JP4550562B2 - 光導波路基板用キャリア - Google Patents

Description

本発明は濃度測定装置に関し、さらに詳しくは、被測定液体試料中の特定成分の濃度を光を用いて測定する濃度測定装置に用いられる光導波路基板用キャリアに関する。

従来、インスリンなどの各種のホルモン、タンパク質、血糖などの有機物質の濃度測定方法としては、電極反応で発生する電圧を測定する方法や、物質と反応して吸着される色素を用いて色変化をレーザ光などの光量の変化で測定する光学式濃度測定方法（例えば、特許文献１参照。）などがある。この光学式濃度測定方法は、測定の分解能が高いという利点がある。

以下、この光学式濃度測定方法を簡単に説明する。先ず、ガラスチップの上に液体状の被測定物を配置し、被測定物に例えば色素を反応させて被測定物の濃度に応じて入射光が吸収されるようにする。そして、このガラスチップを濃度測定装置上に位置決め状態を確認しながら載置し、工具を用いてガラスチップをネジ止めする。その後、ガラスチップ内にレーザ光を導き、被測定物が配置された領域を通過したレーザ光をガラスチップの外側に取り出して光量検出を行う。この光量の検出値から被測定物の濃度を算出している。

このような光学式濃度測定方法では、ガラスチップに対して光源および検出器を所定位置に配置し、光源から出射された光が被測定物を配置した領域へ最適な状態で入射されるように、ガラスチップと、光源と、検出器とを精度よく配置させる必要があった。
特開２００４−１８４３８１号（第１頁、図１）

しかし、上述の濃度測定装置では、ガラスチップの位置決めとネジ固定とを手作業で行うため、作業者により位置決め状態が異なり、測定に支障を及ぼすと共に、ネジを使用することでガラスチップの位置決めに時間がかかるという問題があった。また、この種の測定では、同時にリファレンスを測定するため、同時に複数のガラスチップをセットする必要があった。

そこで、本発明の目的は、濃度測定精度が高く、作業時間を短縮できる光導波路基板用キャリアを提供することにある。

本発明の特徴は、基板載置面に突設された基板載置用突起と、基板載置用突起に載置された光導波路基板中を通る光を照射する光源モジュールと、光導波路基板からの戻り光を受光する検出器とを有する濃度測定装置に、複数の光導波路基板を収容した状態で搬送されて載置される光導波路基板用キャリアであって、複数の光導波路基板が特定方向に沿って並行に配置されるフレームに、濃度測定装置に載置されたときに基板載置用突起が光導波路基板の下面に当接するように挿入される開口部が形成されると共に、フレームに、光導波路基板の端面に当接する部位によって、光導波路基板を保持する位置決め載置部が形成されていることを要旨とする。

本発明によれば、位置決め精度を向上して、濃度測定精度が高く、作業時間を短縮できる光導波路基板用キャリアを提供することを可能とする。

以下、本発明の実施の形態に係る光導波路基板用キャリアの詳細を図１〜図５を用いて説明する。

図１に示すように、光導波路基板用キャリアとしてのチップキャリア１００は、複数の（本実施の形態では、８枚）の光導波路基板としてのガラスチップ２００が載置される矩形状のフレームである。なお、図１は、チップキャリア１００に１枚のガラスチップ２００を載置した状態を示しているが、通常は８枚のガラスチップ２００を載置して用いる。

チップキャリア１００は、互いに平行な一対の横フレーム１０１と、これら横フレーム１０１同士の端部同士を連結する互いに平行な一対の縦フレーム１０２とからなる。すなわち、チップキャリア１００の内側には、一対の横フレーム１０１と一対の縦フレーム１０２とで囲まれた略矩形状の開口部１１０を有する。横フレーム１０１同士の互いに対向する内側縁部には、ガラスチップ２００の位置決めを行う位置決めリブ１０３が等間隔に形成されている。互いに隣接する位置決めリブ１０３同士の間は、開口部１１０の周縁の一部が外側へ向けて湾曲するように突出した形状となるように切り欠き１０４が形成され、この切り欠き１０４の図１中矢印ｙで示す方向の両側に位置する位置決め載置部としてのチップ載置部１０５上にガラスチップ２００の四隅を載せるようになっている。なお、矢印ｘがなす方向と矢印ｙがなす方向とは、同一平面内において直交する方向となっている。チップキャリア１００の上に載置されたガラスチップ２００は、位置決めリブ１０３およびチップ載置部１０５にて端面が当接することによりチップキャリア１００に対して位置決めされるようになっている。

また、チップキャリア１００の一対の横フレーム１０１には、載置されたそれぞれのガラスチップ２００の長手方向の端部において幅方向の中央に位置する溝１０８が形成されている。すなわち、溝１０８は、切り欠き１０４の矢印ｙ方向の中央から横フレーム１０１を矢印ｘ方向に横断するように形成されている。この溝１０８は、後述する第１位置決め部３００および第２位置決め部４００のが動作したときに、第１位置決め部３００側の部材もしくは第位置決め部４００側の部材が横フレーム１０１に突き当たらないようにするために形成されている。に横フレーム１０１が干渉しないように形成されている。

そして、それぞれの縦フレーム１０２の中間部には、後述する光学ブロック５００の基板載置面５０６に突設されたキャリア位置決めピン５１４が嵌合する位置決め孔１０６が形成されている。なお、図３は、チップキャリア１００を光学ブロック５００上に載置して、キャリア位置決めピン５１４が位置決め孔１０６に嵌合させた状態を示している。また、チップキャリア１００のそれぞれの縦フレーム１０２には、搬送操作を行うためのハンドリング用の操作用ロッド１０７が上方へ向けて突設されている。

なお、チップキャリア１００を光学ブロック５００上に適正な位置に載置したときには、チップキャリア１００の内側の開口部（枠内空間）１１０に、光学ブロック５００の基板載置部５０７に上方へ向けて突設された基板載置用突起５１２が入り込み、基板載置用突起５１２がガラスチップ２００をチップキャリア１００から浮き上がるように設定されている。このため、チップキャリア１００の厚みは、基板載置部５０７内の光学ブロック５００がなす平面から突起の突端までの間に収まるように設定される。

ここで、上述したチップキャリア１００を載置する濃度測定装置の光学ブロック５００の概略構成を図２〜図４を用いて説明する。

図２および図３に示すように、光学ブロック５００の上面５０１には、チップキャリア１００が載置されるようになっている。このチップキャリア１００は、ガラスチップ２００を収納するようになっている。光学ブロック５００は、一方の側面に設けられた複数の光源モジュール５３０と、他方の側面に設けられた、光源モジュール５３０と同数の検出器５３１とを備えている。

また、図４に示すように、光学ブロック５００に対して、ガラスチップ２００を光学ブロック５００上で位置決め、保持する第１位置決め部３００、第２位置決め部４００および押圧部４５０が設けられている。

図２〜図４に示すように、光学ブロック５００は略台状の構造を有する。本実施の形態において、光学ブロック５００は、金属ブロックを削り出しにより形成したものである。光学ブロック５００の具体的な外形は、長方形状の上面５０１と、この上面５０１に対して平行をなす長方形状の下面５０２と、図２および図３に矢印ｙで示す長手方向の両側端に位置する、互いに平行をなす台形状の一対の側面５０３と、図中に矢印ｘで示す幅方向の両側に位置する一対のテーパ面５０４、５０５と、を備えている。

図２に示すように、上面５０１には、図中の矢印ｘ方向の中央で矢印ｙ方向の光学ブロック５００の長さのほぼ全体に亘って長方形状の基板載置面５０６が周囲の上面５０１に対してやや高く形成されている。基板載置面５０６には、矢印ｙ方向に沿って複数（本実施の形態では８つ）の基板載置部（基板載置面５０６におけるガラスチップ２００を載置する面領域）５０７が互いに平行をなすように隣接して配置されている。本実施の形態に係るチップキャリア１００を用いれば、複数のガラスチップ２００をそれぞれ基板載置部５０７に同時に載置して、一度に複数のガラスチップ２００を用いた濃度測定を行うことが可能である。

基板載置面５０６には、チップキャリア１００に収納されたガラスチップ２００がそれぞれ対応する基板載置部５０７に載置されるようになっている。ガラスチップ２００は、その長手方向が矢印ｘ方向に一致するように基板載置部５０７上に載置される。

図４は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４に示すように、光学ブロック５００には、それぞれの基板載置部５０７内の一方側（光源モジュール５３０側）の領域と、一方のテーパ面５０４の所定位置と、を結ぶように貫通する光出射通路５０８が形成されている。光学ブロック５００におけるテーパ面５０４側には、光源モジュール５３０を取り付ける、光出射通路５０８の一方の開口部５０８Ａが形成されている。なお、この開口部５０８Ａの近傍は、光源モジュール５３０を配置し、位置設定するため、光出射通路５０８よりも径が大きく形成されている。また、それぞれの基板載置部５０７における光源モジュール５３０側の領域には、基板載置部５０７上に載置されたガラスチップ２００に光を入射させるための、光出射通路５０８の他方の開口端である出射開口部５０８Ｂが形成されている。

また、図４に示すように、基板載置部５０７における検出器５３１側に位置する表面と、他方のテーパ面５０５との間には、光入射通路５０９が形成されている。この光入射通路５０９のテーパ面５０５における開口部５０９Ａ側には、上述の検出器５３１が配置、固定され、検出器５３１の受光面が開口部５０９Ａに臨んでいる。光入射通路５０９の他方の開口端は、基板載置部５０７内に開口された入射開口部５０９Ｂである。

さらに、図４に示すように、基板載置部５０７内における、出射開口部５０８Ｂと入射開口部５０９Ｂとの間で、かつ出射開口部５０８Ｂに隣接する位置には、下面５０２まで貫通する非検出光除去通路５１０が形成されている。この非検出光除去通路５１０は、出射開口部５０８Ｂから出てガラスチップ２００に入射する光のうち、ガラスチップ２００内に進まない反射成分が入射するようになっている。基板載置部５０７における非検出光除去通路５１０の開口端は、非検出光入射開口部５１０Ａとなっている。また、下面５０２には、非検出光除去通路５１０の他方の開口部５１０Ｂが形成されている。本実施の形態では、非検出光除去通路５１０は、中間部で屈曲しており、開口端５１０Ｂから開口部５１０Ａが見通せない位置関係となるように形成されている。

上述した光出射通路５０８、光入射通路５０９、および非検出光除去通路５１０の内壁面は、光吸収性を有するように黒色の塗装などの処理が施されている。

なお、光学ブロック５００の一方のテーパ面５０４に固定された光源モジュール５３０から出射される光の光軸は、光出射通路５０８内を通ってガラスチップ２００の下面に所定入射角度で入射されるように設定されている。本実施の形態では、光源モジュール５３０を光学ブロック５００に固定することにより、ガラスチップ２００への所定入射角度の±０．２度以内の精度を達成することができる。

図４に示すように、基板載置部５０７の上には、出射開口部５０８Ｂ、非検出光入射開口部５１０Ａおよび入射開口部５０９Ｂを覆う透明な保護ガラス（図中一点鎖線で示す）５１１が配置されている。

そして、基板載置面５０６のそれぞれの基板載置部５０７には、ガラスチップ２００を所定の高さで載置する４つの基板載置用突起５１２が上方へ向けて突設されている。これら基板載置用突起５１２は、それぞれの基板載置部５０７において、出射開口部５０８Ｂ、非検出光入射開口部５１０Ａおよび入射開口部５０９Ｂが形成された領域を取り囲むように配置されている。すなわち、これら基板載置用突起５１２は、ガラスチップ２００内の光導波路を干渉しない位置に配置されている。なお、これら基板載置用突起５１２は、金属製のピンを光学ブロック５００の基板載置部５０７に固定したものである。これら基板載置用突起５１２の上端面は、研削、切削、研磨、バリ取りなどを行って、高さのばらつきが±５０μｍ以内におさまるように平坦性が実現されている。

さらに、図２に示すように、基板載置面５０６におけるそれぞれの基板載置部５０７の矢印ｙ方向の両側には、ガラスチップ２００を幅方向の両側から挟んで特定方向（矢印ｘ方向）のみの移動を可能とすると共に、矢印ｙ方向の移動を規制する２対の位置決め突起５１３が突設されている。なお、本実施の形態では、互いに隣接する基板載置部５０７同士は、間に２本の位置決め突起５１３のみが配置され、互いに共用するようになっている。

また、図２に示すように、基板載置面５０６における複数の基板載置部５０７の矢印ｙ方向の両側には、チップキャリア１００の位置決めを行うためのキャリア位置決めピン５１４がそれぞれ突設されている。

ここで、チップキャリア１００に収納されるガラスチップ２００の構造を簡単に説明する。

図５に示すように、ガラスチップ２００は、長方形状のガラス基板であり、例えばホウケイ酸ガラスなどの光透過性のある材料からなる。ガラスチップ２００の上面中央には、被測定物を収容するサンプル配置部２０１が形成されている。このサンプル配置部２０１は、例えばＡＢＳ樹脂でなる突堤２０２で囲まれたものであり、突堤２０２で囲まれた内側の凹部に、被測定物としての例えばタンパク質などを含む液体を収容するようになっている。

また、ガラスチップ２００の上面における、サンプル配置部２０１の両側（ガラスチップ２００の長手方向の両側）には、入射側グレーティング２０３と出射側グレーティング２０４が形成されている。これら入射側グレーティング２０３と出射側グレーティング２０４は、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜をストライプ状にパターニングすることにより形成されている。

以上の構成により、図５に示すように、本実施の形態に係るチップキャリア１００を用いることで、ガラスチップ２００は光学ブロック５００上の基板載置用突起５１２に直接載置されてチップキャリア１００と分離される。そして、第１決め部３００、第２位置決め部４００、および押圧部４５０で位置決め、保持されるため、光源モジュール５３０から出射された光Ｌが所定の入射角度θで入射すると、ガラスチップ２００内に入射した１次光Ｌ１は、入射側グレーティング２０３で回折してガラスチップ２００の下面側で全反射し、その反射光がガラスチップ２００の上面で全反射するというように、反射を繰り返して光導波路を形成する。そして、サンプル配置部２０１を通過した光は、出射側グレーティング２０４で回折してガラスチップ２００の下面側から出射して光入射通路５０９に入射するようになっている。最初にガラスチップ２００の下面で反射された０次光Ｌ０は、光学ブロック５００の非検出光除去通路５１０内に入射して排除される。

〔本実施の形態の濃度測定装置の動作、作用〕
まず、本実施の形態に係るチップキャリア１００を用いて被測定物の濃度を測定する場合の動作、作用を説明する。

（チップキャリアの載置）
図１に示すように、ガラスチップ２００をチップキャリア１００に載置する。なお、図１においては、１枚のガラスチップ２００を示すが、複数の（本実施の形態では８枚の）ガラスチップ２００をチップキャリア１００に載置しておく。ガラスチップ２００の上面における、サンプル配置部２０１に、例えばタンパク質溶液などの被測定物を滴下して配置する。また、被測定物によっては、適宜反応処理や色素の付加などを行っておく。

次に、作業者は、ガラスチップ２００を載置したチップキャリア１００を操作用ロッド１０７を持って、光学ブロック５００の基板載置面５０６に搬送する。このとき、チップキャリア１００に形成した位置決め孔１０６に、光学ブロック５００側のキャリア位置決めピン５１４を嵌合させて、チップキャリア１００の位置決めを行う。なお、このとき、ガラスチップ２００は、それぞれの基板載置部５０７に突設された４本の基板載置用突起５１２の上に載置され、チップキャリア１００からは浮いた状態にある。ここで、ガラスチップ２００は、基板載置部５０７の両側に突設された位置決め突起５１３で矢印ｙ方向の移動が規制され、矢印ｘ方向の移動が可能となっている。

次に、第１位置決め部３００、第２位置決め部４００、および押圧部４５０を作動させてガラスチップ２００を保持することにより、自動的に位置決めがなされるように設定されている。

この状態で、光源モジュール５３０や検出器５３１を駆動させることにより、ガラスチップ２００を経た入射光を検出することができる。このように、検出器５３１で入射光の光量を検出することにより、サンプル配置部２０１に配置された被測定物の濃度を特定することができる。

なお、このような光照射を行うときは、ガラスチップ２００の上方を蓋などで閉塞してガラスチップ２００の上方に光が漏れないようにすることは勿論である。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係るチップキャリア１００を用いることにより、測定精度が高く、作業時間を短縮することができる。

本実施の形態に係るチップキャリア１００では、ガラスチップ２００を複数並置できるため、作業効率を高めることができる。そして、ガラスチップ２００は、基板載置部５０７へ載置したときに、チップキャリア１００から浮いた状態となるため、チップキャリア１００の形状の自由度が高くなるという利点がある。したがって、チップキャリア１００の形状は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、光学ブロック５００側の位置決め突起にガラスチップ２００が載置され得る構造であれば、各種の構造を適用することが可能である。

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述の実施の形態では、チップキャリア１００を一対の横フレーム１０１と一対の縦フレーム１０２で開口部１１０を取り囲むように形成したが、複数対の横フレーム１０１を備える構成としてもよいし、平板状のプレートに開口部１１０を特定方向（矢印ｙ方向）そって間欠的に形成する構成としてもよい。

本発明の実施の形態に係る光導波路基板用キャリアとしてのチップキャリアを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るチップキャリアと光学ブロックとを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るチップキャリアを光学ブロックに載せた状態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 ガラスチップの光導波路を示す断面説明図である。

符号の説明

１００…チップキャリア（光導波路基板用キャリア）、１０１…横フレーム、１０２…縦フレーム、１０３…リブ、１０５…チップ載置部、１０６…位置決め孔、１０７…操作用ロッド、１０９…開口部、２００…ガラスチップ、５００…光学ブロック、５１２…基板載置用突起。

Claims (6)

1. 基板載置面に突設された基板載置用突起と、前記基板載置用突起に載置された光導波路基板中を通る光を照射する光源モジュールと、前記光導波路基板からの戻り光を受光する検出器とを有する濃度測定装置に、複数の光導波路基板を収容した状態で搬送されて載置される光導波路基板用キャリアであって、
   前記複数の光導波路基板が特定方向に沿って並行に配置されるフレームに、
   前記濃度測定装置に載置されたときに前記基板載置用突起が前記光導波路基板の下面に当接するように挿入される開口部が形成されると共に、
   前記フレームに、前記光導波路基板の端面に当接する部位によって、前記光導波路基板を保持する位置決め載置部が形成されていることを特徴とする光導波路基板用キャリア。
2. 前記濃度測定装置には前記基板載置面に突設されて前記光導波路基板の位置決めをするための位置決め突起が形成され、前記開口部は、前記濃度測定装置に載置されたときに前記基板載置用突起が前記光導波路基板の下面に当接するように挿入され、かつ前記位置決め突起が前記光導波路基板の側面に接するように挿入されることを特徴とする請求項１記載の光導波路基板用キャリア。
3. 前記フレームには、前記濃度測定装置に設けられた位置決めピンと嵌合して、前記濃度測定装置と前記キャリアの位置決めをする位置決め孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光導波路基板用キャリア。
4. 前記フレームには、搬送時にハンドリングされる操作用ロッドが突設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光導波路基板用キャリア。
5. 前記フレームは、前記光導波路基板の側面に当接して位置決めを行う位置決めリブが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光導波路基板用キャリア。
6. 前記フレームは、複数の横フレームと、前記横フレームを連結するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光導波路基板用キャリア。

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