JP2006125920A - 光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板上に高密度に保持された微小な試料を光学的に迅速に、且つ簡便に測定するのに好適な光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置を提供する。
【解決手段】 本発明の光ファイバ型センサヘッドは、光ファイバの先端が、光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており測定対象物に照射するための集光性を有する第１の光ファイバと、光ファイバの先端が、光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており第１の光ファイバによって照射された測定対象物からの透過光を受光するための第２の光ファイバと、この第１の光ファイバと第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、生体組織内に含まれる生体物質や化学物質を光学的に測定する光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置に関し、特に、迅速且つ簡便で効率的に測定することができる光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置に関する。

近年、生化学に関する分野で生体組織内に含まれる生体物質や化学物質を光学的に迅速、且つ簡便で効率的に測定する方法や測定装置に対する需要が増加しており、測定用の試料基板についても半導体の製造技術を利用して作製した高密度で繊細な構造を有する基板を用いた分析方法が提案されている。

しかし、こうした高密度で繊細な構造を有する基板に保持された試料を光学的に分析する方法は、目的とする微小又は微量な試料に光を照射することや、試料を透過した光を受光することが試料基板等が微細加工されているために難しいという問題がある。

そこでこうした問題を解決するために、特許文献１には、図２２に示すように基板１１２上に形成された微小な流路１２６，１２７，１２８と交差する方向に光ファイバ１４２ａ、１４２ｂに接続可能な光導波路を複数本形成して、一方の光導波路から流路中の試料に光を照射し、試料を透過した光を他方の光導波路で受光する測定方法が提案されている。
特開２００４−６９３９５号公報

特許文献１記載の測定方法は、試料に対する光の照射と受光が確実に行えるという点で優れているが、基板１１２上に複数の流路が高密度に配置された基板等の場合には、この方法を適用できないと共に測定する試料ごとに光ファイバ１４２ａ、１４２ｂの接続が必要になることから迅速で簡便な測定ができないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的は、高密度に配置又は配列された微小試料又は微量試料を光学的に迅速に且つ簡便に測定するのに好適な光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置を提供することにある。

上記目的を解決するために、請求項１記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、光ファイバの先端が、該光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されている測定対象物に照射するための集光性を有する第１の光ファイバと、第１の光ファイバと異なる光ファイバであって、該光ファイバの先端が、該光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており第１の光ファイバによって照射された測定対象物を投下した透過光を受光するための第２の光ファイバと、第１の光ファイバと第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材とを備えることを要旨とする。

請求項２記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１記載の光ファイバ型センサヘッドであって、第１の光ファイバはシングルモードファイバの先端に集光性のレンズが形成されたコリメートファイバであり、第２の光ファイバは大口径のマルチモード光ファイバであることを要旨とする。

請求項３記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１又は２記載の光ファイバ型センサヘッドであって、第１の光ファイバは先端が球状化された集光性のレンズドファイバで、この先端部が光ファイバの中心軸に対し所定の角度に半球状に斜め研磨加工されていることを要旨とする。

請求項４記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１記載の光ファイバ型センサヘッドであって、保持部材は、光ファイバを保持する先端部が斜め研磨加工された第１及び第２の光ファイバの研磨角度にほぼ等しい傾斜面を有することを要旨とする。

請求項５記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１又は４記載の光ファイバ型センサヘッドであって、保持部材は、少なくとも第１の光ファイバを直線状に案内固定するＶ溝と、斜め研磨された第１の光ファイバの出射端にほぼ等しい傾斜面を有する第１のガイド固定部材と、第２の光ファイバを直線状に案内固定するＶ溝と、斜め研磨された第２の光ファイバの入射端にほぼ等しい傾斜面を有する第２のガイド固定部材と、第１及び第２のガイド固定部材に固定された第１及び第２の光ファイバをそれぞれ挿入固定する複数の挿入孔を有する固定部材とを有することを要旨とする。

請求項６記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１乃至５の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッドであって、斜め研磨された第１及び第２の光ファイバの研磨面には、金属の反射膜が形成されていることを要旨とする。

請求項７記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１乃至６の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッドであって、斜め研磨された第１及び第２の光ファイバの研磨角度は、光ファイバの中心軸に対して４５度の角度を有することを要旨とする。

請求項８記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドは、請求項１乃至７の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッドであって、斜め研磨された第１及び第２の光ファイバの研磨面は、第１及び第２のガイド部材にそれぞれ固定後、研磨加工されて形成されたものであることを要旨とする。

請求項９記載の本発明に係る光ファイバ型センサヘッドを用いた測定装置は、発光素子から出射された光を吸収する生体物質や化学物質などの成分を光学的に測定するための測定装置であって、光ファイバの先端が光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており発光素子から出射された光を測定対象物に照射する第１の光ファイバと、測定対象物を透過した透過光を受光するための光ファイバであって、光ファイバの先端が光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されている第２の光ファイバと、第１の光ファイバと第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材とで少なくとも構成される光ファイバ型センサヘッドと、光ファイバ型センサヘッドの第２の光ファイバで受光された光を信号処理して測定対象物の定性又は定量分析を行う信号処理手段とを備えることを要旨とする。

本発明によれば、高密度配置又は保持された微小試料又は微量試料を光学的迅速に且つ簡便に測定するのに好適な光ファイバ型センサヘッド及びそれを用いた測定装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る光ファイバ型センサヘッド１の構成を示す図である。

この光ファイバ型センサヘッド１は、光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており測定対象物に照射するための集光性を有する第１の光ファイバ１０と、この第１の光ファイバと異なる光ファイバであって、この光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており第１の光ファイバから出射された光により照射された測定対象物を透過した透過光を受光する第２の光ファイバ２０と、第１の光ファイバ及び第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材３０,４０，５０を少なくとも備えている。また、この光ファイバ型センサヘッド１は、測定装置に接続するためのコネクタ６０を備えている。

本発明の特徴のひとつは、所定の角度で斜め研磨された第１及び第２の光ファイバの先端を光結合させた状態で保持部材を用いて一体化する点にある。これにより例えば第１の光ファイバ１０を照射側とし、第２の光ファイバ２０を受光側とした場合に、第１の光ファイバ１０の傾斜面から出射された光を第２の光ファイバ２０の傾斜面に確実に伝播させることができる。

この構成によれば、測定試料が例えば基板上に複数流路が高密度形成された基板である場合に、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の間にこのような基板を挿間し、この状態で保持部材を基板面と平行に移動させることで、一対の照射面と受光面で基板に形成された流路に保持された試料を測定することができる。これにより従来のように測定試料ごとに基板に光ファイバ接続する必要がなくなることから、迅速で簡便な試料の測定を実現することができるようになる。

次に、図２を参照して、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の詳細構成を説明する。

図２に示すように、ここで第１の光ファイバ１０を照射側とした場合に、第１の光ファイバはシングルモードファイバの先端に集光性のレンズ１４が形成されたコリメートファイバとする。また第２の光ファイバ２０を受光側とした場合に、この第２の光ファイバは大口径のマルチモード光ファイバとする。

尚ここで、照射側の第１の光ファイバ１０をシングルモードとしたのは、コリメート出射光のスポット径をできるだけ小さくするためである。また受光側の第２の光ファイバ２０のコア径を大口径としたのは、コア径を大きくすればコリメート光をより長くすることが可能になる（即ち、光の広がりを許容することができる）という理由と、照射光の光軸ずれをカバーすることができるという２つの理由に基づいている。

これを換言すれば、第２の光ファイバ２０のコア径が大きいほど、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０間の空間長Ｌ[ｍｍ]を長くしても受光が可能になるので、測定試料の厚さが薄いものから厚いものまで様々な厚みの試料を測定することができるようになる。尚、後述において、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０で構成されるセンサ部分を、必要に応じて、単にセンサと呼ぶ。

次に図３を参照して、センサの空間長Ｌに対する損失特性を測定した結果を示す。同グラフにおいて空間長Ｌは０から４[mm]までとして、この間の距離を０．１[mm]毎にずらして測定し、そのときの損失[ｄＢ]を測定してグラフ化した。グラフ（Ａ）は実際の測定値に基づく損失特性であり、グラフ（Ｂ）はグラフ（Ａ）からフレネル反射分を差し引いたときの損失特性である。グラフから明らかなように、空間長Ｌが１．０から３．０[ｍｍ]の間では、実際の損失値（グラフ（Ａ））において損失は約０．８[ｄＢ]であり、フレネル反射分を差し引く（グラフ（Ｂ））と約０．４[ｄＢ]であった。

このような結果から、図２に示したように照射側の第１の光ファイバ１０をコリメータ性を有するシングルモード光ファイバとし、受光側の第２の光ファイバ２０を大口径を有するマルチモード光ファイバとすることで、照射光のスポット径を小さくできると共に、受光側が大口径のマルチモード光ファイバであるため照射光に多少の光軸ずれがあった場合でも確実に光結合させることができることが示された。またこの結果、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の光結合のための調整作業を容易にすることができる。

ところで本発明の他の特徴は、第１の光ファイバ１０は、先端が球状化されたコアレスファイバであって、その先端部が光ファイバの中心軸に対し所定の角度に半球状に斜め研磨加工されている点にある。このように照射側の第１の光ファイバ１０の先端にレンズ１４を設けることで集光性を有するコリメートファイバを実現でき、その間での吸収測定が可能となる。しかも対向する受光側もファイバ（小型部品）を使用することができるため、センサヘッド自体も小型化でき、しかも安価で簡易的なものを提供することが可能になる。

また、照射側の第１の光ファイバ１０の先端に集光性を有するレンズ１４を一体形成させることで、まず第１に部品点数を削減することができる。そして第２に工数を削減できる。そして第３にその箇所での調芯が不要となり、更に調芯ロス、使用環境による性能劣化がなくなる。そして第４に通常のレンズ等を使用する必要がなくなり、センサヘッドの小型化が図れるようになる。

また更に、以上の特徴の他に光源から出射された光をより小さなスポット径となるように集光して受光側の第２の光ファイバに入射させることができるので、微小な領域の試料をより高感度に測定することができるようになる。

一方、保持部材３０，４０は、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０を保持する先端部分が斜め研磨加工されており、その研磨角度は第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の研磨角度にほぼ等しい。このように照射側の第１の光ファイバ１０と受光側の第２の光ファイバ２０を保持する保持部材３０，４０の先端部が、光ファイバの研磨角度とほぼ等しい傾斜面を有することにより、保持部材３０，４０からの光ファイバの突出が極めて少ない状態で製造時に第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の先端を容易に斜め研磨することができる。

ところで上記斜め研磨された第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の研磨面は、保持部材３０，４０の第１及び第２のガイド部材にそれぞれ固定後、研磨加工されて形成される。

ここで図４〜図６を参照して、保持部材３０の具体的な構成とその製造工程を説明する。また図７〜図９を参照して、保持部材４０の具体的な構成と製造工程を説明する。更に図１０、図１１を参照して、保持部材３０，４０を固定する固定治具５０の構成を説明する。尚、図４〜図９に共通して（ａ）は上面図を指し、（ｂ）は側面図を指し、（ｃ）は断面図を指している。また（ｄ）は（ｃ）の拡大図である。

まず図４に示すように、保持部材３０は一定長を有する長尺部材であって、その部材の一側面に第１の光ファイバ１０を直線状に配置固定するための光ファイバ用Ｖ溝３１が形成されている。そしてこのＶ溝３１に連続して設けられ、後に斜め研磨される第１の光ファイバ１０の出射端にほぼ等しい傾斜面３４を有する球レンズ保持用凹部３２が形成されている。尚ここで、この保持部材３０を以下Ｖ溝付きファイバ固定治具３０という。

そして図５に示すように、このＶ溝付きファイバ固定治具３０の光ファイバ用Ｖ溝３１に、シングルモード光ファイバの先端に予め球状レンズが形成されている第１光ファイバ１０を載置する。このとき球レンズ１６を球レンズ保持用凹部３２を嵌め込み、第１の光ファイバ１０上にファイバ押え基板３３を配置して、第１の光ファイバ１０が移動しないように固定する。

次いで図６に示すように、この球レンズ１６をＶ溝付きファイバ固定治具３０の傾斜面３４に合わせて斜め研磨する。傾斜面３４は既に光ファイバ保持用Ｖ溝３１の軸に対して斜めに予め研磨されているので、この傾斜角度に従い斜め研磨を行う。尚ここで傾斜角度は望ましくは４５度とする。このような製造方法によりＶ溝付きファイバ固定治具３０に載置固定された第１の光ファイバ１０のレンズ１６を４５度に斜め研磨することができる。尚、このように研磨された後のレンズを集光レンズ１４と呼ぶ。

次に、保持部材４０の構成及びその製造工程を説明する。

まず図７に示すように、保持部材４０も一定長を有する長尺部材であって、その部材の一側面に第２の光ファイバ２０を直線状に配置固定するための光ファイバ保持用Ｖ溝４１が形成されている。そしてこのＶ溝４１に連続して設けられ、後に斜め研磨される第２の光ファイバ２０の入射端にほぼ等しい傾斜面４３が形成されている。尚ここで、この保持部材４０を以下Ｖ溝付きファイバ固定治具４０という。

そして図８に示すように、このＶ溝付きファイバ固定治具４０の光ファイバ用Ｖ溝４１に、マルチモード光ファイバで構成されている第２光ファイバ２０を載置する。このとき第２の光ファイバ２０の先端とＶ溝付きファイバ固定治具４０の先端を揃えるか、若しくはＶ溝付きファイバ固定治具４０の先端から第２の光ファイバ２０の先端が僅かに突出するように配置する。そして第２の光ファイバ２０上にファイバ押え基板４２を配置して、第２の光ファイバ２０が移動しないように固定する。

次いで図９に示すように、第２の光ファイバ２０の先端をＶ溝付きファイバ固定治具４０の傾斜面４３に合わせて斜め研磨する。傾斜面４３は既に光ファイバ保持用Ｖ溝４１の軸に対して斜めに予め研磨されているので、この傾斜角度に従い斜め研磨を行う。尚ここで傾斜角度は望ましくは４５度とする。このような製造方法によりＶ溝付きファイバ固定治具４０に載置固定された第２の光ファイバ２０の先端を４５度に斜め研磨することができる。

この製造方法によれば、照射側と受光側の光ファイバ先端の斜め研磨作業をそれぞれ別々に行うことができる。またＶ溝を有するガイド部材の先端は、光ファイバの研磨角度に等しい研磨面を有するため、先端の斜め研磨作業が容易に行うことができる。

またこの構成によれば、照射側、受光側のそれぞれの光ファイバの先端が４５度に斜め研磨されるので、光の進行方向を９０度曲げることが可能になり、非常に小型のセンサヘッドを実現することができる。これによりマイクロタイタープレートのウェル内部のような微小領域部にセンサヘッドを持っていくことも可能になり、使い勝手が非常に良くなる。即ち、多用途への応用が可能になる。

また上記構成により研磨の際に光ファイバが折損することを低減できると共に、先端近くが固定されているため、斜め研磨の際に光ファイバが屈曲化されて、所定の傾斜面になるように正確に研磨されないという問題が発生しないようにすることができる。

更に照射側の第１の光ファイバ１０の出射端と、受光側の第２の光ファイバ２０の入射端は、それぞれガイド部材に固定された後に、所定角度に斜め研磨加工して形成されるため、ガイド部材の傾斜面からの光ファイバの突出を殆どゼロに近い状態にすることができる。このため研磨面に反射膜を形成するような場合のマスキング作業をより簡単に行うことができる。

上述したＶ溝付きファイバ固定治具３０，４０には、更に平行固定するためのファイバ平行固定治具５０が装着される。

図１０は、ファイバ平行固定治具５０の（ａ）側面透視図と（ｂ）正面図である。このファイバ平行固定治具５０には、Ｖ溝付きファイバ固定治具３０を挿嵌するための挿入孔５１ａと、Ｖ溝付きファイバ固定治具４０を挿嵌するための挿入孔５１ｂの少なくとも２つの挿入孔が平行に開口されている。

図１１に示すように、このファイバ平行固定治具５０の挿入孔５１ａ，５１ｂに、それぞれＶ溝付きファイバ固定治具３０，４０を挿入すると、Ｖ溝付きファイバ固定治具３０，４０が挿入孔５１ａ，５１ｂに奥面に引掛り係止される。ここでＶ溝付きファイバ固定治具３０，４０と挿入孔５１ａ，５１ｂの間にできた間隙に接着剤などを充填してＶ溝付きファイバ固定治具３０，４０を固定する。

このような構成により、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の空間長Ｌを一定長に固定できる。また第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の間に被測定試料を挿間し、ファイバ平行固定治具５０を握持して試料上をシフトさせると試料の連続測定を行うことができる。

上記した第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の先端研磨面は、特にコーティングが施されていないが、この研磨面に金属の反射膜を設けるようにしても良い。図１２、図１３は、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の研磨面に金属の反射膜１５，２４をそれぞれ設けた場合の断面構成図である。

この構成によれば、光ファイバの端面に付着したゴミ等により性能が変化することがなくなる。また試料の測定においては様々な液体に浸漬させる場合が予測されるが、通常、そのような場合は測定試料ごとに屈折率が違うことから全反射条件も異なり、多用途の対応は難しい。しかし本発明の構成によれば、光ファイバの研磨面に金属材料からなる金属の反射膜を設けることで、光源からの光の損失をより低下させた状態で光結合を実現させることができる。

ここで金属材料とは、具体的に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）などが挙げられる。光を反射する性質を有する金属であればこれに限られるものではない。またこれら金属材料は、単体で研磨面に製膜してもよいし、組み合わせて製膜するようにしてもよい。金（Ａｕ）については、ガラス面に直接製膜することが難しいため、先にクロム（Ｃｒ）等の密着性の良い金属を蒸着し、その上に金（Ａｕ）を蒸着させることによって密着性を向上させることができる。

従って本発明によれば、第１の光ファイバと第２の光ファイバを有し、更にこれら光ファイバを一体に保持する保持部材を設けることで、照射側と受光側の光結合を確保することができるので、照射側から受光側に至る光路に測定試料を介在させることで、試料の定性的分析、及び定量的分析を容易に行うことができる。

次に、図１４を参照して、上記光ファイバ型センサヘッド１を用いた測定装置を説明する。この測定装置によれば薄型基板面上に刻まれた微小流路に流し込まれた微小又は微量試料を簡単な方法で測定することができる。

図１４に示すように本発明の光ファイバ型センサヘッド１を用いた測定装置は、光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており発光素子８０から出射する光を測定試料に照射する第１の光ファイバ１０と、第１の光ファイバ１０により測定試料に照射され、この測定試料を透過した光を受光する光ファイバであって、光ファイバの先端がこの光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されている第２の光ファイバ２０と、第１の光ファイバ１０と第２の光ファイバ２０を光結合させて一体に保持する保持部材３０，４０，５０で少なくとも構成される光ファイバ型センサヘッド１と、この光ファイバ型センサヘッド１の第２の光ファイバ２０によって受光された光を信号処理して測定試料の定性又は定量分析を行うための信号処理部とを備えている。

この測定装置は、図１に示した光ファイバ型センサヘッド１を用いるものである。この光ファイバ型センサヘッド１には、第１の光ファイバ１０と第２の光ファイバ２０のそれぞれの端にコネクタ６０が設けられており、第１の光ファイバ１０の側に発光手段が接続され、第２の光ファイバ２０側に受光手段が接続されている。

ここで発光手段とは、具体的には白色光源８０とこの白色光源８０から出力された光を分光する分光光度計７０とから少なくとも構成されている。白色光源は、例えば白色ＬＥＤなどである。このように白色光源８０を用いることで広波長領域に対する波長依存特性を測定することができる。発光手段はこれに限らず、広波長領域に亘って出力調整可能な例えば色素レーザーを用いてもよい。

受光手段とは、本実施の形態では、フォトンカウンター１００を用いる。受光手段はこれに限らず、例えば発光手段が白色光源８０のみで分光光度計７０を有しない場合は、受光手段に分光計とＣＣＤカメラを設けるように構成してもよい。

上述した分光光度計７０とフォトンカウンターは制御部９０に接続されている。この制御部９０は更にパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）１１０に接続されている。測定者がパソコン１１０を操作して、測定用の波長選択指示を送信すると、制御部９０を介して選択指示信号が分光光度計７０に伝達される。この測定波長を用いた場合の測定試料の光透過性をフォトンカウンターで計測して、その結果を制御部９０を介してパソコン１１０に返信し、定性分析又は定量分析の処理を行う。

このような測定装置を組み立て実際に測定試料を測定した。その結果を図１５に示す。本測定では、光ファイバ型センサヘッド１の間に測定試料を介在させない場合（グラフ中におけるＢｌａｎｋが示すグラフ）と、測定試料に蛍光色素（本実施の形態においてローダミンＢを使用）を用いた場合のそれぞれの波長に対する吸光度を測定した。

その結果、ローダミンＢは、波長５５０ｎｍ付近で最も高い吸光度特性を有することが分かった。この特性を利用して試料の定性分析や定量分析を行うことができる。

（第１の実施例）
次に、本発明の第１の実施例に係る光ファイバ型センサヘッドの製造方法及びこれを用いて測定した測定結果を説明する。

まず外径１２５μｍの１．３μｍ用シングルモード光ファイバを用意し、この先端に１２５μｍの全石英ファイバを融着接続した後、接続点から３ｍｍの部位で切断する。そして全石英ファイバの先端をアーク放電により加熱融解し球状化させ、球の半径が１９０μｍになるまで加熱を続ける。

得られた球レンズ付きシングルモード光ファイバとコア径１０５μｍ（クラッド径１２５μｍ）の大口系光ファイバを４ｍｍ（好ましくは２ｍｍ）の間隔を隔てて直線対向させ、１３００ｎｍ帯のレーザー光をシングルモード光ファイバがわから入射させ、大口径光ファイバで受光する。このときのレーザーパワーの損失を測定した結果、０．９５ｄＢが得られた。

（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例に係る光ファイバ型センサヘッドの製造方法及びこれを用いて測定した測定結果を説明する。

第１の実施例と同様に作製した球レンズ付き１．３μｍ用シングルモード光ファイバ、及び大口径光ファイバの端部を研磨機にて４５度に斜め研磨する。研磨された２本の光ファイバを４ｍｍ（好ましくは２ｍｍ）間隔で並行配置した後、可視光レーザー（Ｈｅ−Ｎｅレーザー）をシングルモード光ファイバ側から入射させ、光が大口径ファイバの所望の部位に当たるように光ファイバの位置を調節固定する。

１３００ｎｍ帯のレーザー光をシングルモード光ファイバ側から入射させ、大口径光ファイバで受光し、レーザーパワーの損失を測定した結果、１．２ｄＢが得られた。

（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例に係る光ファイバ型センサヘッドの製造方法及びこれを用いて測定した測定結果を説明する。

本実施例においては、０．８μｍ用シングルモード光ファイバを用い、それ以外は第２の実施例と同様の操作で作製した２種類の４５度研磨光ファイバの研磨面にスパッタ装置を用いてクロム２ｎｍと金２００ｎｍを２層コートした。

第２の実施例と同様に、２本の光ファイバを５ｍｍ間隔で平行配置した後、可視光レーザー（Ｈｅ−Ｎｅレーザー）をシングルモード光ファイバ側から入射させ、光が大口径ファイバの所望の部位に当たるように光ファイバの位置を調整する。先端部の光路が屈折率１．５のグリセリン水溶液に埋没するように浸漬した後、８３０ｎｍ帯のレーザー光をシングルモード光ファイバ側から入射させ、大口径光ファイバで受光し、レーザーパワーの損失を測定した結果、２．０ｄＢが得られ、金属反射膜が機能していることが確認できた。

（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例に係る光ファイバ型センサヘッドの製造方法及びこれを用いて測定した測定結果を説明する。

第２の実施例と同製造方法で作製したコア径１０５μｍ（クラッド径１２５μｍ）マルチモード光ファイバ、及びそれ以上の大口径（コア径４００μｍ、クラッド径４４０μｍ）光ファイバを研磨機にて４５度に斜め研磨する。

研磨された２本のファイバを４ｍｍ間隔で平行配置した後、可視光レーザー（Ｈｅ−Ｎｅレーザー）を１０５μｍコア光ファイバ側から入射させ、光が大口径ファイバの所望の部位に当たるように光ファイバの位置を調節固定する。

１３００ｎｍ帯のレーザー光を１０５μｍコア光ファイバ側から入射させ、大口径光ファイバで受光し、レーザーパワーの損失を測定した結果、２．０ｄＢが得られた。

次に、図１６〜図２１を参照して、本発明の光ファイバ型センサヘッドの使用例を挙げる。

図１６に示す第１の使用例は、本発明の光ファイバ型センサヘッドの第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の間にマイクロチップ（例えばμ−ＴＡＳチップ、マイクロリアクターチップ、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）を挿入した例である。このマイクロチップには、図示したように例えばＹ字型の溝が形成されており、この溝に生体物質や化学物質が注入されている。測定時は、第１の光ファイバから測定用の検査光を被測定物に照射し、これを透過した光を第２の光ファイバで受光する。第１及び第２の光ファイバの先端は一定間隔を有して固定されているので、照射と受光が確実に行える。これにより光学的な測定を効率良く行うことができる。

図１７に示す第２の使用例は、マイクロチップに代えてＤＮＡチップ、プロテインチップなどのマイクロアレイを使用した場合の例である。この場合も上記使用例と同様に、薄型チップ表面に複数配置されたＤＮＡに対して、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０で構成される一対のセンサでそれぞれ孔に注入されたＤＮＡ試料にアクセスし、その定性定量分析を行うことができる。

図１８に示す第３の使用例は、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の間に石英キャピラリーチューブを介在させた例である。測定時は、長尺のキャピラリーチューブに注入され被測定液を、キャピラリーの長尺方向に沿ってセンサを移動させながら連続測定を行うことで測定する。

図１９に示す第４の使用例は、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の先端をガスが充填された容器に挿入して、ガスの種類や濃度を測定するものである。

図２０に示す第５の使用例は、マイクロタイタープレートと呼ばれるマイクロリッターオーダーの複数の穴が設けられた基板である。図２０（ａ）（ｂ）に示すように、基板上に設けらた溝又は流路などの微小領域部に本発明のセンサを直接浸漬して被測定液を測定することもできるし、図２０（ａ）（ｃ）に示すようにマイクロタイタープレートの厚さ方向を挟んで非接触で被測定液を測定することも可能である。このとき第１及び第２の光ファイバ１０及び２０の間隔は、使用用途により適宜光結合を考慮してその幅を変更するものとする。

最後に図２１に示す使用例は、分光光度計用セル内の被測定液を測定する場合の例である。このように一方の面が開口され柱型の容器であって一方の面が開口されている容器に注入された被測定液を測定する場合は、第１及び第２の光ファイバ１０及び２０を水平に配置し、これらの間にセルを介在して垂直方向（セルの長尺方向にそって）に移動させながら測定を行う。

以上のように本発明の光ファイバ型センサヘッド１を用いることでマイクロチップのような薄い基板上に載置された試料や、長尺のキャピラリーチューブに注入された被測定液を測定することができる。また被測定物は、液体に限らず気体や凝固体等にも応用可能である。また被測定物の測定を自動化することができるので、測定が簡便化され、処理速度を向上させることが期待できる。

本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの第１及び第２の光ファイバの配置関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドを構成する第１及び第２の光ファイバの空間長Lに対する損失特性である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第１の光ファイバの製造過程を示す工程図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第１の光ファイバの製造過程を示す工程図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第１の光ファイバの製造過程を示す工程図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第２の光ファイバの製造過程を示す工程図（その１）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第２の光ファイバの製造過程を示す工程図（その２）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第２の光ファイバの製造過程を示す工程図（その３）である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第１及び第２の光ファイバを固定するための固定治具の構成図である。 固定治具に第１及び第２の光ファイバを挿入固定したときの構成図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第１の光ファイバの変形例である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドに設けられる第２の光ファイバの変形例である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドを備える測定装置の一構成例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドを用いて照射光（波長）に対する被測定物質の吸収光度を測定した測定グラフである。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その１）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その２）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その３）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その４）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その５）を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光ファイバ型センサヘッドの使用例（その６）を示す図である。 従来の光ファイバ型センサヘッドの構成を示す図である。

符号の説明

１０…第１の光ファイバ
１４…集光レンズ
１５，２４…反射膜
１６…球レンズ
２０…第２の光ファイバ
３０…保持部材（ファイバ固定治具）
３１…Ｖ溝
３２…球レンズ保持用凹部
３３…基板
３４…傾斜面
４０…保持部材（ファイバ固定治具）
４１…Ｖ溝
４２…基板
４３…傾斜面
５０…保持部材（ファイバ平行固定治具）
５１ａ，５１ｂ…挿入孔
６０…コネクタ
７０…分光光度計
８０…発光素子（白色光源）
９０…制御部
１００…フォトンカウンター
１１０…パソコン
１１２…基板
１２６，１２７，１２８…流路
１４２ａ…光ファイバ

Claims (9)

1. 光ファイバの先端が、該光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されている測定対象物に照射するための集光性を有する第１の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバと異なる光ファイバであって、該光ファイバの先端が、該光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており前記第１の光ファイバによって照射された測定対象物を透過した透過光を受光するための第２の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバ及び第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材とを備えることを特徴とする光ファイバ型センサヘッド。
2. 前記第１の光ファイバはシングルモードファイバの先端に集光性のレンズが形成されたコリメートファイバであり、前記第２の光ファイバは大口径のマルチモード光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型センサヘッド。
3. 前記第１の光ファイバは先端が球状化された集光性のレンズドファイバで、該先端部が光ファイバの中心軸に対し所定の角度に半球状に斜め研磨加工されていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ型センサヘッド。
4. 前記保持部材は、光ファイバを保持する先端部が斜め研磨加工された前記第１及び第２の光ファイバの研磨角度にほぼ等しい傾斜面を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ型センサヘッド。
5. 前記保持部材は、
   少なくとも第１の光ファイバを直線状に案内固定するＶ溝と、
   斜め研磨された前記第１の光ファイバの出射端にほぼ等しい傾斜面を有する第１のガイド固定部材と、
   前記第２の光ファイバを直線状に案内固定するＶ溝と、
   斜め研磨された第２の光ファイバの入射端にほぼ等しい傾斜面を有する第２のガイド固定部材と、
   前記第１及び第２のガイド固定部材に固定された第１及び第２の光ファイバをそれぞれ挿入固定する複数の挿入孔を有する固定部材と、
   を有することを特徴とする請求項１又は４記載の光ファイバ型センサヘッド。
6. 斜め研磨された前記第１及び第２の光ファイバの研磨面には、金属材料からなる反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッド。
7. 斜め研磨された前記第１及び第２の光ファイバの研磨角度は、光ファイバの中心軸に対して４５度の角度を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッド。
8. 斜め研磨された前記第１及び第２の光ファイバの研磨面は、前記第１及び第２のガイド部材にそれぞれ固定後、研磨加工されて形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の光ファイバ型センサヘッド。
9. 発光素子から出射された光を吸収する生体物質や化学物質などの成分を光学的に測定するための測定装置であって、
   光ファイバの先端が光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されており前記発光素子から出射された光を測定対象物に照射する第１の光ファイバと、
   測定対象物を透過した透過光を受光するための光ファイバであって、光ファイバの先端が光ファイバの中心軸に対して所定の角度に斜め研磨加工されている第２の光ファイバと、
   前記第１の光ファイバ及び第２の光ファイバを光結合させて一体に保持する保持部材とで少なくとも構成される光ファイバ型センサヘッドと、
   前記光ファイバ型センサヘッドの第２の光ファイバで受光された光を信号処理して測定対象物の定性又は定量分析を行う信号処理手段と、
   を備えることを特徴とする測定装置。

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