KR20110021862A

KR20110021862A - 양방향 데이터 송신을 위한 어레이, 시스템, 및 방법

Info

Publication number: KR20110021862A
Application number: KR1020107027530A
Authority: KR
Inventors: 후에이 페이 쿠오; 로버트 지. 웜슬리; 시-유안 왕
Original assignee: 휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2011-03-04
Also published as: JP5155444B2; JP2011520381A; KR101453946B1; CN102017466A; WO2009136924A1; DE112008003848T5; US20110058817A1; US8611758B2

Abstract

양방향 데이터 송신을 위한 시스템은 제1 서브시스템에 결합된 제1 어레이 및 제2 서브시스템에 결합된 제2 어레이를 포함한다. 제1 어레이는 자유 공간을 통해 송신되는 제1 광 신호를 발생시키는 제1 복수의 송신기 그리고 제1 복수의 수신기를 포함한다. 제2 어레이는 자유 공간을 통해 제1 복수의 수신기쪽으로 송신되는 제2 광 신호를 발생시키는 제2 복수의 송신기 그리고 제1 광 신호를 수신하도록 구성되는 제2 복수의 수신기를 포함한다. 이미지 형성 장치는 제1 어레이와 제2 어레이 사이에 동작 가능하게 배치되고 제2 복수의 수신기에서 제1 복수의 송신기에 대한 이미지와 제1 복수의 수신기에서 제2 복수의 송신기에 대한 이미지를 동시에 형성하도록 구성된다.

Description

양방향 데이터 송신을 위한 어레이, 시스템, 및 방법{ARRAYS, SYSTEM AND METHOD FOR BI-DIRECTIONAL DATA TRANSMISSION}

본 명세서는 일반적으로 양방향 데이터 송신을 위한 어레이, 시스템, 및 방법에 관한 것이다.

서버 시스템과 같은, 많은 통신 시스템은 높은 데이터 레이트의 신호 송신이 가능하다. 블레이드(blades;예를 들어, 서버 블레이드 및 스토리지 블레이드)를 사용하는 서버 시스템에서, 블레이드는, 냉각 팬, 전원, 및 인클로저 관리(enclosure management)와 같은, 시스템 컴포넌트를 공유할 수 있는데, 이들 모두는 인클로징된 영역(enclosed area)에 탑재된다. 그러한 시스템은 일반적으로 블레이드들 사이의 통신을 위해 높은 데이터 레이트의 통신 채널을 제공한다. 그러한 채널이 이용 가능할 때, 블레이드는 함께 동작하고, 원하는 데이터 스토리지, 프로세싱, 및 통신을 제공할 수 있다.

높은 데이터 송신 레이트를 제공하기 위해, 데이터 채널은 고주파수 전기 신호를 이용한다. 그러한 고주파수 진동은 송신 동안에 타이밍 및 진폭 잡음을 받게 되는데, 이는 임피던스 및 전파 지연의 불완전한 제어 뿐만 아니라 다른 소스로부터의 잡음 유입에 기인한다. 또한, 매 송신 길이 당 빠른 신호 감쇠를 초래하는, 구리 와이어를 통한 고주파수 송신은 본질적으로 문제의 소지가 있다. 광 시그널링의 사용이 이들 문제 중 많을 것을 회피할 수 있지만; 유도형 광 시그널링(guided optical signaling)은 복잡한 도파관 및/또는 루즈형 광 케이블(loose optical cable)이나 리본(ribbon)을 포함할 수 있다. 자유 공간 광 시그널링은 전기 신호와 연관된 임피던스와 잡음 문제를 감소시키거나 제거하는 경향이 있고, 도파관 또는 광 케이블에 대한 필요성도 방지한다. 일반적으로 자유 공간 광 데이터 채널의 사용은 기계적 진동과 열 구동 운동/위치 이동을 경험할 수 있는 환경에서 광 송신기 및 광 수신기의 정확한 정렬을 요구한다.

본 명세서의 실시예들의 특징 및 장점은, 유사한 참조 번호가 동일한 또는, 어쩌면 동일하지는 않겠지만, 유사한 컴포넌트에 해당하는 다음의 상세한 설명과 도면을 참조함으로써 명백해 질 것이다. 명료성을 위해, 전술한 기능을 갖는 참조 번호는 그 참조 번호가 나타나는 후속 도면과 관련하여 설명될 수도 또는 그렇지 않을 수도 있다.
도 1은 서버 시스템의 실시예의 반-개략적 투시도(semi-schematic perspective view)이고;
도 2a 내지 도 2c는 방출기 층, 수신기/검출기 층, 및 그러한 층들을 포함하는 어레이를 예시하며;
도 3a 내지 도 3c는 어레이의 다양한 실시예를 형성하는데 사용되는 강체 변환 기술(rigid-body transformation techniques)을 예시하고;
도 4a는, 각 어레이의 표면이 송신기 및 수신기를 예시하도록 도시되는, 어레이의 하나의 집합 및 대응하는 광학기기(optics)의 실시예의 개략도이며;
도 4b는, 광학기기에 의해 적용되는 변형의 결과로서 송신기의 해당 수신기로의 매핑을 예시하는 수치 라벨을 포함하는, 도 2a에 표시된 실시예의 개략도이고;
도 5a 내지 도 5d는, 각 어레이의 표면이 송신기 및 수신기를 예시하도록 도시되는, 어레이 및 대응하는 광학기기의 각각의 예를 도시하며;
도 6은 서버 시스템의 실시예의 개략적이고 부분적인 투시도이고;
도 7a 내지 도 7c는 렌즈가 움직이거나 오정렬될 때 어떻게 이미지가 이동되는지에 대한 상이한 실례를 예시하며;
도 8은 어레이의 집합과 광학기기 사이에서의 양방향 데이터 흐름의 실시예에 대한 개략도이다.

여기에서 개시되는 시스템 및 방법의 실시예는 단일 칩에 동작 가능하게 집적되는 송신기 및 수신기의 어레이를 포함한다는 장점이 있다. 그에 따라, 어레이의 집합 및 대응하는 이미지 형성 장치(들)는 시스템 내에서 양방향 데이터 흐름을 달성한다는 장점이 있다. 특정 집합에서, 광 신호 모두는 동일한 포커싱 광 소자를 평행하게 통과한다. 그에 따라, 이미지 형성 장치는 하나의 어레이의 송신기의 이미지를 다른 어레이의 대응하는 수신기에 형성할 수 있다. 데이터가 양방향으로 동시에 흐른다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

더 나아가, 일부 실시예에서, 텔레센트릭(telecentric) 광 시스템의 포함은 이미지 왜곡을 방지하고, 어레이 사이의 간격 및 병진 이동(translational shift)의 범위에 대해 대응하는 수신기/검출기의 감광성 영역에 대해 송신기의 이미지를 유지하는 내성(tolerance)을 제공한다는 장점이 있다. 동적 정렬 제어 시스템은 광 소자를 움직여 각각의 송신기의 이미지를 광 축(optical axis)에 수직이도록 이동시킴으로써, 통신 채널이 유지되는 환경에 존재할 수 있는 진동 및 열 구동 위치 이동에 상관없이, 통신 채널이 정렬된 상태를 유지하게 한다.

이제 도 1을 참조하면, 서버 시스템(100)의 실시예가 도시된다. 서버 시스템(100)은 공유되는 백플레인(112)에 탑재되는 블레이드(110)를 포함한다. (비-제한적인 실례로서 전원 공급 변압기 및 냉각 팬을 포함하는) 추가 컴포넌트(114) 또한 백플레인(112)에 접속될 수 있다. 전체 어셈블리는 (팬텀으로 도시된) 공유되는 인클로저(116)에 포함될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 더 나아가, 공유되는 인클로저(116)를 통해 사용자 인터페이스 및 외부 접속용 소켓이 제공될 수 있다는 것도 이해할 수 있어야 한다.

일 실시예에서는, 시스템(100)의 블레이드(110)가 실질적으로 동일하고, 다른 실시예에서는, 블레이드(110) 중 하나 이상이 상이한 기능(들)을 수행하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 블레이드(110)는 서버 블레이드일 수 있는 한편, 다른 블레이드는 스토리지 블레이드이다. 각각의 블레이드(110)는 블레이드(110)의 특정 기능(들)을 구현하는 하나 이상의 서브시스템(118)을 포함한다. 서브시스템(118)은, 예를 들어, 컴포넌트를 PCB(printed circuit board)에 탑재하는데 사용되는 유사한 기술을 사용해 각 블레이드(110)의 한쪽 또는 양쪽에 탑재될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 서브시스템(118)은 또한 블레이드(110)의 내부에 위치될 수 있다. 서브시스템(118)의 비-제한적인 실례로는 기존의 컴퓨터 컴포넌트(예를 들어, 마이크로프로세서, 메모리 소켓, 및 집적 회로 메모리)를 포함하는 하드 드라이브 또는 다른 데이터 스토리지 및 프로세서 서브시스템을 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 블레이드(110)는 하나 이상의 어레이(120, 120')를 포함한다. 각각의 어레이(120, 120')는 (도 2a-도 2c 및 도 4a-도 4b에 도시된) 복수의 광 송신기/방출기(122, 123) 및 (도 2a-도 2c 및 도 4a-도 4b에 도시된) 복수의 광 수신기/검출기(124, 125)를 포함한다. 어레이(120, 120')의 집합(126)은 각각의 어레이(120, 120')의 각 송신기(122, 123) 및 수신기(124, 125)가 서로 대향하도록 위치되는 각각의 어레이(120, 120') 중 하나를 포함한다. 일반적으로, 집합(126)은 2개의 인접한 블레이드(110)의 반대 표면에 2개 어레이(120, 120')를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 집합(126)은, 블레이드(110)가 백플레인(112)에 적절하게 탑재되는 경우 이웃 블레이드(110)의 대응하는 어레이(120')와 명목상 정렬되도록 블레이드(110)에 위치되는 어레이(120)를 포함한다. 각각의 집합(126)의 2개 어레이(120, 120')는 1개 어레이(120)의 송신기(122, 123)가 나머지 어레이(120')의 수신기(124, 125)로 신호를 송신할 수 있도록 그리고 그 반대가 되도록 위치된다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

도 1에 표시된 시스템(100)의 구성은 그러한 시스템(100)의 비-제한적 실례이고, 다른 구성이 가능하다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 예를 들어, 추가 블레이드(110) 및/또는 집합(126)이 포함될 수 있다.

비-제한적 실례로서, 집합(126)의 대응하는 어레이(120, 120') 사이에 약 5 cm의 자유 공간이 존재할 수 있다. 집합(126)의 어레이(120, 120') 중 하나는, 적어도 부분적으로, 블레이드(110)의 기계적 탑재시의 편차 때문에, 연관된 어레이(120', 120)와 관하여 최대 약 1.5 °기울어진 각도 오정렬 및 약 500 내지 1000 ㎛ 정도의 병진 오정렬의 대상이 될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 더 나아가, 집합(126)에서의 어레이(120, 120') 정렬은 제조 내성, 열 구동 위치 이동, 및/또는 (예를 들어, 냉각 팬, 하드 드라이브 등의 작동으로부터 유래하는) 기계적 진동 때문에 40 내지 50 ㎛ 정도의 편차 및 최대 2°회전의 대상이 될 수 있다.

이제 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 송신기의 서브-어레이 또는 층(200), 검출기의 서브-어레이 또는 층(202), 및 서브-어레이/층(200, 202)의 단일 어레이(120, 120')로의 통합이 각각 도시된다. 도 2c는 어레이(120, 120') 중 하나의 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성/레이아웃을 도시한다는 것과 집합(126)의 해당 어레이(120', 120)에서의 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성/레이아웃은, 적어도 부분적으로, 제1 어레이(120, 120')의 레이아웃 및 선택된 광학기기에 의존한다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

도 2a에 도시된 송신기(200)의 서브-어레이는 송신기(122, 123)의 레이아웃에 대한 비-제한적 실례를 도시한다. 송신기(122)는 데이터 송신기이고, 송신기(123)는 위치 정보를 제공하는데 전용되는 서보 송신기이다. 송신기(122, 123)의 비-제한적 실례로는, VCSEL(vertical cavity surface emitting lasers) 또는 LED(light emitting diodes)와 같은, 광원 또는 방출기를 포함한다. 송신기(122, 123)는, 예를 들어, 집적 회로 다이와 같은, 기판(128)(도 2c 참고)으로 또는 기판(128)(into or on a substrate 128)에 집적될 수 있다. 각각의 어레이(120, 120')의 데이터 송신기(122) 각각은 독립적으로 변조되어 높은 데이터 레이트, 예를 들어, 약 10 Gb/s에서의 송신을 위해 데이터를 인코딩할 수 있는 (도 1에 도시된) 빔(130)을 방출할 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 더 나아가, 각 어레이(120, 120')에서의 각각의 위치 정보 또는 서보(servo) 송신기(123)가 데이터 송신기(122)보다 좀더 크고 느리다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 그러한 서보 송신기(123)는 변조될 수도 또는 그렇지 않을 수도 있다.

도 2b에 도시된 검출기의 서브-어레이(202)는 송신기의 서브-어레이(200)와 통합되어 (도 2c에 표시된) 어레이(120, 120')의 실시예를 형성할 수 있는 검출기(124, 125)의 레이아웃의 비-제한적 실례이다. 수신기(124, 125)의 비-제한적 실례는 포토다이오드를 포함한다. 그러한 포토다이오드는 각각 대응하는 송신기(122)로부터 수신된 신호의 데이터 레이트에 따라 선택된 사이즈의 감광 영역(light sensitive area)을 갖는다. 10 Gb/s 이상의 데이터 레이트를 위해, 감광 영역의 폭은 일반적으로 약 40 ㎛ 미만이다.

서브-어레이/층(200)의 송신기(122, 123) 및 서브-어레이/층(202)의 수신기(124, 125)는 기판(128)과 모놀리식으로(monolithically) 집적될 수 있거나 실리콘 광 플랫폼을 사용해 하이브리드 패키징될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 모놀리식 집적이 사용되는 경우, VCSEL 및 포토다이오드 층(200, 202)은 기판(128), 예를 들어, GaAs 웨이퍼 또는 Si/GaAs 웨이퍼 상에 순차적으로 성장된다. 일 실시예에서, 층(200)의 제1 집합은 VCSEL이고 층(202)의 제2 집합은 포토다이오드이다. 그 다음, 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성은 포토리소그래피를 사용해 정의되는데, 이 경우, 화학적 및 건식 에칭 처리가 사용되어 전극을 접속하기에 적합한 층을 노출시킨다. 실리콘 광 플랫폼이 사용되는 경우, VCSEL 및 포토다이오드가 마이크론 정밀도로 부착될 수 있는 피트(pits)가 실리콘 웨이퍼(128)쪽으로 에칭된다. 전극이 실리콘 광 플랫폼에 형성되고 VCSEL 및 포토다이오드는 전극에 솔더 범핑되거나, 와이어 본딩되거나, 전기 도금된다.

일반적으로, 단일 어레이(120, 120')에 사용되는 검출기(124, 125)의 레이아웃은 동일한 그 어레이(120, 120')를 위한 송신기(122, 123)의 레이아웃과 동일할 수 있지만; 검출기(124, 125)의 레이아웃은 구성 평면에서 강체 변형의 대상이 될 수 있다. 그러한 강체 변형의 비-제한적 실례로는 송신기의 레이아웃에 관련한 수신기/검출기의 레이아웃의 병진, 송신기의 레이아웃에 관련한 검출기의 레이아웃의 회전, 송신기의 레이아웃에 관련한 검출기의 레이아웃의 반전(즉, 180° 회전), 송신기의 레이아웃에 관련한 검출기의 레이아웃의 미러 이미징, 또는 그것에 관한 조합을 포함한다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예에서, 서브-어레이(202)의 검출기(124, 125)의 레이아웃은 180°반전되거나 회전된 서브-어레이(200)의 송신기(122, 123)의 레이아웃이다.

단일 어레이(120, 120')에 사용하기 적당한 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125) 레이아웃의 다른 비-제한적 실례가 도 3a 내지 도 3c에 도시된다. 이들 도면 각각에서는, 하나 이상의 강체 변형이 도시된다. 여기에서 개시되는 강체 변형 모두에서는, 검출기(124, 125)의 레이아웃이 송신기(122, 123)의 레이아웃과 관련하여 이동되거나 회전된다 하더라도, 각 검출기(124, 125) 사이의 상대적 위치가 그대로 유지된다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 도 3a는 송신기(122, 123)에 관련한 검출기(124, 125)의 병진을 도시하고, 도 3b는 송신기(122, 123)에 관련한 검출기(124, 125)의 병진 및 회전을 도시하며, 도 3c는 송신기(122, 123)에 관련한 검출기(124, 125)의 병진 및 미러 이미징을 도시한다. 전술한 바와 같이, 도 3a, 도 3b, 및 도 3c의 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성/레이아웃은 단일 어레이(120, 120')로 통합되고, 대응하는 어레이(120', 120)에서의 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성/레이아웃은, 적어도 부분적으로, 제1 어레이(120, 120')의 레이아웃 및 어레이(120, 120') 사이의 선택된 광학기기에 의존한다.

어레이(120, 120')의 집합(126) 사이의 이미지 형성 장치((도 1, 도 4a, 도 4b, 도 5a-도 5d, 도 6, 및 도 8에 도시된) 134 및 (도 1, 도 5b-도 5d, 도 6, 및 도 8에 도시된) 136)는 어레이(120, 120') 각각에 바람직한 이미지가 형성되도록 선택된다. 선택된 이미지 형성 장치(134, 136)는, 적어도 부분적으로, 어레이(120, 120')의 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)의 구성에 의존하는 반전 광학기기(inverting optics) 또는 비-반전 광학기기(non-inverting optics)일 수 있다. 비-반전 광학기기는 홀수개의 중간 이미지를 갖는 광학기기이다. 비-제한적 실례로서, 비-반전 광학기기는, 어레이(120 또는 120') 중 하나가 180°회전된다는 것을 제외하면, 도 4a에 표시된 송신기/검출기 레이아웃을 갖는 어레이(120, 120')를 포함하는 집합(126)에 사용될 수 있다. 반전 광학기기의 실례로는 Dove 프리즘 또는 그것의 유사물을 포함한다(이들의 실례는, 그 전체가 여기에 참고로써 포함되는, 2008년 4월 2일에 출원된, PCT/US2008/004632에서 설명된다). 비-제한적 실례로서, 반전 광학기기가 동일한 송신기/검출기 레이아웃을 갖는 어레이(120, 120')를 포함하는 집합(126)에 사용될 수 있다.

이제 도 4a를 참조하면, 그 사이에 대응하는 이미지 형성 장치(134)가 위치된 어레이(120, 120') 집합(126)의 비-제한적 실례가 도시된다. 도 4a는 어레이(120, 120') 각각의 전면도를 예시하지만, 시스템(100)에서, 각 어레이(120, 120')의 송신기(122, 123) 및 수신기(124, 125)는 서로 대향한다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

이 실시예에서, 대응하는 어레이(120, 120')는 Y-축에 대한 서로의 미러 이미지이고, 광 축 OA(optical axis)는 각각의 어레이(120, 120')의 중앙 및 이미지 형성 장치(134)의 중앙과 일치한다.

도 4a에 도시된 실시예에서, 이미지 형성 장치(134)는 어레이(120, 120') 사이에 위치된 단일 렌즈(140)를 포함한다. 이 실시예에서, 송신기/검출기 레이아웃의 구성은 반전 광학기기를 요구한다. 그에 따라, 렌즈(140)는 송신기(122, 123)로부터 대응하는 수신기(124, 125)를 관통하는 각각의 광 신호를 반전시키도록 구성된다. 광자(photons)는 동일 공간을 사실상 간섭없이 통과한다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 도 4a의 송신기(122, 123) 및 수신기(124, 125) 중 일부는 어떤 송신기(122, 123)가 어떤 수신기(124, 125)에 대응하는지를 예시하기 위해 추가 라벨링된다. 예를 들어, 어레이(120)의 송신기(1-1, 1-2, 1-3, 및 1-4)는 어레이(120')의 수신기(1-1, 1-2, 1-3, 및 1-4)에 의해 수신되는 신호를 송신한다. 각각의 송신기(123, 124) 및 대응하는 수신기(124, 125)의 매핑은 (이하에서 더 상세하게 논의되는) 도 4b에서 예시된다.

도 4a에서 도시된 바와 같이, 각각의 어레이(120, 120')는 서보 송신기(123)와 함께 정렬에 사용되는 하나 이상의 위치/장소 검출기(125)를 포함할 수 있다. 각각의 위치/장소 검출기(125)는 감광성 영역 또는 쿼드런트(quadrants) A, B, C, D를 갖는 4개의 포토다이오드를 포함할 수 있다. 정렬 프로세스를 위해, 하나의 어레이(120)의 서보 송신기(123)는 나머지 어레이(120')의 1개 위치/장소 검출기(125)와 짝을 이루어 각각 대응하는 검출기(125)에 중심이 맞춰지도록 의도되는 비교적 넓은 단면 빔을 방출한다. 비-제한적 실례로서, 도 4a에서, 어레이(120)의 송신기(123, 1-1)는 그러한 빔을 어레이(120')의 검출기(125, 1-1)쪽으로 방출하도록 구성된다. 서보 송신기(123) 및 위치/장소 검출기(125)는 어느 하나의 어레이(120, 120') 상에 또는 모두가 하나의 어레이(120, 120') 상에 배치될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 어느 하나의 어레이(120, 120')에 대향 쌍으로서 배치되는 서보 송신기(123) 및 위치 검출기(125)의 2개 쌍을 이용하면, 상대적인 X, Y, 및 회전 정렬(광 축 주위의 회전)이 판정될 수 있다. 대략 1.5°보다 큰 회전 오정렬을 위한 보상은 일반적으로 추가적인 이미지 회전 컴포넌트를 요구할 것이다. 어레이(120, 120')의 오정렬은 각각의 검출기(125)의 쿼드런트 A, B, C, 및 D에서 수신되는 광 전력 또는 강도의 비로부터 판정될 수 있다. 비-제한적 실례로서, 바람직한 정렬은 각각의 검출기(125)의 4개 쿼드런트 A, B, C, 및 D 각각이 동일한 전력량을 수신하는 구성에 대응할 수 있다. 더 나아가, 서보 제어 시스템은 어레이(120, 120')가 회전 정렬 상태에 있는 경우 (즉, 2개 검출기(125)의 모든 쿼드런트 A, B, C, 및 D에서 수신되는 전력 비가 동일한 경우)를 검출할 수 있고, 그에 따라, 형성된 이미지가 이동되어야 하는 경우(즉, 임의의 검출기(125)의 4개 쿼드런트 A, B, C, 및 D에서 수신되는 전력이 동일하지 않은 경우)도 검출할 수 있다.

이제 도 4b를 참조하면, 도 4a의 송신기(122, 123) 및 그것의 대응하는 수신기(124, 125)에 대한 완전한 매핑이 도시된다. 매핑은 수치 라벨(1-32)에 의해 표시된다. 대응하는 송신기(122, 123)와 검출기(124, 125)는 동일 숫자로 라벨링된다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 동일 숫자의 송신기(122, 123) 및 수신기(124, 125)는 단일 채널 쌍을 형성한다. 도 4b에 표시된 비-제한적 실례에는, 32 채널 쌍이 존재하는데, 16개는 각 방향으로 신호를 송신 중이다. 이들 각각의 채널은 28개 데이터 채널 및 4개 서보/위치 채널로 분할된다. 어레이(120, 120')의 송신기(122, 123)와 수신기(124, 125) 사이의 거리(피치)를 감소시킴으로써 또는, 어레이(120, 120')가 포함되어야 하는 광 이미징 시스템(100)에 의해 제한되는, 어레이(120, 120')의 사이즈를 증가시킴으로써 보다 많은 채널이 추가될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 더 나아가, 총 채널 수에 상관없이 4개 또는 그 보다 적은 서보/위치 채널이 바람직하다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

하나의 어레이(120')는 일반적으로 나머지 어레이(120)와 관련하여 스케일링된다는 것을 이해할 수 있어야 하는데, 이 경우, 스케일링 인자는 이미지 형성 장치(134, 136)의 배율(magnification)과 동일하다. 그에 따라, 어레이(120) 중 하나에서의 소자(즉, 송신기(122, 123) 및 검출기(124, 125)) 사이 간격은, 적어도 부분적으로, 이미지 형성 장치(134, 136))의 배율에 따라, 대응하는 어레이(120')의 소자 사이의 간격과 동일하거나 그와 상이할 수 있다. 예를 들어, 이미지 형성 장치(134, 136)의 배율이 1일 경우, 각각의 어레이(120, 120') 상에서의 소자의 간격은 동일하다. 일반적으로 대응하는 어레이(120')에서의 소자의 간격은 어레이(120) 상에서의 소자 사이의 간격의 "M"배와 같은데, 여기에서 M = 광 배율이다.

일 실시예에서, 시스템(100)은 집합(126)의 어레이(120, 120') 사이에 위치되는 단일 이미지 형성 장치(134)를 포함한다. 도 4a 및 도 4b에서 도시되는 바와 같이, 이미지 형성 장치(134)는 그것을 통해 집합(126)의 어레이(120, 120') 양자로부터 방출되는 하나 이상의 광 신호를 송신하도록 위치되고 구성되는 단일 렌즈(140)를 포함한다. 이 실시예에서, 이미지 형성 장치(134)는 동적이고 광 소자를 움직일 수 있는 마운팅을 포함하므로, 어레이(120, 120')의 송신기(122, 123)로부터의 빔(130)의 방향 또는 위치가 조정될 수 있다.

이미지 형성 장치(134)는 미러 및/또는 다른 이미지 형성 시스템(예를 들어, 도 1 및 도 6-도 8에 도시된, 예를 들어, 이미지 형성 장치(136))과 함께 사용되어 바람직한 이미지를 실현할 수 있다. 도 5a 내지 도 5d는 어레이(120, 120')의 집합(126) 및 대응하는 이미지 형성 장치(134, 136)의 각각의 실례를 도시한다.

도 5a는 이미지 형성 장치(134)로서 단일 렌즈(140)를 갖고, 어레이(120, 120')가 동일한 송신기/검출기 레이아웃을 갖는 비교한 간단한 집합(126)을 도시한다. 도 5b 또한 각각이 렌즈(140, 150)를 포함하는 2개의 이미지 형성 장치(134, 136)를 갖는 비교적 간단한 집합(126)을 도시한다. 렌즈(140, 150)는 비-반전이고, 따라서 어레이(120, 120')는 동일한 송신기/검출기 레이아웃을 갖는다.

도 5c는 (도 4a 및 도 4b에 도시된 어레이(120, 120')의 실시예와 유사하게) 하나의 어레이(120')가 나머지 어레이(120)의 미러 이미지인 어레이(120, 120') 집합(126)을 도시한다. 릴레이 렌즈(140, 150)는 각각의 이미지를 반전시킨다.

도 5d는 이미지 형성 장치(134, 136)와 함께 미러(162)가 사용되는 비-제한적 실례를 도시한다. 홀수개의 미러들(162)이 송신된 각각의 신호의 미러 이미지를 생성할 것이라는 것을 이해할 수 있어야 한다. 그에 따라, 하나의 어레이(120')가 나머지 어레이(120)의 미러 이미지인 어레이(120, 120') 집합(126)이 이 실시예에 사용된다.

다시 도 1을 참조하면 앞서 설명된 바와 같이, 2개의 이미지 형성 장치(134, 136)가 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이미지 형성 장치(134)는 어레이(120)에 인접하게 위치될 수 있고, 나머지 이미지 형성 장치(136)는 어레이(120')에 인접하게 위치될 수 있다. 이 실시예에서, 각 장치(134, 136)의 광 소자 중 적어도 일부는 어레이(120, 120') 사이에서 송신되는 모든 광 신호에 의해 공유되는 텔레센트릭 렌즈의 일부를 형성한다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 이미지 형성 장치(134, 136) 각각은 동적이고 광 소자를 움직일 수 있는 하나 이상의 마운팅을 포함함으로써, 어레이(120, 120')의 송신기(122, 123)로부터의 빔(130)의 방향 또는 위치가 조정될 수 있다.

신호 송신은 양방향이므로, 텔레센트릭 렌즈는 이미지 측과 대상(object) 측 모두가 텔레센트릭이라는 것과 광 신호를 수신하도록 구성되는 어레이(120, 120')의 수신기(124, 125)에 이미지를 형성한다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 이 실시예에서, 한 쌍의 장치(134, 136)에 의해 제공되는 텔레센트리시티(telecentricity)로 인해 어레이(120, 120') 사이의 광 통신 채널이 어레이(120, 120') 사이의 간격 편차의 허용, 즉, 텔레센트릭 렌즈의 광 축에 따른 움직임을 용인하게 된다.

이미지 형성 장치(134) 및/또는 이미지 형성 장치(136)에서의 제어 시스템이 장치(134, 136)와 연관된 하나 이상의 광 소자의 위치를 조정하도록 조작된다. 블레이드(110) 사이에서 확립되는 임의의 확립된 통신은 이미지 형성 장치(134, 136)의 동적 동작을 조정하는데 사용될 수 있는데, 예를 들어, 정렬 데이터를 수신기로서 작동 중인 어레이(120, 120')로부터 대응하는 이미지 형성 장치(134, 136)를 위한 서보 제어 시스템으로 송신하는데 사용될 수 있다. 더 나아가, 정렬 데이터는 좀더 낮은 데이터 레이트의 전기 채널을 통해 전달될 수 있거나 블레이드(110) 사이의 임의의 광 채널 상의 데이터의 일부로서 전달될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

도 6은 도 1의 시스템(100) 중 일부 컴포넌트를 예시한다. 도시된 바와 같이, 도 6에 도시된 시스템(100)은, 각각이 자신의 각각의 이미지 형성 장치(134, 136)와 연관되는 어레이(120, 120')를 포함한다. 이 실시예에서, 이미지 형성 장치(134)는 능동/동적 마운팅(142)에 고정되는 렌즈(140)를 포함한다. 동적 마운팅(142)은, 광 데이터 채널의 동작 동안 렌즈(140)를 어떻게 움직일 것인지를 판정하는 제어 시스템(144)에 의해 제어된다. 마찬가지로, 나머지 이미지 형성 장치(136)는 능동/동적 마운팅(152)에 고정되는 렌즈(150)를 포함한다. 동적 마운팅(152)은 그것과 연관되는 렌즈(150)를 어떻게 움직일 것인지를 판정하는 제어 시스템(154)에 의해 제어된다. 어레이(120, 120')가 회전 정렬될 때, 제어 시스템(144, 154)은 다양한 광 소자(140, 150)를 움직여 광 통신을 위한 정렬을 유지한다. 각각의 렌즈(142, 152)는 2가지 운동 자유도(degrees of freedom)를 갖는다는 것을 이해할 수 있어야 한다.

도 6에 도시된 실시예에서, 이미지 형성 장치(134, 136)는 (하나의 어레이(120, 120')의) 데이터 송신기(122)의 이미지를 (나머지 어레이(120', 120)의) 대응하는 수신기(124)의 평면에 형성하는 텔레센트릭 렌즈로서 함께 동작한다. 적당한 정렬 및 이미지 형성 장치(134, 136)에 의해, 하나의 어레이(120, 120')의 송신기(122)는, 광 신호를 송신 중인 광원(122)이 그러한 신호를 수신하도록 구성되는 어레이(120, 120')의 검출기(124)와 일치하도록, 대응하는 어레이(120', 120) 상에 이미징된다. 도 6은 각각의 어레이(120, 120')의 검출기(124)의 패턴이 각각의 대응하는 어레이(120', 120)의 광원(122)의 패턴에 관하여 반전되는 실례를 예시하는데, 조합된 이미지 형성 장치(134, 136)가 각각의 어레이(120', 120)의 이미지를 반전시키기 때문이다.

적어도 부분적으로, 조합된 광 시스템이 더블 텔레센트릭(double telecentric)이기 때문에, 송신된 이미지의 사이즈와 배율이 어레이(120, 120') 사이의 간격에 따라 크게 달라지지 않는다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 따라서, 진동 또는 열 변화가 어레이(120, 120') 중 하나를 도 6의 Z 방향으로 이동시키는 경우, 송신된 이미지의 사이즈는 달라지지 않는다. 더 나아가, 단위 배율(unity magnification)을 갖는 텔레센트릭 시스템은, 예를 들어, 필드 왜곡과 같은, 많은 유형의 왜곡으로부터 실질적으로 자유롭다. 결과적으로, 조명 영역(illuminated areas)의 사이즈와 간격은 일정하게 유지되며, 각각의 이미지의 중심이 각각의 수신 어레이(120, 120')의 중심에 일치하는 상태를 유지하기만 한다면 여러 채널이 정렬 상태를 유지할 것이다. 코마(coma) 또는 다른 왜곡의 부재 또는 감소는 하나의 광 신호로부터의 광이 다른 광 신호를 위한 검출기쪽으로 누설됨으로써 발생되는 누화(cross-talk)를 감소시킨다고 생각된다. 잡음 또는 누화를 좀더 감소시키기 위해, 예를 들어, 이미지 형성 장치(134)의 포커싱 효과가 광 신호를 교차시키는 곳과 같은, 이미지 형성 장치(134, 136) 사이에 간극(156)이 삽입될 수 있다. (도시되지 않은) 추가 간극이 추가로 또는 대안으로 각각의 어레이(120, 120')의 검출기(124, 125) 주위에 각각 제공될 수 있다.

더 나아가, 미광(stray light) 및 누화는 집합(126)의 어레이(120, 120') 중 하나 또는 모두의 표면을 각각의 송신기(122, 123)로부터의 오프셋 방출을 흡수하도록 조절함으로써 더 감소될 수 있다.

마운팅(142, 152)은 광 소자(140, 150) 중 하나 이상을 이동시켜 어레이(120, 120')의 각각의 광 축을 정렬한다. 실시예에서, 마운팅(들)(142, 152)은 시스템의 광 축에 실질적으로 수직인 평면, 예를 들어, 도 6의 X-Y 평면에서 렌즈(140, 150)를 시프트시키고 그리고/또는 기울일 수 있는 기계 구조를 포함한다.

도 7a, 도 7b, 및 도 7c는 렌즈(140, 150) 중 하나 또는 모두를 시프트시키는 것이 송신된 이미지의 위치를 어떻게 이동시키는지를 예시한다. 도 7a는 렌즈(140, 150)가, 대상(158)의 중심을 통과하는 공유 광 축을 갖는 구성을 예시한다. 렌즈(140, 150)의 조합에 의해 형성되는 이미지(160) 또한 렌즈(140, 150)의 공유 광 축상에 중심이 위치한다. 렌즈(140, 150)가 그들의 광 축에 대해 수직으로 병진되는 경우, 이미지(158)는 렌즈(140, 150) 사이의 간격에 대해 수직으로 병진된다. 비-제한적 실례로서, 도 7b에 표시된 바와 같이, 양자의 렌즈(140, 150) 모두가 아래쪽으로 동일한 양만큼 이동되면, 그들의 광 축은 정렬된 상태를 유지하지만 대상(158')의 아래쪽 엣지(edge)를 통과한다. 결과적인 이미지(160')는 도 7a에 표시된 이미지(160)에 관해서 아래쪽으로 이동된다. 그에 따라, 대상(158)이 렌즈(140, 150)의 광 축으로부터 △o 양만큼 오프셋된다면, 이미지(160)는 대응하는 거리(△i = M △o)만큼 이동되는데, 여기에서 M은, 렌즈(140, 150)를 포함하는, 이미지 형성 장치의 배율이다. 텔레센트릭 시스템은 그러한 이동이 발생하는 경우의 이미지 왜곡을 최소화하는데, 어느 정도 대상(158)로부터의 주광(chief rays)이 이미지 평면에 수직이기 때문이다.

도 7c는 하나의 컴포넌트 렌즈(140)가 나머지 렌즈(150)로부터의 축에서 벗어나는 효과를 예시한다. 컴포넌트 렌즈(140, 150)의 상대적 오프셋은 이미지(160")를 대상(158")에 관해서 X-Y 평면에서 이동시킨다. 이 효과는 송신된 광 신호를 수신하는데 사용되는 어레이(120, 120')의 수신기(124) 위치와 이미지(158")의 정렬을 정정하는데 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 예를 들어, 송신기(122)와 수신기(124)의 각도 오정렬이 이미지(160)(도 7a)를 어레이(120, 120')로부터 오프셋되게 한다면, 렌즈(140, 150)가 어레이(120, 120')에 관해서 이동되어 이미지(160)를 바람직한 정렬 위치로 이동시킬 수 있다.

서보 메커니즘 또한 여기에서 개시된 실시예에 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있어야 한다. 제어 시스템(144, 154)은 폐루프 서보 제어를 이용해 어떤 오정렬을 전자적으로 측정하고 정정할 수 있다. 일 실시예에서는, 통신 채널 또는 별도 정렬 채널에서 수신되는 광 전력이 모니터링되어 시스템(100)이 오정렬 상태인지 그리고 정정이 요구되는지를 판정할 수 있다.

도 8은 어레이(120, 120')의 하나의 집합(126)과 대응하는 이미지 형성 장치(134, 136) 사이의 양방향 데이터 흐름을 도시한다.

몇가지 실시예가 상세하게 설명되었지만, 당업자라면, 개시된 실시예가 변경될 수 있다는 것을 분명히 알 수 있을 것이다. 따라서, 상기 설명은 한정이 아닌 예시로서 간주되어야 한다.

Claims

양방향 데이터 송신을 위한 시스템으로서,
제1 서브시스템에 결합되는 제1 어레이 - 상기 제1 어레이는 i) 자유 공간을 통해 송신되는 제1 광 신호들을 발생시키는 제1 복수의 송신기 및 ii) 제1 복수의 수신기를 포함함 - ;
제2 서브시스템에 결합되는 제2 어레이 - 상기 제2 어레이는 i) 자유 공간을 통해 상기 제1 복수의 수신기로 송신되는 제2 광 신호들을 발생시키는 제2 복수의 송신기 및 ii) 상기 제1 광 신호들을 수신하도록 구성되는 제2 복수의 수신기를 포함함 - ; 및
상기 제1 어레이와 상기 제2 어레이 사이에 동작 가능하게 위치되며, 상기 제2 복수의 수신기에서 상기 제1 복수의 송신기의 이미지 및 상기 제1 복수의 수신기에서 상기 제2 복수의 송신기의 이미지를 동시에 형성하도록 구성되는 이미지 형성 장치
를 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이미지 형성 장치는 상기 제1 서브시스템에 동작 가능하게 접속되는 제1 렌즈 및 상기 제2 서브시스템에 동작 가능하게 접속되는 제2 렌즈를 포함하는 텔레센트릭(telecentric) 렌즈이고, 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 양방향 동시 송신을 가능하게 하도록 독립적으로 및 제어 가능하게 구성되는 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 렌즈를 상기 제1 서브시스템에 부착하는 제1 마운팅 시스템;
상기 제2 렌즈를 상기 제2 서브시스템에 부착하는 제2 마운팅 시스템; 및
상기 제1 마운팅 시스템 또는 상기 제2 마운팅 시스템 중 적어도 하나를 조작하여 상기 부착된 렌즈를 동적으로 이동시키고 상기 제1 및 제2 광 신호들의 양방향 링크를 유지하는 폐루프 제어 시스템을 더 포함하는 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이 각각은 상기 폐루프 제어 시스템에 사용되는 서보 검출기를 더 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 어레이는 상기 제2 어레이의 미러 이미지이고, 상기 이미지 형성 장치는 상기 제1 및 제2 복수의 광 신호를 반전시킬 수 있는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 복수의 수신기의 레이아웃은 상기 제1 복수의 송신기의 레이아웃과 동일하고, 상기 제1 복수의 수신기의 레이아웃은 상기 제1 복수의 송신기의 상기 레이아웃에 관하여 병진되거나, 회전되거나, 반전되거나, 미러 이미징되는 것 중 적어도 하나이며, 상기 제1 복수의 송신기 및 상기 제1 복수의 수신기는 중첩되어 상기 제1 어레이를 형성하는 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 어레이는 상기 제1 어레이의 미러 이미지인 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제2 어레이는 상기 제1 어레이에 관하여 스케일링되고, 스케일링 팩터는 상기 이미지 형성 장치의 배율과 동일한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 어레이 및 상기 제2 어레이 각각은 각각의 집적 회로 다이를 포함하고, 상기 제1 복수의 송신기 및 상기 제2 복수의 송신기는 각각 상기 각각의 집적 회로 다이에 제조되는 VCSEL들을 포함하며, 상기 제1 복수의 수신기 및 상기 제2 복수의 수신기는 각각 상기 각각의 집적 회로 다이에 포함되는 포토다이오드들을 포함하는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 각각의 제1 및 제2 복수의 송신기 또는 상기 각각의 제1 및 제2 복수의 수신기에 의해 점유되지 않은 상기 제1 어레이 또는 상기 제2 어레이 중 적어도 하나의 표면은 상기 각각의 제1 및 제2 복수의 송신기로부터의 오프셋 방출을 흡수하도록 조정됨으로써, 상기 어레이들 사이의 미광(stray light) 및 누화(cross-talk)를 감소시키는 시스템.
제1항에 있어서,
상기 이미지 형성 장치는 비-반전 렌즈 및 반전 렌즈로부터 선택되는 시스템.
제1 서브시스템과 제2 서브시스템 사이에서 데이터를 송신하는 방법으로서,
i) 제1 복수의 광 신호 및 ii) 제2 복수의 광 신호 중 적어도 일부를 변조하는 단계 - 상기 제1 복수의 광 신호는 상기 제1 서브시스템의 제1 어레이를 사용하여 변조되고, 상기 제2 복수의 광 신호는 상기 제2 서브시스템의 제2 어레이를 사용하여 변조됨 - ;
i) 상기 제1 복수의 광 신호 및 ii) 상기 제2 복수의 광 신호를 동시에 그리고 독립적으로 송신하는 단계로서, 상기 제1 복수의 광 신호는 상기 제1 어레이의 송신기들로부터 상기 제1 및 제2 서브시스템들 사이에 위치된 이미지 형성 장치 및 자유 공간을 통해 상기 제2 어레이의 수신기들로 송신됨으로써 상기 제2 어레이에 상기 제1 복수의 송신기의 이미지를 형성하고, 상기 제2 복수의 광 신호는 상기 제2 어레이의 송신기들로부터 상기 제1 및 제2 서브시스템들 사이에 위치된 상기 이미지 형성 장치 및 자유 공간을 통해 상기 제1 어레이의 수신기들로 송신됨으로써, 상기 제1 어레이에 상기 제2 복수의 송신기의 이미지를 형성하는 단계; 및
상기 이미지 형성 장치의 적어도 하나의 광 소자를 제어하여 상기 각각의 이미지들을 정렬하는 단계
를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 소자를 제어하는 단계는 렌즈를 상기 렌즈의 광 축에 실질적으로 수직인 방향으로 이동시키거나 상기 렌즈를 기울이는 것 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
양방향 데이터 송신 시스템을 위한 집적 어레이로서,
기판;
상기 기판에 집적되고 미리결정된 레이아웃으로 구성된 복수의 송신기; 및
상기 기판에 집적되고 상기 복수의 송신기의 상기 미리결정된 레이아웃에 대한 강체 변형인 제2 미리결정된 레이아웃으로 구성된 복수의 수신기를 포함하는 집적 어레이.
제14항에 있어서,
상기 강체 변형은 상기 제1 복수의 송신기의 상기 미리결정된 레이아웃에 관한 병진, 회전, 반전, 또는 미러 이미징 중 적어도 하나를 포함하는 집적 어레이.
제14항에 있어서,
상기 복수의 송신기 및 상기 복수의 수신기는 상기 기판에서 중첩되는 집적 어레이.
제14항에 있어서,
상기 복수의 송신기 또는 상기 복수의 수신기에 의해 점유되지 않은 상기 기판의 표면은 상기 복수의 송신기로부터의 오프셋 방출을 흡수하도록 조절됨으로써, 미광을 감소시키는 집적 어레이.