JP2003139693A - 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの受光素子の検出信号を比較した結果に
基づいて全反射解消角θ_ＳＰを求める構成の全反射減衰
を利用したセンサーにおいて、測定結果に対する信頼性
を向上させる。 【解決手段】 誘電体ブロック10と、光ビーム13を発生
させる光源14と、光ビーム13を誘電体ブロック10に入射
させる光学系15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム
13を検出する２つの受光素子からなる第１および第２の
光検出手段と、第１および第２の光検出手段に接続され
た信号処理手段19等をからなる全反射減衰を利用した測
定装置において、２つの光検出手段の出力信号の大きさ
を比較し、信号の大きさの差が所定の値を超えている場
合に測定結果が不正であると判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズ
モンセンサー等の、全反射減衰を利用した測定方法およ
び測定装置に関し、特に詳細には、全反射減衰によって
測定光に生じる暗線を光検出手段を用いて検出する全反
射減衰を利用した測定方法および測定装置に関するもの
である。

【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。

【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）。

【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が得られ、かつ
表面プラズモン共鳴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表面プラズモン共鳴の状
態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを
備えてなるものである。

【０００５】なお上述のように種々の入射角を得るため
には、比較的細い光ビームを入射角を変えて上記界面に
入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で
入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを
上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させ
てもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の
変化にしたがって反射角が変化する光ビームを、上記反
射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって
検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセ
ンサによって検出することができる。一方後者の場合
は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光でき
る方向に延びるエリアセンサによって検出することがで
きる。

【０００６】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θ_ＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中
に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネ
ッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズ
モンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが
表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立してい
るとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面
プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜と
の界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強
度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検
出される。

【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。

【０００８】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θ_ＳＰから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_ｍ とε_Ｓ 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。

【０００９】

【数１】 試料の誘電率ε_Ｓ 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θ_ＳＰを知ることによ
り、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求め
ることができる。

【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。

【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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の全
反射減衰を利用したセンサーにおいては、プリズムと薄
膜層との界面で反射した光ビームの強度を反射角毎に検
出するために、前述したように光ビームの偏向に同期移
動する光検出器や、広い受光面を有するＣＣＤエリアセ
ンサ等を用いていた。

【００１３】前者の場合は、全反射解消角の測定範囲に
関して比較的大きなダイナミックレンジを確保できる
が、その反面、機械的な駆動機構が必要になることか
ら、試料分析を高速で行なうのは困難となっている。

【００１４】一方後者の場合は、高速分析が可能である
反面、ＣＣＤ等のエリアセンサの分解能、電荷蓄積のダ
イナミックレンジが低いことから、高い分析精度を確保
するのは困難となっている。

【００１５】このような事情に鑑み、本出願人は先に、
第１の反射角範囲と第２の反射角範囲にある反射光をそ
れぞれ２分割フォトダイオード等によって別個に検出
し、それら各反射光の光強度検出信号を比較した結果に
基づいて全反射解消角θ_ＳＰを求める構成を提案した
（特開平９−２９２３３４号公報参照）。

【００１６】しかしながら、上記特開平９−２９２３３
４号公報に記載された構成の全反射減衰を利用した測定
装置においては、２つの受光素子のみを用いて全反射解
消角θ_ＳＰを求めるため、金属膜の極一部にゴミやコン
タミ等が付着した場合であっても、検出信号に影響を及
ぼすため、測定結果に対する信頼性を向上させることが
難しかった。

【００１７】本発明は上記問題に鑑みてなされたもので
あり、２つの受光素子の検出信号を比較した結果に基づ
いて全反射解消角θ_ＳＰを求める構成の全反射減衰を利
用した測定方法および測定装置において、測定結果に対
する信頼性を向上させた全反射減衰を利用した測定方法
および測定装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の全反射減
衰を利用した測定方法は、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、光ビームを誘
電体ブロックに対して、誘電体ブロックと薄膜層との界
面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させ
る光学系と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第
１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の
受光素子と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第
１の反射角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビ
ームの光量を検出する第２の受光素子とからなり、この
第１および第２の受光素子により前記界面で全反射した
光ビームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知す
る第１の光検出手段と、第１の反射角範囲にある光ビー
ムの光量を検出する第３の受光素子と、第２の反射角範
囲にある光ビームの光量を検出する第４の受光素子とか
らなり、この第３および第４の受光素子により前記界面
で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰の
状態を検知する第２の光検出手段と、第１および第２の
光検出手段に接続された信号処理手段とを備えてなる全
反射減衰を利用した測定装置において、第１の光検出手
段により検出された信号と、第２の光検出手段により検
出された信号とを比較し、この２つの信号の大きさの差
が所定の値を超えた場合に測定結果が不正であると判断
することを特徴とするものである。

【００１９】ここで、「所定の値」、すなわち各光検出
手段により検出された信号間の許容誤差は、一定の値と
してもよいし、各測定に要求される測定精度によって値
を変えてもよい。

【００２０】また、本発明の第２の全反射減衰を利用し
た測定方法は、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、光ビームを誘電体ブロッ
クに対して、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射
条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減
衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角
範囲にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子
と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第４の受光素子とからなり、この第３および第４の受光
素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検
知する第２の光検出手段と、第１および第２の光検出手
段に接続された信号処理手段とを備えてなる全反射減衰
を利用した測定装置において、第１の光検出手段により
検出された信号と、第２の光検出手段により検出された
信号とを比較し、この２つの信号の大きさの差が所定の
値を超えた場合に測定結果が不正であると判断すること
を特徴とするものである。

【００２１】さらに、本発明の第３の全反射減衰を利用
した測定方法は、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、光ビームを誘電体ブロック
に対して、誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反
射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴
う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第
１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第３の
受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を
検出する第４の受光素子とからなり、この第３および第
４の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強
度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全
反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、第１お
よび第２の光検出手段に接続された信号処理手段とを備
えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、第１
の光検出手段により検出された信号と、第２の光検出手
段により検出された信号とを比較し、この２つの信号の
大きさの差が所定の値を超えた場合に測定結果が不正で
あると判断することを特徴とするものである。

【００２２】また、光検出手段を３つ備えた全反射減衰
を利用した測定装置においては、測定結果が不正である
場合においても、正確な測定結果を得ることができる場
合がある。

【００２３】本発明の第４から第６の全反射減衰を利用
した測定方法は、そのような形態に対応したものであ
り、本発明の第４の全反射減衰を利用した測定方法は、
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、光ビームを誘電体ブロックに対して、誘
電体ブロックと薄膜層との界面で全反射条件が得られる
ように種々の角度で入射させる光学系と、前記界面で全
反射した光ビームのうち、第１の反射角範囲にある光ビ
ームの光量を検出する第１の受光素子と、前記界面で全
反射した光ビームのうち、第１の反射角範囲とは異なる
第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第２
の受光素子とからなり、この第１および第２の受光素子
により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定し
て、全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、
第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第３
の受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量
を検出する第４の受光素子とからなり、この第３および
第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第２の光
検出手段と、第１の反射角範囲にある光ビームの光量を
検出する第５の受光素子と、第２の反射角範囲にある光
ビームの光量を検出する第６の受光素子とからなり、こ
の第５および第６の受光素子により前記界面で全反射し
た光ビームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知
する第３の光検出手段と、第１から第３の光検出手段に
接続された信号処理手段とを備えてなる全反射減衰を利
用した測定装置において、第１の光検出手段により検出
された信号と、第２の光検出手段により検出された信号
と、第３の光検出手段により検出された信号とを比較
し、この３つの信号間の大きさの差が全て所定の値を超
えた場合には測定結果が不正であると判断し、この３つ
の信号のうち２つの信号の大きさの差が略等しい場合に
はこの２つの信号の表す測定結果が正確であると判断す
ることを特徴とするものである。

【００２４】また、本発明の第５の全反射減衰を利用し
た測定方法は、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、光ビームを誘電体ブロッ
クに対して、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射
条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減
衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角
範囲にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子
と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第４の受光素子とからなり、この第３および第４の受光
素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検
知する第２の光検出手段と、第１の反射角範囲にある光
ビームの光量を検出する第５の受光素子と、第２の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第６の受光素子
とからなり、この第５および第６の受光素子により前記
界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面プラ
ズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検知する第３の光
検出手段と、第１から第３の光検出手段に接続された信
号処理手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装
置において、第１の光検出手段により検出された信号
と、第２の光検出手段により検出された信号と、第３の
光検出手段により検出された信号とを比較し、この３つ
の信号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には
測定結果が不正であると判断し、この３つの信号のうち
２つの信号の大きさの差が略等しい場合にはこの２つの
信号の表す測定結果が正確であると判断することを特徴
とするものである。

【００２５】さらに、本発明の第６の全反射減衰を利用
した測定方法は、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、光ビームを誘電体ブロック
に対して、誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反
射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴
う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第
１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第３の
受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を
検出する第４の受光素子とからなり、この第３および第
４の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強
度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全
反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、第１の
反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第５の受光
素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出
する第６の受光素子とからなり、この第５および第６の
受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全反射
減衰の状態を検知する第３の光検出手段と、第１から第
３の光検出手段に接続された信号処理手段とを備えてな
る全反射減衰を利用した測定装置において、第１の光検
出手段により検出された信号と、第２の光検出手段によ
り検出された信号と、第３の光検出手段により検出され
た信号とを比較し、この３つの信号間の大きさの差が全
て所定の値を超えた場合には測定結果が不正であると判
断し、この３つの信号のうち２つの信号の大きさの差が
略等しい場合にはこの２つの信号の表す測定結果が正確
であると判断することを特徴とするものである。

【００２６】本発明の第１から第３の全反射減衰を利用
した測定装置は、上記第１から第３の全反射減衰を利用
した測定方法に用いられるものであって、本発明の第１
の全反射減衰を利用した測定装置は、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、
光ビームを誘電体ブロックに対して、誘電体ブロックと
薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の角
度で入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビー
ムのうち、第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検
出する第１の受光素子と、前記界面で全反射した光ビー
ムのうち、第１の反射角範囲とは異なる第２の反射角範
囲にある光ビームの光量を検出する第２の受光素子とか
らなり、この第１および第２の受光素子により前記界面
で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰の
状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角範囲
にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子と、第
２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第４の
受光素子とからなり、この第３および第４の受光素子に
より前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、
全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、第１
および第２の光検出手段に接続された信号処理手段とを
備えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、信
号処理手段が、第１の光検出手段により検出された信
号、および第２の光検出手段により検出された信号の２
つの信号の大きさの差を所定の値と比較する演算を行う
ものであることを特徴とするものである。

【００２７】また、本発明の第２の全反射減衰を利用し
た測定装置は、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、光ビームを誘電体ブロッ
クに対して、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射
条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減
衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角
範囲にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子
と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第４の受光素子とからなり、この第３および第４の受光
素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検
知する第２の光検出手段と、第１および第２の光検出手
段に接続された信号処理手段とを備えてなる全反射減衰
を利用した測定装置において、信号処理手段が、第１の
光検出手段により検出された信号、および第２の光検出
手段により検出された信号の２つの信号の大きさの差を
所定の値と比較する演算を行うものであることを特徴と
するものである。

【００２８】さらに、本発明の第３の全反射減衰を利用
した測定装置は、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、光ビームを誘電体ブロック
に対して、誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反
射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴
う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第
１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第３の
受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を
検出する第４の受光素子とからなり、この第３および第
４の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強
度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全
反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、第１お
よび第２の光検出手段に接続された信号処理手段とを備
えてなる全反射減衰を利用した測定装置において、信号
処理手段が、第１の光検出手段により検出された信号、
および第２の光検出手段により検出された信号の２つの
信号の大きさの差を所定の値と比較する演算を行うもの
であることを特徴とするものである。

【００２９】また、本発明の第４から第６の全反射減衰
を利用した測定装置は、上記第４から第６の全反射減衰
を利用した測定方法に用いられるものであって、本発明
の第４の全反射減衰を利用した測定装置は、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、光ビームを誘電体ブロックに対して、誘電体ブロッ
クと薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々
の角度で入射させる光学系と、前記界面で全反射した光
ビームのうち、第１の反射角範囲にある光ビームの光量
を検出する第１の受光素子と、前記界面で全反射した光
ビームのうち、第１の反射角範囲とは異なる第２の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第２の受光素子
とからなり、この第１および第２の受光素子により前記
界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減
衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角
範囲にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子
と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第４の受光素子とからなり、この第３および第４の受光
素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段
と、第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第５の受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの
光量を検出する第６の受光素子とからなり、この第５お
よび第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビー
ムの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第３
の光検出手段と、第１から第３の光検出手段に接続され
た信号処理手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測
定装置において、信号処理手段が、第１の光検出手段に
より検出された信号、第２の光検出手段により検出され
た信号、および第３の光検出手段により検出された信号
の３つの信号間の大きさの差を所定の値と比較する演算
を行うものであることを特徴とするものである。

【００３０】また、本発明の第５の全反射減衰を利用し
た測定装置は、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、光ビームを誘電体ブロッ
クに対して、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射
条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減
衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第１の反射角
範囲にある光ビームの光量を検出する第３の受光素子
と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
第４の受光素子とからなり、この第３および第４の受光
素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定
して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検
知する第２の光検出手段と、第１の反射角範囲にある光
ビームの光量を検出する第５の受光素子と、第２の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第６の受光素子
とからなり、この第５および第６の受光素子により前記
界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面プラ
ズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検知する第３の光
検出手段と、第１から第３の光検出手段に接続された信
号処理手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装
置において、信号処理手段が、第１の光検出手段により
検出された信号、第２の光検出手段により検出された信
号、および第３の光検出手段により検出された信号の３
つの信号間の大きさの差を所定の値と比較する演算を行
うものであることを特徴とするものである。

【００３１】さらに、本発明の第６の全反射減衰を利用
した測定装置は、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、光ビームを誘電体ブロック
に対して、誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反
射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子
と、前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射
角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
量を検出する第２の受光素子とからなり、この第１およ
び第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビーム
の強度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴
う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、第
１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第３の
受光素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を
検出する第４の受光素子とからなり、この第３および第
４の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強
度を測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全
反射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、第１の
反射角範囲にある光ビームの光量を検出する第５の受光
素子と、第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出
する第６の受光素子とからなり、この第５および第６の
受光素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、光導波層での導波モードの励起に伴う全反射
減衰の状態を検知する第３の光検出手段と、第１から第
３の光検出手段に接続された信号処理手段とを備えてな
る全反射減衰を利用した測定装置において、信号処理手
段が、第１の光検出手段により検出された信号、第２の
光検出手段により検出された信号、および第３の光検出
手段により検出された信号の３つの信号間の大きさの差
を所定の値と比較する演算を行うものであることを特徴
とするものである。

【００３２】

【発明の効果】本発明の第１から第３の全反射減衰を利
用した測定方法によれば、２つの受光素子からなる第１
および第２の光検出手段と、この２つの光検出手段から
出力された信号を比較する信号処理手段を設けた全反射
減衰を利用した測定装置において、第１の光検出手段に
より検出された信号と、第２の光検出手段により検出さ
れた信号とを比較し、この２つの信号の大きさの差が所
定の値を超えた場合に測定結果が不正であると判断する
ようにしたため、測定結果の信頼性を向上させることが
できる。

【００３３】また、本発明の第４から第６の全反射減衰
を利用した測定方法によれば、２つの受光素子からなる
第１、第２および第３の光検出手段と、この３つの光検
出手段から出力された信号を比較する信号処理手段を設
けた全反射減衰を利用した測定装置において、第１の光
検出手段により検出された信号と、第２の光検出手段に
より検出された信号と、第３の光検出手段により検出さ
れた信号とを比較し、この３つの信号間の大きさの差が
全て所定の値を超えた場合には測定結果が不正であると
判断し、この３つの信号のうち２つの信号の大きさの差
が略等しい場合にはこの２つの信号の表す測定結果が正
確であると判断するようにしたため、測定結果の信頼性
を向上させることができるとともに、３つの信号のうち
２つの信号が略等しい場合には、再度測定を行わなくて
も正確な測定結果を得ることができる。

【００３４】また、本発明の第１から第３の全反射減衰
を利用した測定装置によれば、２つの受光素子からなる
第１および第２の光検出手段と、この２つの光検出手段
から出力された信号を比較する信号処理手段を設け、こ
の信号処理手段により第１の光検出手段により検出され
た信号と、第２の光検出手段により検出された信号とを
比較する処理を行うようにしたため、この２つの信号の
大きさの差が所定の値を超えた場合に測定結果が不正で
あると判断することができるようになるので、測定結果
の信頼性を向上させることができる。

【００３５】さらに、本発明の第４から第６の全反射減
衰を利用した測定方法によれば、２つの受光素子からな
る第１、第２および第３の光検出手段と、この３つの光
検出手段から出力された信号を比較する信号処理手段を
設け、この信号処理手段により第１の光検出手段により
検出された信号と、第２の光検出手段により検出された
信号と、第３の光検出手段により検出された信号とを比
較する処理を行うようにしたため、この３つの信号間の
大きさの差が全て所定の値を超えた場合には測定結果が
不正であると判断し、この３つの信号のうち２つの信号
の大きさの差が略等しい場合にはこの２つの信号の表す
測定結果が正確であると判断することができるようにな
るので、測定結果の信頼性を向上させることができると
ともに、３つの信号のうち２つの信号が略等しい場合に
は、再度測定を行わなくても正確な測定結果を得ること
ができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。本発明の第１の実施形態の
全反射減衰を利用したセンサーは、表面プラズモン共鳴
を利用した表面プラズモンセンサーであり、図１は表面
プラズモンセンサーの側面形状を示すものである。

【００３７】この表面プラズモンセンサーは、例えば概
略四角錐の一部が切り取られた形状とされた誘電体ブロ
ック10と、この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）
に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等から
なる金属膜12とを有している。

【００３８】誘電体ブロック10は例えば透明樹脂等から
なり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた
形とされ、この嵩上げされた部分10ａは液体の試料11を
貯える試料保持部として機能する。

【００３９】なお本例では、金属膜12の上に液体試料11
の中の特定物質と結合するセンシング媒体30を固定して
いる。金属膜12上にセンシング媒体30を固定し、液体試
料11とセンシング媒体30との結合状態に応じたセンシン
グ媒体30の屈折率の変化に基づく全反射減衰の変化の様
子を測定することにより、この結合状態の変化の様子を
調べることができる。すなわち、液体試料11およびセン
シング媒体30の双方が、分析対象の試料となる。そのよ
うな特定物質とセンシング媒体30との組合せとしては、
例えば抗原と抗体等が挙げられる。

【００４０】誘電体ブロック10は金属膜12とともに、使
い捨ての測定チップを構成しており、例えばターンテー
ブル31に複数設けられたチップ保持孔31ａに１個ずつ嵌
合固定される。誘電体ブロック10がこのようにターンテ
ーブル31に固定された後、ターンテーブル31が一定角度
ずつ間欠的に回動され、所定位置に停止した誘電体ブロ
ック10に対して液体試料11が滴下され、該液体試料11が
試料保持部10ａ内に保持される。その後さらにターンテ
ーブル31が一定角度回動されると、誘電体ブロック10が
この図１に示した測定位置に送られ、そこで停止する。

【００４１】本実施形態の表面プラズモンセンサーは、
上記誘電体ブロック10に加えてさらに、１本の光ビーム
13を発生させる半導体レーザ等からなる光源14（以下、
レーザ光源14という）と、上記光ビーム13を誘電体ブロ
ック10に通し、該誘電体ブロック10と金属膜12との界面
10ｂに対して、種々の入射角が得られるように入射させ
る光学系15と、界面10ｂで全反射した光ビーム13の光量
を検出する受光素子16ａおよび受光素子17ａからなる第
１の光検出手段と、受光素子16ｂおよび受光素子17ｂか
らなる第２の光検出手段と、第１および第２の光検出手
段（各受光素子）に接続された信号処理手段19とを備え
ている。なお、上記第１および第２の光検出手段および
信号処理手段19により光検出部が構成される。

【００４２】入射光学系15は、レーザ光源14から発散光
状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメーター
レンズ15ａと、該平行光化された光ビーム13を上記界面
10ｂ上で収束させる集光レンズ15ｂとから構成されてい
る。

【００４３】光ビーム13は、集光レンズ15ｂにより上述
のように集光されるので、界面10ｂに対して種々の入射
角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角
θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビーム
13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13に
は、種々の反射角で反射する成分が含まれることにな
る。なお、上記光学系15は、光ビーム13を界面10ｂにデ
フォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。
そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出（例
えば前記暗線の位置測定）の誤差が平均化されて、測定
精度が高められる。

【００４４】なお光ビーム13は、界面10ｂに対してｐ偏
光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ
光源14をその偏光方向が所定方向となるように配設すれ
ばよい。その他、波長板で光ビーム13の偏光の向きを制
御してもよい。

【００４５】光検出部について図を用いて説明する。図
２に示すように、界面10ｂにおいて比較的低角度で反射
した光ビーム13を受光素子16ａ、16ｂが検出するよう
に、界面10ｂにおいて比較的高角度で反射した光ビーム
13を受光素子17ａ、17ｂが検出するように各受光素子が
配されている。また、各受光素子16ａ、16ｂ、17ａ、17
ｂは信号処理手段19に接続されている。

【００４６】信号処理手段19は、受光素子17ａから出力
される信号をＡ、受光素子16ａから出力される信号を
Ｂ、受光素子17ｂから出力される信号をＣ、受光素子16
ｂから出力される信号をＤとすると、例えば（２）式の
ような演算を行うことにより表面プラズモン共鳴の状態
検出を行う。この詳細については後述する。

【００４７】 （Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝信号成分 （２） また、例えば（３）式のような演算を行うことにより、
検出信号が正確であるかどうか判断する。この場合、
（３）式の演算結果が０以外となった場合に不正と判断
する。

【００４８】 （Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＝信号誤差成分 （３） 上記受光素子には、一例としてフォトダイオードを用い
る。また、フォトダイオード以外にも、自己増倍機能を
有するＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）やフォトトラ
ンジスタ、焦電素子、ガスセル等のあらゆる検出器を用
いることができる。

【００４９】以下、上記構成の表面プラズモンセンサー
による試料分析について説明する。上述のように集光さ
れた光ビーム13が、界面10ｂに向けて照射される。該誘
電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂで全反射した種
々の角度の光ビーム13は、それぞれ受光素子16ａ、受光
素子16ｂ、受光素子17ａおよび受光素子17ｂによって検
出される。

【００５０】受光素子17ａから出力される信号Ａ、受光
素子16ａから出力される信号Ｂ、受光素子17ｂから出力
される信号Ｃ、および受光素子16ｂから出力される信号
Ｄは信号処理手段19に入力され、例えば（２）式のよう
な演算を行うことにより表面プラズモン共鳴の状態検出
を行う。

【００５１】 （Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＝（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）＝信号成分 （２） ここで、界面10ｂにある特定の入射角θ_ＳＰで入射した
光は、金属膜12とセンシング媒体30との界面に表面プラ
ズモンを励起させるので、この光については反射光強度
Ｉが鋭く低下する。つまり、全反射した光ビーム13の強
度Ｉと入射角θとの関係は概ね図３の（Ａ）、（Ｂ）に
それぞれ曲線ａ、ｂで示すようなものとなる。この全反
射減衰（ＡＴＲ）入射角θ_ＳＰや、反射光強度Ｉと入射
角θとの関係曲線が分かれば、分析対象試料を定量分析
することができる。以下、その理由を詳しく説明する。

【００５２】上記第１の反射角範囲と第２の反射角範囲
とが連続していて、それら両範囲の境界の反射角がθ
_Ｍ であるとすると、反射角θ_Ｍ よりも反射角が小さ
い範囲、大きい範囲の光が各々受光素子16、17により検
出される。

【００５３】一例として、θ_Ｍ よりも反射角が小さい
範囲の光が受光素子16ａおよび16ｂによって検出され、
θ_Ｍ よりも反射角が大きい範囲の光ビームが受光素子
17ａおよび17ｂによって検出されるものとすると、受光
素子16ａおよび16ｂは図３の（Ａ）、（Ｂ）でそれぞれ
斜線を付した範囲の光を検出することになり、その検出
光量は（Ａ）の場合よりも（Ｂ）の場合の方が大きくな
る。反対に、受光素子17ａおよび17ｂによる検出光量は
（Ａ）の場合よりも（Ｂ）の場合の方が小さくなる。こ
のように、受光素子16ａおよび16ｂの検出光量と受光素
子17ａおよび17ｂの検出光量は、反射角θと反射光強度
Ｉとの関係に応じた特有の差異を生じることになる。

【００５４】したがって、予め求めてある各試料毎の検
量線等を参照すれば、受光素子16ａおよび16ｂが出力す
る光量検出信号と、受光素子17ａおよび17ｂが出力する
光量検出信号との差、すなわち上記（２）式により求め
られる信号成分に基づいて、分析対象試料に関する全反
射減衰（ＡＴＲ）反射角θ_ＳＰや、反射角θと反射光強
度Ｉとの関係曲線を推定可能となり、分析対象試料の物
質を定量分析できるようになる。

【００５５】ところで、受光素子16ａと受光素子16ｂ
は、同一の反射角範囲の光ビームを検出するため、出力
される検出信号は略同一となる。同様に、受光素子17ａ
と受光素子17ｂも、同一の反射角範囲の光ビームを検出
するため、出力される検出信号は略同一となる。

【００５６】そのため、ゴミまたはコンタミ等の影響に
より、受光素子16ａと受光素子16ｂとで異なる検出結果
となった場合、もしくは受光素子17ａと受光素子17ｂと
で異なる検出結果となった場合は、例えば（３）式のよ
うな演算を行うと演算結果が０以外の値となる。

【００５７】 （Ａ−Ｂ）−（Ｃ−Ｄ）＝（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）＝信号誤差成分 （３） すなわち、上記（３）式のような演算を行い、上記信号
誤差成分が所定の値を超えている場合は、測定結果が不
正であると判断することができる。

【００５８】本実施の形態において、光検出部は図２に
示す態様に限らず、例えば図４に示す態様にしてもよ
い。図４に示す光検出部は、第１の光検出手段が受光素
子16ａと受光素子17ａとに接続された比較器18ａを備
え、第２の光検出手段が受光素子16ｂと受光素子17ｂと
に接続された比較器18ｂを備え、比較器18ａおよび18ｂ
の出力が信号処理手段19に入力される点が上記光検出部
と異なる。

【００５９】光検出部をこのような構成とした場合、各
比較器が出力する信号は、反射角θと反射光強度Ｉとの
関係に応じて生じる特有の差異であるため、少なくとも
一方の信号に基づいて分析対象試料に関する全反射減衰
（ＡＴＲ）反射角θ_ＳＰや、反射角θと反射光強度Ｉと
の関係曲線を推定可能となり、分析対象試料の物質を定
量分析できるようになる。また、信号処理手段19により
比較器18ａおよび18ｂの出力を比較することにより測定
結果が正確であるか不正であるかを判断することができ
る。

【００６０】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。なお本実施の形態の構成は第１の実施の形態
とほぼ同様の構成であるため、装置全体の構成図は省略
する。

【００６１】本実施の形態の説明において、第１の実施
の形態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。

【００６２】この第２の実施の形態の全反射減衰を利用
した測定装置は、第１の実施の形態から、光検出部のみ
を変更したものである。

【００６３】本実施形態の表面プラズモンセンサーは、
誘電体ブロック10と、１本の光ビーム13を発生させる半
導体レーザ等からなる光源14（以下、レーザ光源14とい
う）と、上記光ビーム13を誘電体ブロック10に通し、該
誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂに対して、種
々の入射角が得られるように入射させる光学系15と、界
面10ｂで全反射した光ビーム13の光量を検出する受光素
子16ａおよび受光素子17ａからなる第１の光検出手段
と、受光素子16ｂおよび受光素子17ｂからなる第２の光
検出手段と、受光素子16ｃおよび受光素子17ｃからなる
第３の光検出手段と、第１から第３の光検出手段（各受
光素子）に接続された信号処理手段19とを備えている。
なお、上記第１から第３の光検出手段および信号処理手
段19により光検出部が構成される。

【００６４】図５に本実施の形態の全反射減衰を利用し
た測定装置の光検出部を示す。図５に示すように、誘電
体ブロック10と金属膜12との界面10ｂにおいて比較的低
角度で反射した光ビーム13を受光素子16ａ、16ｂおよび
16ｃが検出するように、界面10ｂにおいて比較的高角度
で反射した光ビーム13を受光素子17ａ、17ｂ、17ｃが検
出するように各受光素子が配されている。また、各受光
素子16ａ、16ｂ、16ｃ、17ａ、17ｂ、17ｃは信号処理手
段19に接続されている。

【００６５】信号処理手段19は、受光素子17ａから出力
される信号をＡ、受光素子16ａから出力される信号を
Ｂ、受光素子17ｂから出力される信号をＣ、受光素子16
ｂから出力される信号をＤ、受光素子17ｃから出力され
る信号をＥ、受光素子16ｃから出力される信号をＦとす
ると、例えば（４）式のような演算を行うことにより表
面プラズモン共鳴の状態検出を行う。

【００６６】 （Ａ−Ｂ）＋（Ｃ−Ｄ）＋（Ｅ−Ｆ） ＝（Ａ＋Ｃ＋Ｅ）−（Ｂ＋Ｄ＋Ｆ） ＝信号成分 （４） また、例えば（５）式のような演算を行い、この３つの
信号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には測
定結果が不正であると判断でき、この３つの信号のうち
２つの信号の大きさの差が略等しい場合にはこの２つの
信号の表す測定結果が正確であると判断することができ
る。

【００６７】 （Ａ−Ｂ）＝信号成分１ （Ｃ−Ｄ）＝信号成分２ （Ａ−Ｂ）＝信号成分３ （５） 本実施の形態において、光検出部は図５に示す態様に限
らず、例えば図６に示す態様にしてもよい。図６に示す
光検出部は、第１の光検出手段が受光素子16ａと受光素
子17ａとに接続された比較器18ａを備え、第２の光検出
手段が受光素子16ｂと受光素子17ｂとに接続された比較
器18ｂを備え、第３の光検出手段が受光素子16ｃと受光
素子17ｃとに接続された比較器18ｃを備え、比較器18
ａ、18ｂおよび18ｃの出力が信号処理手段19に入力され
る点が上記光検出部と異なる。

【００６８】光検出部をこのような構成とした場合、各
比較器が出力する信号は、反射角θと反射光強度Ｉとの
関係に応じて生じる特有の差異であるため、少なくとも
一つの信号に基づいて分析対象試料に関する全反射減衰
（ＡＴＲ）反射角θ_ＳＰや、反射角θと反射光強度Ｉと
の関係曲線を推定可能となり、分析対象試料の物質を定
量分析できるようになる。また、信号処理手段19により
比較器18ａ、18ｂおよび18ｃの信号を比較し、この３つ
の信号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には
測定結果が不正であると判断でき、この３つの信号のう
ち２つの信号の大きさの差が略等しい場合にはこの２つ
の信号の表す測定結果が正確であると判断できる。

【００６９】なお、上述の第１および第２の実施の形態
の表面プラズモンセンサーにおいては、一部構成を変更
することにより漏洩モードセンサーとすることができ
る。以下、図面を用いて説明する。

【００７０】図７は、漏洩モードセンサーの一例を示す
図である。なおこの図７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。

【００７１】本実施の形態の全反射減衰を利用したセン
サーは、第１の実施の形態で説明した表面プラズモンセ
ンサーを漏洩モードセンサーに変更したものであり、本
例でも測定チップ化された誘電体ブロック10を用いるよ
うに構成されている。この誘電体ブロック10の一面（図
中の上面）にはクラッド層40が形成され、さらにその上
には光導波層41が形成されている。

【００７２】誘電体ブロック10は、例えば合成樹脂やＢ
Ｋ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラ
ッド層40は、誘電体ブロック10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41は、クラッド層40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40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41の膜厚は、例えばＰＭＭＡ
から形成する場合で700ｎｍ程度とされる。

【００７３】上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、
レーザ光源14から出射した光ビーム13を誘電体ブロック
10を通してクラッド層40に対して全反射角以上の入射角
で入射させると、該光ビーム13が誘電体ブロック10とク
ラッド層40との界面10ｂで全反射するが、クラッド層40
を透過して光導波層41に特定入射角で入射した特定波数
の光は、該光導波層41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41に取り込まれるので、上記界面10ｂ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。

【００７４】光導波層41における導波光の波数は、該光
導波層41の上の液体試料11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、
液体試料11の屈折率や、それに関連する液体試料11の特
性を分析することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモ
ンセンサーの側面図

【図２】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモ
ンセンサーの光検出部の一例の構成図

【図３】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

【図４】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモ
ンセンサーの光検出部の一例の構成図

【図５】本発明の第２の実施の形態による表面プラズモ
ンセンサーの光検出部の一例の構成図

【図６】本発明の第２の実施の形態による表面プラズモ
ンセンサーの光検出部の一例の構成図

【図７】本発明の漏洩モードセンサーの一例の側面図

【符号の説明】

10 誘電体ブロック 10ａ 誘電体ブロックの試料保持部 10ｂ 誘電体ブロックと金属膜との界面 11 試料 12 金属膜 13 光ビーム 14 半導体レーザ等 15 光学系 16、17 受光素子 18 比較器 19 信号処理手段 30 センシング媒体 31 ターンテーブル 40 クラッド層 41 光導波層

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01 BB01 BB06 BC07 HA04 2G058 CC11 CD04 EA11 GA02 2G059 AA01 BB04 BB12 CC16 EE02 EE05 FF04 GG01 GG04 JJ11 JJ12 JJ17 JJ19 JJ25 KK03 KK04 MM01 MM03 MM05 MM09 MM11 PP04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第１の光
   検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
   ２の光検出手段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号とを比較し、該２
   つの信号の大きさの差が所定の値を超えた場合に測定結
   果が不正であると判断することを特徴とする全反射減衰
   を利用した測定方法。
2. 【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
   せられる金属膜と、 光ビームを発生させる光源と、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
   ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件が得られる
   ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
   の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
   射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号とを比較し、該２
   つの信号の大きさの差が所定の値を超えた場合に測定結
   果が不正であると判断することを特徴とする全反射減衰
   を利用した測定方法。
3. 【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、 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、 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
   れるように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、前記光導波層での導波モードの励起に
   伴う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
   励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手
   段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号とを比較し、該２
   つの信号の大きさの差が所定の値を超えた場合に測定結
   果が不正であると判断することを特徴とする全反射減衰
   を利用した測定方法。
4. 【請求項４】 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
   ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第１の光
   検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
   ２の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
   および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
   ３の光検出手段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
   段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
   て、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号と、前記第３の光
   検出手段により検出された信号とを比較し、該３つの信
   号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には測定
   結果が不正であると判断し、前記３つの信号のうち２つ
   の信号の大きさの差が略等しい場合には該２つの信号の
   表す測定結果が正確であると判断することを特徴とする
   全反射減衰を利用した測定方法。
5. 【請求項５】 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、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
   ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件が得られる
   ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
   の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
   射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
   および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
   射減衰の状態を検知する第３の光検出手段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
   段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
   て、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号と、前記第３の光
   検出手段により検出された信号とを比較し、該３つの信
   号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には測定
   結果が不正であると判断し、前記３つの信号のうち２つ
   の信号の大きさの差が略等しい場合には該２つの信号の
   表す測定結果が正確であると判断することを特徴とする
   全反射減衰を利用した測定方法。
6. 【請求項６】 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、 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
   れるように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、前記光導波層での導波モードの励起に
   伴う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
   励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手
   段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
   および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
   励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第３の光検出手
   段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
   段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
   て、 前記第１の光検出手段により検出された信号と、前記第
   ２の光検出手段により検出された信号と、前記第３の光
   検出手段により検出された信号とを比較し、該３つの信
   号間の大きさの差が全て所定の値を超えた場合には測定
   結果が不正であると判断し、前記３つの信号のうち２つ
   の信号の大きさの差が略等しい場合には該２つの信号の
   表す測定結果が正確であると判断することを特徴とする
   全反射減衰を利用した測定方法。
7. 【請求項７】 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
   ように種々の角度で入射させる光学系と、前記界面で全
   反射した光ビームのうち、第１の反射角範囲にある光ビ
   ームの光量を検出する第１の受光素子と、前記界面で全
   反射した光ビームのうち、前記第１の反射角範囲とは異
   なる第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第２の受光素子とからなり、該第１および第２の受光素
   子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定し
   て、全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
   ２の光検出手段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
   された信号、および前記第２の光検出手段により検出さ
   れた信号の２つの信号の大きさの差を所定の値と比較す
   る演算を行うものであることを特徴とする全反射減衰を
   利用した測定装置。
8. 【請求項８】 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、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
   ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件が得られる
   ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
   の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
   射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
   された信号、および前記第２の光検出手段により検出さ
   れた信号の２つの信号の大きさの差を所定の値と比較す
   る演算を行うものであることを特徴とする全反射減衰を
   利用した測定装置。
9. 【請求項９】 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、 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
   れるように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
   囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
   前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
   角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
   量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
   第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
   強度を測定して、前記光導波層での導波モードの励起に
   伴う全反射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
   第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
   ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
   および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
   ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
   励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手
   段と、 前記第１および第２の光検出手段に接続された信号処理
   手段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置にお
   いて、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
   された信号、および前記第２の光検出手段により検出さ
   れた信号の２つの信号の大きさの差を所定の値と比較す
   る演算を行うものであることを特徴とする全反射減衰を
   利用した測定装置。
10. 【請求項１０】 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
    ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
    囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
    前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
    角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
    量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
    第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
    強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第１の光
    検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
    および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
    ２の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
    および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する第
    ３の光検出手段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
    段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
    て、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
    された信号、前記第２の光検出手段により検出された信
    号、および前記第３の光検出手段により検出された信号
    の３つの信号間の大きさの差を所定の値と比較する演算
    を行うものであることを特徴とする全反射減衰を利用し
    た測定装置。
11. 【請求項１１】 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、 前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体
    ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件が得られる
    ように種々の角度で入射させる光学系と、 前記界面で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範
    囲にある光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、
    前記界面で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射
    角範囲とは異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光
    量を検出する第２の受光素子とからなり、該第１および
    第２の受光素子により前記界面で全反射した光ビームの
    強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰
    の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
    および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
    射減衰の状態を検知する第２の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
    および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、表面プラズモン共鳴に伴う全反
    射減衰の状態を検知する第３の光検出手段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
    段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
    て、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
    された信号、前記第２の光検出手段により検出された信
    号、および前記第３の光検出手段により検出された信号
    の３つの信号間の大きさの差を所定の値と比較する演算
    を行うものであることを特徴とする全反射減衰を利用し
    た測定装置。
12. 【請求項１２】 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、 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
    れるように種々の角度で入射させる光学系と、前記界面
    で全反射した光ビームのうち、第１の反射角範囲にある
    光ビームの光量を検出する第１の受光素子と、前記界面
    で全反射した光ビームのうち、前記第１の反射角範囲と
    は異なる第２の反射角範囲にある光ビームの光量を検出
    する第２の受光素子とからなり、該第１および第２の受
    光素子により前記界面で全反射した光ビームの強度を測
    定して、前記光導波層での導波モードの励起に伴う全反
    射減衰の状態を検知する第１の光検出手段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第３の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第４の受光素子とからなり、該第３
    および第４の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
    励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第２の光検出手
    段と、 前記第１の反射角範囲にある光ビームの光量を検出する
    第５の受光素子と、前記第２の反射角範囲にある光ビー
    ムの光量を検出する第６の受光素子とからなり、該第５
    および第６の受光素子により前記界面で全反射した光ビ
    ームの強度を測定して、前記光導波層での導波モードの
    励起に伴う全反射減衰の状態を検知する第３の光検出手
    段と、 前記第１から第３の光検出手段に接続された信号処理手
    段とを備えてなる全反射減衰を利用した測定装置におい
    て、 前記信号処理手段が、前記第１の光検出手段により検出
    された信号、前記第２の光検出手段により検出された信
    号、および前記第３の光検出手段により検出された信号
    の３つの信号間の大きさの差を所定の値と比較する演算
    を行うものであることを特徴とする全反射減衰を利用し
    た測定装置。