JPH05308327A - 並列光接続装置 - Google Patents

並列光接続装置

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JPH05308327A
JPH05308327A JP4109651A JP10965192A JPH05308327A JP H05308327 A JPH05308327 A JP H05308327A JP 4109651 A JP4109651 A JP 4109651A JP 10965192 A JP10965192 A JP 10965192A JP H05308327 A JPH05308327 A JP H05308327A
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JP
Japan
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light
light emitting
array
parallel
receiving element
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JP4109651A
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English (en)
Inventor
Kenichi Matsuda
賢一 松田
Toyoji Chino
豊治 知野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ICボード間を多数の信号光によって高密度
並列接続する際に、ICボード間の位置合せマージンが
大きくとれる光接続装置を提供する。 【構成】 第1のICボード101上に、個々に変調可
能な発光素子105が2次元アレイ状に配列された発光
素子アレイ102およびコリメーティングレンズ103
が固定されている。発光素子105から出射される信号
光106は、コリメーティングレンズ103によって一
括して平行光107となる。第2のICボード108上
には、フォーカシングレンズ109と受光素子アレイ1
10が固定されている。フォーカシングレンズ109と
受光素子アレイ110の間隔は、フォーカシングレンズ
109の焦点距離に等しくなるようにする。フォーカシ
ングレンズ109の直径は平行光107のビーム径より
十分に大きな値とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発光素子が2次元アレ
イ状に配列された発光素子アレイと、受光素子が2次元
アレイ状に配列された受光素子アレイによって、多数の
信号を並列して伝送する光接続装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータをはじめとする電子機器の
小型化・高密度化に伴い、多数のICモジュールを実装
したICボード間に高密度な並列配線を行う必要が生じ
てきている。この高密度並列接続を行なうための従来技
術として、導体ピンをソケットに挿入する通常の電子コ
ネクタのピン数を増やした高密度多極コネクタがある。
この技術は、例えば電子情報通信学会技術研究報告・機
構部品EMC89−53(新井達也他:「高密度多極コ
ネクタの研究と考察」、1990年1月19日)に示さ
れており、2.54mmピッチないしはその半分のピッチで数
10本から数100本の信号線を接続する。このような
高密度多極コネクタでは、機械的強度を確保するという
観点からピッチを1.27mm以下とすることは困難であり、
また信号本数が増加するとピン挿入時に非常に大きな力
が必要となる。さらに、高密度化、信号本数増加の何れ
に対しても、ピンとソケットの位置精度向上が必要とな
る。
【0003】一方、従来より光信号によってコンピュー
タのメインフレーム間、ICボード間あるいはICチッ
プ間を接続するという提案がなされている。このうち、
ICボード間の光接続については、例えば1990年光
コンピューティング国際会議記録(Conference Record
of 1990 International Topical Meeting on OpticalCo
mputing)論文番号10B3(H.-J. Haumann: "Optical
bus based on light-guiding-plates,")に示されてい
る図3の構成がある。ここでは、ICボード301の端
部に設けられた発光素子と受光素子がリニア(1次元)
アレイ状に配列した受発光アレイ302によって信号光
303の出射・検出を行い、信号光303はガラスより
なる光導波板304の中を全反射しながら伝搬してい
く。発光素子から出射された信号光303はホログラム
面305に形成されたホログラム素子によって偏向され
ると同時に平行化されるので、光導波板304の中を並
列に複数の信号光が伝搬可能である。しかし、本構成に
おいても、高密度化あるいは信号本数の増加を図ろうと
すると、異なるICボード上に配置された発光素子と受
光素子間の位置精度向上が必要となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の高密度多極コネ
クタでは、接続のピッチを1.27mm以下とすることは困難
であり、また信号本数が増加するとピン挿入時に非常に
大きな力が必要となる。また、高密度化、信号本数増加
の何れに対しても、ピンとソケットの位置精度向上が必
要となる。一方、ICボード間を光接続した場合には、
信号光ピッチを100μm程度とすることは容易であ
り、発光素子と受光素子は空間を隔てて対向していれば
よいのでピン挿入の必要もない。しかし、光接続におい
ても、高密度化あるいは信号本数の増加を図ろうとする
と、発光素子と受光素子間の位置精度向上が必要とな
る。この点を解決するために、信号を並列に転送するの
ではなく、光信号の高速性・広帯域性を利用し、時分割
多重や波長分割多重によって信号伝送を行うという提案
もなされているが、この場合には周辺の電子回路や光学
系が複雑になるという問題が生じる。
【0005】本発明の目的は、上記従来の課題を解決す
るために、ICボード間を多数の信号光によって高密度
並列接続する際に、ICボード間の位置合せマージンが
大きくとれる光接続装置の構成を提供することにある。
【0006】
【問題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、個々に変調される複数の発光素子が第1
の半導体基板上に2次元アレイ状に配列された発光素子
アレイと、前記複数の発光素子から出射される信号光を
一括して平行光とするコリメーティングレンズと、前記
コリメーティングレンズに対向して置かれた前記平行光
のビーム径よりも十分に大きな直径を有するフォーカシ
ングレンズと、前記平行光の前記フォーカシングレンズ
による集光位置近傍に置かれた、前記複数の信号光の像
を個々に検出する受光素子が第2の半導体基板上に2次
元アレイ状に配列された受光素子アレイとを有する構
成、あるいは個々に変調される複数の発光素子が第1の
半導体基板上に2次元アレイ状に配列された発光素子ア
レイと、前記複数の発光素子から出射される複数の信号
光を個々に平行光とするコリメーティングレンズが2次
元アレイ状に配列されたレンズアレイと、前記レンズア
レイを前記発光素子アレイに平行に2次元的に駆動する
アクチュエータと、前記複数の信号光を個々に検出する
受光素子が第2の半導体基板上に2次元アレイ状に配列
された受光素子アレイとを有する構成によって並列光接
続装置を実現するというものである。
【0007】
【作用】本発明の並列光接続装置では、複数の発光素子
が第1の半導体基板上に2次元アレイ状に配列された発
光素子アレイを光源とし、複数の発光素子を個々に変調
することで並列信号光を生成する。この並列信号光を受
光素子が第2の半導体基板上に2次元アレイ状に配列さ
れた受光素子アレイによって受光するが、発光素子アレ
イが第1のICボード上にあり、受光素子アレイが第2
のICボード上にあれば、両ICボード間が並列光接続
されたことになる。本発明の第1の構成では、発光素子
アレイ中の各発光素子からの発光を1枚のコリメーティ
ングレンズによって一括して平行光とする。一方、受光
素子アレイの前面には、この平行光を受光素子アレイ上
に集光するフォーカシングレンズを置く。この光学系に
よれば、発光素子アレイとコリメーティングレンズの位
置関係および受光素子アレイとフォーカシングレンズの
位置関係が固定されていれば、発光素子アレイと受光素
子アレイの位置関係がずれても、ある発光素子から出射
された信号光は常に同一の受光素子の上に像を結ぶ。す
なわち、コリメーティングレンズを第1のICボードに
固定し、フォーカシングレンズを第2のICボードに固
定すれば、ICボード間の位置合せに大きなマージンが
確保される。ここで、位置合せマージンの量は平行光の
ビーム径とフォーカシングレンズの直径の差によって決
るので、平行光のビーム径よりも十分に大きな直径を有
するフォーカシングレンズを用いることが重要である。
【0008】本発明の第2の構成においても、第1のI
Cボード上にある発光素子アレイと、第2のICボード
上にある受光素子アレイによってボード間の並列光接続
を行う。ただし、本構成では発光素子アレイから出射さ
れる複数の信号光を個々に平行光とする。このコリメー
ションは複数のコリメーティングレンズが2次元アレイ
状に配列されたレンズアレイによって行うが、レンズア
レイをアクチュエータに取付けて発光素子アレイに平行
に2次元的に駆動すると、各平行光の出射角度が一斉に
変化する。従って、発光素子アレイおよびレンズアレイ
が実装された第1のICボードに対して、受光素子が実
装された第2のICボードの相対位置が動いても、アク
チュエータを制御すれば信号光が所定の受光素子に入射
するように調整することが可能である。言い換えれば、
第1のICボードと第2のICボード間の位置合せに大
きなマージンを確保することができる。
【0009】
【実施例】図1は本発明の一実施例の並列光接続装置の
構成図である。第1のICボード101上に、発光素子
アレイ102およびコリメーティングレンズ103が固
定されている。発光素子アレイ102は、第1の半導体
基板104上に発光素子105が2次元アレイ状に配列
されたものであり、発光素子105は外部からの電気信
号によって個々に変調される。第1の半導体基板104
としては例えばGaAs基板を用い、発光素子105は
例えばInGaAs歪超格子を活性層とする垂直共振器
型面発光半導体レーザとする。発光素子105を2次元
アレイとする際には、例えば間隔150μmで20×1
2素子を配列する。また、発光素子アレイ102とコリ
メーティングレンズ103の間隔は、コリメーティング
レンズ103の焦点距離に等しくなるようにする。垂直
共振器型面発光半導体レーザから出射される信号光10
6の広がり角は半値全幅で8°程度であるので、コリメ
ーティングレンズ103によって240本の全信号光を
一括して平行光107とすることができる。
【0010】一方、第2のICボード108上には、フ
ォーカシングレンズ109と受光素子アレイ110が固
定されている。コリメーティングレンズ103とフォー
カシングレンズ109の距離によって、フォーカシング
レンズ109上での平行光107のビーム径が決まる
が、フォーカシングレンズ109の直径はこれより十分
に大きな値とする。フォーカシングレンズ109と受光
素子アレイ110の間隔は、フォーカシングレンズ10
9の焦点距離に等しくなるようにする。受光素子アレイ
110は、第2の半導体基板111上に受光素子112
が2次元アレイ状に配列されたものであり、受光素子1
12は信号光を個々に検出して電気信号として外部に出
力する。第2の半導体基板111としては例えばSi基
板を用い、受光素子112はpinフォトダイオードと
する。受光素子112を2次元アレイとする際の間隔
は、発光素子アレイ102の間隔にフォーカシングレン
ズ109とコリメーティングレンズ103の焦点距離の
比を掛けた値とする。
【0011】本実施例においては、コリメーティングレ
ンズ103によって信号光106を一括して平行光10
7とすることで、位置によって識別されていた各信号光
が出射角によって識別されるようになる。この角度情報
はフォーカシングレンズによって集光されることで再び
位置情報となり、個々の受光素子112に信号光が入射
することになる。従って、第1のICボードと第2のI
Cボード間で位置ずれが生じても、角度情報には何等変
化を生じないので、ある発光素子から出射された信号光
は常に同一の受光素子に入射する。この際、位置合せマ
ージンはフォーカシングレンズ109上での平行光10
7のビーム径とフォーカシングレンズ109の直径の差
によって決る。換言すれば、必要とされる位置合せマー
ジンを平行光107のビーム径に足した値をフォーカシ
ングレンズ109の直径とすればよい。
【0012】図2は本発明の第2の実施例の並列光接続
装置の構成図である。第1のICボード201上に、発
光素子アレイ202およびレンズアレイ203が実装さ
れている。発光素子アレイ202は、第1の半導体基板
204上に発光素子205が2次元アレイ状に配列され
たものであり、発光素子205は外部からの電気信号に
よって個々に変調される。第1の半導体基板204とし
ては例えばGaAs基板を用い、発光素子205は例え
ばInGaAs歪超格子を活性層とする垂直共振器型面
発光半導体レーザとする。発光素子205を2次元アレ
イとする際には、例えば間隔150μmで20×12素
子を配列する。また、レンズアレイ203は発光素子2
05から出射される個々の信号光206を平行光207
とするコリメーティングレンズ208を2次元アレイ状
に配列したものである。レンズアレイ203は、アクチ
ュエータによって発光素子アレイ202と平行に2次元
的に駆動される。発光素子アレイ202とレンズアレイ
203の間隔は、コリメーティングレンズ208の焦点
距離に等しくなるようにする。
【0013】一方、第2のICボード209上には、受
光素子アレイ210が固定されている。受光素子アレイ
210は、第2の半導体基板211上に受光素子212
が2次元アレイ状に配列されたものであり、受光素子2
12は信号光を個々に検出して電気信号として外部に出
力する。第2の半導体基板211としては例えばSi基
板を用い、受光素子212はpinフォトダイオードと
する。受光素子212を2次元アレイとする際の間隔
は、発光素子アレイ202と同じ値とする。本実施例で
は、レンズアレイ203をアクチュエータによって駆動
すると、各平行光207の出射角度が一斉に変化する。
従って、第1のICボード201に対して第2のICボ
ード209の相対位置が動いても、アクチュエータを制
御すれば、ある発光素子から出射された信号光を常に同
一の受光素子に入射することが可能である。従って、第
1のICボード201と第2のICボード209間の位
置合せに大きなマージンを確保することができる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、ICボード間を多数の
信号光によって高密度並列接続する際に、ICボード間
の位置合せマージンが大きくとれる光接続装置を実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の並列光接続装置の構成図
【図2】本発明の第2の実施例の並列光接続装置の構成
【図3】従来の光接続装置の斜視図
【符号の説明】
102 発光素子アレイ 103 コリメーティングレンズ 104 第1の半導体基板 105 発光素子 106 信号光 107 平行光 109 フォーカシングレンズ 110 受光素子アレイ 111 第2の半導体基板 112 受光素子 202 発光素子アレイ 203 レンズアレイ 204 第1の半導体基板 205 発光素子 206 信号光 207 平行光 208 コリメーティングレンズ 210 受光素子アレイ 211 第2の半導体基板 212 受光素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04B 10/22

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】個々に変調される複数の発光素子が第1の
    半導体基板上に2次元アレイ状に配列された発光素子ア
    レイと、前記複数の発光素子から出射される複数の信号
    光を一括して平行光とするコリメーティングレンズと、
    前記コリメーティングレンズに対向して置かれた前記平
    行光のビーム径よりも十分に大きな直径を有するフォー
    カシングレンズと、前記フォーカシングレンズによる前
    記平行光の集光位置近傍に置かれた、前記複数の信号光
    の像を個々に検出する受光素子が第2の半導体基板上に
    2次元アレイ状に配列された受光素子アレイとを有する
    ことを特徴とする並列光接続装置。
  2. 【請求項2】個々に変調される複数の発光素子が第1の
    半導体基板上に2次元アレイ状に配列された発光素子ア
    レイと、前記複数の発光素子から出射される複数の信号
    光を個々に平行光とするコリメーティングレンズが2次
    元アレイ状に配列されたレンズアレイと、前記レンズア
    レイを前記発光素子アレイに平行に2次元的に駆動する
    アクチュエータと、前記複数の信号光を個々に検出する
    受光素子が第2の半導体基板上に2次元アレイ状に配列
    された受光素子アレイとを有することを特徴とする並列
    光接続装置。
JP4109651A 1992-04-28 1992-04-28 並列光接続装置 Pending JPH05308327A (ja)

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