JP3139770B2 - チップレベル導波管センサ - Google Patents
チップレベル導波管センサInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
-
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-
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-
- G—PHYSICS
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、広くは光学的化学センサ（optical chemic
al sensors）に関し、より詳しくは光学的導波管化学セ
ンサ（optical waveguide chemical sensors）に関す
る。
al sensors）に関し、より詳しくは光学的導波管化学セ
ンサ（optical waveguide chemical sensors）に関す
る。
光ファイバ及び他の導波管に基づく種々の光学的化学
センサが開発されている。Klainer等の米国特許第5,16
5,005号には、薄膜金属コーティングを備えており且つ
外部光源及び検出器が導波管に光学的に連結される平面
導波管構造が開示されている。
センサが開発されている。Klainer等の米国特許第5,16
5,005号には、薄膜金属コーティングを備えており且つ
外部光源及び検出器が導波管に光学的に連結される平面
導波管構造が開示されている。
この従来技術に付随する問題は、検出器全体が一体化
されていないこと、すなわち、種々の感応化学物質（se
nsing chemistry）について導波管全体を交換しなけれ
ばならないことである。従って、一体構造をもつ導波管
化学センサであって、感応化学物質を容易に変更できる
導波管化学センサを提供することが望まれている。
されていないこと、すなわち、種々の感応化学物質（se
nsing chemistry）について導波管全体を交換しなけれ
ばならないことである。従って、一体構造をもつ導波管
化学センサであって、感応化学物質を容易に変更できる
導波管化学センサを提供することが望まれている。
発明の要約 従って、本発明の目的は、一体構造をもつ導波管化学
センサを提供することにある。
センサを提供することにある。
本発明の他の目的は、互換可能な感応化学物質を備え
た導波管化学センサを提供することにある。
た導波管化学センサを提供することにある。
本発明は、少なくとも１つの光源及び少なくとも１つ
の検出器が内部に一体成形された基板すなわちチップ上
に取り付けられた少なくとも１つの導波管アームを有す
る導波管化学センサである。導波管アームは、基板上
に、（例えば接着により）固定的に取り付けるか、又は
（例えば機械的クリップにより）着脱可能に取り付ける
ことができる。導波管アーム又はその部品も、基板すな
わちチップ自体の一部として成形（例えばモールド成
形）することができる。基準チャンネルを設けることも
できる。異なる感応化学物質をコーティングするか、異
なる感応化学物質で、異なる検出アームを形成できる。
導波管アームの反射端面は、導波管アームを通って透過
される光を基板内の検出器に指向させる。
の検出器が内部に一体成形された基板すなわちチップ上
に取り付けられた少なくとも１つの導波管アームを有す
る導波管化学センサである。導波管アームは、基板上
に、（例えば接着により）固定的に取り付けるか、又は
（例えば機械的クリップにより）着脱可能に取り付ける
ことができる。導波管アーム又はその部品も、基板すな
わちチップ自体の一部として成形（例えばモールド成
形）することができる。基準チャンネルを設けることも
できる。異なる感応化学物質をコーティングするか、異
なる感応化学物質で、異なる検出アームを形成できる。
導波管アームの反射端面は、導波管アームを通って透過
される光を基板内の検出器に指向させる。
図面の簡単な説明 第1A図及び第1B図は、基準アーム及び検出アームを備
えた導波管センサを示す、それぞれ、側面図及び斜視図
である。第1C図は、検出アームの導波管が感応化学物質
で形成された第1A図及び第1B図の導波管センサを示す斜
視図である。
えた導波管センサを示す、それぞれ、側面図及び斜視図
である。第1C図は、検出アームの導波管が感応化学物質
で形成された第1A図及び第1B図の導波管センサを示す斜
視図である。
第2A図及び第2B図は、基準アーム及び検出アームを備
えた導波管センサの他の実施例を示す、それぞれ、側面
図及び斜視図である。
えた導波管センサの他の実施例を示す、それぞれ、側面
図及び斜視図である。
第2C図は、検出アームの導波管が感応化学物質で形成
された第2A図及び第2B図の導波管センサを示す斜視図で
ある。
された第2A図及び第2B図の導波管センサを示す斜視図で
ある。
第3A図〜第3C図は、多アーム導波管センサを示す図面
である。
である。
第3D図は、検出アームが感応化学物質で形成された第
3A図〜第3C図の導波管センサの他の実施例を示す斜視図
である。
3A図〜第3C図の導波管センサの他の実施例を示す斜視図
である。
第3E図は、導波管アームの組立体を示す第3A図〜第3C
図の導波管センサの平面図である。
図の導波管センサの平面図である。
第3F図は、多数の光源を備えた多アーム導波管センサ
を示す。
を示す。
第3G図及び第3H図は、多数の光源を備えた多アーム導
波管センサの他の実施例を示す。
波管センサの他の実施例を示す。
第4A図〜第4D図は、一体導波管形成要素を備えた成形
チップパッケージを示す。
チップパッケージを示す。
第4E図〜第4H図は、一体導波管形成要素を備えた成形
チップパッケージの他の実施例を示す。
チップパッケージの他の実施例を示す。
好ましい実施例の詳細な説明 第1A図及び第1B図に示すように、導波管センサ10はチ
ップの基板12上に形成され、チップ12内には、光源14及
び１対の検出器16、18が一体に形成されている。光源14
を一端に配置し、光源14及び検出器16、18はリニアに整
合される。しかしながら、他の幾何学的形状を使用する
こともできる。基準アーム22及び検出アーム24で形成さ
れた導波管20は、光源14及び検出器16、18と整合して基
板12上に取り付けられている。両アーム22、24は、ビー
ムスプリッタ26により分離されている。ビームスプリッ
タ26は、基準アーム22及び検出アーム24の傾斜端面を当
接させ且つ所望の反射及び透過を生じさせるための適当
な光学コーティングを施すことにより形成される。傾斜
反射端面28の下の光源14からの光は、反射端面28に入射
し且つ反射して光ビームを下流側の導波管20に送る。ビ
ームスプリッタ26は、光の一部を下に横たわる基準検出
器16へと反射し且つ残余の光を検出アーム24（該検出ア
ーム24の一部には感応化学物質30がコーティングされて
いる）に透過する。検出アーム24を透過する光は、該光
が試料と相互作用するときに、感応化学物質30により影
響を受ける。吸収、蛍光及び屈折率を含む種々の感応化
学物質を使用できる。この結果得られる光は傾斜反射端
面32に入射し、該反射端面32は光を検出器18に向けて下
方に反射する。基準アーム22はコーティング23により覆
われている。
ップの基板12上に形成され、チップ12内には、光源14及
び１対の検出器16、18が一体に形成されている。光源14
を一端に配置し、光源14及び検出器16、18はリニアに整
合される。しかしながら、他の幾何学的形状を使用する
こともできる。基準アーム22及び検出アーム24で形成さ
れた導波管20は、光源14及び検出器16、18と整合して基
板12上に取り付けられている。両アーム22、24は、ビー
ムスプリッタ26により分離されている。ビームスプリッ
タ26は、基準アーム22及び検出アーム24の傾斜端面を当
接させ且つ所望の反射及び透過を生じさせるための適当
な光学コーティングを施すことにより形成される。傾斜
反射端面28の下の光源14からの光は、反射端面28に入射
し且つ反射して光ビームを下流側の導波管20に送る。ビ
ームスプリッタ26は、光の一部を下に横たわる基準検出
器16へと反射し且つ残余の光を検出アーム24（該検出ア
ーム24の一部には感応化学物質30がコーティングされて
いる）に透過する。検出アーム24を透過する光は、該光
が試料と相互作用するときに、感応化学物質30により影
響を受ける。吸収、蛍光及び屈折率を含む種々の感応化
学物質を使用できる。この結果得られる光は傾斜反射端
面32に入射し、該反射端面32は光を検出器18に向けて下
方に反射する。基準アーム22はコーティング23により覆
われている。
第1A図に示すように、基板12は、成形半導体チップパ
ッケージで構成するのが好ましい。光源14は、一般にLE
D又はレーザダイオードである。検出器16、18は、一般
にフォトダイオード（例えば、シリコンフォトダイオー
ド）である。光源14及び検出器16、18はチップパッケー
ジ内に一体成形されており、チップパッケージの表面上
には存在しない。チップパッケージは光学的に透明な材
料で作られ、光源及び検出器を周囲の環境から保護す
る。
ッケージで構成するのが好ましい。光源14は、一般にLE
D又はレーザダイオードである。検出器16、18は、一般
にフォトダイオード（例えば、シリコンフォトダイオー
ド）である。光源14及び検出器16、18はチップパッケー
ジ内に一体成形されており、チップパッケージの表面上
には存在しない。チップパッケージは光学的に透明な材
料で作られ、光源及び検出器を周囲の環境から保護す
る。
第1C図は、検出アーム24が検出アーム25で置換されて
いる点を除き、第1A図及び第1B図のセンサと同様な導波
管センサ11を示している。検出アーム25は感応化学物質
で形成されている。すなわち、感応化学物質は、第1A図
の実施例のように検出アーム24上にコーティングされて
いるのではなく、検出アーム25の全体が感応化学物質で
作られている。これは、吸収形センサ又は蛍光形センサ
において特に有効である。なぜならば、表面コーティン
グを使用する場合より、かなり多量の光が感応化学物質
を通過するからである。吸収の場合には有効経路長さが
増大され、蛍光の場合には、導波管内により多くの蛍光
波長が捕捉され、これにより信号により大きな変化が与
えられる。第1A図の傾斜した反射端面32は、アーム25を
通過する光を検出器18に反射させるための反射要素33
（例えば、プリズム）で置換される。
いる点を除き、第1A図及び第1B図のセンサと同様な導波
管センサ11を示している。検出アーム25は感応化学物質
で形成されている。すなわち、感応化学物質は、第1A図
の実施例のように検出アーム24上にコーティングされて
いるのではなく、検出アーム25の全体が感応化学物質で
作られている。これは、吸収形センサ又は蛍光形センサ
において特に有効である。なぜならば、表面コーティン
グを使用する場合より、かなり多量の光が感応化学物質
を通過するからである。吸収の場合には有効経路長さが
増大され、蛍光の場合には、導波管内により多くの蛍光
波長が捕捉され、これにより信号により大きな変化が与
えられる。第1A図の傾斜した反射端面32は、アーム25を
通過する光を検出器18に反射させるための反射要素33
（例えば、プリズム）で置換される。
第2A図及び第2B図は、第1A図及び第1B図のセンサ10の
変更例である導波管センサ15を示す。センサ15では、光
源14と基準検出器16との位置が逆になっている。すなわ
ち、この構成は依然としてリニアであるが、光源14は端
部ではなく中央部に配置されている。基準アーム22は、
光の一部をアーム22内に入力させるための、光源14上に
配置された傾斜反射端面29を有する。光はアーム22に沿
って傾斜反射端面28に進み、該反射端面28は光を基準検
出器16に向かって下方に反射する。第1A図及び第1B図の
検出アーム24は検出アーム27（該検出アーム27の一部に
は感応化学物質30がコーティングされている）により置
換されている。検出アーム27は光源14上の傾斜反射端面
31を有し、該反射端面31は光源14からの光の一部を検出
アーム27内に入力する。光は、感応化学物質30と相互作
用した後、傾斜反射端面32により検出器18に向かって下
方に反射される。
変更例である導波管センサ15を示す。センサ15では、光
源14と基準検出器16との位置が逆になっている。すなわ
ち、この構成は依然としてリニアであるが、光源14は端
部ではなく中央部に配置されている。基準アーム22は、
光の一部をアーム22内に入力させるための、光源14上に
配置された傾斜反射端面29を有する。光はアーム22に沿
って傾斜反射端面28に進み、該反射端面28は光を基準検
出器16に向かって下方に反射する。第1A図及び第1B図の
検出アーム24は検出アーム27（該検出アーム27の一部に
は感応化学物質30がコーティングされている）により置
換されている。検出アーム27は光源14上の傾斜反射端面
31を有し、該反射端面31は光源14からの光の一部を検出
アーム27内に入力する。光は、感応化学物質30と相互作
用した後、傾斜反射端面32により検出器18に向かって下
方に反射される。
第2C図は、検出アーム27が、感応化学物質で形成され
た検出アーム34で置換されている点を除き、第2A図及び
第2B図のセンサと同様である。第2A図及び第2B図の傾斜
反射端面31、32は、光をアーム34内に（及びアーム34か
ら）反射させる反射要素35、36（例えばプリズム）によ
り置換されている。
た検出アーム34で置換されている点を除き、第2A図及び
第2B図のセンサと同様である。第2A図及び第2B図の傾斜
反射端面31、32は、光をアーム34内に（及びアーム34か
ら）反射させる反射要素35、36（例えばプリズム）によ
り置換されている。
第3A図及び第3C図は、チップ56上に多数の導波管が設
けられたセンサ58を示す。図示の構成では、３つの異な
る導波管（検出アーム）60、62、64が使用されている。
これにより、一度に３つの異なる化学物質30a、30b、30
cの使用が可能になり且つ基準チャンネル66が設けられ
る。装置は単一の光源68及び多数の検出器70、72、74を
使用している。基準チャンネル66に向けられた第４の検
出器76を使用できる。チップ56内の光源68からの光は導
波管59の傾斜反射端面61に入射し、該反射端面61は、光
を導波管59内に反射してビームスプリッタ71に向かわせ
る。ビームスプリッタ71は光の一部を基準検出器76に向
けて反射する。ビームスプリッタ73、75は、透過光を分
割して、それぞれ感応化学物質30a、30b、30cでコーテ
ィングされた３つの導波管60、62、64に導く。化学物質
30a、30b、30cの作用を受ける導波管60、62、64を通る
光は、次に、傾斜反射端面63、65、67により反射され
て、それぞれ検出器70、72、74に導かれる。この構成
は、２つのアプローチすなわち、（１）同時に３つの異
なる検体を分析すること、又は（２）特異性の疑問があ
る場合に、目的検体に一致する２つ以上の感応化学物質
を使用して一致分析（coincident analysis）又は余剰
分析（redun−dant analysis）をすることに使用でき
る。使用できる導波管の数は、光源強度及び幾何学的考
察によってのみ制限される。
けられたセンサ58を示す。図示の構成では、３つの異な
る導波管（検出アーム）60、62、64が使用されている。
これにより、一度に３つの異なる化学物質30a、30b、30
cの使用が可能になり且つ基準チャンネル66が設けられ
る。装置は単一の光源68及び多数の検出器70、72、74を
使用している。基準チャンネル66に向けられた第４の検
出器76を使用できる。チップ56内の光源68からの光は導
波管59の傾斜反射端面61に入射し、該反射端面61は、光
を導波管59内に反射してビームスプリッタ71に向かわせ
る。ビームスプリッタ71は光の一部を基準検出器76に向
けて反射する。ビームスプリッタ73、75は、透過光を分
割して、それぞれ感応化学物質30a、30b、30cでコーテ
ィングされた３つの導波管60、62、64に導く。化学物質
30a、30b、30cの作用を受ける導波管60、62、64を通る
光は、次に、傾斜反射端面63、65、67により反射され
て、それぞれ検出器70、72、74に導かれる。この構成
は、２つのアプローチすなわち、（１）同時に３つの異
なる検体を分析すること、又は（２）特異性の疑問があ
る場合に、目的検体に一致する２つ以上の感応化学物質
を使用して一致分析（coincident analysis）又は余剰
分析（redun−dant analysis）をすることに使用でき
る。使用できる導波管の数は、光源強度及び幾何学的考
察によってのみ制限される。
第3D図は、検出アーム60、62、64が感応化学物質で形
成された検出アーム78、79、80により置換され且つ傾斜
反射端面63、65、67が反射要素81、82、83（例えばプリ
ズム）により置換されている点を除き、第3A図〜第3C図
のセンサ58と同様な多導波管センサ77を示している。
成された検出アーム78、79、80により置換され且つ傾斜
反射端面63、65、67が反射要素81、82、83（例えばプリ
ズム）により置換されている点を除き、第3A図〜第3C図
のセンサ58と同様な多導波管センサ77を示している。
第3E図は、第3A図〜第3C図の多アーム導波管センサ58
の構造を示す。基準チャンネル66を備えた導波管59は、
傾斜端面61から遠い側に設けられた平らな端面84を有し
ている。導波管60は、端面84に当接して、導波管59に対
し直角に配置されている。傾斜端面63から遠い側の導波
管60の端面は傾斜しており、ビームスプリッタ73を形成
している。導波管60（ビームスプリッタ73）の傾斜端面
に隣接して整合プリズム85が配置され、該整合プリズム
85は導波管64が直角に配置される平面を形成している。
傾斜端面67から遠い側の導波管64の端面は傾斜し、ビー
ムスプリッタ75を形成している。導波管62は、傾斜端面
65から遠い側の端部に、導波管62と導波管59とが整合す
るように導波管64の傾斜端面（ビームスプリッタ75）に
一致する傾斜端面を有する。ビームスプリッタ73、75
は、所望の反射特性及び透過特性を生じさせる適当な光
学コーティングを導波管60、62、64に施すことにより形
成される。
の構造を示す。基準チャンネル66を備えた導波管59は、
傾斜端面61から遠い側に設けられた平らな端面84を有し
ている。導波管60は、端面84に当接して、導波管59に対
し直角に配置されている。傾斜端面63から遠い側の導波
管60の端面は傾斜しており、ビームスプリッタ73を形成
している。導波管60（ビームスプリッタ73）の傾斜端面
に隣接して整合プリズム85が配置され、該整合プリズム
85は導波管64が直角に配置される平面を形成している。
傾斜端面67から遠い側の導波管64の端面は傾斜し、ビー
ムスプリッタ75を形成している。導波管62は、傾斜端面
65から遠い側の端部に、導波管62と導波管59とが整合す
るように導波管64の傾斜端面（ビームスプリッタ75）に
一致する傾斜端面を有する。ビームスプリッタ73、75
は、所望の反射特性及び透過特性を生じさせる適当な光
学コーティングを導波管60、62、64に施すことにより形
成される。
第3F図は、第3A図〜第3C図のセンサ58と同様に基板す
なわちチップ56上に形成されているが、多数の光源及び
単一の検出器を備えた導波管センサ86を示す。検出器7
0、72、74は、一般に３つの異なる波長をもつ３つの光
源90、92、94により置換され、光源68は、３つの全ての
光源90、92、94からの光を検出できる充分に広帯域の検
出器88により置換されている。ビームスプリッタ73は、
光源90の波長に対しては高度の反射性を有し且つ光源9
2、94からの波長に対しては高度の透過性を有する。ビ
ームスプリッタ75は、光源94の波長に対しては高度の反
射性を有し且つ光源92の波長に対しては高度の透過性を
有する。このビームスプリッタ特性は、適当な光学コー
ティングにより得られる。傾斜端面63、65、67は、光源
90、92、94からの光を導波管60、62、64に導くべく指向
させ、ブームスプリッタ73、75は光ビームを導波管（検
出及び基準アーム）59内に指向させる。導波管59は、光
の一部を基準検出器96に指向させるビームスプリッタ91
を有している。残余の光ビームは、感応化学物質30がコ
ーティングされた（又は感応化学物質 30を含有する）
導波管59を通過する。次に、変調ビームが端面61により
検出器88に向けて反射される。従って、この構成では、
単一の感応化学物質のみでよいが、３つの異なる光源を
必要とする。導波管60、62、64は、いかなる感応化学物
質も含有していない。
なわちチップ56上に形成されているが、多数の光源及び
単一の検出器を備えた導波管センサ86を示す。検出器7
0、72、74は、一般に３つの異なる波長をもつ３つの光
源90、92、94により置換され、光源68は、３つの全ての
光源90、92、94からの光を検出できる充分に広帯域の検
出器88により置換されている。ビームスプリッタ73は、
光源90の波長に対しては高度の反射性を有し且つ光源9
2、94からの波長に対しては高度の透過性を有する。ビ
ームスプリッタ75は、光源94の波長に対しては高度の反
射性を有し且つ光源92の波長に対しては高度の透過性を
有する。このビームスプリッタ特性は、適当な光学コー
ティングにより得られる。傾斜端面63、65、67は、光源
90、92、94からの光を導波管60、62、64に導くべく指向
させ、ブームスプリッタ73、75は光ビームを導波管（検
出及び基準アーム）59内に指向させる。導波管59は、光
の一部を基準検出器96に指向させるビームスプリッタ91
を有している。残余の光ビームは、感応化学物質30がコ
ーティングされた（又は感応化学物質 30を含有する）
導波管59を通過する。次に、変調ビームが端面61により
検出器88に向けて反射される。従って、この構成では、
単一の感応化学物質のみでよいが、３つの異なる光源を
必要とする。導波管60、62、64は、いかなる感応化学物
質も含有していない。
第3G図及び第3H図は、多数の光源及び多数の感応化学
物質を有する、第3F図のセンサ86の別の実施例を示す。
チップ56上の導波管センサ87は、一般に３つの波長を持
つ３つの光源90、92、94及び検出器88を有している。傾
斜端面63、65、67は、光源90、92、94からの光を導波管
60、62、64内に指向させ、これらの導波管で、光は最初
にビームスプリッタ93、95、97に出合い、該ビームスプ
リッタは光の一部を基準検出器51、52、53に指向させ
る。残余の光は、感応化学物質30a、30b、30cがコーテ
ィングされた（又は含有する）導波管60、62、64に通さ
れる。ビームスプリッタ73、75は、導波管60、62、64か
らの変調された光ビームを導波管59に通し（すなわち指
向させ）、導波管59において、光は端面61で検出器88に
向けて反射される。従って、この構成では、光源を備え
た各アームに感応化学物質が設けられるが、各検出アー
ムには基準検出器も設けられる。
物質を有する、第3F図のセンサ86の別の実施例を示す。
チップ56上の導波管センサ87は、一般に３つの波長を持
つ３つの光源90、92、94及び検出器88を有している。傾
斜端面63、65、67は、光源90、92、94からの光を導波管
60、62、64内に指向させ、これらの導波管で、光は最初
にビームスプリッタ93、95、97に出合い、該ビームスプ
リッタは光の一部を基準検出器51、52、53に指向させ
る。残余の光は、感応化学物質30a、30b、30cがコーテ
ィングされた（又は含有する）導波管60、62、64に通さ
れる。ビームスプリッタ73、75は、導波管60、62、64か
らの変調された光ビームを導波管59に通し（すなわち指
向させ）、導波管59において、光は端面61で検出器88に
向けて反射される。従って、この構成では、光源を備え
た各アームに感応化学物質が設けられるが、各検出アー
ムには基準検出器も設けられる。
導波管センサは、光源（単一又は複数）及び検出器
（単一又は複数）を収容する成形チップパッケージ上に
導波管構造を取り付けることにより、上記のように形成
できるけれども、本発明によれば、更に、成形チップパ
ッケージ内に導波管構造を一体成形することもできる。
第1A図〜第3H図の導波管構造は、基板すなわちチップパ
ッケージ12又は56の一部として成形できる。また、導波
管構造の部品を第4A図〜第4H図に示すように形成するこ
ともできる。これらの実施例では、チップ製造工程の一
部として、光伝播方向を定める要素がチップに形成され
る。作動センサを形成するのに、非常に簡単な要素を挿
入する必要があるに過ぎず、これらの要素を容易に互換
することにより多種類のセンサを作ることができる。こ
の設計により、液体感応化学物質の使用を可能にする液
体導波管を作ることもできる。
（単一又は複数）を収容する成形チップパッケージ上に
導波管構造を取り付けることにより、上記のように形成
できるけれども、本発明によれば、更に、成形チップパ
ッケージ内に導波管構造を一体成形することもできる。
第1A図〜第3H図の導波管構造は、基板すなわちチップパ
ッケージ12又は56の一部として成形できる。また、導波
管構造の部品を第4A図〜第4H図に示すように形成するこ
ともできる。これらの実施例では、チップ製造工程の一
部として、光伝播方向を定める要素がチップに形成され
る。作動センサを形成するのに、非常に簡単な要素を挿
入する必要があるに過ぎず、これらの要素を容易に互換
することにより多種類のセンサを作ることができる。こ
の設計により、液体感応化学物質の使用を可能にする液
体導波管を作ることもできる。
第4A図に示すように、光源14及び検出器16、18を備え
たチップ12上に、導波管形成要素36、38、39が一体成形
される。すなわち、チップ12が成形されるときに、成形
工程の一部として要素36、38、39が形成される。要素3
8、39、36は、それぞれ、光源14及び検出器16、18上に
形成される。光源14はリニア配置の一端に位置してい
る。要素36、38はコーナリフレクタであり且つ要素39は
ビームスプリッタである。導波管本体41が要素38、39の
間に容易に挿入され、且つ導波管本体42（該導波管本体
には感応化学物質30がコーティングされているか、導波
管本体の一部が感応化学物質で形成されている）が要素
39、36の間に容易に挿入されて、導波管センサ37が形成
される。第4B図に示すように、要素36、38、39間の空間
は、チャンネル45、46を形成する側壁44により包囲され
る。第4C図及び第4D図は、平面図及び側断面図である。
第4A図のインサート41、42はチャンネル45、46内に挿入
され、チャンネル45、46には試薬が充填され、次に第4D
図に示すように膜50で覆われる。膜50は側壁44に取り付
けることができる。
たチップ12上に、導波管形成要素36、38、39が一体成形
される。すなわち、チップ12が成形されるときに、成形
工程の一部として要素36、38、39が形成される。要素3
8、39、36は、それぞれ、光源14及び検出器16、18上に
形成される。光源14はリニア配置の一端に位置してい
る。要素36、38はコーナリフレクタであり且つ要素39は
ビームスプリッタである。導波管本体41が要素38、39の
間に容易に挿入され、且つ導波管本体42（該導波管本体
には感応化学物質30がコーティングされているか、導波
管本体の一部が感応化学物質で形成されている）が要素
39、36の間に容易に挿入されて、導波管センサ37が形成
される。第4B図に示すように、要素36、38、39間の空間
は、チャンネル45、46を形成する側壁44により包囲され
る。第4C図及び第4D図は、平面図及び側断面図である。
第4A図のインサート41、42はチャンネル45、46内に挿入
され、チャンネル45、46には試薬が充填され、次に第4D
図に示すように膜50で覆われる。膜50は側壁44に取り付
けることができる。
第4E図は、一体導波管形成要素35、36、38、39を備え
たチップ12の別の実施例を示す。この場合、光源14は中
央部に位置し、検出器16、18は両端部に位置している。
この場合にも、コーナリフレクタである要素35、36、3
8、39は、チップ12の製造工程の一部として形成され
る。導波管本体41が要素38、39の間に容易に挿入され、
且つ導波管本体43（該導波管本体には感応化学物質30が
コーティングされているか、感応化学物質を含有してい
る）が要素35、36の間に容易に挿入されて、導波管40が
形成される。第4F図に示すように、要素35、36、38、39
の間の空間は、チャンネル47、48を形成する側壁44によ
り包囲される。第4G図及び第4H図は、平面図及び側断面
図である。第4E図のインサート41、43はチャンネル47、
48内に挿入され、チャンネル47、48には試薬が充填さ
れ、次に第4H図に示すように膜50で覆われる。膜50は側
壁44に取り付けることができる。
たチップ12の別の実施例を示す。この場合、光源14は中
央部に位置し、検出器16、18は両端部に位置している。
この場合にも、コーナリフレクタである要素35、36、3
8、39は、チップ12の製造工程の一部として形成され
る。導波管本体41が要素38、39の間に容易に挿入され、
且つ導波管本体43（該導波管本体には感応化学物質30が
コーティングされているか、感応化学物質を含有してい
る）が要素35、36の間に容易に挿入されて、導波管40が
形成される。第4F図に示すように、要素35、36、38、39
の間の空間は、チャンネル47、48を形成する側壁44によ
り包囲される。第4G図及び第4H図は、平面図及び側断面
図である。第4E図のインサート41、43はチャンネル47、
48内に挿入され、チャンネル47、48には試薬が充填さ
れ、次に第4H図に示すように膜50で覆われる。膜50は側
壁44に取り付けることができる。
光源14及び検出器16、18を収容する一体成形チップパ
ッケージ12には、第1A図及び第2A図に示すように他の電
子部品を含めることができる。各検出器16、18に関連し
て、増幅器98又は他の信号処理電子部品を関連させるこ
とができる。光源14と基準検出器16との間には、一定の
光源出力を維持するためのフィードバック回路99を接続
させることができる。
ッケージ12には、第1A図及び第2A図に示すように他の電
子部品を含めることができる。各検出器16、18に関連し
て、増幅器98又は他の信号処理電子部品を関連させるこ
とができる。光源14と基準検出器16との間には、一定の
光源出力を維持するためのフィードバック回路99を接続
させることができる。
特別に説明した上記実施例は、請求の範囲の記載によ
ってのみ制限される本発明の範囲から逸脱することな
く、種々の変更を施すことができる。
ってのみ制限される本発明の範囲から逸脱することな
く、種々の変更を施すことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−240780（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−302887（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−98548（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−38552（ＪＰ，Ｕ) 国際公開91／10122（ＷＯ，Ａ１)
Claims (22)
- 【請求項１】モジュラ基板を有し、該基板内には、少な
くとも１つの光源及び少なくとも１つの光検出器が形成
され且つ光学的に透明な材料により覆われており、 前記基板上に取り付けられ且つ前記少なくとも１つの光
源及び少なくとも１つの検出器上に延びている導波管構
造を有し、該導波管構造は、前記少なくとも１つの光源
から前記導波管構造内に光を案内するための方向転換手
段及び前記導波管構造から前記少なくとも１つの検出器
に光を案内するための方向転換手段とを備え、 導波管構造の一部の上又は内部に形成された感応化学物
質を有する光学的導波管化学センサであって、 該光学的導波管化学センサが、成形半導体チップパッケ
ージに包まれているコンポーネントを持つ集積ユニット
を包含していることを特徴とする光学的導波管化学セン
サ。 - 【請求項２】前記モジュラ基板は、一端に配置された１
つの光源と、該光源とリニア配置をなす第１及び第２検
出器とを有し、導波管構造は、前記光源から第１検出器
へと延びた第１導波管本体と、第１導波管本体との結合
部を形成し且つ２つの検出器の間を延びた第２導波管本
体とで形成されていることを特徴とする請求の範囲第１
項に記載のセンサ。 - 【請求項３】光を光源から導波管構造に案内する手段
は、第１導波管本体に形成された傾斜反射端面を有し、
導波管構造から２つの検出器に光を案内する手段は、第
１導波管本体と第２導波管本体との間の結合部に形成さ
れたビームスプリッタと、第２導波管本体の遠位端部に
形成された傾斜反射端面とを有することを特徴とする請
求の範囲第２項に記載のセンサ。 - 【請求項４】前記感応化学物質は、第２導波管本体上又
は内部に形成され、第１検出器は基準検出器を形成する
ことを特徴とする請求の範囲第３項に記載のセンサ。 - 【請求項５】前記モジュラ基板は１つの光源と２つの検
出器とを有し、両検出器はこれらの間に配置された光源
とリニア配置をなしており、導波管構造は、前記光源か
ら一方の検出器へと延びた第１導波管本体と、前記光源
から他方の検出器へと延びた隣接する第２導波管本体と
で形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に
記載のセンサ。 - 【請求項６】光を光源から導波管構造に案内する手段
と、第１導波管本体の一端に形成された傾斜反射端面を
有し、光を導波管構造から検出器へと案内する手段は、
各導波管本体の前記一端から遠位端部に形成された傾斜
反射端面を有することを特徴とする請求の範囲第５項に
記載のセンサ。 - 【請求項７】前記感応化学物質は一方の導波管本体上又
は内部に形成され、他方の導波管本体は基準アームを形
成することを特徴とする請求の範囲第６項に記載のセン
サ。 - 【請求項８】前記モジュラ基板は１つの光源と幾何学的
パターンに配置された複数の検出器とを有し、導波管構
造は検出器から光源へと延びた複数の相互連結アームを
有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセン
サ。 - 【請求項９】感応化学物質は検出器へと延びた各アーム
上又は内部に形成されていることを特徴とする請求の範
囲第８項に記載のセンサ。 - 【請求項１０】検出器へと延びた各アーム上又は内部に
異なる感応化学物質が設けられていることを特徴とする
請求の範囲第９項に記載のセンサ。 - 【請求項１１】前記モジュラ基板は１つの光源と３つの
検出器とを有し、導波管構造は、光源から延びた第１導
波管アームと、該第１導波管アームからそれぞれの検出
器へと延びた３つの検出アームとを有し、１つの検出ア
ームは第１導波管アーム及び直交する２つの導波管アー
ムと整合しており、３つの検出アームの間の光源からの
光を分割するための、検出アームに形成された１対のビ
ームスプリッタを更に有することを特徴とする請求の範
囲第８項に記載のセンサ。 - 【請求項１２】第１導波管アームのビームスプリッタ及
び該ビームスプリッタの下の基準検出器を更に有するこ
とを特徴とする請求の範囲第11項に記載のセンサ。 - 【請求項１３】前記モジュラ基板は１つの検出器と、幾
何学的パターンに配置された複数の光源とを有し、導波
管構造は光源から検出器へと延びた複数の相互連結アー
ムを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
センサ。 - 【請求項１４】前記感応化学物質は、検出器の近くで導
波管構造のアーム上又は内部に形成されており、光源か
らの導波管アームの間のビームスプリッタと、感応化学
物質と、ビームスプリッタの下の基準検出器とを更に有
することを特徴とする請求の範囲第13項に記載のセン
サ。 - 【請求項１５】感応化学物質は、光源へと延びている各
アーム上又は内部に形成されており、光源間の前記各ア
ームのビームスプリッタと、感応化学物質と、ビームス
プリッタの下の基準検出器とを更に有することを特徴と
する請求の範囲第13項に記載のセンサ。 - 【請求項１６】前記モジュラ基板は半導体チップパッケ
ージであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の
センサ。 - 【請求項１７】前記導波管構造はモジュラ基板の一部と
して成形されていることを特徴とする請求の範囲第１項
に記載のセンサ。 - 【請求項１８】前記少なくとも１つの光源からの光を案
内する手段及び光を前記少なくとも１つの検出器に案内
する手段が、モジュラ基板の一部として成形されている
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のセンサ。 - 【請求項１９】前記案内手段の間に嵌合される着脱可能
な導波管本体インサートを更に有することを特徴とする
請求の範囲第18項に記載のセンサ。 - 【請求項２０】感応化学物質は導波管本体インサート上
又は内部に形成されていることを特徴とする請求の範囲
第19項に記載のセンサ。 - 【請求項２１】前記案内手段の間に開放チャンネルを形
成する側壁を更に有することを特徴とする請求の範囲第
18項に記載のセンサ。 - 【請求項２２】前記開放チャンネルを充填する液体試薬
と、感応化学物質充填チャンネルを形成する前記液体試
薬を覆う膜とを更に有することを特徴とする請求の範囲
第21項に記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/201,796 US5439647A (en) | 1994-02-25 | 1994-02-25 | Chip level waveguide sensor |
| US201,796 | 1994-02-25 | ||
| PCT/US1995/002377 WO1995023333A1 (en) | 1994-02-25 | 1995-02-27 | Chip level waveguide sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09512901A JPH09512901A (ja) | 1997-12-22 |
| JP3139770B2 true JP3139770B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=22747336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07522500A Expired - Fee Related JP3139770B2 (ja) | 1994-02-25 | 1995-02-27 | チップレベル導波管センサ |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5439647A (ja) |
| EP (1) | EP0746759A1 (ja) |
| JP (1) | JP3139770B2 (ja) |
| KR (1) | KR970701344A (ja) |
| CA (1) | CA2183228A1 (ja) |
| DE (1) | DE746759T1 (ja) |
| TW (1) | TW310378B (ja) |
| WO (1) | WO1995023333A1 (ja) |
Families Citing this family (73)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US5619599A (en) * | 1995-05-12 | 1997-04-08 | Xerox Corporation | Remote split scan detector |
| US5724151A (en) * | 1995-08-04 | 1998-03-03 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Waveguide sensing element for use in a sample medium and method of rear-firing electromagnetic radiation |
| AT403745B (de) * | 1996-02-29 | 1998-05-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Messanordnung mit einem für anregungs- und messstrahlung transparentem trägerelement |
| WO1997032212A1 (en) * | 1996-03-01 | 1997-09-04 | Beckman Instruments, Inc. | System for simultaneously conducting multiple ligand binding assays |
| WO1997039144A1 (en) * | 1996-04-17 | 1997-10-23 | Motorola Inc. | Integrated optical molecular detection device and method therefor |
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| JPH10132747A (ja) | 1996-10-01 | 1998-05-22 | Texas Instr Inc <Ti> | 小型集積センサ台 |
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| WO1998022803A1 (de) | 1996-11-18 | 1998-05-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Mikromechanische transmissionsmesszelle |
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