JPS63298306A - 光配線素子 - 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） 本発明は光プリント配線技術における九九線素ｆに関し
、特に空間光変調器、光演算装置等の光処理装置に好適
な複数の光線を光学部材の入射面の任意の位置より導入
し、該光学部材の射出面の任意の位置より射出させるよ
うにした所謂光配線を光学部材内で行った光配線素子に
関するものである。

（従来の技術） 従来より空間光変調器や光演算装置等の光処理装置にお
いては、多数の光線を同時に取り扱っており、即ち並列
処理しており、これにより光処理時間の効率化を図って
いる。このとき任意の光線を空間的に離れた他の位置に
導光するための手段として反射膜やプリズム等の光学素
子を利用している。

一般にこのような光学素子は入射光線の入射面内での位
置（空間座標）が決まれば該光線の射出面内での位置は
一義的に決まってくる性質がある。この為、そのときの
状勢に応じて入射光線を射出面上の任意の位置に導光す
るが出来ないという欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は光学部材の入射面より導入した多数の平行又は
非平行の入射光線を該光学部材の射出面」二の予め設定
した任意の位置と接続し、該位置から平行又は非平行の
光線を射出させ、即ち他の光線へと変換させることので
きる光配線素子の提供を特徴とする 特に本発明は光の接続を任意に行う光プリント配線が可
能な光配線素子の提供を目的としている。

（問題点を解決するための手段） 透過部を有する光学部材の内部に該光学部材の一方の面
の入射面より入射した光線を該光学部材内の任意の方向
に反射させる入射用反射部と該入射用反射部で反射した
光線を該入射光線の入射面内での空間座標と異なる空間
座標の射出面より射出させる射出用反射部とを各々設け
、該入射光線と該射出光線とを該光学部材内で光学的に
配線したことである。

（実施例） 第１図（Ａ）は本発明の一実施例の動作原理を示す概略
図、第１図（Ｂ）は同図（Ａ）の縦断面図である。

図中、１０は光配線素子である。１は光学部材であり、
プラスチック、ガラス、結晶等の固体若しくは周囲を固
体の材料で保持し、内部に気体や液体等を充填した形状
で構成されている。又、光学部材１は利用する光、例え
ば赤外光、可視光、紫外光等が良好に透過する材質より
成っている。

２は光学部材１の入射面３に入射する入射光線、４ａは
入射用反射部であり、入射光線２を光学部材１内の他の
位置に設けられている射出用反射部４ｂ方向に反射させ
ている。これら入射用反射部４ａや射出用反射部４ｂは
例えば光学部材１の一部を加工して形成されている。５
は光学部材１の射出面、６は射出光線である。

本実施例では入射面３より光学部材１内に入射した入射
光線２は入射用反射部４ａで反射し、光学部材１中を伝
播する光線２ａとなり、光学部材１内の他の位置に設け
られている射出用反射部４ｂに導光される。そして射出
用反射部４ｂで反射した後、射出面５から射出し射出光
線６となる。

このように本実施例では光学部材１内の入射用反射部４
ａと射出用反射部４ｂとを設けることにより、入射光線
を射出面５上の任意の位置から射出する射出光線に変換
し、即ち光学部材１内で入射光線と射出光線との光配線
を行った簡易な構成の光配線素子を構成している。

尚、本実施例における入射用反射部及び射出用反射部は
光学部材１が固体材料の場合には機械加工、モールド加
工、プラスチック加工等によって形成することができる
。又、このとき反射部を固体材料それ自身の面を利用し
ても良いが、更に蒸着、塗布、メッキ等によって反射率
を高めるようにしても良い。

光学部材１の内部に気体や液体等が充填されている場合
には、ガラス、金属板、プラスチック等の薄板より成る
微少な反射部を多数光学部材１内に配列することにより
、反射部を形成することができる。

反射部は平面のみならず球面、２次曲面、微少なレンズ
を附加した球状反射面であっても良い。

更に反射型のホログラム、回折格子等を附加して反射光
線の方向を制限したり、回折した特定次数の反射光線の
みが目的とする方向に効率良く反射するように構成して
も良い。

又、反射部上に微少な先導波路と該先導波路に電気信号
を印加する微少な電極部分を設けて反射光線を変調した
り、遮断したりして光変調を行うようにしても良い。

光学部材１内における光線２ａが反射部を透過する而７
ａ及び面７ｂに反射防止用の蒸着膜を施せば、これらの
面を透過する光線２ａの光量損失を防止することが出来
るので好ましい。

次に第２図〜第１３図を用いて本発明の他の実施例につ
いて説明する。まず第２図に示す実施例では光学部材１
に２つの入射光線２を入射させ、該入射光線を射出面５
上の任意の２つの位置から射出する射出光線６に変換し
ている。同図において２１は光学部材１内で２つの光線
２ａ、２ｂが°　交差する領域である。

本実施例では２つの光線２ａ、２ｂは互いに相手方に影
響を与えることなく交差し通過する。このことは２つの
電気信号が交差したときに互いに干渉し合い、互いの信
号が変化してしまう電気回路の配線とは全く異なる光を
利用したことによる特長事項である。

従って本実施例のような光配線素子を利用すれば多数の
光線を光学部材中に高密度に伝幅させ、かつ任意の位置
より射出させた光配線が容易に達成できる。

一般には光学部材内に設けて入射用反射部の数たけ、光
線を入射させることができる。例えば光学部材の縦方向
にＮ列、横方向にＭ行のＮＸＭ個の反射部を設ければＮ
ｘＭ個の光線を入射させることができる。

第３図に示す実施例は例えばＮ２個の入射光線群３１を
射出面５で任意の位置へ切り換えて射出するようにして
いる。

本実施例では第１図、第２図に示した光配線素子１０を
多数積層して自由な光配線を可能としている。即ち入射
面３に入射したＮ２個の入射光線群３１は積層した光配
線素子１０を通り、射出面５に到達する。射出面５から
は再びＮ２個の光線群３２として射出する。このとき入
射光線は光配線素子１０によって指定させた射出面上の
位置へ変換されて射出する。尚、積層する光配線素子の
数と各光配線素子での反射面の配列の仕方は入射光線と
射出光線の位置関係に基づいて設計されている。

第４図（八）　、　（［１）に示す実施例は複数の光配
線素子１０を積層するための光配線素子１０どうじの結
合の方法の概略を示したものである。本実施例では同図
（Ａ）に示すように光配線素子１０の一部に設けたピン
穴４３や、同図（Ｂ）に示すようにくぼみ４１と突起部
４２を利用して複数の光配線素子１０を互いに位置決め
して積層している。

第５図に示す実施例は複数の光配線素子と複数の光学的
機能素子とを積層し、例えば光演算処理を行ったときの
概略図である。

同図において５１，５２，５３．５４は各々光配線素子
ｌａ、ｌｂ、ｌｃを介して積層した光学的光機能素子で
ある。本実施例における光学的光機能素子としては例え
ば面発光型素子、光空間変調器、光論理回路、面型光ス
イッチ、受光素子等から成っており、いずれも基本機能
を持つ部分がＮＸＮ個の２次元配列状Ｒ（アレイ）より
成っている。

同図においてＮｘＮ個の所定の配列の入射光線５５は光
機能素子５１の指定された領域を通過し、所定の光学的
作用を受けた後、光配線素子１ａに入射する。そして別
の配列の光線群５６となり、次の光機能素子５２に入射
する。そして光機能素子５２で所定の光学作用を受けた
後、光配線素子１ｂに入射し、更に別の配列の光線群５
７となる。以下同様にして最後に光機能素子５４を通過
して射出光線群５９となる。

特に本実施例では光機能素子５１が面発光型のＬＥＤ若
しくはレーザーダイオードのアレイであリ、光機能素子
５４がＣＣＤのような２次元受光素子の場合には同図に
示すブロック内で九九列の接続、交換及び論理演算、し
きい値処理等の各種の光学的処理が可能となる。

第６図（八）　、　（Ｂ）に示す実施例では光学部材１
を平板形状より、光線の人出力を平板形状の正面と裏面
の他に側面も利用して行い光配線の自由度を拡大してい
る。

このうち同図（Ａ）は単一の光配線素子１０に右ける光
線の入出力状態を示している。又、同図（Ｂ）は同図（
Ａ）の光配線素子１０を複数個積層したときの状態を示
している。尚、図中矢印は光線の進行方向を示している
。光学部材１内に表面若しくは側面より入射した入射光
ｌｌ５Ａ２は光学部材１内の反射部４ａ、４ｂで反射し
た後、裏面若しくは側面の任意の位置から射出した射出
光線となっている。

このように平板形状の表面、裏面の他に側面も光線の入
出力用に用いるようにすれば、例えば光配線素子１０を
単−若しくは複数個積層して第７図に示すように立方形
状で構成することができる。

第７図における光配線素子１０においては入射光線７１
を５つの方向の面７２〜７６に各々分岐している。

又、第８図に示すように複数の光配線素子８１゜８２．
８３．８４を組み合わせることにより複数の入射光線８
５．８６，８７．８８を任意に合成して射出光線８９と
して射出させることができる。

尚、同図において８０は光機能素子であり、光配線素子
と組み合わせることにより、光機能素子″　８０を通過
する光線に対して所定の光学作用を附加させている。

第９図は光配線素子１０と光機能素子９０を各々複数個
３次元的に組み合わせて構成し、光線の３次元配線を行
った場合の一実施例である。同図において９１．９２は
入射光線、９３は所定の光学作用を受けて射出する射出
光線である。

第１Ｏ図は光配線素子１０内において光線の分岐方向を
任１位に変えることのできる光分岐素子な利用したとき
の一実施例の説明図である。同図において１０は光配線
素子であり、微少な立方体若しくは長方体等から成り、
相対する３組の面に各々略同−直径の透孔１０２が設け
られている。該透孔１０２の内壁には複数の溝１０３が
設けられており、後述する光分岐素子を挿入するときの
挿入方向を決める案内溝、を形成している。

第１１図（Ａ）　、　（Ｂ）は第１０図の光配線素子１
０の透孔１０２に挿入する光分岐素子１１１の一例を示
す概略図である。光分岐素子１１１は円柱形状より成っ
ている。そして円柱の一方の端面１１３には円柱の中心
軸と４５度傾いた平面状の反射面若しくは透過面が形成
されている。又、他方の端面は中心軸と直交する平面よ
り成っている。１１２は光分岐素子１１１に設けた光配
線素子１０の透孔１０２に挿入する際のガイド片である
。

尚、光配線素子１０に設ける透孔１０２の形状は必ずし
も円形でなく任意形状で良く、光分岐素子１１１の形状
は透孔１０２の形状に合わせて形成すれば良い。

本実施例では第１１図（Ａ）に示すように光分岐素子Ｉ
１１の端面１１３に入射する光線１１４のうち一部は透
過光Ｉｉ！＋１６となり、他の一部は反射光線１１５と
なる。又、端面１１３を完全な反射面とすれば入射光線
１１４を全て反射光１ｉｔｌ１５として他方向に導光さ
せることができる。

又、光分岐素子ＩＩ＋の円柱方向の中心軸の長さを光配
線素子１０の透孔１０２の全長の％にすれば該光分岐素
子Ｉ１１を光配線素子１０の透孔に挿入したとき任意の
方向から入射してきた光線を任意の一つ又は２つの方向
へ分岐することができる。

光分岐素子Ｉ１１としては第１１図（Ａ）に示すように
ガラス、プラスチック、光学結晶等の固体材料等から形
成しても良く、又、第１１図（Ｂ）に示すように内部を
中空にして該内部に気体や液体等を封入して両端面を封
止して形成しても良い。

このように本実施例では光分岐素子Ｉｌｌを利用するこ
とにより光線の方向を任意にかえることの出来る光配線
素子を達成している。

第１２図は第１０図に示した光配線素子１０を複数個組
み合わせて３次元的に配列したときの一実施例の概略図
である。

本実施例では光配線素子１０を多数個、まず平面的に配
列してサブシステム１２＋を構成し、該サブシステムを
複数個配列して全体として３次元的に構成し、大規模な
光配線を可能としている。光配線素子１０の数は入射光
線の数とそれをいくつかに分岐して処理するかによって
決定させる。

第１３図（Ａ）　、　（Ｂ）は光配線素子１０内に設け
る反射部１３０の好ましい形状の一実施例の説明図であ
る。例えば第１３図（Ｃ）のように入射用反射部４ａの
反射面＋３１ａの傾きを光線２ａが光学部材１の入射面
３又は射出面５と平行に反射するように設定したとする
。そうすると反射１面１３１ｂ側からの入射光線１：］
５ａを反射部４ａ近傍の位置から射出光線１３５ｂとし
て射出させようとする場合、反射面１３１ｂが障害とな
って射出させることができなくなってくる。

この為、本実施例では第１３図（Ａ）　、　（Ｂ）に示
すように入射用反射部４ａの反射部１：ｌＯａの傾きを
入射光線＋３１が光学部材１内で入射面３又は射出面５
と非平行となるようにしている。

そして射出用反射部４ｂの反射面１３０ｂに導光　　・
し、このとき反射面１３０ｂの傾きを射出光線１３１が
射出面５より垂直に射出するように設定している。第１
３図（Ｂ）はこのときの反射部４ａの拡大説明図である
。同図に示すように反射部！３０ａの傾きを反射光線２
ａが光学部材１内の入射面３と非平行となるように設定
すると共に光線２ａが通過する面１３９を光線２ａが垂
直に入射できるようにしている。

そして第１３図（Ａ）に示すように２つの光線２ａ、２
ｂが光学部材１内で互いに交差するように各反射部を設
定し、これにより入射光線を射出面上の任意の位置から
射出光線として変換出来るようにしている。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば複数の光線を３次元的に任
意の空間位置に高精度にしかも容易に接続することので
きる光のプリント配線とも言える光配線素子を達成する
ことができる。又、このような光配線素子を利用すれば
面発光型２次元レーザーダイオード・アレイ、面発光型
２次元光ダイオード・アレイ、直型２次元光論理ゲート
・アレイ、間型２次元光しきい値アレイ・デバイス、空
間光変調器等を容易に光並列配線することが可能となり
２次元並列の光演算システムの構築が極めて容易に達成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明の一実施例の動作原
理の説明図、第２図は入射光線を２つとしたときの本発
明の一実施例の説明図、第３図、第４図（Ａ）。 （Ｂ）は本発明の光配線素子を複数個積層したときの一
実施例の説明図、第５図は本発明の光配線素子と光機能
素子とを組み合わせたときの一実施例の説明図、第６図
（Ａ）、（Ｂ）　、第７図、第８図、第９図は本発明の
光配線素子の変形例の一実施例の説明図、第１０図、第
１１図（Ａ）、（Ｂ）　、第１２図は本発明の光配線素
子と光分岐素子とを組み合わせたときの一実施例の説明
図、第１３図は本発明の光配線素子内の反射部の好まし
い形状の一実施例の説明図である。 図中、１は光学部材、２は入射光線、３は入射面、４ａ
は入射用反射部、４ｂは射出用反射部１．５は射出面、
６は射出光線、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ。 １０は光配線素子、５１，５２，５３，８０ａは光機能
素子である。 特許出願人　　キャノン株式会社 夷１図 （Ａ） ｎ 高　　３　　回 第　　４　　図 （Ｂ） 処　　５　　叉 兜　　７　　Ｕ２ 夷　　６　　図 見　１１　　　暖 （Ａ） （Ｂ） 第　　１２　　　口 第１３図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）透過部を有する光学部材の内部に該光学部材の一
   方の面の入射面より入射した光線を該光学部材内の任意
   の方向に反射させる入射用反射部と該入射用反射部で反
   射した光線を該入射光線の入射面内での空間座標と異な
   る空間座標の射出面より射出させる射出用反射部とを各
   々設け、該入射光線と該射出光線とを該光学部材内で光
   学的に配線したことを特徴とする光配線素子。
2. （２）前記光配線素子を複数個積層し、任意の１つの光
   配線素子からの入射光線を他の光配線素子の射出面に導
   光するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の光配線素子。
3. （３）前記光学部材は平板形状であり、前記入射光線と
   射出光線を該光学部材の任意の平面より入射及び射出さ
   せたことを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２
   項記載の光配線素子。
4. （４）前記光学部材は立方形状をしており、該立方体の
   相対する３対の平面の間には互いに直交する３つの導光
   部が設けられており、前記入射用反射部は全反射鏡若し
   くは半透明鏡より構成され、該導光部内に内設され入射
   光線の変換及び／又は分岐を行っていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光配線素子。
5. （５）前記立方形状の光学部材を複数個３次元的に配置
   したことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の光配
   線素子。
6. （６）前記射出光線の重なるように前記光学部材に入射
   してくる入射光線を該光学部材内を伝幡させ、射出面の
   任意の位置から射出できるように前記入射用反射部及び
   射出用反射部の形状を構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の光配線素子。