(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体を検出するための螢光センサにおいて、
入射光に露呈された結果として電気信号を発生するための光検出器手段と、
励起光の結果として螢光を発するためのインジケータ手段であって、該インジケータ手段が前記検体を内部に拡散できる材料からなり、前記検体に対して特定的な発光インジケータ分子を有し、前記インジケータ分子を前記検体と反応させて前記インジケータ分子から放射された光から前記光検出器手段に入射した光の量を変化させる、前記インジケータ手段と、
少なくとも一部が前記インジケータ手段内に配置された励起光を発するための発光手段とを有し、
前記光検出器手段は光検出の主軸線を有し、前記発光手段からの光の主軸線を有し、前記光検出器手段及び前記発光手段は、前記発光手段からの光の主軸線が前記光検出器手段の光検出の主軸線に対してほぼ垂直となるように配置されており、前記光検出器手段、前記インジケータ手段、及び前記発光手段は、一つの一体の構造内に配置されていることを特徴とする、螢光センサ。
【請求項２】
光にフィルタをかけるためのフィルタ手段を更に有し、このフィルタ手段は、前記インジケータ手段と前記光検出器手段との間に配置されている、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項３】
前記フィルタ手段は、特定波長以上又は以下の光をフィルタ作用により除外する、請求項２に記載の螢光センサ。
【請求項４】
前記フィルタ手段は高域フィルタからなる、請求項３に記載の螢光センサ。
【請求項５】
前記発光手段の一部を取り囲む、光にフィルタをかけるための第２フィルタ手段を更に有する、請求項３に記載の螢光センサ。
【請求項６】
前記発光手段は発光ダイオードからなる、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項７】
前記光検出器手段は電気信号出力を有し、前記光検出器手段からの電気信号出力を計測するため、前記光検出器手段に接続された計測手段を更に有する、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項８】
前記光検出器手段、前記インジケータ手段、及び前記発光手段の少なくとも一部を包囲するハウジングを更に有する、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項９】
前記インジケータ手段と隣接して配置されたガラス層を更に有する、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項１０】
前記インジケータは、実質的に平らなインジケータ膜からなる、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項１１】
前記インジケータ手段の前記発光インジケータ分子は酸素と反応する、請求項１に記載の螢光センサ。
【請求項１２】
検体を検出するための螢光センサにおいて、入射光に露呈された結果として電気信号を発生するための光検出器手段と、励起光の結果として螢光を発するためのインジケータ手段とを有し、前記インジケータ手段は前記検体を内部に拡散できる材料からなり、前記検体に対して特定的な発光インジケータ分子を有し、前記インジケータ分子を前記検体と反応させて前記インジケータ分子から放射された光から前記光検出器手段に入射した光の量を変化させ、前記螢光センサは、前記インジケータ手段と隣接して配置された導波層と、少なくとも一部が前記導波層によって取り囲まれた励起光を発するための発光手段とを更に有し、前記光検出器手段は光検出の主軸線を有し、前記発光手段からの光の主軸線を有し、前記光検出器手段及び前記発光手段は、前記発光手段からの光の主軸線が前記光検出器手段の光検出の主軸線に対してほぼ垂直となるように配置されており、前記光検出器手段、前記インジケータ手段、及び前記発光手段は、一つの一体の構造内に配置されていることを特徴とする、螢光センサ。
【請求項１３】
光にフィルタをかけるためのフィルタ手段を更に有し、このフィルタ手段は、前記導波層と前記光検出器手段との間に配置されている、請求項12に記載の螢光センサ。
【請求項１４】
前記フィルタ手段は高域フィルタからなる、請求項13に記載の螢光センサ。
【請求項１５】
前記発光手段の一部を取り囲む、光にフィルタをかけるための第２フィルタ手段を更に有する、請求項13に記載の螢光センサ。
【請求項１６】
前記発光手段は発光ダイオードからなる、請求項12に記載の螢光センサ。
【請求項１７】
前記光検出器手段は電気信号出力を有し、前記光検出器手段からの電気信号出力を計測するため、前記光検出器手段に接続された計測手段を更に有する、請求項12に記載の螢光センサ。
【請求項１８】
前記光検出器手段、前記インジケータ手段、及び前記導波層の少なくとも一部を包囲するハウジングを更に有する、請求項12に記載の螢光センサ。
【請求項１９】
前記導波層と隣接して配置されたガラス層を更に有する、請求項12に記載の螢光センサ。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
螢光は、特定の光波長（励起波長）の光子がインジケータ分子に当り、これによって、衝突の結果として電子を光エネルギ状態に励起する光化学現象である。この「励起された」電子が減衰してその元の基底状態に戻るとき、波長が長い（発光波長）別の光子が放出される。
インジケータ分子は、特定の励起波長及び発光波長を有する。インジケータ分子から発せられた螢光は、分析されるべき分子が局部的に存在することにより減衰され、又は強調される。例えば、特に酸素検出用のトリス（4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン）過塩素酸ルテニウム（II）分子は、基材に460nm（青色）の太陽光を当てることによって励起される。この分子は、620nm（橙色乃至赤色）で螢光を直ちに発する。しかしながら、局部的に存在する酸素がインジケータ分子と反応することにより発光が抑えられ、螢光の強さを、周囲酸素濃度と関連させる。従って、存在する酸素量が多ければ多い程、発光の強さが低くなり、その逆もまた真である。存在する酸素がゼロの場合、即ち酸素が存在しない場合には、発光される螢光の量が最大になる。
螢光分子をインジケータとして使用するこれらの分析技術は、従来、分光螢光計（fluorescence spectrophotometer）で使用されていた。これらの器具は、螢光の強さ及び螢光の減衰時間を読み取るように設計されている。これらの装置の価格は、代表的には、２万ドル乃至５万ドルであり、一般的には研究所で使用されている。
当該技術分野における現在の螢光センサの第２領域は光ファイバ装置である。これらのセンサ装置は、小型化及び特定の検体の遠隔検出が可能である。螢光インジケータ分子は、光ファイバの一端の機械的手段によって又は化学的に固定される。ファイバの反対端にはファイバカップラー（Ｙ字形状ファイバ）又はビームスプリッターが取り付けられる。
励起光をファイバの一方の脚部にフィルタ及びレンズを介して入射する。励起光は、ファイバを介して先端まで搬送される。先端では、螢光インジケータ分子がチップに固定されている。インジケータ分子は、励起時に螢光を均等に放射し、この螢光の幾分かがファイバのチップによって再度捕捉され、ファイバを通ってＹ接合部即ち「カップラー」まで逆方向に搬送される。螢光の大部分（代表的には半分）が接合部で発光部即ち元の点まで搬送されて戻る。これによって、信号の検出に利用できない。システムの非効率を相殺するため、多くの場合、レーザーを使用して入力動力を高め、非常に感度がよい光電子増倍管を検出器として使用する。これによって、価格が数千ドルと高くなる。他の半分はＹの他方の脚部に沿って検出器まで移動し、記録される。このシステムの主な欠点は、各ファイバの接合部で及びレンズ及びフィルタを介して損失が起こることである。このシステムの効率は最大で１％乃至５％であり、感度及び範囲に関して結果的に損失が生じる。これらの装置は、従来は研究室で説明されており、非常に限られた用途で商業的に利用できるようになったのはほんの最近になってからのことである。これらの装置は、特定の用途に対して専用になっているという点で上述の分光螢光計とは異なる。
以上に鑑みると、対費用効率が悪いことを含む、このような従来技術の螢光装置と関連した明確な限度、及び使用と関連した限度があるということは明らかである。更に、このような従来技術の螢光装置は、多くの別々の部品でできた複雑な装置であり、大型である。
本発明は、従来技術の螢光装置と関連したこれらの問題点を解決し、効率が大幅に改善されているばかりでなく価格及び複雑さが大幅に低下した螢光装置を提供する。本発明は、螢光インジケータ分子のセンサとしての使用を大幅に拡げ、従来利用できなかった使用、感度、及び費用分析を可能にする新規なプラットホームを提供する。更に、本発明は、従来技術の螢光装置よりも用途が広く、容易に使用でき、信頼性が高い。
発明の概要
本発明は螢光装置に関し、更に特定的には螢光センサに関する。
従って、本発明の目的は、改良螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、高効率の螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、光学的効率が改善された螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、感度を向上させた螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、部品点数が少ない螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、製造が容易な螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、製造費を大幅に減少した螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、標準的な製造技術で製造される螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、組み立てが容易な螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、低価格の螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、使用回数が多い螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、過酷な環境で使用できる螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、熱許容差が大きい螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、小型の螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、容積が小さい螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、低容積で高機能の螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、機能密度が高い螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、利用できる容積が限られた場所で使用するのに非常に適した螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、様々な異なる状況で使用するのに非常に適した螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、化学的に活性の接着剤内に埋封された発光要素を含む螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、内部にインジケータ分子が固定されたポリマー（有機ポリマー又は無機ポリマー）内に埋封された発光要素を含む螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、螢光、発光、燐光、吸収体、又は発光体が埋め込まれたポリマー上又はポリマー内に固定された屈折率の相違を示すインジケータ分子用のプラットホームとして使用できる螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、インジケータ分子を尋ねる技術が、直接的励起／発光、極めて微かな励起、又は表面プラズモン共鳴型励起を介して行われるか或いは、二次螢光分子を介した間接的励起によって行われる、発光器が埋め込まれた螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、埋め込まれた発光要素が光学的低域フィルタ及び光学的高域フィルタと一体の螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、光学的検出要素即ちダイオードを一体に備えた螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、実質的に単一のチップ又は一体のパッケージ上に一部品ユニットをなして組み立てられた螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、一体の構成要素内に全ての光学的プロセス装置が含まれており、電力用リード線及び信号用リード線だけがアクティブ装置即ちユニットに出入りする螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、封入された発光器が、励起放射線を光源から放射状に発光する発光ダイオード（LED）ダイである、螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、発光ダイオードからの主励起放射線の軸線が光検出器の光検出の主軸線と垂直な螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、光ファイバを必要としない螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、光源の全放射線が最初に放出され、インジケータ層を層内又は層の表面に固定されたもののいずれかを通って伝播する、一体の構造を持つ螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、気体状又は液状の分析で使用できる螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、その信号処理電子装置と一体で又は別の装置として使用できる螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、配合物を重力又は発光器ダイの周りの圧力で注ぎ込むことによって膜即ちインジケータ層の厚さが制御された螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、インジケータ層の厚さを放射状に発光するP/N接合の厚さのみによって光学的に限定した螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、コーティング又はフィルタである低域フィルタを持つ螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、コーティング、フイルム、又はウェーハである高域フィルタを持つ螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、特定のインジケータ分子をセンサのインジケータ層上又はインジケータ層内に固定し、信号処理電子装置を較正することによって多くの分析に使用できる螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、信号処理電子装置が、位相変調法、平均寿命法、強度又は相対的強度のデータを解釈する方法を採用した螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、任意の発光波長及び任意の検出波長を持つ螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、低域フィルタ及び高域フィルタが、選択されたインジケータ分子に適した任意の適当な除外／捕捉特性を持つ螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、センサがソリッドステートセンサである螢光センサを提供することである。
本発明の目的は、極めて高い温度、圧力、及び周囲状態について設計された螢光センサを提供することである。
これらの及び他の目的は、光検出器、この光検出器と隣接して配置された高域フィルタ、及びこの高域フィルタと隣接して配置されたガラス層を持つ本発明による螢光センサから明らかになるであろう。更に、インジケータ層がガラス層と隣接して配置されており、発光ダイオードがインジケータ層に埋め込まれている。インジケータ層は、発光ダイオードからの光の結果として螢光を発するインジケータ分子を有する。インジケータ層は、検体をその層内に拡散できる。検体の存在により、インジケータ分子から発せられてガラス層及び高域フィルタを通過し、光検出器に入射する光の量が変化する。光検出器からの電流の量が入射光に応じて変化するため、検体の存在及び量の検出にこれが使用される。一実施例では、導波体が更に設けられている。
【図面の簡単な説明】
本発明を添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
第１図は、本発明の螢光センサの構成部品及びその製造方法を示す部分分解斜視図であり、
第２図は、第１図に示す本発明の螢光センサの平面図であり、
第３図は、第１図及び第２図に示す本発明の螢光センサの第２図の３−３線での拡大断面図であり、
第４図は、本発明の螢光センサの第２実施例の平面図であり、
第５図は、第４図に示す本発明の螢光センサの第４図の５−５線での拡大断面図であり、
第６図は、インジケータとともに使用した本発明の螢光センサの実施例の斜視図である。
実施例
先ず最初に第１図、第２図、及び第３図を参照する。これらの図には本発明による螢光センサが示してあり、この螢光センサの全体に参照番号10が附してある。センサ10は、実質的に平らな薄い光検出器ウェーハ即ち光検出器層12からなる、光を検出するための光検出器手段と、周囲がほぼ円形であり、光検出器層12からなる光検出器手段と隣接して配置されており且つこの光検出器手段に光学的に連結された実質的に平らな薄い高域フィルタ層14からなる、光にフィルタをかけるためのフィルタ手段と、周囲がほぼ円形であり、高域フィルタ層14からなるフィルタ手段と隣接しており且つこのフィルタ手段に光学的に連結された実質的に平らな薄いガラスウェーハ16とを有する。センサ10は、励起光により螢光を発するためのインジケータ手段を更に有する。インジケータ手段は、ガラスウェーハ16と隣接して配置されており且つこのガラス層に光学的に連結された周囲がほぼ円形の実質的に平らな薄いインジケータ膜層18と、インジケータ膜層18の中央部分内に配置された発光ダイオード（LED）20からなる、励起光を発するための発光手段と、発光ダイオード20とガラスウェーハ16との間に配置された薄い導電性の反射金属ディスク22と、発光ダイオード20の上部分を取り囲む低域フィルタコーティング24からなる光にフィルタをかけるためのフィルタ手段とを有する。第１図に示すように、インジケータ膜層18は所定位置に注ぎ込まれる。
センサ10の構造の詳細は、第３図並びに第１図を参照することによって最もよく理解できる。第１図及び第３図に示すように、光検出器層12は、正ポスト26及び負ポスト28に接続されている。これらのポストは、上端部分30及び32が光検出器層12に電気的に接続されている。リード線40は、一端がポスト26の上端部分30にハンダ付け又は導電性接着剤で固定されており、他端が従来の方法で光検出器層12の上面38に取り付け即ち固定されている。同様に、リード線36は、一端がハンダ付け又は導電性接着剤でポスト28の上端部分32に固定されており、他端が光検出器層12の下側34に従来の方法で固定即ち取り付けられている。
高域フィルタ層14の下側42は、非常に薄い光学接着剤層44で光検出器層12の上側即ち上面38に固定されており、高域フィルタ層14の上面46は、ガラスウェーハ16の下面48に別の非常に薄い光学接着剤層50で固定されている。反射フォイル22は、当該技術分野で周知の適当な接着剤53でガラスウェーハ16の上面52に取り付けられており、発光ダイオード20は、導電性接着剤層で反射フォイル22の上面に取り付けられている。低域フィルタコーティング24は、導光性接着剤56で発光ダイオード20の上外部分に固定されている。
電気リード線58及び60が発光ダイオード20用に設けられており、これらのリード線は、夫々、発光ダイオード20及びこれに電気的に接続された導電性フォイルディスク22からポスト62及び64の夫々の上端部分66及び68まで延びている。ポスト62及び64の上端部分66及び68は、フィルタ層14の下面42の外部分の下に配置されている。インジケータ膜層18は、参照番号71を附したインジケータ分子を含み、ガラスウェーハ16の上面52上並びに発光ダイオード20及びその低域フィルタコーティング24及びそのリード線58及び60の部分の周りに流し込まれる。
更に、リング状に機械加工した円形の金属製ハウジング70が設けられている。このハウジングは、光検出器層12、フィルタ層14、ガラスウェーハ16、及びインジケータ膜層18の側縁部を包囲する。機械加工したハウジング70の下部分は、セラミック又は他の当該技術分野で周知の注封材料72を流し込むことによって閉鎖され、即ち閉止され、更に、これによって、ポスト26、28、62、及び64を所定位置に固定する。従って、センサ10は、ハウジング70内に配置されたその全ての作動的構成要素と一体の構造であり、ハウジング70内に包囲され且つ包含された一体の構造から正及び負の信号ポスト26及び28、及び電源ポスト62及び64だけが延びている。第３図に示すように、参照符号Ａを附した発光ダイオード20からの光の主軸線が、参照符号Ｂを附した光検出器層12の光検出の主軸線とほぼ垂直となるように、発光ダイオード20及び光検出器層12を配置することに着目することが重要である。これは、これによって効率及び感度が高まるため、非常に重要である。
参照番号74を附した本発明による螢光センサの別の実施例を第４図及び第５図を参照して説明する。センサ74は、上文中に説明した光検出器ウェーハ即ち光検出器層12とほぼ同じ薄い光検出器層76からなる、光を検出するための光検出器手段と、上文中に説明した高域フィルタ層14とほぼ同じ高域フィルタ層78からなる、光にフィルタをかけるためのフィルタ手段と、上文中に説明したガラスウェーハ16とほぼ同じガラス層80とを有する。高域フィルタ層78は、光検出器層即ちウェーハ76からなる光検出器手段と隣接して配置されており且つこの光検出器手段に光学的に連結されている。ガラス層80は、高域フィルタ層78を構成するフィルタ手段と隣接して配置されており且つこのフィルタ手段に光学的に連結されている。しかしながら、センサ74は、下面がガラス層80の上面86と隣接して配置されており且つ光学接着剤88によってこれと光学的に接触した実質的に平らな薄い導波層82からなる導波体として機能するための導波手段を更に有する。導波層82の上面90は、インジケータ膜層94の下面と隣接して配置されており且つこれと光学的に接触している。このインジケータ膜層94は、参照番号95を附したインジケータ分子を有し、導波層82の上面90上に注ぎ込まれる。センサ74は、上文中に説明したダイオード20と同様の発光ダイオード96からなる、励起光を発するための発光手段と、ダイオード96の上部分を取り囲む、上文中に説明した低域フィルタコーティング24と同様の低域フィルタコーティング98からなる、光にフィルタをかけるためのフィルタ手段とを有し、発光ダイオード96の下面は、上文中に説明した反射金属フォイルディスク22と同様の薄い導電性の反射金属フォイルディスク100と接触している。
第５図に示してあるように、センサ74は、上文中に説明したポスト26及び28と同様の正負のポスト102及び104の夫々を有する。これらのポストは、光検出器層76の上側105及び下側106の夫々に従来の方法で電気リード線107及び109の夫々を介して電気的に接続されている。高域フィルタ層78の下面114は、上文中に説明した接着剤44と同様の非常に薄い光学接着剤層116で光検出器層76の上面112に固定されている。更に、高域フィルタ78の上面118は、上文中に説明した設着剤50と同様の薄い光学接着剤層122でガラス層80の下面120に固定されている。反射金属フォイルディスク100は、当該技術分野で周囲の適当な接着剤でガラス層80の上面86に連結されており、発光ダイオード96は導電性接着剤層124で反射金属フォイルディスク100の上面に取り付けられており、低域フィルタコーティング98は導光性接着剤コーティング（図示せず）でダイオード96に固定されている。
発光ダイオード96は電気リード線128及び130と関連しており、これらのリード線は、ダイオード96及びこのダイオード96の下に配置されており且つ電気的に接触した反射金属フォイルディスク100の夫々からポスト132及び134の夫々まで延びている。これらのポストは、第１図、第２図、及び第３図で説明した実施例のリード線58及び60、及び夫々のポスト62及び64と同様の方法で高域フィルタ層78の外部分の下側114の下に配置されている。発光ダイオード96及びその低域フィルタコーティング即ち層98は、導波層82によって取り囲まれているということに着目されたい。導波層82は、ガラス層80の中央部分の上方で中央に配置された発光ダイオード96及び低域フィルタコーティング98の周りに注ぎ込んである。
更に、上記実施例のセンサ10の金属製ハウジング70とほぼ同様のリング状に機械加工した円形の金属製ハウジング139が設けられている。このハウジングは、光検出器層76、高域フィルタ層78、ガラス層80、導波層82、及びインジケータ膜層94の外縁部を包囲する。機械加工したハウジング139の下部分は、センサ10の材料72と同様の当該技術分野で周知のセラミック又は他の注封材料141を注ぎ込むことによって閉鎖され、即ち閉止されている。材料141は、更に、ポスト102、104、132、及び134を所定位置に固定する。従って、センサ74は、センサ10と同様に、ハウジング139内に配置された全ての作動的構成要素と一体の構造であり、ハウジング139によって取り囲まれており、ハウジング内に包含された一体の構造から正及び負の信号ポスト102及び104、及び電源ポスト132及び132だけが延びている。第５図に示すように、発光ダイオード96からの参照符号Ｃを附した光の主軸線が、光検出器76の参照符号Ｄを附した光検出の主軸線とほぼ垂直であるように発光ダイオード96及び光検出器76が配置されているということに着目されたい。これは、これによって効率及び感度が高まるため、非常に重要である。
第６図に示すように、センサ10の正ポスト26は、導線144、スイッチ146、及び導線148を介して光度インジケータ142の正入力140に電気的に接続されている。同様に、負ポスト28は、導線152、スイッチ154、及び導線156を介して光度インジケータ142の負入力150に電気的に接続されている。別の態様では、センサ74の正ポスト102を導線158、スイッチ146、及び導線148を介して光度インジケータ142の正入力140に接続することによって、センサ74を光度インジケータ142に電気的に接続できる。同様に、負ポスト104は導線160、スイッチ154、及び導線156を介して光度インジケータ142の負入力150に接続される。この構成により、センサ10又は74からの光度出力を、スイッチ146及び154を使用することによって、光度インジケータ142のメーター162で読み取ることができる。
好ましい実施例では、螢光センサの両実施例のセンサ10及び74を、当該技術分野で周知の標準的な構成要素及び技術を使用して以下の方法で製造する。上記実施例の螢光センサ10に関し、カリフォルニア州ハウソルンのユナイテッドディテクターテクノロジー社から入手できるUDT020等の標準的な光学式ダイオード検出器から外ハウジングを取り外し、シリコンフォトダイオード12の表面を露呈する。該ダイオード12の上面38上に、ニュージャージー州ブランズウィックのノーランドプロダクツ社が製造している光学接着剤44又は他の同様の接着剤の小さな液滴を置く。薄いフィルタ状の高域カラーフィルタ14を標準的なシートからダイで円形のディスクに切断し、ダイオード12の表面38上に置き、これによって、光学接着剤44でダイオード12の表面38に取り付けられた特定波長のフィルタでダイオードのアクティブ領域を被う。適当なフィルムフィルタ14は、メリーランド州シルバースプリングのＲ＆Ｒライトニング社等の任意の写真照光サプライハウスから選択でき且つ得ることができる。光学フィルムフィルタディスク14の上面46上に、光学接着剤50（ノーランド型）の第２の小さな液滴を置く。この表面上には、カラーフィルタ14以上の直径を持ち且つフォトダイオード検出器12の寸法よりも大きい円形のガラスディスクが配置される。ガラスディスク16は、着色したフィルタディスク14の上面に光学接着剤50で取り付けられる。
ガラスディスク16の上面52上には、マサチューセッツ州ビラーシアのエポキシテクノロジー社が製造している高温エポキシ等の小さな液滴53をディスク16のほぼ中央に置く（配置は重要でないが、中央が好ましい）。直径がはるかに小さな（約300＋μｍ）導電性金属ディスク22を高温エポキシ53を介してガラスに取り付け、次いで、ワイヤリード線60（又は導電性のインク又は接着剤の線）を金属ディスク22と導電性ピン即ちポスト64との間でガラス層表面52上に付ける。ポスト64は、フォトダイオード12である光検出器の下に光検出器と隣接して取り付けられる。これによって、ポスト64と中央に配置された金属ディスク22との間を電気的に接続できる。金属ディスク22の上面上には、カリフォルニア州サンタクルーズのサーキットワークス社が製造している導電性接着剤等の導電性接着剤54の小さな液滴が置かれる。導電性接着剤54及び関連した金属ディスク22上には、ノースカロライナ州ダーハムのクリーリサーチ社が製造しているLEDチップエミッターダイ20が配置され、これによって、上文中に説明したポスト64とLEDダイ20の陰極（又は別の態様では陽極）との間に電路を形成する。LEDダイ20の上面（陽極又は陰極）上に、細いワイヤ58からなる第２電気リード線の一端が接続される。ワイヤ58は、ガラスディスク16の表面52に亘ってLEDダイ20からフォトダイオード12と隣接して又はフォトダイオード12の下に配置されたピン即ちポスト62まで延びている。これによって回路セグメントが完成し、二つのポスト62と64との間に電力を加えることができ、これによって、LEDダイ20を賦勢し、ガラスディスク16の上面の表面に亘って及びガラスディスク16の上面の半径方向近傍で発光できる。
光検出器12、フィルタ14、ガラスウェーハ16、金属ディスク22、及び光検出器20、及び高域フィルタコーティング24からなる積み重ねられ且つ接着されたこのアレイを所定の寸法に機械加工した円形ハウジング70内に固定する。このハウジングは、アレイの側部をカバーし且つ保護し、エポキシ（エポキシテクノロジー社製）でガラスディスク16の周囲に嵌合し、これによって前面及びガラスディスク16の下にある構成要素を周囲環境から気密封止する。ガラスディスク16の上面52とハウジング70に機械加工した側壁とで形成されたポケット内にインジケータ膜配合物18（第１図参照）を注ぎ込む。この配合物は、ガラスウェーハ16の表面52を覆い、LEDダイ20及びそのリード線58及び60を埋め込み、ハウジング70に機械加工で形成した厚さと等しいレベルまで充填できる。LED20は極めて薄い層で被われている。インジケータ膜配合物18の配合により、液体はそれ自体が表面に亘って平らになり、重合し且つ硬化し、これによってインジケータ分子71が動かないようにし、センサ10の面上の外面と同様の多孔質活性膜を形成する。膜の厚さは、ガラスウェーハ16の表面52上に正確な量を小出しすることによって制御できる。
様々な検体について特定的な様々なセンサを形成するため、膜／インジケータ配合物を変更することができる。一つの例示の態様では、酸素について特定的なセンサを形成するため、膜を以下に説明するように配合し、付着させる。1mlのシリコーン（ミシガン州ミッドランドのダウコーニング社からRTVシーラントとして商業的に入手できる）で開始し、これを2mlのナフサ（ペンシルバニア州ピッツバーグのEEジンマーマン社）で希釈し、これをガラス製の密封した試験管（容積が13cc以上）内で渦により攪拌する。クロロホルムに溶解したルテニウム錯体螢光インジケータ分子6mg/mlの200ulを加える。渦により均質になるまで攪拌し、この溶液の250ulを上述の装置で詳述したようにピペットでガラスの表面上に滴下する。室温で一夜に亘って硬化させるか或いはこれよりも高い温度（60℃を越えない）で短時間で硬化させる。次いで、ハウジング70によって形成された光検出器12の下側34の下の底キャビティを注封材料72で充填し、ハウジング70を密封し、種々のポスト26、28、62、及び64を所定位置に固定する。
この例は、これで、適当な電子装置と組み合わせられたときに酸素センサとして使用するための準備ができる。他の例は、インジケータ分子71及び膜層18の配合を変えるだけで上文中に説明したものと異なる。
第５図に示すように、実施例74は導波層82を使用するが、センサ10の多孔膜の代わりに無孔質導波層82がガラス層80の表面86上に注ぎ込まれている以外、センサ10と同じ方法で製作される。導波層82にはインジケータ分子がない。その代わりに、導波層80の上面90上に配置されたインジケータ膜層94にインジケータ分子95が固定されている。
実施例74の一例として、透明なポリマー（有機ポリマー又は無機ポリマー）をガラス層80の表面86上に注ぎ込み、自然に平らにさせ、硬化させる。ポリマー導波体は、その容積に亘って所望の波長の光を最適に導くように、適当な透明度及び屈折率について選択される。インジケータ膜層94は導波層82の上面90に取り付けられており、参照番号95を附したインジケータ分子は、当該技術分野で周知の様々な一般的な技術のうちの任意の技術を使用して導波層82の上面99に固定されており、これによって、装置の構造を完成する。特定の検体についてのセンサ10又は74の特殊性は、固定したインジケータ分子71又は95の選択によって提供される。次いで、導波体82の光学的性質を選択し、その最適波長を調整する。
本発明のセンサ10及び74は、以下の方法で使用される。センサ10及び74は、多くの様々な用途及び環境で使用できる。センサの検体の特殊性は、商業的に入手でき（SIGMA他）且つ科学文献に記載された多くの分子から選択されたインジケータ分子71又は95によって決まる。
例えば、センサ10又は74は、科学文献に記載されており且つ商業的に入手可能であり且つ当業者に周知の多くの様々な分子を使用することによって、酸素を読み取ることができる。装置は、液体又はスラリー、即ち水、化学物質、プロセススチーム、醗酵汁、廃棄物処理流等に溶解した酸素の濃度を分析するための酸素センサとして、又は空気等の気体状混合物、燃焼で使用された酸素を含む様々な気体混合物、閉鎖空間又は反応器、又は生命維持装置内の環境条件中の酸素濃度を分析するための酸素センサとして使用できる。多くの例のうちの一つの例では、上文中に説明したセンサ10及び／又は74を、光検出器手段からの電気信号を計測するための光度インジケータ142等の計測手段の部分を形成できる光ダイオード検出器からの信号を増幅するための増幅器（図示せず）を含む電子装置に接続し、及びLED20又は96に電力を提供する電源（図示せず）に接続する。センサ10又は74を分析されるべき環境内に置くと、酸素がインジケータ膜層18又は94内に拡散し、これによって、酸素がインジケータ分子71又は95と分子レベルで反応し、光検出器12又は76が検出した螢光の強さを減少し、これによって、光検出器12又は76から電流を計測するための計測手段142を形成する処理電子装置への電子信号を減少する。光検出器12又は76は、当該技術分野で周知の適当な計測ユニットで酸素を読み取るように較正される。
本発明を特定の好ましい実施例を参照してかなり詳細に説明したが、添付の請求の範囲に定義した本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変形及び変更を行うことができるということは理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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