JPH04177515A

JPH04177515A - 光接続装置

Info

Publication number: JPH04177515A
Application number: JP2304552A
Authority: JP
Inventors: Kenjiro Hamanaka; 賢二郎浜中
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-06-24

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　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ」
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、ＣＰＬＩ
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様なレベルでの配線
、即ち、チップ間配線（ｉｎｔｒａ−ｃｈｉｐ　１ｎｔ
ｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）、チップ間配線（ｃｈｉｐ
−ｔ。

−ｃｈｉｐ　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）、回路
基板同士の配線（ｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ　１ｎ
ｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）等についてのエレクトロ
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、！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（１ｎｔｅ
ｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　）を光を用いて行おうとする
アプローチ（いわゆるｏｐｔｉｃａｌ　１ｎｔｅｒｃｏ
ｎｎｅｃｔｉｏｎ＞が盛んになされている（例えば、Ｃ
ｏｎ　ｆ　ｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄ　ｏｆ　１９９０
　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｏｐｉｃａｌ　Ｍｅ
ｅｔｉｎｇｏｎ　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７図、第８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８図に示すようにジグザグに伝
播し、１つの基板ソケッ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
ップリングはホログラム素子（ＨＯＥ）を用いて行われ
る。また、ジグザグに光が伝播する時、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
配置できる事がらプ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）ＩＯＨ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〕

上記の問題点を解決する本発明の光接続装置は、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状レン
ズ配列体と、このレンズ配列体の少くとも一方の端面に
配置されたミラー又はハーフミラ−を備え、レンズ配列
体を構成する隣接レンズ間には倍率の等しい共役結像面
を有する。また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、これにより発光源から発せられた光が
各共役結像面に到達するとともに、発光源から発せられ
た光はミラー又はハーフミラ−で反射されたあと再びレ
ンズ配列体を逆方向に伝播し、発光源から発せられた光
がミラー又はハーフミラ−に到達するまでに形成する共
役結像面（形成される共役像を順方向の共役像と呼ぶ）
と、発光源から発せられた光がミラー又はハーフミラ−
に到達したあと再び発光源位置に到達するまでに形成す
る共役結像面く形成される共役像を逆方向の共役像と呼
ぶ）とは、互いに同一平面内にあると共に、前記順方向
の共役像と前記逆方向の共役像は各共役結像面において
互いに倒立関係になるようにした。

〔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
たミラー又はハーフミラ−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ＳＬＭ）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ｂｏａｒｄ−ｔｏ−ｂｏａｒｄ　１ｎｔ
ｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ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。口・７ドレンズ（２）は、例えば
円柱ロン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、ロッド内で光線が
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）の長さを適当ニ決めると、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。

即チ、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
の工、〜工、はすべて共役な等缶詰像面になっている。

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（
２１）によって１６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１２面
に伝達され、最終段のロッ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、■
５→１４→■３・・・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、１１に形成された像は１１→■２
→Ｉ、→Ｉ４→ｌ５−１ｎ→Ｉ３→１２→■１　と双方
向に伝達されることになる。

ここで、便宜的に光がＬＥＤアレイ（３）からＩ＋　−
１ｚ−Ｉ：＋・・・と進む方向を順方向、ミラー（４）
で反射されたあと■、→Ｉａ＝Ｉｚ・・・と進む方向を
逆方向と呼ぶ事にする。また順方向の光がつくる共役結
像面をり、、ｉ２．・・・、１．５．逆方向の光がつく
る共役結像面を１−ｓ　、　Ｉ−４、・・・。

１、と表記する。

このとき各々１．ｌとＩ−、とＩ４□とＩ　−２＋　・
・・は同一平面上にあると同時に像Ｉ。１．像Ｉ−１．
像１＋２と像■−２，・・・は互いに倒立関係にある。

順方向の共役像と逆方向の共役像を互いに倒立関係にす
る理由を第５図を用いて説明する。第５図（ａ）は順・
逆方向の共役像が互いに倒立関係にある場合の光路模式
図、第５図山）は、比較のため順・逆方向の共役像が互
いに正立関係、即ち、順・逆方向の共役像が完全に一致
して重なる場合の光路模式図を示す（第５図でＨＭはハ
ーフミラ−１Ｍはミラーを表わす）。

例えば、各共役面１１〜Ｉ、に透過型ＳＬＭと透過型デ
ィテクタアレイを備えた光入出力ボートを挿入し、Ｉ３
のＳＬＭのうち数画素がＯＦＦ状態（光を透過しない状
態）となって適当なパターンを表示したとする。このよ
うな場合、順・逆方向で倒立関係になっていれば（第５
図（ａ））順・逆方向で光路が反転するため、例えば第
６図（ａ）又は（′ｂ）の様に、共役像面内でＳＬＭと
フォトディテクタアレイを倒立にしたときに重ならない
様に配置すれば、■、に表示された光パターンは、■３
→■４→Ｉ、→■、→■４→Ｉ、→Ｉ２→１１→Ｉ２→
Ｉ３とすべての共役像面に伝達される（第５図（Ｃ）も同じ
）。

しかしながら、順・逆方向で像が正立関係であるときに
は（第５図（ｂ））、順・逆方向の光路が重なってしま
うため、■、でＯＦＦ状態になっている画素の情報は、 ■３→Ｉ４→Ｉ、→Ｉ、→Ｉ３と伝達していったあと、１２面で遮光されてしまうため
、Ｉ、、Ｉ、面には情報が伝達できない。

以上の様に、順・逆方向の共役像が互いに倒立になる様
にして、かつ、第６図に示す様にＳＬＭとフォトディテ
クタアレイを配列する事によって、すべての共役像面間
での任意の光接続が実現できる。勿論、同時に２つ以上
の共役像面にあるＳＬＭで光パターンが表示される様な
場合、それらの情報が伝達できない面を発生するが、通
常コンピュータ内の「バス」の動作は、ある時刻の信号
発信源は１つであり、その情報が他のすべての入出力ボ
ートに伝達されればいいわけであり、この意味で、本装
置で、いわゆる「ハス」の機能は十分であると言える。

即ち、ＬＥＤアレイ　（３）に何らかの情報が表示され
れば、その情報は１．〜■、のすべでの面に伝達され（
クロック分配等に利用）、また、■１〜Ｉ５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（ハス接続の機能）。

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倍の等缶詰像系（第２図は一１倍の等缶詰像面系）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）　２０”＝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、特別のボルダ−１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３閣とすれば、直径３
ＩＩｍ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２００Ｘ２００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　１ｎｔ
ｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ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倍の等缶詰像系を構成したが、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
■′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４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Ｉ′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
必要はなく、−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■、像面ビ双方に対してテレセントリックな光
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である必要はなく
、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　１ｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ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（ａ）。（Ｃ）は本発明の一実施例の構成である順−逆方向の共
役像面の倒立関係を示す光路模式図、第５図ら）は、こ
れと比較のために王立関係である場合を示す光路模式図
、第６図は、本発明の一実施例に利用可能な透過型ＳＬ
Ｍと透過型フォトディテクタアレイの配列の例を示した
図、第７図は従来装置の一例を示す斜視図、第８図は第
７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。第１図第２図第３図］第４図フＨＭＩＩ　　　　１２　　　　Ｅ３　　　　　［４１５
ＭＨＭ　　Ｉ＋　　　　　　　夏２　　　　　１３　　
　　　１４　　　　　１５Ｍ第６図口、　透過型ＳＬＭ口。透過型フォトデイ“テクタ第　７　図　（従来例）

Claims

【特許請求の範囲】

（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
ラー又はハーフミラーを備え、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、前記発光源から発せられ
た光は前記ミラー又はハーフミラーで反射されたあと再
び前記レンズ配列体を逆方向に伝播し、前記発光源から発せられた光が前記ミラー又はハーフミ
ラーに到達するまでに形成する共役結像面（形成される
共役像を順方向の共役像と呼ぶ）と、前記発光源から発
せられた光が前記ミラー又はハーフミラーに到達したあ
と再び前記発光源位置に到達するまでに形成する共役結
像面（形成される共役像を逆方向の共役像と呼ぶ）とは
、互いに同一平面内にあると共に、前記順方向の共役像
と前記逆方向の共役像は各共役結像面において互いに倒
立関係になっている事を特徴とする光接続装置。
（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記載の光接続装置。
（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に記載の光接続装置。
（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項に記載の光接続装置。