JP2002221488A - Sensor using total reflection attenuation - Google Patents

Sensor using total reflection attenuation

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JP2002221488A
JP2002221488A JP2001016631A JP2001016631A JP2002221488A JP 2002221488 A JP2002221488 A JP 2002221488A JP 2001016631 A JP2001016631 A JP 2001016631A JP 2001016631 A JP2001016631 A JP 2001016631A JP 2002221488 A JP2002221488 A JP 2002221488A
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JP
Japan
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dielectric block
light beam
total reflection
interface
sensor
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JP2001016631A
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Masayuki Naya
昌之 納谷
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor using total reflection attenuation for detecting a refractive index of a specimen wherein generation of distortion of an image to examine distribution of the refractive index is prevented. SOLUTION: The sensor comprises a dielectric block 11, a thin film layer 13 which is formed on one face of the dielectric block 11 and brought into contact with the specimen 15, a light source 16 generating a light beam L, an incidence optical system 17 which emits the light beam L to the dielectric block 11 in a parallel light state so that total reflection conditions may be obtained and that the total reflection attenuation may be generated on an interface 11a between the dielectric block 11 and the thin film layer 13, and a light detecting means 23 which detects an image formed by the light beam L totally reflected from the interface 11a and detects distribution of the refractive index of the specimen 15 in a face along with the interface 112a, wherein a compensating optical system 21 comprising, for example, a dielectric block similar to the dielectric block 11 is provided, and the distortion of the image caused by the dielectric block 11 when an angle of incidence θof the light beam L changes is compensated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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の屈折率を検出する表面プラズモン
センサー等の、全反射減衰を利用したセンサーに関する
ものであり、特に詳細には、試料の屈折率分布を検出す
る全反射減衰を利用したセンサーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor utilizing attenuated total reflection, such as a surface plasmon sensor for detecting the refractive index of a sample by utilizing the generation of surface plasmons. The present invention relates to a sensor using attenuated total reflection for detecting a refractive index distribution of the light.

【0002】[0002]

【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。
2. Description of the Related Art In a metal, free electrons vibrate collectively to generate a compression wave called a plasma wave. And, the quantization of this compression wave generated on the metal surface is
It is called surface plasmon.

【0003】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センサー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)。
Conventionally, various surface plasmon sensors for quantitatively analyzing a substance in a sample by using the phenomenon that surface plasmons are excited by light waves have been proposed.
Among them, a particularly well-known one uses a system called a Kretschmann configuration (see, for example, JP-A-6-167443).

【0004】上記の系を用いる表面プラズモンセンサー
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、
表面プラズモン共鳴条件を含む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。
A surface plasmon sensor using the above-described system basically includes, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and a light beam. A light source to be generated, and the above light beam with respect to a dielectric block, is in a condition of total reflection at an interface between the dielectric block and the metal film, and
An optical system for making incident so that various incident angles including surface plasmon resonance conditions can be obtained, and light detecting means for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface to detect the state of surface plasmon resonance It becomes.

【0005】上記構成の表面プラズモンセンサーにおい
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減衰する。この光強
度の減衰は、一般に上記光検出手段により暗線として検
出される。
In the surface plasmon sensor having the above structure, when a light beam is incident on a metal film at a specific incident angle θ SP equal to or larger than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is present in a sample in contact with the metal film. Is generated, and surface plasmons are excited at the interface between the metal film and the sample by the evanescent wave. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state, and the energy of light is transferred to the surface plasmon. The intensity of the reflected light is sharply attenuated. This attenuation of light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.

【0006】図2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。ここに示す入射角θSPが、上述の全反射減衰(A
TR)が生じる入射角である。
FIG. 2 schematically shows the relationship between the incident angle θ and the reflected light intensity I when this total reflection attenuation phenomenon occurs. The incident angle θ SP shown here is equal to the total reflection attenuation (A
TR) occurs.

【0007】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。
[0007] The above resonance occurs only when the incident beam is p-polarized. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.

【0008】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、εとε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。
When the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle θ SP at which the attenuated total reflection (ATR) occurs, the dielectric constant of the sample is obtained. That is, the wave number of the surface plasmon is K
When SP and the angular frequency of the surface plasmon are ω, c is the speed of light in vacuum, ε m and ε s are the metal and the dielectric constant of the sample, respectively, there is the following relationship.

【0009】[0009]

【数1】 試料の誘電率ε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。
(Equation 1) If the dielectric constant ε s of the sample is known, the concentration of the specific substance in the sample can be determined based on a predetermined calibration curve or the like, so that by knowing the incident angle θ SP at which the reflected light intensity decreases, the A specific substance can be quantitatively analyzed.

【0010】また、全反射減衰(ATR)を利用する類
似のセンサーとして、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、かつ光導波層での導波モードの励
起による全反射減衰が生じ得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。
As similar sensors utilizing attenuated total reflection (ATR), for example, “Spectroscopy”, Vol. 47, No. 1 (1998), pp. 21-23 and 26-27.
A leak mode sensor described on the page is also known. This leak mode sensor is basically formed of, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer and brought into contact with a sample. An optical waveguide layer, a light source for generating a light beam, and the light beam with respect to the dielectric block, a condition of total reflection is obtained at an interface between the dielectric block and the cladding layer, and the light is guided by the optical waveguide layer. An optical system that enters at various angles so that total reflection attenuation can occur due to wave mode excitation, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured to determine the excited state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state. And a light detecting means for detecting.

【0011】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。
In the leakage mode sensor having the above configuration,
When the light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, only light having a specific wave number at a specific incident angle is transmitted through the cladding layer. The light propagates in a guided mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, so that total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected at the interface sharply decreases.
Since the wave number of the guided light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, the refractive index of the sample and the characteristics of the sample related thereto are analyzed by knowing the specific incident angle at which the total reflection attenuation occurs. be able to.

【0012】また従来、上述した表面プラズモンセンサ
ーや漏洩モードセンサーを、試料の前記界面に沿った面
内の屈折率分布を測定するために応用することも考えら
れている。すなわち、表面プラズモンセンサーの場合を
例に挙げると、前記界面に対する光ビーム入射角と全反
射光強度との関係は、概略図2に示すようなものとな
る。ここでθSPで示すのが全反射解消角である。この
関係は、試料の屈折率が変化すると同図で横軸方向に移
動する形で変化するから、全反射解消角θSP近辺の入
射角で光ビームを前記界面に入射させると、全反射光の
強度が試料の屈折率に応じて変化する。そこで、その場
合の光ビームとして、ある程度広いビーム断面を有する
平行光を用い、この界面で全反射した光ビームによる像
(つまりビーム断面内の強度分布)を検出すれば、上記
界面に沿った面内での試料の屈折率分布を検出すること
ができる。
Conventionally, it has been considered to apply the above-mentioned surface plasmon sensor or leak mode sensor to measure the in-plane refractive index distribution along the interface of the sample. That is, taking the case of a surface plasmon sensor as an example, the relationship between the incident angle of the light beam with respect to the interface and the intensity of the total reflection light is as schematically shown in FIG. Here, what is indicated by θ SP is the total reflection elimination angle. When the refractive index of the sample changes, the relationship changes in a manner that the sample moves in the horizontal axis direction in the same figure. Therefore, when the light beam is incident on the interface at an incident angle near the total reflection elimination angle θ SP , the total reflection light Changes according to the refractive index of the sample. Therefore, if a parallel beam having a somewhat wide beam cross section is used as the light beam in this case, and an image of the light beam totally reflected at the interface (that is, the intensity distribution in the beam cross section) is detected, the surface along the interface is detected. The refractive index distribution of the sample in the inside can be detected.

【0013】上述のことは、全反射減衰が表面プラズモ
ン共鳴によって生じる代わりに、前記導波層での導波モ
ードの励起によって生じるという点が異なるだけで、漏
洩モードセンサーにおいても同様に認められるから、漏
洩モードセンサーを適用して同じように試料の屈折率分
布を求めることも可能である。
The above is different for the leaky mode sensor, except that the total reflection attenuation is caused not by surface plasmon resonance but by the excitation of the guided mode in the waveguide layer. It is also possible to obtain the refractive index distribution of the sample in the same manner by applying a leak mode sensor.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にして試料の屈折率分布を検出するようにした、従来の
全反射減衰を利用したセンサーにおいては、全反射光に
よる像に歪みが生じて、屈折率分布の測定精度が損なわ
れることがあった。
By the way, in the conventional sensor utilizing the attenuated total reflection in which the refractive index distribution of the sample is detected as described above, the image due to the totally reflected light is distorted. In some cases, the measurement accuracy of the refractive index distribution was impaired.

【0015】本発明は上記の事情に鑑みて、全反射光に
よる像の歪みを解消して、試料の屈折率分布を高い精度
で求めることができる、全反射減衰を利用した面型のセ
ンサーを提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides a surface-type sensor utilizing attenuated total reflection which can eliminate distortion of an image due to total reflection light and can obtain a refractive index distribution of a sample with high accuracy. The purpose is to provide.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明による一つの全反
射減衰を利用したセンサーは、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が得ら
れるように、平行光の状態で入射させる入射光学系と、
前記界面で全反射した光ビームによる像を検出して、前
記界面に沿った面内での試料の屈折率分布を検出する光
検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサー
において、光ビームの前記入射角が変化したとき誘電体
ブロックによって生じる像の歪みを補償する補償光学系
が設けられたことを特徴とするものである。
A sensor utilizing attenuated total reflection according to the present invention comprises a dielectric block as described above, and a thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample. A light source that generates a light beam, and an incident light beam that is incident on the dielectric block in a parallel light state such that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer. Optics,
A sensor using attenuated total reflection, comprising: a light detection unit that detects an image formed by a light beam totally reflected at the interface and detects a refractive index distribution of the sample in a plane along the interface. An adaptive optics system is provided for compensating for image distortion caused by the dielectric block when the angle of incidence of the beam changes.

【0017】また、本発明による別の全反射減衰を利用
したセンサーは、特に前述の表面プラズモンセンサーと
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からなる薄膜層との界面で全
反射条件が得られるように、平行光の状態で入射させる
入射光学系と、前記界面で全反射した光ビームによる像
を検出して、前記界面に沿った面内での試料の屈折率分
布を検出する光検出手段とを備えてなる、表面プラズモ
ン共鳴による全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
光ビームの前記入射角が変化したとき誘電体ブロックに
よって生じる像の歪みを補償する補償光学系が設けられ
たことを特徴とするものである。
Further, another sensor utilizing attenuated total reflection according to the present invention is particularly configured as the above-mentioned surface plasmon sensor, and includes a dielectric block and a sample formed on one surface of the dielectric block and applied to a sample. A thin film layer made of a metal film to be contacted, a light source for generating a light beam, and the light beam being applied to the dielectric block with respect to the dielectric block at an interface between the dielectric block and the thin film layer made of the metal film. As a result, an incident optical system for entering in a parallel light state and an image by a light beam totally reflected at the interface are detected, and a refractive index distribution of the sample in a plane along the interface is detected. In a sensor using a total reflection attenuation by surface plasmon resonance, comprising a light detection means,
An adaptive optics system is provided for compensating for image distortion caused by the dielectric block when the angle of incidence of the light beam changes.

【0018】また、本発明によるさらに別の全反射減衰
を利用したセンサーは、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とその上
に形成された光導波層とからなる薄膜層と、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
で全反射条件が得られるように、平行光の状態で入射さ
せる入射光学系と、前記界面で全反射した光ビームによ
る像を検出して、前記界面に沿った面内での試料の屈折
率分布を検出する光検出手段とを備えてなる、前記導波
層での導波モードの励起による全反射減衰を利用したセ
ンサーにおいて、光ビームの前記入射角が変化したとき
誘電体ブロックによって生じる像の歪みを補償する補償
光学系が設けられたことを特徴とするものである。
Further, another sensor utilizing attenuated total reflection according to the present invention is particularly configured as the aforementioned leak mode sensor, and includes a dielectric block and a clad formed on one surface of the dielectric block. A thin film layer comprising a layer and an optical waveguide layer formed thereon, a light source for generating a light beam, and the light beam with respect to the dielectric block, at an interface between the dielectric block and the cladding layer. In order to obtain the condition of total reflection, an incident optical system that makes incident in a parallel light state and an image formed by a light beam totally reflected at the interface are detected, and the refractive index distribution of the sample in a plane along the interface is detected. In the sensor using the total reflection attenuation due to the excitation of the waveguide mode in the waveguide layer, comprising: It is characterized in that the compensation optical system for compensating for image distortion caused I is provided.

【0019】なお上述の補償光学系は、例えば前記界面
に入射する光ビームの入射面(界面の法線と光ビームの
波面法線とを含む面)内で該誘内において前記誘電体ブ
ロックの断面形状と同じ断面形状を有し、かつ、この誘
電体ブロックと同一屈折率の材料から形成されて、前記
誘電体ブロックから出射した光ビームが入射するように
配置された補償用誘電体ブロックと、この補償用誘電体
ブロックの、前記誘電体ブロックの一面に相当する面に
形成された像観察用のスクリーンとから構成することが
できる。そしてこのスクリーンは、例えば拡散体や蛍光
体から形成することができる。
The above-described adaptive optics system is provided, for example, in the plane of incidence of the light beam incident on the interface (the plane containing the normal of the interface and the wavefront normal of the light beam). A compensating dielectric block having the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape, and formed of a material having the same refractive index as the dielectric block, and arranged so that a light beam emitted from the dielectric block enters; And a screen for image observation formed on a surface of the compensation dielectric block corresponding to one surface of the dielectric block. The screen can be formed from, for example, a diffuser or a phosphor.

【0020】他方上記誘電体ブロックは、光ビームの入
射端面および出射端面と、前記薄膜層が形成される面と
を全て有する1つのブロックとして形成することがで
き、その場合は補償用誘電体ブロックもそのような構成
とされる。
On the other hand, the dielectric block can be formed as a single block having all of the incident end face and the output end face of the light beam and the surface on which the thin film layer is formed. Is also such a configuration.

【0021】あるいはこの誘電体ブロックは、光ビーム
の入射端面および出射端面を有する部分と、前記薄膜層
が形成される面を有する部分の2つが、屈折率マッチン
グ手段を介して接合されてなるものであってもよい。そ
してその場合、補償用誘電体ブロックもそのような構成
とされる。
Alternatively, the dielectric block comprises a portion having an incident end face and an outgoing end face of a light beam, and a portion having a surface on which the thin film layer is formed, joined through a refractive index matching means. It may be. In that case, the compensation dielectric block also has such a configuration.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明者の研究によると、従来の全反射
減衰を利用した面型のセンサーにおいて全反射光による
像に歪みが生じるのは、誘電体ブロックの中を進む全反
射光の進行角と、光検出手段の検出面に入射する光の進
行角とが相異なるためである。もし、この歪を解消する
ように光検出手段の設置角度を調整したとしても、測定
光の入射角が変化してしまうと、やはり光検出手段の検
出面における像は歪んでしまう。入射角の変化は、例え
ば全反射減衰の入射角の条件が異なる物質を測定するた
めに測定光の入射角を走査するときに必ず生じてしま
う。
According to the study of the present inventors, in the conventional surface-type sensor using attenuated total reflection, the image caused by the total reflection light is distorted because of the progress of the total reflection light traveling through the dielectric block. This is because the angle and the traveling angle of the light incident on the detection surface of the light detection means are different. Even if the installation angle of the light detection means is adjusted so as to eliminate the distortion, if the incident angle of the measurement light changes, the image on the detection surface of the light detection means will also be distorted. The change in the incident angle always occurs, for example, when scanning the incident angle of the measurement light in order to measure substances having different incident angle conditions of the total reflection attenuation.

【0023】本発明の全反射減衰を利用したセンサーに
おいては、誘電体ブロックと薄膜層との界面に対する光
ビームの入射角が変化したとき誘電体ブロックによって
生じる像の歪みを補償する補償光学系が設けられたこと
により、この像の歪みを解消して、試料の屈折率分布を
高い精度で測定可能となる。
In the sensor utilizing the attenuated total reflection of the present invention, a compensation optical system for compensating for the image distortion caused by the dielectric block when the incident angle of the light beam with respect to the interface between the dielectric block and the thin film layer changes. With the provision, the distortion of the image can be eliminated, and the refractive index distribution of the sample can be measured with high accuracy.

【0024】[0024]

【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、全反射減衰を利用したセンサーの概略側
面形状を示すものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic side view of a sensor using attenuated total reflection according to a first embodiment of the present invention.

【0025】本実施形態の装置は前述した表面プラズモ
ンセンサーとして形成されたものであり、図示の通り、
PMMA等の合成樹脂やBK7等の光学ガラスを用いて
例えば三角柱状に形成された透明誘電体プリズム11と、
この誘電体プリズム11の上面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薄膜13とを有して
いる。分析対象の試料15は、この金属薄膜13の上に配置
される。
The device of the present embodiment is formed as the above-mentioned surface plasmon sensor.
A transparent dielectric prism 11 formed, for example, in a triangular prism shape using a synthetic resin such as PMMA or an optical glass such as BK7;
For example, gold formed on the upper surface of the dielectric prism 11,
And a metal thin film 13 made of silver, copper, aluminum, or the like. The sample 15 to be analyzed is disposed on the metal thin film 13.

【0026】また、光ビームLを発するレーザ光源16
と、発散光状態で発せられたこの光ビームLを平行光化
するコリメーターレンズ17と、後述する像の歪みを補償
するための補償用誘電体プリズム21と、結像レンズ22
と、光検出手段としてのCCDエリアセンサー23が設け
られている。また補償用誘電体プリズム21の図中下面と
なる一面21aには、像観察用のスクリーンを構成する拡
散膜24が形成されている。
A laser light source 16 for emitting a light beam L
A collimator lens 17 for collimating the light beam L emitted in a divergent light state, a compensating dielectric prism 21 for compensating image distortion described later, and an imaging lens 22
And a CCD area sensor 23 as light detecting means. A diffusion film 24 forming a screen for image observation is formed on one surface 21a of the compensation dielectric prism 21, which is the lower surface in the figure.

【0027】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
の作用について説明する。レーザ光源16から発せられた
後、コリメーターレンズ17によって平行光とされた光ビ
ームLは誘電体プリズム11に入射して、それと金属薄膜
13との界面11aに入射する。このときの光ビームLの界
面11aに対する入射角θは、該界面11aにおいて全反射
条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴が生じ得る範
囲内の値とされる。
The operation of the surface plasmon sensor having the above configuration will be described below. After being emitted from the laser light source 16, the collimated light beam L collimated by the collimator lens 17 enters the dielectric prism 11, and is collided with a metal thin film.
The light enters the interface 11a with the substrate 13. At this time, the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 11a is set to a value within a range where the condition of total reflection can be obtained at the interface 11a and surface plasmon resonance can occur.

【0028】なお本例では、コリメーターレンズ17によ
って入射光学系が構成されている。また光ビームLは、
界面11aに対してp偏光で入射する必要がある。そのよ
うにするためには、予めレーザ光源16の向きをそのよう
に設定すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビーム
Lの偏光の向きを制御してもよい。
In this embodiment, an incident optical system is constituted by the collimator lens 17. The light beam L is
It is necessary to enter the interface 11a with p-polarized light. To do so, the direction of the laser light source 16 may be set in advance in such a manner. In addition, the direction of polarization of the light beam L may be controlled by a wave plate or a polarizing plate.

【0029】界面11aに入射した光ビームLはそこで全
反射し、全反射した光ビームLは誘電体プリズム11から
出射する。誘電体プリズム11から出射した光ビームLは
補償用誘電体プリズム21に入射し、該補償用誘電体プリ
ズム21と拡散膜24との界面で全反射するが、このとき該
界面から浸み出したエバネッセント光が拡散膜24によっ
て拡散される。そこでこの拡散膜24に、光ビームLによ
る像が形成される。この像は、結像レンズ22によってC
CDエリアセンサー23の撮像面上に結像され、撮像され
る。
The light beam L incident on the interface 11a is totally reflected there, and the totally reflected light beam L is emitted from the dielectric prism 11. The light beam L emitted from the dielectric prism 11 enters the compensating dielectric prism 21 and is totally reflected at the interface between the compensating dielectric prism 21 and the diffusion film 24. The evanescent light is diffused by the diffusion film 24. Therefore, an image is formed on the diffusion film 24 by the light beam L. This image is formed by the imaging lens 22 into C
An image is formed on the imaging surface of the CD area sensor 23 and is imaged.

【0030】上述のように界面11aで光ビームLが全反
射するとき、界面11aから金属薄膜13側にエバネッセン
ト波が浸み出す。そして、光ビームL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薄膜13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
鋭く減衰する。つまり、界面11aに対する光ビームLの
入射角θと全反射光強度との関係は、概略図2に示すよ
うなものとなる。ここでθSPで示すのが全反射解消角
である。
As described above, when the light beam L is totally reflected at the interface 11a, an evanescent wave seeps from the interface 11a to the metal thin film 13 side. When the light beam L is incident on the interface 11a at a specific incident angle θ SP , the evanescent wave resonates with the surface plasmon that is excited on the surface of the metal thin film 13. I decays sharply. That is, the relationship between the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 11a and the intensity of the total reflected light is as schematically shown in FIG. Here, what is indicated by θ SP is the total reflection elimination angle.

【0031】この関係は、試料15の屈折率が変化すると
同図で横軸方向に移動する形で変化するから、全反射し
た光ビームLの強度が試料15の屈折率に応じて変化す
る。そこで、拡散膜24により形成されてCCDエリアセ
ンサー23が撮像する像、つまり全反射した光ビームLの
ビーム断面内強度分布は、界面11aに沿った面内での試
料15の屈折率分布を示すものとなる。
This relationship changes as the refractive index of the sample 15 changes so as to move in the horizontal axis direction in the figure, so that the intensity of the totally reflected light beam L changes according to the refractive index of the sample 15. Therefore, the image formed by the diffusion film 24 and captured by the CCD area sensor 23, that is, the intensity distribution in the beam cross section of the totally reflected light beam L indicates the refractive index distribution of the sample 15 in a plane along the interface 11a. It will be.

【0032】したがって、CCDエリアセンサー23が出
力する映像信号SをCRTや液晶表示パネル等の画像表
示手段に入力して、該映像信号Sによる像を再生表示す
れば、試料15の屈折率分布を観察することができる。ま
た、この映像信号Sを光走査記録装置等に入力して、該
映像信号Sによる像をハードコピーとして再生すること
もできる。
Therefore, if the image signal S output from the CCD area sensor 23 is input to image display means such as a CRT or a liquid crystal display panel, and an image based on the image signal S is reproduced and displayed, the refractive index distribution of the sample 15 is reduced. Can be observed. Further, the video signal S can be input to an optical scanning recording device or the like, and an image based on the video signal S can be reproduced as a hard copy.

【0033】なお、拡散膜24の代わりに拡散板や蛍光板
等を配置して、それにより光ビームLによる像を観察で
きるようにしてもよい。
It is to be noted that a diffusion plate, a fluorescent plate, or the like may be provided instead of the diffusion film 24 so that an image formed by the light beam L can be observed.

【0034】ここで、先に詳しく説明した通り、界面11
aに対する光ビームLの入射角θが変化すると、誘電体
プリズム11内における光ビームLの光路が変わることに
より、界面11aで全反射した光ビームLによる像に歪み
が生じることがある。以下、この像の歪みを解消する点
について説明する。
Here, as described in detail above, the interface 11
When the angle of incidence θ of the light beam L with respect to a changes, the optical path of the light beam L in the dielectric prism 11 changes, which may cause distortion in the image formed by the light beam L totally reflected at the interface 11a. Hereinafter, a description will be given of how to eliminate the image distortion.

【0035】補償用誘電体プリズム21は、誘電体プリズ
ム11と同一の材料から形成され、また、界面11aに対す
る光ビームLの入射面(界面11aの法線と光ビームLの
波面法線とを含む面)内で該誘電体プリズム11の断面形
状と同じ断面形状を有するものとされている。そしてこ
の補償用誘電体プリズム21は、誘電体プリズム11から出
射した光ビームLが、それが誘電体プリズム11に入射す
るときの光路と同じ光路を辿って入射するように配置さ
れている。このように補償用誘電体プリズム21を配置し
ておくことにより、その一面21a(これは誘電体プリズ
ム11の界面11aを構成する面と対応している)において
光ビームLが担持している像は、上記光路の変化による
像の歪みが補償されたものとなる。
The compensating dielectric prism 21 is formed of the same material as the dielectric prism 11, and has a plane of incidence of the light beam L with respect to the interface 11a (the normal to the interface 11a and the wavefront normal to the light beam L). (A plane including the same) has the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape of the dielectric prism 11. The compensating dielectric prism 21 is arranged such that the light beam L emitted from the dielectric prism 11 is incident along the same optical path as when the light beam L is incident on the dielectric prism 11. By arranging the compensating dielectric prism 21 in this manner, the image carried by the light beam L on one surface 21a (which corresponds to the surface forming the interface 11a of the dielectric prism 11) is provided. Is obtained by compensating for image distortion due to the change in the optical path.

【0036】そこで、上記プリズム面21aの上の拡散膜
24によって形成される像をCCDエリアセンサー23によ
って撮像し、その画像を利用すれば、精度良くこの屈折
率分布を求めることが可能になる。
Therefore, the diffusion film on the prism surface 21a
If the image formed by 24 is captured by the CCD area sensor 23 and the image is used, the refractive index distribution can be accurately obtained.

【0037】次に、図3を参照して本発明の第2の実施
形態について説明する。なおこの図3において、図1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(以下、同
様)。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, elements that are the same as the elements in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be omitted unless otherwise necessary (the same applies hereinafter).

【0038】この第2の実施形態の全反射減衰を利用し
たセンサーも表面プラズモンセンサーであり、本装置は
図1のものと比べると、誘電体プリズム11の上にセンシ
ング媒体14が固定されて、その上に試料15が配されるよ
うになっている点が異なり、その他の点は基本的に図1
の装置と同様に構成されている。
The sensor using the attenuated total reflection according to the second embodiment is also a surface plasmon sensor. In this device, a sensing medium 14 is fixed on a dielectric prism 11 as compared with the sensor of FIG. The difference is that the sample 15 is placed on it, and the other points are basically the same as those in FIG.
The configuration is the same as that of the device.

【0039】センシング媒体14は、分析対象の試料15中
の特定物質と結合するものである。このような特定物質
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。
The sensing medium 14 binds to a specific substance in the sample 15 to be analyzed. Examples of such a combination of the specific substance and the sensing medium 14 include an antigen and an antibody.

【0040】この構成においては、試料15中の特定物質
とセンシング媒体14との結合状態に応じて、このセンシ
ング媒体14の屈折率が変化する。そこで、プリズム面21
aの上の拡散膜24によって形成される像をCCDエリア
センサー23によって撮像し、その画像を利用すれば、セ
ンシング媒体14の屈折率分布つまりは試料15中の特定物
質とセンシング媒体14との結合状態の分布を求めること
ができる。なおこの場合は、試料15およびセンシング媒
体14が本発明装置が対象にする試料となる。
In this configuration, the refractive index of the sensing medium 14 changes according to the binding state between the specific substance in the sample 15 and the sensing medium 14. Therefore, prism surface 21
The image formed by the diffusion film 24 on the surface a is captured by the CCD area sensor 23, and if the image is used, the refractive index distribution of the sensing medium 14, that is, the coupling between the specific substance in the sample 15 and the sensing medium 14 is obtained. The distribution of states can be determined. In this case, the sample 15 and the sensing medium 14 are the samples targeted by the apparatus of the present invention.

【0041】本実施形態においても補償用誘電体プリズ
ム21を設けたことにより、第1の実施形態におけるのと
同様に、界面11aに対する光ビームLの入射角θが変化
したときに生じる像の歪みを解消することができる。
In this embodiment, the provision of the compensating dielectric prism 21 also provides a distortion of the image caused when the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 11a changes, as in the first embodiment. Can be eliminated.

【0042】次に、図4を参照して本発明の第3の実施
形態について説明する。この第3の実施形態の全反射減
衰を利用したセンサーも表面プラズモンセンサーであ
り、本装置は図1のものと比べると、用いている誘電体
ブロックの形状が異なるものである。すなわち本実施形
態では、図1の装置で用いられていた誘電体プリズム11
に代えて、断面が四角形の誘電体ブロック41が用いられ
ている。またそれに対応させて、断面が四角形の補償用
誘電体ブロック51が適用されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sensor using the attenuated total reflection according to the third embodiment is also a surface plasmon sensor, and the present device is different from that of FIG. 1 in the shape of the dielectric block used. That is, in the present embodiment, the dielectric prism 11 used in the apparatus of FIG.
Instead, a dielectric block 41 having a square cross section is used. Correspondingly, a compensation dielectric block 51 having a rectangular cross section is applied.

【0043】本実施形態においても、レーザ光源16から
発せられた後、コリメーターレンズ17によって平行光と
された光ビームLは誘電体ブロック41に入射して、それ
と金属薄膜13との界面41aに入射する。このときの光ビ
ームLの界面41aに対する入射角θは、該界面41aにお
いて光ビームL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範囲内の値とされる。
Also in this embodiment, the light beam L emitted from the laser light source 16 and converted into parallel light by the collimator lens 17 enters the dielectric block 41, and enters the interface 41a between the dielectric block 41 and the thin metal film 13. Incident. At this time, the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 41a is set to a value within a range where the condition for total reflection of the light beam L at the interface 41a is obtained and surface plasmon resonance can occur.

【0044】界面41aに入射した光ビームLはそこで全
反射し、全反射した光ビームLは誘電体ブロック41から
出射する。誘電体ブロック41から出射した光ビームLは
補償用誘電体ブロック51に入射し、該補償用誘電体ブロ
ック51と拡散膜24との界面で全反射するが、このとき該
界面から浸み出したエバネッセント光が、補償用誘電体
ブロック51の一面51aに形成された拡散膜24によって拡
散される。そこでこの拡散膜24に、全反射した光ビーム
Lによる像が形成される。この像の撮像や、それに基づ
く試料15の屈折率分布の測定等は、第1実施形態におけ
るのと同様である。
The light beam L incident on the interface 41 a is totally reflected there, and the totally reflected light beam L exits from the dielectric block 41. The light beam L emitted from the dielectric block 41 is incident on the compensation dielectric block 51 and is totally reflected at the interface between the compensation dielectric block 51 and the diffusion film 24. The evanescent light is diffused by the diffusion film 24 formed on one surface 51a of the compensation dielectric block 51. Therefore, an image is formed on the diffusion film 24 by the totally reflected light beam L. The imaging of this image and the measurement of the refractive index distribution of the sample 15 based on the image are the same as in the first embodiment.

【0045】補償用誘電体ブロック51は、誘電体ブロッ
ク41と同一の材料から形成され、また、界面41aに対す
る光ビームLの入射面内で該誘電体ブロック41の断面形
状と同じ断面形状を有するものとされている。そしてこ
の補償用誘電体ブロック51は、誘電体ブロック41から出
射した光ビームLが、それが誘電体ブロック41に入射す
るときの光路と同じ光路を辿って入射するように配置さ
れている。このように補償用誘電体ブロック51を配置し
ておくことにより、その一面51a(これは誘電体ブロッ
ク41の界面41aを構成する面と対応している)において
光ビームLが担持している像、すなわち拡散膜24に形成
される像は、上記光路の変化による像の歪みが解消され
たものとなる。
The compensating dielectric block 51 is formed of the same material as the dielectric block 41, and has the same cross-sectional shape as that of the dielectric block 41 in the plane of incidence of the light beam L on the interface 41a. It is assumed. The compensating dielectric block 51 is arranged such that the light beam L emitted from the dielectric block 41 is incident along the same optical path as when the light beam L enters the dielectric block 41. By arranging the compensating dielectric block 51 in this manner, the image carried by the light beam L on one surface 51a thereof (this corresponds to the surface constituting the interface 41a of the dielectric block 41). That is, the image formed on the diffusion film 24 is one in which the image distortion due to the change in the optical path is eliminated.

【0046】次に、図5を参照して本発明の第4の実施
形態について説明する。この第4の実施形態の全反射減
衰を利用したセンサーも表面プラズモンセンサーであ
り、本装置は図4のものと比べると、用いている誘電体
ブロックの構成が異なるものである。すなわち本実施形
態では、図4の装置で用いられていた誘電体ブロック41
に代えて、誘電体ブロック60および、その上面に屈折率
マッチングオイル62を介して接合された誘電体プレート
61が用いられている。誘電体ブロック60は光ビームLの
入射端面60aおよび出射端面60bを有するものであり、
一方誘電体プレート61は、金属薄膜13との界面61を構成
する面を有する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The sensor using the attenuated total reflection according to the fourth embodiment is also a surface plasmon sensor, and the present device differs from that of FIG. 4 in the configuration of the dielectric block used. That is, in the present embodiment, the dielectric block 41 used in the apparatus of FIG.
Instead of a dielectric block 60 and a dielectric plate joined to the upper surface thereof through a refractive index matching oil 62
61 are used. The dielectric block 60 has an input end face 60a and an output end face 60b of the light beam L,
On the other hand, the dielectric plate 61 has a surface forming an interface 61 with the metal thin film 13.

【0047】それに対応させて本実施形態では、像の歪
みの補償用に、誘電体ブロック70および、その下面に屈
折率マッチングオイル72を介して接合された誘電体プレ
ート71が用いられている。そして、この誘電体プレート
71の下面71a(誘電体プレート61の上記界面61を構成す
る面と対応する面)に、拡散膜24が形成されている。
In the present embodiment, a dielectric block 70 and a dielectric plate 71 joined to the lower surface of the dielectric block 70 via a refractive index matching oil 72 are used to compensate for image distortion. And this dielectric plate
The diffusion film 24 is formed on the lower surface 71a of the 71 (the surface corresponding to the surface constituting the interface 61 of the dielectric plate 61).

【0048】本実施形態の構成においても、拡散膜24に
よって形成される像の撮像や、それに基づく試料15の屈
折率分布の測定、並びに像の歪みの補償は、第3の実施
形態におけるのと同様になされる。
Also in the configuration of the present embodiment, the imaging of the image formed by the diffusion film 24, the measurement of the refractive index distribution of the sample 15 based on the image, and the compensation of the image distortion are performed as in the third embodiment. The same is done.

【0049】次に、図6を参照して本発明の第5の実施
形態について説明する。この第5実施形態の装置は先に
説明した漏洩モードセンサーであり、本例では誘電体プ
リズム11の一面(図中の上面)にクラッド層80が形成さ
れ、さらにその上に光導波層81が形成されている。以上
の点以外、本装置は基本的に図1に示した第1実施形態
の装置と同様に構成されている。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device according to the fifth embodiment is the leaky mode sensor described above. In this example, a cladding layer 80 is formed on one surface (the upper surface in the figure) of the dielectric prism 11, and an optical waveguide layer 81 is further formed thereon. Is formed. Except for the above points, this apparatus is basically configured in the same manner as the apparatus of the first embodiment shown in FIG.

【0050】本実施形態において誘電体プリズム11は、
例えば合成樹脂やBK7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80は、誘電体プリズム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81は、クラッド層80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80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81の膜厚
は、例えばPMMAから形成する場合で700nm程度と
される。
In this embodiment, the dielectric prism 11 is
For example, it is formed using a synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 80 is formed in a thin film shape using a dielectric material having a lower refractive index than the dielectric prism 11 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 81 is also formed into a thin film using a dielectric material having a higher refractive index than the cladding layer 80, for example, PMMA. The thickness of the cladding layer 80 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 81 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.

【0051】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
レーザ光源16から発せられた光ビームLを、誘電体プリ
ズム11を通してクラッド層80に対して全反射角以上の入
射角θで入射させると、該光ビームLが誘電体プリズム
11とクラッド層80との界面11aで全反射するが、クラッ
ド層80を透過して光導波層81に特定入射角で入射した特
定波数の光は、該光導波層81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81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。
In the leakage mode sensor having the above configuration,
When the light beam L emitted from the laser light source 16 is incident on the cladding layer 80 through the dielectric prism 11 at an incident angle θ equal to or larger than the total reflection angle, the light beam L
Although the light is totally reflected at the interface 11a between the optical waveguide 11 and the cladding layer 80, the light having a specific wave number transmitted through the cladding layer 80 and incident on the optical waveguide layer 81 at a specific incident angle propagates through the optical waveguide layer 81 in a guided mode. I will be. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 81, and
At 11a, total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected is sharply reduced.

【0052】光導波層81における導波光の波数は、該光
導波層81の上の試料15の屈折率に依存する。そこでこの
場合も、補償用誘電体プリズム21の面21aの上の拡散膜
24によって形成される像をCCDエリアセンサー23によ
って撮像し、その画像を再生すれば、試料15中の屈折率
分布を測定することが可能になる。
The wave number of the guided light in the optical waveguide layer 81 depends on the refractive index of the sample 15 on the optical waveguide layer 81. Therefore, also in this case, the diffusion film on the surface 21a of the compensating dielectric prism 21 is used.
By capturing an image formed by the CCD 24 with the CCD area sensor 23 and reproducing the image, the refractive index distribution in the sample 15 can be measured.

【0053】そして本実施形態においても、補償用誘電
体プリズム21を設けたことにより、第1の実施形態にお
けるのと同様に、界面11aに対する光ビームLの入射角
θが変化したときに生じる像の歪みを解消することがで
きる。
Also in this embodiment, since the compensation dielectric prism 21 is provided, an image generated when the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 11a changes as in the first embodiment. Can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施形態による表面プラズモン
センサーの側面図
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射
角と、光検出手段による検出光強度との概略関係を示す
グラフ
FIG. 2 is a graph showing a schematic relationship between an incident angle of a light beam in a surface plasmon sensor and a light intensity detected by a light detecting unit.

【図3】本発明の第2の実施形態による表面プラズモン
センサーの側面図
FIG. 3 is a side view of a surface plasmon sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施形態による表面プラズモン
センサーの側面図
FIG. 4 is a side view of a surface plasmon sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施形態による表面プラズモン
センサーの側面図
FIG. 5 is a side view of a surface plasmon sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第5の実施形態による漏洩モードセン
サーの側面図
FIG. 6 is a side view of a leaky mode sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】 11 透明誘電体プリズム 13 金属薄膜 14 センシング媒体 15 試料 16 レーザ光源 17 コリメーターレンズ 21 補償用誘電体プリズム 22 結像レンズ 23 CCDエリアセンサー 24 拡散膜 41 誘電体ブロック 51 補償用誘電体ブロック 60 誘電体ブロック 61 誘電体プレート 62 屈折率マッチングオイル 70 補償用誘電体ブロック 71 補償用誘電体プレート 72 屈折率マッチングオイル L 光ビーム[Description of Signs] 11 Transparent dielectric prism 13 Metal thin film 14 Sensing medium 15 Sample 16 Laser light source 17 Collimator lens 21 Compensating dielectric prism 22 Imaging lens 23 CCD area sensor 24 Diffusion film 41 Dielectric block 51 Compensating dielectric Body block 60 Dielectric block 61 Dielectric plate 62 Refractive index matching oil 70 Compensating dielectric block 71 Compensating dielectric plate 72 Refractive index matching oil L Light beam

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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が得られる
ように、平行光の状態で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した光ビームによる像を検出して、前
記界面に沿った面内での試料の屈折率分布を検出する光
検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサー
において、 前記光ビームの前記入射角が変化したとき前記誘電体ブ
ロックによって生じる像の歪みを補償する補償光学系が
設けられたことを特徴とする全反射減衰を利用したセン
サー。
1. A dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, An incident optical system that makes incident in a parallel light state so that the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer. In a sensor using attenuated total reflection, comprising a light detection means for detecting a refractive index distribution of the sample in a plane along the plane, an image generated by the dielectric block when the incident angle of the light beam changes A sensor using attenuated total reflection, wherein an adaptive optics system for compensating distortion is provided.
【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からなる薄膜層との界面で全反射
条件が得られるように、平行光の状態で入射させる入射
光学系と、 前記界面で全反射した光ビームによる像を検出して、前
記界面に沿った面内での試料の屈折率分布を検出する光
検出手段とを備えてなる、表面プラズモン共鳴による全
反射減衰を利用したセンサーにおいて、 前記光ビームの前記入射角が変化したとき前記誘電体ブ
ロックによって生じる像の歪みを補償する補償光学系が
設けられたことを特徴とする全反射減衰を利用したセン
サー。
2. A dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block and made of a metal film which is brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and the light beam is transmitted to the dielectric block. On the other hand, an incident optical system that enters in a parallel light state so as to obtain a total reflection condition at an interface between the dielectric block and the thin film layer made of the metal film, and an image formed by a light beam totally reflected at the interface. And a light detecting means for detecting a refractive index distribution of the sample in a plane along the interface, wherein a sensor using attenuated total reflection by surface plasmon resonance, wherein the incidence of the light beam A sensor using attenuated total reflection, comprising: an compensation optical system for compensating for image distortion caused by the dielectric block when the angle changes.
【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とそ
の上に形成された光導波層とからなる薄膜層と、 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が得ら
れるように、平行光の状態で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した光ビームによる像を検出して、前
記界面に沿った面内での試料の屈折率分布を検出する光
検出手段とを備えてなる、前記導波層での導波モードの
励起による全反射減衰を利用したセンサーにおいて、 前記光ビームの前記入射角が変化したとき前記誘電体ブ
ロックによって生じる像の歪みを補償する補償光学系が
設けられたことを特徴とする全反射減衰を利用したセン
サー。
3. A thin film layer comprising: a dielectric block; a cladding layer formed on one surface of the dielectric block; and an optical waveguide layer formed thereon; a light source for generating a light beam; Incident on the dielectric block so as to obtain a total reflection condition at an interface between the dielectric block and the cladding layer, in a parallel light state; and a light beam totally reflected at the interface. Light detecting means for detecting the image of the sample and detecting the refractive index distribution of the sample in a plane along the interface, utilizing the attenuated total reflection caused by the excitation of the waveguide mode in the waveguide layer. A sensor using attenuated total reflection, comprising: a compensating optical system that compensates for image distortion caused by the dielectric block when the angle of incidence of the light beam changes.
【請求項4】 前記補償光学系が、前記界面に入射する
光ビームの入射面内において前記誘電体ブロックの断面
形状と同じ断面形状を有し、かつ、この誘電体ブロック
と同一屈折率の材料から形成されて、前記誘電体ブロッ
クから出射した光ビームが入射する位置に配された補償
用誘電体ブロックと、 この補償用誘電体ブロックの、前記誘電体ブロックの一
面に相当する面に形成された像観察用のスクリーンとか
ら構成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センサー。
4. A material having the same sectional shape as the sectional shape of the dielectric block in the plane of incidence of the light beam incident on the interface and having the same refractive index as the dielectric block. And a compensating dielectric block disposed at a position where a light beam emitted from the dielectric block is incident. The compensating dielectric block is formed on a surface corresponding to one surface of the dielectric block. 4. A sensor using attenuated total reflection according to claim 1, further comprising a screen for image observation.
【請求項5】 前記スクリーンが拡散体からなることを
特徴とする請求項4記載の全反射減衰を利用したセンサ
ー。
5. The sensor according to claim 4, wherein the screen is made of a diffuser.
【請求項6】 前記スクリーンが蛍光体からなることを
特徴とする請求項4記載の全反射減衰を利用したセンサ
ー。
6. The sensor according to claim 4, wherein the screen is made of a phosphor.
【請求項7】 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの
入射端面および出射端面と、前記薄膜層が形成される面
とを全て有する1つのブロックとして形成されたもので
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センサー。
7. The dielectric block according to claim 1, wherein the dielectric block is formed as one block having all of an incident end face and an exit end face of the light beam, and a surface on which the thin film layer is formed. Item 7. A sensor using attenuated total reflection according to any one of Items 1 to 6.
【請求項8】 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの
入射端面および出射端面を有する部分と、前記薄膜層が
形成される面を有する部分の2つが、屈折率マッチング
手段を介して接合されてな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
したセンサー。
8. The dielectric block, wherein a portion having an incident end face and an exit end face of the light beam and a portion having a surface on which the thin film layer is formed are joined via a refractive index matching means. The sensor using attenuated total reflection according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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