JP3064313B2 - 光学インターフェース手段 - Google Patents
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Description
規な手段、一層詳しくは、非恒久的光結合を行う再使用
可能な固体タイプの手段に関する。さらに詳しくは、本
発明はプリズムおよび少なくとも1つの検知領域を持つ
センサユニットの間に、屈折および回折がなくかつ散乱
の小さい非恒久的で受動的な光結合を繰り返し達成でき
るようにした光学インターフェース手段に関する。
屈折あるいは回折のない)光結合を行う従来の方法で
は、浸漬オイルによって、あるいは或る種の用途では、
適当な屈折率を有する未硬化シリコーンゴム組成物によ
って2つの要素を密封結合する。この方法では、正確な
量の結合媒質を給送しなければならず、手作業か機械的
な装置のいずれかが必要である。浸漬オイルも、新しい
結合作業を行う毎に一方あるいは両方の要素から除去し
て、障害になる気泡のない良好な光結合を行わなければ
ならない。このような浸漬オイル除去は拭い取りその他
の清掃作業で行うが、きたなくて時間のかかる作業であ
り、光学面に擦り傷を生じさせる危険があるのに加え
て、たとえば、営業的な測定機器などで自動化するのが
難しい。さらに、オイルは機器部品や光学部品、検知面
を汚し易く、もちろん、これは特に営業用の装置ではか
なりの不便を招く。
上記および他の欠点、欠陥を解消する、好ましくは、光
学結像装置で使用するための改良した受動光結合手段を
提供することにある。
ほぼ皆無の屈折あるいは回折、そして、低光散乱を確保
しようとしている媒体の少なくとも一方に関して整合し
た屈折率を有する再使用可能な受動光結合手段を提供す
ることにある。
じかあるいは他の固体光伝達媒体に繰り返し接続または
「ドッキング」できること)であり、汚染したときある
いは使用不能となったときに交換することができる受動
光結合手段を提供することにある。
えば固体光学的透明媒体(たとえば、ガラス・プリズ
ム)と別の光学媒体(たとえば、ガラス、水、空気)の
間で非恒久的受動光結合を行う再使用可能な光学固体タ
イプのインターフェース手段によって達成される。
段(以下、ときに、単に「光学インターフェース」と呼
ぶことがある)は、支持部材と、支持部材に支持された
光学的に透明な弾性材料で作った1つまたはそれ以上の
(整形)部材とからなり、このあるいはこれらの(整
形)部材が前記光伝達媒体のうちの少なくとも一方と接
触するようになっており、それに整合した屈折率を有す
る。
あってもよく、弾性材料部材はその中に懸架される。そ
の場合、支持手段が透明である必要はないし、または、
弾性材料部材を透明な支持手段(たとえば透明なプレー
トあるいはディスクもしくはレンズまたはプリズム)の
片面あるいは両面に取り付けてもよい。後者の場合、も
ちろん、透明弾性材料は支持手段に関しても整合した屈
折率を持たなければならない。特に後で述べたケースで
は、支持手段は取り扱いを容易にするためにホルダなど
を備えていると好ましい。
的なものであり、弾性材料の屈折率が特別な用途毎にそ
れに従って接触している媒体とほぼ一致するかあるいは
適合するということを意味している。たとえば、入射光
が光結合手段と固体媒体の間の平らなインターフェース
接触面に対して直角な場合には、それぞれの材料の屈折
率の差は非常に「広範囲」にわたっていても許される。
それに対して、斜めの入射光の場合には、屈折率のずれ
は控えめすなわち小さくなければならない。
防止するように整形してあるのが好ましい。最適な接触
面形状は、もちろん、特定の用途によって異なり、たと
えばドーム形や段突き等が考えられる。
度、屈折率などに関する特別の要件を満たす材料であれ
ばいかなるものでもよく、或る特定の用途に合った適当
な材料を見つけるのは、本開示内容から、当業者にとっ
てその常識内で可能である。広範囲にわたる材料等級の
例としては、透明ゴムあるいは(架橋)エラストマー、
たとえばシリコーンゴムあるいはポリブタジエン、なら
びに透明エポキシ樹脂を挙げることができる。
いるあらゆる状況、用途あるいは装置に応用可能であ
る。反射面を固定光結合ガラス体から分離できるように
しようとしている「内面反射」に基づくすべての測定原
理に合わせた光結合がその好例であり、たとえばART(A
ttenuated Total Reflection)の測定、たとえばSPR技
術(表面プラズモン共鳴)、ブルースター角反射測定
法、エバネッセント波エリプソメトリー、IRS(Interna
l Reflection Spectroscopy)、たとえば内面反射赤外
線分光法、内面反射蛍光発光、全内面反射蛍光発光があ
る。本発明の結合手段または光学インターフェース手段
に合った他の考えられる用途は次の通りである。
カップラ。
ユニットに対する光結合。
内ユニットに対する光結合。
対する結合照明光。
赤外線領域における光結合。
法でも使用できる。それ故、或る入射角範囲にあり、プ
リズムまたは光ファイバ内で反射した光線を、プリズム
と互換性透明液体含有プロセスパイプまたはフローセル
の間で光学インターフェースを介して結合することがで
きる。
ある。それ故、光学インターフェースは平らな導波管と
格子領域を備えた互換性のある平らな導波管あるいは透
明プレートの間で光を結合するのに使用できる。
率検出器にある。この技術は、プリズム面がフローセル
の一側面を形成している場合にプリズムからフローセル
に光線を結合することに基づいている。さらに、検体の
存在による屈折率の増大が、フローセルの反対側面を形
成している反射面からプリズム内へ反射してくる光の強
さの測定値として測定される。光学インターフェースを
使用することによって、光線は、プリズムと、フローセ
ルの固定側面または交換可能な側面を形成する交換可能
な平らな透明プレートとの間で結合され得る。
明する。
顕微鏡検査装置に使用する例を示す部分概略図である。
表面プラズモン共鳴(SPR)に基づく光学バイオセンサ
装置に使用する例を示す概略展開図である。
フェースの平面図である。
・ユニットと液体処理用ブロックに結合した本発明によ
る光学インターフェース手段の断面図である。
ラス3と基板ガラス4との間に封じ込まれた試験片2を
検査するように設定してある。この試験片は、たとえ
ば、試験片2、カバーガラス3、基板ガラス4に第2の
光学インターフェース5を介して結合した光ファイバー
5aによって照射されることができる。対物レンズ1は、
カバーガラス3に取り浸けた透明な弾性材料層すなわち
扁平体6を介して、カバーガラス3に光結合してある。
この扁平体はレンズ1との空気を排除した密着状態にあ
る。カバーガラス・プレート3とそれによって支持され
た透明弾性材料層6は再使用可能な光結合手段すなわち
光学インターフェースを構成している。この場合の入射
光は対物レンズ1と光結合器6との接触境界面に対して
直角となっているので、レンズ1の屈折率と透明弾性材
料層6の屈折率の控えめなずれは光結合性能にとっては
無害である。光学インターフェースの組立体3、6は、
光結合用の浸漬オイルを用いる場合のようにレンズを拭
う必要なしにレンズ1に容易にかつ繰り返し取り付けた
り、取り外したりすることができる。
面に透明材料の対向した弾性層を有する別の透明プレー
トからなる。この場合、光学インターフェースはレンズ
とカバーガラス・プレートの間に挿入できる別のユニッ
トとなり、たとえば、適当な手段によって顕微鏡に固定
するようにすることができる。
学バイオセンサ装置を概略展開図で示している。この光
学バイオセンサ装置は、光源7と、プリズム10に向かっ
て横方向に延びる発散ビーム9を送る第1レンズ手段8
とを包含し、ビームはプリズムの底面に合焦して光のす
じ11を形成する。センサ・ユニット12の検知領域から反
射してきた光線はアナモルフィック・レンズ系13を経て
二次元光検出器装置14上に結像する。光検出器で発生し
た電気信号はコンピュータの形をした評価装置15内で処
理される。プリズム10および本発明による光学インター
フェース16によって、光はセンサ・ユニット12上の光の
すじ11に送られる。このセンサ・ユニットは流路18A〜1
8Dの多数の平行な上向き開放部17A〜17Dと接触して位置
させるようになっている。図には、流路の18Aのみが示
してある。流路は液体処理用ブロック・ユニット19の一
部となっている。この液体処理用ブロック・ユニット19
は各流路のための概略的に示す入口接続手段20と出口接
続手段21とを備えている。
ート16のより詳しい細部の平面図であり、第4図は第2
図におけるプリズム10とセンサ・ユニット12との間に挿
入された光学インターフェースを示している。このと
き、光センサ・ユニット12は流路17A〜17Dを含む液体処
理用ブロック・ユニット22と接触している。光学インタ
ーフェース16は2つの突出する舌片24、25を有する金属
(または、プラスチック)のフレームまたはホルダ23を
包含する。これらの舌片はそれぞれ1つずつ孔を備えて
おり、これらの孔26、27は舌片を完全に貫通しており、
光源7、レンズ手段8、プリズム10、結像光学ユニット
13および光検出器装置14を固定位置に収容するハウジン
グ(図示せず)の2つのガイド・ピンを受け入れるよう
になっている。ガイド・ピンはフレーム23を適正な位置
に保持するのに役立つ。フレーム23は2つのフランジ2
8、29を有し、これらのフランジに対してガラスまたは
プラスチックの透明プレート30が取りつけてある。透明
プレート30は、その片面に、並んだ状態の多数の長手方
向に伸びる隆起31を備えている。透明プレートの反対面
には、先に述べた片面の隆起と対向して位置する同数の
長手方向に平行な隆起32が設けてある。これらの隆起は
透明弾性材料で作られており、流路の上向き開放部分17
A〜17D間の距離に対応する距離隔たっている。第4図で
より明瞭にわかるように、隆起31、32は、各側面に長手
方向に延びる段部33を有し、これらの段部は一連の階段
状の断面形状を有する構造を構成している。これらの段
付き構造のそれぞれの最上部段または頂部プラットフォ
ームは、センサ・ユニット12およびプリズム10のそれぞ
れに対して弾力的に押し付けられる。この段付き構造
は、プリズム10およびセンサ・ユニット12のそれぞれに
隣接する境界面間に空気ポケットが生じるのを防ぐ。第
4図は、第2図のバイオセンサ装置の分析位置にあるプ
リズム10、光学インターフェース・プレート16およびセ
ンサ・ユニット12を示している。隆起31、32は、それら
の間の距離が流路18A〜18Dの上向き開放部分17A〜17D間
の距離に一致するように隔たっている。
イド・ピン用の孔26、27、センサ・ユニット12のキャリ
ヤ・プレート(図示せず)上の対応する孔および液体処
理用ブロック・ユニットの上向き開放部分17A〜17Dの固
定取りつけというこの配置により、下方の隆起32が対応
する上向き開放部分17A〜17Dのすぐ上に位置する光源と
して役立つことができる。隣接した隆起32からの散乱光
は個々の検知面についての共鳴角の決定を妨げることが
ない。こうして、多数の流路部分を互いに隣接してパッ
クすることが可能となる。たとえば、20個までのこのよ
うな上向き開放部分を約10mmの幅の範囲内に一緒にパッ
クすることができ、しかも、散乱光が測定操作になんら
干渉することがない。
より光学インターフェースを手で提げることができ、上
述したように、プリズム10上に正しく位置決めすること
ができる。
とができ、たとえば、接着剤でフレーム23に取りつける
ことができる。上記の用途の場合、適当な厚さは約100
μmである。透明プレート30は、少なくともプリズム10
とほぼ同じ屈折率を持たなければならない(斜めの入射
光の場合)。
材料も、プレート30およびプリズム10とほぼ同じ屈折率
を持たなければならない。弾性材料としては、たとえば
シリコーンゴム、ポリブタジエンまたはエポキシ樹脂が
ある。硼珪酸塩ガラスとほぼ同じ屈折率(ne=1.51)を
有するシリコーンゴムとしては、商品名Dow Corning Op
tigard X3−6663 Optical fiber coating(ne=1.51)
がある。上記の用途にとって、隆起31、32は、たとえば
長さ約7mm、幅約700μm、高さ約50μmである。図示の
段付き構造の代わりに、隆起は空気ポケットの発生を防
ぐドーム形状などであり得る。
折率、厚さおよび寸法のガラス片を金属フレームに接着
し、次いでシリコーンゴムのような透明弾性材料の隆起
を、適当な材料、たとえば金属、プラスチック、セラミ
ックあるいはシリコンなどの材料で作った成形型で成形
することによってガラスに取り付けることによって製造
することができる。
けることによって、光結合に使用することに加えて、す
べての光結合用隆起にとって均一な圧縮ならびに均質な
環境を保証できる。したがって、たとえば、ただ1つの
光結合用隆起の場合、2つの側面隣接隆起を設けるのが
好ましい。
ットに面するガラス・プレートの側面にのみ透明弾性材
料を設け、ガラス・プレートの反対面を浸漬オイルによ
ってプリズムに取りつけてもよい。
に何ら限られるものではなく、請求の範囲に記載した発
明の概念の範囲内で多くの修正、変更が可能である。
顕微鏡検査装置に使用する例を示す部分概略図である。
表面プラズモン共鳴(SPR)に基づく光学バイオセンサ
装置に使用する例を示す概略展開図である。
フェースの平面図である。
・ユニットと液体処理用ブロックに結合した本発明によ
る光学インターフェース手段の断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】透明な板状支持部材および該支持部材の2
つの平面状主面の少なくとも一方に取付けられた光学的
に透明な弾性固体材料の少なくとも1つの整形体で構成
され、前記支持部材および前記少なくとも1つの整形体
が、平面状の面を有する光学的に透明な平面状の2つの
基板の間に配置され、前記整形体が前記透明な基板に対
してあてがわれ、かつ弾性的に接触するように、前記少
なくとも1つの整形体が基板上の少なくとも1つの平面
状の面に対して結合され、前記基板間に少なくとも1つ
の光結合路を形成する光学インターフェース手段であっ
て、 前記2つの基板がプリズムおよび内面反射に基づく測定
装置内に少なくとも1つの検知領域を有するセンサ・ユ
ニットで構成され、前記少なくとも1つの整形体は、前
記支持部材の一方の主面上の縦方向に延びる平行な隆
起、および前記隆起に整合した支持部材の他方の主面上
の縦方向に延びる平行な隆起で構成され、前記支持部材
の一方および他方の主面に形成された隆起は、入射光ビ
ームの断面全体をセンサ・ユニットに光結合させるのに
少なくとも十分な長さであり、そして前記検知領域に直
接向い合ってセンサ・ユニットに圧接され、このように
してセンサ・ユニット内に光を差向けるようにし、そし
て前記弾性材料が前記透明基板とほぼ同じ屈折率を有す
ることによって、前記プリズムおよびセンサ・ユニット
の間に、屈折、回折がなくかつ散乱の小さい非恒久的な
受動的な光結合が繰返し達成されるようにすることを特
徴とする光学インターフェース手段。 - 【請求項2】センサ・ユニットが2つ以上の検知領域を
有し、支持部材の一方および他方の主面上に形成された
隆起が、検知領域間の距離に対応する距離で相互に隔た
っている、請求項1記載の光学インターフェース手段。 - 【請求項3】支持部材のいずれかの主面上に形成された
隆起が、縦方向に延びる多数の段部を有する階段状の断
面を有し、それぞれの隆起の一番上の段部が、センサ・
ユニットおよびプリズムのそれぞれに密閉空気ポケット
を形成することなく、弾性的に圧接できるようになって
いる請求項1記載の光学インターフェース手段。
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