JP2003177090A - Sensor utilizing total reflection attenuation - Google Patents

Sensor utilizing total reflection attenuation

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JP2003177090A
JP2003177090A JP2001376878A JP2001376878A JP2003177090A JP 2003177090 A JP2003177090 A JP 2003177090A JP 2001376878 A JP2001376878 A JP 2001376878A JP 2001376878 A JP2001376878 A JP 2001376878A JP 2003177090 A JP2003177090 A JP 2003177090A
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light beam
dielectric block
sample
total reflection
lens effect
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Application number
JP2001376878A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Naya
昌之 納谷
Kenji Matsumoto
研司 松本
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To also measure the absorbance of a sample in a sensor utilizing total reflection attenuation. <P>SOLUTION: The sensor utilizing total reflection attenuation comprises a dielectric block 10, a light source 14 for generating light beams 13, an optical system 15 for allowing the light beams 13 to enter an interface 10b so that various incident angles can be obtained, and a light detection means 17 for detecting the light beams 13 that are totally reflected from interface 10b for making parallel. The sensor further has a light source 50 for generating light beams 56 for measuring thermal lens effect, an optical system 51 for allowing the light beams 565 to enter the dielectric block 10, a mask 52 for shielding one portion of the light beams 56 through the dielectric block 10, and a light detection section 54 for detecting the light beams 56 through the dielectric block 10 via a mask 52 and an optical system 53, thus measuring thermal lens effect that depends on the absorbance of a sample 11. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、表面プラズモンの
発生を利用して試料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センサーに関
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
たセンサーに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sensor utilizing total reflection attenuation, such as a surface plasmon sensor for quantitatively analyzing a substance in a sample by utilizing the generation of surface plasmon, and more particularly to a total reflection attenuation. The present invention relates to a sensor utilizing attenuation of total reflection for detecting a dark line generated in measurement light by using a light detecting means.

【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 oscillate collectively to generate compression waves called plasma waves. And, the quantized 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 have been proposed for quantitatively analyzing a substance in a sample by utilizing the phenomenon that the surface plasmon is excited by a light wave.
Among them, one that is particularly well known is one that uses a system called Kretschmann arrangement (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、この光ビームを誘電体ブロックに対して、この誘電
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。
A surface plasmon sensor using the above system basically emits a light beam and 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. With respect to the light source to be generated and this light beam with respect to the dielectric block, various angles are set so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and total reflection attenuation due to surface plasmon resonance can occur. And an optical system for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface to detect the state of surface plasmon resonance, that is, the state of attenuated total reflection.

【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。
In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the above interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles. Therefore, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change of the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change of the above-mentioned reflection angle, or the direction of change of the reflection angle. It can be detected by an area sensor extending along. On the other hand, in the latter case, each light beam reflected at various reflection angles can be detected by an area sensor extending in a direction in which all the light beams can be received.

【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θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中
に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネ
ッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズ
モンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが
表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立してい
るとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面
プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜と
の界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強
度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検
出される。
In the surface plasmon sensor having the above structure, when a light beam is incident on the metal film at a specific incident angle θ SP which is equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution in the 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 this evanescent wave. When the wave 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 the light is transferred to the surface plasmon, so that at the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light sharply decreases. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detecting means.

【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。
The above resonance occurs only when the incident beam is p-polarized. Therefore, it is necessary to set in advance 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とεをそれぞれ金属、試料の誘電率とす
ると、以下の関係がある。
When the wave number of the surface plasmon is known from the incident angle θ SP at which this attenuated total reflection (ATR) occurs, the dielectric constant of the sample can be obtained. That is, the wave number of the surface plasmon is K
Let SP be the angular frequency of surface plasmons be ω, c be the speed of light in a vacuum, ε m and ε S be the metal, and the permittivity of the sample respectively, and the following relationships are established.

【0009】[0009]

【数1】 試料の誘電率εが分かれば、所定の較正曲線等に基
づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上
記反射光強度が低下する入射角θSPを知ることによ
り、試料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。
[Equation 1] If the permittivity ε S of the sample is known, the concentration of the specific substance in the sample can be known based on a predetermined calibration curve or the like. Therefore, by finally knowing the incident angle θ SP at which the reflected light intensity decreases, the dielectric constant of the sample can be determined. A property related to the index, that is, the refractive index can be obtained.

【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、この光ビームを上記誘電体ブロッ
クに対して、この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 a similar sensor utilizing the attenuated total reflection (ATR), for example, "Spectroscopic Research" Vol. 47, No. 1 (1998), pages 21 to 23 and 26 to 27.
Leakage mode sensors described on the page are also known. This leaky mode sensor is basically formed by, 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. A light guide layer, a light source for generating a light beam, and a total reflection condition for the dielectric block at the interface between the dielectric block and the clad layer, and a light guide for the light guide layer. The optical system that is incident at various angles so that the attenuation of the total reflection due to the excitation of the wave mode may occur, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured to determine the excited state of the guided mode, that is, the attenuated total reflection 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 leak mode sensor having the above structure,
When a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an angle of incidence equal to or more than the total reflection angle, only light with a specific incident angle having a specific wave number is transmitted in the optical waveguide layer after passing through the cladding layer. It propagates in the guided mode. When the guided mode is excited in this manner, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, so that 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 related characteristics of the sample are analyzed by knowing the above-mentioned specific incident angle at which attenuation of total reflection occurs. be able to.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上説明し
たタイプの従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モード
センサー等の全反射減衰を利用したセンサーから得られ
る測定結果からは、試料の屈折率に関連する物性情報し
か分析できないため、他の物性情報を得ることができな
かった。
By the way, from the measurement results obtained from the conventional surface plasmon sensor of the type described above, the leak mode sensor, and other sensors utilizing attenuation of total reflection, the physical properties related to the refractive index of the sample are shown. Since only information can be analyzed, other physical property information could not be obtained.

【0013】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、試料の屈折率以外に試料の吸光度も測定可能な
全反射減衰を利用したセンサー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 view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a sensor utilizing attenuated total reflection capable of measuring not only the refractive index of a sample but also the absorbance of the sample.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の全反射減
衰を利用したセンサーは、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強度を測
定して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備
えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、試料
に向けて熱レンズ効果測定用光ビームを照射する光ビー
ム照射手段と、誘電体ブロックを透過した熱レンズ効果
測定用光ビームの一部を遮光するマスクと、誘電体ブロ
ックを透過した熱レンズ効果測定用光ビームの強度をマ
スクを介して測定して、試料の熱レンズ効果の状態を検
知する熱レンズ効果検出手段とを備えたことを特徴とす
るものである。
A first sensor utilizing attenuation of total reflection according to the present invention comprises a dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and an optical layer. A light source that generates a beam, an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and total reflection at the interface. In the sensor utilizing attenuated total reflection, which comprises a light detecting means for detecting the intensity of the attenuated light beam and detecting the state of attenuation of total reflection, the light for irradiating the light beam for thermal lens effect measurement toward the sample. Beam irradiation means, mask for blocking a part of the thermal lens effect measuring light beam transmitted through the dielectric block, and the intensity of the thermal lens effect measuring light beam transmitted through the dielectric block is measured through the mask Te, is characterized in that a thermal lens effect detecting means for detecting the state of the thermal lens effect of the sample.

【0015】また、本発明の第2の全反射減衰を利用し
たセンサーは、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
光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサ
ーにおいて、試料に向けて熱レンズ効果測定用光ビーム
を照射する光ビーム照射手段と、誘電体ブロックを透過
した熱レンズ効果測定用光ビームの一部を遮光するマス
クと、誘電体ブロックを透過した熱レンズ効果測定用光
ビームの強度をマスクを介して測定して、試料の熱レン
ズ効果の状態を検知する熱レンズ効果検出手段とを備え
たことを特徴とするものである。
A second sensor utilizing attenuation of total reflection of the present invention is a dielectric block, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample,
A light source that generates a light beam, an optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and total light at the interface. Measure the intensity of the reflected light beam,
In a sensor utilizing attenuated total reflection, which comprises a photodetection means for detecting a state of attenuation of total reflection due to surface plasmon resonance, a light beam irradiation means for irradiating a light beam for thermal lens effect measurement toward a sample, A mask that shields a part of the thermal lens effect measurement light beam that has passed through the dielectric block and the intensity of the thermal lens effect measurement light beam that has passed through the dielectric block is measured through the mask, and the sample thermal lens And a thermal lens effect detecting means for detecting the effect state.

【0016】さらに、本発明の第3の全反射減衰を利用
したセンサーは、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
を検知する光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用
したセンサーにおいて、試料に向けて熱レンズ効果測定
用光ビームを照射する光ビーム照射手段と、誘電体ブロ
ックを透過した熱レンズ効果測定用光ビームの一部を遮
光するマスクと、誘電体ブロックを透過した熱レンズ効
果測定用光ビームの強度をマスクを介して測定して、試
料の熱レンズ効果の状態を検知する熱レンズ効果検出手
段とを備えたことを特徴とするものである。
Further, a third sensor utilizing attenuation of total reflection of the present invention is a dielectric block, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and a clad layer formed on the clad layer. The optical waveguide layer that is brought into contact with the light source, the light source that generates the light beam, and the light beam that enters the dielectric block at various angles so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. And the optical system to be measured, the intensity of the light beam totally reflected at the interface,
In a sensor utilizing attenuation of total internal reflection, which comprises a photodetection means for detecting the state of attenuation of total internal reflection due to excitation of a guided mode in an optical waveguide layer, a sample is irradiated with a light beam for measuring a thermal lens effect. Light beam irradiation means, a mask for blocking a part of the thermal lens effect measuring light beam transmitted through the dielectric block, and the intensity of the thermal lens effect measuring light beam transmitted through the dielectric block is measured through the mask. And a thermal lens effect detecting means for detecting the state of the thermal lens effect of the sample.

【0017】以下、「熱レンズ効果」について説明す
る。試料中を光ビームが通過すると、光熱変換により光
ビームの強度分布に沿って試料に温度分布が生じる。光
ビームの強度分布は光軸上が最も強く周辺に行くほど弱
くなり、また、試料の屈折率はほとんどの場合において
温度に反比例するため、試料中を光ビームが通過する
と、試料の屈折率分布は逆に光軸付近が低くなる。光学
的には、この屈折率分布は凹レンズと同じ効果を持つの
で、この効果を熱レンズ効果と呼ぶ。この効果の大き
さ、すなわち凹レンズの度数は試料の吸光度に比例す
る。
The "thermal lens effect" will be described below. When the light beam passes through the sample, a temperature distribution occurs in the sample along the intensity distribution of the light beam due to photothermal conversion. The intensity distribution of the light beam is strongest along the optical axis and weaker toward the periphery, and the refractive index of the sample is inversely proportional to temperature in most cases, so when the light beam passes through the sample, the refractive index distribution of the sample Conversely, the vicinity of the optical axis becomes low. Optically, this refractive index distribution has the same effect as a concave lens, so this effect is called the thermal lens effect. The magnitude of this effect, ie the power of the concave lens, is proportional to the absorbance of the sample.

【0018】本発明による全反射減衰を利用したセンサ
ーは、試料の屈折率等の測定に加え、上記熱レンズ効果
を利用して、試料の吸光度を測定することができるもの
である。以下、その原理について説明する。
The sensor utilizing attenuation of total reflection according to the present invention can measure the absorbance of the sample by utilizing the thermal lens effect in addition to the measurement of the refractive index of the sample. The principle will be described below.

【0019】光ビーム照射手段により試料に熱レンズ効
果を生じさせるために、一定の光量の励起光(熱レンズ
効果測定用光ビーム)を試料に照射する。そして、この
試料を透過した熱レンズ効果測定用光ビームの強度を、
その光ビームの略中央を遮光する一定の大きさを有する
マスクを介して検出する。試料に熱レンズ効果が生じて
試料を通過する光ビームの光路が偏向されても、試料と
熱レンズ効果検出手段との間に設けられるマスクのサイ
ズは一定であるため、熱レンズ効果検出手段により検出
される光ビームの光量には熱レンズの度数、すなわち試
料の吸光度に応じた変化が生じる。そのため、熱レンズ
効果検出手段により上記光ビームの光量の変化を検出す
ることにより試料の吸光度を測定することができる。こ
の熱レンズ効果については、「ぶんせき」1998年1
1月号847−853頁「熱レンズ顕微鏡」に詳細な説
明がある。
In order to generate the thermal lens effect on the sample by the light beam irradiation means, the sample is irradiated with a constant amount of excitation light (light beam for measuring the thermal lens effect). Then, the intensity of the light beam for thermal lens effect measurement transmitted through this sample is
The detection is performed through a mask having a certain size that shields the approximate center of the light beam. Even if the thermal lens effect occurs in the sample and the optical path of the light beam passing through the sample is deflected, the size of the mask provided between the sample and the thermal lens effect detecting means is constant, so the thermal lens effect detecting means The light quantity of the detected light beam changes depending on the power of the thermal lens, that is, the absorbance of the sample. Therefore, the absorbance of the sample can be measured by detecting the change in the light amount of the light beam by the thermal lens effect detecting means. About this thermal lens effect, "Bunseki" 1998 1
See the January issue, pages 847-853, "Thermal Lens Microscope" for detailed explanation.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明により全反射減衰を利用したセン
サーによれば、熱レンズ効果測定用光ビーム照射手段、
マスクおよび熱レンズ効果検出手段を備えて、試料の吸
光度に依存する熱レンズ効果を検出するようにしたた
め、試料の屈折率等の測定に加えて、試料の吸光度を測
定することが可能である。
According to the sensor of the present invention which utilizes the attenuation of total reflection, the light beam irradiation means for measuring the thermal lens effect,
Since the mask and the thermal lens effect detecting means are provided to detect the thermal lens effect depending on the absorbance of the sample, the absorbance of the sample can be measured in addition to the measurement of the refractive index of the sample.

【0021】[0021]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The sensor utilizing attenuation of total internal reflection according to the first embodiment of the present invention is a surface plasmon sensor utilizing surface plasmon resonance, and FIG. 1 shows a side surface shape of the surface plasmon sensor.

【0022】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。
This surface plasmon sensor includes, for example, a dielectric block 10 formed by cutting out a part of a roughly square pyramid, and one surface of the dielectric block 10 (upper surface in the figure).
And a metal film 12 made of, for example, gold, silver, copper, aluminum or the like.

【0023】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。なお本例では、金属
膜12の上にセンシング媒体30が固定されるが、このセン
シング媒体30については後述する。
The dielectric block 10 is made of, for example, a transparent resin and has a shape in which the periphery of the portion where the metal film 12 is formed is raised, and the raised portion 10a serves as a sample holding portion for storing the liquid sample 11. Function. In this example, the sensing medium 30 is fixed on the metal film 12, and the sensing medium 30 will be described later.

【0024】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。
The dielectric block 10 constitutes a disposable measuring chip together with the metal film 12, and is fitted and fixed one by one in a plurality of chip holding holes 31a provided in the turntable 31, for example. After the dielectric block 10 is thus fixed to the turntable 31, the turntable 31 is intermittently rotated by a constant angle, and the liquid sample 11 is dropped onto the dielectric block 10 stopped at a predetermined position. The liquid sample 11 is held in the sample holder 10a. Thereafter, when the turntable 31 is further rotated by a certain angle, the dielectric block 10 is sent to the measurement position shown in FIG. 1 and stopped there.

【0025】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、上記界面10bで全反射した光ビーム13を
平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化さ
れた光ビーム13を検出する光検出手段17と、光検出手段
17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、
熱レンズ効果測定用の光ビーム56を発生させる半導体レ
ーザ等からなる光源50と、上記光ビーム56を誘電体ブロ
ック10に入射させる光学系51と、誘電体ブロック10を透
過した光ビーム56の一部を遮光するマスク52と、誘電体
ブロック10を透過した光ビーム56をマスク52および光学
系53を介して検出する光検出部54と、誘電体ブロック10
を透過した光ビーム56のうちマスク52に遮光されなかっ
た光ビーム56を光検出部54に入射させる光学系53と、光
検出部54の出力をデジタル化して信号処理部20に入力す
るA/D変換器55と、ドライバ19およびA/D変換器55
に接続された信号処理部20と、この信号処理部20に接続
された表示手段21とを備えている。
The surface plasmon sensor of this embodiment is
In addition to the above dielectric block 10, one light beam
A light source 14 (hereinafter referred to as a semiconductor laser that generates 13
Laser light source 14) and the light beam 13 are passed through the dielectric block 10, and the interface between the dielectric block 10 and the metal film 12
An optical system 15 for making various incident angles with respect to 10b, a collimator lens 16 for collimating the light beam 13 totally reflected at the interface 10b, and the collimated light beam. Light detection means 17 for detecting 13 and light detection means
A differential amplifier array 18 connected to 17, a driver 19,
A light source 50 including a semiconductor laser or the like for generating a light beam 56 for measuring the thermal lens effect, an optical system 51 for causing the light beam 56 to enter the dielectric block 10, and a light beam 56 transmitted through the dielectric block 10. A mask 52 for blocking the light, a photodetector 54 for detecting the light beam 56 transmitted through the dielectric block 10 through the mask 52 and the optical system 53, and the dielectric block 10.
Of the optical beam 56 that has not been shielded by the mask 52 among the light beams 56 that have been transmitted through the optical system 53, and the output of the optical detection unit 54 is digitized and input to the signal processing unit 20 A / D converter 55, driver 19 and A / D converter 55
And a display means 21 connected to the signal processing unit 20.

【0026】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。
The incident optical system 15 includes a collimator lens 15a for collimating the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state, and the collimated light beam 13 for the interface.
It is composed of a condenser lens 15b which converges on 10b.

【0027】光ビーム13は、上記界面10b上で収束する
よう集光されるので、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の誤差が平
均化されて、測定精度が高められる。
Since the light beam 13 is condensed so as to converge on the interface 10b, various incident angles .theta.
Will include the component that is incident at. This incident angle θ
Is an angle equal to or greater than the total reflection angle. So the light beam 13
Is totally reflected at the interface 10b, and the reflected light beam 13 has
Components that reflect at various reflection angles will be included. The optical system 15 may be configured to make the light beam 13 incident on the interface 10b in a defocused state. By doing so, the error in detecting the state of the surface plasmon resonance is averaged, and the measurement accuracy is improved.

【0028】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。
The light beam 13 is incident on the interface 10b as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be arranged in advance so that the polarization direction thereof becomes a predetermined direction. Alternatively, the polarization direction of the light beam 13 may be controlled by the wave plate.

【0029】熱レンズ効果測定用の光ビーム56を試料11
に入射させるための光学系51は、レーザ光源50から発散
光状態で出射した光ビーム56を平行光化するコリメータ
ーレンズ51aと、該平行光化された光ビーム56を試料11
よりも上方で収束させる集光レンズ51bとから構成され
ている。
The light beam 56 for measuring the thermal lens effect is applied to the sample 11
The optical system 51 for making the light incident on the collimator lens 51a for collimating the light beam 56 emitted from the laser light source 50 in a divergent state, and the collimated light beam 56 for the sample 11
It is composed of a condenser lens 51b for converging above.

【0030】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。
The sample analysis by the surface plasmon sensor having the above structure will be described below.

【0031】最初に、試料の屈折率変化の測定について
説明する。図1に示す通り、レーザ光源14から発散光状
態で出射した光ビーム13は、光学系15の作用により、誘
電体ブロック10と金属膜12との界面10b上で収束する。
したがって光ビーム13は、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。
First, the measurement of the change in the refractive index of the sample will be described. As shown in FIG. 1, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent state is converged on the interface 10b between the dielectric block 10 and the metal film 12 by the action of the optical system 15.
Therefore, the light beam 13 includes components that are incident on the interface 10b at various incident angles θ. The incident angle θ is set to an angle equal to or larger than the total reflection angle. There light beam
13 is totally reflected at the interface 10b, and the reflected light beam 13 contains components reflected at various reflection angles.

【0032】界面10bで全反射した後、コリメーターレ
ンズ16によって平行光化された光ビーム13は、光検出手
段17により検出される。本例における光検出手段17は、
複数のフォトダイオード17a、17b、17c……が1列に
並設されてなるフォトダイオードアレイであり、図4の
図示面内において、平行光化された光ビーム13の進行方
向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる
向きに配設されている。したがって、上記界面10bにお
いて種々の反射角で全反射した光ビーム13の各成分を、
それぞれ異なるフォトダイオード17a、17b、17c……
が受光することになる。
The light beam 13 which is totally reflected by the interface 10b and then collimated by the collimator lens 16 is detected by the light detecting means 17. The light detection means 17 in this example is
A photodiode array in which a plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c ... Are arranged side by side in one row, and the photodiodes are arranged in the plane of FIG. 4 with respect to the traveling direction of the collimated light beam 13. They are arranged so that the juxtaposed directions are substantially right angles. Therefore, each component of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interface 10b is
Different photodiodes 17a, 17b, 17c ...
Will receive light.

【0033】図2は、この表面プラズモンセンサーの電
気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドラ
イバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18a、18
b、18c……の出力をサンプルホールドするサンプルホ
ールド回路22a、22b、22c……、これらのサンプルホ
ールド回路22a、22b、22c……の各出力が入力される
マルチプレクサ23、このマルチプレクサ23の出力をデジ
タル化して信号処理部20に入力するA/D変換器24、マ
ルチプレクサ23とサンプルホールド回路22a、22b、22
c……とを駆動する駆動回路25、および信号処理部20か
らの指示に基づいて駆動回路25の動作を制御するコント
ローラ26から構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing the electrical construction of this surface plasmon sensor. As shown in the figure, the driver 19 includes the differential amplifiers 18 a, 18 a of the differential amplifier array 18.
The sample-hold circuits 22a, 22b, 22c, ... for sampling and holding the outputs of b, 18c .., the multiplexer 23 to which the outputs of these sample-hold circuits 22a, 22b, 22c. A / D converter 24 that digitizes and inputs to signal processing unit 20, multiplexer 23 and sample hold circuits 22a, 22b, 22
.. and c, and a controller 26 that controls the operation of the drive circuit 25 based on an instruction from the signal processing unit 20.

【0034】上記フォトダイオード17a、17b、17c…
…の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18
a、18b、18c……に入力される。この際、互いに隣接
する2つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アン
プに入力される。したがって各差動アンプ18a、18b、
18c……の出力は、複数のフォトダイオード17a、17
b、17c……が出力する光検出信号を、それらの並設方
向に関して微分したものと考えることができる。
The photodiodes 17a, 17b, 17c ...
Each output of ... is the difference amplifier 18 of the difference amplifier array 18.
It is input to a, 18b, 18c .... At this time, the outputs of two photodiodes adjacent to each other are input to a common differential amplifier. Therefore, each differential amplifier 18a, 18b,
The output of 18c ... is a plurality of photodiodes 17a, 17
It can be considered that the photodetection signals output by b, 17c ... Are differentiated with respect to their parallel arrangement direction.

【0035】各差動アンプ18a、18b、18c……の出力
は、それぞれサンプルホールド回路22a、22b、22c…
…により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マ
ルチプレクサ23に入力される。マルチプレクサ23は、サ
ンプルホールドされた各差動アンプ18a、18b、18c…
…の出力を、所定の順序に従ってA/D変換器24に入力
する。A/D変換器24はこれらの出力をデジタル化して
信号処理部20に入力する。
The outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c, ... Are sample and hold circuits 22a, 22b, 22c ,.
Are sample-held at a predetermined timing by the ... And input to the multiplexer 23. The multiplexer 23 includes the sample-and-hold differential amplifiers 18a, 18b, 18c ...
The outputs of ... Are input to the A / D converter 24 in a predetermined order. The A / D converter 24 digitizes these outputs and inputs them to the signal processing unit 20.

【0036】図3は、界面10bで全反射した光ビーム13
の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ18a、18b、18c
……の出力との関係を説明するものである。ここで、光
ビーム13の界面10bへの入射角θと上記光強度Iとの関
係は、同図(1)のグラフに示すようなものであるとす
る。
FIG. 3 shows the light beam 13 totally reflected at the interface 10b.
Intensity of each incident angle θ and differential amplifiers 18a, 18b, 18c
It describes the relationship with the output of. Here, it is assumed that the relationship between the incident angle θ of the light beam 13 on the interface 10b and the light intensity I is as shown in the graph of FIG.

【0037】界面10bにある特定の入射角θSPで入射
した光は、金属膜12と液体試料11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θSPが全反射解消角であり、
この角度θSPにおいて反射光強度Iは最小値を取る。
この反射光強度Iの低下は、図1にDで示すように、反
射光中の暗線として観察される。
Light incident on the interface 10b at a specific incident angle θ SP excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the liquid sample 11, so that the reflected light intensity I
Sharply drops. In other words, θ SP is the total reflection elimination angle,
The reflected light intensity I takes a minimum value at this angle θ SP .
This decrease in the reflected light intensity I is observed as a dark line in the reflected light, as indicated by D in FIG.

【0038】また図3の(2)は、フォトダイオード17
a、17b、17c……の並設方向を示しており、先に説明
した通り、これらのフォトダイオード17a、17b、17c
……の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応して
いる。
Further, FIG. 3B shows the photodiode 17
a, 17b, 17c ... are shown in a line, and as described above, these photodiodes 17a, 17b, 17c are shown.
The position in the parallel direction of ...... uniquely corresponds to the incident angle θ.

【0039】そしてフォトダイオード17a、17b、17c
……の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ
18a、18b、18c……の出力I’(反射光強度Iの微分
値)との関係は、同図(3)に示すようなものとなる。
Then, the photodiodes 17a, 17b, 17c
……, the parallel installation position, that is, the incident angle θ and the differential amplifier
The relationship between the outputs 18 ', 18b, 18c ... And the output I' (differential value of the reflected light intensity I) is as shown in FIG.

【0040】信号処理部20は、A/D変換器24から入力
された微分値I’の値に基づいて、差動アンプ18a、18
b、18c……の中から、全反射解消角θSPに対応する
微分値I’=0に最も近い出力が得られているもの(図
3の例では差動アンプ18dとなる)を選択し、それが出
力する微分値I’に所定の補正処理を施してから、その
値を表示手段21に表示させる。なお、場合によっては微
分値I’=0を出力している差動アンプが存在すること
もあり、そのときは当然その差動アンプが選択される。
The signal processing unit 20 is based on the value of the differential value I'input from the A / D converter 24, and the differential amplifiers 18a, 18a are provided.
From b, 18c, etc., select the one (the differential amplifier 18d in the example of FIG. 3) that gives the output that is closest to the differential value I ′ = 0 corresponding to the total reflection elimination angle θ SP . , The differential value I ′ output therefrom is subjected to a predetermined correction process, and then the value is displayed on the display means 21. In some cases, there is a differential amplifier that outputs a differential value I ′ = 0, and in that case, that differential amplifier is naturally selected.

【0041】以後、所定時間が経過する毎に上記選択さ
れた差動アンプ18dが出力する微分値I’が、所定の補
正処理を受けてから表示手段21に表示される。この微分
値I’は、測定チップの金属膜12に接している物質の誘
電率つまりは屈折率が変化して、図3(1)に示す曲線
が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上
下する。したがって、この微分値I’を時間の経過とと
もに測定し続けることにより、金属膜12に接している物
質の屈折率変化、つまりは特性の変化を調べることがで
きる。
Thereafter, every time a predetermined time elapses, the differential value I'output from the selected differential amplifier 18d is displayed on the display means 21 after undergoing a predetermined correction process. This differential value I ′ changes when the permittivity of the substance in contact with the metal film 12 of the measuring chip, that is, the refractive index changes, and the curve shown in FIG. Up and down accordingly. Therefore, by continuously measuring the differential value I ′ with the passage of time, it is possible to investigate the change in the refractive index of the substance in contact with the metal film 12, that is, the change in the characteristic.

【0042】特に本実施形態では金属膜12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
ており、それらの結合状態に応じてセンシング媒体30の
屈折率が変化するので、上記微分値I’を測定し続ける
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。つまりこの場合は、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。
In particular, in the present embodiment, the liquid sample is formed on the metal film 12.
The sensing medium 30 that binds to the specific substance in 11 is fixed, and the refractive index of the sensing medium 30 changes according to the binding state thereof. Therefore, by continuously measuring the differential value I ′, this binding You can check how the state changes. That is, in this case, both the liquid sample 11 and the sensing medium 30 are samples to be analyzed. Examples of such a combination of the specific substance and the sensing medium 30 include an antigen and an antibody.

【0043】以上の説明から明かなように本実施形態で
は、光検出手段17として複数のフォトダイオード17a、
17b、17c……が1列に並設されてなるフォトダイオー
ドアレイを用いているので、液体試料11に応じて図3
(1)に示す曲線が左右方向に移動する形である程度大
きく変化しても、暗線検出が可能である。つまり、この
ようなアレイ状の光検出手段17を用いることにより、測
定のダイナミックレンジを大きく確保することができ
る。
As is apparent from the above description, in the present embodiment, the plurality of photodiodes 17a as the light detecting means 17,
Since a photodiode array in which 17b, 17c, ... Are arranged side by side in a row is used, depending on the liquid sample 11, FIG.
Even if the curve shown in (1) moves to the left and right and changes significantly to some extent, dark line detection is possible. That is, the use of such an array-shaped light detecting means 17 can secure a large dynamic range of measurement.

【0044】なお、複数の差動アンプ18a、18b、18c
……からなる差動アンプアレイ18を用いる代わりに1つ
の差動アンプを設け、フォトダイオード17a、17b、17
c……の各出力をマルチプレクサで切り替えて、それら
のうちの隣接する2つの出力をこの1つの差動アンプに
順次入力するようにしても構わない。
A plurality of differential amplifiers 18a, 18b, 18c
One differential amplifier is provided instead of using the differential amplifier array 18 consisting of ... And photodiodes 17a, 17b, 17
It is also possible to switch each output of c ... With a multiplexer so that two adjacent outputs of them are sequentially input to this one differential amplifier.

【0045】なお、液体試料11の中の特定物質とセンシ
ング媒体30との結合状態の変化の様子を時間経過ととも
に調べるためには、所定時間が経過する毎の微分値I’
を求めて表示するほか、最初に計測した微分値I’(0)
と所定時間経過時に計測した微分値I’(t)との差Δ
I’を求めて表示してもよい。
In order to investigate the change in the binding state between the specific substance in the liquid sample 11 and the sensing medium 30 with the passage of time, the differential value I '
In addition to displaying, the first measured differential value I '(0)
And the differential value I '(t) measured after the lapse of a predetermined time Δ
I ′ may be obtained and displayed.

【0046】次に、試料の吸光度の測定について説明す
る。光源50から、光学系51を介して、光ビーム56を試料
上方から誘電体ブロック10の下方にむかって拡がるよう
に入射させる。光ビーム56が照射されると、試料11で
は、試料11の吸光度に応じた熱レンズ効果が生じるた
め、光ビーム56の光路が光軸を中心に外側に偏向され
る。ここで、試料11と光検出部54との間に設けられるマ
スク52の大きさは一定であるため、試料11における熱レ
ンズ効果が大きい程、マスク52に遮光されずに光学系53
を介して光検出部54により検出される光ビーム56の光量
が多くなる。試料11の熱レンズ効果の大きさは、試料11
の吸光度に依存するため、光検出部54により光ビーム56
の光量を検出することにより、試料11の吸光度を測定す
ることができる。光検出部54の出力はA/D変換器55に
よりデジタル化され、信号処理部20に入力される。
Next, the measurement of the absorbance of the sample will be described. A light beam 56 is made incident from a light source 50 via an optical system 51 so as to spread from above the sample to below the dielectric block 10. When the sample 11 is irradiated with the light beam 56, a thermal lens effect is generated in the sample 11 according to the absorbance of the sample 11, so that the optical path of the light beam 56 is deflected outward about the optical axis. Here, since the size of the mask 52 provided between the sample 11 and the light detection unit 54 is constant, the greater the thermal lens effect in the sample 11, the more the optical system 53 is shielded by the mask 52.
The light amount of the light beam 56 detected by the light detection unit 54 via the light source increases. The magnitude of the thermal lens effect of sample 11 is
Since it depends on the absorbance of
The absorbance of the sample 11 can be measured by detecting the light amount of. The output of the photodetector 54 is digitized by the A / D converter 55 and input to the signal processor 20.

【0047】次に、図4を参照して本発明の第2の実施
の形態について説明する。なおこの図4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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, in FIG.
Elements that are the same as the elements inside are given the same numbers, and descriptions thereof are omitted unless otherwise necessary.

【0048】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。
The sensor utilizing attenuation of total reflection according to the present embodiment is obtained by changing the surface plasmon sensor described in the first embodiment into a leaky mode sensor, and in this example as well, a dielectric that is made into a measurement chip. It is configured to use the block 10. A clad layer 40 is formed on one surface (upper surface in the figure) of the dielectric block 10, and an optical waveguide layer 41 is further formed thereon.

【0049】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。
The dielectric block 10 is made of, for example, synthetic resin or B.
It is formed using an optical glass such as K7. On the other hand, the clad layer 40 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than the dielectric block 10 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 41 is a dielectric material having a higher refractive index than the cladding layer 40,
For example, PMMA is also used to form a thin film. The clad layer 40 has a film thickness of, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the optical waveguide layer 41 has a film thickness of, for example, PMMA.
When formed from, the thickness is about 700 nm.

【0050】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。
In the leak mode sensor having the above structure,
Dielectric block the light beam 13 emitted from the laser light source 14.
When the light beam 13 is incident on the clad layer 40 through 10 at an incident angle equal to or larger than the total reflection angle, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10b between the dielectric block 10 and the clad layer 40.
Light having a specific wave number that has passed through the optical waveguide layer 41 and is incident on the optical waveguide layer 41 at a specific incident angle propagates through the optical waveguide layer 41 in the guided mode. When the guided mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 41, so that the total reflection attenuation occurs in which the intensity of the light totally reflected at the interface 10b sharply decreases.

【0051】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。そして、上記特定入射角の
近傍における反射光強度Iや、差動アンプアレイ18の各
差動アンプが出力する微分値I’に基づいて液体試料11
の特性を分析することもできる。
Since the wave number of the guided light in the optical waveguide layer 41 depends on the refractive index of the liquid sample 11 on the optical waveguide layer 41, by knowing the specific incident angle at which attenuation of total reflection occurs,
The refractive index of the liquid sample 11 and the characteristics of the liquid sample 11 related thereto can be analyzed. Then, based on the reflected light intensity I in the vicinity of the specific incident angle and the differential value I ′ output from each differential amplifier of the differential amplifier array 18, the liquid sample 11
The characteristics of can also be analyzed.

【0052】本実施の形態においても第1の実施の形態
と同様の効果を得ることができる。
Also in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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

【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
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示
すブロック図
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor.

【図3】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム
入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と
光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the light beam incident angle and the detected light intensity in the surface plasmon sensor, and the relationship between the light beam incident angle and the differential value of the light intensity detection signal.

【図4】本発明の第2の実施の形態による漏洩モードセ
ンサーの側面図
FIG. 4 is a side view of a leaky mode sensor according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 コリメーターレンズ 17 光検出手段(フォトダイオードアレイ) 17a、17b、17c…… フォトダイオード 18 差動アンプアレイ 18a、18b、18c…… 差動アンプ 19 ドライバ 20 信号処理部 21 表示手段 22a、22b、22c…… サンプルホールド回路 23 マルチプレクサ 24 A/D変換器 25 駆動回路 26 コントローラ 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 50 半導体レーザ等 51 光学系 52 光学系 53 マスク 54 光検出部 55 A/D変換器 56 光ビーム(熱レンズ効果測定用) 10 Dielectric block 10a Dielectric block sample holder 10b Interface between dielectric block and metal film 11 samples 12 Metal film 13 light beam 14 Semiconductor laser, etc. 15 Optical system 16 collimator lens 17 Light detection means (photodiode array) 17a, 17b, 17c ... Photodiodes 18 Differential amplifier array 18a, 18b, 18c ... Differential amplifier 19 driver 20 Signal processor 21 Display means 22a, 22b, 22c ... Sample hold circuit 23 Multiplexer 24 A / D converter 25 Drive circuit 26 Controller 30 Sensing medium 31 turntable 40 clad layer 41 Optical waveguide layer 50 Semiconductor laser, etc. 51 Optical system 52 Optical system 53 mask 54 Photodetector 55 A / D converter 56 Light beam (for measuring thermal lens effect)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G040 AA03 AB07 CA12 CA23 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01 BB01 BB06 HA04 2G059 AA02 BB04 DD12 EE01 EE02 GG01 GG04 JJ11 JJ30 KK04 MM09    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F-term (reference) 2G040 AA03 AB07 CA12 CA23                 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01                       BB01 BB06 HA04                 2G059 AA02 BB04 DD12 EE01 EE02                       GG01 GG04 JJ11 JJ30 KK04                       MM09

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電体ブロックと、 該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強度を測定して、全反
射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる全反
射減衰を利用したセンサーにおいて、 前記試料に向けて熱レンズ効果測定用光ビームを照射す
る光ビーム照射手段と、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの一部を遮光するマスクと、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの強度を前記マスクを介して測定して、前記試
料の熱レンズ効果の状態を検知する熱レンズ効果検出手
段とを備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセ
ンサー。
1. A dielectric block, a thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and the light beam with respect to the dielectric block. An optical system that makes incidence at various angles so that total reflection conditions are obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured to determine the state of attenuation of total reflection. In a sensor utilizing attenuated total reflection, which comprises a light detection means for detecting the light beam, a light beam irradiation means for irradiating a light beam for thermal lens effect measurement toward the sample, and the heat transmitted through the dielectric block. A mask that shields a part of the lens effect measuring light beam, and the intensity of the thermal lens effect measuring light beam that has passed through the dielectric block is measured through the mask, and the thermal radiation of the sample is measured. Sensor utilizing attenuated total reflection, characterized in that a thermal lens effect detecting means for detecting the state of FIG effect.
【請求項2】 誘電体ブロックと、 該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光検
出手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーに
おいて、 前記試料に向けて熱レンズ効果測定用光ビームを照射す
る光ビーム照射手段と、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの一部を遮光するマスクと、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの強度を前記マスクを介して測定して、前記試
料の熱レンズ効果の状態を検知する熱レンズ効果検出手
段とを備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセ
ンサー。
2. A dielectric block, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and a light beam for the dielectric block. An optical system that makes incidence at various angles so that total reflection conditions are obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured, and the result is associated with surface plasmon resonance. A sensor utilizing attenuated total reflection, comprising: a light detection means for detecting a state of attenuation of total reflection; a light beam irradiation means for irradiating a thermal lens effect measuring light beam toward the sample; and the dielectric block. A mask for shielding a part of the thermal lens effect measuring light beam that has passed through, and the intensity of the thermal lens effect measuring light beam that has passed through the dielectric block via the mask. Constant to the sensor that utilizes attenuated total reflection, characterized in that a thermal lens effect detecting means for detecting the state of the thermal lens effect of the sample.
【請求項3】 誘電体ブロックと、 該誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、 該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
を検知する光検出手段とを備えてなる全反射減衰を利用
したセンサーにおいて、 前記試料に向けて熱レンズ効果測定用光ビームを照射す
る光ビーム照射手段と、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの一部を遮光するマスクと、 前記誘電体ブロックを透過した前記熱レンズ効果測定用
光ビームの強度を前記マスクを介して測定して、前記試
料の熱レンズ効果の状態を検知する熱レンズ効果検出手
段とを備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセ
ンサー。
3. A dielectric block, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, an optical waveguide layer formed on the clad layer and brought into contact with a sample, and a light source for generating a light beam. An optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that total reflection conditions can be obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer; and total reflection at the interface A sensor utilizing attenuated total internal reflection, which comprises: a light detecting unit that measures the intensity of a light beam and detects a state of attenuated total internal reflection caused by excitation of a guided mode in the optical waveguide layer; A light beam irradiating means for irradiating the thermal lens effect measuring light beam toward the mask, a mask for shielding a part of the thermal lens effect measuring light beam transmitted through the dielectric block, and a mask for transmitting the dielectric block. Attenuation of total reflection is characterized by further comprising: thermal lens effect detecting means for measuring the intensity of the thermal lens effect measuring light beam through the mask to detect the state of the thermal lens effect of the sample. The sensor used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007170960A (en) * 2005-12-21 2007-07-05 Kobe Steel Ltd Apparatus and method for measuring thermoelastic property
JP4496164B2 (en) * 2005-12-21 2010-07-07 株式会社神戸製鋼所 Thermoelastic property measuring device, thermoelastic property measuring method

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