(57)【要約】【課題】  光学部品間の高位置精度と小型化を維持しながら、光導波路における入射光の減衰を防止して入射光を有効に利用し、高性能で安定性のある測定を可能とする分光光度計を提供する。【解決手段】  本体基板１に設けられた光導波路内側部２の端面に設けられた光入射スリットと、該光入射スリットと対向して光導波路内側部の端面に設けられた入射光を分光するための光学素子７と、光導波路内側部の端面に設けられた分光入射光を検出するためのフォトダイオードアレイと、本体基板の光導波路内側部を封止して光導波路４を形成するための封止基板３とを備えた分光光度計において、光導波路内側部底面５又は封止基板の光導波路側面６の少なくとも一方を、凹状に湾曲形成し、光導波路の高さを不均一にして光導波路内での反射回数を減らし、光量の減少を防止する。【選択図】        図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体基板に設けられた光導波路内側部と、該光導波路内側部の端面に設けられ該光導波路内側部に入射光を入射させるための光入射スリットと、前記光導波路内側部の端面もしくは前記光導波路内側部内に前記光入射スリットと対向して設けられ前記光導波路内側部内に入射させた入射光を分光するための光学素子と、前記光導波路内側部の端面に設けられ前記光学素子で分光された入射光を検出するための光電変換素子と、前記本体基板の光導波路内側部を封止し光導波路を形成するための封止基板とを少なくとも備えた分光光度計において、前記光導波路の高さが光入射方向に沿って不均一に構成されていることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
前記光導波路内側部の底面あるいは前記封止基板の光導波路側面の少なくとも一方が、凹状に湾曲していることを特徴とする請求項１に係る分光光度計。
【請求項３】
前記光導波路内側部の底面あるいは前記封止基板の光導波路側面の少なくとも一方が、傾斜面を有していることを特徴とする請求項１に係る分光光度計。
【請求項４】
前記光導波路内側部、前記光入射スリット、前記光学素子及び前記光電変換素子は、前記本体基板と共に一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に係る分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、生化学分析装置などに用いられる分光光度計、特にその光導波路を改良した分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光光度計は、生化学分析装置などの多くの分析装置に用いられている。光学部品を組み合わせて構成する分光光度計においては、波長精度アップのための光学部品間の位置合わせずれの改善と、小型化に課題があり、この解決策として、本願出願人は特開２００３−１３９６１１号公報（特許文献１）にて光学部品間の位置合わせ精度が高く、小型化が可能な分光光度計を提案している。
【０００３】
図５に、上記特開２００３−１３９６１１号公報で提案されている小型分光光度計の分解斜視図を示す。図５において 101はＳi 基板、 102はＳi 基板101 をエッチング除去して形成された光導波路内側部、 103は光導波路内側部102 のＳi 基板101 の段差端面部に形成された光入射スリット、 104は光入射スリット103 と対向する光導波路内側部102 の端面部に形成された光学素子としての回折格子、 105は光入射スリット103 が形成された光導波路内側部102 の端面側に、Ｓi 基板101 の一部が受光部となるように形成された光電変換素子としてのフォトダイオードアレイである。ここで、光入射スリット103 ，回折格子104 の中心及びフォトダイオードアレイ105 を構成する個々のフォトダイオードの受光面は、ローランドの円上に配置されるように形成されている。
【０００４】
また、光導波路内側部102 の底面106 には、Ａl あるいはＡu などの金属による反射膜がコーティングされて、反射面を構成している。更に、回折格子104 の表面にもＡl あるいはＡu などの金属による反射膜が薄くコーティングされている。 107は光導波路内側部102 を封止するための基板であり、光導波路側となる面上にはＡl あるいはＡu などの金属による反射膜108 がコーティングされており、そしてＳi 基板101 と密着され、光導波路内側部102 を封止して光導波路を形成し分光光度計を構成するようになっている。
【０００５】
このように構成された分光光度計においては、光入射スリット103 より入射した光は、矢印109 で示すように、回折格子104 で反射・分光され、フォトダイオードアレイ105 に入射し、フォトダイオードから得られた信号は、外部に設けられたアンプ及び信号処理回路などにより信号処理される。なお、光入射スリット103 へは、光ファイバー110 により光が入射されるようになっている。
【特許文献１】特開２００３−１３９６１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、先に提案した上記構成の従来の分光光度計には、次に示すような課題がある。まず、非常に小型であるため光入射スリットも小さく、入射光量も決して多いとは言えない。また、光導波路は高さが数十μｍ，長さが数ｍｍの大きさであり、高さは均一に形成されているため、図６に示すように、入射光111 は光導波路底面106 と封止基板107 の下面107a間で反射を繰り返して回折格子104 に到達する。回折格子104 で反射・分光された光112 は、光導波路底面106 と封止基板107 の下面107a間で同様に反射を繰り返してフォトダイオードアレイ105 に入力されるが、徐々に減衰してしまい、フォトダイオードアレイ105 に入射する光量は十分とは言えない。したがって、光入射スリット103 から入射した光を十分に利用することができず、分光光度計の重要な性能の一つであるＳ／Ｎを大きくできないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、先に提案した分光光度計における上記問題点を解消するためになされたもので、光学部品間の高位置精度と小型性を維持しながらも、光導波路における入射光の減衰を防止して、全波長領域にわたって入射光を有効に利用して高性能で安定性のある測定を可能とすると共に、高信頼性のある分光光度計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】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、本体基板に設けられた光導波路内側部と、該光導波路内側部の端面に設けられ該光導波路内側部に入射光を入射させるための光入射スリットと、前記光導波路内側部の端面もしくは前記光導波路内側部内に前記光入射スリットと対向して設けられ前記光導波路内側部内に入射させた入射光を分光するための光学素子と、前記光導波路内側部の端面に設けられ前記光学素子で分光された入射光を検出するための光電変換素子と、前記本体基板の光導波路内側部を封止し光導波路を形成するための封止基板とを少なくとも備えた分光光度計において、前記光導波路の高さが光入射方向に沿って不均一に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る分光光度計において、前記光導波路内側部の底面あるいは前記封止基板の光導波路側面の少なくとも一方が、凹状に湾曲していることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る分光光度計において、前記光導波路内側部の底面あるいは前記封止基板の光導波路側面の少なくとも一方が、傾斜面を有していることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る分光光度計において、前記光導波路内側部、前記光入射スリット、前記光学素子及び前記光電変換素子は、前記本体基板と共に一体的に形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１〜３に係る発明によれば、光導波路の高さを光入射方向に沿って不均一に構成しているので、光学部品間の高位置精度と小型性を維持しながら、光導波路内での反射回数を減らし、光の減衰を抑えて光電変換素子へ入力される光量の減少を防止して、全波長領域にわたって入射光を有効に利用して高性能で安定性のある測定が可能な分光光度計を実現できる。また請求項４に係る発明によれば、光導波路内側部、光入射スリット、光学素子及び光電変換素子を前記本体基板と共に一体的に形成しているので、半導体技術を用いて１チップ化が可能となり、製造方法が安易であると共に、光学部品間の位置ずれが生じないので測定精度が高くなり、小型化が可能で、更に信頼性のある分光光度計が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１４】
まず、実施例１について説明する。図１は本実施例に係る分光光度計の断面形状を示す図である。本実施例は、光導波路の断面形状が異なるのみで、その他の構成、すなわち、光入射スリット、光学素子、フォトダイオードアレイ等の配置構成は、図５に示した従来の分光光度計と同じであるので、その一部の図示説明を省略する。
【００１５】
図１において、１は光導波路内側部２が形成されたＳi などからなる本体基板、３は光導波路内側部２を含む本体基板１を封止し、光導波路４を形成する封止基板であり、そして、光導波路内側部２の底面５及び封止基板３の光導波路４の形成側面６には、Ａl あるいはＡu などの金属による反射膜がコーティングされており、また光導波路内側部２の一方の端面には回折格子などの光学素子７が形成されている。一方、光導波路内側部２の他方の端面側には、図示しない光入射スリット及びフォトダイオードアレイが形成されている。
【００１６】
そして、本実施例においては、光導波路内側部２の底面５が凹状の湾曲形状となっており、したがって光導波路４の断面形状は均一ではなく、光入射方向に沿って厚み（高さ）が部分的に異なるように形成されている。
【００１７】
このように、光導波路を光入射方向に沿って凹状の湾曲形状とすることにより、光導波路の入口の厚み（高さ）は変わらなくても、光導波路内部の厚みが厚くなる（高さが大きくなる）。ここで、光導波路の厚み（高さ）と光導波路内での入射光の反射回数との関係は、光導波路の厚みが２倍になると反射回数は１／２に、光導波路の厚みが１／２になると反射回数は２倍となる。つまり、光導波路の厚みと光の反射回数は反比例の関係となる。
【００１８】
また、反射による光の減衰を考えると、入射光量に対する到達光量Ｃは、次式で表される。
Ｃ∝Ｘa   （但し、Ｘ：反射面での反射率、ａ：反射回数）
【００１９】
すなわち、到達光量Ｃは、反射回数ａに対し指数関数的に減少する。例えば、アルミニウムの反射率を90％とすると、反射回数が 100回と50回とでは、それぞれ到達光量は 2.6×10-5と5.15×10-3となり、 200倍もの差となって現れる。
【００２０】
したがって、光導波路内部の厚みが厚くなると、光導波路内部での反射回数が減少して光の減衰を防ぐことができ、入射光を有効に利用することができる。
【００２１】
なお、光導波路内側部、光入射スリット、光学素子及び光電変換素子は半導体技術を用いて、Ｓi などの基板上に一体形成、つまり１チップ化してもよい。この場合には、更に光学部品間の高位置合わせ精度が可能になると共に、小型化も可能となり、高信頼性の分光光度計が実現できる。
【００２２】
また、上記実施例では、回折格子などの光学素子を、光導波路内側部の端面のＳi 本体基板に形成させたものを示したが、回折格子などの光学素子は、光導波路内側部の端面ではなく、該光導波路内側部の入射光路中に適宜配置して構成してもよい。
【００２３】
また、上記実施例では、光導波路内側部２の底面５の形状を凹状の湾曲面として、光導波路４の断面形状を不均一にしたものを示したが、図２に示すように、光導波路内側部２の底面５′は平板状とし、封止基板３の光導波路側面６′を凹状の湾曲面としてもよく、更には図３に示すように、光導波路内側部２の底面５並びに封止基板３の光導波路側面６′を、いずれも凹状の湾曲面とし、光導波路４の断面形状を不均一に構成しても、同等の作用効果が得られるものである。
【００２４】
次に、本発明に係る分光光度計の実施例２について説明する。図４に、本実施例に係る分光光度計の断面形状を示す。本実施例も、光導波路の断面形状が異なるのみで、その他の構成は図５に示した従来の分光光度計及び実施例１と同じであるので、同様に、その一部の図示説明を省略する。
【００２５】
この実施例２は、図４に示すように、光導波路内側部２の底面５ａと、封止基板３の光導波路側面６ａを傾斜面とし、光入射スリット側の光導波路４の高さが光学素子７側の光導波路４の高さより高くなるように、光導波路４に傾斜をもたせたものである。つまり、光導波路４の厚みに変化をもたせるものである。なお、ここで、上記のように光入射スリット側の光導波路の高さは大きく形成されているものとする。
【００２６】
このような構成により、光入射スリットから入った光は徐々に角度が深くなるように反射を繰り返す。しかし、光学素子で分光反射された光は光導波路を矢印と反対方向に進む際には、角度が浅くなるように反射を繰り返す。ここで、光導波路は光学素子側に比べてフォトダイオード側の高さの方が高くなっているため、光導波路の高さを一定にした場合に比べて合計の反射回数は減少することになる。
【００２７】
このように、光導波路の形状を形状を傾斜構造として光導波路の厚みを変化させることにより、実施例１と同様に、光導波路内での光の反射回数を減少させて光の減衰を防ぐことができ、入射光の有効利用が可能となる。
【００２８】
なお、上記実施例では、光入射スリット側の光導波路の高さを光学素子側の高さより高くしたものを示したが、これには限定されず、光学素子側の光導波路の高さを光入射スリット側の高さより高くしてもよいことは言うまでもない。                              
【００２９】
また、本実施例においても実施例１と同様に、光導波路内側部、光入射スリット、光学素子（回折格子）及びフォトダイオードアレイは半導体技術を用いて、Ｓi などの基板上に一体形成、つまり１チップ化してもよい。この場合には、更に光学部品間の高位置合わせ精度が可能になると共に、小型化も可能となり、高信頼性の分光光度計が実現できる。また、回折格子などの光学素子は、光導波路内側部の端面ではなく、該光導波路内側部の入射光路中に配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る分光光度計の実施例１の断面形状を示す図である。
【図２】図１に示した実施例１に係る分光光度計の変形例を示す断面図である。
【図３】図１に示した実施例１に係る分光光度計の他の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例２に係る分光光度計の断面形状を示す図である。
【図５】従来の分光光度計を示す分解斜視図である。
【図６】図５に示した従来の分光光度計の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  本体基板
２  光導波路内側部
３  封止基板
４  光導波路
５，５′，５ａ  光導波路内側部の底面
６，６′，６ａ  封止基板の光導波路側面
７  光学素子
101   Ｓi 基板
102   光導波路                                                                  103   光入射スリット
104   回折格子
105   フォトダイオードアレイ
106   光導波路底面
107   封止基板
108   反射膜
109   入射光
110   光ファイバー
111   入射光
112   反射・分光された光
【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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