JPH04130913A - 光情報伝達装置 - 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、光情報処理、光コンピユーテイングといった
分野で様々な提案がなされている計算機あるいは電子装
置内のエレクトロニクス回路基板同士の配線を光学的に
行おうとするいわゆる’ｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ
　ｏｐｔｉｃａｌ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｒＢ
に関するものである。

〔従来の技術〕

電子計算機、半導体技術の進歩はめざましく、ＣＰＵの
処理速度、メモリの高密度集積化が盛んに進展していく
中で、近年、コンピュータ内の様々なレベルでの配線、
即ち、チップ間配線（ｉｎｔｒａｃｈｉｐ　１ｎｔｅｒ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　）　、チップ間配線（ｃｈｉｐ
ｔｏ−ｃｈｉｐ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）　
、回路基板同士の配線（ｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ
　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）等につし）でのエ
レクトロニクス技術の限界が問題視されている。

つまり電気には相互干渉、電磁誘導があり、配線の高密
度化に対して、これらの原理的な現象が極めて根本的な
障害となる。一方、配線を光を用いて行えば、光は上記
の様な問題点を持たないため配線の高密度化の実現可能
性が高い。

このような見地から上記様々なレベルの配線（ｉｎｔｅ
ｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）を光を用いて行おうとするア
プローチ（いわゆるｏｐｔｉｃａｌ　１ｎｔｅｒｃｏｎ
ｎｅｃｔｉｏｎ　）が盛んになされている（例えば、Ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄ　ｏｆ　１９９０　Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｏｐｉｃａｌ　Ｍｅｅｔ
ｉｎｇｏｎ　０ｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ＋　
ｐ、１６２．１６４．４０８等）。

本発明はその中でもｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ　１
ｎｔｅｒｃｏｎ−ｎｅｃｔｉｏｎに対して極めて有用な
装置を提案するものである。

ｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅ
ｃｔｉｏｎに対する従来の提案として、第５図、第６図
のようなものがあった（上記ＯＣ’９０論文集より）。

ガラス基板の上に発光素子と受光素子のアレイを備えた
基板ソケットを設け、これを用いてガラス基板（マザー
ボード）にエレクトロニクス回路基板を接続する。ガラ
ス基板内では光信号が第６図に示すようにジグザグに伝
播し、１つの基板ソケ・ントから発せられる信号を他の
基板ソケットへ伝達する。

発光・受光素子と伝播光とのカンプリングはホログラム
素子（ＨＯＥ）を用いて行われる。また、ジグザクに光
が伝播する時、回折によって光が拡がってしまうため、
結像レンズがやはりＨＯＥを用いて作製されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような方法は、すべての光源素子がガラス基板上に
配置できる事からブレナーな作製技術の応用に適した構
成であるといった利点を持っているが、反面ＨＯＥを結
像素子として用いる時のＨＯＥレンズの収差低減が極め
て困難であり（結像がオフアクシスであり特に難しい）
、またＨＯＨによる不要回折光のノイズも問題である。

従って、このような構成では、Ｓ／Ｎの良い高解像即ち
高密度の光配線は極めて難しいとの懸念がある。

〔問題点を解決するための手段］ 本発明に係る装置は、１本の光軸上に多数個のレンズを
等間隔に配列した同軸上レンズ配列体と、このレンズ配
列体の少くとも一方の端面に配置されたミラーと、 上記レンズ配列体の少くとも一方の端面側に配置した発
光源とを備える。

そして、レンズ配列体を構成する隣接レンズ間で、倍率
の等しい共役結像面を有するようにレンズと配列間隔諸
元を設定する。

〔作　用〕

本発明によれば、同軸上に多数個配列させたレンズによ
って共役結像面が多段に形成され、これと一端面に設け
たミラーによってすべての共役結像面に対する双方向の
結像ネットワークが構成されている。従って、共役結像
面の任意の１面に透過型２次元パターンを挿入すれば、
その２次元パターンの情報は、他のすべての共役結像面
に伝達される。即ち、透過型空間変調素子（透過型ＳＬ
Ｍ　）と、透明タイプの光センサアレイ（光の吸収率が
数％程度で他は透過させるタイプの光センサアレイ）を
各電子回路基板に設け、これを共役結像面に置くことに
より、任意の電子回路基板と他の電子回路基板との間の
ｂｏａｒａ−ｔｏ−ｂｏａｒｄｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃ
−ｔｉｏｎが実現できる。

〔実施例〕

第１図が本発明の一実施例を示す斜視図、第２図が同じ
く光路に沿う断面図である。両図を用いて以下説明する
。

ガラスやセラミックス等から成る基板（１）に、屈折率
分布型ロッドレンズ（以下単にロッドレンズと呼ぶ）（
２）が配列している。ロッドレンズ（２）は、例えば円
柱ロッド状ガラスをイオン交換する事によって得られる
レンズで円柱軸に対して回転対称な、中心から外周に向
けて半径方向に略２乗分布で減少するような屈折率分布
をもっており、屈折率勾配により、ロンド内で光線が内
側に曲げられ凸レンズとして作用する。このようなロッ
ドレンズ（２）を光軸を共通にして多段に配置している
。各ロッドレンズ（２）の長さを適当に決めると、各ロ
ッドレンズによって等倍（−１倍）結像系が構成できる
。本発明では各ロッドレンズによって等倍結像系を構成
し、さらに多段に配置したロッドレンズの共役結像面が
共通になる様に各々のロッドレンズの距離を調整して固
定する。

即ち、１コ目のロッドレンズの像面が２コ目のロッドレ
ンズの物体面になり、２コ目のロッドレンズの像面が３
コ目のロッドレンズの物体面になる・・・といった具合
に、同軸上に配列したロッドレンズの共役結像面がすべ
て相互に共通になる様な等倍結像系を構成する。第２図
のＩ、−１，はすべて共役な等倍結像面になっている。

このように構成した同軸状レンズ配列体の一方の端面に
は、ＬＥＤアレイ（３）が密着固定され、また、反対側
の端面にはミラー（４）が設けられている。

ＬＥＤアレイ（３）の等倍像が第１段ロッドレンズ（２
１）によって１１面に形成され、さらに第２段ロッドレ
ンズ（２２）によって１１面に形成された像がＩ２面に
伝達され、最終段のロンドレンズ透過後ミラー（４）で
反射したあともＬＥＤアレイ（３）の等倍像は、Ｉ　ｓ
　−１４→Ｉ３・・・といった具合に反対方向にも伝達
される。

即ち、本光源により、Ｉ、に形成された像は１、−＋１
．→Ｉ３→Ｉ４→Ｉ、→Ｉ４→Ｉ３→Ｉ２→■。

と双方向に伝達されることになる。

従って、例えばＬＥＤアレイ（３）に何らかの情報が表
示されれば、その情報は１１〜■５のすべての面に伝達
され、また、例えば、■１〜Ｉ、の中の任意の１面に透
過型の２次元パターンを挿入すれば、その情報は他のす
べての面に伝達される。

このような同軸状レンズ配列体を第１図の様に光軸直交
方向に多数列並べれば、各配列体ごとに多量の情報が光
伝送可能である。このような同軸状レンズ配列体は、例
えば多数のロッドレンズを密接配列し一体接合して製作
されたレンズアレイ板（日本板硝子株式会社製　商品名
５ＬＡ）を基板（１）の上に適当な間隔で並べる事によ
って作製できる。ＳＬＡは一般に正立結像系、即ち、＋
１倍の等倍結像系（第２図は一１倍の等倍結像面系）で
あるが、＋１倍の方が実用上は都合のいい事は明白であ
る。

以上が、本発明の一実施例の同軸状レンズ配列体から成
る光情報伝達装置であるが、この実用例を同じく第１図
、第２図を用いて以下説明する。

上記各ロッドレンズ（２）の端面間は、図の様に直線状
の溝になっており、ここに電子回路基板（５）の端部が
挿入できるようになっている。

各電子回路基板（５）の端部には、透過型空間変調素子
（６）（以後透過型ＳＬＭと称す）と、透明タイプの光
センサアレイ（７）が備えられており、回路基板（５）
の端部を前記溝に挿入した時、透過型ＳＬＭ（６）と光
センサアレイ（７）がロッドレンズ（２）の共役結像面
位置に来るようになっている。

従って、複数の回路基板（５）を１１〜１．の各位置に
挿入した時、任意の１枚の回路基板（５）の透過型ＳＬ
Ｍ（６）によって発せられた光パターン情報は、他のす
べての回路基板（５）の光センサアレイ（７）で同時に
検出されることになる。

即ち、ＬＥＤアレイ（３）から発せられた情報の各回路
基板（５）での同時検出、及び、各回路基板（５）同士
の相互情報伝送が本装置によって可能となる。

透過型ＳＬＭ（６）は−例として強誘電液晶シャッタア
レイ（ＦＬＣＤ）であり、また、透明タイプ光センサア
レイ（７）は、−例としてガラス基板上に形成された非
晶質シリコンディテクタである。各光センサアレイ（７
）による光の吸収率は例えば２％程度とすれば、回路基
板（５）を２０段直列に並べても、 （１−０，０２）　””＝０．４５ となり、どの位置でも十分な光強度を得る事が出来る。

また、本装置をＳＬＡを並べて作製すれば、ＳＬＡ両端
面が平面である事から、ＳＬＡとＳＬＡとの間の溝をそ
のまま回路基板（５）挿入用ソケットとして利用できる
ため、特別のホルダー、加工部品類をさほど必要とせず
に簡易に回路基板の挿入が可能となる。

例えば、各ロッドレンズの直径を３１１ＩＩ１１とすれ
ば、直径３ｍｍの円形内のおよそ６０〜７０％程度の領
域に、１画素寸法１０μｍ角程度の情報画素を２００Ｘ
２００画素程度配列可能であり、このような画素配列の
ＬＥＤアレイ、透過型ＳＬＭ、透明光センサアレイを用
いる事により、大規模なりｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ
　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎが可能になる。

なお第１図及び第２図の例では、１個のロッドレンズで
一１倍の等倍結像系を構成したが、実際には第３図に示
すように２個のロッドレンズを１組として一１倍結像系
を構成する方が良い。即ち、１個のロッドレンズで一１
倍結像系をつくると、第４図（ａ）に示すように、像面
ビで軸外結像光の主光線の方向が光軸に平行ではなくな
る（図中の点線）が、これを第６図（ｂ）に示すような
２個のコリメータのペアとして構成することにより、像
面ビで全ての物点に対する主光線が光軸と平行になり、
結像系のカスケード接続に対して好ましい構成となる。

なお、レンズ（２）は屈折率分布型ロッドレンズである
必要はな（、−船釣な球面レンズ、非球面レンズ系を用
いた場合でも、レンズ系の中央に実質的な絞り面Ｓを設
け、これに対して前後対称に無限系のレンズ系を配置し
、物体面Ｉ、像面ビ双方に対してテレセンドリンクな光
学配置にすれば、各軸外結像における主光線が光軸にす
べて平行となる。

またＬＥＤアレイ（３）は特にＬＥＤである必要はな（
、半導体レーザ（ＬＤ）アレイであってもよく、またコ
ヒーレント或いはインコヒーレントの面照明であっても
よい。

〔発明の効果〕

従来装置のようにホログラムを利用した方法では像面の
広範囲な領域で高い解像度を得ることは極めて困難であ
るのに対し、本発明によれば各電子回路基板の入出力端
において解像度の高い結像が得られ、本発明により、従
来不可能であった大規模、高密度のｂｏａｒｄ−ｔｏ−
ｂｏａｒｄのｏｐｔｉｃａｌ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃ
　ｔ　ｉｏｎが実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は第１
図の側断面図、第３図は本発明の他の実施例を示す側断
面図、第４図（ａ）　（ｂ）は第３図の構成による利点
を説明する要部側断面図、第５図は従来装置の一例を示
す斜視図、第６図は第５図の装置の要部を拡大して示す
断面図である。 １・・・基板、２・・・レンズ、３・・・ＬＥＤアレイ
、４・・・ミラー　５・・・電子回路基板、６・・・透
過型空間変調素子、７・・・透明タイプの光センサアレ
イ。 特許出願人　日本板硝子株式会社 第 図 第 図 第 図 （従来例） 反射面 手続補正書 平成　３年　３月

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１本の光軸上に多数個のレンズを等間隔に配列し
   た同軸状レンズ配列体と、 前記レンズ配列体の少くとも一方の端面に配置されたミ
   ラーとを備え、 前記レンズ配列体を構成する隣接レンズ間に倍率の等し
   い共役結像面を有し、 前記レンズ配列体の少くとも一方の端面側に発光源を配
   置し、これにより該発光源から発せられた光が前記各共
   役結像面に到達するとともに、前記各共役結像面のうち
   の任意の１面に透過型光パターンを配置したとき、この
   透過型光パターンの像が、他のすべての共役結像面上に
   形成されるようにしたことを特徴とする光情報伝達装置
   。
2. （２）前記レンズ配列体を構成する各レンズは、前記光
   軸を中心軸として、半径方向に外周に向けて変化する回
   転対称の屈折率分布を持つ屈折率分布型ロッドレンズで
   ある請求項１記載の光情報伝達装置。
3. （３）前記レンズ配列体を構成する各レンズは、テレセ
   ントリックな光学系になっており、各共役結像面上のす
   べての像点に対する主光線が前記光軸に平行である請求
   項１又は２に記載の光情報伝達装置。
4. （４）前記レンズ配列体を少くとも２個以上備えた請求
   項１、２、３のいずれか１項に記載の光情報伝達装置。