JPH04237002A - センサ一体形液注入・排出機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信システムに用い
られるマトリクス光スイッチの交差点部に設けた微小間
隙に、光導波路コアの屈折率と近似した屈折率を持つ屈
折率整合液を注入、排出する液注入・排出機構に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムへの適用を狙いに、マト
リクス光導波路の交差点部に設けた微小間隙に屈折率の
異なる物質を入れ替え光路を切替える小形で低損失な大
規模マトリクス光スイッチが提案されている（特願昭６
２−２０４８４５）。このマトリクス光スイッチの微小
間隙（以下差点溝）は、透過損失を低減する観点から幅
十μｍ程度で形成されており、差点溝ピッチも数百μｍ
程度と高密度配置されている。従って、このようなマト
リクス光スイッチの差点溝に液を注入、排出する液注入
機構には目的の差点溝を検出し、その差点溝に微小量の
液を精度良く注入、排出することが要求される。さらに
、システムの信頼性を確保するため、液の注入、排出が
目的の差点溝に対して行われたか否かの検証が要求され
る。

【０００３】このような要求条件を単体の機構もしくは
装置で満たした従来例は見あたらない。現状技術の組み
合わせで考えられる構成としては、半田やエポキシ樹脂
の注入を行うディスペンサと差点溝検出用のＣＣＤカメ
ラを組み合わせた構成が考えられる。図７の（ａ）は、
この組み合わせにより構成した従来例を示す図であって
、７１はｚ移動機構、７２はｘｙ移動ステ−ジ、７３は
ＣＣＤカメラ、７３ａはＣＣＤカメラ７３の光軸、７４
はＣＲＴ、７５はディスペンサ、７６は注入排出ノズル
、７６ａは注排出軸、７７は配管、２３はポンプである
。

【０００４】光導波路１７上に設けられた目的の差点溝
２０への位置決めは、同図の（ｂ）に示す如くまずｚ移
動機構７１により差点溝２０に白色照明光４ＡとしてＣ
ＣＤカメラ７３の焦点を合わせた後、ｘｙ移動ステ−ジ
７２を移送し、ＣＲＴ７４上に捕えた画像をもとに、目
的の差点溝２０を検出し位置決めする。次に、この目的
の差点溝２０へ液を注入、排出するため、ＣＣＤカメラ
７３の光軸７３ａと注入排出ノズル７６の注排出軸７６
ａとのオフセット量δだけｘｙ移動ステ−ジ７２を移送
して、注排出軸７６ａを差点溝２０中心に位置決めした
後、ポンプ２３で配管７７を加圧し、注入排出ノズル７
６から液２２を差点溝２０へ注入する。液排出時も、注
入時と同様、ＣＣＤカメラ７３で目的の差点溝２０を検
出、位置決めした後、オフセット量δだけｘｙ移動ステ
−ジ７２を移送して注排出軸７６ａを差点溝２０に位置
決める。その後、ポンプ２３で減圧し、注入排出ノズル
７６で液を差点溝２０から排出する。

【０００５】このように本装置による液注入排出法では
、目的の差点溝２０を検出するＣＣＤカメラ７３の光軸
７３ａと液を注入、排出する注入排出ノズル７６の注排
出軸７６ａが不一致のため、目的の差点溝２０を検出後
、オフセット量δだけブラインドで液注入機構を送らな
ければならない。さらに、目的の差点溝２０への液注入
、排出状態の監視ができないため、高信頼な液の注入、
排出ができないという欠点がある。

【０００６】一方、バイオ関連の技術進展を背景に、先
の従来例でできなかった注入排出状態の監視ができる液
注入排出装置が開発されてきた。図８は顕微鏡と微動機
構付注入排出ノズルを組み合わせて構成した液注入排出
装置の従来例であって、８０は顕微鏡、８１はｘｙ試料
ステ−ジ、８２は対物レンズ、８３はｚ移動機構、８４
は注入排出ノズル用３次元微動台、８５が注入排出ノズ
ル、８５ａは注排出軸である。

【０００７】図８を用いて、光導波路の目的の差点溝へ
の位置決めと液注入排出方法を説明する。目的の差点溝
２０への位置決めは、ｘｙ試料ステ−ジ８１に搭載され
た光導波路１７の目的の差点溝２０に、顕微鏡８０の対
物レンズ８２の焦点をｚ移動機構８３で合わせた後、Ｃ
ＣＤカメラ７３で捕えたＣＲＴ７４上の画像をもとにｘ
ｙ試料ステ−ジ８１を移動させ、目的の差点溝２０を検
出する。次に、注入排出ノズル用３次元微動台８４を用
いて、顕微鏡８０の対物レンズ８２の焦点に注入排出ノ
ズル８５より液を注入する。液の排出は、注入時と同様
に目的の差点溝２０に顕微鏡８０の対物レンズ８２の焦
点を合わせ、目的の差点溝２０を検出後、対物レンズ８
２の焦点に注入排出ノズル８５を位置決めし、ポンプ２
３により減圧して行う。

【０００８】このように本装置を用いた液注入排出法で
は、顕微鏡８０により注入排出状態の監視ができるとい
う利点を持つ。しかしながら、ＣＣＤカメラ７３の光軸
７３ａと注入排出ノズル８５の注排出軸８５ａが不一致
のため、対物レンズ８２に対する差点溝２０の位置決め
と注入排出ノズル８５への位置決めの合計２回の位置決
めを行わなければならない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた２つの従来
例は、いずれも装置の小形化が困難であり、またマニュ
アル操作でマトリクス状に配置された多数の差点溝から
目的の差点溝を検出しなけらばならない等、目的の差点
溝への位置決めの高速、高精度化、液注入排出の高信頼
化が図れないという欠点がある。

【００１０】本発明の目的は、目的の差点溝へ高速、高
精度に位置決めでき、高信頼な液注入排出が図れるセン
サ−体形液注入・排出機構を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１では２
次元マトリクス状に配置した光導波路と前記光導波路の
交差点部に前記光導波路の光軸と所定の角度を成す間隙
とを有したマトリクス光スイッチの前記間隙に、前記光
導波路コアの屈折率と近似した屈折率を持つ屈折率整合
液を注入し、もしくは前記間隙から前記屈折率整合液を
排出する液注入・排出機構において、前記間隙もしくは
その近傍に埋設した反射パタ−ンを照明する手段と、前
記反射パタ−ンを受光素子上に結像させる手段と、対物
レンズ中心に微細管を有し、前記微細管に液を注入，排
出する手段とを有するようにした。さらに、請求項２で
は前記対物レンズの内側に前記屈折率整合液と前記屈折
率整合液を蓄える液槽部とを有するようにした。さらに
、請求項３では焦点検出手段を具備した。

【００１２】

【作用】請求項１によれば、マトリクス光スイッチの間
隙もしくはその近傍に埋設した反射パタ−ンを照明し、
該反射パタ−ンを受光素子上に結像させ、この像に基づ
いて対物レンズ中心の微細管により間隙への液の注入，
排出を行う。請求項２によれば対物レンズ内の液槽部か
ら間隙への屈折率整合液の注入，排出を行う。請求項３
によれば、焦点検出手段により、焦点検出が行われ、反
射パタ−ンが受光素子上に結像される。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す構成図、図２
は差点位置決め方法を説明する図、図３は液注入排出を
説明する図である。図において、１は半導体レ−ザ、２
はコリメ−タレンズ、３はビ−ム整形プリズム、４は直
線偏光平行ビ−ム、４ａは円線偏光ビ−ム、５は全反射
プリズム、６は平行ビ−ムの光軸、７は偏光ビ−ムスプ
リッタ、８はλ／４板、９は透明ガラス板、１０はレン
ズホルダ、１１は対物レンズ、１２は透明な微細管、１
３は円偏光反射ビ−ム、１３ａは直線偏光反射ビ−ム、
１４は結像レンズ、１５はＣＣＤ素子、１６は透明配管
、１７はマトリクス光導波路、１８は光導波路１７に設
けた差点溝２０のアドレスを示す反射パタ−ン、１９は
差点溝２０近傍に設けた液溜、２０は差点溝、２１は液
槽、２２は屈折率整合液（以下液）、２３はポンプ、１
００，１０１はケ−シングである。

【００１４】本実施例における目的の差点溝への液注入
排出は、位置決めの緩和化による液注入機構の簡素化、
経済化および液注入排出の信頼性を向上させるため、差
点溝近傍に設けた液溜に位置決めし、この液溜を通じて
差点溝へ液を注入排出することにより行なう。以下、図
１および図２を用いて目的差点溝脇に設けた液溜への位
置決め方法を説明する。半導体レ−ザ１からの出射光は
、コリメ−タレンズ２、ビ−ム整形プリズム３を通過後
、円形に整形された直線偏光平行ビ−ム４に変換された
後、全反射プリズム５により９０度光路を折り曲げられ
、偏光ビ−ムスプリッタ７に入射する。ここで、全反射
プリズム５は、照射光学系の小形化のために用いたもの
であり、ｘ方向に半導体レ−ザ１、コリメ−タレンズ２
、ビ−ム整形プリズム３を平行ビ−ムの光軸６の一直線
上に配置しても良い。偏光ビ−ムスプリッタ７に入射し
た直線偏光平行ビ−ム４は、偏光ビ−ムスプリッタ７で
ｚ方向に全反射し、さらにλ／４板８で直線偏光平行ビ
−ム４から円偏光ビ−ム４ａに変換される。その後、こ
の円偏光ビ−ム４ａは、透明ガラス板９を通過してレン
ズホルダ１０に保持された対物レンズ１１により集光さ
れ、光導波路１７上の液溜１９に埋設した反射パタ−ン
１８を照射する。この照射された円偏光ビ−ム４ａの径
は、図２の（ａ）に示すように、反射パタ−ン１８より
若干大きなビ−ム径である。この反射パタ−ン１８から
反射した円偏光反射ビ−ム１３は、λ／４板８と偏光ビ
−ムスプリッタ７を通過後、先の往路の円偏光ビ−ム４
ａと９０度位相の異なる直線偏光反射ビ−ム１３ａに変
換され、偏光ビ−ムスプリッタ７を全透過する。この半
導体レ−ザ１の直線偏光平行ビ−ム４と偏光ビ−ムスプ
リッタ７、λ／４板８の偏光特性を組み合わせることに
より、反射パタ−ン１８からの帰還光による半導体レ−
ザ１の戻り光雑音の低減と、偏光ビ−ムスプリッタ７で
の光ビ−ムの全反射（往路）と全透過（復路）により光
の効率的利用が実現できる。この偏光ビ−ムスプリッタ
７から出射した直線偏光反射ビ−ム１３ａは、結像レン
ズ１４によりＣＣＤ素子１５上に反射パタ−ン１８を拡
大結像させる。図２（ｂ）に示すように、ＣＣＤ素子１
５上で捕えた反射パタ−ン１８の種類から差点溝２０の
アドレス位置を、反射パタ−ン１８の光重心位置を画像
処理により計算し、ＣＣＤ素子１５の光軸１５ａにパタ
−ン中心がくるよう液注入機構を移送することにより目
的の液溜１９に位置決めが行える。

【００１５】次に図３を用いて目的の差点溝へ液注入、
排出する方法を説明する。目的の差点溝２０への液注入
は、差点溝２０脇に設けた液溜１９へ位置決め後、液槽
２１内の液２２をポンプ２３で透明配管１６、微細管１
２を介して送出し、液溜１９に液２２を注入する。液溜
１９に注入された液２２ａは、液溜１９壁面もしくは底
面の表面張力と差点溝２０の表面張力により差点溝２０
内に自然注入される。この時、液溜１９への液注入は、
微細管先端１２ａで球状になった液２２ａを、注入先で
ある液溜１９の壁面もしくは底面に接触させて行う。ま
た差点溝２０からの液排出は、液溜１９へ位置決め後、
微細管１２を液溜１９の液２２ｂ中に入れ、ポンプ２３
により透明配管１６、微細管１２内を負圧にし、微細管
１２を通じて差点溝２０の液を吸引、排出する。

【００１６】透明配管１６は、透明ガラス板９に透明の
接着剤等で固定されており、また対物レンズ１１の中心
に配置した微細管１２も透明材質製なので、透明配管１
６、微細管１２は結像特性に及ぼす影響はほとんどない
。ここで、透明とは、対物レンズ１１の屈折率とほぼ等
しい屈折率を有し、かつ吸収がないことを指す。

【００１７】図４は、他の実施例を示すものであって、
４１は屈折率整合液槽、４２は微小体積変化素子である
。本実施例では、対物レンズ１１の内側に屈折率整合液
槽４１と屈折率整合液槽４１内に微小体積変化素子４２
を設け、微小体積変化素子４２の体積変化を利用するこ
とにより微量液の注入排出を行う例である。目的の差点
溝脇に設けた液溜への位置決め方法は、第１の実施例と
同じであるので説明は省略し、微量液の注入排出方法の
み説明する。屈折率整合液槽４１内に設けた微小体積変
化素子４２の体積を微小量増加させると、屈折率整合液
槽４１と微細管先端１２ａ間に圧力差が生じ、屈折率整
合液槽４１内の液２２が微細管１２内を流れる。流れ出
た液は、微細管先端１２ａで体積変化分の相当する容量
の球状液滴２２ａとなるので、微小量の液量コントロ−
ルができる。目的の差点溝２０への液注入は、第１の実
施例と同じく液溜の壁面や差点溝の表面張力により行う
。次に目的の差点溝２０からの液排出は、注入と逆の操
作、すなわち注入時に微小量増加させた微小体積変化素
子４２の体積を元に戻すことにより、先に注入した量と
同量の液を吸引することにより行う。

【００１８】図５は、図４で示した実施例に焦点検出機
能を付与した他の実施例であり、図６は焦点検出機能を
説明する図である。図において、５０は臨界角プリズム
、５１は臨界角プリズム５０への入射光、５１ａは臨界
角プリズム５０への入射光の光軸、５２はしゅうれん光
、５２ａはしゅうれん光５２の光軸５１ａより上部の光
、１５ＬはＣＣＤ素子１５上の左面、１５ＲはＣＣＤ素
子１５上の右面、５３は発散光、５３ａは発散光５３の
光軸５１ａの下部の光である。

【００１９】本実施例における差点位置決め方法、液注
入排出方法は、先の実施例と同じであるため説明を省略
し、焦点検出方法について以下説明する。図５において
、反射パタ−ン１８から反射し偏光ビ−ムスプリッタ７
を全透過した直線偏光ビ−ム１３ａは、ある一定の角度
（臨界角θｃ）で作製された斜面を持つ臨界角プリズム
５０に入射する。臨界角プリズム５０に入射した光５１
は、焦点が合っているときには、臨界角プリズム５０で
全反射する（図６（ｂ））。

【００２０】反射パタ−ン１８が焦点位置より離れてい
る時は、臨界角プリズム５０に入射した光５１はしゅう
れん光５２となり、光軸５１ａより上部の光５２ａが臨
界角プリズム５０を透過し、その結果ＣＣＤ素子１５上
の右面１５Ｒが暗くなる（図６（ａ））。また逆に、反
射パタ−ン１８が焦点位置より近づくと、臨界角プリズ
ム５０に入射した光５１は発散光５３となり、光軸５１
ａの下部の光５３ａが臨界角プリズム５０を透過し、そ
の結果ＣＣＤ素子１５上の左面１５Ｌが暗くなる（図６
（ｃ））。従って、ＣＣＤ素子１５上の左右面の光量が
常に等しくなるようｚ方向に機構を微動すれば、焦点方
向の位置制御ができる。本実施例では臨界角法による焦
点検出法について述べたが、その他の焦点検出法として
、図５に示す結像レンズ１４の焦点位置ｆにナイフエッ
ジを配置し、焦点方向のずれを検出するナイフエッジ法
でも良い。なお、本実施例は図１に焦点検出機能を付与
した場合にも適用できる。

【００２１】以上述べた実施例では、光導波路上の反射
パタ−ンの照明光として半導体レ−ザのコヒ−レント光
を用いたが、ＬＥＤのようなインコヒ−レント光でもよ
く、その場合は先に述べた半導体レ−ザへの戻り光雑音
は関係ないので、実施例で述べた偏光ビ−ムスプリッタ
とλ／４板の組み合わせの代りに単純なビ−ムスプリッ
タを用いても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように請求項１乃至３によれ
ば、受光素子上の光軸と液の注排出軸が一致するよう構
成できるので、目的の差点溝への高速、高精度な位置決
めと高信頼な液注入排出が実現できる。また、請求項２
によれば機構をより小形化することができる。さらに請
求項３によれば、より高精度な位置決めと高信頼な液注
入排出が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す概略図

【図２】差点位置決め方法を説明する図

【図３】液注入
排出を説明する図

【図４】他の実施例を示す概略図

【図５】他の実施例を示す概略図

【図６】焦点検出を説明する図

【図７】従来の１例を示す概略図

【図８】従来の他の例を示す概略図

【符号の説明】

１…半導体レ−ザ、２…コリメ−タレンズ、３…ビ−ム
整形プリズム、５…全反射プリズム、７…偏光ビ−ムス
プリッタ、８…λ／４板、９…透明ガラス板、１０…レ
ンズホルダ、１１…対物レンズ、１２…微細管、１４…
結像レンズ、１５…ＣＣＤ素子、１６…透明配管、１７
…マトリクス光導波路、１８…反射パタ−ン、１９…液
溜、２０…差点溝、２１…液槽、２２…屈折率整合液、
２３…ポンプ、４１…屈折率整合液槽、４２…微小体積
変化素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２次元マトリクス状に配置した光導波
   路と前記光導波路の交差点部に前記光導波路の光軸と所
   定の角度を成す間隙とを有したマトリクス光スイッチの
   前記間隙に、前記光導波路コアの屈折率と近似した屈折
   率を持つ屈折率整合液を注入し、もしくは前記間隙から
   前記屈折率整合液を排出する液注入・排出機構において
   、前記間隙もしくはその近傍に埋設した反射パタ−ンを
   照明する手段と、前記反射パタ−ンを受光素子上に結像
   させる手段と、対物レンズ中心に微細管を有し、前記微
   細管に液を注入，排出する手段とを有することを特徴と
   するセンサ−体形液注入・排出機構。
2. 【請求項２】　　前記対物レンズの内側に前記屈折率整
   合液と前記屈折率整合液を蓄える液槽部とを有すること
   を特徴とする請求項１記載のセンサ−体形液注入・排出
   機構。
3. 【請求項３】　　焦点検出手段を具備したことを特徴と
   する請求項１または２記載のセンサ−体形液注入・排出
   機構。