。

以上述べたように本発明は、光を媒体とする情
報の交換に於て、円筒鏡とそれに相対する特定の
曲面上に必要な数の送受信器を分布して設置し、
円筒鏡と送受信器群の間を全送受信器相互間の情
報伝送路としたものであり、これによつて以下の
利点を得ることが出来る。

１ 送受信器相互間の伝送線の数の制限を受ける
ことなく送受信器の数が増やせる。

２ 光を情報伝送の媒体として用いることによ
り、数ＧHz以上の極めて高いビツトレートを使
用出来る。

３ 光による通信であるため外界の電磁気雑音の
影響を受けないので高い信頼性が得られる。

４ 円筒鏡を使用することにより、送信器と受信
器を同一場所に設置出来るため、配線長が短か
くなり、又全体の構造が簡単なので、システム
の高速化、高信頼性が得られる。

以上の利点は、電子計算機、特にマルチプロセ
ツサシステムを実現させるのに不可欠なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のハーフミラーによる光分岐方式
の説明図、第２図は同じく回転鏡による光ビーム
の方向制御の説明図、第３図は同じく直接接続の
説明図、第４図は本発明の第一の実施例の概略構
成図、第５図は光送受信器の一例の説明図、第６
図は第二の実施例の概略構成図、第７図は発光素
子の指向性の説明図、第８図は円筒形凹面鏡の光
むらに関する説明図、第９図は円筒形凸面鏡の光
むらに関する説明図、第１０図は情報並列伝送へ
の応用例の概略構成図、第１１図は第１０図示実
施例における透過層と吸収層の説明図、である。 図中、１は円筒鏡、２は光送受信器、Ａは円筒
鏡面、Ｂは相対する曲面である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 円筒鏡と、該円筒鏡の鏡面と相対する所定の
   曲面上にあつて該鏡面に光軸を指向して設けた複
   数の光送受信器とを有し、該複数の光送受信器中
   の送信部からの光の放射角を、それぞれ、該光が
   上記円筒鏡面にて反射した後には他の全ての光送
   受信器中の受信部に入射し得る角度にまで広げ、
   もつて上記鏡面と曲面との間を全光送受信器相互
   間の放送型情報伝送路としたことを特徴とする光
   情報交換方式。