JP3752967B2 - 光分岐装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光分岐装置にかかり、特に、複数の回路基板又はデバイス間において光信号の伝送を担う光データバスを構成する光分岐装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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(ドーターボード)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為、各回路基板(ドーターボード)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を必要とする並列アーキテクチャが採用されている。接続線の多層化と微細化により並列化を進めることにより並列バスの動作速度の向上が計られてきたが、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もある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ(EMI:Electromagnetic Interference)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。
【０００３】
このような問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計る為に、提案された光インターコネクション技術のうち、特開平2-41042号に記載の技術では発光/受光デバイスを用いた光データ伝送方式が考案されており、特開平2-41042号に記載の技術では、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光データ・バスが提案されている。この方式では、ある1枚の回路基板から送られた信号光が隣接する回路基板で光/電気変換され、さらにその回路基板でもう一度電気/光変換されて、次に隣接する回路基板に信号光を送るというように、各回路基板が順次直列に配列され各回路基板上で光電気変換、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すべての回路基板間に伝達される。この為、信号伝達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・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為、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予想される。また、システムフレーム内の環境、例えば埃など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発生することも予想される。
【０００４】
また、特開昭61-196210号公報に記載の技術には、プレート表面に配置された回折格子、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考案されている。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ために、電気バスの様に全ての回路ボード間を網羅的に接続することができない。
【０００５】
また、分岐素子を具備した光接続装置を使用した各回路基板相互間のデータ伝送に関しても、いくつかの特許が考案されている。
【０００６】
一例として、特開昭58-42333号公報に記載の技術では、ハーフミラーを複数使用した回路基板相互間のデータ伝送の例が示されている。しかしながら、ハーフミラーを複数用いた場合、装置が大型化し、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た伝送光は、入射に対してほぼ半分の光強度となるため、複数回、分岐・伝送を繰り返すと光強度が微弱となり、受光デバイスでの十分な光強度が得られなくなり、信号伝送が不可能になるという問題がある。
【０００７】
また、特開平4-134415号公報に記載の技術では、複数個のレンズが形成され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、出射する方式が考案されている。この方式では、光の入射位置に近いレンズほど、出射光量が大きくなる為に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バラツキが懸念される。また、側面から入射した光が対向する側面から抜けてしまう割り合いも高い為、入射光量の利用効率も低い。
【０００８】
また、分岐比率を入力端から順次大きくすることで、ほぼ均等な光信号が伝送できる光ファイバを使った光バス方式が、特開昭63-1223号公報に開示されている。このような方式に適応可能なカプラの形成方法が、IEEE Photonics Technology Letters,vol.8,No.12,December (1996)に述べられている。ここに示されているカプラの形成方法は、光ファイバに形成されたV溝により、分岐を行うものである。V溝のサイズを調整することで、出力光量の調整は、可能と考えられるが作製は非常に困難であり入射光量の利用効率も低い。
【０００９】
また、分岐された信号光の強度を均一化するスターカプラが、特開平9-184941号公報に開示されている。このスターカプラは、概略的には、複数の光ファイバの片端を束ねて固定し、その一方の端面に複数の光ファイバを覆う広さの導光路を当接し、他方の端面に光拡散反射手段を備えている。
【００１０】
このようなカプラを用いて回路基板相互間のデータ伝送を行う場合、接続基板数が多くなると受発光素子と接続するファイバの本数が多くなり、構成が複雑になり、装置が大型化するという問題が生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事実を考慮して、光の利用効率を向上することができる光分岐装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入出射部の入射又は出射方向の投影面内に、信号光を発光する発光手段の発光面及び信号光を受光する受光手段の受光面を配置することを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００１４】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００１５】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面内に信号光を発光する発光手段及び信号光を受光する受光手段が共に配置されているので、それぞれの入出射部から入射された信号光は、それぞれの受光手段の受光面に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００１６】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００１７】
また、請求項１に記載の発明は、請求項２に記載のように、発光手段を受光手段の配置に対して、反射手段が配置されている側に配置するようにしても、光の利用効率を向上することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面の大きさと略同一の大きさの受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴としている。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明と同様に、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００２０】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００２１】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面に、該投影面の大きさと略同一の大きさの受光面を有する、信号光を受光する受光手段が配置されているので、入出射部から入射された信号光は、受光手段の受光面に効率的に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００２２】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項４に記載のように、受光面の一部が、投影面に対して、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光手段を配置する、すなわち、投影面に対してずらして受光手段を配置するので、投影面内に発光手段を配置することが可能となる。また、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光面の一部を配置することによっても、光の利用効率を向上することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面よりも大きい受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴としている。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発明と同様に、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００２６】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００２７】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面に、該投影面よりも大きい受光面を有する、信号光を受光する受光手段が配置されているので、入出射部から入射された信号光は、受光手段の受光面に効率的に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００２８】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００２９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項６に記載のように、受光面の一部が、投影面に対して、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光手段を配置する、すなわち、投影面に対してずらして受光手段を配置するので、投影面内に発光手段を配置することが可能となる。また、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光面の一部を配置することによっても、光の利用効率を向上することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の発明において、前記反射手段が、特定の広がり角に制御された反射拡散部からなること特徴としている。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発明において、反射手段は、特定の広がり角に制御された反射拡散部としても、光の利用効率を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３３】
図２は、本発明の光分岐装置１０を用いた信号処理装置の一実施形態を示す概略構成図であり、基体の一例である支持基板１２上に、光分岐装置１０が複数搭載された光データバス１４が固定されている。この光データバス１４により、複数の回路基板１６は、光学的に接続されている。支持基板１２上には、基板用コネクタ１８が固定され、各基板用コネクタ１８には、各回路基板１６が装着される。また、支持基板１２上には、電源ラインや電気信号伝送用の電気配線２０が設けられており、それらの電気配線２０は、基板用コネクタ１８を経由して基板用コネクタ１８に装着された回路基板１６上の電子回路２２と電気的に接続されている。
【００３４】
また、各回路基板１６には、複数の発光素子２４、受光素子２６が備えられており、その回路基板１６を基板用コネクタ１８に装着すると、各発光素子２４、受光素子２６は、光データバス１４と光学的に結合され、発光素子２４から出射された信号光は、光データバス１４に入射し、受光素子２６で受光される。この構成により、複数ビットからなる並列光信号の送受信や各々のビットで独立した同時送受信が可能とされている。
【００３５】
なお、ここで言う回路基板１６は、セラミック基板やガラエポ基板等の他にＣＰＵ等のＬＳＩ、メモリーカードやハードディスクドライブ等のデバイスを含む。
【００３６】
図３（Ａ）は、光データバス１４に使用される光分岐装置１０の一例が示されている。図３（Ａ）に示す光分岐装置１０は、階段状の段差２８が複数（本実施の形態では３つ）形成された直方体形状の透光性媒体３０を備えており、透光性媒体３０の一方の端面には反射層３２が配置されている。また、透過性媒体３０の他方の端面（段差２８によって特定される複数の端面）３４は、入出射部として機能する。本実施の形態の入出射部３４は 斜め４５°に切断された形状とされており、透光性媒体３０に対して、垂直方向（上面方向）に光の入出射が行われるように構成されている。
【００３７】
次に図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る光分岐装置１０の入力光の分岐方法について説明する。ここでは、複数の入出射部３４のうち、入出射部３４Ａより入射し、入出射部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄより出射する場合について説明する。
【００３８】
入出射部３４Ａより入射した光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された光は、透光性媒体３０内を伝播し、入出射部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄへと導かれ出射される。なお、本実施形態では、4つの入出射部３４を有する光分岐装置１０について示したが、入出射部３４の数は、これに限らずさらに複数形成が可能である。また、透光性媒体３０の上下面または左右の側面には、透光性媒体３０よりも屈折率の小さいクラッド層（図示省略）を配置することも可能である。これにより、クラッド層に包囲された透光性媒体３０は、導光路を形成するコア部として機能する。透光性媒体３０には、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、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又は無機ガラス等を用いることが可能であり、階段状の段差は研削により加工を行う。また、プラスチック材料の場合、射出成型等の方法でも作製可能である。
【００３９】
反射層３２には、Ａｌ等の金属鏡面を用いることが出来る。また、反射層３２には、反射型拡散層を用いることも可能である。反射型拡散層は、例えばビーム整形ディフューザ：LSD（Physical Optics Corporation製）を用いることで、透光性媒体３０して、拡散光の厚さ方向の広がり角と幅方向の広がり角の制御を行い、出射光強度の均一化を向上することが可能となる。
【００４０】
図４は、本発明の光分岐装置１０を用いた他の信号処理装置の一例を示す概略構成が示されており、各発光素子２４、受光素子２６は支持基板１２上に配置されている。この場合、各回路基板１６から電気信号を基板用コネクタ１８を経由して発光素子２４に伝送し、発光素子２４からの光信号を受光素子２６で受信し、電気に変換後、基板用コネクタ１８を経由して各回路基板１６へ信号の伝送を行う。この場合も同様に、並列光信号の送受信や各々のビットで独立した同時送受信を行うことが可能である。
【００４１】
続いて、上述の光分岐装置１０のレイアウト方法について詳細に説明する。
［第１実施形態］
上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法について説明する。
【００４２】
なお、第１実施形態の光分岐装置１０では、透過性媒体３０は、全長６０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１ｍｍとされており、反射層３２が配置されている端面から最も近い入出射部３４（３４Ｄ）までの距離Ｌ（図１（Ａ）参照）が３０ｍｍ、階段状の段差２８の長さが１０ｍｍ、階段状の段差２８の幅が１ｍｍで構成されている。
【００４３】
図１（Ａ）に第１実施形態に係る光分岐装置１０の斜視図を示し、図１（Ｂ）に該光分岐装置１０における入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面（一辺が１ｍｍの矩形面）と、発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０との配置を示す平面図を示し、図１（Ｃ）の側面図を示す。
【００４４】
図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１実施形態に係る光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６の配置は、発光素子２４及び受光素子２６のそれぞれの表面から光分岐装置１０の入出射部３４までの距離が０．１ｍｍの位置に配置されている。また、受光素子２６及び発光素子２４は、１つの入出射部３４の投影面内にそれぞれ１つずつ配置されている。
【００４５】
発光素子２４としては、例えば面発光レーザを用いた場合、そのファーフィールドパターンは、直径が数１０μｍ程度の円形の面発光レーザを用いることができ、受光素子２６として受光エリア２６０が一辺が０．８ｍｍの矩形のフォトダイオードを用いることにより、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、１つの入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２６０と、受光素子２６の受光エリア２６０を配置することができる。
【００４６】
なお、受光素子２６は受光エリア２６０が矩形の素子に限らず、円形の受光エリア２６０の素子（例えば、φ０．８ｍｍ）を用いるようにしてもよい（図１（Ｄ）参照）。
【００４７】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、上述したものに限るものではなく、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０とが共に配置されるものであればよい。
【００４８】
続いて、このように光分岐装置１０に対する発光素子４及び受光素子２６の配置をレイアウトすることによる作用を比較例と比較して説明する。なお、図５には、比較例が示されている。
【００４９】
比較例は、図５に示すように、光分岐装置１０の各々の入出射部３４に発光素子２４又は受光素子２６の何れか一方が配置されたレイアウトとなっている。
【００５０】
比較例のレイアウトでは、発光素子２４より発光され、入出射部３４に入射された信号光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された信号光は、透光性媒体３０内を伝播し、それぞれの入出射部３４へと導かれる。すなわち、光分岐装置０内に入射された信号光の約半分は、発光素子２４の配置された入出射部３４に導かれることになる。従って、光の利用効率が低下する。
【００５１】
これに対して、第１実施形態のレイアウトでは、比較例と同様に、発光素子２４より発光され、入出射部３４に入射された信号光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された信号光は、透光性媒体３０内を伝播し、それぞれの入出射部３４へと導かれるが、この時、それぞれの入出射部３４の投影面内に受光エリア２６０が設けられているので、比較例に比べて光利用効率を向上させることができる。
［第２実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第２実施形態について説明する。
【００５２】
第２実施形態のレイアウトは、第１実施形態のレイアウトに対して、図６（Ａ）に示すように、発光素子２４の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面への配置を、反射層３２が配置されている端面側にずらして配置されている。その他については、同様であるため説明を省略する。
【００５３】
続いて、第２実施形態のレイアウトによる作用について図７（Ａ）のシミュレーション結果を参照して説明する。
【００５４】
図７（Ａ）に示すように、出射光の分布は、反射層３２が配置されている端面の反対側の方向(図中では、＋Ｙ軸方向（図７（Ｂ）参照)に若干ずれており、図６（Ａ）に示すように、投影面の反射層３２が配置されている端面よりに発光素子２４を配置することで、効率を上げることが可能となる。なお、図７（Ａ）のシミュレーションは、発光素子２４として面発光レーザ、受光素子２６として受光エリア２６０の一辺が２mmの矩形のフォトダイオードを用いており、図７（Ｂ）にこのシミュレーションモデルの平面図を示し、図７（Ｃ）に側面図を示す。
【００５５】
また、図８（Ａ）は第２実施形態のレイアウト(図８（Ｂ）参照（図６（Ａ）に示すレイアウト)）と、比較例（発光素子２４を入出射部３４の投影面への配置を、反射層３２が配置されている端面と反対側に配置した場合（図８（Ｃ）参照）)の受光量（効率）のシミュレーションによる比較結果を示しており、本実施形態に示すレイアウトにより、光の利用効率を上げられることがわかる。
【００５６】
ここで、図８（Ａ）、図８（Ｃ）には、受光素子２６として、受光エリア２６０の一辺が０．８ｍｍの矩形のフォトダイオードを用いている。また、図８（Ａ）の出射位置は、出射位置１が入出射部３４Ａ、出射位置２が入出射部３４Ｂ、出射位置３が入出射部３４Ｃ、出射位置４が入出射部３４Ｄの位置をそれぞれ示す。
【００５７】
なお、第２実施形態においても、受光素子２６は、円形の受光エリア２６０の受光素子２６（図６（Ｂ）参照）を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。
【００５８】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第２実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０とが共に配置されるものであればよい。
［第３実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第３実施形態について説明する。
【００５９】
第３実施形態のレイアウトは、透光性媒体３０の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面と、受光素子２６の受光エリア２６０の大きさ（本実施形態では、受光エリア２６０は、一辺が１ｍｍの矩形である）が概ね同じ大きさである場合の発光素子２４の発光エリア２４０と、受光素子２６の受光エリア２６０の配置のレイアウトである。
【００６０】
図９には、第３実施形態のレイアウトが示されており、図９に示すように、第３実施形態でも投影面の反射層３２が配置されている端面よりに発光素子２４が配置され、受光素子２６が図中の＋Ｙ軸方向に配置されている。
【００６１】
続いて、第２実施形態のレイアウトによる作用について図１０のシミュレーション結果を参照して説明する。
【００６２】
図１０は第２実施形態(図６（Ａ）に示すレイアウト)と第３実施形態（図９（Ａ）、（Ｂ）に示すレイアウト）の受光量のシミュレーションによる比較が示されており、図１０から分かるように、第３実施形態のレイアウトは第２実施形態に比べてさらに光の利用効率を上げることができる。ここで、図１０の入出射位置は、入出射位置１が入出射部３４Ａ、入出射位置２が入出射部３４Ｂ、入出射位置３が入出射部３４Ｃ、入出射位置４が入出射部３４Ｄの位置をそれぞれ示す。
【００６３】
なお、第３実施形態においても、受光素子２６は、円形の受光エリア２６０の受光素子（受光素子エリア２６０の直径が、入出射部３４の投影面の一辺が概ね同じ大きさ）を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。
【００６４】
また、透光性媒体３４の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第３実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０が配置され、その外側（反射層３２が配置されている端面と反対側）に受光素子２６の受光エリア２６０とが配置されるものであればよい。
［第４実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第４実施形態について説明する。
【００６５】
第４実施形態に係る光分岐装置１０は、全長が４５ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、反射層３２が配置されている端面から、最も近い入出射部３４（３４Ｄ）までの距離Ｌが１５ｍｍ、階段状の段差２８の長さが１０ｍｍ、階段状の段差２８の幅が５ｍｍで構成されている。
【００６６】
第４実施形態は、図１１（Ａ）に示すように、光分岐装置１０の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面(一辺が０、５ｍｍの矩形)で受光素子２６の受光エリア２６０の大きさが一辺が１ｍｍの矩形の場合のレイアウトである。
【００６７】
この場合においても、上述してきた実施形態と同様に、光の利用効率を上げることができる。
【００６８】
なお、受光素子２６は、受光エリア２６０が矩形の素子に限らず、円形の受光エリア２６０の素子（図１１（Ｂ）参照）でもよい。
【００６９】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第４実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０が配置され、その外側（反射層３２が配置されている端面と反対側）に受光素子２６の受光エリア２６０とが配置されるものであればよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光分岐装置に対して発光手段及び受光手段を、入出射部の入射又は出射方向の投影面内に配置することにより、光の利用効率を向上することができる、という効果がある。
【００７１】
また、本発明の光分岐装置は、入射信号光の均等な光分岐が可能であり、出射部における光の出力レベルを均一にすることが可能である。更に、本発明の光分岐装置で構成された光データバスを用いて複数の回路基板を有する信号処理装置を構成すれば、任意の回路基板間での信号伝送が可能となり、温度変化や埃などの環境変化に対する耐性が高い光バスシステムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る光分岐装置の概略構成を示す図である。
【図３】 （Ａ）は本発明の実施の形態に係る光データバスに使用される光分岐装置の一例を示す図であり、（Ｂ）は光分岐装置に入射される信号光の分岐方法を説明するための図である。
【図４】 光分岐装置を用いた信号処理装置のその他の概略構成例を示す図である。
【図５】 第１実施形態に係る光分岐装置のレイアウトの作用を説明するための比較例を示す図である。
【図６】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図７】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトによる作用を説明するためのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトと、比較例の受光量のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】 第３実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図１０】 第３実施形態に係る光分岐装置のレイアウトと、第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトの受光量（効率）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】 第４実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
１０ 光分岐装置
２４ 発光素子
２６ 受光素子
２８ 段差
３０ 透光性媒体
３２ 反射層
３４ 入出射部
２４０ 発光エリア
２６０ 受光エリア
【発明の属する技術分野】
本発明は、光分岐装置にかかり、特に、複数の回路基板又はデバイス間において光信号の伝送を担う光データバスを構成する光分岐装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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(ドーターボード)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為、各回路基板(ドーターボード)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を必要とする並列アーキテクチャが採用されている。接続線の多層化と微細化により並列化を進めることにより並列バスの動作速度の向上が計られてきたが、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もある。また、並列バス接続配線の高密度化による電磁ノイズ(EMI:Electromagnetic Interference)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。
【０００３】
このような問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計る為に、提案された光インターコネクション技術のうち、特開平2-41042号に記載の技術では発光/受光デバイスを用いた光データ伝送方式が考案されており、特開平2-41042号に記載の技術では、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光データ・バスが提案されている。この方式では、ある1枚の回路基板から送られた信号光が隣接する回路基板で光/電気変換され、さらにその回路基板でもう一度電気/光変換されて、次に隣接する回路基板に信号光を送るというように、各回路基板が順次直列に配列され各回路基板上で光電気変換、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すべての回路基板間に伝達される。この為、信号伝達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・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為、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予想される。また、システムフレーム内の環境、例えば埃など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発生することも予想される。
【０００４】
また、特開昭61-196210号公報に記載の技術には、プレート表面に配置された回折格子、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考案されている。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ために、電気バスの様に全ての回路ボード間を網羅的に接続することができない。
【０００５】
また、分岐素子を具備した光接続装置を使用した各回路基板相互間のデータ伝送に関しても、いくつかの特許が考案されている。
【０００６】
一例として、特開昭58-42333号公報に記載の技術では、ハーフミラーを複数使用した回路基板相互間のデータ伝送の例が示されている。しかしながら、ハーフミラーを複数用いた場合、装置が大型化し、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た伝送光は、入射に対してほぼ半分の光強度となるため、複数回、分岐・伝送を繰り返すと光強度が微弱となり、受光デバイスでの十分な光強度が得られなくなり、信号伝送が不可能になるという問題がある。
【０００７】
また、特開平4-134415号公報に記載の技術では、複数個のレンズが形成され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、出射する方式が考案されている。この方式では、光の入射位置に近いレンズほど、出射光量が大きくなる為に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バラツキが懸念される。また、側面から入射した光が対向する側面から抜けてしまう割り合いも高い為、入射光量の利用効率も低い。
【０００８】
また、分岐比率を入力端から順次大きくすることで、ほぼ均等な光信号が伝送できる光ファイバを使った光バス方式が、特開昭63-1223号公報に開示されている。このような方式に適応可能なカプラの形成方法が、IEEE Photonics Technology Letters,vol.8,No.12,December (1996)に述べられている。ここに示されているカプラの形成方法は、光ファイバに形成されたV溝により、分岐を行うものである。V溝のサイズを調整することで、出力光量の調整は、可能と考えられるが作製は非常に困難であり入射光量の利用効率も低い。
【０００９】
また、分岐された信号光の強度を均一化するスターカプラが、特開平9-184941号公報に開示されている。このスターカプラは、概略的には、複数の光ファイバの片端を束ねて固定し、その一方の端面に複数の光ファイバを覆う広さの導光路を当接し、他方の端面に光拡散反射手段を備えている。
【００１０】
このようなカプラを用いて回路基板相互間のデータ伝送を行う場合、接続基板数が多くなると受発光素子と接続するファイバの本数が多くなり、構成が複雑になり、装置が大型化するという問題が生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事実を考慮して、光の利用効率を向上することができる光分岐装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【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に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入出射部の入射又は出射方向の投影面内に、信号光を発光する発光手段の発光面及び信号光を受光する受光手段の受光面を配置することを特徴としている。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００１４】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００１５】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面内に信号光を発光する発光手段及び信号光を受光する受光手段が共に配置されているので、それぞれの入出射部から入射された信号光は、それぞれの受光手段の受光面に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００１６】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００１７】
また、請求項１に記載の発明は、請求項２に記載のように、発光手段を受光手段の配置に対して、反射手段が配置されている側に配置するようにしても、光の利用効率を向上することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面の大きさと略同一の大きさの受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴としている。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明と同様に、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００２０】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００２１】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面に、該投影面の大きさと略同一の大きさの受光面を有する、信号光を受光する受光手段が配置されているので、入出射部から入射された信号光は、受光手段の受光面に効率的に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００２２】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項４に記載のように、受光面の一部が、投影面に対して、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光手段を配置する、すなわち、投影面に対してずらして受光手段を配置するので、投影面内に発光手段を配置することが可能となる。また、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光面の一部を配置することによっても、光の利用効率を向上することができる。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、信号光を透過する透光性媒体と、前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、を備えた光分岐装置であって、前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面よりも大きい受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴としている。
【００２５】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発明と同様に、透光性媒体の一端に、複数の段差を設けることにより、入出射部を形成する。例えば、透光性媒体の一端に複数の段差を階段状に設けることにより形成する。また、透光性媒体の他端には、入出射部から入射された信号光を複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段を設ける。さらに、複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされている。
【００２６】
このように構成された光分岐装置は、複数の入出射部のうち、１つの入出射部から入射された信号光は、複数の入出射部を含む領域に反射される。従って、反射手段にに到達した信号光は、複数の入出射部に到達する。
【００２７】
そして、本発明では複数の入出射部の端部が斜めに切断された形状とされた入射部の入射又は出射方向の投影面に、該投影面よりも大きい受光面を有する、信号光を受光する受光手段が配置されているので、入出射部から入射された信号光は、受光手段の受光面に効率的に入射される。従って、光の利用効率を向上することができる。
【００２８】
なお、透光性媒体の一端に形成された複数の段差各々の段差長を等しくしてもよい。
【００２９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項６に記載のように、受光面の一部が、投影面に対して、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光手段を配置する、すなわち、投影面に対してずらして受光手段を配置するので、投影面内に発光手段を配置することが可能となる。また、反射手段が配置されている側と反対側に位置するように受光面の一部を配置することによっても、光の利用効率を向上することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の発明において、前記反射手段が、特定の広がり角に制御された反射拡散部からなること特徴としている。
【００３１】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の発明において、反射手段は、特定の広がり角に制御された反射拡散部としても、光の利用効率を向上することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３３】
図２は、本発明の光分岐装置１０を用いた信号処理装置の一実施形態を示す概略構成図であり、基体の一例である支持基板１２上に、光分岐装置１０が複数搭載された光データバス１４が固定されている。この光データバス１４により、複数の回路基板１６は、光学的に接続されている。支持基板１２上には、基板用コネクタ１８が固定され、各基板用コネクタ１８には、各回路基板１６が装着される。また、支持基板１２上には、電源ラインや電気信号伝送用の電気配線２０が設けられており、それらの電気配線２０は、基板用コネクタ１８を経由して基板用コネクタ１８に装着された回路基板１６上の電子回路２２と電気的に接続されている。
【００３４】
また、各回路基板１６には、複数の発光素子２４、受光素子２６が備えられており、その回路基板１６を基板用コネクタ１８に装着すると、各発光素子２４、受光素子２６は、光データバス１４と光学的に結合され、発光素子２４から出射された信号光は、光データバス１４に入射し、受光素子２６で受光される。この構成により、複数ビットからなる並列光信号の送受信や各々のビットで独立した同時送受信が可能とされている。
【００３５】
なお、ここで言う回路基板１６は、セラミック基板やガラエポ基板等の他にＣＰＵ等のＬＳＩ、メモリーカードやハードディスクドライブ等のデバイスを含む。
【００３６】
図３（Ａ）は、光データバス１４に使用される光分岐装置１０の一例が示されている。図３（Ａ）に示す光分岐装置１０は、階段状の段差２８が複数（本実施の形態では３つ）形成された直方体形状の透光性媒体３０を備えており、透光性媒体３０の一方の端面には反射層３２が配置されている。また、透過性媒体３０の他方の端面（段差２８によって特定される複数の端面）３４は、入出射部として機能する。本実施の形態の入出射部３４は 斜め４５°に切断された形状とされており、透光性媒体３０に対して、垂直方向（上面方向）に光の入出射が行われるように構成されている。
【００３７】
次に図３（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る光分岐装置１０の入力光の分岐方法について説明する。ここでは、複数の入出射部３４のうち、入出射部３４Ａより入射し、入出射部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄより出射する場合について説明する。
【００３８】
入出射部３４Ａより入射した光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された光は、透光性媒体３０内を伝播し、入出射部３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄへと導かれ出射される。なお、本実施形態では、4つの入出射部３４を有する光分岐装置１０について示したが、入出射部３４の数は、これに限らずさらに複数形成が可能である。また、透光性媒体３０の上下面または左右の側面には、透光性媒体３０よりも屈折率の小さいクラッド層（図示省略）を配置することも可能である。これにより、クラッド層に包囲された透光性媒体３０は、導光路を形成するコア部として機能する。透光性媒体３０には、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、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又は無機ガラス等を用いることが可能であり、階段状の段差は研削により加工を行う。また、プラスチック材料の場合、射出成型等の方法でも作製可能である。
【００３９】
反射層３２には、Ａｌ等の金属鏡面を用いることが出来る。また、反射層３２には、反射型拡散層を用いることも可能である。反射型拡散層は、例えばビーム整形ディフューザ：LSD（Physical Optics Corporation製）を用いることで、透光性媒体３０して、拡散光の厚さ方向の広がり角と幅方向の広がり角の制御を行い、出射光強度の均一化を向上することが可能となる。
【００４０】
図４は、本発明の光分岐装置１０を用いた他の信号処理装置の一例を示す概略構成が示されており、各発光素子２４、受光素子２６は支持基板１２上に配置されている。この場合、各回路基板１６から電気信号を基板用コネクタ１８を経由して発光素子２４に伝送し、発光素子２４からの光信号を受光素子２６で受信し、電気に変換後、基板用コネクタ１８を経由して各回路基板１６へ信号の伝送を行う。この場合も同様に、並列光信号の送受信や各々のビットで独立した同時送受信を行うことが可能である。
【００４１】
続いて、上述の光分岐装置１０のレイアウト方法について詳細に説明する。
［第１実施形態］
上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法について説明する。
【００４２】
なお、第１実施形態の光分岐装置１０では、透過性媒体３０は、全長６０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ１ｍｍとされており、反射層３２が配置されている端面から最も近い入出射部３４（３４Ｄ）までの距離Ｌ（図１（Ａ）参照）が３０ｍｍ、階段状の段差２８の長さが１０ｍｍ、階段状の段差２８の幅が１ｍｍで構成されている。
【００４３】
図１（Ａ）に第１実施形態に係る光分岐装置１０の斜視図を示し、図１（Ｂ）に該光分岐装置１０における入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面（一辺が１ｍｍの矩形面）と、発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０との配置を示す平面図を示し、図１（Ｃ）の側面図を示す。
【００４４】
図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１実施形態に係る光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６の配置は、発光素子２４及び受光素子２６のそれぞれの表面から光分岐装置１０の入出射部３４までの距離が０．１ｍｍの位置に配置されている。また、受光素子２６及び発光素子２４は、１つの入出射部３４の投影面内にそれぞれ１つずつ配置されている。
【００４５】
発光素子２４としては、例えば面発光レーザを用いた場合、そのファーフィールドパターンは、直径が数１０μｍ程度の円形の面発光レーザを用いることができ、受光素子２６として受光エリア２６０が一辺が０．８ｍｍの矩形のフォトダイオードを用いることにより、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、１つの入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２６０と、受光素子２６の受光エリア２６０を配置することができる。
【００４６】
なお、受光素子２６は受光エリア２６０が矩形の素子に限らず、円形の受光エリア２６０の素子（例えば、φ０．８ｍｍ）を用いるようにしてもよい（図１（Ｄ）参照）。
【００４７】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、上述したものに限るものではなく、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０とが共に配置されるものであればよい。
【００４８】
続いて、このように光分岐装置１０に対する発光素子４及び受光素子２６の配置をレイアウトすることによる作用を比較例と比較して説明する。なお、図５には、比較例が示されている。
【００４９】
比較例は、図５に示すように、光分岐装置１０の各々の入出射部３４に発光素子２４又は受光素子２６の何れか一方が配置されたレイアウトとなっている。
【００５０】
比較例のレイアウトでは、発光素子２４より発光され、入出射部３４に入射された信号光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された信号光は、透光性媒体３０内を伝播し、それぞれの入出射部３４へと導かれる。すなわち、光分岐装置０内に入射された信号光の約半分は、発光素子２４の配置された入出射部３４に導かれることになる。従って、光の利用効率が低下する。
【００５１】
これに対して、第１実施形態のレイアウトでは、比較例と同様に、発光素子２４より発光され、入出射部３４に入射された信号光は、透光性媒体３０内を直進し、反射層３２に到達し反射される。反射された信号光は、透光性媒体３０内を伝播し、それぞれの入出射部３４へと導かれるが、この時、それぞれの入出射部３４の投影面内に受光エリア２６０が設けられているので、比較例に比べて光利用効率を向上させることができる。
［第２実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第２実施形態について説明する。
【００５２】
第２実施形態のレイアウトは、第１実施形態のレイアウトに対して、図６（Ａ）に示すように、発光素子２４の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面への配置を、反射層３２が配置されている端面側にずらして配置されている。その他については、同様であるため説明を省略する。
【００５３】
続いて、第２実施形態のレイアウトによる作用について図７（Ａ）のシミュレーション結果を参照して説明する。
【００５４】
図７（Ａ）に示すように、出射光の分布は、反射層３２が配置されている端面の反対側の方向(図中では、＋Ｙ軸方向（図７（Ｂ）参照)に若干ずれており、図６（Ａ）に示すように、投影面の反射層３２が配置されている端面よりに発光素子２４を配置することで、効率を上げることが可能となる。なお、図７（Ａ）のシミュレーションは、発光素子２４として面発光レーザ、受光素子２６として受光エリア２６０の一辺が２mmの矩形のフォトダイオードを用いており、図７（Ｂ）にこのシミュレーションモデルの平面図を示し、図７（Ｃ）に側面図を示す。
【００５５】
また、図８（Ａ）は第２実施形態のレイアウト(図８（Ｂ）参照（図６（Ａ）に示すレイアウト)）と、比較例（発光素子２４を入出射部３４の投影面への配置を、反射層３２が配置されている端面と反対側に配置した場合（図８（Ｃ）参照）)の受光量（効率）のシミュレーションによる比較結果を示しており、本実施形態に示すレイアウトにより、光の利用効率を上げられることがわかる。
【００５６】
ここで、図８（Ａ）、図８（Ｃ）には、受光素子２６として、受光エリア２６０の一辺が０．８ｍｍの矩形のフォトダイオードを用いている。また、図８（Ａ）の出射位置は、出射位置１が入出射部３４Ａ、出射位置２が入出射部３４Ｂ、出射位置３が入出射部３４Ｃ、出射位置４が入出射部３４Ｄの位置をそれぞれ示す。
【００５７】
なお、第２実施形態においても、受光素子２６は、円形の受光エリア２６０の受光素子２６（図６（Ｂ）参照）を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。
【００５８】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第２実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０及び受光素子２６の受光エリア２６０とが共に配置されるものであればよい。
［第３実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第３実施形態について説明する。
【００５９】
第３実施形態のレイアウトは、透光性媒体３０の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面と、受光素子２６の受光エリア２６０の大きさ（本実施形態では、受光エリア２６０は、一辺が１ｍｍの矩形である）が概ね同じ大きさである場合の発光素子２４の発光エリア２４０と、受光素子２６の受光エリア２６０の配置のレイアウトである。
【００６０】
図９には、第３実施形態のレイアウトが示されており、図９に示すように、第３実施形態でも投影面の反射層３２が配置されている端面よりに発光素子２４が配置され、受光素子２６が図中の＋Ｙ軸方向に配置されている。
【００６１】
続いて、第２実施形態のレイアウトによる作用について図１０のシミュレーション結果を参照して説明する。
【００６２】
図１０は第２実施形態(図６（Ａ）に示すレイアウト)と第３実施形態（図９（Ａ）、（Ｂ）に示すレイアウト）の受光量のシミュレーションによる比較が示されており、図１０から分かるように、第３実施形態のレイアウトは第２実施形態に比べてさらに光の利用効率を上げることができる。ここで、図１０の入出射位置は、入出射位置１が入出射部３４Ａ、入出射位置２が入出射部３４Ｂ、入出射位置３が入出射部３４Ｃ、入出射位置４が入出射部３４Ｄの位置をそれぞれ示す。
【００６３】
なお、第３実施形態においても、受光素子２６は、円形の受光エリア２６０の受光素子（受光素子エリア２６０の直径が、入出射部３４の投影面の一辺が概ね同じ大きさ）を用いた場合でも、同様な効果を得ることができる。
【００６４】
また、透光性媒体３４の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第３実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０が配置され、その外側（反射層３２が配置されている端面と反対側）に受光素子２６の受光エリア２６０とが配置されるものであればよい。
［第４実施形態］
続いて、上述の光分岐装置１０に信号光を入射する発光素子２４及び光分岐装置１０から出射される信号光を受光する受光素子２６のレイアウト方法の第４実施形態について説明する。
【００６５】
第４実施形態に係る光分岐装置１０は、全長が４５ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、反射層３２が配置されている端面から、最も近い入出射部３４（３４Ｄ）までの距離Ｌが１５ｍｍ、階段状の段差２８の長さが１０ｍｍ、階段状の段差２８の幅が５ｍｍで構成されている。
【００６６】
第４実施形態は、図１１（Ａ）に示すように、光分岐装置１０の入出射部３４（３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ）の投影面(一辺が０、５ｍｍの矩形)で受光素子２６の受光エリア２６０の大きさが一辺が１ｍｍの矩形の場合のレイアウトである。
【００６７】
この場合においても、上述してきた実施形態と同様に、光の利用効率を上げることができる。
【００６８】
なお、受光素子２６は、受光エリア２６０が矩形の素子に限らず、円形の受光エリア２６０の素子（図１１（Ｂ）参照）でもよい。
【００６９】
また、透光性媒体３０の形態及び入出射部３４の投影面の大きさや形状等は、第４実施形態に示した値に限らず、相対的に光分岐装置１０における入出射部３４の投影面内に発光素子２４の発光エリア２４０が配置され、その外側（反射層３２が配置されている端面と反対側）に受光素子２６の受光エリア２６０とが配置されるものであればよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光分岐装置に対して発光手段及び受光手段を、入出射部の入射又は出射方向の投影面内に配置することにより、光の利用効率を向上することができる、という効果がある。
【００７１】
また、本発明の光分岐装置は、入射信号光の均等な光分岐が可能であり、出射部における光の出力レベルを均一にすることが可能である。更に、本発明の光分岐装置で構成された光データバスを用いて複数の回路基板を有する信号処理装置を構成すれば、任意の回路基板間での信号伝送が可能となり、温度変化や埃などの環境変化に対する耐性が高い光バスシステムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係る光分岐装置の概略構成を示す図である。
【図３】 （Ａ）は本発明の実施の形態に係る光データバスに使用される光分岐装置の一例を示す図であり、（Ｂ）は光分岐装置に入射される信号光の分岐方法を説明するための図である。
【図４】 光分岐装置を用いた信号処理装置のその他の概略構成例を示す図である。
【図５】 第１実施形態に係る光分岐装置のレイアウトの作用を説明するための比較例を示す図である。
【図６】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図７】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトによる作用を説明するためのシミュレーション結果を示す図である。
【図８】 第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトと、比較例の受光量のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】 第３実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【図１０】 第３実施形態に係る光分岐装置のレイアウトと、第２実施形態に係る光分岐装置のレイアウトの受光量（効率）のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】 第４実施形態に係る光分岐装置のレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
１０ 光分岐装置
２４ 発光素子
２６ 受光素子
２８ 段差
３０ 透光性媒体
３２ 反射層
３４ 入出射部
２４０ 発光エリア
２６０ 受光エリア
Claims (7)
- 信号光を透過する透光性媒体と、
前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、
前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、
を備えた光分岐装置であって、
前記入出射部の入射又は出射方向の投影面内に、信号光を発光する発光手段の発光面及び信号光を受光する受光手段の受光面を配置することを特徴とする光分岐装置。 - 前記発光手段を、前記受光手段の配置に対して、前記反射手段が配置されている側に配置することを特徴とする請求項１に記載の光分岐装置。
- 信号光を透過する透光性媒体と、
前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、
前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、
を備えた光分岐装置であって、
前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面の大きさと略同一の大きさの受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴とする光分岐装置。 - 前記受光面の一部が、前記投影面に対して、前記反射手段が配置されている側と反対側に位置するように前記受光手段を配置することを特徴とする請求項３に記載の光分岐装置。
- 信号光を透過する透光性媒体と、
前記透光性媒体の一端に複数の段差を設けることにより形成され、該段差の端部が斜めに切断された形状とされた、信号光を入射及び出射するための複数の入出射部と、
前記透光性媒体の他端に配置され、前記入出射部から入射された信号光を、前記複数の入出射部を含む領域に反射する反射手段と、
を備えた光分岐装置であって、
前記入射出部の射出方向の投影面に、前記投影面よりも大きい受光面を有する、信号光を受光する受光手段を配置することを特徴とする光分岐装置。 - 前記受光面の一部が、前記投影面に対して、前記反射手段が配置されている側と反対側に位置するように前記受光手段を配置することを特徴とする請求項５に記載の光分岐装置。
- 前記反射手段が、特定の広がり角に制御された反射拡散部からなること特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の光分岐装置。
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