(57)【要約】【課題】像回転プリズム及び像回転プリズムを用いた光相互接続を提供する。【解決手段】本発明の実施形態は、像回転プリズムのファミリーに関する。各像回転プリズムは、像回転プリズムが回転されると、像回転プリズムを通過する像が、像回転プリズムの角速度の２倍で回転するという特性を有する。本発明の実施形態は、ボード間通信に使用でき、像回転プリズムを用いて光信号の任意の軸回転及び位置合わせ不良を補償し、且つ或るボード上の送信機から出力された光信号を、隣接するボード上に位置する検出器アレンジメントの特定の検出器へ方向付けるのに使用できる光学系を含む。【選択図】図３Ａ
2011518350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の平面、第２の平面、および複数の中間平面を有するプリズムであって、前記第１の平面および前記第２の平面は、実質的に平行であり、前記プリズムの対向する端部に位置し、前記中間平面は、前記第１の平面に入射した像が、前記中間平面によって内部反射され、前記入射した像の配向に対して反転されて前記第２の平面を通って前記プリズムを出るように、角度を付けられる、プリズムと、
少なくとも１つの中間平面に配置された少なくとも１つ反射構造であって、前記像は、前記少なくとも１つの中間平面に関連した臨界角よりも小さな角度で前記少なくとも１つの中間平面に入射する、少なくとも１つの反射構造と
を備える像回転プリズム。
【請求項２】
前記第１の平面および前記第２の平面に実質的に垂直に延びる想像軸のまわりに角度θにわたって回転された前記プリズムは、前記第２の平面から現れる前記像を角度２θにわたって回転させる
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項３】
前記プリズムは、前記第２の平面を通って前記プリズムから現れる前記像の経路が、前記第１の平面に入射した前記像の経路に実質的に平行であるように、前記平面を位置決めすることをさらに含む
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項４】
前記中間平面の１つまたは複数は、前記像が内部全反射を受けるように、前記プリズムを通って透過する前記像の経路に対して角度を付けられる
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの反射構造は、前記少なくとも１つの中間平面の外表面に取り付けられたミラーをさらに備える
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項６】
前記反射構造は、前記像の挿入損失を補償する光学利得系をさらに備える
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項７】
前記光学利得系は、
少なくとも１つの中間平面に配置された電気接点と、
前記電気接点上に配置された利得媒体と、
前記像および増幅された信号を前記利得媒体から前記プリズム内へ反射するように構成および配向された層を有する、前記利得媒体上に配置されたブラッグミラーと
をさらに備える請求項６に記載の像回転プリズム。
【請求項８】
前記電気接点は、
インジウムスズ酸化物と、
１つまたは複数の穴を有する金属と
の一方をさらに備える請求項７に記載の像回転プリズム。
【請求項９】
第１のサブシステムに結合された複数の送信機であって、各送信機は、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生成する、複数の送信機と、
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の実装系と、
前記第２のサブシステムに結合された複数の検出器であって、前記検出器の少なくとも一部は、それに対応して前記光信号を受信する、複数の検出器と、
前記複数の光信号が通過する第２のレンズと、
前記複数の光信号が通過する、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に配置された像回転プリズムであって、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記像回転プリズムは、組み合わさって、前記複数の送信機の像を前記検出器の前記少なくとも一部の上に形成するレンズ系を構成する、像回転プリズムと、
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の実装系であって、前記第１の実装系および前記第２の実装系の少なくとも一方は、前記取り付けられたレンズを前記検出器の前記少なくとも一部と位置合わせして前記複数の送信機の前記像に動的に位置決めする、第２の実装系と
を備えるシステム。
【請求項１０】
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に前記像回転プリズムを配置する第３の実装系をさらに備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第３の実装系は、前記第１の実装系または前記第２の実装系に取り付けられる
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第３の実装系は、前記像回転プリズムを動的に回転させて、前記光信号を前記検出器の選択された部分と位置合わせする
請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
前記複数の送信機は、送信機の少なくとも１つのアレイをさらに備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】
前記複数の検出器は、検出器の少なくとも１つのアレイをさらに備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数の検出器は、スポークおよびホイールのパターンで配列された検出器をさらに備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、平凸レンズの凸部分が互いに向かい合うように位置決めされた前記平凸レンズをさらに備える
請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１のサブシステムは、第１のブレードサーバをさらに備え、
前記第２のシステムは、第２のブレードサーバをさらに備え、
前記光信号は、前記第１のブレードサーバと前記第２のブレードサーバとの間を、自由空間を通って送信される
請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】
前記像回転プリズムは、第１の平面、第２の平面、および複数の中間平面を有するプリズムであって、前記第１の平面および前記第２の平面は、前記プリズムの対向する端部において互いに実質的に平行に位置決めされ、前記中間平面は、前記第１の平面に入射した像が、前記中間平面の３つ以上によって内部反射され、前記入射した像の配向に対して反転されて前記第２の平面を通って前記プリズムを出るように、角度を付けられる、プリズムと、
前記像が前記プリズム内部で内部全反射を受けるように、少なくとも１つの中間平面に配置された少なくとも１つ反射構造と
を備える請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の平面および前記第２の平面に実質的に垂直に延びる想像軸のまわりに角度θにわたって回転された前記プリズムは、前記第２の平面から現れる前記像を角度２θにわたって回転させる
請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記反射構造は、前記像の挿入損失を補償する光学利得源をさらに備える
請求項１８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光学装置類に関し、詳細には、像を反転するように構成されたプリズムのファミリー及びこのプリズムのファミリーを用いるように構成された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、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ことがある。
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若しく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引き起こす場合がある。
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、光送信機及び光検出器を精密に位置合わせできること、並びに機械的変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】
本発明の一形態は、第１の平面、第２の平面、及び複数の中間平面を有するプリズム（３０２、５０２）であって、前記第１の平面及び前記第２の平面は、実質的に平行であり、前記プリズムの対向する端部に位置し、前記中間平面は、前記第１の平面に入射した像が、前記中間平面によって内部反射され、前記入射した像の配向に対して反転されて前記第２の平面を通って前記プリズムを出るように、角度を付けられる、プリズムと、少なくとも１つの中間平面に配置された少なくとも１つ反射構造であって、前記像は、前記少なくとも１つの中間平面に関連した臨界角よりも小さな角度で前記少なくとも１つの中間平面に入射する、少なくとも１つの反射構造と、を備える像回転プリズム（１００、３００、５００）である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズムの一般的表現を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズムの一般的表現を示す図である。
【図２】２つの異なる材料間の境界面の光学特性を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第１の像回転プリズムの等角図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された、図３Ａに示す像回転プリズムの側面図である。
【図４】本発明の実施形態による、図３Ａに示す像回転プリズムを使用して像を反転する等角図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従って構成された第２の像回転プリズムの等角図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従って構成された、図５Ａに示す像回転プリズムの側面図である。
【図６】本発明の実施形態による、図５Ａに示す像回転プリズムを使用して像を反転する等角図である。
【図７】本発明の実施形態に従って構成された第３の像回転プリズムの側面図である。
【図８】本発明の実施形態に従って構成された２つの像回転プリズムの長さ対開口比を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に従って構成された光学利得系を有する像回転プリズムの分解組み立て等角図である。
【図１０】本発明の実施形態に従って構成された、図９に示す像回転プリズムの概略表現を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態による光信号を用いるサーバシステムを示す図である。
【図１２】本発明の実施形態によるボード間光通信を提供するための系の概略表現を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態に従って構成されたレンズの系の動作を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態による特定の検出器上へ光信号を方向付ける像回転プリズムを有する系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施形態は、像回転プリズムのファミリー、並びにこれら像回転プリズムを用いて、光信号の任意の軸回転及び位置合わせ不良を保証し、検出器のアレンジメントの特定の検出器上へ光信号を方向付ける光相互接続に関する。
光相互接続は、従来のワイヤベース相互接続では実用的でないボード間の通信及び相互接続のトポロジーを提供する潜在的利点を有する自由空間相互接続である。
また、光相互接続は、従来のワイヤベース相互接続と比較して、高帯域幅、低伝播損失、電磁妨害耐性、及び潜在的に低い電力消費も提供する。
約１２０Ｇｂ／ｓの集約帯域幅を有するボード間通信で光相互接続を用いるには、約±１〜３ｍｍの面内オフセット、約±４ｍｍ〜６ｍｍのボード間間隔変動、及び約±３度〜５度の角度オフセット（ピッチ／ヨー）のボード間位置合わせ不良を補償する最小限の個数のアクチュエータが必要とされる。
光相互接続は、さまざまなシステムアクチュエータ内へ挿入するためにモジュール形式とすることができる。
【０００７】
光相互接続は、レンズ及び像倍率１（unit image magnification）を有する像回転プリズムを用いる。
第１のレンズは、第１のボード上に配列された複数の光源からの光信号出力を受信するように位置決めされ、第２のレンズは、第２のボード上に配列された複数の検出器上に光信号を方向付けるように位置決めされる。
各レンズは、ピッチ及びヨーの位置合わせ不良を補償するようにレンズの配向を調整するアクチュエータに機械的に結合される。
像回転プリズムは、第１のレンズと第２のレンズとの間に配置され、光源及び検出器アレンジメントの任意の軸回転及び位置合わせ不良を補償するように調整することができる。
プリズム像の回転は、ボード上に実装された検出器アレンジメントの特定の検出器と光信号を位置合わせするのに使用することもできる。
【０００８】
図１Ａ〜図１Ｂは、本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズム１００の一般的表現を示す。
像回転プリズム１００は、第１の平面１０２、第２の平面１０４、及び複数の中間平面（図示せず）を含む。
第１の平面１０２及び第２の平面１０４は、像回転プリズム１００の対向する端部に位置する。
中間平面は、図１Ａ及び図１Ｂに表されていない。
その理由は、中間平面の配向及び個数が、本発明の像回転プリズムの実施形態内において像回転プリズムごとに変化するからであり、また、本発明のすべての像回転プリズムの実施形態に関連した２つの基本光学特性を最初に説明するには、像回転プリズム１００の一般的表現で十分であるからである。
３つの具体的な像回転プリズムの実施形態は、図３〜図７を参照して以下でさらに詳細に説明される。
【０００９】
像回転プリズム１００の第１の光学特性は、第１の平面１０２に入射する像が、第２の平面１０４から反転されて現れるということである。
例えば、図１Ａに示すように、文字「Ｆ」の像が、像回転プリズム１００の第１の平面１０２に入射し、文字「Ｆ」の反転像が、第２の平面１０４から現れる。
【００１０】
ビームスプリッタ１００の第２の光学特性は、ビームスプリッタ１００が、第１の平面１０２及び第２の平面１０４に垂直な軸であって、像回転プリズム１００の中心を通る軸のまわりに回転されたときに、第１の平面１０２に入射する像が、像回転プリズム１００の回転角度の２倍回転されて第２の平面１０４から現れるということである。
例えば、図１Ｂに示すように、破線ブロック１０６は、第１の位置の像回転プリズム１００を表す。
第１の平面１０２及び第２の平面１０４は、デカルト座標系１０８のｚ軸に垂直であり、垂直エッジ１０９〜１１１は、ｘ軸に平行である。
ブロック１１２は、同じ像回転プリズム１００が、デカルト座標系１０８のｚ軸に平行な軸１１４のまわりに角度θにわたって第２の位置へ回転されたものを表す。
軸１１４は、ブロック１０６及び１１２の中央を通り、第１の平面１０２及び第２の平面１０４に垂直である。
方向矢印１１６は、ｘ軸に沿って方向付けられ、第１の平面１０２に入射する像の配向を表す。
像は、ｘ軸へ角度２θにわたって回転されて第２の平面１０４から現れ、第１の光学特性に従って反転される。
【００１１】
像回転プリズム１００を通って伝播する光は、光の経路に対してさまざまな角度で中間平面に遭遇する。
特定の経路に沿って透過する光がこれらの中間平面で内部全反射を受けるように、一定の個数の中間平面に角度を付けることができ、特定の経路に沿って透過する光が部分的に内部反射されるように、複数の他の中間平面に角度を付けることができる。
図２は、それぞれが異なる屈折率を有する２つの異なる材料間の境界面の光学特性を示す。
図２において、点光源２０２は、すべての方向に光を放出する。
方向矢印によって識別される光線は、空間又は光媒体材料を通る光伝播の柱又はビームの方向を表すのに使用される。
各光線は、第１の材料２０６と第２の材料２０８との間の境界面２０４との関連した入射角を有する。
この入射角は、光線と、「法線」と呼ばれる想像線との間の角度である。
法線は、境界面２０４に対する垂直線であり、光線が境界面２０４に入射する点において境界面２０４と交わる。
垂直線２１０〜２１２は、光源２０２から発する３つの光線に関連付けられた法線を表す。
第１の材料２０６は、第２の材料２０８の屈折率ｎ２よりも大きな屈折率ｎ１を有すると仮定される。
例えば、第１の材料２０６は、ガラス又はアクリルから構成することができ、第２の材料２０８は、空気とすることができ、境界面２０４は、後述するプリズム等のプリズムの平面を表すことができる。
特定の入射角θｃを有する光線２１４は、結果的に、第１の材料２０６の表面に沿って方向付けられた屈折光線２１６となる。
角度θｃは、「臨界角」と呼ばれる。
臨界角θｃよりも大きな入射角を有する光線のパターンは、「内部全反射」（「ＴＩＲ」）と呼ばれるプロセスで反射される。
臨界角θｃよりも小さな入射角を有する光線は、屈折されて、入射角よりも大きな屈折角で第１の材料２０６から第２の材料２０８内へ進む。
例えば、光線２１８は、臨界角θｃよりも大きな入射角θ１を有し、その結果、反射光線２２０は、反射の法則に従って、同じ角度θ１で境界面２０４から反射される。
他方、光線２２２は、臨界角θｃよりも小さな入射角θ２を有し、その結果、屈折光線２２４は、屈折角θ３で第１の材料２０６から現れる。
ここで、屈折法則に従ってθ３＞θ２である。
【００１２】
図３Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第１の像回転プリズム３００の等角図を示す。
像回転プリズム３００は、プリズム３０２及びミラー３０４を含む。
プリズム３０２は、第１の平面３０６、第２の平面３０８、及び中間平面３０９〜３１３で構成される。
ミラー３０４は、平面３１２の少なくとも一部に配置される。
図３Ｂは、本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズム３００の側面図を示す。
破線３１４は、平面３１２に垂直に位置決めされ且つプリズム３０２を二分する対称面の側面図を表す。
第１の平面３０６及び第２の平面３０８は、理想的には面３１４と平行であり、また、平面３０９及び３１０は、理想的には、面３１４に対して同じ角度φで構成され、平面３１１及び３１３は、理想的には、面３１４に対して同じ角度ψで構成される。
プリズム３０２が、対称面３１４を通して鏡面対称であるとき、その結果生じるプリズム３０２の配向は、理想的には、プリズム３０２の最初の配向と物理的に区別することができない。
【００１３】
図３Ｂに示すように、３つの異なる破線によって識別される３つの異なる光線３２１〜３２３は、第１の平面３０６に実質的に垂直にプリズム３０２に入る光のビームの部分の経路をトレースしたものである。
光線３２１〜３２３が平面３０９においてＴＩＲを受け、平面３１２に関連した臨界角よりも小さな入射角で平面３１２に向けて反射されるように、平面３０９は角度を付けられる。
ミラー３０４は、光線３２１〜３２３を平面３１０へ反射する。
光線３２１〜３２３がＴＩＲを受け、第２の平面３０８に実質的に垂直にプリズム３０２から現れるように、平面３１０は角度を付けられる。
光線３２１〜３２３は、奇数回の内部反射を受けるので、光線３２１〜３２３は、光線３２１〜３２３の入射の配向に対して反転されてプリズム３０２から現れることに留意されたい。
【００１４】
図４は、本発明の実施形態による像回転プリズム３００を使用して像を反転する等角図を示す。
文字「Ｆ」の像４０２は、第１の平面３０６を通ってプリズム３０２に入り、文字「Ｆ」の反転像４０４としてプリズム３０２から現れる前に、３回の内部反射を被る。
平面３０９及び３１０における内部反射は、ＴＩＲによるものであり、平面３１２における内部反射は、ミラー３０４によるものである。
【００１５】
図５Ａは、本発明の実施形態に従って構成された第２の像回転プリズム５００の等角図を示す。
像回転プリズム５００は、プリズム５０２、第１のミラー５０４、及び第２のミラー５０６を含む。
プリズム５０２は、第１の平面５０８、第２の平面５１０、及び中間平面５１１〜５１６で構成される。
第１のミラー５０４は、平面５１４上に配置され、第２のミラー５０６は、平面５１６上に配置される。
図５Ｂは、本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズム５００の側面図を示す。
破線５１８は、平面５１２に垂直に位置決めされ且つプリズム５０２の二分する対称面の側面図を表す。
第１の平面５０８及び第２の平面５１０は、理想的には、面５１８と平行であり、また、平面５１１及び５１３は、理想的には、面５１８に対して同じ角度βで構成され、平面５１４及び５１６は、理想的には、面５１８に対して同じ角度αで構成される。
【００１６】
図５Ｂに示すように、３つの異なる破線によって識別される３つの異なる光線５２５〜５２７は、第１の平面５０８に実質的に垂直にプリズム５０２に入る光のビームの部分の経路をトレースしたものである。
光線５２５〜５２７が平面５１１においてＴＩＲを受けるように、平面５１１は角度を付けられる。
光線５２５〜５２７は、平面５１４に関連した臨界角よりも小さな入射角で平面５１４に向けて反射される。
ミラー５０４は、光線５２５〜５２７を平面５１２へ反射する。
光線５２５〜５２７がＴＩＲを受けて、平面５１６に関連した臨界角よりも小さな入射角で平面５１６に向けて反射されるように、平面５１２は角度を付けられる。
ミラー５０６は、光線５２５〜５２７を平面５１３へ反射する。
光線５２５〜５２７がＴＩＲを受け、第２の平面５１０に実質的に垂直にプリズム５０２から現れるように、平面５１３は角度を付けられる。
光線５２５〜５２７の第２の部分は、５回の内部反射を受けるので、光線５２５〜５２７は、光線５２５〜５２７の入射の配向に対して反転されてプリズム５０２から現れることに留意されたい。
【００１７】
図６は、本発明の実施形態による像回転プリズム５００を使用して像を反転する等角図を示す。
文字「Ｆ」の像６０２は、第１の平面５０８を通ってプリズムに入り、文字「Ｆ」の反転像６０４としてプリズム５００から現れる前に、５回の内部反射を被る。
平面５１１及び５１３における内部反射は、ＴＩＲによるものであり、平面５１４及び５１６における内部反射は、ミラー５０４及び５０６によるものである。
【００１８】
像回転プリズムのファミリーは、上述した第１の像回転プリズム３００及び第２の像回転プリズム５００に限定されるものではない。
より多くの奇数回の内部反射を有する他の像回転プリズム構成が、像回転プリズムのファミリーに含まれる。
例えば、図７は、本発明の実施形態に従って構成された第３の像回転プリズム７００の側面図を示す。
この像回転プリズムは、第１の平面７０２、第２の平面７０４、及び８つの中間平面７０５〜７１１で構成されたプリズムを含む。
像回転プリズム７００は、平面７０５〜７１１に取り付けられた７つのミラー７１２〜７１８も含む。
ミラー７１２〜７１８の個数は、平面のいずれが、プリズムを通って透過する光のＴＩＲを引き起こすように角度を付けられているのかに応じて任意とすることができる。
【００１９】
既知のダブプリズムも像を反転し、ダブプリズムが中心長軸のまわりに回転されるとき、像は、ダブプリズムの回転速度の２倍で回転する。
しかしながら、本発明の像回転プリズムのファミリーは、ダブプリズムを上回る多数の有利な点を有する。
第１に、本発明の像回転プリズムの全体的な長さ対開口比（length-to-aperture ratio）は、寸法的に同等のダブプリズムの長さ対開口比よりも小さく、長さ対開口比を調整することができる。
図８は、ダブプリズム８００、本発明の実施形態による第１の像回転プリズム３００、及び本発明の実施形態による第２の像回転プリズム５００の長さ対開口比の例を示す。
第２に、像回転プリズムのプリズム部分は、ガラス、アクリル、又は別の適した透明誘電材料から構成することができる。
第３に、ＴＩＲを引き起こすように角度を付けされていない中間平面に配置されたミラーの寸法、形状、及びロケーションは、プリズムから現れる光のビームのサイズを制御するように選択することができる。
【００２０】
像回転プリズムに入る光のビームの強度は、低減又は散乱される場合がある。
本発明の像回転プリズムの実施形態は、中間平面に取り付けられた少なくとも１つのミラーを光学利得系と取り替えることによってこの問題を是正するように構成することができる。
図９は、本発明の実施形態に従って構成された光学利得系９０２を有する像回転プリズム９００の分解組み立て等角図を示す。
像回転プリズム９００は、光学利得系９０２がミラー３０４と取って代わることを除いて像回転プリズム３００と同一である。
光学利得系９０２は、平面３１２上に配置された伝導性透過層９０４、伝導性透過層９０４上に配置された利得媒体９０６、及び利得媒体９０６上に配置されたブラッグミラー９０８を含む。
【００２１】
一定の実施形態では、伝導性透過層は、平面３０９から反射された光が利得媒体９０６及びブラッグミラー９０８を貫通することを可能にする少なくとも１つの穴を有する銅（「Ｃｕ」）、アルミニウム（「Ａｌ」）、銀（「Ａｇ」）、及びスチール等の伝導性金属層とすることができる。
他の実施形態では、伝導性透過層は、インジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）から構成することができる。
ＩＴＯは、電気伝導性及び透明性の組み合わせを特徴として備える。
【００２２】
利得媒体９０６は、半導体層、ｐ−ｎ接合、又はｐ−ｉ−ｎ接合とすることができ、シリコン（「Ｓｉ」）及びゲルマニウム（「Ｇｅ」）等の間接元素半導体（indirect elemental semiconductor）の合金、直接遷移を有することができるＳｉＧｅ合金、又はＩＩＩ−Ｖ族直接バンドギャップ半導体等の化合物半導体から構成することができる。
ここで、ローマ数字ＩＩＩ及びＶは、元素の周期律表のＩＩＩａ列及びＶａ列の元素を表す。
化合物半導体は、アルミニウム（「Ａｌ」）、ガリウム（「Ｇａ」）、及びインジウム（「Ｉｎ」）等の列ＩＩＩａの元素を、窒素（「Ｎ」）、リン（「Ｐ」）、ヒ素（「Ａｓ」）、及びアンチモン（「Ｓｂ」）等の列Ｖａの元素と組み合わせたものから構成することができる。
化合物半導体は、ＩＩＩ族元素及びＶ族元素の相対的な量に従って分類することができる。
例えば、２成分半導体化合物には、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、及びＧａＰが含まれる。
３成分化合物半導体には、ＧａＡｓｙＰ１−ｙが含まれる。
ここで、ｙは、０と１との間で変動する。
４成分化合物半導体には、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙが含まれる。
ここで、ｘ及びｙは共に独立して０と１との間で変動する。
他のタイプの適した化合物半導体には、ＩＩ−ＶＩ族材料が含まれる。
ここで、ＩＩ及びＶＩは、周期律表のＩＩｂ列及びＶＩａ列の元素を表す。
例えば、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、及びＺｎＯは、２成分ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体の例である。
【００２３】
ブラッグミラー９０８は、低い屈折率の半導体材料及び相対的に高い屈折率の半導体材料を交互に重ねた層から構成することができる。
例えば、影なしの層は、影ありの層よりも相対的に高い屈折率を有する半導体材料から構成することができる。
詳細には、影ありの層は、ＧａＡｓから構成される、より高い実効屈折率の影なしの層を分離するＡｌＧａＡｓから構成することができる。
ブラッグミラー９０８を形成する層の厚さは、プリズム３０２を通って透過し且つ利得媒体９０６から放出される特定の波長の光を反射するように選択することができる。
これは、
【００２４】
【数１】
2011518350.tif 000003
【００２５】
に従って層の厚さを選択することにより成し遂げることができる。
ここで、λは、プリズム３０２を通って透過し且つ利得媒体９０６から放出される光の選択された波長であり、ｎｅｆｆは、層の実効屈折率である。
ブラッグミラー９０８は、波長λを中心にした或る波長範囲にわたり光を反射するフィルタとして動作するように構成される。
【００２６】
図１０は、本発明の実施形態に従って構成された像回転プリズム９００の概略表現を示す。
光学利得系９０２は、電圧源１００２から適切な電圧バイアスを印加することによって動作させることができる。
電子は、電圧源１００２から利得媒体９０６の伝導帯内に注入され、正孔は、利得媒体９０６の価電子帯内に注入される。
その結果、利得媒体９０６の伝導帯には高密度の電子が存在し、利得媒体９０６の価電子帯には対応する高密度の正孔が存在する。
適切な電圧が利得媒体９０６に印加されている限り、高密度の電子及び正孔が利得媒体９０６に維持され、これらの電子及び正孔は、利得媒体９０６において自然に再結合することができ、条件
【００２７】
【数２】
2011518350.tif 000004
【００２８】
を充足する波長λを有する光子が生成される。
ここで、Ｅｇは、利得媒体９０６の電子バンドギャップである。
利得媒体９０６は、電子−正孔対の再結合から放出される光の波長λが、像回転プリズムを通って透過する光のビームの波長と実質的に一致するように選択することができる。
プリズムに入る光のビームの光子は、すでに自然に放出された光に加えて、利得媒体９０６からのより多くの光の生成をシミュレーションすることもできる。
信号ビームは、利得媒体を横切ることによって増幅を受けることができ、あらゆる光挿入損失を克服するために、信号レベルを増加させることができる。
上述したように、ブラッグミラー９０８は、利得媒体９０６から放出された光をプリズム３０２内へ反射させるように適切な層の厚さで製作することができる。
【００２９】
図１１は、本発明の実施形態による光通信チャネルを用いるサーバシステム１１００を示す。
サーバシステム１１００は、共有バックプレーン１１０４上に実装されたブレード１１０２を含む。
電源変圧器及び冷却ファン等の追加のコンポーネント１１０６も、バックプレーン１１０４に接続することができ、アセンブリ全体は、共有筐体（図示せず）に収容することができる。
ユーザインターフェース及びサーバシステム１１００に対する外部接続用のソケットは、共有筐体を通じて提供することができる。
【００３０】
ブレード１１０２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、ブレード１１０２は、サーバブレード又はストレージブレードとすることができる。
各ブレードは、ブレードの特定の機能を実施する１つ又は複数のサブシステム（図示せず）を含む。
プリント回路ボード上のコンポーネントの形式で、サブシステムを各ブレードのいずれか一方の側又は双方の側に実装することもできるし、ブレード１１０２が、サブシステムが内部に位置する筐体を含むこともできる。
サブシステムの典型例には、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。
ブレード１１０２のサブシステム及び一般的な特徴は、ブレードアーキテクチャを使用するサーバシステムで知られている従来のタイプのものとすることができる。
【００３１】
ブレード１１０２のそれぞれは、送信機の１つ又は複数のアレンジメント１１０８及び検出器の１つ又は複数のアレンジメント１１１０をさらに含むことができる。
各送信機アレンジメント１１０８は、ブレード１１０２がバックプレーン１１０４上に適切に実装されたときに、隣り合ったブレード１１０２上の対応する検出器アレンジメント１１１０と実質的に位置合わせされるようにブレード１１０２上に位置決めされる。
サーバシステム１１００の通常の構成では、送信機アレンジメント１１０８と対応する検出器アレンジメント１１１０との間には約５ｃｍの自由空間が存在し得る。
各検出器アレンジメント１１１０は、ブレード１１０２の機械的実装の変動に起因して、対応する送信機アレンジメント１１０８に対して約５００μｍ〜１０００μｍほどの平行移動位置合わせ不良及び約１．５度の角度位置合わせ不良を受ける場合がある。
加えて、対応する送信機アレンジメント１１１４及び検出器アレンジメント１１１０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±１度〜３度までの変動を受ける場合もある。
【００３２】
送信機アレンジメント１１０８の送信機は、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」）等の光源である。
各光源は、約１０Ｇｂ／ｓほどの速さの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光のビーム１１１２を放出する。
送信機アレンジメント１１０８において光源から放出されてデータで符号化された光のビームは、「光信号」と呼ばれる。
【００３３】
検出器アレンジメント１１１０の検出器はフォトダイオードとすることができる。
例えば、検出器は、フォトダイオードで受信される光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フォトダイオードとすることができる。
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。
【００３４】
各送信機アレンジメント１１０８に隣接した光学送信機系１１１４及び各検出器アレンジメント１１１０に隣接した対応する光学受信機系１１１６は、ボード間通信を提供するための光学系を構成する。
図１２を参照して以下でさらに説明するように、光学送信機系１１１４及び光学受信機系１１１６の素子は、送信機アレンジメント１１０８の像を検出器アレンジメント１１１０上に形成する光学系の一部を形成する。
その結果、検出器アレンジメント１１１０の検出器は、送信機アレンジメント１１０８の送信機からのそれぞれの光信号１１１２を受信する。
系１１１４及び１１１６の対によって提供されるテレセントリシティによって、送信機アレンジメント１１０８と検出器アレンジメント１１１０との間の光通信チャネルは、送信機アレンジメント１１０８と検出器アレンジメント１１１０との間の分離間隔の変動を許容するものとなる。
【００３５】
一実施形態では、例えば、系１１１４及び１１１６を動的に調整することができる。
制御システム（図示せず）が、送信機アレンジメント１１０８の送信機から出力される光信号の方向又は位置を調整できるように、光学送信機系１１１４は、光学素子を移動させることができるアクチュエータに機械的に結合された実装部に１つ又は複数の光学素子を含む。
光学受信機系１１１６も、光学素子を移動させることができるアクチュエータに機械的に結合された実装部に１つ又は複数の光学素子を含み、制御システム（図示せず）が、検出器アレンジメント１１１０の検出器上へ光信号を方向付けるために光学素子の方向又は位置を調整できるようになっている。
一定の実施形態では、動作中、光学送信機系１１１４を固定することができ、光学受信機系１１１６が、光信号の送信中に、送信機−検出器の位置合わせを維持するように動的に調整を行う。
他の実施形態では、動作中、光学受信機系１１１６を固定することができ、光学送信機系１１１４が、光信号の送信中に、送信機−検出器の位置合わせを維持するように動的に調整を行う。
【００３６】
ブレード１１０２間に確立された通信は、光学系１１１４及び１１１６の動的な動作を連係させるのに使用することができる。
位置合わせデータは、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１１０２間で送信される任意の光信号上の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、光学送信機系１１１４が固定され且つ光学受信機系１１１６のみが動的な位置合わせを実行する実施形態では不要とすることができる。
しかしながら、光学送信機系１１１４からのビーム制御は、光学受信機系１１１６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受信機系１１１６の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。
【００３７】
図１２は、本発明の実施形態によるボード間光通信を提供するための光学系１２００の概略表現を示す。
光学系１２００は、像倍率１を有することができ、第１のレンズ１２０２、第２のレンズ１２０４、及び第１のレンズ１２０２と第２のレンズ１２０４との間に配置された像回転プリズム１２０６から構成される。
図１２に示すように、第１のレンズ１２０２及び第２のレンズ１２０４は、レンズの凸部分が互いに向き合って位置決めされる平凸レンズである。
光学系１２００は、第１のレンズ１２０２を第１のボード１２１０に取り付ける第１の実装系１２０８を含む。
第１のレンズ１２０２の平面は、第１のボード１２１０に電気的に結合されて第１のボード１２１０上に配置された送信機のアレンジメント１２１２に向いている。
光学系１２００は、第２のレンズ１２０４及び像回転プリズム１２０６を第２のボード１２１８に取り付ける第２の実装系１２１４も含む。
第２のレンズ１２０４の平面は、第２のボード１２１８に電気的に結合されて第２のボード１２１８上に配置された検出器のアレンジメント１２１６に向いている。
第２の実装系１２１４は、第１のレンズ１２０２と第２のレンズ１２０４との間において、送信機のアレンジメント１２１２から送信出力された光信号の経路内に像回転プリズム１２０６を位置決めする。
第１の実装系１２０８は、第１のアクチュエータ（図示せず）に機械的に結合され、実装系１２１０は、第２のアクチュエータ（図示せず）に機械的に結合される。
ここで、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、レンズの位置及び／又は配向を調整して、傾き位置合わせ不良を補償する。
第２の実装系１２１４は、第３のアクチュエータを含むことができる。
この第３のアクチュエータは、第２の実装系１２１４を介して像回転プリズム１２０６の配向を調整し、送信機アレンジメント１２１２から検出器アレンジメント１２１６へ出力される光信号の任意の軸回転及び位置合わせ不良を補償する。
他の実施形態では、第２の実装系１２１４を使用して像回転プリズム１２０６を支持し、その位置を制御するのではなく、系１２００が、像回転プリズム１２０６を支持及び位置決めする第３の実装系を含むことができる。
【００３８】
代替的な実施形態では、第２の光学系は、光信号を像回転プリズム１２０６上へ方向付ける１つだけの平凸から構成することができる。
第２の光学系全体を単一の実装系が制御することもできるし、平凸レンズ及びプリズムの焦点合わせを、各実装系が、異なるボード上に配置された２つの実装系を介して成し遂げることもできる。
【００３９】
図１３は、本発明の実施形態に従って構成された光学系１３００の動作を示す。
送信機は、送信機アレイ１３０４に配列され、対応する検出器は、検出器アレイ１３０６に配列される。
送信機アレイ１３０４及び検出器アレイ１３０５は、ｘｙ平面に位置する。
送信機アレイ１３０４の送信機は、ｚ軸に実質的に平行に光信号を出力する。
光学系１３００は、送信機から出力された光信号を、検出器アレイ１３０６の対応する検出器へ方向付ける。
光信号は、検出器アレイ１３０６の対応する検出器に達する前に、光学系１３００を通過する。
送信機アレイ１３０４の個々の送信機及び検出器アレイ１３０６の個々の検出器は、対応する送信機及び検出器を識別するために、数字１〜９でラベル付けされている。
例えば、光学系１２００の場合、送信機２及び７から出力された光信号は、レンズ１２０２及び１２０４並びに像回転プリズム１２０６を通過し、対応する検出器２及び７にそれぞれ入射する。
【００４０】
他の実施形態では、像回転プリズムを回転させて、検出器のアレンジメントの特定の検出器サブセット上に光信号を方向付けることができる。
図１４は、本発明の実施形態による特定の検出器上へ光信号を方向付ける像回転プリズムを有する光学系１４００の一部を示す。
光学系１４００のレンズ及び像回転プリズムは、送信機アレンジメント１４０２と検出器アレンジメント１４０４との間に位置決めされる。
光学系１４００は、第１の平凸レンズ１４０６、像回転プリズム１４０８、及び第２の平凸レンズ１４１０から構成される。
光学系１４００は、レンズ１４０６及び１４１０並びに像回転プリズム１４０８を支持しそれらの配向を制御するための実装系（図示せず）も含む。
送信機アレンジメント１４０２の送信機は、４つのインライン送信機から成る２つのセット１４１２及び１４１４に配列される。
例えば、インライン送信機１４１２は、送信機１４１３等の４つの送信機から構成され、インライン送信機１４１４は、送信機１４１５等の４つの送信機から構成される。
検出器アレンジメント１４０４の検出器は、ホイールのスポークと同様の形式で扇形に広がる４つのインライン検出器から成るセット１４１６〜１４２３に配列される。
例えば、インライン検出器１４１７は、検出器１４２６等の４つの検出器を含む。
インライン検出器の各検出器の間隔は、インライン送信機の各送信機の間隔と実質的に一致する。
各インライン検出器は、光信号の特定のチャネルに対応する、像回転プリズム１４０８は、インライン送信機１４１２及び１４１４から出力された光信号がインライン検出器の特定の対に方向付けられるように中心軸１４３０のまわりに回転される。
例えば、図１４に示すように、インライン送信機１４１２及び１４１４から出力された８つの光信号が、第１のレンズ１４０６、像回転プリズム１４０８、第２のレンズ１４１０を通過し、インライン検出器１４１７及び１４２１によって受信されるように、像回転プリズム１４０８は配向される。
８つの光信号が、インライン検出器１４２３及び１４１９等のインライン検出器の異なる対によって検出できるように、像回転プリズム１４０８を中心軸１４３０のまわりに異なる配向へ回転させることができる。
【００４１】
これまでの説明は、本発明を完全に理解してもらうために、その説明の目的上、特定の用語を使用した。
しかしながら、本発明を実施するために、具体的な細部が不要であることは当業者には明らかであろう。
本発明の具体的な実施形態のこれまでの説明は、例示し、説明するために提示される。
それらの説明は、本発明を余す所なく述べることも、開示されるのと全く同じ形に限定することも意図していない。
上記の教示に鑑みて、数多くの変更及び変形が可能であることは明らかである。
それらの実施形態は、本発明の原理及びその実用的な応用例を最もわかりやすく説明し、それにより、意図される特定の用途に合わせて種々の変更を加えながら、当業者が本発明及び種々の実施形態を最大限に利用できるようにするために、図示及び説明される。
本発明の範囲は以下の特許請求の範囲及びその均等物によって規定されることが意図されている。
【図１Ａ】
2011518350.tif 000005
【図１Ｂ】
2011518350.tif 000006
【図２】
2011518350.tif 000007
【図３Ａ】
2011518350.tif 000008
【図３Ｂ】
2011518350.tif 000009
【図４】
2011518350.tif 000010
【図５Ａ】
2011518350.tif 000011
【図５Ｂ】
2011518350.tif 000012
【図６】
2011518350.tif 000013
【図７】
2011518350.tif 000014
【図８】
2011518350.tif 000015
【図９】
2011518350.tif 000016
【図１０】
2011518350.tif 000017
【図１１】
2011518350.tif 000018
【図１２】
2011518350.tif 000019
【図１３】
2011518350.tif 000020
【図１４】
2011518350.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月24日(2010.11.24)
【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の平面、第２の平面、および複数の中間平面を有するプリズム（３０２、５０２）であって、前記第１の平面および前記第２の平面は、実質的に平行であり、前記プリズムの対向する端部に位置し、前記中間平面は、前記第１の平面に入射した像が、前記中間平面によって内部反射され、前記入射した像の配向に対して反転されて前記第２の平面を通って前記プリズムを出るように、角度を付けられる、プリズムと、
少なくとも１つの中間平面に配置された少なくとも１つ反射構造であって、前記像は、前記少なくとも１つの中間平面に関連した臨界角よりも小さな角度で前記少なくとも１つの中間平面に入射する、少なくとも１つの反射構造と
を備える像回転プリズム（１００、３００、５００）。
【請求項２】
前記第１の平面および前記第２の平面に実質的に垂直に延びる想像軸のまわりに角度θにわたって回転された前記プリズムは、前記第２の平面から現れる前記像を角度２θにわたって回転させる
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項３】
前記プリズムは、前記第２の平面を通って前記プリズムから現れる前記像の経路が、前記第１の平面に入射した前記像の経路に実質的に平行であるように、前記平面を位置決めすることをさらに含む
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項４】
前記中間平面の１つまたは複数は、前記像が内部全反射を受けるように、前記プリズムを通って透過する前記像の経路に対して角度を付けられる
請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの反射構造は、
前記少なくとも１つの中間平面の外表面に取り付けられたミラー（３０４、５０４、５０６）と、
前記像の挿入損失を補償し、少なくとも１つの中間平面に配置された電気接点（９０４）と、前記電気接点上に配置された利得媒体（９０６）と、前記像および増幅された信号を前記利得媒体から前記プリズム内へ反射するように構成および配向された層を有する、前記利得媒体上に配置されたブラッグミラー（９０８）とをさらに備える光学利得系（９０２）と、
の一方をさらに備える請求項１に記載の像回転プリズム。
【請求項６】
第１のサブシステム（１２１０）に結合された複数の送信機（１２１２）であって、各送信機は、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生成する、複数の送信機と、
前記複数の光信号が通過する第１のレンズ（１２０２）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の実装系（１２０８）と、
前記第２のサブシステム（１２１８）に結合された複数の検出器（１２１６）であって、前記検出器の少なくとも一部は、それに対応して前記光信号を受信する、複数の検出器と、
前記複数の光信号が通過する第２のレンズ（１２０４）と、
前記複数の光信号が通過する、前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に配置された像回転プリズム（１２０６）であって、前記第１のレンズ、前記第２のレンズ、および前記像回転プリズムは、組み合わさって、前記複数の送信機の像を前記検出器の前記少なくとも一部の上に形成するレンズ系を構成する、像回転プリズムと、
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の実装系（１２１４）であって、前記第１の実装系および前記第２の実装系の少なくとも一方は、前記取り付けられたレンズを前記検出器の前記少なくとも一部と位置合わせして前記複数の送信機の前記像に動的に位置決めする、第２の実装系と
を備えるシステム（１２００）。
【請求項７】
前記第１のレンズと前記第２のレンズとの間に前記像回転プリズムを配置し、前記像回転プリズムを動的に回転させて、前記光信号を前記検出器の選択された部分と位置合わせする、第３の実装系をさらに備える
請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記複数の送信機（１２１２）は、送信機の少なくとも１つのアレイ（１３０４）をさらに備え、
前記複数の検出器（１２１６）は、スポークおよびホイールのパターンに配列された検出器の少なくとも１つのアレイ（１３０６）をさらに備える
請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のサブシステムは、第１のブレードサーバ（１１０２）をさらに備え、
前記第２のサブシステムは、第２のブレードサーバ（１１０２）をさらに備え、
前記光信号は、前記第１のブレードサーバと前記第２のブレードサーバとの間を、自由空間を通って送信される
請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記像回転プリズム（１２０６）は、
第１の平面、第２の平面、および複数の中間平面を有するプリズム（３０２、５０２）であって、前記第１の平面および前記第２の平面は、前記プリズムの対向する端部において互いに実質的に平行に位置決めされ、前記中間平面は、前記第１の平面に入射した像が、前記中間平面の３つ以上によって内部反射され、前記入射した像の配向に対して反転されて前記第２の平面を通って現れるように、角度を付けられる、プリズム（３０２、５０２）と、
前記像が前記プリズム内で内部全反射を受けるように、少なくとも１つの中間平面に配置された少なくとも１つ反射構造（３０４、５０４、５０６）と
をさらに備える請求項６に記載のシステム。
【国際調査報告】
2011518350.tif 000022
2011518350.tif 000023