跟踪光束移动的方法和系统的制作方法

专利名称：跟踪光束移动的方法和系统的制作方法
跟踪光束移动的方法和系统
背景技术：
常用光束或光信号在多个电子设备之间传输数字数据，这种传输既可以是在长距 离上进行的，也可以是在相邻电路板之间进行的。可以按需要对光束进行调制，以携带数 据。也可以将光信号用于其它目的，这包括位置或移动检测、测量等。结果，光学技术在现代电子学中扮演重要的角色，许多电子设备都使用光学组件。 这种光学组件的示例包括光学的或光的源，比如发光二极管和激光器；波导；光纤光学器 件；透镜和其它光学器件；光检测器和其它光传感器；光敏半导体等等。使用光学组件的系统通常依赖于光能(比如光束)的精确操纵，以实现期望的任 务。在电路板之间利用光进行高速低能数据通信的系统中，上述这一点尤其真切。光信号 的操纵可以包括如下过程将数据调制到光束上，并且将光束引导至期望的接收器。


附图示出了本文所描述的原理的各实施方式，并且构成本申请的一部分。所示的 实施方式仅仅是示例，但并不限制权利要求书的范围。图1是根据本文所述原理的示例性板间数据通信系统的图。图2是与本文所述原理一致的用于跟踪光束移动的示例性系统的框图。图3是与本文所述原理一致的用于跟踪光束移动的示例性系统的框图。图4A和4B是与本文所述原理一致的示例性光检测阵列的图。图5A和5B是与本文所述原理一致的示例性光检测阵列的一部分的图。图6是与本文所述原理一致的各种示例性列举的物理位置移动与相应的示例性 二维位移之间的关系的示意图。图7是与本文所述原理一致的用于确定互相关值的光束的各种示例性位移的示 意图。图8是与本文所述原理一致的与计算出的光束位移相对应的示例性高斯表面的 图示。图9是与本文所述原理一致的用于跟踪光束移动的示例性方法的流程图。图10是与本文所述原理一致的用于跟踪光束移动的示例性方法的流程图。图11是与本文所述原理一致的用于补偿光束移动的示例性方法的流程图。在这些附图中，完全一样的标号表示相似但并不必然完全相同的元件。
具体实施例方式如上所述，可以将光束用于各种目的，包括数据的传输。另外，可以期望通过多个 信道进行光学通信，以增大带宽和/或可靠性，而不占据电路板上很大的空间。此外，也可 以期望使这种系统中的光学阻抗、干扰和/或失真达到最小。然而，当用光束在物理分离 (比如在分离的电路板中)的电子组件之间传输数据时，需要在这些组件之间保持正确的 对准。
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影响分离的电路板上的光学组件之间的对准的一个因素是来自机械组件(比如 风扇)的噪声。系统中的这种噪声和所带来的振动可能使光源和/或光接收器发生物理位 移，这可能改变光学组件之间的对准，结果，扰乱了数据的光传输或致使其效率下降。在电路板组件之间提供数据传输的现有光学方案包括使用塑料波导将携带数据 的光信号发送到板的边缘，将该信号耦合到电路板支架背面的光波导中，然后，将该信号发 送到另一个电路板上的另一个波导中。除了波导制造成本以及与波导结处的光损耗相关的 问题之外，这种解决方案通常具有比各组件之间的自由空间光数据传输更长的物理数据路 径。尽管自由空间光数据传输方案提供了比波导和导电体方案要好的显著优点，但是 它们通常也会有上述对准问题。此外，当实现多个光信道时，光学组件可能占据很大的电路 板面积。因此，期望提供一种自由空间光互连系统，用于在多个电路板之间进行组件之间的 数据传输，该系统能够抵抗对不准的问题，且能够实现多信道通信，同时占据最小量的电路 板空间。为了实现这些和其它目的，本申请揭示了涉及到用光检测阵列来空间跟踪光束的 系统和方法。如在本说明书和所附的权利要求书中所使用的那样，术语“光能”是指其波长一般 介于10纳米到500微米之间的辐射能量。如此定义的光能包括但不限于紫外光、可见光和 红外光。这里可将一束光能被称为“光束”。如在说明书和所附的权利要求书中所使用的那样，术语“光源”是指发出光能的器 件。由此定义的光源的示例包括但不限于发光二极管、激光器、灯泡和灯。如在说明书和所附的权利要求书中所使用的那样，术语“光接收器”是指配置成检 测光能并输出相应的电信号的器件。如此定义的光接收器的示例包括但不限于光电二极 管、光电晶体管和光传感器。已将说明书中所描述的许多功能单元标为模块，为的是更特别地强调其实现方式 的独立性。例如，这些模块可以实现成软件，以便于各种处理器来执行。例如，可执行代码 的标识模块可以具有计算机指令的一个或多个物理或逻辑块，可以组织这些计算机指令成 为对象、例程或函数。然而，标识模块的可执行代码不需要物理地定位在一起，而是可以具 有存储在不同位置中的全异的指令，当把它们逻辑地结合到一起时，就构成该模块并且实 现该模块所声称的目的。例如，可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令，甚至可以分 布在若干个不同的代码段上，处于不同的程序中，且横跨若干个存储器设备。在下面的描述中，为了解释，阐明了大量的具体细节，为的是透彻理解本系统和方 法。然而，对于本领域技术人员而言，很明显，在没有这些具体细节的情况下也能够实施本 发明的系统与方法。说明书中提及“实施方式”、“示例”等相似的措词都是指，在至少那个 实施方式中包括了结合该实施方式或示例所描述的特定的特点、结构或特征，但其它实施 方式中并不必然包括所描述的特定的特点、结构或特征。在本说明书的各个段落中出现的 “在一个实施方式中”或相似的表述并不必然指代同一实施方式。现在，结合示例性系统和方法，讨论本申请所揭示的原理。示例性系统现在参照图1，示出了示例性的板间通信系统系统(100)。示例性的系统(100)
5包括第一电路板(105)和第二电路板(110)。通过使用光互连，数据在第一和第二电路板 (105,110)之间发生转移，所述光互连具有光发射器(115，130)，所述光发射器配置成将用 数据编码过的光束(135，140)发送到相应的光检测阵列(120，125)。本示例中的每个电路 板(105，110)具有光发射器(115，130)和光检测阵列(120，125)，从而能够在两个电路板 (105,110)之间进行双向光通信。每个光发射器(115，130)包括多个光源，由此能够将多个光束同时发送到相应的 光检测阵列(120，125)。每个如此的光束可以是单独的数据传输信道。另外，每个光检测阵 列(120，125)包括多个配置成输出电信号的光检测元件，所述电信号对应于入射到那些光 检测元件上的光能的光学属性。在许多实施方式中，光检测阵列(120，125)具有比相应的 光发射器(115，130)中的光源的个数多出很多的光检测元件。在这些实施方式中，通常由 相应的光检测阵列(120，125)中的多个光检测元件检测光发射器(115，130)中单个光源所 发出的光束。在一些实施方式中，光发射器(115，130)中的光源可以是激光器(比如垂直腔面 发射激光器(VCSEL))、二极管激光器或其它基于半导体的激光器。在有优势的地方，光发射 器(115，130)或光检测阵列(120，125)的一些实施方式可以包括透镜，用于创建光束(135， 140)的光路、焦点，或对该光束进行其它操纵，该光束是从光发射器(115，130)发出的或是 由检测阵列(120，125)接收的。如上所述，具有光发射器(115，130)和光检测阵列(120，125)的电路板(105，110) 可能很容易受到噪声和所导致的振动所引起的不利影响。在许多情况下，这种噪声可能是 与电路板(105，110)相关联的一个或多个风扇的机械活动所导致的。噪声可能导致电路板 (105,110)发生物理位移，比如在图1中箭头所示的方向上有物理位移，由此，可能使光发 射器(115，130)和光检测阵列(120，125)不再对准。在一些实施方式中，光发射器(115，130)和/或光检测阵列(120，125)可以相对 于电路板(105，110)而移动，电路板(105，110)使用其中的微机电系统(MEMS)或其它机械 设备将光发射器(115，130)和光检测阵列(120，125)罩在其中。这样，可以抵消因电路板 (105,110)的振动所导致的相对应的光发射器(115,130)和光检测阵列(120,125)之间的 不对准和/或旋转，由此，防止了板不对准或旋转所导致的潜在的数据丢失。如在其它示例 中更详细地解释的那样，在电路板(105，110)之一上的光束跟踪模块可以检测光束移动， 并且向各组件提供反馈，从而改变光学组件(115，130，120，125)的物理位置。现在参照图2，示出了用于跟踪光束移动的示例性系统(200)的框图。该系统包括 第一和第二电路板(205，225)。如上文所描述的示例性系统(100)中那样，本系统(200)的 电路板(205，225)被设计成用于双向板间通信。每个电路板(205，225)具有光发射器(分 别是210，230)和相应的光检测阵列(220，235)。第一电路板(205)的光发射器(210)被配 置成将数据光学地发送到第二电路板(225)的光检测阵列(235)。同样，第二电路板(225) 的光发射器(230)被配置成将数据光学地发送到第一电路板(220)的光检测阵列(220)。在本示例中，第二电路板(225)包括与光检测阵列(235)通信的光束跟踪模块 (240)。光束跟踪模块跟踪在光检测阵列(235)中接收到的至少一个光束的位移。该光束 位移可能是因噪声、振动、热膨胀或收缩、或其它机械影响所导致的。光束跟踪模块(240)通过获得来自光检测阵列(235)的参考读数而计算光束的位移。在参考读数之后获得来自同一光检测阵列(235)的样本读数，对参考读数的各种移动 的版本的至少一部分以及样本读数的至少一部分执行互相关函数。然后，根据参考读数的 移动的版本所表示的可能的位移使互相关数据模型化(model)，并且通过从模型化的数据 中外推经计算的极值从而获得实际的位移计算结果。然后，当重复该过程时，样本读数可以 变为下一个位移计算过程的参考读数。将参照图4-8更详细地讨论这一过程。当从光检测阵列中取样本和参考读数时，可能在非常短暂的时段内暂时停止两个 电路板(205，225)之间的光通信。通常，当光束跟踪模块(240)有效地运行并且以比振动 频率(通常是1-lOkHz)要快但比数据转移速率(对于光数据，通常大于500MHz)要慢的速 率来计算光束的位移时，可以抵消和补偿电路板(205，225)中的噪声、振动等所导致的机 械位移的致命影响。第二电路板(225)也包括与光束跟踪模块(240)相连通的位置控制器(245)，配置 成物理地移动第二板的光检测阵列(235)。位置控制器(245)接收来自光束跟踪模块(240) 的反馈，并且物理地移动光检测阵列(235)，以补偿所检测到的任何不对准(即位移)。位 置控制器(245)可以包括MEM、电机、齿轮、轨道和其它用于移动光检测阵列(235)所需的硬 件，以补偿计算出的漂移。在一些实施方式中，位置控制器可以使光发射器(230)和光检测阵列(235)之一 或两者物理地移动。在一些实施方式中，第一和第二电路板(205，225)都包括光束跟踪模 块(240)和位置控制器(245)以补偿系统(100)的振动和其它物理移动。现在参照图3，示出了用于跟踪并补偿光束移动的另一个示例性系统(300)的框 图。该系统(300)包括第一和第二电路板(305，325)。与上述示例相似，本系统(300)的 电路板(305，325)被设计成在这些板之间进行双向光通信。每个电路板(305，325)具有光 发射器(分别是310，330)和相应的光检测阵列(320，335)。第一电路板(305)的光发射器 (310)被配置成将数据光学地发送到第二电路板(325)的光检测阵列(335)。同样，第二电 路板(325)的光发射器(330)被配置成将数据光学地发送到第一电路板(305)的光检测阵 列(320)。在该特定的系统(300)中，当用数据编码过的多个光束是从每个光发射器(310， 330)中发出并在相应的光检测阵列(分别是335，320)中被接收和解调时，可以在电路板 (305,325)之间进行多信道光数据转移。每个光检测阵列(320，335)包括多个光检测元件。 可以指定每个光检测阵列(320，335)中的某些光检测元件用于测量由光发射器(330，310) 的特定元件所发射的个别特定光束中所接收到的光能。通过将光检测阵列(320，335)中特 定的光检测元件组分配给特定的光束，可以对不同光束上所编码的数据的分离的信道进行 解调，并且正确地路由到其预期的目的地。然而，如上所述，电路板(305，325)中的振动和其它机械移动可能使光束发生移 动，使得由光检测阵列(320，335)中与原先分配给各个光束的光检测元件不同的光检测元 件来检测这些光束。在没有补偿或校正的情况下，这可能导致数据丢失和/或信道之间的 串扰，从而导致系统(300)的性能较差。为了克服这一问题，本示例的第一和第二电路板(305，325)都包括光束跟踪和 补偿模块(分别是315，340)。光束跟踪和补偿模块(315，340)是与其各自的光检测阵列 (320,335)相连通的，并且跟踪各个光学阵列的漂移和物理位移变化。当检测到光束移动时，可以改变光检测阵列(320，335)中特定的光检测元件到特定光束或信息信道的分配情 况，以补偿光束移动。通过动态地维持并更新哪些光检测元件对应于哪些光束和相关的数 据信道，就可以不管振动情况而保持连续的数据流。光束跟踪和补偿模块(315，340)通过从相应的光检测阵列(320，335)中获得参考 读数，动态地计算由光检测元件所检测到的光束的位移。在参考读数之后获得来自同一光 检测阵列(320，335)的样本读数，对参考读数的各种移动的版本的至少一部分以及样本读 数的至少一部分执行互相关函数。然后，根据参考读数的移动的版本所表示的可能的位移 使互相关数据模型化，并且通过从模型化的数据中外推经计算的极值从而获得实际的位移 计算结果。将参照图4-8更详细地讨论这一过程。如上所述，当从光检测阵列中取样本和参考读数时，可能在非常短暂的时段内暂 时停止两个电路板(305，325)之间的光通信。通常，当光束跟踪和补偿模块(315，340)有 效地运行并且以比声频(通常是1-lOkHz)要快但比数据转移速率(对于光数据，通常大于 500MHz)要慢的速率来计算光束的位移时，可以抵消和补偿电路板(305，325)中的振动所 导致的机械位移的致命影响。本系统(300)的优点还有光束移动的补偿是无源地实现的，不需要对电路板上 任何光学组件进行有源地操纵或移动。光束跟踪和移动补偿的这种无源处理方式需要比常 规处理方式少得多的能量。现在参照图4A和4B，示出了示例性的光检测阵列(405)，所示的图案指明了来自 光发射器(210，图2)的光束(410)是如何击中光检测阵列(405)的。光检测阵列(405)包 括多个光检测元件(415)。光检测元件(415)被配置成检测入射到元件(415)上的光能，并且输出用于指示 该光能的电信号。例如，光检测元件(415)可以输出用于表征所检测到的光能的强度的电 信号。在其它实施方式中，光检测元件(415)可以使用滤色片来输出用于指示光能的特征 波长的电信号。在其它实施方式中，光检测元件(415)可以产生简单的数字输出，用于指示 存在超过特征阈值的光能。因为通过改变光束的强度、特征波长和/或脉冲长度就可以将 数据编码到光束(410)上，所以就可以用光检测元件(415)所输出的电信号从光束(410) 中解码出数据并且将该数据转发到其预定的目的地。如上所述，光检测元件(415)中的某些是与特定的光束(410)相关联的，并且每个 光束(410)上所编码的数据是使用与该光束相关联的光检测元件(415)所输出的电信号来 进行解调的。然而，如上所述，当遇到因振动所导致的光束移动时，就对哪些特定的光检测 元件(415)分配给哪些光束(410)进行调节或重新配置。图4A示出了在一个瞬间多个光束(410)在光检测阵列(405)上的可能的图案， 图4B示出了在发生位移之后(因噪声、振动或其它因素)接下来的一个瞬间相同的光束 (410)在光检测阵列(405)上的可能的图案。如图4A和4B所示，光束可以具有高斯分布， 光束中心部分处的峰值强度是由图中较暗的阴影指示的。为了获得最佳的功能、数据流和 数据完整性，根据计算出的光束(410)的位移来调节与每个光束(410)相关联的光检测元 件(415)。通过从光检测阵列(405)中获取参考读数并且接下来获取样本读数以便与参考 读数进行比较，来执行光束(410)的这种计算出的位移。在本示例中，图4A表示在参考读数时由光检测阵列(405)检测到的光束(410)的图案，图4B表示在样本读数时由光检测阵 列(405)所检测到的光束(410)的图案。为了计算在参考读数和样本读数之间出现的光束位移(如果有的话)，使用参考 读数和样本读数的多个部分。图5A示出了在参考读数时与单独的光束(510)相对应的光检测阵列(405，图4) 的一部分(505)所检测到的光的图示。图5B示出了在接下来的样本读数时与单独的光束 (510)相对应的光检测阵列(405，图4)的一部分(515)所检测到的光的图示。因为向光检测阵列(235，图2)发射光束的每个光源都位于相同的光发射器(210， 图2)上或被包括在该光发射器中，所以可以假定光发射器(210，图2)的多个光源同时经历 相同的空间位移。换句话说，当在来自光发射器(210，图2)的一个光束中检测到空间位移 时，可以合理地得到结论，即该光发射器(210，图2)中的其它光源已经历了相似的或完全 一样的位移。现在参照图6，通过计算参考部分(505)的各种移动的版本与接下来的样本部分 (515)之间的互相关数据，可以从参考和样本读数的多个部分(505，515 ；图5)中确定光束 的位移。在互相关过程中，参考部分(505)的被检测部分在用于表示光束(510)的不同的 可能的位移的各个方向上进行系统性地移动。阵列(601)将这些可能的位移显示成编号的 位置，位置0表示光束(510)的位置没有变化，位置1表示向上且向左位移，位置2表示直 接向上位移，如此等等。这些位置表示参考位置的假设的移动，并且允许在9个分立的坐标 处估计一般的互相关表面。相应的阵列(602)以x和y坐标示出了由每个假定的位置所表示的位移。下文会 详细解释，用参考位置与这些假设的移动来估计在一组分立的位移处的一般互相关表面的 值，然后，确定样本光束的峰值强度的净位移。然后，这些比较中的每一个(例如9个数据 点)的相关程度被拟合成一个高斯函数，该函数的极值用于标识该样本光束对参考位置相 比的实际的位移。图7示出了这一过程。如图7所示，参考和样本或瞬时光束之间的互相关函数是 这样获得的在位置0-8中所描述的每一个潜在的位移处计算样本部分(515)和参考部分 (505)之间的互相关函数的值；然后，将这9个值拟合成二维高斯函数。极值的位置表示瞬 时光束与参考光束相比的位移。在图7中，参考位置是用每个“位置”中所示的参考光束 (REF)来指示的。在位置3中特定地指明了样本或发生位移的光束(SAMPLE)的相对位置， 但是在每个所示的“位置”中是相同的。在位置5处，参考光束和样本光束之间的相关性最 接近，但在所示的示例中这种相关性不是确切的。然而，通过将位置0-8的相关程度拟合成 高斯函数，该函数的极值将给出样本光束的位移的精确量化。可以用互相关函数来测量光束的位移。对于一维函数f(x)和g(x)，可以在合适的 时间值(t)上定义互相关为<formula>formula see original document page 9</formula>可以使用互相关函数的其它选择，例如，样本和参考光束之间的光强之差的平方 的和。可以使用各种互相关函数，只要在相应的相关表面中有清晰的极值，并且可以用一般 二次函数来使该相关表面合理地模型化就可以。在一些实施方式中，在位置0-8所描述的每个潜在的位移处，在样本部分(515)和参考部分(505)之间的x和y维度中，对互相关函 数进行估算，以获得二维相关数据。然后，使用高斯或相似的函数来使二维相关数据模型 化，以获得相关表面，从该相关表面可以外推出极值。该极值对应于在获得光检测阵列的参 考读数和样本读数所消逝的时间内计算出的光束(510)的位移位置。可以将参考f(r)和采样g(r)光束的强度的“光斑”重叠的相关函数定义为外=(/(F)(I/Md)，对于g(r)而言，表达式相似。定义上面的标量乘积以及函数空间中的矢量的大小 为(fgg) = / dxdyf^x-x" y-y) g(x_xj, y-y」)，f| = [ / dxdyf2]1/2在实践中，如果假定光斑上的强度分布为高斯型的，/(^=/。exp[-( -02/2o"2]，
则約=AeXp肽-F//4CT2]也是高斯型的，色散是2 O 2，ri(J) = (xi(j)，yi(j))T是光斑的平面 中的二维矢量。然后，通过将测得的量P 个数，3x3的矩阵)x2_拟合成用于P 的高斯 近似(4个未知)，就发现了二维矢量巧-巧=(x,~xJ,yl -巧)所测量的位置移动。考虑到强度 分布的特征，可以确保即使多个光斑中心分开了比o大的距离，还可相当准确地确定移动 的方向，以用于改进对准情况，并且可重复该过程以在几个步骤中实现对准。在实时跟踪期间，可以从上述几个测量步骤中估算出时间t时光斑的位置(x，y)、 速度(Vx，Vy)和加速度(Wx，ffy)。然后，从简单的例程中可以预计在时刻t+dt处时间dt 中的光斑位置<formula>formula see original document page 10</formula>这是位置与速度的预计(用符号‘标记)，y分量是以相同的方式写成的。多次 测量之间的时间dt与测量频率的关系是f = 1/dt。然后，对于下一步，我们进行自动-回 归x(t+dt) = a xm(t+dt) + (l-a )x(t),vx(t+dt) = 3 vx,m(t+dt) + (l_3)vx(t)，其中，下标“m”表示实际测量的量，0 < a , ^ < 1是经优化以减小轨迹抖动的平 滑系数，换句话说，使前一次P+1测量和跟踪实例期间的预测误差达到最小<formula>formula see original document page 10</formula>上面的示例包括仅关于当前和之前的位置的信息。很明显，可以容易地概括出这 一点，因为自动_回归含更多先前的数据点以进一步改善跟踪的质量和速度。互相关数据的计算要求对关于参考和样本读数的信号执行大量的信号处理，特别 是“行延迟”或相似的处理。在许多实施方式中，在从光检测阵列中获得这些信号时立刻对 这些信号执行这些处理，即在进一步数字化之前。这可以增大所获得的最终互相关数据的 准确度。如上所述，应该理解，可以对参考和样本读数执行许多相关函数和相关表面模型， 包括更复杂的函数的简化和近似。例如，“方差之和”相关函数的泰勒级数近似将产生与上述函数和模型相似的结果。可在Raymond G. Beausoleil, Jr.等人的美国专利6，195，475 中发现本系统和方法中可以用来从参考和样本读数中获取相关数据的可能的处理和计算 的更透彻的解释，该专利全部内容引用在此作为参考。现在参照图8，示出了从图7的示例中获得的互相关数据的数学模型(800)的图 示，该模型具有高斯表面(820)。高斯表面(820)代表了用参考读数(505，图5)的移动的 部分和样本读数(515)的一部分获得的相关数据。高斯表面(820)使在光束(510，图5)相 对于x和y轴(810，815)的潜在位移处的相关数据的值模型化。在z轴(805)上用于每个 x-y坐标对的值指示了光学位移是x-y坐标所对应的矢量的可能性。通过从高斯表面(820) 以及用于定义极值(825)位置的x-y坐标中外推出极值(825)，就可以计算光束(510，图5) 的可能的位移。在本示例中，极值(825)所对应的x-y坐标是光束(510，图5)的计算的位 移的x-y坐标。一旦已计算了光束(510，图5)的位移，并且通过扩展，已计算了光发射器(310，图 3)中所有的光源的光束位移，则可以补偿该位移，如上文所解释的那样。另外，因为电路板所经历的许多振动往往是周期性的并且呈现出一定程度的规律 性，所以可以使用多种算法来检查一段时间内光束位移的历史，并且开发出预测性的校正 方案。可以用这种预测性的校正方案来预计光学组件的振动或其它运动，并且补偿所导致 的光束位移，而无需连续地计算光束的位移。示例性的方法现在参照图9，示出了用于跟踪光束的示例性方法(900)。该方法(900)包括在光 检测阵列中接收光能束(步骤905)。从光检测阵列中获得光束的参考读数(步骤910)。 在已获得参考读数之后(步骤910)，从光检测阵列中获得光束的样本读数(步骤915)。然 后，获得样本读数的至少一部分与参考读数的多个移动的版本的至少一部分之间的互相关 数据(步骤920)。然后，使互相关数据模型化(步骤920)，并且从互相关数据中外推出极值 以计算光束的位移(步骤925)。例如，使用高斯近似来使互相关数据模型化(步骤923)， 高斯近似具有单个极值，该极值表示光束的最可能的位移点。在已确定该位移之后，可以将 样本读数转换成新的参考读数。可以将数据从光束发送到光检测阵列。由此，方法(900)也可以包括如下步骤从 光检测阵列中的光束的测量中，解调出光束上所携带的数据。可以按一定的速率获得参考 和样本读数，该速率比影响光束和光检测阵列的振动的频率要快，但比发送数据的速率要 慢。因为大多数振动都以低于10kHz的频率发生的，并且通常数据是以大于1GHz的速率进 行光传输的，所以在一个示例中，可以按大约1MHz的速率(即每一微秒一次)获得本方法 (900)的样本和参考读数。在获得光束跟踪读数时，可以周期性地且短暂地停止数据转移， 之后再立即继续。现在参照图10，示出了用于补偿光束移动的示例性方法(1000)的流程图。该方 法(1000)包括如下步骤使光检测阵列中的某些光检测元件与发射器所发射的多个光束 的每一个相关联(步骤1005)。不同的光束可以携带不同的光学数据信道，由此，在一些实 施方式中重要的是，在光检测阵列所产生的测量结果中均恰当地标识每个光束。这允许将 光学数据路由到其预期的目的地。方法(1000)也包括上文关于跟踪光束的方法(900，图9)所描述的一些步骤。这
11些步骤包括获得参考读数(1010)，获得样本读数(1015)，获得样本读数和参考读数的移 动的版本之间的互相关数据(步骤1020)，使互相关数据模型化(步骤1025)，从模型化的 数据中外推出极值(步骤1025)以计算光束的位移。如上所述，可以使互相关数据模型化成高斯型(步骤1025)，以及从该高斯模型中 外推出该极值(步骤1025)。另外，可以在光束上发送数据，并且可以使用来自光检测阵列 的光束的读数来进行解调。可以按一定的速率获得参考和样本读数，该速率比影响光束和 光检测阵列的振动的频率要快，但比发送数据的速率要慢。一旦已计算了光束的位移(步骤1025)，则可以确定光束的位移是否大于预定的 阈值(判定1030)。比预定的阈值大的位移可以启动如下操作将位移信息提供给补偿模 块(步骤1035)；并且调节(步骤1040)光检测阵列和/或光发射器的配置，以补偿光束的 位移。然后，创建新的参考读数(步骤1045)，从而考虑到计算出的光束位移，使得相对于光 束的新位置来确定光束的将来的位移。在一些实施方式中，调节光检测阵列和/或光发射器的配置以补偿光束的位移的 步骤(步骤1040)可以包括物理地移动光检测阵列和/或发射器，以在发射器和光检测阵 列之间实现期望的对准。在其它实施方式中，步骤(步骤1040)可以包括调节该阵列中哪 些光检测元件与光束的每一个相关联。假使光束的位移不大于预定的阈值(判定1030)，则可以设样本读数为新的参考 读数(步骤1050)，并且从光检测阵列中可以获得新的样本读数(步骤1015)。方法(1000)可以包括重复若干次如下步骤获得新的样本读数(步骤1015)，获 得互相关数据(步骤1020)，使互相关数据模型化(步骤1025)，外推出极值以计算光束位 移(步骤1025)。这样，可以获得多个位移测量结果，并且可以标识出趋势。然后，从标识出 的趋势中，可以预测将来的位移行为。现在参照图11，示出了用于补偿光束移动的示例性方法(1100)。方法(1100)包 括获得多个光束位移测量结果(步骤1105)；从位移测量结果中标识出趋势(步骤1110)， 预测光束的将来的行为(步骤1115)，以及补偿预测的位移(步骤1120)。如上所述，在许多系统中，振动和其它机械扰动都是周期性的。由此，可以使用 计算机算法来标识多个位移测量结果中的趋势(步骤1110)，以预测将来的行为(步骤 1115)。一旦这种情况出现，系统就不需要从光检测阵列中获取参考和样本光束跟踪读数， 而是可以基于预测的将来的行为，简单地运行自动光束位移补偿循环。这种补偿循环可以 包括调节光发射器和光检测阵列之间的对准，调节阵列中的哪些光检测元件与多个光束 中的哪些相关联，或者这两种调节都执行。前面的描述仅仅是为了示出和描述本发明的原理的实施方式和示例。这种描述并 不旨在穷尽或限制本发明的原理至任何精确的形式。考虑到上面的揭示，许多修改和变化 都是可能的。
1权利要求
一种光互连(100，200，300)，包括具有多个光源的光发射器(115，130，210，230，310，330)；光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)，配置成接收从所述光源发出的光束(135，140，410，510)；以及与所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)相连通的光束跟踪模块(240，315，340)；其中，所述光束跟踪模块(240，315，340)被配置成通过从互相关数据中外推出极值(825)来计算至少一个光束(135，140，410，510)的位移，所述互相关数据是在来自所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的样本读数的至少一部分与来自所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的参考读数的多个移动的版本的至少一部分之间获得的。
2.如权利要求1所述的光互连(100，200，300)，其特征在于，所述光发射器(115,130,210,230,310,330)被装在第一电路板(105，205，305)上，所 述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)被装在第二电路板(110，225，325)上。
3.如权利要求1所述的光互连(100，200，300)，其特征在于，所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的特定光检测元件(415)被指定为 接收来自所述光源中的每一个光源的各个光束(135，140，410，510)，以及被指定为接收来自特定光源的光束(135，140，410，510)的光检测元件(415)是响应于 所述光束跟踪模块(240，315，340)所计算的位移而变化的。
4.一种用于空间地跟踪光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中的光束移动 的方法，所述方法包括从所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中获得所述光束(135，140，410， 510)的参考读数；从所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中获得样本读数； 获得在所述样本读数的至少一部分与所述参考读数的多个移动的版本的至少一部分 之间的互相关数据；以及通过从所述互相关数据中外推出极值(825)，计算所述光束(135，140，410，510)的位移。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括产生所述互相关数据的高斯模型。
6.如权利要求4所述的方法，还包括 从所述样本读数中创建新的参考读数。
7.如权利要求4所述的方法，还包括从所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中的所述光束(135，140，410， 510)的测量结果中解调所述光束(135，140，410，510)上所携带的数据。
8.一种用于补偿光束移动的方法，所述方法包括使光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中的某些光检测元件(415)与来自发 射器(115,130,210,230,310,330)的多个光束(135，140，410，510)中的每一个相关联； 获得在来自阵列(120，125，220，235，320，335，405)的样本读数的至少一部分与来自阵列(120，125，220，235，320，335,405)的参考读数的至少一部分的多个移动的版本之间 的互相关数据；通过从所述互相关数据中外推出极值(825)，计算所述光束(135，140，410，510)的位 移；以及调节在所述光检测元件(415)和各个光束(135，140，410，510)之间的相关联性以补偿 所述位移。
9.如权利要求8所述的方法，还包括从所述光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)中的光束(135，140，410，510)的 读数中，解调所述光束(135，140，410，510)上所携带的数据。
10.如权利要求8所述的方法，还包括重复如下步骤获得所述互相关数据；以及多次计算所述位移以获得多个位移测量结果。
全文摘要
一种光互连(100，200，300)包括光发射器(115，130，210，230，310，330)，它具有多个光源；光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)，配置成接收从光源发出的光束(135，140，410，510)；以及光束跟踪模块(240，315，340)，与光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)相连通。光束跟踪模块(240，315，340)被配置成通过从互相关数据中外推出极值(825)来计算至少一个光束(135，140，410，510)的位移，该互相关数据是在来自光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的样本读数的至少一部分与来自光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的参考读数的多个移动的版本的至少一部分之间获得的。相关的方法包括通过从互相关数据中外推出极值(825)来计算光束(135，140，410，510)的位移，该互相关数据是在光束(135，140，410，510)的样本读数与来自光检测阵列(120，125，220，235，320，335，405)的参考读数的多个移动的版本的至少一部分之间获得的。
文档编号G02B6/38GK101828138SQ200880112448
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月17日
发明者A·M·布拉托科夫斯基, R·G·博索雷, W·童 申请人:惠普发展公司，有限责任合伙企业