JP4846467B2 - 発色反応検出機器及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発色反応検出機器及びその製造方法に関する。

医療用機器には、バイオセンサーが広く用いられる。バイオセンサーを用いた測定機のひとつに、発色反応検出機器がある。この発色反応検出機器においては、上部に薄膜が設けられた導波層内部に一定量の光を導波させ、光の強度すなわち導波層から取り出される導波光強度を測定する。

導波層の上部に配置された薄膜は、腕や指先などの生体組織に接触させ、その生体組織から放出される所定の物質が侵入すると発色反応を生じる。導波層の一方の端部へ入射された光は、この発色反応領域において吸収される。入射光は導波層の上面及び下面において反射されて導波層の他方の端部へ伝搬するが、発色反応領域において吸収される度に光強度が減衰する。従って、この吸収量を測定することにより発色反応量を知ることができ、生体組織から放出される所定の物質を測定可能なバイオセンサーとして機能させることが可能となる。

しかしながら、測定に際して、人体などの生体組織との接触により発色反応検出機器の温度が変動する。この温度変動を生じる使用環境においては、導波光強度が変動する。すなわち、発色反応量が一定であっても、検出される導波光強度が変動し、測定に誤差が生ずる。

人体の外部から血液中のグルコース濃度を測定する無侵襲測定装置の精度を改善する血糖測定装置の技術開示例がある（特許文献１）。
特開２００４−１１３４３４号公報

本発明は、温度変動による検出値の変動が補正された発色反応検出機器及びその製造方法を提供する。

本発明の一態様によれば、基板と、前記基板の上に設けられた導波層と、前記導波層の上に設けられ被検査体から放出される物質により発色反応を生ずる薄膜と、を有するセンサーチップを支持する支持部と、前記支持部に支持された前記センサーチップの前記導波層に光を導入する光源と、前記センサーチップの前記導波層から放出された前記光を検知する光検出器と、前記光源の温度を測定する温度センサと、前記光検出器による前記検知の結果と、前記温度センサによる前記測定の結果と、に基づいて前記導波層を伝搬する前記光の温度依存性に関するデータを作成し、前記データに基づいて前記光検出器へ入射する前記光の強度の変化量を補正し前記センサーチップにおける発色反応量を演算する制御部と、を備えたことを特徴とする発色反応検出機器提供される。

また、本発明の他の一態様によれば、導波層を有するセンサーチップを支持する支持部と、前記支持部に支持された前記センサーチップの前記導波層に光を導入する光源と、前記センサーチップの前記導波層から放出された前記光を検知する光検出器と、前記光源の温度を測定する温度センサと、データ格納部と、前記センサーチップにおける発色反応量を演算する制御部と、を有する発色反応検出機器の製造方法であって、前記光検出器による前記検知の際に生じた温度の変動による誤差を補正するためのデータを前記データ格納部に格納する工程を備えたことを特徴とする発色反応検出機器の製造方法が提供される。

本発明により、温度変動による検出値の変動が補正された発色反応検出機器及びその製造方法が提供される。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる発色反応検出機器のブロック図である。
本実施形態の発色反応検出機器１は、光源１０、光検出器２０、温度センサ１１、データ格納部３４、およびこれらに接続された制御部３３を備えている。測定に際しては、センサーチップ５が取り付けられ、これに光源１０から放射光Ｇ１が照射される。センサーチップ５にヒトの腕や腹などの被検査体２２を接触させ、被検査体２２から放出される所定の媒体Ｓがセンサーチップ５に拡散すると発色反応が生ずる。この発色反応を光検出器２０により検知し、制御部３３において演算処理することにより、被検査体２２から放出された媒体Ｓの量を求めることができる。

ここで、測定に際してヒトの腕などに発色反応検出機器１を接触させると、体温により機器の温度が上昇する。すると、光源１０の波長などが変化することにより、測定に誤差が生ずる。これに対して、本実施形態においては、温度センサ１１を設け、光源１０などの温度を測定可能としている。温度センサ１１により測定された温度データは、制御部３３に送出される。制御部３３は、温度が変動した時に、データ格納部３４に格納されている温度補正データに基づいて補正演算をすることにより、温度による波長のズレなどの影響をキャンセルすることができる。その結果として、発色反応検出機器１の温度が変動しても、測定値の誤差が抑制された高精度の発色反応検出機器を提供することができる。

図２は、本実施形態の発色反応検出機器における光学部を表す模式断面図である。
同図に表したように、測定に際して、発色反応検出機器の光学部には、センサーチップ５が取り付けられる。センサーチップ５は、基板１２の上に導波層１４と薄膜１８とをこの順に積層した構造を有する。ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子などからなる光源１０からの放射光Ｇ１は、基板１２に所定の範囲の入射角で入射する。基板１２の上面の一方の端部には、放射光Ｇ１の伝搬方向を制御するための第１の回折格子１６が設けられている。また、基板１２の上面の他方の端部には、導波層１４を伝搬する伝搬光Ｇ２を取り出すための第２の回折格子１７が設けられている。そして、第１及び第２の回折格子１６、１７を覆うように導波層１４が設けられ、さらにその上面に薄膜１８が設けられている。

第１の回折格子１６を介して導波層１４に導入され導波層１４を伝搬する伝搬光Ｇ２は、第２の回折格子１７を介して取り出され光検出器２０に入射する。この入射光Ｇ３の強度測定がなされる。薄膜１８には、例えば、ヒトの腕など検査すべき被検査体２２が接触する。被検査体２２から検出すべき媒体Ｓが放出され薄膜１８に侵入すると、薄膜１８に含有される物質との化学反応により発色が生ずる。発色が生ずると、導波層１４を伝搬する伝搬光Ｇ２の一部が吸収されて損失が生じ、その強度が低下する。従って、光検出器２０により入射光Ｇ３を強度を測定することにより、被検査体２２から放出される媒体Ｓの量を求めることができる。
そして、本実施形態によれば、光源１０の近傍に、例えば、サーミスタなどの温度センサ１１が配置され光源１０の動作温度を測定する。そして、その測定結果に基づいて、温度の変動に伴う測定誤差を補正することができる。

図３は、光学的作用をさらに詳細に説明するための模式断面図である。
放射光Ｇ１は基板１２の裏面に対して、入射角θで入射する。基板１２は例えばガラス（屈折率約１．５）であるので、空気中から入射する場合、屈折角θ_０はθより小さくなる。

放射光Ｇ１は基板１２の上面に到達後、基板１２の上面に形成された第１の回折格子１６により回折光を発生する。第１及び第２の回折格子１６、１７は、例えば、二酸化珪素（ＳｉＯ_２，屈折率約１．３）からなり、放射光の波長に応じて回折格子ピッチｄ及び深さを変化させることにより回折光の強度及び回折角度を制御できる。第１及び第２の回折格子１６，１７は、例えばフォトレジストを用いた微細加工プロセスにより形成できる。

さらに、第１及び第２の回折格子１６、１７を覆うように導波層１４が設けられている。導波層１４は、例えば、屈折率が約１．５６の樹脂などからなり、スピンコート及びキュア工程などにより形成することができる。導波層１４の上面には、屈折率が約１．３の樹脂などからなる薄膜１８がさらに設けられる。薄膜１８は、被検査体から放出される媒体と反応して発色を生ずる物質を含有する。そして、伝搬光Ｇ２が薄膜１８との界面で反射される際に発生するエバネッセント波が、この発色により吸収される。すなわち、薄膜１８において発色が生ずると吸収領域２４において光吸収が生じ、伝搬光Ｇ２の損失が増大する。

図４は、測定に際して光検出器２０で検出される入射光Ｇ３の強度の時間変化を概念的に表すグラフ図である。
すなわち、ヒトの腕などの被検査体にセンサーチップ５を接触させて測定を開始すると、被検査体から媒体Ｓが薄膜１８（図２参照）に拡散し発色反応が進行する。発色反応は初期において比較的急速に進行するために、光検出器２０における検出強度は比較的急激に低下する。そして、発色反応の速度が低下するにつれて、光検出器２０における検出強度の低下も緩やかとなる。したがって、例えば、初期Ｔ０における検出強度をＰ０とし、測定開始から所定の時間が経過した時Ｔ１、あるいは、検出強度の時間変化が所定の値を下回った時Ｔ１における検出強度Ｐ１として、検出強度Ｐ０とＰ１とを比較することにより、発色量すなわち媒体Ｓの量を求めることができる。

そして、本実施形態においては、このように媒体Ｓの量を求めるに際して、温度変化を考慮する。すなわち、温度センサ１１（図１及び図２参照）による測定値を参照し、測定中に温度が変動した場合には、その効果を加味して媒体Ｓの量を求める。

図５は、本実施形態の発色反応検出機器１における測定の流れを例示するフローチャートである。
測定を開始すると、まず最初（Ｔ＝Ｔ０）に、温度センサ１１により温度を測定する（ステップＳ１０）。なお、光源１０の光出力がある程度安定するまで待機させてから測定を開始し、温度を測定するようにしてもよい。そして、光源１０からセンサーチップ５に放射光Ｇ１を照射し、入射光Ｇ３を光検出器２０により検出する（ステップＳ１１）。初期の検出強度Ｐ０を測定した後、図４に関して前述したように、光検出強度は徐々に低下する。

例えば、所定の時間（Ｔ＝Ｔ１）が経過した後、あるいは光検出強度の時間変化が所定値以下となったような場合（ステップＳ１２：ｙｅｓ）には、その光検出強度Ｐ１を測定の終期データとし、温度センサ１１により温度を測定する（ステップＳ１３）。

光検出器２０による光検出強度のデータと、温度センサ１１による温度のデータは、制御部３３（図１参照）に送出され、温度の変動を考慮した補正演算が実行される（ステップＳ１４）。そして、温度の変動の影響を考慮しつつ求めた媒体Ｓの量に関するデータを出力する（ステップＳ１５）。後に詳述するように、媒体Ｓの量に関するデータは、発色反応検出機器１に付設された表示部に表示させたり、外部の機器に出力させることができる。

図６は、制御部３３において実行される補正演算（ステップＳ１４）に用いられるテーブルの最も簡単な例を表す模式図である。
測定中に温度が変動すると、光源１０から放出される放射光Ｇ１の出力や波長が変動することがある。放射光Ｇ１の出力の変動は、光源１０をＡＰＣ（automatic power control）などの手法でフィードバック制御することにより抑制できるが、波長の変動を抑制することは容易ではなない。後に詳述するように、光源１０の波長が変化すると、センサーチップ５において伝搬光Ｇ２として導入することができる光の強度が変化する。また一方、波長が変化すると、センサーチップ５の内部での伝搬光Ｇ２の光路が変化する。したがって、例えば導波層１４と薄膜１８との間で反射される回数が変化するために、吸収領域２４（図３参照）での吸収により生ずる損失量が変化する。

このように、測定中に温度が変動すると、その影響が光検出器２０における検出強度に重畳して表れる。そこで、本実施形態においては、このような温度の変動の影響を予め測定あるいはシミュレーションなどにより調べ、これに基づいて作成した温度補正データをデータ格納部３４に格納しておく。図６に例示したテーブルは、このようにしてデータ格納部３４に格納された温度補正データを例示する。

図６に例示したテーブルにおいては、温度変化に対して係数がそれぞれ割り当てられている。ここで、温度変化は、例えば測定の初期（Ｔ＝Ｔ０）における温度を基準として、終期（Ｔ＝Ｔ１）における温度の変化量として定義される。一方、係数は、例えば光検出器２０において検出された検出強度に乗算する係数として定義される。

図６に例示したテーブルの場合、温度変化がゼロの場合には、係数は１．００である。つまり、制御部３３は、光検出器２０から出力される検出強度をそのまま用いて媒体Ｓの量を求める。一方、温度変化がプラス１℃、プラス２℃、プラス３℃・・と増加すると、係数は、０．９９、０．９８、０．９７とそれぞれ減少する。つまり、測定中に温度が上昇した場合には、制御部３３は、光検出器２０により測定される検出強度を小さくする方向に補正して用いる。ただし、これは一例に過ぎず、温度が上昇すると検出強度が大きくなる方向に補正することもあり得る。また、図６に表したテーブルは、最も簡略化した一例に過ぎない。これ以外にも、例えば、光検出器２０における検出強度に関連する複数のパラメータを定義し、これらパラメータのそれぞれについて温度依存性を決めておくこともできる。温度の変化が与える影響については、後に詳述する。

以下、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
まず、センサーチップ５の導波層１４に導入における光の伝搬条件について説明する。

センサーチップ５の導波層１４の屈折率は、基板１２及び薄膜１８より大きいので、回折格子１６、１７の形状、各構成要素の厚み及び屈折率、入射角θなどが下記の関係式を満たせば伝搬光Ｇ２は導波層１４内において全反射を繰り返しながら伝搬し、基板１２の他方の端部に設けられた第２の回折格子１７を経由して外部へ出射し光検出器２０への入射光Ｇ３となる。

θ_１＝ｓｉｎ^−１［（ｓｉｎθ＋λ／ｄ）／ｎ_１］ 式（１）
θ_１＜９０ｄｅｇ 式（２）
θ_１＞ｓｉｎ^−１（ｎ_０／ｎ_１） 式（３）
ｎ_１＞ｎ_０ 式（４）
ｎ_１＞ｎ_２ 式（５）
ｎ_２＜ｎ_０ 式（６）

但し θ：基板裏面への入射角
θ_０：屈折角
θ_１：導波層内の導波角
ｎ_０：基板の屈折率
ｎ_１：導波層の屈折率
ｎ_２：薄膜の屈折率
ｄ：回折格子のピッチ
λ：放射光波長

次に、数値例を用いてより具体的に説明する。
まず、ｎ_１＝１．５０，ｎ_０＝１．４６，λ＝６５５ｎｍ、ｄ＝１０００ｎｍとする。式（１）及び式（２）よりθ＜５７．６７ｄｅｇとなる。一方、式（１）及び式（３）よりθ＞５３．６１ｄｅｇとなる。すなわち、導波層１４内において全反射を繰り返して伝搬光Ｇ２が伝搬できる入射角θの範囲は、５３．６１＜θ＜５７．６７ｄｅｇである。なおここで、「全反射」とは、臨界角より大きい入射角を有することを意味し、導波層１４に隣接する薄膜１８の吸収領域２４におけるエバネッセント波の吸収を生じる場合も含まれるものとする。

光源１０からの放射光Ｇ１は、光源１０の構造で決まる波長範囲内で分布する。例えば、半導体発光素子のような光源１０の場合、放射光波長範囲が６０５乃至７０５ｎｍの広い範囲に連続的に分布する。この結果、波長が６０５ｎｍの場合、５８．７６＜θ＜６３．５１ｄｅｇとなる。また、波長が７０５ｎｍの場合、４９．０２＜θ＜５２．６６ｄｅｇとなる。すなわち、６０５乃至７０５ｎｍの波長範囲において、４９．０２＜θ＜６３．５１ｄｅｇであれば、全反射する伝搬光Ｇ２が存在する。

次に、導波光強度の変化量を推定する方法について説明する。
図７は、光源１０として赤色ＬＥＤを用いた場合の放射光のスペクトルすなわち強度の波長依存性を例示するグラフ図である。縦軸は強度を相対値で表し、横軸は波長（ｎｍ）を表す。ピーク波長は６５５ｎｍであり、およそ６０５乃至７０５ｎｍの範囲にわたって波長が連続的に分布している。この放射光強度（Ｉ）の波長（λ）依存性は、下記の式により近似的に表わされる。

Ｉ（λ）＝１０００×ｅｘｐ（−（（λ−６５５）／２２）^２） 式（７）

入射角は、４９．０２＜θ＜６３．５１ｄｅｇの範囲において、例えば、θ＝５５．０ｄｅｇとする。さらに、ｎ_１＝１．５０、ｎ_０＝１．４６、ｄ＝１０００とする。導波層１４において全反射されるには、式（１）乃至式（３）を満たす必要がある。これらの関係式には放射光波長λが含まれているので、基板１２の裏面への入射光の全てが導波されるとは限らない。この場合、全反射条件を満たすには、６４１ｎｍ＜λ＜６８０ｎｍとなる。

図８は、伝搬光Ｇ２の波長範囲を表すグラフ図である。
図８は、λ＜６４１ｎｍ及びλ＞６８０ｎｍの波長範囲は、伝搬光Ｇ２が存在しないことを表している。すなわち、λ＜６４１ｎｍの場合は、伝搬光Ｇ２は基板１２との界面で全反射されず、導波層１４から基板１２に抜けてしまう。λ＞６８０ｎｍの場合は、放射光Ｇ１は基板１２と導波層１４との間で反射され、導波層１４に導入されない。

次に、光源１０からの放射光Ｇ１が第１の回折格子１６により回折され導波層１４へ導入された導波光強度の温度変動について説明する。
光源１０から放射される光強度の波長依存性は、温度により変動する。光源１０がＬＥＤである場合、放射光強度波長依存性はほぼ同一形状を維持したまま、温度上昇に伴い全体的に波長がより長い側へシフトする。
図９は、ＬＥＤの放射光のスペクトルの温度変動を表すグラフ図である。縦軸は相対強度であり、横軸は波長を表す。ＬＥＤの放射光Ｇ１の強度は、フォトダイオードを用いたＡＰＣ（Automatic Power Control）回路により一定値に制御することが好ましい。図９は、２５℃を基準として、−２０℃、−１０℃、プラスマイナス０℃、＋１０℃、＋２０℃の温度変動ΔＴにおける波長依存性を表している。このスペクトルすなわち強度の波長依存性は下式により近似的に表わされる。

Ｉ（λ）＝１０００×ｅｘｐ［−｛（λ−（６５５＋０．２×ΔＴ））／２２｝^２］
式（８）。
ΔＴ＝＋２０℃の温度変動に対してスペクトルを表す曲線は、＋４ｎｍ程度長波長側にシフトする。また、ΔＴ＝−２０℃の温度変動に対してスペクトルを表す曲線は、−４ｎｍ程度短波長側にシフトする。

図１０は、このようなスペクトルの温度変動がある場合の導波可能な波長範囲を例示するグラフ図である。図１０に表す伝搬光Ｇ２の強度を波長に関して積分した値が、それぞれの温度において導波される測定光強度の初期値に対応する。なお、より正確には、この積分値に回折効率を乗じた値が測定される初期値となる。

図１１は、伝搬光Ｇ２の強度の温度による変動を表すグラフ図である。すなわち、光源１０の温度の変動に伴い、光源１０及び伝搬のスペクトルに変動が生じる。ここで、図１０に表された波長依存性を１ｎｍごとに積分した積分強度を図１１の縦軸左側に表し、信号変動比を縦軸右側に表す。また、横軸は温度変動ΔＴを表す。図７に例示された特性を有する光源１０を使用する場合、測定光強度を表す積分強度はΔＴ＝＋５℃において約１％、ΔＴ＝＋２０℃において４％弱増加する。また、積分強度はΔＴ＝−５℃において１％強、ΔＴ＝２０℃において約６％減少する。

温度が変化した時の導波層１４における伝搬光Ｇ２の強度の変化量は、図１１より推定できる。例えば、ΔＴ＝０℃の基準温度において発色反応測定を開始し、３０秒後に測定光強度が５０％減少したとする。３０秒後にΔＴ＝０℃であれば発色反応に伴う信号量変化は測定光強度の変化量と同じ５０％となる。もし３０秒後のΔＴ＝＋５℃であれば測定中に導波光強度が＋１％増加していると考えられ、発色反応に起因する信号変化量、すなわち減少量は５１（＝５０＋１）％と推定できる。同様に、３０秒後にΔＴ＝−５℃であれば発色反応に起因する信号変化量は、４９（＝５０−１）％と推定できる。このようにして、光源１０の放射光Ｇ１の温度変動による導波光強度の変化量を補正することができる。

次に、導波層１４内を全反射しながら伝搬する伝搬光Ｇ２の反射回数の温度変動について説明する。すなわち、温度が変動すると光源１０から放出される光の波長が変化するため、導波層１４における伝搬光Ｇ２の光路も変化する。その結果として、伝搬光Ｇ２が導波層１４において全反射される回数も変化する。
図８に例示したように波長６４１乃至６８０ｎｍの伝搬光Ｇ２が導波層１４を全反射する反射角を導波角θ_１は、式（１）で表される。全反射は、導波層１４と基板１２との界面、及び導波層１４と薄膜１８との界面においてそれぞれ生じる。合計の反射回数は次式で表わされる。

反射回数＝Ｌ／（ｔ×ｔａｎθ_１） 式（９）

但し、 Ｌ：薄膜の導波方向の長さ
ｔ：薄膜の厚み。

なお、吸収領域２４においてエバネッセント波の吸収を生じる薄膜１８との反射回数は、このうちの片側分のみとなる。
図１２は、Ｌ＝５ｍｍ、ｔ＝１０μｍの場合における反射回数の計算結果を表すグラフ図であり、縦軸は反射回数を、横軸は波長（ｎｍ）を表す。波長６４１ｎｍの導波光成分は約１１５回反射し、波長増加とともに反射回数が減少し、波長６８０ｎｍでは反射回数がゼロとなる。

図１３は、導波光の規格化スペクトルの温度変動を表すグラフ図である。光源１０としてＬＥＤを用いた場合、伝搬光Ｇ２は、温度上昇に伴い波長は長くなるので反射回数が減少する。はじめに、図１０に例示された導波光のスペクトルをその積分値が１．０となるようにピーク強度を規格化する。すなわち、それぞれのスペクトルを表す曲線を１ｎｍ刻みに強度を積分すると１．０となる。図１３は、このような規格化後のスペクトルの温度変動を表す。

図１４は、反射回数の期待値の波長依存性の温度変動を表すグラフ図であり、図１２に表した反射回数と図１３に表した規格化強度とを１ｎｍ刻みに乗算した結果を表す。縦軸は反射回数の期待値であり、横軸は波長である。ΔＴが−２０℃から＋２０℃へと増加するのに伴い反射回数の期待値のピークが低下し、長波長側へシフトする。

図１５は、反射回数期待値の波長に関する積分値及び反射回数変動比の温度依存性を表すグラフ図である。すなわち縦軸は、波長１ｎｍ刻みで反射回数の期待値を積算することにより得られた伝搬光Ｇ２の平均反射回数に相当する。横軸は温度変動ΔＴである。
ΔＴ＝０℃において伝搬光Ｇ２の平均反射回数は８５．３回であり、ΔＴ＝＋２０℃において平均反射回数は８１．５回に減少する。一方、ΔＴ＝−２０℃において平均反射回数は８９回に増加する。これを反射回数変動比で表すと、−２０℃乃至＋２０℃の温度変動に対して、反射回数は＋５％から−５％へほぼ直線的に減少する。

図３に表した吸収領域２４で生じるエバネッセント波の吸収量の温度変動は、この反射回数変動と高い相関関係にある。例えば、ΔＴ＝０℃において発色反応測定を開始し、３０秒後に測定光信号強度が５０％減少したとする。３０秒後においてΔＴ＝０℃であれば、発色反応に伴う信号変化量は測定光強度と同じ５０％となる。もし、３０秒後においてΔＴ＝＋２０℃であれば導波光強度の変化分が４％、伝搬光Ｇ２の反射回数変化に起因する発色反応量の計測誤差が−５％となる。従って、発色反応に起因する正味の信号変化量は、正確には（５０＋４）×１．０５＝５６．７（％）と推定できる。

次に、本実施形態の発色反応検出機器の具体例について説明する。
図１６は、本発明の具定例にかかる発色反応検出機器の模式断面図である。
樹脂などからなる筐体３０には支持部６が設けられ、センサーチップ５を取り付け可能とされている。筐体３０の中には、光源１０が設けられ、放射光Ｇ１は反射ミラー１３などの光学系を適宜介して、筐体３０に設けられた透過部からセンサーチップ５の基板１２に入射する。一方、基板１２から取り出された光は、筐体３０に内蔵された光検出器２０により検知される。筐体３０には、制御基板３２及び液晶ディスプレイ３６などがさらに配置される。光源１０と光検出器２０と５液晶ディスプレイ３６は、制御基板３２と電気的に接続がなされる。また、操作するためのスイッチ３８が、筐体３０または制御基板３２に固定される。なお、センサーチップ５は、使用後に交換されるために着脱自在となっている。図１６に例示される本具体例の構造は、携帯可能な小型機器に適している。従って例えば、図示しないベルトなどによってヒトの腕や腹などに装着し、人体から放出される所定の媒体を測定することにより簡単に検査することができる。

そして、本実施形態によれば、例えば光源１０の近傍に温度センサ１１が設けられ、その検出結果が配線３５を介して制御基板３２に出力される。制御基板３２は、温度センサ１１により検出される温度の変動に対応して、図１乃至図１５に関して前述したように、光源１０から放出される放射光の波長の変化や導波層１４での導波光の光路の変化を考慮して演算を実行する。その結果として、温度の変動による測定値の誤差を抑制した発色反応検出器を実現できる。
なお、光源１０としては、例えば、表面実装型（surface mounting device：ＳＭＤ）のＬＥＤを用いることができる。その温度の変動を検出するためには、例えば、ＳＭＤの表面にサーミスタや熱電対などの温度センサ１１を圧接あるいは接着することができる。

図１６に例示される本具体例の発色反応検出機器を製造する際には、例えば組立工程の途中または後に、図１乃至図１５に関して前述したような放射光Ｇ１、伝搬光Ｇ２の温度変動データなどを制御基板３２に設けられたデータ格納部３４（図１参照）に入力する工程を設けることができる。このようなデータの最も簡単な例は、図６に関して前述したものである。また例えば、図１１、図１５に例示したような温度変動データを、制御基板３２に設けられたＲＯＭ（read only memory）に数値データとして入力してもよい。具体的には、機器の使用環境が２０乃至２２℃と定められているとすると、例えば（表１）のような数値データを記憶させておくことができる。

このようにすると、実際の測定において測定開始時の温度が２０．２℃で測定終了時の温度が２１．８℃の場合には、（表１）のデータベースの中で最も近い状態にあるデータＣを選択し、導波光強度変化率＋２％、反射回数変化率−２％を引き出して、発色反応に起因する正味の信号変化量を容易に推定できる。
またあるいは、図９に関して前述したような光源１０からの放射光Ｇ１のスペクトルの温度依存性をデータ格納部３４に格納し、温度センサ１１の測定値に応じて制御部３３が補正演算を実行するようにしてもよい。

以上説明したように、本具体例によれば、第１の回折格子１６による回折後の導波光強度の温度変化量を推定し光検出器２０への入射光強度の変化量を補正する。この結果、精度高く発色反応量を知ることが可能となる。また、全反射回数の温度変動を算出し、伝搬光Ｇ２のエバネッセント波吸収量の温度変化量を推定し光検出器２０への入射光強度の変化量を補正する。この結果、より精度高く発色反応量を知ることが可能となる。

なお、データ格納部３４に格納する温度依存性に関するデータは、複数の発色反応検出機器を製造する場合に、それぞれの機器において同一としてもよく、またはそれぞれの機器について実測したデータを用いてもよい。例えば、光源１０の温度特性に個体差が少ない場合には、温度依存性に関するデータは同一とすることができる。一方、光源１０の温度特性に個体差が大きい場合には、それぞれの発色反応検出機器について、温度依存性に関するデータを測定し、これをデータ格納部３４に格納するとよい。

本具体例によれば、光源の温度変動を抑制するための構成要素が不要であるので装置の小型化が可能となり、携帯用途に適する。さらに、温度が安定化する時間が不要となるので迅速な測定が可能となる。しかも、温度補正機能を有しているために測定精度が確保できる。

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態につき説明した。しかし、本発明はこれらの具体例には限定されない。例えば、発色反応検出機器を構成する光源、温度センサ、基板、導波層、回折格子、薄膜、光検出機器などの形状、サイズ、材質などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。

本発明の実施の形態にかかる発色反応検出機器のブロック図である。 本実施形態の発色反応検出機器における光学部を表す模式断面図である。 光学的作用をさらに詳細に説明するための模式断面図である。 測定に際して光検出器２０で検出される入射光Ｇ３の強度の時間変化を概念的に表すグラフ図である。 本実施形態の発色反応検出機器１における測定の流れを例示するフローチャートである。 制御部３３において実行される補正演算（ステップＳ１４）に用いられるテーブルの最も簡単な例を表す模式図である。 光源１０として赤色ＬＥＤを用いた場合の放射光のスペクトルすなわち強度の波長依存性を例示するグラフ図である。 伝搬光Ｇ２の波長範囲を表すグラフ図である。 ＬＥＤの放射光のスペクトルの温度変動を表すグラフ図である。 スペクトルの温度変動がある場合の導波可能な波長範囲を例示するグラフ図である。 伝搬光Ｇ２の強度の温度による変動を表すグラフ図である。 Ｌ＝５ｍｍ、ｔ＝１０μｍの場合における反射回数の計算結果を表すグラフ図である。 導波光の規格化スペクトルの温度変動を表すグラフ図である。 反射回数の期待値の波長依存性の温度変動を表すグラフ図である。 反射回数期待値の波長に関する積分値及び反射回数変動比の温度依存性を表すグラフ図である。 本発明の具定例にかかる発色反応検出機器の模式断面図である。

符号の説明

１ 発色反応検出機器、６ 支持部、 １０ 光源、 １１ 温度センサ、 １２ 基板、 １３ 反射ミラー、 １４ 導波層、 １６，１７ 回折格子、 １８ 薄膜、 ２０ 光検出器、 ２２ 被検査体、 ２４ 吸収領域、 ３０ 筐体、 ３２ 制御基板、 ３３ 制御部、 ３４ データ格納部、 ３５ 配線、 ３６ 液晶ディスプレイ、 ３８ スイッチ、Ｇ１ 放射光、Ｇ２ 伝搬光、Ｇ３ 入射光

Claims (5)

1. 基板と、前記基板の上に設けられた導波層と、前記導波層の上に設けられ被検査体から放出される物質により発色反応を生ずる薄膜と、を有するセンサーチップを支持する支持部と、
   前記支持部に支持された前記センサーチップの前記導波層に光を導入する光源と、
   前記センサーチップの前記導波層から放出された前記光を検知する光検出器と、
   前記光源の温度を測定する温度センサと、
   前記光検出器による前記検知の結果と、前記温度センサによる前記測定の結果と、に基づいて前記導波層を伝搬する前記光の温度依存性に関するデータを作成し、前記データに基づいて前記光検出器へ入射する前記光の強度の変化量を補正し前記センサーチップにおける発色反応量を演算する制御部と、
   を備えたことを特徴とする発色反応検出機器。
2. 前記データは、前記光源から放出され前記導波層を伝搬する前記光の強度の温度依存性を含み、
   前記制御部は、前記温度センサによる前記測定の結果に基づいて前記データを用いることを特徴とする請求項１に記載の発色反応検出機器。
3. 前記データは、前記光源から放出され前記導波層を伝搬する前記光が前記導波層と前記薄膜との界面で反射する回数の温度依存性を含み、
   前記制御部は、前記温度センサによる前記測定の結果に基づいて前記データを用いることを特徴とする請求項１に記載の発色反応検出機器。
4. 導波層を有するセンサーチップを支持する支持部と、前記支持部に支持された前記センサーチップの前記導波層に光を導入する光源と、前記センサーチップの前記導波層から放出された前記光を検知する光検出器と、前記光源の温度を測定する温度センサと、データ格納部と、前記センサーチップにおける発色反応量を演算する制御部と、を有する発色反応検出機器の製造方法であって、
   前記光検出器による前記検知の際に生じた温度の変動による誤差を補正するためのデータを前記データ格納部に格納する工程を備えたことを特徴とする発色反応検出機器の製造方法。
5. 前記格納する工程の前に、複数の温度において前記導波層を伝搬する前記光の温度依存性を含む前記データを取得する工程を備えたことを特徴とする請求項４に記載の発色反応検出機器の製造方法。

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