JP2011520381A - 双方向データ送信用のアレイ、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】双方向データ送信用のアレイ、システム、及び方法を提供する。
【解決手段】双方向データ送信用のシステムは、第１のサブシステムに結合された第１のアレイ及び第２のサブシステムに結合された第２のアレイを備える。第１のアレイは、自由空間を通じて送信される第１の光信号を生成する第１の複数の送信機、及び第１の複数の受信機を含む。第２のアレイは、自由空間を通じて第１の複数の受信機へ送信される第２の光信号を生成する第２の複数の送信機、及び第１の光信号を受信するように構成された第２の複数の受信機を含む。像形成装置が、第１のアレイと第２のアレイとの間に動作可能に位置付けられ、第１の複数の送信機の像を第２の複数の受信機上に形成することと、第２の複数の送信機の像を第１の複数の受信機上に形成することとを同時に行うように構成される。
【選択図】図５Ｃ

Description

本開示は、包括的には、双方向データ送信用のアレイ、システム、及び方法に関する。

サーバシステム等の多くの通信システムは、高データレートの信号送信が可能である。
ブレードを使用するサーバシステム（例えば、サーバブレード及びストレージブレード）では、ブレードは、冷却ファン、電源、及び筐体管理等のシステムコンポーネントを共有することができる。
これらのシステムコンポーネントのすべては、密閉されたエリアに実装される。
このようなシステムは、一般に、ブレード間の通信用に高データレート通信チャネルを提供する。
このようなチャネルが利用可能であるとき、ブレードは、共に機能することができ、所望のデータの記憶、処理、及び通信を提供することができる。

高データ送信レートを提供するために、データチャネルは、高周波数の電気信号を利用する。
このような高周波数発振は、送信中にタイミングノイズ及び振幅ノイズを受ける。
これらのノイズは、インピーダンス及び伝播遅延の不完全な制御だけでなく、他のソースからのノイズの注入にも起因する。
加えて、銅線を通じた高周波数の送信は、本来的に問題があり、その結果、単位送信長当たりの信号減衰が急速になる。
光シグナリングを使用することによって、これらの問題の多くが巧みに回避される。
しかしながら、ガイドされる光シグナリングは、複雑な導波路及び／又は束ねていない光ケーブル若しくは光リボンを含む場合がある。
自由空間光シグナリングでは、電気信号に関連したインピーダンス及びノイズの問題が低減又は除去される傾向があり、また、導波路又は光ケーブルの必要性も回避される。
一般に、機械的振動及び熱駆動される動作／位置シフトを受け得る環境では、自由空間光データチャネルを使用することによって、光送信機と光受信機との正確な位置合わせが必要とされる。

本開示の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び図面を参照することによって明らかになる。
図面において、同様の参照符号は、場合によっては同一ではないが、同じ又は類似のコンポーネントに対応する。
簡潔にするために、前に説明した機能を有する参照符号は、それらの参照符号が現れる後続の図面に関して説明される場合もあるし説明されない場合もある。

サーバシステムの一実施形態の半概略的な斜視図である。 放出器のレイヤを示す図である。 受信機／検出器のレイヤを示す図である。 放出器のレイヤ及び受信機／検出器のレイヤを組み込んだアレイを示す図である。 アレイのさまざまな実施形態を形成するのに使用される形状保存変換技法を示す図である。 アレイのさまざまな実施形態を形成するのに使用される形状保存変換技法を示す図である。 アレイのさまざまな実施形態を形成するのに使用される形状保存変換技法を示す図である。 アレイの１つのセット及び対応する光学機器の一実施形態の概略図であり、各アレイの表面は送信機及び受信機を示すように描かれている。 光学機器によって適用された変換の結果としての送信機の、対応する受信機へのマッピングを示す数字のラベルを含む図２Ａに示す実施形態の概略図である。 アレイ及び対応する光学機器のそれぞれの例を示す図であり、各アレイの表面は送信機及び受信機を示すように描かれている。 アレイ及び対応する光学機器のそれぞれの例を示す図であり、各アレイの表面は送信機及び受信機を示すように描かれている。 アレイ及び対応する光学機器のそれぞれの例を示す図であり、各アレイの表面は送信機及び受信機を示すように描かれている。 アレイ及び対応する光学機器のそれぞれの例を示す図であり、各アレイの表面は送信機及び受信機を示すように描かれている。 サーバシステムの一実施形態の概略的な部分的斜視図である。 レンズが移動されるか又は位置合わ不良にあるときに像がどのように移動されるのかの一例を示す図である。 レンズが移動されるか又は位置合わせ不良にあるときに像がどのように移動されるのかの一例を示す図である。 レンズが移動されるか又は位置合わせ不良にあるときに像がどのように移動されるのかの一例を示す図である。 アレイのセットと光学機器との間の双方向データフローの一実施形態の概略図である。

本明細書で開示するシステム及び方法の実施形態は、単一のチップと動作可能に集積された送信機及び受信機を有するアレイを有利に含む。
したがって、アレイのセット及び対応する像形成装置（複数可）が、システム内で双方向のデータフローを有利に達成する。
特定のセットにおいて、光信号のすべてが、同じ集光光学素子を並行して通過する。
したがって、像形成装置は、一方のアレイの送信機の像を他方のアレイの対応する受信機上に形成することができる。
データは、双方の方向で同時にフローすることが理解されるべきである。

さらに、いくつかの実施形態では、テレセントリック光学系を組み込むことによって、アレイ間の或る範囲の分離間隔及び平行移動シフトについて、像の歪が有利に回避され、送信機の像を、対応する受信機／検出器の光感知エリア上に保つ許容範囲が有利に提供される。
動的位置合わせ制御システムは、光学素子を移動させて、各送信機の像を光軸に垂直にシフトさせ、通信チャネルが維持される環境に存在し得る振動及び熱駆動される位置シフトに関わらず通信チャネルを位置合わせされた状態に保つ。

次に図１を参照して、サーバシステム１００の一実施形態が示されている。
サーバシステム１００は、共有バックプレーン１１２上に実装されたブレード１１０を含む。
追加のコンポーネント１１４（その非限定的な例には、電源変圧器及び冷却ファンが含まれる）も、バックプレーン１１２に接続することができる。
このアセンブリ全体は、共有筐体１１６（想像線で図示）に収容することができることが理解されるべきである。
ユーザインターフェース及び外部接続用のソケットは、共有筐体１１６を通じて提供することができることもさらに理解されるべきである。

一実施形態では、システム１００のブレード１１０は実質的に同一であり、別の実施形態では、ブレード１１０の１つ又は複数は異なる機能（複数可）を実行するように構成される。
例えば、いくつかのブレード１１０はサーバブレードとすることができる一方、他のブレードはストレージブレードである。
各ブレード１１０は、ブレード１１０の特定の機能（複数可）を実施する１つ又は複数のサブシステム１１８を含む。
サブシステム１１８は、例えば、プリント回路基板上にコンポーネントを実装するのに使用されるのと同様の技法を使用して各ブレード１１０の一方の側又は双方の側に実装することができることが理解されるべきである。
サブシステム１１８は、ブレード１１０の内部に位置付けることもできる。
サブシステム１１８の非限定的な例には、ハードドライブ又は他のデータストレージサブシステム、及び従来のコンピュータコンポーネントを含むプロセッササブシステム（例えば、マイクロプロセッサ、メモリソケット、及び集積回路メモリ）が含まれる。

図１に示すように、各ブレード１１０は、１つ又は複数のアレイ１２０、１２０'を含む。
各アレイ１２０、１２０'は、複数の光送信機／放出器１２２、１２３（図２Ａ〜図２Ｃ並びに図４Ａ及び図４Ｂに図示）並びに複数の光受信機／検出器１２４、１２５（図２Ａ〜図２Ｃ並びに図４Ａ及び図４Ｂに図示）を含む。
アレイ１２０、１２０'のセット１２６は、各アレイ１２０、１２０'のそれぞれの送信機１２２、１２３と受信機１２４、１２５とが互いに向き合うように位置付けられた各アレイ１２０、１２０'の１つを含む。
一般に、セット１２６は、２つの隣接したブレード１１０の対向する表面上の２つのアレイ１２０、１２０'を含む。
例えば、図１に示すセット１２６は、ブレード１１０がバックプレーン１１２上に適切に実装されたときに、アレイ１２０が隣のブレード１１０上の対応するアレイ１２０'と名目的に位置合わせされるようにブレード１１０上に位置付けられた１つのアレイ１２０を含む。
それぞれのセット１２６の２つのアレイ１２０、１２０'は、一方のアレイ１２０の送信機１２２、１２３が他方のアレイ１２０'上の受信機１２４、１２５へ信号を送信することができ、また逆も同様であるように位置付けられることが理解されるべきである。

図１に示すシステム１００の配置は、このようなシステム１００の非限定的な一例であり、他の構成が可能であることが理解されるべきである。
例えば、追加のブレード１１０及び／又はセット１２６を組み込むことができる。

非限定的な一例では、セット１２６の対応するアレイ１２０、１２０'の間には約５ｃｍの自由空間が存在する場合がある。
セット１２６のアレイ１２０、１２０'の一方は、ブレード１１０の機械的実装の変動に少なくとも部分的に起因して、関連付けられたアレイ１２０'、１２０に対して約５００μｍ〜１０００μｍほどの平行移動位置合わせ不良及び最大約１．５度までの傾斜の角度位置合わせ不良を受ける場合があることが理解されるべきである。
さらに、セット１２６のアレイ１２０、１２０'の位置合わせは、製作許容範囲、熱駆動される位置シフト、及び／又は機械的振動（例えば、冷却ファン、ハードドライブ等の動作に起因したもの）に起因して、約４０μｍ〜５０μｍほどの変動及び最大±２度までの回転を受ける場合もある。

図２Ａ〜図２Ｃを参照して、送信機のサブアレイ又はレイヤ２００、検出器のサブアレイ又はレイヤ２０２、及びサブアレイ／レイヤ２００、２０２を単一のアレイ１２０、１２０'に集積したものがそれぞれ示されている。
図２Ｃは、アレイ１２０、１２０'の一方の送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成／レイアウトを示すこと、並びに、セット１２６の対応するアレイ１２０'、１２０上の送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成／レイアウトは、最初のアレイ１２０、１２０' のレイアウト及び選択された光学機器に少なくとも部分的に依存することが理解されるべきである。

図２Ａに示す送信機のサブアレイ２００は、送信機１２２、１２３のレイアウトの非限定的な一例を示す。
送信機１２２はデータ送信機であり、送信機１２３は位置情報の提供に専用化されたサーボ送信機である。
送信機１２２、１２３の非限定的な例には、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源又は放出器が含まれる。
送信機１２２、１２３は、例えば集積回路ダイ等の基板１２８（図２Ｃ参照）内又は基板１２８上に集積することができる。
各アレイ１２０、１２０'の各データ送信機１２２は、例えば約１０Ｇｂ／ｓの高データレートでの送信用にデータを符号化するように独立に変調することができるビーム１３０（図１に図示）を放出することができることが理解されるべきである。
各アレイ１２０、１２０'の各位置情報送信機又はサーボ送信機１２３は、データ送信機１２２よりも大きく低速であることもさらに理解されるべきである。
このようなサーボ送信機１２３は、変調される場合もあるし変調されない場合もある。

図２Ｂに示す検出器のサブアレイ２０２は、送信機のサブアレイ２００と集積されてアレイ１２０、１２０'（図２Ｃに図示）の一実施形態を形成することができる検出器１２４、１２５のレイアウトの非限定的な一例である。
受信機１２４、１２５の非限定的な例には、フォトダイオードが含まれる。
このようなフォトダイオードはそれぞれ、対応する送信機１２２から受信された信号のデータレートに従って選択されたサイズの光感知エリアを有する。
１０Ｇｂ／ｓ以上のデータレートの場合、光感知エリアの幅は、一般に、約４０μｍ幅未満である。

サブアレイ／レイヤ２００の送信機１２２、１２３及びサブアレイ／レイヤ２０２の受信機１２４、１２５は、基板１２８とモノリシックに集積することもできるし、シリコン光学プラットフォームを使用してハイブリッドパッケージングすることもできることが理解されるべきである。
モノリシック集積が使用されるとき、ＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードレイヤ２００、２０２は、例えばＧａＡｓウェハー上又はＳｉ／ＧａＡｓウェハー上といった基板１２８上に順次成長される。
一実施形態では、レイヤ２００の第１のセットはＶＣＳＥＬであり、レイヤ２０２の第２のセットはフォトダイオードである。
送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成は、この場合、フォトリソグラフィを使用して規定される。
フォトリソグラフィでは、化学エッチングプロセス及びドライエッチングプロセスが、電極を接続するための適切なレイヤを露出させるのに使用される。
シリコン光学プラットフォームが使用されるとき、ＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードをミクロン精度で取り付けることができるピットは、シリコンウェハー１２８内にエッチングされる。
電極は、シリコン光学プラットフォーム上に事前に形成され、ＶＣＳＥＬ及びフォトダイオードは、それらの電極にはんだバンプ、ワイヤボンディング、又は電気めっきされる。

一般に、単一のアレイ１２０、１２０'で使用される検出器１２４、１２５のレイアウトは、その同じアレイ１２０、１２０'の送信機１２２、１２３のレイアウトと同一とすることができる。
しかしながら、検出器１２４、１２５のレイアウトは、その構成の平面で形状保存変換を受けることができる。
このような形状保存変換の非限定的な例には、送信機レイアウトに対する受信機／検出器レイアウトの平行移動、送信機レイアウトに対する検出器レイアウトの回転、送信機レイアウトに対する検出器レイアウトの反転（すなわち、１８０度の回転）、送信機レイアウトに対する検出器レイアウトの鏡像化、又はそれらの組み合わせが含まれる。
図２Ａ及び図２Ｂに示す実施形態では、サブアレイ２０２の検出器１２４、１２５のレイアウトは、サブアレイ２００の送信機１２２、１２３のレイアウトを反転させたもの、すなわち１８０度回転させたものである。

単一のアレイ１２０、１２０'での使用に適した送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５のレイアウトの他の非限定的な例は、図３Ａ〜図３Ｃに示されている。
これらの図のそれぞれには、１つ又は複数の形状保存変換が示されている。
本明細書で開示する形状保存変換のすべてにおいて、たとえ検出器１２４、１２５のレイアウトが送信機１２２、１２３のレイアウトに対して移動又は回転されても、それぞれの検出器１２４、１２５間の相対的な位置付けは不変のままであることが理解されるべきである。
図３Ａは、送信機１２２、１２３に対する検出器１２４、１２５の平行移動を示し、図３Ｂは、送信機１２２、１２３に対する検出器１２４、１２５の平行移動及び回転を示し、図３Ｃは、送信機１２２、１２３に対する検出器１２４、１２５の平行移動及び鏡像化を示す。
前述したように、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成／レイアウトは、単一のアレイ１２０、１２０'上に集積され、対応するアレイ１２０、１２０'上の送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成／レイアウトは、最初のアレイ１２０、１２０' のレイアウト及びアレイ１２０、１２０'間で選択された光学機器に少なくとも部分的に依存する。

アレイ１２０、１２０'のセット１２６の間の像形成装置（１３４（図１、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａ〜図５Ｄ、図６、及び図８に図示）及び１３６（図１、図５Ｂ〜図５Ｄ、図６、及び図８に図示）のラベルが付けられている）は、望ましい像がアレイ１２０、１２０'のそれぞれに形成されるように選択される。
選択された像形成装置１３４、１３６は、アレイ１２０、１２０'の送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５の構成に少なくとも部分的に依存して、反転光学機器又は非反転光学機器とすることができる。
非反転光学機器は、奇数個の中間像を有する光学機器である。
非限定的な一例では、非反転光学機器は、アレイ１２０又は１２０'の一方が１８０度回転されることを除いて、図４Ａに示す送信機／検出器のレイアウトを有するアレイ１２０、１２０'を含むセット１２６で使用することができる。
反転光学機器の例には、ダブプリズム又はそれらの類似のもの（その非限定的な例は、参照により本明細書に全体が援用される、２００８年４月２日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２００８／００４６３２号に記載されている）が含まれる。
非限定的な一例では、反転光学機器は、同じ送信機／検出器のレイアウトを有するアレイ１２０、１２０'を含むセット１２６で使用することができる。

次に図４Ａを参照して、対応する像形成装置１３４が間に位置付けられたアレイ１２０、１２０'のセット１２６の非限定的な一例が示されている。
図４Ａは、アレイ１２０、１２０'のそれぞれの正面図を示すが、システム１００では、それぞれのアレイ１２０、１２０'の送信機１２２、１２３及び受信機１２４、１２５は互いに向き合っていることが理解されるべきである。

この実施形態では、対応するアレイ１２０、１２０'は、Ｙ軸に関して互いに鏡像であり、光軸ＯＡは、各アレイ１２０、１２０'の中心及び像形成装置１３４の中心と一致する。

図４Ａに示す実施形態では、像形成装置１３４は、アレイ１２０、１２０'の間に位置付けられた単一のレンズ１４０を含む。
この実施形態では、送信機／検出器のレイアウトの構成に反転光学機器が必要とされる。
したがって、レンズ１４０は、送信機１２２、１２３から対応する受信機１２４、１２５へのそれぞれの光信号を反転するように構成される。
光子は、実質的に干渉なしで同じ空間を通過することが理解されるべきである。
図４Ａの送信機１２２、１２３及び受信機１２４、１２５のいくつかは、どの送信機１２２、１２３がどの受信機１２４、１２５と対応するのかを示すためにさらにラベルが付けられている。
例えば、アレイ１２０の送信機１−１、１−２、１−３、及び１−４は、アレイ１２０'の受信機１−１、１−２、１−３、１−４によって受信される信号を送信する。
各送信機１２３、１２４と、対応する受信機１２４、１２５とのマッピングは、図４Ｂ（以下でさらに詳細に論述）に示される。

図４Ａに示すように、各アレイ１２０、１２０'は、位置合わせのためにサーボ送信機１２３と組み合わせて使用される１つ又は複数の位置／ロケーション検出器１２５を含むことができる。
各位置／ロケーション検出器１２５は、光感知エリア又は象限Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを有する４つのフォトダイオードを含むことができる。
位置合わせプロセスの間、一方のアレイ１２０のサーボ送信機１２３は、他方のアレイ１２０'の１つの位置／ロケーション検出器１２５と対にされ、対応する検出器１２５をそれぞれ中心とするように意図された比較的広い断面のビームを放出する。
非限定的な一例として、図４Ａでは、アレイ１２０の送信機１２３、１−１は、このようなビームをアレイ１２０'の検出器１２５、１−１へ放出するように構成される。
サーボ送信機１２３及び位置／ロケーション検出器１２５は、いずれか一方のアレイ１２０、１２０'上に配置することもできるし、共に１つのアレイ１２０、１２０'上に配置することもできることが理解されるべきである。
いずれか一方のアレイ１２０、１２０'上に対向する対として配置されたサーボ送信機１２３及び位置検出器１２５の２つの対を利用して、相対的なＸ、Ｙ、及び回転位置合わせ（光軸の周りの回転）を求めることができる。
約１．５度よりも大きな回転位置合わせ不良を補償するには、一般に、追加の像回転コンポーネントが必要とされる。
アレイ１２０、１２０'の位置合わせ不良は、それぞれの検出器１２５の象限Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤで受信される光出力又は強度の比から求めることができる。
非限定的な一例として、望ましい位置合わせは、それぞれの検出器１２５の４つの象限Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのそれぞれが同じ量の出力を受信する構成に対応することができる。
さらに、サーボ制御システムは、アレイ１２０、１２０'が回転して位置合わせされているとき（すなわち、双方の検出器１２５のすべての象限Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤで受信される出力の比が等しいとき）も検出することができ、したがって、形成された像をシフトする必要があるとき（すなわち、いずれかの検出器１２５の４つの象限Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤで受信された出力が等しくないとき）も検出することができる。

次に図４Ｂを参照して、図４Ａの実施形態の送信機１２２、１２３、及びそれらの対応する受信機１２４、１２５の完全なマッピングが示されている。
このマッピングは、数字ラベル１〜３２によって示されている。
対応する送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５は同じ符号でラベル付けされていることが理解されるべきである。
同じ符号を有する送信機１２２、１２３及び検出器１２４、１２５は、単一のチャネル対を形成する。
図４Ｂに示す非限定的な例では、３２個のチャネル対があり、各方向に１６個の送信信号がある。
これらのそれぞれのチャネルは、２８個のデータチャネルと４つのサーボ／位置チャネルとに分割される。
アレイ１２０、１２０'における送信機１２２、１２３間の距離（ピッチ）及び検出器１２４、１２５間の距離（ピッチ）を低減することによって、又はアレイ１２０、１２０'のサイズを増加させることによって、より多くのチャネルを追加することができることが理解されるべきである。
アレイのサイズは、アレイが含まれることになる光結像システム１００によって制限を受ける。
総チャネル数に関係なく、サーボ／位置チャネル数は４つ以下が望ましいことがさらに理解されるべきである。

一方のアレイ１２０'は、一般に、他方のアレイ１２０に対して拡大縮小されることが理解されるべきである。
ここで、拡大縮小率は、像形成装置１３４、１３６の倍率に等しい。
したがって、アレイ１２０の１つにおける素子間（すなわち、送信機１２２、１２３間及び検出器１２４、１２５間）の間隔は、像形成装置１３４、１３６の倍率に少なくとも部分的に依存して、対応するアレイ１２０'の素子間の間隔と等しい場合もあるし、異なる場合もある。
例えば、像形成装置１３４、１３６の倍率が１に等しいとき、それぞれのアレイ１２０、１２０'上の素子の間隔は同等である。
一般に、対応するアレイ１２０'上の素子の間隔は、アレイ１２０上の素子間の間隔の「Ｍ」倍に等しい。
ここで、Ｍ＝光学倍率である。

一実施形態では、システム１００は、セット１２６のアレイ１２０、１２０'間に位置付けられた単一の像形成装置１３４を含む。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、像形成装置１３４は単一のレンズ１４０を含む。
このレンズ１４０は、セット１２６の双方のアレイ１２０、１２０'から放出された１つ又は複数の光信号が該レンズ１４０を通じて送信されるように位置付けられかつ構成される。
この実施形態では、像形成装置１３４は、動的であり、アレイ１２０、１２０'の送信機１２２、１２３からのビーム１３０の方向又は位置を調整することができるように光学素子を移動させることができる実装部を含む。

像形成装置１３４は、望ましい像を達成するために、ミラー及び／又は他の像形成系（例えば図１及び図６〜図８に示す例えば像形成装置１３６）と共に使用することができる。
図５Ａ〜図５Ｄは、アレイ１２０、１２０'のセット１２６及び対応する像形成装置１３４、１３６のそれぞれの例を示す。

図５Ａは、像形成装置１３４としての単一のレンズ１４０及び同じ送信機／検出器レイアウトを有するアレイ１２０、１２０'を有する比較的単純なセット１２６を示す。
図５Ｂも、２つの像形成装置１３４、１３６を有する比較的単純なセット１２６を示す。
像形成装置１３４、１３６のそれぞれは、レンズ１４０、１５０を含む。
レンズ１４０、１５０は非反転であり、したがって、アレイ１２０、１２０'は同じ送信機／検出器レイアウトを有する。

図５Ｃは、一方のアレイ１２０'が他方のアレイ１２０の鏡像であるアレイ１２０、１２０'のセット１２６（図４Ａ及び図４Ｂに示すアレイ１２０、１２０'の実施形態と同様）を示す。
中継レンズ１４０、１５０は、それぞれの像を反転する。

図５Ｄは、ミラー１６２が像形成装置１３４、１３６と共に使用される非限定的な一例を示す。
奇数個のミラー１６２は、送信されたそれぞれの信号の鏡像を作成することが理解されるべきである。
したがって、一方のアレイ１２０'が他方のアレイ１２０の鏡像であるアレイ１２０、１２０'のセット１２６がこの実施形態で使用される。

再び図１を参照して、前述したように、２つの像形成装置１３４、１３６を使用することができる。
図１に示すように、像形成装置１３４は、アレイ１２０に隣接して位置付けることができ、他方の像形成装置１３６は、アレイ１２０'に隣接して位置付けることができる。
この実施形態では、各装置１３４、１３６の光学素子の少なくともいくつかは、アレイ１２０、１２０'間で送信されるすべての光信号によって共有されるテレセントリックレンズの一部を成すことが理解されるべきである。
像形成装置１３４、１３６のそれぞれは、動的であり、アレイ１２０、１２０'の送信機１２２、１２３からのビーム１３０の方向又は位置を調整することができるように光学素子を移動させることができる１つ又は複数の実装部を含む。

信号送信は双方向であるので、テレセントリックレンズは、像側も物体側もテレセントリックであり、光信号を受信するように構成されたアレイ１２０、１２０'の受信機１２４、１２５上に像を形成することが理解されるべきである。
この実施形態の一対の装置１３４、１３６によって提供されるテレセントリシティによって、アレイ１２０、１２０'間の光通信チャネルは、アレイ１２０、１２０'間の分離間隔の変動を許容するものとなる。
すなわち、テレセントリックレンズの光軸に沿った移動に対して許容性がある。

像形成装置１３４及び／又は像形成装置１３６の制御システムは、該装置１３４、１３６に関連付けられた１つ又は複数の光学素子の位置を調整するように動作される。
ブレード１１０間に確立された任意の確立済み通信を使用して像形成装置１３４、１３６の動的な動作を調和させ、例えば、受信機として働くアレイ１２０、１２０'から対応する像形成装置１３４、１３６のサーボ制御システムへ位置合わせデータを送信することができることが理解されるべきである。
位置合わせデータは、より低いデータレートの電気チャネルで搬送することもできるし、ブレード１１０間の任意の光チャネル上でデータの一部として搬送することもできることがさらに理解されるべきである。

図６は、図１のシステム１００のいくつかのコンポーネントを示す。
図示するように、図６に示すシステム１００は、アレイ１２０、１２０'を含む。
これらのアレイ１２０、１２０'のそれぞれは、そのそれぞれの像形成装置１３４、１３６に関連付けられている。
この実施形態では、像形成装置１３４は、アクティブ／動的実装部１４２に保持されたレンズ１４０を含む。
動的実装部１４２は、制御システム１４４によって制御される。
制御システム１４４は、光データチャネルの動作中にレンズ１４０をどのように移動させるのかを決定する。
同様に、他方の像形成装置１３６も、アクティブ／動的実装部１５２に保持されたレンズ１５０を含む。
動的実装部１５２は、制御システム１５４によって制御される。
制御システム１５４は、自身に関連付けられたレンズ１５０をどのように移動させるのかを決定する。
アレイ１２０、１２０'が回転して位置合わせされるとき、制御システム１４４、１５４は、さまざまな光学素子１４０、１５０を移動させて、光通信の位置合わせを維持する。
各レンズ１４２、１５２は２度の動作自由度を有することが理解されるべきである。

図６に示す実施形態では、像形成装置１３４、１３６は、（一方のアレイ１２０、１２０'の）データ送信機１２２の像を、（他方のアレイ１２０'、１２０の）対応する受信機１２４の平面に形成するテレセントリックレンズとして共に働く。
適切な位置合わせ及び像形成装置１３４、１３６によって、光信号を送信している光源１２２が、このような信号を受信するように構成されたアレイ１２０、１２０'の検出器１２４と一致するように、一方のアレイ１２０、１２０'の送信機１２２の像は、対応するアレイ１２０'、１２０上に形成される。
組み合わされた像形成装置１３４、１３６はそれぞれのアレイ１２０'、１２０の像を反転するので、図６は、それぞれのアレイ１２０、１２０'の検出器１２４のパターンが、対応するそれぞれのアレイ１２０'、１２０の光源１２２のパターンに対して反転される一例を示す。

少なくとも部分的には、組み合わされた光学系がダブルテレセントリックであるという理由から、送信された像のサイズ及び倍率は、アレイ１２０、１２０'間の分離間隔と共に大きく変化することはないことが理解されるべきである。
したがって、振動又は熱変化によって、アレイ１２０、１２０'の一方が図６のＺ方向に移動する場合に、送信される像のサイズは変化しない。
さらに、１の倍率を有するテレセントリック系は、例えば場の歪等、多くのタイプの歪が実質的にない。
その結果、照射されたエリアのサイズ及び間隔は一定のままであり、それぞれの像の中心がそれぞれの受信アレイ１２０、１２０'の中心に集中したままである限り、複数のチャネルは位置合わせされたままである。
コマ収差又は他の歪が存在しないこと又は低減されることによって、或る光信号からの光が別の光信号の検出器内へ漏出することにより引き起こされるクロストークが低減されると考えられる。
ノイズ及びクロストークをさらに減少させるために、開口部１５６を像形成装置１３４、１３６間に挿入することができ、例えば、像形成装置１３４の焦点効果が光信号を交差させる箇所等に挿入することができる。
追加の開口部（図示せず）をさらに又は代替的に、それぞれのアレイ１２０、１２０'の検出器１２４、１２５付近にそれぞれ設けることもできる。

さらにまた、セット１２６のアレイ１２０、１２０'の一方又は双方の表面の状態を、それぞれの送信機１２２、１２３からのオフセット放出を吸収するように調整することによって、迷光及びクロストークをさらに低減することができる。

実装部１４２、１５２は、光学素子１４０、１５０の１つ又は複数を移動させて、アレイ１２０、１２０'のそれぞれの光軸を位置合わせする。
一実施形態では、実装部（複数可）１４２、１５２は、系の光軸に実質的に垂直な平面、例えば図６のＸ−Ｙ平面においてレンズ１４０、１５０をシフト及び／又は傾斜させることができる機械的構造を含む。

図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃは、レンズ１４０、１５０の一方又は双方をシフトさせることによって、送信された像のロケーションがどのようにシフトされるのかを示す。
図７Ａは、レンズ１４０、１５０が、物体１５８の中心を通過する共有光軸を有する構成を示す。
レンズ１４０、１５０の組み合わせによって形成された像１６０も、レンズ１４０、１５０の共有光軸を中心としている。
レンズ１４０、１５０がそれらの光軸に垂直に平行移動されるとき、像１５８は、レンズ１４０、１５０間の分離間隔に垂直に平行移動される。
非限定的な例として、図７Ｂに示すように、双方のレンズ１４０、１５０は、それらの光軸が位置合わせされた状態で物体１５８'の下端を通るように、等しい量だけ下方にシフトされている。
結果として得られる像１６０'は、図７Ａに示す像１６０に対して下方にシフトされる。
したがって、物体１５８が、レンズ１４０、１５０の光軸から量Δｏだけオフセットされた場合、像１６０は、対応する距離Δｉ＝ＭΔｏだけシフトされる。
ここで、Ｍは、レンズ１４０、１５０を含む像形成装置の倍率である。
部分的には物体１５８からの主光線は像面に垂直であるという理由から、このようなシフトが起こったとき、テレセントリック系は像の歪を最小にする。

図７Ｃは、一方のコンポーネントレンズ１４０が他方のレンズ１５０から軸外となることの効果を示す。
コンポーネントレンズ１４０、１５０の相対オフセットにより、像１６０"はＸ−Ｙ平面において物体１５８"に対してシフトされる。
この効果は、像１５８"と、送信された光信号を受信するのに使用されるアレイ１２０、１２０'の受信機１２４のロケーションとの位置合わせを訂正するのに使用することができることが理解されるべきである。
例えば、送信機１２２及び受信機１２４の角度位置合わせ不良によって、像１６０（図７Ａ）がアレイ１２０、１２０'からオフセットされた場合、レンズ１４０、１５０をアレイ１２０、１２０'に対してシフトさせて、像１６０を望ましい位置合わせされた位置にシフトさせることができる。

サーボメカニズムも、本明細書で開示した実施形態で用いることができることが理解されるべきである。
制御システム１４４、１５４は、閉ループサーボ制御を用いて、あらゆる位置合わせ不良を電子的に測定及び修正することができる。
一実施形態では、通信チャネル又は別個の位置合わせチャネルで受信された光出力を監視して、システム１００が位置合わせ不良にあるのか否か及び修正が必要とされるか否かを判断することができる。

図８は、アレイ１２０、１２０'の或るセット１２６及び対応する像形成装置１３４、１３６の間の双方向データフローを示す。

いくつかの実施形態を詳細に説明してきたが、開示した実施形態を変更することができることは当業者に明らかである。
したがって、上記説明は、限定ではなく例示とみなされるべきである。

Claims (17)

1. 双方向データ送信用のシステムであって、
   第１のサブシステムに結合された第１のアレイであって、前記第１のアレイは、ｉ）自由空間を通じて送信される第１の光信号を生成する第１の複数の送信機、およびｉｉ）第１の複数の受信機を含む、第１のアレイと、
   第２のサブシステムに結合された第２のアレイであって、前記第２のアレイは、ｉ）自由空間を通じて前記第１の複数の受信機へ送信される第２の光信号を生成する第２の複数の送信機、およびｉｉ）前記第１の光信号を受信するように構成された第２の複数の受信機を含む、第２のアレイと、
   前記第１のアレイと前記第２のアレイとの間に動作可能に位置付けられ、前記第１の複数の送信機の像を前記第２の複数の受信機上に形成することと、前記第２の複数の送信機の像を前記第１の複数の受信機上に形成することとを同時に行うように構成された像形成装置と
   を備えるシステム。
2. 前記像形成装置は、前記第１のサブシステムに動作可能に接続された第１のレンズと、前記第２のサブシステムに動作可能に接続された第２のレンズとを含むテレセントリックレンズであり、
   前記第１のレンズおよび前記第２のレンズは、前記同時の双方向の送信を可能にするように独立に制御可能に構成される
   請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１のレンズを前記第１のサブシステムに取り付ける第１の実装系と、
   前記第２のレンズを前記第２のサブシステムに取り付ける第２の実装系と、
   前記第１の実装系または前記第２の実装系の少なくとも一方を動作させて、前記取り付けられたレンズを動的に移動させると共に前記第１の光信号および前記第２の光信号の双方向リンクを維持する閉ループ制御システムと
   をさらに備える請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのそれぞれは、前記閉ループ制御システムで使用されるサーボ検出器をさらに備える
   請求項３に記載のシステム。
5. 前記第１のアレイは前記第２のアレイの鏡像であり、
   前記像形成装置は、前記第１の複数の光信号および前記第２の複数の光信号を反転することができる
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記第１の複数の受信機のレイアウトは、前記第１の複数の送信機のレイアウトと同一であり、
   前記第１の複数の受信機の前記レイアウトは、前記第１の複数の送信機の前記レイアウトに対して平行移動、回転、反転、または鏡像化の少なくとも１つが行われ、
   前記第１の複数の送信機および前記第１の複数の受信機は、重ね合わされて前記第１のアレイを形成する
   請求項１に記載のシステム。
7. 前記第２のアレイは前記第１のアレイの鏡像である
   請求項６に記載のシステム。
8. 前記第２のアレイは、前記第１のアレイに対して拡大縮小され、拡大縮小率は前記像形成装置の倍率に等しい
   請求項１に記載のシステム。
9. 前記第１のアレイおよび前記第２のアレイのそれぞれは、それぞれの集積回路ダイを含み、
   前記第１の複数の送信機および前記第２の複数の送信機はそれぞれ、前記それぞれの集積回路ダイに製作されたＶＣＳＥＬを含み、
   前記第１の複数の受信機および前記第２の複数の受信機はそれぞれ、前記それぞれの集積回路ダイに含まれるフォトダイオードを含む
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記それぞれの第１の複数の送信機および第２の複数の送信機または前記それぞれの第１の複数の受信機および第２の複数の受信機によって占有されていない前記第１のアレイまたは前記第２のアレイの少なくとも一方の表面の状態は、前記それぞれの第１の複数の送信機および第２の複数の送信機からのオフセット放出を吸収するように調整され、それによって、前記アレイ間の迷光およびクロストークを低減する
    請求項１に記載のシステム。
11. 前記像形成装置は、非反転レンズおよび反転レンズから選択される
    請求項１に記載のシステム。
12. 第１のサブシステムと第２のサブシステムとの間でデータを送信するための方法であって、
    ｉ）第１の複数の光信号およびｉｉ）第２の複数の光信号の少なくともいくつか変調することであって、前記第１の複数の光信号については前記第１のサブシステムの第１のアレイを使用して変調し、前記第２の複数の光信号については前記第２のサブシステムの第２のアレイを使用して変調することと、
    ｉ）前記第１の複数の光信号を、前記第１のアレイの送信機から、前記第１のサブシステムと前記第２のサブシステムとの間に配置された像形成装置および自由空間を通じて前記第２のアレイの受信機へ送信し、それによって、前記第１の複数の送信機の像を前記第２のアレイ上に形成することと、ｉｉ）前記第２の複数の光信号を、前記第２のアレイの送信機から、前記第１のサブシステムと前記第２のサブシステムとの間に配置された前記像形成装置および前記自由空間を通じて前記第１のアレイの受信機へ送信し、それによって、前記第２の複数の送信機の像を前記第１のアレイ上に形成することとを同時に独立に行うことと、
    前記像形成装置の少なくとも１つの光学素子を制御することであって、前記それぞれの像を位置合わせする、制御することと
    を含む方法。
13. 前記少なくとも１つの光学素子を制御することは、その光軸に実質的に垂直な方向にレンズを移動させること、または前記レンズを傾斜させることの少なくとも一方を含む
    請求項１２に記載の方法。
14. 双方向データ送信システム用の集積アレイであって、
    基板と、
    前記基板と集積されると共に所定のレイアウトに構成された複数の送信機と、
    前記基板と集積されると共に、前記複数の送信機の前記所定のレイアウトの形状保存変換である第２の所定のレイアウトに構成された複数の受信機と、
    を備える集積アレイ。
15. 前記形状保存変換は、前記第１の複数の送信機の前記所定のレイアウトに対する平行移動、回転、反転、または鏡像化の少なくとも１つを含む
    請求項１４に記載の集積アレイ。
16. 前記複数の送信機および前記複数の受信機は前記基板上に重ね合わされる
    請求項１４に記載の集積アレイ。
17. 前記複数の送信機または前記複数の受信機よって占有されていない前記基板の表面の状態は、前記複数の送信機からのオフセット放出を吸収するように調整され、それによって、迷光を低減する
    請求項１４に記載の集積アレイ。

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