CN1271434C - 具有成像系统的光学微机电系统开关及其使用方法 - Google Patents

Abstract

在全光学开关中，在其微透镜阵列与MEMS装置的可移动的微反射镜之间插入一成像系统，以将光束射向及射出可移动的微反射镜。这导致在MEMS装置处形成该微透镜阵列的像，反之亦然，因而有效地减小微透镜阵列与MEMS装置之间的距离。该成像系统可以是远心光路系统。可以通过使光路紧凑而减小该装置的尺寸，例如使用适当的传统反射镜，和/或采用折叠式结构，即在该结构中仅有一个MEMS装置台，其通过使用至少一个传统的反射镜执行用于输入和输出的双重功能。设置整个系统以构成所引入的任何变换。

Description

具有成像系统的光学微机电系统开关及其使用方法

技术领域

本发明涉及光学微机电系统(MEMS)的装置领域，更准确地说，涉及使用MEMS装置的全光学开关。

背景技术

作为全光学开关的一种解决方法是采用两个MEMS的装置，每个MEMS装置包括一可倾斜的微反射镜阵列，例如能反射光的小反射镜，此处的光指任何感兴趣波长的辐射，无论是否在可见光谱内。通过使用第一光学MEMS装置上与输入光纤有关的第一反射镜，将光引导到第二光学MEMS装置上与输出光纤有关的第二微反射镜上，对于从输入源(例如光纤)提供给输出端(例如输出光纤)的光建立光路。然后由第二微反射镜将光引导到输出光纤中。认为与该系统连接的每个光纤为系统的一个端口，输入光纤为输入端口，输出光纤为输出端口。

通常，将要从输入光纤引导到第一光学MEMS装置的第一微反射镜上的光首先通过与其相关的并作为输入微透镜阵列一部分的一微透镜。每个微透镜的作用在于准直从其各自相关的输入光纤输送的光束。或者取而代之，可以采用一分离的微透镜阵列，可以将各个微透镜与光纤束的各个光纤集成为一个装置，形成准直器。在全光学开关的输出部分中，输出MEMS装置与输出光纤束之间也包含有类似的微透镜阵列或集成透镜装置。在输出部分中，每个微透镜或准直器的功能在于将光束耦合到各自相关的输出光纤中。

使用MEMS装置的全光学开关技术中的一个问题是，任何特定的微透镜的中心都有可能与其相应光纤的中心未精确地对准。这导致光束具有方向误差，因为光束没有正好朝着其相关的微反射镜的中心传播。如果微透镜与MEMS装置之间的距离较大，必须防止输入光纤束阻挡从MEMS装置的微反射镜反射的光束，如果有的话，该光束将偏心地入射在微反射镜上。结果，或者如果光束根本没有入射在微反射镜上则没有光从微反射镜反射，或者被反射的光束仅代表原始光束的一部分，因为没有入射在微反射镜上的光束部分将被截止，导致光束的衰减。

类似地，在输出部分中，从输出微反射镜反射的光可能没有入射在微透镜上，结果将不会被耦合到输出光纤中。或者，仅部分光可能入射在微透镜上，使得至多可以将该部分光耦合到光纤中。这导致光束的衰减。另外，即使光入射在输出微透镜上，如果光与从微透镜的中心到光纤的光轴成一角度，而不是平行于光轴入射，那么并非到达微透镜的所有光都将被耦合到输出光纤中。再一次导致光束的衰减。

在全光学开关的其他设置中，不采用微透镜阵列。取而代之，每个光纤具有一与其集成在一起的透镜而形成准直器，使光作为平行光束射出。尽管可以使光纤束的光纤非常规则，然而准直透镜指向的方向可以不和该透镜的中心和其相关的微反射镜所形成的直线平行。通常由其中安装有准直器的外壳的角度设定该角度。如果透镜的角度不和由透镜的中心和其相关的微反射镜所形成的直线平行，光束将具有方向误差，因为它没有正好朝着其相关的微反射镜的中心传播。如果准直器与MEMS装置之间的距离较大，必须防止输入光纤束阻挡从MEMS装置的微反射镜反射的光束，如果有的话，光束将偏心地入射在微反射镜上。结果，或者如果光束根本就没有入射在微反射镜上则将没有光从微反射镜反射，或者所反射的光束仅代表部分初始光束，因为没有入射在微反射镜上的光束部分将被截止，导致光束的衰减。

类似地，在输出部分中，从输出微反射镜反射的光可能没有入射在准直透镜上，结果将不会被耦合到输出光纤中。或者，仅部分光可以入射在准直透镜上，使得至多该部分光能被耦合到光纤中。这导致光束的衰减。另外，即使光入射在输出微透镜上，如果光与从微透镜的中心到光纤的光轴成一角度而非平行地入射，那么并非所有到达微透镜的光都将被耦合到输出光纤中。这再一次导致光束的衰减。

当使用波导代替光纤束时，表现出相同类型的问题。

虽然可以很容易地实现对准，以确保在仅存在单个输入光纤或单个输出光纤时光束沿所需的光路传播。不过，当存在输入或输出光纤束时—可能包括上千个或更多的光纤—使所有光束平行是一项非常困难的任务。

发明内容

我们已经认识到，通过在微透镜阵列和/或准直器与MEMS装置的可移动的微反射镜之间插入一成像系统，使光束射向或射出可移动的微反射镜，能够克服上面的多个光束不平行和/或当它们离开其光源时具有不合乎需要的角度的问题。这种设置导致在MEMS装置处形成该微透镜阵列和/或准直器的像，由于光学系统的可逆性，或者反之亦然，因而有效地减小微透镜阵列和/或准直器与MEMS装置间光束以前传播在其上的距离。从而，有利的是，即使每个光束没有沿平行于由其透镜或准直器的中心和其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预计的目标传播。

在该系统的一个实施例中，其成像系统再现了来自第一微反射镜的光的反射角，可以使用称为4f系统的远心光路系统来实现。通过使光路紧凑，可以减小该装置的实际尺寸，例如使用适当的传统的反射镜和/或采用折叠结构，即在该结构中仅有一个MEMS装置台，其对于通过使用至少一个传统反射镜的输入和输出完成双重功能。设置整个系统以构成(account for)所引入的任何变换。

概括起来讲，本发明提供一种光学开关，包括：一包含第一数量微反射镜的第一微机电系统装置(105，115，605，615)；一以其一端与所述第一微机电系统装置光学耦连的第一成像系统(107，109，117，119，613，907，913)，以便在所述第一成像系统的、与所述第一成像系统与所述第一微机电系统装置耦连的所述端相反的那个端部产生所述第一微机电系统装置的像；其中所述第一微机电系统装置的所述像处于比相对于所述第一微机电系统装置更接近于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组(101，103，123，125)中的至少一个成员。

根据本发明的上述光学开关，其中所述像相交于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组中至少一个成员形成的平面的至少一个点上。

根据本发明的上述光学开关，其中所述第一成像系统的小于所述第一成像系统整体的一个光学元件同时用作对全部光学开关的场透镜。

根据本发明的上述光学开关，进一步包括一场透镜(113，613)，从所述第一微机电系统装置反射的光通过该场透镜。

根据本发明的上述光学开关，进一步包括一曲面反射镜(913)，被设置来执行场透镜的功能，并且反射在光路上的已经从所述第一微机电系统装置反射的光。

根据本发明的上述光学开关，所述第一微机电系统装置是具有一个在操作过程中固定的反射镜(935)的微机电系统装置，所述在操作过程中固定的反射镜基本上处于所述第一成像系统的焦点处。

根据本发明的上述光学开关，其中所述第一微机电系统装置具有一对由全部光学开关所切换的至少某些波长的光为透明的区域。

根据本发明的上述光学开关，其中所述透明区域基本上处于所述第一成像系统的焦点处。

根据本发明的上述光学开关，其中透过所述第一成像系统的光通过一个反射镜(425，427)的透明区域，所述透明区域对由所述光学系统所切换的至少某些波长是透明的，并且处于所述第一成像系统的光路内，而所述反射镜的其余部分不处于所述成像系统的光路内。

根据本发明的上述光学开关，其中所述第一成像系统为一远心成像系统。

根据本发明的上述光学开关，进一步包括：一第二微机电系统装置(105，115，605，615)，其包含第二数量的微反射镜；以及一第二成像系统(107，109，117，119，613，907，913)，以其一端与所述第二微机电系统装置光学耦连，以便在所述第二成像系统的、与所述第二成像系统与所述第二微机电系统装置耦连的所述端相反的那个端部产生所述第二微机电系统装置的像；其中所述第一微机电系统装置的所述像更接近所述组中的一个成员，并且所述第二微机电系统装置的所述像比相对于所述第二微机电系统装置更接近于所述组中的另一个成员；并且其中由所述第一微机电系统装置的所述微反射镜中的至少一个所反射的光，被所述第二微机电系统装置的所述微反射镜中的至少一个所反射。

根据本发明的上述光学开关，其中所述第一成像系统和所述第二成像系统共享至少一个透镜。

本发明另一方面提供一种用于全部光学开关的方法，其特征在于，包括如下步骤：对包含第一数量的微反射镜的第一微机电系统装置进行成像，以便产生第一微机电系统装置的一个像，第一微机电系统装置的所述像处于比相对于所述第一微机电系统装置更接近于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组中的至少一个成员。

根据本发明的上述方法，进一步包括当形成所述像的光线基本上在焦点处相遇时，使所述光线基本上通过包含在反射镜内的一个透明区域的步骤。

根据本发明的上述方法，进一步包括当形成所述像的光线基本上在焦点处相遇时，使所述光线基本上反射离开具有固定的倾斜的所述微机电系统装置上的一个反射镜的步骤。

附图说明

在附图中：

图1表示用于根据本发明的原理执行光学开关操作的示例性结构；

图2为一示例性全光学开关结构，其中设置的光路使得至少一个MEMS装置与进入或射出其各个光纤束的光纤的光的平面平行；

图3表示图2的全光学开关装置的另一种结构，不过其中将带孔反射镜取向成允许输入光纤束和输出光纤束处于MEMS装置之间光路的同一侧；

图4表示图2的全光学开关装置的另一种结构，不过其中在各个成像系统的焦点处使用小反射镜，而不是带孔反射镜；

图5表示图4中全光学开关装置的另一种结构，不过其中将小反射镜取向成允许输入光纤束和输出光纤束处于MEMS装置之间光路的同一侧；

图6表示根据本发明原理的另一种更加简单的全光学开关装置的实施例，其中将光路设置成允许至少一个MEMS装置与进入或射出其各自光纤束的光纤的光的平面平行；

图7表示本发明的另一实施例，其不需要带孔反射镜或小反射镜；

图8表示图6所示全光学开关装置的另一个更加简单和更为紧凑的实施例；

图9表示图8所示全光学开关装置的折叠式的实施例；以及

图10表示具有图8反射镜的输出MEMS装置一部分的透视图。

具体实施方式

下面仅说明本发明的原理。因此应该理解，本领域技术人员能够设计出多种方案，虽然在此没有明确地描述或表示出，不过体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。另外，此处所叙述的所有例子和条件语句确切地主要仅用于示范的目的，有助于读者理解发明者所提供的本发明的原理和概念，以促进技术的发展，理解为不限于所述的特殊例子和状态。而且，此处叙述本发明原理、方面和实施例的所有陈述以及其特殊的实施例，用于包括其结构和功能的等效物。此外，该等效物包括目前已知的等效物以及将来发展的等效物，即无论结构如何，任何实现相同功能的所开发的元件。

因此，例如，本领域技术人员将理解到，此处的任何方框图表示体现本发明原理的示意线路的草图。类似地，将理解到任何流程表，流程图，状态转变图，代码等等表示各种过程，可以基本上表示在计算机可读介质中，并由计算机或处理器执行，无论该计算机或处理器是否被清楚地表示出。

通过使用专用硬件以及能够接合适当的软件执行软件的硬件，可以提供图中所示的包括标记为“处理器”的任何功能块在内的多种元件的功能。当由一处理器形成时，可以通过单个专用处理器，单个共享的处理器，或者多个单独的处理器、其中某些是共享的，来实现功能。而且，不应将“处理器”或“控制器”的明确使用解释为专门指能够执行软件的硬件，可以不加限制的包括数字信号处理器(DSP)硬件，网络处理器，特定用途集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)，用于存储软件的只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)和非易失性存储器。还可以包括传统的和/或常规的其他硬件。类似地，图中所示的任何开关都仅是概念上的。可以通过程序逻辑的操作，通过专用逻辑，通过程序控制和专用逻辑的交互作用，或者甚至于手工地，从上下文中更加特殊地理解可由实现者选择的特定技术来实现它们的功能。

在权利要求中，任何被表示为装置的用于实现特定功能的元件都试图包括实现该功能的任何方法，包括例如，a)执行该功能的电路元件的组合，或b)任何形式的软件，包括微程序语言，微代码等，与用于执行该软件的适当的电路结合，实现该功能。由该权利要求所限定的本发明在于以权利要求所要求的方式将所述的多种装置结合并组合在一起，以提供该功能。从而申请人认为能提供那些功能的任何装置与此处所示的那些装置是等效的。

此处可以将表示软件的软件模块或简单的模块表示为流程图元件或其他表示处理步骤和/或文字表述元件的任意组合。可以通过明确或隐含表示出的硬件来执行该模块。

除非此处另有明确规定，附图没有按比例画出。

此外，除非此处另有明确规定，此处所示和/或所描述的任何透镜是一种具有该透镜特有特性的实际的光学系统。可以通过单个透镜元件来实现这种光学系统，不过不限于此。类似地，所示和/或所描述的反射镜，实际上所示和/或所描述的是一种具有这种反射镜特性的光学系统，可以由单个反射镜元件来实现这种光学系统，不过不必限于单个反射镜元件。这是因为，如本领域中众所周知的，多种光学系统可以以更高级的方式，例如具有更小的畸变，提供同样的单透镜元件或反射镜的功能。而且，如本领域中众所周知的，可以通过透镜与反射镜的组合来实现曲面镜的功能，反之亦然。而且，执行特定功能的光学元件的任何设置，如成像系统，光栅，镀膜元件和棱镜，可以由实现相同特定功能的光学元件的其他设置所取代。因此，除非此处另有明确规定，在此处所披露的所有实施例中能够提供特定功能的所有光学元件或系统，与用于本发明公开的目的的其他光学元件和系统是等效的。

此处所使用的术语微机电系统(MEMS)的装置，意味着整个MEMS装置或其任何部分。因此，如果MEMS装置的一部分不起作用，或者如果MEMS装置的一部分被遮断，还是认为这种MEMS装置是用于本发明公开目的的MEMS装置。

图1表示根据本发明原理用于执行光学切换的示例性结构。在图1中表示出a)输入光纤束101，b)输入微透镜阵列103，c)输入MEMS装置105，d)透镜107，e)透镜109，f)透镜113，g)输出MEMS装置115，h)透镜117，i)透镜119，j)输出微透镜阵列123，和k)输出光纤束125。

输入光纤束101提供待切换的光信号。更具体地说，输入光纤束101中的每个光纤是图1切换系统的一输入端口。光纤束101中的每个光纤所提供的光透过作为微透镜阵列103一部分的各自相应的微透镜。每个微透镜的作用在于准直由其各自相关的输入光纤所提供的光束。在本发明另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束101中的每个光纤集成为一个装置，形成准直器，使得光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列103通过的光束均照射在由透镜107和109组成的成像系统上，在透镜107处入射，并在透镜109处射出。该成像系统被设置成在输入MEMS装置105处产生微透镜阵列和/或准直器的像，由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小在现有技术结构中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器103与输入MEMS装置105之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与相关的微反射镜所形成的直线的所需的方向传播，也不会有机会传播到预定目标以外。

注意，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员很容易理解到可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。

在本发明的一个实施例中，采用也称为4f系统的远心光路系统作为成像系统。通过使用远心光路系统，这种系统在本领域中是众所周知的，当该光束到达输入MEMS装置105时，再现了从每个微透镜107出射的每个光束的角度。不过，有利的是，在输入MEMS装置105的平面处直接再现了该角度。结果，光束没有沿该角度的直线传播的能力，从而使光束没有机会整体或部分地错过应该对光束进行反射的微反射镜。

注意，由于远心光路系统可以反向，故输入MEMS装置105的各个相应的微反射镜与它们没有采用成像系统时相比可能不处在精确相同的位置，例如，处于输入光纤束101的直线上。与初始图像相比，成像系统还可以改变图像的尺寸。这将允许输入MEMS装置105的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器103的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能例如在透镜107与109之间采用光学分束器，以产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计极大的灵活性。

将第一输入MEMS装置105中的每个微反射镜被设置成对以各个规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特定的规定角度，使得光束将被引导到输出MEMS装置115上规定的微反射镜上，相应于引导至光被作为输出射在其上的输出光纤束125的特定光纤上。只要光偏离平行的角度与反射镜可以倾斜的最大角度相比很小，通过“指向”(training)全光学系统，可以补偿已经进入成像系统的光沿不平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的第一输入MEMS装置上微反射镜所形成的直线方向传播所产生的任何误差。“指向”是确定需要将多大电压施加给每个微反射镜的电极，以便获得提供微反射镜与相对MEMS装置的微反射镜彼此之间最好连接所必需的倾斜的过程，以及需要将多大电压施加给每个相对的微反射镜的每个电极的过程。

在从其特定的微反射镜反射之后，每个光束将通过其通往输出MEMS装置115路径上的任选透镜113。任选透镜113起到场镜的作用，将光入射在每个微反射镜上的角度变换成光将被引导的位置。这允许所有输入微反射镜是均匀的，因为具有同样倾斜的所有微反射镜将把光引导到同一位置。而且，场镜对通过它的每个光束再聚焦，因而减小了损耗。

从透镜113透过的每个光束均入射在输出MEMS装置115的各个微反射镜上。将输出MEMS装置115的每个微反射镜设置成对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特有的规定角度，使得每个光束将射向作为光束的输出光纤的输出光纤束125的各个光纤上。

在从其特定的微反射镜反射之后，在到达其各自的输出光纤之前，每个光束透过透镜117和透镜119，透镜117和透镜119一起构成成像系统。设置该成像系统，使得在输出微透镜阵列123和/或准直器123处形成输出MEMS装置115的像，由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小现有技术装置中光束在其上有效传播的输出MEMS装置115与微透镜阵列和/或准直器123之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有偏离其预计目标传播的机会。

如前面结合输入成像系统的透镜所说明的，虽然表示出由两个透镜构成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解到可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。在本发明的一个实施例中，采用远心光路系统作为成像系统。

注意，与原始图像相比成像系统可以改变图像的尺寸。这将允许输出MEMS装置115的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器123的尺寸和/或间距。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带有微透镜阵列和/或准直器的光纤束。此外，可能例如在透镜117与119之间采用光学分束器，产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计中极大的灵活性。

从透镜119透过的光束通过微透镜阵列123的各个微透镜。每个微透镜的功能在于准直对其各自相关的输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，可以将透镜集成在光纤束125的每个输出光纤上，因而形成准直器。然后，来自微透镜阵列123中每个微透镜的光进入与该微透镜相关的各个输出光纤束中。

注意，在本发明的某些实施例中仅需要采用一个成像系统。在这类实施例中，可以仅对于输入或仅对于输出采用成像系统。

图1所示的系统提供了对现有技术装置极大的改进。不过，性能仍然多少有点受到限制，因为在图1中输入MEMS装置105相对从输入光纤束101的光纤输出的光束所在的平面成一角度，类似地，输出MEMS装置115相对进入输出光纤束125的光纤的光所在的平面成一角度。结果，由各自成像系统形成的光纤束的像并不与其各自的MEMS装置精确地共面，这将导致图像稍微有些模糊。从而，根据本发明的一个方面，图2表示一种示例性的全光学切换装置，其中将光路设置成允许至少一个MEMS装置平行于进入或射出其各自光纤束的光纤的光的平面。

除了图1的元件以外，图2表示出带孔反射镜221和223。如同图1，输入光纤束101提供待切换的光信号。更具体地说，输入光纤束101的每个光纤为图1的切换系统的输入端口。由光纤束101中的每个光纤提供的光透过作为微透镜阵列103一部分的各自相应的微透镜。每个微透镜的功能在于准直从其各自相关的输入光纤所提供的光。在本发明的另一个实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束101中的每个光纤集成为一个装置，形成准直器，从而光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列103通过的每个光束均照射在由透镜107和109组成的成像系统上，进入透镜107并在透镜109处射出。设置该成像系统，以便在输入MEMS装置105处形成微透镜阵列和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小现有技术装置中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器103与输入MEMS装置105之间的距离。因而，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心和相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预计目标传播。

注意，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员很容易理解，可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。

在本发明的一个实施例中，采用远心光路系统，也称为4f系统，作为成像系统。通过使用远心光路系统，这种系统在本领域中是众所周知的，从每个微透镜107发射的每个光束的角度，当该光束到达输入MEMS装置105时，该角度被再现。不过，有利的是，在输入MEMS装置105的平面处直接再现了该角度。结果，光束没有沿该角度的直线传播的能力，从而光束没有机会错过应该用于反射光束的反射镜。

注意，由于远心光路系统可以反向，故输入MEMS装置105的各个相应的微反射镜与它们没有采用成像系统时相比可能不处在精确相同的位置，例如，处于输入光纤束101的直线上。与初始图像相比，该成像系统还可以改变图像的尺寸。这将允许输入MEMS装置105的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器103的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能例如在透镜107与109之间采用光学分束器，以产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计极大的灵活性。

根据本发明的一个方面，将带孔反射镜221插入在透镜107与109之间，使得带孔反射镜221的孔处于透镜107的焦点处。通过使带孔反射镜221的孔处于透镜107的焦点处，进入成像系统的所有光都通过焦点，从而不受反射镜221干扰地通过该孔。从成像系统射出的光前进到输入MEMS装置105，且此输入MEMS装置105被设置成平行于从输入光纤束101射出的光的平面。

将第一输入MEMS装置105的每个微反射镜设置成对以各个规定角度入射在其上的光束进行反射。选择特定的规定角度，使得光束将被引导到输出MEMS装置115上规定的微反射镜上，相当于将光作为输出射在输出光纤束125的特定光纤上。只要光偏离平行的角度与反射镜能够倾斜的最大角度相比较小，通过指向全光学系统，可以补偿由已经进入成像系统的光沿不平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的方向传播所产生的任何误差。

注意，至少输入MEMS装置105和输出MEMS装置115的中心处的反射镜不能被用于切换。同样，取决于带孔反射镜中孔的几何形状和尺寸，有可能围绕中心微反射镜的其他微反射镜也是不可用的。

在从其特定的微反射镜反射之后，每个光束通过由透镜109、带孔反射镜221和透镜113组成的成像系统。该成像系统在带孔反射镜223处产生输入MEMS装置105的图像。可以将该输入MEMS装置的像看作一虚输入MEMS装置。来自输入MEMS装置105的图像的光从带孔反射镜223反射，并透过透镜117朝输出MEMS装置115传播。透镜117起场镜的作用。该场镜将光入射在每个微反射镜上的角度转换成光将被引导的位置。这允许所有输入微反射镜是均匀的，因为具有相同倾斜的所有微反射镜将把它们的光引导到同一位置。而且，场镜对通过它的每个光束再聚焦，从而减小了损耗。

透过场镜的每个光束均入射在输出MEMS装置115的各个微反射镜上。将输出MEMS装置115的每个微反射镜设置成对以各个规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特有的规定角度，使得每个光束将朝向作为光束输出光纤的输出光纤束125的各个光纤引导。

在从其特定的微反射镜反射之后，在到达其各自输出光纤之前，每个光束将通过透镜117，然后通过透镜119，且此透镜117和119构成成像系统。设置该成像系统，以便在输出微透镜阵列123和/或准直器123处形成输出MEMS装置115和/或准直器的像，由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小现有技术装置中光束在其上有效传播的输出MEMS装置115和微透镜阵列和/或准直器123之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预定目标传播。

如前面结合输入成像系统的透镜所进行的说明，虽然表示出由两个透镜组成该成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解到，可以采用任何成像系统，例如，使用一或多个透镜的成像系统。在本发明的一个实施例中，采用远心光路系统作为成像系统。

注意，与原始图像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许输出MEMS装置115的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器123的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能在透镜117与119之间采用光学分束器，以产生通过该系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计中极大的灵活性。

根据本发明的一个方面，将带孔反射镜223插入在透镜117与119之间，从而使带孔反射镜223的孔处于透镜117的焦点处。通过使带孔反射镜223的孔处于成像系统的焦点处，进入成像系统的所有光都通过焦点，从而不受带孔反射镜223干扰地通过孔。有利的是，输出MEMS装置115被设置成平行于光进入输出光纤束125的平面，因而消除了图1实施例的聚焦问题。

通过透镜119的每个光束将通过微透镜阵列123的各个微透镜。每个微透镜的功能在于准直对其各自相关输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以集成在光纤束125的每个输出光纤上，从而形成准直器。然后，来自微透镜阵列123中每个微透镜的光进入与该微透镜相关的各个输出光纤束中。

注意，在本发明的某些实施例中仅需要采用一个成像系统。在这些实施例中，仅对于输入或输出采用成像系统。还注意虽然在图2中带孔反射镜的角度看似45°，不过并不要求该特殊角度。

任何带孔反射镜都可能不具有实际的物理孔，而是可以在所需孔的位置采用一个区域，该区域对由全光学开关所切换的光波长是透明的。透明区域所需的尺寸恰好正比于从透镜阵列103发出的光的角度误差。

图3表示对于图2的全光学切换装置的另一种设置，不过其中将带孔反射镜221和223取向成允许输入光纤束101和输出光纤束125位于MEMS装置之间光路的同一侧。光学上，光路与功能度(functionality)是相同的。

图4表示对于图2的全光学切换装置的另一种设置，不过其中不使用带孔反射镜221和223，而是在多个成像系统的焦点处使用小反射镜421和423。可以将小反射镜421和423安装在玻璃板425和427上，分别在光路外部对它们进行支撑。而且，不是允许至少一个MEMS装置实际上物理平行于进入或射出其各自光纤束的光纤的光的平面，在图4的实施例中，使至少一个MEMS装置做到光学平行，即虚平行于进入或射出其各自光纤束的光纤的光的平面。

如同图2，输入光纤束101提供待切换的光信号。更具体地说，输入光纤束101中的每个光纤是图4切换系统的一输入端口。由光纤束101中的每个光纤提供的光透过作为微透镜阵列103一部分的其各自相应的微透镜。每个微透镜的功能在于准直从其各自相关的输入光纤所提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用一分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束101中的每个光纤集成为一个装置，形成准直器，以使光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列103通过的每个光束均照射在由透镜107和109组成的成像系统上，在透镜107处入射，并在透镜109处射出。该成像系统被设置成在输入MEMS装置105处产生微透镜阵列和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小在现有技术结构中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器103与输入MEMS装置105之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也不会有机会传播到预定目标以外。

注意，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员很容易理解到可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。

在本发明的一个实施例中，采用也称为4f系统的远心光路系统作为成像系统。通过使用在本领域中是众所周知的远心光路系统，当该光束到达输入MEMS装置105时，再现了从每个微透镜107出射的每个光束的角度。不过有利的是，在输入MEMS装置105的平面处直接再现了该角度。结果，光束没有沿该角度的直线传播的能力，从而使光束没有机会错过应该对光束进行反射的微反射镜。

注意，由于远心光路系统可以反向，故输入MEMS装置105的各个相应的微反射镜与它们没有采用成像系统时相比可能不处在精确相同的位置，例如，处于输入光纤束101的直线上。注意，与初始的像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许输入MEMS装置105的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器103的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑大小与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能例如在透镜107与109之间采用光学分束器，以产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计极大的灵活性。

根据本发明的一个方面，将小反射镜421插入透镜107与109之间，使得小反射镜421处于成像系统的焦点处。通过使小反射镜421处于成像系统的焦点处，进入成像系统的所有光都通过焦点，从而被小反射镜421反射，因此将其方向改变为朝向透镜109。从成像系统射出的光前进到输入MEMS装置105，且该输入MEMS装置105被设置成光学平行于由透镜107和109组成的成像系统所产生的输入光纤束101的像。

第一输入MEMS装置105中的每个微反射镜被设置成对以各个规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特定的规定角度，使得光束将被引导到输出MEMS装置115上规定的微反射镜上，相应于引导至光被作为输出射在其上的输出光纤束125的特定光纤上。只要光偏离平行的角度与反射镜能够倾斜的最大角度相比较小，通过指向全光学系统，可以补偿由已经进入成像系统的光沿不平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的方向传播所产生的任何误差。

注意，至少输入MEMS装置105和输出MEMS装置115中心处的反射镜不能用于切换。同样，取决于带孔反射镜中孔的几何形状和尺寸，有可能围绕其中心微反射镜的其他微反射镜也是不可用的。

在从其特定的微反射镜反射之后，每个光束将通过由透镜109和透镜113组成的成像系统。该成像系统在与小反射镜423相交并与输入MEMS装置105平行的平面处产生输入MEMS装置105的像。可以将该输入MEMS装置的像看作虚输入MEMS装置。来自输入MEMS装置105的图像的光继续透过透镜117朝输出MEMS装置115传播。在这种设置中，透镜117起场镜的作用。该场镜将光入射在每个微反射镜上的角度转换成光将被射向的位置。这允许所有输入微反射镜是均匀的，因为具有相同倾斜的所有微反射镜将把它们的光射到同一位置。而且场镜对通过它的每个光束再聚焦，从而减小损耗。

从场镜中通过的每个光束均照射在输出MEMS装置115的各个微反射镜上。将输出MEMS装置115的每个微反射镜被设置成对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特定的规定角度，使得每个光束将被朝向作为光束输出光纤的输出光纤束125的各个光纤引导，且输出光纤束125沿输出MEMS装置115与输入MEMS装置105之间的路径。

不过，在从其特定微反射镜反射之后，在到达其各自的输出光纤之前，每个光束将通过由透镜117、小反射镜423和透镜119组成的成像系统。设置该成像系统，使得在输出微透镜阵列123和/或准直器123处形成输出MEMS装置115的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，与输出MEMS装置115和输入MEMS装置105之间的光路成直角设置。由位于透镜117焦点处的小反射镜423实现这种方向改变。从而成像系统改变了光路的方向，并且还有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的输出MEMS装置115与微透镜阵列和/或准直器123之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离预定目标传播。

如前面结合输入成像系统的透镜所进行的说明，虽然表示出由两个透镜组成该成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解到可以采用任何成像系统，例如，使用一或多个透镜的成像系统。在本发明的一个实施例中，采用远心光路系统作为成像系统。

注意，与原始的像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许输出MEMS装置115的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器123的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑大小与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，有可能在透镜117与119之间采用光学分束器，以产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计中极大的灵活性。

通过透镜119的每个光束将通过微透镜阵列123的各个微透镜。每个微透镜的功能在于准直为其各自相关的输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以集成在光纤束125的每个输出光纤上，从而形成准直器。然后，来自微透镜阵列123中每个微透镜的光进入与该微透镜相关的各个输出光纤束中。

图5表示图4的全光切换装置的另一种结构，不过其中将小反射镜421和423取向成允许输入光纤束101和输出光纤束125处于MEMS装置之间光路的同一侧。在光学上，光路和功能相同。

本领域普通技术人员使用此处所披露的本发明用于带孔反射镜的本发明的实施例或者使用小反射镜的本发明的实施例，或者带孔反射镜和小反射镜的任意组合的原理，可以很容易地开发出具有不同角度的其他设置。

图6表示根据本发明原理的全光学切换装置的另一种更加简单的实施例，其中将光路设置成允许至少一个MEMS装置平行于进入或射出各个光纤束中光纤的光的平面。在图6中表示出a)输入光纤束，b)输入微透镜阵列103，c)带孔的输入MEMS装置605，d)透镜107，e)透镜613，f)带孔的输出MEMS装置615，g)透镜119，h)输出微透镜阵列123，和i)输出光纤束125。

输入光纤束101提供待被切换的光信号。更准确地说，输入光纤束101中的每个光纤为图6中切换系统的一输入端口。光纤束101中每个光纤所提供的光通过作为微透镜阵列103一部分的各个相应的微透镜。每个微透镜的功能在于准直由其各自相关的输入光纤所提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用一分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束101中每个光纤集成为一个装置，形成准直器，使得光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列103通过的每个光束均入射在由透镜107和613组成的成像系统上，在透镜107处入射，在透镜613处射出。设置该成像系统，以便在带孔的输入MEMS装置605处形成微透镜阵列和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器103与输入MEMS装置105之间的距离。因此，有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离预定目标传播。

根据本发明的一个方面，在透镜107与透镜613之间插入一带孔的输出MEMS装置615，使得带孔输出MEMS装置615的孔处于透镜107的焦点处。通过使带孔的输出MEMS装置615的孔处于透镜107的焦点处，进入成像系统的所有的光均通过焦点，从而不受带孔输出MEMS装置615干扰地通过该孔。从成像系统射出的光前进到带孔的输入MEMS装置605，且此输入MEMS装置605被设置成平行于射出输入光纤束101的光的平面。

注意，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解到可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。

在本发明的一个实施例中，采用也称为4f系统的远心光路系统作为成像系统。通过使用远心光路系统，这种系统在本领域中是众所周知的，当光到达带孔的输入MEMS装置605时，再现了从每个微透镜107出射的每个光束的角度。不过，有利的是，直接在带孔输入MEMS装置605的平面处再现该角度。结果，此光束不具有沿该角度的直线传播的能力，从而没有机会错过应该对它们进行反射的微反射镜。

根据本发明的一个方面，在透镜613与119之间插入一输入MEMS装置605，使得输入MEMS装置605的孔处于透镜613的焦点处。

注意，由于远心光路系统可以反向，所以带孔输入MEMS装置605的各相应的微反射镜与不采用成像系统时相比可能不处在精确相同的位置，例如在输入光纤束101的直线上。与初始图像相比，该成像系统还可能改变像的大小。这将允许带孔输入MEMS装置605的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器103的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能在透镜107与613之间采用光学分束器，以产生通过该系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，获得系统设计中极大的灵活性。

设置输入MEMS装置605的每个微反射镜，以对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择该特定的规定角度，使得光束将被引导到带孔输出MEMS装置615上规定的微反射镜上，相当于光被引导作为输出的输出光纤125的特定光纤。只要光偏离平行的角度与反射镜可以倾斜的最大角度相比较小，可以通过指向全光学系统，补偿进入成像系统的光沿不平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的方向传播所引起的任何误差。

在从其特定微反射镜反射之后，各个光束透过透镜613，透镜613起场镜的作用。该场镜将光入射在每个微反射镜上的角度转换成光将被引导的位置。这允许所有的输入微反射镜成为均质的，以使具有相同倾斜的所有微反射镜将把它们的光引导到同一位置。而且，场镜对通过它的每个光束再聚焦，从而减小了损耗。

从场镜透过的每个光束均入射在带孔的输出MEMS装置615的各微反射镜上。设置带孔输出MEMS装置615的每个微反射镜，以便对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择各个特定的规定角度，使得将朝向作为光束的输出光纤的输出光纤束125的各个光纤引导每个光束。

在从带孔输出装置615的其特定的微反射镜反射之后，在到达其各自的输出光纤之前，每个光束通过透镜613，然后通过透镜119，透镜613和119一起组成一成像系统。设置该成像系统，以便在输出微透镜阵列123和/或准直器123处形成带孔输出MEMS装置615和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的带孔输出MEMS装置615与微透镜阵列和/或准直器123之间的距离。因此有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预定目标传播。

如前面结合输入成像系统的透镜所指出的，虽然表示出由两个透镜组成该成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解到可以采用任何成像系统，例如，使用一或多个透镜的成像系统。在本发明的一个实施例中，采用远心光路系统作为成像系统。

注意，与原始的像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许带孔输出MEMS装置615的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器123的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑大小与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能在透镜613与119之间采用光学分束器，以产生通过系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计中极大的灵活性。

通过透镜119的每个光束将通过微透镜阵列123的各个微透镜。每个微透镜的功能在于准直为其各自相关的输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以集成在光纤束125的每个输出光纤上，从而形成准直器。然后，来自微透镜阵列123中每个微透镜的光进入与该微透镜相关的各个输出光纤束中。

注意，在带孔的输入MEMS装置605或带孔的输出MEMS装置615的中心可能没有微反射镜，而且，同样，取决于带孔MEMS装置中孔的几何形状和尺寸，可能围绕微反射镜阵列中心的其它微反射镜也可能是不可用的。该孔不必是实际的物理孔，只需是对该全光学开关所切换的光波长透明的区域。还注意虽然图中表示该孔处于MEMS装置的“中心”，不过它不必处于中心。本领域普通技术人员将能够将孔设置在不同位置处，得出另外的可操作的实施例。本领域普通技术人员将很容易得出透镜装置或元件角度的任何改变，以补偿不同的孔位置。而且，通过将光向上或向下引导，以避免入射在MEMS装置上，有可能完全省去孔。在图7中表示出这种实施例。注意，由于图7中的MEMS装置没有孔，故将它们简单地称为输入MEMS装置和输出MEMS装置，并在图1～6中分别标记为105和115。

图8表示图6所示全光学切换装置的另一个更加简单、更加紧凑的实施例。在图8中表示出a)输入光纤束101，b)输入微透镜阵列103，c)带反射镜的输入MEMS装置805，d)透镜107，e)透镜613，f)带反射镜的输出MEMS装置815，g)透镜119，h)输出透镜阵列123，和i)输出光纤束125。

输入光纤束101提供待被切换的光信号。更准确地说，输入光纤束101中的每个光纤是图8切换系统的一输入端口。光纤束101中每个光纤所输送的光通过作为微透镜阵列103一部分的各自相应的微透镜。每个微透镜的作用在于准直由其各自相关的输入光纤提供的光束。在本发明另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束101中的每个光纤集成为一个装置，形成准直器，使得光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列103通过的每个光束均入射在由透镜107和613组成的成像系统上，在透镜107进入并在透镜613处输出。设置该成像系统，以便在带反射镜的输入MEMS装置805处形成微透镜阵列和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器103与输入MEMS装置105之间的距离。因而有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心和相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预计目标传播。

根据本发明的一个方面，具有反射镜的输出MEMS装置815光学上位于透镜107与透镜613之间，以使带反射镜的输出MEMS装置815的反射镜845处于透镜107的焦点处。当表示带反射镜的MEMS装置时，所称的反射镜是包含在MEMS装置上但在光学开关的操作过程中不象MEMS装置上所包含的其他微反射镜那样移动的反射镜。该反射镜可以是所制造的特殊的固定反射镜，或者MEMS装置上所包含的反射镜，或者可以为设置成固定倾斜的微反射镜。对于带反射镜的输出MEMS装置815来说，该反射镜为反射镜845，对于带反射镜的输入MEMS装置805来说，其为反射镜835。

图10表示带反射镜的输出MEMS装置815的一部分的扩展图。在图10中表示出：MEMS装置基板1051，微反射镜1053和反射镜845。微反射镜1053可以自由倾斜，不过反射镜845保持固定的倾斜。带反射镜835的输入MEMS装置具有相同的结构。

通过使带反射镜的输出MEMS装置815的反射镜845处于透镜107的焦点处，进入成像系统的所有光均通过焦点，从而被带反射镜的输出MEMS装置815的反射镜845反射。从成像系统射出的光前进到带反射镜的输入MEMS装置805。

注意，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的系统。

在本发明的一个实施例中，采用也称为4f系统的远心光路系统作为成像系统。通过使用在本领域中是众所周知的远心光路系统，当光到达带反射镜的输入MEMS装置805时，再现了从每个微透镜107出射的每个光束的角度。不过有利的是，直接在带反射镜的输入MEMS装置805的平面处再现该角度。结果，光束不具有沿该角度的直线传播的能力，因而没有机会偏离应该对它们进行反射的微反射镜。

注意，由于远心光路系统可以反向，所以带反射镜的输入MEMS装置805的各相应的微反射镜与不采用成像系统时相比可能没有处于精确相同的位置，例如处于输入光纤束101的直线上。与原始的像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许带反射镜的输入MEMS装置805的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器103的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑大小与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能例如在透镜107与613之间采用光学分束器，产生通过该系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，可以获得系统设计中极大的灵活性。

将输入MEMS装置605的每个微反射镜设置成对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择每个特定的规定角度，使得光束将被引导到带反射镜的输出MEMS装置815上规定的微反射镜，相应于将光引导作为输出的输出光纤束125的特定光纤。只要光偏离平行的角度与反射镜可以倾斜的最大角度相比较小，通过指向全光学系统，可以补偿进入成像系统的光没有沿平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的方向传播所产生的任何误差。

在从其特定微反射镜反射之后，各个光束通过起场镜作用的透镜613。该场镜将入射在每个微反射镜上的光的角度转换成将被引导的位置。这允许所有的输入微反射镜是均匀的，因为具有相同倾斜的所有微反射镜将把它们的光引导到同一位置。而且，场镜对通过它的光束再聚焦，从而减小了损耗。

通过场镜的每个光束均入射在带反射镜的输出MEMS装置815的各个微反射镜上。将带反射镜的输出MEMS装置815的各个微反射镜设置成对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择该特定的规定角度，使得将各个光束朝向作为光束输出光纤的输出光纤束125的各个光纤引导。

在从其特定的微反射镜反射之后，在到达其各自的输出光纤之前，每个光束都通过透镜613，然后通过透镜119，透镜613与119一起构成一成像系统。设置该成像系统，以便在输出微透镜阵列123和/或准直器123处形成带反射镜的输出MEMS装置815和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的带反射镜的输出MEMS装置815与微透镜阵列和/或准直器123之间的距离。因此有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预定目标传播。

根据本发明的一个方面，将带反射镜的输入MEMS装置805插入透镜613与119之间，使得带反射镜的输入MEMS装置805的反射镜835处于透镜613的焦点处。通过让带反射镜的输入MEMS装置835的反射镜835处在成像系统的焦点处，则进入成像系统的所有的光都通过该焦点，从而被带反射镜的输入MEMS装置805的反射镜835反射。

如前面结合输入成像系统的透镜所进行的说明，虽然表示出由两个透镜组成成像系统，不过这仅是为了示范和清楚的目的。本领域普通技术人员将很容易理解可以采用任何成像系统，例如使用一或多个透镜的成像系统。在本发明中的一个实施例中，采用远心光路系统作为成像系统。

注意，与初始图像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这将允许带反射镜的输出MEMS装置815的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器123的尺寸和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑大小与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能在透镜613与119之间采用光学分束器，以产生通过该系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，获得系统设计中极大的灵活性。

通过透镜119的每个光束将通过微透镜阵列123的各个微透镜。每个微透镜的功能在于准直对其各自相关输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以集成在光纤束125的每个输出光纤上，从而形成准直器。然后，来自微透镜阵列123中每个微透镜的光进入与该微透镜相关的各个输出光纤束中。

注意，在带反射镜的MEMS装置的反射镜所在的位置处，可能没有采用用于切换的微反射镜。还注意，虽然将反射镜表示并描述为处于MEMS装置的“中心”，不过反射镜不必位于中心。本领域普通技术人员将能够把反射镜设置在不同位置处，并得出另外的可操作实施例。本领域普通技术人员很容易得到透镜装置或元件角度的任何变化，以补偿孔的不同位置。

前面，对输入和输出光纤束、MEMS装置等的说明主要是为了示范的目的，因为每个相交连接的光纤对实际上可能在它们之间具有双向连接。不过，输入光纤不可能接收并非将该输入光纤的光引导为输出的任何输出光纤输出的光。

图9表示图8所示全光学切换装置的折叠式的实施例。在图9中表示出a)光纤束901，b)微透镜阵列903，c)带反射镜的MEMS装置905，d)透镜907，和e)曲面镜913。与前面描述的实施例不同，光纤束901包括提供光的输入光纤和接收光的输出光纤，从而光纤束901起到输入端口和输出端口的作用。不过，输入和输出光纤的这种规定主要是为了示范的目的，因为每个相交连接的光纤对实际上在它们之间可以具有双向连接。任何用户指定作为输入光纤的特定光纤都可以和用户选择指定为输出光纤的任何其它光纤配成一对。

由光纤束901的输入光纤提供的光通过第一微透镜903的各相关的微透镜。每个微透镜的功能在于准直由其各个相关的输入光纤提供的光束。在本发明的另一实施例中，取而代之，采用分离的微透镜阵列，透镜可以与光纤束901的每个光纤集成为一个装置，形成准直器，从而光作为平行光束射出。

根据本发明的原理，从微透镜阵列903通过的每个光束均入射在由透镜907、带反射镜的MEMS装置905的反射镜935和曲面镜913组成的成像系统上。光在透镜907处射入，在被反射镜935改变方向之后，在曲面镜913处射出，反射镜935基本上处于透镜907的焦点处。反射镜935还基本上位于曲面镜913的焦点处。设置该成像系统，以便在带反射镜的MEMS装置905处形成微透镜阵列和/或准直器的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的微透镜阵列和/或准直器903与带反射镜的MEMS装置905之间的距离。因此有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预定目标传播。

带反射镜的MEMS装置905与图10中所示的带反射镜的MEMS装置815具有相同结构。

通过使带反射镜的MEMS装置905的反射镜处于透镜907的焦点处，则进入成像系统的所有光均通过焦点，从而被带反射镜的MEMS装置905的反射镜935反射。从成像系统射出的光前进到带反射镜的MEMS装置905。

在本发明的一个实施例中，采用也称为4f系统的远心光路系统作为成像系统。通过使用本领域中众所周知的远心光路系统，当光到达带反射镜的MEMS装置905时，再现了每个光束从各个微透镜903射出的角度。不过有利的是，在带反射镜的MEMS装置905的平面处直接再现了该角度。结果，光束不具有沿该角度的直线传播的能力，从而没有机会错过应该对它们进行反射的微反射镜。

注意，由于远心光路系统可以反向，所以带反射镜的输入MEMS装置905的各相应的微反射镜与不采用成像系统时相比可能没有处于精确相同的位置，例如在输入光纤束901的直线上。注意，与初始图像相比，该成像系统还可以改变像的尺寸。这允许带反射镜的MEMS装置905的微反射镜具有不同于微透镜阵列和/或准直器903的大小和/或间隔。如果基本上保持光纤束与MEMS装置的微反射镜之间的填充因数，即光斑尺寸与光斑之间距离的比值，还将允许使用不带微透镜阵列和/或准直器的光纤束。而且，可能例如在透镜907与曲面镜913之间采用光学分束器，以产生通过该系统的多信号路径，例如实现立体声调频广播、广播、监控、保护和恢复功能。有利的是，获得系统设计中极大的灵活性。

设置MEMS装置905的每个微反射镜，以对以各规定角度入射在其上的光束进行反射。选择各个特定的规定角度，使得光束将被引导到带反射镜的MEMS装置905的规定的微反射镜上，相当于光被曲面镜913反射之后，被引导为输出光的光纤束901的特定输出光纤，曲面镜还起场镜功能。场镜功能是将入射在每个微透镜上的光的角度转换成光将被引导的位置。这允许所有的输入微反射镜成为均质的，以使具有相同倾斜的所有微反射镜将把它们的光引导到同一位置。而且，场镜对通过它的每个光束再聚焦，从而减小了光损耗。只要光偏离平行的角度与反射镜可以倾斜的最大角度相比较小，通过指向全光学系统，可以补偿进入成像系统的光没有沿平行于由其透镜或准直器的中心与其相关的微反射镜所形成的直线的方向传播所产生的任何误差。

从曲面镜913向回传播的光束均入射在带反射镜的MEMS装置905的各个微反射镜上，各个微反射镜为输出微反射镜，因为使用该反射镜将光引导到光纤束901的特定光纤上，且通过光纤束901的光作为输出光而被输送。设置带反射镜的MEMS装置905中的每个输出微反射镜，以对以所选择的各规定角度入射在其上的光束进行反射，使得朝向光纤束901的各输出光纤引导各个光束。

在从其特定的输出微反射镜反射之后，在到达其各自的输出光纤之前，每个光束将通过由曲面镜913、反射镜935和透镜907构成的成像系统。该成像系统与输入光束最初通过的成像系统是同一个系统。如前面所解释的，设置该成像系统，以及在微透镜阵列903和/或准直器903处形成带反射镜的MEMS装置905的像；由于光学系统的可逆性，反之亦然，从而有效地减小了现有技术装置中光束在其上有效传播的带反射镜的输出MEMS装置905与微透镜阵列和/或准直器903之间的距离。从而有利的是，对于每个光束，即使没有沿平行于由其微透镜或准直器的中心与其相应的微反射镜所形成的直线的所需方向传播，也没有机会偏离其预定目标传播。

通过透镜907的每个输出光束均通过微透镜阵列903的各个微透镜，然后，来自微透镜阵列903中每个微透镜的光均进入与该微透镜相关的光纤束901的各输出光纤中。

注意，在设置带反射镜的MEMS装置的反射镜的位置处，可能没有用于进行切换的微反射镜。还注意，虽然将反射镜表示并描述成处于MEMS装置的“中心”，不过它不必处于中心。本领域普通技术人员将能够将反射镜设置在不同位置处，并得出另外的可操作的实施例。本领域普通技术人员将很容易得到透镜装置或元件角度的任何改变，以补偿孔的不同位置。

正如所指出的那样，图9的实施例是本发明的折叠方式。本领域普通技术人员将能够很容易地得出本发明其它实施例的折叠方式。

注意，替代由光纤提供输入光束，可以通过例如激光器或发光二极管、平面波导等光源来提供光束。同样，替代由光纤来接收输出光束，可以由诸如光探测器、平面波导等的其他接收器来接收光束。

Claims (15)

1.一种用于光学开关的(i)输入部分和(ii)输出部分中的至少一个部分的装置，包括：

一包含第一数量微反射镜的第一微机电系统装置(105，115，605，615)；

所述光学开关的特征在于：

一以其一端与所述第一微机电系统装置光学耦连的第一成像系统(107，109，117，119，613，907，913)，以便在所述第一成像系统的、与所述第一成像系统与所述第一微机电系统装置耦连的所述端相反的那个端部产生所述第一微机电系统装置的像；

其中所述第一微机电系统装置的所述像处于比接近于所述第一微机电系统装置更接近于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组(101，103，123，125)中的至少一个成员。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述像相交于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组中至少一个成员形成的平面的至少一个点上。

3.如权利要求1所述的装置，其中一个光学元件同时用作对所述光学开关的场透镜，该光学元件是所述第一成像系统的一部分而非其全部。

4.如权利要求1所述的装置，进一步包括一场透镜(113，613)，从所述第一微机电系统装置反射的光通过该场透镜。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述成像系统进一步包括一曲面反射镜(913)，被设置来执行场透镜的功能，并且反射在光路上的已经从所述第一微机电系统装置反射的光。

6.如权利要求1、2、4、5或6所述的装置，所述第一微机电系统装置是具有一个在操作过程中固定的反射镜(935)的微机电系统装置，所述在操作过程中固定的反射镜基本上处于所述第一成像系统的焦点处。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一微机电系统装置具有一个对于被所述光学开关所切换的至少某些波长的光为透明的区域。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述透明区域基本上处于所述第一成像系统的焦点处。

9.如权利要求1所述的装置，其中透过所述第一成像系统的光通过一个反射镜(425，427)的透明区域，所述透明区域对由所述光学系统所切换的至少某些波长是透明的，并且处于所述第一成像系统的光路内，而所述反射镜的其余部分不处于所述成像系统的光路内。

10.如权利要求1所述的装置，其中所述第一成像系统为一远心成像系统。

11.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

一第二微机电系统装置(105，115，605，615)，其包含第二数量的微反射镜；以及

一第二成像系统(107，109，117，119，613，907，913)，以其一端与所述第二微机电系统装置光学耦连，以便在所述第二成像系统的、与所述第二成像系统与所述第二微机电系统装置耦连的所述端相反的那个端部产生所述第二微机电系统装置的像；

其中所述第一微机电系统装置的所述像更接近所述组中的一个成员，并且所述第二微机电系统装置的所述像比接近于所述第二微机电系统装置更接近于所述组中的另一个成员；并且

其中由所述第一微机电系统装置的所述微反射镜中的至少一个所反射的光，被所述第二微机电系统装置的所述微反射镜中的至少一个所反射。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述第一成像系统和所述第二成像系统共享至少一个透镜。

13.一种用于光学开关的(i)输入部分和(ii)输出部分中的至少一个部分的方法，其特征在于，包括如下步骤：对包含第一数量的微反射镜的第一微机电系统装置进行成像，以便产生第一微机电系统装置的一个像，第一微机电系统装置的所述像处于比接近于所述第一微机电系统装置更接近于由包括所述光学开关的输入和所述光学开关的输出构成的组中的至少一个成员。

14.如权利要求13所述的方法，进一步包括当形成所述像的光线基本上在焦点处相遇时，使所述光线基本上通过包含在一个反射镜内的一个透明区域的步骤。

15.如权利要求13所述的方法，进一步包括当形成所述像的光线基本上在焦点处相遇时，使所述光线基本上反射离开具有固定的倾斜的所述微机电系统装置上的一个反射镜的步骤。

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