JP2000111763A - 光伝送システムおよび信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号光受光素子に信号光を効率よく集光するこ
とができ、多ビット化に対応した構造にしても小型化が
図られた光伝送システム、およびその光伝送システムを
採用した信号処理装置を提供する。 【解決手段】集光シート５を、リニアフレネルレンズ４
に対向した位置に、光伝送層１の広がる方向と同一方向
になるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号の伝送を担
う光伝送システム、およびその光伝送システムを用いた
データ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への信号接続数が増
大する為、各回路基板（ドーダーボード）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
より並列化が進められ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：Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ 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
の向上を図る為に、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、『内田禎
二、回路実装学術講演大会 １５Ｃ０１，ｐｐ．２０１
〜２０２』や『富室 久他.,“光インタコネクション技
術の現状と動向 "，ＩＥＥＥ Ｔｏｋｙｏ Ｓｅｃｔ
ｉｏｎ Ｄｅｎｓｈｉ Ｔｏｋｙｏ Ｎｏ．３３ ｐ
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、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全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
なわれ全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。

【０００５】また、２次元アレイデバイスを利用した回
路基板相互間のデータ伝送技術が、特開昭６１−１９６
２１０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、光源に対置されたプレートを
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、
回折格子、反射素子による集積型の複雑な光学系が必要
となり、位置合わせ等も難しい為、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。

【０００６】２次元アレイデバイスを利用した回路基板
相互間のデータ伝送の他の技術が、特開平４−１３４４
１５号公報に開示されている。 ここに開示された技術
は、 空気よりも屈折率の高い透明な物質の中に、 負の曲
率を有する複数個のレンズが上記物質の表面に形成され
たレンズアレイと、 光源から出射した光を上記レンズア
レイの側面から入射せしめる為の光学系とを用いてい
る。 また、 負の曲率を有する複数個のレンズに代えて、
屈折率の低い領域やホログラムを用いた技術も開示され
ている。 この技術では、 側面から入射した光が、上記負
の曲率を有する複数個のレンズ、もしくは屈折折率の低
い領域やホログラムの構成された部分から面上に分配さ
れて出射する作用を用いてデータ伝送を行っている。 従
って、 入射位置と、複数個のレンズ、もしくは屈折率の
低い領域やホログラムの構成された面上の出射位置との
位置関係により出射信号の強度がバラツクことが考えら
れる。また、 側面から入射した光が対向する側面から抜
けてしまう割合も高いと考えられ、 信号伝播に利用され
る光の効率が低い。 さらに、 面上に構成される負の曲率
を有する複数個のレンズやこれに代わる屈折率の低い領
域やホログラムの位置に回路基板の光入力素子を配置す
る必要がある為、 回路基板を配置する為の自由度がなく
拡張性が低いという様々な問題がある。

【０００７】これらの問題を解決する手段として、特開
平１０−１２３３５０号公報に開示されているシート状
の光バスがある。この光バスは、内部に入射した信号光
を拡散して伝播し外部に出射するものであるため、ある
１つの入射ポイントから入射した信号光を複数の出射ポ
イントに伝送することができる。また、この光バスは、
受発光部を有した複数の回路基板との光学的な結合を容
易に行なうことができ、精密な光学的位置合わせを必要
としない。また、回路基板の数や、それら回路基板の取
付位置を自由に変えることができ、拡張性に富んだ自由
度の高いシステムを構築できる。さらに、この光バス
は、信号光を、自由空間ではなくその光バス内部を伝播
させて伝送しているため、埃などによる光の散乱が防止
され、データの伝送不良が防止される。ところがこの光
バスは入射した信号光をあらゆる方向に拡散しているた
め、光の大半が受光部以外の部分へ放出されてしまう。
従って、受光部での光強度は非常に弱いものとなってし
まい、高速化や低消費電力化を図る上で問題がある。こ
の問題を解決するために、シート状光バスとして、一方
の端縁に信号光入射部を有するとともに反対側の他方の
端縁に信号光出射部を有し、さらに、その信号光入射部
に光拡散手段を設け、その光拡散手段により信号光を信
号光出射部に向けて拡散させる光伝送層を備えた光バス
を採用することが考えられる。この光バスでは、信号光
入射部に設けた光拡散手段の光の拡散分布を制御するこ
とにより光の利用効率を向上させることができ、特開平
１０−１２３３５０号公報の光バスよりも高速化や低消
費電力化を図ることができるが、この信号光入射部に光
拡散手段を設けたシート状光バスにおいても、以下のよ
うな問題点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した光拡散手段を
備えた光バスを採用して複数の回路基板相互間でのデー
タ伝送を行う場合、発光素子が搭載された複数の回路基
板を、これら複数の回路基板の発光素子が光バスの信号
光入射部側の端縁に対向するように、その端縁に沿って
配列するとともに、受光素子が搭載された複数の回路基
板を、これら複数の回路基板の受光素子が光バスの信号
光出射部側の端縁に対向するように、その端縁に沿って
配列する。従って、光バスの信号光出射部側の端縁に対
向して互いに隣り合う受光素子は、少なくとも、回路基
板自体の厚さとその回路基板上に搭載される回路の厚さ
との双方をあわせた厚さ分の間隔を置いて配置される。
従って、光拡散手段によって、信号光出射部が備えられ
た端縁に向けて拡散して伝播する信号光の一部は、互い
に隣り合う受光素子の間、つまり、受光素子の無いとこ
ろに伝播し、信号光の利用効率が低下するという問題が
ある。この問題を解決するために、信号光出射部と受光
素子との間に、その受光素子の受光面の径よりも大きい
径の集光レンズを設けることが考えられるが、複数の光
伝送層を積層することにより多ビット化に対応した光バ
スを構成した場合、それら各光伝送層それぞれを、各集
光レンズそれぞれに対応した位置に配置する必要があ
る。従って、信号光の利用効率をより高くしようとして
それら各集光レンズの径を大きくすると、光伝送層の積
層のピッチを大きくする必要があり、光バス自体が大型
になってしまうという問題がある。この問題を解決する
ために、例えば、光バスの信号光出射部側の端面を、受
光素子に向けて光伝送層の幅方向に集光作用を持つシリ
ンドリカルなレンズ面に形成することが考えられるが、
光伝送層の幅方向に集光作用を持たせると、その焦点距
離だけ光が進むと今度はその光が光伝送層の厚さ方向に
拡散してしまい、光を受光素子に向けて効率よく集光す
ることができないという問題がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、信号光受光部
に信号光を効率よく集光することができ、多ビット化に
対応した構造にしても小型化が図られた光伝送システ
ム、およびその光伝送システムを採用した信号処理装置
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】本発明の第１の光伝送シ
ステムは、 （１） 二次元的に広がる形状を有し、一方の端縁から
信号光を入射しその入射した信号光を他方の端縁に向け
て伝播してその他方の端縁からその信号光を出射する光
バス本体であって、その光バス本体内の所定点に、信号
光を拡散させる光拡散手段を有する光バス本体と、上記
一方の端縁側に設けられた、入射した信号光を上記所定
点に配置された光拡散手段に向かわせる光路変換手段
と、上記他方の端縁側に設けられた、上記光拡散手段で
拡散されその他方の端縁から出射した信号光をコリメー
トするコリメート手段とを備えた光バス （２） 上記光バス本体の他方の端縁側に設けられた、
上記光バス本体と同一方向に広がる形状を有し、上記コ
リメート手段がコリメートした信号光の一部を集光する
集光素子を備えたことを特徴とする。

【００１１】本発明の第２の光伝送システムは、 （１） 二次元的に広がる形状を有し、一方の端縁から
信号光を入射しその入射した信号光を他方の端縁に向け
て伝播してその他方の端縁からその信号光を出射する複
数の光伝送層であって、信号光を拡散させる光拡散手段
を各光伝送層内の各所定点に有する複数の光伝送層が、
これら複数の光伝送層の一方の端縁どうしが互いに同一
方向を向くとともに、他方の端縁どうしが互いに同一方
向を向いて順次に積層された状態に配置された光バス本
体と、上記光バスの一方の端縁側に設けられた、入射し
た信号光を上記複数の光伝送層それぞれの所定点に配置
された各光拡散手段に向かわせる光路変換手段と、上記
光バス本体の他方の端縁側に設けられた、上記各光拡散
手段で拡散され上記光バス本体の他方の端縁から出射し
た信号光をコリメートするコリメート手段とを備えた光
バス （２） 上記光バス本体の他方の端縁側に、上記複数の
光伝送層それぞれに対応して設けられた、その光伝送層
と同一方向に広がる形状を有し、対応する光伝送層から
出射し上記コリメート手段がコリメートした信号光の一
部を集光する、上記光伝送層の積層方向に配列された複
数の集光素子を備えたことを特徴とする。

【００１２】本発明の信号処理装置は、 （１）基体 （２）信号光を出射する信号光出射体とその信号光出射
体が出射する信号光に担持させる信号を生成する回路と
が搭載された複数の第１の回路基板 （３）信号光を入射する信号光入射体と、二次元的に広
がる形状を有し上記コリメート手段がコリメートした信
号光の一部を上記信号光入射体に集光する集光素子と、
その信号光入射体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回路とが搭載された複数の第２
の回路基板 （４）二次元的に広がる形状を有し、一方の端縁から信
号光を入射しその入射した信号光を他方の端縁に向けて
伝播してその他方の端縁からその信号光を出射する光バ
ス本体であって、その光バス本体内の所定点に、信号光
を拡散させる光拡散手段を有する光バス本体と、上記一
方の端縁側に設けられた、入射した信号光を上記所定点
に配置された光拡散手段に向かわせる光路変換手段と、
上記他方の端縁側に設けられた、上記光拡散手段で拡散
されその他方の端縁から出射した信号光をコリメートす
るコリメート手段とを備えた光バス （５）上記複数の第１の回路基板それぞれを、それら複
数の第１の回路基板それぞれに搭載された信号光出射体
それぞれが上記光バスの一方の端縁と光学的に結合され
る状態に上記基体上に固定するとともに、上記複数の第
２の回路基板を、それら第２の回路基板それぞれに搭載
された集光素子それぞれが上記光バスの広がる方向と同
一方向に広がり、かつその光バスの他方の端縁と光学的
に結合される状態に上記基体上に固定する複数の基体固
定部を備えたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態で
ある第１の光伝送システムを備えた、本発明の第２実施
形態である信号処理装置を示す上面図、図２は、その信
号処理装置をＡ−Ａ方向から見た図である。この図２に
おいて、光伝送システムが備えている光バス２０は、Ａ
−Ａ方向から見た断面図が示されている。

【００１４】この信号処理装置１００は、図１に示すよ
うに、光バス２０と、２次元的に広がった形状を有する
４つの集光シート５とからなる光伝送システム５０を備
えている。光バス２０は、２次元的に広がった形状を有
し信号光の伝送を担う光伝送層１を備えている。この光
伝送層１は光バス２０の本体をなすものであり、ここで
は、光伝送層１として、厚さ０．５ｍｍに成形された光
透過率の高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）が
用いられている。この光伝送層１内の中央部には、信号
光を拡散させる円柱状の光拡散体２が備えられている。
また、この光伝送層１の一方の端面にはリニアフレネル
レンズ３（本発明にいう光路変換手段の一例）が接着さ
れ、他方の端面にはリニアフレネルレンズ４（本発明に
いうコリメート手段の一例）が接着されている。これら
リニアフレネルレンズ３，４は互いに同一形状であり、
いずれも光拡散体２に焦点を有する。ここでは、リニア
フレネルレンズ３，４の材料として、光伝送層１の材料
と同じＰＭＭＡが用いられている。このリニアフレネル
レンズ３，４の作用については後述する。

【００１５】上述した光伝送層１およびリニアフレネル
レンズ３，４を製造するには、例えば、ＰＭＭＡが流し
込まれる、光伝送層およびリニアフレネルレンズそれぞ
れの型を用意し、それぞれの型をＰＭＭＡが充分に溶け
る温度に加熱しておき、充分に加熱され溶融状態にある
ＰＭＭＡをそれぞれの型に流し込み、ゆっくりと時間を
かけて冷却した後、それぞれの型から取り出せばよい。

【００１６】また、この信号処理装置１００は、リニア
フレネルレンズ３に沿って配列された４枚の回路基板６
と、もう一方のリニアフレネルレンズ４に沿って配列さ
れた４枚の回路基板７とを備えている。回路基板６，７
のうちの、回路基板６には、信号光を出射する発光素子
６１と、その発光素子６１から出射される信号光に担持
させる信号を生成する回路（図示せず）とが搭載されて
おり、各回路基板６に搭載された発光素子６１は、リニ
アフレネルレンズ３に対向した位置に配置されている。
また、回路基板７には、信号光を受光する受光素子７１
と、光伝送システム５０を構成する集光シート５と、受
光素子７１が受光した信号光が担持する信号に基づく信
号処理を行う回路（図示せず）とが搭載されている。各
回路基板７の、リニアフレネルレンズ４と対向する部分
には切欠き部が設けられており、その切欠き部に、図２
に示すように、集光シート５が差し込まれている。この
集光シート５は光伝送層１の厚さと同じ厚さに形成され
ている。また、この集光シート５は、リニアフレネルレ
ンズ４に対向した位置に、光伝送層１の広がる方向と同
一方向に広がるように配置されている。この集光シート
５の、リニアフレネルレンズ４と対向する端面はシリン
ドリカルレンズ面５ａであり、そのシリンドリカルレン
ズ面５ａは反対側の端面５ｂに焦点を有している。ま
た、受光素子７１は、その受光面が、集光シート５の端
面５ｂに接触するように搭載されている。

【００１７】以下、発光素子が信号光を出射し、その信
号光が受光素子で受光される様子を、図３、図４ととも
に、必要に応じて図１、図２を参照しながら説明する。

【００１８】図３は、図１、図２に示す光バスの右半分
（リニアフレネルレンズ４側）と、そのリニアフレネル
レンズ４に対向して配置された回路基板７とを示す図、
図４は、リニアフレネルレンズ４、集光シート５、およ
び受光素子７１が配置された部分の拡大側面図である。

【００１９】４枚の回路基板６（図１参照）のうちのあ
る１枚の回路基板６（ここでは、図１において、一番奥
に配置された回路基板）の発光素子６１から信号光が出
射されると、その信号光はリニアフレネルレンズ３に入
射する。このリニアフレネルレンズ３は、そのリニアフ
レネルレンズ３に入射した信号光が光拡散体２に向かう
ように光路を変換するものである。具体的には、このリ
ニアフレネルレンズ３は、光伝送層１の厚さ方向につい
ては光路変換しないが、光拡散体２に焦点を有している
ため、そのリニアフレネルレンズ３に入射した信号光が
光伝送層１の幅方向（リニアフレネルレンズ３の長手方
向）について光拡散体２に向かうように光路変換する。
従って、リニアフレネルレンズ３に入射した信号光は、
光伝送層１の幅方向について光拡散体２に向かうように
光路が変換された信号光６１１となり光伝送層１内を伝
播する。

【００２０】この光伝送層１が備えている光拡散体２
は、リニアフレネルレンズ３に入射しその光拡散体２に
到達した信号光を、反対側のリニアフレネルレンズ４に
向けて、そのリニアフレネルレンズ４の全長に渡って拡
散する光透過型の光拡散体である。従って、信号光６１
１が光拡散体２に到達すると、その信号光６１１は拡散
しながらリニアフレネルレンズ４に向かって伝播する。
尚、この光拡散体２は円柱状であるが、例えば、球形
状、直方体形状、楕円体形状であってもよい。その光拡
散体２で拡散した信号光のうち、光伝送層１の表裏面で
全反射しながらリニアフレネルレンズ４に向かって伝播
する信号光、および、直接リニアフレネルレンズ４に向
かって伝播する信号光が、リニアフレネルレンズ４に到
達する。図３には、光拡散体２で拡散しリニアフレネル
レンズ４に到達する信号光７１１を８本の矢印で示して
ある。リニアフレネルレンズ４は、光拡散体２で拡散さ
れそのリニアフレネルレンズ４に入射した信号光をコリ
メートするものである。具体的には、このリニアフレネ
ルレンズ４は、そのリニアフレネルレンズ４に入射した
信号光を、光伝送層１の厚さ方向についてはコリメート
しないが、光拡散体２に焦点を有しているため、光伝送
層１の幅方向についてコリメートするものである。従っ
て、リニアフレネルレンズ４でコリメートされる信号光
７１１のうち、リニアフレネルレンズ４の、各集光シー
ト５と対向する部分でコリメートされる信号光の大部分
は、各集光シート５に入射する。各集光シート５に入射
した信号光は、図４に示すように、各集光シート５の表
裏面で全反射しながらあるいは直接に各受光素子７１に
向けて集光され各受光素子７１で受光される。尚、図４
において、光伝送層１内から集光シート５内を経由して
受光素子７１で受光される信号光７１１は多数の線で示
されている。

【００２１】また、ここでは、図１に示す４枚の回路基
板６のうち、一番奥に配置された回路基板６から信号光
を出射した場合について説明したが、その回路基板６以
外の回路基板６から信号光を出射した場合についても、
やはり、その信号光はリニアフレネルレンズ３で光拡散
体２に向けて光路が変換され、その光拡散体２でリニア
フレネルレンズ４に向けて拡散されて、その拡散された
信号光がリニアフレネルレンズ４により幅方向について
のみコリメートされてそのリニアフレネルレンズ４から
出射され、リニアフレネルレンズ４の、各集光シート５
と対向する部分から出射した信号光の大部分は、各集光
シート５に入射して各受光素子７１で受光される。

【００２２】以下に、信号処理装置１００が備えている
集光シート５の集光効率を調べた実験結果について説明
する。

【００２３】この実験を行うにあたり、光バス２０、集
光シート５、および受光素子７１それぞれを１つづつ用
意した。これら用意した光バス２０は１辺の長さが６０
ｍｍ、厚さが１ｍｍであり、集光シート５の幅は８ｍｍ
であり、受光素子７１の受光径は５ｍｍφである。

【００２４】上記の用意した集光シート５の端面５ｂに
受光素子７１を配置し、その集光シート５のシリンドリ
カルレンズ面５ａを光バス２０のリニアフレネルレンズ
４に対向させて、その集光シート５を受光素子７１とと
もにリニアフレネルレンズ４の長手方向に移動し、リニ
アフレネルレンズ３に信号光を入射したときの受光素子
７１で受光される光強度を求めた。また、光バス２０の
リニアフレネルレンズ４に受光素子７１のみを対向させ
て、その受光素子７１をリニアフレネルレンズ４の長手
方向に移動し、受光素子７１で受光される光強度も求め
た。

【００２５】図５は、その実験結果を示す図である。

【００２６】グラフの横軸は、リニアフレネルレンズ４
の長手方向に対する集光シート５（受光素子７１のみを
対向させた場合は受光素子７１）の配置位置であり、縦
軸は、受光素子で受光された光の強度である。尚、配置
位置は、集光シート５（受光素子７１のみを対向させた
場合は受光素子７１）がリニアフレネルレンズ４の中央
部と対向している時のその集光シート５（受光素子７
１）の配置位置を基準位置（０ｍｍ）とし、その基準位
置との間の距離で表してある。

【００２７】図５から、集光シートを備えることによ
り、光が効率よく受光されていることが分かる。

【００２８】以下に、この信号処理装置１００の作用に
ついて、この信号処理装置１００とは異なる構成を持つ
２つの信号処理装置Ａ，Ｂと比較しながら説明する。

【００２９】図６は、本発明の第２実施形態である信号
処理装置１００とは異なる構成をもつ２つの信号処理装
置Ａ，Ｂのうちの一方の信号処理装置Ａの、受光素子が
搭載された回路基板側を示す上面図である。

【００３０】本発明の第２実施形態の信号処理装置１０
０（図１参照）と、図６に示す信号処理装置Ａとの相違
点は、信号処理装置１００が、受光素子７１の前面に光
伝送層１と同一方向に広がる集光シート５が搭載された
回路基板７を備えているのに対し、図６に示す信号処理
装置Ａは、その回路基板７の代わりに、受光素子１７１
の前面に、両面が凸面にある両凸面レンズ１５０が搭載
された回路基板１７０を備えている点のみである。

【００３１】図６に示す信号処理装置Ａでは、光拡散体
２で拡散しリニアフレネルレンズ４でコリメートされる
信号光１７１１（図６には、この信号光１７１１を８本
の矢印で示してある）のうち、両凸面レンズ１５０の配
置位置からずれた方向に伝播する信号光１７１２の割合
が多く、光の利用効率が低くなるが、信号処理装置１０
０では、図３に示すように、各集光シート５が光伝送層
１と同一方向に広がるものであるため、リニアフレネル
レンズ４でコリメートされる信号光７１１のうち、集光
シート５の配置位置からずれた方向に伝播する信号光の
割合を少なくすることができ、光の利用効率を高くする
ことができる。

【００３２】図７は、信号処理装置１００とは異なる構
成をもつもう一方の信号処理装置Ｂの、受光素子が搭載
された回路基板側を示す上面図、図８は、その側面図で
ある。

【００３３】信号処理装置１００と、図７に示す信号処
理装置Ｂとの相違点は、信号処理装置１００が、受光素
子７１の前面に、光伝送層１と同一方向に広がる集光シ
ート５が搭載された回路基板７を備えているのに対し、
図７に示す信号処理装置Ｂは、その回路基板７の代わり
に、受光素子１７１が搭載された回路基板１７０と、そ
の受光素子１７１前面に、図６に示す両凸面レンズ１５
０の径よりも大きい径を有する両凸面レンズ１５１とを
備えている点のみである。

【００３４】図７に示す信号処理装置Ｂは、図６に示す
両凸面レンズ１５０よりも径の大きい両凸面レンズ１５
１を備えているため、図６に示す信号処理装置Ａより
も、リニアフレネルレンズ４でコリメートされる信号光
１７１１（図７には、この信号光１７１１が４本の矢印
で示されている）を効率よく受光素子１７１に向けて集
光することができる。ところが、リニアフレネルレンズ
４に到達する信号光１７１１の大部分は、図８に示すよ
うに、光伝送層１の表裏面を繰り返し全反射することに
よりそのリニアフレネルレンズ４に到達する（図８に
は、光伝送層１の表裏面を繰り返し全反射する信号光１
７１１が多数の線で示されている）。従って、リニアフ
レネルレンズ４に到達した信号光１７１１が、そのリニ
アフレネルレンズ４でコリメートされて両凸面レンズ１
５１に入射しても、図８に示すように、光伝送層１の厚
さ方向に広がりながら受光素子１７１に向かって伝播す
るため、信号光が両凸面レンズ１５１に入射しても、受
光素子１７１で受光される割合は低い。

【００３５】これに対し、信号処理装置１００では、図
３に示すように、リニアフレネルレンズ４と対向する位
置に、光伝送層１と同一方向に広がるシート状の集光シ
ート５を備えている。従って、リニアフレネルレンズ４
から出射して集光シート５のシリンドリカルレンズ面５
ａに入射した信号光の大部分は、図４に示すように、集
光シート５の表裏面に向かって進行しても、その表裏面
で全反射しながら受光素子７１に向けて集光される。従
って、集光シート５に入射した信号光は効率よく受光素
子７１で受光される。

【００３６】次に、本発明の第３実施形態である信号処
理装置について説明する。尚、この第３実施形態である
信号処理装置の説明にあたっては、先に説明した本発明
の第２実施形態である信号処理装置（例えば図１参照）
との相違点のみについて説明する。

【００３７】第２，第３実施形態の信号処理装置の相違
点は、第３実施形態の信号処理装置が、第２実施形態の
信号処理装置が備えている集光シート５（例えば図３参
照）とは異なる構成の集光シートを備えている点のみで
ある。

【００３８】図９は、その第３実施形態の信号処理装置
が備えている集光シートを示す平面図である。この図９
には、集光シート６０の他に、その第３実施形態の信号
処理装置が備えているリニアフレネルレンズ４の、集光
シート６０と対向する部分も示されている。

【００３９】この集光シート６０は、リニアフレネルレ
ンズ４と対向する端部にホログラム６０ａが形成されて
いる。この集光シート６０の、ホログラム６０ａが形成
された側の端面６０ｂは、リニアフレネルレンズ４に沿
うように、平坦に形成されている。また、ホログラム６
０ａは、集光シート６０の、リニアフレネルレンズ４と
対向する端面６０ｂとは反対側の端面６０ｃに焦点を有
している。

【００４０】以下に、第２，第３実施形態の信号処理装
置それぞれが備えている集光シート５，６０の作用の違
いについて、図１０を参照しながら説明する。

【００４１】図１０は、第２，第３実施形態の信号処理
装置それぞれが備えている集光シート５，６０を並べて
示した平面図（ａ）、それら集光シート５，６０のＡ−
Ａ'断面図（ｂ）、それら集光シート５，６０のＢ−Ｂ'
断面図（ｃ）である。尚、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）
には、リニアフレネルレンズ４の、集光シート５，６０
と対向する部分も示されている。

【００４２】第２実施形態の信号処理装置が備えている
集光シート５は、図１０（ａ）に示すように、リニアフ
レネルレンズ４と対向する端面がシリンドリカルレンズ
面５ａに形成されている。従って、図１０（ｂ）に示す
ように、リニアフレネルレンズ４の、破線Ａ−Ａ'が経
由する部分から出射した信号光４１の大部分は集光シー
ト５に入射する。ところが、シリンドリカルレンズ面５
ａは曲率を持っているため、リニアフレネルレンズ４と
シリンドリカルレンズ面５ａとの間隔は、図１０（ａ）
に示すように、破線Ａ−Ａ'から破線Ｂ−Ｂ'に向かうに
つれて広がる。従って、図１０（ｃ）に示すように、リ
ニアフレネルレンズ４の、破線Ｂ−Ｂ'が経由する部分
から出射される信号光４２は、破線Ａ−Ａ'が経由する
部分から出射される信号光と比較して、集光シート５の
厚さ方向に関し、シリンドリカルレンズ面５ａからずれ
た方向に向かう信号光が多くなり、信号光の利用効率が
低下する。

【００４３】これに対し、第３実施形態の信号処理装置
が備えている集光シート６０の端面６０ｂは、図１０
（ａ）に示すように、リニアフレネルレンズ４に沿うよ
うに平坦に形成されている。従って、リニアフレネルレ
ンズ４から出射される信号光が、そのリニアフレネルレ
ンズ４の長手方向に関し異なった位置から出射されて
も、図１０（ｂ），図１０（ｃ）に示すように、リニア
フレネルレンズ４から出射した信号光４３，４４の大部
分は集光シート６０に入射する。つまり、集光シート６
０を用いることにより、第２実施形態の信号処理装置が
備えている集光シート５よりも、リニアフレネルレンズ
４から出射した信号光を、さらに効率よく受光素子に向
けて集光することができる。

【００４４】尚、第３実施形態の信号処理装置では、リ
ニアフレネルレンズ４に対向する端面が平坦である集光
シートとして、ホログラム５ａを有する集光シート６０
を用いているが、この集光シート６０の代わりに、例え
ば、屈折率分布を有する集光シートや、グレーティング
回折レンズを有する集光シートを用いてもよい。

【００４５】図１１は、本発明の第４実施形態である第
２の光伝送システムが備えている、本発明の第５実施形
態である信号処理装置を示す斜視図、図１２は、図１１
に示す信号処理装置をＡ−Ａ方向に見た図である。この
図１２において、光伝送システムが備えている光バス３
０は、Ａ−Ａ方向から見た、光拡散体２を含む断面図が
示されている。

【００４６】この信号処理装置４００は、図１１に示す
ように、マザーボード１０（本発明にいう基体の一例）
を備えており、このマザーボード１０には光バス３０が
固定されている。この光バス３０は、本発明の第１実施
形態である光伝送システム５０が備えている光バス２０
（図１参照）と同一構造である、中央部に光拡散体２を
有し両端面にリニアフレネルレンズ３，４が接着された
光伝送層１を６層備えている（図１２参照）。これら複
数の光伝送層１は、その光伝送層１の屈折率よりも低い
屈折率を有するクラッド層２５０を挟んで交互に積層さ
れている。

【００４７】また、信号処理装置４００は、図１１に示
すように、光バス３０の一方の側に４枚の回路基板４１
０を備え、反対側に４枚の回路基板４２０を備えてい
る。回路基板４１０，４２０のうちの回路基板４１０に
は、光バス３０が備えている６層の光伝送層１に対応さ
せて６つの発光素子４１１が搭載されており、これら６
つの発光素子４１１それぞれは、光バス３０が備えてい
る６層の光伝送層１それぞれのリニアフレネルレンズ３
に信号光を出射する素子である。また、その回路基板４
１０には電子回路４１２が搭載されている。この電子回
路４１２は、６つの発光素子４１１から出射される信号
光に担持させる信号を生成する回路である。一方、光バ
ス３０の反対側に配置された回路基板４２０には、光バ
ス３０が備えている６層の光伝送層１に対応させて６つ
の集光シート４２１および６つの受光素子４２２が搭載
されている。これら６つの集光シート４２１は、６層の
光伝送層１それぞれのリニアフレネルレンズ４から出射
した信号光を受光素子４２２に向けて集光するものであ
り、集光シート５（例えば図１参照）と同一構造のシー
トである。受光素子４２２は、集光シート４２１で集光
された信号光を受光する素子である。また、その回路基
板４２０には電子回路４２３が搭載されている。この電
子回路４２３は、受光素子４２２で受光された信号光が
担持する信号に基づく信号処理を行なう回路である。
尚、図１２において、回路基板４１０，４２０に搭載さ
れている電子回路４１２，４２３は図示省略されてい
る。

【００４８】マザーボード１０上には、図１１に示すよ
うに、回路基板４１０，４２０を着脱自在に固定する固
定部４３０，４４０が設けられており、固定部４３０に
回路基板４１０を装着すると、その回路基板４１０に搭
載された６つの発光素子４１１それぞれが、光バス３０
が備えている６層の光伝送層１それぞれのリニアフレネ
ルレンズ３と光学的に結合される状態にマザーボード１
０上に固定され、一方、固定部４４０に回路基板４２０
を装着すると、その回路基板４２０に搭載された６つの
集光素子４２２それぞれが、光バス３０が備えている６
層の光伝送層１それぞれのリニアフレネルレンズ４と光
学的に結合される状態にマザーボード１０上に固定され
る。尚、光バス３０と、各回路基板４２０に搭載されて
いる集光シート４２１とを合わせたものが、本発明にい
う第２の光伝送システムに相当する。

【００４９】このように構成された信号処理装置４００
は、回路基板４１０に搭載された電子回路４１２が、発
光素子４１１から出射される信号光に担持させる信号を
生成すると、発光素子４１１からその信号を担持した信
号光が出射される。その信号光は、光バス３０のリニア
フレネルレンズ３に入射し、光伝送層１が備えている光
拡散体２に向けて光路が変換される。この光路が変換さ
れた信号光は、その光拡散体２で拡散され、リニアフレ
ネルレンズ４で、光伝送層１の幅方向のみについてコリ
メートされる。このコリメートされた信号光は集光シー
ト４２１で受光素子４２２に向けて集光され、その集光
された信号光が受光素子４２２で受光され、電子回路４
２３で信号処理が行なわれる。

【００５０】この信号処理装置４００は、上記の構成を
持った光バス３０および集光シート４２１を備えている
ため、発光素子４１１から出射された信号光を効率よく
受光素子４２２で受光させることができる。

【００５１】また、この信号処理装置４００は、光バス
３０が備えている６層の光伝送層１それぞれのリニアフ
レネルレンズ４から出射された信号光を、２次元的に広
がった各集光シート４２１で受光素子４２２に向けて集
光しており、これら集光シート４２１は、各光伝送層１
と同一方向に広がるように配置されている。仮に、この
集光シート４２１の代わりに、図７、図８に示す両凸面
レンズ１５１を用いた場合、受光素子４２２の受光効率
を向上させようとすると、両凸面レンズ１５１の径を大
きくする必要がある。従って、各光伝送層１の各リニア
フレネルレンズ４に対応させて両凸面レンズ１５１を配
置するには、光伝送層１自体の厚さを厚くする必要があ
り、光バス３０自体が大型になるという問題があるが、
図１１に示すように、信号処理装置４００では、各集光
シート４２１が各光伝送層１と同一方向に広がるように
配置されている。従って、光伝送層１自体の厚さを厚く
することは不要であり、信号処理装置４００の小型化が
図られる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、信号光受光素子に信号
光を効率よく集光することができ、多ビット化に対応し
た構造にしても小型化が図られた光伝送システム、およ
びその光伝送システムを採用した信号処理装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である光伝送システムを
備えた、本発明の第２実施形態である信号処理装置を示
す上面図である。

【図２】図１に示す信号処理装置をＡ−Ａ方向から見た
図である。

【図３】図１、図２に示す光バスの右半分（リニアフレ
ネルレンズ４側）と、そのリニアフレネルレンズ４に対
向して配置された回路基板７とを示す図である。

【図４】リニアフレネルレンズ、集光シート、および受
光素子が配置された部分の拡大側面図である。

【図５】実験結果を示す図である。

【図６】信号処理装置１００とは異なる構成をもつ２つ
の信号処理装置のうちの一方の信号処理装置Ａの、受光
素子が搭載された回路基板側を示す上面図である。

【図７】信号処理装置１００とは異なる構成をもつもう
一方の信号処理装置Ｂの、受光素子が搭載された回路基
板側を示す上面図である。

【図８】図７の側面図である。

【図９】第３実施形態の信号処理装置が備えている集光
シートを示す平面図である。

【図１０】第２，第３実施形態の信号処理装置それぞれ
が備えている集光シート５，６０を並べて示した平面図
（ａ）、それら集光シート５，６０のＡ−Ａ'断面図
（ｂ）、それら集光シート５，６０のＢ−Ｂ'断面図
（ｃ）である。

【図１１】本発明の第４実施形態である光伝送システム
が備えている、本発明の第５実施形態である信号処理装
置を示す斜視図である。

【図１２】図１１に示す信号処理装置をＡ−Ａ方向に見
た図である。

【符号の説明】

１ 光伝送層 ２ 光拡散体 ３，４ リニアフレネルレンズ ５，６０，４２１ 集光シート ５ａ シリンドリカルレンズ面 ５ｂ，６０ｂ，６０ｃ 端面 ６，７，１７０，４１０，４２０ 回路基板 １０ マザーボード ２０，３０ 光バス ５０ 光伝送システム ６０ａ ホログラム ６１，４１１ 発光素子 ７１，１７１，４２２ 受光素子 １００，４００ 信号処理装置 １５０，１５１ 両凸面レンズ ２５０ クラッド層 ４１２，４２３ 電子回路 ４３０，４４０ 固定部 ６１１，７１１，１７１１，１７１２，１７１３ 信号
光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 経塚 信也 神奈川県足柄上郡中井町境430 グリーン テクなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA11 BA23 CA17 CA33

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次元的に広がる形状を有し、一方の端
   縁から信号光を入射し該入射した信号光を他方の端縁に
   向けて伝播して該他方の端縁から該信号光を出射する光
   バス本体であって、該光バス本体内の所定点に、信号光
   を拡散させる光拡散手段を有する光バス本体と、前記一
   方の端縁側に設けられた、入射した信号光を前記所定点
   に配置された光拡散手段に向かわせる光路変換手段と、
   前記他方の端縁側に設けられた、前記光拡散手段で拡散
   され該他方の端縁から出射した信号光をコリメートする
   コリメート手段とを備えた光バス、および前記光バス本
   体の他方の端縁側に設けられた、前記光バス本体と同一
   方向に広がる形状を有し、前記コリメート手段がコリメ
   ートした信号光の一部を集光する集光素子を備えたこと
   を特徴とする光伝送システム。
2. 【請求項２】 前記集光素子の、前記光バス本体側の端
   縁が、前記光バス本体側とは反対側の端縁に焦点を有す
   るシリンドリカルレンズ面であることを特徴とする請求
   項１記載の光伝送システム。
3. 【請求項３】 前記集光素子の、前記光バス本体側の端
   縁が、前記光バス本体側とは反対側の端縁に焦点を有す
   るホログラムレンズ面であることを特徴とする請求項１
   記載の光伝送システム。
4. 【請求項４】 二次元的に広がる形状を有し、一方の端
   縁から信号光を入射し該入射した信号光を他方の端縁に
   向けて伝播して該他方の端縁から該信号光を出射する複
   数の光伝送層であって、信号光を拡散させる光拡散手段
   を各光伝送層内の各所定点に有する複数の光伝送層が、
   これら複数の光伝送層の一方の端縁どうしが互いに同一
   方向を向くとともに、他方の端縁どうしが互いに同一方
   向を向いて順次に積層された状態に配置された光バス本
   体と、前記光バスの一方の端縁側に設けられた、入射し
   た信号光を前記複数の光伝送層それぞれの所定点に配置
   された各光拡散手段に向かわせる光路変換手段と、前記
   光バス本体の他方の端縁側に設けられた、前記各光拡散
   手段で拡散され前記光バス本体の他方の端縁から出射し
   た信号光をコリメートするコリメート手段とを備えた光
   バス、および前記光バス本体の他方の端縁側に、前記複
   数の光伝送層それぞれに対応して設けられた、該光伝送
   層と同一方向に広がる形状を有し、対応する光伝送層か
   ら出射し前記コリメート手段がコリメートした信号光の
   一部を集光する、前記光伝送層の積層方向に配列された
   複数の集光素子を備えたことを特徴とする光伝送システ
   ム。
5. 【請求項５】 基体、信号光を出射する信号光出射体と
   該信号光出射体が出射する信号光に担持させる信号を生
   成する回路とが搭載された複数の第１の回路基板、 信号光を入射する信号光入射体と、二次元的に広がる形
   状を有し前記コリメート手段がコリメートした信号光の
   一部を前記信号光入射体に集光する集光素子と、該信号
   光入射体から入射した信号光が担持する信号に基づく信
   号処理を行なう回路とが搭載された複数の第２の回路基
   板、 二次元的に広がる形状を有し、一方の端縁から信号光を
   入射し該入射した信号光を他方の端縁に向けて伝播して
   該他方の端縁から該信号光を出射する光バス本体であっ
   て、該光バス本体内の所定点に、信号光を拡散させる光
   拡散手段を有する光バス本体と、前記一方の端縁側に設
   けられた、入射した信号光を前記所定点に配置された光
   拡散手段に向かわせる光路変換手段と、前記他方の端縁
   側に設けられた、前記光拡散手段で拡散され該他方の端
   縁から出射した信号光をコリメートするコリメート手段
   とを備えた光バス、および前記複数の第１の回路基板そ
   れぞれを、それら複数の第１の回路基板それぞれに搭載
   された信号光出射体それぞれが前記光バスの一方の端縁
   と光学的に結合される状態に前記基体上に固定するとと
   もに、前記複数の第２の回路基板を、それら第２の回路
   基板それぞれに搭載された集光素子それぞれが前記光バ
   スの広がる方向と同一方向に広がり、かつ該光バスの他
   方の端縁と光学的に結合される状態に前記基体上に固定
   する複数の基体固定部を備えたことを特徴とする信号処
   理装置。