JP2004085437A

JP2004085437A - 表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ

Info

Publication number: JP2004085437A
Application number: JP2002248611A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Inuzuka; 犬塚　博誠
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】高いＳ／Ｎ比を得、かつ可動部を無くし、操作が簡単でしかも反射面の多数の試料を測定可能にすることを課題とする。
【解決手段】プリズム面上に金属膜を形成し、プリズム側から金属膜に光を照射して表面プラズマ共鳴現象を生じせしめる機構を有し、金属膜上の化学反応状態を反射光強度で検出する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサであり、２種以上の波長を有する光を照射するレーザ光源１５ａ，１５ｂと、光のうち一つの光路に表面プラズモン共鳴が生じる機構を有し、他の光路に光の強度変調を与える機構を有する光干渉計と、波長の異なる光を分離する光分離手段と、各波長の光の面内強度分布を検出する光検出器２３ａ，２３ｂと、各波長の光の強度比から強度変調信号の周波数成分を抽出する抽出機構２４と、抽出機構に接続された信号処理装置２５とを具備することを特徴とする。
【選択図】　　図１１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属表面に付着した物質の物理的化学的性質の変化を検知する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物質の物理的化学的性質の変化を検知する手段として、表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ（以下、ＳＰＲセンサと呼ぶ）が知られている。これは、例えば、図１に示すように、回折格子を備えた平行ガラス基板（又はガラスプリズム）１の表面に銀、金等の金属薄膜２を真空蒸着等の成膜技術を用いて形成し、ガラス基板１側から金属薄膜界面に向って全反射条件を満足する角度でレーザ光線３を照射し、金属屈折率と金属上部の屈折率及びガラス基板の屈折率と光の振動数及び境界面への光入射角θによって既述される関係により、ガラス基板１、金属薄膜２界面に生じる表面プラズモンを生成することを利用するものである。
【０００３】
なお、図１において、符番４は測定部（例えばＤＮＡ検出部）であり、光入射角θと反射光強度との関係は図２に示すようになる。図２より、ＤＮＡ結合の有無によりダンピングが激しくなる入射角θが異なる。つまり、ＤＮＡの結合による質量の微小変化を、金属薄膜のプラズモン共鳴吸収による大きな光量変化として鋭敏に検知することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＳＰＲセンサによれば、以下に述べる問題点があった。
（１）高いＳ／Ｎの信号が得られない。
即ち、従来のＳＰＲセンサは屈折率変化により物質の状態変化を検出して試料の情報を計測するものである。しかし、極わずかな屈折率変化では、反射光の変化はわずかであり、高いＳ／Ｎの信号が得られない。
【０００５】
（２）光軸調整機構、均質な平面波を得るための大型光学系が必要であり、また前記光学系を可動させるための可動部が必要である。
つまり、共鳴角近傍では反射光強度が減衰しているため、共鳴角の変化を高い信号対雑音比で計測するには、共鳴角周辺の強度変化情報が必要である。即ち、入射角に対する光強度の変化、もしくは光の波長に対する強度変化が従来用いられている。そのため、光の方向を変える、あるいは特定の角度の範囲の発散または収束光を用い反射光の強度分布を計測する、波長を変化させる等の方法が提案されている。しかし、光照射部にある複数の試料の情報を計測する場合、いずれの手法でも上記大型光学系が必要であり、かつ前記可動部が必要となる。
【０００６】
（３）スペックルノイズがＳ／Ｎ比を低下させる恐れがある。
従来のＳＰＲセンサは光の強度と角度の情報に基づいて物質を判定していた。この方法では、共鳴角の情報が光強度から求まるため、光の集光性や発散角の小さい光束が容易に得られるレーザ光を光源とすると計測精度の向上が期待できる。しかし、反射面の揺らぎ等に起因する光束内での光の干渉効果、いわゆるスペックルによる強度分布が生じ、実測される反射強度を変化させる悪影響もある。従来は、レーザ光の干渉性を下げる機構を用いたり、干渉性の低いＬＥＤを用いたりしている。
【０００７】
物質が反射面に分布している場合にＳＰＲ計測法を適用する場合は、平行性が高く単色性良いレーザ光源を用いることが望ましいが、スペックルノイズがＳ／Ｎを低下させる可能性がある。
【０００８】
本発明はこうした問題点を解決するためになされたもので、高いＳ／Ｎ比を得るとともに、大型光学系を省いて可動部を無くし、操作が簡単でしかも反射面の多数の試料を測定可能な表面プラズモン共鳴を用いた物質センサを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、プリズム面上に金属膜を形成し、プリズム側から金属膜に光を特定の角度で照射して表面プラズマ共鳴現象を生じせしめる機構を有し、金属膜上の化学反応状態を反射光強度で検出する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサであり、
２種以上の波長を有する光を照射するレーザ光源と、前記光のうち一つの光路に表面プラズモン共鳴が生じる機構を有するとともに、他の光路に光の強度変調を与える機構を有する光干渉計と、波長の異なる光を分離する光分離手段と、各波長の光の面内強度分布を検出する光検出器と、各波長の光の強度比を求め、強度変調信号の周波数成分を抽出する抽出機構と、この抽出機構に接続された信号処理装置とを具備することを特徴とする表面プラズモン共鳴を用いた物質センサである。
【００１０】
本願第２の発明は、回折格子を備えた平行ガラス基板面上に金属膜を形成し、基板側から金属膜に光を特定の角度で照射して表面プラズマ共鳴現象を生じせしめる機構を有し、金属膜上の化学反応状態を反射光強度で検出する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサであり、
前記平行ガラス基板は、下面に回折格子が形成された第１の平行ガラス基板と、該ガラス基板上に分離可能に設けられ，上面側に金属膜が形成された第２の平行ガラス基板とからなり、
２種以上の波長を有する光を照射するレーザ光源と、前記光のうち一つの光路に表面プラズモン共鳴が生じる機構を有するとともに、他の光路に光の強度変調を与える機構を有する光干渉計と、前記第１・第２の平行ガラス基板間に配置され，波長の異なる光を分離する光分離手段と、各波長の光の面内強度分布を検出する光検出器と、この光検出器に接続された信号処理装置とを具備することを特徴とする表面プラズモン共鳴を用いた物質センサである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の表面プラズモン共鳴を用いた物質センサについて更に詳しく説明する。
１）まず、図３を参照して表面プラズモン共鳴の発生条件について説明する。ここでは、全反射条件でレーザ光がガラス基板を通して、ガラス基板と金属薄膜との界面に入射する場合を考える。
【００１２】
全反射する光は、電界強度分布がガラス基板７内で定在波となり、境界面から金属薄膜８側に単調減衰する。この光は境界面方向に速度ｖ_１をもち、この速度ｖ_１は入射角θに依存する。
一方、表面プラズモンは境界面から両側に単調減衰する青色で示す電界強度分布をもつ波であり、界面方向に速度ｖ_２で伝播する。ここで、ｖ_２は金属薄膜８、及びその金属薄膜８の近傍の屈折率ｎ即ち金属薄膜８に付着している物質（ＤＮＡ）の質量に依存して決まる固有の値となる。
【００１３】
光の入射角と変化させて、伝播速度ｖ_１とｖ_２が一致する条件になると、全反射光のエネルギーが表面プラズモンに移行し、全反射光強度が著しく減少する。この状態が表面プラズモン共鳴である。
表面プラズモン共鳴は速度ｖ_１とｖ_２に依存しているため、共鳴の起こる条件は光の入射角と金属薄膜表面の質量に依存する。従って、表面プラズモン共鳴が起こる光の入射角を測定することにより、金属薄膜表面の質量の変化を調べることができる。
【００１４】
２）次に、表面プラズモン共鳴発生条件近傍（矢印Ａ）での入射角と反射光強度、位相との関係について図４を参照して説明する。なお、図４において、曲線（イ）は反射強度を、曲線（ロ）は位相を示す。図４に示すように、表面プラズモン共鳴が発生する光の入射角近傍で反射光強度（振幅）の減衰と同時に位相の変化（とび）が生じる。ここで、全反射光は、入射角が変化することで位相が変化する特性を有する。また、位相変化は、表面プラズモン共鳴が生じる角度付近で大きく変わり、共鳴角で不連続となる。
【００１５】
３）次に、干渉計の参照光強度を変化させた場合の干渉強度について図５、図６、図７を参照して説明する。図５において、参照光強度の増減によりいずれの干渉光強度（曲線（イ）〜（ハ））も線形に変形し、プラズモン共鳴付近で強度が大きく変化していることがわかる。
また、屈折率変化による干渉光強度の変化は、図６に示すようにプラズモン共鳴条件付近で差がでることがわかる。なお、図６において、曲線（イ）は波長がλ_１の場合、曲線（ロ）は波長がλ_２の場合を示す。
更に、波長の異なる光の干渉光強度比と入射角との関係を調べたところ、図７に示す結果が得られた。図７において、破線は金属薄膜上部の媒質の屈折率が変化（＋０．００１）した場合の特性を示す。図７に示すように、プラズモン共鳴角付近で差が生じ、角度７６°から角度７８°の範囲で屈折率の増加により出力強度が減少することがわかる。
【００１６】
４）次に、特定の入射角度に固定して、干渉計の参照光を正弦波状に強度変調させた場合の波形について図８、図９、図１０を参照して説明する。
図８は、こうした条件下で屈折率を変えた場合の、正弦波（イ）〜（ハ）の時間と干渉光強度比との関係を示す。
【００１７】
図９は、波長が異なる２種類の光で得られる干渉光強度の比をとった場合の、時間と干渉光強度比との関係を示す。なお、図９において、曲線（イ）、（ロ）、（ハ）は夫々データ１、データ２、データ３の場合を示す。ここで、各データ１〜３は検出部の屈折率の違いを与えた場合であり、データ２はデータ１の場合より０．０００５屈折率が高くなった状態、データ３はデータ１より０．００１屈折率が高くなった状態を示す。
【００１８】
ところで、波形は完全な正弦波状にはなっておらず、高調波成分を含んでいる。高調波成分の含まれている割合を高速フーリエ変換法にて解析した結果は、図１０に示すとおりである。図１０において、横軸は周波数、縦軸は強さを示し、図中の（イ）は試料に変化がない場合、（ロ）は前記データ２の場合、（ハ）は前記データ３の場合を夫々示す。
上記解析に基づいて、基本周波数と第１高調波の比を検出部の屈折率変化量に対して求めると、例えば、Ｆ_１／Ｆ_０＝０．２０６となる。
また、第１高調波と第２高調波の比を検出部の屈折率変化量に対して求めると、例えば、Ｆ_２／Ｆ_１＝０．２１２となる。
このように、高調波成分比から屈折率変化の状態を求めることが可能である。なお、前記Ｆ_０，Ｆ_１，Ｆ_２は夫々高調波成分の強さを示す。
【００１９】
本発明において、レーザ光源は、２種以上の波長を有する光を照射するものであれば、１つでも２つ以上設けてもよい。また、前記レーザ光源からの光を検知する光検出器も同様にして、波長の異なる光の面内強度分布を検出する機能を有する光検出器であれば、１つでも２つ以上設けてもよい。
【００２０】
本発明において、前記抽出機構としては、例えば、前記光干渉計における光強度を特定の周波数で変調し、各波長の信号の比を高速フーリエ変換する機構を有したものが挙げられる。こうした構成の抽出機構を備えれば、以下のような効果を有する。即ち、周波数スペクトルを見ると、基本周波数成分と高調波成分が得られるとともに、基本周波数成分と高調波成分の比が屈折率変化によって変化する。従って、高調波と基本周波数成分の比率の値がある閾値に対して大きいか、小さいかにより屈折率変化即ち物質の状態変化を検出することができる。
【００２１】
本発明において、計測に用いる光を均一に広い平行光にする光学系を備えるとともに、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属膜上に複数個の独立した試料をアレイ状に配置し、光アレイセンサーにより同時に計測機能を備えることが好ましい。前記光学系としては、例えば図１１においてはビームエキスパンダ１７が該当し、図１３においてはレーザ光源１４ａ，１４ｂが光学系の機能を含んでいる。また、前記光アレイセンサーとしては、例えばアレイ型光検出器（図１１）が該当する。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係る表面プラズモン共鳴を用いた物質センサついて図面を参照して説明する。
（実施例１）
図１１（Ａ），（Ｂ）及び図１２を参照する。ここで、図１１（Ａ）は物質センサの全体図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の物質センサで検出する試料配列を示す上面図を示す。また、図１２は、図１１の物資センサにより得られた試料の検出結果を示す。
【００２３】
図中の符番１１は、上部に例えばＡｇからなる金属薄膜１２が蒸着により形成されたガラスプリズムを示す。前記金属薄膜１２上でＤＮＡ検知部に対応する位置には、複数の試料１３が格子状に配置されている。本実施例では、試料１３にＤＮＡのある成分の有無を識別することを目的とする。
【００２４】
前記プリズム１１と金属薄膜１２との境界には、２つの光源１４ａ，１４ｂからの平行なレーザ光（波長λ_１）１５ａ，レーザ光（波長λ_２）１５ｂがハーモニックビームコンバイナ１６、ビームエキスパンダ１７、ハーフミラー１８ａを介して照射されるようになっている。ここで、ハーモニックビームコンバイナ１６は、一方の光源１４ａからのレーザ光を全反射させ、他方の光源１４ｂからのレーザ光を透過させる機能を有する。また、ビームエキスパンダ１７は、ハーモニックビームコンバイナ１６を経た細いレーザ光を平行な光にする機能を有する。更に、ハーフミラー１８ａは、ビームエキスパンダ１７からのレーザ光を透過あるいは全反射させる機能を有する。
【００２５】
前記ハーフミラー１８ａの近傍には、ミラー１９、光変調器２０、ハーフミラー１８ｂが夫々配置されている。ここで、前記プリズム１１、ハーフミラー１８ａ，１８ｂ、ミラー１９、光変調器２０及び該光変調器２０に電気的に接続された変調信号発生器２１により光干渉計が構成されている。この光干渉計では、ハーフミラー１８ａ、ガラスプリズム１１を通過したレーザ光路Ｘには表面プラズモン共鳴を生じさせ、ハーフミラー１８ａ、ミラー１９、光変調器２０を通過したレーザ光路Ｙには光の強度変調を与える機能を有している。
【００２６】
前記光ハーフミラー１８ｂの近くには、ハーモニックビームスプリッタ２２及びアレイ型光検出器２３ａ，２３ｂが配置されている。ここで、一方の光検出器２３ａでは、ハーモニックビームスプリッタ２１で反射した波長λ_１のレーザ光のみ検出する。また、他方の光検出器２３ｂでは、ハーモニックビームスプリッタ２２を通過した波長λ_２のレーザ光のみ検出する。つまり、光検出器２３ａ，２３ｂにより、各波長λ_１，λ_２のレーザ光の面内強度分布を検出する。
【００２７】
前記光検出器２３ａ，２３ｂにより、各レーザ光の強度比が得られ、図９に示すような強度比−時間特性図が得られる。前記各光検出器２３ａ，２３ｂには、抽出機構としての高速フーリエ変換器２４が電気的に接続されている。ここで、高速フーリエ変換器２４は、各波長の光の強度比を求め、強度変調信号の周波数成分を抽出する機能を有する。前記高速フーリエ変換器２４により、図１０に示すような強さ−周波数特性図が得られる。なお、図９、図１０では計測試料の数に対応した信号が得られる。
【００２８】
前記高速フーリエ変換器２４には、信号処理装置２５が電気的に接続されている。この信号処理装置２５において、周波数成分の強度比：（１ｓｔ／０ｔｈ）がＬｅｖｅｌ（基準値）より小さいか大きいかにより“１”、“０”の信号が発生する。具体的には、
１ｓｔ／０ｔｈ＜Ｌｅｖｅｌ　→“１”
１ｓｔ／０ｔｈ＞Ｌｅｖｅｌ　→“０”
となり、これらの信号により図１２のような識別情報が得られる。
【００２９】
実施例１によれば、以下に述べる効果を有する。
即ち、本実施例１では、プリズム１１、ハーフミラー１８ａ，１８ｂ、ミラー１９、光変調器２０及び該光変調器２０に電気的に接続された変調信号発生器２１から構成された光干渉計を備え、該光干渉計における光強度を特定の周波数で変調し、各波長の信号の比を抽出機構２４により高速フーリエ変換している。従って、周波数スペクトルを見ることにより基本周波数成分と高調波成分が得られるとともに、基本周波数成分と高調波成分の比が屈折率変化によって変化し、高調波と基本周波数成分の比率の値がある閾値に対して大きいか、小さいかにより屈折率変化、即ち図１２に示すような物質の状態変化を検出することができる。従って、高Ｓ／Ｎの信号を得ることができる。
【００３０】
また、複数の光源１４ａ，１４ｂとハーモニックビームコンバイナー１６とビームエキスパンダ１７とにより平行な光を複数の試料１３に照射できるので、従来のように光軸調整機構、均質な平面波を得るための大型光学系を必要とすることなく、また前記光学系を可動させるための可動部が不要となる。更に、スペックルノイズがＳ／Ｎ比を低下させる恐れがない。
【００３１】
（実施例２）
図１３を参照する。なお、図１１と同部材は同符番を付して説明する。
【００３２】
図中の符番３１は平行ガラス板を示す。ここで、平行ガラス板３１は、下面に回折格子３２ａ，３２ｂが形成された第１の平行ガラス基板３３と、上面側に金属膜３４が形成された第２の平行ガラス基板３４とを備えている。ここで、前記回折格子３２ａ，３２ｂは光分離手段としての機能を有する。第１・第２の平行ガラス基板３３，３４間には、ハーフミラー３５が配置されている。ここで、ハーフミラー３５は、波長によってレーザ光を透過させたり、あるいは全反射させたりする機能を有する。前記金属膜３４上には、測定試料１３が格子状に配置されている。
【００３３】
前記回折格子３２ａ，３２ｂ間の領域に相当する前記第１のガラス基板３３下面側には、位相・振幅変調器（光干渉計）３６が配置されている。ここで、位相・振幅変調器３６により、２種類のレーザ光のうち、一方のレーザ光Ｘに表面プラズモン共鳴を生じさせ、他方のレーザ光Ｙに光の強度変調を与える機能を有する。
【００３４】
前記第２の平行ガラス基板３４と金属膜３４との境界には、２つの光源１４ａ，１４ｂからの入射光（波長λ_１）１５ａ，入射光（波長λ_２）１５ｂが回折格子３２ａ、第１の平行ガラス基板３３、第２の平行ガラス基板３４を介して照射されるようになっている。
【００３５】
前記第２の平行ガラス基板３４と金属膜３４との境界で反射したレーザ光、及びハーフミラー３５、位相・振幅変調器３６、ハーフミラー３５及び回折格子３２ｂを経たレーザ光は、光検出器２２ａ，２２ｂで夫々検出される。前記光検出器２２ａ，２２ｂにより、上記実施例１と同様、各レーザ光の強度比が得られ、図９に示すような強度比−時間特性図が得られる。
【００３６】
前記各光検出器２２ａ，２２ｂには、図示しないが抽出機構としての高速フーリエ変換器を介して信号処理装置２４が電気的に接続され、実施例１と同様、周波数成分の強度比：（１ｓｔ／０ｔｈ）がＬｅｖｅｌ（基準値）より小さいか大きいかにより“１”、“０”の信号が発生し、図１２のような識別情報が得られる。
【００３７】
実施例２によれば、実施例１と同様な効果を有する。また、平行ガラス板３１が、回折格子３２ａ，３２ｂが形成された第１の平行ガラス基板３３と、測定試料１３が搭載された第２の平行ガラス基板３４とから構成されているので、計測チップ部と計測光学系部とに分離・結合することができる。
【００３８】
なお、上記実施例では、試料中にＤＮＡにある成分が有るか否かを識別する場合について述べたが、これに限らず、タンパク質、薬剤、抗原・抗体反応、ガスの有無を識別する場合、あるいは反応を起しているとき及び起した後どのように試料が変化するか調べる場合等に有も適用できる。
【００３９】
また、上記実施例では、光源、光検出器が夫々複数ある場合について述べたが、これに限らず、１つでもよい。但し、この場合、光源として２種以上の波長を有する光を照射する機能を有する光源を用い、かつ光検出器として各波長の光の面内強度分布を検出する機能を有する光検出器を用いる必要がある。なお、図１３において、光源が１つの場合は、１点鎖線で示すように光源、位相・振幅変調器３６信号処理装置２５に電気的に接続する制御回路４１が必要となる。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高いＳ／Ｎ比を得るとともに、大型光学系を省いて可動部を無くし、操作が簡単でしかも反射面の多数の試料を測定可能な表面プラズモン共鳴を用いた物質センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面プラズモン共鳴を利用した検出原理の説明図。
【図２】図２の表面プラズモン共鳴における光入射角と反射光強度との関係を示す特性図。
【図３】表面プラズモンの発生条件の説明図。
【図４】表面プラズモン共鳴発生条件近傍での入射角と反射光強度、位相との関係を示す特性図。
【図５】干渉計の参照光強度を変化させた場合の入射角と干渉強度との関係を示す特性図。
【図６】屈折率変化による入射角と干渉強度との関係を示す特性図。
【図７】波長の異なる入射角と干渉強度との関係を示す特性図。
【図８】特定の入射角に対して、干渉計の参照光を正弦波状に強度変調させた場合の干渉強度特性図。
【図９】波長が異なる２種類の光を用いた場合の、時間と干渉強度比との関係を示す特性図。
【図１０】波形中の高調波成分の含まれる割合を高速フーリエ変換法にて解析した場合の、周波数と強さとの関係を示す特性図。
【図１１】本発明の実施例１に係る表面プラズモン共鳴を用いた物質センサの説明図。
【図１２】図１１の物資センサにより得られた試料の検出結果を示す説明図。
【図１３】本発明の実施例２に係る表面プラズモン共鳴を用いた物質センサの説明図。
【符号の説明】
１１…ガラスプリズム、
１２…金属薄膜、
１３…試料、
１４ａ，１４ｂ…光源、
１５ａ，１５ｂ…レーザ光、
１６…ハーモニックビームコンバイナ、
１７…ビームエキスバンダー、
１８ａ，１８ｂ，３５…ハーフミラー、
１９…ミラー、
２０…光変調器、
２１…ハーモニックビームスプリッタ、
２３ａ，２３ｂ…アレイ型光検出器、
２４…高速フーリエ変換器（抽出機構）、
２５…信号処理装置、
３１…平行ガラス板、
３３…第１の平行ガラス基板、
３４…第２の平行ガラス基板、
３６…位相・振幅変調器（光干渉計）、
４１…制御回路。

Claims

プリズム面上に金属膜を形成し、プリズム側から金属膜に光を特定の角度で照射して表面プラズマ共鳴現象を生じせしめる機構を有し、金属膜上の化学反応状態を反射光強度で検出する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサであり、
２種以上の波長を有する光を照射するレーザ光源と、前記光のうち一つの光路に表面プラズモン共鳴が生じる機構を有するとともに、他の光路に光の強度変調を与える機構を有する光干渉計と、波長の異なる光を分離する光分離手段と、各波長の光の面内強度分布を検出する光検出器と、各波長の光の強度比を求め、強度変調信号の周波数成分を抽出する抽出機構と、この抽出機構に接続された信号処理装置とを具備することを特徴とする表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ。
回折格子を備えた平行ガラス基板面上に金属膜を形成し、基板側から金属膜に光を特定の角度で照射して表面プラズマ共鳴現象を生じせしめる機構を有し、金属膜上の化学反応状態を反射光強度で検出する表面プラズモン共鳴を用いた物質センサであり、
前記平行ガラス基板は、下面に回折格子が形成された第１の平行ガラス基板と、該ガラス基板上に分離可能に設けられ，上面側に金属膜が形成された第２の平行ガラス基板とからなり、
２種以上の波長を有する光を照射するレーザ光源と、前記光のうち一つの光路に表面プラズモン共鳴が生じる機構を有するとともに、他の光路に光の強度変調を与える機構を有する光干渉計と、前記第１・第２の平行ガラス基板間に配置され，波長の異なる光を分離する光分離手段と、各波長の光の面内強度分布を検出する光検出器と、この光検出器に接続された信号処理装置とを具備することを特徴とする表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ。
前記光干渉計における光強度を特定の周波数で変調し、各波長の信号の比を高速フーリエ変換する機構を有することを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ。
計測に用いる光を均一に広い平行光にする光学系を備えるとともに、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属膜上に複数個の独立した試料をアレイ状に配置し、光アレイセンサーにより同時に計測機能を備えることを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の表面プラズモン共鳴を用いた物質センサ。