(57)【要約】【課題】１つのセルで低濃度から高濃度に至る幅広い濃度を有する被測定液の濃度測定を容易にかつ高精度で行いうる、小型でかつ薄型のマイクロセルを提供する。【解決手段】光路長が異なる複数の流路が形成してあり、光検出部と当該光検出部から出力された検出信号を処理するための電気回路とを一体に設けた半導体基板と、その基板の表面に貼り付けられるカバー部材とを備えており、前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか一方に有底溝が形成してあり、前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか他方で前記有底溝の開口部を閉塞して前記流路が形成してあるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光検出部と当該光検出部から出力された検出信号を処理するための電気回路とを一体に設けた半導体基板と、その基板の表面に貼り付けられるカバー部材とを備えており、
前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか一方に有底溝が形成してあり、前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか他方で前記有底溝の開口部を閉塞して、被測定液の吸光度を測定するための流路が形成してあり、
前記流路は、光路長の異なるものが複数形成してあることを特徴とするマイクロセル。
【請求項２】
前記電気回路は異なる光路長の流路において測定された同一の被測定液の吸光度の差分を算出するものである請求項１記載のマイクロセル。
【請求項３】
前記カバー部材には全ての流路に連通する被測定液の導入口が設けてある請求項１又は２記載のマイクロセル。
【請求項４】
前記光検出部は前記流路内面に前記流路の長手方向と平行に設けてあり、
前記光検出部近傍に、前記流路内を長手方向に進行する光を反射して前記光検出部に導入する反射面が設けてある請求項１、２又は３記載のマイクロセル。
【請求項５】
前記流路内に前記流路の長手方向に対して垂直に入射した光を反射して、前記流路内を前記流路の長手方向に沿って進行させるための反射面が設けてある請求項４記載のマイクロセル。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５記載のマイクロセルを備えたことを特徴とする吸光度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、幅広い濃度の被測定液を測定することが可能であり、測定結果の校正が容易に行え、かつ高い測定精度を有するマイクロセルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸光度計のセルとしては、一般的にガラス等の光透過性物質からなり有底角筒形状を有するセルが用いられている。このようなセルを用いて被測定液の吸光度を測定するには、まず校正液をセルに充填し吸光度を測定し校正を行った後、同一のセルに被測定液を充填し吸光度測定を行っている。
【０００３】
しかしながら、１つの吸光セルを用いて様々な濃度の被測定液を測定しようとすると、光路長が固定されてしまうため、高濃度の被測定液では測定可能な吸光度を越えてしまい被測定液の希釈が必要となり、また、低濃度の被測定液では正確な測定値が得られないという問題を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このため、低濃度から高濃度の幅広い濃度を有する被測定液の吸光度を測定するには光路長の異なる複数のセルを用意する必要がある。しかしながら、複数のセルを用いた場合はセルごとに校正を行う必要があるため作業が煩雑になるという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて、１つのセルで低濃度から高濃度に至る幅広い濃度を有する被測定液の濃度測定を容易にかつ高精度で行いうる、小型でかつ薄型のマイクロセルを提供すべく図ったものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明に係るマイクロセルは、光検出部と当該光検出部から出力された検出信号を処理するための電気回路とを一体に設けた半導体基板と、その基板の表面に貼り付けられるカバー部材とを備えており、前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか一方に有底溝が形成してあり、前記半導体基板と前記カバー部材とのいずれか他方で前記有底溝の開口部を閉塞して、被測定液の吸光度を測定するための流路が形成してあり、前記流路は、光路長の異なるものが複数形成してあることを特徴とする。
【０００７】
このようなものであれば、同一平面上に長さの異なる複数の流路を設けることより、単一のセルで低濃度から高濃度に至る幅広い測定レンジを有するとともに、小型でかつ薄型の取り扱い性に優れた吸光セルとすることができる。また、幅広い測定レンジを有することにより被測定液の濃度調整が不要となるとともに、１度の測定で外乱影響を排除することができ従来の校正作業が不要となるので、測定操作が簡便になり測定時間を短縮することもできる。更に、同一基板上に電気回路と光検出部とが備わっていることより、光検出部からの検出信号を電気回路に送信する際の電気的ノイズを低減することができるので、測定精度を向上することもできる。
【０００８】
前記電気回路が、異なる光路長の流路において測定された同一の被測定液の吸光度の差分を算出するものであると、外乱影響の排除を容易に行うことができる。
【０００９】
本発明に係るマイクロセルへの被測定液の供給を効率的に行うためには、前記カバー部材に全ての流路に連通する被測定液の導入口が設けてあることが好ましい。
【００１０】
一般的な吸光度計では光検出部は光の進行方向に垂直に設けてあるが、本発明に係るマイクロセルをより薄型とするためには、前記光検出部は前記流路内面に前記流路の長手方向と平行に設けてあり、前記光検出部近傍に、前記流路を長手方向に進行する光を反射して前記光検出部に導入する反射面が設けてあることが好ましい。
【００１１】
また、光源からの光が本発明に係るマイクロセルの流路の長手方向に対して垂直に入射する場合は、前記流路内に前記流路の長手方向に対して垂直に入射した光を反射して、前記流路の長手方向に沿って進行させるための反射面が設けてあることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、単一のセルで低濃度から高濃度に至る幅広い測定レンジを有するとともに、小型でかつ薄型の取り扱い性に優れたマイクロセルを得ることができる。また、測定操作が簡便で測定時間を短縮することもでき、更に、測定精度を向上することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
本実施形態に係るマイクロセル１は、図１に示すように、半導体基板２とカバー部材３とを備えており、半導体基板２には光検出部４と当該光検出部４から出力された検出信号を処理するための電気回路５とが一体に設けられている。マイクロセル１は、例えば縦×横の大きさが１ｃｍ×１ｃｍ程度のものである。
【００１５】
以下に各部を説明する。半導体基板２はシリコン基板等からなるものであって、その表面には有底溝が形成されており、当該有底溝の開口部がカバー部材３により閉塞されて被測定液が流通する流路２１及び排出路２５が形成されている。流路２１の導入口２４側の端部には鏡面処理等により上方に４５°傾斜した反射面２２が設けられ、光検出部４側の端部には下方に４５°傾斜した反射面２３が設けられている。複数（本実施形態では６本）の流路２１と排出路２５とはそれぞれ垂直に交わっており、１対の流路２１と排出路２５とから形成される互いに相似するＬ字型の溝が等間隔で配置されている。複数の流路２１は導入口２４側の端部で全て繋がっており、複数の排出路２５は排出口２６側の端部で全て繋がっている。
【００１６】
カバー部材３はガラス基板等からなるものであって、半導体基板２の表面に貼り付けられている。カバー部材３には当該部材を貫通して、複数の流路２１全てと連通する被測定液の導入口２４と、複数の排出路２５全てと連通する排出口２６が設けられている。
【００１７】
光検出部４はフォトダイオード等からなるものであって、光が入射すると検出信号を出力する。光検出部４は反射面２３の近傍の流路２１底部に、反射面２３で反射した光が入射するように設けられている。本実施形態においては、図１に示すように、複数の光検出部４は直線状に配置されている。
【００１８】
電気回路５は、例えば、アナログ増幅回路、バッファ回路、差分回路等を有したものであって、光検出部４から出力された検出信号を処理する。具体的には、光路長の異なる流路２１で測定された同一の被測定液の所定の波長における吸光度の差分を算出する。ここで、当該波長は被測定液中の測定対象物の吸収波長（ピーク波長）である。なお、半導体基板２のスペースが許せばＣＰＵ等を有したコンピュータ回路を付加してもよいし、Ａ／Ｄコンバータを一体に設けてもかまわない。
【００１９】
被測定液の濃度を測定するには、マイクロセル１の導入口２４から被測定液を流入し、全ての流路２１を被測定液で満たし、光源として例えば面発光を行うＬＥＤを用い、光源からの光Ｌを、導入口２４側の端部から、カバー部材３に対して垂直に、かつ、いずれの流路２１にも均一になるように入射させると、マイクロセル１に導入された光Ｌは、図１（ｂ）に示すように、反射面２２で反射して、流路２１内に充填された被測定液を透過して反射面２３に到達し、反射面２３で再度反射して光検出部４に入射する。光検出部４に光Ｌが入射すると光検出部４は検出信号を出力し、当該検出信号は電気回路５で処理され、光路長が異なる流路２１において測定された所定の波長の吸光度の差分が算出される。そして、吸光度の差分と光路長の差との相関を調べ、両者が比例関係を示した範囲を測定が良好に行われた領域とする。これと予め作成した検量線とを対比することにより、被測定液の濃度を算出することができる。
【００２０】
そして、測定が終了したならば、流路２１内に充填されている被測定液を排出路２５を経由して排出口２６から排出する。
【００２１】
本実施形態に係るマイクロセル１により被測定液の濃度測定を行う際は、ＬＥＤ等からなる光源と、ＣＰＵ、内部メモリ、Ｉ／Ｏバッファ回路、Ａ／Ｄコンバータ等を備えたコンピュータ回路からなる演算処理部と、小型の液晶表示装置等からなる表示部等とを備えた本体にマイクロセル１を設置することにより、吸光度センサとして使用することができる。マイクロセル１から本体に出力された測定データは、本体の演算処理部に予め格納されている検量線データと対比され、被測定液の濃度が算出されて、当該濃度が表示部に表示される。
【００２２】
本実施形態に係るマイクロセル１は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造することができ、この手法によれば、複数の流路２１を一括形成することができる。
【００２３】
このような構成を有する本実施形態によれば、同一平面上に長さの異なる複数の流路２１を設け、光検出部４を流路２１の底部に設けることより、単一のセルで外乱影響の排除を可能とするとともに、低濃度から高濃度に至る幅広い測定レンジを有し、小型でかつ薄型の取り扱い性に優れたマイクロセルとすることができる。また、幅広い測定レンジを有することにより被測定液の濃度調整が不要となるとともに、１度の測定で外乱影響を排除することができ従来の校正作業が不要となるので、測定操作が簡便になり測定時間を短縮することもできる。更に、同一半導体基板２上に光検出部４と電気回路５とが備わっていることより、光検出部４からの検出信号を電気回路５に送信する際の電気的ノイズを低減することができるので、測定精度を向上することもできる。
【００２４】
また、本実施形態では光検出部４が半導体基板２上に略対角線状に設けてあり、そこで直交するように流路２１と排出路２５が形成されていることより、マイクロセル１の面積を最大限に活用して複数の流路２１が設けられているので、複数の流路２１が形成されているにかかわらずマイクロセル１をコンパクトなものとすることができる。
【００２５】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、有底溝はカバー部材３に形成されていてもよく、その場合は、反射面２２、２３としては鏡等が設けられていてもよい。
【００２６】
図２に示すように、マイクロセル１の導入口２４側の側方に光透過性物質からなる導光部６を設け、ＬＥＤ等の光源からの光が当該導光部６から導入され、導光部６を透過して流路２１内を直進するようにしてもよい。この場合、カバー部材３はガラス基板のような光透過性のものでなくともよい。
【００２７】
また、図３に示すように、フォトダイオード等からなる光検出部４を全ての流路２１にまたがり一体化した共通なものとして、光源からの光Ｌの照射を各流路２１において別々に行うようにしてもよい。
【００２８】
光源から射出された光を特定の波長を有する平行光線とするには、吸光度センサの本体に、スリット、レンズ、ミラー、プリズム又は回折格子を適宜配置してもよい。
【００２９】
また、ＬＥＤ等の光源が半導体基板２やカバー部材３等に埋設されて、マイクロセル１と一体となっていてもよい。その際、光源がマイクロセル１の導入口２４側の側方に埋め込まれている場合は、図２に示す形態と同様に、反射面２２は不要であり、光源から射出された光は直接流路２１内に導入され反射面２３に向かい進行する。一方、光源が流路２１の下方に埋設されている場合は、反射面２２は下方に４５°傾斜して設けられる。
【００３０】
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によって、１つのセルで低濃度から高濃度に至る幅広い濃度を有する被測定液の濃度測定を容易にかつ高精度で行いうる、小型でかつ薄型のマイクロセルを得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るマイクロセルの平面図（ａ）及びＡ−Ａ’線における断面図（ｂ）。
【図２】本発明の他の実施形態に係るマイクロセルのＡ−Ａ’線における断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係るマイクロセルの平面図。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・マイクロセル
２・・・半導体基板
３・・・カバー部材
４・・・光検出部
５・・・電気回路
２１・・・流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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