JP2002196174A - Optical coupling device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光信号の伝送を担
う光データバスを構成する光結合装置に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical coupling device constituting an optical data bus for transmitting an optical signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、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。この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。この接続線の
多層化と微細化によって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。しかし、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:Electromagnet
ic 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。そこで、主
に幹線系で脚光を浴びている光インターコネクション
が、基板間の電気配線の分野にも応用されるようになっ
てきている。2. Description of the Related Art In recent years, with the development of very large scale integrated circuits (VLSI), circuit functions of circuit boards (daughter boards) used in data processing systems have been greatly increased. As the number of signal connections to each circuit board increases as this circuit function increases, the data bus board (mother board) that connects each circuit board (daughter board) with a bus structure has a large number of connectors and connection lines. The required parallel architecture is adopted. The operation speed of the parallel bus has been improved by promoting parallelization by increasing the number of connection lines and miniaturization. However, the processing speed of the system may be limited by the operation speed of the parallel bus due to the signal delay caused by the capacitance between the connection lines or the connection line resistance. In addition, electromagnetic noise (EMI: Electromagnet) caused by increasing the density of parallel bus connection wirings
ic Interference) is also a major constraint on improving the processing speed of the system. Therefore, optical interconnections, which have been spotlighted mainly in trunk systems, have been applied to the field of electrical wiring between substrates.
【0003】従来提案されている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
が提案されている。この方式では、各回路基板の表裏両
面に発光/受光デバイスが配置され、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・バスが形成される。そして、
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送ら
れる。このように、本方式では、各回路基板が順次直列
に配列されており、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/電気変換および電気/光変換速度に依存すると
同時に、その制約を受ける。また、各回路基板相互間の
データ伝送には、各回路基板上に配置された受光/発光
デバイスによる自由空間を介在させた光結合を用いてい
る為、隣接する光データ伝送路間の干渉(クロストー
ク)が発生し、データの伝送不良が予想される。また、
システムフレーム内の環境、例えば埃などにより信号光
が散乱することによりデータの伝送不良が発生すること
も予想される。[0003] Among various types of conventionally proposed optical interconnection techniques, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-41042 proposes an optical data transmission system using a light emitting / receiving device. In this method, light-emitting / light-receiving devices are arranged on both front and back surfaces of each circuit board, and light-emitting / light-receiving devices on adjacent circuit boards incorporated in the system frame are spatially coupled with each other by light. A serial optical data bus is formed for loop transmission. And
The signal light sent from a certain circuit board is subjected to optical / electrical conversion on an adjacent circuit board, is further subjected to electrical / optical conversion on that circuit board, and is then sent to an adjacent circuit board. As described above, in the present method, the circuit boards are sequentially arranged in series, and the light is transmitted between all the circuit boards incorporated in the system frame while repeating the optical / electric conversion and the electric / optical conversion on each circuit board. Is done. For this reason, the signal transmission speed depends on the light / electric conversion and the electric / light conversion speed of the light receiving / light emitting device arranged on each circuit board, and at the same time is restricted. In addition, since data transmission between the circuit boards uses optical coupling via a free space by light receiving / light emitting devices arranged on each circuit board, interference between adjacent optical data transmission paths ( Crosstalk) occurs and data transmission failure is expected. Also,
It is also anticipated that data transmission failure will occur due to scattering of signal light due to an environment in the system frame, for example, dust or the like.
【0004】また、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
る方式が提案されている。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。Japanese Patent Application Laid-Open No. S61-196210 proposes a method of optically coupling circuit boards through an optical path constituted by a diffraction grating and a reflection element arranged on a plate surface. In this method, since light emitted from one point can be connected only to a fixed point, it is not possible to exhaustively connect all circuit boards like an electric bus.
【0005】さらに、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
くつかの技術が提案されている。例えば、特開昭58−
42333号公報には、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開示されている。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
光デバイスにおいて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。Further, several techniques have been proposed for data transmission between circuit boards using an optical connection device having a branch element. For example, JP-A-58-
Japanese Patent No. 42333 discloses an example of data transmission between circuit boards using a plurality of half mirrors. However, when a plurality of half mirrors are used, the size of the apparatus becomes large, and optical alignment with a light emitting / receiving device is required for each mirror. Also, the transmitted light that has passed through the half mirror has a light intensity that is almost half of the incident light.Therefore, if the light is repeatedly branched and transmitted a plurality of times, the light intensity becomes weak, and the light receiving device cannot obtain sufficient light intensity. However, there is a problem that signal transmission becomes impossible.
【0006】また、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
り信号光を入射し、各々のレンズより出射する方式が提
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
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
てしまう割合も高い為、入射光量の利用効率も低い。Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-134415 proposes a system in which signal light is incident from a side surface of a lens array having a plurality of lenses and emitted from each lens. In this method, the closer the lens is to the light incident position, the larger the amount of emitted light becomes. Therefore, there is a concern that the intensity of the output signal varies depending on the positional relationship between the incident position and the output position. In addition, since the ratio of light incident from the side surface passing through the opposite side surface is high, the utilization efficiency of the amount of incident light is low.
【0007】さらに、分岐比率を入力端から順次大きく
することで、ほぼ均等な光信号を伝送することができる
光ファイバを用いた光バス方式が、特開昭63−122
3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、その作製は非常に困難であり入射
光量の利用効率も低い。Further, an optical bus system using an optical fiber capable of transmitting a substantially uniform optical signal by sequentially increasing the branching ratio from the input end is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-122.
No. 3 discloses this. A method of forming a coupler that can be adapted to such a method is disclosed in IEEE Photonics.
Technology Letters, vol.
8, No. 12, December (1996). The method of forming the coupler shown here is
Branching is performed by a V-groove formed in the optical fiber. It is considered that the output light quantity can be adjusted by adjusting the size of the V-groove, but its production is very difficult and the utilization efficiency of the incident light quantity is low.
【0008】また、分岐された信号光の強度を均一化す
るスターカプラが、特開平9−184941号公報に開
示されている。このスターカプラは、概略的には、複数
の光ファイバの片端を束ねて固定し、その一方の端面に
複数の光ファイバを覆う広さの導光路を当接し、他方の
端面に光拡散反射手段を備えている。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、構成が複雑となり、装置が大型化すると
いう問題が生じる。[0008] A star coupler for equalizing the intensity of the branched signal light is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-184941. This star coupler is, generally, bundled and fixed at one end of a plurality of optical fibers, abuts a light guide path having a width covering the plurality of optical fibers on one end face thereof, and a light diffuse reflection means on the other end face. It has. When data transmission between circuit boards is performed using such a coupler, the problem is that if the number of connection boards increases, the number of fibers connected to the light emitting and receiving elements increases, the configuration becomes complicated, and the device becomes large. Occurs.
【0009】これらの問題に関連して、「エレクトロニ
クス」2000年10月号、49頁〜53頁、「新しい
概念 光シートバステクノロジー」には、平板導光路を
用いた光データバスが提案されている。この光データバ
スは、直方体形状の平板導光路の一方の端面に階段状の
複数の段差部を有し、この各段差部に発光素子または受
光素子と対向する光信号の入出射部をそれぞれ形成し、
導光路の他方の端面には反射拡散光学系を配置してい
る。このような構成において、入出射部から入射した光
信号は平板導光路内を反射拡散光学系に進み、そこで反
射されて上述の各入出射部に戻って、そこから出射され
る。この光データバスでは、平板導光路から出射される
信号光の強度が概ね均一であり、良好なバスシステムを
得ることが可能となる。In connection with these problems, “Electronics”, October 2000, pp. 49-53, “New Concept Optical Sheet Bus Technology” proposes an optical data bus using a flat light guide. I have. This optical data bus has a plurality of step-shaped steps on one end surface of a rectangular parallelepiped flat plate light guide path, and each of these steps forms an input / output section for an optical signal facing a light emitting element or a light receiving element. And
A reflection / diffusion optical system is disposed on the other end face of the light guide path. In such a configuration, the optical signal incident from the input / output unit travels through the flat optical waveguide to the reflection / diffusion optical system, is reflected there, returns to each of the above-mentioned input / output units, and is output therefrom. In this optical data bus, the intensity of the signal light emitted from the flat optical waveguide is substantially uniform, and a good bus system can be obtained.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の導光路においては、各入出射部から出射され対応する
受光素子で受光される信号光が、当初の信号光に比較し
てかなり減少し、光の利用効率が悪いという問題があっ
た。However, in this type of light guide path, the signal light emitted from each input / output section and received by the corresponding light receiving element is considerably reduced as compared with the original signal light. There was a problem that light use efficiency was poor.
【0011】従って本発明の目的は、光データバスにお
いて光の利用効率を向上することができる光結合装置を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical coupling device capable of improving the light use efficiency in an optical data bus.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、受光素子
で受光される信号光が減少する原因について鋭意検討を
重ねた結果、この種の導光路に特有の問題があることを
見いだして、本発明に至ったものである。すなわち、こ
の種の導光路においては、入出射部から出射される出射
光は、導光路内で反射あるいは拡散された光信号が入出
射部の斜め面で反射されて出射されるものであり、一定
の広がり角をもっている。このため、各入出射部とそれ
に対応する受光素子との間の距離が離れると、各受光素
子で受光される信号光が減少するのである。本発明は、
この点に注目してなされたものである。Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies on the cause of the decrease in the signal light received by the light receiving element, and as a result, have found that there is a problem specific to this type of light guide path. This has led to the present invention. That is, in this type of light guide path, the outgoing light emitted from the input / output unit is such that the optical signal reflected or diffused in the light guide path is reflected on the oblique surface of the input / output unit and output. It has a certain spread angle. For this reason, if the distance between each input / output section and the corresponding light receiving element increases, the amount of signal light received by each light receiving element decreases. The present invention
This was done with a focus on this point.
【0013】上記目的は、発光素子及び受光素子を有す
る基板と、前記発光素子及び受光素子に対応して光信号
を反射により入射または出射する複数の入出射部を有す
る光信号伝達装置と、前記光信号伝達装置と前記基板と
を近接配置する取付部材とを備えた光結合装置により、
達成される。ここで、前記取付部材は、前記光信号伝達
装置と前記基板との間に透光性板材を有することができ
る。また、この透光性板材は、前記発光素子及び受光素
子の貫通する穴部を備えることができる。さらに、前記
取付部材は、前記光信号伝達装置と前記基板との間に前
記発光素子及び受光素子の貫通する穴部を備えた板材を
有することができる。また、前記取付部材は、前記光信
号伝達装置と前記基板との間に設けられたスペーサであ
ってもよい。なお、前記近接配置は光信号伝達装置と発
光素子または受光素子との密着を含むものである。An object of the present invention is to provide a light signal transmission device having a substrate having a light emitting element and a light receiving element, a plurality of input / output sections for inputting / outputting an optical signal by reflection corresponding to the light emitting element and the light receiving element, By an optical coupling device including an optical signal transmission device and an attachment member that disposes the substrate in close proximity,
Achieved. Here, the mounting member may include a light-transmitting plate between the optical signal transmission device and the substrate. In addition, the light-transmitting plate member may include a hole through which the light emitting element and the light receiving element penetrate. Further, the mounting member may include a plate member provided with a hole penetrating the light emitting element and the light receiving element between the optical signal transmission device and the substrate. Further, the attachment member may be a spacer provided between the optical signal transmission device and the substrate. Note that the close arrangement includes close contact between the optical signal transmission device and the light emitting element or the light receiving element.
【0014】また、本発明に係る光結合装置は、発光素
子及び受光素子を有する基板と、前記発光素子及び受光
素子に対応して光信号を反射により入射または出射する
複数の入出射部を有し前記入出射部が前記発光素子また
は受光素子に近接配置された透光性媒体とを備えたもの
である。ここで、前記入出射部は、前記透光性媒体の一
端に形成された階段状の段差部に設けることができる。
この場合、前記透光性媒体の他端に光信号を反射する反
射手段や光信号を反射拡散する反射拡散手段を備えるこ
とができる。また、前記入出射部は、前記透光性媒体の
両端に設けることができる。この場合、透光性媒体の一
端に光信号を反射拡散する反射拡散手段を備えることが
できる。なお、前記近接配置は入出射部と発光素子また
は受光素子との密着を含むものである。このように構成
することによって、受光素子で受光されるべき信号光が
減少するのを良好に防止し、光の利用効率を向上するこ
とができる。Further, the optical coupling device according to the present invention has a substrate having a light emitting element and a light receiving element, and a plurality of input / output sections corresponding to the light emitting element and the light receiving element for inputting or outputting an optical signal by reflection. Further, the input / output section includes a light-transmitting medium disposed close to the light emitting element or the light receiving element. Here, the incident / exit portion may be provided in a step-shaped step portion formed at one end of the translucent medium.
In this case, the other end of the translucent medium may include a reflection unit that reflects an optical signal and a reflection / diffusion unit that reflects and diffuses an optical signal. Further, the input / output section may be provided at both ends of the translucent medium. In this case, one end of the translucent medium may be provided with a reflection / diffusion means for reflecting / diffusing an optical signal. Note that the close arrangement includes close contact between the input / output unit and the light emitting element or the light receiving element. With this configuration, it is possible to favorably prevent the signal light to be received by the light receiving element from decreasing, and to improve the light use efficiency.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1(a)は本発明に係
る光結合装置の一実施形態を示す概略構成図であり、同
図(b)はその一部拡大図である。図示のように、プリ
ント配線基板等の支持基板20の一方の面には、それぞ
れ基板用コネクタ40を介して複数の回路基板50が配
置されており、他方の面には、複数の発光素子52、受
光素子53および電子回路54が配置されている。ま
た、図示はしないが支持基板20上には電源ラインや電
気信号伝送用の電気配線が配置されている。さらに、支
持基板20には、光信号の伝播を担う複数の光信号伝達
装置10が固定されている。光信号伝達装置10は一方
の側が階段状に形成されており、この階段状の各端部
は、図1(b)に示すように、それぞれ発光素子52ま
たは受光素子53と光学的に結合可能に配置されてい
る。尚、ここで言う回路基板50は、セラミック基板や
ガラエポ基板等の他にCPU等のLSI、メモリーカー
ドやハードディスクドライブ等のデバイスを含む。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical coupling device according to the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged view thereof. As shown in the drawing, a plurality of circuit boards 50 are arranged on one surface of a support substrate 20 such as a printed wiring board via a board connector 40, and a plurality of light emitting elements 52 are arranged on the other surface. , A light receiving element 53 and an electronic circuit 54 are arranged. Although not shown, a power supply line and electric wiring for electric signal transmission are arranged on the support substrate 20. Further, a plurality of optical signal transmission devices 10 for transmitting optical signals are fixed to the support substrate 20. The optical signal transmission device 10 has one side formed in a stepped shape, and each end of the stepped shape can be optically coupled to a light emitting element 52 or a light receiving element 53, respectively, as shown in FIG. Are located in Here, the circuit board 50 includes an LSI such as a CPU, a device such as a memory card and a hard disk drive, in addition to a ceramic substrate and a glass epoxy substrate.
【0016】このように構成された光結合装置におい
て、各回路基板50から出力された電気信号は、基板用
コネクタ40を経由して発光素子52に伝送され、発光
素子52より出力された光信号は光信号伝達装置10を
介して受光素子53で受信され電気信号に変換された
後、基板用コネクタ40を経由して各回路基板50へ伝
送される。ここで、光信号伝達装置10は、各発光素子
52および受光素子53と光学的に結合されているの
で、発光素子52から出射した光信号は、光信号伝達装
置10の階段状の端部の1つに入射し、光信号伝達装置
10内を経由したのち他の端部から出射して、受光素子
53で受光される。このように構成することにより、複
数ビットからなる並列光信号の送受信あるいは各々のビ
ットで独立した同時送受信が可能となる。In the optical coupling device configured as described above, the electric signal output from each circuit board 50 is transmitted to the light emitting element 52 via the board connector 40, and the optical signal output from the light emitting element 52 is output. Is received by the light receiving element 53 via the optical signal transmission device 10 and converted into an electric signal, and then transmitted to each circuit board 50 via the board connector 40. Here, since the optical signal transmission device 10 is optically coupled to each of the light emitting elements 52 and the light receiving elements 53, the optical signal emitted from the light emitting element 52 is provided at the stepped end of the optical signal transmission device 10. It is incident on one, passes through the optical signal transmission device 10, exits from the other end, and is received by the light receiving element 53. With this configuration, transmission / reception of a parallel optical signal composed of a plurality of bits or independent simultaneous transmission / reception of each bit can be performed.
【0017】図2(a)は、光信号伝達装置10の一例
を示す図である。図のように、光信号伝達装置10は、
直方体形状の一端に階段状の段差部12が形成された透
光性媒体1を有しており、透光性媒体1の他端には反射
層2が配置されている。段差部12は、斜め45°に切
断された形状の入出射部13を有する。この入出射部1
3より、光信号は透光性媒体1の上面方向(図1の支持
基板20側)に入出射される。FIG. 2A is a diagram showing an example of the optical signal transmission device 10. As shown, the optical signal transmission device 10 includes:
The light-transmissive medium 1 has a stepped step portion 12 formed at one end of a rectangular parallelepiped. The light-transmissive medium 1 has the other end provided with a reflective layer 2. The step portion 12 has an incident / exit portion 13 having a shape cut at an angle of 45 °. This input / output unit 1
3, the optical signal enters and exits in the direction of the upper surface of the translucent medium 1 (on the support substrate 20 side in FIG. 1).
【0018】図2(b)は、光信号の伝播(分岐)経路
の一例を説明するための図である。本例では、光信号は
入出射部131より入射し、入出射部131、132、
133、134より出射する。すなわち、入出射部13
1より入射した光信号は、その斜め45°の端面で反射
され、透光性媒体1内を直進し、反射層2に到達して反
射される。反射された光信号は、再び透光性媒体1内を
伝播し、入出射部131、132、133、134へと
導かれ、それらの斜め45°の端面で反射されて、上面
方向へ出射される。尚、本例では、4つの入出射部13
(131、132、133、134)を有する透光性媒
体1について示したが、入出射部13の数は、これに限
定されることなく、これより多くまたは少なく形成する
ことが可能である。FIG. 2B is a diagram for explaining an example of a propagation (branch) path of an optical signal. In this example, the optical signal enters from the input / output unit 131, and the input / output units 131, 132,
It exits from 133 and 134. That is, the input / output unit 13
The optical signal incident from 1 is reflected at its 45 ° end face, travels straight through the translucent medium 1, reaches the reflective layer 2 and is reflected. The reflected optical signal propagates through the translucent medium 1 again, is guided to the input / output sections 131, 132, 133, and 134, is reflected at the 45 ° end faces thereof, and is output toward the upper surface. You. In this example, the four input / output sections 13
Although the translucent medium 1 having (131, 132, 133, 134) has been described, the number of the incident / exit portions 13 is not limited to this, and can be formed more or less.
【0019】また、透光性媒体1の上下面または左右の
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。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る。階段状の段差部は
研削により加工を行うことができるが、プラスチック材
料の場合は射出成型等の方法でも作製可能である。Further, a cladding layer (not shown) having a smaller refractive index than that of the translucent medium 1 can be disposed on the upper and lower surfaces or the left and right side surfaces of the translucent medium 1. Thereby, the translucent medium 1 surrounded by the cladding layer functions as a core part forming a light guide path. As the translucent medium 1, a plastic material such as polymethyl methacrylate, polycarbonate, amorphous polyolefin, or inorganic glass can be used. The step-shaped step portion can be processed by grinding, but in the case of a plastic material, it can also be manufactured by a method such as injection molding.
【0020】反射層2には、Al等の金属鏡面を用いる
ことが出来る。また、反射層2には、後述するように反
射型拡散層を用いることも可能である。反射型拡散層
は、例えばビーム整形ディヒューザ:LSD(Phys
ical Optics Corporation製)
を用いることで、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ことが
でき、出射光強度の均一化の向上が可能となる。As the reflection layer 2, a metal mirror surface of Al or the like can be used. Further, a reflective diffusion layer can be used for the reflective layer 2 as described later. The reflection type diffusion layer is formed by, for example, a beam shaping diffuser: LSD (Phys
Ical Optics Corporation)
By using, the spread angle of the diffused light in the thickness direction and the spread angle in the width direction can be controlled with respect to the translucent medium 1, and the uniformity of the emitted light intensity can be improved.
【0021】図3は本発明で用いられる光信号伝達装置
10の具体例を示す図であり、(a)は平面図、(b)
は側面図である。図のように、透光性媒体1は、直方体
形状の一方の側に階段状の段差部12を有する。この透
光性媒体1の他方の側の端面には反射型拡散層3が配置
されている。段差部12には、それぞれ入出射部13A
〜13Hが設けられており、各入出射部にはそれぞれ4
5°の角度の斜め面が形成されている。図示のように、
入出射部13A、13C、13E、13Gには発光素子
52が、入出射部13B、13D、13F、13Hには
受光素子53が光結合される。FIGS. 3A and 3B show a specific example of the optical signal transmission device 10 used in the present invention. FIG. 3A is a plan view, and FIG.
Is a side view. As shown in the figure, the translucent medium 1 has a stepped step portion 12 on one side of a rectangular parallelepiped shape. On the other end face of the translucent medium 1, a reflective diffusion layer 3 is disposed. Each of the steps 12 has an input / output section 13A.
To 13H, and each input / output section has 4
An oblique surface having an angle of 5 ° is formed. As shown,
The light emitting element 52 is optically coupled to the incident / exit sections 13A, 13C, 13E, and 13G, and the light receiving element 53 is optically coupled to the incident / exit sections 13B, 13D, 13F, and 13H.
【0022】透光性媒体1の材料としては、例えば、ポ
リメチルメタクリレート(屈折率1.49)が用いら
れ、反射型拡散層3としては、拡散光強度分布がガウス
分布、拡散角(半値全角)が40°の反射拡散フィルム
が用いられる。また、透光性媒体1は、例えば、全長1
50mm、幅8mm、厚さ1mmであり、反射型拡散層
3が配置されている端面から、最も近い入出射部13A
までの距離11が80mm、階段状の段差部12の長さ
が10mm、階段状の段差部12の幅が1mmとされ
る。As a material of the translucent medium 1, for example, polymethyl methacrylate (refractive index: 1.49) is used, and as the reflective diffusion layer 3, the diffused light intensity distribution is Gaussian distribution, and the diffusion angle (full width at half maximum) ) Is 40 °. The translucent medium 1 has, for example, a total length of 1.
It is 50 mm in width, 8 mm in width, and 1 mm in thickness, and is the closest input / output section 13A from the end face on which the reflective diffusion layer 3 is disposed.
The distance 11 is 80 mm, the length of the step-like step 12 is 10 mm, and the width of the step-like step 12 is 1 mm.
【0023】本例においては、例えば、発光素子52か
ら入出射部13Aに出射された光信号は、入出射部13
Aに形成された45°斜め面により光路が90°曲げら
れ、透光性媒体1内を伝播して反射型拡散層3へ入射
し、そこで反射拡散作用により反射拡散され、各入出射
部へと伝播される。各入出射部に到達した拡散光は、4
5°斜め面により光路が90°曲げられ、透光性媒体1
の上面方向へと出射され、受光素子53で受光される。In this example, for example, the optical signal emitted from the light emitting element 52 to the input / output unit 13A is
The optical path is bent 90 ° by the 45 ° oblique surface formed in A, propagates through the translucent medium 1 and enters the reflection type diffusion layer 3, where it is reflected and diffused by the reflection / diffusion action, and goes to each of the input / output sections. Is propagated. The diffused light that arrives at each input / output section is 4
The optical path is bent 90 ° by the 5 ° oblique surface, and the light transmitting medium 1
And is received by the light receiving element 53.
【0024】ここで、発光素子52としては、例えば広
がり角10°の面発光レーザが、受光素子53として
は、受光エリアがφ0.8mmのPINフォトダイオー
ドが用いられ、外形寸法がφ4.6mmの缶パッケージ
とされている。このパッケージングされた発光素子5
2、受光素子53は、プリント配線基板(支持基板)に
実装されている。ここで、パッケージの形態は、缶パッ
ケージに限るものではなく、セラミックやプラスチック
等を用いることも可能である。Here, as the light emitting element 52, for example, a surface emitting laser having a divergence angle of 10 ° is used, and as the light receiving element 53, a PIN photodiode having a light receiving area of φ0.8 mm is used. It is a can package. This packaged light emitting element 5
2. The light receiving element 53 is mounted on a printed wiring board (support substrate). Here, the form of the package is not limited to the can package, and ceramic, plastic, or the like may be used.
【0025】図4(a)〜(c)は、本発明に係る光結
合装置の一実施例を示す図である。同図(a)に示すよ
うに、光信号伝達装置10は、固定基板ベース60に形
成された溝部61に挿入される。この溝部61は、光信
号伝達装置10の厚さと同程度か若干薄く形成されてい
る。溝部61に挿入された光信号伝達装置10は、透光
性のプラスチック材料で形成された厚さ1mm程度の固
定基板押え板62を用いて、ネジ63等により、固定基
板ベース60に固定される。FIGS. 4A to 4C are views showing an embodiment of the optical coupling device according to the present invention. As shown in FIG. 1A, the optical signal transmission device 10 is inserted into a groove 61 formed in the fixed substrate base 60. The groove 61 is formed to have a thickness approximately equal to or slightly smaller than the thickness of the optical signal transmission device 10. The optical signal transmission device 10 inserted into the groove portion 61 is fixed to the fixed substrate base 60 with screws 63 or the like using a fixed substrate pressing plate 62 having a thickness of about 1 mm formed of a translucent plastic material. .
【0026】一方、図4(b)に示すように、プリント
配線基板(支持基板)21には、発光素子52および受
光素子53が配置されている。このプリント配線基板2
1に、上述の光信号伝達装置10の挿入された固定基板
ベース60を重ねて固定する。すなわち、光信号伝達装
置10の入出射部13A〜13Hが発光素子52または
受光素子53と光結合されるように、固定基板ベース6
0がプリント配線基板21に図4(c)に示すような形
態で重ねられ、両者はネジ63等を用いて固定される。On the other hand, as shown in FIG. 4B, a light emitting element 52 and a light receiving element 53 are arranged on the printed wiring board (support substrate) 21. This printed wiring board 2
1, the fixed substrate base 60 in which the above-described optical signal transmission device 10 is inserted is overlapped and fixed. That is, the fixed substrate base 6 is arranged such that the input / output sections 13A to 13H of the optical signal transmission device 10 are optically coupled to the light emitting element 52 or the light receiving element 53.
4 is superimposed on the printed wiring board 21 in a form as shown in FIG. 4C, and both are fixed using screws 63 or the like.
【0027】これにより、入出射部13A〜13Hと各
発光素子または各受光素子との距離は均一的に短縮され
る。このように構成することにより、各受光素子が入出
射部に近接配置されるので、出射光が入出射部からある
広がり角をもって出射されたとしても、各受光素子で受
光される信号光の減少を抑えることができ、光の利用効
率を向上することができる。As a result, the distance between the input / output sections 13A to 13H and each light emitting element or each light receiving element is uniformly reduced. With such a configuration, since each light receiving element is arranged close to the incident / emission section, even if the emitted light is emitted from the incident / emission section at a certain divergence angle, the signal light received by each light receiving element is reduced. And light use efficiency can be improved.
【0028】図5(a)〜(c)は、本発明に係る光結
合装置の他の実施例を示す図である。本実施例は、同図
(a)に示すように、固定基板押え板62に発光素子5
2および受光素子53が貫通できる穴部64を設けた点
で、図4の実施例と異なる。このような穴部64を設け
ることにより、各受光素子または発光素子に対して、入
出射部13A〜13Hのさらなる近接配置が可能とな
る。本実施例によれば、各受光素子が入出射部に近接配
置されるので、光の利用効率を向上することができる。FIGS. 5A to 5C are views showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG.
4 and a point that a hole 64 through which the light receiving element 53 can pass is provided. By providing such a hole portion 64, it is possible to further arrange the incident / exit portions 13A to 13H closer to each light receiving element or light emitting element. According to this embodiment, since each light receiving element is arranged close to the incident / exit portion, the light use efficiency can be improved.
【0029】ここで、固定基板ベース60は、図6
(a)に示すように、1ビット毎の光信号伝達装置10
が挿入されるように構成しても良いし、あるいは、図6
(b)に示すように、複数ビットの光信号伝達装置10
が挿入されるように構成しても良い。Here, the fixed substrate base 60 corresponds to FIG.
As shown in (a), the optical signal transmission device 10 for each bit
May be inserted, or FIG.
(B) As shown in FIG.
May be inserted.
【0030】図7(a)、(b)は、本発明に係る光結
合装置の他の実施例を示す図である。本実施例は、図4
の実施例の変形例であり、光信号伝達装置10、発光素
子52、および受光素子53等の構成及び概略寸法は、
先の実施例と同様である。本実施例では、まず、発光素
子52および受光素子53の配置されたプリント配線基
板21上に固定基板ベース60をネジ63等により固定
する。この固定基板ベース60には、光信号伝達装置1
0が挿入できるように溝部61’が形成されている。こ
の溝部61’に光信号伝達装置10を配置することによ
り、光信号伝達装置10の入出射部と発光素子52およ
び受光素子53とが近接配置され、効率のよい光結合が
可能となる。この光信号伝達装置10は、固定基板押え
板62によりネジ63等を用いて固定基板ベース60に
固定される。本実施例によれば、各受光素子が入出射部
に近接配置されるので、光の利用効率の向上を図ること
ができる。FIGS. 7A and 7B show another embodiment of the optical coupling device according to the present invention. In the present embodiment, FIG.
The configuration and schematic dimensions of the optical signal transmission device 10, the light emitting element 52, the light receiving element 53, etc.
This is the same as the previous embodiment. In the present embodiment, first, the fixed substrate base 60 is fixed on the printed wiring board 21 on which the light emitting element 52 and the light receiving element 53 are arranged by screws 63 or the like. The fixed signal base 1 is provided on the fixed substrate base 60.
A groove 61 'is formed so as to insert a zero. By arranging the optical signal transmission device 10 in the groove 61 ', the input / output portion of the optical signal transmission device 10, the light emitting element 52, and the light receiving element 53 are arranged close to each other, and efficient optical coupling is possible. The optical signal transmission device 10 is fixed to a fixed substrate base 60 by a fixed substrate pressing plate 62 using screws 63 and the like. According to the present embodiment, since each light receiving element is arranged close to the incident / exit portion, it is possible to improve light use efficiency.
【0031】図8(a)、(b)は、本発明に係る光結
合装置の他の実施例を示す図である。本実施例は、同図
(a)に示すように、固定基板ベース60に発光素子5
2および受光素子53が貫通できる穴部64’を設けた
点で、図7の実施例と異なる。このような穴部64’を
設けることにより、各受光素子または発光素子に対し
て、入出射部13A〜13Hのさらなる近接配置が可能
となる。本実施例によれば、各受光素子が入出射部に近
接配置されるので、光の利用効率を向上することができ
る。FIGS. 8A and 8B are views showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG.
7 and a hole 64 'through which the light receiving element 53 can pass is different from the embodiment of FIG. By providing such a hole 64 ′, it is possible to further arrange the incident / exit portions 13 </ b> A to 13 </ b> H to each light receiving element or light emitting element. According to this embodiment, since each light receiving element is arranged close to the incident / exit portion, the light use efficiency can be improved.
【0032】図9(a)、(b)は、本発明に係る光結
合装置の他の実施例を示す図である。本実施例では、同
図(a)に示すように、複数の回路基板51の配置され
た支持基板20に光信号伝達装置10が固定されてい
る。そして、同図(b)に示すように、発光素子52及
び受光素子53の両方が、光信号伝達装置10の各入出
射部に対して光結合可能に配置される。先の実施例で
は、光信号伝達装置10の入出射部に発光素子52また
は受光素子53のいずれかが配置される形態とされてい
るので、この点で本実施例は異なる。本実施例では、例
えば、1つのパッケージ内に面発光レーザとPINフォ
トダイオードの両方が実装された素子(図示せず)を用
いることができる。本実施例によれば、各受光素子が入
出射部に近接配置されるので、光の利用効率の向上を図
ることができる。FIGS. 9A and 9B are views showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the optical signal transmission device 10 is fixed to a support substrate 20 on which a plurality of circuit boards 51 are arranged. Then, as shown in FIG. 4B, both the light emitting element 52 and the light receiving element 53 are arranged so as to be optically coupled to each of the input / output sections of the optical signal transmission device 10. In the previous embodiment, since the light emitting element 52 or the light receiving element 53 is arranged at the input / output part of the optical signal transmission device 10, this embodiment is different in this point. In this embodiment, for example, an element (not shown) in which both a surface emitting laser and a PIN photodiode are mounted in one package can be used. According to this embodiment, since each light receiving element is arranged close to the incident / exit portion, it is possible to improve the light use efficiency.
【0033】図10は本発明に係る光結合装置の更に他
の実施例を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側
面図、(c)は平面図である。本実施例は、図示のよう
に、支持基板20と、その一端に配置された複数の発光
素子52と、その他端に配置された複数の受光素子53
と、これらの発光素子52および受光素子53と光結合
が可能なように45°の斜め面が両端に形成された透光
性媒体1’を有する光信号伝達装置10’と、光信号伝
達装置10’を発光素子52および受光素子53に近接
配置するためのスペーサ70とを備える。ここで、透光
性媒体1’の発光素子52側の斜め面には、反射型拡散
層3が配置される。FIGS. 10A and 10B show still another embodiment of the optical coupling device according to the present invention, wherein FIG. 10A is a perspective view, FIG. 10B is a side view, and FIG. 10C is a plan view. In the present embodiment, as shown, the support substrate 20, a plurality of light emitting elements 52 disposed at one end thereof, and a plurality of light receiving elements 53 disposed at the other end thereof.
An optical signal transmission device 10 'having a translucent medium 1' having a 45 ° oblique surface formed at both ends so as to enable optical coupling with the light emitting element 52 and the light receiving element 53; And a spacer 70 for arranging 10 ′ close to the light emitting element 52 and the light receiving element 53. Here, the reflective diffusion layer 3 is disposed on the oblique surface of the translucent medium 1 'on the light emitting element 52 side.
【0034】本実施例において、1つの発光素子52か
ら出射された光信号は、透光性媒体1’に入射したのち
反射型拡散層3で反射拡散され、その反射拡散光が透光
性媒体1’内を受光素子53側に進んで、もう一方の斜
め面で再び反射を受け、これにより複数の受光素子53
で受光される。本実施例によれば、各受光素子が入出射
部に近接配置されるので、光の利用効率の向上を図るこ
とができる。In this embodiment, an optical signal emitted from one light emitting element 52 is incident on a translucent medium 1 'and then reflected and diffused by a reflective diffusion layer 3, and the reflected diffused light is transmitted to the translucent medium. 1 ', the light proceeds to the light receiving element 53 side, and the light is reflected again by the other oblique surface.
Is received at. According to this embodiment, since each light receiving element is arranged close to the incident / exit portion, it is possible to improve the light use efficiency.
【0035】以上、種々の実施例を述べてきたが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。例え
ば、透光性媒体の構成は上述のものとは別の形態をとる
こともできる。このように、本発明では、光信号伝達装
置、受光素子、発光素子等で構成された光の利用効率の
高い光結合装置が可能となる。また、この光結合装置を
用いて、複数の回路基板を有する信号処理装置あるいは
光データバスを構成すれば、任意の回路基板間での信号
伝送が可能となり、温度変化や埃などの環境変化に対す
る耐性が高い光バスシステムが得られる。Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the configuration of the light-transmitting medium can take another form than that described above. As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical coupling device having high light use efficiency, which includes an optical signal transmission device, a light receiving element, a light emitting element, and the like. In addition, if a signal processing device or an optical data bus having a plurality of circuit boards is configured by using the optical coupling device, a signal can be transmitted between any circuit boards, and a change in environment such as a temperature change and dust can be prevented. An optical bus system with high resistance can be obtained.
【0036】[0036]
【発明の効果】本発明によれば、光データバスにおいて
光の利用効率を向上することができる光結合装置を得る
ことができる。According to the present invention, it is possible to obtain an optical coupling device capable of improving light use efficiency in an optical data bus.
【図1】(a)は本発明に係る光結合装置の一実施形態
を示す概略構成図、(b)はその一部拡大図である。FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an optical coupling device according to the present invention, and FIG. 1B is a partially enlarged view thereof.
【図2】(a)は光信号伝達装置10の一例を示す図、
(b)は光信号の伝播(分岐)経路の一例を説明するた
めの図である。FIG. 2A illustrates an example of an optical signal transmission device 10;
FIG. 4B is a diagram for explaining an example of a propagation (branch) path of an optical signal.
【図3】本発明で用いられる光結合装置の具体例を示す
図であり、(a)は平面図、(b)は側面図である。3A and 3B are diagrams showing a specific example of an optical coupling device used in the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a side view.
【図4】(a)〜(c)は本発明に係る光結合装置の一
実施例を示す図である。FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating an embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図5】(a)〜(c)は本発明に係る光結合装置の他
の実施例を示す図である。FIGS. 5A to 5C are diagrams showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図6】(a)、(b)はそれぞれ固定基板ベースの構
成例を示す図である。FIGS. 6 (a) and (b) are diagrams each showing a configuration example of a fixed substrate base.
【図7】(a)、(b)は本発明に係る光結合装置の他
の実施例を示す図である。FIGS. 7A and 7B are diagrams showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図8】(a)、(b)は本発明に係る光結合装置の他
の実施例を示す図である。FIGS. 8A and 8B are views showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図9】(a)、(b)は本発明に係る光結合装置の他
の実施例を示す図である。FIGS. 9A and 9B are diagrams showing another embodiment of the optical coupling device according to the present invention.
【図10】本発明に係る光結合装置の更に他の実施例を
示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図、
(c)は平面図である。FIGS. 10A and 10B are diagrams showing still another embodiment of the optical coupling device according to the present invention, wherein FIG. 10A is a perspective view, FIG.
(C) is a plan view.
1 透光性媒体 2 反射層 3 反射型拡散層 10 光信号伝達装置 13、131〜134、13A〜13H 入出射部 20 支持基板 21 プリント配線基板 40 コネクタ 50、51 回路基板 52 発光素子 53 受光素子 54 電子回路 60 固定基板ベース 61、61’ 溝部 62 固定基板押え板 63 ネジ 64、64’ 穴部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent medium 2 Reflective layer 3 Reflective diffusion layer 10 Optical signal transmission device 13, 131-134, 13A-13H Input / output part 20 Support board 21 Printed wiring board 40 Connector 50, 51 Circuit board 52 Light emitting element 53 Light receiving element 54 Electronic circuit 60 Fixed substrate base 61, 61 'Groove 62 Fixed substrate pressing plate 63 Screw 64, 64' Hole
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 秀則 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 BA02 BA11 CA39 DA03 5F073 AB15 AB16 BA01 FA05 FA30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Hidenori Yamada 430, Nakai-cho, Ashigara-kami, Kanagawa Prefecture Green Tech Inside Fuji Xerox Co., Ltd. F-term (reference) 2H037 AA01 BA02 BA11 CA39 DA03 5F073 AB15 AB16 BA01 FA05 FA30
Claims (11)
前記発光素子及び受光素子に対応して光信号を反射によ
り入射または出射する複数の入出射部を有する光信号伝
達装置と、前記光信号伝達装置と前記基板とを近接配置
する取付部材とを備えたことを特徴とする光結合装置。A substrate having a light emitting element and a light receiving element;
An optical signal transmission device having a plurality of input / output sections for inputting or outputting an optical signal by reflection corresponding to the light emitting element and the light receiving element; and a mounting member for disposing the optical signal transmission apparatus and the substrate in close proximity to each other. An optical coupling device.
前記基板との間に透光性板材を有することを特徴とする
請求項1記載の光結合装置。2. The optical coupling device according to claim 1, wherein the mounting member has a light transmitting plate between the optical signal transmission device and the substrate.
光素子の貫通する穴部を備えたことを特徴とする請求項
2記載の光結合装置。3. The optical coupling device according to claim 2, wherein the translucent plate member has a hole through which the light emitting element and the light receiving element penetrate.
前記基板との間に前記発光素子及び受光素子の貫通する
穴部を備えた板材を有することを特徴とする請求項1記
載の光結合装置。4. The light according to claim 1, wherein the mounting member has a plate member provided with a hole through which the light emitting element and the light receiving element pass between the optical signal transmission device and the substrate. Coupling device.
前記基板との間に設けられたスペーサであることを特徴
とする請求項1記載の光結合装置。5. The optical coupling device according to claim 1, wherein the mounting member is a spacer provided between the optical signal transmission device and the substrate.
前記発光素子及び受光素子に対応して光信号を反射によ
り入射または出射する複数の入出射部を有し前記入出射
部が前記発光素子または受光素子に近接配置された透光
性媒体とを備えたことを特徴とする光結合装置。6. A substrate having a light emitting element and a light receiving element,
A light-transmitting medium having a plurality of input / output sections for inputting / outputting an optical signal by reflection corresponding to the light-emitting element and the light-receiving element, wherein the input / output section is disposed in proximity to the light-emitting element or the light-receiving element; An optical coupling device.
に形成された階段状の段差部に設けられることを特徴と
する請求項6記載の光結合装置。7. The optical coupling device according to claim 6, wherein the input / output section is provided at a step-shaped step formed at one end of the light transmitting medium.
る反射手段を備えたことを特徴とする請求項7記載の光
結合装置。8. The optical coupling device according to claim 7, further comprising a reflection means for reflecting an optical signal at the other end of said translucent medium.
散する反射拡散手段を備えたことを特徴とする請求項7
記載の光結合装置。9. The light-transmitting medium according to claim 7, further comprising a reflection-diffusion means for reflecting and diffusing an optical signal at the other end of the light-transmitting medium.
The optical coupling device according to claim 1.
端に設けられることを特徴とする請求項6記載の光結合
装置。10. The optical coupling device according to claim 6, wherein the input / output sections are provided at both ends of the translucent medium.
拡散する反射拡散手段を備えたことを特徴とする請求項
10記載の光結合装置。11. An optical coupling device according to claim 10, further comprising a reflection / diffusion means for reflecting / diffusing an optical signal at one end of said translucent medium.
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