DE112008003858B4

DE112008003858B4 - System und Verfahren zum Einrichten einer optischen Verbindung

Info

Publication number: DE112008003858B4
Application number: DE112008003858.9T
Authority: DE
Inventors: Michael R. T. Tan; Paul K. Rosenberg; Sagi V. Mathai; Moray McLaren; Shih-Yuan Wang
Original assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2008-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: US8571366B2; DE112008003858T5; US8755656B2; JP5118771B2; US20120039562A1; KR20110005735A; JP2011520151A; US20130322830A1; KR101394844B1; CN102089690A; WO2009136899A1

Abstract

Ein System, das Folgendes umfasst:
ein Chassis (120, 630);
ein erstes Blade (110, 610), das in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind, einsetzbar ist, wobei das erste Blade (110, 610) aufweist:
ein erstes optisches Medium (142, 210), das flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen;
einen ersten Verbinder (144, 220; 616), der mit dem ersten optischen Medium (142, 210) optisch gekoppelt ist, wobei der erste Verbinder (144, 220; 616) erste Ausrichtungsmerkmale (224) aufweist und eine Mehrzahl erster Pfade (222) für die optischen Signale liefert;
ein zweites Blade (110, 620), das in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind, einsetzbar ist, wobei das zweite Blade (110, 620) aufweist:
ein zweites optisches Medium (148, 250), das flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen;
einen zweiten Verbinder (146, 240; 626), der mit dem zweiten optischen Medium (148, 250) optisch gekoppelt ist, wobei der zweite Verbinder (146, 240; 626) zweite Ausrichtungsmerkmale (244) aufweist und eine Mehrzahl zweiter Pfade (242) für die optischen Signale liefert;
wobei das erste und das zweite Blade (110, 610, 620) Bestandteile eines Mechanismus (226) aufweisen, der den ersten Verbinder (220; 616) und den zweiten Verbinder (240; 626) zusammenbringt, wenn sich der erste Verbinder (220; 616) in der Nähe des zweiten Verbinders (240; 626) befindet;
wobei das Chassis (120, 630) zwei Schlitze aufweist, die so ausgerichtet sind, dass das in dem ersten Schlitz angeordnete erste Blade (110, 610) und das in dem zweiten Schlitz angeordnete zweite Blade (110, 620) dazu führen, dass der Mechanismus (226) den ersten Verbinder (220; 616) und den zweiten Verbinder (240; 626) zusammenbringt, und wobei
die ersten Ausrichtungsmerkmale (224) und die zweiten Ausrichtungsmerkmale (244) eine eingesetzte Position aufweisen, in der die ersten Pfade (222) mit den zweiten Pfaden (242) ausgerichtet sind; und
die ersten Ausrichtungsmerkmale (224) dahin gehend gestaltet sind, mit den zweiten Ausrichtungsmerkmalen (244) ineinander zu passen und zumindest entweder den ersten Verbinder (220; 616) oder den zweiten Verbinder (240; 626) relativ zu dem jeweils anderen Verbinder in eine eingesetzte Position zu verschieben, wenn sich der erste Verbinder (220; 616) und der zweite Verbinder (240; 626) aufeinander zu bewegen.

Description

HINTERGRUND
Eine Signalübertragung mit hoher Datenrate ist bei vielen Rechensystemen ein Problem. Derzeitige Serversysteme verwenden beispielsweise oft einen Satz von nutzerausgewählten Komponenten, die mit hohen Datenraten miteinander kommunizieren müssen. Bei einem Computerserversystem, das mit einer modularen Architektur entworfen ist, die beispielsweise einzelne Gedruckte-Schaltungsplatine-„Blades“ (PCB-„Blades“, PCB = printed circuit board) beinhaltet, sind die Blades, z. B. Serverblades und Speicherblades, in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht und nutzen Systemkomponenten wie z. B. Kühlgebläse, Leistungsversorgungen und Gehäuseverwaltung gemeinsam. Damit die Blades zusammenarbeiten und die gewünschte(n) Datenspeicherung, -verarbeitung und - kommunikationen liefern, muss das Serversystem für Kommunikationen zwischen Blades und externen Vorrichtungen Kommunikationskanäle mit hoher Datenrate bereitstellen. Derzeit sind Blades und I/O-Vorrichtungen bei Blade-artigen Computerservern üblicherweise anhand elektrischer Hochgeschwindigkeitsverbinder, die an einer gedruckten Rückwand- und Mittelwand-Schaltungsplatine (gedruckte Backplane- and Midplane-Schaltungsplatine) befestigt sind, miteinander verbunden. Diese Architektur bewirkt Herausforderungen bezüglich der Signalintegrität, da elektrische Hochfrequenzsignale eventuell mehrere zehn Zoll verlustbehafteter Kupferleitbahnen, mehrere Gedruckte-Schaltungsplatine-Durchkontaktierungen und zwei oder drei elektrische Verbinder durchlaufen müssen, bevor die Signale ihre Bestimmungsorte erreichen. Außerdem kann die Rückwandplatine oder Mittelwandplatine den Strom kühlender Luft durch das Servergehäuse blockieren, was die Leistung, die zum Kühlen empfindlicher elektronischer Schaltungen benötigt wird, erhöht. Derzeitige elektrische Verbindungssysteme beschränken auch die Flexibilität von Serverentwürfen, da Blades üblicherweise parallel zu der Achse der Verbinderstifte, üblicherweise in einer von vorne nach hinten verlaufenden Richtung, eingefügt werden müssen.
Kommunikationskanäle, die optische Signalisierung verwenden, können viele der mit elektrischen Hochfrequenzsignalen verbundenen Probleme vermeiden, eine geführte optische Signalisierung kann jedoch komplexe oder umständliche Systeme zum zuverlässigen Ausrichten und Verbinden optischer Kabel oder Bänder erfordern. Beispielsweise muss ein typisches Optische-Faser-Kopplungselement die Achsen von Fasern, die gekoppelt werden, ausrichten und die Enden der Fasern miteinander in Kontakt bringen. Ferner erzeugen oder empfangen Systeme, die Schaltungsplatinen enthalten, die optische Signalisierung verwenden, allgemein optische Signale an einem Rand der Platinen, wo ein optisches Kabel oder eine optische Faser angeschlossen werden kann. Optische Komponenten am Rand einer Platine zu haben, ist insofern nachteilhaft, als elektrische Signale, die vielleicht trotzdem noch die Länge der Platine zurücklegen müssen, eventuell Signalverlust- und Rauschproblemen unterliegen. Ferner ist der verfügbare Raum am Rand einer Schaltungsplatine oder eines Serverblades begrenzt, und Faserverbinder und die optischen Fasern, die sich von dem Rand der Platine aus erstrecken, müssen oft mit elektrischen Buchsen und Kabeln um Raum konkurrieren. Demgemäß werden bessere Systeme und Verfahren zum ökonomischen und effizienten Einrichten und Unterhalten optischer Kommunikationskanäle bei Systemen wie z.B. Servern gewünscht.
Die US 2006/0093273 A1 beschreibt einen optischen Verbinder, mit einer Faseranordnung und zwei komplementären Steckern, an denen jeweils Faserbündel angeordnet sind. Verschiedene Ausgestaltungen sind in den Figuren dargestellt.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Erfindung sieht ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 vor. Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Figurenliste

1 zeigt ein Serversystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das optische Freiraumnahverbindungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet.
2A zeigt eine perspektivische Ansicht einer optischen Nahkopplungsverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2B zeigt eine Querschnittsansicht in Passung gebrachter Verbinder bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das Linsenarrays zwischen den Verbindern verwendet.
2C zeigt veranschaulicht den Pfad eines optischen Signals in einem Verbinder für eine optische Freiraumnahverbindung.
3 zeigt Querschnittsansichten eines Verbinders, der an optische Medien angrenzende der Linsenarrays verwendet, die optische Signale zu und von den Verbindern führen.
4 zeigt Querschnittsansichten eines Verbinders, der ein optisches Medium verwendet, das senkrecht zu dem Verbinderkörper ist.
5A und 5B veranschaulichen einen Betrieb eines Einrastmechanismus für Verbinder gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6A und 6B veranschaulichen ein System, bei dem eine Einfügung gedruckter Schaltungsplatinen automatisch eine optische Verbindung über eine Trennung hinweg erzeugen kann, die parallel zu den gedruckten Schaltungsplatinen ist.
7 zeigt eine erweiterte Ansicht eines Verbinders gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8A und 8B veranschaulichen ein System, bei dem eine Einfügung gedruckter Schaltungsplatinen automatisch eine optische Verbindung über eine Trennung hinweg erzeugen kann, die zwischen Rändern der gedruckten Schaltungsplatinen verläuft.

Eine Verwendung derselben Bezugszeichen in verschiedenen Figuren weist auf ähnliche oder identische Posten hin.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung können optische Kommunikationskanäle zwischen im Wesentlichen parallelen Systemen wie z. B. Schaltungsplatinen oder Serverblades, die in Schlitze in einer Hauptplatine oder sonstigen Basis oder eines sonstigen Chassis eingesteckt sind, direkt über einen Zwischenraum hinweg, der senkrecht zu den Systemen ist, eingerichtet werden. Demgemäß können kürzere Signalleitungen für elektrische Hochfrequenzsignale in den Systemen verwendet werden, und die optischen Verbindungen können von Randbuchsen, die zur Verbindung externer Vorrichtungen verwendet werden, fern gehalten werden. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel verbinden optische Bänder oder andere flexible optische Mehrkanal-Medien die benachbarten Systeme jeweils mit einem Paar von Verbindern. Die zwei Verbinder verwenden in Passung gebrachte Merkmale, die dahin gehend gestaltet sind, die Verbinder lateral zu verschieben, um die optischen Freiraumkanäle automatisch in eine Ausrichtung zu bringen, wenn die Verbinder zusammengedrückt werden. Magnete können die notwendige Kraft für eine Ausrichtung und zum Zusammenhalten der Verbinder liefern und dabei ein problemloses Trennen der Verbinder ermöglichen. Die Verbinder, die somit passiv selbstjustiert sind, und viele optische Signale können durch einen freien Zwischenraum zwischen den Verbinderhälften übertragen werden. Da die Verbinder bei der optischen Verbindung an den Enden flexibler optischer Medien vorliegen, kann die optische Freiraumnahverbindung (optical free space proximity interconnect) eine Optische-Signale-Ausrichtung sogar dann aufrechterhalten, wenn die verbundenen Systeme einer Fehlausrichtung, Erschütterungen und einer Differenzialwärmeausdehnung unterworfen sind.
Eine optische Freiraumnahverbindung kann eine Verbindbarkeit mit hoher Bandbreite zwischen benachbarten gedruckten Schaltungsplatinen (PCBs) überall dort bereitstellen, wo Kommunikationskanäle in einem Computerserver oder einem sonstigen System, das parallele PCBs enthält, benötigt werden. 1 zeigt ein Serversystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das optische Freiraumnahverbindungen für Kommunikationen zwischen Blades 110 verwendet, die parallel zueinander an einem Server-Chassis 120 angebracht sind. Zusätzliche Komponenten 130 wie beispielsweise Stromversorgungstransformatoren und Kühlgebläse können ebenfalls mit dem Server-Chassis 120 verbunden sein, und der gesamte Aufbau ist typischerweise in einem (nicht gezeigten) gemeinsam genutzten Gehäuse enthalten. Eine Nutzerschnittstelle und Buchsen für externe Verbindungen mit dem Serversystem 100 können durch das gemeinsam genutzte Gehäuse bereitgestellt werden.
Manche oder alle Blades 110 in einem System 100 können im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Entwürfe aufweisen, um verschiedene Funktionen zu erfüllen. Beispielsweise können manche Blades 110 Serverblades oder Speicherblades sein. Jedes Blade 110 umfasst ein oder mehrere Teilsysteme 112, die die jeweiligen Funktionen des Blades 110 implementieren. Teilsysteme 112 können auf einer oder beiden Seiten jedes Blades 110 auf dieselbe Weise wie Komponenten auf einer PCB angebracht sein, oder Blades 110 können Gehäuse mit Teilsystemen 112 im Inneren des Blades 110 umfassen. Typische Beispiele derartiger Teilsysteme 112 umfassen Festplattenlaufwerke oder sonstige Datenspeicherungs- und Prozessorteilsysteme, die herkömmliche Computerkomponenten wie z.B. Mikroprozessoren, Speicherbuchsen und Integrierte-Schaltung-Speicher enthalten. Teilsysteme 112 und die allgemeinen Merkmale von Blades 120 können herkömmlicher Art sein, wie sie für Serversysteme bekannt sind, die Blade-Architekturen verwenden, beispielsweise die c-Klasse-Architektur von Serversystemen, die im Handel von der Hewlett-Packard Company erhältlich sind.
Jedes Blade 110 umfasst zusätzlich eine oder mehrere optoelektronische Maschinen (OE-Maschinen) 114 und 118. Eine OE-Maschine 114 oder 118 kann überall dort an einem Blade 110 bestestigt sein, wo eine Verbindung hoher Bandbreite mit einem anderen Blade 110 erforderlich sein kann. Jede OE-Maschine 114 oder 118 kann sowohl optische Sender (z.B. ein VCSEL-Array) als auch optische Empfänger (z.B. ein Photodioden-Array) umfassen oder kann lediglich optische Sender oder lediglich optische Empfänger umfassen. Sender in OE-Maschinen 114 und 118 auf jedem Blade 110 codieren in gesendeten optischen Signalen Informationen, die aus elektrischen Signalen in dem Blade 110 gewonnen wurden, und Empfänger in OE-Maschinen 114 und 118 auf jedem Blade 110 wandeln empfangene optische Signale in elektrische Signale zur Verwendung in dem Blade 110 um. Allgemein ist jede OE-Maschine 114 auf einem Blade 110 dahin gehend angepasst, über eine optische Freiraumnahverbindung optische Signale an eine OE-Maschine 118 senden und optische Signale von einer solchen zu empfangen. Bei einer spezifischen Implementierung können OE-Maschinen 114 und 118 QXFP-Sende-/Empfangsgeräte sein, die von Zarlink Semidonductor Inc. erhältlich sind, und derartige Module erfüllen die Funktion von Vier-Kanal-OE-Maschinen, die bei einer Datenrate von 5Gb/s pro Kanal arbeiten.
Eine optische Freiraumnahverbindung zwischen einer OE-Maschine 114 auf einem Blade 110 und einer OE-Maschine 116 auf einem angrenzenden Blade 110 umfasst ein flexibles optisches Medium 142, das mit der OE-Maschine 114 optisch gekoppelt ist, einen Verbinder 144 an dem gegenüberliegenden Ende des optischen Mediums 142, einen Verbinder 146 mit Merkmalen, die mit dem Verbinder 144 ineinander passen, und ein flexibles optisches Medium 148, das den Verbinder 146 mit der OE-Maschine 116 optisch verbindet. Die optischen Medien 142 und 148 sind vorzugsweise flexible optische Medien hoher Bandbreite wie z.B. parallele Faserbänder oder parallele Polymerwellenleiter, die die gesendeten und empfangenen optischen Signale der OE-Maschinen 114 bzw. 118 führen. Einzelne optische Fasern in Faserbändern können nanostrukturierte Einmoden- oder Mehrmoden-Fasern oder solche aus Kunststoff oder Glas (z.B. optische Faser Corning ® ClearCurve^Wz) sein, die einem engen Biegeradius mit geringem Biegeverlust Rechnung tragen können. Die optischen Signale können Wellenlängenmultiplex (WDM - wave division multiplexing) einsetzen, um die Bandbreite zu erhöhen, indem sie Informationen in mehreren Frequenzkomponenten von Licht codieren, die entlang einer einzelnen optischen Faser oder eines einzelnen Wellenleiters gesendet werden. Bei einer dichten Anordnung enthalten die optischen Medien 142 und 148 mehrere parallele Fasern oder Wellenleiter, und jede Faser oder jeder Wellenleiter führt ein WDM-Signal, um eine hohe Bandbreite pro Flächeneinheit zu erzielen.
Jeder der Verbinder 144 und 146 enthält optische Systeme und Ausrichtungsmerkmale. Die optischen Systeme in jedem Verbinder 144 oder 146 dienen zur Übertragung optischer Signale zwischen einer geführten Ausbreitung in den optischen Medien 142 oder 148 und einer Freiraumausbreitung in einem durch die Verbinder 144 und 146 definierten Zwischenraum. Die Ausrichtungsmerkmale sind Präzisionsstrukturen, die ineinander passen, wenn die Verbinder 144 und 146 zusammengedrückt werden, und die die optischen Systeme in dem Verbinder 144 automatisch mit den optischen Systemen in dem Verbinder 146 ausrichten. Bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es zum Herstellen einer optischen Verbindung zwischen OE-Maschinen 114 und 116 lediglich erforderlich, benachbarte Blades 110 in das Server-Chassis 120 einzufügen. Magnete oder ein Federsystem (nicht gezeigt) drücken dann die Verbinder 144 und 146 zusammen, so dass die Blindpassungsfunktionen der Ausrichtungsmerkmale die Verbinder 144 und 146 für optische Freiraumübertragungen ausrichten. Bei einer typischen Konfiguration für das Serversystem 100 können zwischen benachbarten Blades 110 etwa 2 bis 5 cm freier Raum vorliegen, und es kann ein Abstandshaltersystem 145 vorgesehen sein, um die Verbinder 144 und 146 nahe genug beieinander zu positionieren, so dass die magnetische Anziehung oder die Federwirkung die Verbinder 144 und 146 zusammendrückt und eine Ausrichtung erzielt. Die Verbinder 144 und 146 sind in dem Abstandshaltersystem 145 nicht vollständig eingeschränkt, sondern weisen eine ausreichende Bewegungsfreiheit bezüglich x, y, z, Drehung und Neigungsfreiheitsgrade auf, um sich trotz einer relativen Fehlausrichtung der Blades 110 in eine gegenseitige Ausrichtung zu bewegen. Bei einer typischen Serveranwendung können die Verbinder 144 und 146, wenn sie getrennt sind, aufgrund von Schwankungen bei der mechanischen Anbringung der Blades 110 einer translatorischen Fehlausrichtung in der Größenordnung von etwa 500 bis 2000 µm und einem Winkelversatz von bis zu etwa 1,5° unterworfen sein. Temperaturschwankungen und/oder mechanische Erschütterungen, beispielsweise aufgrund des Betriebs von Kühlgebläsen oder Festplattenlaufwerken bei dem Serversystem 100 können bewirken, dass Blades 110 eine weitere variable laterale Fehlausrichtung, eine variable Trennung, einen variablen Winkelversatz um zwei Neigungsachsen sowie eine variable rotatorische Fehlausrichtung aufweisen. Jedoch verriegeln die ausgeübte Kraft und die Ausrichtungsmerkmale die Verbinder 144 und 146 in einer feststehenden relativen Position, die trotz Ausrichtungsschwankungen an anderer Stelle in dem Serversystem 100 für eine Übertragung von optischen Freiraumsignalen ausgerichtet ist.
2A veranschaulicht eine Konfiguration für Verbinder 220 und 240, die optische Kanäle bei einer Freiraumnahverbindung 200 automatisch ausrichten. Ein Verbinder 220 befindet sich an dem Ende des optischen Mediums 210. Bei der Verbindung 200 ist das optische Medium 210 ein flaches optisches Band, das parallel zu einer oberen Oberfläche des Verbinders 220 befestigt ist, und die Endoberfläche 215 des optischen Mediums 210 ist in einem Winkel von 45° bezüglich der Richtung der Lichtausbreitung in dem optischen Medium 210 geschnitten oder poliert. Folglich wird transmittiertes Licht von den Wellenleitern oder Fasern in dem optischen Medium 210 z.B. anhand innerer Totalreflektion in Lichtleitungen 220, die durch den Verbinder 220 laufen, hinein reflektiert. Desgleichen reflektiert die Oberfläche 215 Lichtstrahlen von den Lichtleitungen 222 in jeweilige Fasern oder Wellenleiter in dem optischen Medium 210 hinein. Alternativ dazu könnte das Ende des optischen Mediums 210 senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung von Licht in dem Medium 210 sein, und das Ende des optischen Mediums 210 könnte dahin gehend ausgerichtet sein, Licht direkt in die Lichtleitungen 222 zu transmittieren und Licht direkt von denselben zu empfangen.
Der Verbinder 240 umfasst Lichtleitungen 242, die optische Signale von einem optischen Medium 250 empfangen und optische Signale an ein optisches Medium 250 leiten. Das optische Medium 250 kann mit dem optischen Medium 210 im Wesentlichen identisch sein, und insbesondere kann es ein (nicht gezeigtes) Ende umfassen, das zur Reflektion optischer Signale, die zwischen den Lichtleitungen 242 und jeweiligen Fasern oder sonstigen Wellenleitern in dem optischen Medium 250 passieren, in einem 45°-Winkel geschnitten oder poliert ist. Ausrichtungsmerkmale 244 an dem Verbinder 240 sind Löcher, die präzisionsbearbeitet sind, so dass dann, wenn die Ausrichtungsmerkmale 224 an dem Verbinder 220 ordnungsgemäß in Löcher 244 eingepasst werden, Lichtleitungen 242 in dem Verbinder 240 mit Lichtleitungen 222 in dem Verbinder 220 ausgerichtet sind. Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 können eine beliebige Gestalt aufweisen, die in der Lage ist, die Verbinder 220 und 240 relativ zueinander zu verschieben und eine vorbestimmte Trennung zwischen den Verbindern 220 und 240 zu liefern, wenn sich die Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 in einer eingesetzten Position befinden. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Ausrichtungsmerkmale 224 Kugeln, jedoch wäre ein weiteres Beispiel einer geeigneten Gestalt für das Ausrichtungsmerkmal 224 ein verjüngter oder abgerundeter Kegel. Um die Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 einzusetzen und die gewünschte Ausrichtung zu erzielen, erzeugen Magnete 226 an dem Verbinder 220 und Magnete 246 an dem Verbinder 240 eine Anziehungskraft, die eine Blindpassung der Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 bewirkt, was die Verbinder 220 und 240 in ausgerichtete Positionen bewegt. Die Magnete 226 und 246 können Permanentmagnete sein oder können Elektromagnete sein, die aktiviert werden, wenn die Verbinder 220 und 240 zusammengebracht oder zusammengehalten werden müssen.
Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel enthält jeder Verbinder 220 oder 240 vier Hochflussmagnete, um die Verbinder 220 und 240 zusammenzuziehen und auch um die Kraft bereitzustellen, die Verbinder 220 und 240 während der Verwendung in ihrer Position zu halten. Wenn die Ausrichtungsmerkmale 224 kugelförmig sind, sind die Magnete 226 und 236 allgemein in passenden Mustern angeordnet, und die zwei Magnetmuster sind ausgerichtet, um eine maximale Anziehungskraft zu liefern. Für manche Gestalten von Ausrichtungsmerkmalen 224 und 244 können die Magnetmuster an jedem Verbinder 220 oder 240 jedoch absichtlich voneinander versetzt sein, um einen Kraftvektor zu liefern, der die ineinander passenden Merkmale 224 und 244 in eine gewünschte Position treibt. Falls die Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 beispielsweise ein „Kasten-im-Rahmen“-Ausrichtungsschema implementieren, kann das Muster der Magnete 226 dasselbe sein wie das Muster der Magnete 246, jedoch können die Magnete 226 um 15% des Magnetdurchmessers versetzt sein, so dass die Magnetkraft den „Kasten“-Verbinder in eine Ecke des Rahmens zieht. Die spezifische Implementierung der Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 und der Magnete 226 und 246 kann stark variiert werden, wobei trotzdem der Geist der vorliegenden Erfindung beibehalten wird. Beispielsweise können manche Magnete 226 oder 246 durch Eisen oder ein eisenhaltiges Material ersetzt werden, das Magneten in dem anderen Verbinder 220 oder 240 trotzdem noch eine Anziehungskraft verleiht. Ferner können Magnete 226 in andere Komponenten des Verbinders 220 oder 240 integriert sein, statt getrennte Elemente zu sein. Beispielsweise können die Ausrichtungsmerkmale 224 an dem Verbinder 220 Magnetkugeln sein, die von Magneten oder eisenhaltigem Material, die bzw. das sich in Löchern 244 an dem Verbinder 240 befinden bzw. befindet, angezogen werden. Viele andere Konfigurationen, die eine magnetische Anziehung vorsehen, sind möglich.
Ausrichtungsgenauigkeit bezüglich x-, y-, z, Neigungswinkeln und Drehwinkel 0 wird durch Verwendung zumindest dreier Ausrichtungsmerkmale 224 erzielt, die so gestaltet sind, dass sie nur bis zu einer bestimmten Tiefe in präzisionsbearbeitete Löcher 244 passen. Die Magnete 226 und 246 bringen die Verbinder 220 und 240 zusammen und liefern auch die Anziehungskraft, um die Verbinder 220 und 240 in ihrer Position zu halten. Wenn sich die Verbinder 220 und 240 infolge eines Einsteckens in benachbarte Blades oder PCBs oder eines Betriebs eines Einrastmechanismus nahe beieinander befinden, wie weiter unten beschrieben wird, ziehen die Magnete 226 und 246 die Verbinder 220 und 240 zusammen, und die Ausrichtungsmerkmale 224 gleiten bis in vorgeschriebene Tiefen in vorgeschriebene Löcher 244 hinein. Die Ausrichtungsmerkmale 224, denen Kugelgestalten, verjüngte Gestalten oder andere, ähnliche Gestalten verliehen werden können, veranlassen die Verbinder 220 und 240, sich lateral zu verschieben, wenn die Ausrichtungsmerkmale 224 in die Löcher 244 gedrückt werden. Die Ausrichtungsmerkmale 224 und 244 erhalten ferner eine kontrollierte Beabstandung zwischen den Körpern der Verbinder 220 und 224 aufrecht. Somit erhalten Ausrichtungsmerkmale, nach dem sie sich in ihrer Position befinden, eine Ausrichtung der Lichtleitungen 222 und 242 zur Übertragung optischer Freiraumsignale aufrecht. Optional können die Verbinder 220 und 240 in (nicht gezeigten) Einhäusungen mit einer mechanischen Einrastung eingeschlossen werden, die die Verbinder 220 und 240 zusammenbringt, damit die Magnetkraft die Führung übernimmt oder eine Federkraft aktiviert, die die Verbinder 220 und 240 zusammendrückt. Vorzugsweise werden die Verbinder 220 und 240 unter Verwendung eines Optische-Bank-Aufbaus (z.B. einer optischen Bank aus Silizium oder eines Keramiksubstrats) hergestellt, so dass die Präzisionsausrichtung lithographisch definiert sein kann. Alternativ dazu können die Verbinder 220 und 240 unter Verwendung von Präzisionsformen gebildet und während der Montage mit einer anderen Komponente ausgerichtet werden. Die Ausrichtungsvorgänge umfassen die Platzierung der Löcher für Präzisionskugeln oder sonstige Ausrichtungsmerkmale, Platzierung von Mikrolinsen, Platzierung von Lichtleitungen, und die Platzierung des Faserbandes oder sonstiger optischer Medien.
2B zeigt eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Verbinder 220 und 240, wenn sie als Teil einer optischen Freiraumnahverbindung in Passung gebracht werden. Wie gezeigt ist, wird dann, wenn die Ausrichtungsmerkmale 224 des Verbinders 220 in den Ausrichtungsmerkmalen 244 des Verbinders 240 sitzen, ein Zwischenraum 230 zwischen den Körpern der Verbinder 220 und 240 aufrechterhalten. Die relative Größe der Merkmale 224 und 244 steuert die Trennung zwischen den Körpern der Verbinder 220 und 240, und bei einer typischen Verbindung kann der Zwischenraum 230 etwa 1 bis 3 mm breit sein. Die Körper von Verbindern können eine Dicke in der Größenordnung von etwa 2 bis 3 mm aufweisen, so dass die Gesamtstrecke, über die sich Licht zwischen dem optischen Medium 210 und dem optischen Medium 250 ausbreitet, bei einer typischen Anwendung in der Größenordnung von 5 bis 10 mm liegen kann. Demgemäß können die optischen Signale je nach der Beschaffenheit der Lichtleitungen 222 und 242 eine ungeführte Ausbreitung von bis zu etwa 1 cm aufweisen. Ein Array von Linsen 228 an dem Verbinder 220 und ein Array von Linsen 248 an dem Verbinder 240 kann an den Enden jeweiliger Lichtleitungen 222 und 242 in dem Zwischenraum 230 platziert sein, um optische Freiraumsignale, die über den Zwischenraum 230 hinweg gesendet werden, zu kollimieren oder einzufangen. Die Linsen 228 und 248 können dazu verwendet werden, die Freiraumstrahlen, die den Zwischenraum 230 überqueren, zu erweitern und einzufangen, und erhöhen somit die Toleranz für eine Fehlausrichtung der Verbinder 220 und 240.
2C veranschaulicht die Divergenz eines gesendeten Strahls von dem optischen Medium 210 oder die Konvergenz eines empfangenen Signals an dem optischen Medium 210 infolge einer Fokussierung mittels einer Linse 228. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel der 2C ist das optische Medium 210 an einer Oberfläche des Körpers des Verbinders 220 befestigt, und die Linse 228 befindet sich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Körpers des Verbinders 220. Die Lichtleitungen 222 und 242 können Löcher mit reflektierenden Wänden oder Wellenleiter sein, die durch die Körper jeweiliger Verbinder 220 und 240 verlaufen, um die Divergenz optischer Signale, die durch den Körper des Verbinders 220 oder 244 verlaufen, zu begrenzen und somit die Verwendung kleinerer Linsen 228 zu ermöglichen. Alternativ dazu kann der Körper des Verbinders 220 transparent sein, und die Größe der Linse 228 kann je nach der erwarteten Divergenz von Signalstrahlen ausgewählt werden.
3 veranschaulicht eine alternative Konfiguration für das optische System bei einem Verbinder 320. Bei der Konfiguration der 3 befinden sich eine oder mehrere Linsen 228 neben jeweiligen Fasern oder Wellenleitern in dem optischen Medium 210. Folglich divergiert ein optisches Signal, das von der abgewinkelten Endoberfläche 215 des optischen Mediums 210 reflektiert wird, weniger, bevor es seitens der Linse 228 kollimiert und durch den Körper des Verbinders 320 hindurch übertragen wird.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein optisches Medium 410 senkrecht zu dem Körper eines Verbinders 420 ist. Dann kann eine Linse 228 wie gezeigt an dem Ende des optischen Mediums 410 oder auf der gegenliegenden Seite des Körpers des Verbinders 220 positioniert sein. Die anderen Elemente in 4, z.B. Ausrichtungsmerkmal 224 und Lichtleitung 222, können im Wesentlichen wie oben beschrieben ausfallen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können die Verbinder für eine optische Freiraumnahverbindung in einem Einrastmechanismus enthalten sein, der Federn verwendet, um die Kräfte bereitzustellen, die die Verbinder ausrichten, und um Kraft bereitzustellen, um eine Trennung der Verbinder während einer Beseitigung von Komponenten zu unterstützen. 5A zeigt ein Einrastsystem 500 in einer nichteingerasteten Konfiguration. Das Einrastsystem 500 umfasst eine erste Ummantelung 510, die einen Verbinder 520 enthält, und eine zweite Ummantelung 530, die einen Verbinder 540 enthält. Die Verbinder 520 und 540 sind mit (nicht gezeigten) flexiblen optischen Medien verbunden und können ähnlich den oder identisch mit den oben unter Bezugnahme auf die 2C, 3 und 4 beschriebenen Verbindern sein. Die Ummantelung 510 umfasst eine Federeinheit 512, auf der der Verbinder 520 angebracht ist, und Einkerbungen 514, die dahin gehend gestaltet sind, Höcker 534 an der Ummantelung 530 in Eingriff zu nehmen. Die Ummantelung 530 umfasst eine Federeinheit 532, an der der Verbinder 540 angebracht ist, die Höcker 534, die dahin gehend gestaltet sind, Einkerbungen 514 in Eingriff zu nehmen, und Rückzugfedern 536.
Der Einrastmechanismus 500 wird in Eingriff genommen, indem die Ummantelung 530 in die Ummantelung 510 gedrückt wird, bis die Höcker 534 in entsprechende Einkerbungen 514 passen, wie in 5B gezeigt ist. Während des Einrastvorgangs berühren sich die Verbinder 520 und 520 gegenseitig, und die Federmechanismen 512 und 532 pressen zusammen. Die Federmechanismen 512 und 532 ermöglichen den Verbindern 520 und 540 eine Bewegungsfreiheit bezüglich x-, y-, z, Drehung und Neigung, so dass sich die Verbinder 520 und 540 in eine Ausrichtung zur Übertragung optischer Freiraumsignale bewegen können, während die anhand des Federmechanismus 512 und 532 auf die Verbinder 520 und 540 ausgeübte Kraft bewirkt, dass Ausrichtungsmerkmale an den Verbindern 520 und 540 in Passung gebracht werden. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung stützt sich der Ausrichtungsvorgang gänzlich auf Federkräfte, um die Verbinder 520 oder 540 zusammenzudrücken, so dass an dem Verbinder 520 und 540 keine Magnete erforderlich sind. Alternativ dazu können Magnete zusätzlich zu den oder anstelle der Federsysteme 512 und 534 eingesetzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel, bei dem Federsysteme 512 und 514 nicht verwendet werden, ermöglichen die Befestigungen der Verbinder 520 und 540, dass Verbinder in jeweiligen Verbindern 510 und 530 schweben, so dass dann, wenn die Verbinder 520 und 540 nahe zusammengebracht werden, die Magnete in den Verbindern 520 und 540 die Verbinder 520 und 540 zusammenziehen können und die optischen Freiraumkanäle automatisch ausrichten können.
Der Einrastvorgang presst auch die Rückzugfedern 536 zusammen und bewirkt, dass sich ein Teil der Ummantelung 510 oder 530 biegt, wenn die Höcker 534 in die Ummantelung 510 eindringen, und dann zurückspringt, wenn die Höcker 534 in den Erkerbungen 514 sitzen. Wenn die Höcker 534 in den Einkerbungen 514 sitzen, halten sie die Ummantelungen 510 und 530 gegen die Federkraft der Rückzugfedern 536 in ihrer Position. Ein Biegen eines Abschnitts der Ummantelung 510 oder 530 kann zu einem Ausheben der Höcker 534 führen und ermöglichen, dass die Rückzugfedern 536 die Ummantelungen 510 und 530 auseinanderdrücken und jegliche magnetische Anziehung, die die Verbinder 520 und 540 zusammenhält, überwinden.
6A und 6B veranschaulichen ein System 600 gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das eine optische Freiraumnahverbindung verwendet. Das System 600 umfasst PCBs 610 und 620, die dahin gehend entworfen sind, in Schlitze, die in ein Chassis 630 eingebaut sind, eingefügt zu werden. 6A zeigt das System 600, bei dem die PCB 610 in das Chassis 630 eingesteckt wird, bevor die PCB 620 eingesteckt wird. 6B zeigt ein System 600, bei dem sowohl die PCB 610 als auch die PCB 620 in das Chassis 630 eingesteckt sind. Die PCB 610 umfasst (nicht gezeigte) elektronische Bauelemente, ein optisches Sende-/Empfangsgerät 612 und ein Faserband 614, das das optische Sende-/Empfangsgerät 612 optisch mit einem Verbinder 616 koppelt, der an einer Abstandshalterstruktur 618 angebracht ist. Die PCB 620 umfasst (nicht gezeigte) elektronische Bauelemente, ein optisches Sende-/Empfangsgerät 622 und ein Faserband 624, das das optische Sende-/Empfangsgerät 622 mit einem Verbinder 626 koppelt, der an einer Abstandshalterstruktur 628 angebracht ist.
Die Faserbänder 614 und 624 bieten für diese optische Nahverbindung mehrere Vorteile wie z.B. Flexibilität, geringes Gewicht und hohe Bandbreite bei minimalem Nebensprechen. Die Faserbänder 614 und 624 können aus Glas- oder Kunststofffasern hergestellt sein. Im Fall von Kunststoff kann der Krümmungsradius des Bandes 614 oder 624 nur 4 mm klein sein und trotzdem einen geringen Verlust der optischen Signale bereitstellen. Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel sind die Faserbänder 614 und 624 12-Kanal-50µm-Mehrmodenfaserbänder und sind an einer Hülse an den jeweiligen Verbindern 616 und 626 befestigt. 7 zeigt eine detaillierte Ansicht des Verbinders 626, bei der eine Hülse 710 an dem Faserband 624 befestigt ist. Die Hülse 710 weist Stifte 712 auf, die zylindrische Stifte mit abgerundeten oder abgefasten Enden sind und auf beiden Seiten eines Faserarrays positioniert sind. Eine im Handel erhältliche, geformte Kunststofflinsenanordnung 720 (z.B. eine Omron PL12A-C2) wird anschließend an der Vorderseite des Faserarrays befestigt. Das Linsenarray 720 kann mit Ausrichtungslöchern hergestellt werden, die Führungsstifte 712, die Bestandteil der Hülse 710 sind, aufnehmen.
Einfach dadurch, dass man das Linsenarray 720 auf die Führungsstifte 712 gleiten lässt, werden die einzelnen kleinen Linsen in dem Linsenarray 720 mit entsprechenden Fasern in der Hülse 710 ausgerichtet. Ein Präzisions-Kunststoffspritzgießen des Linsenarrays 720 und der Hülse 710 führt zu nominellen radialen Ausrichtungsfehlern, die üblicherweise geringer sind als etwa 5 µm. Der axiale Ausrichtungsfehler ist ähnlich groß.
Nachdem das Linsenarray 720 über die Führungsstifte 712 geschoben wurde, wird der kombinierte Aufbau durch einen Teil der Abstandshalterstruktur 628 geschoben und in eine Kopplungsplatte 730 eingeladen. Wiederum kann eine präzise Ausrichtung zwischen dem Faser/Linsen-Aufbau und der Kopplungsplatte 730 erzielt werden, indem die Führungsstifte 712 in präzise Löcher platziert werden, die in der Kopplungsplatte 730 gebildet sind. Eine Kopplungsplatte 630 enthält Ausrichtungsmerkmale, die die einzigen Abschnitte des Verbinders 626 sind, die in physischen Kontakt mit dem Verbinder 616 kommen. Eine Präzisionsausrichtung zwischen dem Faserarray in der Hülse 710, dem Linsenarray 720 und der Kopplungsplatte 730 wird erzielt, indem alle Teile an den zwei eine sehr hohe Präzision aufweisenden Führungsstiften 712 orientiert werden.
Bei diesem spezifischen Ausführungsbeispiel enthält die Kopplungsplatte 730 Seltenerdmagnete 732, die in einem asymmetrischen Muster angeordnet sind, das dazu beiträgt, eine Kraft für eine automatische Ausrichtung der Verbinder 616 und 626 bereitzustellen. Insgesamt acht Neodym-Seltenerdmagnete wie z.B. KJ Magnetics Modell D21B (Durchmesser = 4,75 mm, Dicke = 1,6 mm) bei den Verbindern 616 und 626 können die Anziehungskraft zwischen den Kopplungsplatten 730 erzeugen. Bei den Kopplungsplatten der Verbinder 616 und 626 der 6A und 6B sind die Magnete 732 in ineinander passenden Paaren angeordnet, die eine Trennung aufweisen, die eine Haltekraft von etwa 1,24 Pfund pro Magnetpaar erzeugt. In ihrer Gleichgewichtslage sind die anziehenden Magnete jedoch etwas voneinander versetzt. Der Überlappungsbereich beträgt etwa 81 %, so dass eine endgültige Kraft etwa 1,0 Pfund pro Paar, oder insgesamt 4,0 Pfund für die Verbinder 616 und 626, beträgt. Die Anziehungskraft nimmt mit dem Abstand zwischen den Verbindern 616 und 618 auf vorhersehbare Weise ab.
Die spezifische Version der in 6B gezeigten optischen Freiraumnahverbindung verwendet ein kinematisch definiertes „Block-in-Ecke“-Passungssystem, das einer Platinezu-Platine-Fehlausrichtung von +/-3 mm in der Ebene und +/-2,5 mm außerhalb der Ebene Rechnung tragen kann. Die Struktur kann auch bis zu 5° Neigung und Drehfehlausrichtung zwischen den Verbindern 616 und 626 Rechnung tragen. Es können eine Vielzahl alternativer Kopplungsplattenentwürfe entwickelt werden, um spezifischen Bandbreiten von Fehlausrichtungsbeträgen zwischen ineinander passenden PCBs Rechnung zu tragen.
Allgemein nimmt eine Verbindergröße zu, wenn die Höhe einer Platine-zu-Platine-Positionstoleranz zunimmt, das heißt, wenn es erforderlich ist, dass sich Kopplungsplatten über größere Strecken hinweg bewegen, um der potenziellen Fehlausrichtung zwischen PCBs Rechnung zu tragen.
Der optische Entwurf des Systems kann auch tolerant für eine Fehlausrichtung, die sich aus Einzelstückteiltoleranzen ergibt, sowie für einen Positionsfehler zwischen ineinander passenden Verbindern 616 und 626 gemacht werden. Insbesondere kann eine im Handel erhältliche Optik für das Linsenarray 720 mit einer 2,5 mm betragenden Beabstandung zwischen Linsenscheitelpunkten arbeiten. Die optischen Signale durchlaufen vier separate Luft/Linse-Schnittstellen während Wanderungen durch die optische Nahverbindung, doch selbst dann, wenn die Linsenarrays 720 ohne Antireflexionsüberzüge hergestellt werden, betragen optische Gesamtverluste aufgrund von Fresnel-Reflexionen an diesen Schnittstellen lediglich etwa 15%.
Die Herstellungs- und Montagetoleranzen, die mit den optischen Faserbändern 614 und 624 und der Hülse 710 verbunden sind, sind extrem gering. Die Hülse 710 kann aus einem wärmehärtbaren oder thermoplastischen Polymermaterial hergestellt sein, das zu mehr als 70 Volumenprozent eine Ladung an Silikapartikeln enthält. Ein derartiges Material erzeugt ein dimensionsstabiles Teil mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE - coefficient of thermal expansion). Die Größengenauigkeit kann durch Verwendung kleiner Formen mit einer geringen Zahl von Hohlräumen weiter verbessert werden. In manchen Fällen kann eine Form mit einem einzigen Hohlraum verwendet werden.
Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel kann das Kunststofflinsenarray 720 aus einem optischen Polymer mit einem Brechungsindex von 1,505 für Licht mit einer Wellenlänge von 850 nm geformt sein. Die Größengenauigkeit des Linsenarrays 720 bei Raumtemperatur ist mit der Hülse 710 vergleichbar. Da das Linsenarray 720 jedoch optisch klar und frei von inneren Schnittstellen sein muss, ist eine Verwendung eines Füllmaterials, das den Wärmeausdehnungskoeffizienten senkt, eventuell nicht zweckmäßig. Deshalb könnte das Linsenarray 720 über einen typischen Temperaturbereich von 0 bis 85 °C ungefähr das 10fache des Wärmewachstums und der Wärmeschrumpfung der Hülse 710 erfahren. Da die Führungsstifte 712 günstigerweise in dem thermisch stabilen Hülsenmaterial fixiert sind, ist die Bewegung der Führungsstifte 712 begrenzt, und die Führungsstifte 712 bieten einer thermisch bedingten Bewegung des Linsenarrays 720 einen gewissen Widerstand. Diese relative Bewegung zwischen Linsenelementen und Fasern sollte bei dem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zusätzliche Fehlausrichtung von nicht mehr als 5 µm beitragen.
8A und 8B veranschaulichen eine Verwendung einer Freiraumnahverbindung, um Kommunikationen zwischen den Rändern gedruckter Schaltungsplatinen 810 und 820 zu liefern, die sich im Wesentlichen in derselben Ebene befinden. Bei 8A befindet sich eine gedruckte Schaltungsplatine 810 in ihrer Arbeitsposition und kann beispielsweise in ein Chassis (nicht gezeigt) eingesteckt sein. Ein Verbinder 816 ist an einem Abstandshalter 818 angebracht, der an einem Rand der gedruckten Schaltungsplatine 810 befestigt ist. Der Abstandshalter 818 hält den Verbinder 816, bietet dem Verbinder 816 jedoch ausreichend Freiheit und Bewegungsumfang bezüglich X, Y, Z, Drehwinkel und zwei Neigungswinkeln für einen automatischen Ausrichtvorgang. Ein (nicht gezeigtes) flexibles optisches Medium verläuft durch den Abstandshalter 818 und sieht optische Fasern oder sonstige Wellenleiter zwischen dem Verbinder 816 und einem (nicht gezeigten) optischen Sende-/Empfangsgerät auf der Platine 810 vor.
Die gedruckte Schaltungsplatine 820 in 8A ist bereit zur Einfügung in ihre Arbeitsposition, beispielsweise durch Einstecken der gedruckten Schaltungsplatine 820 in das Chassis, mit dem die gedruckte Schaltungsplatine 810 verbunden ist. Ein Verbinder 826 ist an einem Abstandshalter 828 angebracht, der an einem Rand der gedruckten Schaltungsplatine 820 befestigt ist. Der Abstandshalter 828 hält den Verbinder 826, bietet dem Verbinder 826 jedoch ausreichend Freiheit und Bewegungsumfang bezüglich X, Y, Z, Drehwinkel und zwei Neigungswinkeln für eine automatische Ausrichtung mit dem Verbinder 816. Ein (nicht gezeigtes) flexibles optisches Medium verläuft durch den Abstandshalter 828 und sieht optische Fasern oder sonstige Wellenleiter zwischen dem Verbinder 826 und einem (nicht gezeigten) optischen Sende-/Empfangsgerät auf der Platine 820 vor.
Die Einfügung der gedruckten Schaltungsplatine 820 in ihre Arbeitsposition, wie in 8B gezeigt ist, bringt den Verbinder 826 der gedruckten Schaltungsplatine 820 nahe mit dem Verbinder 816 der gedruckten Schaltungsplatine 810 zusammen. Wenn sie sich nahe beieinander befinden, bringt eine Anziehungskraft die Verbinder 816 und 826 zusammen, was ein In-Passung-Bringen von Ausrichtungsmerkmalen an den Verbindern 816 und 826 bewirkt und die Verbinder 816 und 826 zur Übertragung optischer Signale automatisch ausrichtet. Wie oben beschrieben wurde, kann die Anziehungskraft, die die Verbinder 816 und 826 ausrichtet, durch Magnete an einem oder beiden Verbindern 816 und 826 erzeugt werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die Beschreibung lediglich ein Beispiel der Anwendung der Erfindung und sollte nicht als Einschränkung angesehen werden. Insbesondere wurden spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, bei denen gedruckte Schaltungsplatinen oder andere elektrische Systeme bestimmte Orientierungen aufweisen. Jedoch können optische Verbindungen auf ähnliche Weise in anderen Systemen eingerichtet werden, die in der Lage sind, geeignete Verbinder für eine automatischen Ausrichtung optischer Kanäle nahe beieinander zu positionieren. Verschiedene andere Anpassungen und Kombinationen von Merkmalen der offenbarten Ausführungsbeispiele sind in dem Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die folgenden Patentansprüche definiert ist, enthalten.

Claims

Ein System, das Folgendes umfasst: ein Chassis (120, 630); ein erstes Blade (110, 610), das in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind, einsetzbar ist, wobei das erste Blade (110, 610) aufweist: ein erstes optisches Medium (142, 210), das flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen; einen ersten Verbinder (144, 220; 616), der mit dem ersten optischen Medium (142, 210) optisch gekoppelt ist, wobei der erste Verbinder (144, 220; 616) erste Ausrichtungsmerkmale (224) aufweist und eine Mehrzahl erster Pfade (222) für die optischen Signale liefert; ein zweites Blade (110, 620), das in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind, einsetzbar ist, wobei das zweite Blade (110, 620) aufweist: ein zweites optisches Medium (148, 250), das flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen; einen zweiten Verbinder (146, 240; 626), der mit dem zweiten optischen Medium (148, 250) optisch gekoppelt ist, wobei der zweite Verbinder (146, 240; 626) zweite Ausrichtungsmerkmale (244) aufweist und eine Mehrzahl zweiter Pfade (242) für die optischen Signale liefert; wobei das erste und das zweite Blade (110, 610, 620) Bestandteile eines Mechanismus (226) aufweisen, der den ersten Verbinder (220; 616) und den zweiten Verbinder (240; 626) zusammenbringt, wenn sich der erste Verbinder (220; 616) in der Nähe des zweiten Verbinders (240; 626) befindet; wobei das Chassis (120, 630) zwei Schlitze aufweist, die so ausgerichtet sind, dass das in dem ersten Schlitz angeordnete erste Blade (110, 610) und das in dem zweiten Schlitz angeordnete zweite Blade (110, 620) dazu führen, dass der Mechanismus (226) den ersten Verbinder (220; 616) und den zweiten Verbinder (240; 626) zusammenbringt, und wobei die ersten Ausrichtungsmerkmale (224) und die zweiten Ausrichtungsmerkmale (244) eine eingesetzte Position aufweisen, in der die ersten Pfade (222) mit den zweiten Pfaden (242) ausgerichtet sind; und die ersten Ausrichtungsmerkmale (224) dahin gehend gestaltet sind, mit den zweiten Ausrichtungsmerkmalen (244) ineinander zu passen und zumindest entweder den ersten Verbinder (220; 616) oder den zweiten Verbinder (240; 626) relativ zu dem jeweils anderen Verbinder in eine eingesetzte Position zu verschieben, wenn sich der erste Verbinder (220; 616) und der zweite Verbinder (240; 626) aufeinander zu bewegen.
Das System gemäß Anspruch 1,wobei das erste Blade (110) eine Oberfläche aufweist, auf der ein optischer Sender (114) angebracht ist, wobei das erste optische Medium (210) gekoppelt ist, um die optischen Signale von dem optischen Sender (114) zu empfangen; und das zweite Blade (110) eine Oberfläche aufweist, auf der ein optischer Empfänger (118) angebracht ist, wobei die Oberfläche des zweiten Blades (110) im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des ersten Blades (110) ist; und wobei das zweite optische Medium (148) verbunden ist, um die optischen Signale zwischen dem zweiten Verbinder (240; 626) und dem optischen Empfänger (116) zu führen.
Das System gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem sowohl das erste Blade (110) als auch das zweite Blade (110) eine gedruckte Schaltungsplatine umfassen.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem der Mechanismus (226) zumindest einen Elektromagnet oder Permanentmagnet (226) umfasst, der an dem ersten Verbinder (144, 220; 616) und/oder dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) angebracht ist.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem der Mechanismus (226) ein Federsystem umfasst, an dem der erste Verbinder (144, 220; 616) angebracht ist.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem der Mechanismus (226) ferner ein Einrastsystem (500) umfasst, das Folgendes umfasst: eine erste Einheit (510), in der der erste Verbinder (520) federnd gelagert ist; und eine zweite Einheit (530), in der der zweite Verbinder (530) federnd gelagert ist; wobei: die erste Einheit (510) und die zweite Einheit (530) dahin gehend gestaltet sind, bei einer Konfiguration, in der federnde Lagerungen (512 und 532) den ersten Verbinder (520) und den zweiten Verbinder (540) zusammenbringen, miteinander einzurasten.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, das ferner ein Array von Linsen (228) umfasst, durch das sich die optischen Signale ausbreiten, wobei sich das Array von Linsen (228) zwischen dem ersten optischen Medium (210) und einem Zwischenraum (230) zwischen dem ersten und dem zweiten Verbinder (520, 530) befindet.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem die Ausrichtungsmerkmale (224) aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Kugeln, verjüngten Kegeln und abgerundeten Kegeln besteht.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, das ferner ein Abstandshaltersystem (145) umfasst, das den ersten Verbinder (144, 220; 616) und den zweiten Verbinder (146, 240; 626) einschränkt und dabei eine relative Bewegung bezüglich x, y, z, Drehung und Neigung des ersten Verbinders (144, 220; 616) und des zweiten Verbinders (146, 240; 626) ermöglicht, bis der Mechanismus (226) den ersten Verbinder (144, 220; 616) und den zweiten Verbinder (146, 240; 626) in der eingesetzten Position lokalisiert.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem das erste optische Medium (142, 210) eine(n) Einmoden- oder Mehrmoden-Kunststofffaser, -Glasfaser, nanostrukturierte Faser oder -Polymerwellenleiter umfasst.
Das System gemäß einem beliebigen vorhergehenden Anspruch, bei dem das System ein Computerserver ist.
Ein Verfahren zum Einrichten einer optischen Verbindung, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Chassis (120, 630); Bereitstellen eines ersten Blades (110, 610), das ein erstes optisches Medium (142, 210) umfasst, und Einsetzen des ersten Blades (110, 610) in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind; Bereitstellen erster Ausrichtungsmerkmale (224) an einem ersten Verbinder (144, 220; 616), der mit dem ersten optischen Medium (142, 210) optisch gekoppelt ist, wobei das erste optische Medium (142, 210) flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen; Bereitstellen eines zweiten Blades (110, 620), das ein zweites optisches Medium (148, 250) umfasst, das flexibel und in der Lage ist, eine Mehrzahl optischer Signale zu führen, und Einsetzen des zweiten Blades (110, 620) in Schlitze, die in dem Chassis (120, 630) vorgesehen sind; Bereitstellen zweiter Ausrichtungsmerkmale (244) an einem zweiten Verbinder (146, 240; 626), der mit dem zweiten optischen Medium (148, 250) optisch gekoppelt ist, wobei die zweiten Ausrichtungsmerkmale (244) dahin gehend gestaltet sind, mit den ersten Ausrichtungsmerkmalen (224) ineinander zu passen; und Aktivieren eines Mechanismus(226), der den ersten Verbinder (144, 220; 616) in einen Kontakt mit dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) drückt, wobei ein In-Passung-Bringen der ersten Ausrichtungsmerkmale (224) mit den zweiten Ausrichtungsmerkmalen (244), wenn der erste Verbinder (144, 220; 616) den zweiten Verbinder (146, 240; 626) berührt, den ersten Verbinder (144, 220; 616) relativ zu dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) verschiebt und optische Pfade (222) durch den ersten Verbinder (144, 220; 616) mit optischen Pfaden (240; 626) durch den zweiten Verbinder (146, 240; 626) ausrichtet.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Aktivieren des Mechanismus (226) umfasst, dass der erste Verbinder (144, 220; 616) ausreichend nahe mit dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) zusammengebracht wird, so dass ein Magnet (226) an dem ersten Verbinder (144, 220; 616) den ersten Verbinder (144, 220; 616) zu dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) hin anzieht.
Das Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Einsetzen des ersten Blades (110) in das Chassis (120, 630) den ersten Verbinder (144, 220; 616) nahe mit dem zweiten Verbinder (146, 240; 626) zusammenbringt, was das Aktivieren des Mechanismus (226) auslöst.