(57)【要約】【課題】自由空間光相互接続を提供する。【解決手段】サーバ（１００）等のシステムが、複数の自由空間光通信信号を動的に位置合わせする。システムの一実施形態は、第１のサブシステム（１１０）における第１のアレイ（１１４）及び第２のサブシステムにおける第２のアレイ（１１６）を含む。第１のアレイは、第１のレンズ（２２０）、自由空間、第２のレンズ（２７０）を通って第２のアレイへ送信される光信号を生成する送信機を含む。第２のアレイは受信機を含み、第１のレンズ及び第２のレンズは、第２のアレイ上に第１のアレイの像を形成するテレセントリックレンズを構成する。実装システム（２３０、２８０）は、第１のレンズ及び第２のレンズをそれぞれ第１のサブシステム及び第２のサブシステムに取り付け、実装システムの少なくとも一方は、取り付けられたレンズ又は別の光学素子（２１０、２６０）を動的に移動させて、像の位置合わせを維持する。【選択図】  図２
2011512729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサブシステムに結合された第１のアレイであって、前記第１のアレイは、自由空間を通って第２のサブシステムへ送信される光信号をそれぞれ生成する送信機を含む、第１のアレイと、
前記複数の光信号が通過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを前記第１のサブシステムに取り付ける第１の実装システムと、
第２のサブシステムに結合された第２のアレイであって、前記第２のアレイは、前記光信号にそれぞれ対応する受信機を含む、第２のアレイと、
前記複数の光信号が通過する第２のレンズであって、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、共に、前記第１のアレイの像を前記第２のアレイ上に形成するテレセントリックレンズを構成する、第２のレンズと、
前記第２のレンズを前記第２のサブシステムに取り付ける第２の実装システムであって、前記第１の実装システムおよび前記第２の実装システムの少なくとも一方は、前記取り付けられたレンズを動的に移動させて、前記第２のアレイ上の位置合わせされた位置に前記第１のアレイの前記像を維持する、第２の実装システムと
を備えるシステム。
【請求項２】
前記システムは、サーバを備え、
前記第１のサブシステムは、第１のサーバブレードを備え、
前記第２のサブシステムは、第２のサーバブレードを備え、
前記光信号は、前記第１のサーバブレードと前記第２のサーバブレードとの間を自由空間を通って送信される
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の実装システムによって前記第１のサブシステムに取り付けられたプレートをさらに備え、
前記第１の実装システムは、前記プレートを動的に傾けて前記像を位置決めする
請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の実装システムによって前記第２のサブシステムに取り付けられたプレートをさらに備え、
前記第２の実装システムは、前記プレートを動的に傾けて前記像を位置決めする
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の実装システムおよび前記第２の実装システムの少なくとも一方を動作させて、前記取り付けられたレンズを動的に移動させ、前記第２のアレイ上の位置合わせされた位置に前記第１のアレイの前記像を維持する閉ループ制御システムをさらに備える
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のアレイは、前記閉ループ制御システムで使用される方向検出器をさらに備える
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のアレイは、集積回路ダイを備え、
前記送信機は、前記集積回路ダイに製作されたそれぞれのＶＣＳＥＬを備える
請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のアレイは、集積回路ダイを備え、
前記受信機は、前記集積回路ダイに含まれるそれぞれのフォトダイオードを備える
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２のアレイは、前記集積回路ダイに含まれる方向検出器をさらに備える
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
第１のサブシステムから第２のサブシステムへデータを送信するための方法であって、前記方法は、
前記第１のサブシステムにおける第１のアレイを使用して複数の光信号を変調することと、
前記第１のサブシステムにおける第１の光学系、前記第１のサブシステムと前記第２のサブシステムとの間の自由空間、および前記第２のサブシステムにおける第２の光学系を通って前記第２のサブシステムにおける第２のアレイへ前記光信号を送信することであって、前記第１の光学系は、前記光信号のすべてが通過する第１のレンズを備え、前記第２の光学系は、前記光信号のすべてが通過する第２のレンズを備え、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、共に、前記第１のアレイの像を前記第２のアレイ上に形成するテレセントリックレンズを形成する、前記光信号を送信することと、
前記第１の光学系および前記第２の光学系の少なくとも一方において少なくとも１つの光学素子を移動させることであって、それによって、データ送信に備えて前記像を前記第２のアレイと位置合わせする、少なくとも１つの光学素子を移動させることと
を含む方法。
【請求項１１】
前記第１のサブシステムは、サーバにおける第１のサーバブレードを備え、
前記第２のサブシステムは、前記サーバにおける第２のサーバブレードを備える
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの光学素子を前記移動させることは、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズの少なくとも一方をその光学軸に垂直な方向に移動させることを含む
請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも一方の光学素子を前記移動させることは、前記光学信号のすべてが通過するプレートを傾けることを含む
請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
第１の回路ボードと、
前記第１の回路ボード上に実装された第１のアレイであって、前記第１のアレイは、前記第１の回路ボードから自由空間を通って送信される第１の光信号をそれぞれ生成する送信機を含む、第１のアレイと、
前記第１の光信号が通過する第１のレンズと、
前記第１のレンズを前記第１の回路ボードに取り付ける第１の実装システムと、
を備え、
前記第１の実装システムは、
前記第１のレンズを保持し、前記第１のレンズが前記第１のレンズの光軸に垂直な第１の方向に移動することを可能にする第１の湾曲部と、
前記第１のレンズを前記第１の方向に移動させるように動作可能な第１のアクチュエータと
を備える
システム。
【請求項１５】
第２の回路ボードと、
前記第２の回路ボード上に実装された第２のアレイであって、前記第２のアレイは、前記第１の光信号にそれぞれ対応する受信機を含む、第２のアレイと、
前記第１の光信号が通過する第２のレンズであって、前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、共に、前記第１のアレイの像を前記第２のアレイ上に形成するテレセントリックレンズを構成する、第２のレンズと、
前記第２のレンズを前記第２の回路ボードに取り付ける第２の実装システムと、
をさらに備え、
前記第２の実装システムは、
前記第２のレンズを保持し、前記第２のレンズが、前記第１の方向に垂直で、前記第２のレンズの光軸に垂直な第２の方向に移動することを可能にする第２の湾曲部と、
前記第２のレンズを前記第２の方向に移動させるように動作可能な第２のアクチュエータと
を備える
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の回路ボード上に実装された第２のアレイであって、前記第２のアレイは、前記第１の回路ボードに到着する複数の第２の光信号にそれぞれ対応する受信機を含む、第２のアレイと、
前記第２の光信号が通過する第２のレンズと、
前記第２のレンズを前記回路ボードに取り付ける第２の実装システムと、
をさらに備え、
前記第２の実装システムは、
前記第２のレンズを保持し、前記第２のレンズが、前記第１の方向に垂直で、前記第２のレンズの光軸に垂直な第２の方向に移動することを可能にする第２の湾曲部と、
前記第２のレンズを前記第２の方向に移動させるように動作可能な第２のアクチュエータと
を備える
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のアクチュエータは、バイモルフを備える
請求項１４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、自由空間光相互接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
高データレート信号伝送は、多くのシステムでの関心事である。
例えば、現在のサーバシステムは、高データレートで互いに通信する必要があるユーザが選択したコンポーネントのセットを使用することが多い。
例えば、ブレードを使用するサーバシステムでは、例えばサーバブレード及びストレージブレードといったブレードは、共通の筐体に実装され、冷却ファン、電源、及び筐体管理等のシステムコンポーネントを共有する。
ブレードが共に機能して所望のデータストレージ、データ処理、及びデータ通信を提供するには、サーバシステムは、ブレード間の通信用に高データレート通信チャネルを提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電気信号方式を使用するデータチャネルは、一般に、高データ伝送レートを提供するのに高周波電気信号を必要とし、高周波発振は、銅線等の導体により伝送される電気信号についてインピーダンス及び雑音の問題を提起する可能性がある。
光信号方式を使用するデータチャネルは、これらの問題の多くを回避することができるが、ガイドされる光信号方式には、複雑な導波路及び／又は束ねていない光ケーブル又は光リボンの取り扱いが必要とされる場合がある。
光ケーブル又は光リボンは、サーバ等のシステムに空間及び信頼性の問題を導入する場合がある。
自由空間光信号方式は、電気信号に関連したインピーダンス及び雑音の問題を回避し、導波路又は光ケーブルの必要性を回避する。
しかしながら、自由空間光データチャネルをサーバ等のシステムで使用するには、一般に、光送信機及び光受信機を精密に位置合わせできること、並びに機械的振動及び熱変動を受け得る環境で位置合わせを維持できることが必要とされる。
自由空間光データチャネルの位置合わせを確立及び維持するという課題は、複数のデータ光チャネルが必要とされるときに増す可能性がある。
したがって、複数の自由空間光チャネルを経済的且つ効率的に確立及び維持するためのシステム及び方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、光学系は、データ通信用の複数の自由空間光信号を位置合わせして提供することができる。
このシステムの一実施形態は、第１のサブシステムの第１のアレイ及び第２のサブシステムの第２のアレイを含む。
第１のアレイは、第１のレンズ、自由空間、及び第２のレンズを通って送信されて第２のサブシステムの第２のアレイに達する光信号をそれぞれ生成する送信機を含む。
第２のアレイは、光信号にそれぞれ対応する受信機を含み、第１のレンズ及び第２のレンズは、共に、第１のアレイの像を第２のアレイ上に形成するテレセントリックレンズを構成する。
第１の実装システム及び第２の実装システムは、それぞれ第１のレンズを第１のサブシステムに取り付け、第２のレンズを第２のサブシステムに取り付け、これらの実装システムの少なくとも一方は、取り付けられたレンズ又は別の光学素子を動的に移動させて、第１のアレイの像を第２のアレイ上の位置合わせされた位置に維持する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】システム面又はブレード間の通信用の位置合わせ許容（alignment-tolerant）自由空間データチャネルを用いる本発明の一実施形態によるサーバシステムを示す図である。
【図２】共有された視準システム及び位置合わせシステムを有する、複数の平行光通信チャネルを用いるシステムを示す図である。
【図３Ａ】光学プレートを傾けることがビームをどのようにシフトさせるのかを示す図である。
【図３Ｂ】光学プレートを傾けることがビームをどのようにシフトさせるのかを示す図である。
【図４Ａ】テレセントリックレンズを形成するレンズの移動又は位置合わせ不良に起因する像の移動を示す図である。
【図４Ｂ】テレセントリックレンズを形成するレンズの移動又は位置合わせ不良に起因する像の移動を示す図である。
【図４Ｃ】テレセントリックレンズを形成するレンズの移動又は位置合わせ不良に起因する像の移動を示す図である。
【図４Ｄ】テレセントリックレンズを形成するレンズの移動又は位置合わせ不良に起因する像の移動を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による受信機アレイの平面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるマルチチャネル光通信を使用するサーバシステムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
異なる図における同じ参照シンボルの使用は、同様のアイテム又は同一のアイテムを示す。
【０００７】
本発明の一態様によれば、送信機アレイに隣接した第１の素子セット及び受信機アレイに隣接した第２の素子セットを有するテレセントリック光学系は、振動及び熱変化を受けるマルチボードシステムであっても、複数の自由空間光通信チャネルを高データレート通信用に位置合わせして維持することができる。
光信号のすべては、集光光学素子を平行に通過し、その結果、光学系は、送信機アレイの像を受信機アレイ上に形成する。
光学系のテレセントリシティによって、像の歪が回避され、送信機アレイと受信機アレイとの間の或る範囲の分離間隔に対して、送信機の像を検出器の光感知エリア上に保つ許容範囲が提供される。
動的位置合わせ制御システムは、通信チャネルが維持されている環境における振動及び熱変化にもかかわらず、通信チャネルを位置合わせされた状態に保つために必要に応じて、光学素子を移動させて送信機アレイの像を光軸に垂直にシフトさせることができる。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態による、通信チャネルを用いるサーバシステム１００を示す。
システム１００は、共有バックプレーン１２０上に実装される一組のブレード１１０を備える。
電源変圧器及び冷却ファン等の付加的なコンポーネント１３０もバックブレーン１２０に接続することができ、このアセンブリ全体は、通常、共有エンクロージャ（図示せず）に収容される。
ユーザインターフェース、及びサーバシステム１００への外部接続用のソケットは、共有エンクロージャを通じて提供することができる。
【０００９】
システム１００内のブレード１１０のいくつか又はすべては、実質的に同一とすることもできるし、異なる機能を実行するように異なる設計とすることもできる。
例えば、いくつかのブレード１１０は、サーバブレードとすることもできるし、ストレージブレードとすることもできる。
各ブレード１１０は、そのブレード１１０の特定の機能を実施する１つ又は複数のサブシステム１１２を含む。
サブシステム１１２を、プリント回路基板上のコンポーネントのように各ブレード１１０のいずれか片側又は両側に実装することもできるし、ブレード１１０が、該ブレード１１０の内部にサブシステム１１２を有するエンクロージャを含むこともできる。
このようなサブシステム１１２の一般的な例には、ハードドライブ又は他のデータストレージ、並びにマイクロプロセッサ、メモリソケット、及び集積回路メモリ等の従来のコンピュータコンポーネントを含むプロセッササブシステムが含まれる。
サブシステム１１２及びブレード１２０の一般的な機構は、Hewlett-Packard社から市販されているサーバシステムのｃクラスアーキテクチャ等のブレードアーキテクチャを使用するサーバシステムに関して知られている従来のタイプのものとすることができる。
【００１０】
各ブレード１１０は、１つ又は複数の光送信機アレイ１１４及び１つ又は複数の光受信機アレイ１１６をさらに含む。
各送信機アレイ１１４は、ブレード１１０がバックプレーン１２０上に適切に実装されたときに、隣り合ったブレード１１０上の対応する受信機アレイ１１６と名目上位置合わせされるようにブレード１１０上に位置決めされる。
サーバシステム１００の通常の構成では、対応する送信機アレイ１１４と受信機アレイ１１６との間に約５ｃｍの自由空間を存在させることができ、各受信機アレイ１１６は、ブレード１１０の機械的実装の変動に起因して、関連した送信機アレイ１１４に対して約５００μｍ〜１０００μｍほどの平行移動位置合わせ不良及び最大約１．５度までの角度位置合わせ不良を受ける場合がある。
加えて、送受信機１１４及び１１６の位置合わせは、製作公差、温度変動、及び／又は例えば冷却ファン若しくはハードドライブの動作からの機械的振動に起因して、４０μｍ〜５０μｍほどの変動及び最大２度までの変動を受ける場合もある。
【００１１】
各送信機アレイ１１４は、集積回路ダイ内又は集積回路ダイ上に集積できる垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源又は光放出器のアレイを含む。
アレイ１１４の各光源は、例えば約１０Ｇｂ／ｓといった高データレートでの伝送用にデータを符号化するように独立して変調できるビーム１１８を放出する。
【００１２】
各受信機アレイ１１６は、一般に、例えばフォトダイオードといった検出器のアレイを含む。
各フォトダイオードは、そのフォトダイオードで受信される信号のデータレートに従って選択されたサイズの光感知エリアを有する。
１０Ｇｂ／ｓ以上のデータレートの場合、光感知エリアの幅は、一般に、約４０μｍ幅未満である必要がある。
【００１３】
光学系１１５は、各送信機アレイ１１４に隣接している。
以下でさらに説明するように、系１１５の光学素子の少なくともいくつかは、すべての光信号によって共有されるテレセントリックレンズの一部を形成する。
一実施形態では、制御システムが送信機アレイ１１４からのビームの方向又は位置を調整できるように、光学系１１５は、動的であり、光学素子を移動させることができる実装部（mounting）に１つ又は複数の光学素子を含む。
一代替的な実施形態では、光学系１１５は、稼働中は固定され、対となる受信機アレイ１１６に関連した光学系１１７が、光データチャネルでの送信中に動的に調整を行って、送信機−受信機の位置合わせを維持する。
一般に、光学系１１５及び１１７の双方を動的とすることができる。
【００１４】
光学系１１７は、各受信機アレイ１１６に隣接している。
各光学系１１７は、対とされる光学系１１５の光学素子と組み合わされると、好ましくは像側及び物体側の双方がテレセントリックのテレセントリックレンズを形成する光学素子を含み、このテレセントリックレンズは、送信機アレイ１１４の像を受信機アレイ１１６上に形成する。
その結果、受信機アレイ１１６の検出器は、送信機アレイ１１４内の放出器からの各光信号１１８を受信する。
システム１１５及び１１７の対により提供されるテレセントリシティによって、送信機アレイ１１４と受信機アレイ１１６との間の光通信チャネルは、送信機アレイ１１４と受信機アレイ１１６との間の分離間隔の変動、すなわちテレセントリックレンズの光軸に沿った移動、を許容するものとなる。
【００１５】
光学系１１７は、動的に調整可能とすることができ、光データチャネルを通るデータ伝送中に光学素子を移動させることができる実装部に１つ又は複数の光学素子を含むことができる。
一般に、光学系１１７は、対応する送信機光学系１１５が固定される実施形態では動的に調整可能である必要があるが、光学系１１７について動的に調整可能であることは、対応する送信機光学系１１５が動的に調整可能である実施形態ではオプションである。
光学系１１５及び／又は光学系１１７の制御システムは、光学系１１５及び／又は１１７における１つ又は複数の光学素子の位置を調整するように動作させることができる。
ブレード１１０間に確立された任意の確立通信を使用して、光学系１１５及び１１７の動的な動作を調和させることができ、例えば、受信機アレイ１１４から光学系１１７のためのサーボ制御システムへ位置合わせデータを送信することができる。
この位置合わせデータは、例えば、低データレートの電気チャネル上で運ぶこともできるし、ブレード１１０間の任意の光チャネル上でデータの一部として運ぶこともできる。
位置合わせデータの送信は、光学系１１５が固定され且つ光学系１１７のみが動的な位置合わせを実行する本発明の実施形態では不要とすることができる。
しかしながら、送信機側の光学系１１５からのビーム制御は、光学系１１７だけが位置合わせ不良を訂正する場合に必要とされる光学系１１７における光学素子よりも少ない（したがって、より費用のかからない）光学素子の使用を可能とし得る幾何学的利点を提供することができる。
【００１６】
図２は、本発明の一実施形態による複数の光通信チャネルを提供するシステム２００の模式図を示す。
システム２００は、図１を参照して説明したような関連する光学系１１５を有する送信機アレイ１１４及び関連する光学系１１７を有する受信機アレイ１１６を含む。
図２に示す実施形態の光学系１１５は、アクティブ／動的実装部２３０に保持されたプレート２１０及びレンズ２２０を含む。
動的実装部２３０は、送信機制御システム２４０の制御下にある。
送信機制御システム２４０は、光データチャネルの動作中に光学素子２１０及び２２０をどのように移動させるのかを決定する。
受信機光学系１１７も、同様に、アクティブ／動的実装部２８０に保持されたプレート２６０及びレンズ２７０を含み、受信機制御システム２９０は、実装部２８０を制御して、光学素子２６０及び２７０を移動させる。
アレイ１１４及び１１６が回転して位置合わせされるという条件で、制御システム２４０及び２９０は、光学素子２１０、２２０、２６０、及び２７０を移動させて、高データレート光通信のための位置合わせを維持することができる。
【００１７】
光学系１１５及び１１７は、送信機アレイ１１４の像を受信機アレイ１１６の平面に形成するテレセントリックレンズとして働くように協調する。
適切な位置合わせによって、送信機アレイ１１４における光源が受信機アレイ１１６の検出器と一致するように、送信機アレイ１１４の像が受信機アレイ１１６上に形成される。
組み合わせられた光学系１１５及び１１７は、送信機アレイ１１４の像を反転するので、図２は、受信機アレイ１１６における検出器のパターンが、送信機アレイ１１４における光源のパターンに対して反転される一例を示す。
さらに、この例示的な実施形態では、受信機アレイ１１６の光感知エリアは、送信機アレイ１１４における光源と同じピッチを有し、テレセントリックレンズは単位（すなわち、ｌｘ）倍率を有する。
代替的に、テレセントリックレンズの倍率は、送信機アレイ１１４の像のサイズを拡大又は縮小して受信機アレイ１１６のサイズと一致するように選択することができる。
【００１８】
送信機アレイ１１４の像のサイズ及び倍率は、組み合わされた光学系がテレセントリックであるので、アレイ１１４と１１６との間の分離間隔と共に有意に変化することはない。
したがって、振動又は熱変化によって、送信機アレイ１１４又は受信機アレイ１１６が図２のＺ方向に移動した場合にも、受信機アレイ１１６上の送信機アレイ１１４の像のサイズは変化しない。
テレセントリックレンズは、場の歪等、多くのタイプの歪も受けない。
その結果、照射されたエリアのサイズ及び間隔は一定のままであり、像の中心が受信機アレイ１１６の中心に集中したままであり且つ像が受信機アレイ１１６と回転して位置合わせされる限り、複数のチャネルは位置合わせされたままである。
コマ収差又は他の歪の不在又は低減によって、或る光信号からの光が別の光信号用の検出器内へ漏出することにより引き起こされるクロストークが低減される。
オプションとして、雑音又はクロストークをさらに減少させるために、開口部２５０を光学系１１５と１１７との間において、理想的には、光学系１１５の焦点効果が光信号を交差させる箇所に挿入することができる。
別個の開口部（図示せず）をさらに又は代替的に、受信機アレイ１１６における検出器付近にそれぞれ設けることもできる。
【００１９】
実装部２３０及び２８０は、光学素子２１０、２２０、２６０、及び２７０の１つ又は複数を移動させて、送信機アレイ１１４の像の中心を受信機アレイ１１６の中心と位置合わせする。
この例示の実施形態では、実装部２３０又は２８０は、プレート２１０又は２６０を傾けることができ且つ系の光軸に垂直な平面、例えば図２のＸ−Ｙ平面でレンズ２２０又は２７０をシフトさせることができる機械的構造を含む。
【００２０】
プレート２１０又は２６０のいずれかを傾けることによって、プレート２１０又は２６０の厚さ、プレート２１０又は２６０の屈折率、及び傾きの大きさに依存した量だけ、Ｘ−Ｙ平面における像のロケーションがシフトされる。
図３Ａ及び図３Ｂは、光ビームの伝播方向に対してプレートを傾けることの効果を示す。
詳細には、プレート３２０の表面に垂直なビーム３１０は、図３Ａに示すように、偏向なしにプレート３２０を直接通過する。
プレートが、図３Ｂに示すように、ビーム３１５の方向に対して傾けられたとき、ビームは、Ｔ（１−１／ｎ）ｓｉｎθにほぼ等しい距離Δだけ偏向される。
この時、プレート３２０は小さな角度θだけ傾けられ、Ｔはプレートの厚さであり、ｎはプレートの屈折率である。
実装部２３０及び２８０が、２つの垂直軸のまわりにプレート２１０又は２６０を傾けることを可能にしている場合、送信機アレイ１１４の像をＸ−Ｙ平面における任意の方向にシフトさせることができる。
【００２１】
レンズ２２０及び２７０の一方又は双方をシフトさせるか又は傾けることによって、送信機アレイ１１４の像もシフトさせることができる。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、及び図４Ｄは、コンポーネントレンズをシフトさせることによって、像のロケーションがどのようにシフトされるのかを示す。
詳細には、図４Ａは、２つのレンズ４１０及び４２０が、物体４３０の中心を通過する共有光軸を有する構成を示す。
レンズ４１０及び４２０の組み合わせによって形成された像４４０も、レンズ４１０及び４２０の共有光軸を中心とする。
１つ又は複数のレンズがその光軸に垂直に平行移動されるとき、像は、それらレンズ間の分離間隔に垂直に平行移動される。
例えば、図４Ｂでは、双方のレンズ４１０及び４２０は、それらの光軸が位置合わせされた状態で物体４３０の下端を通るように、等しい量だけ下方にシフトされている。
その結果の像４４２は、図４Ａの像４４０に対して下方にシフトされる。
より具体的には、物体４３０が、レンズ４１０及び４２０の光軸から量Δｏだけオフセットされた場合、像４４０は、対応する距離Δｉ＝ＭΔｏだけシフトされる。
ここで、Ｍは、レンズ４１０及び４２０を含む光学系の倍率である。
多くのレンズ系では、このシフトは像の歪及びコマ収差を引き起こすが、テレセントリック系では、物体４３０からの主光線は像面に垂直に到達することから、図４Ｂの系の場合、像の歪もコマ収差も存在しない。
【００２２】
図４Ｃは、一方のコンポーネントレンズ４２０が、例えば、他方のレンズ４１０から軸外となることの効果を示す。
図示するように、コンポーネントレンズ４１０又は４２０の相対オフセットにより、像４４４はＸ−Ｙ平面において物体４３０に対してシフトされる。
この効果は、像と受信機アレイのロケーションとの位置合わせを訂正するのに使用することができる。
例えば、送信機及び受信機の角度位置合わせ不良等の何らかの影響によって、像４４０（図４Ａ）が受信機アレイからオフセットされた場合、受信機アレイに対してレンズ４２０（又はレンズ４１０）をシフトさせて、像４４２を位置合わせされた位置にシフトさせることができる。
しかしながら、相対オフセットは、像４４２を、レンズ４２０の光軸を中心にした状態にしておくことに留意すべきである。
したがって、送信機アレイがレンズ４１０を中心にし且つ受信機アレイがレンズ４２０を中心にしている場合、たとえレンズの光軸が位置合わせされていなくても、送信機アレイの像は、受信機アレイ上に維持される。
したがって、この光学系は、送信機ボードと受信機ボードとの間の平行移動オフセットを大きく許容するものである。
加えて、レンズ系は、全体として、ほぼテレセントリックのままであり、その結果、コマ収差及び像の歪は大きく回避される。
【００２３】
図４Ｄは、一方のレンズ４２０が他方のレンズ４１０に対して傾けられることの効果を示す。
傾けられた結果、図１のサーバシステム１００は、例えば、ブレード１１０の実装部における固定した相違又はブレード１１０の時間変化する振動のために、例えば、ブレード１１０が互いに平行でないときのものとなる場合がある。
図４Ｄに示すように、傾くことによって、像４４６のロケーションは、傾けられたレンズ４２０の光軸に対してシフトする。
例えば、図４Ｄに示す傾きでは、像４４６は、約ｆ・ｓｉｎθの距離だけレンズ４２０の光軸に対して上方にシフトされる。
ここで、ｆは焦点距離であり、θはレンズ４２０の傾斜角である。
本発明の一態様によれば、送信機アレイ又は受信機アレイに対してレンズをシフトさせることによって、相対的な傾きにより引き起こされるオフセットを補償することができ、受信機アレイ上の位置合わせされた位置に像を移動させることができ、例えば、像を、光軸を中心にしたものとすることができる。
この目的のために光学プレートを代替的に用いることもできる。
【００２４】
図２のシステム２００は、受信機アレイ１１６と位置合わせをするために送信機アレイ１１４の像をシフトさせるための多くのメカニズムを提供する。
詳細には、像をシフトさせて位置合わせを達成又は維持するために、プレート２１０又は２６０のいずれかを傾けることもできるし、レンズ２２０又は２７０のいずれかをシフトさせることもできるし、これらの移動の任意の組み合わせを使用することもできる。
これによって、実装部２３０及び２８０におけるサーボシステムの設計に柔軟性が可能になる。
例えば、より良い光学的品質並びにより簡単な製作及び組み立てには、大きなレンズ２２０及び２７０を使用することができる。
大きく且つ重いレンズ２２０及び２７０の移動を使用して、より大きく且つより低周波の位置合わせ不良を補償することができる一方、プレート２１０及び２６０を軽量にして、より小さく且つより高周波の位置合わせ不良を補償するのに使用することができる。
別の構成では、送信機側のプレート２１０及びレンズ２２０を、一方の軸に沿った位置合わせ不良を補償するのに使用することができ、受信機側のプレート２６０及びレンズ２７０を、垂直な軸に沿った位置合わせ不良を補償するのに使用することができる。
さらに別の構成では、すべての位置合わせ訂正を、例えば送信機側といった一方の側で実行することができる。
またさらに別の構成では、プレート２１０及び２７０を完全に取り除くことができると同時に、レンズ２２０及び２６０の移動が位置合わせを制御する。
この設計の柔軟性は、実装部２３０及び２８０における機械的サーボシステムの複雑度を低減するのに役立つ。
【００２５】
いずれのサーボメカニズムが、本発明の実装部２３０及び２８０の特定の実施形態で用いられても、制御システム２４０及び２９０は、閉ループサーボ制御を用いて、位置合わせ不良を電子的に測定及び訂正することができる。
一実施形態では、通信チャネル又は別個の位置合わせチャネルで受信される光出力を監視して、システムが位置合わせ不良にあるのか否かを判断し、必要とされる訂正を判断することができる。
【００２６】
図５は、サーボ制御用のアナログチャネルの設備を有する受信機アレイ５００の平面図である。
受信機アレイ５００は、高データレートデジタルチャネルの光信号を受信するための光感知エリア５１０を有するフォトダイオードを含む集積回路ダイ上に集積することができる。
加えて、受信機アレイ５００は、システム位置合わせ用の２つの方向検出器５２０及び５３０も含む。
方向検出器５２０は、光感知エリア、すなわち象限５２１、５２２、５２３、及び５２４を有する４つのフォトダイオードを含み、方向検出器５３０も同様に、光感知エリア、すなわち象限５３１、５３２、５３３、及び５３４を有する４つのフォトダイオードを含む。
位置合わせプロセスでは、受信機アレイ５００とペアにされた送信機アレイが、検出器５２０及び５３０をそれぞれ中心とするように意図された２つの比較的広い断面のビームを放出する。
受信機アレイ５００及び送信機アレイの位置合わせ不良は、この場合、検出器５２０の象限５２１、５２２、５２３、及び５２４並びに検出器５３０の象限５３１、５３２、５３３、及び５３４で受信された光出力又は光強度の比から求めることができる。
例えば、理想的な位置合わせは、検出器５２０の４つの象限５２１、５２２、５２３、及び５２４のそれぞれが同じ量の出力を受信し、且つ検出器５３０の４つの象限５３１、５３２、５３３、及び５３４のそれぞれがと同じ量の出力を受信する構成に対応することができる。
サーボ制御システムは、検出器５２０の象限５２１、５２２、５２３、及び５２４で受信された出力と検出器５３０の象限５３１、５３２、５３３、及び５３４でそれぞれ受信された出力との比が等しいときに、受信機アレイ５００が回転位置合わせされた時を検出することができる。
検出器５２０又は５３０の４つ象限で受信された出力が等しくないときに、送信機アレイの像をシフトする必要があることを検出することができる。
【００２７】
図６は、本発明の特定の実施形態によるサーバシステムを示す。
図６では、第１のブレード６００は、マザーボード６２０を含むケース６１０を含む。
ケース６１０は、金属製とすることができ、現在のサーバシステムでは、通常、約５０ｍｍ幅である。
マザーボード６２０は、ブレード６００の機能を実施する集積電子機器を有する。
マザーボード６２０上に実装されたドータボード６３０は、隣接するブレード６００'及び他のブレード（図示せず）と自由空間光通信チャネルを実施する。
ブレード６００と６００'との間の通常の分離間隔は、約５０ｍｍとすることもできるし、ブレードの直接隣接したスロットが未使用である場合には、５０ｍｍよりも大きい例えば２倍程度、すなわち１００ｍｍとすることもできる。
【００２８】
送信機アレイ６４０及び受信機アレイ６５０は、ドータボード６３０上に実装され、高帯域幅ボード間ヘッダ（board-to-board header）を通じてマザーボード６２０と通信することができる。
送信機アレイ６４０及び受信機アレイ６５０は、例えば、図５の受信機アレイ５００のパターンにレイアウトすることができ、１４個の高帯域幅（例えば１０Ｇｂ／ｓ）デジタルデータチャネルを提供することができ、また、サーボ制御システムによって使用される光チャネルも提供することができる。
ドータボード６３０に取り付けられる実装構造６６０及び６６５は、送信機アレイ６４０及び受信機アレイ６６５にそれぞれ隣接したそれぞれのレンズ６７０及び６７５を保持する。
レンズ６７０及び６７５は、エドモンドオプティクス（Edmund Optics）から入手可能なＮＴ４６−３７３等のプラスティックレンズとすることができ、レンズ６７０及び６７５は、合わせて対にされると、例えばサーボチャネル及び１４個の別個の高帯域幅データチャネルといった複数の光チャネルによって共有されるテレセントリック光学系を形成する。
各実装構造６６０又は６６５は、湾曲部、及び取り付けられたレンズ６７０又は６７５をドータボード６３０と平行な軸に沿ってシフトさせるように取り付けられたピエゾバイモルフ又は熱バイモルフ等の１つ又は複数のアクチュエータを含むことができる。
図６の実施形態では、実装構造６６０は、送信機６４０に関連付けられたレンズ６７０を図６のページに沿った方向に移動させることができ、実装構造６６５は、受信機アレイ６５０に関連付けられたレンズ６７５を図６のページに垂直な方向に移動させることができる。
したがって、送信機側の移動及び受信機側の移動を組み合わせることによって、ブレード６００と６００'との間の分離間隔に垂直な任意の方向での像シフトを提供することができる。
【００２９】
特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、この説明は、本発明の適用例を説明したものにすぎず、限定として解釈されるべきではない。
例えば、単レンズ素子を含むものとして示された実施形態は、複合レンズ又は他の複数の素子構造を用いて、同様の機能を実行することができる。
さらに、図示した例は、サーバ、特にサーバブレード間に対する本発明の実施形態の適用を強調しているが、本発明の実施形態は、他のシステム、特に、２つ又は３つ以上の回路ボード間に光通信を有することで利益を受ける複数の回路ボードを用いた任意のシステムで用いることもできる。
開示した実施形態の特徴の他のさまざまな適合及び組み合わせは、次の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３０】
１００・・・システム，
１１０・・・ブレード，
１１２・・・サブシステム，
１１４・・・送信機アレイ，
１１６・・・受信機アレイ，
１１８・・・光信号
１２０・・・バックプレーン，
２００・・・システム，
２１０、２６０・・・プレート，
２２０、２７０・・・レンズ，
２３０、２８０・・・動的実装部，
２４０・・・送信機制御システム，
２９０・・・受信機制御システム
【図１】
2011512729.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年9月28日(2010.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のサブシステム（１１０）に結合された第１のアレイ（１１４）であって、前記第１のアレイ（１１４）は、自由空間を通って第２のサブシステム（１１０）へ送信される光信号をそれぞれ生成する送信機を含む、第１のアレイ（１１４）と、
前記複数の光信号が通過する第１のレンズ（２２０）と、
前記第１のレンズ（２２０）を前記第１のサブシステム（１１０）に取り付ける第１の実装システム（２３０）と、
第２のサブシステム（１１０）に結合された第２のアレイ（１１６）であって、前記第２のアレイは、前記光信号にそれぞれ対応する受信機を含む、第２のアレイ（１１６）と、
前記複数の光信号が通過する第２のレンズ（２７０）であって、前記第１のレンズ（２２０）および前記第２のレンズ（２７０）は、共に、前記第１のアレイの像を前記第２のアレイ上に形成するテレセントリックレンズを構成する、第２のレンズ（２７０）と、
前記第２のレンズ（２７０）を前記第２のサブシステムに取り付ける第２の実装システム（２８０）であって、前記第１の実装システム（２３０）および前記第２の実装システム（２８０）の少なくとも一方は、前記取り付けられたレンズ（２２０または２７０）を動的に移動させて、前記第２のアレイ上の位置合わせされた位置に前記第１のアレイの前記像を維持する、第２の実装システム（２８０）と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記システムは、サーバ（１００）を備え、
前記第１のサブシステムは、第１のサーバブレード（１１０）を備え、
前記第２のサブシステムは、第２のサーバブレード（１１０）を備え、
前記光信号は、前記第１のサーバブレード（１１０）と前記第２のサーバブレード（１１０）との間を自由空間を通って送信される
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の実装システム（２３０）によって前記第１のサブシステム（１１０）に取り付けられたプレート（２１０）をさらに備え、
前記第１の実装システム（２３０）は、前記プレート（２１０）を動的に傾けて前記像を位置決めする
請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の実装システム（２８０）によって前記第２のサブシステム（１１０）に取り付けられたプレート（２６０）をさらに備え、
前記第２の実装システム（２８０）は、前記プレート（２６０）を動的に傾けて前記像を位置決めする
請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の実装システム（２３０）および前記第２の実装システム（２８０）の少なくとも一方を動作させて、前記取り付けられたレンズ（２２０または２７０）を動的に移動させ、前記第２のアレイ上の位置合わせされた位置に前記第１のアレイの前記像を維持する閉ループ制御システム（２４０、２９０）をさらに備える
請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のアレイ（１１６）は、前記閉ループ制御システム（２４０、２９０）で使用される方向検出器（５２０または５３０）をさらに備える
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
第１のサブシステム（１１０）から第２のサブシステム（１１０）へデータを送信するための方法であって、前記方法は、
前記第１のサブシステム（１１０）における第１のアレイ（１１４）を使用して複数の光信号を変調することと、
前記第１のサブシステム（１１０）における第１の光学系（１１５）、前記第１のサブシステム（１１０）と前記第２のサブシステム（１１０）との間の自由空間、および前記第２のサブシステム（１１０）における第２の光学系（１１７）を通って前記第２のサブシステム（１１０）における第２のアレイ（１１６）へ前記光信号を送信することであって、前記第１の光学系（１１５）は、前記光信号のすべてが通過する第１のレンズ（２２０）を備え、前記第２の光学系（１１７）は、前記光信号のすべてが通過する第２のレンズ（２７０）を備え、前記第１のレンズ（２２０）および前記第２のレンズ（２７０）は、共に、前記第１のアレイ（１１４）の像を前記第２のアレイ（１１６）上に形成するテレセントリックレンズを形成する、前記光信号を送信することと、
前記第１の光学系（１１５）および前記第２の光学系（１１７）の少なくとも一方において少なくとも１つの光学素子を移動させることであって、それによって、データ送信に備えて前記像を前記第２のアレイ（１１６）と位置合わせする、少なくとも１つの光学素子を移動させることと
を含む方法。
【請求項８】
前記第１のサブシステム（１１０）は、サーバにおける第１のサーバブレードを備え、
前記第２のサブシステム（１１０）は、前記サーバにおける第２のサーバブレードを備える
請求項７に記載の方法。
【請求項９】
少なくとも１つの光学素子を前記移動させることは、前記第１のレンズ（２２０）および前記第２のレンズ（２７０）の少なくとも一方をその光学軸に垂直な方向に移動させることを含む
請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一方の光学素子を前記移動させることは、前記光学信号のすべてが通過するプレート（２１０または２６０）を傾けることを含む
請求項７または８に記載の方法。
【国際調査報告】
2011512729.tif 000013
2011512729.tif 000014