CN107367491A - 化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置 - Google Patents

化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置。其中，化学传感器包括：基板，其在第一平面上形成有至少一个光检测部；以及透镜层，其层叠在所述基板上并具有光透过性，且在所述基板相反侧的表面上形成有透镜结构，所述透镜层具有将保持在凹部的检测对象物所产生的光导入至所述光检测部的透镜形状，其中，所述透镜结构在基板侧突出，且具有沿垂直于所述第一平面的第一方向与所述光检测部相对的凹部和在所述基板相反侧突出并沿所述第一方向不与所述光检测部相对的凸部。

Description

化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置
本申请是申请日为2013年2月1日、发明名称为“化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置”的申请号为201380013161.8的专利申请的分案申请。
技术领域
本技术涉及一种利用从检测对象物发射的光来检测化学物质的化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置。
背景技术
已经研究了利用由于化学结合引起的发射光来检测化学物质的化学传感器。具体地，使与将要检测的靶材料特异性结合的示踪材料固定在传感器上，并将样品供给到传感器。因此，包含在样品中的靶材料与示踪材料结合。例如，如果使用可以引入包括靶材料和示踪材料的结合体中的荧光标记来使结合体发射光，那么光电转换元件可以检测发射光。通过在传感器上固定多种示踪材料，还可以识别包含在样品中的靶材料的种类。
为了通过利用这种化学传感器高灵敏度和高精度地进行检测，需要将由于靶材料和示踪材料的结合引起的发射光有效地引入光电转换元件中。例如，专利文献1公开了一种用于检测有机分子的半导体装置，其中固态成像元件与具有其中配置有有机分子探针的区域的硅基板集成一体。该装置具有其中固态成像元件检测由于配置在有机分子探针配置区域中的有机分子探针和靶材料的结合引起的荧光的构造。
另一方面，专利文献2公开了一种生物聚合物分析芯片，其中片上透镜安装在两个位置之间，每个位置都包括双栅晶体管(光电转换元件)和示踪材料。该芯片具有其中从示踪材料和靶材料的结合体产生的荧光由片上透镜收集并且双栅晶体管检测收集的光的构造。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开No.2002-202303
专利文献2：日本专利申请特开No.2006-4991
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1中所述的构造中，没有将来自有机分子探针的各向同性的发射光引入固态成像元件中的光学系统，这导致不能获得足够量的光并且灵敏度和精度低的问题。此外，各向同性的发射光进入相邻的固态成像元件中，这可能在检测的信号中产生串扰。另外，没有限定使有机分子探针与其结合的表面的材料，并且没有通过有机分子探针在表面上的均匀结合来促进检测精度的改善。
另一方面，在专利文献2中所述的构造中，在片上透镜的上表面上形成透光性顶栅电极。这种顶栅电极被认为是由透光电极材料氧化铟锡(ITO)和石墨烯等形成。然而，为了使用这些材料获得低电阻值，需要增大膜厚度，这可能降低膜的透光率和灵敏度。
鉴于如上所述的情况，本技术的目的是提供一种能够有效地检测从检测对象物发射的光的化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置。
解决问题的手段
鉴于如上所述的情况，根据本技术实施方案的化学传感器包括基板和透镜层。
在所述基板，形成至少一个光检测部。
所述透镜层层叠在所述基板上并具有光透过性，并且在所述透镜层的基板相反侧的表面上形成朝向层叠方向的凹状的透镜结构。
通过利用这种构成，可以在形成为凹状的透镜结构上收集检测对象物，并使从检测对象物发射的发射光(荧光等)朝向光检测部收集。即使透镜层具有任意的折射率(绝对折射率)，该折射率也大于检测对象物周围的空气的折射率。因此，在透镜层上形成的凹状透镜结构起到透镜的作用。具体地，通过利用这种化学传感器，可以有效地检测从检测对象物发射的光。
所述透镜结构可以面向所述光检测部。
通过利用这种构成，通过一个透镜结构使发射光朝向一个光检测部收集。因此，对应的光检测部可以检测从收集在透镜结构上的检测对象物发射的光。
所述光检测部可以包括多个光检测部，所述多个光检测部可以排列在所述基板上，所述透镜结构可以包括多个透镜结构，并且各个透镜结构可以面向各个光检测部。
通过利用这种构成，与各透镜结构对应的光检测部可以检测从收容在透镜结构中的检测对象物发射的光。另外，通过透镜结构的光收集效果，防止光检测部检测从相邻的透镜结构发射的光(串扰)。
所述透镜层可以对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性。
通过利用这种构成，用于使检测对象物产生发射光的照明光(激励光等)可以被透镜层遮挡，可以防止光检测部检测照明光，并且光检测部可以仅检测发射光。
所述化学传感器可以包括层叠在所述基板和所述透镜层之间并对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性的分光滤波层。
通过利用这种构成，照明光可以被分光滤波层遮挡，可以防止光检测部检测照明光，并且光检测部可以仅检测发射光。
所述透镜层可以具有第一折射率并且所述分光滤波层可以具有比第一折射率大的第二折射率。
通过利用这种构成，因为被透镜层折射的发射光进一步在透镜层和分光滤波层之间的界面上折射，所以光检测部可以收集更多的发射光。
可以包括层叠在所述透镜层上并对含有检测对象物的溶液具有排液性的保护层。
通过利用这种构成，供给到化学传感器的含有检测对象物的溶液由于保护层的排液性而与保护层具有大的接触角。因此，如果含有检测对象物的溶液被逐渐干燥，那么含有检测对象物的溶液通过透镜结构的凹状和排液性收集在透镜结构上。具体地，可以将检测对象物收集在透镜结构上，并可以提高透镜结构的光收集效果。
所述透镜层的基板相反侧的表面可以对含有检测对象物的溶液具有排液性。
通过利用这种构成，可以通过透镜层的排液性和透镜结构的凹状将供给到化学传感器的含有检测对象物的溶液收集在各透镜结构上。
所述透镜结构可以形成球面透镜形状。
通过利用这种构成，可以不仅呈现通过透镜层的折射率(第一折射率)的光收集效果，而且可以呈现通过透镜形状的光收集效果。
所述透镜结构可以形成圆柱状透镜形状。
通过利用这种构成，可以不仅呈现通过透镜层的折射率(第一折射率)的光收集效果，而且可以呈现通过透镜形状的光收集效果。
鉴于如上所述的情况，根据本技术实施方案的化学传感器的制造方法包括在其上形成有多个光检测部的基板上层叠热塑性材料。
将所述热塑性材料图案化成多个部分。
通过加热所述热塑性材料使所述热塑性材料的相邻部分彼此连接；以及使所述热塑性材料形成凹状。
通过利用这种构成，可以仅通过图案化和加热热塑性材料利用热塑性材料的流动性将热塑性材料形成凹状。热塑性材料可以用作透镜层或者形成透镜层用的蚀刻抗蚀剂。具体地，通过利用这种制造方法，可以容易制造具有凹状透镜结构的化学传感器。
在图案化所述热塑性材料的过程中，可以通过线性地除去所述光检测部之上的所述热塑性材料来使所述热塑性材料图案化。
通过利用这种构成，因为除去各光检测部之上的热塑性材料，所以当加热热塑性材料时，在各光检测部之上形成薄连接的热塑性材料的部分，即，可以形成面向各光检测部的透镜结构。
鉴于如上所述的情况，根据本技术实施方案的化学物质检测装置包括化学传感器、照明光源和图像获取单元。
所述化学传感器包括其上形成有至少一个光检测部的基板，层叠在所述基板上并具有光透过性的透镜层，和在所述透镜层的基板相反侧的表面上朝向层叠方向凹状形成的透镜结构。
所述照明光源向所述化学传感器照射照明光。
所述图像获取单元基于从所述光检测部的输出获取发射光的图像，所述光检测部的输出是通过所述照明光的照射而从收容在所述透镜结构中的检测对象物产生的发射光生成的。
通过利用这种构成，可以向化学传感器照射照明光，可以基于从光检测部的输出获取发射光的图像，该光检测部的输出是通过照明光的照射而从检测对象物产生的发射光生成的，并且可以从图像检测收容在各透镜结构中的化学物质。
发明效果
如上所述，根据本技术，可以提供一种能够有效地检测从检测对象物发射的光的化学传感器、化学传感器的制造方法和化学物质检测装置。
附图说明
图1是根据本技术第一实施方案的化学传感器的平面图。
图2是化学传感器的断面图。
图3是化学传感器的断面图。
图4是示出根据本技术第一实施方案的化学物质检测装置的示意图。
图5是使用化学传感器检测化学物质的测试流程图。
图6是示出化学传感器的测试流程中的状态的示意图。
图7是示出向化学传感器照射照明光的状态的示意图。
图8是示出在化学传感器中由透镜结构收集发射光的状态的示意图。
图9是示出化学传感器的制造方法的流程图。
图10是示出化学传感器的各制造阶段的状态的平面图。
图11是示出化学传感器的各制造阶段的状态的断面图。
图12是示出化学传感器的另一种制造方法的流程图。
图13是根据本技术第二实施方案的化学传感器的断面图。
图14是示出化学传感器的制造方法的流程图。
图15是示出化学传感器的各制造阶段的状态的断面图。
图16是示出根据本技术第一实施方案的化学传感器中的透镜结构的形状和配置的立体图。
图17是示出化学传感器中的透镜结构的形状和配置的立体图。
图18是示出化学传感器中的透镜结构的形状和配置的立体图。
具体实施方式
(第一实施方案)
下面将说明根据本技术第一实施方案的化学物质检测装置。
[化学传感器的整体结构]
图1是根据本实施方案的化学传感器1的平面图，图2是化学传感器1的断面图。如在这些图中所示，化学传感器1包括设置在基板2上的导光部3和设置在基板2上的周边电路。在基板2上配置多个光检测部21，导光部3配置在多个光检测部21上。
如将在后面详细描述的，导光部3支撑示踪材料，并且包含在提供的样品中的靶材料(检测对象物)与示踪材料结合。从包括靶材料和示踪材料的结合体产生的光(荧光等)进入设置在基板2上的光检测部21，并通过周边电路作为电信号输出。示踪材料的例子包括DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)、蛋白质和抗原物质，靶材料的例子包括可以与这些材料结合的化学物质。
光检测部21可以是将光转换成电流的光电转换元件(光电二极管)。光检测部21可以是通过将杂质引入到作为半导体基板的基板2上形成的杂质区域。光检测部21可以与包括未示出的栅极绝缘膜和栅电极的像素电路连接，并且像素电路可以设置在基板2的主面的相反面上。光检测部21的数量和排列没有限制，并且光检测部21可以排列成矩阵状或线状。这里，光检测部21在基板2的平面上排列成矩阵状，并且行方向被设定为垂直方向，列方向被设定为水平方向。
周边电路包括垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6和系统控制电路7。另外，各光检测部21与各行像素驱动线8连接并与各列垂直信号线9连接。各像素驱动线8与垂直驱动电路4连接，垂直信号线9与列信号处理电路5连接。
列信号处理电路5与水平驱动电路6连接，系统控制电路7与垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6连接。应当指出的是，例如，周边电路可以位于层叠在像素区域上的位置或配置在基板2的相反侧。
例如，垂直驱动电路4包括移位寄存器，选择像素驱动线8，向所选择的像素驱动线8供给用于驱动光检测部21的脉冲，并逐行驱动多个光检测部21。具体地，垂直驱动电路4顺次在垂直方向上对各光检测部21逐行进行选择和扫描。然后，通过相对于像素驱动线8垂直配线的垂直信号线9，垂直驱动电路4基于根据各光检测部21中接收的光量产生的信号电荷将像素信号供给到列信号处理电路5。
列信号处理电路5针对各像素列对从一行光检测部21输出的信号进行诸如噪声去除等信号处理。具体地，列信号处理电路5进行诸如用于除去像素固有的固定图案噪声的相关双采样(CDS)、信号放大和模拟/数字(AD)转换等信号处理。
例如，水平驱动电路6包括移位寄存器，并顺次输出水平扫描脉冲，从而按顺序选择各列信号处理电路5并使各列信号处理电路5输出像素信号。
系统控制电路7接收输入时钟和指定操作模式等的数据并输出诸如光检测部21的内部信息等的数据。具体地，系统控制电路7基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等的操作基准的时钟信号或控制信号。然后，系统控制电路7将这些信号输入到垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
如上所述，垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、系统控制电路7以及设置在光检测部21上的像素电路形成将进入各光检测部21中的光作为电信号输出的结构。这种电路结构仅是一个例子，并且只要可以输出进入光检测部21中的光，本实施方案可以适用任意的电路结构。
[化学传感器的结构]
如图2所示，在其上形成有光检测部21的基板2上层叠导光部3，从而形成化学传感器1。导光部3包括分光滤波层31、透镜层32和保护层33。
分光滤波层31层叠在基板2上，并分散透过透镜层32的光。如将在后面详细描述的，分光滤波层31遮挡照射到化学传感器1上的照明光(激励光等)的波长区域并使通过照射照明光从检测对象物发射的发射光(荧光等)透过。只要具有这种分光特性，分光滤波层31的材料没有特别的限制。然而，其优选具有大的折射率(第二折射率)。分光滤波层31需要具有可以发挥预定的分光特性的厚度。然而，有利的是具有尽可能薄的厚度以防止发射光扩散。
透镜层32层叠在分光滤波层31上，提供支撑检测对象物的凹状透镜结构(后述的)并将从检测对象物发射的光收集在光检测部21上。透镜层32可以由使发射光的波长区域透过并具有预定的折射率(第一折射率)的材料形成。有利的是，为了提高透镜层32的光收集效果，第一折射率要大。应当指出的是，透镜层32不必具有均匀的厚度。
在透镜层32中，在基板2的相反面上朝向透镜层32的层叠方向形成凹状透镜结构32a。图16是示出透镜结构32a的形状和配置的立体图。应当指出的是，在图16中省略了保护层33的图示。如图中所示，透镜结构32a可以具有由在透镜层32的表面上形成的波状结构形成的凹状结构。
如上所述，因为透镜层32具有第一折射率，所以透镜结构32a起到透镜的作用。如图2和图16所示，可以形成多个透镜结构32a，并且各透镜结构32a可以形成为面向光检测部21。
另外，透镜结构32a的形状不限于图16中所示的那一种。透镜结构32a可以具有其他形状的凹状结构。图17和图18都是示出具有其他形状的透镜结构32a的形状和配置的立体图。应当指出的是，在图17和图18中省略了保护层33的图示。
例如，如图17所示，透镜结构32a可以具有半球形的凹状。在这种情况下，各透镜结构32a形成球面透镜。另外，各透镜结构32a不必一对一地面向各光检测部21，并且一个透镜结构32a可以面向多个光检测部21。例如，如图18所示，透镜结构32a可以具有面向光检测部21的列的半圆柱形凹状(槽状)结构。在这种情况下，各透镜结构32a形成圆柱状透镜(圆柱状结构)。
如上所述，因为透镜结构32a起到透镜的作用，所以有利的是，透镜结构32a具有较接近透镜的形状，原因是可以有效地将光收集在光检测部21上。然而，各透镜结构32a不仅起到透镜的作用，而且起到将检测对象物保持在面向光检测部21的位置的作用。因此，透镜结构32a仅需要具有朝向透镜层32的层叠方向的凹状结构，并且透镜结构32a的形状和配置没有特别的限制。例如，各透镜结构32a都可以具有面向各光检测部21a的诸如圆锥、三棱锥和四棱锥等的锥状的凹状或面向光检测部21a的各列的各种槽状形状。另外，透镜结构32a不必具有相同的形状，并且可以具有不同的形状。
具体地，因为透镜结构32a具有凹状，所以各透镜结构可以收容检测对象物。另外，因为透镜层32具有第一折射率，所以可以将从检测对象物发射的光收集在光检测部21上。此外，因为透镜结构32a具有较接近透镜的形状，所以可以获得通过该形状的光收集效果。另外，各透镜结构32a配置成(一对一地)面向各光检测部21。因此，可以将从收容在各透镜结构32a中的检测对象物发射的光收集在一个光检测部21上并可以更有效地检测发射光。
透镜结构32a可以通过后述的制造方法形成。在这种情况下，透镜层32可以由通过加热而软化的热塑性材料形成。另一方面，透镜结构32a不必通过加热工艺形成。在这种情况下，透镜层32不必由热塑性材料形成。
保护层33覆盖透镜层32，并在其表面上保持检测对象物。如图2所示，保护层33可以是薄的并沿着在透镜层32的表面上形成的透镜结构32a形成。保护层33可以由至少使从检测对象物发射的发射光透过的材料形成。保护层33可以具有比透镜层32的折射率(第一折射率)小的折射率。然而，保护层33可以比透镜层32更薄，并且折射率对其产生的影响小。因此，保护层33可以具有比第一折射率更大的折射率。
保护层33的表面可以对含有检测对象物的溶液具有排液性。如在后面描述的，因为检测对象物包含在液体中并且供给到保护层33的表面，所以保护层33对含有检测对象物的溶液具有排液性，从而将检测对象物收集在各透镜结构32a上。排液性表现为以大的接触角与含有检测对象物的溶液接触，即，表现为排斥含有检测对象物的溶液。具体地，如果含有检测对象物的溶液是亲水性的液体，那么保护层33可以是疏水性的，如果含有检测对象物的溶液是亲脂性的液体，那么保护层可以是亲水性的。
应当指出的是，如图3所示，化学传感器1不必包括保护层33。在这种情况下，可以通过对透镜层32的表面施加表面处理使得透镜层32的表面被制成对含有检测对象物的液体具有排液性来将检测对象物收集在各透镜结构32a上。另一方面，在没有向透镜层32的表面施加用于赋予排液性的处理的情况下，不能通过排液性收集检测对象物。然而，可以通过透镜结构32a的凹状在某种程度上将检测对象物收集在各透镜结构32a上。
[化学物质检测装置的构成]
下面将说明使用具有如上所述的结构的化学传感器1来检测化学物质的化学物质检测装置100的构成。图4是示出化学物质检测装置100的构成的示意图。如图4所示，化学物质检测装置100包括化学传感器1、照明光源101和图像获取单元102。
照明光源101将照明光照射到化学传感器1上。例如，照明光可以是用于使包含在保持在化学传感器1中的检测对象物中的荧光标记发射荧光的激励光。诸如照明光的波长和强度等照明条件可以根据荧光标记的种类等适当地设定。
图像获取单元102从光检测部21的输出获取发射光的图像，该光检测部的输出是通过从照明光源101照射的照明光而从检测对象物发射的光(荧光等)产生的。图像获取单元102可以与化学传感器1的列信号处理电路5连接，并可以获取各光检测部21的输出。
化学物质检测装置100可以具有如上所述的构成。化学物质检测装置100的构成仅是一个例子，并且具有不同构成的装置可以使用化学传感器1。
[测试流程和化学传感器的作用]
下面将说明使用化学传感器1来检测化学物质的测试流程和此时的化学传感器1的作用。
图5是用于检测化学物质的测试流程，图6是示出化学传感器1的状态的示意图。如图5所示，首先，向化学传感器1的导光部3上涂布含有检测对象物的溶液(St1)。应当指出的是，可以在导光部3的表面上的各透镜结构32a上固定与检测对象物特异性结合的示踪材料(未示出)。通过针对各透镜结构32a使用不同的示踪材料，可以在各透镜结构32a中结合不同的检测对象物(靶材料)。
如图6(a)所示，向化学传感器1的导光部3供给含有检测对象物的溶液L。含有检测对象物的溶液L含有检测对象物S。如果使含有检测对象物的溶液L干燥(St2)，那么如图6(b)所示，含有检测对象物的溶液L被收集在透镜结构32a上。这是由于透镜结构32a的凹状和保护层33对含有检测对象物的溶液L的排液性产生的。特别地，通过保护层33的排液性，含有检测对象物的溶液L利用表面张力容易地收集在透镜结构32a上。如果含有检测对象物的溶液L的干燥完成，那么如图6(c)所示，检测对象物S以收容在各透镜结构32a中的形式附着在保护层33上。
接着，向化学传感器1照射来自照明光源101的照明光(St3)。图7是示出用照明光照射的化学传感器1的状态的示意图。如图所示，将照明光(白色箭头)照射到检测对象物S上，并且从检测对象物S产生发射光(黑色箭头)。例如，照明光可以是激励光，并且例如，发射光可以是荧光。应当指出的是，产生发射光的物质(例如，荧光标记)可以提前引入检测对象物S中，或可以引入示踪材料和靶材料(检测对象物S)的结合体中。
图8是示出由透镜结构32a收集发射光的状态的示意图。应当指出的是，虽然如图8中所示，省略了保护层33，但是如上所述，因为保护层33很薄，所以可以忽视它的光学影响，。
如图8所示，从检测对象物S产生的发射光在透镜结构32a的表面(在下文中，被称作透镜面)上折射。这是因为透镜层32的折射率(第一折射率)N1比检查对象物S侧(空气)的折射率N0大，根据斯涅尔定律，在透镜面的入射角θ0比透镜面的出射角θ1大。在透镜面的折射起到使发射光的扩散聚集的作用，即，发射光通过透镜面朝向光检测部21被收集。
此外，通过使分光滤波层31的折射率(第二折射率)N2大于第一折射率N1，也在透镜层32和分光滤波层31之间的界面上产生折射。具体地，界面的出射角θ3小于在界面上的入射角θ2，从而朝向光检测部21收集发射光。
进入分光滤波层31的发射光到达光检测部21，并被光检测部21检测(光电转换)。因为如上所述，在透镜面与透镜层32和分光滤波层31之间的界面上收集发射光，所以增大了到达光检测部21的发射光的比例，并且防止了由于到相邻的光检测部21的发射光的泄露(串扰)导致的检测精度的下降。
照射到化学传感器1上的照明光被分光滤波层31遮挡，并且防止被光检测部21检测。各光检测部21的输出经由周边电路输出到图像获取单元102，并且在图像获取单元102中产生发射光的阵列图像(表示各光检测部21的强度的图像)(St4)。如上所述，通过在各透镜结构32a上固定不同的示踪材料，可以从检测发射光的光检测部21的位置识别检测对象物的种类。
如上所述，在根据本实施方案的化学传感器1中，因为在透镜层32上形成凹状透镜结构32a，所以检测对象物被收集在透镜结构32a上，并且配置在容易被光检测部21检测的位置。此外，通过透镜结构32a的透镜效果，来自检测对象物的发射光被收集在光检测部21上，并可以有效地检测发射光。
[化学传感器的制造方法]
下面将说明化学传感器1的制造方法。
图9是示出化学传感器1的制造方法的流程图。图10和图11都是示出各制造阶段的化学传感器1的示意图。图10是化学传感器1的平面图，图11是化学传感器1的断面图。
如图10(a)和图11(a)所示，在其上形成有光检测部21的基板2上，层叠分光滤波层31(St11)。可以通过任意方法层叠分光滤波层31。接着，如图10(b)和图11(b)所示，在分光滤波层31上，层叠由透镜材料形成的透镜层32'(St12)。透镜层32'也可以通过任意方法层叠。
接着，如图10(c)和图11(c)所示，使透镜层32'图案化(St13)。在透镜层32'的图案化中，通过除去透镜层32'的一部分来使透镜层32'分成多个部分。例如，透镜层32'的图案化可以通过光刻技术进行。应当指出的是，如图10(c)所示，透镜层32'的图案化可以通过线性地除去各光检测部21之上的透镜层32'来进行。在多个光检测部21以矩阵状配置时，光检测部21之上的线具有格子形状。
接着，如图10(d)和图11(d)所示，加热图案化的透镜层32'(回流，reflow)(St14)。通过加热，透镜层32'变为具有粘性的流体状。如果透镜层32'的加热继续，那么透镜材料的粘性下降，并且流动。因此，如图10(e)和图11(e)所示，透镜层32'的相邻部分彼此连接。因为连接的部分很薄，所以形成凹状透镜结构32a。如果加热时间太长，那么透镜层32'就变平。因此，考虑到透镜材料的流动性，要调节加热时间而形成透镜结构32a。
在上述图案化(St13)中，因为线性地除去在各光检测部21上的透镜层32'，所以在线的交叉点之上(即，各光检测部21的正上方)形成其中透镜层32'很薄的透镜结构32a。如上所述，通过线性地除去各光检测部21之上的透镜层32'，可以仅通过加热透镜层32'来形成具有面向各光检测部21的透镜结构32a的透镜层32。
接着，如图10(f)和图11(f)所示，在透镜层32上层叠保护层33(St15)。可以通过任意方法层叠保护层33。此外，可以不层叠保护层33而完成制造过程，并且代替在保护层33上，可以在透镜层32上施加使透镜层32对含有检测对象物的溶液具有排液性的表面处理。
此外，必要时，可以将诸如垂直驱动电路4和列信号处理电路5等周边电路安装在基板2上，从而制造化学传感器1。应当指出的是，这些周边电路可以在上述制造过程之前安装在基板2上。
应当指出的是，还可以按以下方式制造化学传感器1。图12是示出化学传感器1的另一种制造方法的流程图。
在其上形成有多个光检测部21的基板2上层叠分光滤波层31的步骤(St21)和在分光滤波层31上层叠透镜层32'的步骤(St22)与上述的相同。接着，对透镜层32'施加纳米压印(St23)。
纳米压印可以通过在经加热而软化的透镜层32'上压制透镜结构32a的模型来进行。调节透镜结构32a的模型的位置以使透镜结构32a在面向多个光检测部21的位置形成。透镜层32可以按这种方式形成。如上所述，还可以在透镜层32上层叠保护层33(St24)。
化学传感器1可以按这种方式制造。应当指出的是，化学传感器1的制造方法不限于如上所述的那一种，并且可以使用不同的制造方法。
[第二实施方案]
下面将说明根据第二实施方案的化学传感器。应当指出的是，在本实施方案中，将省略对与第一实施方案中所述的构成相同的构成的说明。根据本实施方案的化学传感器与第一实施方案中一样，可以包括周边电路和层叠在基板上的导光部。另外，根据本实施方案的化学传感器与第一实施方案中一样，可以用作化学物质检测装置。
[化学传感器的结构]
图13是示出根据本实施方案的化学传感器201的构成的示意图。如图所示，在其上形成有光检测部221的基板202上层叠导光部203，从而形成化学传感器201。
光检测部221的构成与第一实施方案中的一样，即，光检测部221可以是通过将杂质引入到作为半导体基板的基板2上形成的杂质区域。像素电路(未示出)与光检测部221连接。
导光部203包括透镜层231和保护层232。透镜层231层叠在基板2上，并且保护层232层叠在透镜层231上。
透镜层231与第一实施方案中一样，提供支撑检测对象物的透镜结构并将从检测对象物发射的光收集在光检测部21上。此外，根据本实施方案的透镜层231遮挡照射到化学传感器201上的照明光，并使从检测对象物发射的发射光透过。具体地，透镜层231还具有分光滤波器的作用。因为透镜层231还具有分光滤波器的作用，所以没有必要单独设置分光滤波层并且可以降低导光部203的高度。
与第一实施方案中一样，透镜层231具有第一折射率，提供支撑检测对象物的凹状透镜结构231a，并将从检测对象物发射的光收集在光检测部221上。如图13所示，可以形成多个透镜结构231a，并且各透镜结构231a可以形成为面向光检测部221。
保护层232覆盖透镜层231，并且在其表面上保持检测对象物。保护层232与第一实施方案中一样，可以对含有检测对象物的溶液具有排液性并且具有将检测对象物收容在各透镜结构231a中的作用。不必设置保护层232，并且代替在保护层232上，可以在透镜层231的表面上施加使透镜层231的表面对含有检测对象物的溶液具有排液性的表面处理。
化学传感器201具有如上所述的构成。另外，在化学传感器201中，与第一实施方案中一样，供给到保护层232的表面的含有检测对象物的溶液通过透镜结构231a的形状和保护层232的排液性收集在各透镜结构231a上。因此，可以使检测对象物收容在各透镜结构231a中。此外，因为透镜结构231a起到透镜的作用，所以将从检测对象物发射的光收集在光检测部221上，因而可以有效地检测发射光。
[化学传感器的制造方法]
下面将说明化学传感器201的制造方法。图14是示出化学传感器201的制造方法的流程图，图15是示出在各制造阶段的化学传感器201的断面图。
在其上形成有光检测部221的基板202上，层叠透镜层231'(St201)。可以通过任意方法层叠透镜层231'。接着，如图15(a)所示，在透镜层231'上层叠抗蚀剂层R(St202)。抗蚀剂层R可以由经加热而能够粘性流动的热塑性材料形成。
接着，如图15(b)所示，图案化抗蚀剂层R(St203)。抗蚀剂层R的图案化与第一实施方案中透镜层的图案化一样，可以通过线性地除去各光检测部221之上的抗蚀剂层R来进行。通过图案化，抗蚀剂层R被分成多个部分。
接着，如图15(c)所示，加热图案化的抗蚀剂层R(回流)(St204)。通过加热，抗蚀剂层R变成具有粘性的流体。如果加热继续，那么如图15(d)所示，抗蚀剂层R的相邻部分彼此连接。按这种方式，抗蚀剂层R形成凹状。
接着，如图15(e)所示，使用抗蚀剂层R来蚀刻透镜层231'(St205)。通过蚀刻，除去抗蚀剂层R并且抗蚀剂层R的凹状转印到透镜层231'上。例如，蚀刻可以是干法蚀刻。因此，可以在透镜层231上形成凹状透镜结构231a。
接着，如图15(f)所示，在透镜层231上层叠保护层232(St206)。可以通过任意方法层叠保护层232。此外，可以不层叠保护层232而完成制造过程，并且代替在保护层232上，可以在透镜层231上施加使透镜层231对含有检测对象物的溶液具有排液性的表面处理。
此外，必要时将周边电路安装在基板202上，从而制造化学传感器201。应当指出的是，这些周边电路可以在制造过程之前安装在基板202上。化学传感器201可以按这种方式制造。应当指出的是，化学传感器201的制造方法不限于如上所述的那一种，并且可以使用不同的制造方法。
本技术不仅限于上述实施方案并且在不脱离本技术的精神的情况下可以进行各种修改。
根据上述实施方案的化学传感器可以包括用于防止发射光从相邻的透镜结构泄漏的遮光膜。遮光膜可以通过配置由具有高遮光性能的材料形成的膜来形成，使得各光检测部的上层针对各光检测部隔开。
应当指出的是，本技术还可以采取以下构成。
(1).一种化学传感器，包括：
其上形成有至少一个光检测部的基板；
层叠在所述基板上并具有光透过性的透镜层；和
在所述透镜层的基板相反侧的表面上朝向层叠方向凹状形成的透镜结构。
(2).根据上述(1)所述的化学传感器，其中
所述透镜结构面向所述光检测部。
(3).根据上述(1)或(2)所述的化学传感器，其中
所述光检测部是多个光检测部，所述多个光检测部排列在所述基板上，所述透镜结构是多个透镜结构，并且各个透镜结构面向各个光检测部。
(4).根据上述(1)～(3)中任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜层对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性。
(5).根据上述(1)～(4)中任一项所述的化学传感器，还包括
层叠在所述基板和所述透镜层之间并对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性的分光滤波层。
(6).根据上述(1)～(5)中任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜层具有第一折射率并且所述分光滤波层具有比第一折射率大的第二折射率。
(7).根据上述(1)～(6)中任一项所述的化学传感器，还包括
层叠在所述透镜层上并对含有检测对象物的溶液具有排液性的保护层。
(8).根据上述(1)～(7)中任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜层的基板相反侧的表面对含有检测对象物的溶液具有排液性。
(9).根据上述(1)～(8)中任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜结构形成球面透镜形状。
(10).根据上述(1)～(9)中任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜结构形成圆柱状透镜形状。
(11).一种化学传感器的制造方法，包括：
在其上形成有多个光检测部的基板上层叠热塑性材料；
将所述热塑性材料图案化成多个部分；
通过加热所述热塑性材料使所述热塑性材料的相邻部分彼此连接；以及
使所述热塑性材料形成凹状。
(12).根据(11)所述的化学传感器的制造方法，其中
在图案化所述热塑性材料的过程中，通过线性地除去所述光检测部之上的所述热塑性材料来使所述热塑性材料图案化。
(13).一种化学物质检测装置，包括：
化学传感器，包括
其上形成有至少一个光检测部的基板，
层叠在所述基板上并具有光透过性的透镜层，和
在所述透镜层的基板相反侧的表面上朝向层叠方向凹状形成的透镜结构；
向所述化学传感器照射照明光的照明光源；和
图像获取单元，所述图像获取单元基于从所述光检测部的输出获取发射光的图像，所述光检测部的输出是通过所述照明光的照射而从收容在所述透镜结构中的检测对象物产生的发射光生成的。
附图标记的说明
1，201 化学传感器
2，202 基板
21，221 光检测部
31 分光滤波层
32，231 透镜层
32a，231a 透镜结构
33，232 保护层
100 化学物质检测装置
101 照明光源
102 图像获取单元
201 化学传感器
202 基板
203 导光部

Claims (10)

1.一种化学传感器，包括：
基板，其在第一平面上形成有至少一个光检测部；以及
透镜层，其层叠在所述基板上并具有光透过性，且在所述基板相反侧的表面上形成有透镜结构，所述透镜层具有将保持在凹部的检测对象物所产生的光导入至所述光检测部的透镜形状，其中，所述透镜结构在基板侧突出，且具有沿垂直于所述第一平面的第一方向与所述光检测部相对的凹部和在所述基板相反侧突出并沿所述第一方向不与所述光检测部相对的凸部。
2.根据权利要求1所述的化学传感器，其中
所述透镜层对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性。
3.根据权利要求1或2所述的化学传感器，还包括
层叠在所述基板和所述透镜层之间并对照射到所述化学传感器上的照明光的波长区域具有遮挡性的分光滤波层。
4.根据权利要求3所述的化学传感器，其中
所述透镜层具有第一折射率并且所述分光滤波层具有比第一折射率大的第二折射率。
5.根据权利要求1至4任一项所述的化学传感器，还包括
层叠在所述透镜层上并对含有检测对象物的溶液具有排液性的保护层。
6.根据权利要求1至4任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜层的基板相反侧的表面对含有检测对象物的溶液具有排液性。
7.根据权利要求1至6任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜结构形成球面透镜形状。
8.根据权利要求1至6任一项所述的化学传感器，其中
所述透镜结构形成圆柱状透镜形状。
9.一种化学传感器的制造方法，包括：
在其上形成有多个光检测部的基板上层叠热塑性材料；
通过线性地除去所述光检测部之上的所述热塑性材料来将所述热塑性材料图案化成多个部分；
通过加热所述热塑性材料使所述热塑性材料的相邻部分彼此连接；以及
使所述热塑性材料形成凹状。
10.一种化学物质检测装置，包括：
化学传感器，所述化学传感器包括
基板，所述基板在第一平面上形成有至少一个光检测部；以及
透镜层，所述透镜层层叠在所述基板上并具有光透过性，且在所述基板相反侧的表面上形成有透镜结构，所述透镜层具有将保持在凹部的检测对象物所产生的光导入至所述光检测部的透镜形状，其中，所述透镜结构在基板侧突出，且具有沿垂直于所述第一平面的第一方向与所述光检测部相对的凹部和在所述基板相反侧突出并沿所述第一方向不与所述光检测部相对的凸部。
向所述化学传感器照射照明光的照明光源；和
图像获取单元，所述图像获取单元基于从所述光检测部的输出获取发射光的图像，所述光检测部的输出是通过所述照明光的照射而从收容在所述透镜结构中的检测对象物产生的发射光生成的。
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