具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本申请实施例提供了一种光开关，包括：多层准直器1和光路切换元件2。

每层准直器包括第一准直器11至第四准直器14，每层准直器中，所述第一准直器11与第三准直器13相对设置，所述第二准直器12与第四准直器14相对设置。

所述光路切换元件2在每层准直器中具有相应的停留位置，所述光路切换元件2可选择地位于其中一层准直器的停留位置，当所述光路切换元件2位于该层准直器的停留位置时，该层准直器的所述第一准直器11和第二准直器12实现光路耦合、所述第三准直器13和第四准直器14实现光路耦合；当所述光路切换元件2没有位于该层准直器的停留位置时，该层准直器的所述第一准直器11和第三准直器13实现光路耦合、所述第二准直器12和第四准直器14实现光路耦合。

由此，通过单一设置的光路切换元件2可以实现多层准直器1的光路通道的切换，本实施例的光开关在结构上简单，体积上远小于其他使用堆叠、级联的常规光开关；因为不需要多个光开关之间堆叠、级联，各光路通道的切换同步特性好、切换速度快，光开关使用中能耗小、通过光开关的光束传输损耗小。

如图1和图2所示，在一些实施例中，可以设置成每层准直器中，所述第一准直器11的光轴与第三准直器13的光轴重合，所述第二准直器12的光轴与第四准直器14的光轴重合，所述第一准直器11的光轴与第二准直器12的光轴平行，所述第三准直器13的光轴与第四准直器14的光轴平行。准直器之间光轴重合，使得通过准直器传输的光束损耗低；准直器之间光轴平行设置的情况下，光开关的光路切换元件2可以选用多面反射面镜等结构简单的多面反射光学元件，进一步的减少光开关的体积。

或者，如图3和图4所示，每层准直器中，所述第一准直器11的光轴与第三准直器13的光轴重合，所述第二准直器12的光轴与第四准直器14的光轴重合，所述第一准直器11的光轴与第二准直器12的光轴垂直，所述第三准直器13的光轴与第四准直器14的光轴垂直。准直器之间光轴重合，使得通过准直器传输的光束损耗低；准直器之间垂直设置的情况下，光开关的光路切换元件2可以选用双面反射面镜等结构简单的多面反射光学元件，进一步的减少光开关的体积。

如图1和图2所示，在一个具体应用中，当前层采用2×2的准直器的光开关，其中第一准直器11和第三准直器13相对设置、第二准直器12与第四准直器14相对设置。如图1所示，当光路切换元件2没有位于2×2的准直器的停留位置时，可以实现第一准直器11和第三准直器13的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第三准直器13；第二准直器12和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第二准直器12。

如图2所示，当光路切换元件2位于2×2的准直器的停留位置时，光束经过两次垂直全反射后，可以实现第一准直器11和第二准直器12的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第二准直器12；光束经过两次垂直全反射后，第三准直器13和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第三准直器13。同样的由于光路可逆，光束也可通过第二准直器12向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第三准直器13向第一准直器11或第四准直器14反向传输。

如图3和图4所示，在一个具体应用中，当前层采用2-1×1的准直器的光开关，其中第一准直器11和第三准直器13相对设置、第二准直器12和第四准直器14相对设置。如图3所示，当光路切换元件2没有位于2-1×1的准直器的停留位置时，可以实现第一准直器11和第三准直器13的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第三准直器13；第二准直器12和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第二准直器12。

如图4所示，当光路切换元件2位于2-1×1的准直器的停留位置时，光束经过一次垂直全反射后，可以实现第一准直器11和第二准直器12的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第二准直器12；光束经过一次垂直全反射后，第三准直器13和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第三准直器13。同样的由于光路可逆，光束也可通过第二准直器12向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第三准直器13向第一准直器11或第四准直器14反向传输。

如图5、图6、图7、图8和图9所示，在一些实施例中，多层准直器1中的每层准直器还可以包括所述第五准直器15至第八准直器18，所述第五准直器15与第七准直器17相对设置，所述第六准直器16与第八准直器18相对设置。当所述光路切换元件2位于该层准直器的停留位置时，该层准直器的所述第五准直器15和第六准直器16实现光路耦合、所述第七准直器17和第八准直器18实现光路耦合；当所述光路切换元件2没有位于该层准直器的停留位置时，该层准直器的所述第五准直器15与第七准直器17实现光路耦合、所述第六准直器16与第八准直器18实现光路耦合。由此，通多第五准直器15至第八准直器18的设置，在没有增加光路切换元件2体积、无需增大能耗的情况下可以控制更多光路通道同时切换。

具体地，在光开关的每层准直器中，所述第一准直器11的光轴与第三准直器13的光轴重合，所述第二准直器12的光轴与第四准直器14的光轴重合，所述第五准直器15的光轴与第七准直器17的光轴重合，所述第六准直器16的光轴与第八准直器18的光轴重合。所述第一准直器11的光轴与第二准直器12的光轴平行，所述第三准直器13的光轴与第四准直器14的光轴平行，所述第五准直器15的光轴与第六准直器16的光轴平行，所述第七准直器17的光轴与第八准直器18的光轴平行。所述第一准直器11的光轴与第五准直器15的光轴垂直。多层准直器1中的第一准直器11至第八准直器18具有相同的设置方式。

由此，准直器之间光轴重合，使得通过准直器传输的光束损耗低；准直器之间平行或垂直设置的情况下，光开关的光路切换元件2可以选用多面反射面镜等结构简单的多面反射光学元件，进一步的减少光开关的体积。

具体地，当所述光路切换元件2位于该层准直器的停留位置时，所述光路切换元件2可以位于该层准直器的所述第一准直器11与第三准直器13之间、所述第二准直器12与第四准直器14之间、所述第五准直器15与第七准直器17之间、所述第六准直器16与第八准直器18之间。由此，当光路切换元件2位于准直器之间时，光开关的空间利用好，可以减少光开关的体积。

具体地，当所述光路切换元件2位于该层准直器的停留位置时，所述第一准直器11与第三准直器13可以相对于所述光路切换元件2对称设置；所述第二准直器12与第四准直器14可以相对于所述光路切换元件2对称设置；所述第五准直器15与第七准直器17可以相对于所述光路切换元件2对称设置；所述第六准直器16与第八准直器18可以相对于所述光路切换元件2对称设置。由此，当准直器相对于光路切换元件2对称设置时，可以减少光开关对多个光路通道同时进行切换的光程差。

具体地，如图10所示，所述光开关还可以包括壳体3，所述壳体3具有一容置腔31和相对的第一侧壁和第三侧壁、相对的第二侧壁和第四侧壁，所述第一准直器11和第二准直器12设置在所述壳体3的第一侧壁的安装孔处，所述第五准直器15和第六准直器16设置在所述壳体3的第二侧壁的安装孔处，所述第三准直器13和第四准直器14设置在所述壳体3的第三侧壁的安装孔处，所述第七准直器17和第八准直器18设置在所述壳体3的第四侧壁的安装孔处，所述光路切换元件2可升降地设置在所述壳体3的容置腔31内。

由此，通过在光开关设置壳体3，可以减少光开关内部光学器件被外部环境影响，提高光开关使用的稳定程度。

如图6和图7所示，在一个具体应用中，当前层采用2-2×2的准直器的光开关，其中第一准直器11和第三准直器13相对设置、第二准直器12与第四准直器14相对设置、第五准直器15与第七准直器17相对设置、所述第六准直器16与第八准直器18相对设置。如图6所示，当光路切换元件2没有位于2-2×2的准直器的停留位置时，可以实现第一准直器11和第三准直器13的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第三准直器13；第二准直器12和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第二准直器12；第五准直器15和第七准直器17的光路耦合，使通过第七准直器17的光束传入第五准直器15；第六准直器16和第八准直器18的光路耦合，使通过第六准直器16的光束传入第八准直器18。

如图7所示，当光路切换元件2位于2-2×2的准直器的停留位置时，光束经过两次垂直全反射后，可以实现第一准直器11和第二准直器12的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第二准直器12；第三准直器13和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第三准直器13；第五准直器15和第六准直器16的光路耦合，使通过第六准直器16的光束传入第五准直器15；第七准直器17和第八准直器18的光路耦合，使通过第七准直器17的光束传入第八准直器18。同样的由于光路可逆，光束也可通过第二准直器12向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第三准直器13向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第五准直器15向第六准直器16或第七准直器17反向传输、通过第八准直器18向第六准直器16或第七准直器17反向传输。

如图8和图9所示，在一个具体应用中，当前层采用2-2×2的准直器的光开关，其中第一准直器11和第三准直器13相对设置、第二准直器12与第四准直器14相对设置、第五准直器15与第七准直器17相对设置、所述第六准直器16与第八准直器18相对设置。如图7所示，当光路切换元件2没有位于2-2×2的准直器的停留位置时，可以实现第一准直器11和第三准直器13的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第三准直器13；第二准直器12和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第二准直器12；第五准直器15和第七准直器17的光路耦合，使通过第七准直器17的光束传入第五准直器15；第六准直器16和第八准直器18的光路耦合，使通过第六准直器16的光束传入第八准直器18。

如图9所示，当光路切换元件2位于2-2×2的准直器的停留位置时，光束经过一次垂直全反射后，可以实现第一准直器11和第二准直器12的光路耦合，使通过第一准直器11的光束传入第二准直器12；第三准直器13和第四准直器14的光路耦合，使通过第四准直器14的光束传入第三准直器13；第五准直器15和第六准直器16的光路耦合，使通过第六准直器16的光束传入第五准直器15；第七准直器17和第八准直器18的光路耦合，使通过第七准直器17的光束传入第八准直器18。同样的由于光路可逆，光束也可通过第二准直器12向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第三准直器13向第一准直器11或第四准直器14反向传输、通过第五准直器15向第六准直器16或第七准直器17反向传输、通过第八准直器18向第六准直器16或第七准直器17反向传输。

在一些实施例中，所述光路切换元件2可以为组合的多面反射面镜或组合的多面反射棱镜。光路切换元件2使用组合的多面反射面镜或组合的多面反射棱镜，可以通过光路切换元件2的多个面，在同一层的准直器里实现多组准直器的光路通道的切换。

具体地，如图10所示，所述光路切换元件2可以为组合的多面反射棱镜，所述光开关还可以包括光程补偿元件5，所述光程补偿元件5设置在所述光路切换元件2的移动方向上的上表面和下表面且可选择地位于其中一层准直器的停留位置，即在移动方向上，多面反射棱镜、光路切换元件2和多面反射棱镜叠放在一起，当所述光程补偿元件5或所述光路切换元件2位于该层准直器的停留位置时通过的光束具有相同的等效光程。当光程补偿元件5与光路切换元件2尺寸相同的情况下，所述光程补偿元件5与所述多面反射棱镜具有相同的折射率即可实现输入光束的光程在光路切换元件2移动前后不发生变化。当光程补偿元件5与光路切换元件2尺寸不同时，可以用与光路切换元件2不同折射率的光程补偿元件5实现光程补偿，实现输入光束的光程在光路切换元件2移动前后不发生变化。光程补偿元件5可以是玻璃砖、光学塑料砖等与所述多面反射棱镜具有相同的折射率的材料。由此在配合光程补偿结构的情况下，可以减小光开关的光路通道切换前和切换后的光程差。优选地，所述光程补偿元件5为玻璃砖。玻璃砖作为光程补偿原件时光程元件的透明性和均匀性更好，化学性质更稳定，光学常数更精确。

如图10所示，在一个具体的实施方式中，所述光开关还可以包括升降机构4，所述升降机构4用于驱动所述光路切换元件2选择性地移动至其中一层准直器的停留位置。通过升降机构4可以平稳的在多层准直器1之间进行光路切换元件2的移动。

具体地，所述升降机构4可以包括继电器41和连杆42，所述光路切换元件2设置在所述连杆42上，所述继电器41驱动所述连杆42的设置所述光路切换元件2的一端升降。升降机构4可以是电磁驱动的继电器41和连杆42组成，也可以是采用气动等方式的驱动结构。连杆42的用于连接光路切换元件2的一端可以大致具有L型结构，光路切换元件2平放在连杆42的一端，通过控制继电器41的通断带动连杆42以驱动光路切换元件2的移动，有着成本低、故障少、占用空间小的优点。

在一个具体的实施方式中，所述光开关包括两层准直器。当光开关包括两层准直器时，光开关可以实现两层准直器的光路通道的同步切换。在本申请的其它实施例中，光开关可以根据需求包含三层准直器、五层准直器等不同层数的准直器，作为示例，在移动方向上，光路切换元件2可以包括多个反射棱镜和多个光路切换元件2，反射棱镜和光路切换元件2交替叠放设置，以通过单一的光路切换元件2实现多个光路通道的同时切换，相比通过多个光开关之间堆叠、级联来实现多个光开关的光路通道同时切换，同步特性好、切换速度快，光开关使用中能耗小、通过光开关的光束传输损耗小。

本申请实施例提供了一种包括多层准直器1和光路切换元件2的光开关，可以通过光路切换元件2实现多层准直器1的光路通道的切换，上述光开关在使用中具有同步特性好、切换速度快，光开关使用中能耗小、通过光开关的光束传输损耗小的有益效果。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明及附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。