JP2005221327A - 測定装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバアレイ間に被測定物を配して光学的に該被測定物の性質を測定する場合において、長期信頼性を確保すると共に、コストの低廉化、装置自体の小型化を有効に図る。
【解決手段】測定装置１０Ａは、基台１２と、４つの光ファイバ１４からなる光ファイバアレイ１６とを有する。基台１２の主面１２ａには、光ファイバアレイ１６が設置固定される４つのＶ溝と、該Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、キャピラリー２０が設置固定される例えばＶ溝形状の交差溝２２とが設けられている。キャピラリー２０は、軸方向を交差溝２２の軸方向に一致させて交差溝２２に設置固定される。このキャピラリー２０は、軸方向に中空部３０が形成された円筒形状を有し、中空部３０には被測定物質３２が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバを伝搬する光を被測定物に照射して、該被測定物の性質を測定する測定装置及びその製造方法に関する。

近年のバイオ産業において、ＤＮＡ、ＳＮＰｓ及びタンパク等の解析及び測定がその重要性を増している。この代表としてＤＮＡチップやフローサイトメトリ方式による解析手段が挙げられる。

このうち、ＤＮＡチップは、平面反応の測定系であり、反応性が低いこと、高密度化すると感度が落ちること、測定操作及び前処理が煩雑であること等の問題が存在する。

一方、フローサイトメトリ方式による解析手段は、培養液に懸濁したマイクロビーズや細胞等の被測定物を細管に通し、個別の被測定物にレーザービームを照射し、被測定物の性質（大きさやＤＮＡ含有量等）を光学的パラメータとして定量的・定性的に識別する方法である。この方法は、自動化・測定時間の短縮の可能性に優れており、今後期待される測定方式といえる。

このフローサイトメトリ方式を用いた測定・解析としては、例えば非特許文献１が知られている。この非特許文献１では、自動化の提案のほかに、異なる標識の測定を個別に行う手段として光ファイバアレイを用いたマルチチャンネルの解析装置を提案している。

古河電気工業株式会社の時報第１１２号「自動ＳＮＰｓ解析装置の開発」、平成１５年７月、ｐ．８３−８７

上述した非特許文献１に記載されているようなマルチチャンネルの解析装置用光ヘッドは、入力側の光ファイバアレイと出力側の光ファイバアレイを互いに正確に対向させ、その間にキャピラリーを正確に配することで実現する。

この場合、光ファイバアレイ自身のファイバ精度、２つの光ファイバアレイの対向精度及びキャピラリーの配置精度と３つのパラメータを高める必要がある。

特に、２つの光ファイバアレイの対向精度の確保が困難である。２つの光ファイバアレイ間の距離としてキャピラリーの外径分（少なくとも50μｍ程度）は必要であるため、２つの光ファイバアレイを対向させて位置を決める作業の際、この距離が対向精度を確保する上で問題となり、位置決めが困難である。

すなわち、例えば、まず、２つのファイバアレイの対向位置を決めた後、キャピラリーの位置を決めるというステップを踏むとする。この場合、２つの光ファイバアレイを対向させる際には、２つの光ファイバアレイ間に空隙が生じる。

ここで、例えば入力側の光ファイバアレイから光を入射して出力側の光ファイバアレイから出射される光を検出して位置決めを行うというアクティブアライメントを想定すると、例えば入力側の光ファイバアレイに入射した光は、該入力側の光ファイバアレイから空隙に向かって出射することになる。このとき、空隙の間隔が長いと、入力側の光ファイバアレイから空隙に向かって出射した光が空隙において大きく拡がることとなる。

その結果、正確に出力側の光ファイバアレイとの対向位置を光学的に認識することが困難となる。これは２つの光ファイバアレイ間にキャピラリーを配した状態でアライメントしても同じ問題が生じる。

また、測定装置に、このようなヘッドを組み込むためには、高精度に位置決めした３者（入力側の光ファイバアレイ、キャピラリー、出力側の光ファイバアレイ）を長期間固定維持するための基台や手段、機構等を考慮する必要があり、長期信頼性の確保、コストの増大、装置（ヘッド）の大型化という課題を解決しなくてはならない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、光ファイバアレイ間に被測定物を配して光学的に該被測定物の性質を測定する場合において、長期信頼性を確保することができると共に、コストの低廉化、装置自体の小型化を有効に図ることができる測定装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る測定装置は、基台と１以上の光ファイバとを有する。基台は、１つの面に、前記１以上の光ファイバが載置固定される１以上のＶ溝と、該Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、被測定物が配される交差溝とを有する。そして、測定装置は、前記光ファイバを伝搬する光を前記被測定物に照射して、前記被測定物の性質を測定する。

このように、本発明では、基台の１つの面にＶ溝と交差溝を形成するようにしたので、Ｖ溝を形成するための基準面と交差溝を形成するための基準面を同一にすることができ、高精度にＶ溝と交差溝を形成することができる。

特に、Ｖ溝を連続したＶ溝として形成し、その後に、交差溝を形成することで、Ｖ溝が交差溝によって分離されたとしても、各Ｖ溝は、前記交差溝を間に挟んで対向することとなる。

従って、Ｖ溝にそれぞれ光ファイバを設置した段階で、各光ファイバの光軸が一致するように正確に位置決めされ、アクティブなアライメントは一切不要となる。つまり、本発明においては、光ファイバを高精度に位置決めするための高価な装置や、一旦、位置決めされた光ファイバを長期間維持するための手段や機構等を考慮する必要がない。これは、測定装置の低コスト化、小型化につながる。また、光ファイバをＶ溝に接着剤にて固定することで、対向位置が高精度に位置決めされた光ファイバの固定を長期間にわたって維持させることができる。

本発明においては、さらに、前記被測定物を前記交差溝に配するための位置決め部材を有するようにしてもよい。この場合、前記位置決め部材を、前記交差溝に載置固定すればよい。これによって、被測定物が、ＤＮＡ、ＳＮＰｓ、タンパク質等の微小な物質であっても、該被測定物を位置決め部材によって容易に交差溝に配することができる。

ここで、前記位置決め部材は、円筒形状を有し、前記交差溝はＶ溝形状を有するようにしてもよい。光ファイバがＶ溝に高精度に位置決め固定されることと同様に、位置決め部材もＶ溝形状の交差溝に高精度に位置決め固定されることになる。なお、Ｖ溝並びにＶ溝形状とは、深さ方向に幅が連絡的に短くなる溝であれば、底部の形状は問わない。底部の形状が先鋭状であってもよいし、平坦あるいは湾曲になっていてもよい。

また、前記位置決め部材は、少なくとも１つの平面を有し、前記交差溝は底部に平面を有し、前記位置決め部材の前記平面が、前記交差溝の底部に当接されていてもよい。この場合も、位置決め部材を交差溝に高精度に位置決め固定することができる。

また、本発明においては、少なくとも前記Ｖ溝に樹脂が塗布される場合に、前記基台の前記面のうち、前記Ｖ溝と前記基台の側面との間に前記樹脂を逃すための逃げ溝を形成するようにしてもよい。光ファイバをＶ溝に固定する場合、Ｖ溝に樹脂（接着剤）が塗布されるが、この樹脂が基台の前記面のほぼ全面に塗布されると、交差溝に位置決め部材を位置決めするための基準面にも樹脂が塗布されることになり、位置決め部材を正確に位置決めすることができなくなるおそれがある。しかし、この発明では、前記逃げ溝を形成するようにしているため、Ｖ溝に樹脂を塗布したとしても、余分な樹脂が逃げ溝に入り込み、基準面には樹脂は塗布されない。従って、上述のような問題は生じなくなり、樹脂を塗布したとしても、位置決め部材を正確に位置決めすることができる。

また、本発明においては、前記光ファイバの前記交差溝に臨む端部を接着剤にて前記Ｖ溝に固定し、前記位置決め部材を前記接着剤にて前記交差溝に固定し、前記交差溝における前記光ファイバ間の光路のうち、前記光ファイバと前記位置決め部材間の光路に前記接着剤を充填するようにしてもよい。

つまり、光ファイバを別の接着剤にてＶ溝に固定し、その後に、交差溝に前記接着剤を塗布することで、前記光ファイバの前記交差溝に臨む端部を前記接着剤にてＶ溝に固定すると共に、位置決め部材を前記接着剤にて交差溝に固定し、さらに、交差溝における前記光ファイバ間の光路のうち、光ファイバと位置決め部材間の光路に前記接着剤を充填する。

これによって、前記接着剤として屈折率整合も目的とした接着剤を使用することができ、光ファイバ間の光路を伝搬する光の損失を抑制することができ、測定精度を向上させることができる。

また、前記基台は、前記１つの面に、前記交差溝のほかに、前記Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、光部品が挿入される第２の交差溝を有するようにしてもよい。この場合、前記光部品は、前記光ファイバを伝搬する光の一部を分岐するフィルタ部材とし、前記光ファイバ上のうち、前記フィルタ部材からの分岐光の光路に受光素子を設けるようにしてもよい。

これにより、例えば被測定物質に照射された後の光をフィルタ部材によって分岐させ、該分岐光を受光素子によって検出することで、被測定物質についての様々な性質を光学的に検出することができる。

次に、本発明に係る測定装置の製造方法は、基台の１つの面にＶ溝を形成し、その後、Ｖ溝に光ファイバを載置固定し、該Ｖ溝に載置固定された光ファイバを切断するようにして、基台の前記１つの面に交差溝を形成する。つまり、光ファイバをＶ溝に載置固定後、交差溝を施すため、交差溝を間に挟んで対向する光ファイバの対向位置は確実に一致する。

また、本発明に係る測定装置の製造方法は、基台の１つの面にＶ溝を形成し、基台の前記１つの面に交差溝を形成し、被測定物を交差溝に配するための位置決め部材を交差溝に載置固定し、光ファイバの端面を位置決め部材に近接させてＶ溝に光ファイバを載置固定する。この方法では、光ファイバを位置決め部材に接触するまで近づけることができ、光ファイバ間の距離を短くすることができることから、光の損失を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る測定装置及びその製造方法によれば、光ファイバアレイ間に被測定物を配して光学的に該被測定物の性質を測定する場合において、長期信頼性を確保することができると共に、コストの低廉化、装置自体の小型化を有効に図ることができる。

以下、本発明に係る測定装置及びその製造方法の実施の形態例を図１〜図２０を参照しながら説明する。

まず、第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａは、図１に示すように、基台１２と、４つの光ファイバ１４からなる光ファイバアレイ１６とを有する。

基台１２の主面１２ａには、光ファイバアレイ１６が設置固定される４つのＶ溝１８（図３及び図４参照）と、該Ｖ溝１８に対して交差して設けられ、且つ、キャピラリー２０が設置固定される例えばＶ溝形状の交差溝２２とが設けられている。つまり、光ファイバアレイ１６は、交差溝２２を境に２つに分離された形になっている。従って、以下の説明では、例えば左側に位置する光ファイバアレイ１６Ａを入力側光ファイバアレイ１６Ａと記し、右側に位置する光ファイバアレイ１６Ｂを出力側光ファイバアレイ１６Ｂと記し、これら入力側光ファイバアレイ１６Ａ及び出力側光ファイバアレイ１６Ｂを総称して光ファイバアレイ１６と記す。

基台１２は、主面１２ａの例えば左側に、入力側光ファイバアレイ１６Ａの被覆部２４Ａが載置固定されるファイバ載置部２６Ａを有し、主面１２ａの右側に、出力側光ファイバアレイ１６Ｂの被覆部２４Ｂが載置固定されるファイバ載置部２６Ｂを有する。これら被覆部２４Ａ及び２４Ｂの各ファイバ載置部２６Ａ及び２６Ｂへの固定は、図示しない被覆用接着剤を用いて行われる。

また、基台１２の主面１２ａの中央部分に、上面が平坦面とされた隆起部２８を有する。隆起部２８の中央に交差溝２２が形成され、図４に示すように、隆起部２８のうち、交差溝２２を中心とした両側にそれぞれ４つのＶ溝１８が基台１２の長手方向に沿って形成されている。図示しないが、基台１２を上面から見たとき、Ｖ溝１８の軸方向と交差溝２２の軸方向とは互いに直交した関係になっている。Ｖ溝１８への光ファイバ１４の固定は、上述した被覆用接着剤のヤング率よりも高いヤング率を有する接着剤（図示せず）を用いて行われる。

図１に示すように、キャピラリー２０は、軸方向を交差溝２２の軸方向に一致させて交差溝２２に設置固定される。このキャピラリー２０は、軸方向に中空部３０が形成された円筒形状を有し、中空部３０には被測定物質３２が供給される。キャピラリー２０の交差溝２２への固定は、Ｖ溝１８に光ファイバ１４を固定するための接着剤とは異なる接着剤を用いて行われる。この固定では、Ｖ溝１８に光ファイバ１４を固定する場合と同様に、円筒形状のキャピラリー２０をＶ溝形状を有する交差溝２２への２点接触（断面で見たとき）によって正確に位置を決めることができる。被測定物質３２は、キャピラリー２０の中空部３０を正確に流れる。つまり、キャピラリー２０は、被測定物質３２を交差溝２２に配するための位置決め部材として機能する。被測定物質３２としては、ＤＮＡ、ＳＮＰｓ、タンパク質等の微小な物質が好適である。

この測定装置１０Ａは、入力側光ファイバアレイ１６Ａから光を導入して、キャピラリー２０内の被測定物質３２に照射し、その透過光を出力側光ファイバアレイ１６Ｂから取り出して被測定物質３２の性質、例えば大きさ等を光学的に測定する。

なお、Ｖ溝１８並びに交差溝２２のＶ溝形状は、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、深さ方向に幅Ｗが連絡的に短くなる溝であれば、底部１８ａ、２２ａの形状は問わない。図５Ａに示すように、底部１８ａ、２２ａの形状が先鋭状であってもよいし、図５Ｂに示すように、平坦でもよいし、図５Ｃに示すように、湾曲であってもよい。

このように、第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａにおいては、基台１２の主面１２ａにＶ溝１８と交差溝２２を形成するようにしたので、Ｖ溝１８の溝深さ（中心の深さ）の測定と、交差溝２２の溝深さ（中心の深さ）の測定を１つの面を基準に正確に行うことができ、Ｖ溝１８と交差溝２２の相対深さを１つの面を基準に容易に認識することができる。溝深さの測定を正確に行えることは、Ｖ溝１８及び交差溝２２を正確に加工することができることに等しい。つまり、Ｖ溝１８を形成するための基準面と交差溝２２を形成するための基準面を同一にすることができ、高精度にＶ溝１８と交差溝２２を形成することができる。基準面としては、例えば基台１２の隆起部２８の上面２８ａが挙げられる。

もちろん、図６に示すように、隆起部２８の中央部分に段差３４が形成されて、隆起部２８に第１の上面２８ａと第２の上面２８ｂが存在する場合においては、Ｖ溝１８を隆起部２８の第１の上面２８ａを基準に形成し、交差溝２２を第２の上面２８ｂを基準に形成してもよい。この場合、第１の上面２８ａと第２の上面２８ｂの段差量は正確に把握することができるため、基準面が異なっていても、Ｖ溝１８と交差溝２２の相対深さを第１の上面２８ａを基準に知ることができ、これは、Ｖ溝１８と交差溝２２は実質的に第１の上面２８ａを基準に正確に形成できることと同じである。

このようなことから、Ｖ溝１８に光ファイバアレイ１６を設置し、交差溝２２にキャピラリー２０を設置することで、光ファイバアレイ１６及びキャピラリー２０は正確に位置決めされる。

特に、Ｖ溝１８を連続したＶ溝として形成し、その後に、交差溝２２を形成することで、Ｖ溝１８が交差溝２２によって分離されたとしても、各Ｖ溝１８は、交差溝２２を間に挟んで対向することとなる。

従って、Ｖ溝１８にそれぞれ光ファイバ１４を設置した段階で、各光ファイバ１４の光軸が一致するように正確に位置決めされ、アクティブなアライメントは一切に不要となる。つまり、この第１の実施の形態においては、光ファイバ１４を高精度に位置決めするための高価な装置や、一旦、位置決めされた光ファイバを長期間維持するための手段や機構等を考慮する必要がない。これは、測定装置１０Ａの低コスト化、小型化につながる。また、光ファイバ１４をＶ溝１８に接着剤にて固定することで、対向位置が高精度に位置決めされた光ファイバ１４の固定を長期間にわたって維持させることができる。

次に、第２の実施の形態に係る測定装置１０Ｂについて図７〜図９を参照しながら説明する。

この第２の実施の形態に係る測定装置１０Ｂは、各チャンネルにおいて波長の異なる光が伝搬する、いわゆるマルチチャンネルに対応させた構成を有する。

先に挙げた非特許文献１に記載された技術において、各チャンネルに波長の異なる光を導入するには、使用する複数の波長に合わせて複数の光源を用意する必要があり、コストの増大、装置の大型化を招くという問題がある。

そこで、この第２の実施の形態に係る測定装置１０Ｂは、このような問題を解決する構成を有し、図７に示すように、基台１２の隆起部２８のうち、入力側光ファイバアレイ１６Ａに対応する部分に交差溝２２と平行な交差溝４０が形成され、さらに、該交差溝４０内にフィルタ部材４２が挿入されている。交差溝４０は、図８に示すように、鉛直方向に対して所定の角度θ１をもって傾斜して形成されている。この傾斜角度θ１は、入力側光ファイバアレイ１６Ａに導入された光の交差溝４０での戻り光を避けるために鉛直方向に対して−６°以上傾けることが望ましい。この第２の実施の形態では、約−８°の傾斜を設けた。

フィルタ部材４２は、図９に示すように、４つの光ファイバ１４に対応して４つの多層膜４４Ａ〜４４Ｄが並列に形成されている。これら４つの多層膜４４Ａ〜４４Ｄはそれぞれ異なる波長の光λ１〜λ４を透過するように設計されている。また、入力側光ファイバアレイ１６Ａには、１つに光源から或る程度の波長帯域を有する光Ｌが導入される。もちろん、この光Ｌの波長帯域には、前記４つの多層膜４４Ａ〜４４Ｄが透過する４つの波長λ１〜λ４を含む。

従って、入力側光ファイバアレイ１６Ａに前記光Ｌを導入することによって、被測定物質３２には、４つの光ファイバ１４からそれぞれ波長の異なる光Ｌ１〜Ｌ４が照射されることになる。

このように、第２の実施の形態に係る測定装置１０Ｂは、上述した第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａと同様の効果を奏するほか、１つの光源でそれぞれ波長の異なる光Ｌ１〜Ｌ４を被測定物質３２に照射することができる、いわゆるマルチチャンネルを実現させることができるため、マルチチャンネル方式の測定装置１０Ｂのコストの低廉化並びに装置の小型化を有効に図ることができる。

次に、第３の実施の形態に係る測定装置１０Ｃについて図１０及び図１１を参照しながら説明する。

この第３の実施の形態に係る測定装置１０Ｃは、被測定物質３２が例えばＤＮＡ、ＳＮＰｓ、タンパク質等のビーズである場合に、ビーズに光照射することによって生じる蛍光の色を測定する場合に好適な構成を有する。

先に挙げた非特許文献１に記載された技術においては、光源側のファイバにハーフミラー（又はカプラー）を用いて、ビーズからの蛍光反射光を波長選択フィルタ部材を用いて受光することが必要な場合もある。この構成を実現させるには、ハーフミラー（又はカプラー）を各ファイバ毎に設ける必要があり、チャンネル数が多ければ多いほどコストが増大し、装置の大型化の問題が生じることになる。

そこで、この第３の実施の形態に係る測定装置１０Ｃは、このような問題を解決する構成を有し、図１０に示すように、基台１２の隆起部２８のうち、入力側光ファイバアレイ１６Ａに対応する部分に交差溝２２と平行な交差溝５０が形成され、さらに、該交差溝５０内にハーフミラー部材５２が挿入されている。この場合、交差溝５０は、図１１に示すように、鉛直方向に対して所定の角度θ２をもって傾斜して形成されている。この傾斜角度θ２は、蛍光反射光の交差溝５０での戻り光（被測定物質３２への戻り光）を避けるために鉛直方向に対して＋６°以上傾けることが望ましい。この第３の実施の形態では、約＋８°の傾斜を設けた。

また、この第３の実施の形態に係る測定装置１０Ｃは、各光ファイバ１４を透過する被測定物質３２からの蛍光反射光のうち、少なくともハーフミラー部材５２にて分岐された光（分岐光）を検出するＰＤ（フォトダイオード）アレイ５４と、該ＰＤアレイ５４が実装され、且つ、ＰＤアレイ５４を入力側光ファイバアレイ１６Ａに向けて固定するためのサブマウント５６とを有する。入力側光ファイバアレイ１６Ａとサブマウントには、スペーサ５８が介在されてサブマウント５６が入力側光ファイバアレイ１６Ａの光軸とほぼ平行となるように位置決めされている。

また、この第３の実施の形態では、入力側光ファイバアレイ１６Ａの上面のうち、ハーフミラー部材５２を介して分岐した分岐光の光路に波長選択フィルタ部材６０が設置されている。この波長選択フィルタ部材６０は、例えば外部から供給される電気信号の属性（電圧、電流、周波数等）に基づいて、透過する波長を任意に選択できるようになっている。

従って、波長選択フィルタ部材６０で透過する波長を適宜選択することで、蛍光反射光の波長特性を容易に把握することができる。

このように、第３の実施の形態に係る測定装置１０Ｃにおいては、上述した第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａの効果を奏するほか、被測定物質３２からの蛍光反射光の波長特性を測定する上で、コストの低廉化並びに装置の小型化を有効に図ることができる。

次に、第４の実施の形態に係る測定装置１０Ｄについて図１２を参照しながら説明する。

この第４の実施の形態に係る測定装置１０Ｄは、図１２に示すように、角筒状のキャピラリー６２を用いる場合に好適な構成を有する。すなわち、交差溝２２は、図５Ｂに示すＶ溝形状を有し、深さ方向に幅Ｗが連絡的に短くなる形状であって、底部２２ａが平坦面（底面２２ａと記す）とされ、該底面２２ａにキャピラリー６２の１つの面が当接される構成となっている。

この場合、交差溝２２の底面２２ａをキャピラリー６２の位置決め基準面とすることができる。交差溝２２の底面２２ａは、Ｖ溝１８の場合と同様に、例えば特開平０２−０９６６０９号公報に記載された測定方式を用いることで、測定基準面（例えば隆起部２８の上面２８ａ）に対し正確に位置を知ることができる。交差溝２２は、Ｖ溝１８との相対深さが正確に把握できればよく、交差溝２２の底面２２ａをキャピラリー６２の位置決め基準面に用いることは十分可能である。

交差溝２２は、凹溝でもよいが、上述した測定方法による測定の際に、触針の先端が正確に交差溝２２を走査することができるように、交差溝２２の側壁の傾斜角度θ３を、触針の先端角より大きい角度とすることが好ましく、通常、触針は５０〜６０°であるため、７０°程度の角度にすることが好ましい。

次に、上述した第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａの２つの実施例（実施例１及び実施例２）について図１３〜図２０を参照しながら説明する。

まず、実施例１に係る測定装置１００Ａについて図１３の工程ブロック図並びに図１４Ａ〜図１６Ｂの製造工程図を参照しながら説明する。

実施例１に係る測定装置１００Ａは、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、上述した第１の実施の形態に係る測定装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、基台１２の隆起部２８において、両側のＶ溝１８と基台１２の両側面１２ｂとの間に接着剤を逃すための逃げ溝７０がそれぞれ形成されている点で異なる。逃げ溝７０は、Ｖ溝１８と平行に形成されている。また、キャピラリー２０として、外径が光ファイバ１４の外径よりも小さいものを用いた。ちなみに、キャピラリー２０の外径は０．１ｍｍ、内径は０．０５ｍｍである。

実施例１に係る測定装置１００Ａは、まず、図１３のステップＳ１及び図１４Ａに示すように、基台１２を作製する。基台１２は硼珪酸ガラス製であって、長さＤａが９ｍｍ、幅Ｄｗが４ｍｍ、厚みが１．５ｍｍである。また、ファイバ載置部２６Ａ及び２６Ｂの各長さＤ１及びＤ２は３ｍｍ、隆起部２８の長さＤ３は３ｍｍである。また、基台１２の隆起部２８に２つの逃げ溝７０を形成した。この逃げ溝７０の断面形状は、後に形成されるＶ溝１８と同様の断面形状を有していてもよい。

その後、図１３のステップＳ２及び図１４Ｂに示すように、基台１２の隆起部２８に４つのＶ溝１８を加工した。Ｖ溝１８のピッチは、市販のリボンファイバに合わせて０．２５ｍｍとした。

Ｖ溝１８は、光ファイバ１４を載置固定したとき、光ファイバ１４の中心が隆起部２８の上面２８ａより０．０３ｍｍ程度高い位置となるように、Ｖ溝加工を施した。加工の際には、Ｖ溝１８の中心深さを測定し、測定値をフィードバックして加工を施し、最終的に所望の寸法となるように加工した。Ｖ溝１８の形状測定は、先に挙げた特開平０２−０９６６０９７０号公報に記載された方法を用い、１つのＶ溝１８あたり、７０点だけ測定して行った。

Ｖ溝加工の後、図１３のステップＳ３及び図１５Ａに示すように、光ファイバ１４をＶ溝１８に設置し接着固定した。Ｖ溝１８に光ファイバ１４を設置する際、光ファイバ１４の上方から加重を掛け、Ｖ溝１８に対して確実に２点接触（断面で見たとき）するように行った。接着剤は裸ファイバ１４と被覆部２４Ａ及び２４Ｂで異なる接着剤７２及び７４を用いた。裸ファイバ用の接着剤７２には比較的ヤング率の高い接着剤７２を用い、被覆部２４Ａ及び２４Ｂにはヤング率の低い接着剤７４を用いた。特に、裸ファイバ用の接着剤７２は、例えば紫外線硬化型接着剤を用い、該接着剤７２を隆起部２８の両側から塗布し、毛細管現象を利用してＶ溝１８全体にわたらせるようにした。このとき、塗布された接着剤７２が基台１２の両側面１２ｂに向かって広がるが、途中の逃げ溝７０によってその広がりが阻止され、基台１２の隆起部２８のうち、逃げ溝７０と基台１２の両側面１２ｂとの間の平坦面７６に接着剤７２が付着するということがない。なお、前記裸ファイバ用の接着剤７２は、その後、紫外線を照射することによって硬化させた。この段階で、基台１２上に光ファイバアレイ１６が設置固定されることになる。

光ファイバアレイ１６の設置固定後、図１３のステップＳ４及び図１５Ｂに示すように、光ファイバアレイ１６の中央部分を切断するようにして、基台１２の隆起部２８の中央部分にキャピラリー用のＶ溝形状の交差溝２２の加工を施した。交差溝２２の底部２２ａは先鋭状とし（図１６Ｂ参照）、その頂角θ４を７０°とした。この加工により、光ファイバ１４の端面（交差溝２２に露出する端面）の品質が決定するので、以下のように加工を行った。

この交差溝２２は、＃４０００の電鋳砥石にて研削加工により形成した。加工機としてマイクログラインダーを用い、砥石回転数１２０００ｒｐｍ、送りスピードを５０ｍｍ／ｍｉｎとした。砥石の周速度が遅ければ加工面は鏡面に近くなるが、砥石へのダメージが大きく結果としてクラック等に結びついてしまうし、周速度が速ければ砥石ダメージは少ないが加工面が若干粗くなる。この兼ね合いにより上記条件を決定した。

なお、砥石の管理が非常に重要となるため、加工前に、まず、硬めの砥石（ＧＣ＃８００）を加工してツルーイングを行い、次に、ＷＡ砥石を加工して砥石の目立てを行った。さらに、目立ては必要であるものの、目が立ち過ぎても加工欠陥が生じるため、最後に被加工物と同材であるパイレックス（登録商標）ガラス（５０ｍｍ）のダミー材に５回ほど、プレカットを施して砥石を慣らした上で本加工を行った。

また、Ｖ溝１８に設置固定された光ファイバ１４の中心と、交差溝２２に設置固定されるキャピラリー２０の中心とを一致させる必要があるため、交差溝２２もＶ溝１８の加工時と同様に、交差溝２２の中心深さを測定し、測定値をフィードバックして加工を行った。この測定にあたっての基準面は、接着剤７２が付着していない面、例えば隆起部２８の上面２８ａのうち、逃げ溝７０と基台１２の両側面１２ｂとの間の面７６とした。この面７６には、逃げ溝７０によって、接着剤７２の塗布が阻止されて平坦度が維持されているため、測定の基準面に最適だからである。

その後、図１３のステップＳ５及び図１６Ａに示すように、交差溝２２にキャピラリー２０を設置し接着固定した。交差溝２２にキャピラリー２０を載置したとき、交差溝２２の上述した加工によって、キャピラリー２０の中心位置と光ファイバ１４の中心位置が一致する。この実施例１では、キャピラリー２０の径が光ファイバ１４の径より小さいため、キャピラリー２０の上面（上端）は光ファイバ１４の上面（上端）より低い位置に存在することになる。そのため、キャピラリー２０は自重のみで設置した。

キャピラリー２０を固定するための接着剤７８として、裸ファイバ用の接着剤７２のヤング率と被覆部用の接着剤７４のヤング率の中間のヤング率を持つ接着剤を用いた。特に、この接着剤７８の一部は光路となるため、光ファイバ１４とほぼ同じ屈折率を持つ接着剤とし、キャピラリー２０全体を覆うように塗布・硬化した。なお、キャピラリー２０には硼珪酸ガラス製の高精度な円筒形状のものを用いた。

最後に、図１３のステップＳ６及び図１６Ｂに示すように、光ファイバアレイ１６及びキャピラリー２０の上にリッド８０を載置し、隆起部２８の上面２８ａに設置・接着固定した。リッド８０を固定するための接着剤には、裸ファイバ用の接着剤７２と同じものを用いた。このリッド８０は信頼性向上を目的とする。なお、図示しないが、２つのリッドを用意し、一方のリッドを入力側光ファイバアレイ１６Ａ上に設置固定し、他方のリッドを出力側光ファイバアレイ１６Ｂ上に設置固定するようにしてもよい。この場合、信頼性のさらなる向上を図ることができる。

この実施例１に係る測定装置１００Ａにおいては、それぞれの部材、部位に対して好適な接着剤を用いることができ、信頼性の高い測定装置１００Ａを実現することができる。また、Ｖ溝１８に光ファイバ１４を接着固定後に、交差溝２２を施すので、交差溝２２を間に挟んで対向する光ファイバ１４の位置は確実に一致する。

次に、実施例２に係る測定装置１００Ｂについて図１７の工程ブロック図並びに図１８Ａ〜図２０の製造工程図を参照しながら説明する。なお、実施例１と重複する部分の説明は省略する。

この実施例２に係る測定装置１００Ｂは、上述した実施例１に係る測定装置１００Ａとほぼ同様の構成を有するが、逃げ溝７０が形成されていない点と、キャピラリー２０としてポリイミドが被覆された石英製のキャピラリーを用いている点で異なる。キャピラリー２０の外径は０．１５ｍｍ、内径は０．０５ｍｍである。

キャピラリー２０は、光ファイバ１４と同様に細く、折れ易いため、取り扱いが難しいという難点がある。しかも、硼珪酸ガラス製だと、石英製の光ファイバ１４と屈折率が異なるため、反射や損失が大きくなるおそれがある。そこで、この実施例２では、キャピラリー２０としてポリイミドが被覆された石英製のキャピラリーを用いるようにしている。ポリイミドの被覆により、キャピラリー２０の割れが防止でき、しかも、屈折率も整合され、反射や損失を低減することができる。当然、ポリイミドも石英とほぼ同じ屈折率のものを使用した。

そして、実施例２に係る測定装置１００Ｂは、まず、図１７のステップＳ１０１及び図１８Ａに示すように、基台１２を作製する。この基台１２の作製においては、基台１２の加工の段階で、隆起部２８へのＶ溝１８の形成と交差溝２２の形成を行った。この段階では、接着剤を用いていないため、Ｖ溝１８の中心深さの測定にあたっての基準面並びに交差溝２２の中心深さの測定にあたっての基準面は、隆起部２８の上面２８ａのほか、任意の平坦面を選ぶことができる。

そして、図１７のステップＳ１０２及び図１８Ｂに示すように、交差溝２２にキャピラリー２０を載置した。その後、図１７のステップＳ１０３及び図１８Ｃに示すように、入力側光ファイバアレイ１６Ａを構成する４つの光ファイバ１４を入力側のＶ溝１８に載置し、出力側光ファイバアレイ１６Ｂを構成する４つの光ファイバ１４を出力側のＶ溝１８に載置した。このとき、各光ファイバ１４の端面がキャピラリー２０にできるだけ近接するように、図２０に示すように、各光ファイバ１４の端面１４ａは、一平面８２に揃うように斜め方向に切断しておいた。この傾斜角θ５は８°とした。

この実施例２では、キャピラリー２０の径が光ファイバ１４の径より大きいため、交差溝２２にキャピラリー２０を設置する際、キャピラリー２０の上方から加重を掛け、交差溝２２に対して確実に２点接触（断面で見たとき）するように行った。光ファイバ１４も同様に上方から加重を掛けてＶ溝１８に設置した。

その後、図１７のステップＳ１０４及び図１９Ａに示すように、隆起部２８全体に接着剤８４を塗布し、硬化した。この接着剤８４には、実施例１における裸ファイバ用の接着剤７２と同じ接着剤を用いた。この後、ファイバ載置部２６Ａに載置されている入力側光ファイバアレイ１６Ａの被覆部２４Ａ並びにファイバ載置部２６Ｂに載置されている出力側光ファイバアレイ１６Ｂの被覆部２４Ｂに被覆用の接着剤７４を塗布、硬化して補強した。

最後に、図１７のステップＳ１０５及び図１９Ｂに示すように、入力側光ファイバアレイ１６Ａ、出力側光ファイバアレイ１６Ｂ及びキャピラリー２０の上にリッド８０を載置し、隆起部２８の上面２８ａに設置・接着固定した。リッド８０を固定するための接着剤には、裸ファイバ用の接着剤７２と同じものを用いた。

この実施例２に係る測定装置１００Ｂでは、実装の際に、Ｖ溝１８と平行方向に光ファイバ１４を位置調整する必要があるが、光ファイバ１４を実装した状態で、交差溝２２の加工、すなわち、光ファイバ１４の端面加工を施す必要がない。

また、上述した実施例１では交差溝２２の角度そのものが光ファイバ１４の端面の角度となるので、交差溝２２の角度を大きくすると、光ファイバ１４の端面の角度も大きくなり、その分、光ファイバ１４間の距離が長くなる。

一方、この実施例２では、光ファイバ１４の端面１４ａの角度を８°と最低限必要な角度にすればよく、角度が大きい場合（実施例１では３５°）と比較してキャピラリー２０に光ファイバ１４の端面１４ａを近接させることが可能で、光ファイバ１４間の距離を短くでき、その分、損失を抑えることが可能となる。

なお、実施例１及び実施例２において、光ファイバ１４間の距離が長くなる場合は、ＴＥＣファイバを用いるとさらによい。ＴＥＣファイバとは、Thermally-diffused Expanded Core Fiberの略で、熱拡散技術により光ファイバのＭＦＤ（モードフィールド径）を局所的に拡大させたファイバである。

そして、実施例１にＴＥＣファイバを適用する場合は、Ｖ溝１８にＴＥＣファイバを載置固定した状態でＴＥＣ処理し、その後、ＴＥＣファイバの中央に交差溝を入れるようにすればよい。

実施例２にＴＥＣファイバを適用する場合は、それぞれ端面がＴＥＣ処理されたファイバを用いればよい。この場合、少なくとも出力側にＴＥＣファイバを用いればよいが、光の拡がりを抑える目的で、入力側と出力側とで用いることが好ましい。

なお、本発明に係る測定装置及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る測定装置を示す平面図である。 第１の実施の形態に係る測定装置を示す側面図である。 基台に形成されるＶ溝を一部省略して示す断面図である。 基台に形成されるＶ溝及び交差溝を一部省略して示す斜視図である。 図５Ａ〜図５ＣはＶ溝及びＶ溝形状の例を示す断面図である。 隆起部に段差を有する基台に形成されるＶ溝及び交差溝を一部省略して示す斜視図である。 第２の実施の形態に係る測定装置を示す平面図である。 第２の実施の形態に係る測定装置を示す側面図である。 第２の実施の形態に係る測定装置で使用されるフィルタ部材を示す斜視図である。 第３の実施の形態に係る測定装置を示す平面図である。 第３の実施の形態に係る測定装置を示す側面図である。 第４の実施の形態に係る測定装置を示す側面図である。 実施例１に係る測定装置の製造方法を示す工程ブロック図である。 図１４Ａは基台にファイバ載置部、隆起部及び逃げ溝を形成した状態を示す製造工程図であり、図１４Ｂは基台にＶ溝を形成した状態を示す製造工程図である。 図１５ＡはＶ溝に光ファイバアレイを設置固定した状態を示す製造工程図であり、図１５Ｂは光ファイバアレイを切断するようにして基台に交差溝を形成した状態を示す製造工程図である。 図１６Ａは交差溝にキャピラリーを設置固定した状態を示す製造工程図であり、図１６Ｂは隆起部上にリッドを設置固定した状態を示す製造工程図である。 実施例２に係る測定装置の製造方法を示す工程ブロック図である。 図１８Ａは基台にファイバ載置部、隆起部、Ｖ溝及び交差溝を形成した状態を示す製造工程図であり、図１８Ｂは交差溝にキャピラリーを載置した状態を示す製造工程図であり、図１８Ｃは入力側のＶ溝に入力側光ファイバアレイを載置し、出力側のＶ溝に出力側光ファイバアレイを載置した状態を示す製造工程図である。 図１９Ａはキャピラリー、入力側光ファイバアレイ及び出力側光ファイバアレイを設置固定した状態を示す製造工程図であり、図１９Ｂは隆起部上にリッドを設置固定した状態を示す製造工程図である。 実施例２に使用される光ファイバの端面を加工して傾斜させた例を示す説明図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｄ、１００Ａ、１００Ｂ…測定装置
１２…基台 １４…光ファイバ
１６、１６Ａ、１６Ｂ…光ファイバアレイ １８…Ｖ溝
２０、６２…キャピラリー ２２、４０、５０…交差溝
２８…隆起部 ２８ａ…隆起部の上面
３２…被測定物質 ４２…フィルタ部材
５２…ハーフミラー部材 ５４…ＰＤアレイ
５６…サブマウント ６０…波長選択フィルタ部材
７０…逃げ溝

Claims (11)

1. 基台と、１以上の光ファイバとを有し、
   前記基台は、１つの面に、前記１以上の光ファイバが載置固定される１以上のＶ溝と、前記Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、被測定物が配される交差溝とを有し、
   前記光ファイバを伝搬する光を前記被測定物に照射して、前記被測定物の性質を測定することを特徴とする測定装置。
2. 請求項１記載の測定装置において、
   前記Ｖ溝は、前記交差溝を間に挟んで対向していることを特徴とする測定装置。
3. 請求項１又は２記載の測定装置において、
   さらに、前記被測定物を前記交差溝に配するための位置決め部材を有し、
   前記位置決め部材は、前記交差溝に載置固定されていることを特徴とする測定装置。
4. 請求項３記載の測定装置において、
   前記位置決め部材は、円筒形状を有し、
   前記交差溝はＶ溝形状を有することを特徴とする測定装置。
5. 請求項３記載の測定装置において、
   前記位置決め部材は、少なくとも１つの平面を有し、
   前記交差溝は底部に平面を有し、
   前記位置決め部材の前記平面が、前記交差溝の底部に当接されていることを特徴とする測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の測定装置において、
   少なくとも前記Ｖ溝に樹脂が塗布され、
   前記基台の前記面のうち、前記Ｖ溝と前記基台の側面との間に前記樹脂を逃すための逃げ溝が形成されていることを特徴とする測定装置。
7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載の測定装置において、
   前記光ファイバの前記交差溝に臨む端部が接着剤にて前記Ｖ溝に固定され、
   前記位置決め部材が前記接着剤にて前記交差溝に固定され、
   前記交差溝における前記光ファイバ間の光路のうち、前記光ファイバと前記位置決め部材間の光路に前記接着剤が充填されていることを特徴とする測定装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の測定装置において、
   前記基台は、前記１つの面に、前記交差溝のほかに、前記Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、光部品が挿入される第２の交差溝を有することを特徴とする測定装置。
9. 請求項８記載の測定装置において、
   前記光部品は、前記光ファイバを伝搬する光の一部を分岐するフィルタ部材であり、
   前記光ファイバ上のうち、前記フィルタ部材からの分岐光の光路に受光素子を有することを特徴とする測定装置。
10. 基台と、１以上の光ファイバとを有し、前記基台は、１つの面に、前記１以上の光ファイバが載置固定される１以上のＶ溝と、前記Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、被測定物が配される交差溝とを有し、前記光ファイバを伝搬する光を前記被測定物に照射して、前記被測定物の性質を測定する測定装置の製造方法であって、
    前記基台の前記１つの面に前記Ｖ溝を形成する工程と、
    前記Ｖ溝に光ファイバを載置固定する工程と、
    前記Ｖ溝に載置固定された前記光ファイバを切断するようにして、前記基台の前記１つの面に前記交差溝を形成する工程とを有することを特徴とする測定装置の製造方法。
11. 基台と、１以上の光ファイバとを有し、前記基台は、１つの面に、前記１以上の光ファイバが載置固定される１以上のＶ溝と、前記Ｖ溝に対して交差して設けられ、且つ、被測定物が配される交差溝とを有し、前記光ファイバを伝搬する光を前記被測定物に照射して、前記被測定物の性質を測定する測定装置の製造方法であって、
    前記基台の前記１つの面に前記Ｖ溝を形成する工程と、
    前記基台の前記１つの面に前記交差溝を形成する工程と、
    前記被測定物を前記交差溝に配するための位置決め部材を前記交差溝に載置固定する工程と、
    前記光ファイバの端面を前記位置決め部材に近接させて前記Ｖ溝に前記光ファイバを載置固定する工程とを有することを特徴とする測定装置の製造方法。

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