JP2017026425A - Optical sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To downsize an optical sensor.SOLUTION: An optical sensor 1 of the present invention is an optical sensor 1 detecting a matter in a fluid and comprising: a sensitive part 5 having a convex surface 53 on a front surface thereof, reacting with the matter in the fluid, and changing an index of refraction; a light-emitting element 3 disposed around the sensitive part 5, and irradiating the convex surface 53 of the sensitive part 5 with light; and a light-receiving element 4 disposed around the sensitive part 5 and receiving reflection light reflected by the convex surface 53 of the sensitive part 5, the matter being detected by a change in a light intensity of the reflection light in response to a change of the index of refraction of the sensitive part 5. As a result, the optical sensor 1 can be downsized.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光学式センサに関するものである。   The present invention relates to an optical sensor.

近年、微量な試料を容易かつ正確に測定するセンサ装置が求められている。このセンサ装置として、例えば金属表面に生じる表面プラズモンを応用した光センサ装置の開発が行なわれている。ここで、表面プラズモンを応用した光センサ装置は、光透過性媒体上に設けられた金属薄膜(感応部)の表面で生じる光−表面プラズモン波の相互作用を利用して特定の物質を検出または測定するセンサである。表面プラズモンを用いた光センサ装置は、検出感度が高いことから、低濃度のガス、イオン、抗原、DNAなどの検出する方法として検討されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, a sensor device that easily and accurately measures a very small amount of sample has been demanded. As this sensor device, for example, an optical sensor device using surface plasmons generated on a metal surface has been developed. Here, the optical sensor device using the surface plasmon detects or detects a specific substance by utilizing the light-surface plasmon wave interaction generated on the surface of the metal thin film (sensitive portion) provided on the light transmissive medium. It is a sensor to measure. An optical sensor device using surface plasmon has been studied as a method for detecting low concentrations of gas, ions, antigens, DNA, and the like because of its high detection sensitivity (see, for example, Patent Document 1).

特開平11−344437号公報JP-A-11-344437

このような光センサ装置では、金属薄膜で反射した光をセンサアレイで受光している。このとき、センサアレイでの分解能を向上させるために、センサアレイに入射する光のスポット径を大きくする必要がある。そのため、金属薄膜とセンサアレイとの距離を大きくする必要があり光センサ装置が大型化しやすかった。したがって、光センサ装置を小型化することが求められている。   In such an optical sensor device, light reflected by a metal thin film is received by a sensor array. At this time, in order to improve the resolution in the sensor array, it is necessary to increase the spot diameter of light incident on the sensor array. Therefore, it is necessary to increase the distance between the metal thin film and the sensor array, and the optical sensor device is likely to be enlarged. Therefore, there is a demand for downsizing the optical sensor device.

本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、小型化することが可能な光学式センサを提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an optical sensor that can be miniaturized.

本発明の光学式センサは、流体中の物質を検知する光学式センサであって、表面に凸曲面を有しており、流体中の物質に反応して屈折率を変化させる感応部と、前記感応部の周囲に配置されて、前記感応部の前記凸曲面に光を照射する発光素子と、前記感応部の周囲に配置されて、前記感応部の前記凸曲面での反射光を受ける受光素子と、を備え、前記感応部の屈折率の変化に応じた反射光の光強度の変化によって前記物質を検知する。   The optical sensor of the present invention is an optical sensor that detects a substance in a fluid, and has a convex curved surface on the surface, and a sensitive part that changes a refractive index in response to the substance in the fluid; A light emitting element arranged around the sensitive part to irradiate the convex curved surface of the sensitive part, and a light receiving element arranged around the sensitive part to receive the reflected light from the convex curved surface of the sensitive part The substance is detected by a change in the light intensity of the reflected light according to a change in the refractive index of the sensitive part.

本発明によれば、感応部が凸曲面を有しており、感応部の凸曲面で光を反射することで反射光のスポット径を大きくしやすくすることができる。したがって、光学式センサを小型化させることができる。   According to the present invention, the sensitive part has a convex curved surface, and the spot diameter of the reflected light can be easily increased by reflecting light on the convex curved surface of the sensitive part. Therefore, the optical sensor can be reduced in size.

本発明の一実施形態にかかる光学式センサの上下方向に沿った断面を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the cross section along the up-down direction of the optical sensor concerning one Embodiment of this invention. 図1に示した光学式センサの断面の一部を拡大して示した断面図である。It is sectional drawing which expanded and showed a part of cross section of the optical sensor shown in FIG. 光の反射の仕方を説明する図である。It is a figure explaining how to reflect light. 図1に示した光学式センサの一部の構成部材を示した斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing some constituent members of the optical sensor shown in FIG. 1. 図1に示した光学式センサの平面方向に沿った断面を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the cross section along the plane direction of the optical sensor shown in FIG.

以下、本発明の一実施形態にかかる光学式センサ1について、図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本発明の一実施形態にかかる光学式センサは、いずれの方向が上方または下方とされてもよいが、以下の説明では、便宜的に直交座標系(X,Y,Z)を定義し、Z軸方向の正側を上方とする。   Hereinafter, an optical sensor 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the optical sensor according to the embodiment of the present invention, any direction may be upward or downward, but in the following description, an orthogonal coordinate system (X, Y, Z) is defined for convenience. The positive side in the Z-axis direction is the upper side.

図1に、本発明の一実施形態にかかる光学式センサ1の上下方向(Z軸方向)に切断した断面を示す。なお、図1中の破線の矢印は光路を例示するものである。   FIG. 1 shows a cross section cut in the vertical direction (Z-axis direction) of an optical sensor 1 according to an embodiment of the present invention. In addition, the arrow of the broken line in FIG. 1 illustrates an optical path.

本実施形態にかかる光学式センサ1は、図1に示すように、透光性基板2、発光素子3、受光素子4および、透光性基板2上に配されて特定の物質に反応する感応部5を有している。そして、発光素子3から出射した光を、透光性基板2を介して感応部5に入射させ、感応部5と透光性基板2との境界で反射する光を、受光素子4で受光する。このような構成を有していることによって、光学式センサ1は、感応部5を例えば空気または液体などの流体中に露出させ、感応部5で反射する光の強度の変化を受光素子4で検出することによって、流体中の特定の物質を検出することができる。   As shown in FIG. 1, the optical sensor 1 according to the present embodiment is arranged on a translucent substrate 2, a light emitting element 3, a light receiving element 4, and a translucent substrate 2 and responds to a specific substance. Part 5. Then, the light emitted from the light emitting element 3 is incident on the sensitive part 5 through the translucent substrate 2, and the light reflected at the boundary between the sensitive part 5 and the translucent substrate 2 is received by the light receiving element 4. . By having such a configuration, the optical sensor 1 exposes the sensitive part 5 in a fluid such as air or liquid, and changes the intensity of light reflected by the sensitive part 5 by the light receiving element 4. By detecting, a specific substance in the fluid can be detected.

透光性基板2は、感応部5を支持するものである。また、透光性基板2は、発光素子3で発した光を感応部5へ誘導し、かつ感応部5で反射した光を受光素子4へ誘導するものである。透光性基板2は、例えばガラス、サファイア、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂またはシクロオレフィンコポリマー樹脂などの材料で形成される。透光性基板2の屈折率は、例えば1.4以上1.6以下に設定される。屈折率は、例えばエリプソメータなどで測定することができる。   The translucent substrate 2 supports the sensitive part 5. The translucent substrate 2 guides light emitted from the light emitting element 3 to the sensitive part 5 and guides light reflected by the sensitive part 5 to the light receiving element 4. The translucent substrate 2 is formed of a material such as glass, sapphire, acrylic resin, polycarbonate resin, cycloolefin polymer resin, or cycloolefin copolymer resin. The refractive index of the translucent substrate 2 is set to 1.4 or more and 1.6 or less, for example. The refractive index can be measured, for example, with an ellipsometer.

本実施形態にかかる透光性基板2は、直方体状の外形を有している。そして本実施形態にかかる透光性基板2は、上面、下面および側面を有している。なお、本発明にかかる光学式センサ1において、透光性基板2の外形は直方体状に限られるわけでなく、直方体以外の形状でも構わない。   The translucent substrate 2 according to the present embodiment has a rectangular parallelepiped outer shape. And the translucent board | substrate 2 concerning this embodiment has an upper surface, a lower surface, and a side surface. In the optical sensor 1 according to the present invention, the outer shape of the translucent substrate 2 is not limited to a rectangular parallelepiped shape, and may be a shape other than a rectangular parallelepiped.

また、図1に示すように、透光性基板2は、透光性基板2の表面に、透光性基板2の内部に凹んだ凹曲面を有している。具体的には、本実施形態にかかる透光性基板2は、透光性基板2の上面および側面にわたって切り欠き部21が形成されている。そして、切り欠き部21の切り欠き面(内面)の形状が凹曲面になっている。   As shown in FIG. 1, the translucent substrate 2 has a concave curved surface that is recessed inside the translucent substrate 2 on the surface of the translucent substrate 2. Specifically, in the translucent substrate 2 according to the present embodiment, a cutout portion 21 is formed over the upper surface and side surfaces of the translucent substrate 2. And the shape of the notch surface (inner surface) of the notch part 21 is a concave curved surface.

なお、透光性基板2は、ガラスまたは樹脂材料などを、例えば金型成形または切削加工することによって形成することができる。また、透光性基板2の切り欠き部21も、例えば金型成型または掘削加工によって形成することができる。   The translucent substrate 2 can be formed by, for example, molding or cutting glass or a resin material. Moreover, the notch 21 of the translucent substrate 2 can also be formed by, for example, mold molding or excavation.

発光素子3は、透光性基板2を介して感応部5に入射する光を発するものである。発光素子3としては、例えばレーザーダイオード(LD:Laser Diode)、発光ダイオード(
LED:Light Emitting Diode)または面発光レーザー(VCSEL:Vertical Cavity Surface Emitting Laser)などを用いることができる。
The light emitting element 3 emits light incident on the sensitive part 5 through the translucent substrate 2. As the light emitting element 3, for example, a laser diode (LD), a light emitting diode (
An LED (Light Emitting Diode) or a surface emitting laser (VCSEL) can be used.

また、受光素子4は、感応部5と透光性基板2との界面で反射された光を受けて電流に変換するものである。光学式センサ1は、受光素子4で発生する電流値を基にして感応部5の反射光の強度の変化を検出する。受発光素子4は、複数の受光部が配列されたアレイ状の素子である。受光素子4としては、例えばフォトダイオード(PD:Photo Diode)
などを用いることができる。
The light receiving element 4 receives light reflected at the interface between the sensitive portion 5 and the translucent substrate 2 and converts it into current. The optical sensor 1 detects a change in the intensity of reflected light from the sensitive portion 5 based on the current value generated by the light receiving element 4. The light emitting / receiving element 4 is an array element in which a plurality of light receiving portions are arranged. As the light receiving element 4, for example, a photodiode (PD: Photo Diode)
Etc. can be used.

本実施形態では、発光素子3および受光素子4は、透光性基板2の下面に設置されてい
る。発光素子3および受光素子4は、感応部5に光学的に接続されている。
In the present embodiment, the light emitting element 3 and the light receiving element 4 are installed on the lower surface of the translucent substrate 2. The light emitting element 3 and the light receiving element 4 are optically connected to the sensitive part 5.

感応部5は、流体中に露出しており、流体中の特定の物質に反応することによって、光の屈折率を変化させ、感応部5で反射する反射光の光の強度を変動させるものである。感応部5は、雰囲気中に露出しており、雰囲気中の特定の物質に反応して、屈折率を変化させる機能を有する。   The sensitive part 5 is exposed in the fluid, and changes the refractive index of light by reacting to a specific substance in the fluid, thereby changing the intensity of the reflected light reflected by the sensitive part 5. is there. The sensitive part 5 is exposed to the atmosphere and has a function of changing the refractive index in response to a specific substance in the atmosphere.

図2に、光学式センサ1の透光性基板2と感応部5とを拡大して示す。   In FIG. 2, the translucent board | substrate 2 and the sensitive part 5 of the optical sensor 1 are expanded and shown.

本発明にかかる光学式センサ1は、表面プラズモン共鳴現象を利用して感応部5での反射光の強度を変化させる。そのため、本発明にかかる感応部5は、図2に示すように、透光性基板2上に配された第1薄膜51と、第1薄膜51の上面に配された第2薄膜52を有している。   The optical sensor 1 according to the present invention uses the surface plasmon resonance phenomenon to change the intensity of reflected light at the sensitive portion 5. Therefore, the sensitive unit 5 according to the present invention includes a first thin film 51 disposed on the translucent substrate 2 and a second thin film 52 disposed on the upper surface of the first thin film 51, as shown in FIG. doing.

第1薄膜51は、表面に表面プラズモン波が励起しやすくなるように、金属材料で形成されている。具体的には、第1薄膜51は、例えば、銀、金、銅、亜鉛、アルミニウムまたはカリウムなどの金属材料を用いることができる。なお、第1薄膜51の材料については、第1薄膜51上に配置される第2薄膜52の材料または発光素子3の光の波長などを考慮して選択すればよい。   The first thin film 51 is formed of a metal material so that surface plasmon waves can be easily excited on the surface. Specifically, for example, a metal material such as silver, gold, copper, zinc, aluminum, or potassium can be used for the first thin film 51. Note that the material of the first thin film 51 may be selected in consideration of the material of the second thin film 52 disposed on the first thin film 51 or the wavelength of light of the light emitting element 3.

また、第1薄膜51は、金属材料の単層を用いてもよいし、金属材料からなる複数の層を積層した積層体であってもよい。第1薄膜51の厚さは、第1薄膜51の上面で表面プラズモン波が励起するように、トンネル効果によって第1薄膜51に入射した光が浸み出す厚さに設定される。具体的には、第1薄膜51の厚みは、例えば0.5nm以上1μm以下となるように設定することができる。   Moreover, the 1st thin film 51 may use the single layer of a metal material, and may be the laminated body which laminated | stacked the several layer which consists of metal materials. The thickness of the first thin film 51 is set to a thickness at which light incident on the first thin film 51 oozes by the tunnel effect so that the surface plasmon wave is excited on the upper surface of the first thin film 51. Specifically, the thickness of the first thin film 51 can be set to be, for example, not less than 0.5 nm and not more than 1 μm.

第2薄膜52は、雰囲気中の特定の物質に反応して屈折率(誘電率)を変化させる機能を有する。第2薄膜52は、具体的に、水素ガスなどを検出する場合には、感応膜として、例えばマグネシウム、パラジウムなどの膜を用いることができる。また、アンモニアガスなどを検出する場合には、感応膜として、アクリル酸ポリマーまたは銅フタロシアニンなどの膜を用いることができる。他には、モノクローナル抗体、ビオチンまたはがレクチンなどの膜を用いることで抗原を検出することができる。   The second thin film 52 has a function of changing the refractive index (dielectric constant) in response to a specific substance in the atmosphere. Specifically, when the second thin film 52 detects hydrogen gas or the like, for example, a film of magnesium, palladium, or the like can be used as the sensitive film. When ammonia gas or the like is detected, a film made of acrylic acid polymer or copper phthalocyanine can be used as the sensitive film. In addition, the antigen can be detected by using a membrane such as a monoclonal antibody, biotin or gale lectin.

感応部5は、上記構成を有していることによって、透光性基板2内部を進んできた光が第1薄膜51の界面で反射されると、第1薄膜51の上面に表面プラズモン波が励起される。ここで、表面プラズモンは特定の入射角で第1薄膜51に入射した光と共鳴することから、表面プラズモン波の励起によって光エネルギーの一部が損失して、特定の入射角で入射した光の第1薄膜51での反射率が極端に小さくなる。そして、表面プラズモン波が励起する際の光の入射角は、第1薄膜51の上面に位置する第2薄膜52の屈折率によって異なることから、第2薄膜52の屈折率が変化することによって、第1薄膜51での光の反射率が変化し、ひいては感応部5での反射光の強度が変化することになる。よって、反射光の強度の変化を検出することによって、第2薄膜52が反応した物質を特定することができる。   Since the sensitive portion 5 has the above-described configuration, when the light that has traveled through the translucent substrate 2 is reflected at the interface of the first thin film 51, surface plasmon waves are generated on the upper surface of the first thin film 51. Excited. Here, since the surface plasmon resonates with the light incident on the first thin film 51 at a specific incident angle, a part of the light energy is lost due to excitation of the surface plasmon wave, and the light incident at the specific incident angle. The reflectance at the first thin film 51 becomes extremely small. Since the incident angle of light when the surface plasmon wave is excited differs depending on the refractive index of the second thin film 52 located on the upper surface of the first thin film 51, the refractive index of the second thin film 52 changes, The reflectance of light at the first thin film 51 changes, and as a result, the intensity of the reflected light at the sensitive portion 5 changes. Therefore, the substance with which the second thin film 52 has reacted can be specified by detecting the change in the intensity of the reflected light.

なお、第1薄膜51および第2薄膜52は、例えば蒸着法またはスパッタリング法などによって形成することができる。   Note that the first thin film 51 and the second thin film 52 can be formed by, for example, a vapor deposition method or a sputtering method.

感応部5は、上述した通り、透光性基板2上に配されている。具体的には、感応部5は、図1に示すように、透光性基板2の切り欠き部21の内面を覆って配されている。すなわち、感応部5は、透光性基板2の凹曲面に対応した凸曲面53を有している。そして、発光素子3の光は感応部5の凸曲面53に入射する。   The sensitive part 5 is arranged on the translucent substrate 2 as described above. Specifically, the sensitive portion 5 is disposed so as to cover the inner surface of the cutout portion 21 of the translucent substrate 2 as shown in FIG. That is, the sensitive part 5 has a convex curved surface 53 corresponding to the concave curved surface of the translucent substrate 2. Then, the light of the light emitting element 3 enters the convex curved surface 53 of the sensitive portion 5.

ここで、従来、受光素子4で感応部5での反射光を受光する場合、反射光の分解能を向上させるために、受光素子4に入射するときの反射光のスポット径を大きくする必要があった。そのため、反射光を広げるために受光素子4と感応部5との距離を大きく確保する必要があった。その結果、光学式センサ1が大型化してしまうことがあった。   Here, conventionally, when the light receiving element 4 receives the reflected light from the sensitive portion 5, it is necessary to increase the spot diameter of the reflected light when entering the light receiving element 4 in order to improve the resolution of the reflected light. It was. Therefore, it is necessary to ensure a large distance between the light receiving element 4 and the sensitive portion 5 in order to spread the reflected light. As a result, the optical sensor 1 may be increased in size.

これに対して、本発明にかかる光学式センサ1は、感応部5が凸曲面53を有しており、発光素子3の光は凸曲面53で反射される構成としている。したがって、図3に示すように、発光素子3の光が平面を反射する場合と比較して、感応部5への光の入射角の分布を大きくすることができるため、感応部5で反射した反射光のスポット径を大きくすることができる。したがって、感応部5と受光素子4との距離を小さくすることができるため、光学式センサ1を小型化することができる。   On the other hand, in the optical sensor 1 according to the present invention, the sensitive portion 5 has a convex curved surface 53, and the light of the light emitting element 3 is reflected by the convex curved surface 53. Therefore, as shown in FIG. 3, since the distribution of the incident angle of the light to the sensitive part 5 can be increased compared to the case where the light of the light emitting element 3 reflects the plane, the light reflected by the sensitive part 5 is reflected. The spot diameter of the reflected light can be increased. Therefore, since the distance between the sensitive portion 5 and the light receiving element 4 can be reduced, the optical sensor 1 can be reduced in size.

なお、図3は、光が反射するときの反射面の形状の影響を説明するものである。図3(a)は光が平面で反射したとき様子を示しており、図3(b)は、光が凸曲面で反射した時の様子を示している。また、図3中の実線の矢印は入射光を示すものであり、破線の矢印は反射光を示している。   FIG. 3 illustrates the influence of the shape of the reflecting surface when light is reflected. FIG. 3A shows a state when light is reflected by a flat surface, and FIG. 3B shows a state when light is reflected by a convex curved surface. Further, the solid line arrow in FIG. 3 indicates incident light, and the broken line arrow indicates reflected light.

感応部5の凸曲面53は、図4に示すように、凸曲面53を第1方向A1に沿って視たときに凸状に湾曲しており、凸曲面53を第1方向A1に直交した第2方向A2に沿って視たときに凹状に湾曲していてもよい。その結果、感応部5の凸曲面53で反射する反射光について、反射光のスポット径のうち、第1方向A1に沿った成分を大きくすることができ、第2方向A2に沿った成分が大きくなるのを低減することができる。したがって、反射光の必要な部分のみスポット径を大きくすることができるため、不必要な部分のスポット径の拡大を低減することができるため、光学式センサ1を小型化させることができる。   As shown in FIG. 4, the convex curved surface 53 of the sensitive portion 5 is curved in a convex shape when the convex curved surface 53 is viewed along the first direction A1, and the convex curved surface 53 is orthogonal to the first direction A1. When viewed along the second direction A2, it may be curved in a concave shape. As a result, with respect to the reflected light reflected by the convex curved surface 53 of the sensitive part 5, the component along the first direction A1 can be increased and the component along the second direction A2 can be increased among the spot diameter of the reflected light. Can be reduced. Therefore, since the spot diameter can be increased only in the necessary part of the reflected light, the increase in the spot diameter of the unnecessary part can be reduced, and the optical sensor 1 can be miniaturized.

なお、図4は、感応部5の斜視図を示している。なお、図4中では、第1薄膜51と第2薄膜52の記載は省略する。   FIG. 4 shows a perspective view of the sensitive part 5. In FIG. 4, the description of the first thin film 51 and the second thin film 52 is omitted.

また、上記の凸曲面53の形状を以下に詳述する。   The shape of the convex curved surface 53 will be described in detail below.

上記の凸曲面53は、図1、2に示すように、透光性基板2の上面から一方向(本説明ではX軸方向)に沿って光学式センサ1を上下方向(Z軸方向)に切断した時の断面を視たときには、凸状に湾曲している。一方で、図5に示すように、透光性基板2の側面から一方向(本説明ではX軸方向)に沿って光学式センサ1を平面方向(XY軸方向)に切断した時の断面を視たときには、凸曲面53は、凹状に湾曲している。   As shown in FIGS. 1 and 2, the convex curved surface 53 moves the optical sensor 1 in the vertical direction (Z-axis direction) along one direction (X-axis direction in this description) from the upper surface of the translucent substrate 2. When the cross section when cut is viewed, it is curved in a convex shape. On the other hand, as shown in FIG. 5, a cross section when the optical sensor 1 is cut in a plane direction (XY axis direction) along one direction (X-axis direction in this description) from the side surface of the translucent substrate 2. When viewed, the convex curved surface 53 is curved in a concave shape.

なお、図5に、光学式センサ1を透光性基板2の側面からX軸に沿って平面方向(XY平面方向)に沿って切断したときの断面図を示す。   FIG. 5 shows a cross-sectional view of the optical sensor 1 taken along the plane direction (XY plane direction) along the X axis from the side surface of the translucent substrate 2.

さらに、上記の凸曲面53の形状を言い換えて以下に詳述する。   Further, the shape of the convex curved surface 53 will be described in detail below.

上記の凸曲面53は、図4に示すように、例えば第1方向A1、第2方向A2および第1方向A1と第2方向A2とに直交する第3方向A3を定義したとき、第2方向A2および第3方向A3の成分を有する1つの弓形の線分上に、第1方向A1および第3方向A3の成分を有する複数の弓形の線分を連続して配置したときに形成される曲面の形状である。   As shown in FIG. 4, the convex curved surface 53 has a second direction when, for example, a first direction A1, a second direction A2, and a third direction A3 orthogonal to the first direction A1 and the second direction A2 are defined. A curved surface formed when a plurality of arcuate line segments having components in the first direction A1 and the third direction A3 are continuously arranged on one arcuate line segment having components in the A2 and third directions A3. It is the shape.

なお、本実施形態にかかる光学式センサ1において、透光性基板2を形成するときに凹曲面の形状を制御することによって、凸曲面53の形状を制御することができる。   In the optical sensor 1 according to the present embodiment, the shape of the convex curved surface 53 can be controlled by controlling the shape of the concave curved surface when the translucent substrate 2 is formed.

なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更または改良などが可能である。   Note that the present invention is not limited to the present embodiment, and various changes or improvements can be made without departing from the gist of the present invention.

上述の実施形態では、光学式センサ1が、一つの受光素子4を有している例を説明したが、光学式センサ1は、複数の受光素子4を有していても構わない。この場合、例えば、光学式センサ1は、第1受光素子と第1受光素子の隣に配列された第2受光素子を有しており、凸曲面は、第1受光素子および第2受光素子の配列方向に対して凸状に湾曲した形状であってもよい。すなわち、凸曲面を配列方向に沿って視たときに、凸状に湾曲していればよい。その結果、第1受光素子および第2受光素子に感応部からの反射光を入射されることができ、第2受光素子をモニタ用にすることができる。   In the above-described embodiment, the example in which the optical sensor 1 has one light receiving element 4 has been described. However, the optical sensor 1 may have a plurality of light receiving elements 4. In this case, for example, the optical sensor 1 has a first light receiving element and a second light receiving element arranged next to the first light receiving element, and the convex curved surface is formed by the first light receiving element and the second light receiving element. The shape may be curved in a convex shape with respect to the arrangement direction. That is, it is sufficient that the convex curved surface is curved in a convex shape when viewed along the arrangement direction. As a result, the reflected light from the sensitive part can be incident on the first light receiving element and the second light receiving element, and the second light receiving element can be used for monitoring.

また、上述の実施形態では、光学式センサ1が透光性基板2を有している例を説明したが、光学式センサ1は、透光性基板2を有していなくてもよい。光学式センサは、例えば匡体を有しており、匡体内に感応部、発光素子および受光素子が収容されていてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the optical sensor 1 has the light-transmitting substrate 2 has been described. However, the optical sensor 1 may not have the light-transmitting substrate 2. The optical sensor has a housing, for example, and the sensitive part, the light emitting element, and the light receiving element may be accommodated in the housing.

この場合、感応部は、透光性基板ではなく、匡体の内壁面に固定されることで、支持されていてもよい。   In this case, the sensitive part may be supported not by the translucent substrate but by being fixed to the inner wall surface of the housing.

また、上述の実施形態では、発光素子3の光が感応部5に向かって出射される例を説明したが、発光素子3の光は、感応部5に向かって出射されなくても構わない。この場合、光学式線センサは、例えばミラーを有していてもよい。その結果、発光素子の光をミラーに向かって出射して、ミラーで感応部に向かって反射させてもよい。なお、ミラーは、例えば金、例えば蒸着法またはスパッタリング法などによって、銀または銅などの金属材料などを付着させることで形成することができる。   In the above-described embodiment, the example in which the light of the light emitting element 3 is emitted toward the sensitive unit 5 has been described. However, the light of the light emitting element 3 may not be emitted toward the sensitive unit 5. In this case, the optical line sensor may have a mirror, for example. As a result, the light from the light emitting element may be emitted toward the mirror and reflected by the mirror toward the sensitive portion. The mirror can be formed by attaching a metal material such as silver or copper, for example, by gold, for example, vapor deposition or sputtering.

また、上述の実施形態では、光が入射する感応部5の表面全体が凸曲面である例を説明したが、光が入射する感応部の表面全体が凸曲面でなくても構わない。この場合、光が入射する感応部の表面の一部が凸曲面を有していればよい。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example in which the whole surface of the sensitive part 5 into which light injects is a convex curved surface, the whole surface of the sensitive part into which light injects may not be a convex curved surface. In this case, it is only necessary that a part of the surface of the sensitive part on which light is incident has a convex curved surface.

また、上述の実施形態では、透光性基板2の切り欠き部21の切り欠き面を凹曲面とした例を説明したが、透光性基板の上面に開口した凹部の底面を凹曲面としてもよい。   Moreover, although the above-mentioned embodiment demonstrated the example which used the notch surface of the notch part 21 of the translucent board | substrate 2 as the concave curved surface, the bottom face of the recessed part opened on the upper surface of the translucent board | substrate may be used as a concave curved surface. Good.

また、発光素子3は、発光部を複数持つアレイ状の素子を用いてもよい。   The light emitting element 3 may be an array element having a plurality of light emitting portions.

1 ・・・光学式センサ
2 ・・・透光性基板
21・・・切り欠き部
3 ・・・発光素子
4 ・・・受光素子
5 ・・・感応部
51・・・第1薄膜
52・・・第2薄膜
53・・・凸曲面
A1・・・第1方向
A2・・・第2方向
A3・・・第3方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical sensor 2 ... Translucent substrate 21 ... Notch part 3 ... Light emitting element 4 ... Light receiving element 5 ... Sensitive part 51 ... 1st thin film 52 ... Second thin film 53 ... convex curved surface A1 ... first direction A2 ... second direction A3 ... third direction

Claims (4)

流体中の物質を検知する光学式センサであって、
表面に凸曲面を有しており、流体中の物質に反応して屈折率を変化させる感応部と、
前記感応部の周囲に配置されて、前記感応部の前記凸曲面に光を照射する発光素子と、
前記感応部の周囲に配置されて、前記感応部の前記凸曲面での反射光を受ける受光素子と、を備え、
前記感応部の屈折率の変化に応じた反射光の光強度の変化によって前記物質を検知する、光学式センサ。
An optical sensor for detecting a substance in a fluid,
A sensitive part that has a convex curved surface and changes the refractive index in response to a substance in the fluid;
A light emitting element disposed around the sensitive portion and irradiating the convex curved surface of the sensitive portion;
A light receiving element disposed around the sensitive part and receiving the reflected light from the convex curved surface of the sensitive part;
An optical sensor that detects the substance by a change in light intensity of reflected light according to a change in refractive index of the sensitive part.
前記凸曲面に対応した凹曲面を有している透光性基板をさらに備えており、
前記感応部は、前記凸曲面が前記透光性基板の前記凹曲面に合わさるように、前記透光性基板に配されている、請求項1に記載の光学式センサ。
It further comprises a translucent substrate having a concave curved surface corresponding to the convex curved surface,
The optical sensor according to claim 1, wherein the sensitive portion is arranged on the light transmitting substrate such that the convex curved surface is aligned with the concave curved surface of the light transmitting substrate.
前記凸曲面は、前記凸曲面を第1方向に沿って視たときに凸状に湾曲しており、前記凸曲面を前記第1方向に直交する第2方向に沿って視たときに凹状に湾曲している、請求項1または2に記載の光学式センサ。   The convex curved surface is curved in a convex shape when the convex curved surface is viewed along the first direction, and is concave when the convex curved surface is viewed in a second direction orthogonal to the first direction. The optical sensor according to claim 1, wherein the optical sensor is curved. 前記受光素子を第1受光素子としたときにおいて、
前記第1受光素子の隣に配列された第2受光素子をさらに有しており、
前記凸曲面は、前記第1受光素子および前記第2受光素子の配列方向に対して凸状に湾曲した形状である、請求項1〜3のいずれかに記載の光学式センサ。
When the light receiving element is a first light receiving element,
A second light receiving element arranged next to the first light receiving element;
The optical sensor according to claim 1, wherein the convex curved surface has a shape curved in a convex shape with respect to an arrangement direction of the first light receiving element and the second light receiving element.
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