特開 2024-100203 光導波路型センサチップ、光導波路型センサ、及び光センサ測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100203

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】光導波路型センサチップ、光導波路型センサ、及び光センサ測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/552 20140101AFI20240719BHJP

   G01N 21/01 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

G01N21/552

G01N21/01 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004018

(22)【出願日】2023-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田伏 千緒

(72)【発明者】

【氏名】桃崎 哲

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA01

2G059BB11

2G059BB12

2G059BB13

2G059CC16

2G059EE01

2G059JJ30

2G059KK01

2G059LL03

2G059MM05

(57)【要約】

【課題】広い濃度範囲おける被験物質濃度を高精度で得るための光信号を生成すること。
【解決手段】実施形態に係る光導波路型センサは、光導波路と、複数の検出エリアと、入射側回折格子と、出射側回折格子とを備える。光導波路は、ガラス基板の表面に形成される。複数の検出エリアはそれぞれ、光導波路の表面に形成され、被験物質と特異的に結合する第１物質が固定化される。入射側回折格子は、光導波路の各検出エリアの一端側に、光源からの光の伝搬角度を調節するために設けられる。出射側回折格子は、光導波路の各検出エリアの他端側に、光検出器への光の伝搬角度を調節するために設けられる。そして、光導波路型センサは、複数の検出エリア間において光導波路内で光の反射回数が異なるように構成される。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラス基板の表面に形成される光導波路と、
前記光導波路の表面に形成され、被験物質と特異的に結合する第１物質が固定化された複数の検出エリアと、
前記光導波路の前記複数の検出エリアの一端側に、光源からの光の伝搬角度を調節するために設けられる入射側回折格子と、
前記光導波路の前記複数の検出エリアの他端側に、光検出器への光の伝搬角度を調節するために設けられる出射側回折格子と、
を備え、
前記複数の検出エリア間において前記光導波路内で前記光の反射回数が異なるように構成される、
光導波路型センサチップ。

【請求項2】

前記複数の検出エリア間において前記光の伝搬方向への前記検出エリアの長さと、前記入射側回折格子及び出射側回折格子のグレーティングピッチと、前記光導波路の前記複数の検出エリアの厚さとのうち少なくとも１つを異ならせることで、前記複数の検出エリア間において前記光導波路内で前記光の反射回数が異なるように構成される、
請求項１に記載の光導波路型センサチップ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の前記光導波路型センサチップと、
前記複数の検出エリアにそれぞれ対応し、前記光導波路に光を入射させる複数の光源と、
前記複数の検出エリアにそれぞれ対応し、前記光導波路から出射又は反射される光を受光して光信号を生成する複数の光検出器と、
を備える光導波路型センサ。

【請求項4】

請求項３に記載の前記光導波路型センサと、
前記光導波路型センサの前記複数の光検出器から光信号を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された光信号から被験物質の濃度を算出するデータ処理手段と、
を備える光センサ測定システム。

【請求項5】

前記データ処理手段は、
前記複数の検出エリアのうち低感度仕様の第２検出エリアからの光信号に基づく光の減衰率が閾値以上の場合、当該第２検出エリアからの光信号に基づく光の減衰率に基づいて前記被験物質の濃度を算出し、
前記低感度仕様の第２検出エリアからの光信号に基づく光の減衰率が前記閾値未満の場合、前記複数の検出エリアのうち高感度仕様の第１検出エリアからの光信号に基づく光の減衰率に基づいて前記被験物質の濃度を算出する、
請求項４に記載の光センサ測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、光導波路型センサチップ、光導波路型センサ、及び光センサ測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

被験物質に対する抗体を用い、又は被験物質が抗体である場合にはその抗体に対する抗原若しくは抗体を用いて被験物質の濃度を測定する方法として、特許文献１に記載される方法がある。特許文献１に記載のような光導波路型センサチップにおいては、被験物質と特異的に結合する抗体等を固定化した微粒子と光導波路とを用いることによって、抗原抗体反応等によって光導波路表面に結合した微粒子のみに起因する吸光度を光導波路表面近傍のエバネッセント波によって検出することが可能となる。それにより余剰の検体や二次抗体を洗浄する手順を含まずに被験物質を定量することができる。

【0003】

光導波路型センサは、導波路内の光の反射回数に依存性して検出感度が向上するという性質があり、高感度検出に適しているが、一方で、被験物質の濃度に対するダイナミックレンジが小さく、高濃度領域での被験物質を定量的に検出することが困難である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－１３３８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、広い濃度範囲おける被験物質濃度（例えば、抗原濃度）を高精度で得るための光信号を生成することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限らない。後述する各実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る光導波路型センサは、光導波路と、複数の検出エリアと、入射側回折格子と、出射側回折格子とを備える。光導波路は、ガラス基板の表面に形成される。複数の検出エリアはそれぞれ、光導波路の表面に形成され、被験物質と特異的に結合する第１物質が固定化される。入射側回折格子は、光導波路の各検出エリアの一端側に、光源からの光の伝搬角度を調節するために設けられる。出射側回折格子は、光導波路の各検出エリアの他端側に、光検出器への光の伝搬角度を調節するために設けられる。そして、光導波路型センサは、複数の検出エリア間において光導波路内で光の反射回数が異なるように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係る光導波路型センサチップを備える光導波路型センサを示す構成図。

【図2】図２は、実施形態に係る光導波路型センサチップを備える光導波路型センサの第１検出エリアの断面図。

【図3】図３は、複数の検出エリア間において導波路長を異ならせる場合の、実施形態に係る光導波路型センサチップの構成を示す断面図。

【図4】図４は、複数の検出エリア間において回折格子のグレーティングピッチを異ならせる場合の、実施形態に係る光導波路型センサチップの構成を示す断面図。

【図5】図５は、実施形態に係る光導波路型センサチップにおいて、定量検出可能領域のシミュレーションにおける代表的なパラメータを表として示す図。

【図6】図６は、図５に示すパラメータを使用して定量検出可能領域のシミュレーション結果をグラフとして示す図。

【図7】図７は、実施形態に係る光センサ測定システムの構成及び機能を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら、光導波路型センサチップ、光導波路型センサ、及び光センサ測定システムの実施形態について詳細に説明する。

【0009】

（光導波路型センサチップ及び光導波路型センサ）
図１は、実施形態に係る光導波路型センサチップ１０を示す。光導波路型センサチップ１０は、被験物質をカートリッジとも呼ばれる。光導波路型センサチップ１０は、光源２０と、光検出器３０とともに光導波路型センサ１を構成する。なお、図１の上段は、光導波路型センサ１の上面図を示し、下段は、光導波路型センサ１の第１検出エリアの断面図を示す。

【0010】

光導波路型センサ１の光導波路型センサチップ１０は、ガラス基板１１と、光導波路１２と、保護膜１３と、検出エリア１４と、入射側回折格子１５と、出射側回折格子１６とを備える。

【0011】

光導波路１２は、ガラス基板１１の表面に硬化性樹脂をコートして形成される。例えば、光導波路１２として平面光導波路を用いることができる。この平面光導波路は、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂又は無アルカリガラスから形成することができる。詳細には、ここで用いる材料とは、所定の光の透過性を有する材料であって、特に、ポリスチレンを主たる構造とするエポキシ樹脂等であることが好ましい。平面光導波路への被測定検体の被験物質Ｈ（図２に図示）と特異的に反応する第１物質Ｆ（図２に図示）の固定化は、例えばシランカップリング剤等により疎水化処理した表面上に前記物質の疎水性相互作用により固定化する。第１物質Ｆは、例えば被測定検体の被験物質Ｈが抗原の場合、抗体を用いることができる。

【0012】

保護膜１３は、光導波路１２の表面に設けられ、撥水性を備える。

【0013】

検出エリア１４は、複数の検出エリア（例えば、第１検出エリア１４１と第２検出エリア１４２）を備える。検出エリア１４１，１４２はそれぞれ保護膜１３の開口部分に設けられ、特定の導波路長（光の伝搬方向への検出エリア１４１，１４２の長さ）Ｌを有する。検出エリア１４１，１４２はそれぞれ、膜状の樹脂材により形成された光導波路１２の表面に形成される。検出エリア１４１，１４２にはそれぞれ、被験物質Ｈと特異的に結合する第１物質Ｆが固定化されている。以下、２つの検出エリアが備えられる場合について説明するがその場合に限定されず、複数の検出エリアは３つ以上であってもよい。３つ以上の検出エリアが備えられる場合、後述する回折格子１５，１６、光源２０、光検出器３０も検出エリアの数に合わせて３つ以上備えられることになる。

【0014】

入射側回折格子１５は、複数の入射側回折格子（例えば、第１入射側回折格子１５１と第２入射側回折格子１５２）を備える。入射側回折格子１５１，１５２はそれぞれ、検出エリア１４１，１４２の一端側に設けられ、光源２０１，２０２からの光の伝搬角度を調節するための複数のグレーティングを特定のピッチで有する。

【0015】

出射側回折格子１６は、複数の出射側回折格子（例えば、第１出射側回折格子１６１，第２出射側回折格子１６２）を備える。出射側回折格子１６１，１６２はそれぞれ、検出エリア１４１，１４２の他端側に設けられ、光検出器３０１，３０２への光の伝搬角度を調節するための複数のグレーティングを特定のピッチで有する。

【0016】

また、光導波路型センサ１の光源２０は、複数の光源（例えば、第１光源２０１と第２光源２０２）を備える。光源２０１，２０２はそれぞれ、光導波路型センサチップ１０の入射側回折格子１５１，１５２のグレーティングから光導波路１２に光を入射させるために設けられる。光源２０１，２０２はそれぞれ、入射側回折格子１５１，１５２のグレーティングにそれぞれ光を入射させる。例えば、光源２０は、赤色レーザダイオードである。

【0017】

光導波路型センサ１の光検出器３０は、複数の光検出器（例えば、第１光検出器３０１と第２光検出器３０２）を備える。光検出器３０１，３０２はそれぞれ、出射側回折格子１６１，１６２のグレーティングから出射又は反射される光を受光する。光検出器３０１，３０２はそれぞれ、出射側回折格子１６１，１６２のグレーティングからそれぞれ出射される光を受光して光信号を生成する。例えば、光検出器３０１，３０２はそれぞれ、光を検知して電気信号に変換するフォトダイオードと、その電気信号に対して増幅処理を行う増幅器と、その電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換器とを備える。Ａ／Ｄ変換器の出力信号を光信号と定義する。

【0018】

以上のような光導波路型センサ１の構成により、光源２０１，２０２でそれぞれ発生した光が光導波路１２内を伝搬すると、検出エリア１４１，１４２の表面からエバネッセント光Ｒ（図２に図示）がそれぞれ染み出す。ここで、光導波路１２内を伝搬する光が減衰する概念について説明する。図２は、光導波路１２内を伝搬する光が減衰する概念を説明するための側面図を示す。

【0019】

第１検出エリア１４１の表面には、被験物質Ｈと特異的に結合する第１物質Ｆが固定化されている。被験物質Ｈとしては、例えば血液、血清、血漿、生体試料、食品等の中に含まれる蛋白質、ペプチド、遺伝子等が挙げられる。具体的には、被験物質Ｈとしては、インスリン、カゼイン、β―ラクトグロブリン、オボアルブミン、カルシトニン、Ｃ－ペプチド、レプチン、β－２－ミクログロブリン、レチノール結合タンパク、α－１－ミクログロブリン、α－フェトプロテイン、癌胎児性抗原、トロポニン－Ｉ、クルカゴン様ペプチド、インスリン様ペプチド、腫瘍増殖因子、繊維芽細胞増殖因子、血小板成長因子、上皮増殖因子、コルチゾール、トリヨードサイロニン、サイロキシン等のハプテンホルモン、ジゴキシン、テオフィリン等の薬物、細菌、ウイルス等の感染性物質、肝炎抗体、ＩｇＥの他、そばの主要タンパク質複合体、落花生のＡｒａｈ２を含む可溶性タンパク質等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

【0020】

被験物質Ｈと特異的に結合する第２物質Ｇが固定化された検出用試薬Ｍによって捕捉された被験物質Ｈが第１検出エリア１４１の表面に接触すると、被験物質Ｈを介して検出用試薬Ｍが第１検出エリア１４１の表面に結合する。検出用試薬Ｍが第１検出エリア１４１の表面に結合すると、エバネッセント光Ｒが反射及び散乱され、光導波路１２内を伝搬する光が減衰する。その結果、第１出射側回折格子１６１のグレーティングから出射される光（例えば、赤色レーザ光）を第１光検出器３０１のフォトダイオードで受光した際、その光の光強度が、固定化された検出用試薬Ｍの影響によって時間の経過に伴って低下する。

【0021】

第１光検出器３０１（図１に図示）のフォトダイオードで受光した光の光強度の低下率は、光導波路１２の表面に対して固定化される検出用試薬Ｍの量、つまり抗原抗体反応に関与する被測定検体溶液中の被験物質Ｈの濃度に比例する。したがって、被験物質Ｈの濃度が既知の被測定検体溶液において時間の経過に伴うレーザ光強度の低下曲線を作成し、この曲線の所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、被験物質Ｈの濃度とレーザ光強度の低下率との関係を示す検量線を予め作成する。時間とレーザ光強度の低下曲線から所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、このレーザ光強度の低下率を前記検量線と照合させることにより、被測定検体溶液中の被験物質Ｈの濃度を測定することができる。なお、第２検出エリア１４２における光導波路１２内の光の減衰は、第１検出エリア１４１における光導波路１２内の光の減衰と同様である。

【0022】

ここで、検出エリア１４１，１４２は、検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成される。そのような構成とすることで、低濃度の被験物質Ｈに対する感度を維持したまま、高濃度の被験物質Ｈの定量性を確保することができるので、被験物質Ｈの濃度に対するダイナミックレンジを確保することができる。例えば、検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成するために、検出エリア１４１，１４２間において導波路長Ｔと、回折格子１５１，１６１及び回折格子１５２，１６２のグレーティングピッチとのうち少なくとも一方を異ならせることで、光の反射回数が異なるように構成する。光の反射回数ｎは、以下の式（１）から求められる。式（１）において、Ｌは導波路長を示し、βは回折格子１５，１６のグレーティングにおける光の反射角を示し、ｔは光導波路１２の厚さ（つまり、光導波路１２の検出エリアの厚さ）を示す。

【数1】

【0023】

上記式（１）に示すように、導波路長Ｌと回折格子１５，１６における光の反射角βとのうち少なくとも一方を異ならせることで、検出エリア１４１，１４２間で光の反射回数ｎを異ならせることができる。また、上記式（１）のβとグレーティングピッチｄとの関係は、次の式（２）から求められる。式（２）において、ｍは定数であり、λは光の波長を示す。

【数2】

【0024】

上記式（１）に示す回折格子１５，１６における光の反射角βを異ならせることは、上記式（２）のグレーティングピッチｄを異ならせることに他ならない。

【0025】

図３は、検出エリア１４１，１４２間において導波路長Ｔを異ならせる場合の光導波路型センサチップ１０の構成を示す断面図である。一方で、図４は、検出エリア１４１，１４２間において回折格子１５，１６のグレーティングピッチを異ならせる場合の光導波路型センサチップ１０の構成を示す断面図である。

【0026】

図３（Ａ）は、導波路長Ｌ１を有する第１検出エリア１４１を示す。図３（Ｂ）は、導波路長Ｌ２を有する第２検出エリア１４２を示す。図３（Ｂ）に示す第２検出エリア１４２の導波路長Ｌ２は、図３（Ａ）に示す第１検出エリア１４１の導波路長Ｌ１より短い。そのため、導波路長Ｌ２の第２検出エリア１４２の反射回数は、導波路長Ｌ１の第１検出エリア１４１の反射回数より少なくなる。このような構成とすることで、検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成することができる。なお、光導波路型センサチップ１０は、検出エリア１４における光導波路１２内での光の反射回数が多いほど、高感度となる性質があるので、図３（Ａ）に示す題１検出エリア１４１は相対的に「高感度仕様」であり、図３（Ｂ）に示す第２検出エリア１４２は相対的に「低感度仕様」である。

【0027】

図４（Ａ）は、比較的長いグレーティングピッチを有する回折格子１５１，１６１を示す。図４（Ｂ）は、比較的短いグレーティングピッチを有する回折格子１５２，１６２を示す。図４（Ｂ）に示す回折格子１５２，１６２のグレーティングピッチは、図４（Ａ）に示す回折格子１５１，１６１のグレーティングピッチより短い。そのため、回折格子１５２，１６２のグレーティングピッチの第２検出エリア１４２の反射回数は、回折格子１５１，１６１のグレーティングピッチの第１検出エリア１４１の反射回数より少なくなる。このような構成とすることで、検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成することができる。なお、光導波路型センサチップ１０は、検出エリア１４における光導波路１２内での光の反射回数が多いほど、高感度となる性質があるので、図４（Ａ）に示す第１検出エリア１４１は相対的に「高感度仕様」であり、図４（Ｂ）に示す第２検出エリア１４２は相対的に「低感度仕様」である。

【0028】

続いて、検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成された場合の被験物質Ｈの定量検出可能領域をシミュレーションから算出する。図５は、定量検出可能領域のシミュレーションにおける代表的なパラメータを表として示す図である。パラメータの入力値には、光導波路型センサチップ１０を形成している各材料の仕様値を用いている。なお、図５に示す「高感度仕様」は第１検出エリア１４１（図３（Ａ）及び（図４（Ａ）に図示）に対応し、「低感度仕様」は第２検出エリア１４２（図３（Ｂ）及び（図４（Ｂ）に図示）に対応する。

【0029】

例えば、「高感度仕様」である第１検出エリア１４１の導波路長の入力値は「２００００μｍ」と長い。一方で、「低感度仕様」である第２検出エリア１４２の導波路長の入力値は「５００μｍ」と短い。また、「高感度仕様」である第１検出エリア１４１の回折格子１５１，１６１のグレーティングピッチの入力値は「１０６０ｎｍ」と長い。一方で、「低感度仕様」である第２検出エリア１４２の回折格子１５２，１６２のグレーティングピッチの入力値は「９４０ｎｍ」と短い。なお、図５において、導波路長とグレーティングピッチとの両方を異ならせる場合について図示するが、その場合に限定されるものではない。導波路長とグレーティングピッチとのうち少なくとも１つを異ならせればよい。

【0030】

図６に、図５に示すパラメータを使用して定量検出可能領域のシミュレーション結果（導波路モデル）をグラフとして示す図である。光の反射回数が異なるように構成することで、図６に示すように、被験物質Ｈ（図２に図示）の濃度に対する光の減衰率が変化していることが分かる。そして、低感度仕様の場合、高濃度側の定量検出可能領域で分解能が高いことが分かる。そのため、被験物質Ｈが低感度仕様の定量検出可能領域の左端以上の比較的高濃度である場合（つまり、低感度仕様の第２検出エリア１４２からの光信号に基づく光の減衰率が閾値ｗ以上の場合）には、定量検出可能領域が高濃度側に現れる低感度仕様の第２検出エリア１４２からの光信号に基づく減衰率に基づいて被験物質Ｈの濃度が算出されることが好適である。一方で、被験物質Ｈが低感度仕様の定量検出可能領域の左端未満の比較的低濃度である場合（つまり、低感度仕様の第２検出エリア１４２からの光信号に基づく光の減衰率が閾値ｗ未満の場合）には、定量検出可能領域が低濃度側に現れる高感度仕様の第１検出エリア１４１からの光信号に基づく減衰率に基づいて被験物質Ｈの濃度を算出することが好適である。

【0031】

なお、上述では、検出エリア１４１，１４２において導波路長Ｌと回折格子１５，１６のグレーティングピッチとのうち少なくとも一方を異ならせることで検出エリア１４１，１４２間において光導波路１２内での光の反射回数が異なるように構成する場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。例えば、光導波路１２の検出エリア１４１，１４２部分の厚さを異ならせることで光の反射回数が異なるように構成されてもよい。その場合、検出エリア１４１，１４２間において導波路長Ｌと、回折格子１５，１６のグレーティングピッチと、光導波路１２の検出エリア１４１，１４２部分の厚さｔとのうち少なくとも１つを異ならせることで光の反射回数が異なるように構成される。

【0032】

上記式（１），（２）を用いて説明したように導波路長Ｌ及び回折格子１５，１６のグレーティングピッチのみならず、光導波路１２の検出エリア１４１，１４２部分の厚さｔを異ならせることで、光の反射回数ｎを異ならせることができる。

【0033】

光導波路型センサチップ１０及び光導波路型センサ１によれば、広い濃度範囲おける被験物質Ｈの濃度（例えば、抗原濃度）を高精度で得るための光信号を生成することができる。その光信号は後述する光センサ測定装置５（図７に図示）に提供される。

【0034】

（光センサ測定システム）
光導波路型センサ１を備える光センサ測定システムについて説明する。図７は、光センサ測定システムの構成及び機能を示すブロック図である。

【0035】

図７に示すように、光センサ測定システムＳは、光導波路型センサ１と、光センサ測定装置５とを備える。光センサ測定装置５は、処理回路５１と、メモリ５２と、ディスプレイ５３と、入力インターフェース５４とを備える。

【0036】

処理回路５１は、光センサ測定システムＳの全体の動作を制御する。処理回路５１は、専用又は汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。

【0037】

また、処理回路５１は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した処理回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メモリ５２は処理回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメモリ５２が複数の処理回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路５１は、処理部の一例である。

【0038】

メモリ５２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メモリ５２は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ及びＤＶＤ（Digital Video Disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メモリ５２は、処理回路５１において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（Operating System）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ５３への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース５４によって行うことができるＧＵＩ（Graphic User Interface）を含めることもできる。なお、メモリ５２は、記憶部の一例である。

【0039】

ディスプレイ５３は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ５３は、処理回路５１によって生成された画像データや、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ等を出力する。例えば、ディスプレイ５３は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。なお、ディスプレイ５３は、表示部の一例である。

【0040】

入力インターフェース５４は、技師等の操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一体化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、音声入力回路等によって実現される。入力デバイスが操作者から入力操作を受け付けると、入力回路は当該入力操作に応じた電気信号を生成して処理回路５１に出力する。なお、入力インターフェース５４は、入力部の一例である。

【0041】

処理回路５１は、メモリ５２、又は、処理回路５１内のメモリ等の非一過性の記録媒体に記憶されたコンピュータプログラムを実行することで、図７に示すように、取得機能５１１と、データ処理機能５１２とを実現する。なお、機能５１１～５１２の全部又は一部は、光センサ測定装置５のコンピュータプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、光センサ測定装置５にＡＳＩＣ等の回路として備えられる場合であってもよい。

【0042】

取得機能５１１は、光導波路型センサ１の光源２０１，２０２を制御して光導波路型センサチップ１０の光導波路に光をそれぞれ入射させる機能と、光導波路型センサ１の光検出器３０１，３０２から光信号をそれぞれ取得する機能とを含む。

【0043】

データ処理機能５１２は、取得機能５１１によって取得された光検出器３０１，３０２光信号からそれぞれ被験物質の濃度（被験物質の存在自体を含む）を算出する機能を含む。データ処理機能５１２は、被験物質Ｈの濃度が既知の被測定検体溶液において時間の経過に伴うレーザ光強度の低下曲線を作成し、この曲線の所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、被験物質Ｈの濃度とレーザ光強度の低下率との関係を示す検量線（図６に図示）を予め生成する。そして、データ処理機能５１２は、時間とレーザ光強度の低下曲線から所定の時間でのレーザ光強度の低下率を求め、このレーザ光強度の低下率を前記検量線と照合させることにより、被測定検体溶液中の被験物質の濃度を測定することができる。

【0044】

データ処理機能５１２は、低感度仕様の第２検出エリア１４２からの光信号に基づく光の減衰率が閾値ｗ（図６に図示）以上の場合、当該第２検出エリア１４２からの光信号に基づく光の減衰率に基づいて被験物質Ｈの濃度を算出する。一方で、データ処理機能５１２は、低感度仕様の第２検出エリア１４２からの光信号に基づく光の減衰率が閾値ｗ未満の場合、高感度仕様の第１検出エリア１４１からの光信号に基づく光の減衰率に基づいて被験物質Ｈの濃度を算出する。なお、低感度仕様の定量検出可能領域の左端に対応する光の減衰率を閾値ｗとして設定したがその場合に限定されるものではない。閾値ｗは、低感度仕様の定量検出可能領域の左端に対応する光の減衰率と、高感度仕様の定量検出可能領域の右端に対応する光の減衰率との間に設定されればよい。

【0045】

光センサ測定システムＳによれば、被験物質Ｈの濃度に対するダイナミックレンジを拡げることができるので、被験物質Ｈの低濃度領域に対する感度を維持したまま高濃度領域での被験物質Ｈを定量的に検出することができる。

【0046】

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、広い濃度範囲おける被験物質濃度を高精度で得るための光信号を生成することができる。その光信号により、被験物質の濃度に対するダイナミックレンジを拡げ、高濃度領域での被験物質を定量的に検出することができる。

【0047】

なお、図７に示す取得機能５１１は、取得手段の一例である。データ処理機能５１２は、データ処理手段の一例である。

【0048】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせ、実施形態と１又は複数の変形例との組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0049】

１…光導波路型センサ
１０…光導波路型センサチップ
１１…ガラス基板
１２…光導波路
１３…保護膜
１４，１４１，１４２…検出エリア
１５，１５１，１５２…入射側回折格子
１６，１６１，１６２…出射側回折格子
２０，２０１，２０２…光源
３０，３０１，３０２…光検出器
Ｓ…光センサ測定システム
５…光センサ測定装置
５１…処理回路
５１１…取得機能
５１２…データ処理機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】