CN101103296A - 光开关 - Google Patents

Abstract

提供一种光开关，用于在至少三个彼此水平隔开或者彼此水平以及垂直隔开的透镜之间切换光路。此光开关包括，用于支撑透镜的透镜支架构件，与透镜光耦合的固定棱镜以及相对于透镜支架构件支撑为可移动的移动棱镜。移动棱镜是由致动器在第一位置和第二位置之间驱动，在第一位置，利用固定棱镜在两个透镜之间形成光路，在第二位置，通过移动棱镜在另外两个透镜之间形成光路。

Description

光开关

技术领域

本发明涉及一种光开关，适合应用于切换光通讯系统中的光路，或者激光加工中的激光束路径。

背景技术

在最近迅猛发展的光传输技术中，用于光信号或者光能量传输路径切换的光开关起到了重要的作用。例如，日本专利早期公报第2003-15059号公开了一种使用移动棱镜的光开关。如图19A和19B所示，该光开关通过在一对输入光纤(2a，2c)和一对输出光纤(2b，2d)的端头之间移入和移出棱镜6M来切换光路。在这种情况下，由于棱镜6M的直线运动减少了设备的死空间，因此能够在整体上缩小该光开关的尺寸。

此光开关当输入光纤(2a，2c)分别与输出光纤(2b，2d)同轴设置时是有效的。但是，当输入光纤与输出光纤平行设置时，则需要采用另一种切换机构。

另一方面，日本专利早期公报第2004-37652号公开了一种当输入光纤(2a，2c)与输出光纤(2b，2d)在同一面内彼此平行设置时用于切换光路的光开关，如图20所示。此光开关中使用的镜组6N具有复杂的形状，包括用于提供图21A中所示光路的反射部分以及用于提供图21B中所示光路的反射部分。通过相对于光纤沿图20中箭头所示的方向移动镜组6N来切换光路。

但是，由于这些反射部分是整体成型的，因此需要以高精度加工镜组6N复杂的几何外形。此外，当定位其中一个反射部分定位时，会影响到镜组6N所有反射部分的位置。因此，当装置装配之后，单独调整反射部分的位置是十分困难的。此外，由于所使用的镜组是以如此高精度方式加工而成，在光开关性能价格比的提高方面还存在很大的空间。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种具有使用固定光导构件及移动光导构件的切换机构的新型电开关，其与上述传统情况不同。

更确切地说，本发明的光开关包括：至少三个透镜，用以支撑透镜的透镜支架构件，与透镜光耦合的固定光导构件以及移动光导构件，其特征在于：移动光导构件能够相对于透镜在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，利用固定光导构件在至少三个透镜中的两个透镜之间形成光路，在第二位置，利用移动光导构件在至少三个透镜中的另外两个透镜之间形成光路。

根据本发明，由于光路的切换是通过选择固定光导构件进行光反射或者选择移动光导构件进行光反射，所以移动光导构件可以具有相对简单的形状。因此该光开关的光学零件定位容易并且具有较低的制造成本。根据本发明的技术原理，将在后面进行描述，还可以提供一种在两个方向上切换光路的紧凑的光开关，即除了在水平方向上进行光路切换，还可以在水平和垂直两个方向上进行光路切换。

在本发明的光开关中，优选的固定光导构件具有在第一位置上用于反射两个透镜之中的一个透镜发射出光束的第一反射部分，以及用于把从第一反射部分反射的光束进而朝向两个透镜中另外一个透镜反射的第二反射部分。例如，优选的固定光导构件形成有透明材料的体部，和形成在体部的一对表面上的第一和第二反射部分。做为替代，优选的固定光导构件可以由梯形棱镜制成，梯形棱镜的一对斜面做为第一和第二反射部分，两个斜面彼此之间的夹角为直角。

同样的，优选的移动光导构件具有在第二位置上用于反射另外两个透镜之中的一个透镜发射出光束的第三反射部分，以及用于把从第三反射部分反射的光束进而朝向另外两个透镜中的另一个透镜反射的第四反射部分。例如，优选的移动光导构件形成有由透明材料制成的体部，和形成在体部的一对表面上的第三和第四反射部分。

本发明的光开关，优选的至少三个透镜由彼此光轴平行的第一、第二、第三和第四透镜组成，在第一位置上，第一和第二透镜之间以及第三和第四透镜之间形成光路，在第二位置上，第一和第四透镜以及第二和第三透镜之间形成光路。需要特别指出的是，第一、第二、第三和第四透镜是通过透镜支架构件支撑的，使它们的光轴在水平以及垂直方向上彼此平行。在该情况下，可以在多个光传导构件例如在矩阵排列的光纤之间切换光路。

做为上述应用四个透镜的光开关的一个优选实施方式，固定光导构件具有至少一对反射部分(例如，图3A中的50和51)，在第一位置上，用以反射从第一和第二透镜中的一个以及第三和第四透镜中的一个发射出的光束，并且将一对经过反射的光束进而分别朝向第一和第二透镜中的另一个以及第三和第四透镜中的另一个反射。移动光导构件具有至少一对反射部分(例如，图4C中的两对反射部分63和65以及64和66)，在第二位置上，用以反射从第一和第四透镜中的一个以及第二和第三透镜中的一个发射出的光束，并且将一对经过反射的光束进而分别朝向第一和第四透镜中的另一个以及第二和第三透镜中的另一个反射。在该情况下，特别优选的是，固定光导构件中的至少一对反射部分间的夹角以及移动光导构件中的至少一对反射部分间的夹角分别都是直角。在此实施方式中，可以使用具有相对简单结构的固定光导构件和移动光导构件，例如图3所示。因此，可以使光开关具有较好的性能价格比。

在上面的光开关中，优选的移动光导构件设置为使得与固定光导构件的至少一对反射部分平行的轴线(图3A中的X轴)垂直于与移动光导构件的至少一对反射部分平行的轴线(图4A中的Y轴)。根据本实施方式，在第一位置上，利用固定光导构件可以在彼此间垂直隔开的透镜之间形成光路。另一方面，在第二位置上，利用移动光导构件可以在彼此间水平隔开的透镜之间形成光路。因此，此光开关在光路设计方面表现出更高的灵活性。

做为本发明使用四个透镜的光开关的一个特别优选实施方式，固定光导构件包括在第一位置上用以反射从第一透镜发射出的光束的第一反射部分50，用以反射从第三透镜发射出的光束的第二反射部分51，用以将第一反射部分反射的光束进而朝向第二透镜反射的第三反射部分51，以及用以将第二反射部分反射的光束进而朝向第四透镜的第四反射部分50。另一方面，移动光导构件包括在第二位置上用以反射从第一透镜发射出的光束的第五反射部分63，用以将第五反射部分反射的光束进而朝向第四透镜反射的第六反射部分65，用以反射从第三透镜发射出的光束并与第六反射部分通过空间21分隔开的第七反射部分66，以及用以将第七反射部分反射的光束进而朝向第二透镜反射并与第五反射部分通过空间20分隔开的第八反射部分64。

在第一位置上，第一和第二透镜之间的光路是穿过第五和第八反射部分63和64之间的空间形成的，并且第三和第四透镜之间的光路是穿过第六和第七反射部分65和66之间的空间形成的。在此种情况中，优选的第一反射部分50和第三反射部分51之间的夹角，第二反射部分51和第四反射部分50之间的夹角，第五反射部分63和第六反射部分65之间的夹角，以及第七反射部分66和第八反射部分64之间的夹角，分别为直角。根据此实施方式，因为光路穿过移动光导构件上形成的空间，这样可以减少移动光导构件相对于透镜支架构件的移动距离。因此，可以提供一种用于在多个光传导构件之间例如在矩阵排列的光纤之间切换光路的紧凑的光开关。

此外，上述光开关的固定光导构件包括提供第一反射部分和第四反射部分的单个反射面50，以及提供第二反射部分和第三反射部分的单个反射面51，并且这两个反射面之间的夹角为直角。此外，上述光开关的移动光导构件包括一对模块60和62，其中每一个模块具有两个彼此垂直的反射部分，以及用以连接两个模块的连接构件61，使得一个模块的反射部分与另一个模块的反射部分通过一个空间彼此分开。

在本发明中，“反射”的概念包括全反射和镜面涂层反射。在光路上折射率由高向低变化的情况下，当折射率差(例如，透明构件与空气之间的折射率差)以及反射角满足一定条件时，就会发生全反射。棱镜的反射就是基于此现象。在镜面涂层反射的情况下，具有镜面涂层的任意表面都可以反射光束。换句话说，即使当透明构件与反射侧的构件间的折射率差和反射角不能够满足全反射条件，还是可以通过镜面涂层实现反射。因此，此处也可以使用非透明材料。

结合附图对本发明优选实施例的描述用于进一步理解本发明的其它特征和优点。

附图说明

图1A至1C分别是根据本发明第一种实施方式的光开关的纵截面图、横截面图以及前视图；

图2是光开关的与透镜整体模制成型的透镜支架构件的立体图；

图3A至3C分别是光开关固定棱镜的立体图、侧视图和前视图；

图4A至4C分别是光开关的移动棱镜的立体图、俯视图和前视图；

图5A至5B是移动棱镜在第一位置时形成光路的立体图和概念图；

图6A至6B是移动棱镜在第二位置时形成光路的立体图和概念图；

图7A至7B是固定光导构件的改型的立体图；

图8A至8D是移动光导构件的改型的立体图；

图9A至9B是透镜支架构件的改型的立体图；

图10A至10B是本发明第二种实施方式光开关的纵截面图和横截面图；

图11A至11B是在该实施方式中使用的透镜支架构件的立体图和截面图；

图12A至12B是光开关固定棱镜的立体图和俯视图；

图13A至13B是光开关移动棱镜的立体图和俯视图；

图14A至14B是移动棱镜在第一位置时形成光路的立体图和概念图；

图15A至15B是移动棱镜在第二位置时形成光路的立体图和概念图；

图16A至16C是固定光导构件的改型的立体图；

图17A至17B是移动光导构件的改型的立体图；

图18是透镜支架构件的改型的立体图；

图19A至19B是传统光开关的光路切换原理说明图；

图20是另一种传统光开关的镜组的立体图；以及

图21A至21B是图20中光开关的光路切换原理的说明图。

具体实施方式

参照附图，将根据优选实施方式详细描述本发明的光开关。

第一实施方式

如图1A至1C和图2所示，本实施方式的光开关包括：由合成树脂制成并且在一端具有开口的壳体1，多个光纤(此实施方式中为四根光纤2a，2b，2c，2d)通过开口能够进入到壳体中；四个准直透镜(4a，4b，4c，4d)，每一个准直透镜通过套圈(3a，3b，3c，3d)与光纤连接；用以支撑这些透镜的透镜支架构件10，与透镜光耦合的固定光导构件5；相对于透镜支架构件10被可移动地支撑的移动光导构件6；以及用以使移动光导构件6在第一位置和第二位置之间移动的致动器7，该致动器是电磁传动装置，其中，在第一位置中，利用固定光导构件5在纵向相邻光纤之间形成光路，在第二位置中，利用移动光导构件6在横向相邻光纤之间形成光路。

在此实施方式中，如图1C所示，光纤(2a至2d)排列成一个2×2的矩阵，使它们的光轴沿纵向和横向彼此平行。此外，如图2所示，四个透镜(4a至4d)和透镜支架构件10是通过整体模制成型的，使透镜嵌入具有立方体形状的透镜支架构件10。这样有利于光开关的装配操作。

如图3A至3C所示，具有梯形截面的固定棱镜做为本实施方式的固定光导构件5。该固定棱镜具有一对反射部分50和51用于在第一位置反射透镜4a发射出的光束，然后将反射后的光束朝向透镜4b反射，以及同时反射透镜4c发射出的光束，然后将反射后的光束朝向透镜4d反射，这些将在后面做详细描述。具体地说，该固定棱镜5包括一对梯形面52，以梯形的上底作为其中一边的顶面53，以梯形的下底作为其中一边的底面54，以及一对在顶底表面间延伸的斜面50和51。斜面之间的夹角为直角，如图3B所示。在下文中，固定棱镜5的斜面被称为反射面50、51。固定棱镜5设置为其底面54通过一个空间对着透镜4a至4d，该空间允许移动光导构件6移入和移出。在图中，“X”指的是固定棱镜的与其一对反射面50、51平行的轴线。

如图4A至4C所示，具有整体结构的移动棱镜作为本实施方式的移动光导构件6，该整体结构包括一对梯形棱镜，每一个具有与固定棱镜5相似的形状，以及用于将它们连接的连接构件61。该移动棱镜具有在第二位置用于反射透镜4a发射出的光束的发射面63，用于将由反射面63反射的光束朝向透镜4d反射的反射面65，与反射面65间隔一定空间21的、用于反射透镜4c发射出的光束的反射面66，以及与反射面63间隔一定空间20的、用于将由反射面66反射的光束朝向透镜4b反射的反射面64，这些将在后面做详细描述。具体地说，反射面63、65由上部梯形棱镜60的一对斜面提供，以及反射面64、66由下部梯形棱镜62的一对斜面提供。反射面63、65之间的夹角以及反射面64、66之间的夹角为直角。移动棱镜6设置为使得包括梯形棱镜下底的底面对着透镜4a至4d。这种移动棱镜能够通过从一个大梯形棱镜上去除中心部分而相对容易地制造。在图中，“Y”指的是移动棱镜的与其反射面平行的轴线。

致动器7并不限制于使移动棱镜6上下移动的假设。在此实施方式中，通过移动一端与移动棱镜固定的臂70，能够使移动棱镜6移入与移出固定棱镜5与透镜4a至4d之间的空间。为了在第一位置通过固定棱镜5在沿垂直方向间隔开的透镜(4a和4b，4c和4d)之间形成光路，以及在第二位置通过移动棱镜6在沿水平方向彼此间隔开的透镜(4a和4d，4b和4c)之间形成光路，移动棱镜6这样固定到臂70使得固定棱镜5的“X”轴线与移动棱镜6的“Y”轴线相互垂直。在图中，标号72所指的接线端用于给致动器的线圈提供电流。当透镜支架构件10、固定棱镜5以及致动器7事先安装在一个基板上，并且于是将该基板安装到壳体1中，这样可以高效且容易地装配该光开关。

接下来将解释光开关的运作。在第一位置上，其中与臂70的一端固定的移动棱镜6通过致动器7的作用从透镜4a至4d与固定棱镜5之间的空间向上移动，透镜4a至4d与固定棱镜5是光耦合的。在此实施方式中，如图5A至5B所示，光纤2a中的光束穿过透镜4a，通过移动棱镜6的反射面63、64之间的空间20发射到固定棱镜5，并且被固定棱镜5的反射面50反射。经反射面50反射的光束进而通过固定棱镜5的反射面51反射至透镜4b。因此，便在透镜4a与4b之间形成了光路。相似地，光纤2c中的光束穿过透镜4c通过固定棱镜5的反射面51反射。经过反射面51反射的光束进而由固定棱镜5的反射面50朝向透镜4d通过移动棱镜6的反射面65、66之间的空间21反射。因此，便在透镜4c与4d之间形成了光路。从而在第一位置，在彼此沿垂直方向隔开的透镜4a和4b，4c和4d之间形成了光路。在此实施方式中，由于空间20、21能够有效地用来形成光路，于是可以缩短移动棱镜6的上移距离并且减小光开关6的高度尺寸。此外，固定棱镜5的反射面50同时用来反射透镜4a发射的光束以及用来朝向透镜4d反射经反射面51反射的光束。同样地，固定棱镜5的反射面51同时用来反射透镜4c发射的光束以及用来朝向透镜4b反射经反射面50反射的光束。

作为第一位置的另一种情况，光纤2a中的光束穿过透镜4a，通过反射面63、64之间的空间20发射到固定棱镜5，并且被固定棱镜5的反射面50反射。经反射面50反射的光束进而通过固定棱镜5的反射面51朝向透镜4b反射。另一方面，光纤2d中的光束穿过透镜4d，通过移动棱镜6的反射面65、66之间的空间21发射到固定棱镜5，并且被固定棱镜5的反射面50反射。经反射面50反射的光束进而由固定棱镜5的反射面51朝向透镜4c反射。

在第二位置，移动棱镜6通过致动器7的作用向下移动进入透镜4a至4d与固定棱镜5之间的空间，透镜4a至4d光耦合到移动棱镜6。在此实施方式中，如图6A至6B所示，光纤2a中的光束穿过透镜4a，通过移动棱镜6的反射面63反射。经反射面63反射的光束进而通过移动棱镜6的反射面65朝向透镜4d反射。因此，便在透镜4a与4d之间形成了光路。相似地，光纤2c中的光束穿过透镜4c，由移动棱镜6的反射面66反射。经反射面66反射的光束进而由移动棱镜6的反射面64朝向透镜4b反射。因此，便在透镜4b与4c之间形成了光路。从而在第二位置，在彼此沿水平方向隔开的透镜4a和4d，4b和4c之间形成了光路。

在上面的实施方式中，应用了具有梯形截面的棱镜来减小固定棱镜的尺寸。可替代的，还可以应用具有等腰直角三角形截面的棱镜，其特点是一对反射面彼此垂直并限定了一个直角部。此外，作为本发明光开关中固定光导构件5的另一个优选实施方式，如图7A所示，可以使用由一对彼此连接并且夹角为直角的板组成的薄的L形构件，在板上做为反射部分的一对反射面50、51是通过例如镜面涂层的方法制成。此外，如图7B所示，还可以应用反射涂层构件，其包括矩形实体56，实体内的凹部57，以及一对反射面50、51，反射面是通过在凹部57的斜面涂有反射涂层例如镜面涂层而制成。

本实施方式中使用的移动棱镜是由一对梯形棱镜60、62以及它们之间的以相同材料制成的、用以连接两个梯形棱镜的连接部分61组成。可替代地，如图8A所示，移动棱镜可以由一对梯形棱镜60、62以及其间的以不同材料制成的、用以连接两个梯形棱镜的连接部分67组成。在这种情况中，连接构件67的尺寸应该适当确定，使在梯形棱镜60、62之间留有在第一位置上用以形成光路的空间20、21。

可替代地，作为本光开关移动光导构件6的另一个优选实施方式，可以使用如图8B所示薄的L形构件，其包括由一对彼此连接并且夹角为直角的板68，一对形成在板的指定位置用以在第一位置形成光路的槽口69，以及在板上作为反射部分的反射面63至66。此外，可以使用如图8C所示的反射涂层构件，其包括一对矩形实体80，在每个实体上形成的凹部81，以及在每一个凹部的斜面上有一对通过涂有反射涂层(例如镜面涂层)而制成的反射面63和65，64和66，以及置于实体之间的连接构件82。此外，可以使用如图8D所示的形状相对简单的棱镜，其具有梯形截面并且由一对斜面作为反射面63和64，65和66。在这种情况中，由于棱镜不具有在第一位置用以形成光路的空间20、21，因而增加了通过致动器7驱动的移动棱镜6的移动距离。但是，由于移动棱镜6具有与固定棱镜5大致相同的形状，因此可以提供好的性能价格比的光开关。

除了本实施方式中使用的透镜支架构件10和透镜的模制件外，还可以使用如图9A所示的通过把半球形透镜或者球形透镜嵌在透镜支架构件10上而制成的透镜组(lens block)，或者使用如图9B所示的通过在矩形管形状的透镜支架构件11内分别安装模制透镜或者自聚焦透镜而制成的透镜组。

为了提高对本发明的理解，本实施方式说明了以2×2矩阵方式排列的四根光纤的光路切换原理。但是，光开关中应用的光纤数量并不是限于四根。例如，固定棱镜和移动棱镜的尺寸，棱镜的数量，或者棱镜上反射面的数量能够根据需要切换的光纤的数量而增加。

第二实施方式

如图10A、10B、11A以及11B所示，本实施方式的光开关包括：由合成树脂制成并且在一端具有开口的壳体1，多个光纤(此实施方式中为四根光纤2a，2b，2c，2d)通过开口能够进入到壳体中；四个与光纤连接的准直透镜(4a，4b，4c，4d)；用以支撑这些透镜的透镜支撑构件10；与透镜光耦合的固定光导构件5；相对于透镜支架构件10可移动地支撑的移动光导构件6；以及用以使移动光导构件6在第一位置和第二位置之间移动的、为电磁传动装置的致动器7，在第一位置，利用固定光导构件5在横向的一对光纤之间形成光路的位置，在第二位置，利用移动光导构件6在横向的另一对光纤之间形成光路。

在本实施例中，如图11A所示，光纤2a至2d是以1×4线性矩阵方式排列，它们的光轴在同一个水平面上彼此平行。此外，如图11B所示，透镜支架构件10是由在上表面具有用以放置透镜的四个V形凹槽12的下模块13，以及用以压紧下模块的上表面使透镜在V形凹槽中固定的上模块14组成。因此，由于透镜是通过透镜支架构件10整体固定，因而可以容易地装配光开关。

如图12A和12B所示，一对每一个具有三棱镜形状的固定棱镜作为本实施方式的固定光导构件5。在第一位置，固定棱镜中的一个用以形成透镜4a和4b之间的光路，同时另一个固定棱镜用以形成透镜4c和4d之间的光路，这些将在后面作详细描述。具体地说，每一个固定棱镜是由等腰三角形上下表面，以及一对互成九十度角的侧面组成。这些侧面做为反射面50A和51A，50B和51B。固定棱镜5设置为使得不同于一对作为反射面的侧面的剩下侧面通过一定空间对着透镜4a至4d，此空间允许移动棱镜6的移入和移出。

另一方面，如图13A和13B所示，具有梯形截面的移动棱镜作为移动光导构件6使用。在第二位置，该移动棱镜6在透镜4a和4d，4b和4c之间同时形成光路，这些将在后面作详细描述。具体地说，移动棱镜由一对梯形侧面60A、包括该梯形上底边的顶表面61A、包括梯形下底边的底表面62A以及在顶底表面之间延伸的一对斜面63A和64A。斜面之间的夹角为直角。在第二位置形成的光路同时由这些作为反射面的斜面提供。移动棱镜设置为在第二位置使其底表面62A对着透镜4a至4d。在本实施方式中，由于使用具有梯形截面的棱镜，因而可以减小移动棱镜的尺寸。可替换地，还可以使用具有等腰直角三角形截面的棱镜作为移动棱镜。在这种情况中，反射面63A和64A彼此垂直并限定了一个直角部。

致动器7并不限于使移动棱镜6上下移动的假设。在此实施方式中，如图10B中实线和虚线所示，通过移动一端与移动棱镜固定的臂70，能够使移动棱镜6在固定棱镜5与透镜4a至4d之间的空间移入与移出。在图中，标号72所指的接线端用于给致动器的线圈提供电流。当透镜支架构件10、固定棱镜5以及致动器7事先安装在一个基板上，并且然后将该基板安装到壳体1中，这样可以高效且容易地装配该光开关。

接下来将解释光开关的运作。在第一位置，其中与臂70的一端固定的移动棱镜6由致动器7的作用移出透镜4a至4d与固定棱镜5之间的空间，于是透镜4a至4d与一对固定棱镜5光耦合。在此实施方式中，如图14A至14B所示，光纤2a中的光束穿过透镜4a通过一个固定透镜5中的一对反射面50A和51A朝向透镜4b行进。因此，便在邻近的透镜4a与4b之间形成了光路。相似地，光纤2c中的光束穿过透镜4c通过另一个固定透镜5中的一对反射面50B和51B朝向透镜4d行进。因此，便在邻近的透镜4c与4d之间形成了光路。因而，在第一位置，在沿水平方向设置的邻近的透镜4a和4b，4c和4d之间形成了光路。

在第二位置，移动棱镜6由致动器7的作用移入到透镜4a至4d与固定棱镜5之间的空间，移动棱镜6与透镜4a至4d光耦合。在本实施方式中，如图15A至15B所示，光纤2a中的光束穿过透镜4a通过移动透镜6中的一对反射面63A和64A朝向透镜4d行进。因此，便在透镜4a与4d之间形成了光路。此外，光纤2c中的光束穿过透镜4c通过移动透镜6中的一对反射面63A和64A朝向透镜4b行进。因此，便在透镜4b与4c之间形成了光路。因而，在第二位置上，在水平方向上彼此相隔的与第一位置不同的透镜4a和4d，4b和4c之间形成了光路。

在上面的实施方式中，使用了一对固定棱镜5。可替代的，如图16A所示，可以使用单个的固定棱镜，其由透明材料制成的矩形连接构件84以及整体结合在连接构件一侧的一对三棱镜82组成。在此种情况中，能够得到与上面相同的效果，并且由于整体零件数量的减少，还能够更加高效地装配光开关。

作为本光开关的固定光导构件5的另一个优选实施方式，可以使用如图16B所示单个的固定光导构件5，其包括一对薄的L形构件85以及其间的连接构件86。在此种情况中，每一个薄的L形构件85是由一对彼此连接且相交角为直角的板89组成，并且在板上作为反射部分的反射面50A和51A，50B和51B是通过例如镜面涂层而形成。此外，可以优选地采用单个的反射涂层构件，其由矩形实体87，实体上的一对凹部88，以及在每一个凹部88的一对斜面上通过例如镜面涂层形成的反射面50A和51A，50B和51B组成。

如图17A所示的薄的L形构件可以作为本光开关的移动光导构件6的另一个优选实施方式，其包括一对彼此连接且相交角为直角的板65A和66A，以及在板上作为反射部分的反射面63A和64A。可替代地，如图17B所示，可以使用反射涂层构件，其由具有凹部68A以及反射面63A和64A的矩形实体67A构成，反射面63A和64A是在凹部的一对斜面上例如通过镜面涂层而形成。

作为本发明的变化形式，自聚焦透镜可以代替模制透镜放置于支撑构件10的V形凹槽12中。此外，如图18所示，通过在透镜支架构件10上嵌入一行半球形透镜或者球形透镜而得到的透镜组可以用来取代包括上模块13和下模块14的支撑构件10。

为了提高对本发明的理解，本实施方式说明了1×4线性排列的四根光纤的光路切换原理。但是，光开关中使用的光纤数量并不限于四根。例如，移动棱镜的尺寸或者固定棱镜的数量，能够根据需要切换的光纤的数量而增加。

工业实用性

因此，本发明的光开关具有的优点包括，使光路设计具有高度灵活性，具有紧凑的尺寸以及极好的性能价格比。因此，其可以广泛地应用于光网络的光信号切换以及激光加工中光能传输路径的切换。

Claims (20)

1.一种光开关，其包括：

至少三个透镜；

构造成支撑所述透镜的透镜支架构件；

与所述透镜光耦合的固定光导构件；以及

相对于所述透镜在第一位置和第二位之间移动的移动光导构件，在第一位置，利用所述固定光导构件在所述至少三个透镜中的两个之间形成光路，在第二位置，利用所述移动光导构件在所述至少三个透镜中的另外两个透镜之间形成光路。

2.如权利要求1所述的光开关，其中所述固定光导构件具有在所述第一位置上用以反射所述两个透镜之一发射出的光束的第一反射部分，以及用以将第一反射部分反射的光束朝向所述两个透镜中另一个反射的第二反射部分。

3.如权利要求2所述的光开关，其中所述固定光导构件具有由透明材料制成的体部，以及在所述体部的一对表面上形成的所述第一和第二反射部分。

4.如权利要求1所述的光开关，其中所述移动光导构件包括用以在所述第二位置反射所述另外两个透镜之一发射出的光束的第三反射部分，以及用以将第三反射部分反射的光束朝向所述另外两个透镜中另一个反射的第四反射部分。

5.如权利要求4所述的光开关，其中所述移动光导构件具有由透明材料制成的体部，以及在所述体部的一对表面上形成的所述第三和第四反射部分。

6.如权利要求1所述的光开关，其进一步包括用以在所述第一位置和所述第二位置之间移动所述移动光导构件的致动器。

7.如权利要求1所述的光开关，其包括用于光纤连接件的套圈，套圈位于所述至少三个透镜中的每一个的一侧，透镜的另一侧设置有所述固定光导构件。

8.如权利要求1所述的光开关，其中所述至少三个透镜与所述透镜支架构件是整体成型的。

9.如权利要求2所述的光开关，其中所述固定光导构件是由梯形棱镜形成，以及所述梯形棱镜的一对彼此为直角的斜面做为所述第一和第二反射部分。

10.如权利要求1所述的光开关，其中所述至少三个透镜由光轴彼此平行的第一、第二、第三以及第四透镜组成，并且在第一位置上在第一、第二透镜之间以及第三、第四透镜之间形成光路，在第二位置上在第一、第四透镜之间以及第二、第三透镜之间形成光路。

11.如权利要求10所述的光开关，其中透镜支架构件支撑所述第一、第二、第三和第四透镜使得它们的光轴在同一平面上彼此平行。

12.如权利要求10所述的光开关，其中透镜支架构件支撑所述第一、第二、第三和第四透镜使得它们的光轴在水平和垂直方向上彼此平行。

13.如权利要求12所述的光开关，其中所述透镜支架构件具有容纳第一至第四透镜的管状结构。

14.如权利要求10所述的光开关，其中所述固定光导构件具有至少一对反射部分，用以在第一位置上反射第一、第二透镜之一以及第三、第四透镜之一发射的光束，并且将一对反射光束进而分别朝向第一、第二透镜中的另一个以及第三、第四透镜中的另一个反射，以及其中所述移动光导构件具有至少一对反射部分，用以在第二位置上反射第一、第四透镜之一以及第二、第三透镜之一发射的光束，并且将一对反射光束进而分别朝向第一、第四透镜中的另一个以及第二、第三透镜中的另一个反射。

15.如权利要求14所述的光开关，其中所述固定光导构件的所述至少一对反射部分之间的夹角与所述移动光导构件的所述至少一对反射部分之间的夹角分别为直角。

16.如权利要求14所述的光开关，其中所述移动光导构件设置为使得与所述固定光导构件的所述至少一对反射部分平行的轴线垂直于与所述移动光导构件的所述至少一对反射部分平行的轴线。

17.如权利要求10所述的光开关，其中所述固定光导构件包括：在第一位置上反射第一透镜发射出的光束的第一反射部分，反射第三透镜发射出的光束的第二反射部分，把第一反射部分反射的光束进而朝向第二透镜反射的第三反射部分，以及把第二反射部分反射的光束进而朝向第四透镜反射的第四反射部分，以及

移动光导构件包括：在第二位置上反射第一透镜发射出的光束的第五反射部分，把第五反射部分反射的光束进而朝向第四透镜反射的第六反射部分，与第六反射部分间隔一定空间用以反射第三透镜发射出的光束的第七反射部分，与第五反射部分间隔一定空间用以把第七反射部分反射的光束进而朝向第二透镜反射的第八反射部分，

其中在第一位置，通过第五和第八反射部分之间的空间在第一和第二透镜之间形成光路，以及通过第六和第七反射部分之间的空间在第三和第四透镜之间形成光路。

18.如权利要求17所述的光开关，其中第一、第三反射部分之间的夹角、第二、第四反射部分之间的夹角、第五、第六反射部分之间的夹角、以及第七、第八反射部分之间的夹角分别为直角。

19.如权利要求17所述的光开关，其中所述固定光导构件包括提供第一反射部分和第四反射部分的单一的反射面，以及提供第二反射部分和第三反射部分的单一的反射面，并且所述反射面之间的夹角是直角。

20.如权利要求10所述的光开关，其中所述移动光导构件包括一对组件，每一个组件包括两个彼此垂直的反射部分，以及将该对组件连接在一起的连接构件，使所述一对组件中的一个组件的所述反射部分与所述一对组件中的另一个组件的所述反射部分彼此分开。

Images