JP3752981B2 - 光信号伝達装置、光データバスシステム、及び信号処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号伝達装置、光データバスシステム、及び信号処理装置に係り、より詳しくは、入射された光信号を複数に分岐した状態で出射する光信号伝達装置、該光信号伝達装置を用いた光データバスシステム、及び信号処理装置に関する。
【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】
この様な問題を解決し並列バスの動作速度の向上を計る為に、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。光インターコネクション技術の概要は、内田,回路実装学術講演大会 15C01,p.201〜202やH.Tomimuro et al, IEEE Tokyo Section Denshi Tokyo No.33 p.81〜86(1994)に記載されている様に、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。
【０００４】
従来提案された様々な形態の光インターコネクション技術のうち、特開平2-41042号公報には発光/受光デバイスを用いた光データ伝送方式が考案されている。特開平2-41042号公報では、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光信号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光信号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光信号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。
【０００５】
特開昭61-196210号公報では、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。
【０００６】
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。
【０００７】
特開昭58-42333号公報では、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。
【０００８】
特開平4-134415号公報では、複数個のレンズが形成されたレンズアレイの側面より、光信号を入射し、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。
【０００９】
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。
【００１０】
また、分岐された光信号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、他方の端面に光反射手段を備えている。
【００１１】
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。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、構成が容易な光信号伝達装置、その光信号伝達装置を複数用いた光データバスシステム、及びその光データバスを備えたデータの送受を含む信号処理を行なう信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため本発明は、一端に複数の段差を設けることにより形成された、光信号を入射又は出射若しくは入射及び出射するための複数の入出射部を有する透光性媒体と、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光信号を、前記複数の入出射部方向に反射する反射手段と、を備えた光信号伝達装置を提供する。
【００１４】
即ち、透光性媒体の一端には、複数の段差を設けることにより、入出射部が形成されている。なお、複数の入出射部は、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。透光性媒体の他端には、入出射部から入射された光信号を、複数の入出射部方向に反射する反射手段が設けられている。
【００１５】
よって、複数の入出射部の内の１つの入出射部から光信号が入射された場合、該光信号は透光性媒体を透過して反射手段に到達する。反射手段に到達した光信号は、複数の入出射部方向に反射される。
【００１６】
そして、本発明では、透光性媒体の側面は、反射手段により反射された光信号の内、入出射部に直接入射する光信号以外の光信号を、入出射部に導くように反射する。
【００１７】
反射手段により反射された光信号の内、入出射部に直接入射する光信号ばかりでなく該直接入射する光信号以外の光信号も、入出射部に導くように反射するので、光の利用効率を高くすることができる。
【００１８】
ここで、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。また、複数の段差各々の段差長さをＬ１、透光性媒体の他端から該他端に最接近する位置に位置する入出射部までの長さをＬ２とした場合、透光性媒体に、Ｌ２≧Ｌ１を満足するように、複数の段差を設けてもよい。
【００１９】
また、透光性媒体の入出射部は、入射された光信号を反射手段の方向に反射しかつ反射手段及び前記側面から反射された光信号を、入射方向と反対方向に反射するようにしてもよい。このような場合、入出射部となる透光性媒体の面は、透光性媒体の上面に対して４５°となるように形成される。入出射部となる面は全反射面となるように設定するのが望ましい。そして、複数の入出射部の少なくとも１つは他の入出射部の反射方向と異なる方向に光信号を反射するようにしてもよい。
【００２０】
また、透光性媒体の側面は、反射手段により反射された光信号の内、入出射部に直接入射する光信号以外の光信号を、複数の入出射部全域に導くように反射するようにしてもよい。
【００２１】
例えば、透光性媒体は、光拡散手段の拡散角を２θ、光拡散手段から前記拡散手段に最接近する入出射部を見た最大の見込み角を２θ′とした場合、tanθ≧tan３θ′の関係を満たすように、構成してもよい。また、透光性媒体は、光拡散手段の拡散角を２θ、透光性媒体の開口数をsinφとした場合、θ≦φの関係を満たすように、構成してもよい。
【００２２】
このように、反射手段により反射された光信号の内、入出射部に直接入射する光信号以外の光信号を、複数の入出射部全域に導くように反射するので、より光の利用効率を向上させることができる。
【００２３】
上記反射手段は、入出射部から入射される光信号を、複数の入出射部方向に拡散反射してもよいし、鏡面反射してもよい。
【００２４】
また、透光性媒体は、一端に複数の段差を設けることにより入出射部が形成されているため、複数の回路基板を互いに平行に、透光性媒体の上部に立設することで、回路基板上に設けられている入出射手段である受発光素子を入出射部に対向して配置することが可能となり、これにより構成を容易にすることができる。
【００２５】
さらに、本発明の光信号伝達装置を用いて、光信号によりデータを伝送する光データバスシステムを構成することが可能となる。
【００２６】
このとき、複数の入出射部の一部に外部機器との光接続用に光ファイバを接続し、その接続部をコネクタとして構成してもよい。あるいは、入出射部の一部に外部機器との接続用のコネクタを設けてもよい。
【００２７】
また、本発明の光信号伝達装置と、入出射部に対向して配置され、光信号を入出射する入出射手段を有する回路基板とを備えた信号処理装置が提案される。即ち、データを担持する光信号を、入出射手段を用いて入出射部に入射すると、前述したように光信号を分岐して、複数の入出射部を介して外部に出射する。なお、入出射手段としては、発光素子、受光素子を用いることができるが、入出射部各々に対して発光素子、受光素子を双方設けてもよいし、個別に設けてもよい。
【００２８】
【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について説明する。
【００２９】
〔第１の実施の形態〕
図１(Ａ)は、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の概略構成図を示している。光信号伝達装置１０は、階段状の段差１２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１を備えている。透光性媒体１の一方の端面には反射型光拡散層２が配置されている。また、透光性媒体１の他方の端面（段差１２によって特定される複数の端面）１３は、入出射部として機能する。
【００３０】
次に、図１（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の入力光の分岐方法について説明する。
【００３１】
複数の入出射部１３のうち、入出射部１３１より入射し、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４より出射する場合について説明する。入出射部１３１より入射した光(例えばコリメートされたレーザ光)は、透光性媒体１内を直進し、反射型光拡散層２に到達し上下方向（透光性媒体１の厚さ方向）及び左右方向（透光性媒体１の幅方向）に拡散反射される。拡散反射された拡散光は、透光性媒体１内を側面で反射されながら伝搬し、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４全域へと導かれ出射される。なお、拡散反射された拡散光は、透光性媒体１の側面で反射された拡散光が含まれるため、複数の入出射部（１３１、１３２、１３３、１３４）に直接入射する拡散光のみではない。
【００３２】
ここで、本実施の形態では、透光性媒体１は、側面が複数の入出射部（１３１、１３２、１３３、１３４）に直接入射する光信号以外の光信号を入出射部全域に反射するように、構成している。
【００３３】
即ち、反射型光拡散層２によって拡散反射された拡散光が透光性媒体１の幅よりも大きく広がる場合には、拡散光は、少なくとも１回は透光性媒体１の側面で全反射される。従って、反射型光拡散層２によって拡散反射された、拡散光の左右方向への広がり角を適宜選択することによって入出射部１３１、１３２、１３３、１３４へと導かれる出射光強度を均一にすることが可能となる。
【００３４】
特に、本実施の形態では、光信号伝達装置１０を、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、透光性媒体１の反射型光拡散層２が配置されている端面に最も近い端部１３（１３５）が形成された位置までの最大の見込み角を2θ’、反射光拡散層２の拡散特性における広がり角（左右方向）を2θとした場合に、ｔａｎθ≧３ｔａｎθ’の関係を満たすように、構成している。
【００３５】
このようにｔａｎθ≧３ｔａｎθ’とすることにより、反射型光拡散層２により左右に拡散された拡散光信号は、少なくとも１回は透光性媒体１の側面で全反射され、透光性媒体１の他方の端面、即ち入出射部を有する面に導かれる。ｔａｎθ<３ｔａｎθ’の場合は、中心での出射光強度が大きく、周辺の出射光強度が小さくなり、出射光強度の均一性が悪くなる。これに対して、ｔａｎθ=３ｔａｎθ’の場合には、図１１（Ｂ）に示すように拡散光信号（直接入射光）と左右の側面で全反射した拡散光信号（全反射入射光）が重ね合わせられ、出射光強度の均一性を向上させることが可能となる。
【００３６】
また、拡散反射部の拡散特性における広がり角を２θ、透光性媒体の開口数をｓｉｎφとした場合、θ≦φの関係を満たすこと、即ち、拡散光信号の透光性媒体１の上下面への入射角を臨界角以上にすることができ、拡散光を外部に放出せず、拡散光信号の全てを透光性媒体１の上下面で全反射させて利用できる為、光信号の利用効率を上げることが可能となる。
【００３７】
以上説明したように本実施の形態の光信号伝達装置によれば、入射光信号の利用効率を向上させると共に均等な光分岐が可能となり、出射部における出力レベルを均一にすることが可能となる。
【００３８】
以上説明した実施の形態では、４つ（図１１では５つ）の入出射部１３を有する光信号伝達装置１０について示したが、入出射部１３の数は、これに限らずさらに複数形成することが可能である。
【００３９】
また、入力の際、コリメートされたレーザ光が、透光性媒体１内を直進せず、内部で全反射しながら、反射型光拡散層２に到達する場合や、入射光に広がりがあり透光性媒体１内を全反射しながら、反射型光拡散層２に到達する場合においても、ほぼ同等な出射光強度が得られる。
【００４０】
さらに、透光性媒体１の上下面及び左右の側面（幅方向奥側及び手前側の側面）には、透光性媒体１よりも屈折率の小さいクラッド層（図示せず）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１は、導光路を形成するコア部として機能する。透光性媒体１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ことによって形成される。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。
【００４１】
反射型光拡散層２としては、例えばビーム整形ディヒューザ：ＬＳＤ（Physical Optics Corporation製）を用い、透光性媒体１に対して、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う。透過型ＬＳＤは、ポリカーボネート等の透明基板材料に配置されたエポキシ層に、入射光に対して所定の拡散角に拡散させるホログラム面を転写して形成される。反射型ＬＳＤは、反射基板（例えばＡｌが着膜された透明基板）のエポキシ層に、入射光に対して所定の拡散角に拡散させるホログラム面を転写して形成または、透過型ＬＳＤに直接Ａｌ等の反射面を着膜し形成する。
【００４２】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同様の構成部分があるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分を説明する。
【００４３】
図2（Ａ）は、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の概略構成を示している。第２実施の形態において、第１実施の形態との違いは、第１実施の形態における入出射部１３に対応する入出射部１４の面が透光性媒体１の上面に対して45°に形成されていることである。従って第２実施の形態では、透光性媒体１に対して、垂直方向（上面方向）に光の入出射を行うことができる。
【００４４】
次に、図２（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の入力光の分岐方法について説明する。
【００４５】
ここでは、複数の入出射部（全反射面）１４のうち、例えば、入出射部１４１より入射し、入出射部１４１、１４２、１４３、１４４より出射する場合について示す。入射光(例えばコリメートされたレーザ光)は、入出射部１４１で全反射され、透光性媒体１内を直進し、反射型光拡散層２に到達し上下方向及び左右方向に拡散反射される。
【００４６】
なお、拡散反射された拡散光は、透光性媒体１内を側面で反射されながら伝搬し、入出射部１４１、１４２、１４３、１４４全域へと導かれ、入出射部１４１、１４２、１４３、１４４で再び全反射されて、出射される。出射光強度を均一にできる機能は、第１実施の形態と同様である。
【００４７】
入出射方向は、垂直方向（上面方向）に限らず、垂直方向（下面方向）及び、幅方向（左右方向）でもよく、入出射部の面の形成方向により、入出射方向の変更は可能である。例えば、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、種々の入出射方向を組み合わせることも可能である。
【００４８】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、同じ形態の透光性媒体１が示されており、図３（Ｂ）には、図３（Ａ）に示される透光性媒体１に対する光信号の入出射の方向が示されている（入出射部１４２から入射）。即ち、入出射部１４１、１４３は、下面方向入射、上面方向出射するように、透光性媒体１の上面に対して４５°に面が形成されており、入出射部１４２、１４４は、上面方向入射、下面方向出射するように、透光性媒体１の下面に対して４５°に面が形成されている。
【００４９】
図３（Ｃ）及び図３（Ｄ）には、同じ形態の透光性媒体１が示されており、図３（Ｄ）には、図３（Ｃ）に示される透光性媒体１に対する光信号の入出射の方向が示されている。即ち、入出射部１４１は、左方向入射、右方向出射となるように、透光性媒体１の奥側側面に対して４５°に面が形成されており、入出射部１４２は、上面方向入射、下面方向出射となるように、透光性媒体１の下面に対して４５°に面が形成されており、入出射部１４３は、下面方向入射、上面方向出射となるように、透光性媒体１の上面に対して４５°に面が形成されており、入出射部１４４は、右方向入射、左方向出射するように、透光性媒体１の手前側側面に４５°で面が形成されている。
【００５０】
図５、図６は、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）にも示すように、第２実施の形態において、透光性媒体１の全長Ｈ１が４５ｍｍ、幅Ｈ２が４ｍｍ、厚さＨ３が１ｍｍ、反射型光拡散層２が配置されている端面から最も近い入出射部１４４までの距離Ｈ４である１１が３０ｍｍ、階段状の段差１２の長さＨ５が５ｍｍで、反射型光拡散層２として、ホログラム形成面の反対面（ＬＳＤの基板裏面）に反射層としてＡｌをスパッタしたＬＳＤ ０．２×４０ＰＣ−８（拡散光の厚さ方向の広がり角が０．２°、幅方向の広がり角が４０°）を用いた場合の、各入出射部１３から出力される出射光効率と出射光強度の均一性を示している。
【００５１】
図５に示すように、何れの入出射部から入射（入射１〜４）しても、各入出射部での出射光の効率は、およそ１８％である。また、図６に示すように、各入出射部での出射光強度の均一性（（（最大効率―最小効率）／（最大効率＋最小効率））×１００［％］）は、およそ４％と非常に良好な値が得られている。
【００５２】
尚、光源としては６８０ｎｍの波長を有する光を発する端面発光型のレーザダイオードを用いている。
【００５３】
更に、図８〜図１０は、透光性媒体１の幅が４ｍｍで、厚さ１ｍｍのとき、反射型光拡散層２が配置されている端面から、最も近い入出射部１４４までの距離１１（Ｌ２）と段差長１２（Ｌ１）を変化させた場合の光線追跡シミュレーションにおける出射光強度の均一性を示している。図８〜図１０から理解できるように、Ｌ２が短くなる程（Ｌ２が４０→１０）、また、Ｌ１が長くなる程（Ｌ１が１５→２５）、均一性が悪くなる傾向を示している。そして、シミュレーション結果から、Ｌ２をＬ１以上、より好ましくは、２倍程度以上にすることで、出射光強度の均一性は、１０％以下が達成可能であることが理解できる。上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態は、この結果に基づいて、長さを決めて、形状を決定している。
【００５４】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。本実施の形態では、前述した第１及び第２の実施の形態と同様であるので、同一部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
図１２（Ａ）は、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の概略構成を示している。光信号伝達装置１０は、階段状の段差１２が複数（本実施の形態では３つ）形成された直方体状の透光性媒体１を備えている。段差１２によって特定される複数の端面は、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４として機能する。透光性媒体１の複数の端面に対向する端面には、Ａｌ等の鏡面反射を可能とする材質によって、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４の各々に対応した複数（本実施の形態では４つ）の光反射層４が形成されている。光信号伝達装置１０に対する入出射部１３１、１３２、１３３、１３４の位置が各々異なっているので、各光反射層４の角度は、反射された光信号が入出射部全域に向かうように設定されている。
【００５６】
図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示される入出射部１３１、１３２、１３３、１３４の各々に相当する入出射部１４１、１４２、１４３、１４４の各々の面が透光性媒体１の上面に対して４５°に形成されている光信号伝達装置１０を示す。図１２（Ａ）に示される光信号伝達装置１０では、透光性媒体１に対して水平方向（長手方向）に光の入出射を行うが、図１２（Ｂ）に示される光信号伝達装置１０では、透光性媒体１に対して上下方向（厚さ方向）に光の入出射を行う。
【００５７】
次に、本実施の形態に係る光信号伝達装置１０の入力光の分岐方法について説明する。図１２（Ａ）において、複数の入出射部１３のうち、例えば、入出射部１３１より入射し、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４より出射する場合について示す。入出射部１３１より入射した光（例えばレーザダイオードより放射された光）は、透光性媒体１内を直進し、光反射層４に到達する。通常、レーザ光は放射角（厚さ方向（θ１）、幅方向（θ２））で放射される。レーザ光が光反射層４に到達すると、光反射層でθ１（厚さ方向）、θ２（幅方向）の広がり角で反射される。（但し、入出射部で全ての入射光が反射されたとする。）
【００５８】
反射されたレーザ光は、透光性媒体１内を側面で反射されながら伝搬され、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４全域へと導かれ、出射される。なお、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４に直接入射する光のみではなく、入出射部に導かれる光は、透光性媒体１の側面で反射された光が含まれる。
【００５９】
このため、光反射層４によって反射される光が透光性媒体１の幅よりも大きく広がる場合には、少なくとも１回は透光性媒体１の側面でレーザ光が全反射される。従って、光反射層４によって反射された、光の左右方向への広がり角（レーザダイオードの放射角で規定される）を適宜選択することによって、入出射部１３１、１３２、１３３、１３４へと導かれる出射光強度を均一にすることが可能となる。
【００６０】
以上、説明した本実施の形態では、４つの入出射部１３１、１３２、１３３、１３４を有する光信号伝達装置１０について示したが、入出射部の数はこれに限定されない。
【００６１】
さらに、透光性媒体１の上下面及び幅方向左右の側面には、透光性媒体１よりも屈折率の小さいクラッド層（図示せず）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１は、導光路を形成するコア部として機能する。
【００６２】
本実施の形態によれば、光反射層４にＡｌ等の鏡面反射を可能とする材質を使用することによって、レーザ光に広がりがある場合でも、光信号の一部が透光性媒体１の外部に透過してしまうことを防ぐことができる。
【００６３】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る信号処理装置は、図１３に示すように、前述した第２実施の形態（図２）に示す光信号伝達装置１０を複数用いて形成した光データバス３０によって、複数の回路基板５０を相互に光学的に接続している。
【００６４】
即ち、本実施の形態に係る信号処理装置は、光信号伝達装置１０を複数、並列に搭載した光データバス３０を支持基板２０上に固定している。光信号伝達装置１０の階段状の段差１２の長さ（図２参照）は、複数の回路基板５０の取り付け位置により決められる。複数の回路基板５０の各々の基板間の距離は、通常同じであるが、基板間の距離に差異がある場合は、段差の長さ１２を調整する。
【００６５】
支持基板２０上には、基板用コネクタ４０が固定され、各基板用コネクタ４０には、各回路基板５０が装着される。また、支持基板２０上には、電源ラインや電気信号伝送用の電気配線２１が設けられており、それらの電気配線２１は、基板用コネクタ４０を経由して基板用コネクタ４０に装着された回路基板５０上の電子回路５１と電気的に接続されている。
【００６６】
また、各回路基板５０には、複数の発光・受光素子５２が備えられており、その回路基板５０を基板用コネクタ４０に装着すると、図１８に示されるように、各発光・受光素子５２と光データバス３０を構成する光信号伝達装置１０の入出射部１４１乃至１４４とが対向するように配置される。この配置により、各発光・受光素子５２は、光データバス３０と光学的に結合され、ある発光・受光素子５２から出射された光信号は、光データバス３０（入出射部１４）に入射し、前述したように分岐して、各入出射部を介して他の発光・受光素子５２で受光される。例えば、図１８の破線の矢印で示されるように、入出射部１４１から入射された光信号は、入出射部１４１で光信号装置１０の長手方向に向けて反射され、再び反射層４（図示せず）で反射され、入出射部１４１乃至１４４の各々で分岐され、発光・受光素子５２に向けて反射され、発光・受光素子５２に入射される。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なる。
【００６７】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。本実施の形態に係る信号処理装置は、図１４に示すように、前述した第２実施の形態（図３参照）に示す光信号伝達装置１０を複数用いて形成した光データバス３０によって、複数の回路基板５０を相互に光学的に接続している。
【００６８】
第４の実施の形態に係る信号処理装置（図１３）において、複数の回路基板５０は、支持基板２０に対し同一の方向に接続されているのに対し、本実施の形態に係る信号処理装置（図１４）においては、複数の回路基板５０は、支持基板２０の表面及び裏面に接続されている点で相違する。
【００６９】
即ち、図１９に示されるように、光信号伝達装置１０の入出射部１４１、１４３が光信号伝達装置１０の上面に対して、４５°の角度をなすように形成されている入出射部に対応する回路基板５０は、光信号伝達装置１０の上面側に立設され、光信号伝達装置１０の入出射部１４２、１４４が光信号伝達装置１０の下面に対して、４５°の角度をなすように形成されている入出射部に対応する回路基板５０は、光信号伝達装置１０の下面側に立設される。
【００７０】
この配置により、各発光・受光素子５２は、光データバス３０と光学的に結合され、ある発光・受光素子５２から出射された光信号は、光データバス３０（入出射部１４）に入射し、前述したように分岐して、各入出射部を介して他の発光・受光素子５２で受光される。例えば、図１９の破線の矢印で示されるように、入射された光信号は入出射部１４１で光信号伝達装置１０の長手方向に向けて反射され、再び反射層４（図示せず）で反射され分岐した後、入出射部１４１乃至１４４で対向する発光・受光素子５２に向けて反射され、出射される。
【００７１】
以上説明したように第４の実施の形態及び第５の実施の形態では、本光信号伝達装置を備えた光データバスを用い複数の回路基板を有する信号処理装置を構成しているので、任意の回路基板間での信号伝送が可能となり、また、伝送媒体として透光性材料を用いる為、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が得られる。
【００７２】
〔第６の実施の形態〕
第１乃至第５の実施形態においては、光信号伝達装置と光信号の送受を行うための光信号の入出射手段として回路基板に設けられた発光・受光素子を示した。ここでは、光信号伝達装置が、回路基板以外の、例えばイメージスキャナなどのような外部装置との間で光信号の送受を行う場合の実施の形態を示す。
【００７３】
図２２は本実施の形態における信号処理装置の構成を示す図である。支持基板２０上に、一端に複数の段差を階段状に形成することにより生成された入出射部を有する光信号伝達装置１０が複数（本実施の形態では４つ）並置されている。
【００７４】
図２１は、図２０に用いられている板状の光信号伝達装置１０を示す。光信号伝達装置１０は階段状の複数の光信号入出射部１４１乃至１４４を有している。回路基板５０の入出射手段からの光信号を送受信する入出射部１４２乃至１４４の面は光信号伝達装置１０の上面に対して４５°の角度をなすように形成され、外部装置と光信号の送受信を行うために光ファイバ１８１、１８２の端部と接続される入出射部１４１の面は光信号伝達装置１０の上面に対して垂直に形成されている。
【００７５】
図２０は、図２０で示されている光信号装置の構成を示す断面図である。複数の回路基板５０の各々には、複数の発光・受光素子５２が備えられており、発光・受光素子５２と光信号伝達装置１０の複数の入出射部のうち入出射部１４２、１４３、１４４とが対向するように、光信号伝達装置の上部に複数の回路基板５０が互いに平行に立設される。
【００７６】
光信号伝達装置１０の入出射部１４１には外部装置と光信号の送受信を行うために、各々入力用光ファイバ１８１、及び出力用光ファイバ１８２が接続されている。光ファイバ１８１、１８２は支持基板２０上に固定されたコネクタ１８４の一方に接続される。コネクタ１８４の他方には、外部装置の光信号を送受信する光ファイバが接続される。
【００７７】
光ファイバ１８１を介して外部装置から光信号が送信される場合は、入射部１４１から光信号伝達装置１０に光信号が入射される。他の入出射部１４２乃至１４４から光信号伝達装置１０に光信号が入射された場合には、入出射部１４１から出射された光信号が光ファイバ１８２を介して外部装置に送信される。なお、入出射部１４２乃至１４４からの光信号の入射及び出射と光信号伝達装置１０内における光信号の反射・伝播については第１乃至第５の実施例と同様であるので、詳細を記述しない。
【００７８】
本実施の形態では、光信号伝達装置１０の入出射部の一部に光ファイバを接続し、外部装置の光信号を送受信する光ファイバとコネクタを介して接続する構成により、信号処理装置と外部装置との光結合を容易に行うことができる。
【００７９】
なお、この際、外部装置の有する光ファイバは、該コネクタ１８４に対し脱着可能であってよい。また、光信号伝達装置１０（即ち、入出射部１４１）に直接コネクタを設けて光信号伝達装置１０と外部装置とを接続する光ファイバを接続してもよい（図２３）。本実施の形態では、光ファイバは入出射部１４１に接続されたが、本発明はこれに限定されない。光ファイバは何れの単数又は複数の入出射部に接続されてもよい。
【００８０】
図１５〜図１７は、それぞれ第１実施の形態及び第２実施の形態に示した光信号伝達装置１０を複数使った光データバス３０の構成について示している。即ち、図１５には、第１の実施の形態に係る光信号伝達装置（図１参照）を複数厚さ方向に重ねた構成を示し、図１６には、第２の実施の形態に係る光信号伝達装置１０（図２参照）を複数幅方向に重ねた構成を示している。図１７（Ａ）には、第２の実施の形態に係る光信号伝達装置１０（図２参照）を複数厚さ方向に重ねた構成を示し、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）に示した構成の変形例であり、入出射部の面が透光性媒体１の奥側側面又は手前側側面に対して４５°に形成された構成を示している。なお、ここで示した構成は、一例であり、図３に示される光信号伝達装置１０を組合せる構成なども可能である。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、一端に光信号を入射及び出射するための複数の入出射部を有する透光性媒体と、入出射部から入射された光信号を、複数の入出射部方向に反射する透光性媒体の他端に配置された反射手段と、を有する光信号伝達装置を提供することにより、信号処理装置の構成が容易となり、光信号の利用効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係る光信号伝達装置の概略構成図である。
【図２】 第２の実施の形態に係る光信号伝達装置の概略構成図である。
【図３】 第２の実施の形態に係る光信号伝達装置の変形例を示した概略構成図である。
【図４】 第２の実施の形態に係る光信号伝達装置における光信号の入出射状態を示した図である。
【図５】 第2実施形態における出射光効率を示す図である。
【図６】 第2実施形態における出射光強度の均一性を示す図である。
【図７】 Ｌ２、Ｌ１を示した図である。
【図８】 Ｌ２とＬ１を変化させた場合の光線追跡シミュレーションにおける出射光強度の均一性を示す図である。
【図９】 Ｌ２とＬ１を変化させた場合の光線追跡シミュレーションにおける出射光強度の均一性を示す他の図である。
【図１０】 Ｌ２とＬ１を変化させた場合の光線追跡シミュレーションにおける出射光強度の均一性を示す更に他の図である。
【図１１】 出射光強度の均一性を可能とする構成の概念説明図である。
【図１２】 第３の実施の形態に係る光信号伝達装置の概略構成図である。
【図１３】 光データバスを使った信号処理装置を示す斜視図である。
【図１４】 光データバスを使った信号処理装置の他の例を示す斜視図である。
【図１５】 本発明の第1実施形態の光信号伝達装置を複数使用した光データバスの構成例を示した図である。
【図１６】 本発明の第２実施形態の光信号伝達装置を複数使用した光データバスの構成例を示した図である。
【図１７】 本発明の第２実施形態の光信号伝達装置を複数使用した光データバスの他の構成例を示した図である。
【図１８】 本発明の第４実施形態における回路基板上の発光・受光素子と光信号伝達装置の入出射部との位置関係を示す図である。
【図１９】 本発明の第５実施形態における回路基板上の発光・受光素子と光信号伝達装置の入出射部との位置関係を示す図である。
【図２０】 本発明の第６実施形態の光信号伝達装置と外部装置を光ファイバで接続する信号処理装置の構成例を示した図である。
【図２１】 本発明の第６実施形態の光信号伝達装置を示した図である。
【図２２】 本発明の第６実施形態における回路基板上の発光・受光素子と光信号伝達装置の入出射部との位置関係を示す図である。
【図２３】 本発明の第６実施形態の変形例である、直接コネクタを光信号伝達装置に設けた場合の拡大図である。
【符号の説明】
１ 透光性媒体
２ 反射型光拡散層
１０ 光信号伝達装置
１３、１４ 入出射部
２０ 支持基板
３０ 光データバス
４０ コネクタ
５０ 回路基板
５１ 電子回路
５２ 発光・受光素子

Claims (15)

1. 一端に複数の段差を設けることにより形成された、光信号を入射又は出射若しくは入射及び出射するための複数の入出射部を有する透光性媒体と、
   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光信号を、前記複数の入出射部方向に反射する反射手段と、
   を備えた光信号伝達装置。
2. 前記反射手段は、前記入出射部から入射される光信号を、前記複数の入出射部方向に拡散反射すること、を特徴とする請求項１に記載の光信号伝達装置。
3. 前記反射手段は、前記入出射部から入射される光信号を、前記複数の入出射部方向に鏡面反射すること、を特徴とする請求項１に記載の光信号伝達装置。
4. 前記透光性媒体の側面は、前記反射手段により反射された光信号の内、前記入出射部に直接入射する光信号以外の光信号を、前記入出射部に導くように反射することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光信号伝達装置。
5. 前記透光性媒体の側面は、前記反射手段により反射された光信号の内、前記入出射部に直接入射する光信号以外の光信号を、前記複数の入出射部全域に導くように反射することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光信号伝達装置。
6. 前記複数の入出射部は、前記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されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光信号伝達装置。
7. 前記透光性媒体は板状であって、前記透光性媒体の互いに対向する、前記透光性媒体の一端に複数の入出射部と前記透光性媒体の他端に反射手段を設けた請求項１乃至６の何れか１項に記載の光信号伝達装置。
8. 前記複数の入出射部の端面の各々は、前記透光性媒体の上面、該上面に対向する下面、幅方向奥側側面、及び幅方向手前側側面の何れか一の面に対して傾斜を有して形成されている反射面である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光信号伝達装置。
9. 前記入出射部の端面の各々は、前記透光性媒体の上面に対して４５°に形成されている反射面である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光信号伝達装置。
10. 前記入出射部の端面の各々は、前記透光性媒体の上面に対向する下面に対して４５°に形成されている反射面である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光信号伝達装置。
11. 前記入出射部の端面の各々は、前記透光性媒体の上面及び該上面に対向する下面の何れかに対して４５°に形成されている反射面である、請求項１乃至７の何れか一項に記載の光信号伝達装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光信号伝達装置と、前記光信号伝達装置が設けられる支持基板と、光信号の入出射手段を有する回路基板が接続されたときに前記入出射手段が前記透光性媒体の一端に形成された前記入出射部に対向して配置される取り付け構造、
    を備える光データバスシステム。
13. 前記透光性媒体の一端に形成された前記複数の入出射部の一部に、光ファイバの一端が光結合され、該光ファイバの他端には外部機器との光接続用のコネクタが設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の光データバスシステム。
14. 前記透光性媒体の一端に形成された前記複数の入出射部の一部に、外部機器との光接続用のコネクタが設けられ、外部機器と接続される光ファイバとの光結合がされることを特徴とする請求項１２に記載の光データバスシステム。
15. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光信号伝達装置と、
    前記入出射部に対向するように配置された光信号を入出射する入出射手段を有する回路基板と、
    を備えた信号処理装置。

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