(57)【要約】【課題】  製造工程の煩雑化、及び製造コストの増加を防止する。【解決手段】  光学フィルター３に空隙部３ａを形成し、光ファイバー２の光出射部２ａをその空隙部３ａに収容し、カバーガラス４で該空隙部３ａを閉塞する。この空隙部３ａには空気が充填された状態とする。この場合、光ファイバー２の切断面２ｂに反射膜コーティングを施さなくても、光ファイバー２中を進行してきた光Ｌ１は切断面２ｂにて全反射されて符号Ｌ２に示すように出射される。したがって、前記切断面２ｂに反射膜コーティングを施す必要が無い分だけ、製造工程の煩雑化、及び製造コストの増加を防止することができる。【選択図】      図１
2005173512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導くと共に該光を光出射部から出射する光ファイバーと、該光ファイバーを支持する支持体と、を備えた光ファイバー装置において、
前記支持体には、気体が充填されてなる空隙部が形成され、
該空隙部を閉塞するように透明板材が配置され、
前記光ファイバーの光出射部が前記空隙部に配置されて気体に接するように構成された、
ことを特徴とする光ファイバー装置。
【請求項２】
前記気体は空気である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバー装置。
【請求項３】
前記光出射部は、前記光ファイバーが斜めに切断された切断面を有し、前記光ファイバー中を進行してきた光が前記切断面にて反射されて該光ファイバーの外部に出射される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバー装置。
【請求項４】
前記切断面は鏡面研磨された、
ことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバー装置。
【請求項５】
前記光出射部からの迷光を吸収する光吸収体、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ファイバー装置。
【請求項６】
前記光吸収体は前記光ファイバーの延長線上に配置された、
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバー装置。
【請求項７】
前記光吸収体は、光を吸収する粉体を接着剤に混ぜて構成された、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の光ファイバー装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光ファイバー装置を備え、
前記光ファイバーにて分析用の光を導くことにより微生物や蛋白質についての測定を行う光学的分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを支持体により支持するようにして構成した光ファイバー装置、及び該光ファイバー装置を備えた光学的分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバーを支持体により支持するようにして構成した光ファイバー装置は種々の技術分野で使用されており、例えば、化学および生化学分析のための光学的分析装置については種々の構造のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、従来の光学的分析装置の構造の一例を示す断面図である。図示の光学的分析装置２０は、分析用の光を導くための光ファイバー２１と、該光ファイバー２１を溝部２２ａに収容した状態に支持するガラス板（支持体）２２と、を有している。また、光ファイバーの先端部（先端面）２１ａは、４５°の角度に切断され、鏡面研磨され、反射膜コーティングが施されて直角リフレクタとして機能し、光ファイバー中を進行してきた光がセンサ部（不図示）に向けて出射されて（符号Ｌ０参照）、人の病原因および食品、水、環境中の毒素を高感度に検出するようになっている。
【０００４】
なお、上述した光ファイバー２１の光出射部に薬品等が付着すると検出精度が悪くなってしまうので、該溝部２２ａ及び該光ファイバー２１はカバー板２３によって覆われていた。また、このカバー板２３はガラス板２２に接着剤にて接着されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２５７７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のように光ファイバー先端部（先端面）２１ａに反射膜コーティングを施す場合には、製造工程が煩雑となり、製造コストも高くなるという問題があった。
【０００７】
このような問題を回避すべく反射膜コーティングを施さなかった場合には、
・  反射効率が悪くなって、出射光Ｌ０の光量が低下したり、
・  光ファイバー２１中を進行してきた光の一部が、光ファイバー先端部２１ａを通り抜けて迷光となったり、
するという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題を解決する光ファイバー装置、及び該光ファイバー装置を備えた光学的分析装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、光を導くと共に該光を光出射部から出射する光ファイバーと、該光ファイバーを支持する支持体と、を備えた光ファイバー装置において、
前記支持体には、気体が充填されてなる空隙部が形成され、
該空隙部を閉塞するように透明板材が配置され、
前記光ファイバーの光出射部が前記空隙部に配置されて気体に接するように構成された、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記光ファイバー装置を備え、前記光ファイバーにて分析用の光を導くことにより微生物や蛋白質についての測定を行う光学的分析装置に関する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によると、前記光ファイバーの光出射部が前記空隙部に配置されて気体に接するように構成されているので、光ファイバーを斜めに切断して研磨しただけの光出射部であっても（つまり、上記従来例のように反射膜コーティングを施さなくても）、光（光ファイバーを進行してきた光）のほとんどを外部に出射することができる。したがって、反射膜コーティングを施す必要が無い分だけ、製造工程を簡略化でき、製造コストも低減できる。また、光ファイバーを進行してきた光のほとんどを光ファイバー外部に出射することができ、さらに、出射されずに装置内に残ってしまう“迷光”を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施するための最良の形態について説明する。
【００１３】
本発明に係る光ファイバー装置は、図１に符号１で例示するように、光を導くための光ファイバー２と、該光ファイバー２を支持する支持体３と、を備えている。この光ファイバー２は、前記光（つまり、光ファイバー２中を導かれてきた光）を外部に出射するための光出射部２ａを有している。そして、気体（例えば、空気）が充填されてなる空隙部３ａが前記支持体３に形成され、該空隙部３ａを閉塞するように透明板材４が配置され、前記光ファイバーの光出射部２ａが前記空隙部３ａに配置されて気体に接するように構成されている。
【００１４】
その光出射部２ａは、前記光ファイバー２が斜めに切断された切断面（図１(c)の符号２ｂ参照）を有し、前記光ファイバー中を進行してきた光（図１(c)の符号Ｌ１参照）が前記切断面２ｂにて反射されて該光ファイバー２の外部に出射されるようになっている（図１(a)(c)の符号Ｌ２参照）。この光出射部２ａは、光ファイバー２の先端部に形成すると良く（但し、先端部以外の部分に形成された態様を本発明の範囲から除外する趣旨では無い）、該先端部を斜め（具体的には４５度の角度）に切断して、その切断面を鏡面研磨してミラー面（全反射ミラー面）として機能させて構成すると良い。この場合、光ファイバー２の内部を進行してきたレーザ光Ｌ１は、この切断面２ｂにて全反射され、図１(a) (c) の符号Ｌ２に示すように光ファイバー外部に出射される。つまり、光ファイバー先端部が点光源として機能することとなる。
【００１５】
本発明によれば、前記光ファイバーの光出射部２ａが前記空隙部３ａに配置されて気体に接するように構成されているので、光ファイバー２を斜めに切断して研磨しただけの光出射部２ａであっても（つまり、上記従来例のように反射膜コーティングを施さなくても）、該切断面２ｂには常に気体が接することとなるため、光（光ファイバー２を進行してきた光）Ｌ１のほとんどを外部に出射することができる（図１(a)(c)の符号Ｌ２参照）。したがって、反射膜コーティングを施す必要が無い分だけ、製造工程を簡略化でき、製造コストも低減できる。また、光ファイバーを進行してきた光Ｌ１のほとんどを外部に出射することができ、さらに、出射されずに装置内に残ってしまう“迷光”を低減できる。ここで、前記切断面２ｂにて光が全反射する理由について補足する。光ファイバー２の切断面２ｂを反射膜コーティングしない場合、該切断面２ｂにて光が全反射されるかどうかは、該切断面２ｂが接する材料の屈折率に依存する。本発明においては、切断面２ｂには常に気体が接することとなるため、切断面２ｂの角度を最適なものにすることにより光を全反射させることができる。
【００１６】
本発明によれば、前記透明板材４によって光出射部２ａを検体や薬品（ｅｘ．化学や生化学分析で用いる薬品）から保護することができる。この透明板材４によって前記空隙部３ａを密閉状態にすると良い。
【００１７】
また、前記透明板材４は前記支持体３の表面に接着剤（図１(a) の符号Ａ１参照）を用いて接着すると良い。接着剤Ａ１としては、ＵＶ硬化型・熱硬化型・２液混合型・瞬間接着型などの型の接着剤を用いることが出来る。材質としては、エポキシ系、シリコン系などを用いることが出来る。本構成では、光学素子を接着するときに用いられるＵＶ硬化型エポキシ系接着剤、もしくは熱硬化型のエポキシ系接着剤を用いることが好ましい。また、粘度は２０００ｃＰＳ以上にすると良い。
【００１８】
空隙部３ａの大きさは、光出射部２ａが光学的な影響を与えない（つまり、エバネッセント波が影響してこない）ようにすると良い。なお、前記支持体３の表面に接着剤Ａ１にて前記透明板材４を貼り付ける場合、接着剤Ａ１が前記空隙部３ａに侵入して前記光出射部２ａに付着しないように、接着剤Ａ１の塗布量や粘性や空隙部３ａの大きさを調整すると良い。後述のように毛細管現象を利用して接着剤Ａ１を前記透明板材４と前記支持体３との間に充填する場合には、
・  前記空隙部３ａにおける前記光出射部２ａと前記支持体３との間の隙間や、
・  前記空隙部３ａにおける前記光出射部２ａと前記透明板材４との間の隙間
は、毛細管現象によって前記接着剤Ａ１が入り込まない程度の寸法にする必要がある。
【００１９】
本発明に係る光ファイバー装置１には、前記光出射部２ａからの迷光を吸収する光吸収体５を配置すると良い。このような光吸収体５を設けた場合には、迷光Ｌ３をさらに低減できる。この光吸収体５は前記光ファイバー２の延長線上（つまり、光ファイバー２の先端部に対向する位置）に配置すると良い。例えば、図１(b) に符号３ａで示すように、前記空隙部を光ファイバー２の延長線Ｂに沿うように形成し、該光吸収体５を該空隙部３ａに配置すると良い。前記光吸収体５は、光を吸収する粉体を接着剤に混ぜて構成すると良い。上述したように、光ファイバー２を進行してきた光Ｌ１のほとんどは前記切断面２ｂにて反射されて出射されるが（図１(a) (c) の符号Ｌ２参照）、該光Ｌ１の一部が前記切断面２ｂを通り抜けて迷光となってしまうことがある（図１(c)の符号Ｌ３参照）。前記光吸収体５を配置すると、該迷光Ｌ３を吸収して該迷光による影響を低減することができる。この光吸収体５としては、黒色の物であって、無機物、有機物、ゲル状物質、接着剤、あるいはそれらの混合物を用いると良い。本構成では、カーボンブラック、黒インキ、トナー粒子が混入したエポキシ接着剤、トナー粒子が混入したシリコン系接着剤などが好ましい。
【００２０】
透明板材４としては、顕微鏡観察用のカバーガラス、極薄ガラスなどを用いると良い。例えば、厚み０．５ｍｍ以下の石英ガラスを用いると良い。本構成では０．２ｍｍ以下でかつ平滑性が±５０μｍであることが好ましい。また、該透明板材４の屈折率は、光ファイバークラッド層の屈折率の８０％以上１２０％以下となるように設定すると良い。
【００２１】
光ファイバー２としては、コア径が５０〜１５００μｍ・クラッド径１２５μｍ〜２０００μｍの物が用いられる。グレードとしては、光通信用、伝送用、工業用などが用いられる。コア層、クラッド層を構成する材料としては、石英、プラスティックファイバー、などを用いることが出来る。また伝送の形式としてはシングルモードファイバー、マルチモードファイバーが用いられる。本構成ではコア径２００〜５００μｍ・クラッド径２２０〜６００μｍ程度の伝送用ファイバー、もしくは工業用グレードプラスティックファイバーが好ましい。
【００２２】
支持体３としては、光学フィルターを用いると良い。光学フィルターとしては、色ガラスフィルター、ダイクロイックフィルター、ゼラチンフィルター、ロングパスフィルター、可視光ブロックフィルター、ＩＲパスフィルターなどを用いることが出来る。本構成では色ガラスフィルター、もしくはダイクロイックフィルターを用いることが好ましい。
【００２３】
上述した構成の光ファイバー装置１を備え、前記光ファイバー２にて分析用の光を導くことにより微生物や蛋白質についての測定を行う光学的分析装置（例えば、特開２００２−２５７７３２号公報の図６に示される装置）１０を構成すると良い。その場合、前記光出射部２ａに対向する位置にバイオセンサ６を配置し、励起光を導入できるようにすると良い。この光学的分析装置１０においては、蛍光免疫法を用いて微生物・タンパク質を測定すると良い。本発明を蛍光免疫法に応用すると、光出射部２ａより非常に安定したレーザー光が得られ、高感度に微生物・たんぱく質の濃度を測定することが出来る。
【００２４】
上述した光ファイバー２の端部（前記光出射部２ａが形成される端部と反対側の端部）にはレーザーダイオード等のレーザ光発生手段７を配置して、該光ファイバー２にレーザ光Ｌ１が導入されるように構成すると良い。レーザーダイオードとしては、波長が２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲のものが選択して用いられる。本構成では波長が６７０ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。
【００２５】
その光ファイバー２の端部（前記レーザ光発生手段７に対向する側の端部）に光コネクタ８を接続すると良い。光コネクタ８としては、ＦＣ・ＳＣ・ＳＴ・Ｄ４・ＭＵ型のものを用いると良く、研磨のレベルはＰＣ・ＳＰＣ・ＡＰＣにすると良い。例えば、ＦＣ型の光コネクタを用い、研磨レベルをＰＣにすると良い。
【００２６】
また、上述したレーザ光発生手段７と光コネクタ８との間にレンズ９を配置して、レーザ光発生手段７からのレーザ光を収束させて前記光コネクタ８に導入されるようにすると良い。レンズ９としては、非球面レンズ、セルフォックレンズ、平凸もしくは両凸レンズ群、顕微鏡用対物レンズなどを用いることが出来る。本構成ではセルフォックレンズまたは非球面レンズを用いることが好ましい。
【００２７】
上述した光ファイバー装置は次のような方法で製造すればよい。
【００２８】
まず、光出射部２ａを収容するための空隙部３ａを前記支持体３に形成する。なお、この支持体３には、図１(a) に符号３ｂで示すように、光ファイバー（光出射部以外の部分）２を収容するための溝部（或いは貫通孔）を形成すると良い。
【００２９】
次に、図２に示すように、前記光出射部２ａを前記空隙部３ａに収容し、該光出射部２ａ以外の部分（光ファイバー２）を前記溝部３ｂ（或いは貫通孔）に収容する。
【００３０】
その後、光出射部２ａからの光出射方向（符号Ｌ２参照）が適正となるように光ファイバー２の位置を調整し、溝部３ｂに接着剤Ａ２を充填する。該接着剤Ａ２が固まったら、接着剤Ａ１により前記透明板材４を前記支持体３に貼り付ける。なお、この貼り付けは、
・  支持体３に載置する前に透明板材４の周縁に沿って接着剤Ａ１を塗布し、該透明板材４を前記支持体３に載置して行っても、
・  透明板材４に支持体３を載置する前に（透明板材４の側にではなく）支持体３の側に接着剤Ａ１を塗布し、その後、透明板材４を前記支持体３に載置して行っても、
・  透明板材４に支持体３を載置してから該透明板材４の周縁に接着剤Ａ１を塗布して行っても、
良い（図３の符号Ａ１参照）。いずれの場合も、接着剤Ａ１は、毛細管現象により、該透明板材４と支持体３との狭隙部分に充填されて該透明板材４が貼り付けられることとなる。上述のように接着剤Ａ１による接着と、接着剤Ａ２による接着とを分けて行った場合には、接着剤Ａ１が切断面２ｂに回り込むことを回避できる。
【実施例１】
【００３１】
本実施例では、図１に示す光学的分析装置１０を作製した。
【００３２】
光ファイバー２としては、クラッド径１２５μｍ、コア径５０μｍの通信用ファイバーを用いた。光ファイバー２の先端部２ａは、４５度の角度に鏡面加工（ミラー加工）して光出射部とした。なお、その切断面２ｂには反射防止膜は蒸着しなかった。また、光コネクタ８としてはＦＣ型のものを用い、レーザ光発生手段７としてはレーザーダイオードを用いた。さらに、支持体３としては光学フィルターを用い、該光学フィルター３の表面には上述のような空隙部３ａと溝部３ｂとを形成した。また、光ファイバー２の延長線上には光吸収体５を配置した。
【００３３】
以下、光学的分析装置１０の製造方法について説明する。
【００３４】
本実施例では、各部品を仮組みした状態で光ファイバー２の位置（回転位置）を調整しながら光軸合わせ（光Ｌ２が出射される方向の調整）を行い、光軸調整が完了した状態で接着剤（Ｅｐｏｔｅｋ社の３５３ＮＤ）Ａ２を溝部３ｂに付着させた。すると、図２に示すように、該接着剤Ａ２は毛細管現象によって溝部３ｂの全体に充填された。
【００３５】
次に、光学フィルター３の端部に、トナー粒子を混入させた光吸収体５を塗布した。そして、カバーガラス（透明板材）４を、ファイバーの先端部分を保護するように被せ、その周囲に接着剤Ａ１を一様に塗布した。毛細管現象により、カバーガラス４の周囲に塗布した接着剤Ａ１はカバーガラス４と光学フィルター３の隙間一様に充填された。一方、溝の中にはトナー粒子混入接着剤は入っていかず所望の空隙が形成された。
【００３６】
完成した光学系を用いて、レーザーダイオード７からレーザー光を導入したところ、加工したファイバー先端から、レーザー光Ｌ２が安定した強度で、蛍光免疫法で用いるセンサ６に照射されることを確認した。また微生物・たんぱく質の濃度を測定すると、低濃度まで非常に感度よく測定することを確認した。
【実施例２】
【００３７】
本実施例においては、接着剤Ａ２として、Ｅｐｏｔｅｋ社のＯＧ１１５を使用した。この接着剤Ａ２を溝部３ｂの端部（図１の右側端部）に付着させ、毛細管現象により溝部３ｂの全体に充填させた後、ＵＶランプを照射し硬化させた。また、光吸収体５としてはカーボンブラックを使用した。カーボンブラックを空隙部３ａの端部（図１の左側端部）に塗布すると、空隙部３ａは、カバーガラス４とカーボンブラックとによって密閉状態となった。カバーガラス４と光学フィルター３との隙間に接着剤Ａ１を充填した後、ＵＶランプを照射して該接着剤Ａ１を硬化させた。その他の構成や製造方法は実施例１と同じにした。
【００３８】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】(a) は、本発明に係る光学的分析装置の構造の一例を示す断面図であり、(b) は、その平面図であり、(c) は光出射部における光の挙動を説明するための詳細断面図。
【図２】溝部に光ファイバーを接着した状態を説明するための平面図。
【図３】透明板材を接着する様子を説明するための平面図。
【図４】従来の光学的分析装置の構造の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１      光ファイバー装置
２      光ファイバー
２ａ    光出射部（先端部）
２ｂ    切断面
３      支持体（光学フィルター）
３ａ    空隙部
３ｂ    溝部
４      透明板材（カバーガラス）
５      光吸収体
１０    光学的分析装置
【図１】
2005173512.tif 000003
【図２】
2005173512.tif 000004
【図３】
2005173512.tif 000005
【図４】
2005173512.tif 000006