JP2005017185A - 測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の検体ウェルを有する測定用プレートを備えた全反射減衰の時間変化を観測する測定装置において、測定用プレートの移動もしくは再設置を行った場合にも精密な測定を行う。
【解決手段】光ビームＬ１を光入出射部２０２上の薄膜層１２の界面２０２ａで全反射条件が得られるように種々の角度で入射させ、上記界面２０２ａにおいて全反射した光ビームＬ１を検出する測定装置において、傾き測定用光ビームＬ２を界面２０２ａに入射せしめ、界面２０２ａで反射した傾き測定用光ビームＬ２を光検出手段３７で受光し、界面２０２ａの全反射減衰測定の１回目と２回目の測定間の傾きを求め、この求められた傾きに応じて、信号処理部２０において２回目の測定値に対して補正を施す。
【選択図】 図２
【解決手段】光ビームＬ１を光入出射部２０２上の薄膜層１２の界面２０２ａで全反射条件が得られるように種々の角度で入射させ、上記界面２０２ａにおいて全反射した光ビームＬ１を検出する測定装置において、傾き測定用光ビームＬ２を界面２０２ａに入射せしめ、界面２０２ａで反射した傾き測定用光ビームＬ２を光検出手段３７で受光し、界面２０２ａの全反射減衰測定の１回目と２回目の測定間の傾きを求め、この求められた傾きに応じて、信号処理部２０において２回目の測定値に対して補正を施す。
【選択図】 図２
Description
【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分析する表面プラズモン共鳴測定装置等の測定装置に関し、特に詳細には、試料に接した薄膜層、金属膜あるいはクラッド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、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全反射光を利用した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共鳴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共鳴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光ビームの成分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共鳴測定装置において、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。
【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、もしくは、ｐ偏光成分のみを検出するように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ＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍ とεＳ 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εＳ 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。
【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。
【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】
なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしくは漏洩モードセンサー等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、各波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
また、現在、多数の試料についての測定を高速に行うため、およびハンドリングの効率化のために、誘電体ブロック自体が、該誘電体ブロックの上面に開口を有する検体ウェルを１次元状もしくは２次元状に複数備えたセンサウェルユニットを構成するものが提案されており、該センサウェルユニットの複数の検体ウェルに対して並列的に複数の光ビームを入射させ、各ウェルの界面における反射光を個別に検出する測定装置も提案されている。
【００１４】
以上説明したタイプの表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モードセンサーにおいて、一つの試料（同一検体ウェル）について時間をおいて複数回測定し、その状態の変化を調べる必要がある場合、複数の試料について効率的な測定を行うために、１回目の測定が終了したセンサウェルユニットを取外し、別のセンサウェルユニットについての測定を行い、もう一度同じセンサウェルユニットを設置して測定を行うという動作を繰り返すことがある。この場合、一つのセンサウェルユニットについて測定装置から一旦取り外した後、再度セッティングを行って測定を行うと、最初のベースライン（前記界面）と後のベースラインとの間に差（傾き）が生じるという欠点がある。ベースラインの傾きが、前述の種々の入射角度で入射させる光ビームの該入射角を変化させる縦方向の傾きであると、検出している反射光の角度にもずれが生じることとなり測定精度が低下してしまう。
【００１５】
また、反射光の角度にずれを生じる、すなわち光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きのみならず、該縦方向と交わる横方向への界面の傾きが生じると、反射光の反射方向が変化するために反射光が光検出手段の受光面に受光されない場合が生じるという問題があり、界面の縦横方向のいずれの傾きも測定精度の低下につながる。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて、センサウェルユニットの傾きによる測定精度の低下を防止した、測定精度の高い測定装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００１９】
本発明の第２の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第３の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第４の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
該縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きおよび横方向の傾きに応じて、前記縦方向に傾きによる誤差および横方向の傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の各測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２３】
また、上記各測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２４】
なお、上記第２および第４の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第１および第３の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．−Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ， 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を検出するものであってもよい。さらに、Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ， Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ−Ａｒｒａｙ Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ， ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ ＸＩＩＩ， １９９９， ｐｐ．２３５−２３８ に記載されているように、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るとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００２５】
「所定の基準位置」とは、ある基準となる界面位置であり、所定の一回（例えば初回）の測定時における界面位置であってもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置からの傾きからであってもよい。また、装置毎に予め定められた界面位置であってもよい。なお、実際に基準とするものは界面自体の位置のみならず、該界面の傾きに応じて傾く箇所であればよく、例えばセンサウェルユニットの一部である底面、側面などが挙げられる。
【００２６】
前記縦傾き測定手段が測定する「縦方向の傾き」および縦横傾き測定手段が測定する「縦方向の傾きおよび横方向の傾き」は、それぞれ傾きの角度そのものであってもよいし、傾きに対応する特性値であってもよい。
【００２７】
「前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調節する」とは、センサウェルユニットの傾きを補正する、光ビーム入射手段による光ビームの入射角度を変化させる、光検出手段を移動させる等のうち、少なくとも一つを実施するものであり、任意の二つ、あるいは全てを組み合わせて実施してもよい。
【００２８】
本発明の第１または第２の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦傾き測定手段を、該光ビームの少なくとも一部の前記センサウェルユニットの一部による反射を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとすることができる。
【００２９】
さらに詳細には、縦傾き測定手段を、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。この場合、前記光検出手段で受光した前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分のうち前記入射角度の変化に伴い大きく光量の変化が生じる部分の、反射光強度と検出位置との関係から前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよいし、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分の一部を暗線として前記界面に入射せしめ、前記光検出手段により前記光ビームの反射光の成分の中に含まれる暗線の位置を検出することにより前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。
【００３０】
また、一方、前記縦傾き測定手段が、前記センサウェルユニットの一部で反射した光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えるものであってもよい。すなわち、光ビームの反射光を収束レンズにより収束させ、該収束位置の変化を検出することにより界面の縦方向の傾きを検出するようにしてもよい。
【００３１】
なお、収束レンズを光ビームの光路上と光路外との位置で移動可能としておけば、前記光検出手段が第２の光検出手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、収束レンズを光路上に配した状態で傾き測定を行い、収束レンズを光路外の位置に移動させた状態で全反射減衰の状態測定を行えばよい。
【００３２】
また、前記光ビームが、複数の偏光成分を含むものである場合、前記第２の光検出手段が、前記光ビームの前記所定の偏光成分以外の成分を受光して該光ビームを検出するようにしてもよい。
【００３３】
また、収束レンズを備えた測定装置においては、さらに、前記縦傾き測定手段が、前記収束レンズと前記第２の光検出手段との間にさらに第２のレンズを備え、前記収束レンズおよび前記第２のレンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、前記光ビームの反射位置と前記光検出手段との距離をＬ、前記反射位置と前記収束レンズとの距離をｄ０、前記収束レンズと前記第２のレンズとの距離をｄ１、前記第２のレンズと前記第２の光検出手段間の距離をｄ２、前記界面の鉛直方向の移動量に基づく反射位置のシフト量をｘ、前記界面の縦方向の傾きをθとしたとき、Ｌｔａｎθ＋ｘで表される全反射減衰角の移動距離量Ａと、θ｛ｄ１＋ｄ２−ｄ１ｄ２／ｆ２−ｄ０（ｄ１／ｆ１＋ｄ０／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２｝‐ｘ（ｄ１／ｆ１＋ｄ２／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２）で表される前記第２の光検出手段における前記光ビームのスポット移動量Ｂとの関係が、Ａ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を配置してもよい。このように、第２の光検出手段に至る光路上に２つのレンズを所定の間隔で配置することにより、界面の縦方向の傾きのみならず、界面の上下方向のシフト量をも検出可能となる。
【００３４】
例えば、前記距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２の関係が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Ｌとなるように前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を設置すればよい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の測定装置において、前記縦傾き測定手段としては、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記センサウェルユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記センサウェルユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３６】
本発明の第３および第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段は、縦方向の傾きと横方向の傾きを測定する手段を別個に備えてもよいし、１つのものでもよい。別個に備える場合には、縦方向傾き手段としては前述の第１または第２の測定装置において備えられている縦方向傾き手段と同様のものを用いることができる。
【００３７】
また、本発明の第３または第４の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦横傾き測定手段を、前記センサウェルユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とからなるものとすることができる。
【００３８】
さらに、本発明の第３または第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段を、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記センサウェルユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記センサウェルユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３９】
二次元光検出手段としては、具体的には４分割フォトダイオード、抵抗型光検出器等を用いることができる
上述の各測定装置において、前記縦傾き測定手段もしくは前記縦横傾き測定手段において、第２の光ビーム入射手段を備える場合には、該第２の光ビームとしては、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としてもよい。
【００４０】
また、前記センサウェルユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向および横方向の傾きに対応して傾く前記センサウェルユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよい。
【００４１】
各測定装置において、縦傾き測定手段もしくは縦横傾き測定手段は、センサウェルユニットに１つ備えればよいが、各検体ウェル毎に備えてもよい。
【００４２】
なお、縦方向の傾きおよび縦横方向の傾き測定手段による傾き測定の測定値には界面の上下方向へのシフト量を含む場合もあるが、さらに、上下方向の位置変動を検出する上下方向位置検出手段と該上下方向位置を調整する上下方向位置調整手段を設けてもよい。
【００４３】
上下方向位置調整手段は、たとえば、縦横傾き調整手段が該上下方向位置調整の機能を備えればよく、例えば、センサウェルユニットを支持する支持台を縦横傾きφ、θおよび上下位置ｚ軸に可動なステージと該ステージを駆動する駆動手段とにより構成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の第１の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段を備えているので、同一検体ウェル（すなわち同一試料）について複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際等に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４５】
本発明の第２の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段を備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４６】
また、本発明の第３の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４７】
また、本発明の第４の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段を備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４８】
【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。図１と図２はそれぞれ、本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面形状、側面形状を示すものである。
【００４９】
本実施の形態の測定装置においては、誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェル（液溜め）２０１が、該誘電体ブロックに２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層として金属膜１２が形成されてなるセンサウェルユニットである測定用プレート２００が備えられている。測定用プレート２００は、例えば透明樹脂等で構成されており、金属膜１２上には特定物質と結合するセンシング物質１４が固定されてなる。また上記ウェル２０１底面の各々に下方に突出した光入出射部２０２が形成され、この光入出射部２０２と上記金属膜１２との界面２０２ａに測定用光ビームＬ１が入射されるようになっている。そして上記ウェル２０１は、図１に示されるように横方向（矢印Ｐ方向）、縦方向（矢印Ｑ方向）にそれぞれ複数並べて形成されている。そして上記ウェル２０１は、図１に示されるように横方向（矢印Ｐ方向）、縦方向（矢印Ｑ方向）にそれぞれ複数並べて形成されている。
【００５０】
さらに、本表面プラズモン共鳴測定装置は光ビームＬ１を出射するレーザ光源２と、該光源１０から出射された光ビームＬ１をプレート２００の矢印Ｐ方向に並んだ複数（本例では５個）のウェル２０１の底面に、並列的に入射させる光ビーム入射手段１と、各ウェル２０１の界面２０２ａで反射した光ビームＬ１をそれぞれ受光する矢印Ｐ方向のウェル数と同数の５個の光検出手段１７Ａ〜Ｅと、プレート２００を移動させるための測定ユニット送り手段とを備えてなる。
【００５１】
測定ユニット送り手段は、測定ユニット送り台２１０、レール２１１および駆動手段２１２により構成されている。上記プレート２００は、測定ユニット送り台２１０の上の所定位置にセットされる。この測定ユニット送り台２１０は、矢印Ｐ方向に延びる状態に配設された１対のレール２１１、２１１上に載置され、搭載している駆動手段２１２により、これらのレール２１１、２１１に沿って移動可能とされている。
【００５２】
光ビーム入射手段１は、レーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１を平行光とするコリメータレンズ３、光ビームＬ１を分岐するハーフミラー４ａ〜ｄおよびミラー４ｅ、分岐された光ビームＬ１を図２で示される面内のみで径を拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｅ、光ビームＬ１を反射するミラー６ａ〜ｅ、該ミラー６ａ〜ｅで反射された光ビームＬ１を、図２に示される面内のみで集光するシリンドリカルレンズ７ａ〜ｅとを備えてなる。
【００５３】
光検出手段１７Ａ〜Ｅの各々は、多数の受光素子が１列に配されてなるフォトダイオードアレイから構成されており、受光素子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配されている。
【００５４】
１つのレーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１はコリメーターレンズ３で平行光とされた後、ハーフミラー４ａ〜ｄとミラー４ｅとによって５本に分岐され、分岐された５本の光ビームＬ１が各々ウェル２０１の底面、つまり光入出射部２０２と金属膜１２との界面２０２ａに入射する。
【００５５】
このとき、分岐された各光ビームＬ１は、それぞれシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｅにより図２に示される面内のみで径が拡大され、それぞれミラー６ａ〜ｅで反射して進行方向を変えた後、それぞれシリンドリカルレンズ７ａ〜ｅにより図２に示される面内のみで集光される。それにより各光ビームＬ１は、それぞれ光入出射部２０２と金属膜１２との界面２０２ａに対して、種々の入射角成分を持った状態で入射する。なおレーザ光源２は、直線偏光である光ビームＬ１がｐ偏光状態で上記界面２０２ａに入射するようになる向きに配設されている。その他、光ビームＬ１を界面２０２ａに対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビームＬ１の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【００５６】
光ビームＬ１は、上述のように集光されるので、界面２０２ａ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２０２ａで全反射した反射光ビームＬ１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、上記光ビーム入射手段１は、光ビームＬ１を界面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、界面上のより広い領域において光ビームＬ１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解消角の測定精度を高めることができる。
【００５７】
界面２０２ａで全反射した光ビームＬ１は光検出手段１７Ａ〜Ｅにより検出される。本例における各光検出手段１７Ａ〜Ｅは、それぞれ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１の図示面内において、平行光化された光ビームＬ１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２０２ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビームＬ１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。
【００５８】
本実施の形態においては、以上のようにして、５つのウェル２０１に貯えられている試料１５に関する測定を相並行して行なうことができる。そして、これらの測定が終了したならば、一旦レーザ光源２の駆動が停止され、次に駆動手段２１２が作動して測定ユニット送り台２１０が（つまりプレート２００が）図１、図２中の矢印Ｑ方向に、ウェル２０１の配置ピッチ分だけ送られる。その状態になるとレーザ光源２が再度駆動され、それにより、新たな５つの試料１５に関する測定がなされる。このようにして本実施の形態においては、多数の試料に関する測定を極めて能率良く、短時間内に行なうことが可能となっている。
【００５９】
なお本実施の形態では、光源としてレーザ光源２を１つだけ用いているが、例えば光源を２個設け、１つの光源からの光ビームを２本に分岐し、別の光源からの光ビームを３本に分岐して、合計で５本の光ビームを得るようにしても構わない。
【００６０】
なお、本測定装置は、さらに光検出手段１７Ａ〜Ｅはそれぞれ、図示しない差動アンプアレイおよびドライバを備えており、さらに、コンピュータシステム等からなる信号処理部２０および該信号処理部に接続された表示手段２１を備えている。
【００６１】
図３は、この表面プラズモン共鳴測定装置の電気的構成を示すブロック図である。ここでは、１つの光検出手段１７Ａからの信号の処理について説明するが、他の光検出手段からの信号も同様に処理される。なお、以下において、光検出手段１７Ａ〜Ｅについては特に必要な場合を除き、単に光検出手段１７と称する。図３に示す通り、差動アンプアレイ１８は、光検出手段１７に接続されており、ドライバ１９は、差動アンプアレイ１８の各差動アンプ１８ａ、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。
【００６２】
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１８ａ、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。
【００６３】
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。
【００６４】
図４は、界面２０２ａで全反射した光ビームＬ１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Ｌ１の界面２０２ａ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。
【００６５】
界面２０２ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜１２と試料１５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が全反射減衰角であり、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２にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００６６】
また図４の（２）は、フォトダイオード１７ａ、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、１８ｂ、１８ｃ……の中から、全反射減衰角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４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’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。
【００６９】
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’が表示手段２１に表示される。この微分値Ｉ’は、ウェル２０１の金属膜１２（図２参照）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４（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。
【００７０】
特に本実施形態では金属膜１２に、試料液１５の中の特定物質と結合するセンシング物質１４を固定しており、それらの結合状態に応じてセンシング物質１４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１５およびセンシング物質１４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物質１４との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げられる。
【００７１】
なお、試料液１５の中の特定物質とセンシング物質１４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’を求めて表示する他、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ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００７２】
さて、上述のように微分値Ｉ’の時間変化を測定する場合、同一検体ウェルについて一定時間経過毎に複数回測定を行うことになる。この時、複数の試料（複数の検体ウェル）について効率的に測定を行うために、測定ユニット送り手段によりセンサウェルユニットを送り、次の列についての測定を行い、一定時間後に再び最初の列が測定位置となるようにして各ウェルの測定を行う。また、さらに場合によっては、一旦プレートを外し、他の測定用プレートについての測定を行った後に、再度最初の測定用プレートについての測定を行う場合もある。
【００７３】
測定用プレート２００の移動もしくは再セッティングの際に、先の測定時の状態からずれが生じる場合があり、特に光ビームＬ１の界面２０２ａへの入射角度を変化させる界面２０２ａの縦方向の傾きが測定値に多大な影響を与えることとなる。
【００７４】
そこで、図２に示すように、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、界面２０２ａの縦方向傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、測定用プレート２００の一部で全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出力され、光入出射部２０２の底面２０２ａで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段３７とからなる縦方向傾き測定手段を備えている。第２の光ビームＬ２は、界面２０２ａの傾きに応じて傾く箇所であればよく、ここでは、測定用プレート２００の１つの光入出射部２０２の底面２０２ｂに反射面を形成し、この底面２０２ｂに入射させる構成である。なお、第２の光ビームＬ２を界面２０２ａへ入射する構成としてもよい。第２の光検出手段３７は、具体的には光検出手段１７と同様のフォトダイオードアレイ等のライン状の光検出器であり、具体的には、界面２０２ａの縦方向の傾きによる光ビームＬ２の入射角度（すなわち反射角度）の変化に伴う光ビームＬ２の進行方向のずれを検出する方向（図中矢印Ｋ方向）にフォトダイオードが併設され、光ビームＬ２の受光位置のＫ方向へのずれ（すなわち反射角度の変化）を検出するものである。この第２の光検出手段３７からの出力ＳＲは信号処理部２０に送られ、該信号処理部２０において、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面２０２ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的には、第２の光検出手段３７からの信号から求められた界面の角度の差分（傾き）をプラズモン共鳴信号について得られる測定値の角度に加算もしくは減算して補正する。すなわち、この信号処理部２０が縦方向傾き補正演算手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、光ビームＬ１と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。なお、本実施形態においては、測定用プレート２００に対して、すなわち複数のウェル２０１に対して１つの縦方向傾き測定手段を備えた構成である。
【００７５】
試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により界面２０２ａに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射され、この反射光が第２の光検出手段３７により検出される。２回目の測定時に、同様にして第２のビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面２０２ａの縦方向の傾きに対応するものである。このように、第２の光検出手段３７により底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を受光して、界面２０２ａへの入射角度を変化させる該界面２０２ａの縦方向の傾きに応じて変化する底面２０２ｂの傾きにより変化する反射光の検出位置を測定することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを測定する。この光ビームＬ２の検出位置の変動から得られる界面の縦方向の傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。３回目以降の測定においても同様に１回目の測定時からの界面の縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００７６】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定用プレートの移動もしくは再セッティングする場合のみならず、該支持台（測定用プレート移動手段）や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦方向の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【００７７】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際してウェルへの試料液１５の分注前に、ウェル２０１についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液１５の分注後の測定値から各ウェル２０１におけるバルク効果を差し引くようにして、試料液１５のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液１５の分注前後に界面２０２ａの傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【００７８】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。以下においては、図１中の要素と同等の要素には同符合を付しており、それらについての説明は必要のない限り省略し、主として相違点のみ説明する。
【００７９】
この第２実施形態の測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、本例においても上記と同様の複数のウェル２０１を備えた測定用プレート２００’を備えている。ただし、図５に示すようにウェル２０１の底面に金属膜にかえて、クラッド層４０が形成され、さらにその上には光導波層４１が形成されてなる。それ以外の構成は上述の表面プラズモン共鳴測定装置と略同一である。
【００８０】
測定用プレート２００’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、該プレート２００’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。
【００８１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光源２から出射した光ビームＬ１を光入出射部２０２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Ｌ１が光入出射部２０２とクラッド層４０との界面２０２ａ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２０２ａ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。
【００８２】
光導波層４１における導波光の波数は、該光導波層４１の上の試料１５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１５の屈折率や、それに関連する試料１５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’に基づいて試料１５の特性を分析することもできる。
【００８３】
また、この漏洩モードセンサーは、界面２０２ａの縦傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、上記光入出射部２０２の底面２０２ｂで全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３３と、該第２の光ビーム入射手段により底面２０２ｂに入射され、該底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する、上記と同様の光検出手段３７とを備えている。この光検出手段３７からの出力ＳＲ は信号処理部２０に送られ、該信号処理部２０においてプラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの縦方向の傾きを補正するための補正信号を加算することにより正確な測定値を得る。すなわち、この信号処理部２０が縦傾き演算補正手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、全反射減衰測定用の光ビームＬ１と異なる波長を有するものである。
【００８４】
試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３３により入射された第２の光ビームＬ２が底面２０２ｂで反射され、この反射光が光検出手段３７により検出される。次いで、２回目の測定時に、同様にして第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面２０２ａの縦方向の傾きに対応するものである。この得られた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００８５】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。図６と図７はそれぞれ、本発明の第３の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面形状、側面形状を示すものである。
【００８６】
本実施形態は、光ビーム入射手段１０１および光検出手段の構成、さらには縦方向傾き補正方法が第１の実施の形態と異なる。
【００８７】
光ビーム入射手段１０１は、レーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１を図６に示される面内のみで径を拡大し扁平化するシリンドリカルビームエキスパンダ５０、扁平化された光ビームＬ１を図７で示される面内のみで径を拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ５１、光ビームＬ１を反射するミラー５２、該ミラー５２で反射された光ビームＬ１を、図７に示される面内のみで集光させるシリンドリカルレンズ５３を備えてなる。
【００８８】
光検出手段としては、２次元の光検出面を有する例えばＣＣＤ素子からなる光検出器５５を備えており、この光検出器５５の前側には、図８に正面形状を示すように５つの光通過開口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄおよび５４ｅを有するマスク５４が配設されている。
【００８９】
プレート２００において矢印Ｐ方向に並んだ複数（本例では５個）のウェル２０１の底面には、扁平化された１本の光ビームＬ１Ｆが同時に入射する。すなわち、１つのレーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１はシリンドリカルビームエキスパンダ５０により図６に示される面内のみで径が拡大され、上記５個のウェル２０１の底面に同時入射可能なサイズまで扁平化される。
【００９０】
そしてこの扁平化された光ビームＬ１は、次にシリンドリカルビームエキスパンダ５１により図７に示される面内のみで径が拡大され、大きなミラー５２で反射して進行方向を変えた後、シリンドリカルレンズ５３により図７に示される面内のみで集光される。それにより光ビームＬ１は、５個のウェル２０１の中の金属膜１２と光入出射部２０２との界面２０２ａに対して、種々の入射角成分を持った状態で入射する。なおレーザ光源２は、直線偏光である光ビームＬ１がｐ偏光状態で上記界面に入射するようになる向きに配設されている。
【００９１】
上記界面で全反射した光ビームＬ１のうち、５個のウェル２０１における上記界面で反射した成分が、互いに別の光通過開口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄおよび５４ｅを通過して、光検出器５５の光検出面の互いに異なる５つの固有領域で検出されるようになる。それら５つの固有領域の出力は、各々独立して第１の実施の形態におけるのと同様に処理され、試料１５中の特定物質が定量分析される。
【００９２】
本実施の形態においても、以上のようにして、５つのウェル２０１に貯えられている試料１５に関する測定を相並行して行なうことができる。またその測定が終了したならば第１実施の形態と同様にしてプレート２００がウェル２０１の配置ピッチ分だけ送られ、新たな５つの試料１５に関する測定がなされる。このようにして本実施の形態においても、多数の試料に関する測定を極めて能率良く、短時間内に行なうことが可能となっている。
【００９３】
なお本実施の形態では、光源としてレーザ光源２２０を１つだけ用いているが、例えば光源を２個設け、１つの光源からの光ビームを２つのウェル２０１の底面に入射し得る幅まで扁平化し、別の光源からの光ビームを３つのウェル２０１の底面に入射し得る幅まで扁平化するようにしても構わない。
【００９４】
また、本実施形態の測定装置が備えている縦方向傾き測定手段は、第１の実施形態のものと同様の構成であり、第２の光ビームＬ２を、測定用プレート２００の一部で全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出力され、底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段３７を備えている。ただし、界面２０２ａの傾き測定後の傾き補償のための手段が異なるものである。
【００９５】
本表面プラズモン共鳴測定装置は、第２の光検出手段３７の測定値から得られた界面２０２ａの縦方向の傾きを補償するため、全反射減衰角を検出する第１の光検出手段５５およびマスク５４を図中矢印ｘの方向に移動させて調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、縦方向調整手段である位置調整手段は、矢印ｘ方向に可動とされた光検出手段５５およびマスク５４と、該光検出手段５５およびマスク５４を調整するために移動させる駆動手段３５とからなり、該駆動手段３５は、信号処理部２０からの指示により光検出手段５５およびマスク５４を移動調節する。すなわち、本実施形態においては、演算による測定値の補正を行うのではなく、光検出手段１７を移動させて界面の縦方向の傾きによる誤差を補正するように調整するものである。
【００９６】
このように、本実施の形態の装置によれば、縦傾き測定手段により検出された縦方向の傾きに応じて光検出手段を移動させる縦方向調整手段を備え、物理的な位置調整を行うことにより界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００９７】
また、図９に第４の実施形態として示す表面プラズモン共鳴測定装置においては、光検出手段側の位置調整ではなく、光ビームの入射手段１０１による入射角度を調整する入射角調整手段を縦方向調整手段として備えてなるものである。入射角調整手段は、光源２からの光ビームＬ１を反射させる面を有すると共に、該反射面が光ビームＬ１の入射角を変化させる方向に回転可能とされたミラー３６と、該ミラー３６を回転駆動させる駆動手段３８とからなり、該駆動手段３８は、信号処理部２０からの指示によりミラー３６を回転させて反射角度を調整する。すなわち、各測定時における、界面２０２ａに対する光ビームＬ１の入射角度を調整することにより、該界面２０２ａで反射した光ビームＬ１が常に略同一の方向に反射するように調整するものである
このように、傾き測定手段により得られた界面の縦方向の傾きに応じて、光ビームを傾けることにより、界面２０２ａに対する入射角度を一定とすることができるため、界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００９８】
なお、上記のように、光検出手段、あるいは光ビーム入射手段による入射角度を調整するほか、測定用プレート２００自体を傾ける等して界面の縦方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段、光ビーム入射手段、測定用プレート２００のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【００９９】
次に、図１０および図１１を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１００】
本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置においては、表面プラズモン共鳴の測定系の構成は前述の第１の表面プラズモン共鳴測定装置と同一であるが、界面の縦傾き測定手段が異なる。以下に本実施形態における縦傾き測定手段について説明する。
【０１０１】
一般に、表面プラズモン共鳴測定装置においては、光ビームとして、図１１に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものが用いられている。通常全反射減衰角θＳＰがピーク強度近傍となるように設定されており、上述のように、この全反射減衰角θＳＰの時間変化を観察する。したがって、ガウシアン分布の両端の部分は測定にはほとんど寄与しない部分である。そこで、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置においてはこの測定範囲外の成分を利用して界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。通常、このガウシアン分布の測定範囲外の領域は光強度と入射角度（反射角度）との関係が変化しない部分であり、両者の関係の変化は界面の角度の差（傾き）によってのみ生じるものと考えられる。従って、本実施形態においては図１１中点線円で囲む箇所のように、光量分布が急峻になっている箇所の光量を観測し、この光量の変化により界面の縦方向の傾きを求める。具体的には入射角度θａ の部分の光強度を光検出手段１７により検出する、すなわち、光検出手段１７の所定のフォトダイオードからの出力の変化を検出することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。このようにして求められた傾きに基づいて、上述の実施形態と同様に信号処理部２０において縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。なお、各光検出手段１７Ａ〜Ｅでそれぞれ縦方向の傾きを求め補正した測定置を得るようにしてもよいし、１ヶ所で代表して傾きを求め、その傾きを利用して各光検出手段からの信号に補正を施すようにしてもよい。
【０１０２】
次に、図１２および図１３を参照して本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１０３】
この第６の実施形態の測定装置は、上述の第５の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置とほぼ同一の構成であるが、光ビームＬ１の入射手段側の光路上に遮蔽物６０を配置して、光ビームＬ１の一部を暗線６１として界面２０２ａに入射させ、光ビームＬ１の反射光に含まれる暗線６１を検出することにより、界面５７の縦方向の傾きを検出するものである点で異なる。
【０１０４】
上記第５の実施形態と同様に光ビームＬ１として、図１３に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分を利用して界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。上述のように、光ビームＬ１の一部を暗線６１として界面２０２ａに入射せしめ、光検出手段１７によりその暗線６１を検出する。界面２０２ａの縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段１７上で検出される暗線６１の位置は変動しないため、この暗線位置のずれが界面２０２ａの縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に暗線６１がθｂに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面２０２ａの角度が変化すると２回目の測定時には暗線６１は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより暗線６１が検出されたかにより界面２０２ａの縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０５】
次に、図１４から図１６を参照して本発明の第７の実施形態について説明する。図１４および図１５はそれぞれ第７の実施形態の測定装置の平面図、側面図である。
【０１０６】
この第７の実施形態の測定装置は、上述の第５の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置とほぼ同一の構成であるが、光ビームＬ１の光路上に光ビームを分岐させ、光ビームＬ１の一部を界面に対して所定の入射角度で第２の光ビームＬ２として入射させるための、ハーフミラー８ａ〜ｅ、ミラー９ａ〜ｅおよびミラー１０ａ〜ｅを備え、さらに、光ビーム入射手段１におけるミラー６ａ〜ｅに代えてＰＢＳ１６ａ〜ｅを備えてなる。この光ビーム入射手段１’により、光ビームＬ１を種々の入射角度を含む状態で界面２０２ａに入射させると共に、第２の光ビームＬ２を所定の入射角度で界面２０２ａに入射させ、光ビームＬ１および光ビームＬ２の反射光が重なる光量突出部を検出することにより、界面２０２ａの縦方向の傾きを検出するものである。
【０１０７】
上記第５の実施形態と同様に光ビームＬ１として、図１６に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分と重なるように、第２の光ビームＬ２を界面２０２ａに対して入射せしめ、光検出手段１７により光ビームＬ１と光ビームＬ２が重なった光量突出部を検出する。界面２０２ａの縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段１７上で検出される突出部の位置は変動しないため、この突出部位置のずれが界面２０２ａの縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に突出部がθｃに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面２０２ａの角度が変化すると２回目の測定時には突出部は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより突出部が検出されたかにより界面２０２ａの縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０８】
次に、図１７を参照して本発明の第８の実施形態について説明する。
【０１０９】
本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、第７の実施形態の測定装置と略同一の構成であるが、光ビーム入射手段１’のうち分岐させた第２の光ビームＬ２の光路上にλ／２板１１ａ〜ｅを備え、さらに、検出手段側の反射光光路上にＰＢＳ１２ａ〜ｅを備え、第２の光ビームＬ２のみを受光する第２の光検出手段１３ａ〜ｅを備えた点で異なる。
【０１１０】
λ／２板１１ａ〜ｅにより、小径の第２の光ビームＬ２を、界面２０２ａに対してｓ偏光で入射する光とし、該界面２０２ａで反射した第２の光ビームＬ２をＰＢＳで第２の光検出手段１３ａ〜ｅに入射させる。第２の光検出手段１３ａ〜ｅは、ラインセンサであり、このラインセンサ上の、第２の光ビームＬ２の矢印Ｑ方向における受光位置は界面の縦方向の傾きに応じて変化するので、これを測定することにより界面の縦方向の傾きを得ることができ、これに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定置を得る。
【０１１１】
次に、図１８および図１９を参照して本発明の第９の実施形態について説明する。図１８および図１９はそれぞれ第９の実施形態の測定装置の平面図、側面図である。
【０１１２】
この第９の実施形態の測定装置の光ビーム入射手段１０１’は、上述の第３の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置の光ビーム入射手段１０１とほぼ同一の光ビーム入射手段１０１’であるが、本光ビーム入射手段１０１’は、光ビームＬ１の光路上に光ビームを分岐させ、光ビームＬ１の一部を界面に対してｓ偏光状態で所定の入射角度で第２の光ビームＬ２として入射させるための、ハーフミラー１５４、ミラー１５５、λ／２板１５６、ミラー１５７を備え、光ビーム入射手段１０１におけるミラー５２およびシリンドリカルレンズ５３に代えてＰＢＳ１５２およびシリンドリカルレンズ１５３ａ〜ｅを備えてなる。さらに、光検出手段側の反射光光路上にはＰＢＳ１５８を備え、第２の光ビームＬ２を検出するための第２の光検出手段１５９を備えてなる。光ビーム入射手段１０１’により、光ビームＬ１を種々の入射角度を含む状態で界面２０２ａに入射させると共に、第２の光ビームＬ２を所定の入射角度でｓ偏光状態で界面２０２ａに入射させ、該界面２０２ａで反射した第２の光ビームＬ２をＰＢＳ１５８により第２の光検出手段１５９側に反射させ、該第２の光検出手段１５９で第２の光ビームＬ２を検出する。
【０１１３】
第２の光検出手段１５９は例えば、ＣＣＤセンサであり、このＣＣＤセンサ上の、第２の光ビームＬ２の矢印Ｑ方向における受光位置は界面の縦方向の傾きに応じて変化するので、これを測定することにより界面の縦方向の傾きを得ることができ、これに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定置を得る。
【０１１４】
以下、図２０から図２５を参照して他の測定装置の実施形態を説明するが、各測定装置においては、前述した各実施形態と全反射減衰の測定に係る部分は略同一であり、縦傾き測定手段の形態が異なるものであるため、主として傾き測定手段について説明し、全反射減衰の測定に係る部分については変更箇所についてのみ言及する。
【０１１５】
図２０を参照して本発明の第１０の実施形態について説明する。
【０１１６】
この第１０の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームＬ１の反射光の光検出手段１７に至る光路上と該光路外の位置とで移動可能とされた収束レンズ６６と、光検出手段１７とにより構成されている。本測定装置においては、収束レンズ６６を光路上に配した状態で界面２０２ａの縦方向の傾き測定を行い、収束レンズ６６を光路外に配した状態で全反射減衰の状態の測定を行う。すなわち本実施形態においては、光ビームＬ１の反射光を収束レンズ６６により光検出手段１７上で収束させ、光検出手段１７上における収束ビームの矢印ｘ方向における検出位置の変化を測定することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１１７】
本実施形態の場合、光ビームＬ１はｐ偏光として界面２０２ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームＬ１として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、該表面プラズモン共鳴の状態を検知するために光検出手段１７においてｐ偏光成分のみを検出できるようにする必要がある。そこで、光ビームＬ１がｐ偏光以外の偏光成分を含むものである場合には
、図２１に第１１の実施形態の測定装置の側面図として示すように、光検出手段１７の光ビーム入射側に検光子６８を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。なお、傾き測定時には、検光子６８を回転させて、ｐ偏光成分と直交するｓ偏光成分の収束光の位置を検出するようにしてもよい。
【０１１８】
次に、図２２を参照して本発明の第１２の実施形態について説明する。
【０１１９】
この第１２の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームＬ１の反射光の光検出手段１７に至る光路上に配されたハーフミラー７０と該ハーフミラー７０により分離された光ビームの一部を収束する収束レンズ７１と、該収束レンズ７１により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段７２とからなる。ハーフミラー７０により光ビームＬ１の反射光を分割し、一部を全反射減衰の測定に用い、一部を界面２０２ａの縦方向の傾き測定用に用いている。ハーフミラー７０で一部反射された光ビームＬ１が収束レンズ７１により第２の光検出手段７２上に収束され、この光検出手段７２上における光ビームの矢印Ｑ方向の検出位置の変化により界面２０２ａの縦方向の傾きを検出するものである。なお、ハーフミラー７０の代りに、光路上と光路外の位置とで移動可能なミラーを備えるようにしてもよい。この場合、ミラーを光路上に配し、光ビームを該ミラーで第２の光検出手段側へ反射させるようにして傾きを測定し、ミラーを光路外の位置へ移動させたて光ビームを光検出手段１７へ直進させて全反射減衰を測定するようにすればよい。
【０１２０】
本実施形態の場合、光ビームＬ１はｐ偏光として界面２０２ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームＬ１として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、図２３に第１３の実施形態の測定装置側面図として示すように、光検出手段１７の光ビーム入射側に検光子６８を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。
【０１２１】
次に、図２４および図２５を参照して本発明の第１４の実施形態について説明する。
【０１２２】
第１４の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、図２２に示した第１２の実施形態において、縦傾き測定用の第２の光検出手段７２に至る光路上にさらに第２のレンズ７５を設けてなるものである。本測定装置は、レンズを２枚組み合わせることにより、界面２０２ａの縦方向の傾きのみならず、界面２０２ａの上下方向のシフト量に対応する特性値を得ることができるため、より高精度な全反射減衰の状態を測定することができる。
【０１２３】
界面の縦方向の傾きとシフトを検出する仕組みについて図２５を参照に簡単に説明する。図２５（ａ）はシフト量を検出する仕組み、同図（ｂ）は傾きを検出する仕組みを模式的に示したものである。
【０１２４】
収束レンズ７１および第２のレンズ７５の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、光ビームの反射位置と光検出手段１７との距離をＬ（図２４参照）、光ビーム反射位置と収束レンズ７１との距離をｄ０、収束レンズ７１と第２のレンズ７５との距離をｄ１、第２のレンズ７５と第２の光検出手段７２間の距離をｄ２、界面２０２ａの鉛直方向の移動量ｚに基づく反射位置のシフト量をｘ、界面２０２ａの傾きをθとする。なお、図２４においてはハーフミラー７０により光路が変更されているが、図２５においては、模式的に光路を直線とした。
【０１２５】
光ビームＬ１が入射される界面の縦方向の傾きがθ、シフト量ｘであるとき、この界面の変動による全反射減衰角の移動距離Ａは、Ｌｔａｎθ＋ｘで表される。
【０１２６】
一方、図２５（ａ）に示すように、実線で示した測定用プレート２００が点線で示した測定用プレート位置に距離ｚシフトした場合、光ビーム入射位置のシフト量ｘは、二つのレンズの作用により、第２の光検出手段７２上の光ビーム検出位置において所定のシフト量αとして現れる。また、図２５（ｂ）に示すように、実線で示した測定用プレート２００が点線で示したプレートのようにθ傾いた場合、第２の光検出手段７２上の光ビーム検出位置は、所定のシフト量β変化する。
【０１２７】
この界面２０２ａの傾きおよび上下方向のシフトによる第２の光検出手段７２上の光ビームのスポット移動量Ｂは、θ｛ｄ１＋ｄ２−ｄ１ｄ２／ｆ２−ｄ０（ｄ１／ｆ１＋ｄ０／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２｝−ｘ（ｄ１／ｆ１＋ｄ２／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２）で表される。
【０１２８】
したがって、光検出手段１７上における全反射減衰角の移動距離Ａと第２の光検出手段７２上の光ビームのスポット移動量Ｂとの関係がＡ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、収束レンズ７１、第２のレンズ７５および第２の光検出手段７２を配置しておけば、界面の変動による全反射減衰角の移動距離が第２の光検出手段７２上のスポット移動量として現れる。上記Ａ＝ＢもしくはＡ＝−Ｂを満たすためには、具体的には、距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Ｌとなるように収束レンズ７１、第２のレンズ７５および第２の光検出手段７２を設置すればよい。
【０１２９】
本実施形態のように、二つのレンズを利用して界面２０２ａの縦方向の傾きと上下方向のシフト量を得るようにすれば、この界面の変動量による誤差を補正した測定値を得ることができるため、さらに精度よい全反射減衰の状態測定を行うことができる。
【０１３０】
なお、第５の実施形態から第１４の実施形態において、第２の光ビーム入射手段は、いずれも全反射減衰測定用の光ビームＬ１を生成する光源２から出射された光の一部を用いることとしたが、別個に光源を設けてもよい。
【０１３１】
なお、第５の実施形態から第１４の実施形態においては、界面の縦方向の傾きによる誤差を補償する方法として傾きに応じた補正を施した測定値を得ることとしたが、第３、第４の実施形態と同様に光ビーム入射手段、光検出手段および／またはセンサウェルユニットの位置調整を行うようにしてもよい。
【０１３２】
また、傾きに応じた補正を施した測定値を得る演算手段を備えた各実施の形態においては、初回の測定時の界面位置を基準とし、それ以降の各側定時にはその界面からの縦方向の傾きを求めて該傾きによる誤差を補正した測定値を得る形態について説明したが、複数回の測定のうち初回以外の所定の測定時の界面位置を基準とし、各測定値にはその基準とする界面からの傾きを求めて該傾きに応じて補正した測定値を得るようにしてもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置を基準とし、各測定値にはこの平均位置からの傾き求めて該傾きに応じた補正を施すようにしてもよい。
【０１３３】
また、測定装置における傾き測定における検出誤差を測定装置毎の号機データとして保有し、傾き測定時に号機データを用いた補正値を傾き値として得るようにすると、さらに測定精度を向上させることができる。
【０１３４】
さらに、演算手段を備えた各実施形態において、傾きが許容値以上となった場合にはアラームを出すようにし、その場合には、光ビーム入射手段、センサウェルユニットおよび／または光検出手段等の調整を行うようにしてもよい。
【０１３５】
第１から第１４の実施形態に説明した測定装置における傾き測定および該傾き補正は、界面の縦方向への傾きのみを検出してそれによる誤差を補正するものであったが、界面２０２ａの傾きには、光ビームＬ１の入射角度を変化させる縦方向の傾きの他、該入射角度の変化方向を含む面に垂直な方向に光ビームＬ１の入射位置を変化させる横方向の傾きがある。横方向の傾きは、界面で全反射する光ビームＬ１の、フォトダイオードの並び方向に垂直な方向へのずれにつながり、光ビームＬ１が光検出手段１７で受光できなくなる場合を生じさせる。ずれが小さく、光ビームＬ１を受光可能な範囲であればよいが、受光不可能となるのを防ぐため、以下に説明する実施形態においては、縦横方向の傾きを検出する縦横傾き検出手段と、縦横方向への傾きを補正する補正手段を備えてなる。
【０１３６】
図２６を参照して本発明の第１５の実施形態について説明する。
【０１３７】
この第１５の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示した表面プラズモン共鳴測定装置と略同一であるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、界面２０２ａの傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、上記光入出射部２０２の底面２０２ｂで全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出射され、底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段１３０とからなる縦横傾き測定手段、および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１３８】
第２の光検出手段１３０は、例えば４分割フォトダイオードからなる位置センサであり、受光面上に入射する光ビームＬ２の二次元的な位置変動を検出するものである。図２７は第２の光検出手段１３０の受光面を模式的に示した図である。図示のとおり、第２の光検出手段１３０は４つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４からなり、入射した光ビームの各フォトダイオードで受光した光量から位置を検出するものである。具体的には、ｘ方向のずれ（界面の縦方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ３の加算信号とＰＤ２とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができ、ｙ方向のずれ（界面の横方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ２の加算信号とＰＤ３とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができる。
【０１３９】
なお、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、光ビームＬ１と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【０１４０】
傾きによる誤差を補正するための手段は、横方向の傾きに起因する光ビームＬ１の光検出手段１７上における受光位置の矢印ｙ方向のずれを補正する横方向調整手段としての、光検出手段１７を矢印ｙ方向に移動させて位置調整する位置調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とからなる。
【０１４１】
すなわち、位置調整手段は、ｙ方向に可動とされた光検出手段１７と、該光検出手段１７を調整するために移動させる駆動手段１３５とからなり、該駆動手段１３５は、傾き測定用の第２の光検出手段１３０からの信号を得て光ビームＬ２のｙ方向へのずれを求める信号処理部２０からの指示により光検出手段１７を移動調節する。また、演算手段は信号処理部２０により構成されており、前述の第１の実施形態の場合と同様に、信号処理部２０が、第２の光検出手段１３０からの信号を得て、光ビームＬ２のｘ方向へのずれを求め、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面２０２ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的な演算は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１４２】
傾きの測定および位置調整等は以下のようにして行う。まず、試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により底面２０２ｂに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段１３０の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からのｙ方向へのずれ（界面の横方向の傾き）を検出し、該ｙ方向へのずれに応じて光検出手段１７のｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームＬ２を受光した第２の光検出手段１３０からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段１７のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段１７と第２の光検出手段１３０を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段１３０のｙ方向中心で第２の光ビームＬ２が受光されるように位置調整するようにしてもよい。その後、第２の光ビームＬ２のｘ方向へのずれ（界面の縦方向の傾き）を検出し、該ずれ量に基づいて、信号処理部２０において、界面２０２ａの縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１４３】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段１３０で受光された第２の光ビームＬ２の位置に応じて、光検出手段１７の横方向の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定し、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１４４】
次に、本発明の第１６の実施形態を図２８を参照して説明する。
【０１４５】
この第１６の実施形態の測定装置は、第１５の実施形態に示した表面プラズモン共鳴測定装置と略同一であるが、縦横方向の傾きによる誤差を補正する手段が異なるものである。本実施形態においては、界面の横方向の傾きおよち縦方向の傾きを同時に解消するものであり、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段として、第１の光検出手段１７を図中矢印ｘ方向および紙面に垂直なｙ方向に二次元的に移動させて位置調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、位置調整手段は、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段１７と、該光検出手段１７を調整するために移動させる駆動手段１３６とからなり、該駆動手段１３６は、傾き測定用の第２の光検出手段からの信号を得て光ビームＬ２のずれを求める信号処理部２０からの指示により光検出手段１７を移動調節する。
【０１４６】
縦横傾きの測定および位置調整は以下のようにして行う。まず、試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により底面２０２ｂに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段１３０の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からのずれを検出し、該ずれに応じて光検出手段１７のｘｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームＬ２を受光した第２の光検出手段１３０からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段１７のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段１７と第２の光検出手段１３０を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段１３０の中心で第２の光ビームＬ２が受光されるように位置調整するようにしてもよい。
【０１４７】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段１３０で受光された第２の光ビームＬ２の位置に応じて、光検出手段１７の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定する。これにより、界面２０２ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１４８】
次に、図２９を参照して本発明の第１７の実施形態について説明する。
【０１４９】
図２９に示す第１７の実施形態の測定装置として示すプラズモン共鳴測定装置においては、界面の縦横の傾きによる誤差を補正するための手段として、光検出手段１７の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１０１による入射角度および入射位置を調整する光ビーム調整手段を備えてなるものである。光ビーム調整手段は、光源２からの光ビームＬ１を反射させる面を有すると共に、該反射面を縦横に回転可能とされたチルトミラー１３８と、該チルトミラー１３８を駆動させる駆動手段１３９とからなり、該駆動手段１３９は、信号処理部２０からの指示によりミラー１３８を回転させ光ビームの入射角度および入射位置を調整する。
【０１５０】
このように、縦横傾き測定手段により得られた界面の縦方向および横方向の傾きに応じて、光ビームの入射角度および入射位置を調整することにより、界面の縦横の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【０１５１】
なお、上記第１６および１７の実施形態のように、光検出手段あるいは光ビーム入射手段を調整するほか、測定用プレート２００自体を傾ける等して界面の縦方向および横方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段、光ビーム入射手段、測定用プレート２００のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向および横方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【０１５２】
その他、例えば図３０に第１８の実施形態として示すように、第１２の実施形態（図２２参照）の第２の光検出手段７２の１次元フォトダイオードアレイに代えて、４分割フォトダイオードもしくは抵抗型光検出器等の二次元センサ１３０を備え、第１の光検出手段１７をｘｙ方向に可動とし、該光検出手段１７を駆動し位置調整を行う駆動手段１３６を備えれば、界面２０２ａの縦方向の傾きのみならず横方向の傾きを検出することができ、縦横方向の傾きによる誤差を補償した精度よい測定値を得ることができる。
【０１５３】
次に図３１〜図３３を参照して第１９の実施の形態を説明する。
【０１５４】
図３１は第１９の実施の形態の測定装置の平面図、図３２および３３はそれぞれ側面図を示す。
【０１５５】
本実施形態の測定装置は、上述の測定用プレートに代えて、１次元状に並んだウェルを備えてなる測定用バー２５０を備え、測定用バー２５０は支持台２５５上に載置されて測定に供される。光ビーム入射手段１および光検出手段１７は第１の実施形態と同様の構成である。
【０１５６】
測定用バー２５０は、図３３に示すように、１次元状に配列された複数のウェル２５１（図中では５つ）を備え、両端に鍔２５３を備え、各ウェル２５１の内底面には金属膜１２およびセンシング物質１４が形成されてなる。また、両端の鍔２５３の下面２５３ａは光反射面とされている。
【０１５７】
測定用プレートもしくは測定用バーの界面のずれは、界面の縦横の傾きのみならず上下方向の位置ずれもあり、本実施形態においては、縦横傾き測定手段の他に、界面の上下方向の位置ずれを測定する上下方向位置測定手段および縦横傾きのみならず上下方向の位置ずれを調整する位置調整手段を更に備えている。
【０１５８】
縦横傾き測定手段は、図３３に示すように、第２の光ビームＬ２を出射する光源２６０と、該光源２６０からの光を測定用バー２５０の鍔下面２５３ａに向けて反射するとともに、該下面２５３ａで反射された光を透過するハーフミラー２６１と、該ハーフミラー２６１を透過した光を検出する第２の光検出手段である４分割フォトダイオード２６２とからなる。
【０１５９】
上下方向位置測定手段は、例えば、光学式距離センサ２６３であり、第３の光ビームＬ３を出射すると共に、鍔下面２５３ａで反射した光を受光して鍔下面２５３ａの上下方向位置を検出する。
【０１６０】
また、測定用バー２５０の縦横の傾きおよび上下方向位置のずれを調整する位置調整手段は、縦横傾きθ、φ、および上下方向Ｚの軸を有するモータドライブステージからなる支持台２５５、該支持台２５５を駆動するドライバ２６７および４分割フォトダイオード２６２および検出センサ２６３からの信号を受けて、該信号値の基準値からのずれが所定値以下となるようにドライバ２６７に支持信号を出力するサーボ手段２６５からなる。なお、ここでいう基準値とは、予め求められている測定用バー２５０が精度良く正確に支持台２５５上にマウントされた場合の値であってもよいし、複数回の測定における初回の測定時の値であってもよい。
【０１６１】
各ウェル２５１（各試料）についての全反射減衰の状態を測定する前に、縦横傾き測定手段および上下方向位置測定手段により界面の傾きに応じて傾く基準面である鍔下面２５３の位置ずれをサーボ機構により調整し、その後測定を行う。このように縦横および上下位置を調整後に測定を行うことにより、より精度の高い測定を行うことができる。
【０１６２】
次に図３４を参照して第２０の実施の形態を説明する。
【０１６３】
第２０の実施の形態の測定装置は、上記第１９の実施の形態と略同一の構成を有するが、測定用バーの形状および該測定用バーの支持台の形状が異なる。本測定装置の測定用バー２７０は、図３３で示した測定用バー２５０において鍔２５３を備えない形状である。したがって、傾き、上下位置測定用の基準面として測定用バーの底面を利用するものであり、該底面の一部に設けられた反射面２７０ａに対して、傾き測定用の第２の光ビームＬ２、上下方向位置測定用の第３の光ビームＬ３を入射させる構成とされている。これらの第２および第３の光ビームＬ２、Ｌ３を反射面２７０ａへ入射させるため、支持台２７５には、光ビームＬ２、Ｌ３透過用の開口２６７が設けられている。
【０１６４】
次に図３５を参照して第２１の実施の形態を説明する。
【０１６５】
第２１の実施の形態の測定装置は、上記第１９の実施の形態と比較して、傾き測定手段が異なるものである。本測定装置は、各光検出手段１７Ａ〜Ｅが検出する界面からの反射光の光プロファイルから測定用バー２５０の界面のずれを求めるものであり、プロファイル演算手段２６９を備えている。
【０１６６】
プロファイル演算手段２６９には、予め、測定用バー２５０が支持台２５５上に精度よくマウントされた際の各ウェル毎の反射光ビームプロファイルが基準プロファイルとして記憶されており、該演算手段２６９は、測定用バー２５０が支持台に２７５にマウントされた場合に、反射光のプロファイルを計測して、基準プロファイルとの差異を演算する。この差異が所定値以下となるようにサーボ手段２６５により支持台の位置調整を行う。このように、プロファイル演算手段２６９を備えれば、傾き、位置ずれ検出用に新たな光学系を設けることなく位置ずれを解消し、高精度な測定を行うことができる。
【０１６７】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング媒体との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング媒体との結合状態を得るようにしてもよい。
【０１６８】
また、さらに別の全反射光を利用した測定装置を第２２の実施形態として以下に説明する。
【０１６９】
図３６に側面形状を示すように、本実施の形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、上述の第１９の実施形態と同様の測定用バー２５０、支持台２５５、縦横傾き測定手段、上下方向位置測定手段および位置調整手段を備えているが、被検体とセンシング媒体との結合状態を得る測定方法が上述の各実施形態と異なる。
【０１７０】
測定用バー２５０を挟んで光源３２０ａ〜ｅとＣＣＤ３６０ａ〜ｅとが配設されており、これら光源３２０ａ〜ｅとＣＣＤ３６０ａ〜ｅとの間には、コリメータレンズ３５０ａ〜ｅ、干渉光学系、集光レンズ３５５ａ〜ｅおよびアパーチャー３５６ａ〜ｅが配設されている。
【０１７１】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ３５１ａ〜ｅ、ハーフミラー３５２ａ〜ｅ、ハーフミラー３５３ａ〜ｅおよびミラー３５４ａ〜ｅにより構成されている。
【０１７２】
さらに、ＣＣＤ３６０は信号処理部３６１に接続されており、信号処理部３６１は表示部３６２に接続されている。
【０１７３】
以下、本実施の形態の表面プラズモン共鳴測定装置における試料の測定について説明する。
【０１７４】
光源３２０ａ〜ｅが駆動されて光ビーム３３０ａ〜ｅが発散光の状態で出射される。この光ビーム３３０ａ〜ｅはコリメータレンズ３５０ａ〜ｅにより平行光化されて偏光フィルタ３５１ａ〜ｅに入射する。偏光フィルタ３５１ａ〜ｅを透過して界面に対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム３３０ａ〜ｅは、ハーフミラー３５２ａ〜ｅにより一部がレファレンス光ビーム３３０Ｒとして分割され、ハーフミラー３５２ａ〜ｅを透過した残りの光ビーム３３０Ｓは界面に入射する。界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびミラー３５４ａ〜ｅで反射したレファレンス光ビーム３３０Ｒはハーフミラー３５３ａ〜ｅに入射して合成される。合成された光ビーム３３０´は集光レンズ３５５ａ〜ｅにより集光され、アパーチャー３５６ａ〜ｅを通過してＣＣＤ３６０ａ〜ｅによって検出される。このとき、ＣＣＤ３６０ａ〜ｅで検出される光ビーム３３０´は、光ビーム３３０Ｓとレファレンス光ビーム３３０Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【０１７５】
試料１５分注後から継続的に複数回測定し、ＣＣＤ３６０ａ〜ｅにより検出される干渉縞の変化を検出することにより、試料中の特定物質とセンシング媒体との結合の有無を検出することができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング物質１４との結合状態に応じてセンシング物質１４の屈折率が変化すると、界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびレファレンス光ビーム３３０Ｒがハーフミラー３５３ａ〜ｅにより合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合を検出することができる。
【０１７６】
信号処理部３６１は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部３６２に表示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図２】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３】上記表面プラズモン共鳴測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図４】上記表面プラズモン共鳴測定装置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
【図５】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図６】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図７】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図８】図７の表面プラズモン共鳴測定装置の一部を拡大して示す平面図
【図９】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１０】本発明の第５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１１】第５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１２】本発明の第６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１３】第６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１４】本発明の第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図１５】本発明の第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１６】第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１７】本発明の第８の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１８】本発明の第９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図１９】本発明の第９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２０】本発明の第１０の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２１】本発明の第１１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２２】本発明の第１２の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２３】本発明の第１３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２４】本発明の第１４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２５】第１６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の傾き測定手段を説明するための図
【図２６】本発明の第１５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２７】第２の光検出手段の受光面を示す図
【図２８】本発明の第１６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２９】本発明の第１７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３０】本発明の第１８の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図３１】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図３２】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の第１の側面図
【図３３】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の第２の側面図
【図３４】本発明の第２０の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３５】本発明の第２１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図３６】本発明の第２２の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【符号の説明】
１、１００ 光ビーム入射光学手段
２ 光源
１２ 金属膜
１４ センシング物質
１５ 試料
１６ コリメーターレンズ
１７Ａ〜Ｅ 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
３２ 第２の光ビーム入射手段
３７ 第２の光検出手段
４０ クラッド層
４１ 光導波層
６０ 遮蔽物
２００ 測定用プレート
２０１ 検体ウェル
２０２ 光入出射部
２０２ａ 界面
２５０ 測定用バー
【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分析する表面プラズモン共鳴測定装置等の測定装置に関し、特に詳細には、試料に接した薄膜層、金属膜あるいはクラッド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、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全反射光を利用した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共鳴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共鳴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光ビームの成分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共鳴測定装置において、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。
【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、もしくは、ｐ偏光成分のみを検出するように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ＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍ とεＳ 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】
【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。
【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】
なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしくは漏洩モードセンサー等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、各波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
また、現在、多数の試料についての測定を高速に行うため、およびハンドリングの効率化のために、誘電体ブロック自体が、該誘電体ブロックの上面に開口を有する検体ウェルを１次元状もしくは２次元状に複数備えたセンサウェルユニットを構成するものが提案されており、該センサウェルユニットの複数の検体ウェルに対して並列的に複数の光ビームを入射させ、各ウェルの界面における反射光を個別に検出する測定装置も提案されている。
【００１４】
以上説明したタイプの表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モードセンサーにおいて、一つの試料（同一検体ウェル）について時間をおいて複数回測定し、その状態の変化を調べる必要がある場合、複数の試料について効率的な測定を行うために、１回目の測定が終了したセンサウェルユニットを取外し、別のセンサウェルユニットについての測定を行い、もう一度同じセンサウェルユニットを設置して測定を行うという動作を繰り返すことがある。この場合、一つのセンサウェルユニットについて測定装置から一旦取り外した後、再度セッティングを行って測定を行うと、最初のベースライン（前記界面）と後のベースラインとの間に差（傾き）が生じるという欠点がある。ベースラインの傾きが、前述の種々の入射角度で入射させる光ビームの該入射角を変化させる縦方向の傾きであると、検出している反射光の角度にもずれが生じることとなり測定精度が低下してしまう。
【００１５】
また、反射光の角度にずれを生じる、すなわち光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きのみならず、該縦方向と交わる横方向への界面の傾きが生じると、反射光の反射方向が変化するために反射光が光検出手段の受光面に受光されない場合が生じるという問題があり、界面の縦横方向のいずれの傾きも測定精度の低下につながる。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて、センサウェルユニットの傾きによる測定精度の低下を防止した、測定精度の高い測定装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００１９】
本発明の第２の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第３の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第４の測定装置は、
誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
該縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きおよび横方向の傾きに応じて、前記縦方向に傾きによる誤差および横方向の傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の各測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２３】
また、上記各測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２４】
なお、上記第２および第４の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第１および第３の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．−Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ， 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を検出するものであってもよい。さらに、Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ， Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ−Ａｒｒａｙ Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ， ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ ＸＩＩＩ， １９９９， ｐｐ．２３５−２３８ に記載されているように、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るとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００２５】
「所定の基準位置」とは、ある基準となる界面位置であり、所定の一回（例えば初回）の測定時における界面位置であってもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置からの傾きからであってもよい。また、装置毎に予め定められた界面位置であってもよい。なお、実際に基準とするものは界面自体の位置のみならず、該界面の傾きに応じて傾く箇所であればよく、例えばセンサウェルユニットの一部である底面、側面などが挙げられる。
【００２６】
前記縦傾き測定手段が測定する「縦方向の傾き」および縦横傾き測定手段が測定する「縦方向の傾きおよび横方向の傾き」は、それぞれ傾きの角度そのものであってもよいし、傾きに対応する特性値であってもよい。
【００２７】
「前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調節する」とは、センサウェルユニットの傾きを補正する、光ビーム入射手段による光ビームの入射角度を変化させる、光検出手段を移動させる等のうち、少なくとも一つを実施するものであり、任意の二つ、あるいは全てを組み合わせて実施してもよい。
【００２８】
本発明の第１または第２の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦傾き測定手段を、該光ビームの少なくとも一部の前記センサウェルユニットの一部による反射を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとすることができる。
【００２９】
さらに詳細には、縦傾き測定手段を、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。この場合、前記光検出手段で受光した前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分のうち前記入射角度の変化に伴い大きく光量の変化が生じる部分の、反射光強度と検出位置との関係から前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよいし、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分の一部を暗線として前記界面に入射せしめ、前記光検出手段により前記光ビームの反射光の成分の中に含まれる暗線の位置を検出することにより前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。
【００３０】
また、一方、前記縦傾き測定手段が、前記センサウェルユニットの一部で反射した光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えるものであってもよい。すなわち、光ビームの反射光を収束レンズにより収束させ、該収束位置の変化を検出することにより界面の縦方向の傾きを検出するようにしてもよい。
【００３１】
なお、収束レンズを光ビームの光路上と光路外との位置で移動可能としておけば、前記光検出手段が第２の光検出手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、収束レンズを光路上に配した状態で傾き測定を行い、収束レンズを光路外の位置に移動させた状態で全反射減衰の状態測定を行えばよい。
【００３２】
また、前記光ビームが、複数の偏光成分を含むものである場合、前記第２の光検出手段が、前記光ビームの前記所定の偏光成分以外の成分を受光して該光ビームを検出するようにしてもよい。
【００３３】
また、収束レンズを備えた測定装置においては、さらに、前記縦傾き測定手段が、前記収束レンズと前記第２の光検出手段との間にさらに第２のレンズを備え、前記収束レンズおよび前記第２のレンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、前記光ビームの反射位置と前記光検出手段との距離をＬ、前記反射位置と前記収束レンズとの距離をｄ０、前記収束レンズと前記第２のレンズとの距離をｄ１、前記第２のレンズと前記第２の光検出手段間の距離をｄ２、前記界面の鉛直方向の移動量に基づく反射位置のシフト量をｘ、前記界面の縦方向の傾きをθとしたとき、Ｌｔａｎθ＋ｘで表される全反射減衰角の移動距離量Ａと、θ｛ｄ１＋ｄ２−ｄ１ｄ２／ｆ２−ｄ０（ｄ１／ｆ１＋ｄ０／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２｝‐ｘ（ｄ１／ｆ１＋ｄ２／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２）で表される前記第２の光検出手段における前記光ビームのスポット移動量Ｂとの関係が、Ａ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を配置してもよい。このように、第２の光検出手段に至る光路上に２つのレンズを所定の間隔で配置することにより、界面の縦方向の傾きのみならず、界面の上下方向のシフト量をも検出可能となる。
【００３４】
例えば、前記距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２の関係が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Ｌとなるように前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を設置すればよい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の測定装置において、前記縦傾き測定手段としては、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記センサウェルユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記センサウェルユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３６】
本発明の第３および第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段は、縦方向の傾きと横方向の傾きを測定する手段を別個に備えてもよいし、１つのものでもよい。別個に備える場合には、縦方向傾き手段としては前述の第１または第２の測定装置において備えられている縦方向傾き手段と同様のものを用いることができる。
【００３７】
また、本発明の第３または第４の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦横傾き測定手段を、前記センサウェルユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とからなるものとすることができる。
【００３８】
さらに、本発明の第３または第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段を、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記センサウェルユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記センサウェルユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３９】
二次元光検出手段としては、具体的には４分割フォトダイオード、抵抗型光検出器等を用いることができる
上述の各測定装置において、前記縦傾き測定手段もしくは前記縦横傾き測定手段において、第２の光ビーム入射手段を備える場合には、該第２の光ビームとしては、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としてもよい。
【００４０】
また、前記センサウェルユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向および横方向の傾きに対応して傾く前記センサウェルユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよい。
【００４１】
各測定装置において、縦傾き測定手段もしくは縦横傾き測定手段は、センサウェルユニットに１つ備えればよいが、各検体ウェル毎に備えてもよい。
【００４２】
なお、縦方向の傾きおよび縦横方向の傾き測定手段による傾き測定の測定値には界面の上下方向へのシフト量を含む場合もあるが、さらに、上下方向の位置変動を検出する上下方向位置検出手段と該上下方向位置を調整する上下方向位置調整手段を設けてもよい。
【００４３】
上下方向位置調整手段は、たとえば、縦横傾き調整手段が該上下方向位置調整の機能を備えればよく、例えば、センサウェルユニットを支持する支持台を縦横傾きφ、θおよび上下位置ｚ軸に可動なステージと該ステージを駆動する駆動手段とにより構成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の第１の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段を備えているので、同一検体ウェル（すなわち同一試料）について複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際等に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４５】
本発明の第２の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段を備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４６】
また、本発明の第３の測定装置によれば、所定の基準位置からの、界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４７】
また、本発明の第４の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段を備えているので、同一検体ウェルについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００４８】
【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。図１と図２はそれぞれ、本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面形状、側面形状を示すものである。
【００４９】
本実施の形態の測定装置においては、誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェル（液溜め）２０１が、該誘電体ブロックに２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層として金属膜１２が形成されてなるセンサウェルユニットである測定用プレート２００が備えられている。測定用プレート２００は、例えば透明樹脂等で構成されており、金属膜１２上には特定物質と結合するセンシング物質１４が固定されてなる。また上記ウェル２０１底面の各々に下方に突出した光入出射部２０２が形成され、この光入出射部２０２と上記金属膜１２との界面２０２ａに測定用光ビームＬ１が入射されるようになっている。そして上記ウェル２０１は、図１に示されるように横方向（矢印Ｐ方向）、縦方向（矢印Ｑ方向）にそれぞれ複数並べて形成されている。そして上記ウェル２０１は、図１に示されるように横方向（矢印Ｐ方向）、縦方向（矢印Ｑ方向）にそれぞれ複数並べて形成されている。
【００５０】
さらに、本表面プラズモン共鳴測定装置は光ビームＬ１を出射するレーザ光源２と、該光源１０から出射された光ビームＬ１をプレート２００の矢印Ｐ方向に並んだ複数（本例では５個）のウェル２０１の底面に、並列的に入射させる光ビーム入射手段１と、各ウェル２０１の界面２０２ａで反射した光ビームＬ１をそれぞれ受光する矢印Ｐ方向のウェル数と同数の５個の光検出手段１７Ａ〜Ｅと、プレート２００を移動させるための測定ユニット送り手段とを備えてなる。
【００５１】
測定ユニット送り手段は、測定ユニット送り台２１０、レール２１１および駆動手段２１２により構成されている。上記プレート２００は、測定ユニット送り台２１０の上の所定位置にセットされる。この測定ユニット送り台２１０は、矢印Ｐ方向に延びる状態に配設された１対のレール２１１、２１１上に載置され、搭載している駆動手段２１２により、これらのレール２１１、２１１に沿って移動可能とされている。
【００５２】
光ビーム入射手段１は、レーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１を平行光とするコリメータレンズ３、光ビームＬ１を分岐するハーフミラー４ａ〜ｄおよびミラー４ｅ、分岐された光ビームＬ１を図２で示される面内のみで径を拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｅ、光ビームＬ１を反射するミラー６ａ〜ｅ、該ミラー６ａ〜ｅで反射された光ビームＬ１を、図２に示される面内のみで集光するシリンドリカルレンズ７ａ〜ｅとを備えてなる。
【００５３】
光検出手段１７Ａ〜Ｅの各々は、多数の受光素子が１列に配されてなるフォトダイオードアレイから構成されており、受光素子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配されている。
【００５４】
１つのレーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１はコリメーターレンズ３で平行光とされた後、ハーフミラー４ａ〜ｄとミラー４ｅとによって５本に分岐され、分岐された５本の光ビームＬ１が各々ウェル２０１の底面、つまり光入出射部２０２と金属膜１２との界面２０２ａに入射する。
【００５５】
このとき、分岐された各光ビームＬ１は、それぞれシリンドリカルビームエキスパンダ５ａ〜ｅにより図２に示される面内のみで径が拡大され、それぞれミラー６ａ〜ｅで反射して進行方向を変えた後、それぞれシリンドリカルレンズ７ａ〜ｅにより図２に示される面内のみで集光される。それにより各光ビームＬ１は、それぞれ光入出射部２０２と金属膜１２との界面２０２ａに対して、種々の入射角成分を持った状態で入射する。なおレーザ光源２は、直線偏光である光ビームＬ１がｐ偏光状態で上記界面２０２ａに入射するようになる向きに配設されている。その他、光ビームＬ１を界面２０２ａに対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビームＬ１の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【００５６】
光ビームＬ１は、上述のように集光されるので、界面２０２ａ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２０２ａで全反射した反射光ビームＬ１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、上記光ビーム入射手段１は、光ビームＬ１を界面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、界面上のより広い領域において光ビームＬ１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解消角の測定精度を高めることができる。
【００５７】
界面２０２ａで全反射した光ビームＬ１は光検出手段１７Ａ〜Ｅにより検出される。本例における各光検出手段１７Ａ〜Ｅは、それぞれ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１の図示面内において、平行光化された光ビームＬ１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２０２ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビームＬ１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。
【００５８】
本実施の形態においては、以上のようにして、５つのウェル２０１に貯えられている試料１５に関する測定を相並行して行なうことができる。そして、これらの測定が終了したならば、一旦レーザ光源２の駆動が停止され、次に駆動手段２１２が作動して測定ユニット送り台２１０が（つまりプレート２００が）図１、図２中の矢印Ｑ方向に、ウェル２０１の配置ピッチ分だけ送られる。その状態になるとレーザ光源２が再度駆動され、それにより、新たな５つの試料１５に関する測定がなされる。このようにして本実施の形態においては、多数の試料に関する測定を極めて能率良く、短時間内に行なうことが可能となっている。
【００５９】
なお本実施の形態では、光源としてレーザ光源２を１つだけ用いているが、例えば光源を２個設け、１つの光源からの光ビームを２本に分岐し、別の光源からの光ビームを３本に分岐して、合計で５本の光ビームを得るようにしても構わない。
【００６０】
なお、本測定装置は、さらに光検出手段１７Ａ〜Ｅはそれぞれ、図示しない差動アンプアレイおよびドライバを備えており、さらに、コンピュータシステム等からなる信号処理部２０および該信号処理部に接続された表示手段２１を備えている。
【００６１】
図３は、この表面プラズモン共鳴測定装置の電気的構成を示すブロック図である。ここでは、１つの光検出手段１７Ａからの信号の処理について説明するが、他の光検出手段からの信号も同様に処理される。なお、以下において、光検出手段１７Ａ〜Ｅについては特に必要な場合を除き、単に光検出手段１７と称する。図３に示す通り、差動アンプアレイ１８は、光検出手段１７に接続されており、ドライバ１９は、差動アンプアレイ１８の各差動アンプ１８ａ、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。
【００６２】
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１８ａ、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。
【００６３】
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。
【００６４】
図４は、界面２０２ａで全反射した光ビームＬ１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Ｌ１の界面２０２ａ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。
【００６５】
界面２０２ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜１２と試料１５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が全反射減衰角であり、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２にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００６６】
また図４の（２）は、フォトダイオード１７ａ、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。
【００６７】
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。
【００６８】
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、１８ｂ、１８ｃ……の中から、全反射減衰角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４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’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。
【００６９】
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’が表示手段２１に表示される。この微分値Ｉ’は、ウェル２０１の金属膜１２（図２参照）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４（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。
【００７０】
特に本実施形態では金属膜１２に、試料液１５の中の特定物質と結合するセンシング物質１４を固定しており、それらの結合状態に応じてセンシング物質１４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１５およびセンシング物質１４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物質１４との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げられる。
【００７１】
なお、試料液１５の中の特定物質とセンシング物質１４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’を求めて表示する他、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ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００７２】
さて、上述のように微分値Ｉ’の時間変化を測定する場合、同一検体ウェルについて一定時間経過毎に複数回測定を行うことになる。この時、複数の試料（複数の検体ウェル）について効率的に測定を行うために、測定ユニット送り手段によりセンサウェルユニットを送り、次の列についての測定を行い、一定時間後に再び最初の列が測定位置となるようにして各ウェルの測定を行う。また、さらに場合によっては、一旦プレートを外し、他の測定用プレートについての測定を行った後に、再度最初の測定用プレートについての測定を行う場合もある。
【００７３】
測定用プレート２００の移動もしくは再セッティングの際に、先の測定時の状態からずれが生じる場合があり、特に光ビームＬ１の界面２０２ａへの入射角度を変化させる界面２０２ａの縦方向の傾きが測定値に多大な影響を与えることとなる。
【００７４】
そこで、図２に示すように、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、界面２０２ａの縦方向傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、測定用プレート２００の一部で全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出力され、光入出射部２０２の底面２０２ａで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段３７とからなる縦方向傾き測定手段を備えている。第２の光ビームＬ２は、界面２０２ａの傾きに応じて傾く箇所であればよく、ここでは、測定用プレート２００の１つの光入出射部２０２の底面２０２ｂに反射面を形成し、この底面２０２ｂに入射させる構成である。なお、第２の光ビームＬ２を界面２０２ａへ入射する構成としてもよい。第２の光検出手段３７は、具体的には光検出手段１７と同様のフォトダイオードアレイ等のライン状の光検出器であり、具体的には、界面２０２ａの縦方向の傾きによる光ビームＬ２の入射角度（すなわち反射角度）の変化に伴う光ビームＬ２の進行方向のずれを検出する方向（図中矢印Ｋ方向）にフォトダイオードが併設され、光ビームＬ２の受光位置のＫ方向へのずれ（すなわち反射角度の変化）を検出するものである。この第２の光検出手段３７からの出力ＳＲは信号処理部２０に送られ、該信号処理部２０において、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面２０２ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的には、第２の光検出手段３７からの信号から求められた界面の角度の差分（傾き）をプラズモン共鳴信号について得られる測定値の角度に加算もしくは減算して補正する。すなわち、この信号処理部２０が縦方向傾き補正演算手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、光ビームＬ１と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。なお、本実施形態においては、測定用プレート２００に対して、すなわち複数のウェル２０１に対して１つの縦方向傾き測定手段を備えた構成である。
【００７５】
試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により界面２０２ａに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射され、この反射光が第２の光検出手段３７により検出される。２回目の測定時に、同様にして第２のビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面２０２ａの縦方向の傾きに対応するものである。このように、第２の光検出手段３７により底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を受光して、界面２０２ａへの入射角度を変化させる該界面２０２ａの縦方向の傾きに応じて変化する底面２０２ｂの傾きにより変化する反射光の検出位置を測定することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを測定する。この光ビームＬ２の検出位置の変動から得られる界面の縦方向の傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。３回目以降の測定においても同様に１回目の測定時からの界面の縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００７６】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定用プレートの移動もしくは再セッティングする場合のみならず、該支持台（測定用プレート移動手段）や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦方向の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【００７７】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際してウェルへの試料液１５の分注前に、ウェル２０１についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液１５の分注後の測定値から各ウェル２０１におけるバルク効果を差し引くようにして、試料液１５のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液１５の分注前後に界面２０２ａの傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【００７８】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。以下においては、図１中の要素と同等の要素には同符合を付しており、それらについての説明は必要のない限り省略し、主として相違点のみ説明する。
【００７９】
この第２実施形態の測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、本例においても上記と同様の複数のウェル２０１を備えた測定用プレート２００’を備えている。ただし、図５に示すようにウェル２０１の底面に金属膜にかえて、クラッド層４０が形成され、さらにその上には光導波層４１が形成されてなる。それ以外の構成は上述の表面プラズモン共鳴測定装置と略同一である。
【００８０】
測定用プレート２００’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、該プレート２００’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。
【００８１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光源２から出射した光ビームＬ１を光入出射部２０２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Ｌ１が光入出射部２０２とクラッド層４０との界面２０２ａ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２０２ａ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。
【００８２】
光導波層４１における導波光の波数は、該光導波層４１の上の試料１５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１５の屈折率や、それに関連する試料１５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’に基づいて試料１５の特性を分析することもできる。
【００８３】
また、この漏洩モードセンサーは、界面２０２ａの縦傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、上記光入出射部２０２の底面２０２ｂで全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３３と、該第２の光ビーム入射手段により底面２０２ｂに入射され、該底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する、上記と同様の光検出手段３７とを備えている。この光検出手段３７からの出力ＳＲ は信号処理部２０に送られ、該信号処理部２０においてプラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの縦方向の傾きを補正するための補正信号を加算することにより正確な測定値を得る。すなわち、この信号処理部２０が縦傾き演算補正手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、全反射減衰測定用の光ビームＬ１と異なる波長を有するものである。
【００８４】
試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３３により入射された第２の光ビームＬ２が底面２０２ｂで反射され、この反射光が光検出手段３７により検出される。次いで、２回目の測定時に、同様にして第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面２０２ａの縦方向の傾きに対応するものである。この得られた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００８５】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。図６と図７はそれぞれ、本発明の第３の実施の形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面形状、側面形状を示すものである。
【００８６】
本実施形態は、光ビーム入射手段１０１および光検出手段の構成、さらには縦方向傾き補正方法が第１の実施の形態と異なる。
【００８７】
光ビーム入射手段１０１は、レーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１を図６に示される面内のみで径を拡大し扁平化するシリンドリカルビームエキスパンダ５０、扁平化された光ビームＬ１を図７で示される面内のみで径を拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ５１、光ビームＬ１を反射するミラー５２、該ミラー５２で反射された光ビームＬ１を、図７に示される面内のみで集光させるシリンドリカルレンズ５３を備えてなる。
【００８８】
光検出手段としては、２次元の光検出面を有する例えばＣＣＤ素子からなる光検出器５５を備えており、この光検出器５５の前側には、図８に正面形状を示すように５つの光通過開口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄおよび５４ｅを有するマスク５４が配設されている。
【００８９】
プレート２００において矢印Ｐ方向に並んだ複数（本例では５個）のウェル２０１の底面には、扁平化された１本の光ビームＬ１Ｆが同時に入射する。すなわち、１つのレーザ光源２から発散光状態で発せられた光ビームＬ１はシリンドリカルビームエキスパンダ５０により図６に示される面内のみで径が拡大され、上記５個のウェル２０１の底面に同時入射可能なサイズまで扁平化される。
【００９０】
そしてこの扁平化された光ビームＬ１は、次にシリンドリカルビームエキスパンダ５１により図７に示される面内のみで径が拡大され、大きなミラー５２で反射して進行方向を変えた後、シリンドリカルレンズ５３により図７に示される面内のみで集光される。それにより光ビームＬ１は、５個のウェル２０１の中の金属膜１２と光入出射部２０２との界面２０２ａに対して、種々の入射角成分を持った状態で入射する。なおレーザ光源２は、直線偏光である光ビームＬ１がｐ偏光状態で上記界面に入射するようになる向きに配設されている。
【００９１】
上記界面で全反射した光ビームＬ１のうち、５個のウェル２０１における上記界面で反射した成分が、互いに別の光通過開口５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄおよび５４ｅを通過して、光検出器５５の光検出面の互いに異なる５つの固有領域で検出されるようになる。それら５つの固有領域の出力は、各々独立して第１の実施の形態におけるのと同様に処理され、試料１５中の特定物質が定量分析される。
【００９２】
本実施の形態においても、以上のようにして、５つのウェル２０１に貯えられている試料１５に関する測定を相並行して行なうことができる。またその測定が終了したならば第１実施の形態と同様にしてプレート２００がウェル２０１の配置ピッチ分だけ送られ、新たな５つの試料１５に関する測定がなされる。このようにして本実施の形態においても、多数の試料に関する測定を極めて能率良く、短時間内に行なうことが可能となっている。
【００９３】
なお本実施の形態では、光源としてレーザ光源２２０を１つだけ用いているが、例えば光源を２個設け、１つの光源からの光ビームを２つのウェル２０１の底面に入射し得る幅まで扁平化し、別の光源からの光ビームを３つのウェル２０１の底面に入射し得る幅まで扁平化するようにしても構わない。
【００９４】
また、本実施形態の測定装置が備えている縦方向傾き測定手段は、第１の実施形態のものと同様の構成であり、第２の光ビームＬ２を、測定用プレート２００の一部で全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出力され、底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段３７を備えている。ただし、界面２０２ａの傾き測定後の傾き補償のための手段が異なるものである。
【００９５】
本表面プラズモン共鳴測定装置は、第２の光検出手段３７の測定値から得られた界面２０２ａの縦方向の傾きを補償するため、全反射減衰角を検出する第１の光検出手段５５およびマスク５４を図中矢印ｘの方向に移動させて調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、縦方向調整手段である位置調整手段は、矢印ｘ方向に可動とされた光検出手段５５およびマスク５４と、該光検出手段５５およびマスク５４を調整するために移動させる駆動手段３５とからなり、該駆動手段３５は、信号処理部２０からの指示により光検出手段５５およびマスク５４を移動調節する。すなわち、本実施形態においては、演算による測定値の補正を行うのではなく、光検出手段１７を移動させて界面の縦方向の傾きによる誤差を補正するように調整するものである。
【００９６】
このように、本実施の形態の装置によれば、縦傾き測定手段により検出された縦方向の傾きに応じて光検出手段を移動させる縦方向調整手段を備え、物理的な位置調整を行うことにより界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００９７】
また、図９に第４の実施形態として示す表面プラズモン共鳴測定装置においては、光検出手段側の位置調整ではなく、光ビームの入射手段１０１による入射角度を調整する入射角調整手段を縦方向調整手段として備えてなるものである。入射角調整手段は、光源２からの光ビームＬ１を反射させる面を有すると共に、該反射面が光ビームＬ１の入射角を変化させる方向に回転可能とされたミラー３６と、該ミラー３６を回転駆動させる駆動手段３８とからなり、該駆動手段３８は、信号処理部２０からの指示によりミラー３６を回転させて反射角度を調整する。すなわち、各測定時における、界面２０２ａに対する光ビームＬ１の入射角度を調整することにより、該界面２０２ａで反射した光ビームＬ１が常に略同一の方向に反射するように調整するものである
このように、傾き測定手段により得られた界面の縦方向の傾きに応じて、光ビームを傾けることにより、界面２０２ａに対する入射角度を一定とすることができるため、界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００９８】
なお、上記のように、光検出手段、あるいは光ビーム入射手段による入射角度を調整するほか、測定用プレート２００自体を傾ける等して界面の縦方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段、光ビーム入射手段、測定用プレート２００のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【００９９】
次に、図１０および図１１を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。
【０１００】
本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置においては、表面プラズモン共鳴の測定系の構成は前述の第１の表面プラズモン共鳴測定装置と同一であるが、界面の縦傾き測定手段が異なる。以下に本実施形態における縦傾き測定手段について説明する。
【０１０１】
一般に、表面プラズモン共鳴測定装置においては、光ビームとして、図１１に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものが用いられている。通常全反射減衰角θＳＰがピーク強度近傍となるように設定されており、上述のように、この全反射減衰角θＳＰの時間変化を観察する。したがって、ガウシアン分布の両端の部分は測定にはほとんど寄与しない部分である。そこで、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置においてはこの測定範囲外の成分を利用して界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。通常、このガウシアン分布の測定範囲外の領域は光強度と入射角度（反射角度）との関係が変化しない部分であり、両者の関係の変化は界面の角度の差（傾き）によってのみ生じるものと考えられる。従って、本実施形態においては図１１中点線円で囲む箇所のように、光量分布が急峻になっている箇所の光量を観測し、この光量の変化により界面の縦方向の傾きを求める。具体的には入射角度θａ の部分の光強度を光検出手段１７により検出する、すなわち、光検出手段１７の所定のフォトダイオードからの出力の変化を検出することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。このようにして求められた傾きに基づいて、上述の実施形態と同様に信号処理部２０において縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。なお、各光検出手段１７Ａ〜Ｅでそれぞれ縦方向の傾きを求め補正した測定置を得るようにしてもよいし、１ヶ所で代表して傾きを求め、その傾きを利用して各光検出手段からの信号に補正を施すようにしてもよい。
【０１０２】
次に、図１２および図１３を参照して本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１０３】
この第６の実施形態の測定装置は、上述の第５の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置とほぼ同一の構成であるが、光ビームＬ１の入射手段側の光路上に遮蔽物６０を配置して、光ビームＬ１の一部を暗線６１として界面２０２ａに入射させ、光ビームＬ１の反射光に含まれる暗線６１を検出することにより、界面５７の縦方向の傾きを検出するものである点で異なる。
【０１０４】
上記第５の実施形態と同様に光ビームＬ１として、図１３に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分を利用して界面２０２ａの縦方向の傾きを求める。上述のように、光ビームＬ１の一部を暗線６１として界面２０２ａに入射せしめ、光検出手段１７によりその暗線６１を検出する。界面２０２ａの縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段１７上で検出される暗線６１の位置は変動しないため、この暗線位置のずれが界面２０２ａの縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に暗線６１がθｂに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面２０２ａの角度が変化すると２回目の測定時には暗線６１は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより暗線６１が検出されたかにより界面２０２ａの縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０５】
次に、図１４から図１６を参照して本発明の第７の実施形態について説明する。図１４および図１５はそれぞれ第７の実施形態の測定装置の平面図、側面図である。
【０１０６】
この第７の実施形態の測定装置は、上述の第５の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置とほぼ同一の構成であるが、光ビームＬ１の光路上に光ビームを分岐させ、光ビームＬ１の一部を界面に対して所定の入射角度で第２の光ビームＬ２として入射させるための、ハーフミラー８ａ〜ｅ、ミラー９ａ〜ｅおよびミラー１０ａ〜ｅを備え、さらに、光ビーム入射手段１におけるミラー６ａ〜ｅに代えてＰＢＳ１６ａ〜ｅを備えてなる。この光ビーム入射手段１’により、光ビームＬ１を種々の入射角度を含む状態で界面２０２ａに入射させると共に、第２の光ビームＬ２を所定の入射角度で界面２０２ａに入射させ、光ビームＬ１および光ビームＬ２の反射光が重なる光量突出部を検出することにより、界面２０２ａの縦方向の傾きを検出するものである。
【０１０７】
上記第５の実施形態と同様に光ビームＬ１として、図１６に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分と重なるように、第２の光ビームＬ２を界面２０２ａに対して入射せしめ、光検出手段１７により光ビームＬ１と光ビームＬ２が重なった光量突出部を検出する。界面２０２ａの縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段１７上で検出される突出部の位置は変動しないため、この突出部位置のずれが界面２０２ａの縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に突出部がθｃに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面２０２ａの角度が変化すると２回目の測定時には突出部は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより突出部が検出されたかにより界面２０２ａの縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０８】
次に、図１７を参照して本発明の第８の実施形態について説明する。
【０１０９】
本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、第７の実施形態の測定装置と略同一の構成であるが、光ビーム入射手段１’のうち分岐させた第２の光ビームＬ２の光路上にλ／２板１１ａ〜ｅを備え、さらに、検出手段側の反射光光路上にＰＢＳ１２ａ〜ｅを備え、第２の光ビームＬ２のみを受光する第２の光検出手段１３ａ〜ｅを備えた点で異なる。
【０１１０】
λ／２板１１ａ〜ｅにより、小径の第２の光ビームＬ２を、界面２０２ａに対してｓ偏光で入射する光とし、該界面２０２ａで反射した第２の光ビームＬ２をＰＢＳで第２の光検出手段１３ａ〜ｅに入射させる。第２の光検出手段１３ａ〜ｅは、ラインセンサであり、このラインセンサ上の、第２の光ビームＬ２の矢印Ｑ方向における受光位置は界面の縦方向の傾きに応じて変化するので、これを測定することにより界面の縦方向の傾きを得ることができ、これに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定置を得る。
【０１１１】
次に、図１８および図１９を参照して本発明の第９の実施形態について説明する。図１８および図１９はそれぞれ第９の実施形態の測定装置の平面図、側面図である。
【０１１２】
この第９の実施形態の測定装置の光ビーム入射手段１０１’は、上述の第３の実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置の光ビーム入射手段１０１とほぼ同一の光ビーム入射手段１０１’であるが、本光ビーム入射手段１０１’は、光ビームＬ１の光路上に光ビームを分岐させ、光ビームＬ１の一部を界面に対してｓ偏光状態で所定の入射角度で第２の光ビームＬ２として入射させるための、ハーフミラー１５４、ミラー１５５、λ／２板１５６、ミラー１５７を備え、光ビーム入射手段１０１におけるミラー５２およびシリンドリカルレンズ５３に代えてＰＢＳ１５２およびシリンドリカルレンズ１５３ａ〜ｅを備えてなる。さらに、光検出手段側の反射光光路上にはＰＢＳ１５８を備え、第２の光ビームＬ２を検出するための第２の光検出手段１５９を備えてなる。光ビーム入射手段１０１’により、光ビームＬ１を種々の入射角度を含む状態で界面２０２ａに入射させると共に、第２の光ビームＬ２を所定の入射角度でｓ偏光状態で界面２０２ａに入射させ、該界面２０２ａで反射した第２の光ビームＬ２をＰＢＳ１５８により第２の光検出手段１５９側に反射させ、該第２の光検出手段１５９で第２の光ビームＬ２を検出する。
【０１１３】
第２の光検出手段１５９は例えば、ＣＣＤセンサであり、このＣＣＤセンサ上の、第２の光ビームＬ２の矢印Ｑ方向における受光位置は界面の縦方向の傾きに応じて変化するので、これを測定することにより界面の縦方向の傾きを得ることができ、これに基づいて、信号処理部２０において該傾きによる誤差を補正した測定置を得る。
【０１１４】
以下、図２０から図２５を参照して他の測定装置の実施形態を説明するが、各測定装置においては、前述した各実施形態と全反射減衰の測定に係る部分は略同一であり、縦傾き測定手段の形態が異なるものであるため、主として傾き測定手段について説明し、全反射減衰の測定に係る部分については変更箇所についてのみ言及する。
【０１１５】
図２０を参照して本発明の第１０の実施形態について説明する。
【０１１６】
この第１０の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームＬ１の反射光の光検出手段１７に至る光路上と該光路外の位置とで移動可能とされた収束レンズ６６と、光検出手段１７とにより構成されている。本測定装置においては、収束レンズ６６を光路上に配した状態で界面２０２ａの縦方向の傾き測定を行い、収束レンズ６６を光路外に配した状態で全反射減衰の状態の測定を行う。すなわち本実施形態においては、光ビームＬ１の反射光を収束レンズ６６により光検出手段１７上で収束させ、光検出手段１７上における収束ビームの矢印ｘ方向における検出位置の変化を測定することにより界面２０２ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１１７】
本実施形態の場合、光ビームＬ１はｐ偏光として界面２０２ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームＬ１として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、該表面プラズモン共鳴の状態を検知するために光検出手段１７においてｐ偏光成分のみを検出できるようにする必要がある。そこで、光ビームＬ１がｐ偏光以外の偏光成分を含むものである場合には
、図２１に第１１の実施形態の測定装置の側面図として示すように、光検出手段１７の光ビーム入射側に検光子６８を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。なお、傾き測定時には、検光子６８を回転させて、ｐ偏光成分と直交するｓ偏光成分の収束光の位置を検出するようにしてもよい。
【０１１８】
次に、図２２を参照して本発明の第１２の実施形態について説明する。
【０１１９】
この第１２の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームＬ１の反射光の光検出手段１７に至る光路上に配されたハーフミラー７０と該ハーフミラー７０により分離された光ビームの一部を収束する収束レンズ７１と、該収束レンズ７１により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段７２とからなる。ハーフミラー７０により光ビームＬ１の反射光を分割し、一部を全反射減衰の測定に用い、一部を界面２０２ａの縦方向の傾き測定用に用いている。ハーフミラー７０で一部反射された光ビームＬ１が収束レンズ７１により第２の光検出手段７２上に収束され、この光検出手段７２上における光ビームの矢印Ｑ方向の検出位置の変化により界面２０２ａの縦方向の傾きを検出するものである。なお、ハーフミラー７０の代りに、光路上と光路外の位置とで移動可能なミラーを備えるようにしてもよい。この場合、ミラーを光路上に配し、光ビームを該ミラーで第２の光検出手段側へ反射させるようにして傾きを測定し、ミラーを光路外の位置へ移動させたて光ビームを光検出手段１７へ直進させて全反射減衰を測定するようにすればよい。
【０１２０】
本実施形態の場合、光ビームＬ１はｐ偏光として界面２０２ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームＬ１として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、図２３に第１３の実施形態の測定装置側面図として示すように、光検出手段１７の光ビーム入射側に検光子６８を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。
【０１２１】
次に、図２４および図２５を参照して本発明の第１４の実施形態について説明する。
【０１２２】
第１４の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、図２２に示した第１２の実施形態において、縦傾き測定用の第２の光検出手段７２に至る光路上にさらに第２のレンズ７５を設けてなるものである。本測定装置は、レンズを２枚組み合わせることにより、界面２０２ａの縦方向の傾きのみならず、界面２０２ａの上下方向のシフト量に対応する特性値を得ることができるため、より高精度な全反射減衰の状態を測定することができる。
【０１２３】
界面の縦方向の傾きとシフトを検出する仕組みについて図２５を参照に簡単に説明する。図２５（ａ）はシフト量を検出する仕組み、同図（ｂ）は傾きを検出する仕組みを模式的に示したものである。
【０１２４】
収束レンズ７１および第２のレンズ７５の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、光ビームの反射位置と光検出手段１７との距離をＬ（図２４参照）、光ビーム反射位置と収束レンズ７１との距離をｄ０、収束レンズ７１と第２のレンズ７５との距離をｄ１、第２のレンズ７５と第２の光検出手段７２間の距離をｄ２、界面２０２ａの鉛直方向の移動量ｚに基づく反射位置のシフト量をｘ、界面２０２ａの傾きをθとする。なお、図２４においてはハーフミラー７０により光路が変更されているが、図２５においては、模式的に光路を直線とした。
【０１２５】
光ビームＬ１が入射される界面の縦方向の傾きがθ、シフト量ｘであるとき、この界面の変動による全反射減衰角の移動距離Ａは、Ｌｔａｎθ＋ｘで表される。
【０１２６】
一方、図２５（ａ）に示すように、実線で示した測定用プレート２００が点線で示した測定用プレート位置に距離ｚシフトした場合、光ビーム入射位置のシフト量ｘは、二つのレンズの作用により、第２の光検出手段７２上の光ビーム検出位置において所定のシフト量αとして現れる。また、図２５（ｂ）に示すように、実線で示した測定用プレート２００が点線で示したプレートのようにθ傾いた場合、第２の光検出手段７２上の光ビーム検出位置は、所定のシフト量β変化する。
【０１２７】
この界面２０２ａの傾きおよび上下方向のシフトによる第２の光検出手段７２上の光ビームのスポット移動量Ｂは、θ｛ｄ１＋ｄ２−ｄ１ｄ２／ｆ２−ｄ０（ｄ１／ｆ１＋ｄ０／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２｝−ｘ（ｄ１／ｆ１＋ｄ２／ｆ１−ｄ１ｄ２／ｆ１／ｆ２−１＋ｄ２／ｆ２）で表される。
【０１２８】
したがって、光検出手段１７上における全反射減衰角の移動距離Ａと第２の光検出手段７２上の光ビームのスポット移動量Ｂとの関係がＡ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、収束レンズ７１、第２のレンズ７５および第２の光検出手段７２を配置しておけば、界面の変動による全反射減衰角の移動距離が第２の光検出手段７２上のスポット移動量として現れる。上記Ａ＝ＢもしくはＡ＝−Ｂを満たすためには、具体的には、距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Ｌとなるように収束レンズ７１、第２のレンズ７５および第２の光検出手段７２を設置すればよい。
【０１２９】
本実施形態のように、二つのレンズを利用して界面２０２ａの縦方向の傾きと上下方向のシフト量を得るようにすれば、この界面の変動量による誤差を補正した測定値を得ることができるため、さらに精度よい全反射減衰の状態測定を行うことができる。
【０１３０】
なお、第５の実施形態から第１４の実施形態において、第２の光ビーム入射手段は、いずれも全反射減衰測定用の光ビームＬ１を生成する光源２から出射された光の一部を用いることとしたが、別個に光源を設けてもよい。
【０１３１】
なお、第５の実施形態から第１４の実施形態においては、界面の縦方向の傾きによる誤差を補償する方法として傾きに応じた補正を施した測定値を得ることとしたが、第３、第４の実施形態と同様に光ビーム入射手段、光検出手段および／またはセンサウェルユニットの位置調整を行うようにしてもよい。
【０１３２】
また、傾きに応じた補正を施した測定値を得る演算手段を備えた各実施の形態においては、初回の測定時の界面位置を基準とし、それ以降の各側定時にはその界面からの縦方向の傾きを求めて該傾きによる誤差を補正した測定値を得る形態について説明したが、複数回の測定のうち初回以外の所定の測定時の界面位置を基準とし、各測定値にはその基準とする界面からの傾きを求めて該傾きに応じて補正した測定値を得るようにしてもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置を基準とし、各測定値にはこの平均位置からの傾き求めて該傾きに応じた補正を施すようにしてもよい。
【０１３３】
また、測定装置における傾き測定における検出誤差を測定装置毎の号機データとして保有し、傾き測定時に号機データを用いた補正値を傾き値として得るようにすると、さらに測定精度を向上させることができる。
【０１３４】
さらに、演算手段を備えた各実施形態において、傾きが許容値以上となった場合にはアラームを出すようにし、その場合には、光ビーム入射手段、センサウェルユニットおよび／または光検出手段等の調整を行うようにしてもよい。
【０１３５】
第１から第１４の実施形態に説明した測定装置における傾き測定および該傾き補正は、界面の縦方向への傾きのみを検出してそれによる誤差を補正するものであったが、界面２０２ａの傾きには、光ビームＬ１の入射角度を変化させる縦方向の傾きの他、該入射角度の変化方向を含む面に垂直な方向に光ビームＬ１の入射位置を変化させる横方向の傾きがある。横方向の傾きは、界面で全反射する光ビームＬ１の、フォトダイオードの並び方向に垂直な方向へのずれにつながり、光ビームＬ１が光検出手段１７で受光できなくなる場合を生じさせる。ずれが小さく、光ビームＬ１を受光可能な範囲であればよいが、受光不可能となるのを防ぐため、以下に説明する実施形態においては、縦横方向の傾きを検出する縦横傾き検出手段と、縦横方向への傾きを補正する補正手段を備えてなる。
【０１３６】
図２６を参照して本発明の第１５の実施形態について説明する。
【０１３７】
この第１５の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示した表面プラズモン共鳴測定装置と略同一であるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、界面２０２ａの傾き測定用の第２の光ビームＬ２を、上記光入出射部２０２の底面２０２ｂで全反射するように入射させる第２の光ビーム入射手段３２と、該第２の光ビーム入射手段３２から出射され、底面２０２ｂで反射された第２の光ビームＬ２を検出する第２の光検出手段１３０とからなる縦横傾き測定手段、および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１３８】
第２の光検出手段１３０は、例えば４分割フォトダイオードからなる位置センサであり、受光面上に入射する光ビームＬ２の二次元的な位置変動を検出するものである。図２７は第２の光検出手段１３０の受光面を模式的に示した図である。図示のとおり、第２の光検出手段１３０は４つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４からなり、入射した光ビームの各フォトダイオードで受光した光量から位置を検出するものである。具体的には、ｘ方向のずれ（界面の縦方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ３の加算信号とＰＤ２とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができ、ｙ方向のずれ（界面の横方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ２の加算信号とＰＤ３とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができる。
【０１３９】
なお、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームＬ２は、光ビームＬ１と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【０１４０】
傾きによる誤差を補正するための手段は、横方向の傾きに起因する光ビームＬ１の光検出手段１７上における受光位置の矢印ｙ方向のずれを補正する横方向調整手段としての、光検出手段１７を矢印ｙ方向に移動させて位置調整する位置調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とからなる。
【０１４１】
すなわち、位置調整手段は、ｙ方向に可動とされた光検出手段１７と、該光検出手段１７を調整するために移動させる駆動手段１３５とからなり、該駆動手段１３５は、傾き測定用の第２の光検出手段１３０からの信号を得て光ビームＬ２のｙ方向へのずれを求める信号処理部２０からの指示により光検出手段１７を移動調節する。また、演算手段は信号処理部２０により構成されており、前述の第１の実施形態の場合と同様に、信号処理部２０が、第２の光検出手段１３０からの信号を得て、光ビームＬ２のｘ方向へのずれを求め、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段１７からの信号に、界面２０２ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面２０２ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的な演算は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１４２】
傾きの測定および位置調整等は以下のようにして行う。まず、試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により底面２０２ｂに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段１３０の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からのｙ方向へのずれ（界面の横方向の傾き）を検出し、該ｙ方向へのずれに応じて光検出手段１７のｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームＬ２を受光した第２の光検出手段１３０からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段１７のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段１７と第２の光検出手段１３０を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段１３０のｙ方向中心で第２の光ビームＬ２が受光されるように位置調整するようにしてもよい。その後、第２の光ビームＬ２のｘ方向へのずれ（界面の縦方向の傾き）を検出し、該ずれ量に基づいて、信号処理部２０において、界面２０２ａの縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１４３】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段１３０で受光された第２の光ビームＬ２の位置に応じて、光検出手段１７の横方向の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定し、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面２０２ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１４４】
次に、本発明の第１６の実施形態を図２８を参照して説明する。
【０１４５】
この第１６の実施形態の測定装置は、第１５の実施形態に示した表面プラズモン共鳴測定装置と略同一であるが、縦横方向の傾きによる誤差を補正する手段が異なるものである。本実施形態においては、界面の横方向の傾きおよち縦方向の傾きを同時に解消するものであり、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段として、第１の光検出手段１７を図中矢印ｘ方向および紙面に垂直なｙ方向に二次元的に移動させて位置調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、位置調整手段は、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段１７と、該光検出手段１７を調整するために移動させる駆動手段１３６とからなり、該駆動手段１３６は、傾き測定用の第２の光検出手段からの信号を得て光ビームＬ２のずれを求める信号処理部２０からの指示により光検出手段１７を移動調節する。
【０１４６】
縦横傾きの測定および位置調整は以下のようにして行う。まず、試料１５について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段３２により底面２０２ｂに入射された第２の光ビームＬ２が該底面２０２ｂで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段１３０の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームＬ２の反射光を検出し、１回目の検出位置からのずれを検出し、該ずれに応じて光検出手段１７のｘｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームＬ２を受光した第２の光検出手段１３０からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段１７のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段１７と第２の光検出手段１３０を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段１３０の中心で第２の光ビームＬ２が受光されるように位置調整するようにしてもよい。
【０１４７】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段１３０で受光された第２の光ビームＬ２の位置に応じて、光検出手段１７の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定する。これにより、界面２０２ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１４８】
次に、図２９を参照して本発明の第１７の実施形態について説明する。
【０１４９】
図２９に示す第１７の実施形態の測定装置として示すプラズモン共鳴測定装置においては、界面の縦横の傾きによる誤差を補正するための手段として、光検出手段１７の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１０１による入射角度および入射位置を調整する光ビーム調整手段を備えてなるものである。光ビーム調整手段は、光源２からの光ビームＬ１を反射させる面を有すると共に、該反射面を縦横に回転可能とされたチルトミラー１３８と、該チルトミラー１３８を駆動させる駆動手段１３９とからなり、該駆動手段１３９は、信号処理部２０からの指示によりミラー１３８を回転させ光ビームの入射角度および入射位置を調整する。
【０１５０】
このように、縦横傾き測定手段により得られた界面の縦方向および横方向の傾きに応じて、光ビームの入射角度および入射位置を調整することにより、界面の縦横の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【０１５１】
なお、上記第１６および１７の実施形態のように、光検出手段あるいは光ビーム入射手段を調整するほか、測定用プレート２００自体を傾ける等して界面の縦方向および横方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段、光ビーム入射手段、測定用プレート２００のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向および横方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【０１５２】
その他、例えば図３０に第１８の実施形態として示すように、第１２の実施形態（図２２参照）の第２の光検出手段７２の１次元フォトダイオードアレイに代えて、４分割フォトダイオードもしくは抵抗型光検出器等の二次元センサ１３０を備え、第１の光検出手段１７をｘｙ方向に可動とし、該光検出手段１７を駆動し位置調整を行う駆動手段１３６を備えれば、界面２０２ａの縦方向の傾きのみならず横方向の傾きを検出することができ、縦横方向の傾きによる誤差を補償した精度よい測定値を得ることができる。
【０１５３】
次に図３１〜図３３を参照して第１９の実施の形態を説明する。
【０１５４】
図３１は第１９の実施の形態の測定装置の平面図、図３２および３３はそれぞれ側面図を示す。
【０１５５】
本実施形態の測定装置は、上述の測定用プレートに代えて、１次元状に並んだウェルを備えてなる測定用バー２５０を備え、測定用バー２５０は支持台２５５上に載置されて測定に供される。光ビーム入射手段１および光検出手段１７は第１の実施形態と同様の構成である。
【０１５６】
測定用バー２５０は、図３３に示すように、１次元状に配列された複数のウェル２５１（図中では５つ）を備え、両端に鍔２５３を備え、各ウェル２５１の内底面には金属膜１２およびセンシング物質１４が形成されてなる。また、両端の鍔２５３の下面２５３ａは光反射面とされている。
【０１５７】
測定用プレートもしくは測定用バーの界面のずれは、界面の縦横の傾きのみならず上下方向の位置ずれもあり、本実施形態においては、縦横傾き測定手段の他に、界面の上下方向の位置ずれを測定する上下方向位置測定手段および縦横傾きのみならず上下方向の位置ずれを調整する位置調整手段を更に備えている。
【０１５８】
縦横傾き測定手段は、図３３に示すように、第２の光ビームＬ２を出射する光源２６０と、該光源２６０からの光を測定用バー２５０の鍔下面２５３ａに向けて反射するとともに、該下面２５３ａで反射された光を透過するハーフミラー２６１と、該ハーフミラー２６１を透過した光を検出する第２の光検出手段である４分割フォトダイオード２６２とからなる。
【０１５９】
上下方向位置測定手段は、例えば、光学式距離センサ２６３であり、第３の光ビームＬ３を出射すると共に、鍔下面２５３ａで反射した光を受光して鍔下面２５３ａの上下方向位置を検出する。
【０１６０】
また、測定用バー２５０の縦横の傾きおよび上下方向位置のずれを調整する位置調整手段は、縦横傾きθ、φ、および上下方向Ｚの軸を有するモータドライブステージからなる支持台２５５、該支持台２５５を駆動するドライバ２６７および４分割フォトダイオード２６２および検出センサ２６３からの信号を受けて、該信号値の基準値からのずれが所定値以下となるようにドライバ２６７に支持信号を出力するサーボ手段２６５からなる。なお、ここでいう基準値とは、予め求められている測定用バー２５０が精度良く正確に支持台２５５上にマウントされた場合の値であってもよいし、複数回の測定における初回の測定時の値であってもよい。
【０１６１】
各ウェル２５１（各試料）についての全反射減衰の状態を測定する前に、縦横傾き測定手段および上下方向位置測定手段により界面の傾きに応じて傾く基準面である鍔下面２５３の位置ずれをサーボ機構により調整し、その後測定を行う。このように縦横および上下位置を調整後に測定を行うことにより、より精度の高い測定を行うことができる。
【０１６２】
次に図３４を参照して第２０の実施の形態を説明する。
【０１６３】
第２０の実施の形態の測定装置は、上記第１９の実施の形態と略同一の構成を有するが、測定用バーの形状および該測定用バーの支持台の形状が異なる。本測定装置の測定用バー２７０は、図３３で示した測定用バー２５０において鍔２５３を備えない形状である。したがって、傾き、上下位置測定用の基準面として測定用バーの底面を利用するものであり、該底面の一部に設けられた反射面２７０ａに対して、傾き測定用の第２の光ビームＬ２、上下方向位置測定用の第３の光ビームＬ３を入射させる構成とされている。これらの第２および第３の光ビームＬ２、Ｌ３を反射面２７０ａへ入射させるため、支持台２７５には、光ビームＬ２、Ｌ３透過用の開口２６７が設けられている。
【０１６４】
次に図３５を参照して第２１の実施の形態を説明する。
【０１６５】
第２１の実施の形態の測定装置は、上記第１９の実施の形態と比較して、傾き測定手段が異なるものである。本測定装置は、各光検出手段１７Ａ〜Ｅが検出する界面からの反射光の光プロファイルから測定用バー２５０の界面のずれを求めるものであり、プロファイル演算手段２６９を備えている。
【０１６６】
プロファイル演算手段２６９には、予め、測定用バー２５０が支持台２５５上に精度よくマウントされた際の各ウェル毎の反射光ビームプロファイルが基準プロファイルとして記憶されており、該演算手段２６９は、測定用バー２５０が支持台に２７５にマウントされた場合に、反射光のプロファイルを計測して、基準プロファイルとの差異を演算する。この差異が所定値以下となるようにサーボ手段２６５により支持台の位置調整を行う。このように、プロファイル演算手段２６９を備えれば、傾き、位置ずれ検出用に新たな光学系を設けることなく位置ずれを解消し、高精度な測定を行うことができる。
【０１６７】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング媒体との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング媒体との結合状態を得るようにしてもよい。
【０１６８】
また、さらに別の全反射光を利用した測定装置を第２２の実施形態として以下に説明する。
【０１６９】
図３６に側面形状を示すように、本実施の形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、上述の第１９の実施形態と同様の測定用バー２５０、支持台２５５、縦横傾き測定手段、上下方向位置測定手段および位置調整手段を備えているが、被検体とセンシング媒体との結合状態を得る測定方法が上述の各実施形態と異なる。
【０１７０】
測定用バー２５０を挟んで光源３２０ａ〜ｅとＣＣＤ３６０ａ〜ｅとが配設されており、これら光源３２０ａ〜ｅとＣＣＤ３６０ａ〜ｅとの間には、コリメータレンズ３５０ａ〜ｅ、干渉光学系、集光レンズ３５５ａ〜ｅおよびアパーチャー３５６ａ〜ｅが配設されている。
【０１７１】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ３５１ａ〜ｅ、ハーフミラー３５２ａ〜ｅ、ハーフミラー３５３ａ〜ｅおよびミラー３５４ａ〜ｅにより構成されている。
【０１７２】
さらに、ＣＣＤ３６０は信号処理部３６１に接続されており、信号処理部３６１は表示部３６２に接続されている。
【０１７３】
以下、本実施の形態の表面プラズモン共鳴測定装置における試料の測定について説明する。
【０１７４】
光源３２０ａ〜ｅが駆動されて光ビーム３３０ａ〜ｅが発散光の状態で出射される。この光ビーム３３０ａ〜ｅはコリメータレンズ３５０ａ〜ｅにより平行光化されて偏光フィルタ３５１ａ〜ｅに入射する。偏光フィルタ３５１ａ〜ｅを透過して界面に対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム３３０ａ〜ｅは、ハーフミラー３５２ａ〜ｅにより一部がレファレンス光ビーム３３０Ｒとして分割され、ハーフミラー３５２ａ〜ｅを透過した残りの光ビーム３３０Ｓは界面に入射する。界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびミラー３５４ａ〜ｅで反射したレファレンス光ビーム３３０Ｒはハーフミラー３５３ａ〜ｅに入射して合成される。合成された光ビーム３３０´は集光レンズ３５５ａ〜ｅにより集光され、アパーチャー３５６ａ〜ｅを通過してＣＣＤ３６０ａ〜ｅによって検出される。このとき、ＣＣＤ３６０ａ〜ｅで検出される光ビーム３３０´は、光ビーム３３０Ｓとレファレンス光ビーム３３０Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【０１７５】
試料１５分注後から継続的に複数回測定し、ＣＣＤ３６０ａ〜ｅにより検出される干渉縞の変化を検出することにより、試料中の特定物質とセンシング媒体との結合の有無を検出することができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング物質１４との結合状態に応じてセンシング物質１４の屈折率が変化すると、界面で全反射した光ビーム３３０Ｓおよびレファレンス光ビーム３３０Ｒがハーフミラー３５３ａ〜ｅにより合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合を検出することができる。
【０１７６】
信号処理部３６１は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部３６２に表示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図２】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３】上記表面プラズモン共鳴測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図４】上記表面プラズモン共鳴測定装置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
【図５】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図６】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図７】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図８】図７の表面プラズモン共鳴測定装置の一部を拡大して示す平面図
【図９】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１０】本発明の第５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１１】第５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１２】本発明の第６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１３】第６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１４】本発明の第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図１５】本発明の第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１６】第７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置における反射光強度分布を示す図
【図１７】本発明の第８の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図１８】本発明の第９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図１９】本発明の第９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２０】本発明の第１０の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２１】本発明の第１１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２２】本発明の第１２の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２３】本発明の第１３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２４】本発明の第１４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図２５】第１６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の傾き測定手段を説明するための図
【図２６】本発明の第１５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２７】第２の光検出手段の受光面を示す図
【図２８】本発明の第１６の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図２９】本発明の第１７の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３０】本発明の第１８の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の一部側面図
【図３１】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図３２】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の第１の側面図
【図３３】本発明の第１９の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の第２の側面図
【図３４】本発明の第２０の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【図３５】本発明の第２１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の平面図
【図３６】本発明の第２２の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置の側面図
【符号の説明】
１、１００ 光ビーム入射光学手段
２ 光源
１２ 金属膜
１４ センシング物質
１５ 試料
１６ コリメーターレンズ
１７Ａ〜Ｅ 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
３２ 第２の光ビーム入射手段
３７ 第２の光検出手段
４０ クラッド層
４１ 光導波層
６０ 遮蔽物
２００ 測定用プレート
２０１ 検体ウェル
２０２ 光入出射部
２０２ａ 界面
２５０ 測定用バー
Claims (4)
- 誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面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入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射減衰を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 誘電体ブロックの平坦な上面に開口する検体ウェルが、該誘電体ブロックに１次元状もしくは２次元状に複数備えられ、該各検体ウェルの内底面に薄膜層が形成されてなるセンサウェルユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して、前記センサウェルユニットの検体ウェルのうち１次元状に配列された複数の検体ウェルのそれぞれの前記内底面と前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で並列的に入射させる光ビーム入射手段と、
前記それぞれの界面で反射された各反射光ビームを、該それぞれの界面に対応させて配置した複数の受光手段で個別に受光する光検出手段とを備えた、全反射光を利用した測定装置において、
所定の基準位置からの、前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
該縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きおよび横方向の傾きに応じて、前記縦方向に傾きによる誤差および横方向の傾きに起因する前記光ビームによる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記センサウェルユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とする測定装置。
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