(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験流体物質を移送するように構成されたチャネルと、
前記チャネル近傍に配置され、輻射を前記チャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、
前記第１の導波路上に画定され、前記第１の導波路の前記輻射の第１の波長を選択するように第１のキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子と、
前記チャネル近傍に配置された第２の導波路と、
前記第２の導波路上に画定され、前記第２の導波路の第２の波長を選択するように第２のキャビティを可変に画定するように構成された第２の同調格子と、
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の同調素子と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の同調素子と、を備え、前記第１の同調素子および第２の同調素子はそれぞれ、機械式同調素子、光学同調素子、および電気同調素子の少なくとも１つを備え、
前記第２の導波路は、前記チャネルに対して前記第１の導波路と反対側に配置され、前記第１の導波路によって前記流体物質を通過するように導かれた輻射を受け取るように構成される、光学センサ。
【請求項２】
被験流体物質を移送するように構成されたチャネルと、
前記チャネル近傍に配置され、輻射を前記チャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、
前記第１の導波路上に画定され、前記第１の導波路の前記輻射の第１の波長を選択するように第１のキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子と、
前記チャネル近傍に配置された第２の導波路と、
前記第２の導波路上に画定され、前記第２の導波路の第２の波長を選択するように第２のキャビティを可変に画定するように構成された第２の同調格子と、
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の同調素子と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の同調素子と、を備え、前記第１の同調素子および第２の同調素子はそれぞれ、機械式同調素子、光学同調素子、および電気同調素子の少なくとも１つを備え、
前記第１の導波路および前記第２の導波路は、前記チャネルに対して同じ側に配置され、前記第２の導波路は、輻射を前記チャネルを通じて導くように構成される、光学センサ。
【請求項３】
前記第１の同調素子は、前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された熱部材を備える、請求項１又は請求項２記載の光学センサ。
【請求項４】
前記第１の同調素子は、前記第１の同調格子の近傍に配置されており、電流を受け前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された薄膜抵抗を備える、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項５】
前記第１の導波路は、光ファイバにより供給された輻射が前記第１の導波路を通じて前記第１の同調格子へと伝播するように、前記光ファイバを受容するように形成された受容面を備える、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項６】
前記チャネルは、化学的接着層を備える、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項７】
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の熱部材と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を加熱し、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の熱部材とをさらに備え、
前記第１の同調格子の前記共鳴は、前記第２の同調格子の前記共鳴とは異なる、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項８】
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、第１の電流を受け前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の薄膜抵抗と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、第２の電流を受け前記第２の同調格子を加熱し、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の薄膜抵抗とをさらに備え、
前記第１の同調格子の前記共鳴は、前記第２の同調格子の前記共鳴とは異なる、請求項１又は請求項２に記載の光学センサ。
【請求項９】
前記第１の同調格子の前記共鳴は、前記第２の同調格子の前記共鳴と異なる、請求項２に記載の光学センサ。
【請求項１０】
さらに、前記第１の導波路および前記第２の導波路によって前記チャネルを通じて導かれた輻射を同時に検出し、それにより、前記流体物質の並行検査を促進するように構成された少なくとも１つのセンサを備える、請求項９に記載の光学センサ。
【請求項１１】
前記流体物質の前記並行検査は、ラマン散乱分析、白色光分光分析、および吸収分析の少なくとも１つを含む複数の光学分析方法を用いた並行検査を含む、請求項１０に記載の光学センサ。
【請求項１２】
放射線源と、
センサと、
前記放射線源および前記センサ間に配置された少なくとも１つの光学センサとを備え、前記の少なくとも１つの光学センサは、
被験流体物質を移送するように構成されたチャネルと、
前記チャネル近傍に配置され、輻射を前記チャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、
前記第１の導波路上に画定され、、前記第１の導波路の前記輻射の第１の波長を選択するように第１のキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子と、
前記チャネル近傍に配置され、前記流体物質を通過する輻射を受け取るように構成された第２の導波路と、
前記第２の導波路上に画定され、前記第２の導波路の第２の波長を選択するように第２のキャビティを可変に画定するように構成された第２の同調格子と、
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の同調素子と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の同調素子と、を備え、
前記第１の同調素子および第２の同調素子はそれぞれ、機械式同調素子、光学同調素子、および電気同調素子の少なくとも１つを備える、
光学センサアセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の同調素子は、前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された熱部材を備える、請求項１２に記載の光学センサアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１の同調素子は、前記第１の同調格子の近傍に配置されており、電流を受け前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された薄膜抵抗を備える、請求項１２に記載の光学センサアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１の導波路は、光ファイバにより供給された輻射が前記第１の導波路を通じて前記第１の同調格子へと伝播するように、前記光ファイバを受容するように形成された受容面を備える、請求項１２に記載の光学センサアセンブリ。
【請求項１６】
前記光学センサは、
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の熱部材と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を加熱し、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の熱部材とをさらに備え、
前記第１の同調格子の前記共鳴は、前記第２の同調格子の前記共鳴とは異なる、請求項１２に記載の光学センサアセンブリ。
【請求項１７】
前記光学センサは、
前記第１の同調格子の近傍に配置されており、第１の電流を受け前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の薄膜抵抗と、
前記第２の同調格子の近傍に配置されており、第２の電流を受け前記第２の同調格子を加熱し、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の薄膜抵抗とをさらに備え、
前記第１の同調格子の前記共鳴は、前記第２の同調格子の前記共鳴とは異なる、請求項１２に記載の光学センサアセンブリ。
【請求項１８】
流体物質を分析する方法であって、
流体物質を移送するように構成されたチャネルと、前記チャネル近傍に配置され、輻射を前記チャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、前記第１の導波路上に画定され、前記第１の導波路の前記輻射の第１の波長を選択するように第１のキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子と、前記チャネル近傍に配置され、前記流体物質を通過する輻射を受け取るように構成された第２の導波路と、前記第２の導波路上に画定され、前記第２の導波路の第２の波長を選択するように第２のキャビティを可変に画定するように構成された第２の同調格子と、前記第１の同調格子の近傍に配置されており、前記第１の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更するように構成された第１の同調素子と、前記第２の同調格子の近傍に配置されており、前記第２の同調格子を独立して変化させ、それにより、前記第２の同調格子の共鳴を変更するように構成された第２の同調素子とを備える光学センサであって、前記第１の同調素子および第２の同調素子はそれぞれ、機械式同調素子、光学同調素子、および電気同調素子の少なくとも１つを備える、光学センサを提供すること、
前記流体物質を、前記第１の導波路および第２の導波路の間にある前記チャネルを通じて移送すること、および
前記流体物質を通過した輻射に基づいて前記流体物質を分析することを含む、方法。
【請求項１９】
前記第１の導波路を通じて輻射を導くように構成された放射線源を提供すること、および
前記流体物質を通過した前記輻射を受けるように構成されたセンサを提供することをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記流体物質を分析することは、前記第１の導波路と前記第２の導波路の双方からの、前記流体物質を通過した輻射に基づき、前記流体物質を分析することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の同調格子を加熱し、それにより、前記第１の同調格子の共鳴を変更することをさらに含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の同調格子の近傍に配置された薄膜抵抗に電流を印加し、それにより、前記第１の同調格子を加熱し、前記第１の同調格子の共鳴を変更することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
流体媒体中の物質を検査および同定することは、医学および薬学の研究開発、食品の調理、環境問題研究、および他の同様の分野等、様々な分野でますます重要になってきている。通例、これらの分野では、気体または液体等の流体内にある混入物、汚染物質または他の異物を検出することが必要である。
【０００２】
一般的な検出装置の一種として、光学センサがある。光は、液体または気体中の物質を同定するのに有用な手段である。通例、光は、所定の波長で発せられ、液体または気体を透過させて、光を捕捉する検出器へと向けられる。液体または気体中の物質は、発せられた光の波長や他の測定可能な特性に擾乱や変化を起こすことがある。ラマン散乱分析（すなわち、陽子の散乱パターンを分析する）、吸収分析、蛍光分析、プラズモン分析（すなわち、プラズマ振動分析）、およびフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）等の方法が、液体または気体内のあらゆる物質を測定または同定するために、一般に用いられている。
【０００３】
多くの応用例において、検出装置は、極めて低濃度の物質を高精度で測定するように構成されている。光学センサを組み込んだ検出装置は、所望の検出レベルに達していることが証明されている。しかしながら、所望の検出レベルに到達可能な低価格の組込式光学センサを製造することは、難題である。多くの場合、発光、導光、光検出には、小型化や低価格化には不適当な大規模装置が必要とされる。
【発明の概要】
【０００４】
ある一般的側面（ｇｅｎｅｒａｌ  ｒｅｓｐｅｃｔ）において、実施形態は、被験流体物質を移送するように構成されたチャネルと、チャネル近傍に配置され、輻射をチャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、第１の導波路上に画定され、輻射の波長を可変に調整するように構成された第１の同調格子とを備えた光学センサを開示する。
【０００５】
他の一般的側面において、実施形態は、放射線源と、センサと、放射線源およびセンサ間に配置された少なくとも１つの光学センサとを備えた光学センサアセンブリを開示する。少なくとも１つの光学センサは、被験流体物質を移送するように構成されたチャネルと、チャネル近傍に配置され、輻射をチャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、第１の導波路上に画定され、輻射の第１の波長を選択するようにキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子とを備えている。
【０００６】
他の一般的側面において、実施形態は、被験流体物質を移送するように構成された第１のチャネルと、第１のチャネル近傍に配置され、輻射を第１のチャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、第１の導波路上に画定され、輻射の第１の波長を選択するようにキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子と、第１のチャネルを通過する輻射が基準チャネルを通過するように第１のチャネルの近傍に配置された基準チャネルとを備えた光学センサを開示する。
【０００７】
他の一般的側面において、実施形態は、流体物質を分析する方法を開示する。本方法は、光学センサを提供することを含み、光学センサは、流体物質を移送するように構成されたチャネルと、チャネル近傍に配置され、輻射をチャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、第１の導波路上に画定され、輻射の第１の波長を選択するようにキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子とを備えている。本方法は、被験流体物質を提供すること、流体物質を、第１の導波路以降に（past the first waveguide）チャネルを通じて移送すること、および流体物質を通過した輻射に基づいて流体物質を分析することをさらに含む。
【０００８】
他の一般的側面において、実施形態は、光学センサと、光学センサを操作するための取扱説明書とを備えたキットを開示する。光学センサは、流体物質を移送するように構成されたチャネルと、チャネル近傍に配置され、輻射をチャネルを通じて導くように構成された第１の導波路と、第１の導波路上に画定され、輻射の第１の波長を選択するようにキャビティを可変に画定するように構成された第１の同調格子とを備えている。
【０００９】
上述の概要は、説明のためのものに過ぎず、あらゆる意味において限定を意図したものではない。説明のための上記観点、実施形態および特徴の他にも、別の観点、実施形態および特徴が、図面および以下の詳細な説明により明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】例示的な光学センサを示す図である。
【図１Ｂ】例示的な光学センサを示す図である。
【図２Ａ】代替の例示的な光学センサを示す図である。
【図２Ｂ】代替の例示的な光学センサを示す図である。
【図３】例示的な光学センサアセンブリを示す図である。
【図４】例示的な流体分析方法の一例を示す図である。
【図５Ａ】代替の光学センサを示す図である。
【図５Ｂ】代替の光学センサを示す図である。
【図５Ｃ】代替の光学センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここに用いるように、「光導波路」または「導波路」は、光学スペクトルの電磁波を導く物理構造を示す。導波路の一般的な例として、光ファイバ導波路や矩形導波路がある。
【００１２】
「回折格子」または「格子」は、光を、光の波長によりそれぞれの強度で別方向に伝播する何本かのビームに分岐および回折させるように構成された周期的構造の光学部材を示す。「同調格子」は、格子の共鳴が変化するように格子位相を調節可能な格子を示す。
【００１３】
「流体」は、せん断応力が与えられた結果として、変形または流動する物質の状態を示す。流体の実例には、液体、気体、プラズマ、粘弾性流体、および同様の物理的特性を示す他の状態の物質等があるが、それに限定されるものではない。
【００１４】
図１Ａおよび図１Ｂは、例示的な光学センサ１００の側面図（図１Ａ）および平面図（図１Ｂ）を示す。センサ１００は、シリコン基板１０２上に設けられた数枚の層を含んでいてもよい。例示的なシリコン基板１０２は、寸法が５００μｍから２０００μｍの範囲であってもよい。シリコン基板１０２上には、様々なガラス層１０４が、積層、塗布、または他の手段で接着していてもよい。例示的なガラス層１０４は、寸法が０．１μｍから５００μｍの範囲であってもよい。導波路１０６は、一対のガラス層間に配置されていてもよい。あるいは、１または複数枚のクラッド層が、導波路１０６を被覆して、導波路が光をチャネル１０８へと導くように伝播させてもよい。例示的な導波路１０６は、寸法が０．１μｍから１０μｍであってもよい。
【００１５】
溝すなわちチャネル１０８は、ガラス層１０４および導波路１０６内に位置して、チャネルが導波路を第１の導波路１０６ａと第２の導波路１０６ｂとに分岐させてもよい。光は、第１の導波路１０６ａを経てチャネル１０８を通過し、第２の導波路１０６ｂへと導かれてもよい。チャネル１０８は、シリコン基板１０２、ガラス層１０４および導波路１０６を、チャネルができるようにエッチングすることにより、形成されてもよい。例示的なチャネル１０８は、幅が約１００ミクロンで、深さが約５０から１００ミクロンであってもよい。チャネル１０８の幅は、光がチャネルを通過する際に、光学的損失が低くなるように、高精度で制御されてもよい。また、チャネル１０８は、被分析流体の一部を捕捉する化学的接着層を備えていてもよく、これにより、流体が光にさらされる時間が延長され、センサの感度が向上する。例示的な化学的接着層は、ほぼ１層または数層のタンパク質単分子層の結合能を有する、緻密なポリマ層である。さらに、ビオチン化分子を捕捉するために、固定化層が設けられてもよい。なお、これらの化学的接着層は、例示に過ぎず、チャネルを通過する流体に応じて、他の化学的接着層が追加されてもよい。
【００１６】
高品質の光がチャネル１０８を伝播するように、１つまたは複数の反射構造が、導波路内に形成されていてもよい。反射構造は、高反射であるとともに（たとえば、＞９９％反射）、光源の同調範囲に対応させて広帯域で導光可能であってもよい。たとえば、同調レーザが光源として用いられる場合、導波路１０６は、レーザの同調光範囲に対応するように設定されていてもよい。導波路内に反射構造を形成する一手法として、周期的反射構造を形成することがある。この構造は、ガラス導波路内にＵＶパターン形成し、導波路の一部あるいは全体にマスキング、リソグラフィおよびエッチングを施し、選択的にオーバーレイ材料を加え、反応性イオンエッチングを深く施すことにより、形成されてもよい。
【００１７】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、センサ１００は、光を一次元的に導く構造と、導波路１０６以降に流体を移送する流体チャネル（チャネル１０８を通る）を備え、導波路から射出された光が流体と相互作用するようになっている。図２Ａおよび図２Ｂは、格子の共鳴を変化させて、それにより、流体を通過するように導かれた光の波長を変化させるように、同調格子２１０ａ、２１０ｂが組み込まれた、第２のセンサ２００を示している。
【００１８】
図１Ａおよび図１Ｂと同様に、図２Ａおよび図２Ｂは、光学センサ２００の側面図（図２Ａ）および平面図（図２Ｂ）を示す。センサ２００は、シリコン基板２０２上に設けられた数枚の層を備えていてもよく、これらの層をチャネル２０８が通過し、二分している。種々のガラス層２０４が、シリコン基板２０２上に、積層、塗布、または他の方式で接着されていてもよい。導波路２０６ａ、２０６ｂは、２層のガラス層２０４間におけるチャネル２０８のいずれかの側面に、位置していてもよい。あるいは、単一または複数のクラッド層が、導波路２０６ａ、２０６ｂを被覆して、チャネル２０８へと導光するように光を伝播させてもよい。
【００１９】
同調格子２１０ａ、２１０ｂが、導波路２０６ａ、２０６ｂ内にそれぞれ設けられていてもよい。格子２１０ａ、２１０ｂは、格子内に画定されたキャビティ空間を変化させることにより、格子の共鳴が変化して、導波路２０６ａ、２０６ｂの各々を通過する光の波長を変化させるように、同調可能であってもよい。チャネルの各側面上に格子２１０ａ、２１０ｂを配置することにより、センサ２００は、チャネル２０８を通じて導光する一次元共鳴構造を規定しており、チャネルは、流体がセンサを通過する際に光が流体と相互作用するように流体を移送する、流体チャネルになっている。また、格子２１０ａ、２１０ｂは、流体と相互作用するのに好適な、光の波長を選択してもよい。光源が、広範囲の波長に対応して構成されていると、格子２１０ａまたは格子２１０ｂの設定に適合した波長は、大幅に増強され得る。導波路２０６ａ、２０６ｂは、光を単一面に制約するように機能してもよく、それにより、チャネル２０８を通過して伝播する光量がさらに増大する。
【００２０】
格子２１０ａ、２１０ｂを同調可能とするために、少なくとも１つの同調素子２１２を、各格子の近傍に配置してもよい。同調素子２１２は、格子２１０ａ、２１０ｂの共鳴を変化させるように構成され、格子を通過する光の波長を変化させるようになっていてもよい。たとえば、同調素子２１２は、格子２１０ａ、２１０ｂの各々に貼付された薄膜抵抗であってもよい。各薄膜抵抗に電流が印加されてもよく、それにより、格子２１０ａ、２１０ｂの各々が加熱されて、薄膜抵抗の熱電効果の結果、格子の共鳴が変化する。代替の同調素子２１２は、たとえば、機械式同調器（マイクロマシンシステム（ＭＥＭＳ）等）、光学および電気同調素子、ならびに熱同調素子であってもよい。
【００２１】
意図されたセンサ２００の適用例に応じて、格子２１０ａ、２１０ｂの各々は、共鳴が同一であってもよく、逆に、固有の共鳴になるように、調整されてもよい。共鳴を同一にするためには、格子２１０ａ、２１０ｂの各々の近傍にある薄膜抵抗２１２に、単一の電流を送る。単一の電流は、格子２１０ａ、２１０ｂを均一に加熱するので、各格子の共鳴が同一に調整される結果となる。固有の共鳴にするためには、第１の電流が格子２１０ａ近傍の第１の薄膜抵抗同調素子２１２に印加されてもよい。第１の電流により、第１の薄膜抵抗同調素子２１２は、格子２１０ａを特定の温度に加熱してもよく、それにより、格子２１０ａの共鳴は第１の値に変更される。その代わりに、あるいはそれに加えて、第２の電流が、格子２１０ｂ近傍の第２の薄膜抵抗同調素子２１２に印加されてもよい。第２の電流により、第２の薄膜抵抗同調素子２１２は、格子２１０ｂを第２の温度に加熱してもよく、それにより、格子２１０ｂの共鳴は、第１の値とは別の第２の値に変更される。たとえば、表面積および構成材料に応じて、例示的な薄膜抵抗２１２には、１０ｍＷから２００ｍＷの電力が与えられてもよく、それにより、薄膜抵抗の温度を約１００℃に上げる。二酸化ケイ素製の同調格子では、この温度変化により４ｎｍの同調能力がもたらされてもよい。同様な熱特性のシリコンまたはポリマ製の同調格子では、この温度変化により、４０ｎｍの同調能力がもたらされてもよい。
【００２２】
センサ２００は、場合によっては、チャネル２０８を通過する流体の温度を維持するために少なくとも１個の冷却部材を組み込んでもよい。たとえば、格子２１０ａ、２１０ｂの共鳴を調整するために加熱すると、ガラス層２０４およびシリコン基板２０２の温度も上昇し得る。冷却素子は、流体がチャネル２０８を通過する前に、流体を低温に保ってもよく、流体の温度上昇によって流体分析が結果的に不正確になることがないようにしている。
【００２３】
図３は、上述したようなセンサ２００と同様の光学センサを備えた、例示的なセンサアセンブリ３００のを示す。アセンブリ３００は、シリコン基板３０２上に設けられた数枚の層を備えていてもよく、これらの層をチャネル３０８が通過し、二分している。種々のガラス層３０４が、シリコン基板３０２上に、積層、塗布、または他の方式で接着していてもよい。導波路３０６ａ、３０６ｂは、２層のガラス層３０４間におけるチャネル３０８のいずれかの側面に、位置していてもよい。あるいは、単一または複数のクラッド層が、導波路３０６ａ、３０６ｂを被覆して、チャネル３０８へと導光するように光を伝播させてもよい。
【００２４】
同調格子３１０ａ、３１０ｂが、導波路３０６ａ、３０６ｂ内にそれぞれ設けられていてもよい。格子３１０ａ、３１０ｂは、格子の共鳴が変化するように同調可能であってもよく、それにより、導波路３０６ａ、３０６ｂの各々を通過する光において強化される波長の選択が変化する。格子３１０ａ、３１０ｂの同調が可能となるように、同調素子３１２が、各格子近傍に配置されていてもよい。同調素子３１２は、格子３１０ａ、３１０ｂの共鳴を変更するように構成されて、格子を通過する光の波長を変化させてもよい。
【００２５】
アセンブリ３００は、場合によっては、少なくとも１つの放射線源または光源３１４を備えていてもよい。光源３１４は、光学センサ、特に導波路３０６ａ近傍に配置されたレーザであってもよく、光源から射出された光は、導波路を通じて導かれ、格子３１０ａ（光における増強された波長の選択が、格子の共鳴に応じて変化してもよい）を通り、チャネル３０８およびその中の任意の流体をも通過するようになっている。流体通過後、光は、格子３１０ｂ（ここで、再び、光における増強された波長の選択が、格子の共鳴に応じて変化してもよい）を介して導波路３０６ｂを通過し、放射線または光センサ３１６に至り得る。光センサ３１６は、コンピュータまたは他の処理装置に対して、動作可能に接続されていてもよく、そこで、光センサでの受光に応じて、その光に関する情報がさらに分析され、流体内にいずれかの異物があるかどうか特定される。
【００２６】
さらに、アセンブリ３００には、導波路３０６ａ近傍に少なくとも１つの研磨面があってもよくり、したがって、ガラス層３０４により画定された外縁に導波路が達し、光源３１４に直接接触し、伝播して導波路に入射する前の光に対するあらゆる干渉が排除されるようになる。さらに、この面は、レーザ等の光源からの光ファイバを、受容するように構成されていてもよく、ファイバのコアが導波路３０６ａと同心となるように位置決めする。このように、光は、光源３１４から直線状または平面状に進み、チャネル３０８を透過してセンサ３１６に至る。
【００２７】
図４は、たとえばセンサアセンブリ３００等の例示的なセンサアセンブリを用いて、流体物質を分析する例示的な方法を示す。なお、センサアセンブリ３００に関連する部材が、図４により説明されているものの、図４に示す方法は、センサアセンブリ３００に限定されるものではない。
【００２８】
ここに説明する原理を用いて流体を分析しようとするユーザは、光学センサまたはセンサアセンブリ３００等のセンサアセンブリを提供してもよい（４０２）。また、ユーザは、被験流体を提供することもできる（４０４）。たとえば、ユーザは、ある量の水を検査して、水に望ましくない混入物が入っていないかどうか、特定してもよい。被験流体は、センサアセンブリ３００を通過して移送される（４０６）。光源３１４は、導波路３０６ａおよび格子３１０ａを通ってチャネル３０８および流体試料に至る光を送ってもよい（４０８）。ユーザが実施している検査および分析の種類に応じて格子３１０ａが調整され、流体を通過して送られる光の波長が適切に管理されるようになっていてもよい（４０８）。光は流体を透過した後に、格子３１０ｂ（格子３１０ａと同様に調整されてもよい）および導波路３０６ｂを通過する。そして、流体を透過した光は、光センサ３１６により検出される（４１０）。
【００２９】
光センサ３１６は、検出された光に関する情報が前記処理装置へと渡され、さらに分析される（４１２）ように、少なくとも１台の処理装置に対して動作可能に接続されてもよい。分析（４１２）に基づき、あらゆる混入物または流体の問題に関する他の特性が特定され得る。光センサ３１６および処理装置の構成に応じて、様々な種類の分析（４１２）が実行されてもよい。たとえば、ラマン散乱分析、白色光分光法、または吸収分析が実行されてもよい。利用される分析法に応じて、格子３１０ａ、３１０ｂが調整されてもよい。たとえば、ラマン散乱分析が利用される場合、格子３１０ａ、３１０ｂは、検査の際に狭い波長域を走査するように、構成されていてもよく、それにより、センサの感度を向上させる。たとえば、ラマン散乱分析での光源が５３２ｎｍの緑色光を発するように構成される場合、結果として得られるラマン遷移情報は、５４２ｎｍ〜５８８ｎｍとなることも、また格子３１０ａ、３１０ｂの製造に用いる材料によっては、５４６ｎｍ〜６３３ｎｍとなることもある。
【００３０】
上述したような方法およびセンサは、流体キャビティを複数備えるとともに同調格子を追加するように、改良されてもよい。図５Ａに示すように、センサ５００は、互いに近接配置された一連のキャビティ５０２、５０４を備えていてもよく、これら２つのキャビティは、壁５０６により隔てられている。壁には、同調格子５０８が追加されて、第２のチャネル５０４を通過する光が、第１のチャネル５０２通過する光とは異なる波長になってもよい。一方、図５Ｂは、広いチャネル５１２を具備したセンサ５１０を示し、２つの流体がチャネルを通過する際に別々に隔てる薄い壁５１４を備えている。図５Ａおよび図５Ｂに示すセンサ５００、５１０の各例は、流体検査時の基準チャネルを提供するように、利用されてもよい。たとえば、基準流体が第１のチャネル（または図５Ｂのようなチャネルを通る通路）を通過するとともに、第２の流体が第２のチャネル（または、図５Ｂのようなチャネルを通る通路）を通過してもよい。基準チャネルに関係した差分測定を利用することにより、処理および分析装置は、センサレベルでのシステムおよび物質ノイズや干渉を除去することになり、それにより、あらゆる異物の検出について較正されたセンサが提供される。さらに、センサ５００、５１０の各例にて、同一のセンサを用いて、異なる流体を同時に並行検査してもよく、それにより、単一のセンサのスループットが向上する。
【００３１】
図５Ｃは、センサ５２０のさらに別の例を示す。本例において、導波路／格子の組５２２、５２４、５２６が、複数組、単一のチャネル５２８について図示されている。このような構成により、導波路／格子の組の各々は、共鳴が固有でありながらも、単一の光源を共用することができる。このように、複数の波長の光が、チャネル５２８内の流体を同時に透過してもよく、それにより、様々な光学分析方法の並行検査ができるようになる。同様に、導波路／格子の各組５２２、５２４、５２６から検出された光は、様々な分析方法を用いて分析されてもよい。たとえば、導波路／格子の組５２２が、ラマン散乱分析用の周波数域を走査するのに用いられ、導波路／格子の組５２４が、白色光分光法用の特定の波長または波長域に設定され、導波路／格子の組５２６が吸収分析用の特定の波長または波長域に設定されてもよい。
【００３２】
実施例１：消費者向けキット
流体の特性および流体内の外来の混入物を検査するために、消費者に対してキットが販売されてもよい。キットには、上述と同様の光学センサ（たとえば、センサ２００）が、含まれていてもよい。光学センサは、ＶＬＳＩ（超大規模集積回路）等の標準的な製造工程による回路基板上に、シリコン基板が実装可能となるように、変更されてもよい。また、流体試料を分析するように構成された処理部が、回路基板上に実装され、光源と回路基板上の光学センサの周辺に配置された光センサとに対して動作可能に接続されてもよい。回路基板は、筐体内に封入されていてもよく、筐体には、被験流体の試料挿入用の孔、検査を初期化するためのユーザインタフェース、および検査結果を表示するためのディスプレイが、設けられていてもよい。また、キットには、光学センサの標準的操作手順を規定した取扱説明書、および、表示された結果の解釈法のリストが、含まれていてもよい。具体的には、消費者とは、家屋内の水質検査をする住宅所有者、プールの水の化学レベルを検査するプール所有者、エンジンの使用や保守に関係する様々な流体の特性を検査する整備工や整備工場所有者（たとえば、エンジンオイル、冷却液、トランスミッション液）、および流体の特性を検査する他の同様の消費者等であってもよい。
【００３３】
実施例２：製造中の医薬品検査
製薬会社は、製造ラインに沿った様々な箇所に、センサアセンブリが、液体薬品の製造に用いる流体の特性を検査するために配置されるように、製造ラインを設計することがある。上述したような光学センサ（たとえば、センサアセンブリ３００）は、特定の時点で、ある量の流体が、製造ラインからセンサアセンブリへと移送されるべく、バルブアセンブリを備えるように修正されてもよい。流体について、その特性および外来の混入物を検査することがある。製造ライン用の制御プロセッサは、センサアセンブリと連通していてもよく、外来の混入物が検出されると、混入物の原因がわかり、製造ラインにおける全ての汚染されたエリアが洗浄されるまで、製造は停止するようになっている。
【００３４】
実施例３：浄化中の水質検査
水および下水浄化施設等の公益事業社は、浄化工程全体の様々な場所に、種々の工程での水質を検査するように、センサアセンブリを採用してもよい。上述のような光学センサ（たとえば、センサアセンブリ３００）は、特定の時点で、ある量の水が、浄化工程から光学センサアセンブリへと移送されるべく、バルブアセンブリを備えるように修正されてもよい。水について、水質および外来の混入物のレベルが検査されてもよい。水質および混入物のレベルは、その浄化段階での許容レベルと比較されてもよく、浄化工程は、それに応じて調整されてもよい。
【００３５】
具体的には、水処理施設は、水を検査して、Ｃｒｙｐｔｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ属の原生動物およびＧｉａｒｄｉａ属の原生動物等、様々な水系有機体を検出しようとすることがある。水処理施設には、上述のような光学センサを１つまたは複数実装したラマン分光分析システムが、組み込まれていてもよい。分析システムは、水が１つまたは複数の光学センサを透過する際、水を照射するように構成された、レーザまたは他の光源を備えていてもよい。レーザは、約１２５ｎｍから約８００ｎｍの光を発するように構成されていてもよく、約６０ｎｍから４１０ｎｍと、約６１２ｎｍから８００ｎｍとの不連続のラマンスペクトルがもたらされる。しかしながら、水処理施設が検出することを望み得る特定の要素に基づき、特定の波長が光学センサ内の同調格子により強化され、したがって、より完全な分析および可能な病原体検出のためのそれらの特定の波長に関連した狭いラマンスペクトルが得られる。
【００３６】
上述の詳細な説明は、添付の図面を参照しており、図面はその一部を構成する。図において、同様の符号は、文脈上、別のものが示されていない限り、通例、同様の部材を示す。詳細な説明に記述された説明のための実施形態、図面および請求の範囲は、限定を意味するものではない。ここに示された主題の趣旨または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が用いられてもよく、他の変更がなされてもよい。ここに一般的に説明するように、本開示の各側面、および図示された内容は、変更、置換、結合、分離、および広範な種々の構成に設計されることが可能であり、その全てが、ここに明確に意図されていることが、容易に理解されるであろう。
【００３７】
本開示は、本願に説明した具体的な実施形態の観点で限定されるものではなく、実施形態は、様々な側面を説明するように意図されたものである。当業者に明らかなように、多くの修正および変形が、趣旨および範囲から逸脱することなくなされてもよい。ここに列挙したものに加え、本開示の範囲内の機能的に均等な方法および装置が、上述の内容から、当業者に明らかとなるであろう。このような修正および変形は、添付の請求の範囲内となることが意図されている。本開示は、添付の請求の範囲が与える完全な均等の範囲とともに、請求の範囲の用語でのみ限定されるものである。本開示は、無論多様なものとなり得る、特定の方法、反応物、化合物、組成または生物システムに限定されるものではないことが、理解されよう。また、ここに用いた術語は、単に、特定の実施形態を説明する目的のためのものに過ぎず、限定を意図していないことが、理解されよう。
【００３８】
本明細書における実質的に全ての複数形および／または単数形の用語の使用に対して、当業者は、状況および／または用途に適切なように、複数形から単数形に、および／または単数形から複数形に変換することができる。様々な単数形／複数形の置き換えは、理解しやすいように、本明細書で明確に説明することができる。
【００３９】
通常、本明細書において、特に添付の特許請求の範囲（たとえば、添付の特許請求の範囲の本体部）において使用される用語は、全体を通じて「オープンな（ｏｐｅｎ）」用語として意図されていることが、当業者には理解されよう（たとえば、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきであり、用語「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、「少なくとも有する（ｈａｖｉｎｇ  ａｔ  ｌｅａｓｔ）」と解釈されるべきであり、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」は、「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｅｓ  ｂｕｔ  ｉｓ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」と解釈されるべきである、など）。導入される請求項で具体的な数の記載が意図される場合、そのような意図は、当該請求項において明示的に記載されることになり、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、理解の一助として、添付の特許請求の範囲は、導入句「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」および「１つまたは複数の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」を使用して請求項の記載を導くことを含む場合がある。しかし、そのような句の使用は、同一の請求項が、導入句「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」および「ａ」または「ａｎ」などの不定冠詞を含む場合であっても、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、そのように導入される請求項の記載を含む任意の特定の請求項を、単に１つのそのような記載を含む実施形態に限定する、ということを示唆していると解釈されるべきではない（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は、「少なくとも１つの」または「１つまたは複数の」を意味すると解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するのに使用される定冠詞の使用にも当てはまる。また、導入される請求項の記載で具体的な数が明示的に記載されている場合でも、そのような記載は、少なくとも記載された数を意味すると解釈されるべきであることが、当業者には理解されよう（たとえば、他の修飾語なしでの「２つの記載（ｔｗｏ  ｒｅｃｉｔａｔｉｏｎｓ）」の単なる記載は、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、ＢおよびＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステムを含むが、それに限定されない）。「Ａ、Ｂ、またはＣ、などの少なくとも１つ」に類似の慣例表現が使用されている事例では、通常、そのような構文は、当業者がその慣例表現を理解するであろう意味で意図されている（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢを共に、ＡおよびＣを共に、ＢおよびＣを共に、ならびに／またはＡ、Ｂ、およびＣを共に、などを有するシステ���を含むが、それに限定されない）。２つ以上の代替用語を提示する事実上いかなる離接する語および／または句も、明細書、特許請求の範囲、または図面のどこにあっても、当該用語の一方（ｏｎｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、当該用語のいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｅｒｍｓ）、または両方の用語（ｂｏｔｈ  ｔｅｒｍｓ）を含む可能性を企図すると理解されるべきであることが、当業者にはさらに理解されよう。たとえば、句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むことが理解されよう。
【００４０】
さらに、上述の本開示の特徴または各側面がマーカッシュグループに関してで記述されたものは、そのマーカッシュグループのあらゆる個々の要素または要素のサブグループの観点でも記述されることが、当業者には理解されるであろう。
【００４１】
当業者に理解されるように、記述内容を提供する観点等、任意およびあらゆる目的において、ここに開示した全範囲も、任意および全てのとり得る部分範囲ならびにその部分範囲の組み合わせを包含するものである。あらゆる列挙範囲は、少なくとも二等分、三等分、四等分、五等分、十等分等に分割された同範囲を充分に記述し、可能にしていることが、容易に理解され得る。非限定的な例として、ここに説明した各範囲は、三分割の、上部、中部および下部等に容易に分割可能である。また、当業者に理解されるように、「まで」、「少なくとも」等のあらゆる言葉は、列挙された数を含むとともに、上述したような部分範囲へと実質的に分割可能な範囲を示している。最後に、当業者に理解されるように、範囲は個々の要素を含む。このように、たとえば、１〜３セルを有するグループは、１セル、２セルまたは３セルの各グループを指す。同様に、１〜５セルを有するグループは、１セル、２セル、３セル、４セルまたは５セルの各グループを指し、以下同様である。
【００４２】
上述のことから、本開示の様々な実施形態は、説明の目的でここに記述されており、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、様々な修正がなされ得ることが、理解されるであろう。したがって、ここに開示した様々な実施形態は、以下の特許請求の範囲が示す真の範囲および趣旨に照らして、限定を意図するものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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