JP2002048707A - 全反射減衰を利用した測定方法および装置 - Google Patents
全反射減衰を利用した測定方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ビームを収束光状態で誘電体ブロックに入
射させる構成を有する全反射減衰を利用した測定装置に
おいて、測定値に大きなバラツキが生じることを防止す
る。 【解決手段】 誘電体ブロック11と、この誘電体ブロッ
ク11の一面に形成されて試料15に接触させられる金属膜
12と、光ビーム30を発生させる光源31と、光ビーム30を
誘電体ブロック11に対して、該誘電体ブロック11と金属
膜12との界面11ａで全反射条件となり、かつ、種々の入
射角成分を含むように収束光状態で入射させる光学系32
と、界面11ａで全反射した光ビーム30の強度を測定して
全反射減衰の状態を検出する光検出手段40とを備えてな
る全反射減衰を利用した測定装置において、光ビーム30
が界面11ａで焦点を結ばないように光学系32を構成す
る。
射させる構成を有する全反射減衰を利用した測定装置に
おいて、測定値に大きなバラツキが生じることを防止す
る。 【解決手段】 誘電体ブロック11と、この誘電体ブロッ
ク11の一面に形成されて試料15に接触させられる金属膜
12と、光ビーム30を発生させる光源31と、光ビーム30を
誘電体ブロック11に対して、該誘電体ブロック11と金属
膜12との界面11ａで全反射条件となり、かつ、種々の入
射角成分を含むように収束光状態で入射させる光学系32
と、界面11ａで全反射した光ビーム30の強度を測定して
全反射減衰の状態を検出する光検出手段40とを備えてな
る全反射減衰を利用した測定装置において、光ビーム30
が界面11ａで焦点を結ばないように光学系32を構成す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モン共鳴測定装置等の、全反射減衰を利用した測定装置
に関するものである。
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モン共鳴測定装置等の、全反射減衰を利用した測定装置
に関するものである。
【０００２】また本発明は、このような全反射減衰を利
用した測定装置を用いる測定方法に関するものである。
用した測定装置を用いる測定方法に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】金属中においては、自由電子が集団的に
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
【０００４】従来より、この表面プラズモンが光波によ
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモン共鳴測定装置が種々提案されてい
る。そして、それらの中で特に良く知られているものと
して、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙
げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモン共鳴測定装置が種々提案されてい
る。そして、それらの中で特に良く知られているものと
して、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙
げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００５】上記の系を用いる表面プラズモン共鳴測定
装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体
ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試
料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光
源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電
体ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角が得られるように入射させる光学系
と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表
面プラズモン共鳴の状態を検出する光検出手段とを備え
てなるものである。
装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体
ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試
料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光
源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電
体ブロックと金属膜との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角が得られるように入射させる光学系
と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表
面プラズモン共鳴の状態を検出する光検出手段とを備え
てなるものである。
【０００６】なお上述のように種々の入射角を得るため
には、 （１）比較的細い光ビームを偏向させて界面に入射させ
る。
には、 （１）比較的細い光ビームを偏向させて界面に入射させ
る。
【０００７】（２）光ビームに種々の角度で入射する成
分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で
収束するように入射させる。
分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面で
収束するように入射させる。
【０００８】の２通りの手法を用いることができる。
【０００９】前者の手法による場合は、光ビームの偏向
にともなって反射角が変化する光ビームを、光ビームの
偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出した
り、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによ
って検出することができる。一方後者の手法による場合
は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光でき
る方向に延びるエリアセンサによって検出することがで
きる。なお、特開平１−１３８４４３号には、この後者
の手法を採用した装置の一例が示されている。
にともなって反射角が変化する光ビームを、光ビームの
偏向に同期移動する小さな光検出器によって検出した
り、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによ
って検出することができる。一方後者の手法による場合
は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光でき
る方向に延びるエリアセンサによって検出することがで
きる。なお、特開平１−１３８４４３号には、この後者
の手法を採用した装置の一例が示されている。
【００１０】上記の基本構成を有する表面プラズモン共
鳴測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射
角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、該金属膜に
接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が
生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との
界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光
の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数
整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光の
エネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブ
ロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低
下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段に
より暗線として検出される。
鳴測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射
角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、該金属膜に
接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が
生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との
界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光
の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数
整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光の
エネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブ
ロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低
下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段に
より暗線として検出される。
【００１１】なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光の
ときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入
射するように予め設定しておく必要がある。
ときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入
射するように予め設定しておく必要がある。
【００１２】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘
電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫ
ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光
速、εｍ とεｓ をそれぞれ金属、試料の誘電率とす
ると、以下の関係がある。
θＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘
電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫ
ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光
速、εｍ とεｓ をそれぞれ金属、試料の誘電率とす
ると、以下の関係がある。
【００１３】
【数１】 試料の誘電率εｓ が分かれば、所定の較正曲線等に基
づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上
記反射光強度が低下する入射角θＳＰを知ることによ
り、試料中の特定物質を定量分析することができる。
づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上
記反射光強度が低下する入射角θＳＰを知ることによ
り、試料中の特定物質を定量分析することができる。
【００１４】また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類
似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻 第
１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７
頁に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。こ
の漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に
形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一
面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形
成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビーム
を発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロッ
クに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で
全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光
学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定し
て導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出
する光検出手段とを備えてなるものである。
似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻 第
１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７
頁に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。こ
の漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に
形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一
面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形
成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビーム
を発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロッ
クに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で
全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光
学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定し
て導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出
する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１５】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して
全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層
を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を
有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するよう
になる。こうして導波モードが励起されると、入射光の
ほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全
反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依
存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知る
ことによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の
特性を分析することができる。
光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して
全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層
を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を
有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するよう
になる。こうして導波モードが励起されると、入射光の
ほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全
反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依
存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知る
ことによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の
特性を分析することができる。
【００１６】なおこの漏洩モードセンサーにおいても、
光ビームをクラッド層に対して種々の入射角で入射させ
るためには、前述した２通りの手法を用いることができ
る。
光ビームをクラッド層に対して種々の入射角で入射させ
るためには、前述した２通りの手法を用いることができ
る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来提供され
ている表面プラズモン共鳴測定装置においては、光ビー
ムを、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件と
なり、かつ、種々の入射角が得られるようにするため
に、上記（１）に記載のように光ビームを収束光状態で
誘電体ブロックに入射させた場合、測定値に大きなバラ
ツキが生じることがある。このバラツキは、具体的には
前述した暗線の検出位置のバラツキとなって現れる。
ている表面プラズモン共鳴測定装置においては、光ビー
ムを、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件と
なり、かつ、種々の入射角が得られるようにするため
に、上記（１）に記載のように光ビームを収束光状態で
誘電体ブロックに入射させた場合、測定値に大きなバラ
ツキが生じることがある。このバラツキは、具体的には
前述した暗線の検出位置のバラツキとなって現れる。
【００１８】この問題は、漏洩モードセンサーにおい
て、光ビームをクラッド層に対して種々の入射角で入射
させるために、前記（１）の手法を用いた場合にも、同
様に認められるものである。
て、光ビームをクラッド層に対して種々の入射角で入射
させるために、前記（１）の手法を用いた場合にも、同
様に認められるものである。
【００１９】本発明は上記の事情に鑑みて、光ビームを
収束光状態で誘電体ブロックに入射させる構成を有する
全反射減衰を利用した測定装置において、測定値に大き
なバラツキが生じることを防止して、測定精度を高める
ことを目的とする。
収束光状態で誘電体ブロックに入射させる構成を有する
全反射減衰を利用した測定装置において、測定値に大き
なバラツキが生じることを防止して、測定精度を高める
ことを目的とする。
【００２０】また本発明は、上記構成の全反射減衰を利
用した測定装置を用いる測定方法において、同様に測定
精度を高めることを目的とする。
用した測定装置を用いる測定方法において、同様に測定
精度を高めることを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明による一つの全反
射減衰を利用した測定装置は、前述したような誘電体ブ
ロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料
に接触させられる薄膜層と、光ビームを発生させる光源
と、前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘
電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件とな
り、かつ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で
入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段
とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
て、前記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように前
記光学系が構成されたことを特徴とするものである。
射減衰を利用した測定装置は、前述したような誘電体ブ
ロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料
に接触させられる薄膜層と、光ビームを発生させる光源
と、前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘
電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件とな
り、かつ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で
入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段
とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
て、前記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように前
記光学系が構成されたことを特徴とするものである。
【００２２】本発明による別の全反射減衰を利用した測
定装置は、特に前述の表面プラズモン共鳴測定装置とし
て構成されたものであり、誘電体ブロックと、この誘電
体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金
属膜からなる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射さ
せる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態
を検出する光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用
した測定装置において、前記光ビームが前記界面で焦点
を結ばないように前記光学系が構成されたことを特徴と
するものである。
定装置は、特に前述の表面プラズモン共鳴測定装置とし
て構成されたものであり、誘電体ブロックと、この誘電
体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金
属膜からなる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射さ
せる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態
を検出する光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用
した測定装置において、前記光ビームが前記界面で焦点
を結ばないように前記光学系が構成されたことを特徴と
するものである。
【００２３】また、本発明によるさらに別の全反射減衰
を利用した測定装置は、特に前述の漏洩モードセンサー
として構成されたものであり、誘電体ブロックと、この
誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層、および
その上に形成されて試料に接触させられる光導波層から
なる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビ
ームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロック
と前記クラッド層との界面で全反射条件となり、かつ、
種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射させる
光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、前記光導波層での導波モードの励起による全反射
減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる全反射
減衰を利用した測定装置において、前記光ビームが前記
界面で焦点を結ばないように前記光学系が構成されたこ
とを特徴とするものである。
を利用した測定装置は、特に前述の漏洩モードセンサー
として構成されたものであり、誘電体ブロックと、この
誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層、および
その上に形成されて試料に接触させられる光導波層から
なる薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、前記光ビ
ームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロック
と前記クラッド層との界面で全反射条件となり、かつ、
種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射させる
光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、前記光導波層での導波モードの励起による全反射
減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる全反射
減衰を利用した測定装置において、前記光ビームが前記
界面で焦点を結ばないように前記光学系が構成されたこ
とを特徴とするものである。
【００２４】なお、上記界面（表面プラズモン共鳴測定
装置の場合ならば誘電体ブロックと金属膜との界面であ
り、漏洩モードセンサーの場合ならば誘電体ブロックと
クラッド層との界面である）における光ビームの少なく
とも一方向の断面サイズは、５００μｍ以上とされるの
が望ましい。
装置の場合ならば誘電体ブロックと金属膜との界面であ
り、漏洩モードセンサーの場合ならば誘電体ブロックと
クラッド層との界面である）における光ビームの少なく
とも一方向の断面サイズは、５００μｍ以上とされるの
が望ましい。
【００２５】また上述の光学系としては、前記光ビーム
の焦点深度から外れたところに前記界面が位置するよう
に該光ビームを収束させる光学系を好適に用いることが
できる。なおこの場合の焦点深度とは、ビーム径が、収
束位置のビーム径の２倍以内になっている範囲を指すも
のとする。さらにはこの光学系として、その収差を利用
して、光ビームが前記界面で焦点を結ばないように構成
された光学系を用いることもできる。
の焦点深度から外れたところに前記界面が位置するよう
に該光ビームを収束させる光学系を好適に用いることが
できる。なおこの場合の焦点深度とは、ビーム径が、収
束位置のビーム径の２倍以内になっている範囲を指すも
のとする。さらにはこの光学系として、その収差を利用
して、光ビームが前記界面で焦点を結ばないように構成
された光学系を用いることもできる。
【００２６】また、この光学系としてより具体的には、
球面レンズにより光ビームを円錘形ビームとして収束さ
せる光学系や、シリンドリカルレンズにより光ビームを
くさび形ビームとして収束させる光学系等を好適に用い
ることができる。
球面レンズにより光ビームを円錘形ビームとして収束さ
せる光学系や、シリンドリカルレンズにより光ビームを
くさび形ビームとして収束させる光学系等を好適に用い
ることができる。
【００２７】また、本発明の全反射減衰を利用した測定
装置においては、薄膜層（表面プラズモン共鳴測定装置
の場合ならば金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合
ならば光導波層である）の上に、試料中の特定物質と結
合反応を示すセンシング媒体が固定されていることが望
ましい。なお本発明において「薄膜層が試料に接触す
る」とは、薄膜層がこのようなセンシング媒体を間に介
して試料に接触することも含むものとする。
装置においては、薄膜層（表面プラズモン共鳴測定装置
の場合ならば金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合
ならば光導波層である）の上に、試料中の特定物質と結
合反応を示すセンシング媒体が固定されていることが望
ましい。なお本発明において「薄膜層が試料に接触す
る」とは、薄膜層がこのようなセンシング媒体を間に介
して試料に接触することも含むものとする。
【００２８】さらに本発明の全反射減衰を利用した測定
装置においては、前記薄膜層の上に試料を保持する機構
や、この薄膜層の上に試料を導く機構が設けられるのが
望ましい。
装置においては、前記薄膜層の上に試料を保持する機構
や、この薄膜層の上に試料を導く機構が設けられるのが
望ましい。
【００２９】一方、本発明による一つの全反射減衰を利
用した測定方法は、誘電体ブロックの一面に形成した薄
膜層に試料を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロック
に対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全
反射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように
収束光状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して全反射減衰の状態を検出する全反射減
衰を利用した測定方法において、前記光ビームを、前記
界面上で焦点を結ばないようにして前記誘電体ブロック
に入射させることを特徴とするものである。
用した測定方法は、誘電体ブロックの一面に形成した薄
膜層に試料を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロック
に対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全
反射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように
収束光状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して全反射減衰の状態を検出する全反射減
衰を利用した測定方法において、前記光ビームを、前記
界面上で焦点を結ばないようにして前記誘電体ブロック
に入射させることを特徴とするものである。
【００３０】本発明による別の全反射減衰を利用した測
定方法は、特に前述の表面プラズモン共鳴測定装置を用
いるものであり、誘電体ブロックの一面に形成した金属
膜に試料を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロックに
対して、該誘電体ブロックと前記金属膜との界面で全反
射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように収
束光状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰
の状態を検出する全反射減衰を利用した測定方法におい
て、前記光ビームを、前記界面上で焦点を結ばないよう
にして前記誘電体ブロックに入射させることを特徴とす
るものである。
定方法は、特に前述の表面プラズモン共鳴測定装置を用
いるものであり、誘電体ブロックの一面に形成した金属
膜に試料を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロックに
対して、該誘電体ブロックと前記金属膜との界面で全反
射条件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように収
束光状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰
の状態を検出する全反射減衰を利用した測定方法におい
て、前記光ビームを、前記界面上で焦点を結ばないよう
にして前記誘電体ブロックに入射させることを特徴とす
るものである。
【００３１】また、本発明によるさらに別の全反射減衰
を利用した測定方法は、特に前述の漏洩モードセンサー
を用いるものであり、誘電体ブロックの一面にクラッド
層および光導波層をこの順に形成して該光導波層に試料
を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロックに対して、
該誘電体ブロックと前記クラッド層との界面で全反射条
件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように収束光
状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビームの強度
を測定して、前記光導波層での導波モードの励起による
全反射減衰の状態を検出する全反射減衰を利用した測定
方法において、前記光ビームを、前記界面上で焦点を結
ばないようにして前記誘電体ブロックに入射させること
を特徴とするものである。
を利用した測定方法は、特に前述の漏洩モードセンサー
を用いるものであり、誘電体ブロックの一面にクラッド
層および光導波層をこの順に形成して該光導波層に試料
を接触させ、光ビームを前記誘電体ブロックに対して、
該誘電体ブロックと前記クラッド層との界面で全反射条
件となり、かつ、種々の入射角成分を含むように収束光
状態で入射させ、前記界面で全反射した光ビームの強度
を測定して、前記光導波層での導波モードの励起による
全反射減衰の状態を検出する全反射減衰を利用した測定
方法において、前記光ビームを、前記界面上で焦点を結
ばないようにして前記誘電体ブロックに入射させること
を特徴とするものである。
【００３２】なお、上記界面における光ビームの少なく
とも一方向の断面サイズは、５００μｍ以上とされるの
が望ましい。
とも一方向の断面サイズは、５００μｍ以上とされるの
が望ましい。
【００３３】
【発明の効果】本発明者の研究によると、前述した従来
技術における問題は、光ビームを誘電体ブロックと金属
膜等の薄膜層との界面で焦点を結ぶように入射させてい
ることに起因していることが判明した。
技術における問題は、光ビームを誘電体ブロックと金属
膜等の薄膜層との界面で焦点を結ぶように入射させてい
ることに起因していることが判明した。
【００３４】すなわち、光ビームを上記界面で焦点を結
ぶように入射させると、この界面における光ビームのス
ポットサイズは一般に１０μｍ〜数百μｍ程度と極めて
小さいものとなる。他方、誘電体ブロックの一面に形成
される金属膜等の薄膜層には通常微細な凹凸が存在し、
さらに、薄膜層上にセンシング媒体を固定してそれと試
料中の特定物質とを結合反応させる場合には、センシン
グ媒体の位置に応じて反応特性にムラができることもあ
る。そこで、光ビームを前記界面に対して微細なスポッ
トサイズで入射させると、上述した薄膜層の微細な凹凸
や反応特性の状態が、該界面における光ビームの照射位
置に応じて異なることになり、そのために測定値に大き
なバラツキが生じてしまうのである。
ぶように入射させると、この界面における光ビームのス
ポットサイズは一般に１０μｍ〜数百μｍ程度と極めて
小さいものとなる。他方、誘電体ブロックの一面に形成
される金属膜等の薄膜層には通常微細な凹凸が存在し、
さらに、薄膜層上にセンシング媒体を固定してそれと試
料中の特定物質とを結合反応させる場合には、センシン
グ媒体の位置に応じて反応特性にムラができることもあ
る。そこで、光ビームを前記界面に対して微細なスポッ
トサイズで入射させると、上述した薄膜層の微細な凹凸
や反応特性の状態が、該界面における光ビームの照射位
置に応じて異なることになり、そのために測定値に大き
なバラツキが生じてしまうのである。
【００３５】この知見に基づいて本発明の全反射減衰を
利用した測定装置においては、光ビームが誘電体ブロッ
クと薄膜層との界面で焦点を結ばないように光学系を構
成したので、この界面における光ビームのスポットサイ
ズは、従来装置におけるのと比べてより大きなものとな
る。このように光ビームのスポットサイズが大きなもの
となっていれば、上述した薄膜層の微細な凹凸や反応特
性を平均化した状態で測定がなされるようになり、測定
値に大きなバラツキが生じることを防止可能となる。
利用した測定装置においては、光ビームが誘電体ブロッ
クと薄膜層との界面で焦点を結ばないように光学系を構
成したので、この界面における光ビームのスポットサイ
ズは、従来装置におけるのと比べてより大きなものとな
る。このように光ビームのスポットサイズが大きなもの
となっていれば、上述した薄膜層の微細な凹凸や反応特
性を平均化した状態で測定がなされるようになり、測定
値に大きなバラツキが生じることを防止可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の全体形状を
示すものであり、また図２はこの装置の要部の側面形状
を示している。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実
施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の全体形状を
示すものであり、また図２はこの装置の要部の側面形状
を示している。
【００３７】図１に示す通りこの表面プラズモン共鳴測
定装置は、複数の測定ユニット10と、これら複数の測定
ユニット10を支持したターンテーブル20と、測定用の光
ビーム（レーザビーム）30を発生させる半導体レーザ等
のレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32
と、光検出器40と、上記ターンテーブル20を間欠的に回
動させる支持体駆動手段50と、この支持体駆動手段50の
駆動を制御するとともに、上記光検出器40の出力信号Ｓ
を受けて後述の処理を行なうコントローラ60と、試料自
動供給機構70とを有している。
定装置は、複数の測定ユニット10と、これら複数の測定
ユニット10を支持したターンテーブル20と、測定用の光
ビーム（レーザビーム）30を発生させる半導体レーザ等
のレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32
と、光検出器40と、上記ターンテーブル20を間欠的に回
動させる支持体駆動手段50と、この支持体駆動手段50の
駆動を制御するとともに、上記光検出器40の出力信号Ｓ
を受けて後述の処理を行なうコントローラ60と、試料自
動供給機構70とを有している。
【００３８】上記測定ユニット10は図２に示す通り、例
えば直方体状に形成された透明誘電体ブロック11と、こ
の誘電体ブロック11の上面上に形成された例えば金、
銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12と、この金属
膜12の上に側方が閉じられた空間を画成する筒状部材か
らなる試料保持枠13とから構成されている。この試料保
持枠13の中には、後述のようにして例えば液体の試料15
が貯えられる。
えば直方体状に形成された透明誘電体ブロック11と、こ
の誘電体ブロック11の上面上に形成された例えば金、
銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12と、この金属
膜12の上に側方が閉じられた空間を画成する筒状部材か
らなる試料保持枠13とから構成されている。この試料保
持枠13の中には、後述のようにして例えば液体の試料15
が貯えられる。
【００３９】この測定ユニット10は、誘電体ブロック11
と試料保持枠13とを例えば透明樹脂等から一体成形して
なるものであり、ターンテーブル20に対して交換可能な
測定チップを構成している。交換可能とするためには、
例えばターンテーブル20に形成された貫通孔に、測定ユ
ニット10を嵌合保持させる等すればよい。なお本例で
は、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定されている
が、それについては後に詳述する。
と試料保持枠13とを例えば透明樹脂等から一体成形して
なるものであり、ターンテーブル20に対して交換可能な
測定チップを構成している。交換可能とするためには、
例えばターンテーブル20に形成された貫通孔に、測定ユ
ニット10を嵌合保持させる等すればよい。なお本例で
は、金属膜12の上にセンシング媒体14が固定されている
が、それについては後に詳述する。
【００４０】ターンテーブル20は複数（本例では１１
個）の上記測定ユニット10を、その回動軸20ａを中心と
する円周上に等角度間隔で支持するように構成されてい
る。支持体駆動手段50はステッピングモータ等から構成
され、ターンテーブル20を測定ユニット10の配置角度と
等しい角度ずつ間欠的に回動させる。
個）の上記測定ユニット10を、その回動軸20ａを中心と
する円周上に等角度間隔で支持するように構成されてい
る。支持体駆動手段50はステッピングモータ等から構成
され、ターンテーブル20を測定ユニット10の配置角度と
等しい角度ずつ間欠的に回動させる。
【００４１】球面レンズからなる集光レンズ32は図２に
示す通り、光ビーム30を集光して収束光状態で誘電体ブ
ロック11に通し、誘電体ブロック11と金属膜12との界面
11ａに対して種々の入射角が得られるように入射させ
る。この入射角の範囲は、上記界面11ａにおいて光ビー
ム30の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴
が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
示す通り、光ビーム30を集光して収束光状態で誘電体ブ
ロック11に通し、誘電体ブロック11と金属膜12との界面
11ａに対して種々の入射角が得られるように入射させ
る。この入射角の範囲は、上記界面11ａにおいて光ビー
ム30の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴
が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
【００４２】なお集光レンズ32は、図２に示す通り、円
錘形ビームである光ビーム30が上記界面11ａで焦点を結
ばないように、つまりいわゆるデフォーカス状態となる
ように配設されている。そのため、この光ビーム30の界
面11ａにおけるスポットサイズは５００μｍ×５００μ
ｍ程度となっている。それに対して、このような界面で
焦点を結ぶように光ビームを入射させる従来装置におい
て、光ビームのスポットサイズは一般に１００μｍ×１
００μｍ程度である。
錘形ビームである光ビーム30が上記界面11ａで焦点を結
ばないように、つまりいわゆるデフォーカス状態となる
ように配設されている。そのため、この光ビーム30の界
面11ａにおけるスポットサイズは５００μｍ×５００μ
ｍ程度となっている。それに対して、このような界面で
焦点を結ぶように光ビームを入射させる従来装置におい
て、光ビームのスポットサイズは一般に１００μｍ×１
００μｍ程度である。
【００４３】また光ビーム30は、界面11ａに対してｐ偏
光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光
源31をその偏光方向が所定方向となるように配設すれば
よい。その他、波長板や偏光板で光ビーム30の偏光の向
きを制御してもよい。
光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光
源31をその偏光方向が所定方向となるように配設すれば
よい。その他、波長板や偏光板で光ビーム30の偏光の向
きを制御してもよい。
【００４４】光検出器40は、多数の受光素子が１列に配
されてなるラインセンサーから構成されており、受光素
子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配され
ている。
されてなるラインセンサーから構成されており、受光素
子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配され
ている。
【００４５】一方コントローラ60は、支持体駆動手段50
からその回動停止位置を示すアドレス信号Ａを受けると
ともに、所定のシーケンスに基づいてこの支持体駆動手
段50を作動させる駆動信号Ｄを出力する。またこのコン
トローラ60は、上記光検出器40の出力信号Ｓを受ける信
号処理部61と、この信号処理部61からの出力を受ける表
示部62とを備えている。
からその回動停止位置を示すアドレス信号Ａを受けると
ともに、所定のシーケンスに基づいてこの支持体駆動手
段50を作動させる駆動信号Ｄを出力する。またこのコン
トローラ60は、上記光検出器40の出力信号Ｓを受ける信
号処理部61と、この信号処理部61からの出力を受ける表
示部62とを備えている。
【００４６】試料自動供給機構70は、例えば液体試料を
所定量だけ吸引保持するピペット71と、このピペット71
を移動させる手段72とから構成されたものであり、所定
位置にセットされた試料容器73から試料をピペット71に
吸引保持し、所定の停止位置にある測定ユニット10の試
料保持枠13内にその試料を滴下供給する。
所定量だけ吸引保持するピペット71と、このピペット71
を移動させる手段72とから構成されたものであり、所定
位置にセットされた試料容器73から試料をピペット71に
吸引保持し、所定の停止位置にある測定ユニット10の試
料保持枠13内にその試料を滴下供給する。
【００４７】以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定
装置による試料分析について説明する。試料分析に際し
てターンテーブル20は、前述のように支持体駆動手段50
によって間欠的に回動される。そして、ターンテーブル
20が停止したとき所定位置に静止した測定ユニット10の
試料保持枠13に、上記試料自動供給機構70によって試料
15が供給される。
装置による試料分析について説明する。試料分析に際し
てターンテーブル20は、前述のように支持体駆動手段50
によって間欠的に回動される。そして、ターンテーブル
20が停止したとき所定位置に静止した測定ユニット10の
試料保持枠13に、上記試料自動供給機構70によって試料
15が供給される。
【００４８】その後ターンテーブル20が何回か回動され
てから停止すると、試料保持枠13に試料15を保持してい
る測定ユニット10が、その誘電体ブロック11に前記光ビ
ーム30が入射する測定位置（図２中の右側の測定ユニッ
ト10の位置）に静止する状態となる。この状態のとき、
コントローラ60からの指令でレーザ光源31が駆動され、
そこから発せられた光ビーム30が誘電体ブロック11と金
属膜12との界面11ａに入射する。この界面11ａで全反射
した光ビーム30は、光検出器40によって検出される。
てから停止すると、試料保持枠13に試料15を保持してい
る測定ユニット10が、その誘電体ブロック11に前記光ビ
ーム30が入射する測定位置（図２中の右側の測定ユニッ
ト10の位置）に静止する状態となる。この状態のとき、
コントローラ60からの指令でレーザ光源31が駆動され、
そこから発せられた光ビーム30が誘電体ブロック11と金
属膜12との界面11ａに入射する。この界面11ａで全反射
した光ビーム30は、光検出器40によって検出される。
【００４９】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック11に入射するので、上記界面11ａに対して
種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なお
この入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこ
で、光ビーム30は界面11ａで全反射し、この反射した光
ビーム30には、種々の反射角で反射する成分が含まれる
ことになる。
電体ブロック11に入射するので、上記界面11ａに対して
種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なお
この入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこ
で、光ビーム30は界面11ａで全反射し、この反射した光
ビーム30には、種々の反射角で反射する成分が含まれる
ことになる。
【００５０】このように光ビーム30が全反射するとき、
界面11ａから金属膜12側にエバネッセント波がしみ出
す。そして、光ビーム30が界面11ａに対してある特定の
入射角θＳＰで入射した場合は、このエバネッセント波
が金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴する
ので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。
なお図３には、この全反射減衰現象が生じた際の入射角
θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。
界面11ａから金属膜12側にエバネッセント波がしみ出
す。そして、光ビーム30が界面11ａに対してある特定の
入射角θＳＰで入射した場合は、このエバネッセント波
が金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴する
ので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。
なお図３には、この全反射減衰現象が生じた際の入射角
θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。
【００５１】そこで、光検出器40が出力する光量検出信
号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出し
た受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰
角）θ ＳＰを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉと入
射角θとの関係曲線に基づけば、試料15中の特定物質を
定量分析することができる。コントローラ60の信号処理
部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定
量分析し、その分析結果が表示部62に表示される。
号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出し
た受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰
角）θ ＳＰを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉと入
射角θとの関係曲線に基づけば、試料15中の特定物質を
定量分析することができる。コントローラ60の信号処理
部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定
量分析し、その分析結果が表示部62に表示される。
【００５２】測定を１つの試料15に対して１回だけ行な
う場合は、以上の操作で測定が完了するので、測定を終
えた測定ユニット10をターンテーブル20から手操作によ
り、あるいは自動排出手段を用いて排出すればよい。一
方、１つの試料15に対して測定を複数回行なう場合は、
測定終了後も測定ユニット10をそのままターンテーブル
20に支持させておけば、ターンテーブル20の１回転後
に、その測定ユニット10に保持されている試料15を再度
測定にかけることができる。
う場合は、以上の操作で測定が完了するので、測定を終
えた測定ユニット10をターンテーブル20から手操作によ
り、あるいは自動排出手段を用いて排出すればよい。一
方、１つの試料15に対して測定を複数回行なう場合は、
測定終了後も測定ユニット10をそのままターンテーブル
20に支持させておけば、ターンテーブル20の１回転後
に、その測定ユニット10に保持されている試料15を再度
測定にかけることができる。
【００５３】なお金属膜12の表面に固定されているセン
シング媒体14は、試料15中の特定物質と結合するもので
ある。このような結合反応を示す特定物質とセンシング
媒体14との組合せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げ
られる。その場合は、全反射減衰角θＳＰに基づいて抗
原抗体反応を検出することができる。
シング媒体14は、試料15中の特定物質と結合するもので
ある。このような結合反応を示す特定物質とセンシング
媒体14との組合せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げ
られる。その場合は、全反射減衰角θＳＰに基づいて抗
原抗体反応を検出することができる。
【００５４】先に述べた通り本実施形態の表面プラズモ
ン共鳴測定装置において、光ビーム30の界面11ａにおけ
るスポットサイズは５００μｍ×５００μｍ程度とかな
り大きなものとなっている。そこで、金属膜12に微細な
凹凸が存在したり、上記結合反応の特性が金属膜12上の
位置毎に変わっていても、その凹凸や結合反応特性を平
均化した状態で測定がなされるようになり、測定値に大
きなバラツキが生じることを防止できる。
ン共鳴測定装置において、光ビーム30の界面11ａにおけ
るスポットサイズは５００μｍ×５００μｍ程度とかな
り大きなものとなっている。そこで、金属膜12に微細な
凹凸が存在したり、上記結合反応の特性が金属膜12上の
位置毎に変わっていても、その凹凸や結合反応特性を平
均化した状態で測定がなされるようになり、測定値に大
きなバラツキが生じることを防止できる。
【００５５】またこの表面プラズモン共鳴測定装置は、
複数の測定ユニット10をターンテーブル20に支持させ、
このターンテーブル20を移動させて各測定ユニット10を
順次測定位置に配置するように構成されているから、複
数の測定ユニット10の各試料保持枠13に保持させた試料
15を、ターンテーブル20の移動にともなって次々と測定
に供することができる。それにより、この表面プラズモ
ン共鳴測定装置によれば、多数の試料15についての測定
を短時間で行なうことが可能になる。
複数の測定ユニット10をターンテーブル20に支持させ、
このターンテーブル20を移動させて各測定ユニット10を
順次測定位置に配置するように構成されているから、複
数の測定ユニット10の各試料保持枠13に保持させた試料
15を、ターンテーブル20の移動にともなって次々と測定
に供することができる。それにより、この表面プラズモ
ン共鳴測定装置によれば、多数の試料15についての測定
を短時間で行なうことが可能になる。
【００５６】また本実施形態の表面プラズモン共鳴測定
装置においては、試料自動供給機構70を設けたことによ
り試料供給に要する時間も短縮して、多数の試料15につ
いての測定をより一層短時間で行なうことが可能にな
る。
装置においては、試料自動供給機構70を設けたことによ
り試料供給に要する時間も短縮して、多数の試料15につ
いての測定をより一層短時間で行なうことが可能にな
る。
【００５７】また本実施形態では、誘電体ブロック11、
金属膜12および試料保持枠13を一体化して測定ユニット
10を構成し、この測定ユニット10を測定チップとしてタ
ーンテーブル20に対して交換可能としているので、測定
が終了した試料15を保持している測定ユニット10をター
ンテーブル20から取り外して新しい測定ユニット10を該
ターンテーブル20に支持させることにより、新しい試料
15を次々と測定に供することができ、多数の試料15につ
いての測定をより一層短時間で行なうことが可能にな
る。
金属膜12および試料保持枠13を一体化して測定ユニット
10を構成し、この測定ユニット10を測定チップとしてタ
ーンテーブル20に対して交換可能としているので、測定
が終了した試料15を保持している測定ユニット10をター
ンテーブル20から取り外して新しい測定ユニット10を該
ターンテーブル20に支持させることにより、新しい試料
15を次々と測定に供することができ、多数の試料15につ
いての測定をより一層短時間で行なうことが可能にな
る。
【００５８】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図４は、本発明の第２の実施形態による表面プ
ラズモン共鳴測定装置の要部の斜視形状を示している。
なおこの図４において、図２中の要素と同等の要素には
同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない
限り省略する。
明する。図４は、本発明の第２の実施形態による表面プ
ラズモン共鳴測定装置の要部の斜視形状を示している。
なおこの図４において、図２中の要素と同等の要素には
同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない
限り省略する。
【００５９】この表面プラズモン共鳴測定装置は、図２
に示したものと比較すると、光ビーム30を収束させる光
学系および誘電体ブロックが異なるものである。すなわ
ち、本実施形態では三角プリズム状の誘電体ブロック80
が用いられ、その上面に金属膜12が形成されている。一
方光学系は、半導体レーザ等のレーザ光源31から発散光
状態で発せられた光ビーム30を平行光化するコリメータ
ーレンズ81と、このコリメーターレンズ81を経た光ビー
ム30を一方向にのみ収束させてくさび形ビームとするシ
リンドリカルレンズ82と、誘電体ブロック80と金属膜12
との界面80ａで全反射して一方向にのみ発散光状態とな
っている光ビーム30を平行光化するシリンドリカルレン
ズ83とから構成されている。
に示したものと比較すると、光ビーム30を収束させる光
学系および誘電体ブロックが異なるものである。すなわ
ち、本実施形態では三角プリズム状の誘電体ブロック80
が用いられ、その上面に金属膜12が形成されている。一
方光学系は、半導体レーザ等のレーザ光源31から発散光
状態で発せられた光ビーム30を平行光化するコリメータ
ーレンズ81と、このコリメーターレンズ81を経た光ビー
ム30を一方向にのみ収束させてくさび形ビームとするシ
リンドリカルレンズ82と、誘電体ブロック80と金属膜12
との界面80ａで全反射して一方向にのみ発散光状態とな
っている光ビーム30を平行光化するシリンドリカルレン
ズ83とから構成されている。
【００６０】上記シリンドリカルレンズ82は、くさび形
ビームである光ビーム30が上記界面80ａで焦点を結ばな
いように配設されている。そのため、この光ビーム30の
界面80ａにおける矩形スポットのサイズは縦５００μｍ
×横１０００μｍ程度と比較的大きなものとなってい
る。そこで、金属膜12に微細な凹凸が存在しても、その
凹凸を平均化した状態で測定がなされるようになり、測
定値に大きなバラツキが生じることを防止できる。
ビームである光ビーム30が上記界面80ａで焦点を結ばな
いように配設されている。そのため、この光ビーム30の
界面80ａにおける矩形スポットのサイズは縦５００μｍ
×横１０００μｍ程度と比較的大きなものとなってい
る。そこで、金属膜12に微細な凹凸が存在しても、その
凹凸を平均化した状態で測定がなされるようになり、測
定値に大きなバラツキが生じることを防止できる。
【００６１】なおこの場合も、図２に示したセンシング
媒体14と同様のセンシング媒体を金属膜12の表面に固定
し、それと試料15中の特定物質とを結合反応させてもよ
い。そのようにする場合でも、光ビーム30の界面80ａに
おける矩形スポットのサイズが比較的大きなものとなっ
ていることから、結合反応特性を平均化した状態で測定
がなされ、測定値に大きなバラツキが生じることを防止
できる。
媒体14と同様のセンシング媒体を金属膜12の表面に固定
し、それと試料15中の特定物質とを結合反応させてもよ
い。そのようにする場合でも、光ビーム30の界面80ａに
おける矩形スポットのサイズが比較的大きなものとなっ
ていることから、結合反応特性を平均化した状態で測定
がなされ、測定値に大きなバラツキが生じることを防止
できる。
【００６２】また、本実施形態で採用しているシリンド
リカルレンズ光学系によれば、光検出器40の検出面上で
の暗線の湾曲を補正する光学系が不要となるので、光学
系のコストを低く抑えることができる。
リカルレンズ光学系によれば、光検出器40の検出面上で
の暗線の湾曲を補正する光学系が不要となるので、光学
系のコストを低く抑えることができる。
【００６３】以上、レンズ光学系の構成により、光ビー
ムが誘電体ブロックと金属膜との界面でデフォーカス状
態となるようにした実施形態を説明したが、このデフォ
ーカス状態を作り出すためには、その他の構成を採用す
ることもできる。
ムが誘電体ブロックと金属膜との界面でデフォーカス状
態となるようにした実施形態を説明したが、このデフォ
ーカス状態を作り出すためには、その他の構成を採用す
ることもできる。
【００６４】例えば図５に示す測定ユニット100は、透
明誘電体ブロック111がデフォーカス状態を作り出す光
学系の一部を構成するように形成されたものである。す
なわちこの測定ユニット100は、直方体状に形成された
透明誘電体ブロック111と、この誘電体ブロック111の上
面上に形成された例えば金、銀、銅、アルミニウム等か
らなる金属膜12と、この金属膜12の上に固定されたセン
シング媒体14と、金属膜12の上に側方が閉じられた空間
を画成する筒状部材からなる試料保持枠13とから構成さ
れている。
明誘電体ブロック111がデフォーカス状態を作り出す光
学系の一部を構成するように形成されたものである。す
なわちこの測定ユニット100は、直方体状に形成された
透明誘電体ブロック111と、この誘電体ブロック111の上
面上に形成された例えば金、銀、銅、アルミニウム等か
らなる金属膜12と、この金属膜12の上に固定されたセン
シング媒体14と、金属膜12の上に側方が閉じられた空間
を画成する筒状部材からなる試料保持枠13とから構成さ
れている。
【００６５】このように直方体状に形成された透明誘電
体ブロック111に光ビーム30を収束光の状態で入射させ
ると、該透明誘電体ブロック111の形状に起因して非点
収差が生じ、光ビーム30は誘電体ブロック111と金属膜1
2との界面111ａでデフォーカス状態となる。
体ブロック111に光ビーム30を収束光の状態で入射させ
ると、該透明誘電体ブロック111の形状に起因して非点
収差が生じ、光ビーム30は誘電体ブロック111と金属膜1
2との界面111ａでデフォーカス状態となる。
【００６６】次に、図６を参照して本発明の第３の実施
形態について説明する。なおこの図６においても、図２
中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それら
についての説明は特に必要の無い限り省略する。
形態について説明する。なおこの図６においても、図２
中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それら
についての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００６７】この第３実施形態の全反射減衰を利用した
センサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであり、
本例でも測定チップ化された測定ユニット90を用いるよ
うに構成されている。この測定ユニット90を構成する誘
電体ブロック11の一面（図中の上面）にはクラッド層91
が形成され、さらにその上には光導波層92が形成されて
いる。
センサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであり、
本例でも測定チップ化された測定ユニット90を用いるよ
うに構成されている。この測定ユニット90を構成する誘
電体ブロック11の一面（図中の上面）にはクラッド層91
が形成され、さらにその上には光導波層92が形成されて
いる。
【００６８】誘電体ブロック11は、例えば合成樹脂やＢ
Ｋ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラ
ッド層91は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体
や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また
光導波層92は、クラッド層91よりも高屈折率の誘電体、
例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されてい
る。クラッド層91の膜厚は、例えば金薄膜から形成する
場合で36.5ｎｍ、光導波層92の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
Ｋ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラ
ッド層91は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体
や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また
光導波層92は、クラッド層91よりも高屈折率の誘電体、
例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されてい
る。クラッド層91の膜厚は、例えば金薄膜から形成する
場合で36.5ｎｍ、光導波層92の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００６９】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック
11を通してクラッド層91に対して全反射角以上の入射角
で入射させると、該光ビーム30が誘電体ブロック11とク
ラッド層91との界面11ａで全反射するが、クラッド層91
を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数
の光は、該光導波層92を導波モードで伝搬するようにな
る。こうして導波モードが励起されると、入射光のほと
んどが光導波層92に取り込まれるので、上記界面11ａで
全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じ
る。
レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック
11を通してクラッド層91に対して全反射角以上の入射角
で入射させると、該光ビーム30が誘電体ブロック11とク
ラッド層91との界面11ａで全反射するが、クラッド層91
を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数
の光は、該光導波層92を導波モードで伝搬するようにな
る。こうして導波モードが励起されると、入射光のほと
んどが光導波層92に取り込まれるので、上記界面11ａで
全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じ
る。
【００７０】光導波層92における導波光の波数は、該光
導波層92の上の試料15の屈折率に依存するので、全反射
減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料
15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析する
ことができる。信号処理部61は、以上の原理に基づいて
試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が図示
外の表示部に表示される。
導波層92の上の試料15の屈折率に依存するので、全反射
減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料
15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析する
ことができる。信号処理部61は、以上の原理に基づいて
試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が図示
外の表示部に表示される。
【００７１】本実施形態でも集光レンズ32は、円錘形ビ
ームである光ビーム30が上記界面11ａで焦点を結ばない
ように、つまりいわゆるデフォーカス状態となるように
配設されている。そのため、この光ビーム30の界面11ａ
におけるスポットサイズは５００μｍ×５００μｍ程度
となっている。そこで、例えばクラッド層91や光導波層
92に微細な凹凸が存在していても、その凹凸を平均化し
た状態で測定がなされるようになり、測定値に大きなバ
ラツキが生じることを防止できる。
ームである光ビーム30が上記界面11ａで焦点を結ばない
ように、つまりいわゆるデフォーカス状態となるように
配設されている。そのため、この光ビーム30の界面11ａ
におけるスポットサイズは５００μｍ×５００μｍ程度
となっている。そこで、例えばクラッド層91や光導波層
92に微細な凹凸が存在していても、その凹凸を平均化し
た状態で測定がなされるようになり、測定値に大きなバ
ラツキが生じることを防止できる。
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン
共鳴測定装置の全体図
共鳴測定装置の全体図
【図２】図１の表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示
す一部破断側面図
す一部破断側面図
【図３】表面プラズモン共鳴測定装置における光ビーム
入射角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示
すグラフ
入射角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示
すグラフ
【図４】本発明の第２の実施形態による表面プラズモン
共鳴測定装置の要部を示す斜視図
共鳴測定装置の要部を示す斜視図
【図５】本発明の表面プラズモン共鳴測定装置に用いら
れる測定ユニットの別の例を示す一部破断側面図
れる測定ユニットの別の例を示す一部破断側面図
【図６】本発明の第３の実施形態による漏洩モードセン
サーの要部を示す一部破断側面図
サーの要部を示す一部破断側面図
10、90、100 測定ユニット 11、80、111 誘電体ブロック 11ａ、80ａ、111ａ 誘電体ブロックと金属膜との界
面 12 金属膜 13 試料保持枠 14 センシング媒体 20 ターンテーブル 30 光ビーム 31 レーザ光源 32 集光レンズ 40 光検出器 50 支持体駆動手段 60 コントローラ 61 信号処理部 62 表示部 70 試料自動供給機構 81 コリメーターレンズ 82、83 シリンドリカルレンズ 91 クラッド層 92 光導波層
面 12 金属膜 13 試料保持枠 14 センシング媒体 20 ターンテーブル 30 光ビーム 31 レーザ光源 32 集光レンズ 40 光検出器 50 支持体駆動手段 60 コントローラ 61 信号処理部 62 表示部 70 試料自動供給機構 81 コリメーターレンズ 82、83 シリンドリカルレンズ 91 クラッド層 92 光導波層
Claims (15)
- 【請求項１】 誘電体ブロックと、 この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させ
られる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射さ
せる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して全反射
減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる全反射
減衰を利用した測定装置において、 前記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように前記光
学系が構成されたことを特徴とする全反射減衰を利用し
た測定装置。 - 【請求項２】 誘電体ブロックと、 この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させ
られる金属膜からなる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射さ
せる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面
プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する光検
出手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置に
おいて、 前記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように前記光
学系が構成されたことを特徴とする全反射減衰を利用し
た測定装置。 - 【請求項３】 誘電体ブロックと、 この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層、お
よびその上に形成されて試料に接触させられる光導波層
からなる薄膜層と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
ブロックと前記クラッド層との界面で全反射条件とな
り、かつ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で
入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、前記
光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態
を検出する光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用
した測定装置において、 前記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように前記光
学系が構成されたことを特徴とする全反射減衰を利用し
た測定装置。 - 【請求項４】 前記界面における前記光ビームの少なく
とも一方向の断面サイズが５００μｍ以上とされている
ことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の全
反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項５】 前記光学系が、前記光ビームの焦点深度
から外れたところに前記界面が位置するように該光ビー
ムを収束させるものであることを特徴とする請求項１か
ら４いずれか１項記載の全反射減衰を利用した測定装
置。 - 【請求項６】 前記光学系が、その収差を利用して、前
記光ビームが前記界面で焦点を結ばないように構成され
たものであることを特徴とする請求項１から４いずれか
１項記載の全反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項７】 前記光学系が、球面レンズにより前記光
ビームを円錘形ビームとして収束させるものであること
を特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の全反射
減衰を利用した測定装置。 - 【請求項８】 前記光学系が、シリンドリカルレンズに
より前記光ビームをくさび形ビームとして収束させるも
のであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項
記載の全反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項９】 前記薄膜層の上に、試料中の特定物質と
結合反応を示すセンシング媒体が固定されていることを
特徴とする請求項１から８いずれか１項記載の全反射減
衰を利用した測定装置。 - 【請求項１０】 前記薄膜層の上に試料を保持する機構
が設けられたことを特徴とする請求項１から９いずれか
１項記載の全反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項１１】 前記薄膜層の上に試料を導く機構が設
けられたことを特徴とする請求項１から１０いずれか１
項記載の全反射減衰を利用した測定装置。 - 【請求項１２】 誘電体ブロックの一面に形成した薄膜
層に試料を接触させ、 光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロ
ックと前記薄膜層との界面で全反射条件となり、かつ、
種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射させ、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して全反射
減衰の状態を検出する全反射減衰を利用した測定方法に
おいて、 前記光ビームを、前記界面上で焦点を結ばないようにし
て前記誘電体ブロックに入射させることを特徴とする全
反射減衰を利用した測定方法。 - 【請求項１３】 誘電体ブロックの一面に形成した金属
膜に試料を接触させ、 光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロ
ックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、かつ、
種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射させ、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面
プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する全反
射減衰を利用した測定方法において、 前記光ビームを、前記界面上で焦点を結ばないようにし
て前記誘電体ブロックに入射させることを特徴とする全
反射減衰を利用した測定方法。 - 【請求項１４】 誘電体ブロックの一面にクラッド層お
よび光導波層をこの順に形成して該光導波層に試料を接
触させ、 光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロ
ックと前記クラッド層との界面で全反射条件となり、か
つ、種々の入射角成分を含むように収束光状態で入射さ
せ、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、前記
光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態
を検出する全反射減衰を利用した測定方法において、 前記光ビームを、前記界面上で焦点を結ばないようにし
て前記誘電体ブロックに入射させることを特徴とする全
反射減衰を利用した測定方法。 - 【請求項１５】 前記界面における前記光ビームの少な
くとも一方向の断面サイズを５００μｍ以上とすること
を特徴とする請求項１２から１４いずれか１項記載の全
反射減衰を利用した測定方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001030445A JP2002048707A (ja) | 2000-05-22 | 2001-02-07 | 全反射減衰を利用した測定方法および装置 |
| EP01914168A EP1186881A4 (en) | 2000-03-16 | 2001-03-14 | MEASURING METHOD AND INSTRUMENT USING ATTENUATION OF TOTAL REFLECTION |
| EP08003503A EP1947446A3 (en) | 2000-03-16 | 2001-03-14 | Measuring method and apparatus using attenuation in total reflection |
| PCT/JP2001/001998 WO2001069207A1 (fr) | 2000-03-16 | 2001-03-14 | Procede et instrument de mesure utilisant l'attenuation de la reflexion totale |
| US09/959,645 US6864984B2 (en) | 2000-03-16 | 2001-03-14 | Measuring method and apparatus using attenuation in total reflection |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-149415 | 2000-05-22 | ||
| JP2000149415 | 2000-05-22 | ||
| JP2001030445A JP2002048707A (ja) | 2000-05-22 | 2001-02-07 | 全反射減衰を利用した測定方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002048707A true JP2002048707A (ja) | 2002-02-15 |
Family
ID=26592291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001030445A Pending JP2002048707A (ja) | 2000-03-16 | 2001-02-07 | 全反射減衰を利用した測定方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002048707A (ja) |
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| US7187444B2 (en) | 2001-11-12 | 2007-03-06 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Measuring method and apparatus using attenuation in total internal reflection |
| JP2007071615A (ja) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Tohoku Univ | 表面プラズモン共鳴角スペクトル測定装置 |
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| JP2000065729A (ja) * | 1998-08-25 | 2000-03-03 | Nippon Laser Denshi Kk | 表面プラズモン共鳴角検出装置のセンサーチップ |
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-
2001
- 2001-02-07 JP JP2001030445A patent/JP2002048707A/ja active Pending
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