CN1708675A - 光学组件及其制造方法、光传感器、多通道光检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光学组件、光传感器、多通道光检测装置及光学组件的制造方法。用透明块(10a～10e)和能够反射的光的波长范围互不相同的选色膜(11a～11d)形成光学组件。透明块(10a～10e)接合成一列，在各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行。
Description
技术领域
本发明涉及光学组件、光传感器、多通道光检测装置及光学组件的制造方法。
背景技术
近年，通过检测来自物体的反射光或荧光等进行各种分析或测定。例如，在为了进行物体的材质分析而测定物体的红外线吸收率时，进行物体的反射光的检测。并且，在为了进行物质的定性、定量分析而测定试样中的特定成分对光的吸收程度时，也进行物体的反射光的检测。而且，在基因的诊断中，为了分析通过基因增殖法(gene amplification)增殖后的基因，也进行被光源的出射光激励的荧光的检测。
在这样的分析或测定中，利用能够检测各种波长的光的光检测装置。光检测装置例如日本特开平5-322653号公报或特开平5-240700号公报所公开的那样，一般具备光传感器，光传感器由从入射的光中抽取出目的波长的光的滤光器和接受抽取的光并将其变换成电信号的光电二极管等受光元件构成。
图5为表示以往的光检测装置中所使用的光传感器的斜视图。如图5所示，光传感器51为具有多个受光面52a～52d的受光元件。另外，在图5的例子中，光传感器51为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)。在光传感器51的受光面52a～52d上分别安装有透射波长互不相同的滤光器。
因此，当如图5所示将光照射到光传感器51上时，照射光根据波长透过某个滤光器并入射到受光面52a～52d的某个面中，因此光传感器51输出与照射光的波长相对应的信号。根据该输出信号进行波长分布分析等各种分析。
但是，在上述图5所示的光传感器中，多个受光面配置成二维。因此，为了提高检测的精度，有必要使光均匀地照射在所有的受光面52a～52d上。
但是，如果使光均匀地照射到各受光面上，则需要有使使用了光传感器的光检测装置整体大型化。并且，由于在照射光时根据光传感器的位置不同，特定的受光面周围的光照量降低，入射到各受光面中的光的光量不均匀的可能性很高，因此可以说很难用上述图5所示的光传感器提高检测精度。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述问题，提供一种能够根据波长对入射光高精度进行分光的光学组件及其制造方法，而且提供使用了该光学组件的光传感器及多通道光检测装置。
为了达到上述目的，本发明的光学组件的特征在于，包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行。
在本发明的光学组件中，上述多个选色膜可以具有仅反射波长大于等于特定波长的光的特性，并按照能够反射的光的最小波长的顺序配置。或者，上述多个选色膜可以具有仅反射波长小于等于特定波长的光的特性，并按照能够反射的光的最长波长的顺序配置。而且，在位于上述多个透明块的列的一端的透明块和与之接合的透明块之间可以设置有全反射膜，来代替上述选色膜。
为了到达上述目的，本发明的光传感器，包括光学组件和多个受光面配置成一列的受光元件，所述光学组件包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行；上述光学组件配置成：使从位于上述多个透明块的列的一端的透明块入射的光，被上述多个选色膜中的某个反射并入射到上述多个受光面中的某个。
为了达到上述目的，本发明的多通道光检测装置，至少具有反应容器、出射的光的波长互不相同的多个发光元件、第1及第2光学组件和多个受光元件；上述多个发光元件按照上述出射的光的波长的长短顺序使各发光元件的出射方向平行地配置；上述多个受光元件配置成使各受光元件的受光面平行；第1及第2光学组件分别具有多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在上述各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行；上述第1光学组件配置成：使上述多个发光元件的各出射光根据其波长被上述多个选色膜中的某个反射，并以同一光路从上述第1光学组件出射；上述第2光学组件配置成：使从上述反应容器的内部出射的光根据其波长被上述多个选色膜中的某个反射，并入射到上述多个受光元件中的某个。
为了达到上述目的，本发明的光学组件的制造方法，该光学组件至少包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜，该制造方法至少包括以下工序：(a)在至少具有1个平面的第1透明部件的上述一个平面上设置选色膜的工序；(b)在上述选色膜上接合至少具有2个平行的平面的第2透明部件的工序，使上述2个平面中的一个平面朝向上述选色膜，在上述2个平面的另一个平面上设置上述选色膜以外的其他选色膜；(c)将上述第1透明部件以外的其他第1透明部件用其1个平面接合到位于最上层的上述其他选色膜上的工序；(d)沿与上述第1透明部件的上述一个平面、上述其他第1透明部件的上述1个平面及上述多个第2透明部件的上述2个平面相交的第1面，以及与第1面平行的第2面切断由上述(a)～(c)工序获得的接合体的工序。
在本发明的光学组件的制造方法中，也可以具有代替上述(b)工序的以下工序：在上述选色膜上接合至少具有2个平行的平面的第2透明部件，使上述2个平面中的一个平面朝向上述选色膜，在上述2个平面的另一个平面上设置上述选色膜以外的其他选色膜。或者，在上述(a)的工序中设置全反射膜，代替上述选色膜；或者，在上述(b)的工序中设置全反射膜，代替位于最上层的上述另一个选色膜。
附图说明
图1是表示本发明的光学组件的制造方法的一例的斜视图，图1A～图1D表示主要的制造工序。
图2是表示用图1所示的制造方法制成的本发明的光学组件的一例的图，图2A表示波长不同的光从同一条光路入射的情况，图2B表示波长不同的光从不同的光路入射的情况。
图3是表示本发明的光传感器的一例的斜视图。
图4透视图概略地表示本发明的多通道光检测装置的一例的内部结构的斜视图。
图5透视图表示以往的光检测装置中所使用的光传感器的斜视图。
具体实施方式
下面参照图1～图4，说明本发明的光学组件、光传感器、多通道光检测装置及光学组件的制造方法。
首先，用图1和图2说明本发明的光学组件及其制造方法。本发明的光学组件至少包括多个透明块和多个能够反射的光的波长互不相同的选色膜，通过图1所示的制造工序制作。
图1为表示本发明的光学组件的制造方法的一例的斜视图，图1A～图1D表示主要的制造工序。图2为表示用图1所示的制造方法制成的本发明的光学组件的一例的图，图2A表示波长不同的光从同一条光路入射的情况，图2B表示波长不同的光从不同的光路入射的情况。
首先，如图1A所示，在透明部件1a的平面3上设置选色膜2a。接着，如图1B所示，在选色膜2a上设置透明部件1b～1d，使各透明部件的平面4朝向选色膜2a，在各透明部件的平面5上设置选色膜2b～2d，并将它们接合。而且，如图1C所示，将透明部件1e用其平面3与位于最上层的选色膜2d接合。
在图1的例中，透明部件1a～1e的形状为长方体，透明部件1a～1e有6个平面。但是，本发明并不局限于此，由于透明部件1a和透明部件1e仅在一个面上设有选色膜，因此只要至少有1个平面部件就可以。并且，由于透明部件1b～1d在相对的两个面上设置选色膜，因此只要是至少具有2个平行的平面的部件就可以。
在本发明中，作为透明部件的构成材料，可以列举以例如PMMA(聚甲基丙烯甲酯)或PC(聚碳酸酯)为代表的光学元件用高分子材料、光学玻璃等。
在图1的例中，选色膜2a～2d具有仅反射波长大于等于特定波长的光(低通)的特性，能够反射的光的最短波长按照选色膜2a～2d的顺序变长。另外，能够反射的光的最短波长也可以按照选色膜2a～2d的顺序变短。
并且，选色膜2a～2d也可以具有仅反射波长小于等于特定波长的光(高通)的特性。此时，只要能够反射的光的最长波长按照选色膜2a～2d的顺序变长或变短就可以。
在图1的例中，在接合透明部件1b～1d之前，选色膜2b～2d形成在它们的平面5上。并且，在透明部件1a上形成选色膜2a时，也可以在透明部件1b～1d上形成选色膜2b～2d。另外，在本发明中，也可以在每次接合透明部件1b～1d时形成选色膜2b～2d。
另外，选色膜2a～2d优选形成为均匀的膜厚。这是因为，通过均匀地形成膜厚，能够使透明部件1a～1e的平面3～5平行，能够像后述的图2A及图2B所示那样使反射光的反射方向。
在本发明中，也可以以设置全反射膜的方式，来代替最上层的选色膜2d或最下层的选色膜2a。此时，可以通过蒸镀铝薄膜等方式形成全反射膜。
并且，虽然在图1的例中选色膜的数量为4个，但本发明并不局限于此。选色膜的数量也可以根据本发明的光学组件的用途等适当设定。并且，透明部件的数量也可以根据选色膜的数量设定。
接着，如图1D所示，沿图1C的第1面6、第2面7、第3面8和第4面9切断由图1A～图1C的工序获得的接合体。由此能够获得本发明的光学组件。
第1面6为与透明部件1a～1d的平面3～5相交的面。因此，光学组件如图1C所示，包含所有的选色膜2a～2d。在图1的例中，第1面6还是与接合体的侧面垂直的面。
并且，第2面7为与第1面6平行的面。通过适当设定第2面7与第1面6之间的距离，能够决定光学组件的厚度。第3面8和第4面9为同时与第1面6和第2面7垂直相交的面。另外，如果在光学组件的端部进行带圆弧等的加工，则也可以不进行沿第3面8和第4面9的切断。
作为接合体的切断方法，虽然可以列举用金刚石切割刀切断的方法等，但没有特别的限制。切断面最好根据需要实施研磨。并且，在获得的光学组件中，为了提高光的利用率，优选在不构成光的入射面或出射面的面上进行涂黑(墨途り)等。
这样，如果采用上述图1A～图1D的工序，则如图1D所示，能够获得具有透明块10a～10e和能够反射的光的波长互不相同的选色膜11a～11d的光学组件。
在这样的光学组件中，透明块10a～10e接合成一列，并在各透明块之间夹有选色膜11a～11d中的任一个。并且，如上所述，选色膜11a～11d按能够反射的最小波长的顺序设置在透明块之间。因此，如图2A所示，当光12从透明块列的一端入射时，光12根据其波长被选色膜11a～11d中的某个反射。
但是，一般来说，设定波长的光是否确实被选色膜反射则取决于选色膜的设置角度。因此，为了使如图2A所示以同一光路入射的光根据其波长被某个选色膜准确反射，最好使所有的设置了选色膜的透明块的接合面的倾斜角度均匀。
而本发明的光学组件中，如图1所示，透明块10a～10e的接合面为透明部件1a～1d的平面3～5的一部分，它们之间互相平行。因此，选色膜11a～11d互相平行。因此，根据图1所示的本发明的光学组件的制造方法，能够高精度地将选色膜11a～11d中相对于光的入射方向的设置角度设定成相同的角度。并且，通过在图1D的工序中适当设定切断方向，能够容易设定相对于光的入射方向的设置角度。
因此，根据本发明的光学组件的制造方法，如图2A所示，能够实现使所有被选色膜反射的光13a～13d全部沿同一个方向出射的光学组件。而且，如图2B所示，由图1所示工序获得的光学组件中，使波长互不相同的光14a～14d互相平行地入射到选色膜11a～11d时，都沿同一条光路出射。15为出射光。
并且，在本发明的光学组件中，选色膜11a～11d通过透明块10a～10e被一体化。因此，不必如用多个分色镜构成光学系的情况那样，单独调整各选色膜的设置角度，只需进行整个光学组件的定位就能够根据波长将入射光高精度进行分光。
下面用图3说明本发明的光传感器。图3为表示本发明的光传感器的一例的斜视图。如图3所示，本发明的光传感器由受光元件16和光学组件17构成。在图3的例中，受光元件16为具有排列成1列的受光面18a～18d的CCD。光学组件17为图1D和图2所示的装置。
并且，如图3所示，光学组件17配置成：使从位于透明块列的一端的透明块10a入射的光，被选色膜11a～11d中的某个反射并入射到受光面18a～18d中的某个面中。因此，在本发明的光传感器中，如果使光照射到光学组件17的端部，则照射光根据波长入射到受光面18a～18d中的某个面中。
这样一来，根据本发明的光传感器，由于即使将光不像以往的光传感器那样均匀地照射在受光元件16的所有的受光面上，也能够通过光学组件18使入射到各受光面上的光均匀，因此与以往的光传感器相比，能够提高检测精度。而且，在本发明的光传感器中，由于可以采用通过光纤等将照射光导入光学组件17的方式，因此与以往的光传感器相比，能够抑制照射光的损失。并且，如果用本发明的光传感器构成光检测装置，则能够使装置小型化。
下面，用图4说明本发明的多通道光检测装置。图4为概略地表示本发明的多通道光检测装置的内部结构的一例的斜视图。
如图4所示，多通道光检测装置为用于基因诊断的装置，包括反应容器40、光源组件41和受光组件42。反应容器40由透明容器28和收容透明容器28的收容壳体30构成。透明容器28中添加有混合物29，该混合物29包含成为基因诊断对象的试样、试验药剂及荧光色素等。
并且，虽然图中没有表示，但收容壳体30内设置有用来实施例如PCR法等基因增殖方法的加热器等加热器件(未图示)。因此，在实施基因增殖方法来增殖基因的情况下，通过使光从光源组件41照射到反应容器40中，激励荧光色素，从反应容器40的内部出射光。受光组件42接受该出射的光。
而且，收容壳体30上设置有：用来使从光源组件41出射的光入射到透明容器28内部的入射窗口37；以及用来将从透明容器28的内部出射的光出射到外部的出射窗口38。
光源组件41具有发光元件21a～21d和光学组件19。发光元件21a～21d出射的光的波长互不相同，出射的光的波长按照发光元件21a、21b、21c、21d的顺序变长。并且，发光元件21a～21d配置成使各发光元件的出射光的方向平行。
光学组件19通过图1A～图1D所示的工序制造，由透明块26a～26e和由能够反射的光的波长范围互不相同的选色膜22a～22d构成。但是，在光学组件19中，选色膜22a～22d为具有仅反射波长小于等于特定波长的光(高通)的特性的膜，能够反射的光的最长波长按照选色膜22a～22d的顺序变长。另外，选色膜22a～22d能够反射的光的最长波长则根据发光元件21a～21d出射的光的波长的大小决定就可以。
并且，光学组件19配置成其长轴与发光元件21a～21d的出射方向垂直。因此，如图2B所示，从发光元件21a～21d出射的光根据波长被选色膜22a～22d沿相同的方向反射，以同一条光路从光学组件19出射。即，根据光源组件41，能够使多束波长互不相同的光沿同一条光路出射并入射到反应容器40中。
如图4所示，在光源组件41中，发光元件的数量并不局限于上述示例。根据基因诊断所使用的荧光色素，决定发光元件的数量。并且，在图4所示的光源组件41中，由基因诊断中所使用的荧光色素的激励峰值波长，决定发光元件出射的光的波长。因此，根据所需的波长选择发光元件。作为发光元件，使用发光二极管或半导体激光器。
受光组件42包括受光元件31a～31d和光学组件20。受光元件31a～31d分别具有一个受光面(未图示)，各受光面配置成平行。
光学组件20也通过图1A～图1D所示的工序制造，由透明块36a～36e和能够反射的光的波长范围互不相同的选色膜32a～32d构成。但是，在光学组件20中也与图1D所示的光学组件一样，选色膜32a～32d为具有仅反射波长大于等于特定波长的光(低通)特性的膜，能够反射的光的最短波长按照选色膜32d、32c、32b、32a的顺序变长。另外，根据基因诊断所使用的荧光色素，设定选色膜32a～32d能够反射的光的最短波长。
并且，光学组件20配置成其长轴与受光元件31a～31d的受光面的法线垂直。因此，当从反应容器40的内部出射的光入射到光学组件20中时，如图2A所示那样，入射光根据其波长被选色膜32a～32d中的某个反射，并入射到对应的受光元件31a～31d的受光面上。即，如果采用受光组件42，则从同一条光路入射的多束波长不同的光能够入射到各受光元件中。
另外，在图4中，23a～23d为用来对发光元件21a～21d出射的光进行聚光的透镜，24为用来对光源组件41出射的光进行聚光的透镜。25为用来将光源组件41出射的光导入到反应容器40的入射窗口37中的全反射反射镜。
并且，在图4中，33a～33d为用来被选色膜32a～32d反射的光进行聚光的透镜。34为用来对从反应容器40的内部经出射窗口38出射的光进行聚光的透镜。35为用来将从反应容器内部出射的光导入到光学组件20的全反射反射镜。
如上所述，根据本发明的多通道光检测装置，能够出射与试样中包含的荧光色素相对应的波长的光，能够进行被激励起来的荧光的分析。并且，本发明的多通道光检测装置用本发明的光学组件构成。因此，在光源组件和受光组件中容易使所有选色膜的反射角均匀，因此可以说如果采用本发明的多通道光检测装置，则能够获得较高的检测精度。
产业上的可利用性
如上所述，根据本发明的光学组件及其制造方法，能够获得用选色膜简单并高精度地进行特定波长的反射的光学组件。并且，如果采用本发明的光传感器，即使不均匀地照射受光元件的所有受光面也能够进行检测，而且由于能够采用紧凑的结构，所以能够达到小型化。而且，根据本发明的多通道光检测装置，能够获得较高的检测精度。
Claims (9)
1.一种光学组件，包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行。
2.如权利要求1所述的光学组件，上述多个选色膜具有仅反射波长大于等于特定波长的光的特性，并按照能够反射的光的最小波长的顺序配置。
3.如权利要求1所述的光学组件，上述多个选色膜具有仅反射波长小于等于特定波长的光的特性，并按照能够反射的光的最长波长的顺序配置。
4.如权利要求1所述的光学组件，在位于上述多个透明块的列的一端的透明块和与之接合的透明块之间设置有全反射膜，来代替上述选色膜。
5.一种光传感器，包括光学组件和多个受光面配置成一列的受光元件，所述光学组件包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行；上述光学组件配置成：使从位于上述多个透明块的列的一端的透明块入射的光，被上述多个选色膜中的某个反射并入射到上述多个受光面中的某个。
6.一种多通道光检测装置，至少具有反应容器、出射的光的波长互不相同的多个发光元件、第1及第2光学组件和多个受光元件；
上述多个发光元件按照上述出射的光的波长的长短顺序使各发光元件的出射方向平行地配置；
上述多个受光元件配置成使各受光元件的受光面平行；
第1及第2光学组件分别具有多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜；上述多个透明块接合成一列，在上述各透明块之间夹有上述多个选色膜中的任一个，使上述多个选色膜互相平行；
上述第1光学组件配置成：使上述多个发光元件的各出射光根据其波长被上述多个选色膜中的某个反射，并以同一光路从上述第1光学组件出射；
上述第2光学组件配置成：使从上述反应容器的内部出射的光根据其波长被上述多个选色膜中的某个反射，并入射到上述多个受光元件中的某个。
7.一种光学组件的制造方法，该光学组件至少包括多个透明块和能够反射的光的波长范围互不相同的多个选色膜，该制造方法至少包括以下工序：
(a)在至少具有1个平面的第1透明部件的上述一个平面上设置选色膜的工序；
(b)在上述选色膜上接合至少具有2个平行的平面的第2透明部件的工序，使上述2个平面中的一个平面朝向上述选色膜，在上述2个平面的另一个平面上设置上述选色膜以外的其他选色膜；
(c)将上述第1透明部件以外的其他第1透明部件用其1个平面接合到位于最上层的上述其他选色膜上的工序；
(d)沿与上述第1透明部件的上述一个平面、上述其他第1透明部件的上述1个平面及上述多个第2透明部件的上述2个平面相交的第1面，以及与第1面平行的第2面切断由上述(a)～(c)工序获得的接合体的工序。
8.如权利要求7所述的光学组件的制造方法，具有代替上述(b)工序的以下工序：在上述选色膜上接合至少具有2个平行的平面的第2透明部件，使上述2个平面中的一个平面朝向上述选色膜，在上述2个平面的另一个平面上设置上述选色膜以外的其他选色膜。
9.如权利要求7所述的光学组件的制造方法，在上述(a)的工序中设置全反射膜，代替上述选色膜；或者，在上述(b)的工序中设置全反射膜，代替位于最上层的上述另一个选色膜。
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