(57)【要約】【課題】  機械的強度に優れた構造を有する流速計測素子及びマイクロ流路デバイスを提供する。【解決手段】  流速計測素子１０は、流体ａが流れるマイクロ流路９と、マイクロ流路９の第１部分１１に光学的に結合された一端１５ａと、他端１５ｂとを有する光導波路１５と、第２部分１３に光学的に結合された一端１７ａと、他端１７ｂとを有する光導波路１７と、第１部分１１を介して一端１５ａに光学的に結合された一端１９ａと、他端１９ｂとを有する光導波路１９と、第２部分１３を介して一端１７ａに光学的に結合された一端２１ａと、他端２１ｂとを有する光導波路２１とを備える基板２９を備える。第３部分４９には、流体ａの温度を調整するヒータ５１が位置する。他端１５ｂ及び他端１７ｂには光源２３が、他端１９ｂには光検出器２５が、他端２１ｂには光検出器２７がそれぞれ光学的に結合される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れるマイクロ流路と、前記マイクロ流路の第１部分に光学的に結合された一端を有する第１の光導波路と、前記第１部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端を有する第２の光導波路と、前記第１部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第３の光導波路と、前記第２部分を介して前記第２の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第４の光導波路と、を備える基板と、
前記第１部分及び前記第２部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第３部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部と、
前記第１の光導波路の他端及び前記第２の光導波路の他端に光学的に結合された光源と、
前記第３の光導波路の他端に光学的に結合された第１の光検出器と、
前記第４の光導波路の他端に光学的に結合された第２の光検出器と、
を備える、流速計測素子。
【請求項２】
前記第１の光導波路の前記他端と前記第２の光導波路の前記他端とは光学的に結合している、請求項１に記載の流速計測素子。
【請求項３】
前記基板が石英ガラスから構成される、請求項１又は２に記載の流速計測素子。
【請求項４】
前記光源、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器が、前記基板上に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流速計測素子。
【請求項５】
前記第１の光導波路の前記一端の端面は曲面であり、前記第２の光導波路の前記一端の端面は曲面である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流速計測素子。
【請求項６】
流体の速度を計測する流速計測素子に用いられるマイクロ流路デバイスであって、
前記流体が流れるマイクロ流路と、前記マイクロ流路の第１部分に光学的に結合された一端を有する第１の光導波路と、前記第１部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端を有する第２の光導波路と、前記第１部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第３の光導波路と、前記第２部分を介して前記第２の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第４の光導波路と、を備える基板と、
前記第１部分及び前記第２部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第３部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部と、
を備える、マイクロ流路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流速計測素子及びマイクロ流路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されているように、マイクロ流路中に棒状又は板状の歪曲部材が設置された流速計測素子が知られている。この流速計測素子では、歪曲部材が流体からの作用力を受けて歪曲する。マイクロ流路を流れる流体の速度は、歪曲部材の歪曲度を検出することによって計測される。
【特許文献１】特開２００２−１５６２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記流速計測素子を用いて例えば粒子状の異物が混入した流体の速度を計測する場合には、当該異物が歪曲部材に接触することによって歪曲部材が破壊されるおそれがある。特に、マイクロ流路の幅は非常に狭いので、異物が歪曲部材を破壊してしまう可能性は極めて高い。歪曲部材が破壊されてしまうと、もはや流体の速度を計測することができない。
【０００４】
そこで本発明は、機械的強度に優れた構造を有する流速計測素子及びマイクロ流路デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明の流速計測素子は、流体が流れるマイクロ流路と、前記マイクロ流路の第１部分に光学的に結合された一端を有する第１の光導波路と、前記第１部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端を有する第２の光導波路と、前記第１部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第３の光導波路と、前記第２部分を介して前記第２の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第４の光導波路とを備える基板と、前記第１部分及び前記第２部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第３部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部と、前記第１の光導波路の他端及び前記第２の光導波路の他端に光学的に結合された光源と、前記第３の光導波路の他端に光学的に結合された第１の光検出器と、前記第４の光導波路の他端に光学的に結合された第２の光検出器とを備える。
【０００６】
本発明の流速計測素子によれば、光源から第１の光導波路の他端に入射される光は、第１の光導波路を通って第１の光導波路の一端からマイクロ流路の第１部分に供給される。また、光源から第２の光導波路の他端に入射される光は、第２の光導波路を通って第２の光導波路の一端からマイクロ流路の第２部分に供給される。
【０００７】
第１部分を通過した光は第３の光導波路の一端に入射され、第３の光導波路を通る。第３の光導波路の他端から出射される光は、第１の光検出器に到達する。第１の光検出器により、マイクロ流路の第１部分に位置する流体を通過する光の光損失（以下、「第１の光損失」とする。）を測定することができる。
【０００８】
同様に、第２部分を通過した光は第４の光導波路の一端に入射され、第４の光導波路を通る。第４の光導波路の他端から出射される光は、第２の光検出器に到達する。第２の光検出器により、マイクロ流路の第２部分に位置する流体を通過する光の光損失（以下、「第２の光損失」とする。）を測定することができる。
【０００９】
また、温度調整部を用いて第３部分に位置する流体の温度を変化させると、マイクロ流路を流れる流体に、流速に応じた温度勾配が形成される。このため、マイクロ流路の第１部分に位置する流体の温度（以下、「第１の温度」とする。）とマイクロ流路の第２部分に位置する流体の温度（以下、「第２の温度」とする。）とは互いに異なる値になる。したがって、第１の温度と第２の温度との差（以下、「温度差」とする。）が分かると流体の流速を算出することができる。
【００１０】
ここで、一般に、流体の温度が変化すると流体の屈折率も変化する。さらに、流体の屈折率が変化すると当該流体を通過する光の光損失も変化する。よって、第１の光損失から、第１部分に位置する流体の屈折率（以下、「第１の屈折率」とする。）を算出することができる。同様に、第２の光損失から、第２部分に位置する流体の屈折率（以下、「第２の屈折率」とする。）を算出することができる。また、第１の屈折率から第１の温度を算出することができる。同様に、第２の屈折率から第２の温度を算出することができる。したがって、測定された第１の光損失及び第２の光損失から、温度差を算出することができる。
【００１１】
したがって、本発明の流速計測素子によれば、第１の光損失及び第２の光損失を測定することができ、第１の光損失及び第２の光損失から流体の流速を算出することができる。
【００１２】
本発明の流速計測素子では上述のように流体の流速を計測できるので、マイクロ流路内に流速を計測するための構造物を設ける必要がない。したがって、本発明の流速計測素子は、機械的強度に優れた構造を有する。
【００１３】
また、前記第１の光導波路の前記他端と前記第２の光導波路の前記他端とは光学的に結合していることが好ましい。この場合、第１の光導波路及び第２の光導波路に一つの光源から光を供給することができるので、流体計測素子の部品点数を削減することができる。
【００１４】
また、前記基板が石英ガラスから構成されることが好ましい。この場合、基板の耐薬品性が向上するので、比較的幅広い種類の流体の流速を計測することができる。
【００１５】
また、前記光源、前記第１の光検出器及び前記第２の光検出器が、前記基板上に設けられていることが好ましい。この場合、光源と第１の光導波路の他端及び第２の光導波路の他端との光軸合わせ、第１の光検出器と第３の光導波路の他端との光軸合わせ、第２の光検出器と第４の光導波路の他端との光軸合わせがいずれも容易になる。
【００１６】
また、前記第１の光導波路の前記一端の端面は曲面であり、前記第２の光導波路の前記一端の端面は曲面であることが好ましい。この場合、第１の光導波路の一端の端面から出射される光は、当該端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、第１の光導波路の一端の端面から出射される光の光量に比べて、第３の光導波路の一端の端面に到達する光の光量は減少する。したがって、第１の光損失の屈折率依存性が大きくなるので、第１の光検出器の検出感度が向上する。
【００１７】
同様に、第２の光導波路の一端の端面から出射される光は、当該端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、第２の光導波路の一端の端面から出射される光の光量に比べて、第４の光導波路の一端の端面に到達する光の光量は減少する。したがって、第２の光損失の屈折率依存性が大きくなるので、第２の光検出器の検出感度が向上する。
【００１８】
本発明のマイクロ流路デバイスは、流体の速度を計測する流速計測素子に用いられるマイクロ流路デバイスであって、前記流体が流れるマイクロ流路と、前記マイクロ流路の第１部分に光学的に結合された一端を有する第１の光導波路と、前記第１部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第２部分に光学的に結合された一端を有する第２の光導波路と、前記第１部分を介して前記第１の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第３の光導波路と、前記第２部分を介して前記第２の光導波路の前記一端に光学的に結合された一端を有する第４の光導波路とを備える基板と、前記第１部分及び前記第２部分とは異なる部分に位置する前記マイクロ流路の第３部分に位置する前記流体の温度を調整する温度調整部とを備える。
【００１９】
本発明のマイクロ流路デバイスでは、光を第１の光導波路に供給すると、当該光は第１の光導波路を通って第１の光導波路の一端から出射され、マイクロ流路の第１部分に供給される。第１部分を通過した光は第３の光導波路の一端に入射され、第３の光導波路を通る。
【００２０】
同様に、光を第２の光導波路に供給すると、当該光は第２の光導波路を通って第２の光導波路の一端から出射され、マイクロ流路の第２部分に供給される。第２部分を通過した光は第４の光導波路の一端に入射され、第４の光導波路を通る。
【００２１】
また、温度調整部を用いて第３部分に位置する流体の温度を変化させると、マイクロ流路を流れる流体に、流速に応じた温度勾配が形成される。このため、第１の温度と第２の温度とは互いに異なる値になる。したがって、温度差が分かると流体の流速を算出することができる。
【００２２】
ここで、一般に、流体の温度が変化すると流体の屈折率も変化する。さらに、流体の屈折率が変化すると当該流体を通過する光の光損失も変化する。よって、第１の光損失から、第１の屈折率を算出することができる。同様に、第２の光損失から、第２の屈折率を算出することができる。また、第１の屈折率から第１の温度を算出することができる。同様に、第２の屈折率から第２の温度を算出することができる。したがって、第１の光損失及び第２の光損失から、温度差を算出することができる。
【００２３】
したがって、本発明のマイクロ流路デバイスによれば、第１の光損失及び第２の光損失から流体の流速を算出することができる。
【００２４】
本発明のマイクロ流路デバイスでは、マイクロ流路内に流速を計測するための構造物を設ける必要がない。したがって、本発明のマイクロ流路デバイスは、機械的強度に優れた構造を有する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、機械的強度に優れた構造を有する流速計測素子及びマイクロ流路デバイスが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを有する流速計測素子を備えた流速計測システムの概略を示す概念図である。図２は、第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。図３は、第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの主要部を模式的に示す斜視図である。
【００２８】
図１に示される流速計測システム１は、流体ａが流れる主配管３と、主配管３に取り付けられた分岐５，５と、分岐５，５間を接続する配管７と、配管７に接続された流速計測素子１０とを備える。配管７には微量の流体ａが流れる。流速計測素子１０を用いると、配管７を流れる流体ａの流速を計測することができる。また、配管７により流体ａを主配管３に還流させることができる。
【００２９】
流体ａとしては、例えば水溶液、有機溶媒、酸性溶液、アルカリ性溶液等の液体、酸性ガス、アルカリ性ガス等の気体、気液混合物、又は、粉末が混入した気体若しくは液体等が挙げられる。
【００３０】
流速計測素子１０は、マイクロ流路デバイス３３を備える。マイクロ流路デバイス３３は、流体ａが流れるマイクロ流路９を有する基板２９を備える。配管７とマイクロ流路９とは、例えばエポキシ系の紫外線硬化型接着剤で両者を接着固定することによって接続される。ここで、配管７は端面が研磨された石英ガラス管であることが好ましく、マイクロ流路９の端面も研磨されていることが好ましい。
【００３１】
基板２９は石英ガラスから構成されることが好ましい。この場合、基板２９の耐薬品性が向上するので、比較的幅広い種類の流体ａをマイクロ流路９に流すことができる。なお、基板２９は、例えばソーダライムガラス等のガラスから構成されるとしてもよい。
【００３２】
マイクロ流路９は、例えば溝が形成された石英基板等の基板上に石英ガラス板等のカバー板を張り合わせることにより好適に形成される。マイクロ流路９は、第１部分１１と、第１部分１１とは異なる部分に位置する第２部分１３と、第１部分１１及び第２部分１３とは異なる部分に位置する第３部分４９とを有する。第１部分１１は、第２部分１３よりも上流に位置することが好ましく、第３部分４９は、第１部分１１よりも上流に位置することが好ましい。第３部分４９は、第１部分１１及び第２部分１３よりも下流に位置するとしてもよい。
【００３３】
本実施形態では、マイクロ流路９は、例えば断面が３０μｍ×３０μｍの正方形となる空洞である。マイクロ流路９の径は、５μｍ以上１２０μｍ以下であることが好ましい。なお、「マイクロ流路の径」とは、マイクロ流路の断面積と同じ断面積を有する円の直径を意味する。流体ａは例えば層流となってマイクロ流路９を流れる。
【００３４】
基板２９は、一端１５ａ及び他端１５ｂを有する第１の光導波路１５と、一端１７ａ及び他端１７ｂを有する第２の光導波路１７と、一端１９ａ及び他端１９ｂを有する第３の光導波路１９と、一端２１ａ及び他端２１ｂを有する第４の光導波路２１とを備える。
【００３５】
光導波路１５の一端１５ａは、マイクロ流路９の第１部分１１に光学的に結合されている。光導波路１７の一端１７ａは、マイクロ流路９の第２部分１３に光学的に結合されている。光導波路１９の一端１９ａは、第１部分１１を介して光導波路１５の一端１５ａに光学的に結合されている。光導波路２１の一端２１ａは、第２部分１３を介して光導波路１７の一端１７ａに光学的に結合されている。
【００３６】
光導波路１９の一端１９ａの端面１９ｅは、光導波路１５の一端１５ａの端面１５ｅに対向配置されている。光導波路２１の一端２１ａの端面２１ｅは、光導波路１７の一端１７ａの端面１７ｅに対向配置されている。
【００３７】
光導波路１５の他端１５ｂ及び光導波路１７の他端１７ｂには、必要に応じて、光源２３が光学的に結合されている。本実施形態において、光導波路１５の他端１５ｂと光導波路１７の他端１７ｂとは光学的に結合されている。また、本実施形態では、光導波路１５の他端１５ｂ及び光導波路１７の他端１７ｂと光源２３との間に、基板２９に含まれる光導波路３５が配置されている。したがって、光導波路１５、光導波路１７及び光導波路３５によって、例えばＹ分岐光導波路といった分岐光導波路が構成される。本実施形態では、光源２３は、例えば光ファイバ４１を介して光導波路３５に光学的に結合される。光源２３は、例えば波長１．５５μｍの半導体レーザ（ＬＤ）である。
【００３８】
光導波路１９の他端１９ｂには、必要に応じて、例えば光ファイバ４３を介して第１の光検出器２５が光学的に結合される。光導波路２１の他端２１ｂには、必要に応じて、例えば光ファイバ４５を介して第２の光検出器２７が光学的に結合される。光検出器２５，２７は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）である。光検出器２５，２７には、光検出器２５，２７からの信号を受けるコンピュータ等の制御装置４７が接続されることが好ましい。
【００３９】
また、マイクロ流路デバイス３３は、マイクロ流路９の第３部分４９に位置する流体ａの温度を調整するヒータ５１（温度調整部）を備える。本実施形態では、複数のヒータ５１，５１が基板２９上に設けられており、ヒータ５１，５１の間にマイクロ流路９の第３部分４９が配置されている。なお、ヒータ５１に代えてペルチェ素子等の冷却素子を用いてもよい。この場合、流体ａを冷却することができる。
【００４０】
ヒータ５１は、例えば、マイクロ流路９に沿って延びており、一端及び他端を有する金属膜である。より具体的には、ヒータ５１は、例えば、幅５０μｍ、長さ５ｍｍ、抵抗値約３００Ωの合金薄膜である。ヒータ５１の一端及び他端には、基板２９に設けられた複数の配線用金属膜５３，５３がそれぞれ電気的に接続されている。配線用金属膜５３は、例えば、チタン層、白金層及び金層からなる積層薄膜である。複数の配線用金属膜５３，５３には、配線５５，５５によって電源５７が接続されている。本実施形態において、配線５５及び電源５７は基板２９上に設けられていないが、基板２９上に設けられていてもよい。
【００４１】
本実施形態では、光導波路１５，１７，１９，２１，３５は、例えばコアの断面が７．５μｍ×７．５μｍの正方形となる形状を有する。光導波路１５，１７，１９，２１，３５において、コアとクラッドとの比屈折率差Δは例えば０．４５％である。
【００４２】
本実施形態では、光導波路１５の一端１５ａの端面１５ｅは曲面であり、光導波路１７の一端１７ａの端面１７ｅも曲面である。また、光導波路１９の一端１９ａの端面１９ｅは曲面であり、光導波路２１の一端２１ａの端面２１ｅも曲面である。端面１５ｅ、端面１７ｅ、端面１９ｅ及び端面２１ｅは、例えば曲率半径が５μｍの円筒面の一部であることが好ましい。なお、端面１５ｅ、端面１７ｅ、端面１９ｅ及び端面２１ｅは、曲面に限定されず、平面であってもよい。
【００４３】
端面１５ｅ、端面１７ｅ、端面１９ｅ及び端面２１ｅの重心位置は、マイクロ流路９の底面からの距離及び頂面からの距離がｚ１となるように配置されることが好ましい。ｚ１は例えば１５μｍである。
【００４４】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３を備えた流速計測素子１０によれば、光源２３から光導波路１５の他端１５ｂに出射された光Ｌ１は、光導波路１５を通って光導波路１５の一端１５ａからマイクロ流路９の第１部分１１に供給される。また、光源２３から光導波路１７の他端１７ｂに出射された光Ｌ１は、光導波路１７を通って光導波路１７の一端１７ａからマイクロ流路９の第２部分１３に供給される。
【００４５】
第１部分１１に供給された光Ｌ１は、第１部分１１を通過する。これにより、光Ｌ２が光導波路１９の一端１９ａに入射され、光導波路１９を通る。光導波路１９の他端１９ｂから出射された光Ｌ２は光検出器２５に到達する。光検出器２５により、マイクロ流路９の第１部分１１に位置する流体ａを通過した光Ｌ２の光損失Ｌｓ１を測定することができる。光損失Ｌｓ１は、光Ｌ１の光量と光Ｌ２の光量とから算出される。
【００４６】
同様に、第２部分１３に供給された光Ｌ１は、第２部分１３を通過する。これにより、光Ｌ３が光導波路２１の一端２１ａに入射され、光導波路２１を通る。光導波路２１の他端２１ｂから出射された光Ｌ３は光検出器２７に到達する。光検出器２７により、マイクロ流路９の第２部分１３に位置する流体ａを通過した光Ｌ３の光損失Ｌｓ２を測定することができる。光損失Ｌｓ２は、光Ｌ１の光量と光Ｌ２の光量とから算出される。
【００４７】
また、ヒータ５１を用いて第３部分４９に位置する流体ａの温度を変化させると、マイクロ流路９を流れる流体ａに、流速に応じた温度勾配が形成される。このため、マイクロ流路９の第１部分１１に位置する流体ａの温度Ｔ１とマイクロ流路９の第２部分１３に位置する流体ａの温度Ｔ２とは互いに異なる値になる。したがって、温度Ｔ１と温度Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ２−Ｔ１）が決まると、流体ａの流速を算出することができる。
【００４８】
図４は、流体の屈折率と流体を通過する光の光損失との関係の具体例を示すグラフである。縦軸は光損失を示し、横軸は屈折率を示す。グラフ中の実線Ｗ３０は、マイクロ流路９の断面が３０μｍ×３０μｍの正方形となる場合におけるデータを示す。グラフ中の実線Ｗ１００は、マイクロ流路９の断面が１００μｍ×１００μｍの正方形となる場合におけるデータを示す。グラフに示されるように、流体ａの屈折率が１．４５よりも小さい場合には、屈折率が大きいほど光損失が小さくなる。また、流体ａの屈折率が１．４５よりも大きい場合には、屈折率が大きいほど光損失が大きくなる。なお、光導波路のコアの屈折率は１．４５である。
【００４９】
図４のグラフを用いると、測定された光損失Ｌｓ１から、第１部分１１に位置する流体ａの屈折率ｎ１を算出することができる。同様に、測定された光損失Ｌｓ２から、第２部分１３に位置する流体ａの屈折率ｎ２を算出することができる。さらに、流体ａの温度と流体ａの屈折率との関係を予め導出しておくことにより、算出された屈折率ｎ１から温度Ｔ１を算出することができる。同様に、算出された屈折率ｎ２から温度Ｔ２を算出することができる。
【００５０】
したがって、流体ａの流速と温度差ΔＴとの関係を予め導出しておくことにより、測定された光損失Ｌｓ１及び光損失Ｌｓ２から、マイクロ流路９を流れる流体ａの流速を算出することができる。さらに、マイクロ流路９を流れる流体ａの流速と配管７を流れる流体ａの流速との関係を予め導出しておくことにより、マイクロ流路９を流れる流体ａの流速から配管７を流れる流体ａの流速を算出することができる。さらに、配管７を流れる流体ａの流速と主配管３を流れる流体ａの流速との関係を予め導出しておくことにより、主配管３を流れる流体ａの流速を算出することができる。
【００５１】
また、図４のグラフから、マイクロ流路９の断面のサイズによらず、光損失の屈折率依存性は略一定であることが分かる。したがって、流体ａの粘性又は流速等に応じてマイクロ流路９の断面のサイズを調整することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、光検出器２５及び光検出器２７によって、光導波路１９の他端１９ｂから出射される光Ｌ２と光導波路２１の他端２１ｂから出射される光Ｌ３とをそれぞれ別々に検出できる。したがって、第１部分１１と第２部分１３との間の距離ｄが短い場合であっても、光Ｌ２と光Ｌ３とが互いに干渉しないので、流体ａの流速を高精度に算出することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、光導波路１５の他端１５ｂと光導波路１７の他端１７ｂとが光学的に結合しているので、光導波路１５及び光導波路１７に一つの光源２３から光Ｌ１を供給できる。したがって、流速計測素子１０の部品点数を削減することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、光導波路１５の一端１５ａの端面１５ｅが曲面であり、光導波路１７の一端１７ａの端面１７ｅも曲面である。よって、光導波路１５の一端１５ａの端面１５ｅから出射される光Ｌ１は、端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、光導波路１５の一端１５ａの端面１５ｅから出射された光Ｌ１の光量に比べて、光導波路１９の一端１９ａの端面１９ｅに到達する光Ｌ２の光量は減少する。したがって、光損失Ｌｓ１の屈折率依存性が大きくなるので、端面が平面の場合に比べて、光検出器２５の検出感度が向上する。
【００５５】
同様に、光導波路１７の一端１７ａの端面１７ｅから出射される光Ｌ１は、端面が平面の場合に比べて広範囲に広がる。このため、光導波路１７の一端１７ａの端面１７ｅから出射された光Ｌ１の光量に比べて、光導波路２１の一端２１ａの端面２１ｅに到達する光Ｌ３の光量は減少する。したがって、光損失Ｌｓ２の屈折率依存性が大きくなるので、光検出器２７の検出感度が向上する。
【００５６】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３を備えた流速計測素子１０では上述のように流体ａの流速を計測できるので、マイクロ流路９内に流速を計測するための構造物を設ける必要がない。したがって、マイクロ流路デバイス３３及び流速計測素子１０は、機械的強度に優れた構造を有する。さらに、例えば流体ａの純度が低いことにより流体ａに粒子状の異物が混入していても、本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３を備えた流速計測素子１０は破壊されない。
【００５７】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。図５に示される流速計測素子１０ａは、マイクロ流路９、光導波路１５、光導波路１７、光導波路１９、光導波路２１及び光導波路３５を含む基板２９と、ヒータ５１とを有するマイクロ流路デバイス３３ａを備える。
【００５８】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３ａを備えた流速計測素子１０ａでは、光源２３、光検出器２５及び光検出器２７が、基板２９上に設けられている。このため、光導波路３５と光源２３とを光学的に結合する光ファイバ４１、光導波路１９と光検出器２５とを光学的に結合する光ファイバ４３、及び、光導波路２１と光検出器２７とを光学的に結合する光ファイバ４５が不要になる。よって、光源２３と光導波路３５との光軸合わせ、光検出器２５と光導波路１９との光軸合わせ、及び、光検出器２７と光導波路２１との光軸合わせがいずれも容易になる。したがって、流速計測素子１０ａの機械的強度は更に向上するので壊れ難くなる。また、流速計測素子１０ａを小型化できる。
【００５９】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３ａを備えた流速計測素子１０ａを用いると、第１実施形態と同様に流体ａの流速を計測できる。したがって、マイクロ流路デバイス３３ａ及び流速計測素子１０ａは、機械的強度に優れた構造を有する。
【００６０】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。図６に示される流速計測素子１０ｂは、マイクロ流路９、光導波路１４（第１の光導波路）、光導波路１６（第２の光導波路）、光導波路１９及び光導波路２１を含む基板２９と、ヒータ５１とを有するマイクロ流路デバイス３３ｂを備える。
【００６１】
光導波路１４の一端１４ａは、第１部分１１に光学的に結合されている。光導波路１４の他端１４ｂは、光源素子２２に光学的に結合されている。光導波路１６の一端１６ａは、第２部分１３に光学的に結合されている。光導波路１６の他端１６ｂは、光源素子２４に光学的に結合されている。本実施形態において、光導波路１４の一端１４ａの端面１４ｅ及び光導波路１６の一端１６ａの端面１６ｅは曲面であるが、平面であってもよい。
【００６２】
光源素子２２及び光源素子２４は光源２３ｂを構成する。光源素子２２，２４としては、光源２３と同様のものが挙げられる。光導波路１４及び光導波路１６の作製は、光導波路１５及び光導波路１７の作製に比べて容易である。
【００６３】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３ｂを備えた流速計測素子１０ｂでは、光源２３ｂ、光検出器２５及び光検出器２７が、基板２９上に設けられている。よって、光源素子２２と光導波路１４の他端１４ｂとの光軸合わせ、光源素子２４と光導波路１６の他端１６ｂとの光軸合わせ、光検出器２５と光導波路１９との光軸合わせ、及び、光検出器２７と光導波路２１との光軸合わせがいずれも容易になる。
【００６４】
本実施形態に係るマイクロ流路デバイス３３ｂを備えた流速計測素子１０ｂを用いると、第１実施形態と同様に流体ａの流速を計測できる。したがって、マイクロ流路デバイス３３ｂ及び流速計測素子１０ｂは、機械的強度に優れた構造を有する。
【００６５】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。
【００６６】
例えば、第２実施形態において、光源２３、光検出器２５及び光検出器２７のうち少なくともいずれか一つが基板２９上に設けられていないとしてもよい。また、第３実施形態において、光源素子２２、光源素子２４、光検出器２５及び光検出器２７のうち少なくともいずれか一つが基板２９上に設けられていないとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを有する流速計測素子を備えた流速計測システムの概略を示す概念図である。
【図２】第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。
【図３】第１実施形態に係るマイクロ流路デバイスの主要部を模式的に示す斜視図である。
【図４】流体を通過する光の光損失と流体の屈折率との関係の具体例を示すグラフである。
【図５】第２実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。
【図６】第３実施形態に係るマイクロ流路デバイスを備えた流速計測素子を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００６８】
９…マイクロ流路、１０，１０ａ，１０ｂ…流速計測素子、１１…マイクロ流路の第１部分、１３…マイクロ流路の第２部分、１４，１５…第１の光導波路、１４ａ，１５ａ…第１の光導波路の一端、１４ｂ，１５ｂ…第１の光導波路の他端、１４ｅ，１５ｅ…第１の光導波路の一端の端面、１６，１７…第２の光導波路、１６ａ，１７ａ…第２の光導波路の一端、１６ｂ，１７ｂ…第２の光導波路の他端、１６ｅ，１７ｅ…第２の光導波路の一端の端面、１９…第３の光導波路、１９ａ…第３の光導波路の一端、１９ｂ…第３の光導波路の他端、２１…第４の光導波路、２１ａ…第４の光導波路の一端、２１ｂ…第４の光導波路の他端、２３，２３ｂ…光源、２５…第１の光検出器、２７…第２の光検出器、２９…基板、３３，３３ａ，３３ｂ…マイクロ流路デバイス、４９…マイクロ流路の第３部分、５１…ヒータ（温度調整部）、ａ…流体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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