JP2003294612A

JP2003294612A - 測定方法および測定装置

Info

Publication number: JP2003294612A
Application number: JP2002095313A
Authority: JP
Inventors: Shu Sato; 周佐藤; Toshihito Kimura; 俊仁木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-15

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の受光素子により光ビームの暗線の位置
の検出を行うエバネッセント波を利用した測定装置にお
いて、各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減
して測定精度を向上させる。【解決手段】誘電体ブロック１０と、光ビーム１３を
発生させるレーザ光源１４と、光ビーム１３を誘電体ブ
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で全反射し平行光化された光ビーム１３を検
出する光検出手段１７とを備えた測定装置において、界
面１０ｂで全反射した光ビーム１３の強度を一連の時系
列で複数回測定し、この測定により得られた複数の測定
データを信号処理部２０（スムージング手段）によりス
ムージング（平均化）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、試料に接した薄膜
層と誘電体ブロックとの界面で光ビームを全反射させて
エバネッセント波を発生させ、それにより全反射した光
ビームの強度に表れる変化を測定して試料の分析を行う
エバネッセント波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、被測定物質の特性を分
析する表面プラズモン測定装置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測定装置
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液
などの被測定物質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化させて上記界
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
角の変化に従って、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測定装置におい
て、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射
角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中
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被測定物質との界面に表面
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。なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏
光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光
で入射するように予め設定しておく必要がある。

【０００７】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射
角、すなわち全反射減衰角θ_ＳＰより表面プラズモンの
波数が分かると、被測定物質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、真空中の光速をｃ、金属、被測定物質
の誘電率をそれぞれε_ｍ、ε_ｓとすると、以下の関
係がある。

【０００８】

【数１】すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反
射減衰角θ_ＳＰを知ることにより、被測定物質の誘電率
ε_ｓ、つまりは屈折率に関連する特性を求めることがで
きる。

【０００９】なおこの種の表面プラズモン測定装置にお
いては、全反射減衰角θ_ＳＰを精度良く、しかも大きな
ダイナミックレンジで測定することを目的として、特開
平１１−３２６１９４号に示されるように、アレイ状の
光検出手段を用いることが考えられている。この光検出
手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、
前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの
成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配
設されたものである。

【００１０】そしてその場合は、上記アレイ状の光検出
手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子
の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この
微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折
率に関連する特性を求めることが多い。

【００１１】また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類
似の測定装置として、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測定装置も知られている。こ
の漏洩モード測定装置は基本的に、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、試料液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。

【００１２】上記構成の漏洩モード測定装置において、
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被測定物質の屈折
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、被測定物質の屈折率や、それに関
連する被測定物質の特性を分析することができる。

【００１３】なおこの漏洩モード測定装置においても、
全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出す
るために、前述したアレイ状の光検出手段を用いること
ができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用される
ことも多い。

【００１４】また、上述した表面プラズモン測定装置や
漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望
のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダ
ムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合に
は前記薄膜層（表面プラズモン測定装置の場合は金属膜
であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および
光導波層）上に上記被測定物質としてセンシング物質を
固定し、該センシング物質上に種々の被検体が溶媒に溶
かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述
の全反射減衰角θ_ＳＰの角度を測定している。

【００１５】試料液中の被検体が、センシング物質と結
合するものであれば、この結合によりセンシング物質の
屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定
時間経過毎に上記全反射減衰角θ_ＳＰを測定し、該全反
射減衰角θ_ＳＰの角度に変化が生じているか否か測定す
ることにより、被検体とセンシング物質の結合状態を測
定し、その結果に基づいて被検体がセンシング物質と結
合する特定物質であるか否かを判定することができる。
このような特定物質とセンシング物質との組み合わせと
しては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げ
られる。具体的には、ウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体をセンシ
ング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトＩgＧ抗体
を特定物質として用いることができる。

【００１６】なお、被検体とセンシング物質の結合状態
を測定するためには、全反射減衰角θ_ＳＰの角度そのも
のを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物
質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θ_ＳＰの角
度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて
結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の
光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置
に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減
衰角θ_ＳＰの角度変化量を反映しているため、微分値の
変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状
態を測定することができる。（本出願人による特願２０
００−３９８３０９号参照）このような全反射減衰を利
用した測定方法および装置においては、底面に予め形成
された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状
あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体から
なる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角θ
_ＳＰの角度変化量の測定を行っている。

【００１７】なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載
された複数個の測定チップの測定を順次行うことによ
り、多数の試料についての測定を短時間で行うことがで
きる全反射減衰を利用した測定装置を特開２００１−３
３０５６０号により提案している。

【００１８】また、本出願人は、特願２００１−３９７
４１１号において、複数個の試料液保持部が設けられた
測定チップを用いて測定を行う全反射減衰を利用した測
定装置も提案している。このような構成の測定装置を用
いれば、測定チップを移動させることなく多数の試料に
ついての測定を同時に行うことができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の特開
平１１−３２６１９４号に示されるようなアレイ状の光
検出手段により光ビームの暗線の位置を検出する場合、
アレイを構成する各受光素子の感度が異なっていたり、
受光素子の感度特性が非線形であったりすると、暗線の
位置に対する光検出手段の出力特性が非線形となってし
まうため正確な測定を行うことができない。

【００２０】本発明は上記の事情に鑑みて、複数の受光
素子により光ビームの暗線の位置の検出を行う測定装置
において、各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を
低減して測定精度を向上させることのできる測定方法お
よび装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明による測定方法
は、誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成
された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持
する試料保持機構を備えてなる測定チップと、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
られる入射角で入射させる入射光学系と、複数の受光素
子からなり、前記界面で全反射した光ビームの強度を測
定する光検出手段とを備えてなる測定装置により前記試
料の分析を行う測定方法において、前記界面で全反射し
た光ビームの強度を一連の時系列で複数回測定し、この
測定により得られた複数の測定データをスムージング
し、このスムージングした複数の測定データに基づいて
前記試料の分析を行うことを特徴とするものである。

【００２２】また、本発明による測定装置は、誘電体ブ
ロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜
層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持する試料保
持機構を備えてなる測定チップと、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入射
角で入射させる入射光学系と、複数の受光素子からな
り、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定する光
検出手段とを備えてなる測定装置において、光検出手段
により一連の時系列で検出された複数の測定データをス
ムージング処理するスムージング処理手段が設けられて
いることを特徴とするものである。

【００２３】上記のような測定装置としては、金属膜を
上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置
や、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た光導波層とからなる層
を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等
がある。

【００２４】本発明による測定装置において、光検出手
段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定し
て試料の分析を行うには種々の方法があり、例えば、光
ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角
で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全
反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により
発生した暗線の位置（角度）を検出することにより試料
分析を行ってもよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Ma
ndenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance
Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に
記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界
面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎
に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各
波長毎の全反射減衰の程度（暗線の位置および程度）を
検出することにより試料分析を行ってもよい。

【００２５】本発明による測定方法および測定装置にお
いて、「スムージング（処理）」とは、各受光素子の感
度特性に起因する測定誤差を低減させるための処理であ
って、例えば、最小二乗法により一連の時系列で検出さ
れた複数の測定データの値と真値の推定値との誤差を低
減させてもよいし、連続的に検出した光検出手段の出力
信号からロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）、ハイ・パス
・フィルタ（ＨＰＦ）またはバンド・パス・フィルタ
（ＢＰＦ）等の周波数フィルタを用いて余分な周波数成
分をカットしてもよい。

【００２６】また、「一連の時系列で検出された複数の
測定データ」とは、断続的に測定して得られた複数の測
定データだけでなく、所定の期間連続的に測定した１つ
の測定データも含むものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明のエバネッセント波を利用した測
定方法および測定装置においては、誘電体ブロックと薄
膜層との界面で全反射した光ビームの強度を一連の時系
列で複数回測定し、この測定により得られた複数の測定
データをスムージングすることにより、光検出手段の各
受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減すること
ができるため、測定精度を向上させることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。本発明の一実施の形態の測定装置
は、複数の誘電体ブロックに光ビームを並列的に入射さ
せることにより複数の試料の分析を同時に行うことが可
能な表面プラズモン測定装置であり、図１は本実施の形
態の表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図で
あり、図２はこの表面プラズモン測定装置の側面形状を
示すものである。

【００２９】上記表面プラズモン測定装置１０１は、同
様の構成の複数の表面プラズモン測定ユニット１０１
Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ…により構成されている。

【００３０】各測定ユニットの構成について、個別の要
素を表す符号であるＡ、Ｂ、Ｃ…の符号は省略して説明
する。各測定ユニットは、測定チップ９と、光ビーム１
３を発生する光源であるレーザ光源１４と、上記光ビー
ム１３を測定チップ９に対して入射させる入射光学系１
５と、測定チップ９で反射された光ビーム１３を平行光
化して光検出器１７に向けて射出するコリメーターレン
ズ１６と、コリメーターレンズ１６より出射された光ビ
ーム１３を受光して光強度を検出する光検出器１７と、
光検出器１７に接続された差動アンプアレイ１８と、差
動アンプアレイ１８に接続されたドライバ１９と、ドラ
イバ１９に接続されたコンピュータシステム等からなる
信号処理部２０とからなる。なお、信号処理部２０は、
後述するスムージング処理を行うスムージング処理手段
としても機能するものである。

【００３１】測定チップ９は、四角錐の４つの稜線が集
まる頂角を含む一部分が切り取られ、かつこの四角錐の
底面に試料液１１を貯える試料保持機構として機能する
凹部１０ｃが形成された形状の誘電体ブロック１０と、
この誘電体ブロック１０の凹部１０ｃの底面に形成され
た、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層
である金属膜１２とからなる。この誘電体ブロック１０
は、例えば透明樹脂等により形成することができる。な
お、金属膜１２の上に後述するセンシング媒体３０を設
けてもよい。また、測定チップ９の誘電体ブロック１０
は、図３に示すように、互いに隣接する複数の表面プラ
ズモン測定ユニットの測定チップの誘電体ブロックと一
体的に構成されたものであってもよい。

【００３２】入射光学系１５は、レーザ光源１４から射
出された光ビーム１３を平行光化するコリメーターレン
ズ１５ａと、この平行光化された光ビーム１３を上記界
面１０ｂに向けて収束させる集光レンズ１５ｂとから構
成されている。

【００３３】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。そのた
め、界面１０ｂで全反射した光ビーム１３には、種々の
反射角で全反射された成分が含まれることになる。な
お、上記入射光学系１５は、光ビーム１３を界面１０ｂ
上に点状に集光させずにデフォーカス状態で入射させる
ように構成してもよい。そのようにすれば、界面１０ｂ
上のより広い領域において光ビーム１３が全反射される
ので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化されて全反
射減衰角の測定精度を高めることができる。

【００３４】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をその偏光方向が上記所定の方向となるよ
うに配設すればよい。その他、光ビーム１３を界面１０
ｂに対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビーム１
３の偏光の向きを制御するようにしてもよい。

【００３５】また、表面プラズモン測定装置１０１は、
各測定ユニットの信号処理部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…
に接続された１つの表示手段２１を備えている。

【００３６】以下、上記構成の表面プラズモン測定装置
による試料分析について説明する。

【００３７】図２に示す通り、レーザ光源１４から射出
された光ビーム１３は、入射光学系１５を通して、誘電
体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ｂ上に収束さ
れる。

【００３８】界面１０ｂ上に収束され、この界面１０ｂ
で全反射された光ビーム１３は、コリメーターレンズ１
６を通して光検出器１７によって検出される。光検出器
１７は、複数の受光素子であるフォトダイオード１７
ａ、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、フォトダイオードの並設方向が
図２の紙面に略平行となるように、かつコリメーターレ
ンズ１６を通して平行光化されて入射される光ビーム１
３の伝播方向に対して略直交するように配設されてい
る。したがって、上記界面１０ｂにおいて種々の反射角
で全反射された光ビーム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。そして、光検出器１７は、各フォトダイ
オード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって検出された上
記光ビーム１３の強度分布を示す信号を出力する。

【００３９】界面１０ｂに特定入射角θ_ＳＰで入射した
上記光ビーム１３の成分は、金属膜１２とこの金属膜１
２に接している物質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が鋭く低下す
る。つまり上記特定入射角θ_Ｓ _Ｐが全反射減衰角であ
り、この角度θ_ＳＰにおいて反射光強度は極小値を示
す。この反射光強度が低下する領域は、図２にＤで示す
ように、界面１０ｂで全反射された光ビーム１３中の暗
線として観察される。

【００４０】次に、光検出器１７から出力された光ビー
ム１３の強度分布を示す信号の処理について詳細に説明
する。

【００４１】図４は、この表面プラズモン測定装置の電
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１８
ａ、１８ｂ、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、２２ｃ…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。

【００４２】上記フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１
７ｃ…の各出力は、差動アンプアレイ１８の各差動アン
プ１８ａ、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１８
ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力は、複数のフォトダイオー
ド１７ａ、１７ｂ、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。

【００４３】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、２２
ｂ、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１８
ａ、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。

【００４４】図５は、界面１０ｂで全反射された光ビー
ム１３の界面１０ｂへの入射角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と上記反射された光ビーム１３の光強度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。

【００４５】また図５の（２）は、フォトダイオード１
７ａ、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、１７
ｂ、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。

【００４６】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。

【００４７】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１８
ａ、１８ｂ、１８ｃ…の中から、微分値として正の値を
有し、かつ全反射減衰角θ_ＳＰ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５（３）の例
では差動アンプ１８ｅとなる）と、微分値として負の値
を有し、かつ全反射減衰角θ_ＳＰ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５（３）の
例では差動アンプ１８ｄとなる）を選択し、それらの差
動アンプが出力する微分値に基づいて、全反射減衰角θ
_ＳＰを算出する。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
ときはその差動アンプに基づいて全反射減衰角θ_ＳＰを
算出する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な
動作を繰り返し、全反射減衰角θ _ＳＰを算出し、測定開
始時からの角度変化量を求め表示手段２１に表示する。

【００４８】上述のように、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すると、
それに応じて全反射減衰角θ_ＳＰも変化するため、この
全反射減衰角θ_ＳＰの角度変化量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
の屈折率変化を調べることができる。

【００４９】ここで、上記フォトダイオード１７ａ、１
７ｂ、１７ｃ…の感度特性と、信号処理部２０による全
反射減衰角θ_ＳＰの算出特性との関係について説明す
る。図６（１）、（２）、（３）ともに、左側は暗線の
位置と各受光素子に接続された差動アンプの出力特性と
の関係を示すグラフ、右側は実際の暗線の位置と算出さ
れる暗線の位置（全反射減衰角θ_ＳＰ）との関係を示す
グラフである。

【００５０】図６（１）は、各受光素子の感度特性が線
形であり、また各受光素子の感度が一様である場合につ
いて示したものであり、この場合は右側のグラフに示す
ように実際の暗線の位置と算出される暗線の位置との関
係は理想的な線形を示す。しかしながら、図６（２）に
示すように各受光素子の感度特性が非線形であると算出
特性にうねりを生じ、また図６（３）に示すように各受
光素子の感度が一様でないと算出特性が非線形となって
しまう。

【００５１】そのため、本実施の形態の表面プラズモン
測定装置においては、図７に示すように、一連の時系列
で検出された複数の測定データを信号処理部２０内の図
示しない記憶部に記憶しておき、これら複数の測定デー
タを最小二乗法によりスムージングすることにより、各
受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減すること
ができるため、測定精度を向上させることができる。な
お、スムージングの方法は最小二乗法に限るものではな
い。

【００５２】また、各受光素子の感度特性に基づいて各
受光素子に接続された差動アンプの出力値に適切なスレ
シホールド値を設定し、差動アンプの出力特性が線形の
領域を維持できる範囲を超える前に隣接するチャネルに
切り換える、すなわち差動アンプの出力特性が線形であ
る領域のみを使用するようにすれば、上記各受光素子の
感度特性に起因する測定誤差の発生を低減することがで
きる。

【００５３】なお金属膜１２の上に、試料液１１の中の
特定物質と結合するセンシング媒体３０を固定した場
合、試料液１１とセンシング媒体３０との結合状態に応
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、
試料液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。

【００５４】上述の表面プラズモン測定装置は、一部の
構成を変更することにより漏洩モード測定装置とするこ
とができる。図８は、上述の表面プラズモン測定装置１
０１の一部を変更して構成した漏洩モード測定装置の測
定ユニットの側面図である。なおこの図８において、図
２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。

【００５５】この漏洩モード測定装置も、上述の表面プ
ラズモン測定装置と同様に測定チップ９を用いるように
構成されている。この測定チップ９の上面に形成された
凹部１０ｃの底面にはクラッド層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。これらク
ラッド層４０と光導波層４１とによって薄膜層が形成さ
れている。

【００５６】誘電体ブロック１０は、例えば合成樹脂や
ＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方ク
ラッド層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。

【００５７】上記構成の漏洩モード測定装置において、
レーザ光源１４から射出された光ビーム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の多くの成
分が誘電体ブロック１０とクラッド層４０との界面１０
ｂ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されるようになる。こうして
導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射
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に特定入射角で入射し、全反射された光の強
度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。

【００５８】光導波層４１における導波光の波数は、該
光導波層４１上の試料液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である全反射減衰角
を知ることによって、試料液１１の屈折率や、それに関
連する試料液１１の特性を分析することができ、上記実
施の形態と同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による表面プラズモン測定
装置の概略構成を示す平面図

【図２】表面プラズモン測定装置の側面形状を示す図

【図３】測定チップの概略構成図

【図４】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブ
ロック図

【図５】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力
との関係を示す図

【図６】各受光素子の感度特性と信号処理部の出力特性
との関係を示すグラフ

【図７】信号処理部の出力特性をスムージングした場合
の説明図

【図８】漏洩モード測定装置の一例を示す図

【符号の説明】

９測定チップ１０誘電体ブロック１３光ビーム１４レーザ光源１５入射光学系１６コリメータレンズ１７光検出器１８差動アンプアレイ１９ドライバ２０信号処理部２１表示手段１０１表面プラズモン測定装置１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ… 表面プラズモン測
定ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G059 AA02 BB04 BB12 DD03 DD13 EE02 GG01 GG04 JJ11 JJ12 KK04 MM01 MM03 MM09 PP04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体ブロック、この誘電体ブロックの
一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に
試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定チップ
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
入射角で入射させる入射光学系と、複数の受光素子からなり、前記界面で全反射した光ビー
ムの強度を測定する光検出手段とを備えてなる測定装置
により前記試料の分析を行う測定方法において、前記界面で全反射した光ビームの強度を一連の時系列で
複数回測定し、前記測定により得られた複数の測定デー
タをスムージングし、このスムージングした複数の測定データに基づいて前記
試料の分析を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項２】誘電体ブロック、この誘電体ブロックの
一面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に
試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定チップ
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
入射角で入射させる入射光学系と、複数の受光素子からなり、前記界面で全反射した光ビー
ムの強度を測定する光検出手段とを備えてなる測定装置
において、前記光検出手段により一連の時系列で検出された複数の
測定データをスムージング処理するスムージング処理手
段が設けられていることを特徴とする測定装置。