JP2011520151A - 近接自由空間光インターコネクト - Google Patents

Abstract

このシステムは、柔軟性を有する光媒体と、２個のコネクタと、コネクタが相互に近接するとコネクタを結合させる磁石等の機構とを用いる。光媒体は光信号を誘導可能であり、一方のコネクタが光媒体の先端に接続される。コネクタの各々は更にアライメント形状を有し、光信号に経路を供給する。各コネクタのアライメント形状は、他方のコネクタのアライメント形状と嵌合し、機構がコネクタを相互に押付けるとコネクタが相互に移動するよう成形される。アライメント形状は更に、一方のコネクタの経路が他方のコネクタの経路にアライメントされ、自由空間ギャップだけ離れて位置する着座位置を有する。
【選択図】２Ａ

Description

多くのコンピュータシステムにおいて高データレートでの信号送信は関心事の一つである。現在のサーバシステムは、例えば、高データレートで相互に通信する必要がある、ユーザ選択による構成部材を複数使用している場合が多い。例えば、個別のプリント基板（ＰＣＢ）「ブレード」を備えるモジュール方式により構成されるコンピュータサーバシステムにおいては、サーバブレードやストレージブレード等のブレードが１個の筐体内に実装され、冷却ファン、電源、筐体管理等のシステム構成部材を共有する。ブレードが連動し、望ましいデータ記憶、処理、通信を実行するためには、サーバシステムは複数のブレードおよび外部装置間の通信に高データレート通信チャネルを提供する必要がある。現在、ブレード型コンピュータサーバ内のブレードおよび入出力装置は一般に、バックプレーン又はミッドプレーンプリント基板に接続される高速電気コネクタを介して相互接続される。このアーキテクチャにおいては、高周波数の電気信号は送信先に到達するまでに損失の多い長い銅線、複数のＰＣＢビア、２個又は３個の電気コネクタを伝搬しなければならない場合もあるため、シグナルインテグリティの問題が発生する。更に、バックプレーン又はミッドプレーンがサーバ筐体を流れる冷却用空気を遮断してしまい、精密な電子回路を冷却するために必要な電力が増大してしまうことも考えられる。現在の電気相互接続システムにおいては、ブレードは通常コネクタピンの軸に平行に前から後ろへ挿入されなければならないため、サーバの設計における柔軟性も制限される。

高周波数の電気信号に関する問題は光信号を利用した通信チャネルで解決できる場合が多いが、光信号の伝達を誘導するには、光ケーブル又はリボンの確実なアライメントおよび接続のための、複雑又は面倒なシステムが必要となる場合がある。例えば、典型的な光ファイバカプラにおいては、接続されるファイバの軸をアライメントし、ファイバ先端を相互に接触させる必要がある。更に、光信号伝達を利用した回路基板を備えるシステムは一般的に、光ケーブル又はファイバを接続可能な基板端部で光信号を生成又は受信する。基板端部に光学部品を備えることにより、電気信号が基板の長さ分は伝搬される必要があり、信号損失およびノイズが発生する場合があるという不都合がある。更に、回路基板又はサーバブレードの端部において利用可能な空間は制限されており、基板端部から伸長するファイバコネクタおよび光ファイバと電気ソケットおよびケーブルが空間について競合してしまうことが多い。したがって、サーバ等のシステム内に光通信チャネルを経済的および効果的に構築および保持するための、より良いシステムおよび方法が求められる。

本発明の１実施形態によれば、装置は、光媒体と、第１のコネクタと、第２のコネクタと、コネクタが相互に近接すると第１のコネクタを押して第２のコネクタに接触させる機構とを含む。第１の光媒体は柔軟性を有して光信号を誘導可能であり、第１のコネクタは第１の光媒体の先端に接続される。第１のコネクタは更に第１のアライメント形状を有し、光信号に第１の経路を供給する。第２のコネクタは第２のアライメント形状を有し、更に光信号に第２の経路を提供する。第１のアライメント形状は、第２のアライメント形状に嵌合し、機構が第１のコネクタを第２のコネクタに向かって押すと第２のコネクタに対して第１のコネクタを移動するよう成形される。第１のアライメント形状および第２のアライメント形状は更に、第１の経路が第２の経路にアライメントされ、自由空間ギャップを介して離れて配置される着座位置を有する。

図１は、本発明の一実施形態による自由空間近接光インターコネクトを用いた本発明の一実施形態によるサーバシステムを示す。 図２Ａは、本発明の一実施形態による近接結合光インターコネクトの斜視図を示す。 図２Ｂは、コネクタ間にレンズアレイを用いた本発明の一実施形態によるコネクタの嵌合状態の断面図を示す。 図２Ｃは、自由空間近接光インターコネクトに用いるコネクタ内の光信号の経路を示す。 図３は、光信号をコネクタとの間で送受信する光媒体に隣接するレンズアレイを用いたコネクタの断面図を示す。 図４は、コネクタ本体に垂直な光媒体を用いたコネクタの断面図を示す。 図５Ａは、本発明の一実施形態によるコネクタに用いるラッチ機構の作用を示す。 図５Ｂは、本発明の一実施形態によるコネクタに用いるラッチ機構の作用を示す。 図６Ａは、プリント基板を挿入することによりプリント基板に平行な間隔を介して光インターコネクトを自動的に形成するシステムを示す。 図６Ｂは、プリント基板を挿入することによりプリント基板に平行な間隔を介して光インターコネクトを自動的に形成するシステムを示す。 図７は、本発明の実施形態によるコネクタの拡大図を示す。 図８Ａは、プリント基板を挿入することによりプリント基板端部間の間隔を介して光インターコネクトを自動的に形成するシステムを示す。 図８Ｂは、プリント基板を挿入することによりプリント基板端部間の間隔を介して光インターコネクトを自動的に形成するシステムを示す。

異なる図において使用される同一の参照符号は、同様又は同一の要素を示す。

本発明の一実施形態によれば、マザーボード又はその他のベース又はシャーシのスロット内に挿入される回路基板又はサーバブレード等の略平行なシステム間に、システムに垂直なギャップを介して光通信チャネルを直接構築できる。したがって、システムにおいて高周波数の電気信号により短い信号線を使用することができ、光学的結合を外部装置の接続に使用する端部ソケットから離して配置することが可能となる。一実施形態において、光リボン又はその他の柔軟性を有するマルチチャネル光媒体は、隣接するシステムをそれぞれ一対のコネクタに接続する。２個のコネクタは嵌合する形状を有し、これらのコネクタが相互に押付けられるとこれらのコネクタは横方向に移動して、自由空間光チャネルが自動アライメント（位置合わせ）されるようになっている。アライメントし、コネクタの結合状態を保持し、且つコネクタが容易に分離できるのに必要な力は磁石により得られる。コネクタはこのように受動的にセルフアライメントされ、コネクタ対の間の自由空間ギャップを介して複数の光信号を送信することができる。光インターコネクトのコネクタは柔軟性を有する光媒体の先端に設けられるため、自由空間近接光インターコネクトによれば、接続されたシステムにミスアライメント、振動、および熱膨張差が発生した場合にも、光信号のアライメントを保持することができる。

自由空間近接光インターコネクトによれば、平行に配置される複数のプリント基板（ＰＣＢ）を備えるコンピュータサーバ又はその他のシステムにおいて通信チャネルが必要な場合、隣接するＰＣＢ間で高帯域での接続性が得られる。図１は、サーバシャーシ１２０上に相互に平行に実装されるブレード１１０間の通信に自由空間近接光インターコネクトを使用する、本発明の実施の形態によるサーバシステム１００を示す。電源トランスおよび冷却ファン等の更なる構成部材１３０もサーバシャーシ１２０に接続可能であり、アセンブリ全体は通常、１個の共通の筐体（図示せず）内に設けられる。サーバシステム１００への外部接続用のユーザインターフェースおよびソケットを同一の筐体を介して設けてもよい。

システム１００内のブレード１１０の一部又は全部は、異なる機能を実行するための略同一又は異なる設計からなっていてもよい。例えば、ブレード１１０の一部はサーバブレード又はストレージブレードであってもよい。ブレード１１０の各々は、ブレード１１０の特定の機能を実行する少なくとも１個のサブシステム１１２を含む。サブシステム１１２は、ＰＣＢ上の構成部材のようにブレード１１０の各々の一方又は両方の側部に実装されてもよく、又は、ブレード１１０は、サブシステム１１２を備える筐体をブレード１１０の内部に備えていてもよい。サブシステム１１２の典型的な実施例は、ハードドライブ又はその他のデータ記憶装置、およびマイクロプロセッサ、メモリソケット、およびＩＣメモリ等の従来のコンピュータ構成部材を備えるプロセッササブシステムを含む。サブシステム１１２およびブレード１１０の一般的な形状は、ヒューレット・パッカードカンパニーが販売しているサーバシステムのｃ−ｃｌａｓｓアーキテクチャ等のブレードアーキテクチャを用いたサーバシステムで知られている従来タイプのものであってもよい。

ブレード１１０の各々は更に、少なくとも１個の光電子工学（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ：ＯＥ）エンジン１１４および１１８を含む。ＯＥエンジン１１４又は１１８は、ブレード１１０において、他のブレード１１０へ高帯域で接続する必要がある場所のどこに接続されてもよい。ＯＥエンジン１１４又は１１８の各々は、発光器（ＶＣＳＥＬアレイ等）および受光器（フォトダイオードアレイ等）の両方を含んでいてもよく、又は発光器又は受光器のどちらかのみを含んでいてもよい。各ブレード１１０上のＯＥエンジン１１４および１１８内の発光器はブレード１１０内の電気信号から導出される情報を送信される光信号内で符号化し、各ブレード１１０上のＯＥエンジン１１４および１１８内の受光器は受信される光信号をブレード１１０内で使用するために電気信号に変換する。一般に、ブレード１１０上のＯＥエンジン１１４の各々は、自由空間近接光インターコネクトを介してＯＥエンジン１１８と光信号を送受信するよう適合される。一実施例において、ＯＥエンジン１１４および１１８はザーリンク・セミコンダクター社のＱＸＦＰトランシーバであってもよく、これらのモジュールが各チャネル毎に毎秒５Ｇｂのデータレートで稼動する４チャネルＯＥエンジンの機能を実行する。

あるブレード１１０上のＯＥエンジン１１４と、隣接するブレード１１０上のＯＥエンジン１１８との間の自由空間近接光インターコネクトは、ＯＥエンジン１１４に光学的に接続される柔軟性を有する光媒体１４２と、光媒体１４２の他方端に設けられるコネクタ１４４と、コネクタ１４４と嵌合する形状を有するコネクタ１４６と、コネクタ１４６をＯＥエンジン１１８に光学的に接続する柔軟性を有する光媒体１４８とを備える。光媒体１４２および１４８は好ましくは、ＯＥエンジン１１４および１１８によりそれぞれ送受信される光信号を搬送する平行なファイバリボン又は平行なポリマー導波路等、高帯域の柔軟性を有する光媒体である。ファイバリボン内の光ファイバの各々は、少ない曲げ損失で小さい曲げ半径に対応できるシングルモード又はマルチモードのプラスチック製、ガラス製、又はナノ構造のファイバ（コーニング社の「クリアカーブ（登録商標）」光ファイバ等）であってもよい。光信号は、波長分割多重通信（Ｗａｖｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）を用いて、１個の光ファイバ又は導波路に沿って送信される光の複数周波数成分中の情報を符号化することにより帯域幅を増強してもよい。高密な構成においては、光媒体１４２および１４８は複数の平行なファイバ又は導波路を備え、ファイバ又は導波路の各々がＷＤＭ信号を搬送して単位面積毎の高帯域を実現する。

コネクタ１４４および１４６の各々は、光学装置およびアライメント形状を備える。コネクタ１４４又は１４６の各々における光学装置は、光媒体１４２又は１４８内で誘導される伝搬と、コネクタ１４４および１４６により形成されるギャップ内での自由空間伝搬との間での光信号の送信に用いられる。アライメント形状はコネクタ１４４および１４６が相互に押付けられると嵌合する精密な構造であり、コネクタ１４４内の光学装置をコネクタ１４６内の光学装置に自動アライメントする。一実施例においては、隣接するブレード１１０をサーバシャーシ１２０に挿入するだけでＯＥエンジン１１４および１１８を光学的に接続することができる。すると、磁石又はばねユニット（図示せず）がコネクタ１４４および１４６を相互に押付けることにより、アライメント形状のブラインドメイト機能がコネクタ１４４および１４６をアライメントして自由空間光伝送が可能となる。サーバシステム１００の典型的な構成においては、隣接するブレード１１０間に約２〜５ｃｍの自由空間があってもよく、スタンドオフ装置１４５を設けて、磁力又はばね作用がコネクタ１４４および１４６を相互に押付けてアライメントするのに十分な近さにコネクタ１４４および１４６を配置させてもよい。コネクタ１４４および１４６はスタンドオフ装置１４５に完全には抑止されておらず、ブレード１１０が相当程度ミスアライメントされていても相互に対して移動してアライメントするために、ｘ、ｙ、ｚ方向移動および回転についての十分な自由度、および傾斜角についての自由度を有する。典型的なサーバアプリケーションにおいては、コネクタ１４４および１４６が分離されると、ブレード１１０の機械的実装に差があるために約５００〜２０００μｍの並進ミスアライメントおよび約１．５°までの角度ミスアライメントが発生する場合がある。サーバシステム１００においては、例えば冷却ファン又はハードドライブの動作による温度変化および／又は機械的振動が原因で、ブレード１１０が更に様々に、横方向にミスアライメントしたり、分離したり、２個の傾斜軸について角度ミスアライメントしたり、回転ミスアライメントしたりする場合がある。しかしながら、付加される力およびアライメント形状により、サーバシステム１００の他の場所でアライメントが変化しても自由空間光信号を送信するためにアライメントされる決められた相対位置にコネクタ１４４および１４６が固定される。

図２Ａは、自由空間近接インターコネクト２００において光チャネルを自動アライメントするコネクタ２２０および２４０の一構成を示す。コネクタ２２０は光媒体２１０の先端に設けられる。インターコネクト２００において、光媒体２１０はコネクタ２２０の上面に平行に接続する平らな光リボンからなり、光媒体２１０の先端表面２１５は光媒体２１０内の光伝搬の方向に対して４５°の角度で切断又は研磨される。その結果、光媒体２１０内の導波路又はファイバから送信される光は、全内部反射等によりコネクタ２２０を貫通する光パイプ２２２内に反射される。同様に、表面２１５は、光パイプ２２２からの光線を光媒体２１０内のファイバ又は導波路の各々内に反射する。あるいは、光媒体２１０の先端は、媒体２１０内の光の伝搬方向と垂直であってもよく、光パイプ２２２を介して光を直接伝送および受光するようアライメントされてもよい。

コネクタ２４０は、光媒体２５０から光信号を受信し、且つ光媒体２５０に光信号を誘導する光パイプ２４２を含む。光媒体２５０は光媒体２１０と略同一であってもよく、特に、光パイプ２４２と光媒体２５０内のファイバ又はその他の導波路の各々との間を通過する光信号を反射するために４５°の角度で切断又は研磨される先端（図示せず）を含んでいてもよい。コネクタ２４０上のアライメント形状２４４は精密工作された孔からなり、コネクタ２２０上のアライメント形状２２４が孔２４４に適切に嵌合するとコネクタ２４０の光パイプ２４２がコネクタ２２０の光パイプ２２２にアライメントされる。アライメント形状２２４および２４４は、コネクタ２２０および２４０が相互に移動可能で、且つアライメント形状２２４および２４４が着座位置にある時にコネクタ２２０および２４０間を所定の距離だけ分離する形状であればよい。図示の実施形態において、アライメント形状２２４は球からなるが、他の実施形態においてアライメント形状２２４の適切な形状は先細形状の円錐又は丸みを付けた円錐であってもよい。アライメント形状２２４および２４４を着座させて好ましいアライメントを得るために、コネクタ２２０上の磁石２２６およびコネクタ２４０上の磁石２４６はアライメント形状２２４および２４４をブラインドメイト（行き止まりによる結合）させる引力を発生させ、これによりコネクタ２２０および２４０がアライメント位置に移動する。磁石２２６および２４６は、コネクタ２２０および２４０を結合又は結合状態に保持する必要がある場合に起動される永久磁石又は電磁石であってもよい。

具体的な一実施形態において、コネクタ２２０と２４０の各々は、コネクタ２２０および２４０を相互に引寄せ、コネクタ２２０および２４０の使用中に所定の位置に保持する力を発生させる４個の高磁束磁石を備える。アライメント形状２２４が球状の場合、一般的に磁石２２６および２４６は釣り合う形態（ｐａｔｔｅｒｎ）で配置され、この２個の磁石の形態がアライメントされて最大引力を発生させる。しかしながら、アライメント形状２２４および２４４の一部の形状については、各コネクタ２２０又は２４０上の磁石の形態を意図的に相互にオフセットしてアライメント形状２２４および２４４を任意の位置に誘導させる力のベクトルを発生させてもよい。例えば、アライメント形状２２４および２４４が「枠の中の箱（ｂｏｘ ｉｎ ｆｒａｍｅ）」アライメント方法を実行する場合、磁石２２６の形態は磁石２４６の形態と同一でもよいが、磁石２２６を磁石の直径の約１５％オフセットさせて磁力が「箱」コネクタを「枠」の隅部に引付けるようにしてもよい。アライメント形状２２４および２４４そして磁石２２６および２４６の具体的な実施形態は、本発明の範囲内で様々な変更を加えてもよい。例えば、磁石２２６又は２４６の一部は、他方のコネクタ２２０又は２４０の磁石への引力を発生させる鉄又は鉄を含む材料に変えてもよい。あるいは、磁石２２６は、別々の素子として形成する代わりに、コネクタ２２０又は２４０の他の部材と一体に形成してもよい。例えば、コネクタ２２０上のアライメント形状２２４は、コネクタ２４０上の孔２４４内に配置される磁石又は鉄を含む材料に引付けられる磁性を有する球であってもよい。その他、磁力を発生させる様々な構成が可能である。

ｘ、ｙ、ｚ方向、傾斜角、および回転角θについてのアライメント精度は、精密工作される孔２４４に所定の深さだけ嵌合するよう成形される少なくとも３個のアライメント形状２２４を用いることにより得られる。磁石２２６および２４６はコネクタ２２０および２４０を結合し、又、コネクタ２２０および２４０を所定の位置に保持する引力を発生させる。隣接するブレード又はＰＣＢを差し込んだ結果又は以下に説明するようなラッチ機構が作用した結果、コネクタ２２０および２４０が近接すると、磁石２２６および２４６がコネクタ２２０および２４０を相互に引付け、アライメント形状２２４が所定の孔２４４内に所定の深さまでスライドする。球状、先細形状、又はその他類似の形状からなっていてもよいアライメント形状２２４により、アライメント形状２２４が孔２４４内に押込まれると、コネクタ２２０および２４０が水平方向に移動する。更に、アライメント形状２２４および２４４はコネクタ２２０および２２４の本体間に制御された間隔を保持する。したがって、アライメント形状が所定の位置に配置されると、自由空間光信号が送信されるよう光パイプ２２２および２４２のアライメントを保持する。任意であるが、コネクタ２２０および２４０を機械的ラッチを備えるハウジング（図示せず）内に設けて、このラッチによりコネクタ２２０および２４０を近づけ、その後磁力が結合させ又はばね力を起動させてコネクタ２２０および２４０を相互に押付けてもよい。好ましくは、コネクタ２２０および２４０は光学ベンチアセンブリ（例えばシリコン光学ベンチ又はセラミック基板等）を用いて構成され、これにより、リソグラフィによる精密なアライメントが可能となる。あるいは、コネクタ２２０および２４０は、精密なモールドを用いて形成し、アセンブリ工程においてその他の構成部材とアライメントしてもよい。アライメント工程は、精密な球又はその他のアライメント形状に対応する孔の配置、マイクロレンズの配置、光パイプの配置、およびファイバリボン又はその他の光媒体の配置を含む。

図２Ｂは、自由空間近接光インターコネクトの一部である、嵌合状態にあるコネクタ２２０および２４０の一実施形態の断面図を示す。図示のように、コネクタ２２０のアライメント形状２２４がコネクタ２４０のアライメント形状２４４内に嵌合している場合、コネクタ２２０および２４０の本体間にギャップ２３０が保持される。形状２２４および２４４の相対的な大きさがコネクタ２２０および２４０の本体間の距離を制御し、典型的なインターコネクトにおいては、ギャップ２３０は約１〜３ｍｍ幅であってもよい。コネクタの本体は、典型的な用途において光が光媒体２１０および光媒体２５０間を伝搬する総距離が約５〜１０ｍｍとなるよう、約２〜３ｍｍの厚さを有していてもよい。したがって、光パイプ２２２および２４２の性質によって、光信号は約１ｃｍまでは無誘導で伝搬してもよい。コネクタ２２０上に配列されたレンズ２２８およびコネクタ２４０上に配列されたレンズ２４８は、光パイプ２２２および２４２の各々の先端でギャップ２３０内に配置されて、ギャップ２３０を介して送信される自由空間光信号を視準し又は集光するようにしてもよい。レンズ２２８および２４８はギャップ２３０を通過する自由空間光線を拡散および収束するために用いてもよく、これによりコネクタ２２０および２４０のミスアライメントに対する許容誤差が緩和される。

図２Ｃは、レンズ２２８により集光されることによる、光媒体２１０から送信された光線の発散又は光媒体２１０で受信される信号の収束を示す。図２Ｃに示した実施の形態において、光媒体２１０はコネクタ２２０の本体表面に接続され、レンズ２２８はコネクタ２２０本体の反対表面に設けられる。光パイプ２２２および２４２は、各コネクタ２２０および２４０の本体を貫通する反射壁又は導波路を有する孔であってもよく、これにより、コネクタ２２０又は２４０の本体を通過する光信号の発散が制限され、より小さいレンズ２２８の使用が可能となる。あるいは、コネクタ２２０の本体は透明であってもよく、レンズ２２８の大きさは信号光線の予測される発散に合わせて選択してもよい。

図３は、コネクタ３２０に設けられる光学装置の構成の変形例を示す。図３の構成において、少なくとも１個のレンズ２２８は光媒体２１０の各ファイバ又は導波路に隣接している。その結果、光信号がレンズ２２８により視準され、コネクタ３２０の本体を介して送信される前に、光媒体２１０の角度をつけた先端表面２１５から反射される光信号の発散が抑制される。

図４は、本発明による、コネクタ４２０の本体と垂直に設けられる光媒体４１０の一実施形態を示す。レンズ２２８は図示のように光媒体４１０の先端に配置されてもよく、又は、コネクタ４２０の本体の反対側に設けてもよい。図４における、例えばアライメント形状２２４および光パイプ２２２といったその他の素子は、上述したものと同様であってもよい。

本発明の更なる態様によれば、自由空間近接光インターコネクトに用いるコネクタは、コネクタをアライメントする力および構成部材を分離する際にコネクタの分離を支援する力を発生させるばねを用いたラッチ機構に設けてもよい。図５Ａは、解除された状態のラッチシステム５００を示す。ラッチシステム５００は、コネクタ５２０を備える第１のケース５１０およびコネクタ５４０を備える第２のケース５３０を含む。コネクタ５２０および５４０は、図２Ｃ、図３、および図４を参照して上述したコネクタと同様又は同一であってもよい柔軟性を有する光媒体（図示せず）に接続される。ケース５１０は、コネクタ５２０が実装されるばねユニット５１２と、ケース５３０の突起５３４に嵌合するよう成形されるノッチ５１４とを備える。ケース５３０は、コネクタ５４０が実装されるばねユニット５３２と、ノッチ５１４に嵌合するよう成形された突起５３４と、解除ばね５３６とを備える。

図５Ｂに示すように、ラッチ機構５００は、突起５３４がノッチ５１４の各々に嵌合するまでケース５３０をケース５１０に押込むことにより嵌合する。嵌合する工程において、コネクタ５２０および５４０は相互に接触し、ばね機構５１２および５３２は圧縮される。ばね機構５１２および５３２がコネクタ５２０および５４０にｘ、ｙ、ｚ方向の移動、回転、および傾斜についての自由度を与え、これにより、ばね機構５１２および５３２によりコネクタ５２０および５４０に付加される力によってコネクタ５２０および５４０上のアライメント形状が嵌合すると、コネクタ５２０および５４０がアライメントされて自由空間光信号の送信が可能となる。本発明の一実施形態において、アライメント工程はコネクタ５２０および５４０を相互に押付けるばね力にのみ依存し、その結果コネクタ５２０又は５４０上に磁石を設ける必要がない。あるいは、ばねユニット５１２および５３４に追加して、又はその代わりに磁石を設けてもよい。ばねユニット５１２および５３２を用いない実施の形態においては、コネクタ５２０および５４０を実装することによりケース５１０および５３０の各々内でコネクタを浮かせることが可能となり、これにより、コネクタ５２０および５４０が近接すると、コネクタ５２０および５４０内の磁石がコネクタ５２０および５４０を相互に引付け、自由空間光チャネルを自動アライメントする。

ラッチ（つかむ）作用は更に解除ばね５３６を押圧し、突起５３４がケース５１０に挿入されるときケース５１０又は５３０の一部が変形し、その後、突起５３４がノッチ５１４に嵌合すると元に戻る。突起５３４がノッチ５１４に嵌合すると、解除ばね５３６のばね力に反してケース５１０および５３０を所定の位置に保持する。ケース５１０又は５３０の一部が変形すると突起５３４が外れ、解除ばね５３６は、ケース５１０および５３０を分離させ、コネクタ５２０および５４０を結合状態に保持している磁力に打ち勝つ。

図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の具体的な一実施形態による、自由空間近接光インターコネクトを用いたシステム６００を示す。システム６００は、シャーシ６３０に設けられるスロットに挿入されるよう構成されたＰＣＢ６１０および６２０を含む。図６Ａは、ＰＣＢ６１０がシャーシ６３０に挿入されているが、ＰＣＢ６２０はまだ挿入されていないシステム６００を示す。図６Ｂは、ＰＣＢ６１０およびＰＣＢ６２０が両方ともシャーシ６３０に挿入されたシステム６００を示す。ＰＣＢ６１０は、電子装置（図示せず）と、光送受信器６１２と、スタンドオフ構造６１８に装着されたコネクタ６１６に光送受信器６１２を光学的に結合させるファイバリボン６１４とを含む。ＰＣＢ６２０は、電子装置（図示せず）と、光送受信器６２２と、スタンドオフ構造６２８に装着されるコネクタ６２６に光送受信器６２２を結合させるファイバリボン６２４とを含む。

ファイバリボン６１４および６２４は、柔軟性、軽量、最小クロストークでの高帯域等、近接光インターコネクトに対して複数の利点を提供する。ファイバリボン６１４および６２４は、ガラス製又はプラスチック製ファイバであっていてもよい。プラスチック製の場合、リボン６１４又は６２４の曲げ半径が４ｍｍと小さくても、光信号の損失は低くなる。具体的な一実施形態において、ファイバリボン６１４および６２４は１２チャネル・５０μｍマルチモードのファイバリボンであって、コネクタ６１６および６２６の各々のフェルールに接続される。図７はコネクタ６２６のより詳細な図を示し、フェルール７１０はファイバリボン６２４に接続される。フェルール７１０は、丸みのついた又は面取りされた先端を備える円筒形状のピンであり、ファイバアレイの一方の側に配置されるピン７１２を有する。その後、市販の成形プラスチック製レンズアセンブリ７２０（例えば、オムロン株式会社製ＰＬ１２Ａ−Ｃ２等）がファイバアレイの面に取り付けられる。レンズアレイ７２０には、フェルール７１０の一部をなすガイドピン７１２を受けるアライメント孔が設けられていてもよい。レンズアレイ７２０をガイドピン７１２上で摺動させるだけで、レンズアレイ７２０のレンズレットの各々がフェルール７１０の対応するファイバにアライメントされる。レンズアレイ７２０およびフェルール７１０を精密にプラスチック射出成形することにより、半径方向のアライメント誤差は通常約５μｍ以下と非常に小さくなる。軸方向のアライメント誤差も同様な程度となる。

レンズアレイ７２０をガイドピン７１２上で摺動させた後、結合したアセンブリをスタンドオフ構造６２８の一部上で摺動させ、結合プレート７３０に装着する。ここでも、ファイバ／レンズアセンブリおよび結合プレート７３０は、ガイドピン７１２を結合プレート７３０に形成される精密な孔に配置することにより精密にアライメントされる。結合プレート７３０は、コネクタ６２６の一部であるアライメント形状を備え、それによってコネクタ６２６はコネクタ６１６と物理的に接触する。フェルール７１０内のファイバアレイ、レンズアレイ７２０、および結合プレート７３０間の精密なアライメントは、全部材を２個の非常に高精密なガイドピン７１２に関連付けることにより得られる。

特定の本実施形態における結合プレート７３０は、コネクタ６１６および６２６が自動アライメントするのを支援する力を提供する非対称のパターンに配置された希土類磁石７３２を備える。コネクタ６１６および６２６内に全部で８個設けられる、Ｋ＆Ｊマグネティクス社の型番Ｄ２１Ｂ（直径＝４．７５ｍｍ、厚さ＝１．６ｍｍ）等のネオジム希土類磁石により、複数の結合プレート７３０間に引力を発生させることができる。図６Ａおよび図６Ｂのコネクタ６１６および６２６の両結合プレート内には、複数の磁石７３２がそれぞれ対をなすものとして、磁石１対当たり約１．２４ポンド（５６２．４５４０８グラム）の保持力を発生させる距離だけ離して配置されている。しかしながら、これら磁石が釣り合った位置にあって引合う場合、相互に若干オフセットする。重複面積は約８１％で、最終的な力は１対当たり約１．０ポンド（４５３．５９２グラム）又はコネクタ６１６および６２６について合計で４．０ポンド（１８１４．３６８グラム）である。引力は、コネクタ６１６および６１８間の距離に応じて予測できる様態で減少する。

図６Ｂに示す近接自由空間光インターコネクトの具体例は、面内については±３ｍｍ、面外については±２．５ｍｍの基板間ミスアライメントに対応可能な、運動学的に「ブロック・イン・コーナー（ｂｌｏｃｋ−ｉｎ−ｃｏｒｎｅｒ）」と定義される嵌合システムを用いている。この構造においては更に、コネクタ６１６および６２６間の傾斜および回転ミスアライメントに５°まで対応可能である。結合プレートの様々な変形例においては、嵌合するＰＣＢ間の特定の範囲のミスアライメントに対応するよう改良してもよい。一般に、コネクタの大きさは、基板間の位置の許容誤差が大きくなればなるほど、すなわち、ＰＣＢ間の予測されるミスアライメントに対応するために結合プレートが移動しなければならない距離が大きくなればなるほど、大きくなる。

システムの光学部分の設計は、各部材の許容誤差および嵌合するコネクタ６１６および６２６間の位置の許容誤差が原因で生じるミスアライメントを吸収できるように構成してもよい。特に、市販の光学部材をレンズアレイ７２０に用いることにより、レンズ頂点間の距離２．５ｍｍで動作可能となる。光信号が近接光インターコネクトを介して伝搬する際、４個の異なるエアレンズインターフェースを通過するが、レンズアレイ７２０が反射防止膜なしで製造されたとしても、このインターフェースにおけるフレネル反射が原因の光学的損失は総合しても約１５％のみである。

光ファイバリボン６１４および６２４およびフェルール７１０に関する製造およびアセンブリの許容誤差は極めて小さい。フェルール７１０は、７０容量パーセントを超えるシリカ粒子を含む熱硬化性又は熱可塑性ポリマー材料で成形されていてもよい。上述のような材料により、熱膨張係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）が小さく、寸法の安定性を有する部材が生成される。寸法精度は、キャビティ数の少ない小さいモールドを用いることで更に向上可能である。場合によっては、１個取りのモールドを用いてもよい。

具体的な実施形態において、プラスチック製レンズアレイ７２０は、８５０ｎｍの波長を有する光に対して屈折率１．５０５を有する光学ポリマーで成形してもよい。レンズアレイ７２０の室温における寸法精度はフェルール７１０と同等である。しかしながら、レンズアレイ７２０は光学的に透明且つ内部インターフェース無しで構成しなければならないため、ＣＴＥを低減させるようなフィラー材料の使用は実用的ではないかもしれない。したがって、典型的な温度範囲である０〜８５°を超える温度では、レンズアレイ７２０の熱膨張は約１０倍になり、フェルール７１０が収縮する可能性がある。幸い、ガイドピン７１２は熱的に安定なフェルール材料内に固定されるため、ガイドピン７１２の移動は制限され、ガイドピン７１２は熱で誘導されるレンズアレイ７２０の移動に対していくらかの抵抗を与える。本発明の実施例においては、このレンズ素子およびファイバ間の相対的な移動が、５μｍを超えるミスアライメントを更に発生させることはない。

図８Ａおよび８Ｂは、近接自由空間インターコネクトを用いた、略同一面上に設けられたプリント基板８１０および８２０の端部間の通信を示す。図８Ａにおいて、プリント基板８１０は動作位置に位置しており、例えば、シャーシ（図示せず）に挿入されていてもよい。コネクタ８１６は、プリント基板８１０の端部に取り付けられているスタンドオフ８１８上に装着される。スタンドオフ８１８はコネクタ８１６を保持しているが、自動アライメントのために、コネクタ８１６にＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動、回転角、および２個の傾斜角について十分な自由度および範囲を与える。柔軟性を有する光媒体（図示せず）がスタンドオフ８１８を通過するように設けられ、コネクタ８１６および基板８１０上の光送受信器（図示せず）間に光ファイバ又はその他の導波路を提供する。

図８Ａに示すプリント基板８２０は、例えばプリント基板８１０が接続されるシャーシにプリント基板８２０を挿入することにより、その動作位置にできる状態となる。コネクタ８２６は、プリント基板８２０の端部に接続されるスタンドオフ８２８に装着される。スタンドオフ８２８はコネクタ８２６を保持するが、コネクタ８１６への自動アライメントのために、コネクタ８２６にＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動、回転角、および２個の傾斜角について十分な自由度および範囲を与える。柔軟性を有する光媒体（図示せず）がスタンドオフ８２８を通過するように設けられ、コネクタ８２６および基板８２０上の光送受信器（図示せず）間に光ファイバ又はその他の導波路を提供する。

図８Ｂに示すように、プリント基板８２０を動作位置に挿入することにより、プリント基板８２０のコネクタ８２６がプリント基板８１０のコネクタ８１６に近接する。近接すると、引力がコネクタ８１６および８２６を引寄せ、これによりコネクタ８１６および８２６上のアライメント形状が嵌合し、コネクタ８１６および８２６が自動アライメントされて、光信号が送信される。上述したように、コネクタ８１６および８２６をアライメントする引力は、コネクタ８１６および８２６の一方もしくは両方にある磁石により発生させてもよい。

本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、説明は本発明の実施例に過ぎず、限定を意図するものではない。特に、本発明の具体的な実施形態は、特定の方向性を有するプリント基板又はその他の電気システムで説明した。しかしながら、光インターコネクトは、適切なコネクタを近接させて光チャネルを自動アライメントすることが可能なその他のシステム内で同様に構築されてもよい。開示した実施形態の特徴に様々なその他の変更を加えたり、組合せたりすることは、以下の特許請求の範囲により定められる本発明の範囲に含まれるものとする。

Claims (15)

1. 柔軟性を有し、複数の光信号を誘導可能な第１の光媒体（２１０）と、
   前記第１の光媒体（２１０）に光学的に接続され、第１のアライメント形状（２２４）を有し、前記光信号に複数の第１の経路（２２２）を提供する第１のコネクタ（２２０）と、
   第２のアライメント形状（２４４）を有し、前記光信号に複数の第２の経路（２４２）を提供する第２のコネクタ（２４０）と、
   前記第１のコネクタ（２２０）が前記第２のコネクタ（２４０）に近接するとき前記第１のコネクタ（２２０）および前記第２のコネクタ（２４０）を結合する機構（２２６）とを備え、
   前記第１のアライメント形状（２２４）は、前記第２のアライメント形状（２４４）に嵌合し、前記第１のコネクタ（２２０）および前記第２のコネクタ（２４０）が相互に向き合うように移動すると前記第１のコネクタ（２２０）および前記第２のコネクタ（２４０）のうち少なくとも一方が他方のコネクタを移動させるよう成形され、
   前記第１のアライメント形状（２２４）および前記第２のアライメント形状（２４４）は、前記第１の経路（２２２）が前記第２の経路（２４２）にアライメントされる着座位置を有することを特徴とする、システム。
2. 前記第１の光媒体（２１０）に接続されて前記光信号を発光する発光器（１１４）が実装される表面を有する第１の電子装置（１１０）と、
   受光器（１１８）が実装され、前記第１の電子装置（１１０）の前記表面に略平行な表面を有する第２の電子装置（１１０）と、
   前記第２のコネクタ（２４０）と前記受光器（１１８）との間で前記光信号を搬送するために接続される第２の光媒体（１４８）とを更に備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の電子装置（１１０）および前記第２の電子装置（１１０）はシャーシ（１２０）に実装されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第１の電子装置（１１０）および前記第２の電子装置（１１０）の各々はプリント基板を備えることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のシステム。
5. 前記機構は、前記第１のコネクタ（２２０）および前記第２のコネクタ（２４０）のうち少なくとも一方に実装される電磁石又は永久磁石（２２６）を備えることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記機構は、前記第１のコネクタ（２２０）が取り付けられるばねユニットを備えることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記機構は、
   前記第１のコネクタ（５２０）がばねで取り付けられる第１のユニット（５１０）と、
   前記第２のコネクタ（５４０）がばねで取り付けられる第２のユニット（５３０）とを含むラッチシステムを更に備え、
   ばねマウンティング（５１２および５３２）が前記第１のコネクタ（５２０）と前記第２のコネクタ（５４０）とを結合させる構成において、前記第１のユニット（５１０）および前記第２のユニット（５３０）が相互にラッチするよう成形されていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記光信号が伝搬し、前記第１の光媒体（２１０）と自由空間ギャップ（２３０）との間に配置される複数のレンズ（２２８）を更に備えることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記アライメント形状（２２４）は球、先細形状の円錐、および丸みを付けた円錐からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記第１のコネクタ（２２０）と前記第２のコネクタ（２４０）とが嵌合するまで、前記第１のコネクタ（２２０）と前記第２のコネクタ（２４０）のｘ、ｙ、ｚ方向相対運動、回転および傾斜を許容して、前記第１のコネクタ（２２０）と前記第２のコネクタ（２４０）を規制するマウンティング構造（１４５）を前記機構が更に備えることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記第１の光媒体（２１０）は、シングルモード又はマルチモードのプラスチック製ファイバ、ガラス製ファイバ、ナノ構造を有するファイバ、又はポリマー導波路を備えることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記システムはコンピュータサーバであることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のシステム。
13. 第１の光媒体（２１０）に光学的に接続される第１のコネクタ（２２０）に第１のアライメント形状（２２４）を設けることと、
    第２のコネクタ（２４０）に前記第１のアライメント形状（２２４）を設けることと、
    前記第１のコネクタ（２２０）を押して前記第２のコネクタ（２４０）に接触させる機構を駆動させることとを有し、
    前記第２のアライメント形状（２４４）は前記第１のアライメント形状（２２４）と嵌合するよう成形され、
    前記第１のコネクタ（２２０）が前記第２のコネクタ（２４０）と接触するとき、前記第１のアライメント形状（２２４）が前記第２のアライメント形状（２４４）に嵌合して、前記第１のコネクタ（２２０）を前記第２のコネクタ（２４０）に対して移動させ、前記第１のコネクタ（２２０）を貫通する光学経路（２２２）が前記第２のコネクタ（２４０）を貫通する光学経路（２４０）とアライメントすることを特徴とする、光インターコネクトの構築方法。
14. 前記機構を駆動させることは、前記第１のコネクタ（２２０）上の磁石（２２６）が前記第１のコネクタ（２２０）を前記第２のコネクタ（２４０）に引寄せるよう、前記第１のコネクタ（２２０）を前記第２のコネクタ（２４０）に十分に近接させることを有することを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
15. 前記機構を駆動させることは、更に、前記第１のコネクタ（２２０）が接続される第１の電子装置（１１０）を、第２の電子装置（１１０）が接続されるシャーシ（１２０）に設けられたスロットに挿入することを有し、
    前記第２のコネクタ（２４０）が前記第２の電子装置（１１０）に接続され、前記第１の電子装置（１１０）が前記シャーシ（１２０）に挿入されることにより前記第１のコネクタ（２２０）を前記第２のコネクタ（２４０）に近接させて前記機構を駆動させることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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