JP2016004018A - Raman spectrometer and electronic apparatus - Google Patents

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JP2016004018A JP2014126196A JP2014126196A JP2016004018A JP 2016004018 A JP2016004018 A JP 2016004018A JP 2014126196 A JP2014126196 A JP 2014126196A JP 2014126196 A JP2014126196 A JP 2014126196A JP 2016004018 A JP2016004018 A JP 2016004018A
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裕介 坂上
Yusuke Sakagami
裕介 坂上
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Raman spectrometer capable of detecting target substance with high sensitivity.SOLUTION: A Raman spectrometer 100 includes: a light source 10; an optical branch element 20 for branching the light emitted from the light source 10 into a plurality of light beams; a plurality of electric field enhancement elements 30 each having an irradiation region 35 which is irradiated with each of the plurality of branched light beams; and a photo-detector 60 for detecting the Raman scattered light radiated from the plurality of irradiation regions 35.

Description

本発明は、ラマン分光装置および電子機器に関する。   The present invention relates to a Raman spectroscopic device and an electronic apparatus.

近年、低濃度の検出分子(標的物質)を検出する高感度分光技術の1つとして、表面プラズモン共鳴(SPR:Surface Plasmon Resonance)を利用した表面増強ラマン散乱(SERS:Surface Enhanced Raman Scatterring)が注目されている。SPRとは、表面固有の境界条件により光とカップリングを起こす電子波の振動モードである。SERSとは、ナノメートルスケールの凹凸構造を持つ金属表面で増強電場が形成され、ラマン散乱光が10倍〜1014倍増強されることにより高感度で検出可能な分光法である。レーザーなどの単一波長、直線偏光の励起光を検出分子に照射して、励起光の波長から検出分子の分子振動エネルギー分だけ波長がずれた散乱(ラマン散乱光)を分光検出し指紋スペクトル(ラマンスペクトル)を得る。その指紋スペクトルから検出分子を同定することが可能となる。 In recent years, attention has been focused on surface enhanced Raman scattering (SERS) using surface plasmon resonance (SPR) as one of high-sensitivity spectroscopic techniques for detecting low-concentration detection molecules (target substances). Has been. SPR is an oscillation mode of an electron wave that causes coupling with light due to boundary conditions unique to the surface. The SERS, is enhanced electric field formed by the metal surface with the irregular structure of the nanometer scale, a spectroscopy can be detected with high sensitivity by Raman scattering light is 10 double 10 14 fold enhancement. The detection molecule is irradiated with single-wavelength, linearly polarized excitation light such as a laser, and scattering (Raman scattered light) whose wavelength is shifted from the excitation light wavelength by the molecular vibration energy of the detection molecule is detected and fingerprint spectrum ( Raman spectrum). The detection molecule can be identified from the fingerprint spectrum.

上記のようなSERSを用いたラマン分光装置において、光源からの光を複数に分岐して、電場増強素子に照射させる技術が知られている。   In the Raman spectroscopic device using SERS as described above, a technique is known in which light from a light source is split into a plurality of light beams and irradiated to an electric field enhancing element.

例えば、特許文献1には、1つの光束を、分岐光路上に配置した光束分岐手段により所定数に分岐し、分岐させた各々の光束を、表面プラズモン励起用の照射光束として出力する光束分岐出力装置が記載されている。また、特許文献2には、一本のレーザービームを光源とし、これを多数の平行光束に変換するビームスプリッターを用いることにより、同時多点計測を可能とすることが記載されている。   For example, in Patent Document 1, one beam is split into a predetermined number by a beam splitting means arranged on a branch optical path, and each split beam is output as an irradiation beam for surface plasmon excitation. An apparatus is described. Patent Document 2 describes that simultaneous multipoint measurement is possible by using a beam splitter that uses a single laser beam as a light source and converts it into a number of parallel light beams.

特開2006−258739号公報JP 2006-258739 A 特開2006−3214号公報JP 2006-3214 A

しかしながら、特許文献1,2に記載された装置では、複数に分岐された光を、ラインセンサーやフォトダイオードアレイなどの複数の光検出器を用いて検出している。そのため、特許文献1,2に記載された装置では、装置が大型化してしまうことがある。   However, the devices described in Patent Documents 1 and 2 detect light branched into a plurality of light using a plurality of photodetectors such as a line sensor and a photodiode array. Therefore, the apparatus described in Patent Documents 1 and 2 may be increased in size.

本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、小型化を図ることができるラマン分光装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の1つは、上記ラマン分光装置を含む電子機器を提供することにある。   One of the objects according to some aspects of the present invention is to provide a Raman spectroscopic device that can be miniaturized. Another object of some aspects of the present invention is to provide an electronic apparatus including the Raman spectroscopic device.

本発明に係るラマン分光装置は、
光源と、
前記光源から射出される光を、複数の光に分岐する光学分岐素子と、
前記複数に分岐された光の各々が照射される照射領域を有する複数の前記電場増強素子と、
複数の前記照射領域から放射されるラマン散乱光を検出する光検出器と、
を含む。
The Raman spectroscopic device according to the present invention is:
A light source;
An optical branching element that branches light emitted from the light source into a plurality of lights;
A plurality of the electric field enhancing elements each having an irradiation region irradiated with each of the plurality of branched light beams;
A photodetector for detecting Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions;
including.

このようなラマン分光装置では、複数の光検出器を含む場合に比べて、小型化を図ることができる。   Such a Raman spectroscopic device can be downsized as compared with the case where a plurality of photodetectors are included.

本発明に係るラマン分光装置は、
光源と、
前記光源から射出される光を、複数の光に分岐する光学分岐素子と、
前記複数に分岐された光の各々が照射される複数の照射領域を有する前記電場増強素子と、
複数の前記照射領域から放射されるラマン散乱光を検出する光検出器と、
を含む。
The Raman spectroscopic device according to the present invention is:
A light source;
An optical branching element that branches light emitted from the light source into a plurality of lights;
The electric field enhancing element having a plurality of irradiation regions irradiated with each of the plurality of branched light beams;
A photodetector for detecting Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions;
including.

このようなラマン分光装置では、複数の光検出器を含む場合に比べて、小型化を図ることができる。   Such a Raman spectroscopic device can be downsized as compared with the case where a plurality of photodetectors are included.

本発明に係るラマン分光装置において、
標的物質を検出可能なラマン分光装置であって、
複数の前記照射領域のうちの前記第1照射領域に白色光を照射したときに得られる第1反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長に吸収領域を有し、
複数の前記照射領域のうちの前記第2照射領域に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長に吸収領域を有してもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
A Raman spectroscopic device capable of detecting a target substance,
The first reflection spectrum obtained when the first irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light has a Raman shift of the first peak due to the target substance in the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. Having an absorption region at a first wavelength corresponding to
The second reflection spectrum obtained when the second irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light is a Raman shift of the second peak due to the target substance in the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. May have an absorption region at the second wavelength corresponding to.

このようなラマン分光装置では、第1波長および第2波長で、電場増強素子によって電場を増強させることができる。これにより、このようなラマン分光装置では、標的物質を高い感度で検出することができる。   In such a Raman spectroscopic device, the electric field can be enhanced by the electric field enhancing element at the first wavelength and the second wavelength. Thereby, in such a Raman spectroscopic device, a target substance can be detected with high sensitivity.

本発明に係るラマン分光装置において、
第1標的物質と第2標的物質とを検出可能なラマン分光装置であって、
複数の前記照射領域のうちの前記第1照射領域に白色光を照射したときに得られる第1反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記第1標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長に吸収領域を有し、
複数の前記照射領域のうちの前記第2照射領域に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記第2標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長に吸収領域を有してもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
A Raman spectroscopic device capable of detecting a first target substance and a second target substance,
A first reflection spectrum obtained when white light is irradiated on the first irradiation region of the plurality of irradiation regions is a first peak due to the first target substance in the Raman spectrum obtained from Raman scattered light. Having an absorption region at the first wavelength corresponding to the Raman shift;
The second reflection spectrum obtained when the second irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light has a second peak caused by the second target substance in the Raman spectrum obtained from Raman scattered light. You may have an absorption area | region in the 2nd wavelength corresponding to a Raman shift.

このようなラマン分光装置では、試料中に複数種類の標的物質が含まれている場合でも、同時に標的物質を検出することができる。   In such a Raman spectroscopic apparatus, even when a plurality of types of target substances are contained in the sample, the target substances can be detected simultaneously.

本発明に係るラマン分光装置において、
前記第1反射スペクトルは、前記光源から射出される光の波長に吸収領域を有し、
前記第2反射スペクトルは、前記光源から射出される光の波長に吸収領域を有してもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
The first reflection spectrum has an absorption region at a wavelength of light emitted from the light source,
The second reflection spectrum may have an absorption region at a wavelength of light emitted from the light source.

このようなラマン分光装置では、光源から射出される波長で、電場増強素子によって電場を増強させることができる。これにより、ラマン分光装置では、標的物質をより高い感度で検出することができる。   In such a Raman spectroscopic device, the electric field can be enhanced by the electric field enhancing element at the wavelength emitted from the light source. As a result, the Raman spectroscopic device can detect the target substance with higher sensitivity.

本発明に係るラマン分光装置において、
前記光学分岐素子は、
前記光源から射出される光を透過する第1基板と、前記第1基板に設けられ前記光源から射出される光の少なくとも一部を反射させる反射膜と、を有する構造体が、複数積層されてなってもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
The optical branch element is:
A plurality of structures each including a first substrate that transmits light emitted from the light source and a reflective film that is provided on the first substrate and reflects at least part of the light emitted from the light source are stacked. It may be.

このようなラマン分光装置では、例えば、反射膜の厚さを変えることにより、第1照射領域に照射される光の強度と、第2照射領域に照射される光の強度と、を変えることができる。   In such a Raman spectroscopic device, for example, by changing the thickness of the reflective film, the intensity of light irradiated to the first irradiation area and the intensity of light irradiated to the second irradiation area can be changed. it can.

本発明に係るラマン分光装置において、
前記電場増強素子は、
第2基板と、
前記第2基板上に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層上に設けられた複数の金属微細構造体と、
を有してもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
The electric field enhancing element is
A second substrate;
A metal layer provided on the second substrate;
A dielectric layer provided on the metal layer;
A plurality of metal microstructures provided on the dielectric layer;
You may have.

このようなラマン分光装置では、例えば、金属層と誘電体層との界面に励起される伝播型表面プラズモンと、金属微細構造体に励起される局在型表面プラズモンとを相互作用させて、電場増強素子の電場を増強することができる。   In such a Raman spectroscopic device, for example, an electric field is generated by interacting a propagation surface plasmon excited at the interface between the metal layer and the dielectric layer and a localized surface plasmon excited by the metal microstructure. The electric field of the enhancement element can be enhanced.

本発明に係るラマン分光装置において、
複数の前記照射領域の各々から放射されるラマン散乱光を集光するレンズを含んでもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
A lens that collects Raman scattered light emitted from each of the plurality of irradiation regions may be included.

このようなラマン分光装置では、効率よくラマン散乱光を集光することができる。   In such a Raman spectroscopic device, Raman scattered light can be collected efficiently.

本発明に係るラマン分光装置において、
前記光検出器は、分光素子および受光素子を有し、
前記分光素子は、エタロンであってもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
The photodetector has a spectroscopic element and a light receiving element,
The spectroscopic element may be an etalon.

このようなラマン分光装置では、分光素子が回折格子型である場合に比べて、小型化を図ることができる。   Such a Raman spectroscopic device can be reduced in size as compared with the case where the spectroscopic element is a diffraction grating type.

本発明に係るラマン分光装置において、
前記光源から射出される光は、単一波長で、かつ直線偏光の光であってもよい。
In the Raman spectroscopic device according to the present invention,
The light emitted from the light source may be light having a single wavelength and linearly polarized light.

このようなラマン分光装置では、標的物質を高い感度で検出することができる
本発明に係る電子機器は、
本発明に係るラマン分光装置と、
前記光検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
前記健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を含む。
In such a Raman spectroscopic device, the electronic device according to the present invention, which can detect a target substance with high sensitivity,
A Raman spectroscopic device according to the present invention;
A computing unit that computes health and medical information based on detection information from the photodetector;
A storage unit for storing the health care information;
A display unit for displaying the health care information;
including.

このような電子機器では、本発明に係るラマン分光装置を含むため、小型化を図ることができる。   Since such an electronic device includes the Raman spectroscopic device according to the present invention, the electronic device can be miniaturized.

本実施形態に係るラマン分光装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るラマン分光装置の光学分岐素子を模式的に示す図。The figure which shows typically the optical branching element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子を模式的に示す平面図。The top view which shows typically the electric field enhancement element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the electric field enhancing element of the Raman spectroscopic device which concerns on this embodiment. ラマン分光について説明するための図。The figure for demonstrating Raman spectroscopy. 第1反射スペクトルについて説明するための図。The figure for demonstrating a 1st reflection spectrum. 第2反射スペクトルについて説明するための図。The figure for demonstrating a 2nd reflection spectrum. 金属微細構造体の直径と、吸収領域の波長と、の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the diameter of a metal microstructure, and the wavelength of an absorption region. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the electric field enhancement element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the electric field enhancement element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 紫外レーザーを利用した光干渉露光法の概略構成図。The schematic block diagram of the optical interference exposure method using an ultraviolet laser. 光干渉露光法で作製できる露光パターンの一例を模式的に示す図。The figure which shows typically an example of the exposure pattern which can be produced with the optical interference exposure method. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the electric field enhancement element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子の製造工程を模式的に示す断面図。Sectional drawing which shows typically the manufacturing process of the electric field enhancement element of the Raman spectroscopy apparatus which concerns on this embodiment. エタロンについて説明するための図。The figure for demonstrating an etalon. 本実施形態に係るラマン分光装置の機能ブロック図の一例。An example of a functional block diagram of a Raman spectroscopic device concerning this embodiment. 本実施形態の変形例に係るラマン分光装置を模式的に示す図。The figure which shows typically the Raman spectroscopy apparatus which concerns on the modification of this embodiment. 本実施形態に係る電子機器を説明するための図。4A and 4B are diagrams for explaining an electronic apparatus according to the embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. In addition, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.

1. ラマン分光装置
まず、本実施形態に係るラマン分光装置について、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態に係るラマン分光装置100を模式的に示す図である。
1. Raman Spectroscopic Device First, a Raman spectroscopic device according to this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a Raman spectroscopic device 100 according to the present embodiment.

ラマン分光装置100は、図1に示すように、光源10と、光学分岐素子20と、電場増強素子30と、第1レンズ40と、第2レンズ50と、光検出器60と、流路70と、を含む。なお、便宜上、図1では、光学分岐素子20、電場増強素子30、および光検出器60を簡略化して図示している。   As shown in FIG. 1, the Raman spectroscopic device 100 includes a light source 10, an optical branching element 20, an electric field enhancement element 30, a first lens 40, a second lens 50, a photodetector 60, and a flow path 70. And including. For convenience, in FIG. 1, the optical branch element 20, the electric field enhancing element 30, and the photodetector 60 are illustrated in a simplified manner.

1.1. 光源
光源10は、光を射出する。光源10から射出される光LINは、光学分岐素子20を介して、電場増強素子30に入射する。光源10は、例えば、半導体レーザー、気体レーザーであり、光LINは、レーザー光である。光LINは、単一波長で、かつ直線偏光の光である。光LINの波長は、例えば、350nm以上1000mn以下であり、具体的には632.8nmである。光源10は、例えば、支持部2によって支持されている。
1.1. Light source The light source 10 emits light. Light L IN emitted from the light source 10 through the optical branching element 20, enters the field enhancement device 30. The light source 10 is, for example, a semiconductor laser or a gas laser, and the light LIN is laser light. The light LIN is light having a single wavelength and linearly polarized light. The wavelength of the light L IN is, for example, 350nm or more 1000mn less, specifically a 632.8 nm. The light source 10 is supported by the support part 2, for example.

1.2. 光学分岐素子
光学分岐素子20は、光源10から射出される光LINを、複数の光に分岐する。図示の例では、光学分岐素子20は、光LINを5つの光に分岐するが、その数は、特に限定されない。光学分岐素子20は、例えば、支持部2の透光部分3によって支持されている。透光部分3は、光学分岐素子20において分岐された光を、透過することができる。ここで、図2は、光学分岐素子20を模式的に示す図である。光学分岐素子20は、図2に
示すように、透光基板(第1基板)21と、反射膜25と、を有する構造体26が複数積層されてなる。
1.2. Optical branching element optical branching element 20, the light L IN emitted from the light source 10 is branched into a plurality of light. In the illustrated example, the optical branching element 20 branches the light LIN into five lights, but the number is not particularly limited. The optical branching element 20 is supported by the translucent part 3 of the support part 2, for example. The light transmitting portion 3 can transmit the light branched by the optical branching element 20. Here, FIG. 2 is a diagram schematically showing the optical branching element 20. As shown in FIG. 2, the optical branching element 20 is formed by laminating a plurality of structures 26 each having a translucent substrate (first substrate) 21 and a reflective film 25.

光学分岐素子20の構造体26は、光LINの進行方向に沿って複数積層されている。構造体26の数は、特に限定されないが、図示の例では、5つである。構造体26の数は、例えば、電場増強素子30の数と同じである。 Structure 26 of the optical branch element 20 is stacked along the traveling direction of the light L IN. The number of the structures 26 is not particularly limited, but is five in the illustrated example. For example, the number of the structures 26 is the same as the number of the electric field enhancing elements 30.

透光基板21は、光LINを透過する。透光基板21は、光LINが入射する第1面22と、第1面22と対向する(第1面22と平行な)第2面23と、第1面22と第2面23とを接続する第3面24と、を有している。例えば、光LINの第1面22における入射角は、45°である。第1面22および第2面23は、光学的に研磨されている。図示の例では、第1面22から入射した光は、第2面23において反射し、第3面24から射出される。透光基板21の材質は、例えば、ガラス(具体的には石英ガラス)である。 Translucent substrate 21 transmits light L IN. The translucent substrate 21 includes a first surface 22 on which the light LIN is incident, a second surface 23 facing the first surface 22 (parallel to the first surface 22), a first surface 22, and a second surface 23. And a third surface 24 for connecting the two. For example, the incident angle of the light LIN on the first surface 22 is 45 °. The first surface 22 and the second surface 23 are optically polished. In the illustrated example, light incident from the first surface 22 is reflected by the second surface 23 and is emitted from the third surface 24. The material of the translucent substrate 21 is, for example, glass (specifically, quartz glass).

反射膜25は、透光基板21の第2面23に設けられている。反射膜25は、第2面23において、光LINの少なくとも一部を反射させることができる。反射膜25としては、例えば、Al膜、下地にCr膜を設けたAu膜、Ag膜、Pt膜、Cr膜、誘電体多層膜(TiO膜やSiO膜など)を用いる。 The reflective film 25 is provided on the second surface 23 of the translucent substrate 21. Reflective film 25, the second surface 23 can reflect at least part of the light L IN. As the reflective film 25, for example, an Al film, an Au film having a Cr film as a base, an Ag film, a Pt film, a Cr film, or a dielectric multilayer film (such as a TiO 2 film or a SiO 2 film) is used.

反射膜25の厚さを調整することによって、第2面23における反射率を調整することができる。具体的には、反射膜25の厚さを大きくすれば、第2面23における反射率は大きくなり、反射膜25の厚さを小さくすれば、第2面23における反射率は小さくなる。図示の例では、複数の第2面23は、光LINの進行方向に沿って、第2面23a、第2面23b、第2面23c、第2面23d、第2面23eの順で配列されており、光LINの一部は、面23a,23b,23c,23dを透過する。面23a,23b,23c,23dに設けられた反射膜25は、例えば、ハーフミラーである。 By adjusting the thickness of the reflective film 25, the reflectance on the second surface 23 can be adjusted. Specifically, if the thickness of the reflective film 25 is increased, the reflectance on the second surface 23 is increased, and if the thickness of the reflective film 25 is decreased, the reflectance on the second surface 23 is decreased. In the illustrated example, a plurality of second surface 23, along the light traveling direction L IN, the second surface 23a, second surface 23b, a second surface 23c, second surface 23d, in the order of the second surface 23e Arranged and part of the light LIN is transmitted through the surfaces 23a, 23b, 23c, and 23d. The reflective film 25 provided on the surfaces 23a, 23b, 23c, and 23d is, for example, a half mirror.

ここで、面23a,23b,23c,23d,23eの反射率を、それぞれR1、R2、R3、R4、R5とすると、面23a,23b,23c,23d,23eのそれぞれにおいて、反射される光の強度IRE1,IRE2,IRE3,IRE4,IRE5は、下記式(1)〜(5)のように表される。 Here, if the reflectances of the surfaces 23a, 23b, 23c, 23d, and 23e are R1, R2, R3, R4, and R5, respectively, the light reflected on each of the surfaces 23a, 23b, 23c, 23d, and 23e is reflected. The intensities I RE1 , I RE2 , I RE3 , I RE4 , and I RE5 are expressed as the following formulas (1) to (5).

RE1=R1×IIN ・・・ (1)
RE2=R2×(IIN−IRE1) ・・・ (2)
RE3=R3×(IIN−IRE1−IRE2) ・・・ (3)
RE4=R4×(IIN−IRE1−IRE2−IRE3) ・・・ (4)
RE5=R5×(IIN−IRE1−IRE2−IRE3−IRE4) ・・・ (5)
I RE1 = R1 × I IN (1)
I RE2 = R2 × (I IN −I RE1 ) (2)
I RE3 = R3 × (I IN −I RE1 −I RE2 ) (3)
I RE4 = R4 × (I IN −I RE1 −I RE2 −I RE3 ) (4)
I RE5 = R5 × (I IN −I RE1 −I RE2 −I RE3 −I RE4 ) (5)

ラマン分光装置100では、反射膜25の厚さを調整することによって、強度IRE1,IRE2,IRE3,IRE4,IRE5の各々の値を調整することができる。強度IRE1,IRE2,IRE3,IRE4,IRE5は、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。 In the Raman spectroscopic device 100, the values of the intensities I RE1 , I RE2 , I RE3 , I RE4 , and I RE5 can be adjusted by adjusting the thickness of the reflective film 25. The intensities I RE1 , I RE2 , I RE3 , I RE4 , and I RE5 may be equal to each other or different from each other.

なお、図示はしないが、第3面24に反射防止膜を設けてもよい。これにより、効率よく第3面24から光を射出することができる。   Although not shown, an antireflection film may be provided on the third surface 24. Thereby, light can be efficiently emitted from the third surface 24.

1.3. 電場増強素子
1.3.1. 構成
電場増強素子30は、複数に分岐された光の各々によって照射される。ここで、図3は
、電場増強素子30を模式的に示す平面図である。図4は、電場増強素子30を模式的に示す図3のIV−IV線断面図である。なお、図3および図4では、互いに直交する3つの軸として、X軸、Y軸、およびZ軸を図示している。
1.3. Electric field enhancement element 1.3.1. Configuration The electric field enhancing element 30 is irradiated with each of the light branched into a plurality. Here, FIG. 3 is a plan view schematically showing the electric field enhancing element 30. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 3 schematically showing the electric field enhancing element 30. 3 and 4, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other.

電場増強素子30は、図3および図4に示すように、支持基板(第2基板)31と、金属層32と、誘電体層33と、金属微細構造体(金属ナノ粒子)34と、を有している。ラマン分光装置100では、電場増強素子30を用いて標的物質を検出する。ラマン分光装置100は、標的物質1を検出可能である。   As shown in FIGS. 3 and 4, the electric field enhancing element 30 includes a support substrate (second substrate) 31, a metal layer 32, a dielectric layer 33, and a metal microstructure (metal nanoparticle) 34. Have. In the Raman spectroscopic device 100, the target substance is detected using the electric field enhancing element 30. The Raman spectroscopic device 100 can detect the target substance 1.

支持基板31は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板である。   The support substrate 31 is, for example, a glass substrate, a silicon substrate, or a resin substrate.

金属層32は、支持基板31上に設けられている。金属層32の厚さ(Z軸方向の大きさ)は、例えば、10nm以上100μm以下である。金属層32の材質は、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、白金、ニッケル、パラジウム、タングステン、ロジウム、ルテニウムである。金属層32は、電場増強素子30において伝播型表面プラズモン(PSP:Propageted Surface Plasmon)を励起させる機能を有していてもよい。具体的には、電場増強素子30に光(励起光)を入射することにより、金属層32と誘電体層33の界面に(界面近傍に)PSPが励起されてもよい。   The metal layer 32 is provided on the support substrate 31. The thickness of the metal layer 32 (size in the Z-axis direction) is, for example, not less than 10 nm and not more than 100 μm. The material of the metal layer 32 is, for example, gold, silver, copper, aluminum, platinum, nickel, palladium, tungsten, rhodium, or ruthenium. The metal layer 32 may have a function of exciting a propagation surface plasmon (PSP) in the electric field enhancement element 30. Specifically, PSP may be excited at the interface between the metal layer 32 and the dielectric layer 33 (in the vicinity of the interface) by making light (excitation light) incident on the electric field enhancement element 30.

誘電体層33は、金属層32上に設けられている。誘電体層33の厚さは、金属層32と誘電体層33との界面に励起されるPSPと、金属微細構造体34に励起される局在型表面プラズモン(LSP:Localized Surface Plasmon)とが相互作用できるように設定されていてもよい。誘電体層33の厚さは、例えば、20nm以上300nm以下である。誘電体層33の材質は、例えば、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、酸化タンタル(Ta)、窒化シリコン(Si)、酸化チタン(TiO)である。 The dielectric layer 33 is provided on the metal layer 32. The thickness of the dielectric layer 33 includes PSP excited at the interface between the metal layer 32 and the dielectric layer 33 and localized surface plasmon (LSP) excited by the metal microstructure 34. It may be set so that it can interact. The thickness of the dielectric layer 33 is not less than 20 nm and not more than 300 nm, for example. The material of the dielectric layer 33 is, for example, silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), titanium oxide (TiO 2 ). It is.

金属微細構造体34は、誘電体層33上に設けられている。金属微細構造体34の形状は、特に限定されず、例えば、粒子状、角柱、球、回転楕円体であるが、図示の例では、円柱である。金属微細構造体34の大きさ(例えば、X軸方向の大きさ、およびY軸方向の大きさ)は、光源10から射出される光LINの波長以下である。金属微細構造体34の大きさは、10nm以上1μm以下であり、好ましくは、80nm以上150nm以下である。金属微細構造体34の厚さは、例えば、1nm以上500nm以下であり、好ましくは、10nm以上100nm以下である。 The metal microstructure 34 is provided on the dielectric layer 33. The shape of the metal microstructure 34 is not particularly limited, and is, for example, a particle, a prism, a spheroid, or a spheroid, but in the illustrated example, a cylinder. The size of the metal fine structure 34 (e.g., X-axis direction size, and the Y-axis direction size) is less than the wavelength of light L IN emitted from the light source 10. The size of the metal microstructure 34 is 10 nm or more and 1 μm or less, and preferably 80 nm or more and 150 nm or less. The thickness of the metal microstructure 34 is, for example, 1 nm or more and 500 nm or less, preferably 10 nm or more and 100 nm or less.

金属微細構造体34は、複数設けられている。金属微細構造体34の数は、特に限定されない。図示の例では、複数の金属微細構造体34の形状は、互いに同じであるが、互いに異なっていてもよい。図示の例では、複数の金属微細構造体34は、X軸方向およびY軸方向に周期的に設けられているが、周期的に設けられていなくてもよい。金属微細構造体34のX軸方向のピッチは、例えば、20nm以上500nm以下である。金属微細構造体34のY軸方向のピッチは、例えば、20nm以上500nm以下である。図示の例では、金属微細構造体34のX軸方向のピッチは、Y軸方向のピッチよりも小さいが、Y軸方向のピッチと同じでもよい。   A plurality of metal microstructures 34 are provided. The number of metal microstructures 34 is not particularly limited. In the illustrated example, the shapes of the plurality of metal microstructures 34 are the same as each other, but may be different from each other. In the illustrated example, the plurality of metal microstructures 34 are periodically provided in the X-axis direction and the Y-axis direction, but may not be provided periodically. The pitch in the X-axis direction of the metal microstructure 34 is, for example, not less than 20 nm and not more than 500 nm. The pitch in the Y-axis direction of the metal microstructure 34 is, for example, not less than 20 nm and not more than 500 nm. In the illustrated example, the pitch of the metal microstructures 34 in the X-axis direction is smaller than the pitch in the Y-axis direction, but may be the same as the pitch in the Y-axis direction.

なお、金属微細構造体34のX軸方向のピッチとは、X軸方向において隣り合う金属微細構造体34の重心間の距離である。金属微細構造体34のY軸方向のピッチとは、Y軸方向において隣り合う金属微細構造体34の重心間の距離である。   Note that the pitch in the X-axis direction of the metal microstructures 34 is the distance between the centers of gravity of the metal microstructures 34 adjacent in the X-axis direction. The pitch in the Y-axis direction of the metal microstructures 34 is the distance between the centers of gravity of the metal microstructures 34 adjacent in the Y-axis direction.

金属微細構造体34の材質は、銀、金、銅、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、白金である。これらの金属は、紫外〜可視光領域における誘電率の虚部が小さい金属であり
、電場増強効果を高めることができる。金属微細構造体34には、検出対象となる標的物質(標的分子)1が吸着される。
The material of the metal microstructure 34 is silver, gold, copper, aluminum, palladium, nickel, or platinum. These metals are metals having a small imaginary part of dielectric constant in the ultraviolet to visible light region, and can enhance the electric field enhancement effect. A target substance (target molecule) 1 to be detected is adsorbed on the metal microstructure 34.

なお、図示はしないが、誘電体層33と金属微細構造体34との間に、誘電体層33と金属微細構造体34との密着性を向上させるための密着層を設けてもよい。すなわち、金属微細構造体34は、密着層を介して、誘電体層33上に設けられていてもよい。また、支持基板31と金属層32との間に、支持基板31と金属層32との密着性を向上させるための密着層を設けてもよい。すなわち、金属層32は、密着層を介して、支持基板31上に設けられていてもよい。このように、本明細書において、例えば、「部材A上に部材Bが設けられている」との表現は、部材Aの上に接して部材Bが設けられている場合と、部材Aの上に他の部材を介して部材Bが設けられている場合と、を含む意味である。密着層は、例えば、クロム層、チタン層である。   Although not shown, an adhesion layer for improving the adhesion between the dielectric layer 33 and the metal microstructure 34 may be provided between the dielectric layer 33 and the metal microstructure 34. That is, the metal microstructure 34 may be provided on the dielectric layer 33 via the adhesion layer. In addition, an adhesion layer for improving adhesion between the support substrate 31 and the metal layer 32 may be provided between the support substrate 31 and the metal layer 32. That is, the metal layer 32 may be provided on the support substrate 31 through the adhesion layer. Thus, in this specification, for example, the expression “the member B is provided on the member A” refers to the case where the member B is provided in contact with the member A and the case where the member B is provided. And the case where the member B is provided via another member. The adhesion layer is, for example, a chromium layer or a titanium layer.

ここで、図5(a)は、ラマン分光について説明するための図、図5(b)は、金属微細構造体(金属ナノ粒子)に光を照射したときに形成される増強電場について説明するための図である。   Here, FIG. 5A is a diagram for explaining Raman spectroscopy, and FIG. 5B is a diagram for explaining an enhanced electric field formed when light is irradiated on a metal microstructure (metal nanoparticle). FIG.

図5(a)を参照してラマン分光について説明する。標的物質(被検出物質分子)に入射光(波長λ)が照射されると、多くはレイリー散乱光として波長が変化せず散乱される。一部に標的物質の分子振動の情報を含んだラマン散乱光(波長λ−λ´)が散乱される。そのラマン散乱光から、標的物質(ここではアセトアルデヒドを例)の指紋スペクトル(ラマンスペクトル)が得られる。この指紋スペクトルによって、検出した物質がアセトアルデヒドと特定することが可能である。しかしながら、ラマン散乱光は、非常に微弱であり、微量にしか存在しない物質を検出することは困難であった。   Raman spectroscopy will be described with reference to FIG. When a target substance (target substance molecule) is irradiated with incident light (wavelength λ), most of the light is scattered as Rayleigh scattered light without changing its wavelength. Raman scattered light (wavelength λ−λ ′) partially containing information on molecular vibrations of the target substance is scattered. From the Raman scattered light, a fingerprint spectrum (Raman spectrum) of a target substance (here, acetaldehyde is taken as an example) is obtained. From this fingerprint spectrum, the detected substance can be identified as acetaldehyde. However, the Raman scattered light is very weak and it is difficult to detect a substance that exists only in a trace amount.

そこで、図5(b)を参照して、入射する光の波長よりも小さな金属ナノ粒子に光を照射した時に形成される増強電場について説明する。金属ナノ粒子に対して光を照射する場合には、金属ナノ粒子表面に存在する自由電子が、入射光の電場によって作用を受け共鳴することになり、金属ナノ粒子近傍には自由電子による電気双極子が揃った状態になった結果、入射光の電場よりも強い増強電場が形成される。この現象は、光の波長よりも小さな金属粒子に特有の現象であり、局在型表面プラズモン共鳴(LSPR:LSPR:Localized Surface Plasmon Resonance)と言われている現象である。   Then, with reference to FIG.5 (b), the enhancement electric field formed when light is irradiated to the metal nanoparticle smaller than the wavelength of the incident light is demonstrated. When irradiating the metal nanoparticles with light, free electrons existing on the surface of the metal nanoparticles are affected by the electric field of the incident light and resonate. As a result of having the children aligned, an enhanced electric field stronger than the electric field of the incident light is formed. This phenomenon is a phenomenon peculiar to metal particles smaller than the wavelength of light, and is a phenomenon referred to as localized surface plasmon resonance (LSPR: LSPR: Localized Surface Plasson Resonance).

次いで、金属微細構造体34における表面増強ラマン散乱について図4を参照して説明する。ラマン散乱光が増強電場E中で発生すると、増強電場Eの影響によってラマン散乱光が増強されるという現象が、表面増強ラマン散乱(SERS)である。図4のように、支持基板31の上方に金属微細構造体34を形成し、その間隙に増強電場Eを形成するように配置しておく。ここで標的物質1が入り込むと、そのラマン散乱光は増強電場Eで増強されて強いラマン信号が得られることになる。結果として、微量に存在する標的物質1であっても、ラマン分光ができることになる。このことによって、微量の標的物質1を高感度に検出することができる。なお、図4では、電場増強素子30に入射する入射光をLIN、レイリー散乱光をLRAY、ラマン散乱光をLRAMとして図示している。 Next, surface-enhanced Raman scattering in the metal microstructure 34 will be described with reference to FIG. When Raman scattered light is generated in the enhanced electric field E, the phenomenon that the Raman scattered light is enhanced by the influence of the enhanced electric field E is surface enhanced Raman scattering (SERS). As shown in FIG. 4, the metal microstructure 34 is formed above the support substrate 31 and arranged so as to form an enhanced electric field E in the gap. Here, when the target substance 1 enters, the Raman scattered light is enhanced by the enhanced electric field E, and a strong Raman signal is obtained. As a result, Raman spectroscopy can be performed even with the target substance 1 present in a minute amount. Thereby, a trace amount of the target substance 1 can be detected with high sensitivity. In FIG. 4, incident light incident on the electric field enhancement element 30 is illustrated as L IN , Rayleigh scattered light as L RAY , and Raman scattered light as L RAM .

電場増強素子30は、光学分岐素子20において複数に分岐された光が照射される照射領域35を有する。照射領域35は、金属微細構造体34を含む領域である。すなわち、電場増強素子30は、金属微細構造体34側から照射される。   The electric field enhancing element 30 has an irradiation region 35 to which the light branched into a plurality of parts in the optical branching element 20 is irradiated. The irradiation region 35 is a region including the metal microstructure 34. That is, the electric field enhancing element 30 is irradiated from the metal microstructure 34 side.

電場増強素子30は、図1に示すように、流路70の内壁72に設けられている。電場増強素子30は、複数設けられている。図示の例では、電場増強素子30は、5つ設けら
れているが、その数は特に限定されない。5つの電場増強素子30は、標的物質を含む試料(気体試料または液体試料)が流れる方向(図1に示す矢印A方向)に沿って、電場増強素子30a,30b,30c,30d,30eの順で配列されている。電場増強素子30の数に対応して、光学分岐素子20における構造体26の数が決定される。図1に示すように、電場増強素子30が複数設けられていることにより、照射領域35は、複数設けられている。複数の照射領域35の各々は、複数に分岐された光の各々が照射される。具体的には、図1に示すように、光LINが光学分岐素子20において光LIN1,LIN2,LIN3,LIN4,LIN5に分岐され、それぞれ、電場増強素子30a,30b,30c,30d,30eに入射する。
As shown in FIG. 1, the electric field enhancing element 30 is provided on the inner wall 72 of the flow path 70. A plurality of electric field enhancing elements 30 are provided. In the illustrated example, five electric field enhancing elements 30 are provided, but the number is not particularly limited. The five electric field enhancing elements 30 are arranged in the order of the electric field enhancing elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e along the direction in which the sample (gas sample or liquid sample) containing the target substance flows (arrow A direction shown in FIG. 1). Are arranged in Corresponding to the number of electric field enhancing elements 30, the number of structures 26 in the optical branching element 20 is determined. As shown in FIG. 1, a plurality of irradiation regions 35 are provided by providing a plurality of electric field enhancing elements 30. Each of the plurality of irradiation regions 35 is irradiated with each of a plurality of branched light beams. Specifically, as shown in FIG. 1, the light LIN is branched into light L IN 1, L IN 2, L IN 3, L IN 4, and L IN 5 in the optical branching element 20, respectively. Incident to 30a, 30b, 30c, 30d, 30e.

1.3.2. 反射スペクトル
次に、電場増強素子30の照射領域35における反射スペクトル(反射率スペクトル)について、図面を参照しながら説明する。ラマン分光装置100では、複数の照射領域35において、同一の反射スペクトルが得られてもよく、形状の異なる反射スペクトルが得られてもよい。
1.3.2. Next, the reflection spectrum (reflectance spectrum) in the irradiation region 35 of the electric field enhancing element 30 will be described with reference to the drawings. In the Raman spectroscopic device 100, the same reflection spectrum may be obtained in the plurality of irradiation regions 35, or reflection spectra having different shapes may be obtained.

以下では、電場増強素子30a,30c,30eの照射領域35(以下、「第1照射領域135」ともいう)において、第1反射スペクトルを得ることができ、電場増強素子30b,30dの照射領域35(以下、「第2照射領域235」ともいう)において、第2反射スペクトルを得ることができる場合について、説明する。電場増強素子30a,30c,30eと、電場増強素子30b,30dと、では、例えば金属微細構造体34のパラメーター(例えば、平面視にける直径)が異なることにより、照射領域135,235において、異なる反射スペクトルを得ることができる。図1に示す例では、第1照射領域135と第2照射領域235とは、矢印A方向に沿って、交互に配置されている。   Hereinafter, a first reflection spectrum can be obtained in the irradiation region 35 of the electric field enhancement elements 30a, 30c, 30e (hereinafter also referred to as “first irradiation region 135”), and the irradiation region 35 of the electric field enhancement elements 30b, 30d. A case where the second reflection spectrum can be obtained in (hereinafter, also referred to as “second irradiation region 235”) will be described. The electric field enhancing elements 30a, 30c, 30e and the electric field enhancing elements 30b, 30d differ in the irradiation regions 135, 235 due to, for example, different parameters (for example, diameter in plan view) of the metal microstructure 34. A reflection spectrum can be obtained. In the example shown in FIG. 1, the first irradiation areas 135 and the second irradiation areas 235 are alternately arranged along the arrow A direction.

図6は、第1反射スペクトルS1を説明するための図である。図7は、第2反射スペクトルS2を説明するための図である。第1反射スペクトルS1は、複数の照射領域35のうちの第1照射領域(電場増強素子30a,30c,30eの照射領域)135に白色光を照射したときに得られる反射スペクトルである。第2反射スペクトルS2は、複数の照射領域35のうちの第2照射領域(電場増強素子30b,30dの照射領域)235に白色光を照射したときに得られる反射スペクトルである。図6および図7に示すように、反射スペクトルS1,S2は、横軸が波長、縦軸が反射率で表されるスペクトルである。反射スペクトルS1,S2は、例えば、電場増強素子30に標的物質1を含む試料を暴露させない状態で(電場増強素子30に標的物質1が付着していない状態で)得ることができる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the first reflection spectrum S1. FIG. 7 is a diagram for explaining the second reflection spectrum S2. The first reflection spectrum S1 is a reflection spectrum obtained when the first irradiation region (irradiation region of the electric field enhancing elements 30a, 30c, 30e) 135 of the plurality of irradiation regions 35 is irradiated with white light. The second reflection spectrum S2 is a reflection spectrum obtained when the second irradiation region (irradiation region of the electric field enhancing elements 30b and 30d) 235 among the plurality of irradiation regions 35 is irradiated with white light. As shown in FIGS. 6 and 7, the reflection spectra S1 and S2 are spectra in which the horizontal axis represents wavelength and the vertical axis represents reflectance. The reflection spectra S1 and S2 can be obtained, for example, in a state where the sample containing the target substance 1 is not exposed to the electric field enhancing element 30 (in a state where the target substance 1 is not attached to the electric field enhancing element 30).

第1反射スペクトルS1は、図6に示すように、吸収領域を有する。具体的には、第1反射スペクトルS1は、第1吸収領域A1および第2吸収領域A2を有する。第1吸収領域A1は、第2吸収領域A2よりも短波長側の吸収領域である。第2反射スペクトルS2は、図7に示すように、吸収領域を有する。具体的には、第2反射スペクトルS2は、第3吸収領域A3および第4吸収領域A4を有する。第3吸収領域A3は、第4吸収領域A4よりも短波長側の吸収領域である。   As shown in FIG. 6, the first reflection spectrum S1 has an absorption region. Specifically, the first reflection spectrum S1 has a first absorption region A1 and a second absorption region A2. The first absorption region A1 is an absorption region on the shorter wavelength side than the second absorption region A2. As shown in FIG. 7, the second reflection spectrum S2 has an absorption region. Specifically, the second reflection spectrum S2 has a third absorption region A3 and a fourth absorption region A4. The third absorption region A3 is an absorption region on the shorter wavelength side than the fourth absorption region A4.

ここで、吸収領域とは、SPRによる光の吸収が起きることによって、反射スペクトルが変化する領域であり、具体的には反射スペクトルの反射率が落ち込む領域である。言い換えると、励起光(入射光)の照射によってSPRが発生すると、共鳴による吸収が起き反射率が低下して吸収領域が出現する。そのため、SPRの増強電場の強度は、反射率rを用いて(1−r)で表すことができる。反射率rの値がゼロに近いほど、増強電場の強度が強いという関係があるため、反射率をSPRの増強電場の強度の指標とすることができる。   Here, the absorption region is a region where the reflection spectrum changes due to light absorption by SPR, specifically, a region where the reflectance of the reflection spectrum falls. In other words, when SPR occurs due to irradiation with excitation light (incident light), absorption due to resonance occurs, the reflectance decreases, and an absorption region appears. Therefore, the intensity of the enhanced electric field of SPR can be expressed by (1-r) using the reflectance r. Since there is a relationship that the intensity of the enhanced electric field is stronger as the value of the reflectance r is closer to zero, the reflectance can be used as an index of the intensity of the enhanced electric field of the SPR.

反射スペクトルS1,S2の各々が2つの吸収領域を有するのは、金属層32と誘電体層33との界面に励起されるPSPと、金属微細構造体34に励起されるLSPとが、電磁的に相互作用し、anti−crossingしているためである。図6に示す例では、第1吸収領域A1は、第2吸収領域A2よりも半値幅の大きな吸収領域であり、図7に示す例では、第3吸収領域A3は、第4吸収領域A4よりも半値幅の小さな吸収領域である。PSPよりもLSPの寄与度が大きい吸収領域は、半値幅が大きくなる傾向があり、LSPよりもPSPの寄与度が大きい吸収領域は、半値幅が小さくなる傾向がある。   Each of the reflection spectra S1 and S2 has two absorption regions because the PSP excited at the interface between the metal layer 32 and the dielectric layer 33 and the LSP excited by the metal microstructure 34 are electromagnetic. This is because they interact with each other and anti-crossing. In the example illustrated in FIG. 6, the first absorption region A1 is an absorption region having a larger half width than the second absorption region A2, and in the example illustrated in FIG. 7, the third absorption region A3 is more than the fourth absorption region A4. Is an absorption region with a small half-value width. An absorption region having a greater contribution of LSP than PSP tends to have a larger half width, and an absorption region having a greater contribution of PSP than LSP tends to have a smaller half width.

ここで、より具体的に、吸収領域について説明する。以下では、図6を参照し、第1吸収領域A1を用いて説明する。なお、本発明に係る吸収領域は、以下の説明の内容に限定されるものではない。   Here, the absorption region will be described more specifically. Below, with reference to FIG. 6, it demonstrates using 1st absorption area | region A1. In addition, the absorption area | region which concerns on this invention is not limited to the content of the following description.

反射スペクトルの吸収領域とは、反射率が極小となる点(極小点)Pを有し、SPRによる光の吸収が起きることによって、反射率が直線(ベースライン)BLよりも落ち込んでいる部分である。ベースラインBLは、極小点Pから短波長側に、極小点Pに最も近い極大点(反射率が極大となる点)αと、極小点Pから長波長側に、極小点Pに最も近い極大点(反射率が極大となる点)βと、を結ぶ線である。極小点Pの反射率と、極小点Pを通る縦軸に平行な直線LとベースラインBLとの交点γの反射率と、の差は、例えば、0.05以上である。   The absorption region of the reflection spectrum is a portion having a point (minimum point) P at which the reflectance is minimized, and the reflectance is lower than the straight line (baseline) BL due to light absorption by SPR. is there. The base line BL has a local maximum point closest to the local minimum point P from the local minimum point P to the short wavelength side (a point at which the reflectivity reaches a local maximum) α and a local maximum point closest to the local minimum point P from the local minimum point P to the long wavelength side. This is a line connecting the points (points where the reflectance becomes maximum) β. The difference between the reflectance of the minimum point P and the reflectance of the intersection γ between the straight line L passing through the minimum point P and parallel to the vertical axis and the base line BL is, for example, 0.05 or more.

なお、極小点Pの短波長側に極大点αを有さない場合は、ベースラインBLは、極小点Pの短波長側の最大点(反射率が最大となる点)α´と、極大点βと、を結ぶ線である。また、極小点Pの長波長側に極大点βを有さない場合は、ベースラインBLは、極大点αと、極小点Pの長波長側の最大点(反射率が最大となる点)β´と、を結ぶ線である。また、極大点α,βを有さない場合は、ベースラインBLは、最大点α´と最大点β´とを結ぶ線である。以上のことは、吸収領域A2,A3,A4についても同様である。   When the local maximum point α is not present on the short wavelength side of the local minimum point P, the base line BL is the maximum point (the point at which the reflectivity is maximum) α ′ on the short wavelength side of the local minimum point P and the local maximum point. This is a line connecting β and. In addition, when there is no local maximum point β on the long wavelength side of the local minimum point P, the baseline BL has a local maximum point α and a maximum point on the long wavelength side of the local minimum point P (a point at which the reflectance becomes maximum) β. A line connecting ′ and ′. When the local maximum points α and β are not included, the base line BL is a line connecting the maximum point α ′ and the maximum point β ′. The same applies to the absorption regions A2, A3, and A4.

第1反射スペクトルS1は、図6に示すように、ラマン散乱光(照射領域35から放射されるラマン散乱光)から得られるラマンスペクトルの標的物質1に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長λ1に、第1吸収領域A1を有する。第2反射スペクトルS2は、図7に示すように、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの標的物質1に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長λ2に、第4吸収領域A4を有する。   As shown in FIG. 6, the first reflection spectrum S1 corresponds to the Raman shift of the first peak caused by the target substance 1 of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light (Raman scattered light emitted from the irradiation region 35). A first absorption region A1 is provided at the first wavelength λ1. As shown in FIG. 7, the second reflection spectrum S2 has a fourth absorption region A4 at the second wavelength λ2 corresponding to the Raman shift of the second peak caused by the target substance 1 of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. Have.

ここで、ラマンスペクトルは、例えば図5(a)に示すように、横軸をラマンシフト、縦軸を強度として表されるスペクトルである。ラマンスペクトルは、標的物質1が付着された電場増強素子30から放射されるラマン散乱光によって得ることができる。ラマンスペクトルの第1ピークおよび第2ピークは、ラマンスペクトルにおいて現れる、標的物質1に特徴的なピークである。ラマンスペクトルにおいて、アセトン((CHC=O)の場合では、580cm−1近傍、787cm−1近傍、1700cm−1近傍、2923cm−1近傍にピークが現れる。このようにラマンスペクトルにおいて現れるピークのうち、第1ピークは強度が最も大きいピークでもよく、第2ピークは強度が2番目に大きいピークでもよい。 Here, the Raman spectrum is a spectrum expressed as a Raman shift on the horizontal axis and an intensity on the vertical axis as shown in FIG. 5A, for example. The Raman spectrum can be obtained by Raman scattered light emitted from the electric field enhancing element 30 to which the target substance 1 is attached. The first peak and the second peak of the Raman spectrum are peaks characteristic of the target substance 1 that appear in the Raman spectrum. In the Raman spectrum, acetone in the case of ((CH 3) 2 C = O) is, 580 cm -1 vicinity, 787cm -1 near 1700 cm -1 vicinity, a peak near 2923cm -1 appears. Thus, among the peaks appearing in the Raman spectrum, the first peak may be the peak having the highest intensity, and the second peak may be the peak having the second highest intensity.

第1波長λ1は、第1ピークのラマンシフトに対応する波長であり、第2波長λ2は、第2ピークのラマンシフトに対応する波長である。ここで、「ラマンシフトに対応する波長」とは、下記式(6)に基づいて、ラマンシフトνから算出されるラマン散乱光の波長λのことである。なお、下記式(6)によって、λINは照射領域35に入射される光の波長(光LINの波長)である。 The first wavelength λ1 is a wavelength corresponding to the Raman shift of the first peak, and the second wavelength λ2 is a wavelength corresponding to the Raman shift of the second peak. Here, the “wavelength corresponding to the Raman shift” is the wavelength λ S of the Raman scattered light calculated from the Raman shift ν based on the following formula (6). Incidentally, by the following equation (6), the lambda IN is the wavelength of light incident on the irradiation region 35 (the wavelength of the light L IN).

ν=((1/λIN)−(1/λ))×10 ・・・ (6) ν = ((1 / λ IN ) − (1 / λ S )) × 10 7 (6)

図6に示す例では、第1波長λ1は、680nmである。図7に示す例では、第2波長λ2は、800nmである。さらに、第1反射スペクトルS1は、光源から射出される光LINの波長に第1吸収領域A1を有する。また、第2反射スペクトルS2は、光LINの波長に第3吸収領域A3を有する。図6および図7に示す例では、光LINの波長λINは、632.8nmである。 In the example shown in FIG. 6, the first wavelength λ1 is 680 nm. In the example shown in FIG. 7, the second wavelength λ2 is 800 nm. Furthermore, the first reflection spectrum S1 has a first absorption area A1 to the wavelength of light L IN emitted from the light source. The second reflection spectrum S2 has a third absorption region A3 on the wavelength of the light L IN. In the example shown in FIGS. 6 and 7, the wavelength lambda IN of the light L IN is 632.8 nm.

第1反射スペクトルS1において、第1波長λ1および光LINの波長λINは、第1吸収領域A1の範囲に含まれる。第1反射スペクトルS1において、第1波長λ1における反射率、および光LINの波長における反射率は、第1吸収領域A1の高さの半分における反射率(点Pと点γとを結ぶ線分の中点Mにける反射率(図6参照))よりも小さい。第1反射スペクトルS1において、第1波長λ1における反射率、および光LINの波長λINにおける反射率は、例えば、0.4以下である。 In the first reflection spectrum S1, the wavelength lambda IN of the first wavelength λ1 and the light L IN are within the scope of the first absorbing region A1. In the first reflection spectrum S1, the reflectivity at the first wavelength .lambda.1, and reflectance at the wavelength of the light L IN is a line segment connecting the γ reflectance (points P and at the height of half of the first absorbent region A1 Smaller than the reflectance at the middle point M (see FIG. 6). In the first reflection spectrum S1, the reflectivity at the first wavelength .lambda.1, and reflectance at a wavelength lambda IN of the light L IN is, for example, 0.4 or less.

第2反射スペクトルS2において、光LINの波長λINは、第3吸収領域A3の範囲に含まれ、第2波長λ2は、第4吸収領域A4の範囲に含まれる。第2反射スペクトルS2において、第2波長λ2における反射率は、第4吸収領域A4の高さの半分における反射率よりも小さく、光LINの波長における反射率は、第3吸収領域A3の高さの半分にける反射率よりも小さい。図示はしないが、第2反射スペクトルS2において、第2波長λ2は、第4吸収領域A4の極小点Pにおける波長でもよく、光LINの波長λINは、第3吸収領域A3の極小点Pにおける波長でもよい。第2反射スペクトルS2において、第2波長λ2における反射率、および光LINの波長λINにおける反射率は、例えば、0.4以下である。 In a second reflection spectrum S2, the wavelength lambda IN of the light L IN is within the scope of the third absorption region A3, the second wavelength λ2 is included in the scope of the fourth absorbent region A4. In a second reflection spectrum S2, the reflectivity at the second wavelength λ2 is smaller than the reflectance at half height of the fourth absorption region A4, the reflectance at the wavelength of the light L IN is the third absorbent region A3 High Less than half of the reflectivity. Although not shown, the second reflection spectrum S2, the second wavelength λ2 may be a wavelength at the minimum point P of the fourth absorption region A4, the wavelength lambda IN of the light L IN is the minimum point of the third absorbing region A3 P The wavelength at may be used. In a second reflection spectrum S2, the reflectivity at the second wavelength .lambda.2, and reflectance at a wavelength lambda IN of the light L IN is, for example, 0.4 or less.

ここで、表面増強ラマン効果による増強度ISERSは、散乱断面積σ、入射光(励起光)の増強電場E、およびラマン散乱光の増強電場Eによって、下記式(7)のように表される。 Here, the enhancement intensity I SERS due to the surface-enhanced Raman effect is expressed by the following equation (7) according to the scattering cross section σ, the enhanced electric field E i of incident light (excitation light), and the enhanced electric field E s of Raman scattered light. expressed.

SERS ∝ σ×E ×E ・・・ (7) I SERS ∝σ × E i 2 × E s 2 (7)

したがって、より強い増強度を得るためには、励起光の増強電場とラマン散乱光の増強電場との両方が強くなることが条件となる。   Therefore, in order to obtain stronger enhancement, it is a condition that both the enhanced electric field of excitation light and the enhanced electric field of Raman scattered light become stronger.

ラマン分光装置100では、上記のように、光LINの波長λIN、およびラマンスペクトルにおける標的物質の特徴的なピークである、第1ピークおよび第2ピークに対応する波長λ1,λ2において、反射スペクトルS1,S2が吸収領域を有するように、電場増強素子30を設計することができる。これにより、ラマン分光装置100では、波長λIN,λ1,λ2で、電場増強素子30によって電場を増強させることができ、標的物質を高い検出感度で検出することができる。 In Raman spectroscopy apparatus 100, as described above, a characteristic peak of a target substance at a wavelength of the light L IN lambda IN, and Raman spectra, the wavelength λ1 corresponding to the first peak and second peak in .lambda.2, reflecting The electric field enhancing element 30 can be designed so that the spectra S1 and S2 have absorption regions. Accordingly, in the Raman spectroscopic device 100, the electric field can be enhanced by the electric field enhancing element 30 at the wavelengths λ IN , λ1, and λ2, and the target substance can be detected with high detection sensitivity.

なお、上記では、電場増強素子30a,30c,30eと、電場増強素子30b,30dと、において、金属微細構造体34のパラメーターを異ならせて、2種類の反射スペクトル(反射スペクトルS1,S2)を得る例について説明したが、複数の電場増強素子30から得られる反射スペクトルの数は、特に限定されない。例えば、電場増強素子30a,30b,30c,30d,30eにおいて、互いに金属微細構造体34のパラメーターを異ならせ、5種類の反射スペクトルを得てもよい。この場合、ラマンスペクトルにおいる標的物質の特徴的なピークを5つ用いて、標的物質を高感度に検出することができる。   In the above, the electric field enhancing elements 30a, 30c, 30e and the electric field enhancing elements 30b, 30d are different in the parameters of the metal microstructure 34, so that two types of reflection spectra (reflection spectra S1, S2) are obtained. Although the example obtained is described, the number of reflection spectra obtained from the plurality of electric field enhancement elements 30 is not particularly limited. For example, in the electric field enhancing elements 30a, 30b, 30c, 30d, and 30e, the parameters of the metal microstructure 34 may be different from each other to obtain five types of reflection spectra. In this case, the target substance can be detected with high sensitivity using five characteristic peaks of the target substance in the Raman spectrum.

また、流路70に流入される試料には、1種類の標的物質のみを含んでいてもよいし、複数の標的物質を含んでいてもよい。試料に複数の標的物質が含まれている場合には、1回の測定で(1回のラマン分光で)複数の標的物質を検出することができる。例えば、試料に2種類の標的物質(第1標的物質、第2標的物質)が含まれている場合、第1反射スペクトルS1は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの第1標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長λ1に、第1吸収領域A1を有することができる。第2反射スペクトルS2は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの第2標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長λ2に、第4吸収領域A4を有する。例えば、第1標的物質はアセトンであり、第2標的物質はエタノールである。   Further, the sample flowing into the flow path 70 may contain only one type of target substance, or may contain a plurality of target substances. When a sample includes a plurality of target substances, a plurality of target substances can be detected by one measurement (by one Raman spectroscopy). For example, when the sample includes two types of target substances (first target substance and second target substance), the first reflection spectrum S1 is caused by the first target substance of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. The first absorption region A1 can be provided at the first wavelength λ1 corresponding to the Raman shift of the first peak. The second reflection spectrum S2 has a fourth absorption region A4 at the second wavelength λ2 corresponding to the Raman shift of the second peak caused by the second target substance of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. For example, the first target substance is acetone and the second target substance is ethanol.

また、ラマンスペクトルにおいて、エチルアルコール(COH)の場合では、433cm−1近傍、883cm−1近傍、1275cm−1近傍、1453cm−1近傍にピークが現れる。メチルアルコール(CHOH)の場合では、1035cm−1近傍、1104cm−1近傍、1457cm−1近傍にピークが現れる。ピリジン(CN)の場合では、990cm−1近傍、1030cm−1近傍、1584cm−1近傍にピークが現れる。アニリン(CNH)の場合では、526cm−1近傍、996cm−1近傍、1593cm−1近傍にピークが現れる。トルエン(CCH)の場合では、787cm−1近傍、1002cm−1近傍にピークが現れる。尿素((HN)C=O)の場合では、521cm−1近傍、999cm−1近傍、1156cm−1近傍にピークが現れる。 Further, in the Raman spectrum, in the case of ethyl alcohol (C 2 H 5 OH), 433cm -1 near, 883cm -1 near 1275 cm -1 vicinity, a peak near 1453cm -1 appears. In the case of methyl alcohol (CH 3 OH), 1035cm -1 vicinity 1104Cm -1 vicinity peak appears in the vicinity of 1457cm -1. In the case of pyridine (C 5 H 5 N) is, 990 cm -1 vicinity, 1030 cm -1 vicinity peak appears in the vicinity of 1584 cm -1. In the case of aniline (C 6 H 5 NH 2) is, 526cm -1 near, 996cm -1 near peak appears in the vicinity of 1593 cm -1. In the case of toluene (C 6 H 5 CH 3 ), peaks appear in the vicinity of 787 cm −1 and in the vicinity of 1002 cm −1 . In the case of urea ((H 2 N) 2 C = O) is, 521 cm -1 vicinity, 999cm -1 near peak appears in the vicinity of 1156cm -1.

1.3.3. 金属微細構造体の直径と吸収領域の波長との関係
次に、金属微細構造体の直径(平面視における直径)と、吸収領域の波長と、の関係について、図面を参照しがら説明する。図8は、金属微細構造体の直径と、吸収領域の波長と、の関係を示すグラフである。図8は、電磁界解析(FDTD解析)におけるシミュレーションから得たグラフである。
1.3.3. Next, the relationship between the diameter of the metal microstructure (diameter in plan view) and the wavelength of the absorption region will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the diameter of the metal microstructure and the wavelength of the absorption region. FIG. 8 is a graph obtained from simulation in electromagnetic field analysis (FDTD analysis).

本シミュレーションに用いたモデルMについて、説明する。支持基板上に金属層(Au層、厚さ100nm)を設け、金属層上に誘電体層(SiO層、厚さ60nm)を設け、誘電体層上に金属微細構造体(円柱状のAu粒子、厚さ30nm)を設けて、モデルMとした。モデルMでは、Au粒子を、図3に示すように、X軸方向およびY軸方向に周期的に配置した。Au粒子のX軸方向のピッチを140nmとし、Au粒子のY軸方向のピッチを600nmとした。このようなモデルMにおいて、Au粒子の直径を変化させて、白色光を照射させて得られる反射スペクトルにおける吸収領域の極小点の波長をプロットして、図8を得た。 The model M used in this simulation will be described. A metal layer (Au layer, thickness 100 nm) is provided on the support substrate, a dielectric layer (SiO 2 layer, thickness 60 nm) is provided on the metal layer, and a metal microstructure (columnar Au) is provided on the dielectric layer. Particle M, thickness 30 nm) was provided as model M. In the model M, Au particles were periodically arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction as shown in FIG. The pitch of Au particles in the X-axis direction was 140 nm, and the pitch of Au particles in the Y-axis direction was 600 nm. In such a model M, the wavelength of the minimum point of the absorption region in the reflection spectrum obtained by changing the diameter of the Au particles and irradiating with white light was plotted to obtain FIG.

図8に示すように、Au粒子の直径を変化させることにより、吸収領域の極小点の波長を変化させることができることがわかった。したがって、Au粒子の直径を変化させることにより、ラマンスペクトルにおける標的物質の特徴的なピークに対応する波長で、反射スペクトルが吸収領域を有するように、電場増強素子を設計することができるといえる。   As shown in FIG. 8, it was found that the wavelength of the minimum point of the absorption region can be changed by changing the diameter of the Au particles. Therefore, it can be said that the electric field enhancing element can be designed by changing the diameter of the Au particles so that the reflection spectrum has an absorption region at a wavelength corresponding to the characteristic peak of the target substance in the Raman spectrum.

なお、図8では、それぞれ2本の直線に漸近するようなプロットが得られた。Au粒子の厚さが変化しても波長が一定となる直線LPSPは、PSPの共鳴波長を示している。Au粒子の厚さが変化すると波長も変化する直線LLSPは、LSPの共鳴波長を示している。直線LPSPよりも直線LLSPに近いプロットは、PSPの寄与度よりもLSPの寄与度が大きい吸収領域のプロットである。直線LLSPよりも直線LPSPに近いプロットは、LSPの寄与度よりもPSPの寄与度が大きい吸収領域のプロットである。例えば、LSPの寄与度とPSPの寄与度は、波長λにおいて、等しくなる。 In FIG. 8, plots each asymptotic to two straight lines were obtained. A straight line L PSP in which the wavelength is constant even when the thickness of the Au particle is changed indicates the resonance wavelength of the PSP. The straight line L LSP whose wavelength changes as the thickness of the Au particle changes indicates the resonance wavelength of the LSP. The plot closer to the straight line L LSP than the straight line L PSP is a plot of the absorption region where the contribution of the LSP is greater than the contribution of the PSP. The plot closer to the straight line L PSP than the straight line L LSP is a plot of the absorption region where the contribution degree of the PSP is larger than the contribution degree of the LSP. For example, the contribution degree of LSP and the contribution degree of PSP are equal at the wavelength λ M.

また、Au粒子の直径だけでなく、電場増強素子を構成する部材の他のパラメーター(例えば、Au粒子の厚さ、ピッチ、誘電体層33の屈折率、厚さなど)を変化させることにより、吸収領域の極小点の波長を変化させることができる。   Further, by changing not only the diameter of the Au particles but also other parameters of the members constituting the electric field enhancing element (for example, the thickness and pitch of the Au particles, the refractive index and the thickness of the dielectric layer 33), The wavelength of the minimum point of the absorption region can be changed.

1.3.4. 製造方法
次に、電場増強素子30の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図9,10,13,14は、電場増強素子30の製造工程を模式的に示す断面図である。
1.3.4. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the electric field enhancing element 30 will be described with reference to the drawings. 9, 10, 13, and 14 are cross-sectional views schematically showing the manufacturing process of the electric field enhancing element 30.

図9に示すように、支持基板31上に金属層32を形成する。金属層32は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法により形成される。   As shown in FIG. 9, a metal layer 32 is formed on the support substrate 31. The metal layer 32 is formed by, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method.

次に、金属層32上に誘電体層33を形成する。誘電体層33は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。   Next, the dielectric layer 33 is formed on the metal layer 32. The dielectric layer 33 is formed by, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

図10に示すように、誘電体層33上に、レジスト層9を形成する。レジスト層9は、スピンコートなどの装置で塗布し乾燥させることによって形成される。レジスト層9は、例えば、ポジ型のレジスト層である。レジスト層9の厚さは、例えば、0.3μm以上1μm以下である。   As shown in FIG. 10, a resist layer 9 is formed on the dielectric layer 33. The resist layer 9 is formed by applying and drying with an apparatus such as spin coating. The resist layer 9 is, for example, a positive resist layer. The thickness of the resist layer 9 is, for example, not less than 0.3 μm and not more than 1 μm.

次に、レジスト層9を光干渉露光法により露光する。具体的には、露光装置として、電子ビーム露光法や紫外レーザーを使った光干渉露光法により露光する。電子ビーム露光法は、露光の自由度が高い反面、量産性には限界がある。そこで、量産性に優れている紫外レーザーを使った光干渉露光法を採用することが好ましい。   Next, the resist layer 9 is exposed by a light interference exposure method. Specifically, exposure is performed by an electron beam exposure method or an optical interference exposure method using an ultraviolet laser as an exposure apparatus. The electron beam exposure method has a high degree of freedom in exposure, but has a limit in mass productivity. Therefore, it is preferable to adopt an optical interference exposure method using an ultraviolet laser excellent in mass productivity.

ここで、図11は、紫外レーザーを利用した光干渉露光法の概略構成図である。図11に示すように、光源としては、連続発振(CW)できる波長266nm、出力200mWの紫外レーザー光源101を用いる。レーザー光源101から出たレーザー光は、シャッター102を経由してミラー103で折り返し、ハーフミラー104で両側に分岐する。夫々についてミラー103で折り返し対物レンズ105とピンホール106とを経由させ、ビームを広げる。広がった紫外レーザーをマスク107に照射させ干渉縞を作り、レジスト層9を塗布した基板130(支持基板31、金属層32、および誘電体層33を含む基板)に照射させる。この時、干渉縞の露光構成によって色々なパターンの露光が可能になる。例えば、一方のマスク107のパターンを格子状とし、他方のマスク107のパターンも格子状として、両者の交差する角度によって色々なパターンを形成することができ、レーザーの波長の半分の大きさまで小さくすることが可能である。また、本露光方法は、比較的大きな基板を一括して露光できるため、生産性の高い露光方法である。両者の干渉縞の潜像をレジスト層9に形成する。   Here, FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical interference exposure method using an ultraviolet laser. As shown in FIG. 11, an ultraviolet laser light source 101 having a wavelength of 266 nm capable of continuous oscillation (CW) and an output of 200 mW is used as the light source. The laser light emitted from the laser light source 101 is turned back by the mirror 103 via the shutter 102 and branched to both sides by the half mirror 104. Each of them is folded back by a mirror 103 through an objective lens 105 and a pinhole 106 to widen the beam. The spread ultraviolet laser is irradiated to the mask 107 to form interference fringes, and the substrate 130 (the substrate including the support substrate 31, the metal layer 32, and the dielectric layer 33) coated with the resist layer 9 is irradiated. At this time, various patterns can be exposed by the exposure configuration of the interference fringes. For example, the pattern of one mask 107 can be a lattice, and the pattern of the other mask 107 can also be a lattice. Various patterns can be formed according to the angle at which the two intersect, and the pattern can be reduced to half the laser wavelength. It is possible. Further, this exposure method is a highly productive exposure method because a relatively large substrate can be exposed at once. A latent image of both interference fringes is formed on the resist layer 9.

なお、マスク107における干渉縞は、ハーフミラー104およびCCDカメラ108を介して、モニター109で検査することができる。   The interference fringes in the mask 107 can be inspected by the monitor 109 via the half mirror 104 and the CCD camera 108.

図12には、光干渉露光法で作製できる露光パターンの一例を模式的に示す図である。図12(a)は平面図で、図12(b)は、図12(a)のB−B線断面図である。パターン120は、1次元的構造のパターン例であり、パターン122は、2次元的構造のパターン例である。   FIG. 12 is a diagram schematically showing an example of an exposure pattern that can be produced by the optical interference exposure method. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 12A. The pattern 120 is a pattern example having a one-dimensional structure, and the pattern 122 is a pattern example having a two-dimensional structure.

図13に示すように、所望のパターンを露光したら、レジスト層9を現像し、必要な部分のみを残す。具体的には、ウェットエッチングかドライエッチングにより、必要な量だけエッチングして、レジスト層9の一部を除去する。   As shown in FIG. 13, when a desired pattern is exposed, the resist layer 9 is developed to leave only necessary portions. Specifically, a necessary amount is etched by wet etching or dry etching, and a part of the resist layer 9 is removed.

図14に示すように、誘電体層33およびレジスト層9上に、金属微細構造体34となる金属層34aを形成する。金属層34aは、例えば、真空蒸着法、スパッタ法により形成される。   As shown in FIG. 14, a metal layer 34 a to be a metal microstructure 34 is formed on the dielectric layer 33 and the resist layer 9. The metal layer 34a is formed by, for example, a vacuum evaporation method or a sputtering method.

図4に示すように、リフトオフによって、レジスト層9、およびレジスト層9上の金属層34aを除去する。リフトオフは、例えば、アセトンなどの溶剤を用いて行われる。これにより、金属微細構造体34を形成することができる。   As shown in FIG. 4, the resist layer 9 and the metal layer 34a on the resist layer 9 are removed by lift-off. The lift-off is performed using a solvent such as acetone. Thereby, the metal microstructure 34 can be formed.

以上の工程により、電場増強素子30を製造することができる。   The electric field enhancing element 30 can be manufactured through the above steps.

1.4. レンズ
電場増強素子30の照射領域35から放射される光(ラマン散乱光およびレイリー散乱光を含む光)は、図1に示すように、第1レンズ40に入射する。第1レンズ40は、電場増強素子30の数に対応して複数設けられている。第1レンズ40は、集光レンズであり、複数の照射領域35の各々から(電場増強素子30の各々から)放射される光を集光することができる。
1.4. Lens Light emitted from the irradiation region 35 of the electric field enhancing element 30 (light including Raman scattered light and Rayleigh scattered light) is incident on the first lens 40 as shown in FIG. A plurality of first lenses 40 are provided corresponding to the number of electric field enhancing elements 30. The first lens 40 is a condensing lens, and can condense light emitted from each of the plurality of irradiation regions 35 (from each of the electric field enhancing elements 30).

第1レンズ40は、例えば、凸状のレンズである。図示の例では、複数の第1レンズ40は、第1レンズアレイ42を構成している。第1レンズアレイ42は、例えば、支持部2によって支持されている。第1レンズアレイ42の材質は、例えば、ガラスである。電場増強素子30によって増強されたラマン散乱光は、色々な方向に散乱されるが、その分布としては、正反射方向に最も強く分布して、そこから遠くなるほど弱くなる。第1レンズ40は、これらのラマン散乱光を、効率よく集光することができる。   The first lens 40 is, for example, a convex lens. In the illustrated example, the plurality of first lenses 40 constitute a first lens array 42. For example, the first lens array 42 is supported by the support unit 2. The material of the first lens array 42 is, for example, glass. The Raman scattered light enhanced by the electric field enhancing element 30 is scattered in various directions, but the distribution is the strongest in the regular reflection direction and becomes weaker as it is farther from there. The first lens 40 can efficiently collect the Raman scattered light.

第1レンズ40から射出される光は、第2レンズ50に入射する。第2レンズ50は、第1レンズ40の数に対応して複数設けられている。第2レンズ50は、第1レンズ40から射出される光の進行方向を変化させることができる。例えば、光検出器60の分光素子64としてエタロンを用いる場合、エタロンの反射ミラー(ハーフミラー)に対して、光を垂直に入射させる必要がある。ラマン分光装置100では、第2レンズ50によって、エタロンの反射ミラーに対して、光を垂直に入射させることができる。   The light emitted from the first lens 40 enters the second lens 50. A plurality of second lenses 50 are provided corresponding to the number of first lenses 40. The second lens 50 can change the traveling direction of the light emitted from the first lens 40. For example, when an etalon is used as the spectroscopic element 64 of the photodetector 60, it is necessary to make light incident perpendicularly to the reflecting mirror (half mirror). In the Raman spectroscopic device 100, the second lens 50 allows light to enter the etalon reflecting mirror vertically.

第2レンズ50は、例えば、凹状のレンズである。図示の例では、複数の第2レンズ50は、第2レンズアレイ52を構成している。第2レンズアレイ52は、例えば、支持部2によって支持されている。第2レンズアレイ52の材質は、例えば、ガラスである。第2レンズ50から射出される光は、光検出器60に至る。   The second lens 50 is, for example, a concave lens. In the illustrated example, the plurality of second lenses 50 form a second lens array 52. For example, the second lens array 52 is supported by the support unit 2. The material of the second lens array 52 is, for example, glass. The light emitted from the second lens 50 reaches the photodetector 60.

1.5. 光検出器
光検出器60は、複数の照射領域35から(電場増強素子30から)放射されるラマン散乱光を検出する。光検出器60は、1つだけ設けられている。光検出器60は、例えば、光学フィルター62と、分光素子64と、受光素子66と、を有している。
1.5. Photodetector The photodetector 60 detects Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions 35 (from the electric field enhancing element 30). Only one photodetector 60 is provided. The photodetector 60 includes, for example, an optical filter 62, a spectroscopic element 64, and a light receiving element 66.

光学フィルター62には、第2レンズ50から射出される光が入射する。光学フィルター62は、光LINと同じ波長のレイリー散乱光を除去することができる。光学フィルター62は、例えば、バンドストップフィルターである。 Light emitted from the second lens 50 enters the optical filter 62. The optical filter 62 is capable of removing Rayleigh scattered light having the same wavelength as light L IN. The optical filter 62 is, for example, a band stop filter.

分光素子64には、光学フィルター62から射出される光が入射する。分光素子64は、例えば、エタロン(波長可変エタロン)である。エタロンは、ファブリフェロー共振器で共振した波長の光のみが透過する仕組みであり、逐次ファブリフェロー共振器のギャップを変えて透過する光の波長を可変にすることで、分光することができる。   The light emitted from the optical filter 62 is incident on the spectroscopic element 64. The spectroscopic element 64 is, for example, an etalon (wavelength variable etalon). The etalon is a mechanism that transmits only light having a wavelength resonated by a Fabry-Fellow resonator, and can be dispersed by changing the gap of the Fabry-Fellow resonator to change the wavelength of transmitted light.

ここで、図15は、エタロンについて説明するための図である。図15(a)により波長可変エタロンの原理の説明をする。   Here, FIG. 15 is a diagram for explaining the etalon. The principle of the wavelength tunable etalon will be described with reference to FIG.

分光の原理は、「透過波長条件は隣り合う透過光の光路差の整数倍となる干渉の原理」を利用したもので、下記式(8)を満たす波長のみが透過することで、目的とする波長の光のみを取り出すことができる。屈折率がn、nの透明基材601,602を平行に対向させ、両者の対向する内側にハーフミラー603,604を形成しておき、ハーフミラー603,604の内側はn=1の状態(空気など)にしておく。屈折率n1側から入射角θで入射してきた光は、ハーフミラー603,604で反射され、エアギャップdの間を往復することになる。そのときに、下記式(8)の条件を満たす波長の光のみが反対側へ透過することになる。
2dcosθ=λpeak×n ・・・ (8)
The principle of spectroscopy is based on the fact that “the transmission wavelength condition is the principle of interference that is an integral multiple of the optical path difference between adjacent transmitted lights”, and only the wavelength satisfying the following equation (8) is transmitted. Only light with a wavelength can be extracted. The transparent base materials 601 and 602 having refractive indexes n 1 and n 2 are opposed in parallel, and half mirrors 603 and 604 are formed on the inner sides of both of them, and the inner side of the half mirrors 603 and 604 is n = 1. Keep it in a state (air, etc.). The light incident at the incident angle θ from the refractive index n1 side is reflected by the half mirrors 603 and 604 and reciprocates between the air gaps d. At that time, only light having a wavelength satisfying the condition of the following formula (8) is transmitted to the opposite side.
2d cos θ = λ peak × n (8)

なお、dはエアギャップ(ハーフミラー603,604間の距離)、θは入射角、nは屈折率、λpeakは、透過する光の波長である。このエアギャップdを可変とすることで分光が可能になる。 Here, d is an air gap (distance between the half mirrors 603 and 604), θ is an incident angle, n is a refractive index, and λ peak is a wavelength of transmitted light. Spectroscopy is possible by making the air gap d variable.

図15(b)は、静電アクチュエーター型の波長可変エタロン(分光素子)64の構造を説明するための図である。上部基板641と下部基板642とは、接合部643において接合されている。基板641,642の中央部には光を透過させる領域があり、その周辺にはエアギャップdを可変するための静電アクチュエーター部644が配置されている。中央部の光透過部には、基板641,642の対向する内側にハーフミラー645,646が形成され、平行に配置されている。静電アクチュエーター部644は、電極647が対向するように形成されており、両者に電圧が印加されると静電吸引力が作用し、静電アクチューター部644の剛性が変形して、ハーフミラー645,646の部分のエアギャップdが小さくなる。この電圧を制御することで、エアギャップdが制御でき、結果として透過する光の波長を制御することになる。図15(b)では、エタロン64に入射する光をL、エタロン64を透過する光をLとして図示している。 FIG. 15B is a diagram for explaining the structure of an electrostatic actuator type wavelength tunable etalon (spectral element) 64. The upper substrate 641 and the lower substrate 642 are bonded at the bonding portion 643. There is an area through which light is transmitted in the central part of the substrates 641 and 642, and an electrostatic actuator part 644 for changing the air gap d is arranged around the area. Half mirrors 645 and 646 are formed in the central light transmission portion on the inner sides of the substrates 641 and 642 facing each other, and are arranged in parallel. The electrostatic actuator unit 644 is formed so that the electrodes 647 are opposed to each other, and when a voltage is applied to both, an electrostatic attraction force acts, and the rigidity of the electrostatic actuator unit 644 is deformed, so that the half mirror The air gap d in the portions 645 and 646 is reduced. By controlling this voltage, the air gap d can be controlled, and as a result, the wavelength of transmitted light is controlled. Figure 15 (b), the illustrates the light L A incident on the etalon 64, the light transmitted through the etalon 64 as L B.

エタロン型の方が、回折格子型よりも光路長が短くなるので、小型化には有利である。静電アクチュエーター部644の可変動作時の残留振動を早く減衰させるために、波長可変エタロン64を真空パッケージに封入することも可能である。基板641,642のダイヤフラムは、極めて薄く加工されており、駆動電圧を変化させてエアギャップdを可変させる時に、内部に気体(空気)が残留しているとその流体抵抗のために静電アクチュエーター部644の残留振動の減衰が遅くなり、結果として分光する時間が長くなってしまう。また、ハーフミラー645,646の長期的な信頼性を確保するためにも、真空にしておく方が望ましい。   The etalon type is advantageous for miniaturization because the optical path length is shorter than that of the diffraction grating type. The wavelength variable etalon 64 can be enclosed in a vacuum package in order to quickly attenuate the residual vibration during the variable operation of the electrostatic actuator unit 644. The diaphragms of the substrates 641 and 642 are processed to be extremely thin. When the driving voltage is changed to change the air gap d, if an air (air) remains inside, the electrostatic actuator is used for its fluid resistance. The residual vibration of the portion 644 is attenuated slowly, and as a result, the time for spectral separation becomes long. In order to ensure long-term reliability of the half mirrors 645 and 646, it is desirable to keep the vacuum.

図15(c)は、静電アクチュエーターの駆動電圧を変えていった時の波長可変エタロンの光学特性例を示すグラフである。透過率がピークとなる波長が、700nm、600nm、500nm、400nmと変化していることが分かる。この駆動電圧を少しずつ順次可変していくことで分光することが可能になる。このスペクトルの半値幅は、ファブリペロー共振器のミラーの材質によって大きく左右される。例えば、Ag合金、誘電体の多層膜など、用途に応じて選択することができる。   FIG. 15C is a graph showing an example of optical characteristics of the wavelength tunable etalon when the drive voltage of the electrostatic actuator is changed. It can be seen that the wavelength at which the transmittance reaches a peak is changed to 700 nm, 600 nm, 500 nm, and 400 nm. Spectroscopy can be performed by gradually changing the drive voltage little by little. The half-value width of this spectrum greatly depends on the material of the mirror of the Fabry-Perot resonator. For example, an Ag alloy, a dielectric multilayer film, or the like can be selected depending on the application.

受光素子66は、分光素子64において分光された光を受光する。具体的には、受光素子66において受光された光は、電気信号に変換され、これにより、検出物質(標的物質)に特有のラマンスペクトルを得ることができる。例えば、標的物質毎に特徴的なピーク波長を、予め保存されているデータと照合することで、標的物質が何であるか特定するこ
とができる。また、特徴的なピークの信号強度を予め保存されている検量線データと照合することで、標的物質の濃度を算出することができる。受光素子66としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
The light receiving element 66 receives the light split by the spectroscopic element 64. Specifically, the light received by the light receiving element 66 is converted into an electrical signal, whereby a Raman spectrum specific to the detection substance (target substance) can be obtained. For example, it is possible to specify what the target substance is by comparing the characteristic peak wavelength for each target substance with data stored in advance. Further, the concentration of the target substance can be calculated by comparing the signal intensity of the characteristic peak with the calibration curve data stored in advance. For example, a photodiode is used as the light receiving element 66.

1.6. 流路
流路70は、図1に示すように、標的物質を含む試料(気体試料または液体試料)が流入される入口74と、標的物質を含む気体試料が流出される出口76と、を有している。流路70は、例えば、管状の部材であり、流路70の内壁72に電場増強素子30が設けられている。流路70には、開口部78が設けられており、開口部78を通して、電場増強素子30に光を入射させることができ、電場増強素子30から放射される光を、光検出器60に入射させることができる。
1.6. As shown in FIG. 1, the flow path 70 has an inlet 74 through which a sample (a gas sample or a liquid sample) containing a target substance flows and an outlet 76 through which a gas sample containing the target substance flows out. doing. The channel 70 is, for example, a tubular member, and the electric field enhancing element 30 is provided on the inner wall 72 of the channel 70. An opening 78 is provided in the flow path 70, and light can be incident on the electric field enhancement element 30 through the opening 78, and light emitted from the electric field enhancement element 30 is incident on the photodetector 60. Can be made.

流路70の出口76の外側にある吸引手段(図示なし)を作動させると、流路70内が負圧になり入口74から標的物質を含んだ試料が吸引され、流路70内に導入される。入口74には、例えば除塵フィルター(図示せず)が設けられており、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気などが除去される。標的物質を含んだ試料は、流路70内の電場増強素子30を経由して出口76から排出される。その際に、検出する標的物質が電場増強素子30表面付近を通過し電場増強素子30表面に吸着し検出されることになる。標的物質を含んだ試料を吸引および排出する流路70の形状については、外部からの光が電場増強素子30に入らないように、且つ、気体状の試料に対する流体抵抗が小さくなるように、夫々考慮されたものなっている。また、標的物質を含んだ試料は、レンズアレイ42,52に接してもよいが、光検出器60には接しない構成になっている。   When a suction means (not shown) outside the outlet 76 of the flow path 70 is operated, the pressure in the flow path 70 becomes negative, and the sample containing the target substance is sucked from the inlet 74 and introduced into the flow path 70. The For example, a dust removal filter (not shown) is provided at the inlet 74, and relatively large dust, a part of water vapor, and the like are removed. The sample containing the target substance is discharged from the outlet 76 via the electric field enhancing element 30 in the flow path 70. At that time, the target substance to be detected passes near the surface of the electric field enhancement element 30 and is adsorbed on the surface of the electric field enhancement element 30 to be detected. With respect to the shape of the flow path 70 for sucking and discharging the sample containing the target substance, the external light does not enter the electric field enhancing element 30 and the fluid resistance to the gaseous sample is reduced. It has been taken into account. The sample containing the target substance may be in contact with the lens arrays 42 and 52 but is not in contact with the photodetector 60.

1.7. ラマン分光装置の機能ブロック図
図16は、ラマン分光装置100の機能ブロック図の一例である。ラマン分光装置100の電源を入れると初期状態の確認が行われ、初期状態がOKである表示がされると、それを見た操作者は、操作パネル204から検出開始のための指示信号を、信号処理制御部200のCPU(Central Processing Unit)201へ出す。
1.7. Functional Block Diagram of Raman Spectrometer FIG. 16 is an example of a functional block diagram of the Raman spectrometer 100. When the Raman spectroscopic device 100 is turned on, the initial state is confirmed, and when the display indicating that the initial state is OK is displayed, the operator who sees it displays an instruction signal for starting detection from the operation panel 204. It outputs to CPU (Central Processing Unit) 201 of the signal processing control unit 200.

検出開始のための指示信号をCPU201が受けると、まず光源駆動回路210が光源作動の信号を出して、光源10を作動させる。光源10には、温度センサーや光量センサーが内蔵されており、その情報がCPU201へ送られて安定したかを判断し、その判断がOKなら、次へ進む。   When the CPU 201 receives an instruction signal for starting detection, the light source driving circuit 210 first outputs a light source operation signal to operate the light source 10. The light source 10 includes a temperature sensor and a light quantity sensor, and determines whether the information is sent to the CPU 201 and is stable. If the determination is OK, the process proceeds to the next.

次に、検出すべき標的物質を含んだ試料を電場増強素子30(図1参照)の表面近傍へ導くために、吸引手段80を作動させる信号がCPU201から吸引手段駆動回路280へ指示が行き、標的物質を含んだ試料は、吸引口(入口74)から流路70(図1参照)を通って外部へ排出される。   Next, in order to guide the sample containing the target substance to be detected to the vicinity of the surface of the electric field enhancing element 30 (see FIG. 1), a signal for operating the suction means 80 is sent from the CPU 201 to the suction means drive circuit 280, The sample containing the target substance is discharged from the suction port (inlet 74) through the flow path 70 (see FIG. 1) to the outside.

次に、CPU201からの信号により光源駆動回路210により、光源10は、駆動し、光を放射する。この光が光学分岐素子20(図1参照)によって分岐されて複数の電場増強素子30に照射される。各々の電場増強素子30の金属微細構造体34近傍で増強電場が励起される。標的物質から放射されたレイリー散乱光とラマン散乱光とは、増強電場によって増強され、レンズ40,50(図1参照)、レイリー光を遮断する光学フィルター62(図1参照)、および分光素子64を経由して受光素子66へ入ってくる。レイリー散乱光を遮断するための光学フィルター62を経由することで、表面増強ラマン散乱光だけが分光素子64へ入る。分光素子64として、ファブロペリー共振を利用した波長可変エタロンを採用する場合には、透過する光の帯域(λ〜λ)と半値幅とが設定されており、λから始まって半値幅ずつ順次透過する波長を変化させて、λまで繰返し受光素子66で受光された半値幅の光信号の強度を、受光回路266において電気信号へ変
換し、信号処理制御部200に出力する。具体的には、CPU201から波長可変エタロン駆動回路264に信号が出力されて、波長可変エタロン駆動回路264で波長可変エタロン64に印加する電圧を変化させることにより、透過する波長を変化させることができる。このようにすることで、検出されたSERS光(ラマン散乱光)のスペクトルが得られることになる。
Next, the light source 10 is driven by the light source driving circuit 210 in accordance with a signal from the CPU 201 to emit light. This light is branched by the optical branching element 20 (see FIG. 1) and irradiated to the plurality of electric field enhancing elements 30. An enhanced electric field is excited in the vicinity of the metal microstructure 34 of each electric field enhancing element 30. Rayleigh scattered light and Raman scattered light radiated from the target substance are enhanced by the enhanced electric field, and the lenses 40 and 50 (see FIG. 1), the optical filter 62 (see FIG. 1) for blocking the Rayleigh light, and the spectroscopic element 64. Then, the light enters the light receiving element 66. By passing through the optical filter 62 for blocking Rayleigh scattered light, only the surface-enhanced Raman scattered light enters the spectroscopic element 64. When a wavelength tunable etalon using Fabro-Perry resonance is adopted as the spectroscopic element 64, the band of transmitted light (λ A to λ B ) and the half width are set, and the half width starts from λ A by varying the wavelength of sequentially transmitted, lambda light intensity signal of the received the half-width at a repetition receiving element 66 to B, then converted into an electric signal in the light receiving circuit 266, and outputs to the signal processing control unit 200. Specifically, a signal is output from the CPU 201 to the wavelength tunable etalon driving circuit 264, and the wavelength applied by the wavelength tunable etalon driving circuit 264 is changed to change the wavelength to be transmitted. . By doing in this way, the spectrum of the detected SERS light (Raman scattered light) will be obtained.

上記のようにして得られた標的物質のSERS光のスペクトルは、例えば、信号処理制御部200のROM(Read Only Memory)203に格納されているスペクトルデータと比較して、目的の物質かどうかを判定して、物質の特定をする。その判定結果をその場に操作者に知らせるため、CPU201から表示部205へそれらの結果情報が表示される。得られた物質特定の結果を、外部へ情報として送信する場合には、予め決められたインターフェイス206の規格に基づいて接続部207から送られることになる。なお、信号処理制御部200は、図16に示すように、RAM(Random Access Memory)202を含んで構成されていてもよい。   The spectrum of the SERS light of the target substance obtained as described above is compared with, for example, spectrum data stored in a ROM (Read Only Memory) 203 of the signal processing control unit 200 to determine whether the target substance is a target substance. Determine and identify the substance. In order to notify the operator of the determination result on the spot, the result information is displayed on the display unit 205 from the CPU 201. When the obtained substance specifying result is transmitted as information to the outside, it is sent from the connection unit 207 based on a predetermined interface 206 standard. Note that the signal processing control unit 200 may include a RAM (Random Access Memory) 202 as shown in FIG.

電力供給部90としては、1次電池、2次電池などが利用できる。1次電池の場合には、規定の電圧以下になったことを、CPU201がROM203に格納されている情報と得られた1次電池の電圧情報を比較して規定以下であれば、電池交換の表示をする。操作者は、その表示を見て、1次電池を交換し、再度使用することができる。2次電池の場合には、規定の電圧以下になったことを、CPU201がROM203に格納されている情報と得られた2次電池の電圧情報を比較して規定以下であれば、充電の表示をする。操作者は、その表示を見て、接続部208に充電器を接続して規定の電圧になるまで、充電をすることで繰返し使用することができる。   As the power supply unit 90, a primary battery, a secondary battery, or the like can be used. In the case of a primary battery, the CPU 201 compares the information stored in the ROM 203 with the voltage information of the obtained primary battery, and if the voltage is less than the specified voltage, the battery is replaced. Display. The operator can see the display and replace the primary battery and use it again. In the case of a secondary battery, the CPU 201 compares the information stored in the ROM 203 with the voltage information of the obtained secondary battery to indicate that the voltage is lower than the specified voltage. do. The operator sees the display and connects the charger to the connection unit 208 to charge the battery until it reaches a specified voltage and can use it repeatedly.

ラマン分光装置100は、例えば、以下の特徴を有する。   The Raman spectroscopic device 100 has the following features, for example.

光源10と、光源10から射出される光を、複数の光に分岐する光学分岐素子20と、複数に分岐された光の各々が照射される照射領域35を有する複数の電場増強素子30と、複数の照射領域35から放射されるラマン散乱光を検出する光検出器60と、を含む。このように、ラマン分光装置100は、光検出器60を1つだけ含む。そのため、ラマン分光装置100では、複数の光検出器を含む場合に比べて、小型化を図ることができる。さらに、光検出器は比較的高価な部材であるため、ラマン分光装置100では、複数の光検出器を含む場合に比べて、低コスト化を図ることができる。   A light source 10, an optical branch element 20 that branches light emitted from the light source 10 into a plurality of lights, and a plurality of electric field enhancement elements 30 each having an irradiation region 35 irradiated with each of the plurality of light branches. And a photodetector 60 that detects Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions 35. As described above, the Raman spectroscopic device 100 includes only one photodetector 60. Therefore, the Raman spectroscopic device 100 can be downsized as compared with a case where a plurality of photodetectors are included. Furthermore, since the photodetector is a relatively expensive member, the Raman spectroscopic device 100 can achieve cost reduction as compared with the case where a plurality of photodetectors are included.

さらに、ラマン分光装置100では、複数の電場増強素子30を有しているため、例えば電場増強素子30の一部が劣化した場合、その劣化した部分を有する電場増強素子30のみを交換することができる。例えば後述するラマン分光装置300のように(図17参照)、複数の照射領域35を有する1つの電場増強素子30が設けられている場合は、電場増強素子30の一部が劣化した場合は、面積の大きな電場増強素子30を交換しなければならす、コストが高くなる場合がある。   Furthermore, since the Raman spectroscopic device 100 includes a plurality of electric field enhancement elements 30, for example, when a part of the electric field enhancement element 30 deteriorates, only the electric field enhancement element 30 having the deteriorated part can be replaced. it can. For example, as in a Raman spectroscopic device 300 described later (see FIG. 17), when one electric field enhancing element 30 having a plurality of irradiation regions 35 is provided, when a part of the electric field enhancing element 30 deteriorates, The electric field enhancing element 30 having a large area must be replaced, which may increase the cost.

なお、ラマン分光装置100では、光源10を複数有していない。そのため、ラマン分光装置100では、光源を複数有している場合に比べて、より正確に標的物質を検出することができる。例えば光源を複数有している場合は、それぞれの単色光源の波長が僅かでも異なっていると、検出されるラマン散乱光の波長もずれることになり、正確な検出ができなくなる場合がある。これは、ラマン分光は、励起光からの波長のずれをラマンシフトとしてスペクトルを取得するものであり、励起光のばらつきは、ラマンシフトのばらつきになるためである。   Note that the Raman spectroscopic device 100 does not include a plurality of light sources 10. Therefore, the Raman spectroscopic device 100 can detect the target substance more accurately than in the case where a plurality of light sources are provided. For example, when there are a plurality of light sources, if the wavelength of each monochromatic light source is slightly different, the wavelength of the Raman scattered light to be detected is also shifted, and accurate detection may not be possible. This is because Raman spectroscopy obtains a spectrum using a wavelength shift from the excitation light as a Raman shift, and variations in the excitation light become variations in the Raman shift.

ラマン分光装置100では、複数の照射領域35のうちの第1照射領域135に白色光
を照射したときに得られる第1反射スペクトルS1は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの標的物質1に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長λ1に、第1吸収領域A1を有し、複数の照射領域35のうちの第2照射領域235に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルS2は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの標的物質1に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長λ2に、第4吸収領域A4を有する。そのため、ラマン分光装置100では、波長λ1,λ2で、電場増強素子30によって電場を増強させることができる。これにより、ラマン分光装置100では、第1波長λ1または第2波長λ2の一方のみで吸収領域を有する場合に比べて、標的物質を高い感度で検出することができる。
In the Raman spectroscopic device 100, the first reflection spectrum S1 obtained when the first irradiation region 135 of the plurality of irradiation regions 35 is irradiated with white light is caused by the target substance 1 of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. The second wavelength obtained by irradiating the second irradiation region 235 of the plurality of irradiation regions 35 with white light at the first wavelength λ1 corresponding to the Raman shift of the first peak. The reflection spectrum S2 has a fourth absorption region A4 at the second wavelength λ2 corresponding to the Raman shift of the second peak caused by the target substance 1 of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. Therefore, in the Raman spectroscopic device 100, the electric field can be enhanced by the electric field enhancing element 30 at the wavelengths λ1 and λ2. Thereby, in the Raman spectroscopic device 100, the target substance can be detected with higher sensitivity than in the case where the absorption region is provided only in one of the first wavelength λ1 and the second wavelength λ2.

さらに、ラマン分光装置100では、試料に複数の例えば、試料に2種類の標的物質(第1標的物質、第2標的物質)が含まれている場合、複数の照射領域35のうちの第1照射領域135に白色光を照射したときに得られる第1反射スペクトルS1は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの第1標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長λ1に、第1吸収領域A1を有し、複数の照射領域35のうちの第2照射領域235に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルS2は、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの第2標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長λ2に、第4吸収領域A4を有する。そのため、ラマン分光装置100では、試料中に複数種類の標的物質が含まれている場合でも、同時に標的物質(第1標的物質および第2標的物質)を検出することができる。   Further, in the Raman spectroscopic device 100, when the sample includes a plurality of, for example, two types of target substances (first target substance and second target substance), the first irradiation in the plurality of irradiation regions 35 is performed. The first reflection spectrum S1 obtained when the region 135 is irradiated with white light has a first wavelength λ1 corresponding to the Raman shift of the first peak due to the first target substance in the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. The second reflection spectrum S2 that has the first absorption region A1 and is obtained when the second irradiation region 235 of the plurality of irradiation regions 35 is irradiated with white light is the second of the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. The fourth absorption region A4 is provided at the second wavelength λ2 corresponding to the Raman shift of the second peak caused by the target substance. Therefore, the Raman spectroscopic device 100 can simultaneously detect the target substance (the first target substance and the second target substance) even when a plurality of types of target substances are included in the sample.

ラマン分光装置100では、第1反射スペクトルS1は、光源10から射出される光LINの波長λINに第1吸収領域A1を有し、第2反射スペクトルS2は、光源10から射出される光LINの波長λINに第3吸収領域A3を有する。そのため、ラマン分光装置100では、波長λINで、電場増強素子30によって電場を増強させることができる。これにより、ラマン分光装置100では、標的物質をより高い感度で検出することができる。 In Raman spectroscopy apparatus 100, the first reflection spectrum S1 has a first absorbing region A1 to the wavelength lambda IN of the light L IN emitted from the light source 10, a second reflection spectrum S2, the light emitted from the light source 10 The third absorption region A3 is provided at the wavelength λ IN of L IN . Therefore, the Raman spectrometer 100, the wavelength lambda IN, it is possible to enhance the electric field by the electric field enhancement device 30. As a result, the Raman spectroscopic device 100 can detect the target substance with higher sensitivity.

ラマン分光装置100では、光学分岐素子20は、光源10から射出される光LINを透過する透光基板21と、透光基板21に設けられ光源10から射出される光LINの少なくとも一部を反射させる反射膜25と、を有する構造体26が、複数積層されてなる。そのため、ラマン分光装置100では、例えば、反射膜25の厚さを変えることにより、第1照射領域135に照射される光の強度と、第2照射領域235に照射される光の強度と、を変えることができる。例えば図6,7に示すように、第1波長λ1における反射率が第2波長λ2における反射率よりも小さい場合は、第1照射領域135に向けて光を反射させる反射膜25の厚さを、第2照射領域235に向けて光を反射させる反射膜25の厚さよりも大きくすることにより、第1波長λ1に相当するラマンシフトのピーク強度を強めることができる。 In Raman spectroscopy apparatus 100, the optical branching element 20 includes a light-transmitting substrate 21 to transmit light L IN emitted from the light source 10, at least part of the light L IN emitted from the light source 10 provided on the translucent substrate 21 A plurality of structures 26 each having a reflective film 25 that reflects light is laminated. Therefore, in the Raman spectroscopic device 100, for example, by changing the thickness of the reflective film 25, the intensity of light irradiated to the first irradiation area 135 and the intensity of light irradiated to the second irradiation area 235 are set. Can be changed. For example, as shown in FIGS. 6 and 7, when the reflectance at the first wavelength λ 1 is smaller than the reflectance at the second wavelength λ 2, the thickness of the reflective film 25 that reflects light toward the first irradiation region 135 is set. By making the thickness larger than the thickness of the reflective film 25 that reflects light toward the second irradiation region 235, the peak intensity of the Raman shift corresponding to the first wavelength λ1 can be increased.

ラマン分光装置100では、電場増強素子30は、支持基板31と、支持基板31上に設けられた金属層32と、金属層32上に設けられた誘電体層33と、誘電体層33上に設けられた複数の金属微細構造体34と、を有する。そのため、ラマン分光装置100では、例えば、金属層32と誘電体層33との界面に励起されるPSPと、金属微細構造体34に励起されるLSPとを相互作用させて、電場増強素子30の電場を増強することができる。   In the Raman spectroscopic device 100, the electric field enhancement element 30 is formed on the support substrate 31, the metal layer 32 provided on the support substrate 31, the dielectric layer 33 provided on the metal layer 32, and the dielectric layer 33. A plurality of metal microstructures 34 provided. Therefore, in the Raman spectroscopic device 100, for example, the PSP excited at the interface between the metal layer 32 and the dielectric layer 33 and the LSP excited by the metal microstructure 34 are allowed to interact with each other, thereby The electric field can be enhanced.

ラマン分光装置100では、複数の照射領域35の各々から放射されるラマン散乱光を集光するレンズ40を含む。これにより、ラマン分光装置100では、効率よくラマン散乱光を集光することができる。   The Raman spectroscopic device 100 includes a lens 40 that collects Raman scattered light emitted from each of the plurality of irradiation regions 35. As a result, the Raman spectroscopic device 100 can efficiently collect the Raman scattered light.

ラマン分光装置100では、光検出器60は、分光素子64および受光素子66を有し、分光素子64は、エタロンである。そのため、ラマン分光装置100では、分光素子が回折格子型である場合に比べて、小型化を図ることができる。   In the Raman spectroscopic device 100, the photodetector 60 includes a spectroscopic element 64 and a light receiving element 66, and the spectroscopic element 64 is an etalon. Therefore, the Raman spectroscopic device 100 can be downsized as compared with the case where the spectroscopic element is a diffraction grating type.

なお、上記の例では、電場増強素子30a,30c,30eと、電場増強素子30b,30dと、では、例えば金属微細構造体34等のパラメーターが異なることにより、照射領域135,235において、異なる反射スペクトル(第1反射スペクトルS1、第2反射スペクトルS2)を得ることができる例について説明した。しかしながら、本発明に係るラマン分光装置では、例えば複数の電場増強素子の金属微細構造等のパラメーターは、互いに同じであり、同一の反射スペクトルを得ることができてもよい。この場合、本発明に係るラマン分光装置では、照射領域35を複数設けているため、照射領域35が1つの場合に比べて、照射領域35の面積を大きくすることができる。そのため、例えば、試料中の標的物質の濃度が低く、照射領域35への標的物質の吸着確率が小さい場合でも、各照射領域35からのラマン散乱光を積算することができ、標的物質を高感度に検出することができる。   In the above example, the electric field enhancement elements 30a, 30c, and 30e and the electric field enhancement elements 30b and 30d have different reflections in the irradiation regions 135 and 235 due to different parameters of the metal microstructure 34, for example. The example which can obtain a spectrum (1st reflection spectrum S1, 2nd reflection spectrum S2) was demonstrated. However, in the Raman spectroscopic device according to the present invention, for example, the parameters such as the metal microstructures of the plurality of electric field enhancing elements may be the same, and the same reflection spectrum may be obtained. In this case, in the Raman spectroscopic device according to the present invention, since a plurality of irradiation regions 35 are provided, the area of the irradiation region 35 can be increased as compared with the case where there is one irradiation region 35. Therefore, for example, even when the concentration of the target substance in the sample is low and the adsorption probability of the target substance to the irradiation area 35 is small, the Raman scattered light from each irradiation area 35 can be integrated, and the target substance is highly sensitive. Can be detected.

2. ラマン分光装置の変形例
次に、本実施形態の変形例に係るラマン分光装置について、図面を参照しながら説明する。図17は、本実施形態の変形例に係るラマン分光装置300を模式的に示す図である。以下、本実施形態の変形例に係るラマン分光装置300において、本実施形態に係るラマン分光装置100の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
2. Next, a Raman spectroscopic device according to a modification of the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a diagram schematically showing a Raman spectroscopic device 300 according to a modification of the present embodiment. Hereinafter, in the Raman spectroscopic device 300 according to the modified example of the present embodiment, differences from the example of the Raman spectroscopic device 100 according to the present embodiment will be described, and description of similar points will be omitted.

上述したラマン分光装置100では、図1に示すように、電場増強素子30は、1つの照射領域35を有し、電場増強素子30は、複数設けられていた。   In the Raman spectroscopic device 100 described above, as shown in FIG. 1, the electric field enhancing element 30 has one irradiation region 35, and a plurality of electric field enhancing elements 30 are provided.

これに対し、ラマン分光装置300では、図17に示すように、電場増強素子30は、1つ設けられ、電場増強素子30は、複数に分岐された光の各々が照射される複数の照射領域35を有している。図示の例では、電場増強素子30は、5つの照射領域35を有している。   On the other hand, in the Raman spectroscopic device 300, as shown in FIG. 17, one electric field enhancing element 30 is provided, and the electric field enhancing element 30 has a plurality of irradiation regions irradiated with each of a plurality of branched light beams. 35. In the illustrated example, the electric field enhancing element 30 has five irradiation regions 35.

ラマン分光装置300では、第1レンズ40および第2レンズ50は、レンズアレイを構成しておらず、1つずつ設けられている。複数の照射領域35から放射されるラマン散乱光は、1つの第1レンズ40に入射する。第1レンズ40から射出される光は、第2レンズ50に入射する。   In the Raman spectroscopic device 300, the first lens 40 and the second lens 50 do not constitute a lens array, and are provided one by one. Raman scattered light radiated from the plurality of irradiation regions 35 enters one first lens 40. The light emitted from the first lens 40 enters the second lens 50.

ラマン分光装置300では、ラマン分光装置100と同様に、小型化を図ることができる。   The Raman spectroscopic device 300 can be miniaturized in the same manner as the Raman spectroscopic device 100.

3. 電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器400について、図面を参照しながら説明する。図18は、本実施形態に係る電子機器400を模式的に示す図である。電子機器400は、本発明に係るラマン分光装置を含むことができる。以下では、本発明に係るラマン分光装置としてラマン分光装置100を含む例について説明する。
3. Next, an electronic device 400 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 18 is a diagram schematically illustrating an electronic apparatus 400 according to the present embodiment. The electronic apparatus 400 can include a Raman spectroscopic device according to the present invention. Hereinafter, an example including the Raman spectroscopic device 100 as a Raman spectroscopic device according to the present invention will be described.

電子機器400は、図18に示すように、ラマン分光装置100と、光検出器60からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部410と、健康医療情報を記憶する記憶部420と、健康医療情報を表示する表示部430と、を含む。   As shown in FIG. 18, the electronic apparatus 400 includes a Raman spectroscopic device 100, a calculation unit 410 that calculates health and medical information based on detection information from the photodetector 60, and a storage unit 420 that stores health and medical information. A display unit 430 for displaying health and medical information.

演算部410は、例えば、パーソナルコンピューター、携帯情報端末(PDA:Per
sonal Digital Assistance)であり、光検出器60から送出される検出情報(信号等)を受け取る。演算部410は、光検出器60からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する。演算された健康医療情報は、記憶部420に記憶される。
The calculation unit 410 is, for example, a personal computer, a portable information terminal (PDA: Per
(Sonical Digital Assistance) and receives detection information (signals, etc.) transmitted from the photodetector 60. The calculation unit 410 calculates health care information based on the detection information from the photodetector 60. The calculated health and medical information is stored in the storage unit 420.

記憶部420は、例えば、半導体メモリー、ハードディスクドライブ等であり、演算部410と一体的に構成されてもよい。記憶部420に記憶された健康医療情報は、表示部430に送出される。   The storage unit 420 is, for example, a semiconductor memory, a hard disk drive, or the like, and may be configured integrally with the calculation unit 410. The health care information stored in the storage unit 420 is sent to the display unit 430.

表示部430は、例えば、表示板(液晶モニター等)、プリンター、発光体、スピーカー等により構成されている。表示部430は、演算部410によって演算された健康医療情報等に基づいて、ユーザーがその内容を認識できるように、表示または発報する。   The display unit 430 includes, for example, a display board (liquid crystal monitor or the like), a printer, a light emitter, a speaker, and the like. The display unit 430 displays or issues information based on the health care information calculated by the calculation unit 410 so that the user can recognize the contents.

健康医療情報としては、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、および抗原・抗体から選択される少なくとも1種の生体関連物質、または、無機分子および有機分子から選択される少なくとも1種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含むことができる。   The health information includes the presence or amount of at least one biological substance selected from bacteria, viruses, proteins, nucleic acids, and antigens / antibodies, or at least one compound selected from inorganic molecules and organic molecules. Information about can be included.

電子機器400では、ラマン分光装置100を含む。そのため、電子機器400では、小型化を図ることができる。   The electronic apparatus 400 includes the Raman spectroscopic device 100. Therefore, the electronic device 400 can be downsized.

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。   The above-described embodiments and modifications are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, it is possible to appropriately combine each embodiment and each modification.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

1 標的物質、2 支持部、3 透光部分、9 レジスト層、10 光源、20 光学分岐素子、21 透光基板、22 第1面、23,23a,23b,23c,23d,23e 第2面、24 第3面、25 反射膜、26 構造体、30,30a,30b,30c,30d,30e 電場増強素子、31 支持基板、32 金属層、33 誘電体層、34 金属微細構造体、34a 金属層、35 照射領域、40 第1レンズ、42 第1レンズアレイ、50 第2レンズ、52 第2レンズアレイ、60 光検出器、62 光学フィルター、64 分光素子、66 受光素子、70 流路、72 内壁、74 入口、76 出口、78 開口部、80 吸引手段、90 電力供給部、101 レーザー光源、102 シャッター、103 ミラー、104 ハーフミラー、105 対物レンズ、106 ピンホール、107 マスク、108 CCDカメラ、109 モニター、120,122 パターン、130 基板、135 第1照射領域、200 信号処理制御部、201 CPU、202 RAM、203 ROM、204 操作パネル、205
表示部、206 インターフェイス、207,208 接続部、210 光源駆動回路、235 第2照射領域、264 波長可変エタロン駆動回路、266 受光回路、280 吸引手段駆動回路、300 ラマン分光装置、400 電子機器、410 演算部、420 記憶部、430 表示部、601,602 透明基材、603,604 ハーフミラー、641 上部基板、642 下部基板、643 接合部、644 静電アクチュエーター、645,646 ハーフミラー、647 電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Target substance, 2 Support part, 3 Light transmission part, 9 Resist layer, 10 Light source, 20 Optical branching element, 21 Light transmission board | substrate, 22 1st surface, 23, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e 2nd surface, 24, 3rd surface, 25 reflective film, 26 structure, 30, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e electric field enhancing element, 31 support substrate, 32 metal layer, 33 dielectric layer, 34 metal microstructure, 34a metal layer , 35 Irradiation area, 40 First lens, 42 First lens array, 50 Second lens, 52 Second lens array, 60 Photo detector, 62 Optical filter, 64 Spectroscopic element, 66 Light receiving element, 70 Flow path, 72 Inner wall , 74 inlet, 76 outlet, 78 opening, 80 suction means, 90 power supply unit, 101 laser light source, 102 shutter, 103 mirror, 104 half mirror, 105 objective 'S, 106 pinhole, 107 masks, 108 CCD camera, 109 monitor, 120 and 122 patterns, 130 the substrate, 135 a first irradiation region, 200 the signal processing control unit, 201 CPU, 202 RAM, 203 ROM, 204 operation panel, 205
Display unit, 206 interface, 207, 208 connection unit, 210 light source driving circuit, 235 second irradiation region, 264 wavelength variable etalon driving circuit, 266 light receiving circuit, 280 suction means driving circuit, 300 Raman spectroscopic device, 400 electronic device, 410 Arithmetic unit, 420 storage unit, 430 display unit, 601, 602 transparent base material, 603, 604 half mirror, 641 upper substrate, 642 lower substrate, 643 joint unit, 644 electrostatic actuator, 645, 646 half mirror, 647 electrode

Claims (11)

光源と、
前記光源から射出される光を、複数の光に分岐する光学分岐素子と、
前記複数に分岐された光の各々が照射される照射領域を有する複数の前記電場増強素子と、
複数の前記照射領域から放射されるラマン散乱光を検出する光検出器と、
を含む、ラマン分光装置。
A light source;
An optical branching element that branches light emitted from the light source into a plurality of lights;
A plurality of the electric field enhancing elements each having an irradiation region irradiated with each of the plurality of branched light beams;
A photodetector for detecting Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions;
Including a Raman spectroscopic apparatus.
光源と、
前記光源から射出される光を、複数の光に分岐する光学分岐素子と、
前記複数に分岐された光の各々が照射される複数の照射領域を有する前記電場増強素子と、
複数の前記照射領域から放射されるラマン散乱光を検出する光検出器と、
を含む、ラマン分光装置。
A light source;
An optical branching element that branches light emitted from the light source into a plurality of lights;
The electric field enhancing element having a plurality of irradiation regions irradiated with each of the plurality of branched light beams;
A photodetector for detecting Raman scattered light emitted from the plurality of irradiation regions;
Including a Raman spectroscopic apparatus.
請求項1または2において、
標的物質を検出可能なラマン分光装置であって、
複数の前記照射領域のうちの前記第1照射領域に白色光を照射したときに得られる第1反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長に吸収領域を有し、
複数の前記照射領域のうちの前記第2照射領域に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長に吸収領域を有する、ラマン分光装置。
In claim 1 or 2,
A Raman spectroscopic device capable of detecting a target substance,
The first reflection spectrum obtained when the first irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light has a Raman shift of the first peak due to the target substance in the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. Having an absorption region at a first wavelength corresponding to
The second reflection spectrum obtained when the second irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light is a Raman shift of the second peak due to the target substance in the Raman spectrum obtained from the Raman scattered light. Raman spectrometer having an absorption region at the second wavelength corresponding to.
請求項1または2において、
第1標的物質と第2標的物質とを検出可能なラマン分光装置であって、
複数の前記照射領域のうちの前記第1照射領域に白色光を照射したときに得られる第1反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記第1標的物質に起因する第1ピークのラマンシフトに対応する第1波長に吸収領域を有し、
複数の前記照射領域のうちの前記第2照射領域に白色光を照射したときに得られる第2反射スペクトルは、ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルの前記第2標的物質に起因する第2ピークのラマンシフトに対応する第2波長に吸収領域を有する、ラマン分光装置。
In claim 1 or 2,
A Raman spectroscopic device capable of detecting a first target substance and a second target substance,
A first reflection spectrum obtained when white light is irradiated on the first irradiation region of the plurality of irradiation regions is a first peak due to the first target substance in the Raman spectrum obtained from Raman scattered light. Having an absorption region at the first wavelength corresponding to the Raman shift;
The second reflection spectrum obtained when the second irradiation region of the plurality of irradiation regions is irradiated with white light has a second peak caused by the second target substance in the Raman spectrum obtained from Raman scattered light. A Raman spectroscopic device having an absorption region at a second wavelength corresponding to a Raman shift.
請求項1ないし4のいずれか1項において、
前記第1反射スペクトルは、前記光源から射出される光の波長に吸収領域を有し、
前記第2反射スペクトルは、前記光源から射出される光の波長に吸収領域を有する、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The first reflection spectrum has an absorption region at a wavelength of light emitted from the light source,
The second reflection spectrum is a Raman spectroscopic device having an absorption region at a wavelength of light emitted from the light source.
請求項1ないし5のいずれか1項において、
前記光学分岐素子は、
前記光源から射出される光を透過する第1基板と、前記第1基板に設けられ前記光源から射出される光の少なくとも一部を反射させる反射膜と、を有する構造体が、複数積層されてなる、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The optical branch element is:
A plurality of structures each including a first substrate that transmits light emitted from the light source and a reflective film that is provided on the first substrate and reflects at least part of the light emitted from the light source are stacked. The Raman spectrometer.
請求項1ないし6のいずれか1項において、
前記電場増強素子は、
第2基板と、
前記第2基板上に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層上に設けられた複数の金属微細構造体と、
を有する、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The electric field enhancing element is
A second substrate;
A metal layer provided on the second substrate;
A dielectric layer provided on the metal layer;
A plurality of metal microstructures provided on the dielectric layer;
A Raman spectroscopic apparatus.
請求項1ないし7のいずれか1項において、
複数の前記照射領域の各々から放射されるラマン散乱光を集光するレンズを含む、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A Raman spectroscopic device including a lens that collects Raman scattered light emitted from each of the plurality of irradiation regions.
請求項1ないし8のいずれか1項において、
前記光検出器は、分光素子および受光素子を有し、
前記分光素子は、エタロンである、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The photodetector has a spectroscopic element and a light receiving element,
The Raman spectroscopic device, wherein the spectroscopic element is an etalon.
請求項1ないし9のいずれか1項において、
前記光源から射出される光は、単一波長で、かつ直線偏光の光である、ラマン分光装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The light emitted from the light source is a Raman spectroscopic device having a single wavelength and linearly polarized light.
請求項1ないし10のいずれか1項に記載のラマン分光装置と、
前記光検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
前記健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を含む、電子機器。
The Raman spectroscopic device according to any one of claims 1 to 10,
A computing unit that computes health and medical information based on detection information from the photodetector;
A storage unit for storing the health care information;
A display unit for displaying the health care information;
Including electronic equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113670889A (en) * 2021-06-25 2021-11-19 张玉芝 Gas comprehensive detection device

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