JPH06177363A - 空間光接続装置 - Google Patents
空間光接続装置Info
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- JPH06177363A JPH06177363A JP4322948A JP32294892A JPH06177363A JP H06177363 A JPH06177363 A JP H06177363A JP 4322948 A JP4322948 A JP 4322948A JP 32294892 A JP32294892 A JP 32294892A JP H06177363 A JPH06177363 A JP H06177363A
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- light emitting
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 発光・受光素子数が最少で、光学アライメン
トのマージンが大きく、かつ接続の自由度が大きい空間
光接続装置を提供する。 【構成】 Ｎ×Ｎ個の信号処理基板１０１に対向して反
射鏡１０２が設置されている。信号処理基板１０１には
Ｎ個の発光素子１０３と１個の受光素子１０４が含まれ
る。発光素子１０３からは固定の出射角度で光ビーム１
０５が出射され、他の信号処理基板１０１上の受光素子
１０４に入射する。ｉ番目の時間範囲ではｉ行目の信号
処理基板に含まれる発光素子のみが発光し、ｊ列目の信
号処理基板のｋ個目の発光素子からはｊ行ｋ列の信号処
理基板へ向けて光ビームが出射される。ｉ＝１からＮま
でＮ回の時間範囲を繰り返せば、座標（ｉ，ｊ）→
（ｊ，ｋ）という信号処理基板間の信号伝送が完了す
る。
トのマージンが大きく、かつ接続の自由度が大きい空間
光接続装置を提供する。 【構成】 Ｎ×Ｎ個の信号処理基板１０１に対向して反
射鏡１０２が設置されている。信号処理基板１０１には
Ｎ個の発光素子１０３と１個の受光素子１０４が含まれ
る。発光素子１０３からは固定の出射角度で光ビーム１
０５が出射され、他の信号処理基板１０１上の受光素子
１０４に入射する。ｉ番目の時間範囲ではｉ行目の信号
処理基板に含まれる発光素子のみが発光し、ｊ列目の信
号処理基板のｋ個目の発光素子からはｊ行ｋ列の信号処
理基板へ向けて光ビームが出射される。ｉ＝１からＮま
でＮ回の時間範囲を繰り返せば、座標（ｉ，ｊ）→
（ｊ，ｋ）という信号処理基板間の信号伝送が完了す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のＩＣチップ間の
信号伝送を光ビームによって行う空間光接続装置に関す
るものである。
信号伝送を光ビームによって行う空間光接続装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉをベースとする超ＬＳＩ技術によっ
て、ＬＳＩチップの信号処理能力は大幅に向上してい
る。このようなＬＳＩチップでは、高速動作のために並
列処理を行うことが多い。しかし、チップ間の信号伝送
はチップ内に比べて速度が遅く、並列度を大きくするの
も困難である。このため、多数のＬＳＩチップを連携し
て動作させようとすると、チップ間の信号伝送によって
全体の動作速度が制限されることになる。この問題を解
決する手段の一つに光接続（optical interconnectio
n）がある。光信号によってチップ間の信号伝送を行え
ば、光の広帯域性によって高速の信号伝送が可能とな
る。さらに空間光ビームを用いた場合には、光の並列性
によって大幅な並列度の向上も実現できる。
て、ＬＳＩチップの信号処理能力は大幅に向上してい
る。このようなＬＳＩチップでは、高速動作のために並
列処理を行うことが多い。しかし、チップ間の信号伝送
はチップ内に比べて速度が遅く、並列度を大きくするの
も困難である。このため、多数のＬＳＩチップを連携し
て動作させようとすると、チップ間の信号伝送によって
全体の動作速度が制限されることになる。この問題を解
決する手段の一つに光接続（optical interconnectio
n）がある。光信号によってチップ間の信号伝送を行え
ば、光の広帯域性によって高速の信号伝送が可能とな
る。さらに空間光ビームを用いた場合には、光の並列性
によって大幅な並列度の向上も実現できる。
【０００３】このような空間光ビームによる光接続装置
は、例えば特開平４−４０１９５号公報に記載されてい
る。これを図４に示す。発光ユニット４０１と受光素子
４０２を含むプロセッサユニット４０３が２次元アレイ
状に配置されており、これに対向して反射鏡４０４が設
けられている。発光ユニット４０１は、基本的には発光
素子の２次元アレイとホログラム素子のスタック構造と
なっており、発光素子から出射される信号光はホログラ
ム素子によって回折され、発光ユニット４０１から出射
される。ホログラム素子は発光素子の位置によって外部
へ出射される光ビームの出射角度が異なるように信号光
を回折させる。この出射角度が変化した光ビームは、反
射鏡４０４によって反射され他のプロセッサユニット上
の受光素子４０２に入射される。従って、信号光を出射
する発光素子を２次元アレイ中から選択することで、信
号を送信する相手先のプロセッサユニットを選択するこ
とができる。
は、例えば特開平４−４０１９５号公報に記載されてい
る。これを図４に示す。発光ユニット４０１と受光素子
４０２を含むプロセッサユニット４０３が２次元アレイ
状に配置されており、これに対向して反射鏡４０４が設
けられている。発光ユニット４０１は、基本的には発光
素子の２次元アレイとホログラム素子のスタック構造と
なっており、発光素子から出射される信号光はホログラ
ム素子によって回折され、発光ユニット４０１から出射
される。ホログラム素子は発光素子の位置によって外部
へ出射される光ビームの出射角度が異なるように信号光
を回折させる。この出射角度が変化した光ビームは、反
射鏡４０４によって反射され他のプロセッサユニット上
の受光素子４０２に入射される。従って、信号光を出射
する発光素子を２次元アレイ中から選択することで、信
号を送信する相手先のプロセッサユニットを選択するこ
とができる。
【０００４】次に信号光を出射する発光素子のアドレス
を選択する方法について述べる。本光接続装置の発光素
子は光双安定スイッチの中に含まれており、光双安定ス
イッチがオフ状態では変調電気信号が入力されても信号
光は出力されない。また、光双安定スイッチのオン・オ
フは外部からの入力光によって制御されるが、このオン
・オフ制御用の光源アレイも発光ユニット４０１中にス
タック化されている。これによってオン状態とする光双
安定スイッチを選択すれば、信号光を出射する発光素子
のアドレスを選択できる。ここで複数の光双安定スイッ
チをオン状態とすれば、複数のプロセッサユニットに信
号を送信することができる。すなわち、１対多の可変接
続が実現されることになる。ただし、本光接続装置では
同一の発光ユニットに含まれる光双安定スイッチにはす
べて同一の変調電気信号が入力され、オン状態にある光
双安定スイッチからは同じ内容の信号光が出力される。
を選択する方法について述べる。本光接続装置の発光素
子は光双安定スイッチの中に含まれており、光双安定ス
イッチがオフ状態では変調電気信号が入力されても信号
光は出力されない。また、光双安定スイッチのオン・オ
フは外部からの入力光によって制御されるが、このオン
・オフ制御用の光源アレイも発光ユニット４０１中にス
タック化されている。これによってオン状態とする光双
安定スイッチを選択すれば、信号光を出射する発光素子
のアドレスを選択できる。ここで複数の光双安定スイッ
チをオン状態とすれば、複数のプロセッサユニットに信
号を送信することができる。すなわち、１対多の可変接
続が実現されることになる。ただし、本光接続装置では
同一の発光ユニットに含まれる光双安定スイッチにはす
べて同一の変調電気信号が入力され、オン状態にある光
双安定スイッチからは同じ内容の信号光が出力される。
【０００５】上記光接続装置では、発光素子アレイとホ
ログラム素子が別々の基板上に形成されており、発光ユ
ニットを組立てる際には両者の光学アライメントが必要
となる。このアライメントを不要にする技術として、発
光素子である面発光レーザが表面に形成された半導体基
板の裏面にホログラム素子を形成するというものがあ
る。これは例えば、第４回オプトエレクトロニクスコン
ファレンス技術ダイジェスト（電子情報通信学会、１９
９２年）論文番号１６Ｃ３−１（笠原健一："Two-dimen
sional vertical to surface transmission electro-ph
otonic device array"）に示されている。この例では、
面発光レーザから半導体基板側へ出射された出力光をホ
ログラムレンズによって回折し、半導体基板から５０μ
ｍ離れた点で直径１０μｍ以下に集光される光ビームを
得ている。また、面発光レーザからの出力光の光軸とホ
ログラムレンズの光軸をずらすことで、光ビームの出射
角度を変化させることもできる。
ログラム素子が別々の基板上に形成されており、発光ユ
ニットを組立てる際には両者の光学アライメントが必要
となる。このアライメントを不要にする技術として、発
光素子である面発光レーザが表面に形成された半導体基
板の裏面にホログラム素子を形成するというものがあ
る。これは例えば、第４回オプトエレクトロニクスコン
ファレンス技術ダイジェスト（電子情報通信学会、１９
９２年）論文番号１６Ｃ３−１（笠原健一："Two-dimen
sional vertical to surface transmission electro-ph
otonic device array"）に示されている。この例では、
面発光レーザから半導体基板側へ出射された出力光をホ
ログラムレンズによって回折し、半導体基板から５０μ
ｍ離れた点で直径１０μｍ以下に集光される光ビームを
得ている。また、面発光レーザからの出力光の光軸とホ
ログラムレンズの光軸をずらすことで、光ビームの出射
角度を変化させることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の光接続装置で
は、プロセッサユニット間の１対多の可変接続が実現さ
れているものの、１つのプロセッサユニットから同時に
異なる信号を出力することはできない。また、各プロセ
ッサユニットに設けられた受光素子は１個だけであるた
めに、同時に２つ以上の光ビームが異なるプロセッサユ
ニットから入射した場合には、信号を受信することは不
可能である。これらの問題は、以下の２つの制限によっ
て生じている。１番目は、プロセッサユニットがＮ2 個
あるとした場合、１つのプロセッサユニットはＮ2 個の
発光素子を含むことになるが、Ｎが大きくなるとＮ2 個
の発光素子を独立に変調することは不可能であるという
問題である。例えばＮ＝１６の場合、２次元アレイ状に
配列された２５６個の面発光レーザから個別配線を引出
し、駆動回路に接続することは非常に困難である。２番
目は、受光素子をＮ2 個設けて、異なるプロセッサユニ
ットから送信されてくる光ビームを個別に受光しようと
すると、非常に厳密な光学アライメントが要求されると
いう問題である。光ビームを特定のプロセッサユニット
上に入射させることはさほど困難ではないが、プロセッ
サユニットに含まれる受光素子アレイ中の１個の受光素
子に選択的に入射させることは、現実問題としては不可
能である。
は、プロセッサユニット間の１対多の可変接続が実現さ
れているものの、１つのプロセッサユニットから同時に
異なる信号を出力することはできない。また、各プロセ
ッサユニットに設けられた受光素子は１個だけであるた
めに、同時に２つ以上の光ビームが異なるプロセッサユ
ニットから入射した場合には、信号を受信することは不
可能である。これらの問題は、以下の２つの制限によっ
て生じている。１番目は、プロセッサユニットがＮ2 個
あるとした場合、１つのプロセッサユニットはＮ2 個の
発光素子を含むことになるが、Ｎが大きくなるとＮ2 個
の発光素子を独立に変調することは不可能であるという
問題である。例えばＮ＝１６の場合、２次元アレイ状に
配列された２５６個の面発光レーザから個別配線を引出
し、駆動回路に接続することは非常に困難である。２番
目は、受光素子をＮ2 個設けて、異なるプロセッサユニ
ットから送信されてくる光ビームを個別に受光しようと
すると、非常に厳密な光学アライメントが要求されると
いう問題である。光ビームを特定のプロセッサユニット
上に入射させることはさほど困難ではないが、プロセッ
サユニットに含まれる受光素子アレイ中の１個の受光素
子に選択的に入射させることは、現実問題としては不可
能である。
【０００７】以上の事柄を再度整理すると、以下のよう
になる。プロセッサユニットがＮ2個あるとした場合、
最も自由度の大きい接続は１対１にＮ4 本の光ビームに
よる配線を施すことである。すなわち、各プロセッサユ
ニットに独立に変調可能なＮ 2 個の面発光レーザを設
け、それぞれから出射される光ビームがそれぞれ異なる
プロセッサユニットに入射するようにする。また、受光
素子もＮ2 個設けて、異なるプロセッサユニットから送
信されてくる光ビームを個別に受光する。しかし、Ｎが
大きい場合にはＮ2 個の面発光レーザを独立に駆動する
ことは不可能であり、Ｎ2 個の受光素子で異なるプロセ
ッサユニットから送信されてくる光ビームを個別に受光
することも不可能である。上記従来の光接続装置では、
これらの点を踏まえて同一の発光ユニットに含まれる光
双安定スイッチにはすべて同一の変調電気信号が入力さ
れ、また各プロセッサユニットには受光素子を１個だけ
設けるとした。しかし、このために１つのプロセッサユ
ニットから同時に異なる信号を出力することはできず、
また１つのプロセッサユニットに同時に２つ以上の光ビ
ームが入射した場合は信号を受信できないという問題を
生じたのである。
になる。プロセッサユニットがＮ2個あるとした場合、
最も自由度の大きい接続は１対１にＮ4 本の光ビームに
よる配線を施すことである。すなわち、各プロセッサユ
ニットに独立に変調可能なＮ 2 個の面発光レーザを設
け、それぞれから出射される光ビームがそれぞれ異なる
プロセッサユニットに入射するようにする。また、受光
素子もＮ2 個設けて、異なるプロセッサユニットから送
信されてくる光ビームを個別に受光する。しかし、Ｎが
大きい場合にはＮ2 個の面発光レーザを独立に駆動する
ことは不可能であり、Ｎ2 個の受光素子で異なるプロセ
ッサユニットから送信されてくる光ビームを個別に受光
することも不可能である。上記従来の光接続装置では、
これらの点を踏まえて同一の発光ユニットに含まれる光
双安定スイッチにはすべて同一の変調電気信号が入力さ
れ、また各プロセッサユニットには受光素子を１個だけ
設けるとした。しかし、このために１つのプロセッサユ
ニットから同時に異なる信号を出力することはできず、
また１つのプロセッサユニットに同時に２つ以上の光ビ
ームが入射した場合は信号を受信できないという問題を
生じたのである。
【０００８】また、従来の技術の最後に述べた面発光レ
ーザが形成された半導体基板の裏面にホログラムレンズ
を形成するという技術に関しては以下の問題がある。本
技術は発光素子とホログラム素子の光学アライメントを
不要にするが、ここから出射された光ビームを受光する
受光素子との間ではやはり光学アライメントが必要とな
る。光ビームの集光位置に受光素子を置く場合、μｍオ
ーダーのアライメント精度が要求されることになる。
ーザが形成された半導体基板の裏面にホログラムレンズ
を形成するという技術に関しては以下の問題がある。本
技術は発光素子とホログラム素子の光学アライメントを
不要にするが、ここから出射された光ビームを受光する
受光素子との間ではやはり光学アライメントが必要とな
る。光ビームの集光位置に受光素子を置く場合、μｍオ
ーダーのアライメント精度が要求されることになる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、２次元アレイ状に配列された複数の信号
処理基板と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる
前記２次元アレイの列数と同じ個数の独立に変調される
発光素子と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる
１個の受光素子と、前記発光素子から出射されて前記受
光素子に入射する光ビームとを有し、前記２次元アレイ
の特定の行に並んだ前記信号処理基板に含まれる前記発
光素子は全数が特定の時間範囲に光ビームを出射し、前
記特定の行以外の前記信号処理基板に含まれる前記発光
素子は前記特定の時間範囲には光ビームを出射しない構
成、あるいは半導体基板と、前記半導体基板の表面上に
形成された複数の面発光レーザと、前記複数の面発光レ
ーザの各々から前記半導体基板側へ出射される複数の信
号光と、前記半導体基板の裏面上に形成された前記複数
の信号光の各々が入射する複数の光学素子と、前記信号
光が前記光学素子によって回折され前記半導体基板から
外部へ出射される複数の光ビームと、前記複数の光ビー
ムの各々が入射する複数の受光素子とを有し、前記光ビ
ームの前記受光素子への入射位置におけるビーム径が前
記受光素子の直径の１０倍以上であるとした構成によっ
て空間光接続装置を実現するというものである。
決するために、２次元アレイ状に配列された複数の信号
処理基板と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる
前記２次元アレイの列数と同じ個数の独立に変調される
発光素子と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる
１個の受光素子と、前記発光素子から出射されて前記受
光素子に入射する光ビームとを有し、前記２次元アレイ
の特定の行に並んだ前記信号処理基板に含まれる前記発
光素子は全数が特定の時間範囲に光ビームを出射し、前
記特定の行以外の前記信号処理基板に含まれる前記発光
素子は前記特定の時間範囲には光ビームを出射しない構
成、あるいは半導体基板と、前記半導体基板の表面上に
形成された複数の面発光レーザと、前記複数の面発光レ
ーザの各々から前記半導体基板側へ出射される複数の信
号光と、前記半導体基板の裏面上に形成された前記複数
の信号光の各々が入射する複数の光学素子と、前記信号
光が前記光学素子によって回折され前記半導体基板から
外部へ出射される複数の光ビームと、前記複数の光ビー
ムの各々が入射する複数の受光素子とを有し、前記光ビ
ームの前記受光素子への入射位置におけるビーム径が前
記受光素子の直径の１０倍以上であるとした構成によっ
て空間光接続装置を実現するというものである。
【００１０】
【作用】本発明の空間光接続装置の第１の構成では２次
元アレイ状に配列されたＮ2 個の信号処理基板（従来の
光接続装置のプロセッサユニットに相当）の各々が、Ｎ
個の発光素子を含んでいる。このＮ個の発光素子は独立
に変調可能である。前述の通り、Ｎ＝１６の場合２次元
アレイ状に配列された２５６個の面発光レーザから個別
配線を引出し、駆動回路に接続することは非常に困難で
あるが、１６個の発光素子を個別に駆動することはさほ
ど困難ではない。また、各々の信号処理基板には１個の
受光素子が設けられている。これは、光ビームを特定の
プロセッサユニット上に入射させることはさほど困難で
はないが、プロセッサユニットに含まれる受光素子アレ
イ中の１個の受光素子に選択的に入射させることは、現
実問題としては不可能であるとの理由による。本発明で
は、このような限られた数の発光素子と受光素子を用い
て、接続の自由度が大きい空間光接続を実現する。
元アレイ状に配列されたＮ2 個の信号処理基板（従来の
光接続装置のプロセッサユニットに相当）の各々が、Ｎ
個の発光素子を含んでいる。このＮ個の発光素子は独立
に変調可能である。前述の通り、Ｎ＝１６の場合２次元
アレイ状に配列された２５６個の面発光レーザから個別
配線を引出し、駆動回路に接続することは非常に困難で
あるが、１６個の発光素子を個別に駆動することはさほ
ど困難ではない。また、各々の信号処理基板には１個の
受光素子が設けられている。これは、光ビームを特定の
プロセッサユニット上に入射させることはさほど困難で
はないが、プロセッサユニットに含まれる受光素子アレ
イ中の１個の受光素子に選択的に入射させることは、現
実問題としては不可能であるとの理由による。本発明で
は、このような限られた数の発光素子と受光素子を用い
て、接続の自由度が大きい空間光接続を実現する。
【００１１】具体的には、２次元アレイのｉ行目に並ん
だ信号処理基板に含まれる発光素子は全数がｉ番目の時
間範囲に光ビームを出射する。この時、ｊ列目の信号処
理基板のｋ個目の発光素子からはｊ行ｋ列の信号処理基
板へ向けて光ビームが出射される。また、この時間範囲
では、ｉ行目以外の信号処理基板に含まれる発光素子は
光ビームを出射しない。こうすれば、どの時間範囲にお
いても各信号処理基板には１つの光ビームが入射するこ
とになる。この時間範囲をｉ＝１からＮまでＮ回繰り返
せば、（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）という信号処理基板間の
信号伝送が完了する。この（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）とい
うデータ転送はハイパークロスネットワークと呼ばれる
汎用性の高いネットワーク構成になっており、任意の信
号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネットワー
クによる２回の転送で実現される。すなわち、（ｉ，
ｊ）→（ｌ，ｍ）という転送を行う場合には、（ｉ，
ｊ）→（ｊ，ｌ）→（ｌ，ｍ）と転送すればよい。
だ信号処理基板に含まれる発光素子は全数がｉ番目の時
間範囲に光ビームを出射する。この時、ｊ列目の信号処
理基板のｋ個目の発光素子からはｊ行ｋ列の信号処理基
板へ向けて光ビームが出射される。また、この時間範囲
では、ｉ行目以外の信号処理基板に含まれる発光素子は
光ビームを出射しない。こうすれば、どの時間範囲にお
いても各信号処理基板には１つの光ビームが入射するこ
とになる。この時間範囲をｉ＝１からＮまでＮ回繰り返
せば、（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）という信号処理基板間の
信号伝送が完了する。この（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）とい
うデータ転送はハイパークロスネットワークと呼ばれる
汎用性の高いネットワーク構成になっており、任意の信
号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネットワー
クによる２回の転送で実現される。すなわち、（ｉ，
ｊ）→（ｌ，ｍ）という転送を行う場合には、（ｉ，
ｊ）→（ｊ，ｌ）→（ｌ，ｍ）と転送すればよい。
【００１２】ハイパークロスネットワークはＮ3 本の接
続を有するネットワークであり、Ｎ 4 本の接続を有する
完全網に比べれば接続の自由度は低下する。しかし、任
意の信号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネッ
トワークによる２回の転送で実現されるので、汎用性の
高いネットワークである。本発明の空間光接続装置の要
点は、各信号処理基板当りＮ個の発光素子と１個の受光
素子でこのハイパークロスネットワークを実現する点に
ある。光学アライメントの観点から、各信号処理基板に
１個の受光素子しか設けないとすると、１つの時間範囲
で形成できる最大接続数はＮ2 である。本発明では、Ｎ
回の時間範囲を用いることでＮ3 の接続を実現してい
る。一方、全信号処理基板に含まれる発光素子はＮ3 個
であるため、発光素子から出射される光ビームの角度は
固定でよい。また、各信号処理基板に含まれる発光素子
はＮ個でり、これを独立に変調することはＮ2 個の場合
と比較すれば容易である。以上から明らかなように、本
光空間接続装置は現実の制約を考慮した上で、発光・受
光素子数と時間範囲の繰返し回数が最小となる効率の良
いネットワークである。
続を有するネットワークであり、Ｎ 4 本の接続を有する
完全網に比べれば接続の自由度は低下する。しかし、任
意の信号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネッ
トワークによる２回の転送で実現されるので、汎用性の
高いネットワークである。本発明の空間光接続装置の要
点は、各信号処理基板当りＮ個の発光素子と１個の受光
素子でこのハイパークロスネットワークを実現する点に
ある。光学アライメントの観点から、各信号処理基板に
１個の受光素子しか設けないとすると、１つの時間範囲
で形成できる最大接続数はＮ2 である。本発明では、Ｎ
回の時間範囲を用いることでＮ3 の接続を実現してい
る。一方、全信号処理基板に含まれる発光素子はＮ3 個
であるため、発光素子から出射される光ビームの角度は
固定でよい。また、各信号処理基板に含まれる発光素子
はＮ個でり、これを独立に変調することはＮ2 個の場合
と比較すれば容易である。以上から明らかなように、本
光空間接続装置は現実の制約を考慮した上で、発光・受
光素子数と時間範囲の繰返し回数が最小となる効率の良
いネットワークである。
【００１３】次に、本発明の光接続装置の第２の構成に
ついて述べる。これは、上記第１の構成における発光素
子および受光素子として応用可能である。従来の技術か
ら明らかなように、固定の出射角で光ビームを出射する
には表面に面発光レーザ等の発光素子が形成された半導
体基板の裏面にホログラム素子等の光学素子を形成し、
発光素子から出射される信号光を光学素子によって回折
して光ビームを出射すればよい。本発明の第２の要点
は、この光ビームを発散性とし、光学アライメントを容
易にすることにある。例えば、上記第１の構成では各信
号処理基板につき１個の受光素子が含まれるだけであ
る。従って、光ビームの受光素子への入射位置における
ビーム径が信号処理基板と同じ程度であっても信号のク
ロストークは生じない。ここで、ビーム径が大きいほど
光学アライメントが容易になるのは明かである。しか
し、ビーム径が受光素子の直径よりも極端に大きくなる
と光ビームの受光効率が大幅に低下する。光ビームの受
光素子への入射位置におけるビーム径は、受光素子の直
径の１０倍ないし１００倍程度とすることが妥当であ
る。
ついて述べる。これは、上記第１の構成における発光素
子および受光素子として応用可能である。従来の技術か
ら明らかなように、固定の出射角で光ビームを出射する
には表面に面発光レーザ等の発光素子が形成された半導
体基板の裏面にホログラム素子等の光学素子を形成し、
発光素子から出射される信号光を光学素子によって回折
して光ビームを出射すればよい。本発明の第２の要点
は、この光ビームを発散性とし、光学アライメントを容
易にすることにある。例えば、上記第１の構成では各信
号処理基板につき１個の受光素子が含まれるだけであ
る。従って、光ビームの受光素子への入射位置における
ビーム径が信号処理基板と同じ程度であっても信号のク
ロストークは生じない。ここで、ビーム径が大きいほど
光学アライメントが容易になるのは明かである。しか
し、ビーム径が受光素子の直径よりも極端に大きくなる
と光ビームの受光効率が大幅に低下する。光ビームの受
光素子への入射位置におけるビーム径は、受光素子の直
径の１０倍ないし１００倍程度とすることが妥当であ
る。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の一実施例の空間光接続装置の
斜視図である。信号処理基板１０１がＮ×Ｎの２次元ア
レイ状に配列されており、これに対向して反射鏡１０２
が設置されている。図では簡単のためにＮ＝３のアレイ
としているが、実際には例えばＮ＝１６のアレイであ
る。信号処理基板１０１は、例えばＳｉあるいはＧａＡ
ｓよりなるＬＳＩチップであり、Ｎ個の発光素子１０３
と１個の受光素子１０４を含んでいる。発光素子１０３
と受光素子１０４は信号処理基板１０１の上に直接形成
してもよいし、他の半導体基板上に形成してこれをフリ
ップチップボンディングしてもよい。発光素子１０３か
らは固定の出射角度で光ビーム１０５が出射され、他の
信号処理基板１０１上の受光素子１０４に入射する。こ
の光ビーム１０５による発光素子と受光素子の接続は複
雑なので、以下図２に示す模式図を用いてこれを説明す
る。
斜視図である。信号処理基板１０１がＮ×Ｎの２次元ア
レイ状に配列されており、これに対向して反射鏡１０２
が設置されている。図では簡単のためにＮ＝３のアレイ
としているが、実際には例えばＮ＝１６のアレイであ
る。信号処理基板１０１は、例えばＳｉあるいはＧａＡ
ｓよりなるＬＳＩチップであり、Ｎ個の発光素子１０３
と１個の受光素子１０４を含んでいる。発光素子１０３
と受光素子１０４は信号処理基板１０１の上に直接形成
してもよいし、他の半導体基板上に形成してこれをフリ
ップチップボンディングしてもよい。発光素子１０３か
らは固定の出射角度で光ビーム１０５が出射され、他の
信号処理基板１０１上の受光素子１０４に入射する。こ
の光ビーム１０５による発光素子と受光素子の接続は複
雑なので、以下図２に示す模式図を用いてこれを説明す
る。
【００１５】図２(ａ)〜(ｃ)は、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ、
図ではＮ＝３）の時間範囲における光ビーム１０５によ
る発光素子１０３と受光素子１０４の接続を示す。２次
元アレイのｉ行目に並んだ信号処理基板に含まれる発光
素子は全数がｉ番目の時間範囲に光ビームを出射する。
この時、ｊ列目の信号処理基板のｋ個目の発光素子から
はｊ行ｋ列の信号処理基板へ向けて光ビームが出射され
る（ｊ，ｋ＝１〜Ｎ）。また、ｉ番目の時間範囲では、
ｉ行目以外の信号処理基板に含まれる発光素子１０３は
光ビーム１０５を出射しない。こうすれば、どの時間範
囲においても各信号処理基板には１つの光ビームが入射
することになる。ｉ＝１からＮまでＮ回の時間範囲を繰
り返せば、（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）という信号処理基板
間の信号伝送が完了する。この（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）
というデータ転送はハイパークロスネットワークと呼ば
れる汎用性の高いネットワーク構成になっており、任意
の信号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネット
ワークによる２回の転送で実現される。すなわち、
（ｉ，ｊ）→（ｌ，ｍ）という転送を行う場合には、
（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｌ）→（ｌ，ｍ）と転送すればよ
い。
図ではＮ＝３）の時間範囲における光ビーム１０５によ
る発光素子１０３と受光素子１０４の接続を示す。２次
元アレイのｉ行目に並んだ信号処理基板に含まれる発光
素子は全数がｉ番目の時間範囲に光ビームを出射する。
この時、ｊ列目の信号処理基板のｋ個目の発光素子から
はｊ行ｋ列の信号処理基板へ向けて光ビームが出射され
る（ｊ，ｋ＝１〜Ｎ）。また、ｉ番目の時間範囲では、
ｉ行目以外の信号処理基板に含まれる発光素子１０３は
光ビーム１０５を出射しない。こうすれば、どの時間範
囲においても各信号処理基板には１つの光ビームが入射
することになる。ｉ＝１からＮまでＮ回の時間範囲を繰
り返せば、（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）という信号処理基板
間の信号伝送が完了する。この（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｋ）
というデータ転送はハイパークロスネットワークと呼ば
れる汎用性の高いネットワーク構成になっており、任意
の信号処理基板間のデータ転送がハイパークロスネット
ワークによる２回の転送で実現される。すなわち、
（ｉ，ｊ）→（ｌ，ｍ）という転送を行う場合には、
（ｉ，ｊ）→（ｊ，ｌ）→（ｌ，ｍ）と転送すればよ
い。
【００１６】図３は本発明の第２の実施例の空間光接続
装置の断面図である。半導体基板３０１の表面上に複数
の面発光レーザ３０２が形成されている。複数の面発光
レーザ３０２の各々からは半導体基板３０１側に複数の
信号光３０３が出射され、半導体基板３０１の裏面上に
形成された複数の光学素子３０４に入射する。光学素子
３０４は例えばホログラム回折素子で、信号光３０３を
偏向させかつ発散性とする。この出射角度が変化した発
散性の光ビーム３０５は半導体基板３０１から外部へ出
射される。光ビーム３０５の出射角度３０６は各々異な
り、その差は各光ビームの放射角３０７よりも大きい。
従って、光ビーム３０５が互いに重なることはない。光
ビーム３０５の各々は複数の受光素子３０８に入射され
る。
装置の断面図である。半導体基板３０１の表面上に複数
の面発光レーザ３０２が形成されている。複数の面発光
レーザ３０２の各々からは半導体基板３０１側に複数の
信号光３０３が出射され、半導体基板３０１の裏面上に
形成された複数の光学素子３０４に入射する。光学素子
３０４は例えばホログラム回折素子で、信号光３０３を
偏向させかつ発散性とする。この出射角度が変化した発
散性の光ビーム３０５は半導体基板３０１から外部へ出
射される。光ビーム３０５の出射角度３０６は各々異な
り、その差は各光ビームの放射角３０７よりも大きい。
従って、光ビーム３０５が互いに重なることはない。光
ビーム３０５の各々は複数の受光素子３０８に入射され
る。
【００１７】ここで、光ビーム３０５の受光素子３０８
への入射位置におけるビーム径３０９が大きいほど光学
アライメントが容易になるのは明かである。しかし、ビ
ーム径３０９が受光素子３０８の直径よりも極端に大き
いと光ビーム３０５の受光効率が大幅に低下する。一
方、受光素子３０８は高速応答性が要求されるので、直
径は小さいほどよい。例えば、受光素子３０８の直径を
６０μｍとし、ビーム径３０９を１ｍｍとすれば、約１
ｍｍの位置合せマージンが得られる。また、受光素子３
０８に入射する光ビーム３０５のパワーは全体の２８０
分の１となる。例えば、面発光レーザ３０２からの出力
パワーを５ｍＷ、光学素子３０４の回折効率を３０％と
すれば、光ビーム３０５全体のパワーは１．５ｍＷとな
る。従って、受光素子への入射パワーは５．４μＷとな
るが、これは受光素子が高速応答するのに十分な値であ
る。以上のことから、光ビームの受光素子への入射位置
におけるビーム径は、受光素子の直径の１０倍ないし１
００倍程度とすることが妥当であることが分かる。
への入射位置におけるビーム径３０９が大きいほど光学
アライメントが容易になるのは明かである。しかし、ビ
ーム径３０９が受光素子３０８の直径よりも極端に大き
いと光ビーム３０５の受光効率が大幅に低下する。一
方、受光素子３０８は高速応答性が要求されるので、直
径は小さいほどよい。例えば、受光素子３０８の直径を
６０μｍとし、ビーム径３０９を１ｍｍとすれば、約１
ｍｍの位置合せマージンが得られる。また、受光素子３
０８に入射する光ビーム３０５のパワーは全体の２８０
分の１となる。例えば、面発光レーザ３０２からの出力
パワーを５ｍＷ、光学素子３０４の回折効率を３０％と
すれば、光ビーム３０５全体のパワーは１．５ｍＷとな
る。従って、受光素子への入射パワーは５．４μＷとな
るが、これは受光素子が高速応答するのに十分な値であ
る。以上のことから、光ビームの受光素子への入射位置
におけるビーム径は、受光素子の直径の１０倍ないし１
００倍程度とすることが妥当であることが分かる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の空間光接続装置によれば、Ｎ2
個の信号処理基板間のハイパークロスネットワークを各
信号処理基板当りＮ個の発光素子と１個の受光素子を用
いて、Ｎ回の時間範囲の繰返しで実現できる。本光空間
接続装置は現実の制約を考慮した上で、発光・受光素子
数と時間範囲の繰返し回数が最小となる効率の良いネッ
トワークである。また、本発明の第２の構成によれば、
発光素子と受光素子間の位置合せマージンが非常に大き
い空間光接続装置を実現できる。
個の信号処理基板間のハイパークロスネットワークを各
信号処理基板当りＮ個の発光素子と１個の受光素子を用
いて、Ｎ回の時間範囲の繰返しで実現できる。本光空間
接続装置は現実の制約を考慮した上で、発光・受光素子
数と時間範囲の繰返し回数が最小となる効率の良いネッ
トワークである。また、本発明の第２の構成によれば、
発光素子と受光素子間の位置合せマージンが非常に大き
い空間光接続装置を実現できる。
【図１】本発明の一実施例の空間光接続装置の斜視図
【図２】本発明の一実施例の空間光接続装置の動作を示
す模式図
す模式図
【図３】本発明の第２の実施例の空間光接続装置の断面
図
図
【図４】従来の光接続装置の斜視図
１０１ 信号処理基板 １０２ 反射鏡 １０３ 発光素子 １０４ 受光素子 １０５ 光ビーム ３０１ 半導体基板 ３０２ 面発光レーザ ３０３ 信号光 ３０４ 光学素子 ３０５ 光ビーム ３０８ 受光素子 ３０９ ビーム径
Claims (2)
- 【請求項１】２次元アレイ状に配列された複数の信号処
理基板と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる前
記２次元アレイの列数と同じ個数の独立に変調される発
光素子と、前記複数の信号処理基板の各々に含まれる１
個の受光素子と、前記発光素子から出射されて前記受光
素子に入射する光ビームとを有し、前記２次元アレイの
特定の行に並んだ前記信号処理基板に含まれる前記発光
素子は全数が特定の時間範囲に光ビームを出射し、前記
特定の行以外の前記信号処理基板に含まれる前記発光素
子は前記特定の時間範囲には光ビームを出射しないこと
を特徴とする空間光接続装置。 - 【請求項２】半導体基板と、前記半導体基板の表面上に
形成された複数の面発光レーザと、前記複数の面発光レ
ーザの各々から前記半導体基板側へ出射される複数の信
号光と、前記半導体基板の裏面上に形成された前記複数
の信号光の各々が入射する複数の光学素子と、前記信号
光が前記光学素子によって回折され前記半導体基板から
外部へ出射される複数の光ビームと、前記複数の光ビー
ムの各々が入射する複数の受光素子とを有し、前記光ビ
ームの前記受光素子への入射位置におけるビーム径が前
記受光素子の直径の１０倍以上であることを特徴とする
空間光接続装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4322948A JPH06177363A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 空間光接続装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4322948A JPH06177363A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 空間光接続装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06177363A true JPH06177363A (ja) | 1994-06-24 |
Family
ID=18149431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4322948A Pending JPH06177363A (ja) | 1992-12-02 | 1992-12-02 | 空間光接続装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06177363A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000188418A (ja) * | 1998-10-13 | 2000-07-04 | Sony Corp | 光電子集積回路装置 |
| JP2001237411A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Sony Corp | 光電子集積回路装置 |
| JP2017510126A (ja) * | 2014-01-10 | 2017-04-06 | パルマー ラボ，エルエルシー | 発散ビーム通信システム |
| JPWO2022201939A1 (ja) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 |
-
1992
- 1992-12-02 JP JP4322948A patent/JPH06177363A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000188418A (ja) * | 1998-10-13 | 2000-07-04 | Sony Corp | 光電子集積回路装置 |
| JP2001237411A (ja) * | 2000-02-21 | 2001-08-31 | Sony Corp | 光電子集積回路装置 |
| JP2017510126A (ja) * | 2014-01-10 | 2017-04-06 | パルマー ラボ，エルエルシー | 発散ビーム通信システム |
| JPWO2022201939A1 (ja) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | ||
| WO2022201939A1 (ja) * | 2021-03-22 | 2022-09-29 | 日本電気株式会社 | 受光装置、受信装置、および通信装置 |
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