JP4782794B2

JP4782794B2 - 光センサ

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Inventors: エフエヴァンズ，アラン
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Priority date: 2004-10-29
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Description

本発明は広く、気体、液体または他の流体の光学試験のためのセンサに関し、特に、小さなスペースで多数の流体試料（流体流れを含むが、それに限定されるわけではない）の吸収スペクトル、蛍光スペクトルまたはラマンスペクトル、屈折率または他の光学特性を観察することができるセンサに関する。具体的に言えば、本発明は１平方インチ（６５０ｍｍ^２）の断面積を有するカラムにおいて約１０，０００個までの流体試料を同時に試験することができる可能性があると想定している。

観察することができる他の光学特性としては、１つの波長または有限数の波長のそれぞれにおける吸光度／透過率または発光率が挙げられる。本発明は、連続的に流れる流体の流れの１つ以上の光学特性における変化を観察するため、または複数のそのような流れの光学特性を比較するために特に適していると考えられる。

一例としてではあるが、本発明は、未知の疑わしい有害物質または微生物または種々の分散源から収集された汚染物質の中から、多数の薬剤の候補物質の検出、識別、分析および／または選別を行う際に有用であると考えられる。

光ファイバは、プローブ光を試験対象の試料にもたらすため、および／または試料から出る光を検出器に搬送するために用いられてきており、ファイバのバンドルを用いて小型試験デバイスのアレイを製作することを提案している著者も少数いるが、本願出願人が認識している限り、対応して大量の流体試料または流れを試験セルにもたらす効率的な方法を提案している人はいない。

本発明の一態様は、
複数の光ファイバおよび複数の個別の液密の長手方向に延在するダクトを備える少なくとも１つのバンドルと、
前記ダクトの少なくとも一部に選択的に流体を導入するための流体コネクタと、を備える光センサである。

大部分の場合には、ダクトおよび光ファイバは同一のバンドルにある（すなわちバンドルのそれぞれにダクトおよび光ファイバの両方がある）が、後ほど明らかになるように、本発明の一部の形態では、すべての光ファイバが１つのバンドルにあり、すべてのダクトが別のバンドルにあってもよい。

光ファイバは、追加の外部層を有していても有していなくてもよい、より低い屈折率のクラッドで包囲された比較的高い屈折率のコアを備える従来の種類であってよく、そのような場合には、ダクトは、
（ａ）バンドル化されたファイバの間の間隙によって形成されるか、その間隙に収容されてもよく、
（ｂ）ファイバとバンドル化されてもよいが、通常は、類似の断面寸法であるが、これは必須ではなく、
（ｃ）個別のバンドルであってもよく、
または場合によっては上記の２つ以上に当てはまってもよい。

光ファイバは、フォトニック結晶ファイバにおけるように周期的なアレイに必要に応じて配置された、長手方向に延在する空隙を備えた、中実コアおよびクラッドを有するホーリー型であってもよい。これらの空隙は次に、ダクトの少なくとも一部を形成するために利用可能であるが、別の場所に別のダクトがあってもよい。

特に、光ファイバは、フォトニックバンドギャップファイバであってもよく、光導波路がフォトニック結晶構造における長手方向に延在する空隙「欠陥」によって形成され、空隙欠陥がダクトの少なくとも一部を形成するために利用可能である。

さらに、一部の用途では、ファイバは、より低い屈折率のクラッドの内部に高い屈折率の内部環状層の有無を問わず、中空であってもよい。内部環状層を備えていない場合には、ファイバの中央空隙に導入されることになっている液体は、それ自体にファイバコアとして機能するのに十分に高い屈折率を有することが必要である。

従来のファイバが用いられる場合には、その端部には、屈折ミラーを形成するために、必要に応じてエッチングおよび／または塗布が施されてもよい。２つのそのような端部は、互いに対して接近して整列される場合には、光強度を局所的に増大することによって、感度を増大するために、ファブリペロ共振器を形成することができる。

本発明の別の態様は、
その少なくとも一部がそれぞれの光ファイバの光学モードと実質的に重なる複数の個別の液密の長手方向に延在するダクト、を画成する複数の光ファイバを含む少なくとも１つのバンドルと、
実質的に前記バンドルの全長にわたって前記光学モードと相互に作用するように、前記ダクトの少なくとも一部に選択的に流体を導入するための流体コネクタと、を備えた光センサである。

したがって、本発明のこの態様は、必要に応じて、長さが数フィートまたは数マイル（メートルまたはキロメートル）である場合もありうるバンドルと実質的に同じ長さのテストセルを形成し、きわめて薄い濃度の流体に存在する種の検出および測定を可能にする。

本発明の別の態様は、
複数の光ファイバおよび複数の個別の液密の長手方向に延在するダクトを備える少なくとも１つのバンドルであって、端部を有するバンドルと、
前記ダクトの少なくとも一部に選択的に流体を導入するための流体コネクタと、
前記端部に対して封止され、各々が少なくとも１つの前記ファイバと光透過性に整列した複数のセルを画成し、かつ前記ダクトの少なくとも１つと連通するアレイ部材と、を備えた光センサである。

バンドル（または各バンドル）の端部は、実質的に平坦であり、アレイ部材は、適切な形状およびセルを画成する寸法の孔または凹部を有する板状部材であることが好ましい。ある場合には、アレイ部材は、バンドルと同一の材料であり、バンドルに永久に密閉状態で封止されることが好ましい。別の場合には、アレイ部材は、必要な封止を維持するために圧力下で取り外し可能に保持される弾性材料からなることが好ましく、それが必要である場合もある。

本発明のこの態様によるシングルファイババンドルは、次のような複数の方法で用いられる。

（ａ）アレイ部材の対向する側に多かれ少なかれ直接適用される光検出器のアレイによって、それぞれのセルに流体およびプローブ光を伝搬するようにするか、または
（ｂ）流体をそれぞれのセルに伝搬し、セルから遠隔検出器に光を搬送し、セルのすべてがアレイ部材の対向する側にある１つの光源によって照らされるようにするか、
（ｃ）流体をセルのそれぞれに伝搬し、セルから遠隔検出器に光を搬送し、セルのそれぞれがアレイ部材の対向する側にある光源アレイのそれぞれの光源によって照らされるようにするか、または
（ｄ）流体をセルのそれぞれに伝搬し、アレイ部材の対向する側にある少なくとも１つの反射体を用いて、遠隔検出器からセルにおよびセルから遠隔検出器に光を搬送するようにする。
これらの場合のそれぞれにおいて、セルがバンドルにおける少なくとも２つのダクトと連通するという条件であれば、バンドルはまた、検知後、流体を必要に応じて運び去ってもよい。そうでない場合には、流体がアレイ部材から直接廃棄されることを許容しない限り、ダクトの対応するアレイをアレイ部材の他方の側に設ける必要がある。

あるいは、センサは、アレイ部材の各側に１つずつ、第１のファイババンドルおよび第２のファイババンドルを含むため、光は第１のバンドルのファイバからアレイ部材に形成されたテストセルを通って第２のバンドルのファイバに達する。特定の場合には好都合であることが分かっているように、そのような場合には、流体を、同一のバンドルまたは異なるバンドルのダクトによって導入して運び去ってもよい。一部の用途では、アレイ部材の一方の側に２つ以上のバンドルを有し、それぞれが他方の側の１つのバンドルの断面領域の一部に係合することが有用である場合がある。

大部分の場合には、流体がバンドルに入るかまたは出ることになっている端部でまたは各々の端部で、光ファイバは流体の通過を可能にするために穿孔のある光学素子（具体的に言えば、光源、光検出器または反射体）のアレイに接続されることがきわめて好ましい。次に、ダクトの適合バンドル（光ファイバがない）を光学素子のアレイの対向する側に接続することができ、他の方法では難しい個別のダクトへの流体接続の提供を容易にするために、「アップテーパ」することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、部分的にはその説明から、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲のほか、添付図面を含む本願明細書に述べるように、本発明を実行することによって認識することによって当業者には容易に明白となるであろう。

前述の一般的な説明および本発明の本実施形態の以下の詳細な説明の両方は、請求されるように本発明の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図していることを理解されたい。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本願明細書に援用され、その一部を構成する。図面は、本発明の種々の実施形態を示し、詳細と共に本発明の原理および動作を説明するために役立つ。

ここで、本発明の好ましい本実施形態を詳細に参照し、その実施例が添付図面に示される。可能である限り、同一の参照符号は、図面にわたって同一の部品または類似の部品を指すために用いられる。

図１は、それぞれがコア２およびクラッド３を備え、矩形のグリッドに配置され、接触する場所では共に溶融または他の方法で封止され、その結果、（エッジ効果を受けて）ファイバと同じ数の間隙ダクト４を形成する従来の光ファイバ１を含む第１の光ファイババンドル構造を示している。

図２は、矩形の断面のファイバから形成される点を除き、実質的に同一である別の光ファイババンドル構造を示している。

図３は、間隙ダクト４に加えて、それぞれがそのコア内部に中央ダクト５を有するように形成されたファイバから形成される改造型バンドルを示している。そのようなファイバは、中央の空隙があまり閉じないように、管状の母材から始めて、温度／張力条件を調整することによって、周知のファイバ延伸技術のいずれかによって過度の困難を伴うことなく作製されることができる。本発明のこの形態におけるダクト５の直径は、その中の流体の屈折率および光減衰要件によって制限される。きわめて低い損失要件および空気の屈折率（ｎ＝１）に近い屈折率を有する一つの極端な場合には、直径は、伝送される光の波長（約１μｍ）に近くなければならないであろう。この極端な場合には、流体の流量は、気体流体の場合であっても相当制限されることになり、流体の組成において任意の検出される変化は緩慢になるであろう。ダクトに供給される流体がコア２の屈折率に類似の屈折率またはコア２より高い屈折率を有する場合には、ファイバの光学コアの一部（たとえば、２ステッププロファイルファイバを形成する）または内部閉じ込めコアとして機能することから、本発明のこの形態はさらに容易に用いられる。一部のそのような場合には、中実の光学コアを省き、流体自体がファイバのコアを形成することができるようにすることも可能であると思われる。

図４のバンドルでは、（たとえば、組立て前に正方形の部分までファイバ母材を研削することによって、または個別の充填材ロッドを用いることによって）間隙ダクトが除去されている。図示されているように、これは結果としてモノリシック構造になる場合には、当然のことながら実質的に剛性であるのに対し、示された他の構造はある程度の可撓性を保持しうる。

図５は、ホーリー光ファイバ６のアレイのきわめて概略的な図であり、それぞれが間隙ダクト４に加えて、コアの付近では少量の固体材料によって支持される複数のダクト８によって画成される空間によって大部分が構成されるクラッド（図を簡単にするため、コアの材料と同一であると仮定されるが、実際にはより低い屈折率の固体が好ましいと考えられる）を有する中実の中央コア７を備えている。このタイプのファイバが機能するには、ダクト８内の任意の流体が、光閉じ込めを維持するために十分に低い屈折率であるようにすることが必要であり、異なるダクト内の流体が同一でない場合には、著しい非対称性を避けるために、屈折率が十分に類似であるが、互いに関係なく用いることができるという制限を条件としていることは明白である。

図６は、フォトニックバンドギャップファイバ９のアレイを示しており、それぞれが小さな通路１１の規則的なアレイを含むフォトニック「結晶」の中に中央の光透過性の空隙１０を含むことから、間隙ダクト４に加えて、２種類のダクトが画成される。コアにおける光閉じ込めを減少させる傾向があり、その結果、クラッドに対するトンネル損失を増大させるため、この構造ではその屈折率が空気の屈折率に近い場合を除き、通路１１に流体を導入することは通常は望ましくない。空隙１０は、制限の比較的少ないダクトとして用いることができる。

図７は、マトリックス１３内部の素子１２を含む補助アレイを示しており、
（ａ）ダクト（光ファイバの有無を問わず）を有する別のアレイと共に用いるためのダクトのない光ファイバアレイ（素子１２はファイバコアである）または
（ｂ）ファイバ（ダクトの有無を問わず）を有する別のアレイと共に用いるためのファイバのないダクトのアレイ（このときの素子１２はダクトである）
を表していると解釈してもよい。

これまで記載したバンドル構造は、ダクトを画成するためにファイバのみを用い、等しい数のファイバおよびダクトを有するか、またはファイバより多いダクトがある場合には、ダクトの少なくとも一部がファイバの断面に比べてきわめて小さいかのいずれかである。一方のダクトは流体を供給するためであり、他方のダクトは流体を除去するために、ファイバごとに２つの比較的大きいダクトを設けることが望ましいことが多く、図８および図９はこれを実行することができる種々の方法のうちの２つを示している。図８の構成では、バンドルは、きちんとバンドル化するために、ファイバ１と同一の直径を有するように示された個別に形成されたダクト１４を含むだけである。図はまた、示された構造の大部分と同様に、バンドルが矩形のアレイの中ではなく、密集していてもよいことも示している。図８の別の構造は、ファイバ１間の間隙に収容することができるようなサイズおよび形状の２つの孔１６、１６を有する個別の形成されたダクト１５を用いている。別の簡単なオプションは、各間隙に２つの個別の略三角形のダクトを用いることであろう。

本発明の多くの実施形態は、ダクトを相互接続するためおよび／または流体がファイバによって伝導される光と相互作用することができるようなセルを形成するために、ファイババンドルの端部に施されるか、または２つのファイババンドルの間に挟まれる孔および／または凹部の適切なパターンを有する略平坦なアレイ部材を用いる。孔および凹部のパターンは相当変化してもよく、施されることになっている１つまたは複数のバンドルの構造にのみならず、センサが用いられることになっている特定の用途にも左右される。これらの設計工程は、当業界内では定石の事柄であるが、一部の対処法を示すために少数の実施例を採用する。

図１０は、実質的に正方形の対角線に配置される貫通孔（または凹部）１７を有するアレイ部材の部分を有する図１のアレイを示しており、それぞれの貫通孔（または凹部）は一方のダクトから他方のダクトへの流体の流れのために２つの間隙ダクト１８および１９と連通し、ファイバによって伝搬される光が流体と相互に作用することができるようにするために光ファイバ２０および２１のうちの２つと光学的に連通するセルを形成するような寸法であり、確認用の繰返しまたは波長、波長範囲（走査する場合）または他の光学特性が異なる光を用いた異なる測定のいずれかの各流体試料における２回の測定を行う。幾つかのタイプの測定のための別の態様では、プローブ光を導入するために２本のファイバの一方を用い、発せられた光を検出器に伝搬するために他方のファイバを用いてもよい。

図１１は、図３のバンドルおよびその上に重ねた長方形の凹部２２を有するアレイ部材を示しており、それぞれが光と流体との間の相互作用がダクト内部（アレイ部材のセル内でも行われるかどうかに関係なく）で行われるという意味で能動的である軸方向のダクト５と受動的である間隙ダクト４との間の連通を行っている。図１２は、セル２３を形成する多少類似のアレイ部材を備えた図８のバンドルを示しており、それぞれのセル２３が光ファイバ１のそれぞれの端部を過ぎて延在し、２つの隣接するダクト１４と連通する。

これまで記載したアレイ部材は、貫通孔を有するか、または一端（連通することになっているダクトを形成するか、またはダクトに収容するファイババンドルから遠い方の端部）に中実または穿孔のあるウェブを別にして、実質的に一様な断面である。可能であれば、これは、簡素かつ信頼性のために好ましい。しかし、センサが整列されたダクトを有する２つのバンドルを含む場合には、（たとえば、流体がセルの光学的に能動的な部分を迂回することができないことを確実にするために、）整列されていないダクト間の連通を行うか、または整列されたセル間の間接的な経路を強要することが望ましいことがある。これは、適切な３次元形状のアレイ部材によって実現されることができる。図１３および図１４はこのような場合を示しており、これらの図のそれぞれは、図１に示された類のそれぞれである２つのバンドル２４、２５に基づくセンサ用のオプションと考えることができる。

図１３のオプションは、図１０に見られるパターンに概ね類似であるアレイ部材２６を用いるが、このオプションでは、開口部２７が貫通孔であり、任意の個別のダクト、たとえばダクト２８が、整列しているダクト（たとえば、ダクト２９）と連通せずに、隣接するファイバの１つの対向する側にある他のアレイのダクト（たとえば、ファイバ３１の対向する側にあるダクト３０）と連通するように、斜めに延在する端壁２８を有する。このようにして、流体がファイバ３１とファイバ３３との間の軸方向に位置する能動領域３２を確実に通過するようにする。

図１４の別の構造において、各ダクト（たとえば、ダクト２８）は直に対向するダクト（２９）と連通するが、アレイ部材２６は、流体が能動領域３２を迂回することができないように確実にするために、バッフル３４を含む。

図１５〜図１８は、１つのファイバ／ダクトバンドルを有する本発明によるセンサを完成して用いることができるブロック図の形態でいくつかの主な方法を示している。図１５の実施形態において、穿孔のある光源アレイ、穿孔のある検出器アレイ、流体の入口用および出口用の外部接続がすべて、アレイ部材から遠いバンドルの端部に位置しており、センサはアレイ部材の対向する側に反射体によって完成される。これは、たとえば、流体が光源の面または検出器の面を損傷する恐れがあるか、または光源の面または検出器の面との接触によって汚染される恐れがあるが、ファイバとの正確な光学的な経路指定および効率的な結合を確保するために、さらなる光学部品（たとえば、マイクロレンズ、サーキュレータ、波長分割マルチプレクサ／デマルチプレクサまたはスプリッタカプラ）を必要とする可能性がある場合には、望ましい配置である。図１６の実施形態において、検出器アレイ（たとえば、フォトダイオードアレイ）は、バンドルから遠いアレイ部材の側に直接用いられる。これは、光学接続を簡単にする。この配置は、図１７によって示されているように逆転することができ、レーザアレイまたは他の光源がファイバの遠い方の端部でアレイ部材および検出器アレイに直接用いられる。この用途の場合には、垂直共振型面発光レーザアレイ（ＶＣＳＥＬアレイ）が特に好都合である可能性があるが、レーザダイオード源および増幅自然放出光源もまた用いることができる。少数の場合には、アレイ全体を照らすために、白熱灯であっても、１つの大領域光源を用いることが可能である場合がある。図１８は、流体が、バンドル中のダクトを通って戻るのではなく、アレイ部材の側から出てもよい可能性を示している。流体が空気または別の周辺流体であり、たとえば、汚染の監視中および観察中であり、観察がテストセルを通過後の異なる流れからの流体の混合によって台無しにさらされることがない場合には、これは、適切で簡素化され、好都合である可能性がある。

図１９は、同様にダクトがないファイバの１つのバンドルおよびファイバのないダクトの１つのバンドルに基づく本発明によるセンサを構成して用いる１つの方法を示している。光源および検出器アレイを有するアレイ部材との接触において穿孔のある反射体が用いられる。光源および検出器アレイはいずれも、ファイババンドルの遠い方の端部およびダクトバンドルの遠い方にある流体入口および出口に位置している。

図２０は、それぞれがファイバおよびダクトの両方を含む２つのバンドルを用いた１つの配置を示している。光源アレイおよび流体出口は一方の端部に、検出器アレイおよび流体入口は他方の端部に位置している。当然のことながら、所望であれば、流体の流れる相対的な方向を逆転することが可能である。また、所望の場合には、異なるダクトにおける流体の流れの対向する方向および／または異なるファイバにおける光伝搬の異なる方向を有することも可能である。

本発明において用いるためのガラスファイバおよび／またはガラスダクトのバンドルは、簡素な構成要素の形状の組立ておよび同時線引きおよび／またはより複雑な構成要素の押出成形に基づく周知の技術によって作製されてもよい。アレイ部材と接触するためのバンドルの端部は、一部の場合には他端より小さい（または大きい）サイズにテーパが施されてもよい。アレイ部材もまたガラスである場合には、中間線引き段階に対応するサイズに構成され、最終的な線引き前に１つまたは複数のバンドルに接合されてもよい。

一部の場合には、本発明のセンサの光学接続および流体接続を構成することは、骨の折れる作業である恐れがあることは明白である。既に示したように、可能であれば、流体接続が構成されることになっている場合には、センサの一端または両端に光学素子の穿孔のあるアレイを用いることによって簡素化することがきわめて好ましい。そのようなアレイは、特定のセンサに適切であるように、アレイ部材に用いられてもよく、バンドルの端部に直接用いられてもよく、実際には両方の光源および光検出器を含むためには、互いに積層される個別の穿孔のある基板が必要である（他の基板における光学素子への十分な光結合を保証するために、ファイババンドルに近い方の基板の厚さのために、マイクロレンズまたは他の光学平行化手段を必要とする可能性もある）が、光源、光検出器または反射体、または原則的にはこれらのうちの２つ以上を備えていてもよい。

流体接続がそのような方法で光路から分離されているときには、バンドルから最も遠い基板の側に、一端の穿孔のあるアレイの寸法を適合させ、他端でさらに大きくするようにするためにテーパを施されるダクトのみを含む（ファイバがないことだけを意味する）補助バンドルを用いることが容易に可能であるため、所望であるように指向することが比較的容易になっている。そのような補助バンドルは、特に、主要バンドルを作製するために記載したものと実質的に同一の積層および延伸技術によって作製されることができるが、その長さの一部のみが完全に延伸される。図２１は、そのようなテーパのある補助バンドル３６の概略図であり、分かりやすくするために、少数のダクトのみを示し、バンドルを著しく短縮して描いている。狭い部品３７は、図７の説明（ｂ）に示されたバンドルと構造が実質的に同一であってもよく、たとえば図１９によって示されたセンサに用いられる。残りの部品は、構造に関して同一であり、中央部分３８の横方向の寸法が徐々に比例して増大し、その広い方の端部３９でダクト４０は、個別の可撓性または湾曲した管４１または特定の用途に適して好都合であるような合成角または個別の角度の管４２への接続を容易にするほど十分に大きい点のみが異なる。

たとえば、必要な特性の光が半導体光源から得ることができないが、いわゆる気体レーザが必要であるため、または光の関連特性が半導体光検出器によって検出することができないが、たとえば、光電子増倍管を必要とする可能性があるために、バンドルの端部に光源または光検出器の適合するアレイを用いることが可能でない場合がある。高精度の微小工学技術によってバンドルの端部で個別の管および個別の光ファイバを封止する別の方法は、バンドルの端部にダクトの補助バンドルを接合することである。これは、図２１を参照して既に記載したものと全く同じであるが、ダクトがダクトと整列されることに加えて、各ファイバ端部と整列される点が異なる。次に、光ファイバ４４の調整された端部を適切なダクトの広い端部に挿入して、実質的にバンドル内のファイバに当接して結合するまで進めることができる。

適用例
図１１に示されたアレイ部材および図１６の配置で適切に（いずれの場合にも他の可能性もある）、図３または図４または図５のいずれかのファイバ／ダクトバンドルを用いた本発明によるセンサは、（事故であるか故意であるかに関係なく、）複数の汚染物質に関して建物内および／または屋外領域を中心にした複数の位置で空気を連続的に監視するための小型センサを作製するために用いられてもよい。ファイババンドルは相当の長さ、たとえば２５ヤード（またはメートル）程度であり、低レベルの汚染物質を検出するための感度を可能にする。各試料採取点からの空気は、ファイババンドルの一端に導かれ、ファイバの能動部品内のダクトに分散され、各試料は異なる複数のファイバに入る。異なる光源／検出器方式がその大部分において個別のファイバに用いられるが、結果の確認のために、必ずしもそのすべてを複製試験として用いることが望ましいとは限らない。たとえば、光源は、波長が異なっていてもよく、異なる波長帯にわたって走査してもよく、検出器は（光入力を必要としない場合には）光の吸収、散乱、蛍光、光波のゆらぎを測定するように設定されてもよく、異なる化学物質、放射性物質、生物による汚染の特性であってもよい他の影響を測定するように設定されてもよい。潜在的な汚染物質の性質が必要または所望である場合には、検出を可能にするため、または検出を容易にするために、化学試薬を個別の流体の流れ（またはその群）に導入してもよい。

別の用途において、製薬研究における複数の配位子結合実験用に図１５の配置に図１０のバンドルおよびアレイ部材を用いてもよい。反射体は交換可能であり、異なる固定化された受容分子のパターン（たとえばストリップ）によって印刷されることができ、配位子溶液はファイババンドルにおける適切なダクトを通して適用されるため、各配位子が受容体のそれぞれに提供され、光学観察によって、結合が検出され、範囲および／または反応速度に関して所望であれば定量化される。実験の性質が可能とする程度まで、評価されることになっている材料（たとえば識別対象の未知の材料）に関して、印刷パターンにおいて固定化され、試験が行われる標準的な試薬がダクトによって溶液に供給されることが好ましい場合がある。

複数の潜在的な用途は、ファイババンドル２４の面に化学的または生化学的に重要な塗布剤によって、図２０の配置に図１４のアレイ部材を備えた図１のファイババンドルを用いてもよい。

これらの用途の１つの下位群では、塗布剤は、ＤＮＡ、蛋白質、抗体または他の生化学的試料の次の印刷および結合を容易にするための下塗剤（さまざまな例が生化学業界では周知である）である。試料の識別および／または試験のための試薬がダクトを通じて供給され、面における反応が吸収、蛍光または屈折率の変化の測定によって光学的に観察された。

用途の別の下位群では、表面塗布剤は、検出されることになっている物質の特性反応用の触媒であり、それによって、直接的な分光分析による観察が液体の流れに存在する他の物質によって妨害される可能性がある場合には、吸収の変化によって検出を可能にする場合がある。

バンドルにおけるファイバの性質および用いられることになっている観察技術が可能で適切である場合には、ファイバの端部を選択的にエッチングし、反射体（必要であれば）を塗布することができる凹部を形成し、アレイ部材によって形成されるセルの光路長を増大し、その検出感度を向上するためのファブリペロ共振器を形成してもよい。たとえば、α値が２の勾配屈折率を有する種類の代表的なゲルマニウムドープシリカ多モードファイバは、この目的のために理想的な形状である放物線に近い長手方向の断面を備えた共振器を形成するように容易にエッチングされる。

本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、本発明に対して種々の変更および変形を行うことができることは当業者には明白であろう。したがって、本発明が添付の特許請求の範囲およびその等価物の中にあるのであれば、本発明は本発明の変更および変形を網羅することを意図している。

本願明細書における本発明に対する背景のどの説明も、本発明の内容を説明することに含まれたものである。どの文書または情報も「周知」であると記載されている場合には、本件の出願日以前にどこかで公衆の少なくとも１人に対して周知であったことのみが認められる。参考文献の内容が他に明確に示されていない限り、そのような知識が印刷物に表されたことを承認しているわけではなく、米国または任意の特定の国（ＰＣＴの加盟国であるか否かに関係なく）の公衆または本発明が関連する当業者に対して利用可能であったことを承認するわけではなく、本発明が成される前または任意の請求日の前に周知であるか、または開示されたことを承認するわけではない。さらに、どの文書または情報も世界的な規模または任意の国における当業界の共通の一般的な知識の一部を構成していることを承認しているわけではなく、実際構成していると考えられているわけではない。

本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明で用いることが可能である代表的な部分の１つのバンドル断面の概略端面図である。本発明のセンサで用いるためのアレイ部材の異なる形態の概略図である。本発明のセンサで用いるためのアレイ部材の異なる形態の概略図である。本発明のセンサで用いるためのアレイ部材の異なる形態の概略図である。本発明のセンサで用いるためのアレイ部材の異なる形態の概略図である。本発明のセンサで用いるためのアレイ部材の異なる形態の概略図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。本発明によるセンサの異なる形態のブロック図である。外部接続に構成する具体的な方法を示す本発明によるセンサの一部の概略図である。

Claims

試験対象である流体にプローブ光を導入しあるいはその試験対象からの光を検出器に伝搬する複数の光ファイバ、および前記試験対象である流体を流すための、複数の個別の液密の長手方向に延在するダクトを備える少なくとも１つのバンドルと、
前記複数のダクトの少なくとも一部に選択的に前記流体を導入するための流体コネクタと、
を備えてなり、
前記複数のダクトの幾つかが、バンドル化された前記複数の光ファイバの間の隙間によって形成されているか、またはその隙間に収容されていることを特徴とする光センサ。
前記光ファイバはそれぞれ、より低い屈折率のクラッドで包囲される比較的高い屈折率のコアを備えることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
前記ダクトは前記ファイバとバンドル化されていることを特徴とする請求項２記載の光センサ。
前記ファイバの端部は、ファブリペロ共振器を形成するためにエッチングされていることを特徴とする請求項２記載の光センサ。
前記ファイバは中空であることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
前記バンドルは端部を有し、前記端部に対して封止されるアレイ部材をさらに備え、前記アレイ部材は前記ファイバの少なくとも１つと光透過性に整列した複数のセルを画成し、かつ前記ダクトの少なくとも１つと連通されることを特徴とする請求項１記載の光センサ。
前記バンドルの端部は実質的に平坦であり、前記アレイ部材は、前記セルを画成する凹部または孔を有する板状部材であることを特徴とする請求項６記載の光センサ。
前記アレイ部材が、前記バンドルと同一の材料からなり、前記バンドルに永久に密閉状態で封止されていることを特徴とする請求項７記載の光センサ。
前記アレイ部材が圧力下で取り外し可能に保持される弾性材料からなることを特徴とする請求項７記載の光センサ。
前記セルのそれぞれに流体およびプローブ光を伝搬するように構成されたシングルファイババンドルを備えてなり、前記アレイ部材の対向する側に適用された光検出器のアレイを有することを特徴とする請求項６記載の光センサ。
流体を前記セルのそれぞれに伝搬し、該セルから遠隔検出器に光を搬送するように構成されたシングルファイババンドルを備えてなり、前記セルのそれぞれが、前記アレイ部材の対向する側にある光源アレイのそれぞれの光源によって照らされるように構成されていることを特徴とする請求項６記載の光センサ。