JP2557353B2 - 光学装置 - Google Patents

光学装置

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JP2557353B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、処理量（throughput）を変えずに光学開口
数の間の遷移を与える光学装置に関し、特に化学的分析
および生化学的分析を行う改良式光学装置に関する。
（従来技術、および発明が解決しようとする問題点） 分析や検定に利用される多くの化学的、生化学的な方
法の中で特に有用で感度の高いものに減衰全内部反射
（ATR）分光法の原理による光学装置がある。免疫検定
法に特に有用なこのような光学装置ではフアイバー光学
導波路を使用し、この導波路の外部表面の１部には試験
溶液中で抗原と反応する抗体が共有結合で固定可能であ
る。上記導波路の１端部に導入された光ビームは導波路
の密度の高い部分で内部に全反射され、エバネツセント
波として知られる電磁波を発生する。このエバネツセン
ト波は導波路と試験溶液の界面に沿つて波長程度の拡が
りを持つことを特徴としている。しかしながら、エバネ
ツセント波の上記のような界面へのわずかな侵透でも、
試験溶液中の抗原が反応する固定抗体とエバネツセント
波の間で、また抗原が存在したバルクの溶液とのほんの
わずかではあるが光学的な相互作用が可能になる。この
ような光学的な相互作用は抗原の検定に用いることがで
きる。検定に対して内部全反射分光法を利用する一連の
このような装置が知られており、記載されている。例え
ば、米国特許第4,133,639号明細書では光学的相互作用
により誘起されたけい光を測定する装置が記載してあ
り、同第4,050,895号明細書は分析物（analyte）による
エバネツセント波の吸収に基づく装置が記載してあり、
同第4,321,057および4,399,099号明細書ではフアイバー
を伝搬した放射の変化を検出する装置が記載してあり、
更に、同第4,447,546号ではけい光免疫検定装置が記載
してある。
このような装置の感度は多くの因子により決定される
が、最も重要な因子の１つは、検定される周囲媒体との
接触部位で感度がフアイバーの開口数（NA）と共に急速
に増大することにある。この感度は開口数が小さいうち
はその８次のべきに依存する関数であり、また更に開口
数が小さくなつてもその大きな値での有効べきがそのま
ま用いられる。
ここに開口数（NA）は、 （１） NA＝n2 sinB で定義される。ここでn2は、放射がフアイバーの入射端
部に入射するように初めに伝搬する媒質の屈折率であ
り、Ｂはこのフアイバーの入射端部での放射の最大受容
角である。このように、式（１）はフアイバー入射端の
開口数を規定する。
開口数は更に次のように表わすことができる。
（２） NA＝（n0 2−n1 2）1/2 ここでn0はフアイバーコアの屈折率であり、n1はフア
イバー周囲の媒体（例えば、抗原を含むサンプルまたは
バルクの溶液）の屈折率である。式（２）はフアイバー
と被検定液体との接触部分の開口数を規定するために用
いられる。このようなフアイバーに対して、周囲媒体と
フアイバーが接触する部分の開口数はフアイバーコア材
が非常に大きな屈折率を持ち、その周囲の媒体が非常に
小さな屈折率を持つ時、即ちn0≫n1の時最大になる。例
えば、常屈折率のガラスフアイバーが、1.33〜1.35付近
の屈折率を持つ水溶液により囲繞される部位で満足な感
度を与えることができる。
フアイバーの入射端部での開口数が周囲溶液との接触
部位のものより小さい時は、接触部位での開口数が大き
い場合の利点は得られず、また装置は、感度が８次のべ
きに依存することを考えると、その本来の場合に比べて
感度が低下する。入射端部における開口数がフアイバー
との接触部位におけるものより大きい場合は、入射光は
境界面でフアイバーから漏出し、背景けい光を非常に増
加させる。
放射を投影するフアイバーの少なくともその端部を正
確に位置決めするようにフアイバーの装着手段を設ける
ことが重要であるが、装着材の屈折率が一般にn1より大
きい場合は、フアイバーと装着部材の接触部位は開口数
を減らす傾向がある。この問題を解決するために、装着
部材とフアイバーの間に低屈折率媒体を介在させるよう
に、通常は高分子量ポリマーのコーチングを用いて、放
射が伝搬するフアイバーの端部の少なくとも近傍で、フ
アイバーを被着する方法が従来取られた。このようなコ
ーチングは不透明で屈折率が小さいことが好ましい。分
析（analyte）溶液あるいは被検サンプルと接触するよ
うに構成したフアイバー部分はコーチングは施さないよ
うにしておく。理想的には、クラツド（被着）の屈折率
がサンプルのものと同じならフアイバーを通過できる放
射を有効に用いることができる。不幸にも、入手可能な
殆んどのクラツドの屈折率は1.40〜1.43の近くにあり、
またこのような屈折率は最大開口数を、低屈折率のクラ
ツドが得られた場合に可能なものよりはるかに小さな値
に制限する。
更に、このような開口数は高屈折率ガラスコアを持つ
クラツドフアイバーを設けることにより改良できるが、
屈折率が非常に大きいガラスは可塑性で可剥性の低屈折
率クラツドとしては現在市販されてない。このような開
口数の改良は装置の最大受容立体角にわたつて放射束を
できるだけ大きくして達成できるが、その場合フアイバ
ーのクラツド端部を正確に装着することが、入射放射の
軸外角（off−axisangle）が非常に大きい時は特に重要
になる。この装着要件は現在用いられている非常に小さ
な直径（例えば、≪約350ミクロン）の電気通信用フア
イバーに対して満足な結果を得ることは特に困難であ
る。例えば、米国特許第4,050,895号明細書では、角度
の大きな光線をフアイバーに結合するために環状の開口
と一連の半球形レンズを用いている。しかし、このよう
な方法で非常に大きな開口数を得るには被写界深度の浅
い十分に収差補正されたレンズが必要である。このよう
なレンズは製造が困難で高価であり、また調整が難かし
く、更に通常は多数枚のレンズ構造を取るため透過率は
大きくない。大きな開口数の照明を得るためには浸漬型
装置を現在は用いるようにしなければならないが、操作
が難しく、高価である。
以上に記載した従来の装置の欠点に鑑み、本発明は改
良式の光学装置を提供することを主要な目的とし、この
装置は浸漬光学系の必要性を最小にし、フアイバーの光
透過率を改良し、焦点深度の大きな照明用レンズの使用
を可能にし、これ等の改良点の全ては改良した開口数を
利用することにより与えられる。
本発明は更に、開口数が十分に大きな新規は光フアイ
バーを提供し、更に、フアイバーを装着或いは保持する
部位に隣接して常屈折率のクラツド材料の使用を可能に
する内部全反射伝搬用の光フアイバーを提供することを
他の重要な目的とする。
本発明は更に、減衰全反射分光法（ATR）により固体
−液体界面における分折物（analytes）を検出する改良
式光学装置を提供し、開口数が改良され、従つて感度が
増加したフアイバー光学系によるかかる光学装置を提供
し、達成された開口数がサンプルとフアイバーの屈折率
により許容されるような十分に大きな上記光学装置を提
供し、分析（analyte）サンプルの屈折率の変化に起因
する装置の応答に与える効果を低減させるかかる光学装
置を提供し、これまで合理的に使用されたものより直径
が大きなフアイバーの使用を可能にし、従つてフアイバ
ーの装着と整合を容易にするかかる装置を提供し、更に
より頑丈な装置を提供し、入射面積をかなり大きくし、
それにより の光を収集できるが、サンプリング領域でのフアイバー
径を小さくし、それにより大きな感度を保証するかかる
装置を提供し、フアイバーの横方向および軸方向の調整
に対する公差要件を低減したかかる装置を提供し、更
に、フアイバー光学検定装置の開口数を改良する方法を
提供することを更に目的とする。
（問題点を解決するための手段） 以上に記載した本発明の目的およびその他の目的を達
成するため、本発明による光フアイバーは比較的大きな
直径の入射瞳から、この入射瞳から長手方向の位置にお
けるかなり小さな直径に徐々にテーパー状に構成され
る。このようなテーパーをもつフアイバーは、放射が入
射瞳から直径のより小さな部位に向けて伝搬するにつれ
て放射の入射角が徐々に増加し、より小さな断面部分の
放射の開口数が直径の比に逆比例して大きくなるため、
処理量（throughput）を保存することができるものであ
る。換言すると、フアイバーを伝搬する光ビームは、放
射を限定する媒体のテーパーにより角度的に圧縮され、
テーパー化フアイバーの大小部分の直径の比は開口数の
比に正確に逆比例する。
本発明のその他の目的は以下の説明で次第に明らかに
なろう。
以上より本発明は諸要素の構成と組合わせ、および諸
部分の構成を備えた装置と、若干のステツプと１つ以上
のかかるステツプのその他のステツプに対する関係と順
序からなる方法とにより構成され、これ等の装置と方法
は以下の詳細な説明で例示され、更にそれ等の適用範囲
は特許請求の範囲に示される。
（実施例） ここで第１図を参照すると、本発明のフアイバー20の
実施例が図示される。このフアイバーは１端部、即ち入
射面22から対向する、即ち端子端部24に延在する細長い
構造をなし、好ましくはほぼ円形の断面を有する。フア
イバーの入射面22は通常平面であり、フアイバーの長手
方向の軸線に直角に配置され、更に、入射励起光の散乱
の原因となる欠陥或いは表面欠陥を最小にするように十
分研磨されていることが望ましい。一方、フアイバー面
22は、例えば拡大或いは整合光学面を与えるように他の
所望の光学形状に構成される。上記フアイバー20は、当
業者には公知のように、式（１）で上記のように規定さ
れ、且つフアイバーの長軸にほぼ対象な円錐状受容角
（Ｂ）内で入射面22に入射する励起用放射を多重の内部
全反射により、その長さ方向に沿つて伝搬するように構
成される。このフアイバー20は励起用放射に光学的に透
明な非常に多くのほぼ均質な材料、例えばガラスなどの
ガラス状材料、石英や、サフアイヤなどの結晶性材料、
ポリオレフインやポリプロピレンなどの合成ポリマーな
どで形成される。以下に記載するように液体検定に上記
フアイバー20を用いる場合は、フアイバー20を形成する
材料の屈折率（n1）は被検定液体の屈折率n2より大きく
なければならない。後者の屈折率は水溶液の場合約1.3
である。
フアイバー20の１つの形態では入射面22から端子端部
24に向けて徐々に、滑らかな、長手方向のテーパとして
与えられる。このようなテーパの徐々の変化はフアイバ
ーに対する臨界角を越えずに入射ビームを徐々に収束さ
せるためになされる。このフアイバーのテーパー角は５
゜以下であることが理想的である。通常は長さが数ミリ
メートルのフアイバーに対してその直径は、入射面22に
おける直径1mmから端部24の２〜300ミクロンまで滑らか
にテーパー化される（テーパー角の変化は必らずしも直
線的である必要はなく、不連続や突然の変化がなければ
よい）。フアイバーの端子端部24における直径が、最大
開口数を与える或る限界値以下になると、放射はその部
位でフアイバーから漏出することになる。
次に、第２図に示した実施例を参照すると、液体を検
定する例示としての装置26が示してあり、この装置は本
発明の原理を考慮したものである。この装置26は光フア
イバー20と閉鎖部分28と装着手段30とを備え、またこの
装置は本発明の発明者の１人に対する1984年５月８日付
けの米国特許第4,447,546号明細書に示してある装置に
多くの点で類似している。
この第２図に示したフアイバー20は、入射放射による
励起を最大にするためにそのテーパー化部分32が入力部
分34と細長い出力部分36の間に延在することを除くと、
第１図の実施例に関して説明した特徴を有する。このフ
アイバーの上記両テーパー部分はほぼ一定の直径を有す
ることが望ましい。入力部分34の直径はテーパー部分32
のより大きな直径に整合し、また射出部分の直径はテー
パー部分32のより小さな直径に整合する。出力部分36の
表面は検定のサンプリング或いは検知ゾーンとして用い
られるべきなので、全てのサンプリングは装置の開口数
の最大部位、即ちフアイバーの直径がより小さい部位で
行われる。免疫検定装置として用いるためフアイバー20
の長さは通常は約25mmに設定されるが、これはあくまで
も例示として与えられたもので、これに限定されるわけ
ではない。
装着手段30は入射面22に隣接するフアイバー20の短い
部分を囲繞し、且つ後者の１端部に隣接する閉鎖部分28
の内面の１部と接触するように入射面から半径方向に延
在する短いスリーブ、クラツド或いはフエルール38とし
て簡単に示してある。第３図に特に示したように、フエ
ルール38は、その各端部に隣接する体積部分の間の液体
の連通を可能にするようにフアイバー20の軸線にほぼ平
行に延在する１つ以上のパーホレーシヨン40を備えると
好ましい。このフエルール38の主要な機能は、入射光を
正確に入射面22に入射させ得るようにフアイバー20を位
置付け、更に閉鎖部分28の内面から隔置されるようにフ
アイバー20を維持することにある。フエルール38はフア
イバー20の表面の１部と必らず接触しているのでフアイ
バーの開口数に悪影響を与え、従つてフエルールとフア
イバー間の接触をフエルールの機械的役割との最小の釣
合に制限し、更に被検定液体近傍の、或いはそれに整合
する低屈折率の、シロキサンのような材料で製造するこ
とが望まれる。
本実施例によると、フアイバー表面の細長い出力部分
36のような動作部分は検定が行われる活性化領域として
規定される。この出力部分36は、フアイバーの望ましい
部分だけがクラツドされないようにフアイバー表面の対
向端部で付加したクラツドにより境界が規定される。上
記活性化領域の寸法は勿論その他の方法により制御で
き、事実、フエルールを越えたフアイバーのほぼ全長に
活性化領域を形成することができる。しかしながら、こ
の活性化領域を、獲得できる最も大きな開口数の、直径
が一定のシリンダーとして構成し、それにより装置に対
して最大感度を与えることが望まれる。出力部分36の表
面を活性化するために、この部分は、米国特許第4,447,
546号明細書に詳述され、ここに引用により取込まれた
ような試薬でコートし、処理するのが普通である。
上記閉鎖部分28はチユーブであり、好ましくは、限定
はされないが光学的に透明であり、また被検液体に対し
て比較的不溶性であり、化学的に非反応性の材料で形成
される。この閉鎖部分28は、通常は、内径がフアイバー
20の最大外径より大きなガラス管として与えられ、また
フアイバー部分36の少なくとも活性化表面を囲繞する所
定の体積部分を規定するように寸法を定めることが好ま
しい。
上記テーパー化フアイバーの製造は、例えば市販の直
径が一定の（例えば500ミクロン）ガラスフアイバーコ
アを用い、これを、フアイバーの局部が可塑性になるま
でトーチまたは電気ヒータで局部的に加熱し、次にフア
イバーを低減された直径、例えば300ミクロンにテーパ
ー化するように或る速度、温度分布で絞り成形すること
により達成することができる。最小許容テーパー角はフ
アイバーの許容できる長さとしてのこのような実際上の
事項により規定されるが、最大テーパー角は内部の全反
射により光の伝搬を維持するのに必要な臨界角度関係を
獲保するのに必要な角度を越えるべきではない。例え
ば、溶融石英のフアイバーコアの場合の最大テーパ角は
約５゜以下にすることが好ましい。このテーパー化フア
イバーは所望部位で切断される。時間や温度、絞り成形
速度、および温度分布は勿論フアイバーに対して選択し
た特定の材料の物理的特性に大きく依存する。テーパー
化フアイバーを絞り形成する多くの公知の方法も利用す
ることができる。本発明はそれ自体二重通過フアイバー
（即ち、入射面から遠位端部に光を伝搬し、次に必要に
応じてフアイバーを通して入射面に光を反射することが
できるもの）を形成する。第２図の端部42に配置した遠
位反射面は、その部位でフアイバーを加熱し、フアイバ
ーを破壊し、反対方向に光を反射できるミラー、として
用いられる大きな角度の成端部を形成するような十分大
きな速度でフアイバーを絞り成形することにより容易に
形成することができる。このように、成端部42は実際に
はプリズム反射器に類似するが、研削やめつき、研磨な
どの従来のミラーの形成に付随する問題なしに簡単に形
成することができる。勿論、この成端部42は、励起放射
からの妨害なしに入射面22でけい光を観測できるなら
ば、所望に応じて光を漏出するように簡単に形状づける
ことが可能である。
第２図の実施例を動作させる場合は、フアイバー20の
出力部分36は一連の活性化試薬（けい光標識剤を含む抗
体−抗原複合体の構成成分のような）のコート43で塗膜
され、実質的に米国特許第4,447,546号明細書に記載さ
れたものと同様の手順で処理される。簡単には、閉鎖部
分28とフアイバー20の間の空間44は被検定液体サンプル
材料で充填され、このサンプルは必要に応じてインキユ
ベーシヨンが許容される。第２図に示したように、この
装置は、励起放射源、好ましくは固体発光体、或いは放
射波長を正確に特定できるレーザを有したけい光計45と
共に用いられる。入射面22は励起用放射で照明され、こ
の励起用放射は通常は、これがフアイバーを伝搬する際
に生じるエバネツセント波により出力部分36の表面に隣
接して与えられる体積部分にけい光を励起し、或いは誘
起できる。この励起用放射はフアイバーの入射端部から
塗膜部分にフアイバーのテーパにより角度的に圧縮さ
れ、これにより開口数をかなり増加させている。出力部
分36の開口数36は入射面22のものより非常に大きいの
で、上記のエバネツセント波により励起された試薬は同
一径の入射面を持つ非テーパー化フアイバーがそう遇す
るようなかなり大きな励起強度にさらされる。この誘起
けい光は次に励起された材料からフアイバーに放出さ
れ、光度計45によつて読取られる。更に、光度計の検出
部分をフアイバーの遠位端部に位置付けて、フアイバー
からの放出けい光を測定することができるが、このよう
な場合は励起用放射とけい光放射をフイルタにより弁別
する対策が講じられるべきである。
本発明の検定装置の感度が最大の場合は、出来る限り
最大開口数を得ることが望ましい。既に記載したよう
に、８次のべきとして失われる信号は非常に少ないが、
パワーの漏出が非常に大きいと、若干の信号が失われ、
背景のけい光を増加させることになる。最大開口数を示
すフアイバーを再現するにはフアイバーの入力面の、感
度のある領域に対する同一直径比がフアイバー毎に正確
に再現されなければならず、これは製造公差の点で実際
的ではない。
この問題は必要なものよりわずかに大きな入射直径を
有する、即ち、diを入射面における直径とし、dfをフア
イバーの最終点或いは感度のある点における直径として
わずかに大きな直径比di/dfを与えるフアイバーを作る
ことにより回避することができる。このような構造によ
ると、入射放射は、これがフアイバーのサンプルで覆わ
れた部分に達した時フアイバーからの漏出を開始する
が、その点に到るまでの空気のよい小さな周囲屈折率は
フアイバー表面を通してのエネルギー損失を防止する。
これは使用可能な最大直径比に対する拘束として用いら
れる。後者は、フアイバー／サンプル界面により与えら
れ得るものより大きくなければならないが、フアイバー
／空気界面における内部の全反射を保証するものより小
さくなければならない。この関係は、 と表わすことができ、ここにn0はフアイバーの屈折率、
n1はサンプルの屈折率、NAiはフアイバーの入射面にお
ける開口数である。これ等の条件の下では、より大きな
入射領域により収集された余分の光は、この光が、周囲
媒体がサンプルと同じ屈折率を持つ部位またはゾーンに
達するまでは、フアイバー内にとどまることになる。大
きなdiはエネルギー入力が大きいことを意味するので、
エネルギー損失は漏出放射がない場合のより小さなdiの
装置の場合と同じ正味の移動エネルギー量を残すことに
なるが、漏出エネルギーは背景放射を与えるので許容さ
れるべきではない。このため、第４図に示したように
（ここでは、同じ数値は第２図の実施例に関して同じ部
分を示す。）、フアイバーから漏出した放射が背景問題
を惹起する傾向のある部位32と36の間の接合部におい
て、或いはそれに隣接して、フアイバーをその周囲でフ
アイバーと接触する放射吸収カラー42で囲繞し、且つこ
のカラーは出来るだけ適切にサンプル溶液のものに整合
した屈折率を持つ材料で形成するようにする。例えば、
サンプルが水溶性の場合、カラー42は吸収染料またはカ
ーボンブラツクで充填されたゲル、或いは黒色のポリテ
トラフルオロエチレンなどの放射吸収プラスチツクのリ
ングで形成される。
直径比の増加は製造公差要件を下げるだけでなく、検
定装置のフアイバーに対する、軸方向および横方向の、
要求された位置決め公差を低減させる。入射面の面積の
増加は横方向の位置決め公差要件を低減させる。という
のは、この様な場合には、集光ビームに対して、それが
入射面を出る前に横方向に迷つて進む距離が大きくなる
からである。面積が増加すると、同じ開口数を得るのに
必要な受容角Ｂも低減させるので、入力光学系の許容焦
点深度が大きくなり、またこの焦点深度内に残るためフ
アイバーの入射面に対し要求される軸方向の許容値が緩
和される。
本装置によれば、サンプルの屈折率とフアイバーコア
ーの屈折率ｉとにより課される拘束の下で達成できる大
きな開口数を持つ光フアイバー検定装置を提供すること
ができる。この場合のフアイバーは米国特許第4,447,54
6号明細書に記載された微細なフアイバーではなくかな
り頑丈なガラス「ロツド」から製造されるので、使用す
るガラスの種類、即ち電気通信用ガラスに制限されず、
従つてサンプルに接触するフアイバー部位で得ることが
できる最大開口数を更に増強する屈折率が非常に大きな
ガラスを用いることができる。実際、サンプル部位での
最大開口数を１より大きくすることができる。これを、
フアイバーをテーパー化せずに達成するためには、イル
ミネーターは液浸式にする必要がある。即ち、テーパー
化フアイバーの入射開口数は、サンプルとの接触点でこ
のテーパー化フアイバーの内側に存在する開口数より小
さくすることができるので、入射開口数が１以下の値を
保つような大きな入射直径を持つフアイバーを用いるこ
とにより液浸なしで済ますことができる。
更に、本発明のテーパー化フアイバーを用いることに
より小さな開口数の入射用レンズの使用が可能になる。
このような開口数の小さなレンズは安価で製造が容易、
収差補正が良好で、透過率を大きくでき、また良好な焦
点深度を与えるので、それ等による集光動作はより容易
になる。
本発明によるテーパー化フアイバー自体は（少なくと
もこれを装着或いは保持する端部で）従来の検定装置の
場合より直径を大きくできるので、このテーパー化フア
イバーを用いて、より頑丈で、位置決め公差がより緩和
された装置を構成することができる。更に、このテーパ
ー化フアイバーの入射端部或いは広い端部は従来のもの
が必要とする程大きな開口数を持つ必要がないので、合
理的な屈折率のクラツドが可能となり、フアイバーの保
持や装着の問題はとるにたらぬものとなる。
光フアイバーを用いた検定装置においては、サンプル
の屈折率の制御不能な小変動の読取り値に与える効果は
最小にしなければならない。表面層の屈折率の小さな変
動も、制御が困難である。何故なら、これ等の変動は、
抗体層などの試薬がフアイバーの表面に塗膜された状態
に依存するからである。本発明のテーパー化フアイバー
はこのように有効開口数を改良しまた上記のような検定
装置に大きな屈折率のフアイバーが使用可能なので、表
面膜や背景屈折率を制御する厳しさが大きく低減され、
またより良好な測定が可能となる。例えば、屈折率が約
1.76のテーパー化フアイバーを用いた検定装置では、水
および血清のサンプルをそれぞれ用いた測定は、標準の
円筒状非テーパーフアイバーを用いた装置の約２倍と対
照してみると約10％の応答変動を示した。
けい光検定装置にテーパー化フアイバーを用いるとか
なりの利点が得られる。クラツドを拡張した場合の正常
フアイバーに対する開口数の限界は（液体サンプルに対
して）大雑肥に0.3であり、短いセグメントのクラツド
を用いた場合は0.4であり、クラツドへの若干の損失を
許容することができる。本発明のテーパー化フアイバー
によれば、1.0以上の開口数を容易に得ることができ
る。特定の被検定サンプルに対して最適な開口数を得る
には、テーパー比は、開口数の比がサンプル部位で望ま
しい最終の開口数を与えるように選択されるべきであ
る。このようにして得られる最大開口数はフアイバーの
二乗屈折率−サンプルの二乗屈折率の平方根として与え
られる。例えば、最大開口数は大きな屈折率1.76のフア
イバーおよび屈折率1.351のサンプルに対しては１、12
である。この大きな開口数は、標準の円筒状フアイバー
で得られる感度より約500倍も大きい。
開口数による検定装置信号の改良は、次の４つの最適
因子により与えられる。即ち、装置の集光能力の二乗因
子、エバネツセント波を励起する効率の二乗因子、エバ
ネツセント波により発生したけい光の集光効率の二乗因
子、更にこのけい光の集光立体角の二乗因子により与え
られる。しかしながら、フアイバーの屈折率が増加する
と結合強度が固有に減少し、従つて開口数が大きい場合
８次べきの増強を期待することはできないかくして、開
口数の大きなテーパー化フアイバーを用いた検定装置に
よつた場合の改良は、理論値による10,000倍は得られ
ず、大雑肥に最大500倍程度である。この改良が得られ
る理由は特に、エバネツセントゾーンの厚みが開口数が
大きいと小さくなり、従つてより小さな体積部分がサン
プルされるということによる。バルクのサンプルに対し
ては厚み効果が存在し、また小さなフアイバーにおける
ように厚み効果がない所でも屈折率の不整合および界面
に沿つての放射の結合強度の変動に起因して小さな厚み
効果が更に存在する。
本発明のフアイバーの以上の説明においては、テーパ
ー部分と出射部分36は均一と考えられ、少なくともその
ように扱われたが、これは必要なことではなく、特に望
ましくない場合もある。第５図に特に示したように、フ
アイバー20は、上記の部分32と36にそれぞれ対応して、
２つの突合わせセクシヨン46と48から形成されるが、テ
ーパー化部分46は透明なポリメチルメタクリレートなど
の合成ポリマーから形成され、更に部分48は光学ガラス
で形成され、従つてこれ等の部分の間の接合はフアイバ
ーに沿つて伝搬する放射が最大に透過できるように当然
注意して構成しなければならない。
第６図に示したように、本発明によるフアイバーは更
に光伝送路における入・出力光学系の直径を整合する遷
移要素としても利用可能である。第６図において、フア
イバー20は入射面22において、通常は小形に出来ないレ
ーザまたは発光ダイオードなどの固体光源50に結合さ
れ、またフアイバー20の遠位端部24は伝送用光フアイバ
ー52の入力に結合される。後者の出力は次に光電検出器
54に結合される。１方、他の遷移が望ましい場合は、フ
アイバー52の出力は他の同様のフアイバー20のより小さ
な端部に結合し、そのより大きな端部は上記検出器54に
結合すればよい。
以上に記載した装置と方法は本発明の範囲から逸脱す
ることなく変更が可能であり、従つて上記説明並びに添
付図面でなされた説明は単なる例示として与えられたも
のであり、何等の制限を課するものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理によるフアイバーの拡大断面図の
理想状態を示したものであり、 第２図は本発明の原理を具体化した、理想化した光フア
イバーを用いた検定装置の拡大長手方向断面図であり、 第３図は第２図の検定装置の入射端部の立面図であり、 第４図は本発明の原理によるフアイバー構造の他の形態
の理想化した拡大断面図であり、 第５図は本発明の光フアイバーによる他の検定装置の拡
大長手方向断面図であり、更に、 第６図は、通常の固体光学伝送装置における遷移要素と
しての本発明のフアイバーを用いた装置の概略を示す。 （主要部分の符号の説明） 20……フアイバー、22……フアイバー入射面、24……フ
アイバー端子端部、26……液体検定装置、28……閉鎖部
分、30……装着手段、32……テーパー部分、34……入射
部分、36……出射部分、38……フエルール、40……パー
ホレーシヨン、42……成端部、43……塗膜、44……内部
空間、45……けい光計、46……テーパー部分、46、48…
…突合わせ部分、50……固体光源、52……伝送用光フア
イバー、54……光検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭51−149034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−11044（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−81560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−49240（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放射源と、前記放射を透過し、前記放射を
    導入できる入射面を備えた光ファイバーからなり、前記
    光ファイバーは前記入射面から該光ファイバーに沿って
    長手方向に隔置された位置までの間でその直径が減少す
    るように滑らかにテーパー化されていることを特徴とす
    る、エバネッセント波免疫検定用光学装置。
  2. 【請求項２】光ファイバーは入射面からテーパー状にさ
    れ、且つ該テーパーは約５゜以下である特許請求の範囲
    第１項に記載の光学装置。
  3. 【請求項３】放射源は固体発光体である特許請求の範囲
    第１項に記載の光学装置。
  4. 【請求項４】放射源はレーザである特許請求の範囲第１
    項に記載の光学装置。
  5. 【請求項５】入射面に光学的に結合されて光ファイバー
    を逆に伝搬する放射を検出する検出手段を含む特許請求
    の範囲第１項に記載の光学装置。
  6. 【請求項６】光ファイバーの対向端数の開口部は空気に
    より囲繞された前記ファイバーに対して1.0以上である
    特許請求の範囲第１項に記載の光学装置。
  7. 【請求項７】入射面と、該入射面から隔置された位置の
    中間の光ファイバー周りで接触配置された放射吸収カラ
    ーを備えた特許請求の範囲第１項に記載の光学装置。
  8. 【請求項８】励起放射による励起時にけい光を発するこ
    とができるけい光標識を含む試薬により免疫測定を行う
    光学装置であって、前記励起用放射と前記けい光の両者
    を透過させる光ファイバーにして、該ファイバー表面の
    少なくとも１部を境界とするゾーン内に、該ゾーン内に
    配置され得るけい光標識からけい光を励起し得るエバネ
    ッセント波を生成するように、前記励起用放射を伝搬さ
    せ得る入射面を備えた光ファイバーを有した光学装置に
    おいて、 前記光ファイバーが前記入射面から該光ファイバーに沿
    って長手方向に隔置された位置までの間でその直径が減
    少するように滑らかにテーパー化されていることを特徴
    とする光学装置。
  9. 【請求項９】試薬は抗原・抗体複合体である特許請求の
    範囲第８項に記載の光学装置。
  10. 【請求項１０】ゾーンを含み且つ少なくとも部分的に光
    ファイバー表面の部分を境界とする体積部分の境界を定
    める手段を有した特許請求の範囲第８項に記載の光学装
    置。
  11. 【請求項１１】体積部分は細管の寸法である特許請求の
    範囲第10項に記載の光学装置。
  12. 【請求項１２】境界規定手段は光ファイバー表面の少な
    くとも一部分を囲繞し且つそれから隔置された細長い閉
    鎖手段により構成された特許請求の範囲第10項に記載の
    光学装置。
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