專利名稱：與光學(xué)mems裝置一起使用的成像技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，涉及使用MEMS裝置的全光學(xué)開關(guān)。
背景技術(shù)：
全光學(xué)開關(guān)的一種解決方法是采用兩個MEMS裝置，每個MEMS裝置包括一可傾斜的微反射鏡陣列，例如能反射光的小反射鏡，此處的光指任何感興趣波長的輻射，無論是否在可見光譜內(nèi)。通過使用第一光學(xué)MEMS裝置上與輸入光纖有關(guān)的第一微反射鏡，將光引導(dǎo)到第二光學(xué)MEMS裝置上與輸出光纖有關(guān)的第二微反射鏡上，對于從輸入源(例如光纖)提供給輸出端(例如輸出光纖)的光建立光路。然后，第二微反射鏡將光引導(dǎo)到輸出光纖中。認(rèn)為與系統(tǒng)連接的每個光纖為該系統(tǒng)的一個端口，輸入光纖為輸入端口，輸出光纖為輸出端口。
使用MEMS裝置的全光學(xué)開關(guān)技術(shù)中的一個問題是為了增加系統(tǒng)中端口的數(shù)量，即光纖的數(shù)量，必須增加所采用的執(zhí)行切換功能的微反射鏡的數(shù)量。在現(xiàn)有技術(shù)中，如上所述，第一光學(xué)MEMS裝置包含所有集成在其上的第一微反射鏡，第二光學(xué)MEMS裝置包括所有集成在其上的第二微反射鏡。由于光學(xué)MEMS裝置的尺寸直接隨光學(xué)MEMS裝置上微反射鏡的數(shù)量而變化，并且所需要的微反射鏡的數(shù)量恰好正比于全光學(xué)開關(guān)中可用的最大端口數(shù)量，故為了增加全光學(xué)開關(guān)中可用的最大端口數(shù)量，需要采用更大的光學(xué)MEMS裝置。
遺憾的是，目前制造能力和大包裝尺寸的局限性，已經(jīng)將光學(xué)MEMS裝置實(shí)際上限制在1296個微反射鏡。而且，即使可以有效地減小微反射鏡的尺寸，仍然存在需要向每個微反射鏡提供控制信號的問題。這些控制信號的路線安排占用了光學(xué)MEMS裝置上的大量空間，從而將導(dǎo)致光學(xué)MEMS裝置非常大。此外，必須用其基板將用于每個微反射鏡的控制信號提供給光學(xué)MEMS裝置。為了進(jìn)行這些連接，在光學(xué)MEMS裝置上需要額外的大量空間。
由于所有這些對空間需求的結(jié)果，使得光學(xué)MEMS的芯片相當(dāng)大，從而，由于制造能力的局限性，限制了可以設(shè)置在單個光學(xué)MEMS裝置上的微反射鏡的數(shù)量。對微反射鏡數(shù)量的限制，反過來限制了全光學(xué)開關(guān)的端口數(shù)量。
此外，目前可用的微反射鏡雖然可以傾斜，不過具有有限的有效范圍。對有效范圍的限制進(jìn)一步限制了采用這種光學(xué)MEMS裝置的全光學(xué)開關(guān)中可以實(shí)現(xiàn)的端口的數(shù)量，因?yàn)榈谝还鈱W(xué)MEMS裝置上的每個微反射鏡必須能夠?qū)⑷肷湓谄渖系墓庖龑?dǎo)到第二光學(xué)MEMS裝置上的每個微反射鏡上。如此對光進(jìn)行引導(dǎo)的能力是微反射鏡有效傾斜范圍的作用。換句話說，更大的有效傾角允許每個微反射鏡將光引導(dǎo)到更大的區(qū)域。對于設(shè)置成光學(xué)開關(guān)的光學(xué)MEMS裝置來說，所需要的最大傾斜角是用來連接光學(xué)MEMS裝置對角處的微反射鏡的傾斜角。例如，第一MEMS裝置右上部微反射鏡必須將光引導(dǎo)到第二MEMS裝置左下部的微反射鏡所需的最大傾斜角度。因而，光學(xué)開關(guān)中可以采用的微反射鏡陣列的尺寸受到其光學(xué)MEMS裝置有效傾斜范圍的限制。
兩個光學(xué)MEMS裝置之間間隔距離的增大減小了所需的傾斜角度，將允許在不改變微反射鏡有效傾斜范圍的條件下使用更大的微反射鏡陣列。不過，這樣做會增加光束衍射，需要使用具有更大直徑的微反射鏡或者導(dǎo)致某些光的損耗，這是不利的。由于使用更大的微反射鏡需要額外的空間，這樣做的結(jié)果是增加了光學(xué)MEMS裝置上微反射鏡之間的距離，對于相同數(shù)量的微反射鏡，進(jìn)一步增加了光學(xué)MEMS裝置的尺寸。作為光學(xué)MEMS裝置尺寸增加的結(jié)果，需要更大的傾斜角，以與相對光學(xué)MEMS裝置的對角進(jìn)行耦合。從而，實(shí)際上由于有限的可用傾斜角，相對光學(xué)MEMS裝置額外的間隔并未有助于增加端口數(shù)量。
此外，由于MEMS裝置的包裝比其包含微反射鏡的面積大得大，故對于目前的設(shè)計(jì)，不可能將多個MEMS裝置的微反射鏡區(qū)域正好一個挨一個地設(shè)置，以形成一個單一合成的更大的MEMS裝置。由于需要MEMS裝置上大的邊緣面積以進(jìn)行所需要的大量連接，將來的設(shè)計(jì)看起來也不可能很容易地實(shí)現(xiàn)單個、合成、更大的MEMS裝置。
發(fā)明概述我們已經(jīng)認(rèn)識到，可以克服由于光學(xué)MEMS裝置的尺寸和/或有效傾斜角的制約對全光學(xué)開關(guān)中端口數(shù)量的限制，根據(jù)本發(fā)明的原理，通過使用一成像系統(tǒng)對一或多個光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，與實(shí)際的其它光學(xué)MEMS裝置或其圖象相組合，以形成具有所組合的每個光學(xué)MEMS裝置大小的單個虛光學(xué)MEMS裝置?？梢酝ㄟ^使光路緊湊而減小該裝置的實(shí)際尺寸，例如使用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)反射鏡，和/或采用折疊式設(shè)置，即在設(shè)置中通過使用至少一個傳統(tǒng)的反射鏡，僅由一個MEMS裝置實(shí)現(xiàn)輸入和輸出的雙重功能。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，該成像系統(tǒng)再現(xiàn)了光從微反射鏡反射的角度。這可以通過使用也稱為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)來獲得。
在本發(fā)明的各個實(shí)施例中，為了組合多個光學(xué)MEMS裝置的象和/或?qū)嶋H裝置，可以將這些成像系統(tǒng)設(shè)置成彼此不同的角度，還可以要求成像系統(tǒng)中距離微反射鏡光學(xué)上最遠(yuǎn)的透鏡相互重疊。為了補(bǔ)償這種不同的角度和重疊，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，對于光學(xué)MEMS裝置的每個圖象，可以在其所形成象的平面中插入一棱鏡。該棱鏡被設(shè)計(jì)成對于一光學(xué)MEMS裝置光的所有角度傾斜成，與用于該光學(xué)MEMS裝置的成像系統(tǒng)的與該光學(xué)MEMS裝置距離最遠(yuǎn)的透鏡和另一光學(xué)MEMS裝置的成像系統(tǒng)的與該另一個光學(xué)MEMS裝置距離最遠(yuǎn)的至少一個透鏡之間的角度相反。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以采用透鏡來代替棱鏡，以實(shí)現(xiàn)相同的功能。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，類似地可以采用折疊式反射鏡。
設(shè)置整個系統(tǒng)，以構(gòu)成(account for)通過采用成像系統(tǒng)所引起MEMS裝置的任何象的變換。
附圖的簡要說明在附圖中

圖1表示全光學(xué)切換裝置的一個實(shí)施例，其中使用各自的成像系統(tǒng)對兩個光學(xué)MEMS裝置中的每一個進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個光學(xué)MEMS裝置的大小的虛光學(xué)MEMS裝置；圖2表示一種全光學(xué)切換裝置，其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸入光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸入光學(xué)MEMS裝置的大小的虛輸入光學(xué)MEMS裝置；并且其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸出光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸出光學(xué)MEMS裝置大小的虛輸出光學(xué)MEMS裝置；圖3表示一種全光學(xué)切換裝置的緊湊實(shí)施例，其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸入光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸入光學(xué)MEMS裝置大小的虛輸入光學(xué)MEMS裝置；并且其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸出光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸出光學(xué)MEMS裝置大小的虛輸出光學(xué)MEMS裝置；圖4表示本發(fā)明的一示例性實(shí)施例，其中該系統(tǒng)是折疊式的；圖5表示一種全光學(xué)切換系統(tǒng)，具有與圖2中所示的光路等價的光路，不過其中采用反射鏡以取代圖2中的棱鏡；圖6表示全光學(xué)切換系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其在輸入部分中結(jié)合使用一實(shí)際MEMS裝置與MEMS裝置的象；圖7表示某些可能的平鋪(tiling)設(shè)置；以及圖8表示一種平鋪設(shè)置的端視圖，其中將四個輸出MEMS裝置的象結(jié)合，形成一個大的輸出MEMS裝置。
詳細(xì)說明下面僅說明本發(fā)明的原理。因此應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想象出多種方案，雖然在此沒有明確地描述或表示出，不過體現(xiàn)了本發(fā)明的原理并包括在其精神和范圍之內(nèi)。另外，此處所敘述的所有例子和條件語句確切地主要僅用于示范的目的，有助于讀者理解發(fā)明人所提供的本發(fā)明的原理和概念，以促進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，理解為本發(fā)明不限于所述的特殊例子和條件。而且，此處敘述本發(fā)明原理、方面和實(shí)施例的所有陳述以及其特殊的實(shí)例，試圖包括其結(jié)構(gòu)和功能性等效物。此外，該等效物試圖包括目前已知的等效物以及將來發(fā)展的等效物，即無論結(jié)構(gòu)如何，任何實(shí)現(xiàn)相同功能的所開發(fā)的元件。
因此，例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，此處的任何方框圖表示為體現(xiàn)本發(fā)明原理的示意線路的草圖。類似地，將理解到任何流程表、流程圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖、代碼等等表示各種過程，可以基本上表示在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，并由計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行，無論該計(jì)算機(jī)或處理器是否被清楚地表示出。
通過使用專用硬件以及能夠結(jié)合適當(dāng)?shù)能浖?zhí)行軟件的硬件，可以提供圖中所示的包括標(biāo)記為“處理器”的任何功能塊在內(nèi)的多種元件的功能。當(dāng)由一處理器來提供時，可以通過單個專用處理器、單個共享的處理器、或者多個單獨(dú)的處理器(其中某些是共享的)來實(shí)現(xiàn)此功能。而且，不應(yīng)將“處理器”或“控制器”的明確使用解釋為專門指能夠執(zhí)行軟件的硬件，可以不加限制的包括數(shù)字信號處理器(DSP)硬件，網(wǎng)絡(luò)處理器，特定用途集成電路(ASIC)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，用于存儲軟件的只讀存儲器(ROM)，隨機(jī)存取存儲器(RAM)和非易失性存儲器。還可以包括傳統(tǒng)的和/或常規(guī)的其他硬件。類似地，圖中所示的任何開關(guān)都僅是概念上的。可以通過程序邏輯的操作，通過專用邏輯，通過程序控制和專用邏輯的交互作用，或者甚至于手工地，從上下文中更加特殊地理解可由實(shí)現(xiàn)者選擇的特定技術(shù)來實(shí)現(xiàn)它們的功能。
在權(quán)利要求書中，任何表示為裝置的用于實(shí)現(xiàn)特定功能的元件都試圖包括實(shí)現(xiàn)該功能的任何方法，包括例如，a)執(zhí)行該功能的電路元件的結(jié)合，或b)任何形式的軟件，包括微程序語言，微代碼等，與用于執(zhí)行該軟件的適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)合，實(shí)現(xiàn)該功能。由該權(quán)利要求所限定的本發(fā)明在于以權(quán)利要求所要求的方式將所述的多種裝置結(jié)合并結(jié)合在一起，以提供該功能。從而申請人認(rèn)為能提供那些功能的任何裝置與此處所示的那些裝置是等效的。
此處可以將表示軟件的軟件模塊或簡單的模塊表示為流程圖元件或其他表示處理步驟和/或文字表述元件的任意結(jié)合?？梢酝ㄟ^明確或隱含表示出的硬件來執(zhí)行該模塊。
除非此處另有明確規(guī)定，附圖沒有按比例畫出。
此外，除非此處另有明確規(guī)定，此處所示和/或所描述的任何透鏡是一種具有該透鏡特有特性的實(shí)際的光學(xué)系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^單個透鏡元件來實(shí)現(xiàn)這種光學(xué)系統(tǒng)，不過不限于此。類似地，所示和/或所描述的反射鏡，實(shí)際上所示和/或所描述的是一種具有這種反射鏡特性的光學(xué)系統(tǒng)，可以由單個反射鏡元件來實(shí)現(xiàn)這種光學(xué)系統(tǒng)，不過不必限于單個反射鏡元件。這是因?yàn)?，如本領(lǐng)域中眾所周知的，多種光學(xué)系統(tǒng)可以以更高級的方式，例如具有更小的畸變，提供同樣的單透鏡元件或反射鏡的功能。而且，如本領(lǐng)域中眾所周知的，可以通過透鏡與反射鏡的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)曲面反射鏡的功能，反之亦然。而且，執(zhí)行特定功能的光學(xué)元件的任何設(shè)置，如成像系統(tǒng)，光柵，鍍膜元件和棱鏡，可以由實(shí)現(xiàn)相同特定功能的光學(xué)元件的其他設(shè)置所取代。因此，除非此處另有明確規(guī)定，在此處所公開的所有實(shí)施例中能夠提供特定功能的所有光學(xué)元件或系統(tǒng)，與用于本發(fā)明公開的目的的其他光學(xué)元件和系統(tǒng)是等效的。
此處所使用的術(shù)語微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置意味著整個MEMS裝置或其任何部分。因此，如果MEMS裝置的一部分不起作用，或者如果MEMS裝置的一部分被遮斷，還是認(rèn)為這種MEMS裝置是用于本發(fā)明公開目的的MEMS裝置。
我們已經(jīng)認(rèn)識到，可以克服由于光學(xué)MEMS裝置的尺寸和/或有效傾斜范圍的制約對全光學(xué)開關(guān)端口數(shù)量的限制，根據(jù)本發(fā)明的原理，通過使用成像系統(tǒng)對一或多個光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，結(jié)合實(shí)際的其它光學(xué)MEMS裝置或其圖象，以形成具有所結(jié)合的每個光學(xué)MEMS裝置大小的單個虛光學(xué)MEMS裝置。這從圖1中可以看出，圖1表示全光學(xué)切換裝置的一個實(shí)施例，其中使用各自的成像系統(tǒng)對兩個光學(xué)MEMS裝置中的每一個進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個光學(xué)MEMS裝置大小的虛光學(xué)MEMS裝置。在圖1中表示出a)第一輸入光纖束101，b)第一輸入微透鏡陣列102，c)第一輸入MEMS裝置103，d)透鏡105，e)透鏡109，f)第二輸入光纖束111，g)第二輸入微透鏡陣列112，h)第二輸入MEMS裝置113，i)透鏡115，j)透鏡119，k)第一輸出光纖束121，l)第一輸出微透鏡陣列122，m)第一輸出MEMS裝置123，n)棱鏡141，和o)場鏡143。
第一輸入光纖束101提供被切換的光信號。更準(zhǔn)確地說，第一輸入光纖束101中的每個光纖是圖1切換系統(tǒng)的一個輸入端口。第一光纖束101中的每個光纖所提供的光通過作為第一輸入微透鏡陣列102一部分的各相應(yīng)的微透鏡。每個微透鏡的功能在于準(zhǔn)直由其各相關(guān)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與輸入光纖束101的每個光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。
從第一輸入微透鏡陣列102通過的光束均入射在第一輸入MEMS裝置103的各個微反射鏡上。設(shè)置第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡，以對以各規(guī)定角度入射其上的光束進(jìn)行反射。選擇特定的規(guī)定角度，使得結(jié)合第一輸出MEMS裝置123的相應(yīng)的各微反射鏡的角度，將光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121中預(yù)先選擇的光纖上。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個光束經(jīng)由透鏡105和透鏡109通到棱鏡141。透鏡105和透鏡109構(gòu)成成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，使得在棱鏡141處所產(chǎn)生的每個光束的入射角度隨第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡角度而改變。在本發(fā)明的一個更加簡單的實(shí)施例中，設(shè)置該成像系統(tǒng)，使得在棱鏡141處再現(xiàn)光從第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡反射的反射角。因此，直接將第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡成像在棱鏡141的位置。注意，雖然表示由兩個透鏡組成成像系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用也稱為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過使用本領(lǐng)域中眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光到達(dá)棱鏡141時，再現(xiàn)了從第一輸入MEMS裝置103反射的每個光束的反射角度。注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故第一輸出MEMS裝置123的各相應(yīng)的微反射鏡與其沒有采用成像系統(tǒng)時相比可能沒有處于同一位置。不過，由于該成像系統(tǒng)所維持的微反射鏡映象的一對一特性，故在該系統(tǒng)的控制軟件中可以很容易地構(gòu)成反向，正確地傾斜第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡，以將來自該象的光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121的規(guī)定的輸出光纖上。
注意，與原始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的尺寸。這將允許第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡具有不同于第一輸入MEMS裝置103的微反射鏡的尺寸，并且允許第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡間隔與第一輸入MEMS裝置103的微反射鏡的間隔不同。不過，這樣做將改變圖象中第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡的傾斜角度比例，為了正確地將圖象尋址到第一輸出MEMS裝置123的每個微反射鏡，對實(shí)際的傾斜進(jìn)行必須的補(bǔ)償。
而且，可能在透鏡105與109之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過該系統(tǒng)的多信號路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大的靈活性。
第二輸入光纖束111也提供待切換的光信號。更準(zhǔn)確地說，第二輸入光纖束111中的每個光纖也是圖1中切換系統(tǒng)的一個輸入端口。第二輸入光纖束111的各個光纖所提供的光通過作為第二輸入微透鏡陣列112一部分的各相應(yīng)的微透鏡。每個微透鏡的作用在于準(zhǔn)直由其各相應(yīng)的輸入光纖提供的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與第二輸入光纖束111中的每個光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。
從第二輸入微透鏡陣列112通過的光束均入射在第二輸入MEMS裝置113的相應(yīng)微反射鏡上。設(shè)置第二輸入MEMS裝置113的每個微反射鏡，以對以各規(guī)定角度入射其上的光束進(jìn)行反射。選擇特定的規(guī)定角度，使得結(jié)合第一輸出MEMS裝置123的相應(yīng)的各微反射鏡的角度，將光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121中預(yù)先選擇的光纖上。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個光束經(jīng)由透鏡115和透鏡119通到棱鏡141。透鏡115和透鏡119構(gòu)成成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，使得在棱鏡141處再現(xiàn)第二輸入MEMS裝置113每個微反射鏡的角度。因此，將第二輸入MEMS裝置113的每個微反射鏡直接成像在棱鏡141的位置。注意，雖然表示出由兩個透鏡組成成像系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用也稱為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過使用本領(lǐng)域中眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光束到達(dá)棱鏡141時，再現(xiàn)了來自第二輸入MEMS裝置113的每個光束的反射角。注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故第一輸出MEMS裝置123的各相應(yīng)的微反射鏡與沒有采用成像系統(tǒng)時相比可能沒有處于相同的位置。不過，由于成像系統(tǒng)所維持的微反射鏡映象的一對一特性，故在該系統(tǒng)的控制軟件中可以很容易地構(gòu)成反向，正確地傾斜第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡，以將來自該象的光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121規(guī)定的輸出光纖上。注意，雖然表示由兩個透鏡組成遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。
注意，與原始的象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的大小。這將允許第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡具有不同于第二輸入MEMS裝置113的微反射鏡的尺寸，并且還將允許第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡間隔不同于第二輸入MEMS裝置113的微反射鏡間隔。不過，這樣做將改變圖象中第二輸入MEMS裝置113的每個微反射鏡的傾斜角度比例，為了正確地將圖象尋址到第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡，必須對實(shí)際的傾斜進(jìn)行補(bǔ)償。
而且，可能例如在透鏡115與119之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過該系統(tǒng)的多信號路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得了系統(tǒng)設(shè)計(jì)極大的靈活性。
棱鏡141的作用在于使第一輸入MEMS裝置103的象和第二輸入MEMS裝置113的象的路徑彎折。在圖1所示本發(fā)明的實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了彎折，使得在通過棱鏡141之后，所產(chǎn)生的象看起來好象第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113關(guān)于沿從場鏡143的中心到棱鏡141的中心的直線它們相遇的點(diǎn)彼此相鄰。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，產(chǎn)生了單一輸入MEMS裝置的像，具有第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113組合的大小。該象起虛MEMS輸入裝置的作用。
在圖1所示本發(fā)明的實(shí)施例中，棱鏡141具有至少兩個部分，一部分使第一輸入MEMS裝置103的圖象彎折，另一部分使第二輸入MEMS裝置113的圖象彎折。實(shí)際上，這兩個部分可以是分離的棱鏡，或者可以采用集成的單一裝置。最好將第一輸入MEMS裝置103的所有光束彎折相同的量，同樣地，將第二輸入MEMS裝置113的象的所有光束也彎折相同的量。不過，第一輸入MEMS裝置103的象的所有光束被彎折的量不必與第二輸入MEMS裝置113的圖象的所有光束的彎折量相同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到棱鏡141的作用，也可以設(shè)計(jì)出多種其它的透鏡裝置。在諸如成本和全光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即所采用的總的透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮的基礎(chǔ)上，選擇用于實(shí)現(xiàn)棱鏡141功能的特定設(shè)置。
結(jié)合的光學(xué)MEMS裝置的象的光在其通往第一輸出MEMS裝置123的路徑上通過任選的場鏡143。任選的場鏡將光入射在每個微反射鏡上的角度轉(zhuǎn)換成光將被引導(dǎo)的位置。這允許第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113的所有微反射鏡成為均質(zhì)的，以使具有相同傾斜的所有微反射鏡將把光引導(dǎo)到同一位置。而且，場鏡對通過它的每個光束再聚焦，因此減小了損失。
從場鏡143通過的光束均入射在第一輸出MEMS裝置123的各個微反射鏡上。設(shè)置第一輸出MEMS裝置123的每個微反射鏡，以對以各個角度入射在其上的光進(jìn)行反射。選擇特定角度，以便將入射在微反射鏡上的光反射到第一輸出光纖束121特定的光纖上，該特定光纖接收光并起到該光的輸出端口的作用。
從第一輸出MEMS裝置123上的每個微反射鏡通過的光束，將通過微透鏡陣列122的相應(yīng)微透鏡。每個微透鏡的作用在于將光束耦合到其各自相關(guān)的輸出光纖中。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束121中的每個輸出光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。然后，來自微透鏡陣列122每個微透鏡的光通過與該微透鏡相關(guān)的各個輸出光纖。
圖1所示本發(fā)明的實(shí)施例對于不對稱系統(tǒng)尤為有用，其中例如輸入端口的數(shù)量大于輸出端口的數(shù)量。
圖2表示全光學(xué)切換系統(tǒng)的一個實(shí)施例，其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸入光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，形成一虛輸入光學(xué)MEMS裝置，該虛輸入光學(xué)MEMS裝置具有所結(jié)合的每個輸入光學(xué)MEMS裝置的大小，并且其中使用一成像系統(tǒng)對兩個輸出光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，形成一虛輸出光學(xué)MEMS裝置，該虛輸出光學(xué)MEMS裝置具有所結(jié)合的每個輸出光學(xué)MEMS裝置的大小。在圖2中表示出a)第一輸入光纖束101，b)第一輸入微透鏡陣列102，c)第一輸入MEMS裝置103，d)透鏡105，e)透鏡109，f)第二輸入光纖束111，g)第二輸入微透鏡陣列112，h)第二輸入MEMS裝置113，i)透鏡115，j)透鏡119，k)第一輸出光纖束121，l)第一輸出微透鏡陣列122，m)第一輸出MEMS裝置123，n)棱鏡141，o)場鏡143，q)透鏡225，r)透鏡229，s)第二輸出光纖束231，t)第二輸出微透鏡陣列232，u)第二輸出MEMS裝置233，v)透鏡235，w)透鏡239和x)棱鏡245。
圖2中的輸入部分即場鏡143左邊所有元件和其操作，以及場鏡143和其操作，與所描述的圖1中相同參數(shù)的部件相同。
類似地，圖2中場鏡143右邊的所有元件以相反的方式進(jìn)行工作。因此，分別通過由a)透鏡225與透鏡229和b)透鏡235與239組成的成像系統(tǒng)和棱鏡245形成具有第一輸出光學(xué)MEMS裝置123和第二輸出光學(xué)MEMS裝置233組合大小的MEMS裝置的象。該象起虛MEMS輸出裝置的作用。入射在結(jié)合的輸出光學(xué)MEMS裝置的象上特定微反射鏡象上的來自場鏡143的光，將通過將該象投影到所成像的實(shí)際的微反射鏡上的相應(yīng)成像系統(tǒng)。光束將離開該微反射鏡反射并被引導(dǎo)，以便通過微透鏡并進(jìn)入該輸出微反射鏡指向的輸出光纖中。
更準(zhǔn)確地說，在結(jié)合的輸入光學(xué)MEMS裝置的象的光通過任選場鏡143之后，將遇到執(zhí)行棱鏡141相反功能的棱鏡245，以將入射在其上的光引導(dǎo)到兩個方向，第一個方向通過由透鏡225和透鏡229組成的成像系統(tǒng)，第二個方向通過由透鏡235和239組成的成像系統(tǒng)。由棱鏡245將在相當(dāng)于第一輸出MEMS裝置123的象的點(diǎn)處入射在其上的那些光束引導(dǎo)到由透鏡225和229組成的成像系統(tǒng)上。同樣，在相當(dāng)于第二輸出MEMS裝置233的象的點(diǎn)處入射在棱鏡245上的那些光束，被引導(dǎo)到由透鏡235和239組成的成像系統(tǒng)上。
注意，雖然表示出由兩個透鏡組成成像系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的成像系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，由透鏡225與229和透鏡235與239組成的成像系統(tǒng)均為也稱為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)。通過使用本領(lǐng)域中眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光束到達(dá)輸出MEMS裝置123和233其中各自的一個輸出MEMS裝置時，再現(xiàn)了從棱鏡245進(jìn)入每個成像系統(tǒng)時每個光束的反射角。注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故各個輸出MEMS裝置123和233的各相應(yīng)的反射鏡與它們沒有采用成像系統(tǒng)時相比，可能沒有處于相同的位置。不過，由于該成像系統(tǒng)具有微反射鏡映象的一對一特性，故在該系統(tǒng)的控制軟件中可以很容易地構(gòu)成該反向，正確地傾斜微反射鏡，以將光從此象引導(dǎo)到該固定的輸出光纖。
如上面結(jié)合圖2中所示的光學(xué)切換裝置的輸入部分所描述的相同的原因和需要相同的設(shè)計(jì)考慮，與原始象相比，該成像系統(tǒng)還可以改變象的大小。類似地，如上面結(jié)合圖2中所示的光學(xué)切換裝置的輸入部分所描述的相同的原因和需要相同的考慮，可能在成像系統(tǒng)內(nèi)采用光學(xué)分束器。
從透鏡225和229組成的成像系統(tǒng)通過的光束均入射在第一輸出MEMS裝置123的相應(yīng)微反射鏡上。如上面結(jié)合圖1所描述的，設(shè)置第一輸出MEMS裝置123的各個微反射鏡，以對以各角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇特定角度，以使入射在微反射鏡上的光被反射到第一輸出光纖束121的特定光纖上，該特定光纖接收光并起到該光的輸出端口的作用。
從第一輸出MEMS裝置123的每個微反射鏡通過的光束將通過微透鏡陣列122的相應(yīng)微透鏡。每個微透鏡的作用在于將光束耦合到其各自相關(guān)的輸出光纖中。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束121的每個光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。然后來自微透鏡陣列122中每個微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各輸出光纖束中。
類似地，來自透鏡235和239組成的成像系統(tǒng)的光束均入射在第二輸出MEMS裝置233的各微反射鏡上。設(shè)置第二輸出MEMS裝置233的各個微反射鏡，以對以各角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。選擇特定角度，以使入射在微反射鏡上的光被反射到第二輸出光纖束231的特定光纖上，該特定光纖接收光并起到該光的輸出端口的作用。
來自第二輸出MEMS裝置233的每個微反射鏡的光束將通過微透鏡陣列232的各微透鏡。每個微透鏡的作用在于準(zhǔn)直提供給其各自相關(guān)的輸入光纖的光束。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束231中的每個輸出光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。然后來自微透鏡陣列232中每個微透鏡的光進(jìn)入與該微透鏡相關(guān)的各輸出光纖束中。
然后實(shí)際上產(chǎn)生了虛輸入MEMS裝置和虛輸出MEMS裝置，設(shè)置該虛輸出MEMS裝置和虛輸入MEMS裝置，以形成交叉連接。
注意，圖2的系統(tǒng)在操作中總體上是對稱的。因此，可以將輸入端口用做輸出端口，反之亦然。不過，假設(shè)圖2中的裝置僅能夠?qū)⒆筮叺囊粋€光纖耦合到右邊的任一個光纖。
圖3表示一全光學(xué)切換裝置的緊湊實(shí)施例，其中使用成像系統(tǒng)對兩個輸入光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸入光學(xué)MEMS裝置的大小的虛輸入MEMS裝置；并且其中使用成像系統(tǒng)對兩個輸出光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以形成一具有所結(jié)合的每個輸出光學(xué)MEMS裝置的大小的虛光學(xué)MEMS裝置。在圖3中表示出與圖2所示的相同的元件和附加元件反射鏡307，317，327和337。圖3中所有元件的作用與圖1和2中相同標(biāo)記的元件所述的作用相同。不過，由于反射鏡307，317，327和337將光束所遵循的路徑方向反向，故改變了光纖束與其相關(guān)的微透鏡陣列，以及作為各成像系統(tǒng)一部分的透鏡109，115，225和235的位置和/或取向。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)圖3所示的更加緊湊的光路。注意，反射鏡307，317，327和337均位于各自的成像系統(tǒng)內(nèi)，不過成像系統(tǒng)的作用與沒有反射鏡時相同。或者可以使反射鏡307，317，327和337中的一或多個對于其各自的成像系統(tǒng)，具有并非改變其相關(guān)的成像系統(tǒng)內(nèi)光的方向的作用效果，例如通過使反射鏡彎折。
圖4表示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中該系統(tǒng)是折疊式的。在圖4中表示出a)第一光纖束401，b)第一微透鏡陣列402，c)第一MEMS裝置103，d)透鏡105，e)透鏡109，f)第二光纖束411，g)第二微透鏡陣列412，h)第二MEMS裝置113，i)透鏡115，j)透鏡119，k)棱鏡141，l)反射鏡307和317，和m)折疊式反射鏡413。
與前面描述的實(shí)施例不同，光纖束401包含輸入和輸出光纖束，以使光纖束401起輸入和輸出端口的作用。來自輸入光纖的光通過第一微透鏡陣列402的各相關(guān)的微透鏡。光從第一MEMS裝置103的相應(yīng)有關(guān)的微反射鏡反射，并通過圖4中由透鏡105和109組成的成像系統(tǒng)。如上所述，雖然表示出由兩個透鏡組成了成像系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到，可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。在圖4所示本發(fā)明的實(shí)施例中，由于反射鏡307使通過成像系統(tǒng)的光改變方向，故該成像系統(tǒng)為一種緊湊的成像系統(tǒng)。
類似地，光纖束411包括輸入和輸出光纖，以使光纖束411起輸入和輸出端口的作用。來自輸入光纖的光通過第二微透鏡陣列412的各相關(guān)的微透鏡。光從第二MEMS裝置113的相應(yīng)有關(guān)的微反射鏡反射，并通過圖4中由透鏡115和119組成的成像系統(tǒng)。如上所述，雖然表示出由兩個透鏡組成成像系統(tǒng)，不過這僅僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到，可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。在圖4所示本發(fā)明的實(shí)施例中，由于反射鏡317使通過成像系統(tǒng)的光改變方向，故該成像系統(tǒng)為一種緊湊的成像系統(tǒng)。
從每個成像系統(tǒng)出射的光束通過棱鏡141。如前面所描述的本發(fā)明的實(shí)施例，對于來自成像系統(tǒng)的光，棱鏡141的作用在于使第一MEMS裝置103像和第二MEMS裝置113的像的路徑彎折。在圖4所示本發(fā)明的實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)這種彎折，使得在通過棱鏡141之后所產(chǎn)生的像，看起來好像第一MEMS裝置103和第二MEMS裝置113關(guān)于它們沿從反射鏡413的中心到棱鏡141的中心的直線相遇的點(diǎn)彼此相鄰。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，產(chǎn)生了具有第一輸入MEMS裝置103和第二MEMS裝置113組合大小的單個輸入MEMS裝置的像。該像起虛MEMS輸入裝置的作用。
第一MEMS裝置103和第二MEMS裝置113的像被反射鏡413反射。反射鏡413是一傳統(tǒng)的反射鏡，可以是平的，起平面反射鏡的作用；或者可以是彎折的，以體現(xiàn)此處所描述的本發(fā)明的其他實(shí)施例中場鏡的作用。
由反射鏡413向回朝向棱鏡141反射的光束為返回光束。棱鏡141以與前面所述的棱鏡245相同的方式改變返回光束的方向。更準(zhǔn)確地說，對于從反射鏡413到其中一個成像系統(tǒng)的光，棱鏡141執(zhí)行了與對于從該成像系統(tǒng)朝向反射鏡413傳播的光所執(zhí)行的功能相反的功能。為此，棱鏡141將入射在其上的光引導(dǎo)到兩個方向，第一個方向通過由透鏡105和透鏡109組成的成像系統(tǒng)，第二個方向通過由透鏡115和119組成的成像系統(tǒng)。由棱鏡141將在相當(dāng)于第一MEMS裝置103的像的點(diǎn)處入射在其上的那些光束引導(dǎo)到由透鏡105和109組成的成像系統(tǒng)。同樣，由棱鏡141將在相當(dāng)于第二輸出MEMS裝置113的像的點(diǎn)處入射在其上的光束引導(dǎo)到由透鏡115和119組成的成像系統(tǒng)。
一般說來，返回的光束入射在不同于最初將它們朝向反射鏡413反射的微反射鏡上，不過不作這種要求，對于任何輸入光束，返回的光束可以實(shí)際上入射在與將其朝反射鏡413反射的同一微反射鏡上。這樣作能夠使光纖中的任何光纖連接到光纖束中的任何其他光纖上，包括它自己。
然后每個返回的光束通過各被引導(dǎo)的成像系統(tǒng)，然后被第一MEMS裝置103和第二MEMS裝置113其中相應(yīng)的一個的微反射鏡朝對于返回光束起輸出端口作用的光纖束401和411其中相關(guān)的一個光纖束的各個光纖反射。在從微反射鏡反射之后，但在進(jìn)入光纖之前，光束通過與對于返回光束起輸出端口作用的光纖相關(guān)的微透鏡陣列402和412其中之一的微透鏡。
圖5表示全光學(xué)切換系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其具有與圖2所示光路等價的光路。不過，在圖5中用反射鏡代替導(dǎo)致光路遵循不同空間路徑傳播的棱鏡141和245。這導(dǎo)致了一種更加緊湊的系統(tǒng)設(shè)置。除了去除了棱鏡141和245，并增加了附加的反射鏡541，551，561和571元件以外，圖5中所示的元件與圖2中所示的元件相同。圖5的所有元件的作用與所描述的圖1和圖2中相同標(biāo)記的部件的作用相同。
反射鏡541和561的作用與棱鏡141的作用相同，在于它們對第一輸入MEMS裝置103的像和第二輸入MEMS裝置113的像的路徑進(jìn)行彎折。在圖5所示本發(fā)明的實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了彎折，使得在通過反射鏡541和561之后，所產(chǎn)生的像看起來好像第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113關(guān)于沿從場鏡143的中心到反射鏡541與561相交的點(diǎn)的直線它們相遇的點(diǎn)彼此相鄰。不過，注意，使用反射鏡代替棱鏡將改變光束的方向，從而提供一種更加緊湊的結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，產(chǎn)生一具有第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113組合大小的單一輸入MEMS裝置的像。該像起到虛MEMS輸入裝置的作用。
在圖5所示本發(fā)明的實(shí)施例中，至少有兩個不同的反射鏡，一個用于彎折第一輸入MEMS裝置103的像，另一個用于彎折第二輸入MEMS裝置113的像。實(shí)際上，可以將這兩個部分結(jié)合以形成單個集成的反射鏡。最好將第一輸入MEMS裝置103的像的所有光束彎折相同的量，同樣將第二輸入MEMS裝置113的像的所有光束彎折相同的量。不過，第一輸入MEMS裝置103象的所有光束所彎折的量不必與第二輸入MEMS裝置113象的所有光束被彎折的量相同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以用多種反射鏡設(shè)置來實(shí)現(xiàn)反射鏡541和561的功能，例如可以補(bǔ)充以附加反射鏡或透鏡功能的曲面鏡。將在諸如成本和總體光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮的基礎(chǔ)上選擇用于實(shí)現(xiàn)反射鏡541和561功能的特定設(shè)置。
反射鏡551和571的作用與棱鏡245的作用相同，在于它們對第一輸出MEMS裝置123的像和第二輸出MEMS裝置233的像的路徑進(jìn)行彎折。在圖5所示本發(fā)明的實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)了彎折，使得在通過反射鏡551和571之后，所產(chǎn)生的像看起來好像第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233關(guān)于沿從場鏡143的中心到反射鏡551和571相遇的點(diǎn)的直線它們相遇的點(diǎn)彼此相鄰。不過，注意，使用反射鏡代替棱鏡改變了光束的方向，從而形成了一種更加緊湊的結(jié)構(gòu)。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，產(chǎn)生了具有第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233組合大小的單個輸出MEMS裝置的像。該像起其虛MEMS輸出裝置的作用。
在圖5所示本發(fā)明的實(shí)施例中，至少有兩個不同的反射鏡，一個用于彎折第一輸出MEMS裝置123的像，另一個用于彎折第二輸出MEMS裝置233的像。實(shí)際上可以將這兩個部分結(jié)合形成單個集成的反射鏡。最好將第一輸出MEMS裝置123的像的所有光束彎折相同的量，同樣將第二輸出MEMS裝置233的像的所有光束彎折相同的量。不過，第一輸出MEMS裝置123的像的所有光束彎折的量不必與第二輸出MEMS裝置233像的所有光束彎折的量相同。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以用多種反射鏡設(shè)置來實(shí)現(xiàn)反射鏡551和571的功能，例如可以為補(bǔ)充以附加反射鏡或透鏡功能的曲面鏡。將在諸如成本和總體光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)考慮的基礎(chǔ)上選擇用于實(shí)現(xiàn)反射鏡551和571功能的特定設(shè)置。
圖6表示全光學(xué)切換系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其中在其輸入部分將一實(shí)際的MEMS裝置與一MEMS裝置的像相結(jié)合。
在圖6中表示出a)第一輸入光纖束101，b)第一輸入微透鏡陣列102，c)第一輸入MEMS裝置103，d)透鏡105，e)透鏡109，f)第二輸入光纖束111，g)第二輸入微透鏡陣列112，h)反射鏡541，i)第二輸入MEMS裝置113，j)棱鏡245，k)第一輸出光纖束121，l)第一輸出微透鏡陣列122，m)第一輸出MEMS裝置123，n)棱鏡245，0)場鏡143，q)透鏡225，r)透鏡229，s)第二輸出光纖束231，t)第二輸出微透鏡陣列232，u)第二輸出MEMS裝置233，v)透鏡235和w)透鏡239。
第一輸入光纖束101提供待被切換的光信號。更準(zhǔn)確地說，第一輸入光纖束101中的每個光纖是圖1切換系統(tǒng)的一輸入端口。第一輸入光纖束101中每個光纖所提供的光通過作為第一輸入微透鏡陣列102一部分的各相應(yīng)的微透鏡。每個微透鏡的作用在于對由其各相關(guān)的輸入光纖提供的光束進(jìn)行準(zhǔn)直。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，取而代之，采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與輸入光纖束101中的每個光纖集成為一個裝置，形成準(zhǔn)直器。
從第一輸入微透鏡陣列102通過的光束均入射在第一輸入MEMS裝置103的各微反射鏡上。設(shè)置第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡，以對以各規(guī)定角度入射其上的光束進(jìn)行反射。規(guī)定該特定角度，以與第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233其中之一的相應(yīng)的各微反射鏡的角度結(jié)合，將光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121或第二輸出光纖束231中預(yù)先選擇的光纖上。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個光束均通過透鏡105，然后通過透鏡109，到達(dá)反射鏡541。透鏡105和透鏡109組成一成像系統(tǒng)。設(shè)置該成像系統(tǒng)，以使在反射鏡541處再現(xiàn)第一輸入MEMS裝置103各微反射鏡的角度。因此，將第一輸入MEMS裝置103的每個微反射鏡直接成像在反射鏡541的位置。注意，雖然表示出由兩個透鏡組成成像系統(tǒng)，不過這僅是為了示范和清楚的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解到，可以采用任何成像系統(tǒng)，例如使用一或多個透鏡的系統(tǒng)。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，采用也稱為4f系統(tǒng)的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)作為成像系統(tǒng)。通過使用本領(lǐng)域中眾所周知的遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)，當(dāng)光束到達(dá)反射鏡541時，再現(xiàn)了來自第一輸入MEMS裝置103的每個光束的反射角。注意，由于遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)可以反向，故第一輸出MEMS裝置123的各相應(yīng)的微反射鏡與沒有采用成像系統(tǒng)時相比，可能并不處于同一位置。不過，由于該成像系統(tǒng)所維持的微反射鏡映象的一對一特性，故在系統(tǒng)的控制軟件中可以很容易地構(gòu)成這種反向，適當(dāng)?shù)貎A斜第一輸出MEMS裝置123的微反射鏡，以將來自該像的光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121的規(guī)定輸出光纖上。
注意與原始的像相比，該成像系統(tǒng)還可以改變像的大小。這將允許第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233的微反射鏡具有不同于第一輸入MEMS裝置103的微反射鏡的大小，并且允許第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233的微反射鏡間隔與第一輸入MEMS裝置103的間隔不同。不過這樣做看上去將改變圖像中第一輸入MEMS裝置103每個微反射鏡的傾斜角度比例，為了正確地將像尋址到第一輸出MEMS裝置123和第二輸出MEMS裝置233的微反射鏡上，必須對實(shí)際的傾斜進(jìn)行附加的補(bǔ)償。
而且，可能例如在透鏡105與109之間采用光學(xué)分束器，以產(chǎn)生通過該系統(tǒng)的多信號路徑，例如實(shí)現(xiàn)立體聲調(diào)頻廣播、廣播、監(jiān)控、保護(hù)和恢復(fù)功能。有利的是，獲得了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中極大地靈活性。
第二輸入光纖束111也提供待被切換的光信號。更準(zhǔn)確地說，第二輸入光纖束111中的每個光纖也為圖1切換系統(tǒng)的一個輸入端口。由第二輸入光纖束111中的每個光纖提供的信號通過作為第二輸入微透鏡陣列112一部分的各相應(yīng)的微透鏡。每個微透鏡的作用在于對由其各相關(guān)的輸入光纖提供的光束進(jìn)行準(zhǔn)直。在本發(fā)明的另一個實(shí)施例中，取而代之采用一分離的微透鏡陣列，透鏡可以與光纖束111中的每個光纖集成為一個裝置，形成一準(zhǔn)直器。
從第二輸入微透鏡陳列112通過的光束均入射在第二輸入MEMS裝置113的各個微反射鏡上。設(shè)置第二輸入MEMS裝置113的每個微反射鏡，以對以各規(guī)定角度入射在其上的光束進(jìn)行反射。規(guī)定該特定角度，使與第一輸出MEMS裝置123或第二輸出MEMS裝置233的相應(yīng)的各個微反射鏡的角度組合，將光引導(dǎo)到第一輸出光纖束121或第二輸出光纖束231中預(yù)先選擇的光纖上。
在從其特定的微反射鏡反射之后，每個光束均通過場鏡143。
反射鏡541的作用在于對第一輸入MEMS裝置103的像的路徑進(jìn)行彎折，使得所產(chǎn)生的像看起來好像第一輸入MEMS裝置103與第二輸入MEMS裝置113關(guān)于從場鏡143的中心到棱鏡245的中心的直線像與實(shí)際MEMS裝置相遇的點(diǎn)彼此相鄰。因此，根據(jù)本發(fā)明的原理，似乎存在一具有第一輸入MEMS裝置103和第二輸入MEMS裝置113組合大小的單一輸入MEMS裝置。這種組合起著總的輸入MEMS裝置的作用，其為一虛MEMS裝置。
在通過場鏡143之后，光進(jìn)入切換系統(tǒng)的輸出部分，即圖6中場鏡143右邊的所有元件。場鏡143和圖6的輸出部分的作用與所描述的圖2輸出部分的相同標(biāo)記的部件的作用相同。
注意，為了示范和清楚的目的，所示的實(shí)施例僅結(jié)合至多兩個MEMS裝置用作輸入部分或輸出部分，或者是MEMS裝置的像，或者是一個實(shí)部和一個像部。不過，可能具有其中通過三維設(shè)置前面任何一個實(shí)施例，例如在所示的實(shí)施例的紙面外部，而具有多于兩個MEMS裝置的本發(fā)明的實(shí)施例。這種設(shè)置允許MEMS裝置或其像“平鋪”，以產(chǎn)生用于輸入、輸出或者兩者的更大的虛MEMS裝置。圖7表示用于MEMS裝置或其像705的平鋪設(shè)置701，702和703，也可能為某些多種平鋪設(shè)置。本領(lǐng)域的普通技術(shù)員將很容易能夠得出這種其它設(shè)置。
圖8表示一種這種設(shè)置的端視圖，其中四個輸出MEMS裝置的像相結(jié)合形成一個更大的輸出MEMS裝置。雖然在圖8中是不可見的，因?yàn)樗麄兦『迷趫D8中所示元件的后面，所以四個輸入MEMS裝置同樣結(jié)合形成一個更大的輸入MEMS裝置?；蛘?，可以認(rèn)為，圖8為從相反一端看過去的輸出部分的端視圖。圖1中所示的元件的數(shù)字功能上相當(dāng)于圖2相同標(biāo)號的元件，不過對于圖2中原來所示的那些元件加了后綴1，對于圖8中引入的那些元件加了后綴2，以形成更大的陣列。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易理解如何對系統(tǒng)的各個元件和反射鏡進(jìn)行取向，以便獲得所需的尺寸和結(jié)構(gòu)。
注意，取代使用提供光束的光纖作為輸入，可以由光源，例如激光器或發(fā)光二極管，平面波導(dǎo)等來提供光束。同樣，取代接收光束的光纖作為輸出，可以由諸如光探測器、平面波導(dǎo)等其它接收器來接收光束。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)開關(guān)，包括包含第一數(shù)量微反射鏡的MEMS裝置；包含第二數(shù)量微反射鏡的MEMS裝置；以及一第一成像系統(tǒng)，以其一個光學(xué)端與上述第一MEMS裝置光學(xué)耦合，以便在所述成像系統(tǒng)的與設(shè)置上述第一MEMS裝置的所述光學(xué)端相對的光學(xué)端產(chǎn)生上述第一MEMS裝置的像；其中(i)所述第一MEMS裝置的所述圖像和(ii)由a)所述第二MEMS裝置和(b)所述第二MEMS裝置的像組成的組中至少一個形成一虛MEMS裝置，其具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量。
2.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中所述第一MEMS裝置的所述像由從所述第一MEMS裝置的所述微反射鏡反射的光束構(gòu)成，每個所述光束具有一定角度，該角度隨所述光束從對它進(jìn)行反射的所述第一MEMS裝置的各相應(yīng)的一個所述微反射鏡的反射角而變化。
3.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中所述第一MEMS裝置的所述像由從所述第一MEMS裝置的所述微反射鏡反射的光束構(gòu)成，并且所述成像系統(tǒng)再現(xiàn)每個光束從對其進(jìn)行反射的所述第一MEMS裝置的所述微反射鏡的各相應(yīng)的一個微反射鏡反射的角度。
4.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括由一棱鏡和反射鏡組成的組中之一，用于使來自或朝向所述第一成像系統(tǒng)的方向傳播的光束彎折。
5.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一場鏡系統(tǒng)，用于對可視作來自所述虛MEMS裝置的方向，或朝所述虛MEMS裝置傳播的光進(jìn)行處理。
6.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一包含第三數(shù)量微反射鏡的第三MEMS裝置，所述第三MEMS裝置的所述微反射鏡被設(shè)置成對可視作來自所述虛MEMS裝置的光進(jìn)行反射。
7.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一包含第三數(shù)量微反射鏡的第三MEMS裝置，所述第三MEMS裝置的所述微反射鏡被設(shè)置成將光反射到所述虛MEMS裝置的各個微反射鏡上。
8.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一反射鏡，該反射鏡被設(shè)置成將所述虛MEMS裝置的所述像向回朝向所述像反射，而且所述虛MEMS裝置具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量，從而形成一具有折疊式結(jié)構(gòu)的交叉連接。
9.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中所述第一成像系統(tǒng)包括至少一個反射鏡，設(shè)置該反射鏡以獲得緊湊的結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，其中一包含第三數(shù)量微反射鏡的第三微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；一包含第四數(shù)量微反射鏡的第四MEMS裝置；以及一第二成像系統(tǒng)，該第二成像系統(tǒng)以其一個光學(xué)端與所述第三MEMS裝置光學(xué)耦合，以便在所述成像系統(tǒng)的與設(shè)置所述第三MEMS裝置的所述光學(xué)端相對的光學(xué)端產(chǎn)生所述第三MEMS裝置的像；其中設(shè)置所述第四成像系統(tǒng)，使得(i)所述第三MEMS裝置的所述像和(ii)由所述第四MEMS裝置和所述第四MEMS裝置的像組成的組中至少之一，形成一具有等于所述第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置；并且其中設(shè)置所述具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置，和所述具有等于所述第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置，以形成一交叉連接。
11.如權(quán)利要求10所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括至少一個反射鏡，其中所述具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置和所述具有等于所述第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置被設(shè)置成彼此相鄰，以便形成一具有所述第一、第二、第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置，設(shè)置所述反射鏡，以便將具有等于所述第一、第二、第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的所述虛MEMS裝置的像向回朝向具有所述第一、第二、第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的所述虛MEMS裝置的所述圖像反射，從而形成一具有折疊式結(jié)構(gòu)的交叉連接。
12.如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括一包含第三數(shù)量微反射鏡的第三微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置；一包含第四數(shù)量微反射鏡的第四MEMS裝置；以及一第二成像系統(tǒng)，以其一光學(xué)端與所述第三MEMS裝置光學(xué)耦合，從而在所述成像系統(tǒng)的與設(shè)置所述第三MEMS裝置的所述光學(xué)端相對的光學(xué)端產(chǎn)生所述第三MEMS裝置的像；其中設(shè)置所述第四成像系統(tǒng)，使得(i)所述第三MEMS裝置的所述像和(ii)由所述第四MEMS裝置和所述第四MEMS裝置的像組成的組中至少之一，形成一具有等于所述第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置；其中具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的所述虛MEMS裝置和具有等于所述第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的所述虛MEMS裝置的象被設(shè)置成彼此相鄰，以便形成一具有等于所述第一、第二、第三和第四數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置。
13.一種光學(xué)開關(guān)中使用的方法，包括以下步驟將(i)包含第一數(shù)量微反射鏡的第一微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置的像和(ii)由(a)包含第二數(shù)量微反射鏡的第二MEMS裝置和(b)所述第二MEMS裝置的像組成的組中至少之一進(jìn)行耦合，以便形成一具有等于所述第一和第二數(shù)量之和的微反射鏡數(shù)量的虛MEMS裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的本發(fā)明，進(jìn)一步包括形成所述第一MEMS裝置的所述像的步驟，使得所述第一MEMS裝置的所述像由從所述第一MEMS裝置的所述微反射鏡反射的光束構(gòu)成，并且每個所述光束具有一定角度，該角度隨著所述光束從所述第一MEMS裝置的相應(yīng)地一個對該光束進(jìn)行反射的所述微反射鏡反射的角度而變化。
全文摘要
使用成像系統(tǒng)對光學(xué)MEMS裝置進(jìn)行成像，以便組合實(shí)際的一或多個其它光學(xué)MEMS裝置或其所成的像，形成具有所組合的每個光學(xué)MEMS裝置大小的單個虛光學(xué)MEMS裝置。通過使光路緊湊，例如使用適當(dāng)?shù)膫鹘y(tǒng)反射鏡，和/或采用折疊式設(shè)置，即在折疊式設(shè)置中通過使用至少一個傳統(tǒng)的反射鏡，僅一個MEMS裝置臺實(shí)現(xiàn)用于輸入和輸出的雙重功能，可以減小該裝置的實(shí)際尺寸。該成像系統(tǒng)可以再現(xiàn)光從微反射鏡反射的反射角，例如使用遠(yuǎn)心光路系統(tǒng)?？梢圆捎美忡R對準(zhǔn)多個光學(xué)MEMS裝置或其像。
文檔編號G02B6/35GK1393710SQ02120339
公開日2003年1月29日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者蘭迪·C·吉爾斯, 戴維·T·尼爾森, 羅蘭德·賴夫 申請人:朗迅科技公司