(57)【要約】【課題】本発明は光の入射角度を正確に設定しなくてもよく、光学系は安価で小型にでき、かつ光導波路自体も安価に製造することができる光導波路化学センサーを得るにある。【解決手段】光を透過させることができる材質で、長方形板状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の上下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次上下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流部位の上下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路とで光導波路化学センサーを構成している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させることができる材質で、長方形板状あるいは柱状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の上下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次上下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流部位の上下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路とからなることを特徴とする光導波路化学センサー。
【請求項２】
光を透過させることができる材質で、長方形板状あるいは柱状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流部位の下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路とからなることを特徴とする光導波路化学センサー。
【請求項３】
光を透過させることができる材質で、長方形板状あるいは柱状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の上下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次上下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流の光出射側部位との間の上下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路と、この光導波路と接続するように前記センサーチップの光出射側部位の上下面に凹部を形成して形成した、光出射端部から順次上下面および両側部が小寸法となる傾斜面の光出射部とからなることを特徴とする光導波路化学センサー。
【請求項４】
四角錐形状に形成された光導入部と、この光導入部の小径部と一体形成された板状の光導波路と、この光導波路の後端部と小径部が一体形成された四角錐形状に形成された光出射部とからなることを特徴とする光導波路化学センサー。
【請求項５】
光導入部の光導入端部は入射光を集光できる入射光集光部が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４いずれかに記載の光導波路化学センサー。
【請求項６】
光導波路の光出射端部および光出射部の光出射端部は導波光を集光できる導波光集光部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれかに記載の光導波路化学センサー。
【請求項７】
光導波路の被検出体を載せる部位に親水性あるいは疎水性の膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６いずれかに記載の光導波路化学センサー。
【請求項８】
光導波路の被検出体を載せる部位以外の部位に疎水性あるいは親水性の膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし７いずれかに記載の光導波路化学センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光導波路を用い化学成分の変化を計測する光導波路化学センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、グレーティングカプラあるいはプリズムカプラ等の光導波路結合器を設け、化学センサーとなる光導波路に光を伝播させる方法で行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光導波路結合器を用いる方法では光の入射角度を設定する必要があり、システム全体が高価で、かつ大きな装置になるという欠点があった。
また、光を光導波路端部から導波方向に水平に入射する場合は、導波路を薄くする場合、位置合わせシステムが高価になるという欠点があった。
【０００４】
本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、光の入射角度を正確に設定しなくてもよく、光学系は安価で小型にでき、かつ光導波路自体も安価に製造することができる光導波路化学センサーを提供することを目的としている。
【０００５】
また、本発明は入射光面への液垂れを防止したり、入射光の集光を容易にでき、導波光を集光できるとともに、容易に被検出体を載せる部分に、被検出体を確実に位置させることができる光導波路化学センサーを提供することを目的としている。
【０００６】
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００７】
【課題を解決するため手段】
上記目的を達成するために、本発明は光を透過させることができる材質で、長方形板状あるいは柱状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の上下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次上下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流部位の上下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路とで光導波路化学センサーを構成している。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により、本発明を詳細に説明する。
【０００９】
図１ないし図９に示す本発明の第１の実施の形態において、１はアクリル系樹脂材を用いて射出成型により形成した本発明の光導波路化学センサーで、この光導波路化学センサー１は長方形板状のセンサーチップ２と、このセンサーチップ２の光導入側部位３の上下面に光導入部形成凹部４、４を形成して形成した光導入端部５から順次上下面６ａ、６ｂおよび両側面６ｃ、６ｃが小寸法となる傾斜面の光導入部６と、この光導入部６と接続するように前記センサーチップ２の光導入側部位３より下流部位の上下面に両側部が傾斜面７ａ、７ａ、７ａ、７ａの台形状の光導波路形成凹部７、７を形成して形成した光導波路８と、前記光導入部６の光導入端部５に形成された入射光９を集光できるように凸レンズ状に形成された入射光集光部１０と、前記光導波路８の光出射端部１１に形成された導波光を集光できるように凹レンズ状に形成された導波光集光部１２とで構成されている。
【００１０】
上記構成の光導波路化学センサー１は支持台１３上に位置させ、光導入側部位３の光導入端部５の外周部を入射光が直接検出器１４で検知されないように支持部材１５で覆って固定する。
この状態で入射光９を光導入側部位３の入射光集光部１０に照射すると、光軸が所定範囲ずれても入射光集光部１０および光導入部６により被検出体１６が載せられた上下面の凹部に屈折率が異なる空気等が存在する光導波路８へ集光されるとともに、光導波路８からの出射光も導波光集光部１２で集光されて検出器１４へ導入させることができる。
ここで、被検出体１６が載せらた上下面には凹部が設けられているため、この凹部に存在する空気等がセンサーチップ２とは異なる屈折率を有することになり、一部材で構成しているにも係わらず、あたかも異なる二部材で構成されているかのごとく機能するため、成型や切削加工といつたより簡便な方法により、光導波路化学センサー１を製造することができる。
【００１１】
【発明の異なる実施の形態】
次に、図１０ないし図３４に示す本発明の異なる実施の形態につき説明する。なお、これらの本発明の異なる実施の形態の説明に当って、前記本発明の第１の実施の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００１２】
図１０ないし図１５に示す本発明の第２の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、光導入部６と接続するようにセンサーチップ２の光導入側部位３より下流の光出射側部位１７との間の上下面に光導波路形成凹部７、７を形成して形成した光導波路８と、この光導波路８と接続するようにセンサーチップ２の光出射側部位１７の上下面に光出射部形成凹部１８、１８を形成して形成した光出射端部１１から順次上下面１９ａ、１９ｂおよび両側面１９ｃ、１９ｃが小寸法となる傾斜面の光出射部１９とを用いた点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ａにしても、前記本発明の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られるとともに、光導波路８の被検出体を載せる部位に位置させた被検出体１６の外部への液垂れを確実に防止することができる。
【００１３】
図１６ないし図２０に示す本発明の第３の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、センサーチップ２の光導入側部位３の下面に光導入部形成凹部４を形成して光導入部６Ａを形成するとともに、前記センサーチップ２の光導入側部位３より下流部位の下面に光導波路形成凹部７を形成して光導波路８Ａを形成した点で、このように形成された光導波路化学センサー１Ｂにしても、前記本発明の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００１４】
図２１および図２２に示す本発明の第４の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、光導波路８の被検出体を載せる部位に親水性あるいは疎水性の膜２０を形成するとともに、他の部分に疎水性あるいは親水性の膜２１を形成した点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ｃにしても、前記本発明の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られるとともに、光導波路８上に位置させる被検出体１６を効率よく所定部位に位置させることができる。
【００１５】
図２３および図２４に示す本発明の第５の実施の形態において、前記本発明の第４の実施の形態と主に異なる点は、光導波路８の被検出体を載せる部位にだけ親水性あるいは疎水性の膜２０を形成を形成した点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ｄにしても、前記本発明の第４の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００１６】
図２５および図２６に示す本発明の第６の実施の形態において、前記本発明の第４の実施の形態と主に異なる点は、光導波路８の被検出体を載せる部位以外の部位に疎水性あるいは親水性の膜２１を形成した点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ｅにしても、前記本発明の第４の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００１７】
図２７および図２８に示す本発明の第７の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、センサーチップ２の両端部を平坦面に形成した点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ｆにしてもよい。
【００１８】
図２９ないし図３１に示す本発明の第８の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、四角錐形状に形成された光導入部６Ｂと、この光導入部６Ｂの小径部と一体形成された板状の光導波路８Ｂと、この光導波路８Ｂの後端部と小径部が一体形成された四角錐形状に形成された光出射部１９Ａとで構成した点で、このように構成した光導波路化学センサー１Ｇにしても、前記本発明の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られる。
【００１９】
図３２ないし図３４に示す本発明の第９の実施の形態において、前記本発明の第１の実施の形態と主に異なる点は、光導波路形成凹部７にのせられる被検出体１６の部位を検出器１４へ入射しやすく、その他の部位を検出器１４の外部へ導けるように突起２２を形成した導波光集光部１２Ａを形成した点で、このような導波光集光部１２Ａを用いて構成した光導波路化学センサー１Ｈにしても、前記本発明の第１の実施の形態と同様な作用効果が得られるとともに、ＳＮ比を高くして、ノイズの低減を図ることができる。
【００２０】
なお、前記本発明の各実施の形態ではアクリル系樹脂材を用いて射出成型により形成するものについて説明したが、本発明はこれに限らず、透過させる光に対して透明な材質であれば、赤外線に対してシリコン等の材質を用いてもよい。
また、射出成型以外の切削等の加工によって形成してもよい。
さらに、前記本発明の各実施の形態では長方形板状に形成されたセンサーチップを用いるものに付いて説明したが、本発明はこれに限らず、多角柱、円柱、楕円柱、トラック形状の柱状等に形成したものを用いても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
【００２２】
（１）光を透過させることができる材質で、長方形板状あるいは柱状に形成されたセンサーチップと、このセンサーチップの光導入側部位の上下面に凹部を形成して形成した光導入端部から順次上下面および両側面が小寸法となる傾斜面の光導入部と、この光導入部と接続するように前記センサーチップの光導入側部位より下流部位の上下面に両側部が傾斜面の台形状の凹部を形成して形成した光導波路とで構成されているので、入射光の光軸が所定範囲ずれていても、テーパー状の光導入部によって光導波路へ集光でき、支障なく測定することができる。
したがって、入射光の入射角度を正確に設定しなくてもよいので、容易に測定作業を行なうことができる。
【００２３】
（２）前記（１）によって、光導波路が支持部と接するのを防止できる。
したがって、正確に測定することができる。
【００２４】
（３）前記（１）によって、長方形板状のセンサーチップに光導入部と光導波路を上下面に凹部を形成して形成することができる。
したがって、小型コンパクトで、安価に製造することができる。
【００２５】
（４）請求項２、３、４も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られる。
【００２６】
（５）請求項５は入射光集光部により、より確実に入射光を集光して光導波路へ集光させることができる。
【００２７】
（６）請求項６は導波光集光部によって導波光を集光して検出器へ導入することができる。
したがって、より正確に検出器で測定することができる。
【００２８】
（７）請求項７、８は光導波路の被検出体を載せる部分に効率よく被検出体を位置させることができる。
したがって、効率よく測定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の平面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の側面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の正面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の背面図。
【図５】図１の５−５線に沿う断面図。
【図６】図１の６−６線に沿う拡大断面図。
【図７】図１の７−７線に沿う拡大断面図。
【図８】本発明の第１の実施の形態の使用状態の概略平面図。
【図９】本発明の第１の実施の形態の使用状態の概略側面図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の平面図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の側面図。
【図１２】図１０の１２−１２線に沿う断面図。
【図１３】図１０の１３−１３線に沿う拡大断面図。
【図１４】図１０の１４−１４線に沿う拡大断面図。
【図１５】図１０の１５−１５線に沿う拡大断面図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態の平面図。
【図１７】本発明の第３の実施の形態の側面図。
【図１８】図１６の１８−１８線に沿う断面図。
【図１９】図１６の１９−１９線に沿う拡大断面図。
【図２０】図１６の２０−２０線に沿う拡大断面図。
【図２１】本発明の第４の実施の形態の平面図。
【図２２】図２１の２２−２２線に沿う断面図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態の平面図。
【図２４】図２３の２４−２４線に沿う断面図。
【図２５】本発明の第６の実施の形態の平面図。
【図２６】図２５の２６−２６線に沿う断面図。
【図２７】本発明の第７の実施の形態の平面図。
【図２８】図２７の２８−２８線に沿う断面図。
【図２９】本発明の第８の実施の形態の平面図。
【図３０】本発明の第８の実施の形態の側面図。
【図３１】図２９の３１−３１線に沿う断面図。
【図３２】本発明の第９の実施の形態の平面図。
【図３３】本発明の第９の実施の形態の側面図。
【図３４】本発明の第９の実施の形態の使用状態の概略平面図。
【符号の説明】
１、１Ａ〜１Ｈ：光導波路化学センサー、
２：センサーチップ、    ３：光導入側部位、
４：光導入部形成凹部、  ５：光導入端部、
６、６Ａ、６Ｂ：光導入部、
７：光導波路形成凹部、  ８、８Ａ、８Ｂ：光導波路、
９：入射光、            １０：入射光集光部、
１１：光出射端部、      １２、１２Ａ：導波光集光部、
１３：支持台、          １４：検出器、
１５：支持部材、        １６：被検出体、
１７：光出射側部位、    １８：光出射部位形成凹部、
１９、１９Ａ：光出射部、
２０：親水性あるいは疎水性の膜、
２１：疎水性あるいは親水性の膜、
２２：突起。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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