JP2002536638A

JP2002536638A - 表面プラズモン共鳴センサ

Info

Publication number: JP2002536638A
Application number: JP2000597621A
Authority: JP
Inventors: カルステン・ティルストルップ
Original assignee: ヴィーア・アクティーゼルスカブ
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2002-10-29
Also published as: AU771594B2; CN1344366A; KR20010110428A; EP1157266A1; NZ513843A; AU2278500A; WO2000046589A1; CA2360932A1

Abstract

(57)【要約】この発明は平面センサチップユニットの横方向に一体化されたアレイから構成されるセンサチップと、平面光トランスデューサユニットの横方向に一体化されたアレイから構成される光トランスデューサとを備える表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）センサを提供する。取り替え可能なセンサチップは所定のギャップで光トランスデューサと分離され、センサチップと光トランスデューサとの間では垂直な光相互連絡が存在する。集束及び平行化光学部品及び感知領域は同じセンサチップ上で一体化され、センサチップと光トランスデューサとの間の光相互連絡は界面に垂直な平行入射光線に基づく。集束光学部品は、センサチップユニットの上面の反射回折光学素子と裏面の必要に応じて設ける平面鏡との組み合わせを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（技術分野）この発明は表面プラズモン共鳴（ＳＰＭ）センサに関する。より詳細には、こ
の発明は我々の水源を汚染する可能性のある多量の異なる化合物を測定すること
ができるセンサを必要とする、水質モニタリングの分野に関する。他の可能な応
用分野は、食物品質モニタリング、プロセス制御、ヒト免疫不全症ウイルス（Ｈ
ＩＶ）コア蛋白質を含む生物学的成分検出及び遺伝子発現モニタリングである。

【０００２】（背景技術）表面プラズモン（ＳＰ）は誘電体と金属／半導体との間の界面に存在する電荷
密度の標準モードである。３０年前、光のＳＰと電磁場との間のカップリングが
、金属表面に近接する誘電体媒質の光学特性の変化に感応することが発見された
。ＳＰＲセンサは医学及び環境の分野において主として関心が高かった。

【０００３】異なる分析物のモニタリングは、それぞれの素子が特別な分析物に対し特異的
な共鳴を有する異なる分子認識素子（ＭＲＥ）のアレイにより決定されてもよい
。ＭＲＥは生物学的、生物化学的あるいは化学的な認識素子、またはこれらの素
子の組み合わせとすることができる。

【０００４】ＭＲＥは例えば光に共鳴するＳＰ波を支持する金属膜（ＳＰＲ膜）の表面上に
、例えば金表面へのチオール類の結合により、直接固定することができる。その代わりに、例えば、ＳＰＲ金属膜をコートする厚さ数百ナノメートルの適
したポリマー膜（例えばヒドロゲル）中での共有結合によりＭＲＥを固定するこ
とができる。応用分野により、ＭＲＥの様々な感知スキームが報告されており、
例えば、抗体−抗原反応、オリゴヌクレオチド類のアレイあるいはＤＮＡハイブ
リダイゼーション分析用のｃＤＮＡライブラリーを源とするプローブ、分子イン
プリンティング技術、イオン透過担体及びクロモイオン透過担体とのイオン相互
作用、ＳＰＲ金属膜が２つの電極の１つ（カソードまたはアノード）として作用
する電気化学相互作用である。これらのＭＲＥは本質的には非常に異なっている
が、これらのＭＲＥはすべて表面または界面感応生物／化学相互作用を利用する
という固有の特性を有し、これらの相互作用はＳＰＲ感知スキームを用いて定量
的にモニタすることができる。

【０００５】ＴＭモードでＳＰは伝播するので、光学的な励起は電場が入射面に対し平行に
偏波され（ＴＭ偏波）、光及びＳＰの波ベクトルが一致する場合においてのみ可
能である。金属／誘電体界面（すなわち、金属と測定サンプルとの間の界面）及
び波長λでのＳＰの波ベクトルｋ_ｓｐは、おおよそ以下の式で与えられる。

【０００６】式においてε_ｓ及びはそれぞれ、サンプル及び金属の誘電率の実数部分である
。入射光は平滑表面上のＳＰに直接カップリングすることはできない。というの
は、金属の場合のようにε_ｍの負の値に対しては、光とＳＰの波ベクトルは決し
て一致させることができないからである。ＳＰは、電子的に、光学的に格子を使
用してあるいは光のはかない波の金属表面へのカップリングを光学的に使用して
、励起させることができる。後者のアプローチはしばしばクレッチマン（Ｋｒｅ
ｔｓｈｍａｎｎ）構造を用いて実行される。この構造は高屈折率プリズム（ｎ_ｐ〜１．４−１．７）の１つの表面をコートする薄い金属膜からなる。

【０００７】プリズムを通過する光は運動量が増大し、全体として金属表面から角度θで反
射され、その角度はプリズムとサンプルとの間の臨界角よりも大きい。金属／誘
電体界面に対し平行で、金属表面上に入射する波長λの光の波ベクトルの成分ｋ _ｅｖは以下の式で表される。

【０００８】式において、ε_ｇはプリズムの誘電率である。パラメータε_ｍとε_ｇは通常固
定され、ε_ｓは測定される感知領域の誘電率であり、その値は分析物の検出に従
い変化する。波ベクトルが一致すると、ｋ_ｓｐ＝ｋ_ｅｖ、光はＳＰと強く相互作
用し、金属／誘電体表面からの光の反射率が大きく減少する。この状態がＳＰＲ
を特徴付け、この状態は、ＳＰＲ角を含む光の角バンドを有するビームの集束、
入射光の波長の走査及びこれら両方の方法の組み合わせを含む様々な方法により
測定することができる。

【０００９】ＢＩＡコア（ＢＩＡｃｏｒｅ）社からの市販のＳＰＲシステムはクレッチマン
構造に基づくが、ＳＰＲ金属膜は取替え可能がガラス板上に析出され、そのガラ
ス板は、ガラスプリズムとガラス板との間に配置された屈折率を適合させるゲル
によりガラスプリズムから物理的に分離されている。この器械は大きく高価であ
り、当分野では小さくコンパクトなＳＰセンサを提供するために多くの努力が払
われている。

【００１０】ＵＳ５，６２９，７７４号では、分析物を測定する物体が流体である携帯用Ｓ
ＰＲセンサについて説明されている。このセンサは単色光源と、光を反射するた
めの表面プラズモン共鳴−感知装置と、ピンホールなどの「開口」に結合された
１以上の光検出器に基づく検出器と、を備える。「開口」はＳＰＲ共鳴最小の臨
界面での特別な角度を規定する。サンプルの小さな変化により、光検出器により
モニタされる反射強度が大きく変化する。走査メカニズムあるいはＳＰＲ角を含
む光の角バンドを有する光線の集束を使用するシステムに比べ、ＵＳ５，６２９
，７７４号において説明されているシステムの利点はシステムのより正確な整合
を必要とする単一の検出器の使用に関連する。

【００１１】ＥＰ０，７９７，０９０号では、全ての鏡、感知層、光検出器アレイ及び必要
に応じて光源がすべて同じハウス内で一体化されている。この構造の欠点は、感
知層を交換する際に全ての構成要素を取り替えなければならないことである。必要に応じて選択される構造がＥＰ０，７９７，０９１号において説明されて
いる。この場合、透明なベースハウジングと取り外し可能なプリズム様光学ハウ
ジングでは屈折率が一致しており、光線の望ましくない屈折が回避される。これ
は、２つのハウジング間の交差点で、ベースハウジングと光学ハウジウングとの
間の屈折率を一致させるゲルを用いることにより、あるいはベースハウジウング
内に凹状の部分を光学ハウジウング内に相補的な凸状の部分を作製することによ
り、実行される。どちらの選択も実際に動作するＳＰＲセンサにとっては複雑な
解決策であると思われる。

【００１２】これらのシステムが屈折率を一致させるゲルを適用することは、上記システム
の欠点である。このゲルは光学あるいは生物／化学素子と共に作動するのに不都
合であり、これらの素子の幾つかと接触すると問題が起こることもある。ＥＰ０，８０５，３４７号では表面プラズモンセンサについて説明されており
、このセンサでは表面プラズモンを支持する金属層はガラス基板上に配置されて
いる。第１の透過型回折格子を用いて入射光線を金属層に向かって導く。第１の
透過型回折格子により、入射光線の集束も行う。誘導された光線は金属層により
反射され、第２の透過型回折格子に向かって伝播する。第２の透過型回折格子は
透過した光線を検出器に向かって誘導する。

【００１３】入射光が直角入射とは異なる角度で入射することがＥＰ０，８０５，３４７号
において説明されているセンサの欠点である。一般に従来技術では、ＳＰＲ感知層、光源、鏡及び検出器は三次元構造で配列
されており、少なくとも１つの構成要素が、他の構成要素と比べＳＰＲ角（〜５
０°−８０°）と近接する角度で整合される。これは、感知領域の大きなアレイ
とセンサとの一体化は容易ではないことを意味する。一体化は、横方向に実行さ
れるのが好ましく、このためには複数の層の平面構造あるいは平面構造群が互い
に平行に整合される必要がある。

【００１４】そのため、従来技術では、大きな感知領域を有する重要でないセンサチップを
備え、センサチップと光トランスデューサとの間の整合は重要でなく、屈折率を
一致させるゲルを使用する必要のない、コンパクトなＳＰＲセンサが必要とされ
る。

【００１５】この発明の目的は、平面センサチップユニット（ＳＣＵ）の横方向に一体化さ
れたアレイで構成されたセンサチップを備えるＳＰＲセンサを提供することであ
る。この発明の別の目的は、平面光トランスデューサユニットの横方向に一体化さ
れたアレイで構成された光トランスデューサを備えるＳＰＲセンサを提供するこ
とである。

【００１６】この発明の更に別の目的は、２つの分離可能なユニット−センサユニットとト
ランスデューサユニットを備えるＳＰＲセンサを提供することである。この発明に更に別の目的は、センサユニットとトランスデューサとの整合が重
要でないＳＰＲセンサを提供することである。この発明に更に別の目的は、屈折率を一致させるゲルを使用しないＳＰＲセン
サを提供することである。

【００１７】（発明の開示）第１の観点によれば、上記目的は第１のユニットと第２のユニットを備え、前
記第１の及び第２のユニットが分離可能であり、前記第１のユニットが、第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第２のユニット
からの光線を受理する光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を前記第２のユ
ニットに伝達する光出力手段と、前記第１のユニットから受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するよう
に適合された光学素子の第１の組と、前記導電性膜からの光線を前記光出力手段に向かって誘導し、前記導電性膜か
らの光線を第２のユニットに伝達するように適合された光学素子の第２の組と、を備えると共に、前記第２のユニットが、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の第１の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分に配置され前記調整された光線を第
１のユニットに伝達する光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され前記第１のユニットか
らの光線を受理する光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、前記第１のユニットから受理された光線を前記検出手段に向かって誘導するよ
うに適合された光学素子の第２の組と、を備え、光入力及び光出力手段の位置での光線の伝播方向は本質的には第１及
び第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光線が第１及び第２のユニ
ット中に入るときに光線が屈折しない表面プラズモン共鳴センサを提供すること
により達成される。

【００１８】この発明のこの観点及び以下の観点では、本質的に垂直とは、入射角が−１０
°−１０°、好ましくは−５°−５°、より好ましくは−２°−２°、さらに好
ましくは−０．５°−０．５°の範囲にあるこという。放出手段は半導体レーザダイオードなどのレーザ源を備えてもよい。発光手段
は、本質的には単一波長の光を発してもよい。その代わりに、発光手段は例えば
発光ダイオードを用い複数の波長の光を発してもよい。

【００１９】第２のユニットの光学素子の第１の組は放射された光線を平行にする手段を備
えてもよい。平行にする手段はレンズ手段を備えてもよい。上述したように、かつ以下の観点のいくつかおいては、平行にするとは、放出
光線のビームの広がり角度が１０°未満、好ましくは５°未満、より好ましくは
２°未満、さらにより好ましくは０．５°未満であることを意味する。

【００２０】第２のユニットの光学素子の第１の組はさらに、放出された光線を偏光させる
ための手段を備えてもよい。この偏光手段は、いかなる種類の偏光フィルム、プ
リズム配列あるいは電圧制御可変リターダーとしてもよい。第１及び第２のユニットの入力及び出力手段は反射防止コーティングを備えて
もよい。

【００２１】検出手段は複数の光検出器アレイ、電荷結合装置あるいは相補的な金属酸化物
半導体画像センサなどの光感知素子のアレイを備えてもよい。センサはさらに、
光シールド部材を備えてもよい。第１のユニットの光学素子の第１の組は、回折格子あるいはホログラフィ回折
格子などの回折部材を備えてもよい。同様に、第１のユニットの光学素子の第２
の組は、回折格子あるいはホログラフィ回折格子などの回折部材を備えてもよい
。回折部材は反射部材により形成されてもよい。光学素子の第２の組はまた、反
射鏡などの反射部材を備えてもよい。

【００２２】導電性膜は、金膜、銀膜、アルミニウム膜あるいはチタン膜などの金属膜を備
えてもよい。導電性膜は複数の導電性膜により形成されてよく、前記複数の膜は
横方向に延在するパターンで配例される。長い範囲の表面プラズモン共鳴を支持するために、誘電体材料の層を導電性膜
と第１のハウジングの第１の外表面部分との間に配置してもよい。表面プラズモ
ン共鳴センサが複数の導電層を備える場合、センサはさらに複数の導電性膜のそ
れぞれと第１のハウジングの第１の外表面部分との間に配置された誘電体材料の
層を備えても良い。

【００２３】表面プラズモン共鳴センサはさらに、第１及び第２のユニットを互いに移動さ
せ、導電性膜に対し光線の焦点を移動させるように適合させた移動手段を備えて
もよい。その代わりにあるいはさらに、表面プラズモンセンサは、第１及び第２
のユニットを互いに移動させ、導電性膜に向けて誘導される光線の入射角を変化
させるように適合された移動手段を備えてもよい。表面プラズモン共鳴センサは好ましくは横方向に延在するパターンで配列され
た２以上の表面プラズモン共鳴センサを備えてもよい。

【００２４】第２の観点では、この発明は表面プラズモン共鳴センサを用いてサンプルの生
物／化学組成を決定する方法に関し、前記表面プラズモン共鳴センサは第１のユ
ニットと第２のユニットとを備え、前記第１及び第２のユニットは分離可能であ
り、前記第１のユニットは、第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第２のユニット
からの光線を受理する光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を前記第２のユ
ニットに伝達する光出力手段と、前記第１のユニットから受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するよう
に適合された光学素子の第１の組と、前記導電性膜からの光線を前記光出力手段に向かって誘導し、前記導電性膜か
らの光線を第２のユニットに伝達するように適合された光学素子の第２の組と、を備え、前記第２のユニットが、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の第１の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分に配置され前記調整された光線を第
１のユニットに伝達する光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され前記第１のユニットか
らの光線を受理する光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、前記第１のユニットから受理された光線を前記検出手段に向かって誘導するよ
うに適合された光学素子の第２の組と、を備え、光入力及び光出力手段の位置での光線の伝播方向は本質的には第１及
び第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光線が第１及び第２のユニ
ット中に入るときに光線が屈折しない。第３の観点では、この発明は、第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、光線を受理するよう
に適合された光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を伝達するよう
に適合された光出力手段と、前記受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するように適合された第１の
回折光学素子と、前記導電性膜からの反射光線を前記光出力手段に向かって誘導するように適合
された第２の回折光学素子と、を備える第１のユニットを備えると共に、光入力及び光出力手段の位置での光
線の伝播方向は本質的には第１のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光
線が前記光入力及び出力手段の位置で屈折しない表面プラズモン共鳴センサに関
する。第３の観点にかかる表面プラズモン共鳴センサはさらに、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分に配置され、前記調整された光線を
第１のユニットに伝達するように適合された光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第１のユニット
からの光線を受理するように適合された光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、を備える第２のユニットを有してもよく、光入力及び光出力手段の位置での光
線の伝播方向は本質的には第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、光入力
及び出力手段の位置で光線が屈折しない。第２のユニットはさらに、第１のユニットから受理した光線を検出手段に向け
て誘導するように適合された光学素子を備えても良い。発光手段はこの発明の第１の観点に関して説明したような光源を備えても良い
。第２のユニットの光学素子の組は、本発明の第１の観点に従い説明したような
平行化および／または偏光手段を備えても良い。

【００２５】第１及び第２のユニットの入力及び出力手段は反射防止コーティングによりコ
ートしてもよい。本発明の第１の観点の場合のように、検出手段は、複数の光検出器アレイ、電
荷結合装置あるいは相補的な金属酸化物半導体画像センサなどの光感知素子のア
レイを備えてもよい。第１のユニットの第１及び第２の回折光学素子は反射ホロ
グラム回折格子などの光学回折格子を備えても良い。

【００２６】第４の観点では、この発明は、透明部材と、表面プラズモンを支持するように適合されると共に、前記部材の外表面部分に
より保持されている導電性材料の層と、前記部材の第１の外表面部分により保持されると共に、受理された光線を導電
性材料に向けて誘導するように適合された第１の光学回折格子であって、受理さ
れた光線の第１の光学回折格子の位置での伝播方向は本質的には前記部材の第１
の外表面部分に垂直であり前記受理された光線は平行にされる、第１の光学回折
格子と、前記部材の第２の外表面部分により保持されると共に、導電層から光線を受理
するようにように適合され、導電層から受理された光線を再放出するように適合
された第２の光学回折格子であって、再放出された光線の第２の光学回折格子の
位置での伝播方向は本質的には前記部材の第２の外表面部分に垂直であり前記再
放出された光線は平行にされる、第２の光学回折格子と、を備える表面プラズモン共鳴センサに関連する。第２の観点にかかる表面プラズモン共鳴センサはさらに、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の組と、前記再放出された光線を検出するための手段と、を備える。さらに、第４の観点にかかる表面プラズモン共鳴センサは、前記再放出された
光線を前記検出手段に向けて誘導するように適合された光学素子を備えても良い
。発光手段は本発明の第１及び第３の観点に関連して説明したような光源を備え
ても良い。第２のユニットの光学素子の組は平行化及び／または偏光手段を備え
ても良い。検出手段は、複数の光検出器アレイ、電荷結合装置あるいは相補的な金属酸化
物半導体画像センサなどの光感知素子のアレイを備えてもよい。

【００２７】（発明を実施するための最良の形態）図１は高屈折プリズム（２）と、プリズムの１つの側をコートする金属薄膜（
１）と、金属膜を覆う生物／化学感知薄膜領域（３）とを備えるＳＰＲセンサの
従来のクレッチマン構造を示したものである。レンズ（４）を使用すると、平行
単色光がプリズム（２）を介して金属膜上に集束される。光線は所定のビーム幅
Ｄと、θ_ｍｉｎからθ_ｍａｘまで変化する角バンドθの範囲を有し、金属膜上に
入射する。他のレンズ（５）は金属膜から反射された光線を検出器アレイ（６）
上に投影する。θの範囲はＳＰＲ角θ_ＳＰを含むように適合され、この角度は検
出器アレイ（６）により光の反射率の最小値として決定される。雰囲気条件（７
）の変化が起こると、生物／化学感知領域（３）の膜厚及び／または屈折率が変
化する。これにより、図１に概略が示されているように、θ_ＳＰの位置の変位に
よりＳＰＲ応答の変化が生じる。実線のＳＰＲ曲線が破線のＳＰＲ曲線の位置に
移動する。

【００２８】この発明は単一検出器アレイ上に角バンドの範囲または波長の範囲を投影する
ことを基本とする測定原理を具体化したものである。本発明における構成要素は
すべて市販されているかあるいは最新の製造技術を用いて作製することができる
。ＳＰＲセンサは、１）平面センサチップユニット（ＳＣＵ）の横方向に一体化されたアレイからな
る取り替え可能なセンサチップと、２）平面光トランスデューサユニット（ＯＴＵ）の横方向に一体化されたアレイ
からなる光トランスデューサと、の組み合わせを備える。本発明にかかるセンサチップユニット（ＳＣＵ）の５つの異なる構造を図２（
ａ−ｅ）に示す。光学素子の第１の組（１８ａ）により、ＳＣＵの裏面に垂直に
ＳＣＵに入る平行光線はＳＰＲ膜（２０）に向けて誘導される。この膜はＳＣＵ
の上面かつ１以上の感知領域（２１）のすぐ下に配置されている。光学素子の第
２の組（２２ａ）により、ＳＰＲ金属膜から反射された光線は平行とされ、ＳＣ
Ｕの裏面に垂直にＳＣＵから出て行く。

【００２９】図２（ａ）では、光学素子の第１の組、ＳＰＲ金属膜、及び光学素子の第２の
組がＳＣＵの上面に配置され、反射鏡がＳＣＵの裏面に配置される。図２（ｂ）
−（ｄ）では、光学素子の第１の組及び光学素子の第２の組がＳＣＵの上側には
位置され、ＳＰＲ金属膜がＳＣＵの裏側に配置される。図２（ｅ）では、光学素
子の第１の組及び光学素子の第２の組はＳＣＵの裏面に配置され、ＳＰＲ金属膜
はＳＣＵの上側に配置される。この発明は、図２（ａ）、（ｂ）、（ｅ）に示さ
れるようなＳＣＵ内を伝播する光線がＳＰＲ金属膜上に集束する構造、あるいは
図２（ｄ）に示されるようにＳＣＵ内を伝播する光線が光学素子の第１の組と光
学素子の第２の組との間に集束する構造、あるいは図２（ｃ）に示されるように
ＳＣＵ内を伝播する光線が平行になる構造を含む。図２（ａ−ｄ）における構造
では、光学素子の第１及び第２の組は鏡（円筒放物面鏡）あるいは反射回折光学
素子（ＲＤＯＥ）である。図２（ｅ）の構造では、光学素子の第１及び第２の組
はレンズ、マイクロレンズアレイあるいは透過回折光学素子である。

【００３０】図３はこの発明の第１の及び好ましい実施の形態を示したものである。図３（
ａ）において示されているＳＣＵと光トランスデューサユニット（ＯＴＵ）（１
１）は支持フレーム（１２）により分離されており、支持フレームにより２つの
ユニット間にギャップ（１３）ができる。

【００３１】ベース面（３１）内に載置された単色光源（１４）からの光線はレンズあるい
はレンズシステム（１５）により平行とされ、偏光子（１６）により偏光される
。光線は透明な分離面（１７）を通過し、ＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵ（１０）
に入る。光シールド（８）により光源から出てくる迷光から検出器アレイが遮蔽
され、光源（１４）から放出された光と検出器（２３）の表面から反射された光
との間の干渉が防がれる。ＳＣＵの内側では、光線は光線を円筒形状に集束する
光線に変換する反射回折光学素子（ＲＤＯＥ）（１８ａ）から反射される。ＳＣ
Ｕの裏面上に配置された平面反射鏡（１９）により、光線はその後反射され、最
上の１以上の感知領域（２１）のすぐ下のＳＰＲ金属膜（２０）上の線上に集束
する。集束した光線は、ＳＰＲ角度を含む角バンドを有する。ＳＰＲ金属膜（２
０）から反射された後、光線は平面鏡（１９）から反射される。第２のＲＤＯＥ
（２２ａ）により、光線は再び平行光線に変換され、ＳＣＵの裏面に垂直にＳＣ
Ｕから出て行き、再び透明な分離面（１７）に垂直にＯＴＵに入る。ベース面内
に載置された平面鏡（２４）は中央分離面の中央に載置された平面鏡（２５）と
結合され、平行光線を検出器アレイ（２３）上に投影する。その代わりに、鏡（
２４）及び（２５）を省略することができ、あるいはレンズシステムなどの他の
光学手段と置換することができる。

【００３２】典型的には、ＳＣＵ（１０）とＯＴＵ（１１）との間のギャップには大気が充
填されており、ＳＣＵの基板材料の屈折率は〜１．６であるので、全反射に対す
る臨界内角はθ_ｃ〜３９°である。これはθ_ＳＰよりも低く、そのため裏面の平
面鏡は単なる空気／基板界面からの光線の自然反射にすぎない。センサが水の中
に浸漬され水がギャップを満たす適用では、θ_ｃはθ_ＳＰに近接し、ＳＣＵの裏
面には金属鏡が必要とされることがある。

【００３３】センサチップと光トランスデューサとの間の光学的な相互接続は、光トランス
デューサ、ギャップ及びセンサチップ間の平面界面に垂直に伝播する平行光線に
基づく。そのため、光線の方向は平面界面を通過しても変化しない。その結果、
ＳＣＵとＯＴＵの垂直方向の整合は重要ではなく、センサの動作はギャップの屈
折率の大きさに鈍感であり、屈折率を一致させるゲルは必要ない。

【００３４】さらに、センサチップ内に一体化された集束及び平行化光学部品の使用及び十
分大きな角バンドを含む大きな光線直径の使用を組み合わせると、水平方向での
重要でない整合が確保される。界面からの部分反射、空気／プラスチックまたは
空気／ガラスの場合〜４％、は平面界面上に反射防止コーティングを組み入れる
ことにより〜０．５％まで減少する。可能な反射防止コーティング材料はＭｇＦ _２およびＡｌＦ_３ ^＊ＭｇＦ_２である。

【００３５】図３の２つの構造のＳＣＵにより示されるように、ａ）ＳＰＲ角度は〜６０°
であり、ｂ）ＳＰＲ角度は〜７５°であるが、ＳＰＲ角度の異なる範囲を有する
センサチップを同じ光トランスデューサに対して使用することができる。平面セ
ンサチップユニット及び平面光トランスデューサユニットの横方向の一体化によ
り、同じセンサチップ上で多くの感知領域（２１）を一体化する手段が提供され
る。各感知領域（２１）は典型的には、特別な分析物に対し特異的に応答する固
定された分子認識素子（ＭＲＥ）を備えたポリマー膜を有する。ポリマー膜のア
レイに対する製造方法としては、インクジェット印刷技術及び微細機械加工され
たマイクロディスペンサーが含まれる。

【００３６】図３に示した構造では、鏡（２４）、（２５）は平坦であり、検出器アレイ上
で衝突する光線の幅は変化しない。この場合の入射角は０°よりも大きく典型的
には２０°と４５°との間にあるので、光線に照射される検出器アレイ上の領域
は光線の断面領域よりも大きい。鏡（２４）及び（２５）が無く、検出器アレイ
上に０°の入射角で光線が衝突する構造に比べ、ＳＰＲ測定の分解能は増加する
が、検出器アレイの応答は低下する。光源からの光強度は十分大きくすることが
できるので、検出器アレイの応答の低下はこの構造については重大な問題ではな
いと考えられる。

【００３７】検出器アレイの分解能は、平坦な鏡（２４）及び（２５）の１つまたは両方を
、分離面（１７）を通過する光線を発散させると共に光線により照射される検出
器アレイ上の領域を増大させる機能を有する、少なくとも１つの凸面鏡、凸レン
ズあるいは回折光学素子を備えるシステムと置換することによりさらに改善され
る。

【００３８】光源は表面発光レーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは他の単
色光光源を含むレーザダイオードとすることができる。例としては、７００ｎｍ
で発光するＨｉｔａｃｈｉＨＩ‐Ｌ５２０ＲＮＣ発光ダイオード、６７０ｎｍ
で発光するＴｏｓｈｉｂａＴＯＬＤ９２２１ＭＩｎＧａＡｌＰ多量子井戸レ
ーザダイオード、７８０ｎｍで発行するＭｉｔｕｂｉｓｈｉＭＬ４０１２３Ｎ
ＡｌＧａＡｓ多量子井戸レーザダイオード、あるいは８５０ｎｍで発行するＨ
ｏｎｅｙｗｅｌｌＧａＡｓ垂直空洞表面発光レーザダイオードＳＶ２６３７
−００１が挙げられる。レンズ（１５）は非球面レンズまたはレンズシステムで
あり、光源（１４）から発せられた光線を平行にする。レンズは光線に対し透明
な材料、例えばガラスまたはプラスチックでできている。偏光子は、例えば液晶
またはＬｉＮｂＯ_３液晶を備える、偏光の方向が固定されたあるいは電圧制御可
変リターダーを有する受動光学素子とすることができる。レーザダイオードから
発せられる光は通常明確な偏光を有しているが、ＬＥＤからの光は通常明確では
なく、偏光子を使用してＳＰＲ応答における可視度を最適化することができる。

【００３９】検出器のアレイ（２３）の選択はセンサのサイズ及び必要とされる分解能によ
り決定される。センサは複数のフォトダイオードアレイ（例えば、１２８ピクセ
ルのアレイを有するＨａｍａｍａｔｓｕＳ３９２１−１２８Ｑ、Ｆ）、電荷結
合装置アレイ（例えば、７９５×５９６ピクセルのアレイを有するＳＯＮＹＩ
ＣＸ０５９ＣＬ）、あるいは相補的な金属酸化物半導体画像センサ（例えば、Ｖ
ｉｓｉｏｎＶＶ５４０４一体型３５６×２９２ピクセル単色ＣＭＯＳ画像セン
サ）から構成してもよい。

【００４０】図４は本発明の２つの他の実施の形態を示したものであり、それぞれギャップ
により分離されたＳＣＵと対応するＯＴＵを有する。図４（ａ）のこの発明の第
２の実施の形態は、図２（ｃ）に示されているＳＣＵを備えるが、さらに、ＳＣ
Ｕの裏面に配置された反射鏡を有し、また、光源（１４）が白色光光源（例えば
、ニチア化学社からの白色ＬＥＤランプ）であるＯＴＵを備える。本発明の第１
の実施の形態にかかる平面鏡（２５）は回折格子またはホログラフィ回折格子に
より置換されている。ＳＰＲ角は一定に保たれ、検出器アレイ（２３）は光及び
ＳＰの一致する波ベクトルに対応する光の波長を測定する。回折格子（２５）は
光を回折し、光の波長に従い検出器アレイの異なるピクセル上に光を投影する。
ＲＯＤＥ（１８ａ）及び（２２ａ）は最小波長依存反射角を示すように設計され
ており、平行光線を反射させてセンサチップユニットの内側にある平行光線とす
る。

【００４１】図４（ｂ）はこの発明の第３の実施の形態を示したものである。本発明の第３
の実施の形態は本発明の第１の実施の形態と同じ構成要素を備える（図３を参照
のこと）が、平面鏡（２４）及び（２５）が省略されており、第３の実施の形態
はベース面（３１）内に載置された第２の単色光光源（２６）を備え、この光源
は第２の光線を放射する。第２の光線は第２のレンズまたは第２のレンズシステ
ム（２７）により平行とされ、偏光子（２８）により偏光され、透明な分離面（
１７）を通過し、ＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵ（１０）に入る。その代わりに、
第１及び第２の光線は同じ単色光源から出ており、レンズシステムは第１の光線
と第２の光線とを含む平行光線を生成するように設計される。

【００４２】ＳＣＵの内側では、第２の光線が第３のＲＤＯＥ（１８ｂ）から反射され、こ
のＲＤＯＥにより第２の光線は円筒形に集束する第２の光線に変換される。平面
鏡（１９）により、第２の光は反射され、１以上の感知領域（３）のすぐ下のＳ
ＰＲ金属膜（２０）上の線上に集束する。集束された第２の光線はＳＰＲ角を含
む角バンドを備える。

【００４３】ＳＰＲ金属膜（２０）から反射された後、第２の光線は平面鏡（１９）から第
４のＲＤＯＥ（２２ｂ）を介して反射され、第２の平行光線に変化され、ＳＣＵ
の裏面に垂直にＳＣＵ（１０）から出て行く。第２の光線はさらに透明な分離面
（１７）に垂直にＯＴＵ（１１）に再び入り、検出器アレイ（２３）上に投影さ
れる。

【００４４】図５は図４（ｂ）に示されるＳＣＵ及びＯＴＵからのＳＰＲセンサの構成を示
したものである。１つのＳＣＵの概略上面図を図５（ａ）に示す。この図では、
４つの感知素子（２１ａ）、（２１ｂ）、（３０ａ）及び（３０ｂ）及び金属膜
（２０）及びＲＯＤＥ（１８ａ）、（１８ｂ）、（２２ａ）、（２２ｂ）が示さ
れている。

【００４５】図５（ｂ）は透明分離面（１７）と、検出器アレイ（２３）と、光源、レンズ
システム及び偏格子を備える構成要素（３３）と、を含む対応するＯＴＵの上面
図である。図５（ｃ）及び５（ｄ）は２つのＳＣＵのアレイと対応するＯＴＵと
を備えるセンサ構造を示したものであり、図５（ｅ）及び５（ｆ）は４つのＳＣ
Ｕのアレイと対応するＯＴＵとを備えるセンサ構造を示したものである。ＳＣＵとＯＴＵからセンサを構成する原理は、Ｎユニットまで拡張することが
できる。ここで、Ｎは整数であり、所望の大きさとすることができる。ＳＣＵ及
びＯＴＵは、ＲＤＯＥと平行な方向（図５の上から下への方向）で整合させたア
レイに配列させる、あるいはこの方向で各構成要素の空間寸法を拡張することに
より配列させることができる。その代わりに、センサはＳＣＵとＯＴＵとをＲＤ
ＯＥに垂直な方向（図５の左から右への方向）で結合させて拡張することができ
る。センサを動作させる場合、センサチップは光トランスデューサの上面に載置
すべきである。分析物を含むサンプルは通常水に溶解され、感知領域の上に配置
される。これはディスペンサーを用いてあるいは感知領域をフローインジェクシ
ョンセル内に組み入れることにより実行される。

【００４６】この発明の第４の実施の形態を図６に示す。図において、ＲＤＯＥ（１８）及
び（２２）はＳＣＵ（１０）の上面に配置され、ＳＰＲ感知層（２１）はＳＣＵ
（１０）の裏面上に配置される。ＳＣＵは図２（ｂ）に示されており、図６のＯ
ＴＵ（１１）は図４のＯＴＵ（１１）と、２つの構造において構成要素の空間寸
法及び構成要素間の距離が異なることを除き、同一である。

【００４７】図６に示されるように本発明の好ましい実施の形態では、ベース面（３１）内
に載置された単色光光源（１４）からの光線はレンズまたはレンズシステム（１
５）により平行とされ、偏格子（１６）により偏光され、透明分離面（１７）を
通過し、ＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵ（１０）に入る。また、光シールド（８）
は光源（１４）から出てくる迷光から検出器アレイをシールドし、光源（１４）
から発せられる光と検出器アレイ（２３）の表面から反射される光との間の干渉
を妨げる。ＳＣＵの内側では、光線はＲＤＯＥ（１８）から反射され、これによ
り光線は円筒形に集束する光線に変換され、この光線は１以上の感知領域（２１
）を備えるＳＰＲ金属膜（２０）の線上に集束する。ＳＰＲ金属膜はＳＣＵの裏
面上に配置される。集束光線はＳＰＲ角を含む角バンドを含む。ＳＰＲ金属膜（
２０）から反射された後、光線は第２のＲＤＯＥ（２２）により平行光線に変換
される。この光線はＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵから出て行き、透明な分離面（
１７）に垂直にＯＴＵに再び入る。ベース面内に載置された平面鏡（２４）は透
明な分離面の中央に載置された平面鏡（２５）と結合されて、平行光線を検出器
アレイ（２３）上に投影する。平面鏡（２５）または（２４）のうちの１つは、
分離面（１７）を通過する光線を発散させると共に光線が照射される検出器アレ
イ上の領域を増大させる機能を有する凸面鏡またはＲＤＯＥと置換してもよい。

【００４８】図７は図６で示したＳＣＵ及びＯＴＵからのＳＰＲセンサの構成を示したもの
である。１つのＳＣＵの概略上面図を図７（ａ）に示す。この図では、２つの感
知領域（２１ａ）、（２１ｂ）、金属膜（２０）及びＲＯＤＥ（１８）、（２２
）が示されている。図７（ｂ）は透明分離面（１７）と、鏡（２４）及び（２５
）と、検出器アレイ（２３）と、光源、レンズシステム及び偏光子を備える構成
要素（３３）と、を含む対応するＯＴＵの上面図である。図７（ｃ）及び７（ｄ
）は２つのＳＣＵのアレイと対応するＯＴＵとを備えるセンサ構造を示したもの
であり、図７（ｅ）及び７（ｆ）は４つのＳＣＵのアレイと対応するＯＴＵとを
備えるセンサ構造を示したものである。ＳＣＵとＯＴＵからセンサを構成する原
理は、Ｎユニットまで拡張することができる。ここで、Ｎは整数であり、所望の
大きさとすることができる。ＳＣＵ及びＯＴＵは、ＲＤＯＥと平行な方向（図７
の上から下への方向）で整合させたアレイに配列させる、あるいはこの方向で各
構成要素の空間次元を延在させることにより配列させることができる。その代わ
りに、センサはＳＣＵとＯＴＵとをＲＤＯＥに垂直な方向（図７の左から右への
方向）で結合させて延在させることができる。センサを動作させる場合、センサ
チップは光トランスデューサの上面に載置すべきである。分析物を含む特定量の
サンプルは通常水に溶解され、感知領域の上に配置される。これはディスペンサ
ーを用いてあるいはＳＣＵのアレイとＯＴＵのアレイとの間のギャップ内に載置
されたフローセルを用いて実行される。

【００４９】図８には、本発明の第５の実施の形態が示されている。第５の実施の形態は、
図４に示されたのと同じＳＣＵ及びＯＴＵ内の構成要素を備えるが、第１の光源
及び第２の光源は感知層に関して対称に配置されている。さらに、ＳＣＵは上面
に平面鏡（４０）を備え、ＯＴＵは第１の光線及び第２の光線を検出器アレイ（
２３）に向けて誘導するように機能する平面鏡（２４）、（２５）、（２９）を
備える。ベース面（３１）内に載置された単色光光源（１４）からの光線はレン
ズまたはレンズシステム（１５）により平行とされ、偏光子（１６）により偏光
され、透明な分離面（１７）を通過し、ＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵ（１０）に
入る。また、光シールド（８）は光源（１４）から出てくる迷光から検出器アレ
イをシールドし、光源（１４）から発せられる光と検出器アレイ（２３）の表面
から反射される光との間の干渉を妨げる。ＳＣＵの内側では、光線はＲＤＯＥ（
１８ａ）から反射され、これにより光線は円筒形に集束する光線に変換される。
ＳＣＵの裏面上に配置された平面鏡（１９）により、光線は反射され、１以上の
感知領域（２１）のすぐ下のＳＰＲ金属膜（２０）の線上に集束する。集束光線
はＳＰＲ角を含む角バンドを含む。ＳＰＲ金属膜（２０）から反射された後、光
線はさらに、平面鏡（２０）とＳＣＵの上面に配置された平面鏡（４０）から交
互に３回以上反射される。第２のＲＤＯＥ（２２ａ）により光線は再び平行光線
に変換される。この光線はＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵから出て行き、透明な分
離面（１７）に垂直にＯＴＵに再び入る。ベース面内に載置された平面鏡（２４
）は透明な分離面の中央に載置された平面鏡（２５）と結合されて、平行光線を
検出器アレイ（２３）上に投影する。

【００５０】図８に示されているこの発明の第５の実施の形態はさらに、ベース面（３１）
内に載置された第２の光線を放射する第２の単色光光源（２６）を備える。第２
の光線は第２のレンズまたはレンズシステム（２７）により平行とされ、偏光子
（２８）により偏光され、透明な分離面（１７）を通過し、ＳＣＵの裏面に垂直
にＳＣＵ（１０）に入る。第２の光シールド（９）は、光源（２６）から出てく
る迷光から検出器アレイをシールドし、光源（２６）から発せられる光と検出器
アレイ（２３）の表面から反射される光との間の干渉を妨げる。

【００５１】ＳＣＵの内側では、第２の光線はＲＤＯＥ（２２ｂ）から反射され、これによ
り第２の光線は円筒形に集束する光線に変換される。平面鏡（１９）により、光
線は反射され、１以上の感知領域（２１）のすぐ下のＳＰＲ金属膜（２０）の線
上に集束する。集束した第２の光線はＳＰＲ角を含む角バンドを含む。

【００５２】ＳＰＲ金属膜（２０）から反射された後、第２の光線はさらに、平面鏡（１９
）平面鏡（４０）から交互に３回以上反射される。第４のＲＤＯＥ（１８ｂ）に
より光線は再び平行光線に変換される。この光線はＳＣＵの裏面に垂直にＳＣＵ
から出て行き、透明な分離面（１７）に垂直にＯＴＵに再び入る。ベース面（３
１）内に載置された平面鏡（２４）は平面鏡（２５）と結合されて、第２の平行
光線を検出器アレイ（２３）上に投影する。この発明の他の実施の形態では、平
面鏡（２４）及び（２９）または平面鏡（２５）の１つまたは両方ともを、少な
くとも１つの凸面鏡、凸レンズあるいは回折光学素子を備えるシステムと置換す
る。その結果、分離面（１７）を通過する光線は発散され、光線により照射され
る検出器アレイ上の領域が増大する。図８で示した本発明の第５の実施の形態に
関しては、センサチップ及び光トランスデューサは、図４（ｂ）及び５において
図示されている本発明の実施の形態と同様の様式でＳＣＵ及びＯＴＵから構成さ
れる。

【００５３】ＳＣＵから出る前に、図８に示された構造においては、光線は多くの表面で反
射され、図４（ｂ）に示された構造における光線よりも長い経路を進む。図８の
センサチップに入る光線はＳＰＲ膜上に衝突する前に２度反射され、ＳＰＲ膜か
ら反射された後４度反射され、光線の幅は２倍に拡大される。検出器アレイの同
じピクセルサイズに対しては、より大きなビーム直径は検出器アレイにおいてよ
り良好な分解能が得られるが、より大きなＳＣＵ及びＯＴＵを犠牲とすることを
意味する。感知領域（２１）と（３０）との間の領域の長さを長くし、これによ
り平面鏡（１９）と（４０）との反射をより多くすると、ＳＣＵの出力での光線
の幅ｗは、ｗ＝（ｋ＋１）ｗ_０／２に従い増加させることができる。この式では
、ｗ_０はＳＣＵに入る光線の幅であり、ｋは鏡（１９）及び（４０）からの光線
の反射回数である。反射はＳＰＲ金属膜からの反射後最初の反射からＲＤＯＥか
らの反射前まで計算する。ＲＤＯＥは第１の光線のための（２２ｂ）及び第２の
光線のための（１８ｂ）である。図４（ｂ）の構造では、ｋ＝１及びｗ＝ｗ_０で
あり、図８の構造では、ｋ＝３及びｗ＝２ｗ_０である。

【００５４】図９（ａ）及び（ｂ）は動作モードが２つある本発明で使用されるＲＤＯＥの
設計例を示したものである。モード１［図３（ａ）の（１８ａ）を参照のこと］
では、ＲＤＯＥはＳＰＲ角（θ_ＳＰ）を含む角バンドで平行とされた垂直入射光
線を反射する。モード２［図３（ａ）の（２２ａ）を参照のこと］では、ＲＤＯ
ＥはＳＰＲ金属膜から発散している光線を反射し、その光線をＳＣＵの裏面に垂
直にＳＣＵから出る平行光線に変換する。

【００５５】ＲＤＯＥの大きさが図９（ａ）に示してある。ここで、ｐ′回折光子に対し、
Ｄは口径Ｄ、ａ_ｐは回折距離、α_ｐは回折角である。入射平行光線の、焦点に集
束する光線への対応する変換は、図９（ｂ）においてモード１の場合に対し示さ
れている。モード２の場合に対するＲＤＯＥの設計は、入射面に平行で焦点に配
置されている面における図９（ａ）の設計の左右逆のものである。図９（ｃ）は
図４に示されている本発明の実施の形態において使用されているＲＤＯＥの他の
設計例であり、平行光線は反射されてＲＤＯＥの１つの側で平行な光線とされる
。

【００５６】図１０（ａ），（ｂ）（ｃ）は、ＲＤＯＥの他の設計例を示したものである。
ここで、ｐ′回折素子に対し、Ｄは口径であり、ａ_ｐは回折距離であり、α_ｐ＝
θ／２は回折角であり、β_ｐ＝９０°−θは第２の回折角である。この回折格子
の機能は図９と同じであるが、その構造は垂直回折壁ではなく第２の回折角を使
用している。

【００５７】ＲＤＯＥはポリマー類（例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエー
テルイミド、あるいはポリウレタン樹脂）、ガラス（例えば、ＳＦ２、ＳＦ５、
ＳＦ１１またはサファイア）あるいは珪素などの光の波長に対し透明な材料にお
いて様々な処理技術を用いて、およびそれらの技術と金属蒸着またはスパッタリ
ングと組み合わせて製造することができる。プラスチックは通常複屈折を示すが
、光線の偏光は偏格子により調整して表面プラズモンのＴＭモードに適合するよ
うにすることができる。可能な処理技術としては、１レベルグレイ−トーンリソ
グラフィー、ダイアモンド旋盤、フォトリソグラフィックバイナリオプティクス
、Ｅビーム書き込み、レーザ微小機械加工エッチング、及び類似技術またはフォ
トレジストにおけるデジタルホログラフィー書き込みが挙げられる。

【００５８】ＲＤＯＥの上面の金属膜は金、銀、アルミニウム、チタンなどとすることがで
きる。約２００ｎｍ（あるいはそれ以上）の厚さの金属膜では一般に十分な反射
率が提供され、１００ｎｍを超える厚さの金属膜では一般にＳＰ波が支持されな
い。

【００５９】ＳＰＲ金属膜の厚さは典型的には〜５０ｎｍである。４００−１０００ｎｍの
波長範囲では金または銀が使用される。赤外では、アルミニウム、銅及びタンタ
ルのような材料も使用することができる。ＳＰＲ金属膜とＲＤＯＥ金属膜の厚さ
及び組成は異なる。これらの膜の製造は金属の蒸着あるいはスパッタリング中に
マスク（例えば、金属マスクまたはフォトリソグラフィーマスク）を使用するこ
とにより達成することができる。

【００６０】図９（ｂ）及び１０（ｂ）では、ＳＰに結合する光に対するθの角バンドはθ _ｍｉｎからθ_ｍａｘまで変動する。ｐ′回折素子に対する対応する回折角はα_ｐ＝θ／２であり、ここでｐ＝０は回折格子における第１の素子、及びｐ＝Ｎは最
後の素子である。回折周期が光の波長よりもずっと大きいと仮定すると、回折周
期は各ｐ回折格子の素子から回折される光線が構造上干渉しない回折条件に基づ
く以下の式から評価することができる。

【００６１】式において、λは光の波長であり、ｍは回折順序（オーダー）であり、Ｌｐ及び
２はそれぞれ、回折格子の焦点とｐ′回折格子素子との間の水平及び垂直距離で
ある［図９（ｂ）および１０（ｂ）を参照のこと］。

【００６２】例として、ビーム幅がｗ＝２ｍｍ、Ｌ_ｐ＝０＝８ｍｍ、Ｌ_ｐ＝Ｎ＝６ｍｍ、ｈ
＝２ｍｍ、λ／ｎ_ｇ＝０．５μｍ、ｍ＝１０と仮定すると、ａ_０＝５．６μｍ、
ａ_Ｎ＝６．０μｍである。図９の場合回折格子の深さはｄ_ｐ〜３μｍであり、一
方、図１０の場合ｄ_ｐ〜１．４μｍである。この実施例では、回折周期ａ_ｐ〜６
μｍは光の波長／ｎ_ｇ〜０．５μｍよりもずっと大きい。回折周期が光の波長に
匹敵するあるいは光の波長よりずっと小さい回折格子を使用することもできる。

【００６３】入射光線は図９（ｂ）で平行にされ、ＲＤＯＥの個々の回折素子が光を同じ焦
点上に投影する。Ｄがｗよりも十分広ければ、光トランスデューサに対するセン
サチップの横方向の変位により、ＳＰ波への結合のための角θが変化する。この
事実を利用して、図２及び６に示されているこの発明の実施の形態に対するθの
雑な調整を行うことができる。横方向の変位（図２及び６の矢印を参照のこと）
は、手動のあるいは電動化されたマイクロメータードライブにより実行すること
ができる。これは、ＳＣＵを使用して広範囲のＳＰＲ角、及び屈折率における大
きなダイナミックレンジを含むことができることを意味する。ＳＰＲ角を含む角
バンドでＳＰＲ金属膜上に光線を集束させる代わりに、横方向の変位を利用して
ＳＰＲ金属膜上の光線の入射角を走査することもできる。この構造では、光線の
ｗはＤの１／２０未満であるべきである。他の構造では、ＲＤＯＥは素子のアレ
イとして設計することができ、この場合図９（ｂ）に示される各素子は入射平行
光線をＳＰＲ各を含む角バンドでＳＰＲ金属膜上の焦点に集束させる。その結果
、光トランスデューサに関するセンサチップの横方向の変位により、ＳＰＲ金属
膜上に入射する焦点の対応する横方向の移動が引き起こされる。この方法を利用
すると、感知領域は２次元アレイで配置することができる。センサチップは回転
ディスク上に載置することができ、横方向の変位（図３及び図６の矢印を参照の
こと）はコンパクトディスクプレイヤーにおいて使用される型のモーターにより
実行することができる。

【００６４】金属膜厚を含むパラメータにより、ＳＰＲにより含まれる角バンドは典型的に
は、△θ〜１°−３°の反射率対角スペクトルにおける半波高全幅値（ＦＷＨＭ
）を有する。狭いＳＰＲ信号を得るために、特定のセンサに対しＳＰＲ金属膜の
最適厚を経験的に決定する。最適厚は典型的には３０−５０ｎｍの範囲である。
最適厚は金属の複雑な誘電体関数ε_ｍ＝ε_ｍｒ＋ｉε_ｍｉにより決定される。以
下のドルーデの式に従う。

【００６５】式において、ε_ｍｒ及びε_ｍｉはそれぞれ誘電体関数の実数部分及び虚数部分で
あり、λ_ｐはプラズマ波長であり、λ_ｃは衝突波長である。実施例として、ＳＰＲ金属膜に金を使用し、われわれは式（４）からε_ｍｒ＝
２０．７、ε_ｍｉ＝１．８９を得た。｜ε_ｍｉ｜＜＜｜ε_ｍｒ｜であるので、以
下の式を使用してθ_ＳＰの計算が可能である。

【００６６】式において、ｎ_ｓは測定するサンプル（すなわち感知領域）の屈折率であり、ｎ _ｇはセンサチップの屈折率である。

【００６７】例として、感知領域はｎ_ｓ〜１．４６のポリマー膜中に固定されたＭＲＥを基
本とし、センサチップは高屈折率プラスチック（ｎ_ｇ〜１．６６）でできている
と仮定すると、ＳＰＲ角は式（５）に従い、θ_ＳＰ〜６８°となる。式（５）か
らわかるように、θ_ＳＰはセンサチップ材料及び膜の屈折率に強く依存する。通
常、θ_ＳＰは５０°−８０°の角度範囲内にある。θ_ＳＰの値は基板と感知領域
の間の全反射に対する臨界角まで減少させることができる。この感知領域は屈折
率がｎ_ｇより低く、基板と金属層との間に配置された数百ナノメートルの厚さの
誘電体中間層を使用する。誘電体層により狭い△θの長い範囲のＳＰが励起され
るが、通常（短い範囲の）ＳＰでは１０μｍであるのに対し約３００μｍのより
広い横方向の空間的な拡張が得られる。中間層として可能な材料はＭｇＦ_２、Ｃ
ａＦ_２、ＡｌＦ_３、ＢａＦ_２及びＮａ_２Ａｌ_３Ｆ_１４である。

【００６８】ＲＤＯＥは光線をＳＰＲ金属層上の線上に集束させるので、２以上の感知領域
を照射することができる。例えば、光線の幅が１ｍｍであり、各感知領域の直径
が２００μｍで間隔が５０μｍであるとすると、１つの光線により４つの素子を
有する感知領域が照射される。感知領域の１つは基準として作用し、これは温度
、圧力、経年変化、分析物屈折率、膜の膨潤及び環境における他の妨害からの影
響による特定でない変化に対し応答する。ＳＰＲ金属膜の上面の他の感知領域は
、ＳＰＲ金属層の上面に析出させた厚さ〜０．３μｍ−１μｍの膜内に固定され
たＭＲＥを基本とすることができる。可能な膜化合物としては、ヒドロゲル、例
えば、アガロース、デキストラン、カラゲーニン、アルギン酸、でんぷん、セル
ロースなどの多糖、あるいはそれらの誘導体、例えば、カルボキシメチル誘導体
または有機ポリマー、例えばポリ（ビニルアルコール）、ポリ（塩化ビニル）、
ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド及びポリエチレングリコールが挙げられる
。

【００６９】ＭＲＥは例えば、脂肪親和性ポリマー膜内に疎水力により固定された、あるい
はポリマー膜内で共重合されたイオン透過担体及びクロモイオン透過担体である
。イオン透過担体は特別なイオン化合物あるいは中性のイオノゲン化学化合物（
すなわち、分析物）に対する選択認識素子として機能する。ポリマー膜相の内側
を電気的に中性に維持するために、イオン透過担体による分析物の結合は第２ｎ
イオン種の共抽出あるいはイオン交換と関連し、クロモイオン透過担体の吸収係
数（△α）の変化が生じる。クラマース−クローニヒ変換により与えられる膜の
屈折率（△ｎ）の対応する変化により、式（５）のｎ_ｓからＳＰＲ信号に変化が
生じる。動作波長が最大位置△αよりも約１００ｎｍ長い場合、小さな△αで、
大きく、波長に反応しない△ｎが達成される。△αの最大に近い動作では、より
感応性の高いＳＰＲ応答が得られ、この場合△αと△ｎの両方の情報をその応答
から決定することができる。ＥＴＨ５２９４などの典型的なクロモイオン透過担
体では、△αの最大は５００から７００ｎｍまでの波長範囲において起こる。光
の適した波長は６７０−８５０ｎｍであり、多くの市販の半導体レーザ及び発光
ダイオードが発光する。

【００７０】他の可能なＭＲＥは抗体／抗原であり、このＳＰＲセンサを抗体／抗原反応に
基づく標識のない免疫センサとして使用して特定の分析物を決定することができ
る。抗体は共有結合によりヒドロゲル内に容易に固定することができる。ＢＩＡ
コアからのバイオセンサは、様々な生物化合物を検出するために、ＳＰＲセンサ
の金膜上のカルボキシメチル−デキストランヒドロゲル膜内に固定された抗体を
使用した。抗体／抗原反応の代わりに、分子刷込み技術を使用する場合、合成ポ
リマー類は選択的分子認識特性を有する。これは、分析物の形状及び官能基に対
し相補的なポリマー膜内の認識部位を発生させる官能基の自己集合位置決定及び
予め組織化された位置決定によるものである。更に他には、オリゴヌクレオチド
配位子の使用が挙げられる。これは特定の分析物との特定の親和性の高い結合を
提供することができる。

【００７１】この発明は他に、ＤＮＡハイブリダイゼーション分析において適用される。セ
ンサチップ上に、ｃＤＮＡライブラリーから作成されるオリゴヌクレオチドまた
はプローブの大きなアレイを、例えば光誘導合成または高速自動プリンティング
技術を用いて作製することができる。適用分野に依り、そのようなアレイは１０
分の数プローブから〜１０^６プローブ／ｃｍ^２により構成される。

【００７２】従来、検出スキームは、蛍光標識を使用し、走査型共焦光学顕微鏡を用いた標
的ＤＮＡのハイブリダイゼーションパターンを検出することにより実行されてい
る。本発明によれば、多くの感知領域（この場合プローブ領域）のハイブリダイ
ゼーション反応は各感知領域に対するＳＰＲ曲線のシフトをモニタすることによ
り検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレッチマン構造に基づく従来の表面プラズモン共鳴センサの概
略図、及び入射角の関数として表面プラズモン感知領域から反射される光の反射
率の対応するプロットを示したものであり、分析物応答がない場合（実線）及び
分析物応答のある場合（破線）についてのプロットが示されている。

【図２】本発明における５つの異なる構造（ａ−ｅ）に対するセンサチッ
プユニット（ＳＣＵ）の概略断面図である。

【図３】センサチップユニット及び対応する光トランスデューサの概略断
面図であり、実質的な単色光源及びＳＰＲ角を含む角バンドにおける光の結合に
基づく本発明の好ましい実施の形態においては所定のギャップだけ分離されてお
り、ａ）では、センサチップは〜６０°のＳＰＲ角度に対し描かれており、ｂ）
では、センサチップユニットは〜７５°のＳＰＲ角度に対し描かれており、光源
を源とする光線は実線としてプロットしてある。

【図４】この発明の２つの他の実施の形態を示したものであり、それぞれ
センサチップと、あるギャップだけ分離された対応する光トランスデューサとを
有し、図４（ａ）における構造は多色光源、固定された結合角及び光のスペクト
ルバンドの測定を可能とする光トランスデューサユニット回折格子を基にしてお
り、光源からの光線は実線としてプロットされ、図４（ｂ）の構造は単色光源及
びＳＰＲ角を含む角バンドでの光の結合を基本としており、第１の光源からの光
線は実線としてプロットされ、第２の光源からの光線は破線としてプロットされ
ている。

【図５】図４（ａ）からのこの発明の実施の形態の概略上面図であり、ａ
）センサチップユニット及びｂ）光トランスデューサユニットを備え、ｃ）及び
ｄ）では、それぞれ２つのセンサチップユニットのアレイと２つの光トランスデ
ューサが示されており、（ｅ）及び（ｆ）では、それぞれ４つのセンサチップユ
ニットのアレイ及び４つの光トランスデューサユニットが示されている。

【図６】本発明の第４の実施の形態における、センサチップユニットと、
一定のギャップで分離された対応する光トランスデューサユニットの概略断面図
であり、単色光源と、ＳＰＲ角を含む角バンドでの光の結合を基本とし、この構
造では、感知領域はセンサチップユニットの裏面に配置されている。

【図７】図６で示した本発明の実施の形態の概略上面図であり、ａ）１つ
のセンサチップユニット、及びｂ）対応する光トランスデューサが示されており
、ｃ）及びｄ）ではそれぞれ２つのセンサチップユニットのアレイ及び２つの光
トランスデューサユニットが示されており、ｅ）及びｆ）では、それぞれ４つの
センサチップユニットのアレイと４つの光トランスデューサユニットが示されて
いる。

【図８】単色光及びＳＰＲ角度を含む角バンドでの光の結合を基本とする
、本発明の１つの実施の形態におけるセンサチップユニットとある一定のギャッ
プで分離された光トランスデューサユニットの概略断面図であり、ＳＰＲ感知領
域から反射された後、光線は複数回、センサチップユニットの裏面及び上面上の
２つの平面鏡間で反射される。

【図９】ａ）ｐ′回折格子素子に対し口径Ｄ、回折距離ａ_ｐ及び回折角α _ｐの本発明で使用される反射回折光学素子（ＲＤＯＥ）の例を示したものであり
、ｂ）平行光線が反射されて、（ａ）におけるＲＤＯＥの１つの側の１つの焦点
に集束することを示したものであり、ｃ）平行光線が反射されてＲＤＯＥの１つの側で平行な光線となる、ＲＤＯＥ
の他の実施例を示したものである。

【図１０】ａ）ｐ′回折格子素子に対し口径Ｄ、回折距離ａ_ｐ及び回折角
α_ｐ及び第２の回折角β_ｐの本発明で使用される反射回折光学素子（ＲＤＯＥ）
の他の例を示したものであり、ｂ）平行光線が反射されて、（ａ）におけるＲＤＯＥの１つの側の１つの焦点
に集束することを示したものであり、ｃ）平行光線が反射されてＲＤＯＥの１つの側で平行な光線となる、ＲＤＯＥ
の他の実施例を示したものである。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年４月６日（２００１．４．６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のユニットと第２のユニットを備え、前記第１の及び第
２のユニットが分離可能であり、前記第１のユニットが、第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第２のユニット
からの光線を受理する光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を前記第２のユ
ニットに伝達する光出力手段と、前記第１のユニットから受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するよう
に適合された光学素子の第１の組と、前記導電性膜からの光線を前記光出力手段に向かって誘導し、前記導電性膜か
らの光線を第２のユニットに伝達するように適合された光学素子の第２の組と、を備えると共に、前記第２のユニットが、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の第１の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分に配置され前記調整された光線を第
１のユニットに伝達する光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され前記第１のユニットか
らの光線を受理する光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、前記第１のユニットから受理された光線を前記検出手段に向かって誘導するよ
うに適合された光学素子の第２の組と、を備え、光入力及び光出力手段の位置での光線の伝播方向は本質的には第１及
び第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光線が第１及び第２のユニ
ット中に入るときに光線が屈折しない表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２】前記放出手段は半導体レーザダイオードなどのレーザ源を備
える請求項１記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３】前記放出手段は本質的に単一波長で光を放出する光源を備え
る請求項１記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４】前記放出手段は発光ダイオードなどの複数の波長で光を放出
する光源を備える請求項１記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項５】前記第２のユニットの光学素子の前記第１の組は放出された
光線を平行にするための手段を備える請求項１乃至４のいずれかに記載の表面プ
ラズモン共鳴センサ。
【請求項６】前記第２のユニットの光学素子の前記第１の組はさらに放出
された光線を偏光するための手段を備える請求項５記載の表面プラズモン共鳴セ
ンサ。
【請求項７】前記第１及び第２のユニットの前記入力及び出力手段は反射
防止コーティングを備える請求項１乃至６のいずれかに記載の表面プラズモン共
鳴センサ。
【請求項８】前記検出手段は複数の光検出器アレイ、電荷結合装置あるい
は相補的な金属酸化物半導体画像センサなどの光感知素子のアレイを備える請求
項１乃至７のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項９】さらに光シールド部材を備える請求項１乃至８のいずれかに
記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１０】前記第１のユニットの光学素子の第１の組は回折格子また
はホログラフィ回折格子などの回折部材を備え、前記回折部材は平行光線を集束
光線に変換するように適合されている請求項１乃至９のいずれかに記載の表面プ
ラズモン共鳴センサ。
【請求項１１】前記第１のユニットの光学素子の第２の組は回折格子また
はホログラフィ回折格子などの回折部材を備え、前記回折部材は発散する光線を
平行光線に変換するように適合されている請求項１乃至１０のいずれかに記載の
表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１２】前記第１のユニットの光学素子の第１の組は回折格子また
はホログラフィ回折格子などの反射部材を備え、前記反射部材は平行光線を集束
光線に変換するように適合されている請求項１乃至９のいずれかに記載の表面プ
ラズモン共鳴センサ。
【請求項１３】前記第１のユニットの光学素子の第２の組は回折格子また
はホログラフィ回折格子などの反射部材を備え、前記反射部材は発散する光線を
平行光線に変換するように適合されている請求項１乃至９のいずれかに記載の表
面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１４】前記光学素子の第２の組は反射鏡などの反射部材を備える
請求項１乃至９のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１５】前記導電性膜は金膜、銀膜、アルミニウム膜またはチタン
膜などの金属膜である請求項１乃至１３のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴
センサ。
【請求項１６】前記導電性膜は複数の導電膜を備え、前記複数の膜は横方
向に延在するパターンで配列される請求項１５に記載の表面プラズモン共鳴セン
サ。
【請求項１７】さらに、前記導電性膜と前記第１のハウジングの第１の外
表面部分との間に配置された誘電体材料層を備える請求項１乃至１５のいずれか
に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１８】さらに、前記複数の導電性膜のそれぞれと前記第１のハウ
ジングの第１の外表面部分との間に配置された誘電体材料層を備える請求項１６
に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項１９】さらに移動手段を備え、前記移動手段は第１及び第２のユ
ニットを互いに移動させ、導電性膜に対し光線の焦点を移動させるように適合さ
れる請求項１乃至１８のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２０】さらに移動手段を備え、前記移動手段は第１及び第２のユ
ニットを互いに移動させ、導電性膜に向かって誘導される光線の入射角を変更さ
せるように適合される請求項１乃至１８のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴
センサ。
【請求項２１】請求項１乃至２０記載の表面プラズモン共鳴センサを２以
上組み合わせたものを備え、前記２以上の表面プラズモン共鳴センサの組み合わ
せは横方向に延在するパターンで配列されている表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２２】表面プラズモン共鳴センサを用いてサンプルの生物／化学
組成を決定する方法であって、前記表面プラズモン共鳴センサは第１のユニット
と第２のユニットとを備え、前記第１及び第２のユニットは分離可能であり、前
記第１のユニットは、第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第２のユニット
からの光線を受理する光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を前記第２のユ
ニットに伝達する光出力手段と、前記第１のユニットから受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するよう
に適合された光学素子の第１の組と、前記導電性膜からの光線を前記光出力手段に向かって誘導し、前記導電性膜か
らの光線を第２のユニットに伝達するように適合された光学素子の第２の組と、を備え、前記第２のユニットが、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の第１の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分に配置され前記調整された光線を第
１のユニットに伝達する光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され前記第１のユニットか
らの光線を受理する光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、前記第１のユニットから受理された光線を前記検出手段に向かって誘導するよ
うに適合された光学素子の第２の組と、を備え、光入力及び光出力手段の位置での光線の伝播方向は本質的には第１及
び第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光線が第１及び第２のユニ
ット中に入るときに光線が屈折しない方法。
【請求項２３】第１のハウジングと、表面プラズモンを支持するように適合された導電性材料の膜であって、該膜は
前記第１のハウジングの第１の外表面部分により保持されている膜と、前記第１のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、光線を受理するよう
に適合された光入力手段と、前記第１のハウジングの第３の外表面部分上に配置され、光線を伝達するよう
に適合された光出力手段と、前記受理した光線を前記導電性膜に向かって誘導するように適合された第１の
回折光学素子と、前記導電性膜からの反射光線を前記光出力手段に向かって誘導するように適合
された第２の回折光学素子と、を備える第１のユニットを備えると共に、光入力及び光出力手段の位置での光
線の伝播方向は本質的には第１のハウジングの外表面部分に垂直であり、前記光
線が前記光入力及び出力手段の位置で屈折しない表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２４】さらに、第２のハウジングと、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の組と、前記第２のハウジングの第１の外表面部分上に配置され、前記調整された光線
を第１のユニットに伝達するように適合された光出力手段と、前記第２のハウジングの第２の外表面部分上に配置され、前記第１のユニット
からの光線を受理するように適合された光入力手段と、前記第１のユニットから受理された光線を検出するように適合された検出手段
と、を備える第２のユニットを有し、光入力及び光出力手段の位置での光線の伝播
方向は本質的には第２のハウジングの外表面部分に垂直であり、光入力及び出力
手段の位置で光線が屈折しない表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２５】前記第２のユニットはさらに、前記第１から受理した光線
を前記検出手段に向けて誘導するように適合された光学素子を備える請求項２４
記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２６】前記発光手段は、半導体レーザダイオードなどのレーザ源
を備える請求項２４または２５に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２７】前記発光手段は本質的に単一波長で光を放出する光源を備
える請求項２４乃至２６記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２８】前記発光手段は発光ダイオードなどの複数の波長で光を放
出する光源を備える請求項２４または２５記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項２９】前記第２のユニットの光学素子の前記第１の組は放出され
た光線を平行にするための手段を備える請求項２４乃至２８のいずれかに記載の
表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３０】前記第２のユニットの光学素子の前記第１の組はさらに放
出された光線を偏光するための手段を備える請求項２９記載の表面プラズモン共
鳴センサ。
【請求項３１】前記第１及び第２のユニットの前記入力及び出力手段は反
射防止コーティングを備える請求項２３乃至３０のいずれかに記載の表面プラズ
モン共鳴センサ。
【請求項３２】前記検出手段は複数の光検出器アレイ、電荷結合装置ある
いは相補的な金属酸化物半導体画像センサなどの光感知素子のアレイを備える請
求項２４乃至３１のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３３】前記第１のユニットの光学素子の第１及び第２の回折光学
素子は、反射ホログラフィ回折格子などの光回折素子を備える請求項２３乃至３
２のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３４】前記導電性膜は金膜、銀膜、アルミニウム膜またはチタン
膜などの金属膜である請求項２３乃至３３のいずれかに記載の表面プラズモン共
鳴センサ。
【請求項３５】前記導電性膜は複数の導電膜を備え、前記複数の膜は横方
向に延在するパターンで配列される請求項３４に記載の表面プラズモン共鳴セン
サ。
【請求項３６】さらに、前記導電性膜と前記第１のハウジングの第１の外
表面部分との間に配置された誘電体材料層を備える請求項２３乃至３５のいずれ
かに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３７】さらに、前記複数の導電性膜のそれぞれと前記第１のハウ
ジングの第１の外表面部分との間に配置された誘電体材料層を備える請求項３５
に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項３８】さらに移動手段を備え、前記移動手段は第１及び第２のユ
ニットを互いに移動させ、１以上の導電性膜に対し光線の焦点を移動させるよう
に適合される請求項２３乃至３７のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ
。
【請求項３９】さらに移動手段を備え、前記移動手段は第１及び第２のユ
ニットを互いに移動させ、１以上の導電性膜に向かって誘導される光線の入射角
を変更させるように適合される請求項２３乃至３７のいずれかに記載の表面プラ
ズモン共鳴センサ。
【請求項４０】透明部材と、表面プラズモンを支持するように適合されると共に、前記部材の外表面部分に
より保持されている導電性材料の層と、前記部材の第１の外表面部分により保持されると共に、受理された光線を導電
性層に向けて誘導するように適合された第１の光学回折格子であって、受理され
た光線の第１の光学回折格子の位置での伝播方向は本質的には前記部材の第１の
外表面部分に垂直であり前記受理された光線は実質的に平行にされる、第１の光
学回折格子と、前記部材の第２の外表面部分により保持されると共に、前記導電層から光線を
受理するようにように適合され、前記導電層から受理された光線を再放出するよ
うに適合された第２の光学回折格子であって、再放出された光線の第２の光学回
折格子の位置での伝播方向は本質的には前記部材の第２の外表面部分に垂直であ
り前記再放出された光線は実質的に平行にされる、第２の光学回折格子と、を備える表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４１】さらに、光線を放出するための手段と、前記放出された光線を調整するように適合された光学素子の組と、前記再放出された光線を検出するための手段と、を備える請求項４０記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４２】さらに、前記再放出された光線を前記検出手段に向けて誘
導するように適合された光学素子を備える請求項４１記載の表面プラズモン共鳴
センサ。
【請求項４３】前記発光手段は半導体レーザダイオードなどのレーザ源を
備える請求項４１または４２に記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４４】前記発光手段は本質的に単一波長で光を放出する光源を備
える請求項４１乃至４３記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４５】前記発光手段は発光ダイオードなどの複数の波長で光を放
出する光源を備える請求項４１または４２記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４６】前記光学素子の組は放出された光線を平行にするための手
段を備える請求項４１乃至４５のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４７】前記光学素子の組はさらに前記放出された光線を偏光する
ための手段を備える請求項４６記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４８】前記検出手段は複数の光検出器アレイ、電荷結合装置ある
いは相補的な金属酸化物半導体画像センサなどの光感知素子のアレイを備える請
求項４１乃至４７のいずれかに記載の表面プラズモン共鳴センサ。
【請求項４９】前記導電性膜は金膜、銀膜、アルミニウム膜またはチタン
膜などの金属膜である請求項４０乃至４８のいずれかに記載の表面プラズモン共
鳴センサ。