專利名稱：自由空間光學(xué)互連的制作方法
自由空間光學(xué)互連
背景技術(shù)：
高數(shù)據(jù)率信號傳輸是許多系統(tǒng)所關(guān)心的。當(dāng)前服務(wù)器系統(tǒng)例如通常使用一組用戶 選擇的部件，其需要以高數(shù)據(jù)率彼此通信。例如在使用刀片的服務(wù)器系統(tǒng)中，刀片(例如服 務(wù)器刀片和儲存器刀片)被安裝在共同外殼中并且共享諸如冷卻風(fēng)扇、電源和外殼管理之 類的系統(tǒng)部件。為了使刀片一起工作并提供期望的數(shù)據(jù)儲存、處理和通信，服務(wù)器系統(tǒng)需要 為刀片之間的通信提供高數(shù)據(jù)率通信信道。使用電信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信道一般要求高頻電信號以提供高數(shù)據(jù)傳輸率，并且針對 通過諸如銅線之類的導(dǎo)體傳輸?shù)碾娦盘?，高頻振蕩可能呈現(xiàn)出阻抗和噪聲問題。使用光學(xué) 信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信道可以避免許多這些問題，但是引導(dǎo)的光學(xué)信號傳輸可能要求復(fù)雜的波 導(dǎo)和/或應(yīng)對松動的光纜或條帶。光纜或條帶可能在諸如服務(wù)器之類的系統(tǒng)中引入空間和 可靠性問題。自由空間光學(xué)信號傳輸避免了與電信號相關(guān)聯(lián)的阻抗和噪聲問題并且避免了 對波導(dǎo)或光纜的需要。然而，在諸如服務(wù)器之類的系統(tǒng)中使用自由空間光學(xué)數(shù)據(jù)信道通常 要求精確對準(zhǔn)光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器的能力以及在可能經(jīng)歷機(jī)械振動和熱變化的環(huán)境 中維持對準(zhǔn)的能力。當(dāng)需要多個數(shù)據(jù)光學(xué)信道時，建立和維持自由空間光學(xué)數(shù)據(jù)信道的對 準(zhǔn)的挑戰(zhàn)可能成倍增加。因而，期望經(jīng)濟(jì)且高效地建立和維持多個自由空間光學(xué)信道的系 統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的方面，一種光學(xué)系統(tǒng)可以對準(zhǔn)并提供多個自由空間光學(xué)信號以進(jìn)行 數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)的一個實(shí)施例包括第一子系統(tǒng)中的第一陣列和第二子系統(tǒng)中的第二陣列。 第一陣列包含分別產(chǎn)生傳輸通過第一透鏡、自由空間、以及第二透鏡到達(dá)第二子系統(tǒng)中的 第二陣列的光學(xué)信號的發(fā)射器。第二陣列包含分別對應(yīng)于光學(xué)信號的接收器，并且第一透 鏡和第二透鏡一起構(gòu)成在第二陣列上形成第一陣列的圖像的遠(yuǎn)心(telecentric)透鏡。第 一和第二安裝系統(tǒng)分別把第一和第二透鏡附連到第一和第二子系統(tǒng)，并且安裝系統(tǒng)中的至 少一個動態(tài)地移動所附連的透鏡或另一個光學(xué)元件以把第一陣列的圖像維持在第二陣列 上的對準(zhǔn)位置中。


圖1示出依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的將對準(zhǔn)容忍的(alignment-tolerant)自由空間數(shù) 據(jù)信道用于系統(tǒng)平面或刀片間的通信的服務(wù)器系統(tǒng)。圖2示出采用多個平行光學(xué)通信信道與共享準(zhǔn)直和對準(zhǔn)系統(tǒng)的系統(tǒng)。圖3A和3B示出傾斜光學(xué)板如何移位光束。圖4A、4B、4C和4D示出由形成遠(yuǎn)心透鏡的透鏡的移動或未對準(zhǔn)產(chǎn)生的圖像的移動。圖5是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接收器陣列的平面圖。圖6是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用多信道光學(xué)通信的服務(wù)器系統(tǒng)的截面圖。
在不同圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示類似或等同的部件。
具體實(shí)施例方式依據(jù)本發(fā)明的方面，具有鄰近發(fā)射器陣列的第一組元件和鄰近接收器陣列的第二 組元件的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)可以將多個自由空間光學(xué)通信信道維持對準(zhǔn)以用于高數(shù)據(jù)率通信， 即使在經(jīng)受振動和熱變化的多板系統(tǒng)中也是如此。所有光學(xué)信號平行通過聚焦光學(xué)元件， 以便光學(xué)系統(tǒng)在接收器陣列上形成發(fā)射器陣列的圖像。光學(xué)系統(tǒng)的遠(yuǎn)心度避免圖像失真并 且提供容差，該容差對于發(fā)射器陣列和接收器陣列之間的一定范圍的間隔將發(fā)射器的圖像 保持在檢測器的光敏區(qū)域上。盡管在其中維持通信信道的環(huán)境中有振動和熱變化，動態(tài)對 準(zhǔn)控制系統(tǒng)可以根據(jù)需要垂直于光軸移動光學(xué)元件以移位發(fā)射器陣列的圖像從而保持通 信信道對準(zhǔn)。圖1示出依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的采用通信信道的服務(wù)器系統(tǒng)100。系統(tǒng)100包括安 裝在共享底板120上的一組刀片110。諸如電源變壓器和冷卻風(fēng)扇之類的附加部件130也 可以連接到底板120，并且整個組件將典型地被包含在共享外殼(未示出)中?？梢酝ㄟ^共 享外殼提供用于到服務(wù)器系統(tǒng)100的外部連接的用戶接口和插槽。系統(tǒng)100中的一些或所有刀片110可以基本相同或者具有不同的設(shè)計以執(zhí)行不同 的功能。例如，一些刀片110可以是服務(wù)器刀片或儲存器刀片。每個刀片110包括一個或 多個實(shí)施刀片110的特定功能的子系統(tǒng)112。子系統(tǒng)112可以以印刷電路板上的部件的方 式安裝在每個刀片110的任一側(cè)或兩側(cè)，或者刀片110可以包括外殼，其中子系統(tǒng)112在刀 片110的內(nèi)部。這種子系統(tǒng)112的典型示例包括硬盤驅(qū)動器或者其他包含諸如微處理器、 存儲器插槽和集成電路存儲器之類的常規(guī)計算機(jī)部件的數(shù)據(jù)儲存器與處理器子系統(tǒng)。刀片 120的子系統(tǒng)112和一般特征可以具有對使用刀片架構(gòu)(諸如可從惠普公司商業(yè)獲得的服 務(wù)器系統(tǒng)的c類架構(gòu))的服務(wù)器系統(tǒng)已知的常規(guī)類型。每個刀片110另外包括光學(xué)發(fā)射器114的一個或多個陣列以及光學(xué)接收器116的 一個或多個陣列。當(dāng)這些刀片Iio正確地安裝在底板120上時，每個發(fā)射器陣列114定位 于刀片110上以與鄰近刀片110上的對應(yīng)接收器陣列116標(biāo)稱對準(zhǔn)。在服務(wù)器系統(tǒng)100的 典型配置中，在對應(yīng)的發(fā)射器陣列114和接收器陣列116之間可能存在大約5cm的自由空 間，并且由于刀片110的機(jī)械安裝件中的變化，每個接收器陣列116可能經(jīng)受相對于相關(guān)的 發(fā)射器陣列114的量級為大約500到1000 μ m的平移未對準(zhǔn)以及高達(dá)大約1. 5°的角度未 對準(zhǔn)。另外，收發(fā)器114和116的對準(zhǔn)由于制造容差、溫度變化和/或機(jī)械振動(例如來自 冷卻風(fēng)扇或硬盤驅(qū)動器的操作)而可能經(jīng)受量級為40到50 μ m和高達(dá)2°的變化。每個發(fā)射器陣列114包括諸如垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)或發(fā)光二極管 (LED)之類的光源或發(fā)射體的陣列，其可以集成到集成電路管芯中或集成在集成電路管芯 上。陣列114中的每個光源發(fā)射光束118，該光束118可以被獨(dú)立地調(diào)制以編碼數(shù)據(jù)從而以 例如大約lOGb/s的高數(shù)據(jù)率進(jìn)行傳輸。每個接收器陣列116通常包括例如光電二極管的檢測器的陣列，其中每個光電 二極管具有根據(jù)在光電二極管處接收的信號的數(shù)據(jù)率所選擇的大小的光敏感區(qū)域。對于 10Gb/s或更大的數(shù)據(jù)率，光敏感區(qū)域的寬度通常需要小于大約40 μ m寬。光學(xué)系統(tǒng)115鄰近每個發(fā)射器陣列114。如下面進(jìn)一步描述的，系統(tǒng)115中的至少一些光學(xué)元件形成被所有光學(xué)信號共享的遠(yuǎn)心透鏡的一部分。在一個實(shí)施例中，光學(xué)系 統(tǒng)115是動態(tài)的并且包括安裝件(mounting)中的一個或多個光學(xué)元件，該安裝件能夠移動 光學(xué)元件以便控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)來自發(fā)射器陣列114的光束的方向或位置。在可選的實(shí)施 例中，光學(xué)系統(tǒng)115在操作期間被固定，并且與匹配接收器陣列116相關(guān)聯(lián)的光學(xué)系統(tǒng)117 在光學(xué)數(shù)據(jù)信道上的傳輸期間動態(tài)調(diào)節(jié)以維持發(fā)射器_接收器對準(zhǔn)。一般而言，光學(xué)系統(tǒng) 115和117兩者可以是動態(tài)的。光學(xué)系統(tǒng)117鄰近每個接收器陣列116。每個光學(xué)系統(tǒng)117包含光學(xué)元件，所述 光學(xué)元件在與匹配的光學(xué)系統(tǒng)115中的光學(xué)元件組合時形成遠(yuǎn)心透鏡，優(yōu)選地既是像側(cè)也 是物側(cè)遠(yuǎn)心，并且遠(yuǎn)心透鏡在接收器陣列116上形成發(fā)射器陣列114的圖像。結(jié)果，接收器 陣列116中的檢測器從發(fā)射器陣列114中的發(fā)射器接收相應(yīng)的光學(xué)信號118。由一對系統(tǒng) 115和117提供的遠(yuǎn)心度使得發(fā)射器陣列114和接收器陣列116之間的光學(xué)通信信道容忍 發(fā)射器陣列114和接收器陣列116之間的間隔的變化，即容忍沿遠(yuǎn)心透鏡的光軸的移動。光學(xué)系統(tǒng)117可以是動態(tài)可調(diào)節(jié)的并且包含安裝件中的一個或多個光學(xué)元件，該 安裝件能夠在通過光學(xué)數(shù)據(jù)信道的數(shù)據(jù)傳輸期間移動光學(xué)元件。一般而言，在其中對應(yīng)的 發(fā)射器光學(xué)系統(tǒng)115被固定的實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)117需要是動態(tài)可調(diào)節(jié)的，但是在其中對 應(yīng)的發(fā)射器光學(xué)系統(tǒng)115是動態(tài)可調(diào)節(jié)的實(shí)施例中光學(xué)系統(tǒng)117的動態(tài)可調(diào)節(jié)是任選的。 可以操作光學(xué)系統(tǒng)115和/或光學(xué)系統(tǒng)117中的控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)115和/或117 中的一個或多個光學(xué)元件的位置。刀片110之間建立的任何建立的通信可以用來協(xié)調(diào)光學(xué) 系統(tǒng)115和117的動態(tài)操作，例如以把對準(zhǔn)數(shù)據(jù)從接收器陣列114傳輸?shù)焦鈱W(xué)系統(tǒng)117的伺 服控制系統(tǒng)。對準(zhǔn)數(shù)據(jù)例如可以在較低數(shù)據(jù)率電信道上被載送或者作為刀片110之間的任 何光學(xué)信道上的數(shù)據(jù)的一部分被載送。在其中光學(xué)系統(tǒng)115被固定并且只有光學(xué)系統(tǒng)117 執(zhí)行動態(tài)對準(zhǔn)的本發(fā)明實(shí)施例中，對準(zhǔn)數(shù)據(jù)的傳輸可能是不必要的。然而，從發(fā)射器側(cè)光學(xué) 系統(tǒng)115的光束控制可以提供幾何優(yōu)點(diǎn)，其可以允許在光學(xué)系統(tǒng)117中使用比在光學(xué)系統(tǒng) 117單獨(dú)校正未對準(zhǔn)的情況下將要求的更小(以及因此更廉價)的光學(xué)元件。圖2示出依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供多個光學(xué)通信信道的系統(tǒng)200的示意圖。系統(tǒng) 200包括諸如參考圖1所描述的具有相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)115的發(fā)射器陣列114以及具有相關(guān)光 學(xué)系統(tǒng)117的接收器陣列116。在圖2所示的實(shí)施例中的光學(xué)系統(tǒng)115包括保持在活動/ 動態(tài)安裝件230中的板210和透鏡220。動態(tài)安裝件230受發(fā)射器控制系統(tǒng)240的控制，發(fā) 射器控制系統(tǒng)240確定在光學(xué)數(shù)據(jù)信道的操作期間如何移動光學(xué)元件210和220。接收器 光學(xué)系統(tǒng)117類似地包含保持在活動/動態(tài)安裝件280中的板260和透鏡270，并且接收器 控制系統(tǒng)290控制安裝件280以移動光學(xué)元件260和270。假如陣列114和116被旋轉(zhuǎn)對 準(zhǔn)，控制系統(tǒng)240和290可以移動光學(xué)元件210、220、260和270以維持對準(zhǔn)從而進(jìn)行高數(shù) 據(jù)率光學(xué)通信。光學(xué)系統(tǒng)115和117協(xié)作以充當(dāng)在接收器陣列116的平面上形成發(fā)射器陣列114 的圖像的遠(yuǎn)心透鏡。通過正確的對準(zhǔn)，發(fā)射器陣列114被成像在接收器陣列116上以便發(fā) 射器陣列114中的光源與接收器陣列116中的檢測器吻合。圖2示出這樣的示例其中接 收器陣列116中的檢測器的圖案相對于發(fā)射器陣列114中的光源的圖案被反轉(zhuǎn)，因?yàn)榻M合 的光學(xué)系統(tǒng)115和117使發(fā)射器陣列114的圖像反轉(zhuǎn)。而且，在示例性實(shí)施例中，接收器陣 列116中的光敏感區(qū)域具有與發(fā)射器陣列114中的光源相同的間距，并且遠(yuǎn)心透鏡具有單位(即Ix)放大率?？蛇x地，可以選擇遠(yuǎn)心透鏡的放大率以放大或縮小發(fā)射器陣列114的 圖像的大小從而匹配接收器陣列116的大小。發(fā)射器陣列114的圖像的大小和放大率不會隨陣列114和116之間的間隔而顯著 改變，因?yàn)榻M合的光學(xué)系統(tǒng)是遠(yuǎn)心的。因而，如果振動或熱變化使發(fā)射器陣列114或接收 器陣列116在圖2中的Z方向上移動，則接收器陣列116上的發(fā)射器陣列114的圖像的大 小不會改變。遠(yuǎn)心透鏡也沒有諸如場失真之類的許多類型的失真。結(jié)果，被照射區(qū)域的大 小和間距保持恒定，并且多個信道將保持對準(zhǔn)，只要圖像的中心保持居中于接收器陣列116 的中心上并且圖像與接收器陣列116旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)。彗差或其他失真的缺失或減小減少了由來 自一個光學(xué)信號的光泄露到另一個光學(xué)信號的檢測器中造成的串?dāng)_。任選地為進(jìn)一步降低 噪聲或串?dāng)_，可以在光學(xué)系統(tǒng)115和117之間，理想地在光學(xué)系統(tǒng)115的聚焦效應(yīng)使光學(xué)信 號交叉的地方，插入孔徑250。單獨(dú)的孔徑(未示出)也可以或可選地被分別提供在接收器 陣列116中的檢測器周圍。安裝件230和280移動光學(xué)元件210、220、260和270中的一個或多個以使發(fā)射器 陣列114的圖像的中心與接收器陣列116的中心對準(zhǔn)。在示例性實(shí)施例中，安裝件230或 280包含能夠傾斜板210或260并且在垂直于系統(tǒng)的光軸的平面內(nèi)(例如在圖2中的X-Y 平面內(nèi))移位透鏡220或270的機(jī)械結(jié)構(gòu)。傾斜板210或260使圖像在X_Y平面內(nèi)的位置移位一定量，該量取決于板210或 260的厚度、板210或260的折射率以及傾斜的幅度。圖3Α和3Β示出相對于光束的傳播方 向傾斜板的效應(yīng)。具體而言，垂直于板320表面的光束310在沒有偏轉(zhuǎn)的情況下直接通過 板320，如圖3Α所示。當(dāng)板相對于光束315的方向被傾斜時，如圖3Β所示，當(dāng)板320被傾 斜小角度θ，T是板的厚度并且η是板的折射率時，光束被偏轉(zhuǎn)了大約等于T (l-l/rOsine 的距離Δ。如果安裝件230和280允許繞兩個垂直軸傾斜板210或260，則發(fā)射器陣列114 的圖像可以在X-Y平面內(nèi)的任何方向上被移位。移位或傾斜透鏡220和270中的一個或兩個也可以移位發(fā)射器陣列114的圖像。 圖4A、4B、4C和4D示出移位部件透鏡如何移位圖像的位置。具體而言，圖4A示出其中兩個 透鏡410和420具有通過對象430的中心的共享光軸的配置。由透鏡410和420的組合形 成的圖像440也居中于透鏡410和420的軸的共享光軸上。當(dāng)一個或多個透鏡垂直于其光 軸被平移時，圖像垂直于透鏡之間的間隔被平移。例如，在圖4B中，透鏡410和420兩者向 下被移位相等量以便其光軸保持對準(zhǔn)但是通過對象430的底邊緣。所得到的圖像442相對 于圖4A的圖像440被向下移位。更具體地，如果對象430與透鏡410和420的光軸偏移了 量Δ 0，則圖像440被移位對應(yīng)的距離Ai =ΜΔ 0，其中M是包括透鏡410和420的光學(xué)系 統(tǒng)的放大率。對于許多透鏡系統(tǒng)，該移位將造成圖像失真和彗差，但是對于圖4Β的系統(tǒng)而 言不存在圖像失真或彗差，因?yàn)樵谶h(yuǎn)心系統(tǒng)中來自對象430的主光線垂直于像平面落下。圖4C示出一個部件透鏡420例如與另一個透鏡410離軸的效應(yīng)。部件透鏡410 或420的相對偏移使圖像444在X-Y平面內(nèi)相對于對象430移位，如圖所示。這種效應(yīng)可 以用來校正圖像與接收器陣列位置的對準(zhǔn)。例如，如果諸如發(fā)射器和接收器的角度未對準(zhǔn) 之類的某種效應(yīng)造成圖像440 (圖4Α)偏離接收器陣列，則透鏡420 (或透鏡410)可以相對 于接收器陣列被移位從而把圖像442移位到對準(zhǔn)的位置中。然而應(yīng)當(dāng)注意，相對偏移使得 圖像442居中于透鏡420的光軸上。因而，如果發(fā)射器陣列居中于透鏡410上并且接收器陣列居中于透鏡420上，則即使當(dāng)透鏡的光軸未被對準(zhǔn)時，發(fā)射器陣列的圖像將仍然在接 收器陣列上。光學(xué)系統(tǒng)因而很能容忍發(fā)射器和接收器板之間的平移偏移。另外，透鏡系統(tǒng) 整體上保持近似遠(yuǎn)心，以便高度地避免彗差和圖像失真。圖4D示出一個透鏡420相對于另一個透鏡410被傾斜的效應(yīng)。例如，當(dāng)例如由于 刀片110的安裝件的固定差異或者刀片110的時變振動，刀片110彼此不平行時，可能在圖 1的服務(wù)器系統(tǒng)100中產(chǎn)生傾斜。如圖4D所示，傾斜使圖像446的位置相對于所傾斜透鏡 420的光軸發(fā)生移位。例如，對于圖4D所示的傾斜，圖像446相對于透鏡420的光軸被向上 移位大約f ^sin θ的距離，其中f是焦距并且θ是透鏡420的傾斜角度。依據(jù)本發(fā)明的 方面，相對于發(fā)射器或接收器陣列移位透鏡可以補(bǔ)償由相對傾斜造成的偏移并且把圖像移 動到接收器陣列上的對準(zhǔn)位置，例如以使圖像居中于光軸上。為此目的，可以可選地采用光 學(xué)板。圖2的系統(tǒng)200提供許多機(jī)構(gòu)來移位發(fā)射器陣列114的圖像以與接收器陣列116 對準(zhǔn)。具體而言，板210或260可以被傾斜，透鏡220或270可以被移位，或者這些移動的 任何組合可以用來移位圖像以獲得或維持對準(zhǔn)。這允許安裝件230和280中伺服系統(tǒng)的設(shè) 計的靈活性。例如，大透鏡220和270可以用于更好的光學(xué)質(zhì)量以及更容易的制造和組裝。 又大又重的透鏡220和270的移動然后可以用來補(bǔ)償較大且較低頻率的未對準(zhǔn)，而板210 和260可以是輕質(zhì)的并且用來補(bǔ)償較小且較高頻率的未對準(zhǔn)。在另一個配置中，發(fā)射器側(cè) 板210和透鏡220可以用來補(bǔ)償沿一個軸的未對準(zhǔn)，而接收器側(cè)板260和透鏡270可以用 來補(bǔ)償沿垂直軸的未對準(zhǔn)。在又一個配置中，所有對準(zhǔn)校正可以在一側(cè)(例如發(fā)射器側(cè)) 被執(zhí)行。在又一個配置中，板210和270可以被完全消除，同時透鏡220和260的移動控制 對準(zhǔn)。這種設(shè)計靈活性有助于減小安裝件230和280中機(jī)械伺服系統(tǒng)的復(fù)雜度。在本發(fā)明的安裝件230和280的特定實(shí)施例中無論采用哪些伺服機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng) 240和290都可以采用閉環(huán)伺服控制來電子測量和校正未對準(zhǔn)。在一個實(shí)施例中，可以監(jiān)視 在通信信道中或在單獨(dú)的對準(zhǔn)信道中接收的光學(xué)功率以確定系統(tǒng)是否未對準(zhǔn)并且確定所 需的校正。圖5是考慮到用于伺服控制的模擬信道的接收器陣列500的平面圖。接收器陣列 500可以被集成在集成電路管芯上，其包括具有用于接收高數(shù)據(jù)率數(shù)字信道的光學(xué)信號的 光敏區(qū)域510的光電二極管。另外，接收器陣列500包括用于系統(tǒng)對準(zhǔn)的兩個方向檢測器 520和530。方向檢測器520包括具有光敏區(qū)域或象限521、522、523和524的四個光電二 極管，且方向檢測器530類似地包括具有光敏區(qū)域或象限531、532、533和534的四個光電 二極管。對于對準(zhǔn)過程，與接收器陣列500配對的發(fā)射器陣列發(fā)射旨在分別居中于檢測器 520和530上的兩個相對寬的截面光束。接收器陣列500和發(fā)射器陣列的未對準(zhǔn)然后可以 根據(jù)在檢測器520的象限521、522、523和524以及檢測器530的象限531、532、533和534 中接收的光學(xué)功率或強(qiáng)度的比值來確定。例如，理想對準(zhǔn)可以對應(yīng)于其中檢測器520的四 個象限521、522、523和524中的每個接收相同的功率量并且檢測器530的四個象限531、 532,533和534中的每個接收相同的功率量的配置。伺服控制系統(tǒng)可以在檢測器520的象 限521、522、523和524中接收的功率與在檢測器530的象限531、532、533和534中分別接 收的功率的比值相等時檢測到接收器陣列500處于旋轉(zhuǎn)對準(zhǔn)并且可以在檢測器520或530 的四個象限中接收的功率不相等時檢測到發(fā)射器陣列的圖像需要被移位。
圖6示出依據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施例的服務(wù)器系統(tǒng)。在圖6中，第一刀片600包括包 含母板620的外罩610。外罩610可以是金屬并且在當(dāng)前的服務(wù)器系統(tǒng)中將典型地為大約 50mm寬。母板620具有實(shí)施刀片600的功能的集成電子器件。安裝在母板620上的子板 630實(shí)施與相鄰刀片600’和其他刀片(未示出)的自由空間光學(xué)通信信道。刀片600和 600’之間的典型間隔可以為大約50mm或更大，例如如果未使用刀片的緊鄰槽的話為兩倍 大或IOOmm0發(fā)射器陣列640和接收器陣列650安裝在子板630上并且可以通過高帶寬板到板 頭部(header)與母板620通信。發(fā)射器陣列640和接收器陣列650例如可以被布置成圖5 的接收器陣列500的圖案并且提供14個高帶寬(例如lOGb/s)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信道以及還提供 由伺服控制系統(tǒng)使用的光學(xué)信道。附連到子板630的安裝結(jié)構(gòu)660和665分別將相應(yīng)的透 鏡670和675保持為鄰近發(fā)射器陣列640和接收器陣列665。透鏡670和675可以是塑料 透鏡，諸如可從Edmund Optcis獲得的NT46-373并且當(dāng)配對在一起時透鏡670和675形成 被多個光學(xué)信道(例如被伺服信道和14個單獨(dú)的高帶寬數(shù)據(jù)信道)共享的遠(yuǎn)心光學(xué)系統(tǒng)。 每個安裝結(jié)構(gòu)660或665可以包括彎曲部分和諸如壓電或熱雙壓電晶片的一個或多個致動 器，附連所述致動器以沿并行于子板630的軸移位所附連的透鏡670或675。在圖6的實(shí)施 例中，安裝結(jié)構(gòu)660可以在沿圖6頁面的方向上移動與發(fā)射器640相關(guān)聯(lián)的透鏡670，且安 裝結(jié)構(gòu)665可以在垂直于圖6頁面的方向上移動與接收器陣列650相關(guān)聯(lián)的透鏡675。因 而，在發(fā)射器側(cè)和接收器側(cè)的移動的組合可以提供在垂直于刀片600和600’之間的間隔的 任何方向上的圖像移位。盡管參考特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是該描述僅提供本發(fā)明應(yīng)用的示例并且不 應(yīng)當(dāng)視為限制。例如，被示為包括單透鏡元件的實(shí)施例可以采用復(fù)合透鏡或其他多元件結(jié) 構(gòu)來執(zhí)行類似的功能。而且，盡管所示的示例強(qiáng)調(diào)把本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用到服務(wù)器且具體 地應(yīng)用在服務(wù)器刀片之間，但是可以在其他系統(tǒng)以及具體地采用多個電路板的、將從具有 電路板之間或當(dāng)中的光學(xué)通信受益的任何系統(tǒng)中采用本發(fā)明的實(shí)施例。對所公開的實(shí)施例 的特征的各種其他適配和組合在由所附權(quán)利要求書限定的發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種系統(tǒng)，包括耦合到第一子系統(tǒng)的第一陣列，其中第一陣列包含發(fā)射器，該發(fā)射器分別產(chǎn)生通過自由空間傳輸?shù)降诙酉到y(tǒng)的光學(xué)信號；第一透鏡，所述多個光學(xué)信號通過所述第一透鏡；第一安裝系統(tǒng)，其把所述第一透鏡附連到所述第一子系統(tǒng)；耦合到第二子系統(tǒng)的第二陣列，其中所述第二陣列包含分別對應(yīng)于所述光學(xué)信號的接收器；第二透鏡，所述多個光學(xué)信號通過所述第二透鏡，其中所述第一透鏡和第二透鏡一起構(gòu)成在所述第二陣列上形成所述第一陣列的圖像的遠(yuǎn)心透鏡；第二安裝系統(tǒng)，其把所述第二透鏡附連到所述第二子系統(tǒng)，其中所述第一安裝系統(tǒng)和第二安裝系統(tǒng)中的至少一個動態(tài)地移動所附連的透鏡以把所述第一陣列的圖像維持在所述第二陣列上的對準(zhǔn)位置中。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括服務(wù)器，第一子系統(tǒng)包括第一服務(wù)器刀片，第 二子系統(tǒng)包括第二服務(wù)器刀片，并且光學(xué)信號被傳輸通過第一服務(wù)器刀片和第二服務(wù)器刀 片之間的自由空間。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括由第一安裝系統(tǒng)附連到第一子系統(tǒng)的板，其中第一安裝 系統(tǒng)動態(tài)地傾斜所述板以定位該圖像。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括由第二安裝系統(tǒng)附連到第二子系統(tǒng)的板，其中第二安裝 系統(tǒng)動態(tài)地傾斜所述板以定位該圖像。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括閉環(huán)控制系統(tǒng)，該閉環(huán)控制系統(tǒng)操作第一安裝系統(tǒng)和第 二安裝系統(tǒng)中的至少一個以動態(tài)地移動所附連的透鏡并且把第一陣列的圖像維持在第二 陣列上的對準(zhǔn)位置中。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第二陣列還包括在閉環(huán)控制系統(tǒng)中使用的方向檢測器。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第一陣列包括集成電路管芯，其中發(fā)射器包括在集成電路 管芯中制造的相應(yīng)VCSEL。
8.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中第二陣列包括集成電路管芯，其中接收器包括在集成電路 管芯中包含的相應(yīng)光電二極管。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中第二陣列還包括在集成電路管芯中包含的方向檢測器。
10.一種用于把數(shù)據(jù)從第一子系統(tǒng)傳輸?shù)降诙酉到y(tǒng)的方法，該方法包括使用所述第一子系統(tǒng)中的第一陣列來調(diào)制多個光學(xué)信號；將所述光學(xué)信號通過在所述第一子系統(tǒng)處的第一光學(xué)系統(tǒng)、在所述第一和第二子系統(tǒng) 之間的自由空間、以及在所述第二子系統(tǒng)處的第二光學(xué)系統(tǒng)傳輸?shù)剿龅诙酉到y(tǒng)中的第 二陣列，其中所述第一光學(xué)系統(tǒng)包括所有光學(xué)信號通過的第一透鏡，所述第二光學(xué)系統(tǒng)包 括所有光學(xué)信號通過的第二透鏡，并且所述第一透鏡和第二透鏡一起形成在所述第二陣列 上形成所述第一陣列的圖像的遠(yuǎn)心透鏡；以及移動所述第一光學(xué)系統(tǒng)和第二光學(xué)系統(tǒng)的至少一個中的至少一個光學(xué)元件以使所述 圖像與所述第二陣列對準(zhǔn)以用于數(shù)據(jù)傳輸。
11.權(quán)利要求10的方法，其中第一子系統(tǒng)包括服務(wù)器中的第一服務(wù)器刀片，且第二子 系統(tǒng)包括服務(wù)器中的第二服務(wù)器刀片。
12.權(quán)利要求10的方法，其中移動至少一個光學(xué)元件包括在垂直于其光軸的方向上移 動第一透鏡和第二透鏡中的至少一個。
13.權(quán)利要求10的方法，其中移動至少一個光學(xué)元件包括傾斜所有光學(xué)信號通過的板。
14.一種系統(tǒng)，包括 第一電路板；安裝在所述第一電路板上的第一陣列，其中所述第一陣列包含發(fā)射器，該發(fā)射器分別 產(chǎn)生從所述第一電路板發(fā)射并通過自由空間的第一光學(xué)信號； 第一透鏡，所述第一光學(xué)信號通過所述第一透鏡；以及第一安裝系統(tǒng)，其把所述第一透鏡附連到所述第一電路板，其中所述第一安裝系統(tǒng)包括第一彎曲部分，其保持所述第一透鏡并且允許所述第一透鏡在垂直于所述第一透鏡的 光軸的第一方向上移動；和第一致動器，其在操作中用于在所述第一方向上移動所述第一透鏡。
15.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，還包括 第二電路板；安裝在第二電路板上的第二陣列，其中第二陣列包含分別對應(yīng)于第一光學(xué)信號的接收器；第二透鏡，第一光學(xué)信號通過第二透鏡，其中第一透鏡和第二透鏡一起構(gòu)成在第二陣 列上形成第一陣列的圖像的遠(yuǎn)心透鏡；以及第二安裝系統(tǒng)，其把第二透鏡附連到第二電路板，其中第二安裝系統(tǒng)包括 第二彎曲部分，其保持第二透鏡并且允許第二透鏡在與第一方向和第二透鏡的光軸垂 直的第二方向上移動；和第二致動器，其在操作中用于在第二方向上移動第二透鏡。
16.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，還包括安裝在第一電路板上的第二陣列，其中第二陣列包含分別對應(yīng)于到達(dá)第一電路板的多 個第二光學(xué)信號的接收器；第二透鏡，第二光學(xué)信號通過第二透鏡；以及第二安裝系統(tǒng)，其把第二透鏡附連到所述電路板，其中第二安裝系統(tǒng)包括 第二彎曲部分，其保持第二透鏡并且允許第二透鏡在與第一方向和第二透鏡的光軸垂 直的第二方向上移動；和第二致動器，其在操作中用于在第二方向上移動第二透鏡。
17.權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中第一致動器包括雙壓電晶片。
全文摘要
諸如服務(wù)器(100)的系統(tǒng)動態(tài)地對準(zhǔn)多個自由空間光學(xué)通信信號。一個系統(tǒng)實(shí)施例包括第一子系統(tǒng)(110)中的第一陣列(114)和第二子系統(tǒng)(110)中的第二陣列(116)。第一陣列(114)包含產(chǎn)生通過第一透鏡(220)、自由空間、以及第二透鏡(270)傳輸?shù)降诙嚵?116)的光學(xué)信號的發(fā)射器。第二陣列(116)包含接收器，并且第一和第二透鏡(220、270)構(gòu)成在第二陣列(116)上形成第一陣列(114)的圖像的遠(yuǎn)心透鏡。安裝系統(tǒng)(230、280)分別把第一和第二透鏡(220、270)附連到第一和第二子系統(tǒng)(110)，并且安裝系統(tǒng)(230、280)中的至少一個動態(tài)地移動所附連的透鏡(220、270)或另一個光學(xué)元件(210、260)以維持圖像對準(zhǔn)。
文檔編號G02B6/42GK101983347SQ200880128457
公開日2011年3月2日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
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