JPH04213716A - 光接続装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光を用いて、並列高
速に情報を伝送するために必要な接続装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術とその課題】大規模な情報を処理するために
、高速に演算を実行する計算機の研究が進んでいるが、
電気回路を用いた逐次処理による方法では、すでに性能
限界に近づいている。そこで、スーパーコンピュータや
アレイプロセッサなど、複数の演算を同時に実行する並
列処理アーキテクチャなどの研究が進んでいる。一方、
光は、空間的な広がりを持ち、その物理的な性質は互い
に干渉し合わないため、光を用いた演算は並列性に優れ
ている。このような並列演算には、並列に配列されたデ
ータ間の光接続が重要である。このような光接続法とし
て、従来、ホログラムやプリズムを用いて光を偏向させ
る方法が一般的であった。しかし、このような光偏向素
子は、設計や製作が難しく、また、他の光機能素子と組
合せる場合の光学系が複雑であった。このような欠点を
解決するために、最近になって、面型の光導波路を用い
た光接続法が提案された。この方法の詳細は、例えば、
雑誌「コンファレンスレコード　　オブ　　’９０イン
ターナショナルトピカルミーティング　　オン　　オプ
ティカルコンピューティング（Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　
　ｒｅｃｏｒｄｏｆ　　’９０　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ
ｏｎａｌ　　Ｔｏｐｉｃａｌ　　ｍｅｅｔｉｎｇｏｎ　
　Ｏｐｔｉｃａｌ　　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」に掲載さ
れた論文「光導波板を用いた光バス（Ｏｐｔｉｃａｌ　
　Ｂｕｓ　　Ｂａｓｅｄ　　ｏｎＬｉｇｈｔ−ｇｕｉｄ
ｅｄ−ｐｌａｔｅｓ）」に述べられている。この方法は
、ホログラムを用いて光を分配しているが、光利用率が
低く、また、不要な回折光が生じていた。

【０００３】この発明の目的は、光信号を面内に分配さ
せるために必要な光接続装置を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第１の発明の光接続装置
は、空気よりも屈折率の高い透明な板状の光導波手段と
、前記光導波手段上に固定されている複数個の電子回路
と、前記電子回路に隣接して配置され、前記電子回路の
信号によって駆動される複数個の光源と、前記光源から
出射した光を前記光導波手段の内部に入射せしめる光合
波手段と、前記光源から出射した光を前記光合波手段お
よび光導波手段を介して受光する複数個の受光素子とか
ら構成されることを特徴とする。

【０００５】第２の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な板状の光導波手段を複数枚重合せた光
導波板と、前記光導波手段に隣接して配置されている光
源と、前記光源から出射した光を前記光導波手段の内部
に入射せしめる光合波手段と、前記光源から出射した光
を前記光合波手段および前記光導波手段を介して受光す
る複数個の受光素子とから構成されることを特徴とする
。

【０００６】第３の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な板に複数の穴を有する光導波手段を複
数枚重合せた光導波板と、前記光導波手段の穴に隣接し
て配置されている光源と、前記光源から出射した光を前
記光導波手段の内部に入射せしめる光合波手段と、前記
光源から出射した光を前記光合波手段および前記光導波
手段を介して受光する複数個の受光素子とから構成され
ることを特徴とする。

【０００７】第４の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な板に複数の穴を有する光導波手段を複
数枚重合せた光導波板と、前記光導波手段の穴に隣接し
て配置されている光源と、前記光源から出射した光を前
記光導波手段の内部に入射せしめる光合波手段と、前記
光源から出射した光を前記光合波手段および前記光導波
手段を介して受光する複数個の受光素子と、前記光導波
板の側面から出射した光を集光するための光学系と、前
記光学系によって集光された光を受光する受光素子とか
ら構成されることを特徴とする。

【０００８】第５の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な板に複数の穴を有する光導波手段を複
数枚重合せた光導波板と、前記光導波板の側面に配置さ
れた光源と、前記光源から出射した光を前記光導波板の
内部に入射せしめる第１の光学系と、前記光合波手段内
部を伝播する光を出射せしめるための光合波手段と、前
記光源から出射した光を、前記光導波板の側面から出射
した光を集光するための第２の光学系と、前記光学系に
よって集光された光を受光する受光素子とから構成され
ることを特徴とする。

【０００９】第６の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な四角柱状の光導波手段を多数個配列し
た光導波板と、前記光導波手段の中に、複数個の負の曲
率を有するレンズが前記光導波手段の表面に形成された
レンズアレイと、前記レンズアレイのレンズの部分に隣
接して、前記レンズを通して前記レンズアレイの内部に
光を出射するように配置された複数個の光源と、前記レ
ンズを通して前記レンズアレイの内部から光を受光する
ように配置された複数個の受光素子とから構成されるこ
とを特徴とする。

【００１０】第７の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な四角柱状の光導波手段を多数個配列し
た光導波板と、前記光導波手段から出射した光を他の光
導波手段に入射せしめる複数の光反射手段とから構成さ
れることを特徴とする。

【００１１】第８の発明の光接続装置は、空気よりも屈
折率の高い透明な物質から構成される中空の四角柱状光
導波手段を多数個配列した光導波板と、前記中空の導波
手段内部に、前記光導波板を冷却せしめることを目的と
した液体を流すための複数の液体流入手段から構成され
ることを特徴とする。

【００１２】

【原理】第１〜第５の発明の原理を、図９〜図１２を用
いて説明する。

【００１３】図９は、薄いガラス板１の表面に、ホログ
ラムあるいは凹レンズ等の光合波手段４を形成したもの
である。ガラスの平板を空気中におけば、ガラスは、空
気よりも屈折率が高いために、臨界角よりも大きい角度
でガラス内部から出射しようとする光は、全反射して、
ガラスの中に閉じ込められる。しかし、図９のようなガ
ラス板の内部に閉じ込められている光は、平板の部分で
全反射するが、光合波手段の部分における光の出射角が
、臨界角よりも小さくなるので、光はガラス板の外へ出
射する。このような光合波手段を図１０に示すように、
２次元的に形成すれば、この部分を通して、光をガラス
板の中へ入射させたり、ガラス板から出射させることが
できる。従って、光合波手段に隣接して、光源，受光素
子および電子回路を配列させれば、電子回路の信号によ
って光源を発光させ、光源から出射した光を光合波手段
からガラス板の内部に入射させることができる。さらに
、この光を別の光合波手段から出射させて、受光素子に
よって光を受光させ、その信号によって別の電子回路を
動作させることができる。つまり、このガラス板が、電
子回路間の２次元的なバスとして作用している。

【００１４】図１１は、薄いガラス板１を複数枚重ね合
わせ、図９に示した光バスを複数個形成したものである
。ガラス板に入射した光は、光合波手段４が形成されて
いないガラス板を透過し、光合波手段が形成されている
ガラス板の内部に入射する。従って、光源と光合波手段
の位置関係によって、所望のバスを選択することができ
る。

【００１５】図１２は、図１１に示した構成の装置にお
いて、ガラス板１を透過させる代わりに、貫通孔８を開
けて、直接所望のバスに光を到達させる方法である。

【００１６】次に、第６〜第８の発明の原理を、図１３
〜図１５を用いて説明する。　　図１３は、四角柱状の
導波路２０を多数配列したものである。各導波路は独立
しており、それぞれに、複数個の光合波手段４が形成さ
れている。各導波路の内部では、ガラス平板の場合と同
じように、光が閉じ込められ、光合波手段４の部分から
、入射させたり、出射させたりすることができる。これ
は、面内に、複数個の光バスが形成されていることに相
当する。

【００１７】図１４は、図１３の構成の導波路群の端に
、プリズム状の光反射素子１６を備えたものである。 導波路２０の端から光反射素子１６に入射した光は、光
反射素子の内部で２回全反射して、他の導波路２０の内
部に入射する。このような構成によって、隣接していな
い導波路を結合することができる。

【００１８】図１５は、図１３や図１４の構成に用いる
ことができる導波路２０を示したものである。この導波
路の内部は中空になっており、液体を流すことができる
。これらの導波路は、電子回路に隣接して配置される。 通常、電子回路からは、多くの熱が発生するために、こ
れを冷却しなければならない。導波路の内部で、液体を
循環させれば、この熱を奪うことができる。導波路の屈
折率に等しい液体を用いれば、導波路から液体の内部に
光が入射する際に、光が反射したり屈折することがなく
、光は、あたかも同一の物質内部を伝播しているように
ふるまう。例え、液体の内部に気泡などがあって、光が
散乱しても、導波路の内部では、同一の光信号が伝播し
ているために、問題はない。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。

【００２０】図１は、第１の発明の光接続装置を、２×
２の接続に適用した一例を示す斜視図である。この光接
続装置は、片面に、例えば凹レンズなどの光合波手段４
を多数有するガラス板１と、ガラス板に光を入射するた
めの例えばレーザなどの光源２と、光源２から出射した
光をガラス板の光合波手段４から入射させるためのレン
ズなどの光学系３と、ガラス板の光合波手段４から出射
した光を受光する受光素子５と、光を分けるためのビー
ムスプリッタ６と、例えば、レーザ駆動回路，受光信号
を入力とするアナログ・デジタル変換回路およびデジタ
ル演算回路を有する電子回路７から構成される。光源２
から出射した光は、光合波手段３によって集光され、ガ
ラス板１の内部に入射する。ガラス板の臨界角よりも大
きい角度で入射した光は、全反射して内部に閉じ込めら
れる。光合波手段の部分で、内部からの光が、再び、ガ
ラス板の外へ出射し、受光素子５に入射する。光合波手
段を２次元状に多数形成しておけば、光は、これらの部
分から自由に入出射する。レーザおよび受光素子に隣接
して電子回路を配置すれば、電子回路内部のデジタル演
算回路の出力によってレーザ駆動回路を駆動してレーザ
を発光させ、また、受光信号をアナログ・デジタル変換
回路によってデジタル信号に変換し、デジタル演算回路
の入力とすることができる。従って、ガラス板をバス、
光合波手段をインタフェイスとして考えることができる
。

【００２１】図２は、第２の発明の光接続装置を、２×
２の接続に適用した一例を示す斜視図である。この光接
続装置は、片面に、例えば凹レンズなどの光合波手段４
を多数有するガラス板を複数枚重ね合わせた層状ガラス
板２１と、層状ガラス板に光を入射するための例えばレ
ーザなどの光源２と、光源２から出射した光を層状ガラ
ス板の光合波手段４から入射させるためのレンズなどの
光学系３と、層状ガラス板の光合波手段４から出射した
光を受光する受光素子５と、光を分けるためのビームス
プリッタ６から構成される。光源２から出射した光は、
光合波手段３によって集光され、層状ガラス板２１の内
部に入射する。この時、光合波手段の形成されているガ
ラス板の内部に光は入射するが、光合波手段の形成され
ていないガラス板の内部に光は入射しない。ガラス板の
内部に入射した光は、第１の発明の光接続装置と同様に
、全反射して内部に閉じ込められる。光合波手段の部分
で、内部からの光が、再び、ガラス板の外へ出射し、受
光素子に入射する。光合波手段を２次元状に多数形成し
ておけば、光は、これらの部分から自由に入出射する。 また、ガラス板を層状に重ね合わせることによって、ガ
ラス板と同じ数のバスが形成されたことになり、光合波
手段の位置を制御することにより、所望のバスへアクセ
スすることができる。

【００２２】図３は、第３の発明の光接続装置を、２×
２の接続に適用した一例を示す斜視図である。この光接
続装置は、片面に、例えば凹レンズなどの光合波手段４
および貫通した貫通孔８を多数有するガラス板を複数枚
重ね合わせた層状ガラス板３１と、層状ガラス板に光を
入射するための例えばレーザなどの光源２と、光源２か
ら出射した光を層状ガラス板の光合波手段４から入射さ
せるためのレンズなどの光学系３と、層状ガラス板の光
合波手段４から出射した光を受光する受光素子５と、光
を分けるためのビームスプリッタ６から構成される。光
源２から出射した光は、光合波手段３によって集光され
、層状ガラス板３１の内部に入射する。この時、光は、
貫通孔８の開いているガラス板の内部には入射せず、光
合波手段の形成されているガラス板の内部に入射する。 ガラス板の内部に入射した光は、第１の発明の光接続装
置と同様に、全反射して内部に閉じ込められる。 光合波手段の部分で、内部からの光が、再び、ガラス板
の外へ出射し、受光素子に入射する。光合波手段を２次
元状に多数形成しておけば、光は、これらの部分から自
由に入出射する。また、ガラス板を層状に重ね合わせる
ことによって、ガラス板と同じ数のバスが形成されたこ
とになり、貫通孔と光合波手段の位置を制御することに
より、所望のバスへアクセスすることができる。

【００２３】図４は、第４の発明の光接続装置を、２×
２の接続に適用した一例を示す斜視図である。この光接
続装置は、片面に、例えば凹レンズなどの光合波手段４
および貫通した貫通孔８を多数有するガラス板を複数枚
重ね合わせた層状ガラス板３１と、層状ガラス板に光を
入射するための例えばレーザなどの光源２と、光源２か
ら出射した光を層状ガラス板の光合波手段４から入射さ
せるためのレンズなどの光学系３と、層状ガラス板の側
面から光を検出するための受光素子９と、受光素子９へ
光を集光するための、例えばレンズなどの光学系１０か
ら構成される。光源２から出射した光は、光学系３によ
って集光され、層状ガラス板１の内部に入射する。この
時、光は、貫通孔の開いているガラス板の内部には入射
せず、光合波手段の形成されているガラス板の内部に入
射する。ガラス板の内部に入射した光は、第１の発明の
光接続装置と同様に、全反射して内部に閉じ込められる
。ガラス板の側面からは、自由に、光が出射できるので
、ガラス板の側面にある受光素子によって、光を検出で
きる。光合波手段を２次元状に多数形成しておけば、光
は、これらの部分から自由に入射する。また、ガラス板
を層状に重ね合わせることによって、ガラス板と同じ数
のバスが形成されたことになり、貫通孔と光合波手段の
位置を制御することにより、所望のバスへアクセスする
ことができる。

【００２４】図５は、第５の発明の光接続装置を、２×
２の接続に適用した一例を示す斜視図である。この光接
続装置は、片面に、例えばホログラムなどの光合波手段
４および貫通した貫通孔８を多数有するガラス板を複数
枚重ね合わせた層状ガラス板３１と、層状ガラス板の光
合波手段４から出射した光を受光する受光素子５と、層
状ガラス板の側面に光を入射させるための光源１１と、
光源１１へ光を集光するための、例えばレンズなどの光
学系１２から構成される。光源１１から出射した光は、
光学系１２によって、層状ガラス板２１の内部に入射す
る。ガラス板の内部に入射した光は、第１の発明の光接
続装置と同様に、全反射して内部に閉じ込められる。光
合波手段の部分で、内部からの光が、再び、ガラス板の
外へ出射し、受光素子に入射する。光合波手段を２次元
状に多数形成しておけば、光は、これらの部分から自由
に出射する。また、ガラス板を層状に重ね合わせること
によって、ガラス板と同じ数のバスが形成されたことに
なり、貫通孔と光合波手段の位置を制御することにより
、所望のバスへアクセスすることができる。

【００２５】図６は、第６の発明の光接続装置の一実施
例を示す斜視図である。この光接続装置は、片面に多数
の小さな凹み１４を有するガラス柱１３が多数配列され
たガラス板１７と、ガラス柱に光を入射するための例え
ばレーザなどの光源２と、光源２から出射した光をガラ
ス柱の凹み１４から入射させるためのレンズなどの光学
系３と、ガラス板の凹み１４から出射した光を受光する
受光素子５と、光を分けるためのビームスプリッタ６と
から構成される。光源２から出射した光は、光学系３に
よって集光され、ガラス柱１３の内部に入射する。ガラ
ス柱の臨界角よりも大きい角度で入射した光は、全反射
して内部に閉じ込められる。凹みの部分では、内部から
の光の出射角が、臨界角よりも小さくなるので、光がガ
ラス柱の外へ出射し、受光素子に入射する。凹みを２次
元状に多数形成しておけば、光は、これらの部分から分
配されて出射する。例えば、８本のガラス柱を配列すれ
ば、８本の信号を並列に転送することができる。

【００２６】図７は、第７の発明の光接続装置の一実施
例を示す斜視図である。この光接続装置は、片面に多数
の小さな凹み１４を有するガラス柱１３が多数配列され
たガラス板１５と、ガラス柱の端に、他のガラス柱に光
を入射させるための、例えばプリズムなどの光反射素子
１６と、凹みに近接して、図６に示した光源や受光素子
を配置すれば光源から出射した光は、光学系によって集
光され、ガラス柱１３の内部に入射する。ガラス柱の端
に到達した光は、光反射素子１６によって、他のガラス
柱１３に入射することができる。例えば、８本のガラス
柱を組にして、ガラス柱の両端に光反射素子を配置すれ
ば、ガラス板全面に、８本の信号線を配線することがで
きる。凹みの部分では、内部からの光の出射角が、臨界
角よりも小さくなるので、光がガラス柱の外へ出射し、
受光素子に入射する。

【００２７】図８は、第８の発明の光接続装置の一実施
例を示す斜視図である。この光接続装置は、片面に多数
の小さな凹み１４を有し、中空のガラス柱１７が多数配
列されたガラス板１８と、ガラス柱に光を入射するため
の例えばレーザなどの光源２と、光源２から出射した光
をガラス柱の穴１４から入射させるためのレンズなどの
光学系３と、ガラス板の凹み１４から出射した光を受光
する受光素子５と、光を分けるためのビームスプリッタ
６と、ガラス柱の内部に液体を注入する、例えば、ポン
プなどの液体流入装置１９とから構成される。液体は、
液体流入装置によって、ガラス柱１７の内部を循環して
流れる。光源２から出射した光は、光源３によって集光
され、ガラス柱１７の内部に入射する。液体の屈折率と
ガラスの屈折率が等しくなるように材料を選べば、ガラ
ス板の臨界角よりも大きい角度で入射した光は、液体が
充填されているガラス柱の内部を全反射して閉じ込めら
れる。凹み１４の部分では、内部からの光の出射角が、
臨界角よりも小さくなるので、光がガラス柱の外へ出射
し、受光素子に入射する。ガラス柱に隣接されて、電子
回路や光素子が置かれている場合には、液体が、これら
の素子から出される熱を奪い、冷却する役割を持つ。液
体の内部に、泡や不純物があって光が散乱しても、ガラ
ス柱の内部には、同じ光信号が伝播しているので、問題
はない。

【００２８】

【発明の効果】この発明の接続装置を用いることによっ
て、面内均一に光信号を分配させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図２】第２の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図３】第３の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図４】第４の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図５】第５の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図６】第６の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図７】第７の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図８】第８の発明の光接続装置の一実施例を説明する
ための図である。

【図９】第１の発明の光接続装置の原理を説明するため
の図である。

【図１０】この発明の光接続装置を２次元的に拡張した
図である。

【図１１】第２の発明の光接続装置の原理を説明するた
めの図である。

【図１２】第３，第４，第５の発明の光接続装置の原理
を説明するための図である。

【図１３】第６の発明の光接続装置の原理を説明するた
めの図である。

【図１４】第７の発明の光接続装置の原理を説明するた
めの図である。

【図１５】第８の発明の光接続装置の原理を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１，１５，１８　　ガラス板 ２，１１　　光源 ３，１０，１２　　光学系 ４　　光合波手段 ５，９　　受光素子 ６　　ビームスプリッタ ７　　電子回路 ８　　貫通孔 １３，１７　　ガラス柱 １４　　凹み １６　　光反射素子 １９　　液体流入装置 ２０　　導波路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気よりも屈折率の高い透明な板状の光導
   波手段と、前記光導波手段上に固定されている複数個の
   電子回路と、前記電子回路に隣接して配置され、前記電
   子回路の信号によって駆動される複数個の光源と、前記
   光源から出射した光を前記光導波手段の内部に入射せし
   める光合波手段と、前記光源から出射した光を前記光合
   波手段および光導波手段を介して受光する複数個の受光
   素子とから構成されることを特徴とする光接続装置。
2. 【請求項２】空気よりも屈折率の高い透明な板状の光導
   波手段を複数枚重合せた光導波板と、前記光導波手段に
   隣接して配置されている光源と、前記光源から出射した
   光を前記光導波手段の内部に入射せしめる光合波手段と
   、前記光源から出射した光を前記光合波手段および前記
   光導波手段を介して受光する複数個の受光素子とから構
   成されることを特徴とする光接続装置。
3. 【請求項３】空気よりも屈折率の高い透明な板に複数の
   穴を有する光導波手段を複数枚重合せた光導波板と、前
   記光導波手段の穴に隣接して配置されている光源と、前
   記光源から出射した光を前記光導波手段の内部に入射せ
   しめる光合波手段と、前記光源から出射した光を前記光
   合波手段および前記光導波手段を介して受光する複数個
   の受光素子とから構成されることを特徴とする光接続装
   置。
4. 【請求項４】空気よりも屈折率の高い透明な板に複数の
   穴を有する光導波手段を複数枚重合せた光導波板と、前
   記光導波手段の穴に隣接して配置されている光源と、前
   記光源から出射した光を前記光導波手段の内部に入射せ
   しめる光合波手段と、前記光源から出射した光を前記光
   合波手段および前記光導波手段を介して受光する複数個
   の受光素子と、前記光導波板の側面から出射した光を集
   光するための光学系と、前記光学系によって集光された
   光を受光する受光素子とから構成されることを特徴とす
   る光接続装置。
5. 【請求項５】空気よりも屈折率の高い透明な板に複数の
   穴を有する光導波手段を複数枚重合せた光導波板と、前
   記光導波板の側面に配置された光源と、前記光源から出
   射した光を前記光導波板の内部に入射せしめる第１の光
   学系と、前記光合波手段内部を伝播する光を出射せしめ
   るための光合波手段と、前記光源から出射した光を、前
   記光導波板の側面から出射した光を集光するための第２
   の光学系と、前記光学系によって集光された光を受光す
   る受光素子とから構成されることを特徴とする光接続装
   置。
6. 【請求項６】空気よりも屈折率の高い透明な四角柱状の
   光導波手段を多数個配列した光導波板と、前記光導波手
   段の中に、複数個の負の曲率を有するレンズが前記光導
   波手段の表面に形成されたレンズアレイと、前記レンズ
   アレイのレンズの部分に隣接して、前記レンズを通して
   前記レンズアレイの内部に光を出射するように配置され
   た複数個の光源と、前記レンズを通して前記レンズアレ
   イの内部から光を受光するように配置された複数個の受
   光素子とから構成されることを特徴とする光接続装置。
7. 【請求項７】空気よりも屈折率の高い透明な四角柱状の
   光導波手段を多数個配列した光導波板と、前記光導波手
   段から出射した光を他の光導波手段に入射せしめる複数
   の光反射手段とから構成されることを特徴とする光接続
   装置。
8. 【請求項８】空気よりも屈折率の高い透明な物質から構
   成される中空の四角柱状光導波手段を多数個配列した光
   導波板と、前記中空の導波手段内部に、前記光導波板を
   冷却せしめることを目的とした液体を流すための複数の
   液体流入手段から構成されることを特徴とする光接続装
   置。