(57)【要約】複数の液体試料を検査するための配光システム。光は一次光チャネルを通過し、次いで一次光チャネル１に光学的に結合された複数の二次光チャネルを通過する。一次光チャネル１は多モード光ファイバから成り、その中で光はモード結合処理を受け、好ましくはさらにモードフィルタ処理を受ける。各二次光チャネル２から放出される光の放射照度及びスペクトル形状はほぼ同じである。
2006522459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１）（ｉ）一次入力面及び一次出力面を有し、（ｉｉ）多モード光ファイバから成り、（ｉｉｉ）その内部において一次入力面から一次出力面へ通過する光がモード結合処理を受けるような一次光チャネル；及び
２）各々が二次入力面及び二次出力面を有し、これら二時入力面の各々が一次出力面と工学的に結合されており、これにより一次光ファイバの一次出力面から放出される光が各二次入力面に入り、各二次出力面から出るような複数の二次光チャネル
を備える配光システム。
【請求項２】
一次光チャネルにおけるモード結合が複数の伝搬モードにほぼ平衡な配光を生じさせる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
一次光チャネルの多モード光ファイバが、次の特性すなわち：
（ａ）ループ状である；
（ｂ）マイクロベンディング処理を受けている；
（ｃ）第一端が第１段階のインデックスファイバに融接され、第二端が第２段階のインデックスファイバに融接されている一定の長さのグレーデッド形光ファイバを備える；及び
（ｄ）一次入力面がエッチングされている；
のうち少なくとも１つの特性を有する、請求項１又は２のシステム。
【請求項４】
一次光チャネルを通過する光がモードフィルタ処理を受ける、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
一次光チャネルが少なくとも１つの多モード光ファイバから構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
二次光チャネルの各々が基本的に１以上の光ファイバから構成される、請求項１から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
（１）請求項１ないし６のいずれか１項に記載の配光システム；及び
（２）各々が二次光チャネルの１つに光学的に結合される複数の検出セル
を備え、好ましくはさらに
（３）二次光チャネルの１つに光学的に直接結合される基準光検出器
を備える装置。
【請求項８】
（４）一次入力面に光学的に結合される光源を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
複数の試料、好ましくは異なる液体クロマトグラフィカラムからの試料を同時に検査する方法であって、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の配光システムの二次光チャネルの１つの出力面から放出される光に試料の各々を曝すステップと、各試料からの信号を個別に検査するステップとを含む方法。
【請求項１０】
少なくとも1つの試料、好ましくは液体クロマトグラフィカラムからの試料を検査する方法であって、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の配光システムの二次光チャネルの１つの出力面から放出される光に各試料を曝すステップと、各試料からの光を、別の二次光チャネルの出力面から出る光と比較するステップとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２００３年４月７日出願の米国特許出願番号第１０／４１０３１４号の部分継続出願であり、ここで参照することによりその内容全体を本出願に包含する。
【０００２】
背景
本発明は配光システムに関する。
【０００３】
複数の分析試料、例えば液体クロマトグラフィ（ＬＣ）カラムから得た試料を、単一の光源からの光に同時に曝すことによる検査が知られており、この場合、光は試料に対応する数の光チャネルを通してこれらの試料へ伝搬される。（ここで用いる用語「光チャネル」は、物理的に外部から遮断された送路に沿って光を送る手段を意味し、特に光ファイバ及び導光管、並びにこれらの組み合わせを含む。ここで用いられる用語「導光管」は、基板を通過し、且つ基板の屈折率よりも大きい屈折率を有する誘電性媒体が充填された通路を含む。）この光は、しばしば基準光検出器、例えばフォトダイオードにも直接に供給され、これにより少なくとも理論的には、光源における変動が説明可能である。しかし、光源及び/又は光源と光チャネルとの結合部における不均一性は、異なる試料及び照合基準に供給される光に制御不可能な変動を生じさせる。例えば、広帯域拡張光源を用いる場合、光源の異なる領域からの光のスペクトル特性が変動し、異なる波長の光が結像する際の変動により色収差が発生する。レーザ光源を用いる場合、レーザ光の有する干渉性特性により、限られた数の伝搬ノードしか形成されない場合があり、その結果、時に「スペックル」と称される強度の変動を示す出力パターンを呈することになる。
【０００４】
本発明の概要
本発明者は、本発明に従って、複数の二次光チャネルから、一又は複数の試料、及び存在する場合は基準光検出器に対して光を供給することにより、結果が改善されることを見出した。複数の二次光チャネルの各々には、単一の多モード光ファイバを有し、その中で光がモード結合処理を受けるような一次光チャネルから光が供給される。異なる二次光チャネルから出る光の放射照度（単位面積あたりのパワー）及びスペクトル形状はほぼ同じである。さらに、これは、たとえ一次光チャネルに供給される光に変化があっても、そのような変化が二次光チャネルからの光に対応する均一な変化を生じさせるため、変わらず正しい。
【０００５】
第１の態様において、本発明は、
１）（ｉ）一次入力面及び一次出力面を有し、（ｉｉ）多モード光ファイバから成り、（ｉｉｉ）その内部において一次入力面から一次出力面へ通過する光がモード結合処理を受けるような一次光チャネル；及び
２）各々が二次入力面及び二次出力面を有し、これら二次入力面の各々が一次出力面と光学的に結合され、これにより一次光ファイバの一次出力面から出る光が、各二次入力面に入り、各二次出力面から出るような複数の二次光チャネル；
を備える配光システムを提供する。
【０００６】
第２の態様において、本発明は、複数の試料を同時に検査する方法であって、本発明の第１の態様による配光システムの二次光チャネルの１つの出力面から出る光に各試料を曝し、各試料から出る信号を別個に検査することを含む方法を提供する。
【０００７】
第３の態様において、本発明は、少なくとも１つの試料を検査する方法であって、本発明の第１の態様による配光システムの二次光チャネルの１つの出力面から出る光に試料（試料が複数存在する場合は各試料）を曝し、（各）試料から放出される光を、別の二次光チャネルの出力面から放出される光と比較することを含む方法を提供する。
【０００８】
本発明を本明細書添付図面に例示する。これらの図面は、概略的なものであり、特定の尺度に基づくものではない。
【０００９】
本発明の詳細な説明
上述の本発明の概要、及び本発明の詳細な説明、並びに請求の範囲、及び添付図面では、本発明の特定の形態について説明する。本明細書における本発明の開示は、このような特定の態様の適切な組み合わせを全て含むと理解されたい。例えば、本発明の特定の態様又は実施例、特定の図面、若しくは特定の請求項に関連して特定の特徴が開示される場合、その特徴は又、本発明の別の特定の態様及び実施形態との組み合わせ及び／又はそれらとの関連において、並びに本発明全般において、適切な範囲まで使用が可能である。
【００１０】
用語「を有する」、「を含む」及び「を備える」、並びにこれらの文法上の同義語は、本明細書において、他の要素（すなわち、構成要素、成分、ステップ等）が選択肢として存在することを意味する。例えば、「成分Ａ、Ｂ及びＣを含む組成物」という表現は、成分Ａ、Ｂ及びＣのみを含んでいる場合も、成分Ａ、Ｂ及びＣだけでなく１つ以上の他の成分を含む場合もある。本明細書で使用する用語「基本的に〜から構成される」及びこの文法上の同義語は、請求の範囲に記載する物質を実質的に改変しない他の要素が存在してもよいことを意味する。２つ以上の定義されたステップを含む方法に言及する場合、これら定義されたステップは、（前後関係からその可能性が排除される場合を除き）どのような順序で行っても又は同時に行ってもよく、この方法は、（前後関係からその可能性が排除される場合を除き）これら定義されたステップの前、間、又は後に実施される１つ以上の別のステップを含むことが可能である。本明細書において「数」の前に位置する用語「少なくとも」を使用する場合、この数で始まる特定の範囲の始点を示す（この「範囲」には、定義される変数により、上限のある場合もない場合もある）。例えば、「少なくとも1」は「１以上」を意味し、「少なくとも８０％」は「８０％以上」を意味する。本出願書において、或る範囲が「（第１の数）〜（第２の数）」、又は「（第１の数）−（第２の数）」と記述される場合、下限が第１の数であり上限が第２の数である範囲を意味する。例えば、「８〜２０の炭素原子」又は「８−２０の炭素原子」は、下限が８の炭素原子であり上限が２０の炭素原子である範囲を意味する。ここで示される数は、その前後関係及び表現にとって適切な許容範囲で解釈すべきである。例えば、個々の数は、当業者が通常に用いる方法で計測可能な精度に応じて変動し得る。本明細書で使用する「複数の」、「多数の」、「複数」及び「多数」という用語は２つ以上の項目を表す。
【００１１】
一次光チャネル
一次光チャネルは多モード光ファイバを含む。好ましくは単一の多モード光ファイバからなる。しかし、一次光チャネルは、別の多モード光ファイバから構成される、及び/又は多モード光ファイバから構成されない、例えば単一モードの光ファイバ又は導光管から構成される、長手セクションを少なくとも１つ含んでもよい。２つ以上の一次光チャネルを同一の光源で照射し、それぞれ別個の二次光チャネルの組に光学的に接続することが可能である。その場合、各組の二次光チャネルからの光は均一であるが、異なる二次光チャネルの組の二次光チャネルからの光は均一でない。
【００１２】
光が多モード光ファイバを通過する際、モード結合処理を受ける。本発明においては、好ましくは、モード結合処理の結果として、無損失伝搬モードの光の平衡分配にほぼ類似する修正分配が得られ、それにより、一次出力面上の全ての地点からの光がほぼ同一の光強度、スペクトル分布及び開口数を有する。
【００１３】
多モード光ファイバにおける望ましいモード結合処理は、単純に、充分に長い（例えば１−２ｋｍ）の光ファイバを用いることにより達成可能である。しかし、好ましくは、１つ以上の他のモード結合技術を用いる。これら他の技術とは、例えば、光ファイバのルーピングであって、好ましくは（特にレーザ又は他の偏光光源を用いる場合）互いに直交する２つの平面の各々の平面内に少なくとも１つのループを形成する手法；マイクロベンディングを生じさせるように光ファイバを取り付ける手法；鮮鋭に集束させたレーザビームを同数の開口を有する多モードのステップ形光ファイバ内に結合させる手法；レーザ光源によって発起された初期低次モード分配に対して散光器及びモード励起器として機能するように光ファイバの入力面をエッチング加工する手法であって、その結果としてモード再分配を生じさせる手法；及び、２つのステップ形光ファイバの間に或る長さのグレーデット形光ファイバを融合させる手法である。
【００１４】
又、一次光チャネルを通過する光が、高次モードを除去するモードフィルタ処理も受けることが好ましい。高次モードは、モード伝搬のベクトルと、光ファイバとクラッドとの境界に直角なベクトルとの間に比較的低い入射角を有する。したがって、二次光チャネルに供給される光に高次モードが残っている場合、二次光チャネルに曲げ部分を設けたり二次光チャネルの姿勢を変えたりすると高次モードの光は二次光チャネルから外へ放射され易い。二次光チャネルに入る光から高次モードが除去されている場合、二次光チャネルからの光は、たとえ二次光チャネルの１つ以上に曲げ部分を設けたり二次光チャネルの１つ以上についてその姿勢を変えたりしても、二次光チャネルからの光はほぼ不変である。モードフィルタ処理及び一次光チャネルは、二次光チャネルのどれか１つを直線形状から、チャネル半径の５００倍の半径を有するコイル形状に変えた場合、コイル半径の６倍の距離に亘る伝送の減少が２％未満、好ましくは１％未満であるようにするのが好ましい。その代わりに又はこれに加えて、二次光チャネルの全てをループ状にし、又はマイクロベンディング処理を行い、又はその他のモードフィルタ処理を行って、異なる二次光チャネルからの光に均一性を確保することが可能である。
【００１５】
二次光チャネル
二次光チャネルの長さ及び直径は、同一でも異なってもよい。好ましくは、二次光チャネルの各々は、１つ以上の光ファイバから構成する。しかし、二次光チャネルの１つ以上が、少なくとも１つの光ファイバから構成されない長手セクション、例えば導光管から構成される長手セクションを含んでもよい。二次光チャネルは全て同一の構造を有することが好ましい。二次光チャネルとして用いられる光ファイバは、例えば多モード／ステップ形光ファイバ、多モード／グレーデット形光ファイバ、単一モード／ステップ形光ファイバ、又は単一モード／グレーデット形光ファイバとすることができる。光が紫外線のとき、二次光チャネルは少なくとも１つのステップ形光ファイバから構成することが好ましい。
【００１６】
二次光チャネルは、入力面が一次光出力面に隣接する場合を除いては互いに分離していてもよく、又それらの一部又は全てが、それらの全長の少なくとも一部分に亘って束ねられていてもよい。この束には、他の構成要素を含めてもよい。
【００１７】
二次光チャネルの少なくとも１つの少なくとも一部分を、固体基板内又は上に配置することができる。この場合、この二次光チャネルの屈折率は基板の屈折率よりも高く、及び／又はこの二次光チャネルのクラッドの屈折率がコアの屈折率よりも低いことが望ましい。
【００１８】
各二次光チャネルはその長さに沿って均一の構造を有することができ、又２つ以上の光チャネル（同一でも異なってもよい）を光学的に結合させた構成としてもよい。これらの光チャネルは、例えば、光ファイバの取り外しを可能にする継手によって互いに接続された光ファイバとすることができる。一実施形態において、二次光チャネルの少なくとも１つは、一次光チャネルに直接に結合された第１の光ファイバと、基板例えば、検出セルの一部を形成する基板内又は上に固定された第２の光ファイバ（第１の光ファイバと同じでも異なってもよい）とを備える。
【００１９】
第１光チャネルと多数の第２光チャネルとの結合
好ましくは、第２の光チャネル各々の入力面は、第１の光チャネルの出力面よりも実質的に小さく、第１の光チャネルの出力面の周縁の内に位置するように構成される。例えば、随意でカプラにより保持した複数（例えば、３−１３、３、７又は１３等）の光ファイバを第１の光チャネルの出力面に突合せ結合することができる。例えば、各々が１５９マイクロメータのコア直径と１７５マイクロメータのクラッド直径とを有する７本の二次光ファイバを一般的な６角形の形状に構成し、６００マイクロメータのコア直径を有する第１の光チャネルに突合せ結合することができる。屈折率整合流体を接合個所に配置して反射損失を減少させることができる。第２の光チャネルの各々の開口数を第１の光チャネルの開口数とほぼ同一にすることが好ましい。
【００２０】
光源
一次光チャネルに供給される光は干渉性でも非干渉性でもよく、連続光、周期的パルス光又は非周期的パルス光でもよい。適切な光源には、放電燈及びアーク燈、例えば重水素放電管、白熱燈、中空陰極ランプ、発光ダイオード、レーザを主源とする光源、例えばレーザダイオード及び長波長面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）が含まれる。光源は、できるだけ多くの光が一次光チャネルの受け入れ角の範囲以内で一次光チャネルに入るように、その方向を設定することが好ましい。これは、既知の原理により曲面鏡及び／又はレンズを用いることにより、又は特にレーザ光源を用いる場合、単に一次入力面を光源にできるだけ近接して設置することにより達成可能である。
【００２１】
本発明による新規配光システムを用いた方法及び装置
本発明による新規配光システムは、同一の光で複数の対象物を照射することが望まれるどのような方法及び装置においても用いることができる。特定の実施例は、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）カラム、例えばμＬＣカラムからの液体試料の検査である。このような検査では、二次光チャネルの１つからの光が検出セルを通過する際に試料に向けられ、試料が光に及ぼす影響が、例えば検出セルの壁を通して試料を検分することによって、又は検出セルにおいて試料から現れる光を収集する第３の光チャネルによって収集された光を検分することによって、観察される。好ましい検出セルが、本出願人に譲渡された２００３年４月７日出願のＣｙｒ等による米国特許出願番号第１０／４１０３１３号（事件番号１４１３５）、及び、本出願と同時に出願されるその対応出願であり、「Ｍｉｃｏｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ」を表題とする本出願人によるＰＣＴ出願（１４１３５−１ＰＣＴ）に開示されている。これらの好ましい検出セルにおいて、二次光チャネルは好適には試料の流路内へ延びる光ファイバを備える。
【００２２】
本発明による新規配光システムは、少なくとも１つの対象物を照射対象とし、二次光チャネルの１つ以上のチャネルの動きが予想されるどのような方法及び装置においても用いることができる（ただし、一次光チャネルを通過する光がモードフィルタ処理を受けることが条件である）。
【００２３】
照射対象物の数によっては、二次光チャネルの一部又は全てを用いることができる。
【００２４】
図面
図１及び図２は、本発明の配光システムを利用した装置を示す。一次光チャネル１は、一次入力面１１と一次出力面１２とを有する多モード光ファイバであり、この一次光チャネル１が直交ループ１３及び１４を形成する。３つの二次光チャネル２１、２２及び２３は、連結カプラ３で一次出力面１２に突合せ結合された二次入力面を有する光ファイバである。光源４が一次入力面１１に光を供給する。光ファイバ２１及び２２が、液体試料を収容する検出セル３１及び３２に光を供給し、これら検出セルからの光が光検出器４１及び４２に供給される。光ファイバ２３は、基準となる光検出器４３に直接に光を供給する。
【００２５】
実施例
図１及び図２に示す装置に類似の装置を組み立てた。一次光チャネルはＵＶＭ（修正紫外線透過）ステップ形多モード光ファイバであり、この光ファイバは２回巻きのコイルに形成され、長さ６７０ｍｍ、コア直径６００マイクロメータ、及び開口数０．２２であった。光源は、フッ化カルシウムレンズによって多モード光ファイバの入力面に結合された重水素放電管（商品名ハママツＬ−６９９９）であった。各二次光チャネルは、長さ１０００ｍｍ、コア直径２００マイクロメータ、及び開口数０．２２のＵＶＭステップ形多モード光ファイバであった。二次光ファイバを、ＳＭＡ−ＳＭＡ型嵌合スリーブで一次光ファイバに突合せ結合した。これら二次光ファイバの各々は、コア直径１００マイクロメータの光ファイバに結合し、基板内の検出セルに接着した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の配光システムを含む装置を示す。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩにおける拡大断面図である。
【図１】
2006522459.tif 000003
【図２】
2006522459.tif 000004
【国際調査報告】
2006522459.tif 000005
2006522459.tif 000006