JP4410457B2 - 光学ｍｅｍｓ装置を使用する像形成技術 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学マイクロ電子機械システム（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、ＭＥＭＳ）技術に関し、より詳細には、ＭＥＭＳ装置を使用する全光学スイッチングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
全光学スイッチングに対する１つの解決方法は、２つのＭＥＭＳ装置を用いる。各ＭＥＭＳ装置は、傾斜可能なマイクロ・レンズ、例えば小さなミラーのアレイを含み、マイクロ・レンズは、可視スペクトルであろうとなかろうと、本明細書において対象の波長における任意の放射と呼ぶ光を反射することができる。光学経路が、光を、第１の光学ＭＥＭＳ装置上の入力ファイバに結合される第１のマイクロ・ミラーを使用して、出力ファイバに結合される第２の光学ＭＥＭＳ装置上の第２のマイクロ・ミラーへ向けることによって、例えば光ファイバである入力源から例えば出力ファイバである出力へ供給される光に関して確立される。それから、第２のマイクロ・ミラーは、光を出力ファイバに向ける。システムに接続された各ファイバは、システムのポートであると考えられ、入力ファイバが入力ポートであり、出力ファイバが出力ポートである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＥＭＳ装置を使用する全光学スイッチングの技術における問題は、システムにおけるポートの数、すなわちファイバの数を増大するために、スイッチング機能を実行するために用いるマイクロ・ミラーの数を増大する必要があることである。従来技術において、上述したように、第１の光学ＭＥＭＳ装置は、その上に統合された全ての第１のマイクロ・ミラーを含み、第２の光学ＭＥＭＳ装置は、その上に統合された全ての第２のマイクロ・ミラーを含む。光学ＭＥＭＳ装置のサイズは、光学ＭＥＭＳ装置上のマイクロ・ミラー数の直接の関数であり、必要なマイクロ・ミラーの数は、全光学スイッチで利用できる最大ポート数に正比例するので、全光学スイッチにおいて利用できる最大ポート数を増大することは、より大きな光学ＭＥＭＳ装置を用いることを必要とする。
【０００４】
残念なことに、製造能力および大きなパッケージ・サイズに対する制限は、現在のところ１２９６個のマイクロ・ミラーに、光学ＭＥＭＳ装置を実際上制限する。さらに、マイクロ・ミラーのサイズを有効に小さくできるとしても、制御信号を各マイクロ・ミラーに伝える必要があるという問題がまだ存在する。これら制御信号のルーティングは、光学ＭＥＭＳ装置の大きな空間を消費し、その結果、光学ＭＥＭＳ装置が非常に大きくなる。さらに、基板から光学ＭＥＭＳ装置へ伝えられなければならない、各マイクロ・ミラーに関する制御信号が存在する。これらの接続をするために、さらなる大きな空間が、光学ＭＥＭＳ装置に必要である。
【０００５】
これら全ての空間要件の結果として、光学ＭＥＭＳチップはかなり大きく、そこで製造能力制限のため、単一の光学ＭＥＭＳ装置上に配置されることができるマイクロ・ミラーの数は制限される。次に、マイクロ・ミラーの数における制限は、全光学スイッチのポート数を制限する。
【０００６】
さらに、現在利用可能なマイクロ・ミラーは、傾斜することができる制限された有効範囲を有する。第１の光学ＭＥＭＳ装置上の各マイクロ・ミラーは、各マイクロ・ミラーに入射光を、第２の光学ＭＥＭＳ装置上の各マイクロ・ミラーに向けることができなければならないため、有効範囲における制限は、さらに、そのような光学ＭＥＭＳ装置を用いる全光学スイッチに実施することができるポート数を制限する。そのように光を向ける性能は、マイクロ・ミラーの有効な傾斜範囲の関数である。言い換えれば、より大きな有効な傾斜角度は、各マイクロ・ミラーが、より大きな領域にその光を向けることを可能にする。光学スイッチとして配置された光学ＭＥＭＳ装置に関して、必要な最も大きな傾斜角度は、光学ＭＥＭＳ装置の反対側の隅におけるマイクロ・ミラー間の接続に対するものである。例えば、最も大きな傾斜は、第２のＭＥＭＳ装置の左側底部で、その光をマイクロ・ミラーに向けなければならない、第１のＭＥＭＳ装置の右側頂部のマイクロ・ミラーに必要である。したがって、光学スイッチにおいて用いることができるマイクロ・ミラー・アレイのサイズは、その光学ＭＥＭＳ装置の有効な傾斜範囲によって制限される。
【０００７】
２つの光学ＭＥＭＳ装置間の分離距離を増大することは、必要な傾斜角度を低減し、マイクロ・ミラーの有効な傾斜範囲を変更することなく、より大きなマイクロ・ミラー・アレイを用いることを可能にする。しかしながら、そうすることは、ビーム回折を増大し、不都合により大きな径を有するマイクロ・ミラーの使用を必要とし、いくらかの光の損失の結果となる。より大きなマイクロ・ミラーを使用することは、さらなる空間を必要とするため、そうすることは、光学ＭＥＭＳ装置上のマイクロ・ミラー間の距離を増大し、同じ数のマイクロ・ミラーに関する光学ＭＥＭＳ装置のサイズをさらに増大する。光学ＭＥＭＳ装置のサイズを増大する結果として、より大きな傾斜角度は、対向する光学ＭＥＭＳ装置の反対側の隅を結合する必要がある。したがって、本質的に、対向する光学ＭＥＭＳ装置のさらなる分離は、制限された利用可能な傾斜角度のために、ポート数を増加するのに役立たない。
【０００８】
さらに、ＭＥＭＳ装置のパッケージは、マイクロ・ミラーを含む領域より著しく大きいため、単一で複合のより大きいＭＥＭＳ装置を形成するために、多数の光学ＭＥＭＳ装置のマイクロ・ミラー・アレイを、互いに直接隣接して配置する現在の設計はできない。必要である多数の接続を作るために、光学ＭＥＭＳ装置上により大きい端部領域を必要とするので、将来の設計もそうすることは容易ではないと考えられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
光学ＭＥＭＳ装置のサイズおよび／または有効な傾斜角度に対する制約のため、全光学スイッチにおけるポート数の制限は、結合される各光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する単一の仮想光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、実際の他の光学ＭＥＭＳ装置またはその画像と組み合わせて像形成システムを用いる、１つまたは複数の光学ＭＥＭＳ装置を像形成することによって、本発明の原理により解決されることができることが判った。構成の物理的サイズは、例えば適切な従来のミラーを使用して、かつ／または折りたたまれた構成を用いて、すなわち、少なくとも１つの従来のミラーの使用によって、入力と出力の両方に関して２重のデューティを行うただ１つのＭＥＭＳ装置ステージが存在する構成を用いて、光学経路を縮めることによって低減されることができる。本発明の一実施形態において、像形成システムは、マイクロ・ミラーからの光の反射角度を再現する。これは、４ｆシステムとしても知られているテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）システムを使用して達成されることができる。
【００１０】
本発明の変形実施形態において、多数の光学ＭＥＭＳ装置の像および／または実際の装置を組み合わせるために、像形成システムは、互いに異なる角度であることができ、マイクロ・ミラーから光学的に最も離れた像形成システムのレンズが、互いに重なり合うことも必要である可能性がある。そのような異なる角度および重なり合いを補償するために、本発明の一実施形態において、その像が形成される平面に光学ＭＥＭＳ装置の各像に対して、プリズムを挿入することができる。プリズムは、その光学ＭＥＭＳ装置から最も離れている光学ＭＥＭＳ装置のための像形成システムのレンズと、他の光学ＭＥＭＳ装置から最も離れているその他の光学ＭＥＭＳ装置の像形成システムの少なくともレンズとの間の角度と、反対の光学ＭＥＭＳ装置に関する光の全ての角度を傾斜するために設計される。本発明の一実施形態において、同じ機能を実行するために、プリズムの代わりにレンズを用いることができる。さらに本発明の他の実施形態において、フォールディング・ミラーを同様に用いることができる。
【００１１】
全体システムは、用いられる像形成システムによってＭＥＭＳ装置の任意の像の反転を考慮して構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下は、単に本発明の原理を例示する。したがって、当業者は、本明細書に明らかには記載されまたは示されていないが、本発明の原理を具体化し、本発明の精神および範囲内に含まれる、様々な構成を考案することが可能であることを理解するであろう。さらに、本明細書に記載される全ての例および従来の言語は、原則として、技術を進めるために、本発明者によって構成された本発明の原理および概念を理解する上で読者に役立たせるために、教える目的のためだけであるように意図して表現され、そのような特定の記載された例および条件に制限されることなく構成される。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態、ならびにその特定の例を説明する本明細書における全ての記載は、その構造的な等価物および機能的な等価物を含むように意図されている。さらに、そのような等価物は、現在知られている等価物、ならびに将来開発される等価物、すなわち構成に関わらず同じ機能を実行する開発された全ての要素の両方を含む。
【００１３】
したがって、例えば、本明細書における全てのブロック図は、本発明の原理を用いる例示的な回路の概念図を表すことは、当業者には理解されよう。同様に、全てのフローチャート、流れ図、状態遷移図、スードコード（ｐｓｅｕｄｏｃｏｄｅ）などは、実質的にコンピュータが読み取ることができる媒体に表され、したがって、そのようなコンピュータまたはプロセッサが明瞭に示されていてもいなくても、コンピュータまたはプロセッサによって実行される様々なプロセスを示す。
【００１４】
「プロセッサ」として表記される任意の機能ブロックを含む、図に示された様々な要素の機能は、専用のハードウエア、ならびに適切なソフトウエアと協働するソフトウエアを実行できるハードウエアの使用によって提供されることができる。プロセッサによって提供されたとき、単一の専用プロセッサ、単一の共用プロセッサ、またはいくつかが共用される複数の個別プロセッサによって、機能が提供されることができる。さらに、「プロセッサ」または「コントローラ」の用語の明確な使用は、ソフトウエアを実行することができるハードウエアをもっぱら言及するものと解釈されるべきでなく、デジタル信号プロセッサ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、ＤＳＰ）、ネットワーク・プロセッサ、特定応用集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）、ソフトウエアを記憶するための読取専用メモリ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置を、限定されることなく暗黙に含むことができる。従来のおよび／またはカスタムの他のハードウエアを、同様に含むことができる。同様に、図に示される任意のスイッチは単に概念的なものである。これらの機能は、プログラム・ロジックのオペレーションを介して、専用のロジックを介して、プログラム制御および専用ロジックの相互作用を介して、またはマニュアルでさえも実行されることができ、特定の技術は、文脈からより特別に理解される実施者によって選択可能である。
【００１５】
本明細書の特許請求の範囲において、特定の機能を実行するための手段として表現された任意の要素は、例えば、ａ）その機能を実行する回路要素の組み合わせ、またはｂ）任意の形態のソフトウエア、したがって、機能を実行するためにそのソフトウエアを実施する適切な回路と組み合わされた、ファームウエア、マイクロコードなどを含むソフトウエアなどを含む、その機能を実行する任意の手段を含むものとして意図されている。そのような特許請求の範囲によって規定される発明は、記載された様々な手段によって提供される機能性が、特許請求の範囲が必要とする方法で組み合わされかつ一緒にされる事実による。したがって、出願人は、これらの機能性を提供できる任意の手段が、本明細書に示された手段と同等であると考える。
【００１６】
ソフトウエア・モジュール、またはソフトウエアであることを意味する単純なモジュールは、プロセス・ステップおよび／または組織的記載の実行を示す、フローチャート要素または他の要素の任意の組み合わせとして、本明細書において表されることができる。そのようなモジュールは、明瞭に示されまたは暗示して示されるハードウエアによって実施されることができる。
本明細書において明瞭に特定されない限り、図面は同じ寸法には描かれていない。
【００１７】
加えて、本明細書において明瞭に特定されない限り、本明細書において示されかつ／または記載された任意のレンズは、そのレンズの個別の特定された特性を有する実際の光学システムである。そのような光学システムは、単一のレンズ要素によって実装されることができるが、必ずしもそれに限定されない。同様に、ミラーが示されまつ／または記載されるなら、実際に示されかつ／または記載されるものは、単一のミラー要素によって実装されることができるが、必ずしも単一のミラー要素に限定されないそのようなミラーの特定の特性を備える光学システムである。これが、従来技術において良く知られているように、様々な光学システムが、単一のレンズ要素またはミラーの同じ機能性を、しかし優れた方法で、例えばより少ないひずみで提供できる理由である。さらに、従来技術において良く知られているように、湾曲したミラーの機能性は、レンズおよびミラーの組み合わせ、およびその逆を介して実現されることができる。さらに、特定の機能、例えば像形成システム、回折格子、被覆された要素、およびプリズムなどを実行する光学構成部品の構成を、同じ特定の機能を実行する、任意の他の光学構成部品の構成によって置き換えることができる。したがって、本明細書において明瞭に特定されない限り、本明細書に開示される全体の実施形態における特定の機能を提供することができる全光学要素またはシステムは、本開示の目的に関して互いに同等である。
【００１８】
本明細書において使用されるマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置の用語は、ＭＥＭＳ装置全体またはその任意の一部を意味するものと意図される。したがって、ＭＥＭＳ装置の一部が動作できなくとも、またはＭＥＭＳ装置の一部が遮られていても、それでもなお、そのようなＭＥＭＳ装置は、本開示の目的に関するＭＥＭＳ装置であると考えられる。
【００１９】
光学ＭＥＭＳ装置のサイズおよび／または有効な傾斜範囲に対する制約のために、全光学スイッチにおけるポート数に対する制限は、組み合わされる各光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する単一の仮想光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、実際の他の光学ＭＥＭＳ装置またはその像とを組み合わせる像形成システムを使用する、１つまたは複数の光学ＭＥＭＳ装置の像形成によって、本発明の原理によって解消されることができる。これは、図１に見ることができ、図１は、組み合わされる各光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、各２つの光学ＭＥＭＳ装置が、それぞれ像形成システムを使用して像形成される、全光学スイッチング構成の一実施形態を示す。ａ）第１の入力ファイバ束１０１、ｂ）第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２、ｃ）第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３、ｄ）レンズ１０５、ｅ）レンズ１０９、ｆ）第２の入力ファイバ束１１１、ｇ）第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２、ｈ）第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３、ｉ）レンズ１１５、ｊ）レンズ１１９、ｋ）第１の出力ファイバ束１２１、ｌ）第１の出力マイクロ・レンズ・アレイ１２２、ｍ）第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３、ｎ）プリズム１４１、およびｏ）フィールド・レンズ１４３が、図１に示されている。
【００２０】
第１の入力ファイバ束１０１は、スイッチされる光信号を供給する。より詳細には、第１の入力ファイバ束１０１の各ファイバは、図１のスイッチング・システムに対する入力ポートである。第１の入力ファイバ束１０１の各ファイバによって供給される光は、第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２の一部であるそれぞれ対応するマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、そのそれぞれ結合される入力ファイバから供給された光のビームをコリメートする。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズが、コリメータを形成する構成において入力ファイバ束１０１の各ファイバと統合されることができる。
【００２１】
第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２を通過する光の各ビームは、それぞれ第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーに当る。第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーは、それぞれ指定された角度で、各マイクロ・ミラーに入射する光のビームを反射するために設定される。特定の指定された角度は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の対応するそれぞれのマイクロ・ミラーの角度との組み合わせで、光が、第１の出力ファイバ束１２１における事前選択されたファイバに向けられるように選択される。
【００２２】
その特定のマイクロ・ミラーの反射後、光の各ビームは、レンズ１０５およびレンズ１０９を介してプリズム１４１を通過する。レンズ１０５およびレンズ１０９は、像形成システムを形成する。像形成システムは、プリズム１４１で作られる各ビームの入射角度が、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの角度の関数である。本発明のより簡単な実施形態において、像形成システムは、プリズム１４１での第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーからの光の反射角度を再現するように構成される。したがって、プリズム１４１の位置に対する、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの直接像形成がある。像形成システムを作り上げる２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためであることに留意されたい。当業者は、任意の像形成システム、例えば１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。
【００２３】
本発明の一実施形態において、４ｆシステムとしても知られているテレセントリック・システムを、像形成システムとして用いる。従来技術において良く知られているテレセントリック・システムを使用することによって、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３からの各ビームの光の反射角度は、その光がプリズム１４１に到達したときに再現される。テレセントリック・システムは反転されることができるので、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のそれぞれ対応するマイクロ・ミラーは、それらが用いられない像形成システムを有するとき、同じ場所ではないことができることに留意されたい。しかしながら、マイクロ・ミラーのマッピングの１対１の性質が、像形成システムによって保存されるので、像からの光を、第１の出力ファイバ束１２１の指定された出力ファイバへ向けるために、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーを適切に傾斜することを、システムの制御ソフトウエアにおいて、反転を容易に考慮することができる。
【００２４】
像形成システムは、オリジナルと比べて像のサイズを変更することもできることに留意されたい。これは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーが、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーと異なるサイズであることを可能にし、ならびに、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーの間隔が、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーの間隔と異なることを可能にする。しかしながら、そうすることが、像において現れたときに、像を第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーに適切に向けるために、実際の傾斜の補足的な補償を必要とする、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの傾斜角度を同じ縮尺にする。
【００２５】
さらに、システムを通る多数の信号経路を作るために、例えば、マルチキャスト、ブロードキャスト、監視、保護、および復元機能を実施するために、例えばレンズ１０５と１０９との間に光スプリッタを用いることが可能である。有利には、システム設計における大きな柔軟性が達成される。
【００２６】
第２の入力ファイバ束１１１は、同様にスイッチされる光信号を提供する。より詳細には、第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバは、同様に図１のスイッチング・システムに対する入力ポートである。第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバによって提供される光は、第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２の一部であるそれぞれ対応するマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、そのそれぞれ結合される入力ファイバから供給された光のビームをコリメートする。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズが、コリメータを形成する構成において第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバと統合されることができる。
【００２７】
第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２を通過する光の各ビームは、それぞれ第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３のマイクロ・ミラーに当る。第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の各マイクロ・ミラーは、それぞれ指定された角度で、各マイクロ・ミラーに入射する光のビームを反射するために設定される。特定の指定された角度は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の対応するそれぞれのマイクロ・ミラーの角度との組み合わせにおいて、光が、第１の出力ファイバ束１２１における事前選択されたファイバに向けられるように選択される。
【００２８】
その特定のマイクロ・ミラーの反射後、光の各ビームは、レンズ１１５およびレンズ１１９を介してプリズム１４１を通過する。レンズ１１５およびレンズ１１９は、像形成システムを形成する。像形成システムは、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の各マイクロ・ミラーの角度が、プリズム１４１で再現されるように構成される。したがって、プリズム１４１の位置に対して、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の各マイクロ・ミラーの直接像形成がある。像形成システムを作り上げる２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためであることに留意されたい。当業者は、任意の像形成システム、例えば１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。
【００２９】
本発明の一実施形態において、４ｆシステムとしても知られているテレセントリック・システムを、像形成システムとして用いる。従来技術において良く知られているテレセントリック・システムを使用することによって、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１５からの各ビームの光の反射角度は、その光がプリズム１４１に到達したときに再現される。テレセントリック・システムは反転されることができるので、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のそれぞれ対応するマイクロ・ミラーは、それらが用いられない像形成システムを有するとき、同じ場所ではないことができることに留意されたい。しかしながら、マイクロ・ミラーのマッピングの１対１の性質が、像形成システムによって保存されるので、反転を、像からの光を、第１の出力ファイバ束１２１の指定された出力ファイバへ向けるために、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーを適切に傾斜することを、システムの制御ソフトウエアにおいて容易に考慮することができる。テレセントリック・システムを作り上げる２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためであることに留意されたい。当業者は、任意のテレセントリック・システム、例えばより多くのレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。
【００３０】
像形成システムは、オリジナルと比べて像のサイズを変更することもできることに留意されたい。これは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーが、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３のマイクロ・ミラーと異なるサイズであることを可能にし、ならびに、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーの間隔が、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３のマイクロ・ミラーの間隔と異なることを可能にする。しかしながら、そうすることが、像において現れたときに、像を第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーに適切に向けるために、実際の傾斜の補足的な補償を必要とする、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の各マイクロ・ミラーの傾斜角度を同じ縮尺にする。
【００３１】
さらに、システムを通る多数の信号経路を作るために、例えば、マルチキャスト、ブロードキャスト、監視、保護、および復元機能を実施するために、例えばレンズ１１５と１１９との間に光スプリッタを用いることが可能である。有利には、システム設計における大きな柔軟性が達成される。
【００３２】
プリズム１４１の機能は、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像、および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の経路を曲げることである。図１に示される本発明の実施形態において、プリズム１４１を通過した後、プリズム１４１の中心を通るフィールド・レンズ１４３の中心を通過する線に沿って交わる点で第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３が互いに隣接するように生じた像が現れるように、曲げが実行される。したがって、本発明の原理によれば、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の組み合わせられたサイズを有する、単一の入力ＭＥＭＳ装置で作られる。この像は、仮想ＭＥＭＳ入力装置として作用する。
【００３３】
図１に示される本発明の実施形態において、プリズム１４１は、少なくとも２つのセクションを有し、１つのセクションは、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像を曲げるためのものであり、他のセクションは、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像を曲げるためのものである。実際に、２つのセクションは、別個のプリズムであることができ、または、単一の統合された装置を用いることができる。好ましくは、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像の全光ビームは、同じ量で曲げられ、同様に、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の光ビームは、全て同じで曲げられる。しかしながら、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像の全光ビームが曲げられる量は、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の全光ビームが曲げられる量と必ずしも同じではない。当業者は、プリズム１４１の機能は、同様に、様々な他のレンズ構成で実行されることができることを理解するであろう。プリズム１４１の機能を実行する特定の構成は、価格および全体の光学システム・アーチテクチャ、すなわち用いられる全体のレンズ・システムを考慮する設計に基づいて選択される。
【００３４】
組み合わせられる光学ＭＥＭＳ装置の像の光は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３へのその経路で任意選択のフィールド・レンズ１４３を通過する。任意選択のフィールド・レンズは、光が入射される角度を、光が向けられる位置における各マイクロ・ミラーへ変換する。これは、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の全てのマイクロ・ミラーが、均一になることを可能にし、同じ傾斜を有する全てのマイクロ・ミラーが、同じ位置にそれらの光を向ける。さらに、フィールド・レンズは、それを通過する各ビームを再集束し、したがって損失を低減する。
【００３５】
各フィールド・レンズ１４３を通る光のビームは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のそれぞれマイクロ・ミラーに当る。第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の各マイクロ・ミラーは、それぞれの角度で、各マイクロ・ミラーに入射する光のビームを反射するために設定される。マイクロ・ミラーへの入射光は、光を受けるためのものであり、かつその光に関する出力ポートとして作用する第１の出力ファイバ束１２１の特定のファイバへ反射するように、特定の角度が選択される。
【００３６】
第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の各マイクロ・ミラーを通る光のビームは、マイクロ・レンズ・アレイ１２２のそれぞれのマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、光ビームを、それぞれ結合される出力ファイバに結合するものである。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズが、コリメータを形成する構成におけるファイバ束１２１の出力ファイバの各ファイバと統合されることができる。それから、マイクロ・レンズ・アレイ１２２の各マイクロ・レンズからの光は、マイクロ・レンズに結合されるそれぞれの出力ファイバ束を通る。
【００３７】
図１に示される本発明の実施形態は、例えば、入力ポートの数が出力ポートの数より大きい非対称システムに特に有用である。
【００３８】
図２は、全光学スイッチング構成の一実施形態を示し、２つの入力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各入力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想入力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成され、２つの出力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各出力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想出力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成される。ａ）第１の入力ファイバ束１０１、ｂ）第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２、ｃ）第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３、ｄ）レンズ１０５、ｅ）レンズ１０９、ｆ）第２の入力ファイバ束１１１、ｇ）第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２、ｈ）第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３、ｉ）レンズ１１５、ｊ）レンズ１１９、ｋ）第１の出力ファイバ束１２１、ｌ）第１の出力マイクロ・レンズ・アレイ１２２、ｍ）第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３、ｎ）プリズム１４１、ｏ）フィールド・レンズ１４３、ｑ）レンズ２２５、ｒ）レンズ２２９、ｓ）第２の出力ファイバ束２３１、ｔ）第２の出力マイクロ・レンズ・アレイ２３２、ｕ）第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３、ｖ）レンズ２３５、ｗ）レンズ２３９、およびｘ）プリズム２４５が、図２に示されている。
【００３９】
入力セクション、すなわちフィールド・レンズ１４３の左側の図２に示される全ての要素、およびその作用、ならびにフィールド・レンズ１４３およびその作用は、図１の同様の符号が付けられた構成部品に関する記載と同様である。
【００４０】
同様に、フィールド・レンズ１４３の右側の図２の全ての要素は、反転する方法で作用する。したがって、第１の出力光学ＭＥＭＳ装置１２３および第２の光学ＭＥＭＳ装置２３３の組み合わせられたサイズを有するＭＥＭＳ装置の像は、それぞれａ）レンズ２２５およびレンズ２２９と、ｂ）レンズ２３５およびレンズ２３９と、プリズム２４５から作られる像形成システムによって形成される。この像は、仮想ＭＥＭＳ出力装置として作用する。組み合わされた出力光学ＭＥＭＳ装置の像の特定のマイクロ・ミラーの像に当るフィールド・レンズ１４３からの光は、像形成される実際のマイクロ・ミラーに像を投射するそれぞれの像形成システムを通って進む。その光は、このマイクロ・ミラーを反射し、マイクロ・レンズを通過し、出力マイクロ・ミラーが向けられる出力ファイバを通過するように向けられる。
【００４１】
より詳細には、組み合わせられた入力光学ＭＥＭＳ装置の像の光が、任意選択のフィールド・レンズ１４３を通過した後、その光はプリズム１４１の逆の機能を実行するプリズム２４５に入射し、それは入射光を２つの方向に向け、その第１は、レンズ２２５およびレンズ２２９から作られる像形成システムを通り、その第２は、レンズ２３５およびレンズ２３９から作られる像形成システムを通る。第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の像に対応する点で、プリズム２４５に入射するこれらのビームは、レンズ２２５および２２９から作られる像形成システムまで、プリズム２４５によって向けられる。同様に、第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の像に対応する点で、プリズム２４５に入射するこれらのビームは、レンズ２３５および２３９から作られる像形成システムまで、プリズム２４５によって向けられる。
【００４２】
像形成システムから作られる２つのレンズが示されるが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためであることに留意されたい。当業者は、任意の像形成システム、すなわち１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。
【００４３】
本発明の一実施形態において、レンズ２２５および２２９と、レンズ２３５および２３９から作られる像形成システムは、４ｆシステムとしても知られる各テレセントリック・システムである。従来技術において良く知られているテレセントリック・システムを使用することによって、各ビームの光が、プリズム２４５から各像形成システムに入るとき、各ビームの光の反射角度は、その光が出力ＭＥＭＳ装置１２３および２３３のそれぞれ１つに到達したときに再現される。テレセントリック・システムは反転されることができるので、出力ＭＥＭＳ装置１２３および２３３のそれぞれ１つの対応する各マイクロ・ミラーは、それらが用いられない像形成システムを有するとき、同じ場所ではないことができることに留意されたい。しかしながら、マイクロ・ミラーのマッピングの１対１の性質が、像形成システムによって保存されるので、像からの光を指定された出力ファイバへ向けるために、マイクロ・ミラーを適切に傾斜することを、システムの制御ソフトウエアにおいて、反転を容易に考慮することができる。
【００４４】
像形成システムは、同じ原理の理由のため、オリジナルと比べて像のサイズを変更することもでき、図２に示される光学スイッチング構成の入力セクションに関連して上述されたように、同じ設計の考慮を必要とする。同様に、同じ原理の理由のため、像形成システムにおいて光スプリッタを用いることが可能であり、図２に示される光学スイッチング構成の入力セクションに関連して上述されたように、同じ設計の考慮を必要とする。
【００４５】
レンズ２２５および２２９の像形成システムを通る各光のビームは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のそれぞれのマイクロ・ミラーに当る。図１に関連して上述したように、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の各マイクロ・ミラーは、それぞれの角度で入射光のビームを反射するために設定される。特定の角度は、マイクロ・ミラーの入射光は、光を受けるためのものであり、その光の出力ポートとして作用する第１の出力ファイバ束１２１の特定のファイバに反射するように選択される。
【００４６】
第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の各マイクロ・ミラーを通る光のビームは、マイクロ・レンズ・アレイ１２２のそれぞれのマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、光ビームを、それぞれ結合される出力ファイバに結合することである。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズは、コリメータを形成する構成におけるファイバ束１２１の各ファイバに統合されることができる。それから、マイクロ・レンズ・アレイ１２２の各マイクロ・レンズからの光は、マイクロ・レンズに結合されるそれぞれ出力ファイバ束を通過する。
【００４７】
同様に、レンズ２３５および２３９の像形成システムを通る光の各ビームは、第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３のそれぞれのマイクロ・ミラーに当る。第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の各マイクロ・ミラーは、入射光のビームをそれぞれの角度で反射するように設定される。特定の角度は、マイクロ・ミラーに入射する光を、光を受けるものであり、かつ光の出力ポートとして作用する第２の出力ファイバ束２３１の特定のファイバへ反射するように選択される。
【００４８】
第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の各マイクロ・ミラーを通る光のビームは、マイクロ・レンズ・アレイ２３２のそれぞれのマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、それぞれ結合される入力ファイバに供給される光のビームをコリメートすることである。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズは、コリメータを形成する構成において、ファイバ束２３１の各出力ファイバと統合されることができる。それから、マイクロ・レンズ・アレイ２３２の各マイクロ・レンズからの光は、マイクロ・レンズと結合されるそれぞれの出力ファイバ束内を通過する。
【００４９】
実際に、仮想入力ＭＥＭＳ装置および仮想出力ＭＥＭＳ装置が作られ、仮想出力ＭＥＭＳ装置および仮想入力ＭＥＭＳ装置が交差接続を形成するように構成される。
【００５０】
図２のシステムが、動作において全体に対称であることに留意されたい。したがって、入力ポートは、出力ポートとして使用されることができ、反対もまた同様である。しかしながら、さらなるものがない図２の構成を仮定すれば、右の任意の１つのファイバに結合される左の１つのファイバだけであることができる。
【００５１】
図３は、全光学スイッチング構成のコンパクトな実施形態を示し、２つの入力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各入力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想入力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成され、２つの出力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各出力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想出力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成される。図２に示される同じ要素、および追加の要素ミラー３０７、３１７、３２７および３３７が、図３に示される。図３の全ての要素の作用は、図１および図２の同様の符号が付けられた構成部品に関する記載と同じである。しかしながら、それらの経路に沿った光ビームの方向が、ミラー３０７、３１７、３２７、および３３７によって反転されるので、それぞれ像形成システムの一部である、マイクロ・レンズ・アレイ、ならびにレンズ１０９、１１５、２２５、および２３５に結合される、ファイバ束の位置および／または方向は変更される。これは、当業者には理解されるように、図３に示されるよりコンパクトな光学経路を実現することを可能にする。ミラー３０７、３１７、３２７、および３３７は、それぞれの像形成システム内に配置されるが、像形成の作用は、ミラーが存在しないのと同様に残ることができる。代わりに、ミラー３０７、３１７、３２７、および３３７の１つまたは複数は、例えばミラーを曲げることによって、その結合される像形成システム内の光の方向を変更するより、それらのそれぞれの像形成システムに作用的な効果を有するようにすることができる。
【００５２】
図４は、システムが折りたたまれる本発明の他の例示的実施形態を示す。ａ）第１のファイバ束４０１、ｂ）第１のマイクロ・レンズ・アレイ４０２、ｃ）第１のＭＥＭＳ装置１０３、ｄ）レンズ１０５、ｅ）レンズ１０９、ｆ）第２のファイバ束４１１、ｇ）第２のマイクロ・レンズ・アレイ４１２、ｈ）第２のＭＥＭＳ装置１１３、ｉ）レンズ１１５、ｊ）レンズ１１９、ｋ）プリズム１４１、ｌ）ミラー３０７および３１７、およびｍ）フォールディング・ミラー４１３が、図４に示されている。
【００５３】
前述の実施形態とは異なり、ファイバ束４０１は、入力ファイバと出力ファイバの両方を含み、ファイバ束４０１は、入力ポートおよび出力ポートとして作用する。入力ファイバからの光は、第１のマイクロ・レンズ・アレイ４０２のそれぞれ結合されるマイクロ・レンズを通過する。光は、第１のＭＥＭＳ装置１０３の対応する結合されたマイクロ・ミラーを反射し、図４においてレンズ１０５および１０９で作られる像形成システムを通過する。上述に言及したように、像形成システムを作る２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためである。当業者は、任意の像形成システム、例えば１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。本発明の一実施形態において、テレセントリック・システムを、像形成システムとして用いられる。図４に示される本発明の一実施形態において、それを通過する光は、ミラー３０７によって再び方向付けられるので、像形成システムは、コンパクトな像形成システムである。
【００５４】
同様に、ファイバ束４１１は、入力ファイバおよび出力ファイバの両方を含み、ファイバ束４１１は、入力ポートおよび出力ポートとして作用する。入力ファイバからの光は、第１のマイクロ・レンズ・アレイ４１２のそれぞれ結合されるマイクロ・レンズを通過する。光は、第１のＭＥＭＳ装置１１３の対応する結合されたマイクロ・ミラーを反射し、図４においてレンズ１１５および１１９で作られる像形成システムを通過する。上述に言及したように、像形成システムを作る２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためである。当業者は、任意の像形成システム、例えば１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。本発明の一実施形態において、テレセントリック・システムを、像形成システムとして用いられる。図４に示される本発明の一実施形態において、それを通過する光は、ミラー３１７によって再び方向付けられるので、像形成システムは、コンパクトな像形成システムである。
【００５５】
各像形成システムから出る光のビームは、プリズム１４１を通過する。前に記載した本発明の実施形態のように、像形成システムから来る光に関して、プリズム１４１の機能は、第１のＭＥＭＳ装置１０３の像および第２のＭＥＭＳ装置１１３の像の経路を曲げることである。図４に示される本発明の実施形態において、曲げが実行され、プリズム１４１を通過した後、結果としての像は、まるで、第１のＭＥＭＳ装置１０３および第２のＭＥＭＳ装置１１３が、ミラー４１３の中心からプリズム１４１の中心を通る線に沿って交わる点で、第１のＭＥＭＳ装置１０３および第２のＭＥＭＳ装置１１３が、互いに隣接するように現れる。したがって、本発明の原理によれば、像は、第１のＭＥＭＳ装置１０３および第２のＭＥＭＳ装置１１３の組合されたサイズを有する、単一の入力ＭＥＭＳ装置を作る。
【００５６】
第１のＭＥＭＳ装置１０３および第２のＭＥＭＳ装置１１３の像は、ミラー４１３によって反射される。ミラー４１３は、平面ミラーとして機能する平坦な従来のミラーであるか、または本明細書に記載される本発明の他の実施形態におけるフィールド・レンズによって実行される機能を組み込むために湾曲されたものであることができる。
【００５７】
光のビームは、リターン・ビームとして、ミラー４１３によってプリズム１４１に向かって反射されて戻る。プリズム１４１は、上述されたプリズム２４５と同じように、リターン・ビームの方向を変更する。より詳細には、像形成システムの１つへのその経路のミラー４１３から来る光に関して、プリズム１４１は、ミラー４１３に向かって進める像形成システムから来る光に関して実行した機能の反対を実行する。このために、プリズム１４１は、２つの方向にプリズム１４１に入射する光を向け、第１の方向は、レンズ１０５およびレンズ１０９で作られる像形成システムを通り、第２の方向は、レンズ１１５およびレンズ１１９で作られる像形成システムを通る。第１のＭＥＭＳ装置１０３の像に対応する点で、プリズム１４１に入射するこれらのビームは、レンズ１０５および１０９から作られる像形成システムへ、プリズム１４１によって向けられる。同様に、第２のＭＥＭＳ装置１１３の像に対応する点で、プリズム１４１に入射するこれらのビームは、レンズ１１５および１１９から作られる像形成システムへ、プリズム１４１によって向けられる。
【００５８】
一般に、これは必要要件ではないが、リターン・ビームは、ミラー４１３に向かってリターン・ミラーを初期的に反射するマイクロ・ミラーとは異なるマイクロ・ミラーを入射し、光の任意の入力ビームに関して、リターン・ビームは、ミラー４１３に向かって反射する同じマイクロ・ミラーに入射する必要がある可能性がある。そうすることは、ファイバ束における任意のファイバを、それ自体を含むファイバ束における任意の他のファイバへ接続されることを可能にする。
【００５９】
その後、各リターン・ビームは、それが向けられるそれぞれ像形成システムを通過し、その後、第１のＭＥＭＳ装置１０３および第２のＭＥＭＳ装置１１３の対応する１つのマイクロ・ミラーによって、ビームに関する出力ポートとして作用するファイバ束４０１および４１１に結合される１つのそれぞれファイバに向かって反射される。マイクロ・ミラーから反射された後であるが、ファイバに入る前に、ビームは、ビームに関する出力ポートとして作用するファイバに結合される、マイクロ・レンズ・アレイ４０２および４２２の１つのマイクロ・レンズを通過する。
【００６０】
図５は、全光学スイッチング・システムの他の実施形態を示し、図２に示される光学経路と同等の光学経路を有する。しかしながら、プリズム１４１および２４５の代わりに、ミラーが図５において用いられ、結果として異なる空間経路に続く光学経路となる。これにより、よりコンパクトなシステム構成の結果となる。図５において、プリズム１４１および２４５が取り除かれ、代わりに追加のミラー要素５４１、５５１、５６１、および５７１が追加された以外は、図２に示されるのと同じ要素が示される。図５の全ての要素の機能は、図１および図２の同様の符号が付けられた構成部品に関する記載と同じである。
【００６１】
ミラー５４１および５６１の機能は、それらが、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像、および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の経路を曲げる、プリズム１４１の機能と同様である。図５に示される本発明の実施形態において、曲げが実行され、ミラー５４１および５６１を通過した後、まるで第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３が、フィールド・レンズ１４３の中心から、ミラー５４１および５６１が交わる点を通る線に沿ってそれらが交わる点で、互いに隣接するように、結果としての像が現れる。しかしながら、プリズムの代わりにミラーを使用することは、光ビームの方向を変更し、それによってよりコンパクトな構造を提供することに留意されたい。したがって、本発明の原理によれば、像は、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の組み合わせたサイズを有する、単一の入力ＭＥＭＳ装置で作られる。この像は、仮想ＭＥＭＳ入力装置として作用する。
【００６２】
図５に示される本発明の実施形態において、少なくとも２つの個別ミラーが存在し、一方は、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像を曲げるためのものであり、他方は、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像を曲げるためのものである。実際には、２つのセクションは、単一の統合されたミラーを形成するために結合されることができる。好ましくは、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像の光の全てのビームは、同じ量だけ曲げられ、同様に、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の光のビームは、すべて同じ量だけ曲げられる。しかしながら、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像の光の全てのビームが曲げられる量は、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の像の光の全てのビームが曲げられる量とかならずしも同じではない。当業者は、ミラー５４１および５６１の機能は、追加のミラーまたはレンズ機能によって補足されることができる、湾曲したミラーなどの様々なミラー構成で実行されることができることを諒承するであろう。ミラー５４１および５６１の機能を実行するための特定の構成は、価格、または全体の光学システム・アーチテクチャなどの設計考慮事項に基づき選択される。
【００６３】
ミラー５５１および５７１の機能は、それらが、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の像、および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の像の経路を曲げる、プリズム２４５の機能と同様である。図５に示される本発明の実施形態において、曲げが実行され、ミラー５５１および５７１を通過した後、まるで第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３が、フィールド・レンズ１４３の中心から、ミラー５５１および５７１が交わる点を通る線に沿ってそれらが交わる点で、互いに隣接するように、結果としての像が現れる。しかしながら、プリズムの代わりにミラーを使用することは、光ビームの方向を変更し、それによってよりコンパクトな構造を提供することに留意されたい。したがって、本発明の原理によれば、像は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の組み合わせたサイズを有する、単一の出力ＭＥＭＳ装置で作られる。この像は、仮想ＭＥＭＳ出力装置として作用する。
【００６４】
図５に示される本発明の実施形態において、少なくとも２つの個別ミラーが存在し、一方は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の像を曲げるためのものであり、他方は、第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の像を曲げるためのものである。実際には、２つのセクションは、単一の統合されたミラーを形成するために結合されることができる。好ましくは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の像の光の全てのビームは、同じ量だけ曲げられ、同様に、第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の像の光のビームは、すべて同じ量だけ曲げられる。しかしながら、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３の像の光の全てのビームが曲げられる量は、第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の像の光の全てのビームが曲げられる量とかならずしも同じではない。当業者は、ミラー５５１および５７１の機能は、追加のミラーまたはレンズ機能によって補足されることができる、湾曲したミラーなどの様々なミラー構成で実行されることができることを諒承するであろう。ミラー５５１および５７１の機能を実行するための特定の構成は、価格、または全体の光学システム・アーチテクチャなどの設計考慮事項に基づき選択される。
【００６５】
図６は、全光学スイッチング・システムの他の実施形態を示し、実際のＭＥＭＳ装置のその入力セクションにおける使用のために、ＭＥＭＳ装置の像と組み合わせる。
【００６６】
ａ）第１の入力ファイバ束１０１、ｂ）第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２、ｃ）第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３、ｄ）レンズ１０５、ｅ）レンズ１０９、ｆ）第２の入力ファイバ束１１１、ｇ）第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２、ｈ）ミラー５４１、ｉ）第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３、ｊ）プリズム２４５、ｋ）第１の出力ファイバ束１２１、ｌ）第１の出力マイクロ・レンズ・アレイ１２２、ｍ）第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３、ｎ）プリズム２４５、ｏ）フィールド・レンズ１４３、ｑ）レンズ２２５、ｒ）レンズ２２９、ｓ）第２の出力ファイバ束２３１、ｔ）第２の出力マイクロ・レンズ・アレイ２３２、ｕ）第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３、ｖ）レンズ２３５、およびｗ）レンズ２３９が、図６に示されている。
【００６７】
第１の入力ファイバ束１０１は、切り換えられる光学信号を供給する。より詳細には、第１の入力ファイバ束１０１の各ファイバは、図１のスイッチング・システムの入力ポートである。第１の入力ファイバ束１０１の各ファイバによって供給される光は、第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２の一部である、それぞれ対応するマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、そのそれぞれ結合される入力ファイバから供給される光のビームをコリメートすることである。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズが、コリメータを形成する構成における入力ファイバ束１０１の各ファイバと統合されることもできる。
【００６８】
第１の入力マイクロ・レンズ・アレイ１０２を通過する光の各ビームは、それぞれ第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーに当る。第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーは、それぞれ指定された角度で、各マイクロ・ミラーに入射する光のビームを反射するために設定される。特定の指定された角度は、前述され、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の１つの対応するそれぞれのマイクロ・ミラーの角度との組み合わせで、光が、第１の出力ファイバ束１２１、または第２の出力ファイバ束２３１のいずれかにおける事前選択されたファイバに向けられるように指定される。
【００６９】
その特定のマイクロ・ミラーの反射後、光の各ビームは、レンズ１０５、次にレンズ１０９を通過し、ミラー５４１へ行く。レンズ１０５およびレンズ１０９は、像形成システムを形成する。像形成システムは、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの角度が、ミラー５４１で再現されるように構成される。したがって、ミラー５４１の位置へ、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの直接の像形成が存在する。像形成システムを作り上げる２つのレンズが示されているが、これは、教える目的および明瞭にする目的だけのためであることに留意されたい。当業者は、任意の像形成システム、例えば１つまたは複数のレンズを使用するシステムを用いることができることを容易に理解するであろう。
【００７０】
本発明の一実施形態において、４ｆシステムとしても知られているテレセントリック・システムを、像形成システムとして用いる。従来技術において良く知られているテレセントリック・システムを使用することによって、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３からの各ビームの光の反射角度は、その光がミラー５４１に到達したときに再現される。テレセントリック・システムは反転されることができるので、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のそれぞれ対応するマイクロ・ミラーは、それらが用いられない像形成システムを有するとき、同じ場所ではないことができることに留意されたい。しかしながら、マイクロ・ミラーのマッピングの１対１の性質が、像形成システムによって保存されるので、像からの光を、第１の出力ファイバ束１２１の指定された出力ファイバへ向けるために、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラーを適切に傾斜することを、システムの制御ソフトウエアにおいて、反転を容易に考慮することができる。
【００７１】
像形成システムは、オリジナルと比べて像のサイズを変更することもできることに留意されたい。これは、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３のマイクロ・ミラー、および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３のマイクロ・ミラーが、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーと異なるサイズであることを可能にし、ならびに、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３のマイクロ・ミラーの間隔が、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３のマイクロ・ミラーの間隔と異なることを可能にする。しかしながら、そうすることが、像において現れたときに、像を第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３、および第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３のマイクロ・ミラーに適切に向けるために、実際の傾斜の補足的な補償を必要とする、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の各マイクロ・ミラーの傾斜角度を同じ縮尺にする。
【００７２】
さらに、システムを通る多数の信号経路を作るために、例えば、マルチキャスト、ブロードキャスト、監視、保護、および復元機能を実施するために、例えばレンズ１０５と１０９との間に光スプリッタを用いることが可能である。有利には、システム設計における大きな柔軟性が達成される。
【００７３】
第２の入力ファイバ束１１１は、同様にスイッチされる光信号を提供する。より詳細には、第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバは、同様に図１のスイッチング・システムに対する入力ポートである。第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバによって提供される光は、第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２の一部であるそれぞれ対応するマイクロ・レンズを通過する。各マイクロ・レンズの機能は、そのそれぞれ結合される入力ファイバから供給された光のビームをコリメートする。本発明の代わりの実施形態において、別個のマイクロ・レンズ・アレイを用いる代わりに、レンズが、コリメータを形成する構成において第２の入力ファイバ束１１１の各ファイバと統合されることができる。
【００７４】
第２の入力マイクロ・レンズ・アレイ１１２を通過する光のビームは、それぞれ第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３のマイクロ・ミラーに当る。第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の各マイクロ・ミラーは、それぞれ指定された角度で、各マイクロ・ミラーに入射する光のビームを反射するために設定される。特定の角度は、第１の出力ＭＥＭＳ装置１２３、または第２の出力ＭＥＭＳ装置２３３の対応するそれぞれのマイクロ・ミラーの角度との組み合わせで、光が、第１の出力ファイバ束１２１、または第２の出力ファイバ束２３１における事前選択されたファイバに向けられるように指定される。
【００７５】
その特定のマイクロ・ミラーの反射後、光の各ビームはフィールド・レンズ１４３を通る。
【００７６】
ミラー５４１の機能は、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３の像の経路を曲げることであり、まるで第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３が、フィールド・レンズ１４３の中心から、プリズム２４５の中心を通過する線に沿って、像と実際のＭＥＭＳ装置が交わる点で、第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３に隣接するように、結果としての像が現れる。したがって、本発明の原理によれば、第１の入力ＭＥＭＳ装置１０３および第２の入力ＭＥＭＳ装置１１３の組み合わせたサイズを有する、単一の入力ＭＥＭＳ装置が存在するように現れる。この組み合わせは、仮想ＭＥＭＳ入力装置である全体の入力ＭＥＭＳ装置として作用する。
【００７７】
フィールド・レンズ１４３を通過した後、光は、スイッチング・システムの出力セクション、すなわち図６におけるフィールド・レンズ１４３の右側の全ての要素に入る。フィールド・レンズ１４３および図６の出力セクションの動作は、図２の出力セクションの同様の符号が付けられた構成部品に関する記載と同様である。
【００７８】
教える目的および明瞭にする目的のために、示された実施形態は、多くとも２つのＭＥＭＳ装置の入力セクションまたは出力セクションに関して、それらの像または実際部分と像部分とを組み合わせただけであることに留意されたい。しかしながら、例えば実施形態が示される紙面の外に、例えば前述の実施形態を三次元に構成することによって、２つ以上のＭＥＭＳ装置が積み重ねられた、本発明の実施形態を有することは可能である。そのような構成は、ＭＥＭＳ装置またはそれらの像が、入力、出力、またはその両方に関してより大きな仮想ＭＥＭＳ装置さえも作り出すために、「タイル状に（ｔｉｌｅｄ）」されることを可能にする。図７は、いくつかの可能な様々なタイル構成である、ＭＥＭＳ装置またはそれらの像のためのタイル構成７０１、７０２、および７０３を示す。当業者には、他のそのような構成を開発することが容易に可能であろう。
【００７９】
図８は、４つの出力ＭＥＭＳ装置の像が、１つの大きな出力ＭＥＭＳ装置を形成するために結合される、１つのそのような構成の端部図である。図８において見えないが、それらは、図８に示される要素の真後ろであるため、４つの入力ＭＥＭＳ装置は、同様に１つの大きな入力ＭＥＭＳ装置を形成するために結合される。代わりに、図８は、出力セクションの端部図であるが、反対側から見た図であると考えることができる。図１に示される要素の数は、図２の同様の符号が付けられた要素に機能的に対応するが、図２に元々示された要素に１のサフィックスが追加され、より大きなアレイを形成するために図８に導入された要素に２のサフィックスが追加されている。
【００８０】
当業者は、システムの様々な構成部品およびミラーの所望のサイズおよび構成を達成するために、それらをどのように向けるかについて容易に理解するであろう。
【００８１】
入力として光を供給する光ファイバの代わりに、光が、例えば、レーザまたは発光ダイオード、プレーナ導波路などの光源によって供給されることができることに留意されたい。同様に、出力として光ビームを受ける光ファイバを有する代わりに、光ビームが、光検出器、プレーナ導波路などの他の受信器によって受け取られることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全光学スイッチング構成の一実施形態を示し、各２つの光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、それぞれ像形成システムを用いて像形成される図である。
【図２】全光学スイッチング構成を示し、２つの入力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各入力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想入力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成され、２つの出力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各出力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想出力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成される図である。
【図３】全光学スイッチング構成のコンパクトな実施形態を示し、２つの入力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各入力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想入力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成され、２つの出力光学ＭＥＭＳ装置が、組み合わされる各出力光学ＭＥＭＳ装置のサイズを有する仮想出力光学ＭＥＭＳ装置を形成するために、像形成システムを用いて像形成される図である。
【図４】システムが折りたたまれる本発明の例示的実施形態を示す図である。
【図５】図２に示される光学経路と同等の光学経路を有するが、図２のプリズムの代わりにミラーが用いられた全光学スイッチング・システムを示す図である。
【図６】その入力セクションにおいて実際のＭＥＭＳ装置を使用するために、ＭＥＭＳ装置の像と組み合わす全光学スイッチング・システムの他の実施形態を示す図である。
【図７】いくつかの可能なタイル状構成を示す図である。
【図８】４つの出力ＭＥＭＳ装置の像が、ある大きな出力ＭＥＭＳ装置からまたは出力ＭＥＭＳ装置へ結合されるあるタイル状構成の端と端とが向き合った図である。

Claims (12)

1. 第１の数のマイクロ・ミラーを含む第１のマイクロ電子機械的システム（ＭＥＭＳ）装置と、
   第２の数のマイクロ・ミラーを含む第２のＭＥＭＳ装置と、
   １つの光学端部において前記第１のＭＥＭＳ装置に光学的に結合された第１の像形成システムであって、前記第１のＭＥＭＳ装置が配置される前記光学端部の反対側の光学端部において前記第１のＭＥＭＳ装置の像を生成する、第１の像形成システムとを備える光学スイッチであって、
   （ｉ）前記第１のＭＥＭＳ装置の前記像と、
   （ｉｉ）（ａ）前記第２のＭＥＭＳ装置及び（ｂ）前記第２のＭＥＭＳ装置の像のうちの少なくとも１つとが、前記第１および第２の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成する、光学スイッチ。
2. 前記第１のＭＥＭＳ装置の前記像が、前記第１のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーによって反射された光ビームで作られ、前記光ビームの各々は、前記光ビームが反射された前記第１のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーの各々からの前記光ビームの反射角度の関数である角度を有する請求項１に記載の光学スイッチ。
3. 前記第１のＭＥＭＳ装置の前記像が、前記第１のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーによって反射された光ビームで作られ、前記像形成システムが、前記光ビームの各々が反射された前記第１のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーの各々からの前記光ビームの各々の反射角度を再現する請求項１に記載の光学スイッチ。
4. 前記仮想ＭＥＭＳ装置の方向から来る光ビーム、または前記仮想ＭＥＭＳ装置へ向かう方向へ行く光ビームを進路変更するための、プリズムおよびミラーのうちの１つをさらに備える請求項１に記載の光学スイッチ。
5. 前記仮想ＭＥＭＳ装置の方向から来る、または前記仮想ＭＥＭＳ装置へ向かう方向へ行く光を処理するフィールド・レンズ・システムをさらに備える請求項１に記載の光学スイッチ。
6. 第３の数のマイクロ・ミラーを含む第３のＭＥＭＳ装置をさらに備え、前記第３のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーは、前記仮想ＭＥＭＳ装置の様々なマイクロ・ミラーに光を反射するように構成された請求項１に記載の光学スイッチ。
7. 第３の数のマイクロ・ミラーを含む第３のＭＥＭＳ装置をさらに備え、前記第３のＭＥＭＳ装置の前記マイクロ・ミラーは、前記仮想ＭＥＭＳ装置の様々なマイクロ・ミラーに光を反射するように構成された請求項１に記載の光学スイッチ。
8. 前記第１の像形成システムが、コンパクトな構成を達成するために配置された少なくとも１つのミラーを含む請求項１に記載の光学スイッチ。
9. 第３の数のマイクロ・ミラーを含む第３のマイクロ電子機械的システム（ＭＥＭＳ）装置と、
   第４の数のマイクロ・ミラーを含む第４のＭＥＭＳ装置と、
   １つの光学端部において前記第３のＭＥＭＳ装置に光学的に結合された第２の像形成システムであって、前記第３のＭＥＭＳ装置が配置される前記光学端部の反対側の光学端部において前記第３のＭＥＭＳ装置の像を生成する、第２の像形成システムとをさらに備え、
   （ｉ）前記第３のＭＥＭＳ装置の前記像と、（ｉｉ）前記第４のＭＥＭＳ装置及び前記第４のＭＥＭＳ装置の像のうちの少なくとも１つとが、前記第３および第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成するように、前記第４の像形成システムが構成され、
   前記第１および第２の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置、および前記第３および第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置が、交差接続を形成するように構成される請求項１に記載の光学スイッチ。
10. さらに少なくとも１つのミラーを備え、
    前記第１および第２の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置と、前記第３および第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置とが、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成するように、互いに隣接して配置され、
    折りたたまれた構成を有する交差接続を形成するために、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置の前記像を、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置の前記像に向かって戻して反射するように、前記ミラーが配置される請求項９に記載の光学スイッチ。
11. 第３の数のマイクロ・ミラーを含む第３のマイクロ電子機械的システム（ＭＥＭＳ）装置と、
    第４の数のマイクロ・ミラーを含む第４のＭＥＭＳ装置と、
    １つの光学端部において前記第３のＭＥＭＳ装置に光学的に結合された第２の像形成システムであって、前記第３のＭＥＭＳ装置が配置される前記光学端部の反対側の光学端部において前記第３のＭＥＭＳ装置の像を生成する、第２の像形成システムとをさらに備え、
    （ｉ）前記第３のＭＥＭＳ装置の前記像と、（ｉｉ）前記第４のＭＥＭＳ装置及び前記第４のＭＥＭＳ装置の像のうちの少なくとも１つとが、前記第３および第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成するように、前記第４の像形成システムが構成され、
    前記第１および第２の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置、および前記第３および第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する前記仮想ＭＥＭＳ装置の前記像が、前記第１、前記第２、前記第３、および前記第４の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成するように、互いに隣接して配置される請求項１に記載の光学スイッチ。
12. 光学スイッチに使用する方法であって、
    （ｉ）第１の数のマイクロ・ミラーを含む第１のマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）装置の像と、
    （ｉｉ）（ａ）第２の数のマイクロ・ミラーを含む第２のＭＥＭＳ装置及び（ｂ）前記第２のＭＥＭＳ装置の像のうちの少なくとも１つとを、前記第１および第２の数の合計に等しい数のマイクロ・ミラーを有する仮想ＭＥＭＳ装置を形成するように結合するステップを含む方法。

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