使光入射到光波导中的入射方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求2014年8月5日提交的日本专利申请No. 2014-159282的优先权，其 全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0002] 本申请涉及一种使光入射到光波导中的入射方法。
【背景技术】
[0003] 近年来，已经提出了作为小型高灵敏度传感器的如下传感器：其包括平面型聚合 物光波导，并且选择性地包括感测膜（sensingfilm)，该感测膜通过使用聚合物光波导的 表面上产生的渐逝波（evanescentwave)与预定物质、金属薄膜等进行反应，用于进行各种 化学分析和/或生物分析（例如，国际公开第W0 2008/75578号、日本特开2000-19100号 公报和日本特开2007-263736号公报）。
[0004] 然而，对于少量样品的微细变化和/或微量成分的检测的需求一直在增长，因此， 在使用上述传感器的分析中需要进一步提高检测灵敏度。特别地，从信噪比的视角出发，增 强信号是重要的。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的问题做出了本发明，本发明的目的在于提供一种具有非常优 异的检测灵敏度（例如，S/N比）的传感器（例如，SPR传感器）等。
[0006] 在上述传感器中，当光入射到光波导的芯时，具有与芯直径基本相同的直径的光 通常穿过准直器（collimator)、集光透镜、光纤等入射到芯。与之相对的，本发明的发明人 经过调查发现通过光纤等使得来自光源的光大幅损失，并且本发明的发明人发现当光在以 下的特定条件下入射到芯时增加了被导入芯中的光的量而获得大的信号，从而实现了本发 明。
[0007] 本发明提供一种使光入射到多模光波导的芯层的入射方法，所述多模光波导包括 下包层和芯层，以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成所述芯层。在该方 法中，光在所述多模光波导的入射口侧端面处的光斑完全包括所述芯层的入射口，光在所 述多模光波导的入射口侧端面处的光斑面积为所述芯层的入射口的面积的两倍或更大。此 外，光在所述芯层的入射口端面处的入射角度范围为从10°到30°。
[0008] 在一个实施方式中，光在所述多模光波导的入射口侧端面处的光斑直径为100μπι 或更大。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了SPR传感器测定方法。该方法包括通过所述光的 入射方法使光入射到SPR传感器元件的芯层。所述SPR传感器元件包括：（i)多模光波导， 所述多模光波导包括下包层和芯层，以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形 成所述芯层；以及（ii)覆盖所述芯层的金属层。
[0010] 根据本发明的又一方面，提供一种SPR传感器。本发明的SPR传感器包括：（i)SPR 传感器元件，所述SPR传感器元件包括（a)多模光波导和（b)覆盖所述芯层的金属层，所述 多模光波导包括下包层和芯层，以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成所 述芯层；（ii)光源。所述光源被配置成使得从所述光源发出的光在所述多模光波导的入射 口侧端面处形成如下的光斑：该光斑完全包括所述芯层的入射口并且该光斑的面积是所述 芯层的入射口的面积的两倍或更大，并且所述光源被配置成使得光以从10°到30°的入 射角度范围入射到所述芯层的入射口端面。
[0011] 在本发明的又一实施方式中，本发明的SPR传感器包括：（i)SPR传感器元件，所述SPR传感器元件包括（a)多模光波导和（b)覆盖所述芯层的金属层，所述多模光波导包括 下包层和芯层，以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成所述芯层；（ii)光 源，以及（iii)装置，所述装置用于使从所述光源发出的光在所述多模光波导的入射口侧 端面处形成如下的光斑：该光斑完全包括所述芯层的入射口并且该光斑的面积是所述芯层 的入射口的面积的两倍或更大，所述装置还用于使光以从10°到30°的入射角度范围入 射到所述芯层的入射口端面。
[0012] 根据本发明的一个实施方式，通过使光在预定条件下入射到芯，可以有效地将来 自光源的光引导到芯中。结果，透过芯出射的光的强度（即、信号强度）增加，因此能够以 高精度进行测定。另外，还获得了可以使用廉价光源的效果。
【附图说明】
[0013] 图1是用于示出本发明中优选使用的SPR传感器元件的示意性立体图。
[0014] 图2是沿着图1的SPR传感器元件的线Ia-Ia截取的示意性截面图。
[0015] 图3是用于示出根据本发明的第一实施方式的光入射方法的示意图。
[0016] 图4是根据本发明的第一实施方式的光入射方法中当从入射口侧观察时的SPR传 感器元件的示意图。
[0017] 图5是用于示出根据本发明的第二实施方式的光入射方法的示意图。
【具体实施方式】
[0018] 本发明的光入射方法为一种使光入射到多模光波导的芯层的方法，所述多模光波 导包括下包层和芯层，以所述芯层的至少一部分与所述下包层邻接的方式形成所述芯层。 在本发明的光的入射方法中，光在所述多模光波导的入射口侧端面处的光斑完全包括所述 芯层的入射口，光在所述多模光波导的入射口侧端面处的光斑面积为所述芯层的入射口的 面积的两倍或更大，光在所述芯层的入射口端面处的入射角度范围为从10°到30°。当从 光源射出的光在上述条件下入射到芯层中时，相比于现有技术的光入射方法，在减少了诸 如连接损失等的光量损失的情况下，光能够在芯层中被有效地引导。结果，能够增加透过芯 层的出射光的强度（即、信号强度），因此能够以高精度进行分析和测量。
[0019] 从获得本发明的优选效果的视角出发，优选光波导形成用于化学分析或生物分析 的传感器的检测单元。图1是用于示出SPR传感器元件的示意性立体图，其中，光波导形成 了检测单元的一部分，图2是SPR传感器元件的示意性截面图。如图1和图2所示，SPR传 感器元件100形成为在平面图中为大致矩形的有底的框形状，并且SPR传感器元件100包 括：光波导10和金属层13,其中，光波导10包括下包层11和芯层12,芯层12以其上表面 暴露的方式埋设在下包层11中，金属层13覆盖下包层11和芯层12的一部分。光波导10 和金属层13用作被构造成检测样品的状态和/或变化的检测单元20。在图示的实施方式 中，SPR传感器元件100包括样品载置部30,样品载置部30设置成与检测单元20邻接。样 品载置部30由上包层14限定。只要能够适当地设置样品载置部30,上包层14可以被省 略。在样品载置部30中，载置待分析的样品（例如，溶液或粉末），以便使样品与检测单元 (实质上为金属层）接触。
[0020] 下包层11形成为具有预定厚度的、在平面图中为大致矩形的板的形状。下包层的 厚度（从芯层的上表面开始的厚度）例如为从5μm到400μm。
[0021] 下包层11可以由具有比后述的芯层的折射率低的折射率的合适的材料形成。材 料的具体示例包括：氟树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、硅树脂、丙烯酸类树脂 及其改性产物（例如，芴改性产物、氘改性产物和在除了氟树脂以外的树脂的情况下，氟改 性产物）。这些树脂可以单独使用或者结合使用。这些树脂均能够优选地通过混入感光剂 而用作为感光性材料。
[0022] 下包层11可以含有上述树脂之外的颗粒。通过将颗粒分散在下包层11中，能够 进一步提高S/N比。可以使用能够增大下包层11的表面的光反射率和/或减小下包层11 中的光透射率的任何适合的颗粒作为上述