JP2008002943A - センサ、センシング装置、及びセンシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成が簡易で検出感度が良好な新規のセンサを提供する。
【解決手段】センサ１は、測定光Ｌ１の入射側（図示上側）から、半透過半反射性を有する第１の反射体１０と、透光体２０と、反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えた光共振体からなり、光共振体における共振による前記測定光の吸収ピークと、前記光共振体表面及び／又は内部において生じる局在プラズモン共鳴による前記測定光の吸収ピークとが一致している構成としている。センサ１は、第１の反射体１０の平均複素屈折率と第２の反射体３０の平均複素屈折率と透光体２０の平均複素屈折率及び厚みとに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、第１の反射体１０から出射光Ｌ２が出射されるものであり、吸収特性に応じて変化する出射光Ｌ２の物理特性が検出されるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料に入射した測定光を試料によって異なる物理特性を有する出射光として出射するセンサ、これを用いたセンシング装置及びセンシング方法に関するものである。

生体分子の分析等に使用されるセンサとして、局在プラズモン共鳴によって特定波長の反射光の光強度が減衰する現象を利用するセンサが提案されている。局在プラズモンセンサは、装置構成が簡易であり、安価で構造上の制約が少ない利点があるが、検出感度が良好でなく高精度な分析を行うことが難しいとされている。検出感度は、センサ面における金属微細凹凸構造の面内均一性により影響されるため、金属微細凹凸構造を精密に制御して規則性の高い金属微細凹凸構造を作製する方法が開示されている（特許文献１、特許文献２等）。
特開２００４−２７９３６４号公報 特開２００４−２３２０２７号公報

特許文献１及び２に記載の局在プラズモンセンサは、金属を陽極酸化して得られる規則性の高い微細孔構造を利用して金属微細凹凸構造を作製しており、比較的容易に微細構造の制御を可能としている。しかし、局在プラズモン共鳴による吸収ピークは、金属微細凹凸構造における散乱光を含むことから、吸収効果に影響を与えてピーク幅が広がり、充分な感度が得られないため、高精度な分析が難しい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、装置構成が簡易でありながら、局在プラズモンセンサに比して検出感度が良好な新規のセンサ、これを用いたセンシング装置及びセンシング方法を提供することを目的とするものである。

本発明のセンサは、試料に入射した測定光を、試料によって異なる物理特性を有する出射光として出射するセンサであって、測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光体と、反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えた光共振体からなり、光共振体における共振による測定光の吸収ピークと、光共振体表面及び／又は内部において生じる局在プラズモン共鳴による測定光の吸収ピークとが一致していることを特徴とするものである。

本明細書において、「半透過半反射性」とは透過性と反射性を共に有することを意味し、透過率と反射率は任意である。
本発明のセンサにおいて、前記第１の反射体及び／又は第２の反射体は、測定光の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであることが好ましい。
ここで、「測定光の波長よりも小さい凹凸構造」とは、凸部及び凹部（ここで言う「凹部」には反射体を厚み方向に貫通する空隙も含まれる）の平均的な大きさ（ここで言う「大きさ」は最大幅を示す）と凹凸の平均的なピッチが測定光の波長よりも小さいことを意味する。

本発明のセンサの好適な態様としては、前記第１の反射体及び／又は第２の反射体が、前記透光体の表面に金属がパターン形成された金属層からなるものが挙げられる。

本発明のセンサの他の好適な態様としては、前記第１の反射体及び／又は第２の反射体が、前記透光体の表面に複数の金属粒子が固着された金属層からなるものが挙げられる。

本発明のセンサの他の好適な態様としては、前記透光体が、前記第１の反射体側の面において開口した前記測定光の波長よりも小さい径の複数の微細孔を有する透光性微細孔体からなり、前記第１の反射体が、前記透光体の表面形状に沿って複数の微細孔を有して形成された金属層からなるものが挙げられる。かかる構成において、微細孔の一部に金属が充填されていてもよいし、微細孔底部にのみ金属が充填されていてもよい。

本発明のセンシング装置は、本発明のセンサと、センサに測定光を照射する測定光照射手段と、センサからの出射光の物理特性を検出する検出器とを備えたことを特徴とするものである。
検出器としては、出射光の光強度又は光強度の変化量、又は出射光の物理特性うち少なくとも一つを検出するものが好ましい。
本発明のセンシング装置では、試料の屈折率及び／又は濃度を分析することができ、試料の屈折率を分析して試料を同定することもできる。

本発明のセンシング方法は、上記の本発明のセンサの試料の接触側に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから試料を接触させ、センサに対して測定光を照射し、出射光の前記物理特性を検出して、試料に含まれる特定物質の有無及び／又は特定物質の量を分析することを特徴とするものである。

本発明のセンサは、測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第1の反射体と、透光体と、反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えた光共振体からなり、光共振体における共振による測定光の吸収ピークと、光共振体表面及び／又は内部において生じる局在プラズモン共鳴による測定光の吸収ピークとが一致している構成としている。

かかる構成では、局在プラズモン共鳴に起因する反射ピークを有した出射光が第1の反射体及び／又は第２の反射体から出射される。共振条件及び局在プラズモン共鳴波長は試料の接触によって変化し、それに伴って出射光の物理特性も同様に変化するので、出射光の反射ピークの強度及び波長シフト等を検出することで、試料の分析を行うことができる。

一般に、反射ピークは、吸収ピークと比してＳ／Ｎ比が高いことが知られている。従って、本発明によれば、高いＳ／Ｎ比を有する反射ピークによりセンシングを行うことができるので、局在プラズモンセンサに比して検出感度の良好な高精度なセンサを提供することができる。

「センサの第１実施形態」
図１を参照して、本発明に係る第１実施形態のセンサについて説明する。図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は厚み方向断面図（Ａ−Ａ’断面図）である。

図１に示す如く、本実施形態のセンサ１は、測定光Ｌ１の入射側（図示上側）から、半透過半反射性を有する第１の反射体１０と、透光体２０と、反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えたデバイス構造を有する。測定光Ｌ１は単波長光でもブロード光でもよく、検出する物理特性に応じて選択される。

透光体２０は透光性平坦基板からなり、第１の反射体１０は透光体２０の一方の面に金属細線１１が規則的な格子状パターンで形成された金属層からなり、第２の反射体３０は透光体２０の他方の面に形成されたベタ金属層からなる。
透光体２０の材質は特に制限なく、ガラスやアルミナ等の透光性セラミック、アクリル樹脂やカーボネート樹脂等の透光性樹脂等が挙げられる。

第１の反射体１０及び第２の反射体３０の材質としては、任意の反射性金属を使用でき、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、及びこれらの合金等が挙げられる。第１の反射体１０及び第２の反射体３０はこれら反射性金属を２種以上含むものであってもよい。
ベタ金属層である第２の反射体３０は、例えば金属蒸着等により成膜できる。第１の反射体１０は例えば、金属蒸着等によりベタ金属層を成膜した後、公知のフォトリソグラフィー加工を実施することで形成できる。

第１の反射体１０は反射性金属からなるが、空隙であるパターン間隙１２を複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。第１の反射体１０の金属細線１１の線幅及びピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さく設計されており、第１の反射体１０は測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっている。凹凸構造が光の波長よりも小さいサイズである場合、光に対しては薄膜であり、第１の反射体１０は、電磁メッシュシールド機能を有する半透過半反射性の薄膜となる。

本実施形態のセンサ１では、第１の反射体１０及び第２の反射体３０が、接触した試料によって平均複素屈折率が変わるセンシング体であり、第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０に試料を接触させて試料の分析を行うことができる。
特に、第１の反射体１０は、金属細線１１とパターン間隙１２との測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有しているので、第１の反射体１０の試料による平均複素屈折率の変化がより高い感度で起こる。これは、第１の反射体１０の凹凸構造によって測定光Ｌ１の振動等が効果的に起こることなどによると考えられる。したがって、少なくとも第１の反射体１０側に試料を接触させて試料の分析を行うことが好ましい。

金属細線１１のピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定光Ｌ１として可視光を用いる場合には例えば２００ｎｍ以下が好ましい。金属細線１１のピッチは小さい方が感度の点で好ましい。金属細線１１の線幅は特に制限なく、感度の点で小さい方が好ましい。金属細線１１の線幅は光によって金属中で振動する電子の平均自由行程以下であることが好ましく、具体的には５０ｎｍ以下、特に３０ｎｍ以下であることが好ましい。

金属細線１１のピッチ及び線幅が小さい方が、１本の金属細線１１に占める表面の割合が相対的に大きくなるため、金属細線１１の表面特性が第１の反射体１０の全体特性に反映されやすくなり、より高い感度が得られる。具体的には、金属細線１１のピッチ及び線幅が小さい方が、試料の相違による第１の反射体１０の誘電率変化がより大きくなり、試料の相違による第１の反射体１０の平均複素屈折率（実効複素屈折率）の変化がより大きくなり、より高い感度が得られる。

図１（ｂ）に示す如く、センサ１に測定光Ｌ１が入射すると、第１の反射体１０の透過率又は反射率に応じて、一部は第１の反射体１０の表面で反射され（図示略）、一部は第１の反射体１０を透過して透光体２０に入射する。透光体２０に入射した光は、第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で反射を繰り返す。すなわち、センサ１は、第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射が起こる光共振体である。

かかるデバイスでは、多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。共振条件は第１の反射体１０の平均複素屈折率と第２の反射体３０の平均複素屈折率と透光体２０の平均複素屈折率及び厚みｄとに応じて変わるので、これらファクターに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、その吸収特性に応じた測定光Ｌ１と異なる物理特性の出射光Ｌ２が出射される。本実施形態のセンサ１は、第２の反射体３０が反射性を有するので、出射光Ｌ２が第１の反射体１０からのみ出射される反射型センサである。

また、本実施形態のセンサ１は、第１の反射体１０と第２の反射体３０が金属からなり、第1の反射体１０は測定光Ｌ１の波長より小さい微細凹凸構造を有するので、第1の反射体１０で局在プラズモン共鳴を生じる。

局在プラズモン共鳴は、金属の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで電場を生じる現象である。特に凹凸構造を有する金属層では、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じ、局在プラズモン共鳴が効果的に起こるとされている。本実施形態では、第１の反射体１０が測定光Ｌ１の波長より小さい凹凸構造を有するので、局在プラズモン共鳴が効果的に起こる。

局在プラズモン共鳴が生じる波長（共鳴波長）においては、測定光Ｌ１の散乱及び吸収が著しく増大し、センサ１からの出射光強度が著しく低くなる。局在プラズモン共鳴波長及び測定光Ｌ１の散乱や吸収の程度は、センサ１の表面の凹凸のサイズ、金属の種類及び表面に接触された試料の屈折率等に依存し、従って、センサ１表面に接触された試料の物理特性により変化する。

局在プラズモン共鳴は任意の金属で起こりうるが、第1の反射体１０の金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等が好ましく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）が特に好ましい。

本実施形態のセンサ１は、上記した多重干渉による吸収のピークと、局在プラズモン共鳴のピークを重ねることにより生じる反射ピークによりセンシングを行う。そのため、多重干渉による共振波長（λｒ）と、局在プラズモン共鳴波長（λｌｐ）が略一致するように設計されている（λｒ≒λｌｐ）。

共振条件は、第１の反射体１０の平均複素屈折率（ｎ_１−ｉｋ_１）と第２の反射体３０の平均複素屈折率（ｎ_３−ｉｋ_３）と透光体２０の平均複素屈折率（ｎ_２−ｉｋ_２）及び厚みｄとに応じて変わるが、第１の反射体１０の平均複素屈折率と第２の反射体３０の平均複素の変化による変動量は、透光体２０の平均複素屈折率及び透光体２０の厚みｄの変化による変動量に比して小さいため、多重干渉による共振波長は、数ｎｍのオーダーの精度であれば、透光体２０の厚みｄによりほぼ決定することができる（−ｉｋ_１、−ｉｋ_２、−ｉｋ_３は虚数部を示す。本実施形態では、透光体２０の平均複素屈折率の虚数部は０であるのでｎ_２−ｉｋ_２＝ｎ_２となる。）。従って、センサ１において、透光体２０の厚みｄは、λｒとλｌｐとが略一致するように最適化されている。厚みｄが任意の値である場合は、λｒとλｌｐとは、異なる場合もあるし、重なる場合もある。

透光体２０の厚みｄと透光体２０内の平均複素屈折率（ｎ_２−ｉｋ_２）と共振波長λｒとは、数ｎｍオーダーの精度において下記式を略充足しており、従って、透光体２０内の平均複素屈折率（ｎ_２−ｉｋ_２）が同じものであれば、透光体２０の厚みｄを変えるだけで共振波長λｒを変化させることができる。
ｄ＝（ｍ＋１）λｒ／２（ｎ_２−ｉｋ_２）
（式中、ｄは透光体２０の厚み、λｒは共振波長、ｎ_２−ｉｋ_２は透光体２０内の平均複素屈折率、ｍは整数である。）
後記する第４実施形態のセンサ４のように透光体２０が透光性微細孔体からなる場合は、「透光体２０内の平均複素屈折率」とは、透光性微細孔体の複素屈折率とその微細孔内の物質（微細孔内に特に充填物質がない場合には空気、微細孔内に充填物質がある場合には充填物質／又は充填物質と空気）の屈折率とを合わせて平均化した平均複素屈折率を意味する。

式中のｍの値によって透光体２０の厚みｄは複数の値を有し、多重干渉による可視光波長領域の吸収ピーク波長が１つとなり検出が容易なことから、透光体２０の厚みｄは３００ｎｍ以下が好ましく、多重反射が効果的に起こりかつ多重干渉による吸収ピーク波長が可視光域で検出が容易なことから１００ｎｍ以上が好ましい。上記に記載の通り、透光体２０の平均複素屈折率ｎ_２−ｉｋ_２及び厚みｄの変化による影響に比してその程度は小さいものの、第１の反射体１０及び第２の反射体３０の平均複素屈折率や表面状態によっても、共振条件は影響を受けるため、第1の反射体１０及び／又は第２の反射体３０に試料が接触することにより、出射光Ｌ２の物理特性が変化する。

図２（ａ）に、センサ１において透光体２０の厚みｄが最適化されていない場合（λｒ≠λｌｐ）の出射光Ｌ２のスペクトル例を示す。図２（ａ）において、多重干渉による吸収ピーク（Ｐｒ）と、局在プラズモン共鳴のピーク（Ｐｌｐ）とは、それぞれ別の波長に現れている。図に示すように、一般的に局在プラズモン共鳴の吸収ピークは多重干渉による吸収ピークに比して感度が良くない。

図２（ｂ）に、透光体２０の厚みｄを最適化し、多重干渉による吸収ピークＰｒと局在プラズモン共鳴のピークＰｌｐを重ねたときの出射光Ｌ２のスペクトル例を示す。わかりやすくするため、元の吸収ピークの形状も示してある。図２(ｂ)に示される出射光Ｌ２のスペクトルは、吸収ピークの中に反射ピークＰｒｆを有するＷ型の形状を示しており、反射ピークＰｒｆの波長λｒｆは、局在プラズモン共鳴波長λｌｐと略同一波長である。

また、図２（ｃ）は、センサ１の第1の反射体１０に異なる試料Ａ、Ｂを接触させたときの出射光Ｌ２のスペクトル例を示しており、試料を変えることで反射ピーク波長がλ１からλ２に変化する様子が示されている。図２（ａ）〜（ｃ）に示されるスペクトルは、いずれも測定光Ｌ１として白色光を用いた場合のスペクトルである。

センサ１では、透光体２０内における多重反射回数（フィネス）が最大となるよう、光インピーダンスマッチングを取ったデバイス構造とすることが好ましい。かかる構成とすることで、吸収ピークがシャープになり、より高精度な分析を実施でき、好ましい。

センサ１では、第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０（好ましくは第１の反射体１０）に試料を接触させると、反射体と試料との相互作用等によって試料が接触した反射体の平均複素屈折率（実効複素屈折率）が変わり、センサ１の共振条件及び局在プラズモン共鳴条件が変化し、吸収特性が変化する。出射光Ｌ２の物理特性も、センサ１の吸収特性に応じて変化し、従って、センサ１では出射光Ｌ２の物理特性を検出することにより試料の分析を行うことができる。

吸収特性によって変化する出射光Ｌ２の物理特性としては、出射光Ｌ２の光強度又は光強度の変化量、反射ピーク波長又は反射ピーク波長のシフト等が挙げられる。具体的なセンシング装置の構成例については後記する。

本実施形態のセンサ１では、試料の屈折率及び／又は濃度を分析することができ、試料の屈折率を分析して試料を同定することもできる。また、試料を接触させる反射体（第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０）に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから試料を接触させ、センサ１に対して測定光Ｌ１を照射し出射光Ｌ２を検出することで、試料に含まれる特定物質の有無及び／又は特定物質の量を分析することもできる。特定物質／結合物質の組合せとしては抗原／抗体（いずれを結合物質としてもよい）等が挙げられ、本実施形態では抗原抗体反応等の経時的な分析も可能である。
本実施形態のセンサ１は以上のように構成されている。

上記のように、本実施形態のセンサ１は、測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第1の反射体１０と、透光体２０と、反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えた光共振体からなり、光共振体における共振による測定光の吸収ピークＰｒと、光共振体表面（第１の反射体１０）において生じる局在プラズモン共鳴による測定光の吸収ピークＰｌｐが一致している構成としている。

かかる構成では、第１の反射体１０を透過して透光体に入射した光が第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射し、多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。一方、光共振体表面（第１の反射体１０）においては、金属微細凹凸構造による局在プラズモン共鳴が生じる。多重干渉による共振波長λｒは、透光体２０の厚みｄを変化させることにより容易に変えることができるので、透光体２０の厚みｄを変化させて、共振波長λｒと局在プラズモン共鳴の共鳴波長λｌｐとを一致させることにより、局在プラズモン共鳴に起因する反射ピークＰｒｆを有した出射光Ｌ２が第1の反射体１０から出射される。

一般に反射ピークは、吸収ピークと比してＳ／Ｎ比が高いと言われており、本実施形態のセンサ１においても、反射ピークＰｒｆのバックグラウンドをゼロに近づけることができるため、非常にＳ／Ｎ比の高い反射ピークによりセンシングを行うことができる。従って、本実施形態のセンサ１によれば、局在プラズモン共鳴を用いたセンサに比して、検出感度が良好な、高精度なセンシングを行うことができる。

本実施形態では、上記のように、多重干渉による共振波長λｒと局在プラズモン共鳴の波長λｌｐを重ねることにより生じる反射ピークＰｒｆを利用しており、反射ピークＰｒｆは局在プラズモン共鳴に起因するものであることを述べたが、反射ピークＰｒｆの発現要因については、局在プラズモン共鳴に起因するものに限らず、多重干渉による共振と局在プラズモン共鳴との相互作用又は上記デバイス構成特有の現象が含まれていることも考えられる。

本実施形態では、第１の反射体１０が規則的な格子状パターンの場合について説明したが、第１の反射体１０のパターン形状は任意であり、ランダムパターンでもよい。ただし、構造規則性が高い方が共振構造の面内均一性が高く、特性が集約されるので好ましい。

「センサの第２実施形態」
図３を参照して、本発明に係る第２実施形態のセンサについて説明する。図３は第１実施形態の図１（ｂ）に対応する断面図である。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。

図３に示す如く、本実施形態のセンサ２は、第１実施形態と同様、測定光Ｌ１の入射側（図示上側）から、半透過半反射性を有する第１の反射体１０と、透光体２０と、半透過半反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えたデバイス構造を有する。本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態では第２の反射体３０がベタ金属層からなり反射性を有する反射体であったのに対して、第２の反射体３０が第１の反射体１０と同様に、金属細線３１が規則的な格子状パターンで形成された金属層からなり半透過半反射性を有する点である（第２の反射体３０の斜視図は図１（ａ）の第１の反射体１０と同様）。

本実施形態のセンサ２も、第１の反射体１０及び第２の反射体３０が、接触した試料によって平均複素屈折率が変わるセンシング体であり、第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０に試料を接触させて試料の分析を行うことができる。本実施形態では、第１の反射体１０及び第２の反射体３０がいずれも、測定光Ｌ１の波長より小さい凹凸構造を有するので、いずれに試料を接触させても、試料による反射体の平均複素屈折率の変化が高感度に起こる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１の反射体１０を透過して透光体２０に入射した光が第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射し、多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。

本実施形態においては、第１の反射体と同様に、第２の反射体３０も、測定光Ｌ１の波長より小さい微細凹凸構造を有することになるため、第２の反射体３０においても局在プラズモン共鳴を生じる。従って、本実施形態においては、光共振体表面及び内部（第１の反射体１０及び第２の反射体３０）において、金属微細凹凸構造による局在プラズモン共鳴が生じる。

本実施形態においても、多重干渉による共振波長λｒは、透光体２０の厚みｄを変化させることにより容易に変えることができるので、透光体２０の厚みｄを変化させて、共振波長λｒと局在プラズモン共鳴λｌｐの共鳴波長とを一致させることにより、局在プラズモン共鳴に起因する反射ピークＰｒｆを有した出射光Ｌ２が第1の反射体１０及び／又は第２の反射体３０から出射される。

第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０に試料を接触させると、反射体と試料との相互作用等によって試料が接触した反射体の平均複素屈折率（実効複素屈折率）が変わる。従って第２の反射体３０が半透過半反射性を有する場合も、吸収特性によって変化する出射光Ｌ２の物理特性を検出することで、試料の分析を行うことができる。

第２の反射体３０が反射性を有する第１実施形態では反射型センサのみが得られるのに対し、第２の反射体３０が半透過半反射性を有する本実施形態では、第１の反射体１０の平均複素屈折率と第２の反射体３０の平均複素屈折率と透光体２０の平均複素屈折率及び厚みｄとに応じて、第１の反射体１０からのみ出射光Ｌ２が出射される反射型センサ、第２の反射体３０からのみ出射光Ｌ２が出射される透過型センサ、第１の反射体１０及び第２の反射体３０から測定光Ｌ２が出射される半透過半反射型センサのいずれかとなる。いずれのタイプのセンサにおいても、第１の反射体１０及び第２の反射体３０から出射される出射光Ｌ２のスペクトル例は第１実施形態の第１の反射体１０のスペクトル例と同様である。

本実施形態のセンサ２は以上のように構成されており、第２の反射体３０が半透過半反射性を有する点を除けば第１実施形態と基本的な構成は同様であるので、第１実施形態と同様の効果を奏する。本実施形態では、第１の反射体１０及び第２の反射体３０が同一パターンからなる場合について説明したが、異なるパターンでもよい。

「センサの第３実施形態」
図４を参照して、本発明に係る第３実施形態のセンサについて説明する。図４（ａ）は第１実施形態の図１（ａ）に対応する斜視図、図４（ｂ）はセンサの上面図である。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。

図４に示す如く、本実施形態のセンサ３は、第１実施形態と同様、測定光Ｌ１の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体１０と透光体２０と反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えたデバイス構造を有する。

本実施形態が第１実施形態と異なる点は、第１実施形態では第１の反射体１０がパターン形成された金属層であったのに対して、第１の反射体１０が透光体２０の表面に略同一径の複数の金属粒子１３がマトリクス状に規則配列して固着された金属層からなる点である。金属粒子１３の材質は制限なく、第１実施形態の第１の反射体１０と同様の金属が例示できる。

上記第１の反射体１０は例えば、透光体２０の表面に金属粒子１３の分散溶液をスピンコート法等により塗布し乾燥することで形成できる。分散溶液に樹脂や蛋白質等のバインダを含有させ、バインダを介して金属粒子１３を透光体２０の表面に固着させることが好ましい。バインダとして蛋白質を用いる場合には、蛋白質同士の結合反応を利用して、金属粒子１３を透光体２０の表面に固着させることも可能である。

第１の反射体１０は反射性金属からなるが、空隙である粒子間隙１４を複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。金属粒子１３の径及びピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さく設計されており、第１の反射体１０は測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっている。本実施形態においても、第１の反射体１０は、凹凸構造が光の波長よりも小さいので、電磁メッシュシールド機能を有する半透過半反射性の薄膜となる。

本実施形態のセンサ３も、第１の反射体１０の表面に試料又は試料セルを接触させて試料の分析を行うことができる。
特に、第１の反射体１０は、金属粒子１３と粒子間隙１４との測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有しているので、第１実施形態と同様の理由で、第１の反射体１０の試料による平均複素屈折率の変化がより高い感度で起こる。したがって、少なくとも第１の反射体１０側に試料を接触させて試料の分析を行うことが好ましい。

金属粒子１３のピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定光Ｌ１として可視光を用いる場合には例えば２００ｎｍ以下が好ましい。金属粒子１３のピッチは小さい方が感度の点で好ましい。

金属粒子１３の径は特に制限なく、感度の点で小さい方が好ましい。金属粒子１３の径は光によって金属中で振動する電子の平均自由行程以下であることが好ましく、具体的には５０ｎｍ以下、特に３０ｎｍ以下であることが好ましい。

第１実施形態の金属細線１１と同様、金属粒子１３のピッチ及び径が小さい方が、１個の金属粒子１３に占める表面の割合が相対的に大きくなるため、金属粒子１３の表面特性が第１の反射体１０の全体特性に反映されやすくなり、より高い感度が得られる。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１の反射体１０を透過して透光体２０に入射した光が第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射し、多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。また、光共振体表面（第１の反射体１０）においては、金属微細凹凸構造による局在プラズモン共鳴が生じる。多重干渉による共振波長は、透光体の厚みｄを変化させることにより容易に変えることができるので、透光体２０の厚みｄを変化させて、共振波長λｒと局在プラズモン共鳴の共鳴波長λｌｐとを一致させることにより、局在プラズモン共鳴に起因する反射ピークＰｒｆを有した出射光Ｌ２が第1の反射体１０から出射される。

本実施形態においても、第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０（好ましくは第１の反射体１０）に試料を接触させると、反射体と試料との相互作用等によって試料が接触した反射体の平均複素屈折率（実効複素屈折率）が変わり、センサ３の共振条件及び局在プラズモン共鳴条件が変化し、吸収特性が変化する。出射光Ｌ２の物理特性も、センサ３の吸収特性によって変化するため、従って出射光Ｌ２の物理特性を検出することにより試料の分析を行うことができる。
本実施形態のラマン分光用デバイス３は以上のように構成されている。

本実施形態のラマン分光用デバイス３は、第１の反射体１０が金属粒子層からなる点を除けば第１実施形態と基本的な構成は同様であるので、第１実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、第１の反射体１０が略同一径の複数の金属粒子１３がマトリクス状に規則配列して固着された金属層からなる場合について説明したが、金属粒子１３は径に分布があってもよく、配列パターンも任意であり、ランダム配列でもよい。また、第２の反射体３０がベタ金属層からなる場合について説明したが、第２の反射体３０についても第１の反射体１０と同様に金属粒子層により構成することができる。かかる構成とした場合は、第２の反射体３０が半透過半反射性を有するものとなり、第２実施形態と同様に分析を実施することができる。

「センサの第４実施形態」
図５及び図６を参照して、本発明に係る第４実施形態のセンサについて説明する。図５はセンサの斜視図、図６は製造工程図である。本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。

図５に示す如く、本実施形態のセンサ４は、第１実施形態と同様、測定光Ｌ１の入射側（図示上側）から、半透過半反射性を有する第１の反射体１０と、透光体２０と、反射性を有する第２の反射体３０とを順次備えたデバイス構造を有する。

本実施形態では、第１実施形態と異なり、透光体２０は図６に示す被陽極酸化金属体（Ａｌ）４０の一部を陽極酸化して得られる金属酸化物体（Ａｌ_２Ｏ_３）４１からなり、第２の反射体３０は図６に示す被陽極酸化金属体４０の非陽極酸化部分（Ａｌ）４２からなる。第２の反射体３０は反射性を有する。

透光体２０は、第１の反射体１０側から第２の反射体３０側に延びる略ストレートな複数の微細孔２１が開孔された透光性微細孔体である。複数の微細孔２１は第１の反射体１０側の面において開口し、第２の反射体３０側は閉じられている。透光体２０において、複数の微細孔２１は測定光Ｌ１の波長より小さい径及びピッチで略規則的に配列されている。

陽極酸化は、被陽極酸化金属体４０を陽極とし陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することで実施できる。被陽極酸化金属体４０の形状は制限されず、板状等が好ましい。また、支持体の上に被陽極酸化金属体４０が層状に成膜されたものなど、支持体付きの形態で用いることも差し支えない。陰極としてはカーボンやアルミニウム等が使用される。電解液としては制限されず、硫酸、リン酸、クロム酸、シュウ酸、スルファミン酸、ベンゼンスルホン酸、アミドスルホン酸等の酸を、１種又は２種以上含む酸性電解液が好ましく用いられる。

図６に示す如く、被陽極酸化金属体４０を陽極酸化すると、表面４０ｓから該面に対して略垂直方向に酸化反応が進行し、金属酸化物体（Ａｌ_２Ｏ_３）４１が生成される。陽極酸化により生成される金属酸化物体４１は、多数の平面視略正六角形状の微細柱状体４１ａが隙間なく配列した構造を有するものとなる。各微細柱状体４１ａの略中心部には、表面４０ｓから深さ方向に略ストレートに延びる微細孔２１が開孔され、各微細柱状体４１ａの底面は丸みを帯びた形状となる。陽極酸化により生成される金属酸化物体の構造は、益田秀樹、「陽極酸化法によるメソポーラスアルミナの調製と機能材料としての応用」、材料技術Vol.15,No.10、1997年、p.34等に記載されている。

規則配列構造の金属酸化物体４１を生成する場合の好適な陽極酸化条件例としては、電解液としてシュウ酸を用いる場合、電解液濃度０．５Ｍ、液温１４〜１６℃、印加電圧４０〜４０±０．５Ｖ等が挙げられる。この条件で生成される微細孔２１は例えば、径が５〜２００ｎｍ、ピッチが１０〜４００ｎｍである。

本実施形態において、第１の反射体１０は透光体２０への金属蒸着等により成膜され、透光体２０の表面形状に沿って形成された金属層からなる。透光体２０の微細孔２１の開口箇所には金属が成膜されないので、第１の反射体１０は略中心部に微細孔１６を有する平面視略正六角状の金属体１５が隙間なく配列した形状を呈する。第１の反射体１０の微細孔１６は透光体２０の微細孔２１と同じパターンで開孔されるので、微細孔１６は測定光Ｌ１の波長より小さい径及びピッチで略規則的に配列されたものとなる。

第１の反射体１０は反射性金属からなるが、空隙である微細孔１６を複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。第１の反射体１０は、略中心部に微細孔１６を有する測定光Ｌ１の波長より小さい大きさの平面視略正六角状の金属体１５が略規則的に配列されたものであるので、測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっている。本実施形態においても、第１の反射体１０は、いわゆる電磁メッシュシールド効果により光に対しては半透過半反射性の薄膜として作用する。

本実施形態のセンサ４においても、第１の反射体１０及び第２の反射体３０が、接触した試料によって平均複素屈折率が変わるセンシング体であり、第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０に試料を接触させて試料の分析を行うことができる。

特に、第１の反射体１０は、平面視略正六角状の金属体１５と微細孔１６との測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有しているので、第１実施形態と同様の理由で、第１の反射体１０の試料による平均複素屈折率の変化がより高い感度で起こる。したがって、少なくとも第１の反射体１０側に試料を接触させて試料の分析を行うことが好ましい。

金属体１５のピッチ（微細孔１６のピッチ）は測定光Ｌ１の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定光Ｌ１として可視光を用いる場合には例えば２００ｎｍ以下が好ましい。金属体１５のピッチが小さい方が感度の点で好ましい。

隣接する微細孔１６の離間距離（隣接する微細孔１６の間にある金属体１５の幅Ｗ）は特に制限なく、感度の点で小さい方が好ましい。幅Ｗは、第１、第３実施形態の金属細線１１の幅、金属粒子１３の径に相当する。幅Ｗは、光によって金属中で振動する電子の平均自由行程以下であることが好ましく、具体的には５０ｎｍ以下、特に３０ｎｍ以下であることが好ましい。

第１実施形態の金属細線１１と同様、金属体１５のピッチ及び幅Ｗが小さい方が、金属体１５の表面特性が第１の反射体１０の全体特性に反映されやすくなり、より高い感度が得られる。

本実施形態のセンサ４は、第２の反射体３０が被陽極酸化金属体４０の非陽極酸化部分（Ａｌ）４２からなるので、第２の反射体３０表面に微細な凹凸構造を有する。従って、第1実施形態及び第３実施形態とは異なり、反射性を有する第２の反射体３０においても局在プラズモン共鳴を起こすことができる。

本実施形態のセンサ４において、微細孔２１の底部には、金属が充填されていることが好ましく、第1の反射体１０の成膜時に同時に蒸着することにより充填されても構わない。この場合、センサ４において、透光性の金属酸化物からなる微細柱状体４１ａ内に形成され、デバイス内に略規則的に配列した微細孔２１の底部に金属が充填されることになり、センサ４は、粒径均一性が高く、配列も高い規則性を有した金属微細凹凸造をデバイス内部に有することになるため、局在プラズモン共鳴が効果的に起こり、より高感度な測定を行うことができる。

微細孔２１の底部に充填される金属は、第1の反射体と同様、金属であればよく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）等が好ましく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）が特に好ましい。この場合、第1の反射体１０の表面及び微細孔２１底部において局在プラズモン共鳴を生じるので、より効果的な共鳴を得るために、第1の反射体１０の金属と微細孔２１の底部に充填される金属は同じ種類であることが好ましい。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１の反射体１０を透過して透光体２０に入射した光が第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射し、多重反射光による多重干渉が起こり、共振条件を満たす特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。また、光共振体表面及び内部（第１の反射体１０及び第２の反射体３０）においては、金属微細凹凸構造による局在プラズモン共鳴が生じる。本実施形態においても、多重干渉による共振波長λｒは、透光体２０の厚みｄを変化させることにより容易に変えることができるので、透光体２０の厚みｄを変化させて、共振波長λｒと局在プラズモン共鳴の共鳴波長λｌｐとを一致させることにより、局在プラズモン共鳴に起因する反射ピークＰｒｆを有した出射光Ｌ２が第1の反射体１０から出射される。

第１の反射体１０及び／又は第２の反射体３０（好ましくは第１の反射体１０）に試料を接触させると、反射体と試料との相互作用等によって試料が接触した反射体の平均複素屈折率（実効複素屈折率）が変わり、センサ４の共振条件及び局在プラズモン共鳴条件が変化し、吸収特性が変化する。出射光Ｌ２の物理特性も、センサ４の吸収特性によって変化するため、従って出射光Ｌ２の物理特性を検出することにより試料の分析を行うことができる。
本実施形態のセンサ４は以上のように構成されている。

本実施形態のセンサ４は、透光体２０が第１の反射体１０側の面において開口した複数の微細孔２１を有する透光性微細孔体からなり、第１の反射体１０が透光体２０の表面形状に沿って複数の微細孔１６を有して形成された金属層からなる点を除けば、第１実施形態と基本的な構成は同様であるので、第１実施形態と同様の効果を奏する。

本実施形態のセンサ４は、陽極酸化を利用して製造されたものであるので、透光体２０の微細孔２１及び第１の反射体１０の微細孔１６が略規則配列されたセンサ４を簡易に製造でき、好ましい。ただし、これら微細孔の配列はランダム配列でもよい。

本実施形態においては、微細孔２１の底部のみに金属が充填された構造となっているが、微細孔２１の底部のみでなく、微細孔２１の一部であればより大きい部分に金属が充填された構造とすることもできる。ただしその場合、充填される金属の量は、センサ４において、第１の反射体１０を透過して透光体２０に入射した光が第１の反射体１０と第２の反射体３０との間で多重反射し、多重反射光による多重干渉を起こすことができる範囲のものであることが必要である。

本実施形態では、透光体２０の製造に用いる被陽極酸化金属体４０の主成分としてＡｌのみを挙げたが、陽極酸化可能で生成される金属酸化物が透光性を有するものであれば、任意の金属が使用できる。Ａｌ以外では、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｚｎ等が使用できる。被陽極酸化金属体４０は、陽極酸化可能な金属を２種以上含むものであってもよい。

本実施形態では、第２の反射体３０が反射性を有する場合について説明したが、被陽極酸化金属体４０の全体を陽極酸化する、あるいは、被陽極酸化金属体４０の一部を陽極酸化し、さらに被陽極酸化金属体４０の非陽極酸化部分４２及びその近傍部分を除去することで、微細孔２１が透光体２０を貫通する透光体２０が得られる。微細孔２１が透光体２０を貫通する透光体２０に透光体２０の表面形状に沿って第２の反射体３０を形成すれば、第１の反射体１０と同様に微細孔を有し半透過半反射性を有する第２の反射体３０を形成することができ、第２実施形態と同様に分析を実施できる。

「設計変更例」
本発明のセンサにおける第１の反射体１０及び第２の反射体３０の構成やこれらの組合せは適宜設計変更することができる。例えば、第１〜第４実施形態を組み合わせて第１の反射体１０及び第２の反射体３０を構成し、本発明のセンサを構成することができる。

「センシング装置」
図７に基づいて、本発明に係る第１〜第４実施形態のセンシング装置の構成について説明する。反射型センサ又は半透過半反射型センサを用い、反射光の物理特性を検出する反射型のセンシング装置を例として説明する。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すセンシング装置５〜７はいずれも、本発明のセンサＳと、センサＳに測定光Ｌ１を照射する測定光照射手段６０と、出射光Ｌ２である反射光の物理特性を検出する検出器７０とから構成されており、測定光照射手段６０と検出器７０との組合せが各々異なっている。同じ構成要素には同じ参照符号を付してある。センシング装置５〜７は、反射型のセンシング装置であるので、センサＳの光入射面Ｓ_ｉｎは、光出射面と同様で、本発明のセンサＳの第１の反射体１０である。

本発明のセンサＳは、上記本発明のセンサの第１〜第４実施形態に記載したように、デバイス構造に特有の反射ピークＰｒｆを有する出射光Ｌ２を出射するため、本発明のセンサＳを用いたセンシング装置は、出射光Ｌ２の光強度又は光強度の変化量、反射ピーク波長λｒｆ又は反射ピーク波長λｒｆのシフトのうち、少なくとも１つを検出することにより試料の分析を行う。

センシング装置５は、測定光照射手段６０がハロゲンランプ、キセノンランプ、クリプトンランプ等のブロード光源６１からなり、検出器７０が分光器７１及びデータ処理部７２からなる装置である。測定光照射手段６０には必要に応じて、光源６１からの出射光を平行光束とするコリメータレンズ及び／又は集光レンズ等を含む導光光学系が備えられる。

センシング装置５は、測定光照射手段６０によってセンサＳに測定光Ｌ１としてブロード光を照射し、検出器７０によって出射光Ｌ２である反射光の分光スペクトルを得、センサＳにおける光の吸収特性によって変化する、出射光Ｌ２の反射ピーク波長λｒｆ又は基準条件からの反射ピーク波長λｒｆのシフトを検出して、試料の分析を行うものである（分光スペクトル及び反射ピークは図２（ｃ）を参照）。

センシング装置６は、測定光照射手段６０がレーザ、発光ダイオード等の単波長光源６２からなり、検出器７０がフォトダイオード等の光強度検出器７３及びデータ処理部７２からなる装置である。センシング装置６においても、測定光照射手段６０には必要に応じてコリメータレンズ及び／又は集光レンズ等を含む導光光学系が備えられる。

センシング装置６は、測定光照射手段６０によってセンサＳに測定光Ｌ１として単波長光を照射し、検出器７０によって出射光Ｌ２である反射光の光強度を検出して、試料の分析を行うものである。出射光Ｌ２は、任意のある波長に着目したとき、試料によって該波長の光強度が変わるため、任意の波長の測定光Ｌ１について出射光Ｌ２の光強度を検出することで、試料の分析を実施することができるが、本発明のセンサＳの上記反射ピーク波長λｒｆ付近の波長を用いると、感度の良い分析を行うことができる。

センシング装置６においては、測定光照射手段６０として単波長光源６２を用いる代わりに、測定光照射手段６０をブロード光源６１及び光源６１からの出射光から特定波長光のみを取り出す分光器等の波長分布可変手段とから構成しても、同様に試料の分析を行うことができる。

センシング装置７は、測定光照射手段６０が、ブロード光源６１及び光源６１からの出射光から特定波長光のみを取り出しかつ取り出す特定波長光の波長を経時的に変化させることが可能な分光器等の波長分布変化手段６３からなり、検出器７０が光強度検出器７３及びデータ処理部７２からなる装置である。データ処理部７２には、波長分布変化手段６３から取り出される特定波長光の波長データと光強度検出器７３による光強度のデータとが入力され、データ処理が行われる。センシング装置７においても、測定光照射手段６０には必要に応じてコリメータレンズ及び／又は集光レンズ等を含む導光光学系が備えられる。

センシング装置７は、測定光照射手段６０によってセンサＳに測定光Ｌ１として単波長光を照射すると共に経時的に照射する単波長光の波長を変化させ、検出器７０によって出射光Ｌ２である反射光の光強度の変化を経時的に測定して、図２（ｃ）に示した分光スペクトルと同様のスペクトルを得、出射光Ｌ２の反射ピーク波長λｒｆ又は基準条件からの反射ピーク波長λｒｆのシフトを検出して、試料の分析を行うものである。

以上例示したように、検出器７０により、出射光Ｌ２の光強度又はその変化量、出射光Ｌ２の反射ピーク波長λｒｆ又は基準条件からの反射ピーク波長λｒｆのシフトのうち少なくとも一つを検出することで、試料の分析が実施できる。

センシング装置５〜７では、試料の屈折率及び／又は濃度を分析することができ、試料の屈折率を分析して試料を同定することもできる。また、センサＳの試料の接触側に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから試料を接触させ、センサＳに対して測定光Ｌ１を照射し出射光Ｌ２を検出することで、試料に含まれる特定物質の有無及び／又は特定物質の量を分析することもできる。

反射型のセンシング装置５〜７は、検出器７０が、センサＳの第１の反射体１０から出射された出射光Ｌ２のうち、非正反射成分のみを受光して出射光Ｌ２の物理特性を検出するように、構成されていることが好ましい。正反射成分は光強度が強く、検出する出射光Ｌ２に正反射成分が含まれると、本来検出したい出射光Ｌ２の物理特性のＳ／Ｎ比が下がり、検出精度が低下する恐れがある。

また、同様の理由から、反射型のセンシング装置５〜７では、測定光照射手段６０がセンサＳの光入射面Ｓ_ｉｎ（第１の反射体１０）に対して非垂直方向から測定光Ｌ１を照射する位置に配置されていることが好ましい。

反射型のセンシング装置についてのみ例示したが、透過型センサ又は半透過半反射型センサを用い、透過光を検出する透過型のセンシング装置では、検出器７０を第２の反射体３０側に配置するなどして、検出器７０が透過光を検出するように構成すればよい。

（実施例１）
本発明のセンサについて、測定光として白色光を用いた時に得られるスペクトルを、ＦＤＴＤ法による電磁場解析によりシミュレーションし、試料吸着前後のスペクトル変化を検証した。シミュレーションに用いるモデルとして、センサの第４実施形態に記載のセンサ４を採用した。

図８（ａ）は、モデルとして採用したセンサ４の厚み方向断面図であり、シミュレーション条件が視認しやすいように、一つの微細柱状体を拡大して示してある。図８（ａ）において、モデルとして採用したセンサ４の全体の構成は、図３に記載されているため、同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。

図８（ａ）に示す如く、モデルとしたセンサは、被陽極酸化金属体４０＝Ａｌ、微細孔２１の直径＝５０ｎｍ、ピッチＰ＝１００ｎｍ、第１の反射体＝Ａｕ、第１の反射体蒸着厚＝２０ｎｍ、透光性微細孔体４１（Ａｌ_２Ｏ_３）厚ｄ＝４００ｎｍ、底面Ａｌ_２Ｏ_３厚ｄ_ｂ＝２０ｎｍとし、微細孔２１の底部にも第１の反射体１０と同様の金属Ａｕが２０ｎｍ蒸着されているものとし、接触させる試料は、水中に屈折率１．７の吸着物を分散させたものとした。

シミュレーションでは、センサ４に、任意の波長の単波長光を、第1の反射体面に略垂直に入射させた時の出射光の反射率を計算し、センサ４からの出射光の吸収特性を検証した。その結果を図８（ｂ）に示す。

図８（ｂ）は、各波長におけるセンサ４の表面（第１の反射体１０）からの出射光の反射率をプロットしたものであり、センサの吸収特性を示している。図に示されるスペクトルにおいて、本発明のセンサの構成により発現する反射ピークは、８００ｎｍ付近に現れているピークである。この反射ピークは、略ゼロベースからの反射ピークとなっており、本発明のセンサは、Ｓ／Ｎ比の高いピークを利用したセンシングができることが確認された。また、吸着前後のスペクトルのシフト量は、その他の吸収ピークに比して大きいことから、本発明のセンサによれば、良好な感度でセンシングを行うことができることがわかった。

本発明のセンサは、バイオセンサ等として好ましく利用できる。

（ａ）は本発明に係る第１実施形態のセンサの斜視図、（ｂ）は厚み方向断面図 （ａ）は本発明にかかる第１実施形態のセンサにおいて厚みｄが最適化されていない場合の出射光Ｌ２のスペクトル例、（ｂ）は厚みｄが最適化されたセンサからの出射光Ｌ２のスペクトル例、（ｃ）は試料による出射光Ｌ２のスペクトル変化例 （ａ）は本発明に係る第２実施形態のセンサの厚み方向断面図、 （ａ）は本発明に係る第３実施形態のセンサの斜視図、（ｂ）は上面図 本発明に係る第４実施形態のセンサの斜視図 （ａ）〜（ｃ）は図５のセンサの製造工程図 （ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第１〜第３実施形態のセンシング装置の構成を示す図 （ａ）本発明に係る第４実施形態のセンサの拡大断面図、（ｂ）実施例１の出射光吸収特性

符号の説明

１〜４、Ｓ センサ（光共振体）
１０ 第１の反射体
１１ 金属細線
１２ パターン間隙
１３ 金属粒子
１４ 粒子間隙
１６ 微細孔
２０ 透光体
２１ 微細孔
３０ 第２の反射体
３１ 金属細線
３２ パターン間隙
４０ 被陽極酸化金属体
４１ 金属酸化物体
４２ 非陽極酸化部分
５〜７ センシング装置
６０ 測定光照射手段
７０ 検出器
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 出射光
Ｘ 試料
Ｓ_ｉｎ 光入射面

Claims (15)

1. 試料に入射した測定光を前記試料によって異なる物理特性を有する出射光として出射するセンサであって、
   前記測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体と、透光体と、反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えた光共振体からなり、
   前記光共振体における共振による前記測定光の吸収ピークと、前記光共振体表面及び／又は内部において生じる局在プラズモン共鳴による前記測定光の吸収ピークとが一致していることを特徴とするセンサ。
2. 前記試料に接触させられる前記第１の反射体及び／又は前記第２の反射体が、前記測定光の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記試料に接触させられる前記第１の反射体及び／又は前記第２の反射体が、前記透光体の表面に金属がパターン形成された金属層からなることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記試料に接触させられる前記第１の反射体及び／又は前記第２の反射体が、前記透光体の表面に複数の金属粒子が固着された金属層からなることを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
5. 前記透光体が、前記第１の反射体側の面において開口した前記測定光の波長よりも小さい径の複数の微細孔を有する透光性微細孔体からなり、前記第１の反射体が、前記透光体の表面形状に沿って複数の微細孔を有して形成された金属層からなることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
6. 前記透光性微細孔体が被陽極酸化金属体の一部を陽極酸化して得られる金属酸化物体からなり、前記第２の反射体が前記被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分からなり、前記第１の反射体が前記透光体に成膜された金属層からなることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 前記透光性微細孔体の前記複数の微細孔の一部に、金属が充填されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のセンサ。
8. 前記透光性微細孔体の前記複数の微細孔の底部に、金属が充填されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のセンサ。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のセンサと、
   前記センサに前記測定光を照射する測定光照射手段と、
   前記出射光の前記物理特性を検出する検出器とを備えたことを特徴とするセンシング装置。
10. 前記検出器が、前記出射光の光強度又は光強度の変化量、又は前記出射光の物理特性うち少なくとも一つを検出するものであることを特徴とする請求項９に記載のセンシング装置。
11. 前記センサが、少なくとも前記第１の反射体から前記出射光が出射されるものであり、前記検出器が、前記第１の反射体から出射された前記出射光の非正反射成分のみを受光して前記物理特性を検出するものであることを特徴とする請求項９又は１０に記載のセンシング装置。
12. 前記測定光照射手段が、前記センサの光入射面に対して非垂直方向から前記測定光を照射する位置に配置されていることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のセンシング装置。
13. 前記試料の屈折率及び／又は濃度を分析するものであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のセンシング装置。
14. 前記試料の屈折率を分析して、前記試料を同定するものであることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載のセンシング装置。
15. 請求項１〜８のいずれかに記載のセンサの前記試料の接触側に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから前記試料を接触させ、該センサに対して前記測定光を照射し、前記出射光の前記物理特性を検出して、前記試料に含まれる前記特定物質の有無及び／又は前記特定物質の量を分析することを特徴とするセンシング方法。

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