JP3666190B2

JP3666190B2 - Optical bus and signal processing device

Info

Publication number: JP3666190B2
Application number: JP18805497A
Authority: JP
Inventors: 一宏逆井; 剛和塩谷; 信也経塚; 匡紀広田; 純二岡田; 勉浜田; 雅夫舟田; 隆小澤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2017-07-14
Also published as: JPH1131035A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光の伝播を担う光バス、およびその光バスを用いた信号の送受を含む信号処理を行なう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ため、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きている。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：ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）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】
また、近年、光通信が急速に進展してきており、通信時のキーデバイスである光分岐装置の需要が年々増加してきている。しかしながら、光通信の最大の課題は、そのキーデバイスのコストと、その実装コストが非常に高価であるという所にある。実装コストを引き上げている原因は、光通信用のデバイスの光学的な位置合わせ精度として極めて高い位置合わせ精度が要求されている所にある。
【０００４】
この様な問題を解決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。光インターコネクション技術の概要は、『内田禎二、回路実装学術講演大会１５Ｃ０１，ｐｐ．２０１〜２０２』や『Ｈ．Ｔｏｍｉｍｕｒｏｅｔａｌ．，“ＰａｃｋａｇｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ”，ＩＥＥＥＴｏｋｙｏＮｏ．３３ｐｐ．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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
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、高速、高感度の発光／受光デバイスを用いた光データ伝送方式をデータバスに適用した例が開示されており、そこには、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は、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、隣接する回路基板表裏両面に配置されている発光／受光デバイスの光学的位置合わせが行なわれてすべての回路基板が光学的に結合していることが必要となる。さらに、自由空間を介して結合されている為、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。さらに、各回路基板が直列に配置されているため、いずれかのボードが取りはずされた場合にはそこで接続が途切れてしまい、それを補うための余分な回路基板が必要となる。すなわち、回路基板を自由に抜き差しすることができず、回路基板の数が固定されてしまうという問題がある。
【０００６】
回路基板相互間のデータ伝送の他の技術が、特開昭６１−１９６２１０号公報に開示されている。ここに開示された技術は、平行な２面を有するプレートを具備し、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である。この方式では、１点から発せられた光を固定された１点にしか接続できず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、位置合わせ等が難しい為、光学素子の位置ずれに起因して、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、回路基板間の接続情報はプレート表面に配置された回折格子、反射素子により決定されるため、回路基板を自由に抜き差しすることができず拡張性が低い、という様々な問題がある。
【０００７】
また、光分岐装置として、特開平８−１５５３９公報や特開平８−５８５２公報が提案されているが、これらはいずれも位置合わせ精度の高い接合（実装）を要求しており、たとえば、特開平８−５８５２公報では４μｍずれると、−４ｄＢ減衰してしまうようなものである。このように位置ずれに対する要求が非常に厳しいので、実装する際のコストが膨大なものとなるため、一般への普及を阻むものであった。
【０００８】
これらの問題を解決する手段として、シート状の光バスの光伝送層内に、入射した信号光を拡散する光拡散部を設け、その光拡散部で拡散した信号光を光伝送層内で全ての方向に伝播させるようにした光バス方式が考えられる。この光バス方式では、拡散された信号光がシート状の光バスの光伝送層内で伝搬するため、前述した特開平２−４１０４２号公報のように回路基板の数が固定されることがなく、また、特開昭６１−１９６２１０号公報のように発光／受光デバイスの光学的位置合わせの困難さがないという特徴を有する。しかし、入射された信号光は、その信号光が受光される受光素子のみでなく、広い範囲に広がってしまうため、光エネルギーの利用効率が低く、高速化や低消費電力化には問題がある。また、光信号分岐装置として見た場合は、その光エネルギーの利用効率の低さから、再度、増幅して光信号強度を上げる必要が生じ、光分岐装置としての評価は小さい。この問題を解決する手段として、光信号の分岐を担う複数の微小光学素子を用いることにより、シート状光バス内における光エネルギーの利用効率を改善することが考えられる。しかし、並列処理が行われる信号処理装置では複数の信号光経路が必要であるため、複数のシート状光バスが必要となり、装置が大型化し、また、位置合わせを必要とする箇所も多いため、コストアップになるという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、信号の並列伝送を行なうにあたり、コストの低減化が図られた光バス、およびその光バスを用い、小型化およびコストの低減化が図られた信号処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光バスは、信号光の伝播を担う光バスにおいて、
（１＿１）各ビットの信号光の入射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を入射する信号光入射部
（１＿２）各ビットの信号光の出射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を並列的に出射する、複数の信号光出射部
（１＿３）信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を各ビット毎にそれぞれ複数に分岐させて、各ビットの分岐した信号光それぞれを、上記複数の信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる光束分岐部
を備え、
（１＿３）の光束分岐部が、信号光入射部から入射した複数ビットのビット幅を持つ信号光のうちの各ビットの信号光を、複数の信号光出射部のうちのいずれか１つの信号光出射部の対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる単位光学素子が複数集合し、全体として信号光入射部から入射した信号光を空間的に複数に分割して複数の信号光出射部に向かわせるものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明の光バスは、光束分岐部により、信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を各ビット毎にそれぞれ複数に分岐させて、複数の信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせるものであるため、１つの共通信号路で複数ビットの信号を伝送することができる。従って、信号の並列伝送にあたり、共通信号路となる伝送層を多数積層する必要がなく、コストの低減化が図られる。
【００１２】
また、上記目的を達成する本発明の信号処理装置は、
（２＿１）基体
（２＿２）複数ビットのビット幅を持つ信号光を出射する信号光出射端およびその信号光出射端から出射される信号光に担持させる信号を生成する電子回路と、複数ビットのビット幅を持つ信号光を入射する信号光入射端およびその信号光入射端から入射した信号光が担持する信号に基づく信号処理を行なう電子回路とのうちの少なくとも一方が搭載された複数枚の回路基板
（２＿３）複数ビットのビット幅を持つ信号光がこれら複数ビットについて並列的に入射する信号光入射部と、複数ビットのビット幅を持つ信号光がこれら複数ビットについて並列的に出射する、複数の信号光出射部と、信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を各ビット毎にそれぞれ複数に分岐させて、各ビットの分岐した信号光それぞれを、複数の信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる光束分岐部とを備え、上記基体に固定されて信号光入射部から入射した信号光の伝播を担う光バス
（２＿４）上記回路基板を、信号光出射端を有する回路基板の、その信号光出射端が光バスの信号光入射部に各ビット毎に光学的に結合されるとともに、信号光入射端を有する回路基板の、その信号光入射端が光バスの信号光出射部に各ビット毎に光学的に結合される状態に、上記基体に支持する回路基板支持体
を具備し、
（２＿３）の光バスを構成する光束分岐部が、信号光入射部から入射した複数ビットのビット幅を持つ信号光のうちの各ビットの信号光を、複数の信号光出射部のうちのいずれか１つの信号光出射部の対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる単位光学素子が複数集合し、全体として信号光入射部から入射した信号光を空間的に複数に分割して複数の信号光出射部に向かわせるものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の信号処理装置は、１つの共通信号路で複数ビットの信号を伝送する光バスを用いたものであるため、信号の並列伝送にあたり、光バスの共通信号路となる伝送層の層数が少なくて済み、装置の小型化およびコストの低減化が図られる。
【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。
図１は、本発明の一実施形態の光バスを示す平面模式図、図２は、図１に示す光バスの光束分岐部の拡大平面展開模式図、図３は、図１に示す光バスの光束分岐部の拡大側面模式図である。
【００１５】
図１では、その図１の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸、紙面に垂直な方向をＺ軸として説明する。
ここには、シート状の光バス１０が備えられており、そのシート状光バス１０の、図１の左側の部分に、４つの信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４が形成されている。各信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４には、各一対の発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ；１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ；１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ；１６＿４Ａ，１６＿４Ｂが備えられている。また、シート状光バス１０の、図１の左側の部分に、各発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ，１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ，１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ，１６＿４Ａ，１６＿４Ｂに対応して各光束分岐部１４（図２参照）が形成されている。さらにシート状光バス１０の、図１の右側の部分に、４つの信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４が形成されている。各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４には、各一対の受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ；１７＿２ａ，１７＿２ｂ；１７＿３ａ，１７＿３ｂ；１７＿４ａ，１７＿４ｂが備えられている。
【００１６】
各信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４には、各一対の発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ；１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ；１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ；１６＿４Ａ，１６＿４Ｂから、各２ビットのビット幅を持つ信号光が並列的に入射される。ここでは、各２ビットのビット幅を持つ信号光のうち、発光素子１６＿１Ａ，１６＿２Ａ，１６＿３Ａ，１６＿４Ａからの信号光（信号系統Ａと称する）を上位ビットの信号光とし、また発光素子１６＿１Ｂ，１６＿２Ｂ，１６＿３Ｂ，１６＿４Ｂからの信号光（信号系統Ｂと称する）を下位ビットの信号光として取り扱うものとする。
【００１７】
各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿２，１３＿４は、各一対の受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ；１７＿２ａ，１７＿２ｂ；１７＿３ａ，１７＿３ｂ；１７＿４ａ，１７＿４ｂに向けて、各２ビットのビット幅を持つ信号光を並列的に出射する。
光束分岐部１４は、信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４から入射した２ビットのビット幅を持つ信号光のうちの各ビットの信号光を、４つの信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４のうちのいずれか１つの信号光出射部の、各ビットの信号光の出射を分担する部分に屈折して向かわせる単位光学素子１５（図２参照）が複数集合し、全体として信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４から入射した信号光を空間的に４つに分割して４つの信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に向かわせるものである。ここで、図２に示す光束分岐部１４を構成する複数の単位光学素子１５には、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に対応して番号１，２，３，４が付されており、例えば図１に示す信号光入射部１２＿４に備えられた、下位ビット用の発光素子１６＿４Ｂに対応する光束分岐部１４では、その信号光入射部１２＿４から入射した信号光を、図３に示すように、番号１〜４が付された単位光学素子１５それぞれに定められた方向にそれぞれ屈折し、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４の、下位ビットの信号光の出射を分担する部分を経由して、受光素子１７＿１ｂ，１７＿２ｂ，１７＿３ｂ，１７＿４ｂそれぞれに向かわせる。
【００１８】
尚、図１に示す光バス１０は、４つのプロセッサエレメントもしくは４つの回路基板に用いられるものであり、このためこの光バス１０では、これら４つのプロセッサエレメントもしくは４つの回路基板に対応して、それぞれ４つの信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４、４つの信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４、４対の発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ；１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ；１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ；１６＿４Ａ，１６＿４Ｂ、および４対の受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ；１７＿２ａ，１７＿２ｂ；１７＿３ａ，１７＿３ｂ；１７＿４ａ，１７＿４ｂが備えられている。
【００１９】
図１に示す発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ，１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ，１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ，１６＿４Ａ，１６＿４Ｂそれぞれから出射されて光束分岐部１４に入射される信号光は、図２では光スポット１ｂとして示されている。本実施形態では、この入射信号光は、図１に示すＸ方向に拡散する光束であり、Ｙ方向は、図２に示すようにスポット径自体は大きいものの図３に示すようにコリメート変換された平行光束であるとする。光束分岐部１４に入射された信号光は、図３で説明したようにして複数の単位光学素子１５により屈折され、共通信号路１１内を伝搬して所望の信号出射部に向かう。尚、信号光のＺ軸成分は、平行な上下２面を持つシート状光バス１０内で全反射を繰り返しながら信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４へ向かうため、信号光がＹ軸を中心とした角度ずれを生じていても、それらの角度ずれは、この平行な２面での全反射で吸収されて、受光素子に向かう光線のずれには影響を及ぼさない。
【００２０】
また、図１に示すように、信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４に備えられた信号系統Ａ用の発光素子１６＿１Ａ，１６＿２Ａ，１６＿３Ａ，１６＿４Ａから出射された信号光は、光束分岐部１４の複数の単位光学素子１５により各４本の光線１ｃ（実線）に分割され、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に備えられた受光素子１７＿１ａ，１７＿２ａ，１７＿３ａ，１７＿４ａにのみ入力される。一方、信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４に備えられた信号系統Ｂ用の発光素子１６＿１Ｂ，１６＿２Ｂ，１６＿３Ｂ，１６＿４Ｂから出射された信号光は、光束分岐部１４の複数の単位光学素子１５により各４本の光線１ｄ（点線）に分割され、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に備えられた受光素子１７＿１ｂ，１７＿２ｂ，１７＿３ｂ，１７＿４ｂにのみ入力される。
【００２１】
図４は、入射信号光がＺ軸方向に位置ずれなく入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図、図５は、入射信号光がＺ軸方向マイナス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図、図６は、入射信号光がＺ軸方向プラス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の反射面と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【００２２】
各図に、スポット１ｂに含まれる、各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に向けて屈折する、単位光学素子１５の個数に対応する光線の数（出力数）を示す。ここに示す例では、いずれの図においても、各出力数は９〜１１であり、入射信号光がＺ軸方向に位置ずれがあっても各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に向かう信号光の光量の変化は少ない。従って、各受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ，１７＿２ａ，１７＿２ｂ，１７＿３ａ，１７＿３ｂ，１７＿４ａ，１７＿４ｂで受光される光量の変化は小さく、ほぼ一定強度の信号光を受光することができる。
【００２３】
図７は、入射信号光がＹ軸方向に位置ずれなく入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図、図８は、入射信号光がＹ軸方向プラス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図、図９は、入射信号光が、Ｙ軸方向マイナス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【００２４】
ここに示す例では、入射信号光がＹ軸方向に位置ずれを生じても、入射信号光のスポット１ｂに含まれる、各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に向けて屈折する、単位光学素子１５の個数に対応する光線の数（出力数）は９〜１１であり、各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に向かう信号光の光量の変化は少ない。ただし入射信号光のＹ軸方向の角度ずれに関しては、以下に説明するように、多少の対策が必要である。
【００２５】
図１０、図１１および図１２は、それぞれ、２ビットのビット幅を持つ入射信号光がＹ軸方向に角度ずれなく入射した場合、２ビットのビット幅を持つ入射信号光がＹ軸方向プラス側に角度ずれをもって入射した場合、および入射信号光がＹ軸方向マイナス側に角度ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子で屈折した後の光線を示した模式図である。
【００２６】
２ビットのビット幅をもつ入射信号光がＹ軸方向に角度ずれを持って入射すると、図１１，図１２に示すように、各ビットの信号光は、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４においてＹ軸方向に位置ずれを生じる結果となる。しかしながら、本実施形態ではＸ軸方向についての規制は極めて緩く、このＹ軸方向のみに関して入射信号光の位置や角度を規制することは現在の実装技術では比較的容易であり、あるいは各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４をレンズ状に形成することにより、Ｙ軸方向への僅かな位置ずれがあっても各受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ，１７＿２ａ，１７＿２ｂ，１７＿３ａ，１７＿３ｂ，１７＿４ａ，１７＿４ｂに信号光を入射させることができる。
【００２７】
また、信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４側の各一対の発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ；１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ；１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ；１６＿４Ａ，１６＿４Ｂをそれぞれ同一アレイ上に形成し一括して実装し、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿２，１３＿４側の各一対の受光素子１７＿１ａ，１７＿１ｂ；１７＿２ａ，１７＿２ｂ；１７＿３ａ，１７＿３ｂ；１７＿４ａ，１７＿４ｂをそれぞれ同一アレイ上に形成し一括して実装すると、信号系統Ａ，Ｂにおける光線と信号系統Ｂにおける光線との位置ずれを少なくすることができる。
【００２８】
このように本実施形態の光バス１０は、信号光入射部１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４から入射した２ビットの信号光の、各ビット毎の信号光をそれぞれ４つに分岐させて、４つの信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４それぞれの、各ビット毎の信号光の出射を分担する部分に向かわせるものであるため、１つの共通信号路１１で８ビットの信号を伝送することができる。従って、信号の並列伝送にあたり、共通信号路１１となる伝送層を多数積層する必要がなく、コストの低減化が図られる。
【００２９】
次に、本実施形態の光バス１０の詳細構造について説明する。
図１では、光伝送層となる共通信号路１１を上下に挟むように形成されたクラッド層は、省略されている。光伝送層となる共通信号路１１は信号路の伝送を担う層であり、本実施形態では、光透過率の高い一層あたり厚さ１ｍｍのＰＭＭＡ（ポリメタクリレート）が用いられている。また、クラッド層は、光伝送層内の光が厚さ方向に漏れるのを防ぐ目的であり、光伝送層よりも低い屈折率を有する材料が選定されている。ここでは、光伝送層にＰＭＭＡを採用したため、含フッ素ポリマが好適に採用される。また、本実施形態では単層の光データバス１０でその構造を示しているが、実際には、この光データバス１０本体を複数枚重ねて、さらなる伝送の多ビット化を行なってもよい。
【００３０】
図２に示す光拡散分岐部１４は、一辺が１００μｍからなる多数の単位光学素子１５から構成されており、共通信号路１１と一体に形成されている。このような単位光学素子１５の集まりで構成した光束分岐部１４をシート状の光バス１０に作り込むには予め型を用意し、その型を加熱し、ＰＭＭＡが十分に溶ける温度にしておき、十分に加熱され、溶融状態にあるＰＭＭＡをその型に流し込むことによって得ることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、発光素子として半導体レーザーが用いられている。信号光のＹ軸方向が平行となるように信号光をコリメート変換して光束分岐部１４に入射し、光束分岐部１４で定められた４つの方向に信号光を分岐する。このとき、光束分岐部１４は、多数の単位光学素子１５で構成されているため、コリメート変換された信号光の、光束分岐部１４に到達したときの光ビームの大きさは４００μｍとなり、各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に到達する光量はそれぞれ±１０％以内に収まる。
【００３２】
また、共通信号路１１の光伝送線路長は１５０ｍｍであり、その共通信号路１１の、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４が形成された部分の長さは８０ｍｍである。また、単位光学素子１５の面の傾き精度は±０．２度で形成されており、これにより、各信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４での光の広がりが±０．６ｍｍに抑えられている。さらに、信号光出射部１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４に備えられた、信号系統Ａの受光素子１７＿１ａ，１７＿２ａ，１７＿３ａ，１７＿４ａと、信号系統Ｂの受光素子１７＿１ｂ，１７＿２ｂ，１７＿３ｂ，１７＿４ｂとの間隔は、それぞれ、１．５ｍｍ程度であるため、信号系統Ａと信号系統Ｂとの干渉はなく、互いに独立した経路として扱うことができる。
【００３３】
図１３は、本発明の信号処理装置の一実施形態を示す模式斜視図である。
この図１３に示す信号処理装置５００には、基体５１０と、４枚の回路基板５２０と、４枚の光バス１０とが備えられている。
各回路基板５２０に、各一対の発光素子および各一対の受光素子（図１３では、１対の発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂおよび１対の受光素子１７＿１Ａ，１７＿１Ｂのみ示されている）が実装されている。各回路基板５２０には、発光素子１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ等から出射される信号光に担持させる信号の生成や、受光素子１７＿１ａ，１７＿ｂ等で受光した信号光が担持する信号に基づく信号処理を行なう、ＶＬＳＩ等の電子回路部品５２３が搭載されている。
【００３４】
ここで、各光バス１０の、各一対の発光素子に対向した信号光入射部には、図２に示す複数の屈折面からなる光束分岐部が形成されており、４枚の回路基板５２０のうちのいずれの回路基板の一対の発光素子から出射され、光バス１０の信号光入射部に入射された各２ビットのビット幅を持つ信号光であっても、光バス１０の、４枚の回路基板５２０全ての各４つの信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に伝達され、それら４枚の回路基板５２０全ての受光素子に入射される。
【００３５】
このように、この図１３に示す信号処理装置の場合、１つの共通信号路で各２ビットの信号を伝送する光バス１０を４枚用いたものであるため、多数ビットの信号の伝送にあたり、光バス１０の数が少なくて済み、装置の小型化およびコストの低減化が図られる。また、光バス１０に入射した信号光を、複数の信号光出射部のみに伝達するため、光エネルギーの損失が小さくて済み、従って消費電力の低減化が図られ、かつ回路基板の着脱によりシステムの変更に柔軟に対処することができる。
【００３６】
尚、本実施形態の光バス１０では、４つの信号光入射部から入射した各２ビットの信号光を４つの信号光出射部それぞれの各部分に向かわせた例で説明したが、これに限られるものではなく、信号光入射部は１つであってもよく、また信号光も３ビット以上の信号光でもよく、要するに信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を複数の信号光出射部それぞれの各部分に向かわせるものであればよい。
【００３７】
図１４は、図１に示す光バスの光束分岐部とは異なる光バスの光束分岐部の、拡大側面模式図である。
本実施形態の光バス２０では、図１４に示すように信号光２３の入力は、シート状の共通信号路２１の上面から行われ、共通信号路２１の、傾斜して形成された端面に、反射面を有する単位光学素子２４が形成されている。この単位光学素子２４により、信号光２３は定められた４つの方向に反射し、離散的に分岐される。共通信号路２１の光伝送線路長は１５０ｍｍ、その共通信号路２１の、図示しない信号光出射部が形成された部分の長さは８０ｍｍである。また単位光素子２４の面の傾き精度は±０．１度で形成されており、これにより信号光出射部での光の広がりが±０．８ｍｍに抑えられている。さらに、信号光出射部に備えられた、信号系統Ａの受光素子と信号系統Ｂの受光素子との間隔は２．０ｍｍ程度であるため、信号系統Ａと信号系統Ｂとの干渉はなく、互いに独立した経路として扱うことができる。
【００３８】
図１５は、図１４に示す単位光学素子が形成され、コア層とクラッド層とが交互に積層された構造を有する光バスの斜視図である。
図１５に示す光バス３０は、信号光を伝達する複数のコア層３１と、それらのコア層３１どうしを隔てる複数のクラッド層３２とが交互に積層されている。
この光バス３０の、図１５の右側の部分は階段状の構造を有しており、その階段の部分に、各コア層３１に信号光を入射するための信号光入射部３３が形成さている。各信号光入射部３３は、この図１５の上方から信号光の入射を受ける。各コア層３１それぞれの下面には、図１４に示すような、信号光を反射する単位光学素子（図１５には図示せず）が形成されており、いずれかの信号入射部３３に信号光が入射されると、その入射信号光は、光バス３０の、図１５に矢印で示す４方向に反射し図示しない複数の信号光出射部に向けて分岐され、コア層内を伝播する。
【００３９】
この実施形態に示すように、本発明のバスは、複数層積み重ねた構造を備えていてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光束分岐路により、信号光入射部から入射した複数ビットの信号光の、各ビット毎の信号光をそれぞれ複数に分岐させて、複数の信号光出射部それぞれの、各ビット毎の信号光の出射を分担する部分に向かわせるものであるため、１つの共通信号路で信号の並列伝送を行なうことができ、多数の共通信号路を用いた光バスと比較し、コストの低減化が図られる。また、入射した信号光は、光束分岐路により確実に信号光出射部に向かうため、従来のシート状の光バスにおいて散乱光線がシートの至るところに拡散することにより光利用効率が低いという問題を解決することができる。
【００４１】
また、光束分岐部に複数の単位光学素子を形成し、これら単位光学素子の向きにより光線の光強度分布を決めると、複数の信号光出射部それぞれに向かう光量を均一にすることができ、また、ある比率で特定の分岐先にのみ集めることもできるため、光分岐装置として利用すれば、位置合わせの不要と相まって一般ユーザーが自由に組替えることができるシステムを構成することができる。
【００４２】
さらに、本発明による光バスを用いて構成された信号処理装置では、共通信号路を多数積層しなくても並列伝送が可能となるため、装置の小型化および低コスト化が図られるばかりでなく、複数の基板間で同時に信号のやり取りができるため、高速で低消費電力の装置を実現することができる。また、光の利用効率が極めて高くなるので、従来の光パワーであっても、より一層の高速化に対応させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の光バスを示す平面模式図である。
【図２】図１に示す光バスの光束分岐部の拡大平面展開模式図である。
【図３】図１に示す光バスの光束分岐部の拡大側面模式図である。
【図４】入射信号光がＺ軸方向に位置ずれなく入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図５】入射信号光がＺ軸方向マイナス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図６】入射信号光がＺ軸方向プラス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図７】入射信号光がＹ軸方向に位置ずれなく入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図８】入射信号光がＹ軸方向プラス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図９】入射信号光がＹ軸方向マイナス側に位置ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子と入射信号光のスポット位置との関係を示す模式図である。
【図１０】２ビットのビット幅を持つ入射信号光がＹ軸方向に角度ずれなく入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子で屈折した後の光線を示した模式図である。
【図１１】２ビットのビット幅を持つ入射信号光がＹ軸方向プラス側に角度ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の単位光学素子で屈折で反射した後の光線を示した模式図である。
【図１２】２ビットのビット幅を持つ入射信号光がＹ軸方向マイナス側に角度ずれをもって入射した場合における、光束分岐部の反射面で単位光学素子で屈折した後の光線を示した模式図である。
【図１３】本発明の信号処理装置の一実施形態を示す模式斜視図である。
【図１４】図１に示す光バスの光束分岐部とは異なる光バスの光束分岐部の、拡大側面模式図である。
【図１５】図１４に示す単位光学素子が形成され、コア層とクラッド層とが交互に積層された構造を有する光バスの斜視図である。
【符号の説明】
１ｂ光スポット
１ｃ，１ｄ，２３光線
１０，２０，３０光バス
１１，２１共通信号路
１２＿１，１２＿２，１２＿３，１２＿４，３３信号光入射部
１３＿１，１３＿２，１３＿３，１３＿４信号光出射部
１４光束分岐部
１５，２４単位光学素子
１６＿１Ａ，１６＿１Ｂ，１６＿２Ａ，１６＿２Ｂ，１６＿３Ａ，１６＿３Ｂ，１６＿４Ａ，１６＿４Ｂ発光素子
１７＿１ａ，１７＿１Ｂ，１７＿２ａ，１７＿２Ｂ，１７＿３ａ，１７＿３Ｂ，１７＿４ａ，１７＿４Ｂ受光素子
３１コア層
３２クラッド層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical bus that carries propagation of signal light, and a signal processing device that performs signal processing including transmission and reception of signals using the optical bus.
[0002]
[Prior art]
With the development of very large scale integrated circuits (VLSI), the circuit functions of circuit boards (daughter boards) used in data processing systems have increased significantly. As the number of circuit functions increases, the number of signal connections to each circuit board increases. Therefore, a data bus board (motherboard) that connects each circuit board (daughter board) with a bus structure requires a large number of connection connectors and connection lines. A parallel architecture has been adopted. Although parallel buses have been improved by increasing the number of connection lines and making them parallel, the operation speed of parallel buses has been improved. However, the system processing speed has been increased in parallel due to signal delays due to the capacitance between connection lines and connection line resistance. It may be limited by the operating speed of the bus. In addition, the problem of electromagnetic noise (EMI) due to the high density of parallel bus connection wirings is also a major limitation for improving the processing speed of the system.
[0003]
In recent years, optical communication has been rapidly progressing, and the demand for optical branching devices, which are key devices during communication, has been increasing year by year. However, the biggest problem of optical communication is that the cost of the key device and the mounting cost are very expensive. The reason for increasing the mounting cost is that an extremely high alignment accuracy is required as an optical alignment accuracy of a device for optical communication.
[0004]
In order to solve such problems and improve the operation speed of the parallel bus, use of an in-system optical connection technique called optical interconnection has been studied. For an overview of optical interconnection technology, see “Junji Uchida, Circuit Implementation Conference 15C01, pp. 201-202 "and" H. Tomimura et al. "Packaging Technology for Optical Interconnects", IEEE Tokyo No. 33 pp. 81-86, 1994 ", various forms have been proposed depending on the contents of the system configuration.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Among various types of conventionally proposed optical interconnection technologies, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-41042 discloses an example in which an optical data transmission method using a high-speed, high-sensitivity light emitting / receiving device is applied to a data bus. The light emitting / receiving devices are arranged on both the front and back surfaces of each circuit board, and the light emitting / receiving devices on the adjacent circuit boards incorporated in the system frame are spatially coupled by light. Serial optical data buses have been proposed for loop transmission between circuit boards. In this method, the signal light sent from a certain circuit board is optical / electrically converted by the adjacent circuit board, and further converted by the circuit board again. Then, the signal light is transmitted to the adjacent circuit board. Each circuit board is sequentially arranged in series so as to transmit light, and is transmitted between all circuit boards incorporated in the system frame while repeating photoelectric conversion and electrical / optical conversion on each circuit board. For this reason, the signal transmission speed depends on the optical / electrical conversion / electrical / optical conversion speed of the light receiving / light emitting device arranged on each circuit board and at the same time is restricted. In addition, data transmission between each circuit board uses optical coupling with a free space by light receiving / light emitting devices arranged on each circuit board, so it is arranged on both front and back sides of adjacent circuit boards. It is necessary that all the circuit boards are optically coupled by optical alignment of the light emitting / receiving devices that are in use. Furthermore, since they are coupled through free space, interference (crosstalk) between adjacent optical data transmission paths occurs, and data transmission failure is expected. It is also expected that data transmission failure will occur due to scattering of signal light by the environment within the system frame, such as dust. Furthermore, since the circuit boards are arranged in series, if any of the boards is removed, the connection is interrupted there, and an extra circuit board is required to make up for it. That is, there is a problem that the circuit boards cannot be freely inserted and removed, and the number of circuit boards is fixed.
[0006]
Another technique for data transmission between circuit boards is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-196210. The technique disclosed here is a system that includes a plate having two parallel surfaces and optically couples circuit boards via an optical path constituted by a diffraction grating and a reflective element arranged on the plate surface. . In this method, light emitted from one point can be connected to only one fixed point, and all circuit boards cannot be connected exhaustively like an electric bus. Due to the displacement of the element, interference between adjacent optical data transmission lines (crosstalk) occurs and data transmission failure is expected. Connection information between circuit boards is a diffraction grating arranged on the plate surface, Since it is determined by the reflective element, there are various problems that the circuit board cannot be freely inserted and removed and the expandability is low.
[0007]
Further, as optical branching devices, Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-155539 and 8-5852 have been proposed, but both of these require bonding (mounting) with high alignment accuracy. In the case of 8-5852 gazette, if it is shifted by 4 μm, it is attenuated by −4 dB. As described above, since the requirement for displacement is very strict, the cost for mounting becomes enormous, which has hindered popularization.
[0008]
As a means for solving these problems, a light diffusing part for diffusing the incident signal light is provided in the light transmission layer of the sheet-like optical bus, and the signal light diffused by the light diffusing part is all within the light transmission layer. An optical bus system in which the light is propagated in the direction can be considered. In this optical bus method, since the diffused signal light propagates in the optical transmission layer of the sheet-like optical bus, the number of circuit boards is not fixed as in the above-mentioned JP-A-2-41042. In addition, there is a feature that there is no difficulty in optical alignment of the light emitting / receiving device as in JP-A-61-196210. However, the incident signal light spreads not only to the light receiving element that receives the signal light but also to a wide range, so that the light energy utilization efficiency is low, and there is a problem in speeding up and reducing power consumption. . Further, when viewed as an optical signal branching device, it is necessary to amplify the signal again by increasing the optical signal intensity because of the low utilization efficiency of the optical energy, and the evaluation as an optical branching device is small. As a means for solving this problem, it is conceivable to improve the utilization efficiency of light energy in the sheet-like optical bus by using a plurality of micro optical elements responsible for branching of the optical signal. However, since a signal processing device that performs parallel processing requires a plurality of signal light paths, a plurality of sheet-like optical buses are required, the device is enlarged, and there are many places that require alignment, The problem of increased costs arises.
[0009]
In view of the above circumstances, the present invention provides an optical bus that is reduced in cost when performing parallel signal transmission, and a signal processing device that is reduced in size and cost using the optical bus. The purpose is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  The optical bus of the present invention that achieves the above object is an optical bus responsible for propagation of signal light.
(1_1)It has multiple parts that share the incidence of each bit of signal light, and as a whole it can receive multiple bits of signal light.Incident signal light incident part
(1_2)It has multiple parts that share the output of the signal light of each bit, and as a whole, the signal light of multiple bitsMultiple signal light emitting sections that emit in parallel
(1_3) A plurality of bits of signal light incident from the signal light incident section are branched into a plurality of bits for each bit, and each of the branched signal lights of each bit is corresponding to each of the plurality of signal light emitting sections. Beam splitter that directs to the part that shares the emission of the signal light
With,
  (1_3) luminous flux branching unit outputs signal light of each bit of signal light having a bit width of a plurality of bits incident from the signal light incident unit, and signal light of any one of the plurality of signal light emitting units A plurality of unit optical elements that are directed to the part of the output unit that shares the output of the signal light of the corresponding bit are assembled, and the signal light incident from the signal light input unit as a whole is spatially divided into a plurality of signal lights. It is aimed at the emission partIt is characterized by that.
[0011]
In the optical bus according to the present invention, a plurality of bits of signal light incident from the signal light incident unit are branched into a plurality of bits for each bit by the light beam branching unit, and the signal of the corresponding bit of each of the plurality of signal light emitting units. Since the light is directed to a part that shares light emission, a signal of a plurality of bits can be transmitted through one common signal path. Therefore, it is not necessary to stack a large number of transmission layers serving as a common signal path in parallel signal transmission, and the cost can be reduced.
[0012]
  In addition, the signal processing device of the present invention that achieves the above-described object provides:
(2_1) Substrate
(2_2) A signal light emitting end for emitting signal light having a bit width of a plurality of bits, an electronic circuit for generating a signal to be carried on the signal light emitted from the signal light emitting end, and a signal having a bit width of a plurality of bits A plurality of circuit boards on which at least one of a signal light incident end that receives light and an electronic circuit that performs signal processing based on a signal carried by the signal light incident from the signal light incident end is mounted
(2_3) A signal light incident unit in which signal light having a bit width of a plurality of bits is incident in parallel on the plurality of bits, and a signal light having a bit width of a plurality of bits are emitted in parallel on the plurality of bits. The signal light emitting unit and the signal light of multiple bits incident from the signal light incident unit are branched into a plurality of bits for each bit, and each of the branched signal lights of each bit corresponds to each of the plurality of signal light emitting units. An optical bus that is fixed to the base and carries the propagation of the signal light incident from the signal light incident part.
(2_4) The circuit board having the signal light emitting end is optically coupled to the signal light incident portion of the optical bus for each bit, and has the signal light incident end. A circuit board support for supporting the circuit board so that the signal light incident end of the circuit board is optically coupled to the signal light emitting portion of the optical bus for each bit.
Equipped withAnd
  Configure the optical bus (2_3)The light beam branching unit corresponds to any one of the plurality of signal light emitting units with the signal light of each bit of the signal light having a bit width of a plurality of bits incident from the signal light incident unit. A plurality of unit optical elements that are directed to the part that shares the emission of the signal light of the bit to be transmitted are aggregated, and the signal light incident from the signal light incident part as a whole is spatially divided into a plurality of parts and directed to the plurality of signal light emission parts. Is somethingIt is characterized by that.
[0013]
Since the signal processing apparatus of the present invention uses an optical bus that transmits a signal of a plurality of bits through one common signal path, the number of transmission layers that become a common signal path of the optical bus in parallel signal transmission Therefore, the apparatus can be reduced in size and cost.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
1 is a schematic plan view showing an optical bus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged schematic plan view of a light beam branching portion of the optical bus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an optical bus shown in FIG. It is an expansion side surface schematic diagram of the light beam branch part.
[0015]
In FIG. 1, the horizontal direction of FIG. 1 is described as the X axis, the vertical direction as the Y axis, and the direction perpendicular to the paper surface as the Z axis.
Here, a sheet-like optical bus 10 is provided, and four signal light incident portions 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 are formed in the left portion of the sheet-like optical bus 10 in FIG. . Each signal light incident portion 12_1, 12_2, 12_3, 12_4 includes a pair of light emitting elements 16_1A, 16_1B; 16_2A, 16_2B; 16_3A, 16_3B; 16_4A, 16_4B. Further, in the left part of FIG. 1 of the sheet-like optical bus 10, the light beam branching portions 14 (see FIG. 2) corresponding to the respective light emitting elements 16_1A, 16_1B, 16_2A, 16_2B, 16_3A, 16_3B, 16_4A, and 16_4B Is formed. Further, four signal light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 are formed in the right portion of the sheet-like optical bus 10 in FIG. Each of the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 includes a pair of light receiving elements 17_1a and 17_1b; 17_2a and 17_2b; 17_3a and 17_3b; and 17_4a and 17_4b.
[0016]
In each of the signal light incident portions 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4, signal light having a bit width of 2 bits from each pair of light emitting elements 16_1A, 16_1B; 16_2A, 16_2B; 16_3A, 16_3B; Is incident on. Here, out of the signal light having a bit width of 2 bits, signal light from the light emitting elements 16_1A, 16_2A, 16_3A, and 16_4A (referred to as signal system A) is used as the upper bit signal light, and the light emitting elements 16_1B and 16_2B are used. , 16_3B, 16_4B, signal light (referred to as signal system B) is handled as signal light of lower bits.
[0017]
Each of the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_2, and 13_4 parallels signal light having a bit width of 2 bits toward each pair of light receiving elements 17_1a, 17_1b; 17_2a, 17_2b; 17_3a, 17_3b; 17_4a, 17_4b. The light is emitted.
The beam splitter 14 converts the signal light of each bit of the signal light having the bit width of 2 bits incident from the signal light incident units 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 into four signal light emitting units 13_1, 13_2, and 13_3. , 13_4, a plurality of unit optical elements 15 (see FIG. 2) that are refracted and directed to the portion that shares the emission of the signal light of each bit of the signal light emission part of the signal light as a whole. The signal light incident from the incident portions 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 is spatially divided into four and directed to the four signal light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4. Here, the plurality of unit optical elements 15 constituting the light beam branching section 14 shown in FIG. 2 are assigned numbers 1, 2, 3, and 4 corresponding to the signal light emitting sections 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4. For example, in the light beam branching unit 14 corresponding to the light emitting element 16_4B for lower bits provided in the signal light incident unit 12_4 illustrated in FIG. 1, the signal light incident from the signal light incident unit 12_4 is illustrated in FIG. As described above, the portions that are refracted in the directions determined for the unit optical elements 15 numbered 1 to 4, respectively, and share the emission of the signal light of the lower bits of the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4. To the light receiving elements 17_1b, 17_2b, 17_3b, and 17_4b.
[0018]
The optical bus 10 shown in FIG. 1 is used for four processor elements or four circuit boards. For this reason, the optical bus 10 corresponds to these four processor elements or four circuit boards. 4 signal light incident portions 12_1, 12_2, 12_3, 12_4, 4 signal light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, 13_4, 4 pairs of light emitting elements 16_1A, 16_1B; 16_2A, 16_2B; 16_3A, 16_3B; 16_4A, 16_4B, And four pairs of light receiving elements 17_1a, 17_1b; 17_2a, 17_2b; 17_3a, 17_3b; 17_4a, 17_4b.
[0019]
Signal light emitted from each of the light emitting elements 16_1A, 16_1B, 16_2A, 16_2B, 16_3A, 16_3B, 16_4A, and 16_4B shown in FIG. 1 and entering the light beam branching portion 14 is shown as a light spot 1b in FIG. In the present embodiment, this incident signal light is a light beam that diffuses in the X direction shown in FIG. 1, and the Y direction is collimated as shown in FIG. 3, although the spot diameter itself is large as shown in FIG. Let it be a parallel light beam. The signal light incident on the light beam splitting unit 14 is refracted by the plurality of unit optical elements 15 as described with reference to FIG. 3, propagates in the common signal path 11, and travels toward a desired signal emitting unit. The Z-axis component of the signal light is directed to the signal light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 while repeating total reflection in the sheet-like optical bus 10 having two parallel upper and lower surfaces. Even if there is an angle shift around the center, the angle shift is absorbed by the total reflection on the two parallel surfaces, and does not affect the shift of the light beam toward the light receiving element.
[0020]
Further, as shown in FIG. 1, the signal light emitted from the light emitting elements 16_1A, 16_2A, 16_3A, and 16_4A for the signal system A provided in the signal light incident units 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 Are divided into four light beams 1c (solid lines) by the plurality of unit optical elements 15 and input only to the light receiving elements 17_1a, 17_2a, 17_3a, and 17_4a provided in the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4. . On the other hand, the signal light emitted from the light emitting elements 16_1B, 16_2B, 16_3B, and 16_4B for the signal system B provided in the signal light incident units 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 is a plurality of unit optical elements 15 of the light beam branching unit 14. Are divided into four light beams 1d (dotted lines) and input only to the light receiving elements 17_1b, 17_2b, 17_3b, and 17_4b provided in the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4.
[0021]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the unit optical element of the light beam branching portion and the spot position of the incident signal light when the incident signal light is incident in the Z-axis direction without positional deviation, and FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the unit optical element of the light beam branching portion and the spot position of the incident signal light when it is incident on the negative side in the Z-axis direction with a positional deviation. FIG. It is a schematic diagram which shows the relationship between the reflective surface of a light beam branch part, and the spot position of incident signal light in the case of entering with a positional deviation.
[0022]
Each figure shows the number of rays (number of outputs) corresponding to the number of unit optical elements 15 refracted toward each signal light emitting portion 13_1, 13_2, 13_3, 13_4 included in the spot 1b. In the example shown here, in each figure, the number of outputs is 9 to 11, and even if the incident signal light is misaligned in the Z-axis direction, it is directed to each signal light emitting portion 13_1, 13_2, 13_3, 13_4. There is little change in the amount of signal light. Accordingly, the change in the amount of light received by each of the light receiving elements 17_1a, 17_1b, 17_2a, 17_2b, 17_3a, 17_3b, 17_4a, and 17_4b is small, and signal light having substantially constant intensity can be received.
[0023]
FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the unit optical element of the beam splitter and the spot position of the incident signal light when the incident signal light is incident in the Y-axis direction without misalignment, and FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between the unit optical element of the light beam branching portion and the spot position of the incident signal light when incident on the plus side in the Y-axis direction with a positional deviation. FIG. 9 shows the incident signal light on the minus side in the Y-axis direction. FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when it is incident with a positional deviation.
[0024]
In the example shown here, even if the incident signal light is displaced in the Y-axis direction, the unit refracts toward each signal light emitting portion 13_1, 13_2, 13_3, 13_4 included in the spot 1b of the incident signal light. The number of light beams (number of outputs) corresponding to the number of optical elements 15 is 9 to 11, and there is little change in the amount of signal light directed to each of the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4. However, with respect to the angular deviation of the incident signal light in the Y-axis direction, some measures are required as described below.
[0025]
10, 11, and 12, when incident signal light having a 2-bit bit width is incident on the Y-axis direction without angular deviation, the incident signal light having a 2-bit bit width is positive on the Y-axis direction side. FIG. 6 is a schematic diagram showing a light beam after being refracted by the unit optical element of the light beam branching portion when the light beam is incident with an angle shift and when the incident signal light is incident on the Y axis direction minus side with an angle shift.
[0026]
When incident signal light having a bit width of 2 bits is incident with an angle shift in the Y-axis direction, as shown in FIGS. 11 and 12, the signal light of each bit is transmitted to the signal light emitting sections 13_1, 13_2, 13_3. 13_4 results in a positional shift in the Y-axis direction. However, in the present embodiment, the restriction in the X-axis direction is very loose, and it is relatively easy to restrict the position and angle of the incident signal light only in the Y-axis direction, or each signal light emission. By forming the portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 in a lens shape, even if there is a slight misalignment in the Y-axis direction, the light receiving elements 17_1a, 17_1b, 17_2a, 17_2b, 17_3b, 17_3b, 17_4a, and 17_4b are signaled. Light can be incident.
[0027]
Further, the pair of light emitting elements 16_1A, 16_1B; 16_2A, 16_2B; 16_3A, 16_3B; 16_4A, 16_4B on the signal light incident portions 12_1, 12_2, 12_3, 12_4 side are respectively formed on the same array and mounted together. When a pair of light receiving elements 17_1a, 17_1b; 17_2a, 17_2b; 17_3a, 17_3b; 17_4a, 17_4b on the light emitting portions 13_1, 13_2, 13_2, and 13_4 side are formed on the same array and mounted together, the signal system A, The positional deviation between the light beam in B and the light beam in the signal system B can be reduced.
[0028]
As described above, the optical bus 10 according to the present embodiment divides the signal light of each bit of the 2-bit signal light incident from the signal light incident units 12_1, 12_2, 12_3, and 12_4 into four, Since each of the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 is directed to a part that shares the emission of the signal light for each bit, an 8-bit signal can be transmitted through one common signal path 11. it can. Therefore, it is not necessary to stack a large number of transmission layers to be the common signal path 11 in parallel signal transmission, and the cost can be reduced.
[0029]
Next, the detailed structure of the optical bus 10 of this embodiment will be described.
In FIG. 1, a clad layer formed so as to sandwich the common signal path 11 serving as an optical transmission layer vertically is omitted. The common signal path 11 serving as an optical transmission layer is a layer responsible for transmission of the signal path, and in this embodiment, PMMA (polymethacrylate) having a thickness of 1 mm with high light transmittance is used. The clad layer is for the purpose of preventing light in the light transmission layer from leaking in the thickness direction, and a material having a refractive index lower than that of the light transmission layer is selected. Here, since PMMA is employed for the optical transmission layer, a fluorine-containing polymer is preferably employed. Further, in the present embodiment, the structure is shown by the single-layer optical data bus 10, but actually, a plurality of optical data buses 10 may be stacked to further increase the number of transmission bits.
[0030]
The light diffusing branching section 14 shown in FIG. 2 is composed of a large number of unit optical elements 15 each having a side of 100 μm, and is formed integrally with the common signal path 11. In order to build the light beam branching portion 14 constituted by a group of such unit optical elements 15 in the sheet-like optical bus 10, a mold is prepared in advance, the mold is heated, and the temperature is set so that the PMMA is sufficiently melted. It can be obtained by pouring fully heated and molten PMMA into the mold.
[0031]
In this embodiment, a semiconductor laser is used as the light emitting element. The signal light is collimated so that the Y-axis direction of the signal light is parallel, enters the light beam branching unit 14, and the signal light is branched in four directions determined by the light beam branching unit 14. At this time, since the light beam branching section 14 is composed of a large number of unit optical elements 15, the size of the light beam when the collimated signal light reaches the light beam branching section 14 is 400 μm. The amount of light reaching the light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 is within ± 10%.
[0032]
The optical transmission line length of the common signal path 11 is 150 mm, and the length of the portion of the common signal path 11 where the signal light emitting portions 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 are formed is 80 mm. Further, the surface inclination accuracy of the unit optical element 15 is formed at ± 0.2 degrees, so that the spread of light at each signal light emitting portion 13_1, 13_2, 13_3, 13_4 is suppressed to ± 0.6 mm. It has been. Further, the interval between the light receiving elements 17_1a, 17_2a, 17_3a, and 17_4a of the signal system A and the light receiving elements 17_1b, 17_2b, 17_3b, and 17_4b of the signal system B provided in the signal light emitting units 13_1, 13_2, 13_3, and 13_4 is Since each of them is about 1.5 mm, there is no interference between the signal system A and the signal system B and they can be handled as mutually independent paths.
[0033]
FIG. 13 is a schematic perspective view showing an embodiment of the signal processing apparatus of the present invention.
The signal processing apparatus 500 shown in FIG. 13 includes a base 510, four circuit boards 520, and four optical buses 10.
Each pair of light emitting elements and each pair of light receiving elements (in FIG. 13, only one pair of light emitting elements 16_1A and 16_1B and one pair of light receiving elements 17_1A and 17_1B are shown) are mounted on each circuit board 520. . Each circuit board 520 generates a signal to be carried by signal light emitted from the light emitting elements 16_1A and 16_1B, and performs signal processing based on signals carried by the signal light received by the light receiving elements 17_1a and 17_b. An electronic circuit component 523 such as is mounted.
[0034]
Here, in the signal light incident portion of each optical bus 10 facing each pair of light emitting elements, a light beam branching portion composed of a plurality of refractive surfaces shown in FIG. Even if signal light having a bit width of 2 bits each emitted from a pair of light emitting elements on any of the circuit boards and incident on the signal light incident portion of the optical bus 10, Each of the four signal light emitting portions of all the circuit boards 520 is transmitted to the portion that shares the emission of the signal light of the corresponding bit, and is incident on all the light receiving elements of the four circuit boards 520.
[0035]
As described above, in the case of the signal processing apparatus shown in FIG. 13, since four optical buses 10 each transmitting a 2-bit signal through one common signal path are used, when transmitting a multi-bit signal, The number of optical buses 10 can be reduced, and the apparatus can be reduced in size and cost. Further, since the signal light incident on the optical bus 10 is transmitted only to the plurality of signal light emitting portions, the loss of light energy can be reduced, so that the power consumption can be reduced and the system can be removed by attaching and detaching the circuit board. It is possible to deal flexibly with changes.
[0036]
In the optical bus 10 according to the present embodiment, the description has been given of the example in which the 2-bit signal light incident from the four signal light incident portions is directed to the respective portions of the four signal light emitting portions. The number of signal light incident portions may be one, and the signal light may be signal light of 3 bits or more. In short, a plurality of signal light incident from the signal light incident portion is emitted as a plurality of signal light. What is necessary is just to make it go to each part of each part.
[0037]
FIG. 14 is an enlarged schematic side view of a light beam branching portion of the optical bus different from the light beam branching portion of the optical bus shown in FIG.
In the optical bus 20 of the present embodiment, as shown in FIG. 14, the signal light 23 is input from the top surface of the sheet-like common signal path 21, and the inclined end surface of the common signal path 21 is A unit optical element 24 having a reflecting surface is formed. By this unit optical element 24, the signal light 23 is reflected in four determined directions and is branched discretely. The optical transmission line length of the common signal path 21 is 150 mm, and the length of the portion of the common signal path 21 where the signal light emitting section (not shown) is formed is 80 mm. Further, the surface tilt accuracy of the unit optical element 24 is formed to be ± 0.1 degrees, so that the spread of light at the signal light emitting portion is suppressed to ± 0.8 mm. Further, since the distance between the light receiving element of the signal system A and the light receiving element of the signal system B provided in the signal light emitting unit is about 2.0 mm, there is no interference between the signal system A and the signal system B, and It can be treated as an independent route.
[0038]
FIG. 15 is a perspective view of an optical bus having a structure in which the unit optical element shown in FIG. 14 is formed and core layers and cladding layers are alternately stacked.
In the optical bus 30 illustrated in FIG. 15, a plurality of core layers 31 that transmit signal light and a plurality of cladding layers 32 that separate the core layers 31 are alternately stacked.
The right portion of the optical bus 30 in FIG. 15 has a stepped structure, and a signal light incident portion 33 for allowing signal light to enter each core layer 31 is formed at the step portion. . Each signal light incident portion 33 receives signal light from above in FIG. A unit optical element (not shown in FIG. 15) for reflecting signal light as shown in FIG. 14 is formed on the lower surface of each core layer 31, and signal light is input to one of the signal incident portions 33. Is incident, the incident signal light is reflected in the four directions indicated by the arrows in FIG. 15 of the optical bus 30, branched toward a plurality of signal light emitting portions (not shown), and propagates in the core layer.
[0039]
As shown in this embodiment, the bus of the present invention may have a structure in which a plurality of layers are stacked.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the signal light of each bit of the plurality of bits incident from the signal light incident portion is branched into a plurality of signal lights by the light beam branching path, and a plurality of signal light emission is performed. Since each part is directed to a part that shares the emission of the signal light for each bit, the signal can be transmitted in parallel on one common signal path, and an optical bus using a number of common signal paths Compared to the above, the cost can be reduced. In addition, since the incident signal light is surely directed to the signal light emitting portion by the light beam branching path, the light utilization efficiency is low due to the scattered light diffusing throughout the sheet in the conventional sheet-shaped optical bus. Can be solved.
[0041]
In addition, when a plurality of unit optical elements are formed in the light beam branching portion, and the light intensity distribution of the light beam is determined by the direction of these unit optical elements, the amount of light directed to each of the plurality of signal light emitting portions can be made uniform. Since it can be collected only at a specific branch destination at a certain ratio, if it is used as an optical branching device, it is possible to configure a system that can be freely recombined by general users in combination with the necessity of alignment.
[0042]
Furthermore, in the signal processing apparatus configured using the optical bus according to the present invention, parallel transmission is possible without stacking a large number of common signal paths, so that not only miniaturization and cost reduction of the apparatus can be achieved. Since signals can be exchanged between a plurality of substrates at the same time, a high-speed and low power consumption device can be realized. In addition, since the light utilization efficiency is extremely high, it is possible to cope with higher speed even with the conventional optical power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an optical bus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged schematic plan view of a light beam branching portion of the optical bus shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged schematic side view of a light beam branching portion of the optical bus shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident in the Z-axis direction without positional deviation.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident on the minus side in the Z-axis direction with a positional deviation.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident on the plus side in the Z-axis direction with a positional deviation.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident in the Y-axis direction without positional deviation.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching portion and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident on the Y axis direction plus side with a positional deviation.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a relationship between a unit optical element of a light beam branching unit and a spot position of incident signal light when incident signal light is incident on the Y axis direction minus side with a positional deviation.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a light beam after being refracted by a unit optical element of a light beam branching portion when incident signal light having a bit width of 2 bits is incident in the Y-axis direction without an angular deviation.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a light beam after being reflected by refraction by a unit optical element of a light beam branching portion when incident signal light having a bit width of 2 bits is incident on the Y axis direction plus side with an angle shift. is there.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a light beam after being refracted by a unit optical element on a reflecting surface of a light beam branching portion when incident signal light having a bit width of 2 bits is incident on the Y axis direction minus side with an angle shift. It is.
FIG. 13 is a schematic perspective view showing an embodiment of a signal processing device of the present invention.
14 is an enlarged schematic side view of a light beam branching portion of an optical bus different from the light beam branching portion of the optical bus shown in FIG. 1;
FIG. 15 is a perspective view of an optical bus having a structure in which the unit optical element shown in FIG. 14 is formed and core layers and cladding layers are alternately stacked.
[Explanation of symbols]
1b Light spot
1c, 1d, 23 rays
10, 20, 30 Optical bus
11, 21 Common signal path
12_1, 12_2, 12_3, 12_4, 33 Signal light incident part
13_1, 13_2, 13_3, 13_4 Signal light emitting part
14 Light beam splitting part
15,24 unit optical element
16_1A, 16_1B, 16_2A, 16_2B, 16_3A, 16_3B, 16_4A, 16_4B
17_1a, 17_1B, 17_2a, 17_2B, 17_3a, 17_3B, 17_4a, 17_4B
31 Core layer
32 Clad layer

Claims

信号光の伝播を担う光バスにおいて、
各ビットの信号光の入射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を入射する信号光入射部と、
各ビットの信号光の出射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を並列的に出射する、複数の信号光出射部と、
前記信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を、各ビット毎にそれぞれ複数に分岐させて、各ビットの分岐した信号光それぞれを、前記複数の信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる光束分岐部とを備え、
前記光束分岐部が、前記信号光入射部から入射した複数ビットの信号光のうちの各ビットの信号光を、前記複数の信号光出射部のうちのいずれか１つの信号光出射部の対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる単位光学素子が複数集合し、全体として前記信号光入射部から入射した信号光を空間的に複数に分割して前記複数の信号光出射部に向かわせるものであることを特徴とする光バス。In the optical bus responsible for signal light propagation,
A plurality of portions that share the incidence of the signal light of each bit, and a signal light incident portion that injects a plurality of bits of signal light as a whole ;
A plurality of signal light emitting units that have a plurality of portions that share the emission of the signal light of each bit, and emit the signal light of a plurality of bits in parallel as a whole ,
A plurality of bits of signal light incident from the signal light incident section are branched into a plurality of bits for each bit, and each of the branched signal lights of each bit is changed to a corresponding bit of each of the plurality of signal light emitting sections. A light beam branching portion that directs to the portion that shares the emission of the signal light ,
The light beam branching unit corresponds to the signal light of each bit of the plurality of signal light incident from the signal light incident unit to any one of the plurality of signal light emitting units. A plurality of unit optical elements that are directed to a portion that shares the emission of bit signal light are assembled, and the signal light incident from the signal light incident portion as a whole is spatially divided into a plurality of signal light emission portions. An optical bus characterized by being directed to .

基体、Substrate,
複数ビットのビット幅を持つ信号光を出射する信号光出射端および該信号光出射端から出射される信号光に担持させる信号を生成する電子回路と、複数ビットの信号光を入射する信号光入射端および該信号光入射端から入射した信号光が担持する信号に基づく信号処理を行なう電子回路とのうちの少なくとも一方が搭載された複数枚の回路基板、A signal light emitting end that emits signal light having a bit width of a plurality of bits, an electronic circuit that generates a signal to be carried on the signal light emitted from the signal light emitting end, and a signal light incident that inputs a plurality of bits of signal light A plurality of circuit boards on which at least one of an end and an electronic circuit that performs signal processing based on a signal carried by signal light incident from the signal light incident end is mounted;
各ビットの信号光の入射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を入射する信号光入射部と、各ビットの信号光の出射を分担する部分を複数有し、全体として複数ビットの信号光を並列的に出射する、複数の信号光出射部と、前記信号光入射部から入射した複数ビットの信号光を各ビット毎にそれぞれ複数に分岐させて、各ビットの分岐した信号光それぞれを、前記複数の信号光出射部それぞれの、対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる光束分岐部とを備え、前記基体に固定されて前記信号光入射部から入射した信号光の伝播を担う光バス、およびIt has a plurality of parts that share the incidence of the signal light of each bit, and as a whole, it has a plurality of parts that share the output of the signal light of each bit, and a signal light incident part that accepts the signal light of each bit. A plurality of signal light emitting sections that emit a plurality of bits of signal light in parallel, and a plurality of bits of signal light incident from the signal light incident section are branched into a plurality of bits for each bit, and each bit is branched. A light beam branching section that directs each signal light to a portion of each of the plurality of signal light emitting sections that shares the output of the signal light of the corresponding bit, and is fixed to the base and incident from the signal light incident section An optical bus responsible for the propagation of transmitted signal light, and
前記回路基板を、前記信号光出射端を有する回路基板の該信号光出射端が前記光バスの信号光入射部に各ビット毎に光学的に結合されるとともに、前記信号光入射端を有する回路基板の該信号光入射端が前記光バスの信号光出射部に各ビット毎に光学的に結合される状態に、前記基体に支持する回路基板支持体を具備し、The circuit board is a circuit having the signal light incident end while the signal light exit end of the circuit board having the signal light exit end is optically coupled to the signal light incident portion of the optical bus for each bit. A circuit board support for supporting the substrate in a state where the signal light incident end of the substrate is optically coupled to the signal light emitting portion of the optical bus for each bit;
前記光束分岐部が、前記信号光入射部から入射した複数ビットの信号光のうちの各ビットの信号光を、前記複数の信号光出射部のうちのいずれか１つの信号光出射部の対応するビットの信号光の出射を分担する部分に向かわせる単位光学素子が複数集合し、全体として前記信号光入射部から入射した信号光を空間的に複数に分割して前記複数の信号光出射部に向かわせるものであることを特徴とする信号処理装置。The light beam branching unit corresponds to the signal light of each bit of the plurality of signal light incident from the signal light incident unit, corresponding to any one of the plurality of signal light emitting units. A plurality of unit optical elements that are directed to a portion that shares the emission of bit signal light are assembled, and the signal light incident from the signal light incident portion as a whole is spatially divided into a plurality of signal light emission portions. A signal processing device characterized by being directed.