JP2002357544A - Measuring apparatus - Google Patents
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
Abstract
Description
【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中の特定物質の分析を行う表面プラ
ズモンセンサー等の測定装置に関し、特に詳細には、平
行光束を用いて二次元的な広がりを有する測定領域を同
時に検出する測定装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring apparatus such as a surface plasmon sensor for analyzing a specific substance in a sample by utilizing the generation of surface plasmons, and more particularly to a two-dimensional measuring apparatus using a parallel light beam. The present invention relates to a measuring device for simultaneously detecting a measurement area having a wide spread.
【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 utilizing 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 formed 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、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。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
SP , the angular frequency of the surface plasmon is ω, c is the speed of light in vacuum, ε m And ε s Is the metal and the dielectric constant of the sample, respectively, the following relationship is obtained.
【０００９】[0009]
【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。(Equation 1) Dielectric constant of sample ε s Is known, the concentration of the specific substance in the sample can be determined based on a predetermined calibration curve or the like, and eventually, the specific substance in the sample is quantitatively analyzed by knowing the incident angle θ SP at which the reflected light intensity decreases. be able to.
【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 be caused by excitation of the wave mode, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured to determine the excitation 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 a 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 of a specific incident angle having a specific wave number is transmitted to the optical waveguide layer after passing 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, and thus the total reflection attenuation occurs in which the intensity of the 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、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による物性の分析においては、複数
の試料について同一条件で測定したい場合や、試料の二
次元的な物性情報を得たい場合等があり、これらに応用
することも考えられている。例えば表面プラズモンセン
サーによる試料の二次元的な物性分析を例に挙げると、
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、前述の通り、概略図２に示すようなものとなり、
θＳＰで示すのが全反射解消角である。この関係は、金
属膜上に存在する物質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ので、界面の二次元的な広
がりを有する領域に所定の入射角で光ビームを入射させ
た場合、該領域のうちその入射角で全反射減衰を生じる
屈折率となっている部分、すなわち、特定の物質が金属
膜上に存在する部分に入射した光成分が暗線として検出
される。そこで、ある程度広いビーム断面を有する平行
光を用い、界面で全反射した光ビームの断面の光強度分
布を検出すれば、上記界面に沿った面内での特定物質の
分布を測定することができる。また、図２に示すよう
に、所定の入射角θＳＰの前後ではやはり反射光の強度
が低くなるため、所定の入射角で界面に入射して反射さ
れた光ビームの断面の光強度分布は金属膜上に存在する
物質（試料）の二次元的な屈折率分布を示すものとな
る。In the above-described analysis of physical properties using a surface plasmon sensor or a leak mode sensor, there are cases where it is desired to measure a plurality of samples under the same conditions, or to obtain two-dimensional physical information of the samples. It is also considered to be applied to. For example, taking a two-dimensional physical property analysis of a sample using a surface plasmon sensor as an example,
As described above, the relationship between the light beam incident angle with respect to the interface and the total reflection light intensity is as schematically shown in FIG.
The angle indicated by θ SP is the total reflection elimination angle. This relationship changes when the refractive index of the substance existing on the metal film changes and moves in the horizontal axis direction in the same figure, so that the light beam at a predetermined incident angle enters the area having a two-dimensional spread of the interface. When light is incident, a light component incident on a part of the region having a refractive index that causes attenuated total reflection at the incident angle, that is, a part where a specific substance is present on the metal film is detected as a dark line. You. Therefore, by using parallel light having a somewhat wide beam cross section and detecting the light intensity distribution of the cross section of the light beam totally reflected at the interface, the distribution of the specific substance in the plane along the interface can be measured. . Further, as shown in FIG. 2, since the intensity of the reflected light before and after the predetermined incident angle θ SP is also low, the light intensity distribution of the cross section of the light beam incident on the interface at the predetermined incident angle and reflected is given by It shows a two-dimensional refractive index distribution of a substance (sample) existing on the metal film.
【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二次元物
性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 excitation of the guided mode in the waveguide layer. It is also possible to obtain the two-dimensional physical properties 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
にして平行ビームを界面に入射させて反射光の断面の光
強度分布を検出するようにした測定装置においては、従
来レーザ光源が用いられており、レーザ光に伴うコヒー
レントノイズにより光検出手段（二次元センサー）上で
検出される光ビームの光強度分布の測定精度が損なわれ
ることがあった。特に、二次元画像センサーとしてＣＣ
Ｄセンサーを用いた場合には、ＣＣＤセンサーの受光面
に一般に設けられている保護膜内においてコヒーレント
ノイズによる多重の干渉が起こり像面に干渉縞が生じる
場合があり、コヒーレントノイズによる影響が多大であ
った。By the way, in a measuring apparatus in which a parallel beam is made incident on an interface as described above to detect a light intensity distribution of a cross section of reflected light, a laser light source is conventionally used. Therefore, the measurement accuracy of the light intensity distribution of the light beam detected on the light detecting means (two-dimensional sensor) may be impaired by coherent noise accompanying the laser light. In particular, CC as a two-dimensional image sensor
When a D sensor is used, multiple interference due to coherent noise may occur in a protective film generally provided on the light receiving surface of the CCD sensor, and interference fringes may occur on the image surface, and the influence of the coherent noise is large. there were.
【００１５】本発明は上記の事情に鑑みて、レーザ光を
相当の大きさの断面積をもった平行光束として界面に入
射させてその反射光を検出する場合においても測定精度
の高い、測定装置を提供することを目的とするものであ
る。The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has a high measuring accuracy even when a laser beam is incident on an interface as a parallel light beam having a considerable cross-sectional area and the reflected light is detected. 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測定
装置は、光ビームを発生させる光源と、該光ビームに対
して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面
に形成された薄膜層、およびこの薄膜層上に試料を保持
する試料保持機構を備えてなる測定ユニットと、前記光
ビームを相当の大きさの断面積をもった平行光束とし、
前記該平行光束を、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
る角度で入射させる入射光学系と、前記界面で全反射し
た平行光束の光路中に配され、該平行光束の断面におけ
る光強度分布を可視像に変換するスクリーンと、該スク
リーン上の可視像が結像される二次元センサと、前記ス
クリーン上の可視像を前記二次元センサ上に結像する結
像光学系とを備えてなることを特徴とするものである。One measuring device according to the present invention comprises a light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, and a thin film layer formed on one surface of the dielectric block. And a measurement unit including a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer, and the light beam as a parallel light beam having a cross-sectional area of a considerable size,
An incident optical system for causing the parallel light beam to enter the dielectric block at an angle at which a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer, and an optical path of the parallel light beam totally reflected at the interface A screen that is disposed therein and converts a light intensity distribution in a cross section of the parallel light beam into a visible image, a two-dimensional sensor on which a visible image on the screen is formed, and a visible image on the screen And an imaging optical system that forms an image on the two-dimensional sensor.
【００１７】また、本発明による別の測定装置は、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、光ビームを発生させる光源と、該光ビームに対し
て透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に
形成された金属膜である薄膜層、およびこの薄膜層上に
試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定ユニット
と、前記光ビームを相当の大きさの断面積をもった平行
光束とし、前記該平行光束を、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
件が得られる角度で入射させる入射光学系と、前記界面
で全反射した平行光束の光路中に配され、該平行光束の
断面における光強度分布を可視像に変換するスクリーン
と、該スクリーン上の可視像が結像される二次元センサ
と、前記スクリーン上の可視像を前記二次元センサ上に
結像する結像光学系とを備えてなることを特徴とするも
のである。Another measuring apparatus according to the present invention is particularly configured as the above-mentioned surface plasmon sensor, and includes a light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, and a dielectric block. A measuring unit including a thin film layer, which is a metal film formed on one surface of the body block, and a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer, and the light beam having a considerable cross-sectional area. A parallel light beam, and an incident optical system that makes the parallel light beam incident on the dielectric block at an angle at which a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer, and is totally reflected at the interface. A screen disposed in an optical path of the parallel light beam, for converting a light intensity distribution in a cross section of the parallel light beam into a visible image, a two-dimensional sensor for forming a visible image on the screen, and the screen. The visible image of the upper is characterized in by comprising an imaging optical system for imaging on said two-dimensional sensor.
【００１８】また、本発明によるさらに別の測定装置
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、光ビームを発生させる光源と、該光ビームに
対して透明な誘電体ブロック、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、およびこの薄膜層上に試料を保持
する試料保持機構を備えてなる測定ユニットと、前記光
ビームを相当の大きさの断面積をもった平行光束とし、
前記該平行光束を、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
る角度で入射させる入射光学系と、前記界面で全反射し
た平行光束の光路中に配され、該平行光束の断面におけ
る光強度分布を可視像に変換するスクリーンと、該スク
リーン上の可視像が結像される二次元センサと、前記ス
クリーン上の可視像を前記二次元センサ上に結像する結
像光学系とを備えてなることを特徴とするものである。Still another measuring apparatus according to the present invention is particularly configured as the above-mentioned leaky mode sensor, and includes a light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, A thin film layer comprising a cladding layer formed on one surface of a dielectric block and an optical waveguide layer formed thereon, and a measuring unit comprising a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer; The beam is converted into a parallel beam with a considerable cross-sectional area,
An incident optical system for causing the parallel light beam to enter the dielectric block at an angle at which a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer, and an optical path of the parallel light beam totally reflected at the interface A screen that is disposed therein and converts a light intensity distribution in a cross section of the parallel light beam into a visible image, a two-dimensional sensor on which a visible image on the screen is formed, and a visible image on the screen And an imaging optical system that forms an image on the two-dimensional sensor.
【００１９】上記各測定装置において、「相当の大きさ
の断面積」とは、界面の所望の測定領域に対して同時に
光を入射させるために平行光束にとって必要な大きさの
断面積を意味するものである。In each of the above measuring devices, the “substantial size of the cross-sectional area” means a cross-sectional area of a size necessary for a parallel light beam to allow light to be simultaneously incident on a desired measurement area at the interface. Things.
【００２０】なお、二次元センサにより前記界面で全反
射した平行光束の断面における光強度分布を測定して屈
折率分布等の試料の分析を行うに際しては、さらに、D.
V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in
Surface Plasmon ResonanceMeasurement, EUROSENSORS
XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複
数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる
入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光
ビームの光強度分布を測定して、各波長毎の全反射減衰
の程度を検出するようにしてもよい。When analyzing the sample such as the refractive index distribution by measuring the light intensity distribution in the cross section of the parallel light flux totally reflected at the interface by the two-dimensional sensor, D.
V.Noort, K.johansen, C.-F.Mandenius, Porous Gold in
Surface Plasmon ResonanceMeasurement, EUROSENSORS
As described in XIII, 1999, pp. 585-588, light beams of a plurality of wavelengths are incident at an incident angle at which the condition of total reflection is obtained at the interface, and the light totally reflected at the interface is provided for each wavelength. The degree of total reflection attenuation for each wavelength may be detected by measuring the light intensity distribution of the beam.
【００２１】また、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.B
eloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射
条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビ
ームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に
分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射し
た光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの断面
積の光強度分布を測定するようにしてもよい。Also, PINikitin, ANGrigorenko, AAB
eloglazov, MVValeiko, AISavchuk, OASavchuk, Sur
face Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Ar
rayBiosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238
A light beam is incident at an angle of incidence where total reflection conditions are obtained at the interface, and a portion of the light beam is split before the light beam is incident on the interface, as described in The split light beam may interfere with the light beam totally reflected at the interface, and the light intensity distribution of the cross-sectional area of the light beam after the interference may be measured.
【００２２】前記スクリーンとしては、具体的には、拡
散板からなるもの、蛍光板からなるもの等を用いること
ができる。蛍光板とは、例えば、支持体の表面に蛍光物
質が塗布されて構成されたものをいう。As the screen, specifically, a screen made of a diffusion plate, a screen made of a fluorescent screen, or the like can be used. The fluorescent plate refers to, for example, a structure in which a fluorescent substance is applied to the surface of a support.
【００２３】なお、前記薄膜層上に、試料中の特定成分
と相互作用を生じるセンシング媒体を配するようにして
もよい。この際、薄膜上の異なる部分に同一のもしくは
異なる種類の複数のセンシング媒体を配してもよい。複
数のセンシング媒体を配する際、上述の「相当の大きさ
の断面積」はこの複数のセンシング媒体に亘って同時に
光ビームを照射することができる程度の断面積をいう。It is to be noted that a sensing medium that interacts with a specific component in the sample may be provided on the thin film layer. At this time, a plurality of sensing media of the same or different types may be arranged in different portions on the thin film. When arranging a plurality of sensing media, the above-mentioned “substantial size cross-sectional area” refers to a cross-sectional area that can simultaneously irradiate a light beam over the plurality of sensing media.
【００２４】前記試料保持機構は、薄膜層上に試料を保
持するためのもので、液体試料を保持する液だめ部を有
する容器状に形成されていてもよいし、一部に、液体試
料が前記センシング媒体に接触しつつ流入出するための
流路が設けられていてもよい。The sample holding mechanism is for holding the sample on the thin film layer, and may be formed in a container shape having a reservoir for holding the liquid sample, or a part of the liquid sample may be used for holding the liquid sample. A flow path for flowing in and out while contacting the sensing medium may be provided.
【００２５】前記誘電体ブロックは、前記光ビームの入
射端面および出射端面を有する第１の部分と、前記薄膜
層が形成される面を有する前記第１の部分とは別体に構
成された第２の部分とからなり、前記第２の部分と前記
試料保持機構とが一体化されており、前記第２の部分
が、前記第１の部分と屈折率マッチング手段を介して接
合されるように構成されていてもよい。すなわち、一体
化された第２の部分と試料保持機構とが第１の部分に対
して交換可能となっている。The dielectric block has a first portion having an incident end face and an outgoing end face of the light beam, and a first portion having a surface on which the thin film layer is formed. 2 so that the second portion and the sample holding mechanism are integrated, and the second portion is joined to the first portion via a refractive index matching means. It may be configured. That is, the integrated second portion and the sample holding mechanism can be exchanged for the first portion.
【００２６】また、前記測定ユニットの誘電体ブロッ
ク、薄膜層および試料保持機構が一体化されているもの
を用いてもよい。Further, the measurement unit in which the dielectric block, the thin film layer and the sample holding mechanism are integrated may be used.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明の測定装置は、光ビームを相当の
断面積を有する平行光束として界面に入射させるもので
あり、界面で反射した平行光束を一旦スクリーン上で可
視像化し拡散させて、その後に二次元センサ上に結像さ
せているため、従来のスクリーンを備えない装置におい
て光ビームとしてレーザ光を用いた際に生じていたコヒ
ーレントノイズを除去することができ、精度よく測定す
ることができる。従って、試料の二次元的な物性情報の
測定、もしくは複数の試料についての同時測定を高い精
度で行うことができる。The measuring apparatus according to the present invention causes a light beam to be incident on an interface as a parallel light beam having a considerable cross-sectional area. The parallel light beam reflected at the interface is once visualized on a screen and diffused. After that, since the image is formed on the two-dimensional sensor, the coherent noise generated when using the laser beam as the light beam in the device without the conventional screen can be removed, and the measurement can be performed accurately. Can be. Therefore, two-dimensional measurement of physical property information of a sample or simultaneous measurement of a plurality of samples can be performed with high accuracy.
【００２８】なお、薄膜層上に、試料中の特定成分と相
互作用を生じるセンシング媒体が配するようにして、試
料保持機構の一部に、液体試料がセンシング媒体に接触
しつつ流入出するための流路が設けたものとすれば、測
定時に液体試料を流入出させることができるので、液体
試料中の特定物質とセンシング媒体とが徐々に反応した
場合にも液体試料の濃度を一定に保つことができる。The sensing medium that interacts with a specific component in the sample is disposed on the thin film layer, and the liquid sample flows into and out of a part of the sample holding mechanism while contacting the sensing medium. If the flow path is provided, the liquid sample can flow in and out at the time of measurement, so that the concentration of the liquid sample is kept constant even when the specific substance in the liquid sample gradually reacts with the sensing medium. be able to.
【００２９】また、薄膜層上の異なる位置に複数のセン
シング媒体を配しておけば、該複数のセンシング媒体と
それぞれ相互作用する、試料中の異なる特定物質を同時
に検出することができ測定効率が向上する。Further, when a plurality of sensing media are arranged at different positions on the thin film layer, different specific substances in the sample interacting with the plurality of sensing media can be simultaneously detected, and the measurement efficiency can be improved. improves.
【００３０】[0030]
【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、測定装置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 measuring device according to a first embodiment of the present invention.
【００３１】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る。本表面プラズ
モンセンサーにおいて、測定ユニット10は、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とを有していており、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 this embodiment is formed as the surface plasmon sensor described above. In the present surface plasmon sensor, the measurement unit 10 is formed on 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, and formed on the upper surface of the dielectric prism 11. For example, it has a metal thin film 13 made of gold, silver, copper, aluminum or the like, and a sample 15 to be analyzed is disposed on the metal thin film 13.
【００３２】図示の表面プラズモンセンサーは、光ビー
ムＬを発するレーザ光源２と、発散光状態で発せられた
この光ビームＬを相当の断面積を有する平行光束として
プリズム11の一面から入射させる入射光学系を構成する
コリメーターレンズ４と、プリズム11の他の一面から出
射された平行光束の光路中に配され、該平行光束Ｌの断
面の光強度分布を可視像化する拡散板からなるスクリー
ン６と、該スクリーン６上の可視像が結像される二次元
センサーであるＣＣＤエリアセンサー８と、スクリーン
６上の可視像をＣＣＤエリアセンサー８上に結像する結
像レンズ７とが設けられている。The illustrated surface plasmon sensor includes a laser light source 2 that emits a light beam L, and an incident optic that causes the light beam L emitted in a divergent light state to enter from one surface of a prism 11 as a parallel light beam having a considerable cross-sectional area. A screen comprising a collimator lens 4 constituting a system and a diffusion plate arranged in the optical path of a parallel light beam emitted from the other surface of the prism 11 and for visualizing a light intensity distribution of a cross section of the parallel light beam L. 6, a CCD area sensor 8 that is a two-dimensional sensor on which a visible image on the screen 6 is formed, and an imaging lens 7 that forms a visible image on the screen 6 on the CCD area sensor 8. Is provided.
【００３３】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２から発せられた
レーザ光は、コリメーターレンズ４によって相当の断面
積を有する平行光束とされて誘電体プリズム11の一面か
ら入射されて、該プリズム11と金属薄膜13との界面11ａ
に所定の角度で入射する。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、試料中の特定物質が金属薄膜13上に
存在する時に表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰が検
出される値とする。The operation of the surface plasmon sensor having the above configuration will be described below. The laser light emitted from the laser light source 2 is converted into a parallel light flux having a considerable cross-sectional area by the collimator lens 4 and is incident from one surface of the dielectric prism 11, and an interface 11a between the prism 11 and the metal thin film 13 is formed.
At a predetermined angle. The interface of the light beam L at this time
The incident angle θ with respect to 11a is set to a value at which the total reflection condition is obtained at the interface 11a and the total reflection attenuation accompanying the surface plasmon resonance is detected when the specific substance in the sample exists on the metal thin film 13.
【００３４】また光ビームＬは、表面プラズモン共鳴を
励起するためには前述の通り界面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２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 order to excite surface plasmon resonance, the light beam L must enter the interface 11a with p-polarized light as described above. To do so, the direction of the laser light source 2 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.
【００３５】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
出射し、その断面の光強度分布がスクリーン６上で可視
像化される。このスクリーン６で可視像化され、拡散さ
れる像が結像レンズ７によってＣＣＤエリアセンサー８
の撮像面上に結像されて撮像される。この光ビームＬが
スクリーン上で一旦可視像化されて拡散されることによ
り、結果としてＣＣＤエリアセンサー８上にレーザ光に
起因するコヒーレントノイズを生じることなくＳ／Ｎよ
い画像を得ることができる。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, and the light intensity distribution of the cross section is visualized on the screen 6. An image visualized and diffused on this screen 6 is diffused by an imaging lens 7 into a CCD area sensor 8.
Is imaged on the imaging surface of the camera. This light beam L is once visualized and diffused on the screen, and as a result, an image with a good S / N ratio can be obtained on the CCD area sensor 8 without generating coherent noise due to laser light. .
【００３６】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。この光ビームＬが金属薄膜13上に特定
物質が存在する箇所に入射した場合、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。すなわち、本実施形態においては、被検体たる試
料15中の特定物質が金属薄膜上に存在する場合に表面プ
ラズモン共鳴が起こりうる所定の入射角で光ビームＬを
界面11ａに入射させることにより、金属薄膜13上に試料
中の特定物質が存在する箇所では表面プラズモン共鳴に
伴う全反射減衰が観測されることとなるため、全反射減
衰を利用して試料中の特定物質の二次元的な分布を観測
することができ、さらに、入射角θの前後の角度が全反
射解消角であるような物質の分布、すなわち試料の屈折
率分布等の試料の二次元的な物性を検出することができ
る。具体的には、例えば、電気泳動に用いられたゲルシ
ート等の試料を金属薄膜上に載置して測定を行うことに
より、試料に分布している特定物質（分析対象物質）の
二次元物性情報を得ることができる。When the light beam L is totally reflected at the interface 11a as described above, an evanescent wave seeps from the interface 11a to the metal thin film 13 side. When this light beam L is incident on a place where a specific substance exists on the metal thin film 13, the evanescent wave resonates with surface plasmons excited on the surface of the metal thin film 13, so that the reflected light intensity I of this light is sharp. Decay. That is, in the present embodiment, when the specific substance in the sample 15 to be inspected is present on the metal thin film, the light beam L is incident on the interface 11a at a predetermined incident angle at which surface plasmon resonance can occur. Since attenuated total reflection associated with surface plasmon resonance is observed at the point where the specific substance in the sample exists on the thin film 13, the two-dimensional distribution of the specific substance in the sample is determined using the total reflection attenuation. In addition, it is possible to detect the distribution of a substance whose angle before and after the incident angle θ is the angle for eliminating total reflection, that is, two-dimensional physical properties of the sample such as the refractive index distribution of the sample. Specifically, for example, by placing a sample such as a gel sheet used for electrophoresis on a metal thin film and performing measurement, two-dimensional physical property information of a specific substance (analyte) distributed in the sample is obtained. Can be obtained.
【００３７】なお、ＣＣＤエリアセンサー８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中の二次元的な物性を観測することができる。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。If the image signal S output from the CCD area sensor 8 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,
Two-dimensional physical properties in the sample 15 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.
【００３８】なお、拡散体からなるスクリーン６の代わ
りに蛍光体等からなるスクリーンを用いてもよい。Note that a screen made of a phosphor or the like may be used instead of the screen 6 made of a diffuser.
【００３９】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).
【００４０】この第２の実施形態の測定装置も表面プラ
ズモンセンサーであり、本装置は図１のものと比べる
と、その測定ユニット20の形状が異なるものである。本
実施形態において測定ユニット20は、誘電体プリズム21
と、液体試料を保持する液だめ部を有する容器状部27と
からなり、容器状部27の底面部27ａとプリズム21とは同
一屈折率であり、両者は屈折率マッチング手段22を介し
て接合されている。容器状部27の底面部27ａの液だめ部
側には金属膜23が配されており、金属膜23上に液体試料
25が充填される。なお、試料交換時には容器状部27ごと
交換すればよい。The measuring device of the second embodiment is also a surface plasmon sensor, and the present device differs from that of FIG. 1 in the shape of the measuring unit 20. In the present embodiment, the measurement unit 20 includes a dielectric prism 21
And a container 27 having a reservoir for holding a liquid sample. The bottom surface 27a of the container 27 and the prism 21 have the same refractive index, and both are joined via the refractive index matching means 22. Have been. The metal film 23 is disposed on the liquid reservoir side of the bottom portion 27a of the container 27, and the liquid sample is placed on the metal film 23.
25 is filled. When the sample is replaced, the entire container 27 may be replaced.
【００４１】平行光束とされた光ビームＬは、誘電体プ
リズム21の一面から入射され、該プリズム、屈折率マッ
チング手段22および容器状部27の底部27ａを透過してこ
の底部28ａと金属膜23との界面27ｂの所定の領域（光ビ
ームの断面積に応じた領域）に入射し、該界面27ｂで反
射されてプリズム21の他面から出射される。その後、反
射光の断面の光強度分布が反射光の光路中に配されてい
るスクリーン６上で可視像化される。この像の撮像や、
それに基づく試料25の屈折率分布の測定等は、第１実施
形態におけるものと同様である。The light beam L, which has been converted into a parallel light beam, is incident from one surface of the dielectric prism 21, passes through the prism, the refractive index matching means 22, and the bottom 27a of the container 27, and passes through the bottom 28a and the metal film 23. Then, the light enters a predetermined region (a region corresponding to the cross-sectional area of the light beam) of the interface 27b, and is reflected by the interface 27b and emitted from the other surface of the prism 21. Thereafter, the light intensity distribution of the cross section of the reflected light is visualized on the screen 6 arranged in the optical path of the reflected light. Imaging this image,
The measurement of the refractive index distribution of the sample 25 based thereon is the same as that in the first embodiment.
【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の実施形態の測定装置
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、その測定ユニット30の形状が異なるもので
ある。本実施形態において測定ユニット30は、誘電体プ
リズム31と、この誘電体プリズム31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33
と、金属薄膜33上の異なる箇所に配された異なる種類の
複数のセンシング媒体34ａ、34ｂ…と、液体試料35をこ
のセンシング媒体34ａ、34ｂ…に接触させつつ流入出す
るための流路を有した試料保持部37とを有している。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The measuring device of 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 measuring unit 30. In the present embodiment, the measurement unit 30 includes a dielectric prism 31 and a metal thin film 33 formed on the upper surface of the dielectric prism 31, for example, made of gold, silver, copper, aluminum, or the like.
, A plurality of different types of sensing media 34a, 34b... Arranged at different locations on the metal thin film 33, and a flow path for allowing the liquid sample 35 to flow into and out of the sensing media 34a, 34b. And a sample holder 37.
【００４３】センシング媒体34ａ、34ｂ…は、それぞれ
異なる特定物質と相互作用するものであり、各特定物質
とセンシング媒体との組合せとしては、例えば抗原と抗
体とが挙げられる。すなわち、ここでは、異なる複数の
センシング媒体34ａ、34ｂ…を配し、各センシング媒体
34ａ、34ｂ…と相互作用する特定物質が試料35中に存在
するか否か等を検査することができる。Each of the sensing media 34a, 34b,... Interacts with a different specific substance, and examples of combinations of each specific substance and the sensing medium include an antigen and an antibody. That is, here, a plurality of different sensing media 34a, 34b.
It is possible to inspect whether a specific substance interacting with 34a, 34b... Exists in the sample 35, or the like.
【００４４】また、液体試料35の測定においては、セン
シング媒体と試料中の特定物質とが反応するために、試
料の濃度が変化してしまうという問題が考えられるが、
本実施形態のように液体試料35をセンシング媒体34ａ、
34ｂ…に接触させつつ流入出させることにより、液体試
料35の濃度変化を防ぎ、常に液体試料35の濃度を一定に
保った状態で、すなわち常に同一条件下で測定を行うこ
とができる。In the measurement of the liquid sample 35, there is a problem that the concentration of the sample changes because the sensing medium reacts with a specific substance in the sample.
As in the present embodiment, the liquid sample 35 is used as the sensing medium 34a,
By causing the liquid sample 35 to flow in and out while being in contact with 34b, the concentration of the liquid sample 35 can be prevented from changing, and the measurement can be performed while the concentration of the liquid sample 35 is always kept constant, that is, always under the same conditions.
【００４５】平行光束とされた光ビームＬはプリズム31
と金属薄膜33との界面31ａに入射されるが、この際、光
ビームの断面積は、金属薄膜33上の複数のセンシング媒
体34ａ、34ｂ…が配されている範囲に亘って照射される
程度の大きさとされている。界面から反射された光ビー
ムＬはその断面積の光強度分布をスクリーン６において
可視像化され、その後ＣＣＤエリアセンサー８により撮
像される。ＣＣＤエリアセンサー８上の各センシング媒
体34ａ、34ｂ…に対応する箇所における光強度により特
定物質の有無、もしくは濃度等を検出することができ
る。The light beam L converted into a parallel light beam is a prism 31
Incident on the interface 31a between the metal thin film 33 and the metal thin film 33. At this time, the cross-sectional area of the light beam is such that the light beam is irradiated over the range where the plurality of sensing media 34a, 34b. The size is. The light beam L reflected from the interface visualizes the light intensity distribution of the cross-sectional area on the screen 6, and then is imaged by the CCD area sensor 8. It is possible to detect the presence / absence, concentration, etc. of the specific substance based on the light intensity at locations corresponding to the respective sensing media 34a, 34b,... On the CCD area sensor 8.
【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の実施形態の測定装置
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、用いている測定ユニット40の形状が異なる
ものである。本実施形態の測定ユニット40は、光ビーム
が入出力される部分と液体試料45を保持する容器状部41
ａとが一体化された、概略四角錐の一部が切り取られた
形状のブロック41と、このブロック41の容器状部41ａの
底面に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等
からなる金属膜43とを有しており、さらに、金属膜43の
上にセンシング媒体44が固定されている。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The measuring device of the fourth embodiment is also a surface plasmon sensor, and the present device is different from that of FIG. 1 in the shape of the measuring unit 40 used. The measurement unit 40 of the present embodiment includes a container-like portion 41 that holds a portion where a light beam is input / output and a liquid sample 45.
a is integrated, a block 41 having a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off, and formed of, for example, gold, silver, copper, aluminum or the like formed on the bottom surface of the container 41a of the block 41 The sensing medium 44 is fixed on the metal film 43.
【００４７】本実施形態においても、レーザ光源２から
発せられた後、コリメーターレンズ４によって平行光と
された光ビームＬはブロック41の一面から入射して、該
ブロック41を透過し、それと金属薄膜43との界面41ｂに
入射する。このときの光ビームＬの界面41ｂに対する入
射角θは、該界面41b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値とさ
れる。Also in this embodiment, the light beam L emitted from the laser light source 2 and collimated by the collimator lens 4 enters from one surface of the block 41, passes through the block 41, and is The light enters the interface 41b with the thin film 43. At this time, the incident angle θ of the light beam L with respect to the interface 41b is set to a value at which the condition for total reflection of the light beam L at the interface 41b can be obtained and surface plasmon resonance can occur.
【００４８】界面41ｂ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はブロック41の他面出射
する。ブロック41から出射した光ビームＬはスクリーン
６でその断面の光強度分布が可視像化され、拡散板であ
るスクリーン６によって拡散される。スクリーン６上の
像の撮像や、それに基づく試料45の二次元物性の測定等
は、第１実施形態におけるものと同様である。The light beam L entering the interface 41b is totally reflected there, and the totally reflected light beam L exits the other surface of the block 41. The light beam L emitted from the block 41 has a light intensity distribution in a cross-section thereof visualized by the screen 6 and is diffused by the screen 6 as a diffusion plate. The imaging of the image on the screen 6 and the measurement of the two-dimensional physical properties of the sample 45 based on the image are the same as those in the first embodiment.
【００４９】この構成においては、試料45中の特定物質
とセンシング媒体44との結合状態に応じて、このセンシ
ング媒体44の屈折率が変化する。そこで、界面から反射
された光ビームＬの断面の光強度分布をＣＣＤエリアセ
ンサー８によって撮像し、その画像を利用すれば、セン
シング媒体44の屈折率分布つまりは試料45中の特定物質
とセンシング媒体44との結合状態の分布を求めることが
できる。In this configuration, the refractive index of the sensing medium 44 changes according to the binding state between the specific substance in the sample 45 and the sensing medium 44. Then, the light intensity distribution of the cross section of the light beam L reflected from the interface is imaged by the CCD area sensor 8, and if the image is used, the refractive index distribution of the sensing medium 44, that is, the specific substance in the sample 45 and the sensing medium The distribution of the bonding state with 44 can be obtained.
【００５０】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の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、本実施形態にお
いて測定ユニット20’は、誘電体プリズム21と、液体試
料を保持する液だめ部を有する容器状部27とからなり、
容器状部27の底面部27ａとプリズム21とは同一屈折率で
あり、両者は屈折率マッチング手段22を介して接合され
ている。容器状部27の底面部27ａの液だめ部側にはクラ
ッド層51およびこのクラッド層51上に配された光導波層
52が形成されており、この光導波層52上に液体試料55が
充填される。すなわち、金属薄膜の代わりにクラッド層
51および光導波層52を備えるものとしたという点で上述
の第２の実施形態の構成と異なり、それ以外は同様に構
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 leak mode sensor described above. In the present embodiment, the measuring unit 20 ′ includes a dielectric prism 21, a container 27 having a reservoir for holding a liquid sample, and a container 27. Consisting of
The bottom surface 27a of the container 27 and the prism 21 have the same refractive index, and they are joined via the refractive index matching means 22. A cladding layer 51 and an optical waveguide layer disposed on the cladding layer 51 are provided on the liquid reservoir side of the bottom portion 27a of the container 27.
The optical waveguide layer 52 is filled with a liquid sample 55. In other words, instead of a metal thin film, a cladding layer
The configuration of the second embodiment is different from that of the above-described second embodiment in that the configuration of the second embodiment is provided with the optical waveguide layer 52 and the optical waveguide layer 52.
【００５１】なお、本実施形態において誘電体プリズム
21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51は、誘電体プリズム
21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52は、クラッド層51
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51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52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
21 is formed using an optical glass such as a synthetic resin or BK7. On the other hand, the cladding layer 51 is a dielectric prism
It is formed in a thin film using a dielectric material having a lower refractive index than 21, or a metal such as gold. Also, the optical waveguide layer 52 is
This is also formed into a thin film using a dielectric material having a higher refractive index, for example, PMMA. The thickness of the cladding layer 51 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 52 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.
【００５２】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
レーザ光源２から発せられた光ビームＬを、誘電体プリ
ズム21、屈折率マッチング手段22および容器状部27の底
面部27ａを通して、該底面部27ａとクラッド層51との界
面27ｂの所定の領域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が界面27ｂで全反射する
が、クラッド層51を透過して光導波層52に特定入射角で
入射した特定波数の光は、該光導波層52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52に取り込まれるの
で、上記界面27ｂ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,
The light beam L emitted from the laser light source 2 passes through the dielectric prism 21, the refractive index matching means 22 and the bottom surface 27 a of the container 27, and reaches a predetermined region of the interface 27 b between the bottom surface 27 a and the cladding layer 51. When the light beam L is incident at an incident angle θ equal to or larger than the total reflection angle, the light beam L is totally reflected at the interface 27b. Propagates through the optical waveguide layer 52 in a guided mode. When the waveguide mode is excited in this manner, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 52, and thus the total reflection attenuation occurs in which the intensity of the light totally reflected at the interface 27b sharply decreases.
【００５３】光導波層52における導波光の波数は、該光
導波層52の上の試料25の屈折率に依存する。そこでこの
場合も、界面からの反射光の断面の光強度分布による像
をＣＣＤエリアセンサー８によって撮像し、その画像を
再生すれば、全反射減衰を利用して試料35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 52 depends on the refractive index of the sample 25 on the optical waveguide layer 52. Therefore, also in this case, an image based on the light intensity distribution of the cross section of the reflected light from the interface is captured by the CCD area sensor 8, and if the image is reproduced, the refractive index distribution in the sample 35 is measured using the attenuated total reflection. It becomes possible to do.
【００５４】また、この場合も反射光の断面の光強度分
布が反射光の光路中に配されているスクリーン６上で可
視像化され一旦拡散されて、その後ＣＣＤエリアセンサ
ー８上に結像されるため、レーザ光に起因するコヒーレ
ントノイズを防止し、精度よい測定が可能となる。Also in this case, the light intensity distribution of the cross section of the reflected light is visualized on the screen 6 disposed in the optical path of the reflected light, is temporarily diffused, and then forms an image on the CCD area sensor 8. Therefore, coherent noise caused by the laser beam can be prevented, and accurate measurement can be performed.
【００５５】なお、上述の各実施形態の測定装置は、光
源からの光ビームを界面に対して、所定の屈折率で全反
射減衰を生じる所定の角度で入射させ、該界面からの反
射光を測定し暗線となる箇所に基づいて二次元的な屈折
率分布、あるいは、被検体とセンシング媒体との結合状
態の二次元的な分布を得るものであるが、光ビームの入
射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種
々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射
させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を
測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセ
ンシング媒体との結合状態を得るようにしてもよい。The measuring apparatus of each of the above-described embodiments causes the light beam from the light source to be incident on the interface at a predetermined angle at which a predetermined total refractive index is attenuated at a predetermined refractive index, and the reflected light from the interface is reflected by the light beam. The two-dimensional refractive index distribution or the two-dimensional distribution of the coupling state between the subject and the sensing medium is obtained based on the measured and dark line locations. With a predetermined angle that satisfies the reflection conditions, light beams having various wavelengths are made incident, or the wavelength of the light beam to be made is changed, the reflected light from the interface is measured, and the state of total reflection attenuation for each wavelength is measured. The connection state between the subject and the sensing medium may be obtained.
【００５６】また、さらに別の全反射光を利用した測定
装置を第６の実施形態として以下に説明する。Further, another measuring apparatus utilizing total reflection light will be described below as a sixth embodiment.
【００５７】本実施形態の測定装置は、図７に示すよう
に、第４の実施形態の測定装置の測定ユニットと同様の
測定ユニット40を備え、該測定ユニットの誘電体ブロッ
ク部41の光ビーム入射面側および出射面側にそれぞれ、
光源320とＣＣＤ360とが配設されており、これら光源32
0とＣＣＤ360との間には、コリメータレンズ350、干渉
光学系、スクリーン６、集光レンズ355およびアパーチ
ャー356が配設されている。As shown in FIG. 7, the measuring apparatus of the present embodiment includes a measuring unit 40 similar to the measuring unit of the measuring apparatus of the fourth embodiment, and the light beam of the dielectric block 41 of the measuring unit. On the entrance side and the exit side,
A light source 320 and a CCD 360 are provided.
A collimator lens 350, an interference optical system, a screen 6, a condenser lens 355, and an aperture 356 are arranged between the CCD 360 and the CCD 360.
【００５８】上記干渉光学系は、偏光フィルタ351、ハ
ーフミラー352、ハーフミラー353およびミラー354によ
り構成されている。The interference optical system includes a polarizing filter 351, a half mirror 352, a half mirror 353, and a mirror 354.
【００５９】さらに、ＣＣＤ360は信号処理部361に接続
されており、信号処理部361は表示部362に接続されてい
る。Further, the CCD 360 is connected to a signal processing unit 361, and the signal processing unit 361 is connected to a display unit 362.
【００６０】以下、本実施の形態の表面プラズモンセン
サーにおける試料の測定について説明する。Hereinafter, measurement of a sample in the surface plasmon sensor according to the present embodiment will be described.
【００６１】光源320が駆動されて光ビーム330が発散光
の状態で出射される。この光ビーム330はコリメータレ
ンズ350により平行光化されて偏光フィルタ351に入射す
る。偏光フィルタ351を透過して界面41ｂに対してｐ偏
光で入射するようにされた光ビーム330は、ハーフミラ
ー352により一部がレファレンス光ビーム330Ｒとして分
割され、ハーフミラー352を透過した残りの光ビーム330
Ｓは界面41ｂに入射する。界面41ｂで全反射した光ビー
ム330およびミラー354で反射したレファレンス光ビーム
330Ｒはハーフミラー353に入射して合成される。合成さ
れた光ビーム330´は拡散板６を通過して、集光レンズ3
55により集光され、アパーチャー356を通過してＣＣＤ3
60によって検出される。このとき、ＣＣＤ360で検出さ
れる光ビーム330´は、光ビーム330Ｓとレファレンス光
ビーム330Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させ
る。The light source 320 is driven to emit a light beam 330 in a divergent light state. The light beam 330 is collimated by the collimator lens 350 and enters the polarization filter 351. The light beam 330 transmitted through the polarization filter 351 and made incident on the interface 41b as p-polarized light is partially split by the half mirror 352 as a reference light beam 330R, and the remaining light transmitted through the half mirror 352 is transmitted. Beam 330
S enters the interface 41b. Light beam 330 totally reflected at interface 41b and reference light beam reflected at mirror 354
330R enters the half mirror 353 and is synthesized. The synthesized light beam 330 ′ passes through the diffusion plate 6 and passes through the condenser lens 3.
The light is condensed by 55, passes through the aperture 356, and passes through the CCD3
Detected by 60. At this time, the light beam 330 'detected by the CCD 360 generates interference fringes according to the state of interference between the light beam 330S and the reference light beam 330R.
【００６２】ここで、金属薄膜43の表面に固定されてい
るセンシング媒体44は、試料45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44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、試料45分注後から継続的に測定し、ＣＣＤ
360により検出される干渉縞の変化を検出することによ
り、抗原抗体反応等の結合の有無を検出することができ
る。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング媒体
44との結合状態に応じてセンシング媒体44の屈折率が変
化すると、界面41ｂで全反射した光ビーム330Ｓおよび
レファレンス光ビーム330Ｒがハーフミラー353により合
成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞
の変化に応じて抗原抗体反応等の結合状態を検出するこ
とができる。なおこの場合は、試料45およびセンシング
媒体44の双方が、分析対象の試料となる。本実施形態の
場合、界面における光ビームの照射範囲の２次元的な情
報がＣＣＤ360上に干渉縞として現れ、干渉させない場
合よりも微妙な変化を検出することができる。Here, the sensing medium 44 fixed on the surface of the metal thin film 43 binds to a specific substance in the sample 45. Examples of such a combination of the specific substance and the sensing medium 44 include an antigen and an antibody.
In that case, measure continuously after 45 minutes of sample dispensing, CCD
By detecting the change in the interference fringe detected by 360, the presence or absence of binding such as an antigen-antibody reaction can be detected. In other words, in this case, the specific substance and the sensing medium
If the refractive index of the sensing medium 44 changes in accordance with the state of coupling with the reference beam 44, the state of interference changes when the half mirror 353 combines the light beam 330S and the reference light beam 330R totally reflected at the interface 41b. It is possible to detect a binding state such as an antigen-antibody reaction according to the change in the interference fringes. In this case, both the sample 45 and the sensing medium 44 are samples to be analyzed. In the case of the present embodiment, two-dimensional information of the irradiation range of the light beam at the interface appears as interference fringes on the CCD 360, and a more subtle change can be detected than when no interference occurs.
【００６３】信号処理部361は、以上の原理に基づいて
上記反応の有無を検出し、その結果が表示部362に表示
される。The signal processing section 361 detects the presence or absence of the above-mentioned reaction based on the above principle, and the result is displayed on the display section 362.
【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.
【図７】本発明の第６の実施形態による表面プラズモン
センサーの側面図FIG. 7 is a side view of a surface plasmon sensor according to a sixth embodiment of the present invention.
２ レーザ光源 ４ コリメーターレンズ ６ スクリーン ７ 結像レンズ ８ ＣＣＤエリアセンサー 10,20,30,40 測定ユニット 11,21,31 透明誘電体プリズム 13,23,33,43 金属薄膜 15,25,35,45,55 試料 Ｌ 光ビーム 2 Laser light source 4 Collimator lens 6 Screen 7 Imaging lens 8 CCD area sensor 10,20,30,40 Measurement unit 11,21,31 Transparent dielectric prism 13,23,33,43 Metal thin film 15,25,35, 45,55 Sample L Light beam
Claims (10)
ブロックの一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層
上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定ユニ
ットと、 前記光ビームを相当の大きさの断面積をもった平行光束
とし、該平行光束を、前記誘電体ブロックを通して該誘
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
れる角度で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した平行光束の光路中に配され、該平
行光束の断面における光強度分布を可視像に変換するス
クリーンと、 該スクリーン上の可視像が結像される二次元センサと、 前記スクリーン上の可視像を前記二次元センサ上に結像
する結像光学系とを備えてなることを特徴とする測定装
置。1. A light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block, and a sample holder for holding a sample on the thin film layer A measuring unit comprising a mechanism, and the light beam is converted into a parallel light beam having a substantially large cross-sectional area, and the parallel light beam is entirely passed through the dielectric block at an interface between the dielectric block and the thin film layer. An incident optical system for entering the light at an angle at which a reflection condition is obtained, a screen disposed in an optical path of a parallel light flux totally reflected at the interface, and converting a light intensity distribution in a cross section of the parallel light flux into a visible image; A measuring apparatus comprising: a two-dimensional sensor that forms an upper visible image; and an imaging optical system that forms a visible image on the screen on the two-dimensional sensor.
ブロックの一面に形成された金属膜である薄膜層、およ
びこの薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えて
なる測定ユニットと、 前記光ビームを相当の大きさの断面積をもった平行光束
とし、該平行光束を、前記誘電体ブロックを通して該誘
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
れる角度で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した平行光束の光路中に配され、該平
行光束の断面における光強度分布を可視像に変換するス
クリーンと、 該スクリーン上の可視像が結像される二次元センサと、 前記スクリーン上の可視像を前記二次元センサ上に結像
する結像光学系とを備えてなることを特徴とする測定装
置。2. A light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, a thin film layer which is a metal film formed on one surface of the dielectric block, and a sample on the thin film layer. A measurement unit comprising a sample holding mechanism for holding, the light beam is a parallel light beam having a cross-sectional area of a considerable size, the parallel light beam, the dielectric block and the thin film layer through the dielectric block An incident optical system for entering at an angle at which the total reflection condition can be obtained at the interface; and a screen arranged in an optical path of a parallel light flux totally reflected at the interface, and converting a light intensity distribution in a cross section of the parallel light flux into a visible image. A two-dimensional sensor that forms a visible image on the screen; and an imaging optical system that forms a visible image on the screen on the two-dimensional sensor. measuring device.
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、およびこの薄膜層上
に試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定ユニッ
トと、 前記光ビームを相当の大きさの断面積をもった平行光束
とし、該平行光束を、前記誘電体ブロックを通して該誘
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
れる角度で入射させる入射光学系と、 前記界面で全反射した平行光束の光路中に配され、該平
行光束の断面における光強度分布を可視像に変換するス
クリーンと、 該スクリーン上の可視像が結像される二次元センサと、 前記スクリーン上の可視像を前記二次元センサ上に結像
する結像光学系とを備えてなることを特徴とする測定装
置。3. A light source for generating a light beam, a dielectric block transparent to the light beam, a cladding layer formed on one surface of the dielectric block, and an optical waveguide layer formed thereon. A thin film layer, and a measurement unit comprising a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer; and the light beam as a parallel light beam having a cross-sectional area of a considerable size; An incident optical system that passes through the block at an angle at which the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and is disposed in the optical path of the parallel light flux totally reflected at the interface, and A screen for converting a light intensity distribution into a visible image, a two-dimensional sensor for forming a visible image on the screen, and an imaging optic for forming a visible image on the screen on the two-dimensional sensor System Measuring device characterized by comprising Te.
特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の測定装
置。4. The measuring device according to claim 1, wherein the screen is made of a diffusion plate.
特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の測定装
置。5. The measuring apparatus according to claim 1, wherein said screen is made of a fluorescent screen.
互作用を生じるセンシング媒体が配されていることを特
徴とする請求項１から５いずれか１項記載の測定装置。6. The measuring apparatus according to claim 1, wherein a sensing medium that interacts with a specific component in the sample is disposed on the thin film layer.
る液だめ部を有する容器状に形成されていることを特徴
とする請求項１から６いずれか１項記載の測定装置。7. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the sample holding mechanism is formed in a container shape having a reservoir for holding a liquid sample.
前記センシング媒体に接触しつつ流入出するための流路
が設けられていることを特徴とする請求項６記載の測定
装置。8. The measuring apparatus according to claim 6, wherein a flow path through which the liquid sample flows in and out while contacting the sensing medium is provided in a part of the sample holding mechanism.
入射端面および出射端面を有する第１の部分と、前記薄
膜層が形成される面を有する前記第１の部分とは別体に
構成された第２の部分とからなり、前記第２の部分と前
記試料保持機構とが一体化されており、 前記第２の部分が、前記第１の部分と屈折率マッチング
手段を介して接合されるものであることを特徴とする請
求項１から８いずれか１項記載の測定装置。9. The dielectric block has a first portion having an incident end face and an outgoing end face of the light beam, and a first portion having a surface on which the thin film layer is formed. A second part, wherein the second part and the sample holding mechanism are integrated, and the second part is joined to the first part via a refractive index matching unit. The measuring device according to any one of claims 1 to 8, wherein the measuring device is a device.
薄膜層および試料保持機構が一体化されているものであ
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
測定装置。10. The dielectric block of the measurement unit,
The measuring device according to any one of claims 1 to 8, wherein the thin film layer and the sample holding mechanism are integrated.
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