JP2000258667A

JP2000258667A - 光データバス及び信号処理装置

Info

Publication number: JP2000258667A
Application number: JP5997099A
Authority: JP
Inventors: Junji Okada; 純二岡田; Shinya Kyozuka; 信也経塚; Hidenori Yamada; 秀則山田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-08
Filing date: 1999-03-08
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP3896720B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で、埃等に対する耐環境性を有し、光利用
効率の大きい光データバスを提供する。【解決手段】光データバスは、入力信号線１０と出力信
号線２０とで構成されている。入力信号線は、上面に対
して２２．５°傾斜したミラー面１４が形成された複数
の伝送路１２と、伝送路１２の各々に対して共通となる
伝送路１３とを備えた透光性媒体で構成されている。伝
送路１２の各々は、境界面から相互に信号光が入出力し
ないように分離されて形成されている。出力信号線２０
は、上面に所定間隔隔てて複数の出射部２１を設けた透
光性媒体で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光データバス及び
信号処理装置に係り、特に、信号光の入出力及び伝送を
行う光データバス、及びこの光データバスを用いてデー
タの送受を含む信号処理を行う信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】超大規
模集積回路（ＶＬＳＩ）の開発により、データ処理シス
テムで使用する回路基板（ドータボード）の回路機能が
大幅に増大してきている。回路機能が増大するにつれ
て、各回路基板に対する信号接続数が増大するため、各
回路基板間をバス構造で接続するデータバスボード（マ
ザーボード）には、多数の接続コネクタと接続線とを必
要とする並列アーキテクチャが採用されている。並列ア
ーキテクチャにおける並列バスの動作速度は、接続線の
多層化と微細化によって並列化を進めることにより向上
が図られてきたが、接続配線間容量や接続配線抵抗に起
因する信号遅延により、システムの処理速度が並列バス
の動作速度によって制限されることがある。

【０００３】また、並列バスの接続配線の高密度化によ
る電磁ノイズ（ＥＭＩ：Electromagnetic Interferenc
e）の問題もシステムの処理速度向上に対しては大きな
制約となる。

【０００４】上記のような問題点を解消し、並列バスの
動作速度の向上を図るために、光インターコネクション
と呼ばれるシステム内光接続技術を用いることが検討さ
れている。この光インターコネクション技術に関する概
要は、内田,回路実装学術講演大会 15C01 ｐ.201〜20
2や、H.Tomuro et al．IEEE Tokyo Section Denshi
Tokyo No.33 ｐ．81〜86(1994)に記載されているよ
うに、システムの構成内容により様々な形態が提案され
ている。

【０００５】特開平２−４１０４２号公報には、光イン
ターコネクション技術として発光／受光デバイスを用い
た光データ伝送方式が提案されている。この光データ伝
送方式では、各回路基板の表裏両面に発光／受光デバイ
スを配置し、システムフレームに組み込まれた隣接する
回路基板上の発光／受光デバイス間を空間的に光で結合
した、各回路基板相互間のループ伝送用の直列データバ
スが提案されている。

【０００６】この方式では、複数の回路基板を順次直列
に配置し、所定の1枚の回路基板から伝送された信号光
を隣接する回路基板で光／電気変換した後再度電気／光
変換し、隣接する次の回路基板に信号光を伝送するとい
うように、直列配置された各回路基板で光／電気変換及
び電気／光変換を繰り返しながら、システムフレームに
組み込まれた全ての回路基板に信号光を伝送するもので
ある。

【０００７】このため、信号伝送速度は、各回路基板上
に配置された受光／発光デバイスの光／電気変換速度、
及び電気／光変換速度に依存すると同時にその制約を受
ける。また、各回路基板相互間のデータ伝送には、各回
路基板上に配置された受光／発光デバイスによる自由空
間を介在させた光結合を用いているため、隣接する光デ
ータ伝送路間の干渉（クロストーク）が発生し、データ
の伝送不良が生じる可能性がある。また、システムフレ
ーム間の環境、例えば、埃等により信号光が散乱するこ
とにより、データの伝送不良が生じる可能性がある。

【０００８】また、特開昭６１−１９６２１０号公報に
は、プレート表面に配置された回折格子及び反射素子に
より構成された光路を介して回路基板間を光学的に結合
する方式が提案されている。この方式では、1点から発
せられた光を固定された１点にしか接続できないので、
電気バスのように全ての回路ボード間を網羅的に接続す
ることはできない。

【０００９】特開平１−２２２５３３号公報には、光フ
ァイバケーブルを伝送路として使用する光ファイバネッ
トワークシステムにおいて、入力信号線と出力信号線と
の伝送を担う基幹伝送用の２本の光ファイバケーブルと
各々の入力信号線または出力信号線を基幹信号線に接続
する２分岐結合器により構成されるバス方式が開示され
ている。このバス方式は、入力信号線への結合及び出力
信号線からの分岐に関して２分岐結合器を用い、損失し
た光信号を光再生器により再生しながら伝送を繰り返し
行うものである。従って、光利用効率は考慮されておら
ず、微弱な信号光を再生し、伝送を繰り返すため、消費
電力が増大する、という問題が生じる。

【００１０】特開昭５８−４２３３３号公報には、ハー
フミラーを複数枚使用した回路基板相互間のデータ伝送
を行う装置内光伝送方式が開示されている。しかしなが
ら、ハーフミラーを複数枚用いているため、装置が大型
化すると共に、各ミラー毎に発光／受光デバイスとの光
学的位置合わせが必要となる。また、ハーフミラーを通
過して伝送された信号光は、入射光の光強度に対して略
半分の光強度になるため、複数回分岐及び伝送を繰り返
すと、光強度が低下し受光デバイスで充分な光強度が得
られなくなり、信号光の伝送ができなくなる、という問
題がある。

【００１１】特開平４−１３４４１５号公報には、複数
個のレンズを２次元に配置したレンズアレイの側面より
信号光を入射し、各々のレンズより出射する方式が提案
されている。この方式では、光の入射位置に近いレンズ
程出射光量が大きくなるため、入射位置と出射位置との
位置関係により出射信号の強度のばらつきが発生する。
また、側面から入射した光が対向する側面を透過する割
合も高いため、入射光量の利用効率も低い。

【００１２】また、入力信号を複数に分岐、出力する光
バス方式が、特開昭６３−１２２３号公報に開示されて
いる。この光バス方式では、分岐比の異なる複数の光カ
プラを直列に接続し、伝送路の始点から分岐比が順に大
きくなるように配置することで、略均等な光信号を伝送
することができる。また、このような方式に適用可能な
分岐素子の形成方法が、IEEE Photonics Technology
Letters，vol．８，No.12，December(1996)に記載され
ている。ここに記載されている分岐素子は、光ファイバ
に形成されたＶ溝により光の分岐を行うものである。し
かしながら、このような方式は、特開平１−２２２５３
３号公報に記載されているバス方式の出力部には適用可
能であるが、入力信号線においてＶ溝等を形成し信号の
入力を行うと、入力信号光が伝送される途中に存在する
別の入射部から出力してしまい、入力信号光を殆ど伝送
できない、という問題が生じる。

【００１３】すなわち、図１（Ａ）は、上記方式の入力
信号線１００上にプリズム１１１を設けて入射部１１０
を構成した態様を示しており、入力信号光はプリズム１
１１を介して入力信号線１００に入射される。しかしな
がら、入力信号線１００に入射した信号光は内部反射を
繰り返しながら伝送されるため、、図１（Ｂ）に示すよ
うに、他の入射部１１０より出射してしまう。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解消するため
に成されたもので、入力信号線と出力信号線とで構成さ
れるバス方式において、小型で、埃等に対する耐環境性
を有し、光利用効率の大きい光データバス及びこの光デ
ータバスを用いてデータの送受を含む信号処理を行う信
号処理装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明の光データバスは、内部反射の繰り
返しによって信号光を伝送する透光性媒体で形成される
と共に、信号光が入射される入射部を各々備えかつ相互
に分離された複数の第１の伝送路、及び前記第１の伝送
路の各々を伝送された光を伝送する共通の第２の伝送路
を備えた入力信号線と、内部反射の繰り返しによって信
号光を伝送する透光性媒体で形成されると共に、前記入
力信号線から入射された信号光の一部を外部に出射する
複数の出射部を備えた出力信号線と、を含んで構成した
ものである。

【００１６】本発明によれば、入射部から入射された信
号光は、透光性媒体で形成された第１の伝送路及び第２
の伝送路の内部で反射を繰り返されながら入力信号線中
を伝送される。そして、入力信号線から入射された信号
光は、出力信号線中を伝送され、信号光の一部は、出力
信号線に設けられた出射部の各々から出射される。

【００１７】本発明では、信号光が入射される入射部を
備えた第１の伝送路は、相互に分離されているため、信
号光が他の入射部から出射されること、すなわち入力さ
れた信号光が入射部で干渉することを防止することがで
きるので、信号光の利用効率を向上することができる。

【００１８】本発明光データバスは、入力信号線及び出
力信号線を、各々別体に形成し、入力信号線に伝送され
た信号光を出力信号線方向に折り返す折り返し部を設け
ることで構成することができ、また入力信号線及び出力
信号線を、内部反射の繰り返しによって信号光を伝送す
る透光性媒体で接続することで構成することができる。

【００１９】また、上記のように構成した光データバス
を用い、この光データバスを、電気信号を生成する電子
回路及び該電気信号を信号光に変換して出射する信号光
出射体を備えた投光手段と、信号光が入射されると共に
入射された信号光を電気信号に変換する信号光入射体と
変換された電気信号を処理する電子回路を備えた受光手
段との少なくとも一方が搭載された複数の回路基板の前
記投光手段及び前記受光手段の少なくとも一方と光結合
することにより、本発明の信号処理装置を構成すること
ができる。

【００２０】この信号処理装置では、光データバスを複
数個積層して信号光を伝送することができる。光データ
バスを複数個積層することにより、複数ビットからなる
並列信号光の送受信や、各々の入力信号線及び出力信号
線からなる光データバスで独立した同時送受信が可能と
なる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本実施の
形態の光データバスによって相互に光学的に結合された
複数の回路基板を有する信号処理回路の実施の形態を詳
細に説明する。図２に示すように、本実施の形態は、入
力信号線１０からなる光接続装置及び出力信号線２０か
らなる光接続装置で構成された光データバス３０を備え
ている。この光データバス３０は、基体としての支持基
板４０上に複数列並列させて固定されている。また、支
持基板４０上には複数の基板用コネクタ５０が所定間隔
隔てて固定されている。

【００２２】また、支持基板４０上には、電源ラインや
電気信号伝送用の電気配線４１が設けられており、電気
配線４１は各基板用コネクタ５０に接続されている。ま
た、光データバス３０の入射部及び出射部の直上に対応
する位置に信号光が入射される信号光入射体及び信号光
を出射する信号光出射体としての投受光素子６２が複数
個固定されると共に、複数の電子回路６１を備えた回路
基板６０が基板用コネクタ５０に装着されている。この
電子回路６１は、送信用の電気信号を出力すると共に、
光データバスを介して伝送されて変換された電気信号を
処理するものである。

【００２３】そして、回路基板６０の各々を基板用コネ
クタ５０に装着すると、各投受光素子６２は光データバ
スと光学的に結合され、基板用コネクタ５０は、回路基
板６０に設けられた電子回路６１と電気的に接続され
る。

【００２４】電子回路６１から出力された電気信号は、
投受光素子で信号光に変換されて出射される。出射され
た信号光は、光データバス３０の入力信号線１０に入射
され、入力信号線１０及び出力信号線２０を介して出射
され、他の投受光素子で受光される。投受光素子で受光
された信号光は電気信号に変換されて電子回路に入力さ
れ、電子回路で予め定められた処理が行われる。

【００２５】光データバス３０を構成する入力信号線１
０は、図３(Ａ)に示すように、各々上面に対して所定角
度(本実施の形態では、２２．５°）傾斜し、Ａｌ等を
蒸着することによってたミラー面１４が形成された長さ
が異なる複数の略四角柱状の伝送路（第１の伝送路）１
２と、伝送路１２の各々に対して共通となる略板状の伝
送路（第２の伝送路）１３とを備えた透光性媒体で構成
されている。伝送路１２の各々は、境界面から相互に信
号光が入出力しないように分離されて形成されている。
伝送路１２の各々を分離するには、図４に示すように、
入力信号線の伝送路１２を積層して構成し、積層した伝
送路１２の境界面にクラッド層を形成すればよい。ま
た、図５に示すように、入力信号線の伝送路１２を所定
間隔隔てて形成するようにしてもよい。

【００２６】上記のように入力信号線が透光性媒体で構
成され、傾斜したミラー面が形成されているため、各伝
送路１２の上面のミラー面側の部位には、信号光が入射
される入射部１１が形成される。

【００２７】出力信号線２０は、上面に所定間隔隔てて
複数の出射部２１を設けた略板状のの透光性媒体で構成
されている。この出射部２１は、Ｖ溝によって構成さ
れ、Ｖ溝の深さを光伝送方向上流側から下流側に向かっ
て徐々に深くすることにより、出射開口の面積が大きく
なるように構成されている。出力信号線中を伝搬する光
は、各出射部から分岐されることにより徐々に光量が低
下するが、上記のように出射開口の面積を徐々に大きく
することにより、各出射部から出射され光の光量を略一
定にすることができる。

【００２８】入力信号線及び出力信号線を構成する透光
性媒体の材質としては、ポリメチルメタクリレート、ポ
リカーボネート、及びアモルファスポリオレフィンのよ
うなプラスチック材料、または無機ガラス等を用いるこ
とができる。入力信号線の分離された伝送路の境界面
は、研削によって形成することができる。なお、透光性
媒体をプラスチック材料で構成する場合には、射出成型
等の方法でも分離された伝送路を作製することが可能で
ある。また、分離された伝送路を別々に作製し、共通の
伝送路に接続することで入力信号線を構成してもよい。

【００２９】さらに、紫外線照射により屈折率が調整で
きる有機材料を用いて、入力信号線の分離された伝送路
を形成してもよい。例えば、４−Ｎ，Ｎ−ジメチルアミ
ノフェニール−Ｎ−フェニルナイトロンをポリメチルメ
タクリレートにドープした材料に紫外線(波長、３６５
ｎｍ）を照射することで、屈折率の調整が可能となる。
このような材料の場合、伝送路の境界部に紫外線を照射
することで境界面の屈折率を伝送路に比較して小さくす
ることにより伝送路を分離することができる。

【００３０】また、入力信号線の伝送路１３の伝送路１
２と反対の端部は側面に対して４５°の角度を成す傾斜
面が形成され、また、出力信号線の端部にも入力信号線
の傾斜面と対向するように側面に対して４５°の角度を
成す傾斜面が形成されている。これらの傾斜面に、Ａｌ
等を蒸着することによってミラー面１５が形成されてい
る。入力信号線に形成されたミラー面は、伝送された信
号光を出力信号線方向に折り返す折り返し部として機能
する。そして、入力信号線１０及び出力信号線２０は、
図２に示すように、これらのミラー面１５が対向するよ
うに並列配置され、ミラー面での反射により入力信号線
と出力信号線とは光結合される。

【００３１】図３(Ｂ)に示すように、投受光素子から出
射され、入力信号線１０の入射部１１から垂直に入射し
た信号光は、ミラー面１４で伝送部１２の上面方向に反
射され、伝送路１２、１３の上面及び底面で全反射を繰
り返しながら入力信号線１０の内部を伝搬し、ミラー面
１５で水平方向に反射されて出力信号線２０に入力され
る。そして、出力信号線のミラー面１５で出力信号線の
底面方向に反射され、出力信号線２０の上面及び底面で
全反射を繰り返しながら出力信号線２０中を伝搬し、一
部の信号光が出射部の各々から出射されて、投受光素子
に入射される。

【００３２】本実施の形態では、伝送路１２が分離して
設けられているため、入射部から入射された信号光が他
の入射部から出射されることはない。

【００３３】図６及び図７に入力信号線及び出力信号線
の変形例を示し、図８及び図９に入力信号線の変形例を
示す。図６の変形例は、図５で説明したように入射部を
備えた伝送路を間隔を隔てて形成することにより分離
し、入力信号線の入射部１１及びミラー面以外の部分、
出力信号線の出射部２１及びミラー面以外の部分に、入
力信号線及び出力信号線を構成する透光性媒体の屈折率
より小さい屈折率のクラッド層１６を被覆したものであ
る。また、図７の変形例は、クラッド層１６の外側に光
遮光層１７を更に被覆したものである。

【００３４】図８の変形例は、図４の入力信号線のミラ
ー面を省略し、直角プリズム１１１によって入射部１１
を構成し、図９の変形例は、図５の入力信号線のミラー
面を省略し、直角プリズム１１１によって入射部１１を
構成したものである。図８及び図９の変形例では、直角
プリズムの斜面から信号光が入射されて、入力信号線中
を伝搬する。

【００３５】なお、入力信号線の入射部は、直角プリズ
ムの他に、屈折や回折を利用して入射する光学素子を用
いて形成してもよい。

【００３６】図１０に、一対の入力信号線と出力信号線
とを多層化した光データバスの実施の形態を示す。多層
化した光データバスの１層分は、図３（Ａ）に示した入
力信号線及び出力信号線と同一の構成であり、各々の入
力信号線１０には別々の入射部１１が設けられている。
また、入力信号線の各々は、分離された伝送路１２と共
通の伝送路１３とで構成されている。分離された伝送路
１２の端部は、上面に対して、例えば、２２．５°の角
度を成すＡｌ等のミラー面が形成されている。複数の入
力信号線の伝送路１２の長さは同一で、伝送路１３の長
さが各々異なっており、入射部１１を直線状に配列させ
ることにより伝送路１３の端部に設けられたミラー面が
重ならないように配置されている。

【００３７】出力信号線２０の各々は、伝送路の途中の
対応する位置に、Ｖ溝等により構成された複数の出射部
２１を有しており、伝搬された信号光を出射部より出射
させる。また、複数の出力信号線の長さは各々異なって
おり、出射部２１を直線状に配列させることにより端部
に設けられたミラー面１５が重ならないように配置され
ている。入力信号線と出力信号線とに設けられたミラー
面での反射により入力信号線の各々と出力信号線の各々
とが光結合される。

【００３８】なお、入力信号線と出力信号線とで構成さ
れた各々の伝送路の間には、図示しないクラッド層、ま
たはクラッド層と光遮光層とを積層した層が形成されて
いる。

【００３９】このように、入力信号線と出力信号線とを
多層化して光データバスを構成することにより、複数ビ
ットからなる並列信号光の同時送受信や、入力信号線及
び出力信号線からなる各々の光データバスで独立した同
時送受信が可能となる。

【００４０】図１１に上記のように入力信号線と出力信
号線とを多層化して構成した光データバスを利用した信
号処理回路の実施の形態を示す。光データバスが、図１
０に示した多層化光データバス３３で構成されている以
外は図２と同一である。

【００４１】図１２は、入力信号線１０と出力信号線２
０とを透過性媒体からなる共通の伝送路１８で接続した
光データバスの実施の形態を示すものである。この実施
の形態は、図３（Ａ）の入力信号線１０と出力信号線２
０とを、入力信号線及び出力信号線を構成する透光性媒
体と同一の透光性媒体からなる伝送路１８で接続したも
のである。

【００４２】図３（Ａ）では、入力信号線１０と出力信
号線２０とがミラー面によって空間を介して光結合され
ているため、空間内の埃等の影響を受け易いが、本実施
の形態では入力信号線と出力信号とが共通の伝送路で接
続されているので、埃等の影響を受けることがない。

【００４３】図１３は、図１２に示す共通の伝送路で接
続された入力信号線と出力信号線とからなる光データバ
スを多層化して多層化光データバスを構成したものであ
る。１層分は、図１２に示した光データバスと同一の構
成であり、各々の光データバスの間には図示しないクラ
ッド層、またはクラッド層と光遮光層とを積層した層が
形成されている。この実施の形態においても、複数ビッ
トからなる並列信号光の同時送受信や、各々の入力信号
線及び出力信号線からなる光データバスで独立した同時
送受信が可能となる。

【００４４】また、図１２及び図１３に示した光データ
バスを用いて図２及び図１１に示した信号処理装置を構
成することが可能になる。

【００４５】なお、上記の信号処理装置では各回路基板
間で信号光の送受を行う例について説明したが、回路基
板の少なくとも１つに、電気信号を生成する電子回路及
び電気信号を信号光に変換して出射する投光素子のみを
設けるようにしてもよく、また回路基板に入射された信
号光を電気信号に変換する受光素子及び変換された電気
信号を処理する電子回路のみを設けるようにしてもよ
い。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光データ
バスによれば、入力信号線の入射部での干渉を防止する
ことができるので、信号光の利用効率を格段に向上させ
ることが可能になる、という効果が得られる。

【００４７】また、本発明の信号処理装置によれば、任
意の回路基板間での並列の信号伝送を行うことができ、
埃等の環境変化に対する耐性を高くすることができる、
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は従来の入力信号線を示す側面図、
（Ｂ）は入力信号線の入射部での干渉を説明する図であ
る。

【図２】本発明の信号処理装置の実施の形態の斜視図で
ある。

【図３】（Ａ）は本発明の実施の形態の入力信号線及び
出力信号線からなる光データバスの斜視図、（Ｂ）は
（Ａ）の光データバスを伝搬する光の光路を示す図であ
る。

【図４】入力信号線の具体例を示す斜視図である。

【図５】入力信号線の他の具体例を示す斜視図である。

【図６】入力信号線及び出力信号線からなる光データバ
スの変形例を示す斜視図である。

【図７】入力信号線及び出力信号線からなる光データバ
スの他の変形例を示す斜視図である。

【図８】入力信号線の変形例を示す斜視図である。

【図９】入力信号線の他の変形例を示す斜視図である。

【図１０】入力信号線及び出力信号線からなる光データ
バスを積層した光データバスの実施の形態を示す斜視図
である。

【図１１】本発明の信号処理装置の他の実施の形態を示
す斜視図である。

【図１２】入力信号線と出力信号線とを共通の伝送路で
接続した光データバスの側面図である。

【図１３】図１２の光データバスを積層した積層化光デ
ータバスの実施の形態を示す側面図である。

【符号の説明】

１０入力信号線２０出力信号線３０光データバス

───────────────────────────────────────────────────── 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 BA02 BA11 CA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部反射の繰り返しによって信号光を伝送
する透光性媒体で形成されると共に、信号光が入射され
る入射部を各々備えかつ相互に分離された複数の第１の
伝送路、及び前記第１の伝送路の各々を伝送された光を
伝送する共通の第２の伝送路を備えた入力信号線と、内部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒
体で形成されると共に、前記入力信号線から入射された
信号光の一部を外部に出射する複数の出射部を備えた出
力信号線と、を含む光データバス。
【請求項２】前記入力信号線及び前記出力信号線は各々
別体に形成され、前記入力信号線には伝送された信号光
を前記出力信号線方向に折り返す折り返し部が設けられ
ている請求項１の光データバス。
【請求項３】前記入力信号線及び前記出力信号線は、内
部反射の繰り返しによって信号光を伝送する透光性媒体
で接続されている請求項１の光データバス。
【請求項４】電気信号を生成する電子回路及び該電気信
号を信号光に変換して出射する信号光出射体を備えた投
光手段と、信号光が入射されると共に入射された信号光
を電気信号に変換する信号光入射体及び変換された電気
信号を処理する電子回路を備えた受光手段との少なくと
も一方が搭載された複数の回路基板と、前記投光手段及び前記受光手段の少なくとも一方と光結
合された請求項１〜３のいずれか１項の光データバス
と、を含む信号処理装置。
【請求項５】前記光データバスを複数個積層した請求項
４の信号処理装置。