JP2010531111A - 光相互接続 - Google Patents

Abstract

光相互接続（100, 200, 300, 400, 500, 645）は、複数の光源（110, 360, 460, 560）と、該複数の光源（110, 360, 460, 560）からの光学ビーム（320, 350）をコリメートするよう構成された第１のレンズ（115, 225, 325, 425, 525, 625）と、該光学ビーム（320, 350）を再合焦するよう構成された第２のレンズ（120, 230, 335, 435, 535, 640）と、該第２のレンズ（120, 230, 335, 435, 535, 640）から再合焦された光学ビーム（320, 350）を受け取るよう構成された複数の光学レシーバ（125, 365, 465, 565）とを備える。

Description

長距離にわたる、及び、隣接した回路基板間においての双方で、電子デバイス間においてディジタルデータを伝送するために、光ビームか又は光学信号は頻繁に使用される。データを搬送するために、光ビームは必要に応じて変調される場合がある。位置検出か又は動作検知、距離測定などを含む他の目的のために、光学信号が用いられる場合もある。

従って、現代の電子機器において、光学技術は重要な役割を果たしており、多くの電子デバイスが光学構成要素を用いている。そのような光学構成要素の例は、発光ダイオード及びレーザのような光源又は発光源、導波路、光ファイバ、レンズ及び他の光学部品、光検出器及び他の光学センサ、感光性半導体などを含む。

光学構成要素を使用するシステムは、多くの場合、所望のタスクを成し遂げるために、光のビームのような光エネルギーの正確な操作に依存する。このことは、回路基板間における高速で低エネルギーの通信のために光を利用するシステム内において特に当てはまる。光学信号の操作は、光学信号の光ビーム上の情報を選択的にエンコードすることと、該光学信号の該光ビームを、該エンコードされる光ビームを検出するセンサに導くこととを含む場合がある。

添付図面は、本明細書内において記載された原理の様々な実施形態を示しており、本明細書の一部である。図示された実施形態は単なる例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。

本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続のブロック図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続のブロック図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続の図である。 本明細書内において記載された原理による、１つの例示的な光相互接続を用いる１つの例示的な光通信システムの図である。 本明細書内において記載された原理による、光通信の１つの例示的な方法を示すフローチャートである。

図面全体を通じて、同一の参照符号は、必ずしも同一な要素ではないが、類似した要素を示す。

詳細な説明
上述のように、データの伝送を含む様々な目的のために、光ビームか又は光学ビームを用いることができる。幾つかのそのようなシステムでは、光学ビームは、ある光路内へと方向付けられるか又は再方向付けられ、該光路において、指定された構成要素によって該光学ビームを検出するか又は受け取ることができる。しかしながら、別個の回路基板におけるなどの物理的に離れた電子構成要素間においてデータを伝達するために光学ビームが用いられる時には、それら構成要素間の正確な位置合わせ（アライメント）が不可欠となる可能性がある。更に、基板上の広い空間を占有せずに、帯域幅を広げるために及び／又は信頼性を高めるために、複数のチャンネルにわたって光学的に通信することが望ましい場合がある。更には、そのようなシステム内における光学インピーダンス、干渉、及び／又は歪みを最小化することが望ましい場合もある。

回路基板構成要素間にデータ伝送を提供することに対する１つの光学的な解決策は、導波路を用いて、データを保持した光学信号をルーティングすることを含む。例えば、プラスチックの導波路を用いて、データを保持した光学信号を基板の縁部にまでルーティングすることができる。従って、その光学信号は、回路基板ラックのバックプレーン内の光導波路内へと方向付けられ、次いで、別の基板上の別の導波路内へと方向付けられる。導波路製造コスト、及び、導波路接合部における光学的損失に関連した問題に加えて、この解決策は、一般に、構成要素間における自由空間の光学データ伝送よりも、より長い物理データ経路を有する。

しかしながら、自由空間の光学データ伝送の解決策は、導波路及び導電体の解決策よりも、多くの重要な利点をもたらす一方で、多くの場合、それに付随して、上述の位置合わせ（アライメント）の問題が生じる。更に、複数の光チャンネルが設計される時に、光学構成要素が、回路基板領域における著しく広い量を占有する可能性がある。従って、基板空間における最小領域量を占有すると同時に、ミスアライメント（位置合わせの不一致、不整合）問題に対する耐性があり、且つ、マルチチャンネル通信を可能にする、回路基板間の構成要素間データ伝送のための、自由空間の光相互接続システムを提供することが望ましい可能性がある。

これらの目標及び他の目標を果たすために、本明細書は、複数の光源と、該複数の光源からの光学ビームをコリメートする（平行にする）よう構成された第１のレンズと、該光学ビームを再合焦させるよう構成された第２のレンズと、該第２のレンズからの該再合焦させられた光学ビームを受けるよう構成された複数の光学レシーバとを有する光相互接続に関するシステム及び方法を開示した。

本明細書内において及びその添付の特許請求の範囲内において用いられる場合には、用語「光エネルギー」は、概して１０ナノメートル〜５００ミクロンの間の波長を有した、放射エネルギーを指す。このように規定されたような光エネルギーは、紫外光、可視光、及び赤外線光を含む（但しこれらに限定されない）。光エネルギーのビームは、本明細書内において、「光ビーム」か又は「光学ビーム」と呼ばれる場合がある。

本明細書内において及びその添付の特許請求の範囲内において用いられる場合には、用語「光源」は、光エネルギーが発せられるデバイスを指す。このように規定されたような光源の例は、発光ダイオード、レーザ、電球、及びランプを含む（但しこれらに限定されない）。

本明細書内において及びその添付の特許請求の範囲内において用いられる場合には、用語「光相互接続」は、光経路（該光経路に沿って光ビームが伝搬している）の部分をリンクさせる構成要素を広範囲に指す。光相互接続は、光ビームを受けるよう構成された光学構成要素上に該光ビームが入射するか又は到達するように、該光ビームを導くことができるか又は再方向付けることができる。従って、適切な光相互接続と共に、ある特定の用途に適合するような任意の長さか又は形状で光経路を構成することができる。

本明細書内において及びその添付の特許請求の範囲内において用いられる場合には、用語「コリメートする」は、複数の発散光放射線が互いにほぼ平行な配向へと再方向付けられるプロセスを指す。単一光源からの発散ビームを、該発散ビーム自体についてコリメートする（平行にする）ことができる。代替的には又は追加的には、別個の光源からの光ビームを互いにコリメートする（平行にする）こともできる。

本明細書内において及びその添付の特許請求の範囲内において用いられる場合には、用語「再合焦する」は、ほぼ平行な方向に伝搬している複数の光学ビームが、一点にほぼ収束するように操作させれるプロセスを指す。

下記において、説明の目的のため、本システム及び方法の完全な理解を提供するために多数の特定の詳細部が記載されている。しかしながら、これらの特定の詳細部がなくても、本システム及び方法を実施することができることは当業者にとって明らかであろう。本明細書内において、「一実施形態」か、「一例」か、又は類する用語を、参照することは、該実施形態か又は該例とに関連して説明されたある特定の特徴か、構成か、又は特性が、少なくともその１つの実施形態内に含まれるが、他の実施形態内には必ずしも含まれるとは限らないことを意味する。本明細書内の様々な場所ある語句「一実施形態において」か、又は類似の語句の様々な事例は、必ずしも全てが同じ実施形態を指しているとは限らない。

本明細書内において開示した原理が、例示的な光相互接続、並びに、該例示的な光相互接続を利用する例示的なシステム及び方法に関連して次に説明される。

例示的な光相互接続
ここで、図１を参照すると、１つの例示的な光相互接続１００のブロック図が示されている。該例示的な光相互接続１００は、データ源１０５と、光源アレイ１１０と、第１のレンズ１１５と、第２のレンズ１２０と、光学レシーバアレイ１２５と、信号処理モジュール１３０とを備える。該信号処理モジュール１３０は、データを、所望のデータ受容先１３５に、例えば、データ源１０５からのデータを使用することになる電子構成要素に、提供する。図１内の矢印を辿ることによって、データ源１０５から、光相互接続１００の構成要素を通じてデータ受容先１３５までのデータの流れが示される。

幾つかの実施形態において、データ源１０５は、データ受容先に伝送するためのディジタルデータか又はアナログデータを提供する、第１の回路基板上の１つか又は複数の集積回路とすることができる。データ源１０５は、光源アレイ１１０と連通した状態にあり、該光源１１０に対して光伝送のためのデータを提供する。幾つかの実施形態において、データ源１０５には、複数の別個の構成要素（その全てが光源アレイ１１０による伝送のためのデータを提供する）を含めることができる。更には、データ源１０５内のこれらのデータ提供構成要素の各々に、複数の光源を関連付けて、例えば、冗長な光源によって伝送信頼性を高めることができ、且つ／又は、並列チャンネルによってデータ伝送レートを高めることもできる。

光源アレイ１１０によって生成された複数光学ビームを選択的にスイッチオン及びオフするようにか或いは別様に操作するように構成された変調器要素を、光源アレイ１１０に含めることができ、それにより、データ伝送のために、データ源１０５からのデータを光学ビーム内へとエンコードすることができる。当業者により十分に理解されるであろうように、様々な実現可能な光変調方式が存在し、該実現可能な光変調方式を用いて、データ源１０５からのデータを、光源アレイ１１０によって生成される光学ビーム内へとエンコードすることができる。

幾つかの実施形態において、光源アレイ１１０内の光源には、垂直共振器型面発光レーザ（「ＶＣＳＥＬｓ」）を含めることができる。他の実施形態において、光源には、他のタイプの半導体レーザ、発光ダイオード、ランプ、白熱灯、及び／又はこれらに類するものを含めることができる。

光源アレイ１１０は、光学ビームの成分の光源の各々からの、エンコードした該光学ビームを、第１のレンズ１１５上の発散点へと方向付けるよう構成される。第１のレンズ１１５は、光源アレイ１１０からの光学ビームをコリメートし、該コリメートされた（平行にされた）光学ビームを第２のレンズ１２０に向けて方向付けるよう構成される。２つのレンズ間において、個々の光源からのコリメートされたビームは互いに重なり合うこととなる可能性が高いが、わずかに異なる角度で伝搬することとなる。第１のレンズ１１５及び第２のレンズ１２０には、凸形のか、凹形のか、又は非球面の曲面を含めることができ、該曲面を、極度に発散した光源角度からの光学ビームをコリメートするために最適化することができる。第１のレンズ１１５及び第２のレンズ１２０における最も大きく曲がった表面は、互いに向き合う可能性がある。

第２のレンズ１２０は、第１のレンズ１１５から受け取った光学ビームを再合焦するよう構成され、光源アレイのイメージ（像）を光学レシーバアレイ１２５上に形成する。

アレイ１２５内の光学レシーバは、再合焦された変調された光学ビームを受け取るよう構成される。該光学レシーバを、光学ビームについての１つか又は複数の態様を表す電気信号を出力するよう構成することもできる。例えば、受け取った光学ビーム内においてエンコードされたか又は変調されたデータを運ぶデータ信号を光学レシーバが生成することができる。このようにして、データ源１０５の構成要素から送信されたデータが、データ受容先１３５によって受け取られて、利用され得る。

幾つかの実施形態において、アレイ１２５内の光学レシーバは、１つか又は複数のフォトダイオードを含む。他の実施形態において、光学レシーバには、１つか又は複数の導波路、光ファイバ材料、光ケーブル、光学センサ、レンズ、半導体、及びこれらの組み合わせを含めることができる（但しこれらに限定されない）。

データ受容先１３５へと送られる前に、光学レシーバアレイ１２５によって受け取られた信号は、信号処理モジュール１３０によって解析され得る。該信号処理モジュール１３０は、変調された光学ビームを、意図されるデータ受容先１３５に一致させる。本明細書の他の図面に関してより詳細に後に説明されることとなるように、光源アレイ１１０からレンズ（１１５、１２０）を通じて光学レシーバアレイ１２５にまで伝送された光学ビームの該意図されるデータ受容先１３５を、当該技術分野において既知の任意の多くの様々な方法によって見分けることができる。

次に図２を参照すると、別の例示的な光相互接続２００を示すブロック図が示されている。該例示的な光相互接続２００は、図１内に記載された構成要素と類似した構成要素を用いているが、本実施形態の例示的な光相互接続２００は、第１のレンズ２２５及び第２のレンズ２３０を通じて、データを双方向に送信及び受信するために構成される。右を指している矢印は、第１のデータ源２０５から、光相互接続２００の構成要素を通じて第１のセットのデータ受容先２５５までのデータの流れを示し、左を指している矢印は、第２のデータ源２５０から、光相互接続２００の構成要素を通じて第２のセットのデータ受容先２６０までのデータの流れを示す。

例示的な光相互接続２００はまた、第１の光源アレイ２１０及び第２の光源アレイ２４０と、第１の光学レシーバアレイ２３５及び第２の光学レシーバアレイ２２０と、第１の信号処理モジュール２４５及び第２の信号処理モジュール２１５とを備える。第１のデータ源２０５及び第２のデータ源２５０はそれぞれ、第１の光源アレイ２１０及び第２の光源アレイ２４０にデータを提供するよう構成される。

第１のレンズ２２５は、第１のデータ源２０５からのデータを表す第１の光源アレイ２１０からの光学ビームをコリメートするよう構成され、第２のレンズ２３０は、第２のデータ源２５０からのデータを表す第２の光源アレイ２４０からの光学ビームをコリメートするよう構成される。第１のレンズ２２５によってコリメートされた光学ビームは、第２のレンズ２３０に向けて方向付けられ、第２のレンズ２３０によってコリメートされた光学ビームは、同様に第１のレンズ２２５に向けて方向付けられる。

第１のレンズ２２５は、第２のレンズ２３０から受け取った光学ビームを再合焦するよう更に構成されており、第２の光源アレイ２４０のイメージ（像）が、第２の光学レシーバアレイ２２０上に形成され、ここでの光学ビームはその後、第２の信号処理モジュール２１５によって処理され、該光学ビーム上にエンコードされたデータが、第２のセットのデータ受容先２６０にルーティングされる。

第２のレンズは、第１のレンズ２２５から受け取った光学ビームを再合焦するよう更に構成されており、第１の光源アレイ２１０のイメージ（像）が、第１の光学レシーバアレイ２３５上に形成され、ここでの光学ビームはその後、第１の信号処理モジュール２４５によって処理され、該光学ビーム上にエンコードされたデータが、第１のセットのデータ受容先２５５にルーティングされる。

次に図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、例示的な光相互接続３００が示されている。該例示的な光相互接続３００は、本明細書の原理に従った第１のレンズ３２５及び第２のレンズ３３５を備える。第１のレンズ３２５及び第２のレンズ３３５は、向かい合ったほぼ凸形の表面を有しており、ほぼ位置合わせされているか、又は光学的に結合させられている。各レンズ（３２５、３３５）は、ハウジングブラケット（３１０、３１５、３４０、３４５）によって適切な位置に保持される。

第１のレンズ３２５及び第２のレンズ３３５の各々からの焦点距離には、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５及び第２の光学インターフェースアセンブリ３５５が配置される。幾つかの実施形態において、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５は、光源アレイを含み、第２の光学インターフェースアセンブリ３５５は、光学レシーバアレイを含む。他の実施形態において、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５及び第２の光学インターフェースアセンブリ３５５はそれぞれ、図２に関して説明した原理に従った光源と光学レシーバとの両方のアレイを含む。

大きく発散する複数の光学ビーム３２０が、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５と第１のレンズ３２５との間を伝搬し、該光学ビーム３２０は、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５内の光源から発生する光学ビームを含む。第１の光学インターフェースアセンブリ３０５内の各光源から発生する発散放射線は、合わせて、第１のレンズ３２５の口径（アパーチャ）をほぼ又は完全に満たすことができる。

第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との間の複数のほぼコリメートされたビーム３３０は、第１の光学インターフェースアセンブリ３０５内の光源からの光学ビームを含み、該光学ビームは、第１のレンズ３２５によってコリメートされて、第２のレンズ３３５に向けて方向付けられる。

第２のレンズ３３５は、第１のレンズ３２５から受け取った光学ビームを再合焦して、それら該光学ビームを、第２の光学インターフェース３５５内の光学レシーバに向けて方向付けるよう構成される。第２のレンズ３３５と第２の光学インターフェース３５５との間の複数の発散光学ビーム３５０は、第２のレンズ３３５によって再合焦させられて、第２の光学インターフェース３５５に向けて方向付けられる。

第２のレンズ３３５と第２の光学インターフェース３５５との間の複数の発散光学ビーム３５０には、第２の光学インターフェース３５５内の光源において発生する光学ビームを含めることもでき、該光学ビームは、第２のレンズ３３５に向けて方向付けられて、第２のレンズ３３５によってコリメートされる。更に、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との間を伝搬する複数のコリメートされた光学ビーム３３０には、第２のレンズ３３５によってコリメートされて、第１のレンズ３２５に向けて方向付けられる光学ビームを含めることもできる。

第１のレンズ３２５もまた、第２のレンズ３３５から受け取った光学ビームを再合焦するよう構成することができる。従って、第１の光学インターフェース３０５と第１のレンズ３２５との間を伝搬する複数の発散光学ビーム３２０には、第１のレンズ３２５によって再合焦させられて、第１の光学インターフェース３０５内の対応する光学レシーバに方向付けられる光学ビームを含めることもできる。

この実施形態では、第１の光学インターフェース３０５と第２の光学インターフェース３５５とのうちの一方の光学インターフェース上の各光源は、第１の光学インターフェース３０５と第２の光学インターフェース３５５とのうちの他方の上の対応する光学レシーバを含む。従って、光相互接続３００による正確な機能を達成するために、第１のレンズ３２５及び第２のレンズ３３５は、許容可能な範囲内において位置が合わせられる必要がある。これにより、光学インターフェース（３０５、３５５）内の光源からの光学ビームが、第１のレンズ３２５及び第２のレンズ３３５によるコリメート（平行化）及び再合焦の後に、適切な対応する光学レシーバに向けられることとなる。

幾つかの実施形態において、第１の光学インターフェース３０５は、ある所定の焦点距離において第１のレンズ３２５から位置がずらされており、該焦点距離は、第２の光学インターフェース３５５の第２のレンズ３３５からのずれに等しい。第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５とを、上述の所定の焦点距離のほぼ２倍の距離に自由空間内において離すことができ、その結果、光源によって生成された放射線の角度特性が、受け側のイメージ面において再現される。光相互接続３００は、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との間の位置決め誤差を許容するよう構成される。光相互接続３００によって許容される位置決め誤差の程度に影響を及ぼす幾つかの要因は、光学インターフェース（３０５、３５５）内の個々の構成要素を離す寸法と、レンズ（３２５、３３５）のサイズ及び開口数値と、光源よって生じられた光学ビームの直径とを含む。

所定の焦点距離のほぼ２倍である距離だけ自由空間内において第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５とを分離することには、幾つかの実現可能な利点がある。例えば、この距離において、第１の光学インターフェース３０５から生じられる各光学ビームの位置と角度とが、第２の光学インターフェース３５５において反転して再現される。従って、小さな焦点誤差に起因したイメージ（像）シフトと、第２のレンズ３５５の後の過度に急勾配の放射線角度とを、回避することができる。

更には、大きな光源アレイからの光をコリメートすることによって形成された光学ビームは、長距離にわたってコリメートされたまま（平行にされたまま）であることは不可能であるが、焦点距離の２倍未満の距離にわたってはコリメートされたままであることとなる。従って、かなり大きなサイズの光源アレイを第１の光学インターフェース３０５が有する時には、焦点距離の約２倍における、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との間の距離が、望ましい可能性がある。

しかしながら、幾つかのケースでは、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５とを、焦点距離の２倍よりも長い距離だけ分離させることを、システム全体の健全性に対して害を及ぼすことなく生じさせることもできる。例えば、第１の光学インターフェース３０５上の光源アレイと、第２の光学インターフェース３５５上の光学レシーバアレイとが、比較的小さい場合には、第１の光学インターフェース３０５から生じられる光学ビームを、より長距離にわたってコリメートされたままにすることができる。更に、幾つかのそのような実施形態では、角度のミスアライメントの問題の影響を打ち消すために、レンズ（３２５、３３５）の焦点距離は、非常に小さなものとすることができ、光相互接続３００を適正に機能させるために、焦点距離の２倍よりも長い距離の分離が必要とされる場合がある。

限定されない一実施形態において、第１の光学インターフェース３０５と第２の光学インターフェース３５５とが、総計５センチメートル離れている。第１の光学インターフェース３０５は、第１のレンズ３２５から１．２５センチメートルの焦点距離だけずらされている複数の光源を含み、第２の光学インターフェース３５５は、第２のレンズ３３５から１．２５センチメートルの焦点距離にずらされた複数の光学レシーバを含む。第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５とが、２．５センチメートルの自由空間だけ分離されている。光学インターフェース（３０５、３５５）内の光源及び光学レシーバは、０．１ミリメートルのピッチにおいて分散している。この例示的な実施形態では、第１の光学インターフェース３０５及び第２の光学インターフェース３５５の構成要素間の通信に悪影響を及ぼすことなく、光相互接続３００によって、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との間の位置合わせ（アライメント）における、最大で１ミリメートルの位置決め誤差及び０．０１ラジアンの角度誤差を、許容することができる。

図３Ｂには別の例示的な実施形態が示されており、図３Ｂ内において、いずれかの光学インターフェース（３０５、３５５）の各光源からの発散光が、レンズ（３２５、３５５）のうちの１つによって、該発散光自体についてコリメートされる。しかしながら、各光学インターフェース（３０５、３５５のそれぞれ）のイメージ（像）は、レンズ系（３２５、３５５）によって反転され、それにより、各インターフェース（３０５、３５５のそれぞれ）の鏡像が、該レンズ系（３０５、３５５）によって対向する光学インターフェースに提供されるようにする。従って、各光源からの発散光は、該発散光自体についてのみコリメートされ、図３Ａの実施形態におけるようなその他の全ての光源からの光に関してはコリメートされない。コリメートされた光（３３０−１）の交差するビームが、図３Ｂ内に図示されている。

図３Ｃは、第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５とがミスアライメント状態にある例示的な光相互接続３００を示す。ラック内の２つの回路基板間においてデータを伝送するために光相互接続３００が用いられる実施形態では、様々な理由に起因して、ミスアライメント（位置合わせの不一致、不整合）が生じる場合がある。本明細書の光相互接続３００には、ミスアライメントに対するある程度の耐性がある。第１のレンズ３２５と第２のレンズ３３５との位置が合っていない時には、第１のレンズ３２５からのコリメートされた光学ビームを、該光学ビームが第２のレンズ３３５に入射する角度に応じて変更可能な角度で第２の光学インターフェース３５５上に再合焦することによって、再合焦する第２のレンズ３３５の形状（ジオメトリ）及び曲率が、位置合わせ誤差を補償することができる。それと同じことが、第２のレンズ３５５から第１のレンズ３２５に伝搬する光学ビームが関して、第１のレンズ３２５についても当てはまる。

図３Ｄ内には、明確にするために、光学ビームがない状態で、及び、第１の光学インターフェース３０５と第２の光学インターフェース３５５とが外側に傾けられた状態で、光相互接続３００が示されている。第１の光学インターフェース３０５は、複数の光源３６０を備え、第２の光学インターフェース３５５は、複数の光学レシーバ３６５を備える。

次に図４を参照すると、別の例示的な光相互接続４００が示されている。光相互接続４００は、第１の光学インターフェース４０５及び第２の光学インターフェース４５５と、互いに向かい合う第１の凸形レンズ４２５及び第２の凸形レンズ４３５と、該第１及び第２のレンズ（４２５、４３５）のためのハウジングブラケット（４１０、４１５、４４０、４４５）とを備える。

第１の光学インターフェース４０５は、データがエンコードされた複数の発散光学ビームを第１のレンズ４２５に投射するよう構成された複数の発散光源４６０を備える。第１のレンズ４２５は、該光学ビームをコリメートして、該コリメートされた光学ビームを第２のレンズ４３５に投射するよう構成される。第２のレンズ４３５は、該光学ビームを再合焦するよう構成される。結果として生成された複数の発散光学ビームが、第２のレンズ４３５から、第２の光学インターフェース４５５内の複数の光学レシーバ４６５に伝送される。

本実施形態において、第２の光学インターフェース４５５は、第１の光学インターフェース４０５内に存在する光源４６０の数よりも多くの光学レシーバ４６５を有する。冗長な光学レシーバ４６５から成るこのシステムによって、第１のレンズ４２５と第２のレンズ４３５との間の角度の及び位置的なミスアライメントにおいてより柔軟性を高めることが可能となる。再合焦された光学ビームが第２のレンズ４３５から投射され得るより大きな表面領域によって、最適なレンズ位置合わせ条件には満たない条件下において、再合焦された光学ビームが第２の光学インターフェース４５５上の光学レシーバ４６５によって受け取られる確率が、はるかにより高くなる。第２の光学インターフェース４５５内の特定の光学レシーバ４６５において受け取った光学ビームに対して信号処理を用いて、受け取った光学ビームを発生させている光源４６０を特定することができ、その後、エンコードされたデータを、その意図される宛先にルーティングすることができる。

コリメートされた光学ビームが第２の光学インターフェース４５５の光検出器上に再合焦される時に、位置のシフト、及び／又は、角度のシフトが生じる場合がある。光学ビーム内に含まれる任意のデータチャンネルが失われることを回避するために、第２の光学インターフェース４５５は、実現可能な最大のイメージ（像）ずれよりも大きな量だけ、全側面において第１の光学インターフェース４０５上の光源アレイよりも大きな光学レシーバアレイを有する必要がある。

検出した光学ビームのずれ（変位）と回転との両方を、既知の画像処理技法を用いて検出することができる。まず最初に、位置ずれは、第１の光学インターフェース４０５上の単一光源からテスト信号を送信して、第２の光学インターフェース４５５の光学レシーバアレイ上の最大強度の位置を見つけることによって、決定され得る。そのずれを、重心を計算することによって、より正確に決定することができる。続いて、第１の光学インターフェース４０５内の第２の光源がアクティブにされる場合には、回転誤差もまた推定することができる。この手順を、レンズのミスアライメントを引き起こす主な要因のうちの１つである、光相互接続４００を用いるシステム内の機械的振動よりもはるかに速い時間スケールにおいて、及び、通信レートが著しく低下しないように低いデューティサイクルにおいて、実行することができる。

光学ビームのずれを絶えず追跡するために、追加的なアルゴリズム及び技法を用いることができる。１つのそのような例示的なアルゴリズムは、米国特許第６，１９５，４７５号内に記載されており、該特許文献は、参照によりその全体が本明細書内において組み込まれる。当業者であれば理解されるように、光学ビームのずれ、ミスアライメント、及びこれらに類するものを計算するために、多数の他の画像処理方法及びアルゴリズムを用いることができる。

光学ビームのずれがわかると、その情報を用いて、第２の光学インターフェース４５５内の個々の光学レシーバによって指示された値を、通信中にデータに変換する必要がある。一般的には、第２の光学インターフェース４５５内の隣接する光学レシーバに対して意図される光学ビームからのクロストークを回避すると同時に、第２の光学インターフェース４５５内の個々の光学レシーバにおいて検出される信号強度を最大にすることが望ましい。幾つかの実施形態において、第１の光学インターフェース４０５内の隣接した光源間に十分な空間を存在させることができ、これにより、第２の光学インターフェース４５５内の同じ光学レシーバによって２つの光源が検出されないようにすることが可能になることとなる。

第２の光学インターフェース４５５内の個々の光学レシーバが複数の検出器素子を含む実施形態では、所与の光源に対応する最も明るい検出器素子だけを、データ源として識別することができ、及び復調することができる。各光学レシーバの出力を、適切なデータチャンネルにルーティングするための電子回路構成を存在させることもできる。

更に他の実施形態において、時分割方式か又は波長分割方式を利用して、第１及び第２の光学インターフェース（４０５、４５５のそれぞれの）内の光源と、それらの対応する光学レシーバとの間のクロストークを回避することができる。

次に図５を参照すると、別の例示的な光相互接続５００が示されている。以前に説明した実施形態と同様に、光相互接続５００は、第１の光学インターフェース５０５及び第２の光学インターフェース５５５と、互いに向かい合う第１の凸形レンズ５２５及び第２の凸形レンズ５３５と、該第１及び第２のレンズ（５２５、５３５）のためのハウジングブラケット（５１０、５１５、５４０、５４５）とを備える。

本明細書の原理に従って、第１の光学インターフェース５０５は、データがエンコードされた複数の発散光学ビームを第１のレンズ５２５に投射するよう構成された複数の発散光源５６０を備える。第１のレンズ５２５は、該光学ビームをコリメートして、該コリメートした光学ビームを第２のレンズ５３５に投射するよう構成される。第２のレンズ５３５は、該光学ビームを再合焦するよう構成される。結果として生成された複数の発散光学ビームが、第２のレンズ５３５から、第２の光学インターフェース５５５内の複数の光学レシーバ５６５に伝送される。

わずかなレンズミスアライメントから生じる誤差か又は不都合な通信条件を回避するために、本実施形態の第２の光学インターフェース５５５は、第１の光学インターフェース５０５の表面領域よりも大きな表面領域と、第１の光学インターフェース５０５上の光源からの光学ビームの幅よりも小さな表面領域を有する複数の光学レシーバ５６５とを含む。このようにして、第２のレンズ５３５から第２の光学インターフェース５５５に伝送された再合焦された光学ビームを、第２の光学インターフェース５５５内の複数の冗長な光学レシーバ５６５によって検出することができる。第２の光学インターフェース５５５内の光学レシーバ５６５からの読み出しと共に、信号処理アルゴリズムを用いて、受け取った光学ビームの光源を決定（判別）して、受け取った光学ビームからのエンコードされたデータを、それらの意図される受容先にルーティングすることができる。

例示的なシステム
ここで図６を参照すると、１つの例示的なシステム６００が示されている。該例示的なシステム６００は、第１の回路基板６０５と第２の回路基板６１０とを備えており、本明細書の原理に従って１つの例示的な光相互接続６４５を利用する。該例示的な光相互接続６４５が用いられて、第１及び第２の回路基板（６０５、６１０）の構成要素間における光学ビーム上にエンコードされたデータが伝送される。該回路基板（６０５、６１０）を、ラック内に収容することができ、該ラック内において、複数の回路基板を選択的に接続することができ、取り除くことができ、及び／又は交換することができる。

ラック内の基板を迅速且つ容易に交換することが非常に望ましい場合があるが、光相互接続６４５は、回路基板（６０５、６１０）の小さな配置誤差を許容するよう構成される。該光相互接続６４５は、第１の光学インターフェース６２０及び第２の光学インターフェース６３５と、互いに向かい合う第１の凸形レンズ６２５及び第２の凸形レンズ６４０と、第１及び第２の光学インターフェース（６２０、６３５のそれぞれ）に対して第１及び第２のレンズ（６２５、６４０）をほぼ固定された位置に留めるハウジング（６１５、６３０）とを備える。

本明細書内の上記に説明した原理に従って、第１のレンズ６２５は、第１の光学インターフェース６２０内の光源から発生される、エンコードされた発散光学ビームを、コリメートするよう構成される。第１のレンズ６２５は、第２のレンズ６４０から第１のレンズ６２５に対して方向付けられた光学ビームを再合焦して、結果として生成された発散光学ビームを第１の光学インターフェース６２０内の光学レシーバにルーティングするように更に構成される。

同様に、第２のレンズ６４０は、第２の光学インターフェース６３５内の光源から発生される、エンコードされた発散光学ビームを、コリメートするよう構成される。第２のレンズ６４０は、第１のレンズ６２５から第２のレンズ６４０に対して方向付けられた光学ビームを再合焦して、結果として生成された発散光学ビームを第２の光学インターフェース６３５内の光学レシーバにルーティングするよう更に構成される。上記のように、コリメートされた光を、レンズ６２５とレンズ６４０との間において線形に伝送することができるか、或いは、レンズ６２５とレンズ６４０との間において反転させて、対向する光学インターフェース（６２０、６３５のそれぞれ）に鏡像が提示されるようにすることができる。

２つの回路基板（６０５、６１０）間において送信される及び受信される光学ビームに対する及び該光学ビームからのデータをエンコードするための、変調するための、デコードするための、及び／又は、復調するための、ハードウェア及び／又はソフトウェアを、光学インターフェース（６２０、６３５）内の光学レシーバが、有するこができる。更に、光学インターフェース（６２０、６３５）には、本明細書内に記載された原理に従って、検出された光学ビームを、対応する回路基板上の光学インターフェース内の光源に一致させる信号処理ハードウェア及び／又はソフトウェアを含めることができる。追加的には、本明細書内における上記の原理に従って、レンズのミスアライメントの耐性を高めることができる。

例示的な方法
次に図７を参照すると、光通信の１つの例示的な方法７００を説明するフローチャートが示されている。該例示的な方法７００は、第１の回路基板上に複数の光源を設けて（ステップ７０５）、光源からの複数のエンコードされた光学ビームを第１のレンズにおいてコリメートして（ステップ７１０）、エンコードされた光学ビームを、第２の基板上の第２のレンズにおいて再合焦して（ステップ７１５）、及び、再合焦された光学ビームを、第２の基板上の複数の光学レシーバにおいて受け取る（ステップ７２５）ことを含む。

次いで、受け取った光学ビームを、それらの対応する意図されるデータ受容先に一致させるために、信号処理が実行される（ステップ７３０）。その後、エンコードしたデータを抽出するために、受け取った光学ビームは次いで復調され（ステップ７３５）、その意図される受容先にデータが提供される（ステップ７４０）。

方法７００には、前記第１のレンズと前記第２のレンズとを実質的に位置合わせし、光学レシーバによって検出された光学ビームが、複数の光源のうちのいずれの光源から発生したかを決定（判断）する、といった各ステップを更に含めることができる。

Claims (15)

1. 複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）と、
   前記複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）からの光学ビーム（３２０、３５０）をコリメートするよう構成された第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）と、
   前記光学ビーム（３２０、３５０）を再合焦するよう構成された第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）と、
   前記第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）からの前記再合焦された光学ビーム（３２０、３５０）を受け取るよう構成された複数の光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）
   とを備える、光相互接続（１００、２００、３００、４００、５００、６４５）。
2. 前記第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）が、前記光学ビーム（３２０、３５０）の各々を、該光学ビーム自体についてコリメートして、前記光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）に対して前記光源（１１０、３６０、４６０、５６０）のイメージを反転させることからなる、請求項１に記載の光相互接続。
3. 前記複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）の各々に対応する少なくとも１つの光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）を、前記複数の光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）が含む、請求項１に記載の光相互接続。
4. 前記光学ビーム（３２０、３５０）は、データがエンコードされる、請求項１に記載の光相互接続。
5. 前記第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）が、第２の複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）からの光学ビーム（３２０、３５０）をコリメートするよう更に構成される、請求項１に記載の光相互接続。
6. 前記第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）及び前記第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）が、ほぼ凸形か、凹形か、又は非球面の表面を含むことからなる、請求項１に記載の光相互接続。
7. 複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）と第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）とを含む第１の回路基板（６０５）であって、該第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）が、該複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）からの光学ビーム（３２０、３５０）をコリメートするよう構成されていることからなる、第１の回路基板と、
   複数の光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）と第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）とを含む第２の回路基板（６１０）であって、該第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）が、前記光学ビーム（３２０、３５０）を再合焦して、該光学ビーム（３２０、３５０）を前記光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）に対して方向付けるよう構成されていることからなる、第２の基板
   とを備える、基板間通信システム。
8. 前記第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）が、前記光学ビーム（３２０、３５０）の各々を、該光学ビーム自体についてコリメートして、前記光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）に対して前記光源（１１０、３６０、４６０、５６０）のイメージを反転させることからなる、請求項７に記載の基板間通信システム。
9. 前記光学ビーム（３２０、３５０）上にデータをエンコードするよう構成されたデータ変調器要素を、前記第１の回路基板（６０５）が含む、請求項７に記載の基板間通信システム。
10. エンコードされたデータを前記光学ビーム（３２０、３５０）から抽出するよう構成された復調器要素を、前記第２の回路基板（６１０）が含む、請求項７に記載の基板間通信システム。
11. 前記複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）のうちのいずれの光源から、検出された光学ビーム（３２０、３５０）が、発生したかを決定するよう構成された信号処理モジュールを、前記第２の回路基板（６１０）が含む、請求項７に記載の基板間通信システム。
12. 第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）において、複数の光学ビーム（３２０、３５０）をコリメートし、
    第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）において、前記複数の光学ビーム（３２０、３５０）を再合焦し、及び、
    前記第２のレンズ（１２０、２３０、３３５、４３５、５３５、６４０）からの前記再合焦された複数の光学ビーム（３２０、３５０）を、複数の光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）において受け取る
    ことを含む、光通信方法。
13. 前記光学ビーム（３２０、３５０）上にデータをエンコードすることを更に含むことからなる、請求項１２に記載の光通信方法。
14. 前記第１のレンズ（１１５、２２５、３２５、４２５、５２５、６２５）が、前記光学ビーム（３２０、３５０）の各々を、該光学ビーム自体についてコリメートして、前記光学ビーム（３２０、３５０）を生成する光源（１１０、３６０、４６０、５６０）のイメージを、前記光学レシーバ（１２５、３６５、４６５、５６５）に対して反転させることからなる、請求項１２に記載の光通信方法。
15. 前記光学ビーム（３２０、３５０）が複数の光源（１１０、３６０、４６０、５６０）のうちのいずれの光源から発生したかを決定することを更に含むことからなる、請求項１２に記載の光通信方法。

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