JP2006030866A - Optical switch and multichannel type optical switch - Google Patents

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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch which is excellent in response speed and further miniaturized by decreasing the number of components. <P>SOLUTION: The optical switch 1 switches a first optical path state in which light is transmitted from a first light propagation path 4 to a second light propagation path 5 and a second light optical path state in which the light is transmitted from the first light propagation path 4 to a third light propagation path 6. In the first optical path state, the outer side face of a light transmissive piezoactuator 11 is separated from a second fixing member 3 side with a gap, thus the light propagating in the first light propagation path 4 is totally reflected on a first plane 13a and guided into the second light propagation path 5. In the second optical path state, the light transmissive piezoactuator 11 is extended in the thickness direction and the first and the second planes 13a and 14a are made tightly contact with each other, thus the light made incident to the first light propagation path 4 is guided into the third light propagation path 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の光伝搬路間の接続状態を切り換えることを可能とする光スイッチ及び多チャンネル型光スイッチに関し、より詳細には、光路変更部分が透光性圧電アクチュエータを用いて構成されている光スイッチ及び多チャンネル型光スイッチに関する。   The present invention relates to an optical switch and a multi-channel optical switch that can switch a connection state between a plurality of optical propagation paths, and more specifically, an optical path changing portion is configured using a translucent piezoelectric actuator. The present invention relates to an optical switch and a multi-channel optical switch.

従来、光通信分野において様々な光スイッチが用いられている。従来の一般的な光スイッチでは、電磁石を用いた機械的な駆動装置により、光路構成部材としての光ファイバーやミラーが移動されていた。このような光スイッチでは、電磁石を用いた機械的動作を伴うため、装置の小型化や省電力化が困難であった。また、スイッチングの応答速度を高めることも困難であった。   Conventionally, various optical switches are used in the optical communication field. In a conventional general optical switch, an optical fiber or a mirror as an optical path constituent member is moved by a mechanical driving device using an electromagnet. Such an optical switch involves a mechanical operation using an electromagnet, and thus it is difficult to reduce the size and power consumption of the apparatus. It has also been difficult to increase the switching response speed.

上記のような問題を解決する光スイッチの一例が、下記の特許文献1に開示されている。すなわち、図7に示すように、光スイッチ101では、基板102上に、基板102の表面に対して垂直方向に移動可能にミラー103が配置されている。また、基板102には、光ファイバーを固定するための複数のファイバー配置溝104が形成されている。複数のファイバー配置溝104を用いて第1〜第4の光ファイバー105〜108が基板102に接続されている。そして、上記ミラー103は、基板101に弾性変形可能な針109,110を介して接続されている。   An example of an optical switch that solves the above problems is disclosed in Patent Document 1 below. That is, as shown in FIG. 7, in the optical switch 101, the mirror 103 is disposed on the substrate 102 so as to be movable in the direction perpendicular to the surface of the substrate 102. The substrate 102 is formed with a plurality of fiber placement grooves 104 for fixing the optical fiber. First to fourth optical fibers 105 to 108 are connected to the substrate 102 using a plurality of fiber arrangement grooves 104. The mirror 103 is connected to the substrate 101 via needles 109 and 110 that can be elastically deformed.

静電力が加わらない状態では、ミラー103が基板102から離れた位置にあり、静電力が加えられると、基板102側に移動させることが可能とされている。このミラー103の移動により、光ファイバー105〜108間における光の伝搬経路を変更することが可能とされている。   In a state where no electrostatic force is applied, the mirror 103 is located away from the substrate 102, and when the electrostatic force is applied, it can be moved to the substrate 102 side. The movement of the mirror 103 can change the light propagation path between the optical fibers 105 to 108.

しかしながら、特許文献1に記載の光スイッチ101では、ミラー103を静電力により移動させているため、構造が複雑であり、製造コストが高くなるという問題があった。また、静電駆動を利用するため、駆動電圧が高くならざるを得なかった。さらに、応答速度の向上を図ることも困難であった。   However, the optical switch 101 described in Patent Document 1 has a problem in that the structure is complicated and the manufacturing cost increases because the mirror 103 is moved by electrostatic force. Moreover, since electrostatic driving is used, the driving voltage has to be increased. Furthermore, it is difficult to improve the response speed.

上記のような問題を解決するものとして、下記の特許文献2には、圧電アクチュエータを用いた光スイッチが開示されている。図8に示すように、光スイッチ121は、光伝達経路122〜124を有している。そして、外部からの電気信号に応じた圧電アクチュエータ125の変位により、光反射部材からなる光路変更部126が光伝達部の光反射面に接触・離隔される。それによって、光伝達経路122に入力した光Aが、光伝達部の光反射面で全反射され、特定の光伝達経路123に伝達する光路から、光を光導入部材126からとり出し、特定の光伝達経路124に伝達することが可能とされている。
特開平11−119129号公報 特開2002−196265号公報
As a solution to the above problems, Patent Document 2 below discloses an optical switch using a piezoelectric actuator. As illustrated in FIG. 8, the optical switch 121 includes light transmission paths 122 to 124. Then, due to the displacement of the piezoelectric actuator 125 according to the electric signal from the outside, the optical path changing unit 126 made of a light reflecting member is brought into contact with or separated from the light reflecting surface of the light transmitting unit. As a result, the light A input to the light transmission path 122 is totally reflected by the light reflecting surface of the light transmission section, and is extracted from the light introduction member 126 from the light path that is transmitted to the specific light transmission path 123. It is possible to transmit to the light transmission path 124.
JP 11-119129 A JP 2002-196265 A

特許文献2に記載の光スイッチ121では、圧電アクチュエータ125を用いて、光反射部材からなる光路変更部の位置を変更し、それによって光路を切り換えている。従って、光路変更部を構成する光学部材を移動させ得るように圧電アクチュエータが構成される必要があった。   In the optical switch 121 described in Patent Document 2, the position of an optical path changing unit made of a light reflecting member is changed using a piezoelectric actuator 125, thereby switching the optical path. Therefore, it is necessary to configure the piezoelectric actuator so that the optical member constituting the optical path changing unit can be moved.

他方、圧電アクチュエータの変位は、通常、上記のような光学部材の移動距離に比べてかなり小さいのが普通である。そのため、特許文献2に記載の光スイッチ121を構成するには、非常に大きな圧電アクチュエータを用意しなければならなかった。従って、光スイッチの小型化を進めることが困難であった。加えて、圧電アクチュエータの変位により光学部材を移動させるものであるため、移動距離が大きいので圧電アクチュエータの応答速度に比べて、光スイッチ全体としての応答速度は低くならざるを得なかった。   On the other hand, the displacement of the piezoelectric actuator is usually much smaller than the movement distance of the optical member as described above. Therefore, to configure the optical switch 121 described in Patent Document 2, a very large piezoelectric actuator has to be prepared. Therefore, it has been difficult to reduce the size of the optical switch. In addition, since the optical member is moved by the displacement of the piezoelectric actuator, the moving distance is large, so that the response speed of the entire optical switch has to be lower than the response speed of the piezoelectric actuator.

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消し、応答速度をより一層高めることができ、しかも構造の簡略化及び小型化を進めることが可能な透光性積層圧電体を用いた光スイッチ及び該光スイッチを用いた多チャンネル型光スイッチを提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, further increase the response speed, and further use light that uses a light-transmitting laminated piezoelectric material that can be simplified and downsized. It is an object of the present invention to provide a switch and a multi-channel type optical switch using the optical switch.

本発明によれば、第1の光伝搬路から入射した光を、第2光伝搬路または第3光伝搬路に伝搬させることを可能とする光スイッチであって、第1の光伝搬路と第2の光伝搬路とが固定されており、第1の光伝搬路から入射された光が反射されて第2の光伝搬路に導かれ得るように設けられた反射面としての第1の平面を有する第1の固定部材と、第3の光伝搬路が固定されており、前記第1の光伝搬路から入射してきた光が前記第1の平面で反射されずに、該第1の平面を超えて伝搬してきたときに入射される入射面としての第2の平面を有し、該第2の平面から入射した光が第3の光伝搬路に導かれるように構成されている第2の固定部材と、前記第1の固定部材が、電圧の印加の有無により、圧電効果により伸縮する透光性圧電アクチュエータを有し、該透光性圧電アクチュエータが、第1の光伝搬路から入射してきた光を前記第1の平面に伝搬させる光伝達路、第1の平面で反射された光を第2の光伝搬路に導く光伝達路を有し、電圧印加の有無により、前記第1の平面を第2の固定部材の第2の平面から乖離し、前記第1の平面で前記光が反射される第1の光路状態と、前記第1の平面が第2の固定部材の第2の平面に密着し、前記第1の平面で光が反射されず第3の光伝搬路に導かれる第2の光路状態とをとり得るように構成されていることを特徴とする、光スイッチが提供される。   According to the present invention, there is provided an optical switch capable of propagating light incident from a first optical propagation path to a second optical propagation path or a third optical propagation path, the first optical propagation path and The first light propagation path is fixed, and the first reflection surface is provided so that the light incident from the first light propagation path can be reflected and guided to the second light propagation path. The first fixing member having a plane and the third light propagation path are fixed, and the light incident from the first light propagation path is not reflected by the first plane, A second plane as an incident surface that is incident when propagating beyond the plane, and configured so that light incident from the second plane is guided to the third light propagation path; The translucent piezoelectric actuator in which the two fixing members and the first fixing member expand and contract by a piezoelectric effect depending on whether or not a voltage is applied. A light transmission path for propagating light incident from the first light propagation path to the first plane, and light reflected by the first plane is second. The first plane is separated from the second plane of the second fixing member by the presence or absence of voltage application, and the light is reflected by the first plane. The first optical path state and the first plane are in close contact with the second plane of the second fixing member, and light is not reflected by the first plane but is guided to the third optical propagation path. An optical switch is provided that is configured to be able to take the following optical path states.

本発明に係る光スイッチのある特定の局面では、前記第2の固定部材に、第2の透光性圧電アクチュエータが配置されており、該第2の透光性圧電アクチュエータは、前記第2の平面から第2の光路状態において入射してきた光を第3の光伝搬路に導く光伝達路を有する。   In a specific aspect of the optical switch according to the present invention, a second translucent piezoelectric actuator is disposed on the second fixing member, and the second translucent piezoelectric actuator includes the second translucent piezoelectric actuator. A light transmission path that guides light incident from the plane in the second optical path state to the third light propagation path is provided.

本発明に係る光スイッチの他の特定の局面では、前記第2の固定部材に、第4の光伝搬路が固定されており、かつ前記第1の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射してきた光が第2の固定部材の前記第2の平面において反射されて前記第3の光伝搬路に導かれ、前記第2の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射してきた光が、上記第2の平面及び第1の固定部材の第1の平面を通って、第2の光伝搬路に導かれるように構成されている。   In another specific aspect of the optical switch according to the present invention, when the fourth optical propagation path is fixed to the second fixing member and is in the first optical path state, the fourth optical propagation is performed. When light incident from the path is reflected on the second plane of the second fixing member and guided to the third light propagation path, and is in the second optical path state, the light from the fourth light propagation path The incident light is configured to be guided to the second light propagation path through the second plane and the first plane of the first fixing member.

本発明に係る光スイッチのさらに別の特定の局面では、前記第2の固定部材に、第2の透光性圧電アクチュエータが配置されており、該第2の透光性圧電アクチュエータは、第4の光伝搬路から入射してきた光を前記第2の平面に導く光伝達路と、前記第2の光路状態において前記第2の平面から第3の光伝搬路に導かれる光を伝達させる光伝達路とを有する。   In still another specific aspect of the optical switch according to the present invention, a second translucent piezoelectric actuator is disposed on the second fixing member, and the second translucent piezoelectric actuator is a fourth translucent piezoelectric actuator. A light transmission path for guiding light incident from the light propagation path to the second plane, and a light transmission for transmitting light guided from the second plane to the third light propagation path in the second optical path state. Road.

本発明に係る光スイッチのさらに他の特定の局面では、前記透光性圧電アクチュエータが、対向し合う一対の主面を有する圧電体と、前記圧電体の一対の主面間において、圧電体層を介して重なり合うように配置された複数の内部電極とを有する積層型圧電体を備え、該積層型圧電体において、前記複数の内部電極のうち、少なくとも一部の内部電極に、複数の前記光伝達路を形成するための窓部が形成されている。   In still another specific aspect of the optical switch according to the present invention, the translucent piezoelectric actuator includes a piezoelectric layer having a pair of opposing main surfaces and a piezoelectric layer between the pair of main surfaces of the piezoelectric body. A laminated piezoelectric body having a plurality of internal electrodes arranged so as to overlap with each other through the plurality of internal electrodes, wherein at least some of the plurality of internal electrodes are provided with a plurality of the light beams. A window for forming a transmission path is formed.

本発明に係る光スイッチのさらに別の特定の局面では、前記第1の固定部材に設けられた透光性圧電アクチュエータの一面に、該透光性圧電アクチュエータよりも第2の固定部材の第2の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されており、該透光性密着膜の外側の面が前記第1の平面である。   In still another specific aspect of the optical switch according to the present invention, the second fixing member is disposed on one surface of the translucent piezoelectric actuator provided on the first fixing member, rather than the translucent piezoelectric actuator. A translucent adhesive film made of a material having excellent adhesion to the flat surface is formed, and the outer surface of the translucent adhesive film is the first flat surface.

本発明に係る光スイッチのさらに他の特定の局面では、前記第1の平面に対向している前記第2の固定部材面に、透光性圧電アクチュエータよりも前記第1の固定部材の前記第1の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されており、該透光性密着膜の外側の面が前記第2の平面である。   In still another specific aspect of the optical switch according to the present invention, the second fixing member surface facing the first plane has the first fixing member more than the translucent piezoelectric actuator. A translucent adhesive film made of a material having excellent adhesion to one plane is formed, and the outer surface of the translucent adhesive film is the second plane.

本発明に係る多チャンネル型光スイッチは、本発明に従って構成された光スイッチを複数備えており、該複数の光スイッチが直列及び/または並列に接続されていることを特徴とする。   The multi-channel optical switch according to the present invention includes a plurality of optical switches configured according to the present invention, and the plurality of optical switches are connected in series and / or in parallel.

本発明に係る光スイッチでは、第1の固定部材が上記透光性圧電アクチュエータを有し、電圧の印加の有無により、第1の固定部材の第1の平面を第2の固定部材の第2の平面から乖離し、該第1の平面で光が反射されて、第1の光伝搬路から第2の光伝搬路へ光を導く第1の光路状態と、前記第1の平面が第2の平面に密着し、第1の平面で光が反射されず、第1の光伝搬路から第3の光伝搬路に光が導かれる第2の光路状態とをとり得るように構成されている。しかも、透光性圧電アクチュエータ自体が、上記第1の光伝搬路から第1の平面に光を導く光伝達路、及び第1の平面から第3の光伝搬路に導く光伝搬路を有する。従って、透光性圧電アクチュエータ自体の変位により光路が直接切り換えられるため、光スイッチの小型化を図ることができる。   In the optical switch according to the present invention, the first fixing member includes the translucent piezoelectric actuator, and the first flat surface of the first fixing member is set to the second of the second fixing member depending on whether or not voltage is applied. A first optical path state in which light is reflected from the first plane and light is reflected by the first plane to guide light from the first optical propagation path to the second optical propagation path, and the first plane is the second The second optical path state is such that light is not reflected on the first plane and light is guided from the first optical propagation path to the third optical propagation path. . In addition, the translucent piezoelectric actuator itself has a light transmission path for guiding light from the first light propagation path to the first plane and a light propagation path for guiding light from the first plane to the third light propagation path. Therefore, since the optical path is directly switched by the displacement of the translucent piezoelectric actuator itself, the optical switch can be miniaturized.

すなわち、従来の圧電アクチュエータを用いた光スイッチでは、圧電アクチュエータは、光路を切り換えるために他の光学部材を駆動するのに用いられていたため、小型化を図ることが困難であったのに対し、本発明によれば、透光性圧電アクチュエータ自体が光路の一部を構成し、該透光性圧電アクチュエータ自体の変位により光路が直接切り換えられるため、他の部材を駆動する場合に比べて小型の透光性圧電アクチュエータを用いることができる。よって、光スイッチの小型化を進めることが可能となる。   That is, in the conventional optical switch using a piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator was used to drive other optical members to switch the optical path, and thus it was difficult to reduce the size. According to the present invention, the translucent piezoelectric actuator itself constitutes a part of the optical path, and the optical path is directly switched by the displacement of the translucent piezoelectric actuator itself, so that it is smaller than the case of driving other members. A translucent piezoelectric actuator can be used. Therefore, it becomes possible to reduce the size of the optical switch.

加えて、透光性圧電アクチュエータが光路の一部を構成し、透光性圧電アクチュエータの伸縮により第1の光路状態と第2の光路状態とが切り換えられるため、アクチュエータの応答速度と同じ程度にスイッチングの応答速度も高められる。   In addition, the translucent piezoelectric actuator constitutes a part of the optical path, and the first optical path state and the second optical path state are switched by the expansion and contraction of the translucent piezoelectric actuator. Switching response speed is also increased.

よって、本発明によれば、応答速度に優れ、かつ小型の光スイッチを提供することが可能となる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a small-sized optical switch with excellent response speed.

第2の固定部材に、第2の透光性圧電アクチュエータが配置されており、第2の光路状態において第2の平面から入射してきた光が、該第2の透光性圧電アクチュエータの光伝達路を通って第3の光伝搬路に導かれるように構成されている場合には、第2の固定部材側に設けられた透光性圧電アクチュエータの圧電効果をも利用して、第1の光路状態と、第2の光路状態との間でスイッチングを行うことができる。   The second light transmitting piezoelectric actuator is arranged on the second fixing member, and light incident from the second plane in the second optical path state is transmitted by the second light transmitting piezoelectric actuator. When configured to be guided to the third light propagation path through the path, the first effect is also obtained by utilizing the piezoelectric effect of the translucent piezoelectric actuator provided on the second fixing member side. Switching can be performed between the optical path state and the second optical path state.

第2の固定部材に、第4の光伝搬路が固定されており、第1の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射されてきた光が、第2の固定部材の上記第2の平面において反射されて第3の光伝搬路に導かれ、第2の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射されてきた光が、上記第2の平面及び第1の固定部材の第1の平面を貫き、第2の光伝搬路に導かれる場合には、第1の光伝搬路から入射してきた光と、第4の光伝搬路から入射してきた光の双方を切り換えることが可能となる。この場合、第2の固定部材に第2の透光性圧電アクチュエータが配置されている場合には、第2の透光性圧電アクチュエータをも用いて、スイッチングを行うことが可能となる。   The fourth light propagation path is fixed to the second fixing member, and when in the first optical path state, light incident from the fourth light propagation path is the second fixing member. When reflected on the second plane and guided to the third optical propagation path and in the second optical path state, the light incident from the fourth optical propagation path is the second plane and the first fixed state. When the light passes through the first plane of the member and is guided to the second light propagation path, both the light incident from the first light propagation path and the light incident from the fourth light propagation path are switched. It becomes possible. In this case, when the second translucent piezoelectric actuator is arranged on the second fixing member, the second translucent piezoelectric actuator can also be used for switching.

透光性圧電アクチュエータが、対向し合う第1,第2の面を有する圧電体と、圧電体層を介して重なり合うように配置された複数の内部電極とを有する積層型圧電体を有し、該積層型圧電体において、複数の内部電極のうち、少なくとも一部の内部電極に、積層型圧電体内を光を伝搬させるための複数の前記光伝達路を形成するための窓部が形成されている場合には、積層型圧電体を利用して大きな変位量を得ることができるため、第1の光路状態と第2の光路状態との間で確実に光路状態を切り換えることができる。また、上記窓部が少なくとも一部の内部電極に形成されている場合には、内部電極積層部分内に光伝達路を形成することができるため、透光性圧電アクチュエータの小型化をより一層進めることができ、ひいては光スイッチのより一層の小型化を図ることができる。   The translucent piezoelectric actuator has a laminated piezoelectric body having a piezoelectric body having first and second surfaces facing each other and a plurality of internal electrodes arranged so as to overlap with each other via a piezoelectric layer, In the multilayer piezoelectric body, at least some of the plurality of internal electrodes are formed with windows for forming the plurality of light transmission paths for propagating light through the multilayer piezoelectric body. In this case, a large amount of displacement can be obtained by using the laminated piezoelectric body, so that the optical path state can be switched reliably between the first optical path state and the second optical path state. Further, when the window is formed in at least a part of the internal electrodes, a light transmission path can be formed in the internal electrode laminated portion, and thus the light-transmitting piezoelectric actuator can be further reduced in size. As a result, the optical switch can be further miniaturized.

第1の透光性圧電アクチュエータの外表面に、該圧電体よりも第2の固定部材の第2の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されている場合には、第2の光路状態において、第1の光伝搬路から入射してきた光を、確実に第3の光伝搬路に入射させることができる。また、第4の光伝搬路が第2の固定部材に固定されている場合には、第4の光伝搬路から入射してきた光を、第2の光路状態において、第2の光伝搬路に確実に導くことができる。   When a translucent adhesive film made of a material having better adhesion to the second plane of the second fixing member than the piezoelectric body is formed on the outer surface of the first translucent piezoelectric actuator. In the second optical path state, the light incident from the first optical propagation path can be reliably incident on the third optical propagation path. Further, when the fourth light propagation path is fixed to the second fixing member, the light incident from the fourth light propagation path is transferred to the second light propagation path in the second optical path state. Can be guided reliably.

第2の固定部材の上記第2の平面の外側に、透光性圧電アクチュエータよりも第1の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されている場合にも、同様に、第2の光路状態において光を目的とする光伝搬路に確実に導くことができる。   Even when a translucent adhesive film made of a material having better adhesion to the first plane than the translucent piezoelectric actuator is formed outside the second plane of the second fixing member, Similarly, in the second optical path state, the light can be reliably guided to the intended optical propagation path.

本発明に係る多チャンネル型光スイッチは、本発明に従って構成された光スイッチを複数備えているため、各光スイッチの小型化を図ることができるので、多チャンネル型光スイッチ全体を小型とすることができる。   Since the multi-channel optical switch according to the present invention includes a plurality of optical switches configured according to the present invention, each optical switch can be reduced in size, so that the entire multi-channel optical switch can be reduced in size. Can do.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る光スイッチの平面図である。光スイッチ1は、第1,第2の固定部材2,3を有する。第1の固定部材2には、第1,第2の光伝搬路を構成する第1,第2の光ファイバー4,5の一端が接続されている。また、第2の固定部材3には、第3,第4の光伝搬路を構成する第3,第4の光ファイバー6,7の一端が固定されている。   FIG. 1A is a plan view of an optical switch according to the first embodiment of the present invention. The optical switch 1 has first and second fixing members 2 and 3. One end of first and second optical fibers 4 and 5 constituting the first and second light propagation paths is connected to the first fixing member 2. In addition, one end of the third and fourth optical fibers 6 and 7 constituting the third and fourth light propagation paths is fixed to the second fixing member 3.

なお、光ファイバー4〜7に代えて、他の光導波体を用いて光伝搬路を構成してもよい。   In addition, it may replace with the optical fibers 4-7, and may comprise an optical propagation path using another optical waveguide body.

本実施形態では、第1の光ファイバー4から入射された光が、第1の光ファイバー4から第2の光ファイバー5に導かれ、かつ第4の光ファイバー7から入射された光が第3の光ファイバー6に導かれる第1の光路状態と、第1の光ファイバー4から入射された光が第3の光ファイバー6に導かれ、第4の光ファイバー7から入射されてきた光が第2の光ファイバー5に導かれる第2の光路状態との間で切り換えられるように構成されている。   In the present embodiment, light incident from the first optical fiber 4 is guided to the second optical fiber 5 from the first optical fiber 4, and light incident from the fourth optical fiber 7 is input to the third optical fiber 6. The first optical path state to be guided, the light incident from the first optical fiber 4 is guided to the third optical fiber 6, and the light incident from the fourth optical fiber 7 is guided to the second optical fiber 5. It is configured to be switched between two optical path states.

第1,第2の固定部材2,3は、それぞれ、石英などの透光性材料からなる固定部8,9を有する。固定部8,9は、それぞれ、一対の傾斜面8a,8b,9a,9bを有する。傾斜面8a,8bに、第1,第2の光ファイバー4,5の一端が固定されている。また、傾斜面9a,9bに第3,第4の光ファイバー6,7の一端が固定されている。   The first and second fixing members 2 and 3 have fixing portions 8 and 9 made of a translucent material such as quartz, respectively. The fixing portions 8 and 9 each have a pair of inclined surfaces 8a, 8b, 9a and 9b. One ends of the first and second optical fibers 4 and 5 are fixed to the inclined surfaces 8a and 8b. Further, one ends of the third and fourth optical fibers 6 and 7 are fixed to the inclined surfaces 9a and 9b.

第1,第2の光ファイバー4,5は、後述の第1の平面13aに直交する仮想線を挟んで対向する位置に配置されており、かつ該仮想線に対して等しい角度だけ傾斜されている。   The first and second optical fibers 4 and 5 are arranged at positions facing each other across a virtual line orthogonal to a first plane 13a described later, and are inclined by an equal angle with respect to the virtual line. .

他方、固定部8、9は、傾斜面8a,8b,9a,9bとは反対側に平面部8c,9cを有する。   On the other hand, the fixing portions 8 and 9 have flat portions 8c and 9c on the side opposite to the inclined surfaces 8a, 8b, 9a and 9b.

そして、平面部8c,9cに、第1,第2の透光性圧電アクチュエータ11,12が接合されている。   And the 1st, 2nd translucent piezoelectric actuators 11 and 12 are joined to the plane parts 8c and 9c.

また、第1,第2の透光性圧電アクチュエータ11,12の固定部8,9に接合されている側とは反対側の面を覆うように、第1,第2の透光性密着膜13,14が貼り合わされている。   Further, the first and second translucent adhesive films are provided so as to cover the surfaces of the first and second translucent piezoelectric actuators 11 and 12 opposite to the side bonded to the fixing portions 8 and 9. 13 and 14 are bonded together.

第1の透光性圧電アクチュエータ11を代表して、透光性圧電アクチュエータ11,12の構造を説明する。   The structure of the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 will be described on behalf of the first translucent piezoelectric actuator 11.

図1(b)は、透光性圧電アクチュエータ11の平面断面図である。   FIG. 1B is a plan sectional view of the translucent piezoelectric actuator 11.

透光性圧電アクチュエータ11は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスなどの圧電セラミックスからなる直方体状の圧電体15を有する。圧電体15内には、複数の第1の内部電極16a,16c,16e,16gと、複数の第2の内部電極16b,16d,16f,16hとが交互に圧電体層を介して重なり合うように積層されている。第1の内部電極16a,16c,16e,16gは、圧電体15の一方の端面15aに引き出されており、第2の内部電極16b,16d,16f,16hは第2の端面15bに引き出されている。第1,第2の端面15a,15bには、外部電極17,18が形成されている。第1の外部電極17は、複数の第1の内部電極16a,16c,16e,16gに電気的に接続されている。第2の外部電極18は、複数の第2の内部電極16b,16d,16f,16hに接続されている。   The translucent piezoelectric actuator 11 has a rectangular parallelepiped piezoelectric body 15 made of piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate ceramics. In the piezoelectric body 15, a plurality of first internal electrodes 16a, 16c, 16e, and 16g and a plurality of second internal electrodes 16b, 16d, 16f, and 16h are alternately overlapped via the piezoelectric layers. Are stacked. The first inner electrodes 16a, 16c, 16e, and 16g are drawn out to one end face 15a of the piezoelectric body 15, and the second inner electrodes 16b, 16d, 16f, and 16h are drawn out to the second end face 15b. Yes. External electrodes 17 and 18 are formed on the first and second end faces 15a and 15b. The first external electrode 17 is electrically connected to the plurality of first internal electrodes 16a, 16c, 16e, and 16g. The second external electrode 18 is connected to the plurality of second internal electrodes 16b, 16d, 16f, and 16h.

また、透光性圧電アクチュエータ11においては、圧電体15の第1の主面15c側が、図1(a)において、前述した固定部8の平面部8cに接合されている。主面15cとは反対側の主面15d上に積層された透光性密着膜13の外側面が本発明における第1の平面13aを構成している。   In the translucent piezoelectric actuator 11, the first main surface 15 c side of the piezoelectric body 15 is joined to the flat surface portion 8 c of the fixed portion 8 described above in FIG. The outer surface of the translucent adhesive film 13 laminated on the main surface 15d opposite to the main surface 15c constitutes the first flat surface 13a in the present invention.

上記複数の内部電極16a〜16hを有する積層型の圧電体15は、分極されている。すなわち、複数の内部電極に挟まれた圧電体層は、厚み方向において交互に隣り合う圧電体層が厚み方向に逆方向に分極処理されている。従って、外部電極17,18間に直流電圧を印加する際の極性を切り換えることにより、圧電体15は、厚み方向に伸び、あるいは縮むこととなる。   The stacked piezoelectric body 15 having the plurality of internal electrodes 16a to 16h is polarized. That is, in the piezoelectric layer sandwiched between the plurality of internal electrodes, the piezoelectric layers alternately adjacent in the thickness direction are polarized in the opposite direction in the thickness direction. Therefore, by switching the polarity when a DC voltage is applied between the external electrodes 17 and 18, the piezoelectric body 15 extends or contracts in the thickness direction.

上記のように、複数の内部電極16a〜16hを有する積層型の圧電体15は、公知の積層型圧電アクチュエータの製造方法に従って得ることができる。   As described above, the multilayer piezoelectric body 15 having the plurality of internal electrodes 16a to 16h can be obtained according to a known multilayer piezoelectric actuator manufacturing method.

すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスを主体とする複数枚のセラミックグリーンシートを用意する。しかる後、複数枚のセラミックグリーンシート上に、内部電極パターンを形成し、内部電極パターンが形成された複数枚のセラミックグリーンシートを積層する。そして、上下に適宜の枚数の無地のセラミックグリーンシートを積層した後、厚み方向に加圧する。このようにして、積層体を得ることができる。得られた積層体を焼成することにより、圧電体15を得ることができ、該圧電体15の端面15a,15bに、周知の電極形成方法に従って第1,第2の外部電極17,18を形成すればよい。なお、積層体を得た後に、導電ペーストを端面に塗布した後、焼成することにより圧電体15と外部電極17,18とを同時に完成させてもよい。   That is, a plurality of ceramic green sheets mainly comprising piezoelectric ceramics such as lead zirconate titanate ceramics are prepared. Thereafter, an internal electrode pattern is formed on the plurality of ceramic green sheets, and the plurality of ceramic green sheets on which the internal electrode pattern is formed are laminated. Then, an appropriate number of plain ceramic green sheets are stacked on the top and bottom, and then pressed in the thickness direction. In this way, a laminate can be obtained. By firing the obtained laminate, the piezoelectric body 15 can be obtained, and the first and second external electrodes 17 and 18 are formed on the end faces 15a and 15b of the piezoelectric body 15 in accordance with a known electrode forming method. do it. In addition, after obtaining a laminated body, you may complete the piezoelectric body 15 and the external electrodes 17 and 18 simultaneously by apply | coating an electrically conductive paste to an end surface, and baking.

なお、上記積層型圧電体を製造するに際しては、好ましくは、積層型圧電体15を得た後に、分極に先立ち、熱処理及び徐冷処理を施すことが望ましい。後述する実験例において、このような熱処理及び徐冷処理の効果を説明する。   In manufacturing the multilayer piezoelectric body, it is preferable to subject the multilayer piezoelectric body 15 to heat treatment and slow cooling prior to polarization. The effects of such heat treatment and slow cooling treatment will be described in experimental examples to be described later.

ところで、本実施形態の圧電体15では、図1(b)に示す第1の光路状態における内部の光伝達路を実現するために、複数の内部電極16a〜16hのうちの少なくとも一部の内部電極に窓部Bが形成されている。これを、図2を参照して説明する。図2(a)及び(b)は、図1(b)に示されている第1の内部電極16aが形成されている位置及び第2の内部電極16dが形成されている高さ位置の各平面断面図である。   By the way, in the piezoelectric body 15 of the present embodiment, in order to realize the internal light transmission path in the first optical path state shown in FIG. 1B, at least some of the internal electrodes 16a to 16h. A window B is formed on the electrode. This will be described with reference to FIG. 2 (a) and 2 (b) show the positions at which the first internal electrodes 16a shown in FIG. 1 (b) are formed and the height positions at which the second internal electrodes 16d are formed. FIG.

図2(a)に示すように、第1の内部電極16aは矩形の形状を有し、一端が端面15aに引き出されている。そして、内部電極16aにおいては、圧電体15の中央を挟んで対向する位置に窓部B,Bが形成されている。   As shown in FIG. 2A, the first internal electrode 16a has a rectangular shape, and one end is drawn out to the end face 15a. In the internal electrode 16a, window portions B and B are formed at positions facing each other across the center of the piezoelectric body 15.

同様に、図2(b)に示すように、第2の内部電極16dにおいても、圧電体の中央を挟んで端面15a,15bを結ぶ方向において対向する位置に、窓部B,Bが形成されている。もっとも、図2(a)及び(b)から明らかなように、内部電極16dにおける窓部B,B間の距離は、上方に位置する内部電極16aにおける窓部B,B間の距離よりも小さくされている。これは、図1(b)に示す光路Xを実現するに際し、窓部B,B間の距離は、図1(b)から明らかなように、圧電体15の主面15a側から下方の主面15d側に至るにつれて小さくされ、それによって光路Xが実現されていることによる。   Similarly, as shown in FIG. 2B, also in the second internal electrode 16d, windows B and B are formed at positions facing each other in the direction connecting the end faces 15a and 15b across the center of the piezoelectric body. ing. However, as is apparent from FIGS. 2A and 2B, the distance between the windows B in the internal electrode 16d is smaller than the distance between the windows B in the internal electrode 16a located above. Has been. This is because when the optical path X shown in FIG. 1 (b) is realized, the distance between the window portions B and B is, as is clear from FIG. 1 (b), the main surface below the main surface 15a of the piezoelectric body 15. This is because the optical path X is realized by decreasing the distance toward the surface 15d side.

従って、最下層の内部電極16hでは、一対の窓部B,Bが近接して連なって、1つの窓部とされている。   Accordingly, in the lowermost internal electrode 16h, the pair of windows B and B are adjacently connected to form one window.

上記窓部B,Bは、図1(b)に示すように、光路Xを実現するため、すなわち圧電体15の主面15c上において、図示の方向から入射してきた光が、透光性密着膜13の外表面である第1の平面13aで反射され、主面15c側に再度導かれることを可能とするために設けられている。言い換えれば、上記窓部B,Bは、上記光路Xを実現する複数の光伝達路、すなわち主面15cから第1の平面13aに至る光伝達路と、第1の平面13aから主面15cに反射光が伝達される光伝達路とを形成するために、上記複数の窓部B,Bが形成されている。   As shown in FIG. 1B, the windows B and B are configured to realize an optical path X, that is, light incident from the illustrated direction on the main surface 15 c of the piezoelectric body 15 is translucent. It is provided so as to be reflected by the first flat surface 13a which is the outer surface of the film 13 and guided again to the main surface 15c side. In other words, the window portions B and B are a plurality of light transmission paths that realize the optical path X, that is, a light transmission path from the main surface 15c to the first plane 13a, and from the first plane 13a to the main surface 15c. In order to form a light transmission path through which the reflected light is transmitted, the plurality of windows B, B are formed.

このように、複数の内部電極16a〜16h内に、光伝達路を構成するための窓部Bを形成することにより、透光性圧電アクチュエータ11の小型化を図ることができる。すなわち、圧電アクチュエータとして駆動される透光性圧電アクチュエータ11において、内部電極16a〜16hが積層されている部分とは別に光伝達路を実現するための部分を設けた場合には、透光性圧電アクチュエータの大きさが大きくならざるを得ない。これに対して、本実施形態では、圧電アクチュエータとして駆動するための内部電極積層部分に光伝達路が設けられているため、光伝達路が内蔵された圧電アクチュエータとしての透光性圧電アクチュエータ11の小型化を図ることができる。   As described above, by forming the window portion B for forming the light transmission path in the plurality of internal electrodes 16a to 16h, the translucent piezoelectric actuator 11 can be reduced in size. That is, in the translucent piezoelectric actuator 11 driven as a piezoelectric actuator, when a portion for realizing a light transmission path is provided separately from the portion where the internal electrodes 16a to 16h are laminated, the translucent piezoelectric The size of the actuator must be large. On the other hand, in this embodiment, since the light transmission path is provided in the internal electrode laminated portion for driving as the piezoelectric actuator, the translucent piezoelectric actuator 11 as the piezoelectric actuator having the built-in light transmission path is provided. Miniaturization can be achieved.

図1(a)に戻り、本実施形態では、第2の固定部9側にも、透光性圧電アクチュエータ12が固定されているが、透光性圧電アクチュエータ12は、上記透光性圧電アクチュエータ11と同様に構成されている。また、透光性圧電アクチュエータ12においても、固定部9に接合されている側とは反対側の面に透光性密着膜14が積層されており、該透光性密着膜14の外側面が本発明における第2の平面14aを構成している。   Returning to FIG. 1A, in the present embodiment, the translucent piezoelectric actuator 12 is also fixed to the second fixing portion 9 side, but the translucent piezoelectric actuator 12 is the above translucent piezoelectric actuator. 11 is configured in the same manner. Also in the translucent piezoelectric actuator 12, a translucent adhesive film 14 is laminated on the surface opposite to the side bonded to the fixing portion 9, and the outer surface of the translucent adhesive film 14 is This constitutes the second flat surface 14a in the present invention.

上記透光性密着膜13,14は、それぞれ、透光性圧電アクチュエータ11,12よりも第2または第1の平面に対する密着性に優れた柔軟性を有する材料からなる。このような透光性密着膜13,14を構成する材料としては、ポリイミド、ポリカーボネートなどが挙げられる。   The translucent adhesive films 13 and 14 are made of a material having flexibility superior in adhesiveness to the second or first plane than the translucent piezoelectric actuators 11 and 12, respectively. Examples of the material constituting the translucent adhesive films 13 and 14 include polyimide and polycarbonate.

上記透光性密着膜13,14の屈折率は、圧電体15を構成する圧電体材料と同じであることが望ましい。屈折率が同じであれば、第1の光ファイバー4や第4の光ファイバー7から入射してきた光が、透光性密着膜13,14において向きを変えないため、本発明に従って確実に第3または第2の光ファイバーに導くことができる。   The refractive index of the translucent adhesive films 13 and 14 is desirably the same as that of the piezoelectric material constituting the piezoelectric body 15. If the refractive indexes are the same, the light incident from the first optical fiber 4 or the fourth optical fiber 7 does not change its direction in the translucent adhesive films 13 and 14, so that the third or the third is reliably performed according to the present invention. 2 optical fibers.

もっとも、第1,第2の透光性密着膜13,14の屈折率は、圧電体15の屈折率と異なっていてもよく、その場合には、屈折率差に応じた光の進行方向の変化を考慮して、第3,第4の光ファイバー6,5の圧電体15の主面15aに対する角度を調整すればよい。   However, the refractive indexes of the first and second light-transmitting adhesive films 13 and 14 may be different from the refractive index of the piezoelectric body 15, and in that case, the light traveling direction in accordance with the refractive index difference. In consideration of the change, the angle of the third and fourth optical fibers 6 and 5 with respect to the main surface 15a of the piezoelectric body 15 may be adjusted.

次に、上記光スイッチ1の動作を説明する。透光性圧電アクチュエータ11,12は、電圧を印加した際に、圧電効果により内部電極積層方向に延びた状態と、縮んだ状態とを実現する。図1(a)では、圧電アクチュエータ11,12に電圧を印加し、両圧電アクチュエータ11,12が内部電極積層方向すなわち厚み方向に延びた状態とされている。この場合、圧電アクチュエータ11,12の外側面に積層された透光性密着膜13,14が強固に密着する。この状態が前述した第2の光路状態である。透光性密着膜13,14が強固に密着しているため、第1の光ファイバー4から入射された光は、第1の固定部8を通り、第1の透光性圧電アクチュエータ11内に導かれる。この光は、第1の透光性圧電アクチュエータ11内の光伝達路を通り、第1の透光性密着膜13の外側面である第1の平面13aに至る。そして、第1,第2の透光性密着膜13,14が透光性圧電アクチュエータ11,12の圧電体材料とほぼ等しい屈折率を有するため、光はそのまま直進し、第2の透光性密着膜14を通過し、第2の透光性圧電アクチュエータ12内の光伝達路を進行し、第1の光ファイバー4の延びる方向の延長上に位置している第3の光ファイバー6に導かれる。   Next, the operation of the optical switch 1 will be described. The translucent piezoelectric actuators 11 and 12 realize a state where they are extended in the internal electrode stacking direction and a state where they are contracted due to the piezoelectric effect when a voltage is applied. In FIG. 1A, a voltage is applied to the piezoelectric actuators 11 and 12, and both the piezoelectric actuators 11 and 12 extend in the internal electrode lamination direction, that is, the thickness direction. In this case, the translucent adhesion films 13 and 14 laminated on the outer surfaces of the piezoelectric actuators 11 and 12 are firmly adhered. This state is the second optical path state described above. Since the translucent adhesive films 13 and 14 are firmly adhered, the light incident from the first optical fiber 4 passes through the first fixing portion 8 and is guided into the first translucent piezoelectric actuator 11. It is burned. This light passes through the light transmission path in the first light transmissive piezoelectric actuator 11 and reaches the first flat surface 13 a that is the outer surface of the first light transmissive adhesive film 13. Since the first and second light-transmitting adhesive films 13 and 14 have a refractive index substantially equal to that of the piezoelectric material of the light-transmitting piezoelectric actuators 11 and 12, the light travels straight as it is and the second light-transmitting property is reached. It passes through the adhesion film 14, travels through the light transmission path in the second light transmitting piezoelectric actuator 12, and is guided to the third optical fiber 6 positioned on the extension in the extending direction of the first optical fiber 4.

他方、第4の光ファイバー7から入射してきた光も同様に直進し、第4の光ファイバー7の延長方向に延ばされている第2の光ファイバー5に導かれる。この状態が第2の光路状態である。   On the other hand, the light incident from the fourth optical fiber 7 travels straight in the same manner and is guided to the second optical fiber 5 that extends in the extending direction of the fourth optical fiber 7. This state is the second optical path state.

次に、第1,第2の透光性圧電アクチュエータ11,12に逆極性の電圧を印加すると、第1,第2の透光性圧電アクチュエータ11,12は、図3に示すように厚み方向、すなわち内部電極積層方向に縮むことになる。そのため、第1,第2の透光性密着膜13,14の外側面の間に空隙Cが生じる。すなわち、第1の平面13aと第2の平面14aとが乖離された状態となる。この状態が第1の光路状態である。   Next, when voltages having opposite polarities are applied to the first and second translucent piezoelectric actuators 11 and 12, the first and second translucent piezoelectric actuators 11 and 12 are arranged in the thickness direction as shown in FIG. That is, it shrinks in the internal electrode lamination direction. Therefore, a gap C is generated between the outer surfaces of the first and second translucent adhesive films 13 and 14. That is, the first plane 13a and the second plane 14a are separated from each other. This state is the first optical path state.

第1の光路状態では、第1の光ファイバー4から入射してきた光は、第1の透光性圧電アクチュエータ11内の光伝達路を通り、第1の透光性密着膜13の外側面である第1の平面13aに至る。第1の平面13aにおいては、外側には空気が存在することになるため、光は第1の平面13aで全反射する。そして、第1,第2の光ファイバー4,5が、前述したように、第1の平面13aに直交する仮想線に対して等しい角度をなすように配置されているため、反射された光は第2の光ファイバー5に導かれる。同様に、第4の光ファイバー7から入射されてきた光も、透光性密着膜14の前述した第2の平面14aで全反射し、第3の光ファイバー6に導かれる。   In the first optical path state, the light incident from the first optical fiber 4 passes through the light transmission path in the first translucent piezoelectric actuator 11 and is the outer surface of the first translucent adhesive film 13. It reaches the first plane 13a. In the first plane 13a, air exists outside, so that the light is totally reflected by the first plane 13a. And since the 1st, 2nd optical fibers 4 and 5 are arrange | positioned so that it may make an equal angle with respect to the virtual line orthogonal to the 1st plane 13a as mentioned above, the reflected light is 1st. 2 to the optical fiber 5. Similarly, the light incident from the fourth optical fiber 7 is totally reflected by the above-described second plane 14 a of the translucent adhesive film 14 and guided to the third optical fiber 6.

従って、本実施形態の光スイッチ1では、透光性圧電アクチュエータ11,12に加える電圧の極性を変更することにより、第1の光路状態から第2の光路状態に、あるいは第2の光路状態から第1の光路状態に容易に切り換えることができる。そして、上記光路状態の切り換えに際して、透光性圧電アクチュエータ11,12自体が光伝達路を内蔵しているため、言い換えれば透光性圧電アクチュエータ11,12により他の光学部材を駆動して光路を変更する必要がないため、大幅な小型化を進めることができる。また、他の光学部材を駆動する必要がないため、光スイッチ1では、構造の簡略化も図られる。   Therefore, in the optical switch 1 of the present embodiment, the polarity of the voltage applied to the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 is changed to change from the first optical path state to the second optical path state or from the second optical path state. It is possible to easily switch to the first optical path state. At the time of switching the optical path state, the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 themselves have a built-in light transmission path. In other words, another optical member is driven by the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 to change the optical path. Since there is no need to change, significant downsizing can be promoted. Further, since it is not necessary to drive other optical members, the structure of the optical switch 1 can be simplified.

加えて、他の光学部材を圧電アクチュエータで駆動する場合には、応答速度は、他の光学部材を物理的に駆動する必要があるため圧電アクチュエータ自体の応答速度よりも低くなりがちであるのに対し、本実施形態では、圧電アクチュエータである透光性圧電アクチュエータ11,12自体が変位して光路が変更されるため、応答速度も改善される。   In addition, when another optical member is driven by a piezoelectric actuator, the response speed tends to be lower than the response speed of the piezoelectric actuator itself because the other optical member must be physically driven. On the other hand, in this embodiment, since the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 themselves, which are piezoelectric actuators, are displaced and the optical path is changed, the response speed is also improved.

従来の静電式光スイッチでは、応答速度は1〜10μ秒と遅いだけでなく、駆動電圧も数十Vと高かった。これに対して、本実施形態の光スイッチ1では、 応答速度は0.02〜0.1μ秒と極めて速い。また、透光性圧電アクチュエータ11,12は、上記積層型圧電体からなるため、数Vと極めて低い電圧で駆動させることができる。   In the conventional electrostatic optical switch, not only the response speed is slow as 1 to 10 μs, but also the driving voltage is as high as several tens of volts. On the other hand, in the optical switch 1 of the present embodiment, the response speed is as extremely fast as 0.02 to 0.1 μsec. Further, since the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 are made of the laminated piezoelectric material, they can be driven with an extremely low voltage of several volts.

よって、本実施形態によれば、小型であり、構造が簡略化されて安価に構成することができ、しかも応答速度に優れた光スイッチ1を提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide the optical switch 1 that is small in size, can be configured inexpensively, and has an excellent response speed.

図4は、上記実施形態の光スイッチ1の変形例を示す模式的平面図である。図4に示す光スイッチ21では、第1の固定部材2側にのみ透光性圧電アクチュエータ11が固定されており、第2の固定部材3側には透光性圧電アクチュエータは設けられていない。すなわち、石英などの透光性材料からなる固定部9の平面部9c上に透光性密着膜14が直接積層されている。このように、本発明においては、透光性圧電アクチュエータは、第1の固定部材にのみ設けられていてもよい。   FIG. 4 is a schematic plan view showing a modification of the optical switch 1 of the above embodiment. In the optical switch 21 shown in FIG. 4, the translucent piezoelectric actuator 11 is fixed only on the first fixing member 2 side, and the translucent piezoelectric actuator is not provided on the second fixing member 3 side. That is, the light-transmitting adhesive film 14 is directly laminated on the flat portion 9c of the fixing portion 9 made of a light-transmitting material such as quartz. Thus, in this invention, the translucent piezoelectric actuator may be provided only in the 1st fixing member.

また、図1及び図4では、上記透光性密着膜13,14が設けられていたが、透光性密着膜13,14が用いられずともよい。その場合には、上記第1の平面及び第2の平面は、図1の透光性圧電アクチュエータ11の主面15d及び透光性圧電アクチュエータ12の外側主面により構成されることになる。また、図4に示す第2の固定部材3においては、平面部9cが前述した「第2の平面」を構成することになる。   In FIGS. 1 and 4, the translucent adhesive films 13 and 14 are provided. However, the translucent adhesive films 13 and 14 may not be used. In that case, the first plane and the second plane are constituted by the main surface 15d of the translucent piezoelectric actuator 11 and the outer main surface of the translucent piezoelectric actuator 12 of FIG. Further, in the second fixing member 3 shown in FIG. 4, the plane portion 9 c constitutes the “second plane” described above.

もっとも、好ましくは、上記のように透光性密着膜13,14を用いることにより、直進してきた光を漏洩・散乱させることなく、第1,第2の固定部材側から第2,第1の固定部材側に直進させることができ、望ましい。   However, preferably, by using the light-transmitting adhesive films 13 and 14 as described above, the second and first fixing members from the first and second fixing members are not leaked and scattered without being leaked or scattered. It can be moved straight to the fixed member side, which is desirable.

図5は、本発明の第2の実施形態としての多チャンネル型光スイッチを示す模式的平面図である。多チャンネル型光スイッチ31では、複数の第1の実施形態に係る光スイッチ1が直列及び並列に接続されている。このように、複数の光スイッチ1を直列及び/または並列に接続することにより、多チャンネル型光スイッチを本発明により構成することができる。この場合、各光スイッチ1が、小型でありかつ応答速度に優れているため、多数の光スイッチ1を用いて構成された多チャンネル型光スイッチ31においても、小型化及び応答速度の向上を期待することができる。   FIG. 5 is a schematic plan view showing a multi-channel optical switch as a second embodiment of the present invention. In the multi-channel optical switch 31, a plurality of optical switches 1 according to the first embodiment are connected in series and in parallel. Thus, a multi-channel type optical switch can be configured according to the present invention by connecting a plurality of optical switches 1 in series and / or in parallel. In this case, since each optical switch 1 is small in size and excellent in response speed, the multi-channel optical switch 31 configured using a large number of optical switches 1 is also expected to be downsized and improved in response speed. can do.

なお、上記のような透光性圧電アクチュエータを構成する透光性のセラミック材料としては、Pb(Zr,Ti)系固溶体にLa23を添加した組成のものを例示することができる。 As the light-transmitting ceramic material constituting the light transmitting piezoelectric actuator as described above can be exemplified by the composition with the addition of La 2 O 3 in Pb (Zr, Ti) solid solution.

次に、上記透光性圧電アクチュエータを得るための積層型圧電体の製造方法についての具体的な実験例を説明する。まず、前述したPb(Zr,Ti)系固溶体にLa23を添加した組成のセラミック粉末を用い、セラミックスラリーを得た。このセラミックスラリーを用いて10μmの厚みのセラミックグリーンシートを作製した。そして、上記セラミックグリーンシート上に、Ptペーストを印刷し、内部電極パターンを印刷した。内部電極パターンの印刷に際しては、上記窓部Bが形成されるようにPtペーストを印刷した。次に、内部電極ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを複数枚積層し、上下に無地のセラミックグリーンシートを積層し、冷間静水圧プレスにより加圧し、積層体を得た。 Next, a specific experimental example of a method for manufacturing a laminated piezoelectric body for obtaining the translucent piezoelectric actuator will be described. First, a ceramic slurry was obtained by using ceramic powder having a composition in which La 2 O 3 was added to the Pb (Zr, Ti) -based solid solution described above. A ceramic green sheet having a thickness of 10 μm was prepared using this ceramic slurry. Then, a Pt paste was printed on the ceramic green sheet, and an internal electrode pattern was printed. In printing the internal electrode pattern, a Pt paste was printed so that the window B was formed. Next, a plurality of ceramic green sheets on which the internal electrode paste was printed were laminated, plain ceramic green sheets were laminated on the top and bottom, and pressed by a cold isostatic press to obtain a laminate.

上記積層体を、O2及びPbO雰囲気中において焼成し、内部電極以外が透明な圧電体を得た。次に、一対の外部電極17,18を形成し、積層型の圧電体15を得た。 The laminate was fired in an O 2 and PbO atmosphere to obtain a piezoelectric body that was transparent except for the internal electrodes. Next, a pair of external electrodes 17 and 18 were formed to obtain a laminated piezoelectric body 15.

そして、上記積層型の圧電体15の外部電極17,18が形成されている面を結ぶ方向に、すなわち内部電極と平行な方向に応力を加え、500℃で120分間熱処理し、1℃/分以下の降温速度で500℃から200℃まで徐冷した。この徐冷に際しては、比較のために、上記応力を付加せずに熱処理を施した圧電体と、応力を付加せず、かつ上記熱処理を施さなかった圧電体を別途用意した。   Then, stress is applied in a direction connecting the surfaces on which the external electrodes 17 and 18 of the multilayer piezoelectric body 15 are formed, that is, in a direction parallel to the internal electrodes, and heat treatment is performed at 500 ° C. for 120 minutes, and 1 ° C./minute. It was gradually cooled from 500 ° C. to 200 ° C. at the following temperature drop rate. In this slow cooling, for comparison, a piezoelectric body that was heat-treated without applying the stress and a piezoelectric body that was not subjected to the stress and not subjected to the heat treatment were separately prepared.

上記応力下で熱処理し、徐冷した圧電体と、上記熱処理及び応力を付加していない圧電体の結晶構造をX線回折により調べた。   The crystal structure of the piezoelectric body heat-treated and slowly cooled under the stress and the piezoelectric body not subjected to the heat treatment and stress were examined by X-ray diffraction.

しかる後、応力下で熱処理及び徐冷を施した圧電体の両主面に電極を設け、高電圧を印加し、分極した。次に、第1,第2の内部電極に導通する外部電極17,18に高電圧を印加し、分極した。両主面の分極用電極は分極後に除去した。このようにして、上記透光性圧電アクチュエータ11を作製した。比較例としての熱処理及び応力を付加していない履歴の圧電体についても、同様に分極処理を行い、透光性圧電アクチュエータを作製した。   Thereafter, electrodes were provided on both principal surfaces of the piezoelectric body that had been subjected to heat treatment and slow cooling under stress, and a high voltage was applied for polarization. Next, a high voltage was applied to the external electrodes 17 and 18 connected to the first and second internal electrodes to polarize them. The polarization electrodes on both main surfaces were removed after polarization. Thus, the translucent piezoelectric actuator 11 was produced. As a comparative example, the piezoelectric body having a history of heat treatment and no stress applied thereto was similarly subjected to polarization treatment, and a translucent piezoelectric actuator was manufactured.

上記500℃で120分間応力下で熱処理し、徐冷して得られた圧電体では、X線回折の結果、図6に示すように(001)面に大きく配向していた。これに対して、比較のために用意した応力及び熱処理を付加しなかった圧電体では(001)面の配向が小さいことがわかる。この(001)面への配向度を、配向度(001)=(001)/{(001)+(100)}×100(%)とした場合、熱処理・徐冷した圧電体では001面への配向度は53%であり、比較のために用意した圧電体では41%に過ぎなかった。   As a result of X-ray diffraction, the piezoelectric body obtained by heat treatment under stress for 120 minutes at 500 ° C. and slow cooling was greatly oriented in the (001) plane as shown in FIG. On the other hand, it is understood that the orientation of the (001) plane is small in the piezoelectric body prepared for comparison without stress and heat treatment. When the degree of orientation on the (001) plane is set to (001) = (001) / {(001) + (100)} × 100 (%), the piezoelectric body that has been heat-treated and gradually cooled to the 001 plane. The degree of orientation was 53%, and the piezoelectric material prepared for comparison was only 41%.

また、応力下で熱処理し、徐冷した圧電体と、応力を付加せずに熱処理した圧電体とを別途比較したところ、(001)面への配向度は、応力下で熱処理し、徐冷した圧電体では60%であり、応力を付加せずに熱処理した圧電体では52%であった。   Moreover, when the piezoelectric body heat-treated under stress and annealed slowly was compared with the piezoelectric body heat-treated without applying stress, the degree of orientation to the (001) plane was determined by heat-treating under stress and annealing. The piezoelectric body was 60%, and the piezoelectric body heat-treated without applying stress was 52%.

従って、上記のように応力下で熱処理された圧電体を用いることにより、透光性圧電アクチュエータ11,12において、より低電圧で駆動でき、かつ大きな変位量を確実に得ることができることがわかる。   Therefore, it can be seen that by using the piezoelectric body heat-treated under stress as described above, the translucent piezoelectric actuators 11 and 12 can be driven at a lower voltage and a large displacement can be obtained reliably.

次に、上記のようにして応力下で熱処理した圧電体と、応力下で熱処理しなかった圧電体の透光度を測定した。その結果、応力下で熱処理しなかった圧電体15では透光度は63%であったのに対し、上記応力下で熱処理した圧電体15では透光度は70%であり、透光度も7%高めることができた。従って、透光性圧電アクチュエータにおける光の伝搬損失も低減し得ることがわかる。   Next, the translucency of the piezoelectric body heat-treated under stress as described above and the piezoelectric body not heat-treated under stress were measured. As a result, the transmissivity of the piezoelectric body 15 that was not heat-treated under stress was 63%, whereas the translucency of the piezoelectric body 15 that was heat-treated under the stress was 70%, and the translucency was also high. 7% increase. Therefore, it can be seen that the light propagation loss in the translucent piezoelectric actuator can also be reduced.

(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る光スイッチの平面図及び該光スイッチに用いられている透光性圧電アクチュエータ及び透光性密着膜を示す正面断面図。(A) And (b) is front sectional drawing which shows the top view of the optical switch which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the translucent piezoelectric actuator and translucent adhesion film which are used for this optical switch. (a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態で用いられている透光性圧電アクチュエータの各平面断面図。(A) And (b) is each plane sectional drawing of the translucent piezoelectric actuator used in the 1st Embodiment of this invention. 第1の光路状態にあるときの第1の実施形態の光スイッチを示す平面図。The top view which shows the optical switch of 1st Embodiment when it exists in a 1st optical path state. 第1の実施形態の光スイッチの変形例を示す平面図。The top view which shows the modification of the optical switch of 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態としての多チャンネル型光スイッチを示す模式的平面図。FIG. 5 is a schematic plan view showing a multi-channel optical switch as a second embodiment of the present invention. 熱処理が再度施された圧電体及び熱処理が再度施されていない圧電体のX線回折結果を示す図。The figure which shows the X-ray-diffraction result of the piezoelectric material to which heat processing was performed again, and the piezoelectric material which has not been heat-processed again. 従来の光スイッチの一例を説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating an example of the conventional optical switch. 従来の光スイッチの他の例を説明するための略図的平面図。The schematic plan view for demonstrating the other example of the conventional optical switch.

符号の説明Explanation of symbols

1…光スイッチ
2…第1の固定部材
3…第2の固定部材
4…第1の光ファイバー(第1の光伝搬路)
5…第2の光ファイバー(第2の光伝搬路)
6…第3の光ファイバー(第3の光伝搬路)
7…第4の光ファイバー(第4の光伝搬路)
8…固定部
8a,8b…傾斜面
8c…平面部
9…固定部
9a,9b…傾斜面
9c…平面部
11,12…第1,第2の透光性圧電アクチュエータ
13,14…透光性密着膜
13a…第1の平面
14a…第2の平面
15…圧電体
15a,15b…端面
15c,15d…主面
16a〜16h…内部電極
17,18…外部電極
B…窓部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical switch 2 ... 1st fixing member 3 ... 2nd fixing member 4 ... 1st optical fiber (1st optical propagation path)
5 ... Second optical fiber (second optical propagation path)
6 ... Third optical fiber (third optical propagation path)
7: Fourth optical fiber (fourth optical propagation path)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Fixed part 8a, 8b ... Inclined surface 8c ... Flat surface part 9 ... Fixed part 9a, 9b ... Inclined surface 9c ... Flat surface part 11, 12 ... 1st, 2nd translucent piezoelectric actuator 13, 14 ... Translucent Adhesion film 13a ... first plane 14a ... second plane 15 ... piezoelectric bodies 15a, 15b ... end faces 15c, 15d ... main surfaces 16a-16h ... internal electrodes 17, 18 ... external electrodes B ... window

Claims (8)

第1の光伝搬路から入射した光を、第2光伝搬路または第3光伝搬路に伝搬させることを可能とする光スイッチであって、
第1の光伝搬路と第2の光伝搬路とが固定されており、第1の光伝搬路から入射された光が反射されて第2の光伝搬路に導かれ得るように設けられた反射面としての第1の平面を有する第1の固定部材と、
第3の光伝搬路が固定されており、前記第1の光伝搬路から入射してきた光が前記第1の平面で反射されずに、該第1の平面を超えて伝搬してきたときに入射される入射面としての第2の平面を有し、該第2の平面から入射した光が第3の光伝搬路に導かれるように構成されている第2の固定部材と、
前記第1の固定部材が、電圧の印加の有無により、圧電効果により伸縮する透光性圧電アクチュエータを有し、該透光性圧電アクチュエータが、第1の光伝搬路から入射してきた光を前記第1の平面に伝搬させる光伝達路、第1の平面で反射された光を第2の光伝搬路に導く光伝達路を有し、電圧印加の有無により、前記第1の平面を第2の固定部材の第2の平面から乖離し、前記第1の平面で前記光が反射される第1の光路状態と、前記第1の平面が第2の固定部材の第2の平面に密着し、前記第1の平面で光が反射されず第3の光伝搬路に導かれる第2の光路状態とをとり得るように構成されていることを特徴とする、光スイッチ。
An optical switch capable of propagating light incident from a first optical propagation path to a second optical propagation path or a third optical propagation path,
The first light propagation path and the second light propagation path are fixed, and provided so that the light incident from the first light propagation path can be reflected and guided to the second light propagation path A first fixing member having a first plane as a reflective surface;
The third light propagation path is fixed, and the light incident from the first light propagation path is not reflected by the first plane, but is incident when the light propagates beyond the first plane. A second fixing member configured to have a second plane as an incident surface and configured to guide light incident from the second plane to the third light propagation path;
The first fixing member includes a translucent piezoelectric actuator that expands and contracts due to a piezoelectric effect depending on whether or not a voltage is applied, and the translucent piezoelectric actuator transmits light incident from a first light propagation path. An optical transmission path for propagating to the first plane; and an optical transmission path for guiding the light reflected by the first plane to the second optical propagation path. And the first optical path state in which the light is reflected by the first plane and the first plane is in close contact with the second plane of the second fixing member. An optical switch configured to be able to assume a second optical path state in which light is not reflected by the first plane and is guided to a third optical propagation path.
前記第2の固定部材に、第2の透光性圧電アクチュエータが配置されており、該第2の透光性圧電アクチュエータは、前記第2の平面から第2の光路状態において入射してきた光を第3の光伝搬路に導く光伝達路を有する、請求項1に記載の光スイッチ。   A second translucent piezoelectric actuator is disposed on the second fixing member, and the second translucent piezoelectric actuator receives light incident in the second optical path state from the second plane. The optical switch according to claim 1, further comprising an optical transmission path that leads to a third optical propagation path. 前記第2の固定部材に、第4の光伝搬路が固定されており、かつ前記第1の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射してきた光が第2の固定部材の前記第2の平面において反射されて前記第3の光伝搬路に導かれ、前記第2の光路状態にあるときには、第4の光伝搬路から入射してきた光が、上記第2の平面及び第1の固定部材の第1の平面を通って、第2の光伝搬路に導かれるように構成されている、請求項1に記載の光スイッチ。   When the fourth light propagation path is fixed to the second fixing member and is in the first optical path state, the light incident from the fourth light propagation path is the second fixing member. When reflected in the second plane and guided to the third optical propagation path and in the second optical path state, the light incident from the fourth optical propagation path is the second plane and the first optical path. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch is configured to be guided to the second optical propagation path through the first plane of the fixing member. 前記第2の固定部材に、第2の透光性圧電アクチュエータが配置されており、該第2の透光性圧電アクチュエータは、第4の光伝搬路から入射してきた光を前記第2の平面に導く光伝達路と、前記第2の光路状態において前記第2の平面から第3の光伝搬路に導かれる光を伝達させる光伝達路とを有する、請求項3に記載の光スイッチ。   A second translucent piezoelectric actuator is disposed on the second fixing member, and the second translucent piezoelectric actuator transmits light incident from a fourth light propagation path to the second plane. The optical switch according to claim 3, further comprising: a light transmission path that guides light guided to the third light propagation path from the second plane in the second optical path state. 前記透光性圧電アクチュエータが、対向し合う一対の主面を有する圧電体と、前記圧電体の一対の主面間において、圧電体層を介して重なり合うように配置された複数の内部電極とを有する積層型圧電体を備え、該積層型圧電体において、前記複数の内部電極のうち、少なくとも一部の内部電極に、複数の前記光伝達路を形成するための窓部が形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光スイッチ。   The translucent piezoelectric actuator includes a piezoelectric body having a pair of opposing main surfaces, and a plurality of internal electrodes arranged so as to overlap with each other via the piezoelectric layer between the pair of main surfaces of the piezoelectric body. A laminated piezoelectric body having at least a part of the plurality of internal electrodes formed with windows for forming the plurality of light transmission paths. The optical switch according to claim 1, wherein: 前記第1の固定部材に設けられた透光性圧電アクチュエータの一面に、該透光性圧電アクチュエータよりも第2の固定部材の第2の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されており、該透光性密着膜の外側の面が前記第1の平面である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光スイッチ。   A translucent material made of a material having excellent adhesion to the second plane of the second fixing member on one surface of the translucent piezoelectric actuator provided on the first fixing member. The optical switch according to claim 1, wherein an adhesive film is formed, and an outer surface of the translucent adhesive film is the first plane. 前記第1の平面に対向している前記第2の固定部材面に、透光性圧電アクチュエータよりも前記第1の固定部材の前記第1の平面への密着性に優れた材料からなる透光性密着膜が形成されており、該透光性密着膜の外側の面が前記第2の平面である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の光スイッチ。   A translucent material made of a material having better adhesion to the first plane of the first fixing member than the translucent piezoelectric actuator on the surface of the second fixing member facing the first plane. The optical switch according to any one of claims 1 to 6, wherein an adhesive film is formed, and an outer surface of the translucent adhesive film is the second plane. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の光スイッチを複数備え、複数の光スイッチが直列及び/または並列に接続されていることを特徴とする、多チャンネル型光スイッチ。
A multi-channel optical switch comprising a plurality of the optical switches according to claim 1, wherein the plurality of optical switches are connected in series and / or in parallel.
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