JP2000258653A - 光バス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率が高く、高速伝送および光信号の
均等分配が可能な光バスを提供する。 【解決手段】 光合成器１３、２３、３３は、光軸５０
および光信号が入力される側の平凸レンズ１６、２６、
３６の像側焦点と、光信号が出力される側の平凹レンズ
１７、２７、３７の物体側焦点とを一致させた２個のレ
ンズ群により構成されている。また、光軸５０を挟んで
各受光素子１５、２５、３５と対向する所定位置には、
１入力２出力の光分岐素子で構成された光分岐器１４、
２４、３４が配設されている。２枚のレンズ焦点距離を
適宜調整すれば、隣接する回路基板によって信号光が遮
られることなく反射手段４０へ伝播させることができ
る。よって、光利用効率が高くなる等の効果が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の電子システ
ムを接続するための光バスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の通信、情報処理分野においては取
り扱う情報量の大容量化やシステムの高速化に対応する
ために、或るいは電磁放射雑音の抑制のために、複数の
電子システム間の相互接続を光信号によって行う光バス
が提案されている。

【０００３】従来の光バスとして、特開平４−１１９６
９７号公報において光信号の伝達に能動中継器を用いる
方法が開示されている。簡単に説明すると、一つの回路
基板から出力された光信号を隣接する回路基板の受光素
子により検出し、電気信号に変換し、同一回路基板上の
発行素子に電気的に伝達して、再び光信号に変換し、こ
れを順次繰り返すことにより複数の回路基板に信号を伝
達するというものである。また、特開平４−３０１９３
３号公報では、能動中継器を用いずに、光合成器と光分
岐器を兼用したビームスプリッタを単一軸上に配置して
双方向自由空間光バスを構成した例が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光バス
において、能動中継器を用いる方法の場合は、複数回の
光電気変換および電気光変換を伴うために、信号の遅延
を生じ、高速伝送ができないという問題がある。

【０００５】また、ビームスプリッタを用いた双方向自
由空間光バスの場合は、光損失が大きいため消費電力が
増大するという問題がある。さらに、各サブシステムに
伝送される信号光強度が異なり、データバス伝送の基本
的なルールであるバスに接続されたすべての装置或るい
は回路基板間に等しい信号強度を供給することができな
いという問題もある。

【０００６】本発明は、上記技術的課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、光利用効率が高
く、高速伝送および光信号の均等分配が可能な光バスを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明に係る光バスは、複数の回路
基板から送出される光信号を合成する光合成器と、光信
号を各回路基板に分岐する光分岐器を備えたループ状の
光バスであって、前記光合成器は光軸および光信号の入
力側レンズの像側焦点と出力側レンズの物体側焦点が一
致するように配置した少なくとも２枚のレンズ群からな
り、前記回路基板から送出される光信号を前記光軸外か
ら入射させたことを特徴としている。

【０００８】上記構成の本発明によれば、各回路基板か
ら送出される光信号は光合成器によって光バス上に合成
され、合成された光バス上の光信号は光分岐器によって
各回路基板に分岐される。

【０００９】ここで、本発明では、光軸および光信号の
入力側レンズの像側焦点と出力側レンズの物体側焦点が
一致するように配置した少なくとも２枚のレンズ群によ
って光合成器を構成すると共に、回路基板から送出され
る光信号を光軸外から入射させたので、入力側レンズの
焦点距離と出力側レンズの焦点距離との比を適宜選択す
ることにより、光合成器から出射された信号光を隣接す
る回路基板によって遮られることなく光分岐器へ導くこ
とができる。よって、光損失がなく、光利用効率が高く
なる。また、本発明では、従来技術のように複数回の電
気／光変換および光／電気変換を介す構成ではないた
め、データ伝送速度を速めることができる。さらに、本
発明における光分岐器の分岐比を適宜選択することによ
り、光信号の均等分配も可能となる。

【００１０】上述した請求項１記載の本発明に係る光バ
スの構成をより具体的にしたものが請求項２乃至請求項
５である。すなわち、請求項２記載の本発明に係る光バ
スは、請求項１に記載の発明において、前記入力側レン
ズの焦点距離を前記出力側レンズの焦点距離より大きく
したことを特徴としている。

【００１１】また、請求項３記載の本発明に係る光バス
は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記
光合成器と前記光分岐器の間に、光軸および入力側レン
ズの像焦点と出力側レンズの物体側焦点を一致させて２
枚のレンズ群を配置し、前記入力側レンズの焦点距離を
前記出力側レンズの焦点距離より大きくしたことを特徴
としている。

【００１２】また、請求項４記載の本発明に係る光バス
は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発明にお
いて、前記光分岐器が異なる分岐比を有し、始端から前
記光分岐器の分岐比が順に大きくなることを特徴として
いる。

【００１３】さらに、請求項５記載の本発明に係る光バ
スは、請求項４に記載の発明において、前記分岐比がバ
スに接続される回路基板数Ｎに対して、前記光分岐器の
始端から１／Ｎ、１／（Ｎ−１）、・・・、１／２、１
としたことを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。 〔第１の実施形態〕図１は本発明の第１の実施形態であ
り、光バス１に３枚の回路基板１１、２１、３１を接続
した構成例である。

【００１５】この図に示されるように、光バス１には、
３枚の回路基板１１、２１、３１が所定の間隔で接続さ
れている。各回路基板１１、２１、３１の下端部の片側
の面には、発光素子１２、２２、３２がそれぞれ配設さ
れている。また、各回路基板１１、２１、３１の下端部
の反対側の面には、受光素子１５、２５、３５がそれぞ
れ配設されている。隣接する回路基板１１と回路基板２
１との間、回路基板２１と回路基板３１との間、回路基
板３１と光路変更用の反射手段４０との間には、発光素
子１２、２２、３２から出力された光信号を光バス１に
結合させて反射手段４０へ向かわせるための光合成器１
３、２３、３３がそれぞれ配設されている。光合成器１
３、２３、３３は、光軸５０および光信号が入力される
側の「入力側レンズ」としての平凸レンズ１６、２６、
３６の像側焦点と、光信号が出力される側の「出力側レ
ンズ」としての平凹レンズ１７、２７、３７の物体側焦
点とを一致させた２個のレンズ群により構成されてい
る。また、光軸５０を挟んで各受光素子１５、２５、３
５と対向する所定位置には、光分岐器１４、２４、３４
がそれぞれ配設されている。光分岐器１４、２４、３４
は、ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタなどの１
入力２出力の光分岐素子で構成されている。

【００１６】なお、本実施形態では、光合成器を平凸レ
ンズと平凹レンズの２枚のレンズで構成しているが、入
力側レンズの像側焦点と出力側レンズの物体側焦点およ
び光軸を一致させて配置すればよく、両凸レンズ、球レ
ンズ、円筒面凸レンズ、円筒面凹レンズ、屈折率分布レ
ンズなどのレンズも適用可能である。

【００１７】次に、本実施形態の作用並びに効果につい
て説明する。

【００１８】回路基板１１、２１、３１に設けられた発
光素子１２、２２、３２から出力された光信号は、光合
成器１３、２３、３３により光バス１に結合された後に
反射手段４０へと向かう。反射手段４０では光路が折り
返されて、光分岐器１４、２４、３４へと導かれ、光分
岐器１４、２４、３４によって各回路基板１１、２１、
３１の受光素子１５、２５、３５へと分岐される。これ
により、光バス１はループ状に構成される。

【００１９】ところで、上記構成における光合成器１
３、２３、３３の平凸レンズ１６、２６、３６の焦点距
離をｆ１、平凹レンズ１７、２７、３７の焦点距離を−
ｆ２、発光素子１２、２２、３２の光軸５０からの距離
をＹとすると、発光素子１２から出力された光は、光合
成器１３を通過後、光軸５０から距離Ｙ１＝ｍＹの位置
に出力される。ここで、ｍは平凸レンズ１６と平凹レン
ズ１７の焦点距離の比によって決定され、ｍ＝ｆ２／ｆ
１で与えられる。ｍ＜１となるように２枚のレンズ焦点
距離を調整すれば、Ｙ１＜Ｙとなり、光合成器１３から
出射された信号光は、隣接する回路基板２１の発光素子
２２によって遮られることなく光合成器２３へ入射され
る。光合成器２３に対して光軸５０から距離Ｙ１の位置
から信号光が入射された場合、光合成器２３から出力さ
れる位置Ｙ２は、Ｙ２＝ｍＹ１＝ｍ ² Ｙとなり、ｍ＜１
であるからＹ２＜Ｙ１＜Ｙとなる。同様にして、光合成
器３３からの出力位置Ｙ３は、Ｙ３＝ｍ³ Ｙ＜Ｙ２＜Ｙ
１＜Ｙとなる。従って、隣接する回路基板の発光素子に
よって信号光が遮られなければ、それ以降の回路基板の
発光素子によって信号光が遮られることなく反射手段４
０へと伝播されることになる。なお、請求項１におい
て、「回路基板１１、２１、３１から送出される光信号
を光軸５０外から入射させた」とあるのは、光合成器１
３、２３、３３として２枚の平凸レンズ１６、２６、３
６と平凹レンズ１７、２７、３７を配置しただけでは、
上述したような光路の変更が行われず、適切な作動が得
られなくなるためである。

【００２０】このようにして、各回路基板１１、２１、
３１から発せられた光信号は、損失なく反射手段４０へ
伝播され、反射手段４０により光路変換され光分岐器１
４、２４、３４へと導かれる。従って、本実施形態によ
れば、従来技術に比べて、光利用効率を高めることがで
きる。

【００２１】また、本実施形態によれば、従来技術のよ
うに複数回の電気／光変換および光／電気変換を介さな
いため、高速のデータ伝送が可能になる。

【００２２】さらに、本実施形態では、光分岐器１４、
２４、３４はビームスプリッタや偏光ビームスプリッタ
などの１入力２出力の光分岐素子で構成されているの
で、信号光入力側の光分岐器３４から分岐比を順に大き
くすることによって、光信号を均等分配することができ
る。具体的には光分岐器１４、２４、３４の分岐比をそ
れぞれ１、１／２、１／３とすれば、光分岐器３４によ
り反射手段４０から入射された信号光強度の１／３が受
光素子３５に入射され、残りの２／３は光分岐器２４へ
と向かう。光分岐器２４は入射光強度の１／２を受光素
子２５へ、１／２を光分岐器１４へと分岐するので、受
光素子２５に入射される光強度は反射手段４０から出力
された光強度の２／３×１／２＝１／３となり、同様に
光分岐器１３へ向かう光強度も１／３となる。光分岐器
１４の分岐比は１であるので、光分岐器１４に入射した
光はすべて受光素子１５へ入射され、受光素子１５に入
射される光強度は１／３となる。従って、本実施形態に
よれば、損失なく、すべての回路基板１１、２１、３１
に等しい強度の光信号を分配することができる。

【００２３】上述した分岐比の組み合わせは３枚の回路
基板を接続した場合であるが、Ｎ枚の回路基板が接続さ
れた場合も、信号光入力側（始端）の光分岐器から、そ
の分岐光を１／Ｎ、１／（Ｎ−１）、・・・、１／２、
１とすることで、等しい強度の光信号を正確に均等分配
することができる。

【００２４】補足すると、上記構成においては、回路基
板の接続される位置により、厳密には信号光が反射手段
４０へ入射される位置が異なり、従って、光分岐器によ
って分岐された信号光の出力される位置も異なることに
なるが、分岐光の出力位置変動が受光素子の受光面積よ
り小さくなるようにｍの値を設定しておけば、分岐光を
すべて受光素子に入射させることができる。或るいは、
光分岐器と受光素子の間に集光レンズを設けることによ
って、光分岐器からの分岐光の出力位置変動が受光素子
の受光面積より大きい場合でも、すべての光を受光素子
に入射させることができる。 〔第２の実施形態〕図２は本発明の第２の実施形態であ
り、光バス１の信号光伝播方向に対して回路基板から信
号光が垂直に出力される場合の構成例である。なお、前
述した第１実施形態と同一構成部分については同一番号
を付してその説明を省略する。

【００２５】この図に示されるように、光合成器１３、
２３、３３は、入力側の平凸レンズ１６、２６、３６と
出力側の平凸レンズ１８、２８、３８、直角プリズム１
９、２９、３９から構成されており、入力側の平凸レン
ズ１６、２６、３６の像側焦点と出力側の平凸レンズ１
８、２８、３８の物体側焦点および光軸５０が一致する
ように配置されている。また、直角プリズム１９、２
９、３９は、光軸５０外の位置に設けられている。

【００２６】さらに、反射手段４０は分離して配設され
ており、その一方と光分岐器３４との間には２枚の平凸
レンズ６１、６２が配設されている。平凸レンズ６１の
焦点距離は平凸レンズ６２の焦点距離よりも長く、平凸
レンズ６１の像側焦点と平凸レンズ６２の物体側焦点お
よび光軸とが一致するように配置されている。

【００２７】上記構成によれば、発光素子１２、２２、
３２から出力された信号光は、直角プリズム１９、２
９、３９によって光路が９０°変換されて、入力側の平
凸レンズ１６、２６、３６に入射する。直角プリズム１
９、２９、３９の光軸５０からの距離と入力側の平凸レ
ンズ１６、２６、３６の焦点距離と出力側の平凸レンズ
１８、２８、３８の焦点距離の比を適宜選ぶことによ
り、光バス１に結合された信号光は損失なく反射手段４
０へと伝搬される。反射手段４０で光路変換された光信
号は２枚の平凸レンズ６１、６２を通過し、光分岐器３
４、２４、１４へ入射されて分岐される。従って、本実
施形態によっても、前述した第１実施形態と同様に、光
利用効率を高めることができると共に、高速伝送および
光信号の均等分配が可能になる。

【００２８】さらに、本実施形態では、平凸レンズ６１
の焦点距離を平凸レンズ６２の焦点距離より長くし、平
凸レンズ６１の像側焦点と平凸レンズ６２の物体側焦点
および光軸を一致させて配置したので、入力側レンズの
焦点距離をｆ、出力側レンズの焦点距離をｆ’（＜ｆ）
とすると、入力側レンズに対する光信号の入射高Ｙと出
力側レンズから出力される光信号の出射高Ｙ’の間に
は、Ｙ’＝｜ｆ’／ｆ｜×Ｙの関係が成り立つため、
ｆ’＜ｆの場合にはＹ’＜Ｙとなる。従って、本実施形
態によれば、前述したような光バス１に対する回路基板
の接続位置の違いによって生じる光分岐器に対して光信
号が入射する位置の変動を小さくすることができる。

【００２９】なお、本実施形態では、光合成器を２枚の
平凸レンズで構成しているが、入力側レンズの焦点距離
を出力側レンズの焦点距離より長くして、入力側レンズ
の像側焦点と出力側レンズの物体側焦点および光軸を一
致させて配置すればよく、両凸レンズ、球レンズ、円筒
面凸レンズ、円筒面凹レンズ、屈折率分布レンズなどの
レンズも適用可能である。

【００３０】また、本実施形態では、２枚の平凸レンズ
６１、６２を反射手段４０と光分岐器３４の間に設けて
いるが、光合成器３３と光分岐器３４間であればどの位
置に設けてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光バスに
よれば、複数回の電気／光変換および光／電気変換を介
さないため、高速のデータ伝送が可能であり、また、光
利用効率が高く、複数の回路基板に対して均等な光パワ
ーの分配が可能な光バスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態を示す光バスの構成
図である。

【図２】 本発明の第２の実施形態を示す光バスの構成
図である。

【符号の説明】

１ 光バス １１ 回路基板 ２１ 回路基板 ３１ 回路基板 １２ 発光素子 ２２ 発光素子 ３２ 発光素子 １３ 光合成器 ２３ 光合成器 ３３ 光合成器 １４ 光分岐器 ２４ 光分岐器 ３４ 光分岐器 １５ 受光素子 ２５ 受光素子 ３５ 受光素子 １６ 平凸レンズ ２６ 平凸レンズ ３６ 平凸レンズ １７ 平凹レンズ ２７ 平凹レンズ ３７ 平凹レンズ １８ 平凸レンズ ２８ 平凸レンズ ３８ 平凸レンズ １９ 直角プリズム ２９ 直角プリズム ３９ 直角プリズム ４０ 反射手段 ５０ 光軸 ６１ 平凸レンズ ６２ 平凸レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀則 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA12 CA21 CA32 5K002 BA04 BA21 BA31 DA10 FA03 GA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の回路基板から送出される光信号を
   合成する光合成器と、光信号を各回路基板に分岐する光
   分岐器を備えたループ状の光バスであって、前記光合成
   器は光軸および光信号の入力側レンズの像側焦点と出力
   側レンズの物体側焦点が一致するように配置した少なく
   とも２枚のレンズ群からなり、前記回路基板から送出さ
   れる光信号を前記光軸外から入射させたことを特徴とす
   る光バス。
2. 【請求項２】 前記入力側レンズの焦点距離を前記出力
   側レンズの焦点距離より大きくしたことを特徴とする請
   求項１に記載の光バス。
3. 【請求項３】 前記光合成器と前記光分岐器の間に、光
   軸および入力側レンズの像焦点と出力側レンズの物体側
   焦点を一致させて２枚のレンズ群を配置し、前記入力側
   レンズの焦点距離を前記出力側レンズの焦点距離より大
   きくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載
   の光バス。
4. 【請求項４】 前記光分岐器が異なる分岐比を有し、始
   端から前記光分岐器の分岐比が順に大きくなることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光バ
   ス。
5. 【請求項５】 前記分岐比がバスに接続される回路基板
   数Ｎに対して、前記光分岐器の始端から１／Ｎ、１／
   （Ｎ−１）、・・・、１／２、１としたことを特徴とす
   る請求項４に記載の光バス。