JP3365809B2 - Measurement device using surface plasmon resonance - Google Patents

Measurement device using surface plasmon resonance

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JP3365809B2
JP3365809B2 JP05429693A JP5429693A JP3365809B2 JP 3365809 B2 JP3365809 B2 JP 3365809B2 JP 05429693 A JP05429693 A JP 05429693A JP 5429693 A JP5429693 A JP 5429693A JP 3365809 B2 JP3365809 B2 JP 3365809B2
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悦夫 篠原
聖二 近藤
隆之 岡本
一郎 山口
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    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、測定試料の状態を高
感度に測定する表面プラズモン共鳴を利用した測定装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring apparatus using surface plasmon resonance for measuring the state of a measurement sample with high sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、誘電体試料の表面近傍の情報や誘
電体薄膜の膜厚分布を高感度に測定する装置として、表
面プラズモン共鳴を利用した測定装置がいくつか開発さ
れている。
2. Description of the Related Art In recent years, several measuring devices utilizing surface plasmon resonance have been developed as devices for measuring information near the surface of a dielectric sample and film thickness distribution of a dielectric thin film with high sensitivity.

【0003】例えば、「Thin Solid Films,187,(1990)3
49−356」には、ラングミュアーブロジェット膜(LB
膜)を試料として、平行光で表面プラズモンを誘起さ
せ、その反射光の強度分布を検出してLB膜の膜厚分布
を観察したことが報告されている。また、「光学,19,(1
990)682−686」には、玉葱を試料として、収束光で表面
プラズモンを誘起させ、その反射光強度の角度分布を一
次元イメージセンサを用いて検出すると共に、試料をX
Yステージにより二次元走査しながら、その角度分布を
色分けしてマッピングすることで、玉葱の表面細胞を擬
似カラー像として観察したことが報告されている。
For example, "Thin Solid Films, 187, (1990) 3
49-356 ”includes Langmuir Blodgett film (LB
It has been reported that the surface plasmon was induced by parallel light using a film) as a sample, and the intensity distribution of the reflected light was detected to observe the film thickness distribution of the LB film. Also, `` Optics, 19, (1
990) 682-686 ", the onion is used as a sample, surface plasmons are induced by converging light, and the angular distribution of the reflected light intensity is detected using a one-dimensional image sensor.
It has been reported that the onion surface cells were observed as a pseudo-color image by mapping the angular distribution by color coding while performing two-dimensional scanning with the Y stage.

【0004】この種の測定装置では、一般に、光学プリ
ズムを用いて表面プラズモンを励起するようにしてお
り、そのプリズムの配置例として、「Z.Physik,216,398
(1968)」に報告されているように、プリズムと金属とを
1μm以下のわずかな間隙を挟んで対向させたオット
(Otto)配置と、「Z.Physik,241,313(1971)」に報告さ
れているように、プリズムに薄膜上の金属を直接付けた
クレッシュマン(Kretschmann)配置とがある。
In this type of measuring apparatus, generally, an optical prism is used to excite surface plasmons. As an example of the arrangement of the prism, "Z. Physik, 216, 398" is used.
(1968) ”, an Otto arrangement in which a prism and a metal face each other with a small gap of 1 μm or less, and“ Z.Physik, 241,313 (1971) ”reported. As described above, there is a Kretschmann arrangement in which a metal on a thin film is directly attached to a prism.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】表面プラズモン共鳴を
利用した測定装置は、生体膜、合成二分子膜やLB膜の
ような擬似生体膜、および液晶性の配向膜等の有機薄膜
の状態を高感度で観察できる特長を有している。
A measuring apparatus utilizing surface plasmon resonance is capable of improving the state of a biological membrane, a pseudo-biological membrane such as a synthetic bilayer membrane or an LB membrane, and an organic thin film such as a liquid crystal alignment layer. It has the feature that it can be observed with sensitivity.

【0006】ところが、上記のような有機薄膜は、ある
傾きをもって配向している場合が多いため、上記の文献
「Thin Solid Films,187,(1990)349−356 」、「光学,1
9,(1990) 682−686」に開示のように、一方向からのみ
光を入射させる構成では、分子が配向していることによ
って生じる光学異方性を検出することができないという
問題がある。
However, since the organic thin film as described above is often oriented with a certain inclination, the above-mentioned document "Thin Solid Films, 187, (1990) 349-356", "Optics, 1".
As disclosed in "(9) (1990) 682-686", there is a problem in that the optical anisotropy caused by the molecules being oriented cannot be detected in the configuration in which light is incident only from one direction.

【0007】この発明は、上述した問題点を解決すべく
なされたもので、その第1の目的は、オット配置を用い
て測定試料の分子の配向状態を検出し得るよう適切に構
成した表面プラズモン共鳴を利用した測定装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its first object is to provide a surface plasmon that is appropriately configured so as to detect the orientation state of molecules of a measurement sample by using the Ot arrangement. It is to provide a measuring device that utilizes resonance.

【0008】第2の目的は、クレッシュマン配置を用い
て測定試料の分子の配向状態を検出し得るよう適切に構
成した表面プラズモン共鳴を利用した測定装置を提供す
ることにある。
A second object of the present invention is to provide a measuring apparatus utilizing surface plasmon resonance, which is appropriately constructed so as to detect the orientation state of molecules of a measuring sample by using the Creshmann arrangement.

【0009】[0009]

【問題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るため、この発明では、金属の表面に測定試料を保持す
るとともに、この測定試料の上方に空気の誘電体を介し
て光学プリズムを配置し、この光学プリズムに全反射の
条件で偏光光を入射した際に生じるエバネッセント光に
よって前記金属の表面に表面プラズモン共鳴を誘起さ
せ、その反射光を検出して前記測定試料の状態を測定す
るようにした表面プラズモンを利用した測定装置におい
て、前記金属を回転可能な回転ステージ上に保持し、こ
の回転ステージにより前記測定試料に対する光の入射面
を回転させて、該測定試料の配向状態を測定し得るよう
構成する。
In order to achieve the first object, in the present invention, a measurement sample is held on a metal surface, and an optical prism is provided above the measurement sample via an air dielectric. Arranged, the surface plasmon resonance is induced on the surface of the metal by the evanescent light generated when polarized light is incident on the optical prism under the condition of total reflection, and the reflected light is detected to measure the state of the measurement sample. In the measuring device using the surface plasmon, the metal is held on a rotatable rotary stage, and the incident surface of light on the measurement sample is rotated by this rotary stage to measure the orientation state of the measurement sample. To be configured.

【0010】上記第2の目的を達成するため、この発明
では、特定波長の光に対して透明な基板の一方の表面
に、少なくとも金属薄膜を介して測定試料を保持し、前
記基板の他方の表面に光学プリズムを保持して、この光
学プリズムおよび前記基板を介して前記金属薄膜に全反
射の条件で偏光光を入射して表面プラズモン共鳴を誘起
させ、その反射光を検出して前記測定試料の状態を測定
するようにした表面プラズモンを利用した測定装置にお
いて、前記基板を回転可能な回転ステージ上に保持し、
この回転ステージにより前記測定試料に対する光の入射
面を回転させて、該測定試料の配向状態を測定し得るよ
う構成する。
In order to achieve the above second object, according to the present invention, a measurement sample is held on at least one surface of a substrate transparent to light of a specific wavelength through at least a metal thin film, and the other of the substrates is held. An optical prism is held on the surface, polarized light is incident on the metal thin film through the optical prism and the substrate under conditions of total reflection to induce surface plasmon resonance, and the reflected light is detected to measure the measurement sample. In a measuring device using surface plasmon that is adapted to measure the state of, holding the substrate on a rotatable rotary stage,
The rotation stage is configured to rotate the light incident surface on the measurement sample so that the orientation state of the measurement sample can be measured.

【0011】[0011]

【作用】上記第1の発明においては、測定試料は、回転
ステージによって回転されることになる。したがって、
光の照射スポットを回転ステージの回転軸に合わせれ
ば、光の入射面を回転させることができ、これにより測
定部位の配向性を検出することが可能となる。
In the first aspect of the invention, the measurement sample is rotated by the rotary stage. Therefore,
By aligning the light irradiation spot with the rotation axis of the rotary stage, the light incident surface can be rotated, and thus the orientation of the measurement site can be detected.

【0012】また、第2の発明においては、測定試料
は、基板、金属薄膜および光学プリズムと一体に回転ス
テージによって回転されることになる。したがって、光
学プリズムとして円錐形状または半球形状のプリズムを
用い、測定試料に対する光の照射スポットを回転ステー
ジの回転軸に合わせれば、光の入射面を回転させること
ができ、これにより測定部位の配向性を検出することが
可能となる。
Further, in the second invention, the measurement sample is rotated by the rotary stage integrally with the substrate, the metal thin film and the optical prism. Therefore, if a conical or hemispherical prism is used as the optical prism and the irradiation spot of the light on the measurement sample is aligned with the rotation axis of the rotating stage, the light incident surface can be rotated. Can be detected.

【0013】[0013]

【実施例】図1は、この発明に関連して開発した測定装
置の第1参考例を示す断面図である。この測定装置1
は、オット配置を用いて金属表面上の誘電体薄膜を測定
するもので、測定誘電体薄膜2は金属3の一方の表面に
接触させて保持する。この金属3は、XYステージ4に
配置した圧電体5上に保持する。誘電体薄膜2の上方に
は、わずかな間隙を介して光学プリズム6を配置し、こ
の光学プリズム6に、単色レーザー光源7から偏光板
8、ビームエキスパンダ9、絞り10および集光レンズ
11を経てP偏光の収束光を入射し、これにより生じた
エバネッセント光によって金属3の表面に表面プラズモ
ン共鳴を誘起させ、その反射光をNDフィルタ12およ
びシリンドリカルレンズ13を経て、その焦平面上に配
置した一次元フォトダイオードアレイ14で検出して反
射光の強度分布を求める。
1 is a sectional view showing a first reference example of a measuring apparatus developed in connection with the present invention. This measuring device 1
Is to measure a dielectric thin film on a metal surface using an Ot arrangement, and the measured dielectric thin film 2 is held in contact with one surface of the metal 3. The metal 3 is held on the piezoelectric body 5 arranged on the XY stage 4. An optical prism 6 is arranged above the dielectric thin film 2 with a slight gap, and a monochromatic laser light source 7 to a polarizing plate 8, a beam expander 9, a diaphragm 10 and a condenser lens 11 are arranged in the optical prism 6. Then, the P-polarized convergent light is incident thereon, the evanescent light generated thereby induces surface plasmon resonance on the surface of the metal 3, and the reflected light is arranged on the focal plane thereof through the ND filter 12 and the cylindrical lens 13. The intensity distribution of the reflected light is obtained by detecting with the one-dimensional photodiode array 14.

【0014】ここで、一次元フォトダイオードアレイ1
4は、その各素子が光の反射角に対応するので、各素子
の出力に基づいて表面プラズモン共鳴により発生した反
射光が最小となる素子を検知し、その素子位置から吸収
ピークの反射角を求めて、表面プラズモン共鳴が生じる
入射角、すなわち共鳴角を検出する。
Here, the one-dimensional photodiode array 1
4 indicates that each element corresponds to the reflection angle of light, so that the element that minimizes the reflected light generated by surface plasmon resonance is detected based on the output of each element, and the reflection angle of the absorption peak is calculated from the element position. Then, the incident angle at which the surface plasmon resonance occurs, that is, the resonance angle is detected.

【0015】XYステージ4および圧電体5は、図示し
ないパーソナルコンピュータ等の制御装置により制御し
て、XYステージ4をパルスモータ(図示せず)を介し
て二次元駆動することにより誘電体薄膜2を二次元走査
すると共に、そのXまたはY方向の1ステップの移動毎
に、圧電体5によって最適な表面プラズモン共鳴が生じ
る条件(反射率の入射角依存性を測定した曲線が、谷が
深く半値幅が狭い曲線となる条件)になるように、光学
プリズム6と金属3との距離を調節する。また、一次元
フォトダイオードアレイ14の出力は、A/D変換した
後、図示しない信号処理装置に取り込み、ここで角度分
布を色分けしてマッピングし、濃淡像や擬似カラー像と
してCRT(図示せず)上に表示する。
The XY stage 4 and the piezoelectric body 5 are controlled by a control device such as a personal computer (not shown), and the XY stage 4 is two-dimensionally driven via a pulse motor (not shown), so that the dielectric thin film 2 is removed. A condition in which optimum surface plasmon resonance is generated by the piezoelectric body 5 every two-dimensional scanning and one step movement in the X or Y direction (the curve measuring the incident angle dependence of reflectance shows a deep valley and a half width. Is set to be a narrow curve), the distance between the optical prism 6 and the metal 3 is adjusted. The output of the one-dimensional photodiode array 14 is A / D-converted and then taken into a signal processing device (not shown), where the angle distribution is color-coded and mapped, and a CRT (not shown) is displayed as a grayscale image or a pseudo-color image. ) Display above.

【0016】図1において、誘電体薄膜2は、膜厚が入
射光の波長以下である必要がある。また、金属3は、
「表面,20,6,(1982) 289−304 」に記載されているよう
に、複素誘電率の実部が負で大きなAg, Au, Cu, Zn, A
l, K が望ましく、虚部との大きさの関係から、特にPd,
Ni, Feは望ましくない。また、金属3は、合金組成で
構成することもできるが、AgにPdを混合した場合には、
表面プラズモン共鳴が消失するため、この合金の仕様は
好ましくない。さらに、金属3は、金属板や電極などの
バルクの金属、蒸着やスパッタリングやプラズマCVD
等によって形成した薄膜、例えどCr膜を極めて薄く形成
し、その上にAu等を形成した多層膜、等をもって構成す
ることもできる。
In FIG. 1, the dielectric thin film 2 needs to have a film thickness equal to or less than the wavelength of incident light. Also, the metal 3 is
As described in "Surface, 20, 6, (1982) 289-304", the real part of complex permittivity is negative and large, Ag, Au, Cu, Zn, A
l and K are desirable, especially Pd, from the relationship with the size of the imaginary part.
Ni and Fe are not desirable. Further, the metal 3 can be composed of an alloy composition, but when Pd is mixed with Ag,
The specification of this alloy is not preferred because the surface plasmon resonance disappears. Further, the metal 3 is a bulk metal such as a metal plate or an electrode, vapor deposition, sputtering or plasma CVD.
It is also possible to form a thin film formed by, for example, a Cr film, for example, an extremely thin film, and a multilayer film in which Au or the like is formed thereon.

【0017】なお、図1において、単色レーザー光源7
は、ランダム偏光の光を放射するもの、または直線偏光
の光を放射するもののどちらでもよいが、直線偏光の光
を放射するものを用いる場合には、偏光板8を省略する
ことができる。また、単色レーザー光源7に代えて、光
源として白色光源を用い、その白色光をモノクロメータ
で単色光にして用いることもできる。さらに、絞り1
0、NDフィルタ12、シリンドリカルレンズ13は、
省略することもできる。
In FIG. 1, the monochromatic laser light source 7 is used.
May be one that emits randomly polarized light or one that emits linearly polarized light. However, if one that emits linearly polarized light is used, the polarizing plate 8 can be omitted. Further, instead of the monochromatic laser light source 7, a white light source may be used as a light source, and the white light may be converted into monochromatic light by a monochromator. Furthermore, diaphragm 1
0, the ND filter 12, the cylindrical lens 13,
It can be omitted.

【0018】図1に示した測定装置1によれば、光学プ
リズム6と金属3との間隔を、圧電体5を設ける簡単な
構成でナノメートルレベルで制御することができるの
で、オット配置を用いての測定を容易に行うことができ
る。
According to the measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, the distance between the optical prism 6 and the metal 3 can be controlled at the nanometer level with a simple structure in which the piezoelectric body 5 is provided. All measurements can be performed easily.

【0019】図2は、この発明の第1実施例を示す断面
図である。この測定装置20は、図1に示した測定装置
1において、そのXYステージ4を回転ステージ21上
に設けたものである。ここで、回転ステージ21は、そ
の回転軸を、光学プリズム6の誘電体薄膜2と対向する
部分に形成される照射光のスポットの中心と一致させ
る。
FIG. 2 is a sectional view showing the first embodiment of the present invention. The measuring apparatus 20 is the measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 in which the XY stage 4 is provided on a rotary stage 21. Here, the rotation stage 21 has its rotation axis aligned with the center of a spot of irradiation light formed in a portion of the optical prism 6 facing the dielectric thin film 2.

【0020】この実施例によれば、誘電体薄膜2をXY
ステージ4で二次元走査して、その膜状態を画像化して
測定した後、配向状態を測定したい部位に入射光が照射
されるようにXYステージを移動させて回転ステージ2
1を回転させることにより、光が入射する面を回転させ
て測定部位の配向性を検出することができる。
According to this embodiment, the dielectric thin film 2 is XY
After two-dimensionally scanning with the stage 4, the film state is imaged and measured, and then the XY stage is moved to move the XY stage so that incident light is radiated to the site where the orientation state is to be measured.
By rotating 1 the surface on which the light is incident can be rotated and the orientation of the measurement site can be detected.

【0021】図3は、この発明の第2実施例を示す断面
図である。この測定装置30は、クレッシュマン配置を
用いて金属表面上の誘電体を測定するものである。測定
誘電体試料31は、透明基板32の一方の表面に金属薄
膜33を介して保持する。透明基板32の他方の表面に
は、マッチングオイル34を介して半球形状の光学プリ
ズム35を設け、単色レーザー光源7から偏光板8、ビ
ームエキスパンダ9、絞り10、集光レンズ11、光学
プリズム35、マッチングオイル34および透明基板3
2を経て金属薄膜33にP偏光の収束光を入射して表面
プラズモン共鳴を誘起させ、その反射光をNDフィルタ
12およびシリンドリカルレンズ13を経て、その焦平
面上に配置した一次元フォトダイオードアレイ14で検
出して反射光の強度分布を求める。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention. This measuring device 30 measures the dielectric on the metal surface using the Creshmann arrangement. The measurement dielectric sample 31 is held on one surface of the transparent substrate 32 via the metal thin film 33. On the other surface of the transparent substrate 32, a hemispherical optical prism 35 is provided via a matching oil 34, and the monochromatic laser light source 7 to the polarizing plate 8, the beam expander 9, the diaphragm 10, the condenser lens 11, the optical prism 35. , Matching oil 34 and transparent substrate 3
P-polarized convergent light is made incident on the metal thin film 33 via 2 to induce surface plasmon resonance, and the reflected light is passed through the ND filter 12 and the cylindrical lens 13 and arranged on the focal plane of the one-dimensional photodiode array 14. And the intensity distribution of the reflected light is obtained.

【0022】ここで、一次元フォトダイオードアレイ1
4は、その各素子が光の反射角に対応するので、各素子
の出力に基づいて表面プラズモン共鳴により発生した反
射光が最小となる素子を検知し、その素子位置から吸収
ピークの反射角を求めて、表面プラズモン共鳴が生じる
入射角、すなわち共鳴角を検出する。
Here, the one-dimensional photodiode array 1
4 indicates that each element corresponds to the reflection angle of light, so that the element that minimizes the reflected light generated by surface plasmon resonance is detected based on the output of each element, and the reflection angle of the absorption peak is calculated from the element position. Then, the incident angle at which the surface plasmon resonance occurs, that is, the resonance angle is detected.

【0023】透明基板32はスペイサー36を介して回
転ステージ21上に配置し、光学プリズム35は誘電体
試料31に対する照射光のスポットと回転ステージ21
の回転軸とが同一の位置になるように配置する。このよ
うにして、回転ステージ21により誘電体試料31、透
明基板32、金属薄膜33および光学プリズム35を一
体に回転させることにより、光が入射する面を回転させ
て、測定部位の配向性を検出する。
The transparent substrate 32 is arranged on the rotary stage 21 via a spacer 36, and the optical prism 35 is provided with a spot of irradiation light on the dielectric sample 31 and the rotary stage 21.
Arrange them so that they are in the same position as the rotation axis of. In this way, by rotating the dielectric sample 31, the transparent substrate 32, the metal thin film 33, and the optical prism 35 integrally by the rotary stage 21, the surface on which the light is incident is rotated and the orientation of the measurement site is detected. To do.

【0024】この実施例において、金属薄膜33は、
「表面,20, 6, (1982) 289 −304 」に記載されている
ように、複素誘電率の実部が負で大きなAg, Au, Cu, Z
n, Al,K が望ましく、虚部との大きさの関係から、特に
Pd, Ni, Feは望ましくない。また、この金属薄膜33
は、合金組成で構成することもできるが、AgにPdを混合
した場合には、表面プラズモン共鳴が消失するため、こ
の合金の仕様は好ましくない。さらに、金属薄膜33
は、透明基板32への密着性を向上させるために、例え
ば透明基板31上にCu膜を極めて薄く形成し、その上に
Au膜等を形成した多層構造をもって構成してもよい。ま
た、光学プリズム35は、半球形状に限らず、円錐形状
のものを用いてもよい。
In this embodiment, the metal thin film 33 is
As described in “Surface, 20, 6, (1982) 289 −304”, the real part of the complex permittivity is negative and large Ag, Au, Cu, Z
n, Al, K are desirable, especially from the relationship of the size with the imaginary part,
Pd, Ni, Fe are not desirable. In addition, this metal thin film 33
Can be composed of an alloy composition, but when Pd is mixed with Ag, the surface plasmon resonance disappears, so the specification of this alloy is not preferable. Furthermore, the metal thin film 33
In order to improve the adhesion to the transparent substrate 32, for example, a Cu film is formed extremely thin on the transparent substrate 31 and the Cu film is formed thereon.
You may comprise by the multilayer structure which formed the Au film etc. Further, the optical prism 35 is not limited to the hemispherical shape, and a conical shape may be used.

【0025】この実施例によれば、クレッシュマン配置
の測定装置に回転ステージ21を設ける簡単な構成で、
光が入射する面を回転させて測定部位の配向性を検出す
ることができる。
According to this embodiment, the rotation stage 21 is provided in the Creshmann arrangement measuring device in a simple structure.
The orientation of the measurement site can be detected by rotating the surface on which the light is incident.

【0026】図4は、この発明に関連して開発した測定
装置の第2参考例を示す断面図である。この測定装置4
0は、図1に示した測定装置1において、一次元フォト
ダイオードアレイ14に圧電体41を接続し、この圧電
体41の伸縮により、光の反射角に対応する一次元フォ
トダイオードアレイ14の各素子の位置を微小移動させ
て、より精密な角度分解能を得るように構成したもので
ある。
FIG. 4 is a sectional view showing a second reference example of the measuring apparatus developed in relation to the present invention. This measuring device 4
In the measuring device 1 shown in FIG. 1, 0 is a piezoelectric body 41 connected to the one-dimensional photodiode array 14, and the expansion and contraction of the piezoelectric body 41 causes each one-dimensional photodiode array 14 corresponding to the reflection angle of light. The position of the element is slightly moved to obtain a more precise angular resolution.

【0027】図4では、集光レンズ11として開口数
0.28、倍率10倍の顕微鏡対物レンズを用い、光学
プリズム6としてBK−7製の60°プリズムを用い、
シリンドリカルレンズ13としてレンズ幅50mm、焦
点距離147.6mmのものを用い、一次元フォトダイ
オードアレイ14として1素子あたり9μmのフォトダ
イオードアレイと5μmのチャンネルストッパ(分離領
域)とで形成された14μmピッチの素子数2048個
のもの(松下電子工業製、MN3643D)を用いる。
In FIG. 4, a microscope objective lens having a numerical aperture of 0.28 and a magnification of 10 is used as the condenser lens 11, and a 60 ° prism made of BK-7 is used as the optical prism 6.
A cylindrical lens 13 having a lens width of 50 mm and a focal length of 147.6 mm is used, and the one-dimensional photodiode array 14 has a 14 μm pitch formed by a photodiode array of 9 μm per element and a channel stopper (separation region) of 5 μm. A device having 2048 elements (MN3643D manufactured by Matsushita Electronics Co., Ltd.) is used.

【0028】かかる構成において、一次元フォトダイオ
ードアレイ14を固定した状態では、角度分解能が0.
004°であるが、圧電体41で一次元フォトダイオー
ドアレイ14を7μm微小移動させると、角度分解能は
0.002°と2倍になり、さらに前後に3.5μm微
小移動させると、角度分解能は0.001°と4倍にな
る。したがって、一次元フォトダイオードアレイ14の
素子と素子との間に共鳴角がある場合でも、またその間
に共鳴角が移動した場合でも、正確な検出が可能とな
る。
In such a structure, when the one-dimensional photodiode array 14 is fixed, the angular resolution is 0.
Although it is 004 °, when the one-dimensional photodiode array 14 is slightly moved by 7 μm by the piezoelectric body 41, the angular resolution is doubled to 0.002 °, and when it is further moved by 3.5 μm back and forth, the angular resolution is increased. It is quadrupled to 0.001 °. Therefore, even when there is a resonance angle between the elements of the one-dimensional photodiode array 14 or when the resonance angle moves during that time, accurate detection is possible.

【0029】なお、図4において、圧電体41による一
次元フォトダイオードアレイ14の微小移動は、上記の
例に限らず、一次元フォトダイオードアレイ14の素子
のピッチ間隔と測定目的によって適宜設定することがで
きる。また、圧電素子41に代えて他の公知の変位手段
を用いて一次元フォトダイオードアレイ14を変位させ
るよう構成することもできる。
In FIG. 4, the minute movement of the one-dimensional photodiode array 14 by the piezoelectric body 41 is not limited to the above example, but may be set appropriately according to the pitch interval of the elements of the one-dimensional photodiode array 14 and the measurement purpose. You can Further, instead of the piezoelectric element 41, another known displacement means may be used to displace the one-dimensional photodiode array 14.

【0030】この発明は、上述した実施例にのみ限定さ
れるものではなく、幾多の変形または変更が可能であ
る。例えば、第1実施例では、圧電体5を用いて光学プ
リズム6と誘電体薄膜2との距離を制御するようにした
が、圧電体5に代えて公知の変位手段を用いることもで
きる。また、第2参考例のように一次元フォトダイオー
ドアレイ14を変位させる構成は、第1および第2実施
例に適用することもできる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, but various modifications and changes can be made. For example, in the first embodiment, the piezoelectric body 5 is used to control the distance between the optical prism 6 and the dielectric thin film 2, but the piezoelectric body 5 may be replaced by a known displacement means. Further, the configuration in which the one-dimensional photodiode array 14 is displaced as in the second reference example can be applied to the first and second examples.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、測定
試料を回転ステージ上に保持するという簡単な構成で、
測定試料の分子の配向状態を表面プラズモン共鳴を利用
した測定で検出することができる。
As described above, according to the present invention, the simple structure of holding the measurement sample on the rotary stage allows
The orientation state of molecules of the measurement sample can be detected by measurement using surface plasmon resonance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明に関連して開発した測定装置の第1
参考例を示す断面図である。
FIG. 1 shows a first measuring device developed in connection with the present invention.
It is sectional drawing which shows a reference example.

【図2】 この発明による測定装置の第1実施例を示す
断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment of the measuring apparatus according to the present invention.

【図3】 同じく、第2実施例を示す断面図である。FIG. 3 is likewise a sectional view showing a second embodiment.

【図4】 この発明に関連して開発した測定装置の第2
参考例を示す断面図である。
FIG. 4 shows a second measuring device developed in connection with the present invention.
It is sectional drawing which shows a reference example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 誘電体薄膜 3 金属 4 XYステージ 5 圧電体 6 光学プリズム 7 単色レーザー光源 8 偏光板 9 ビームエキスパンダ 10 絞り 11 集光レンズ 12 NDフィルタ 13 シリンドリカルレンズ 14 一次元フォトダイオードアレイ 20 測定装置 21 回転ステージ 30 測定装置 31 誘電体試料 32 透明基板 33 マッチングオイル 35 光学プリズム 36 スペーサ 2 Dielectric thin film 3 metal 4 XY stage 5 Piezoelectric body 6 Optical prism 7 Monochromatic laser light source 8 Polarizer 9 beam expander 10 aperture 11 Condensing lens 12 ND filter 13 Cylindrical lens 14 One-dimensional photodiode array 20 Measuring device 21 rotating stage 30 measuring devices 31 Dielectric sample 32 transparent substrate 33 Matching oil 35 Optical prism 36 Spacer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 聖二 東京都渋谷区幡ヶ谷2丁目43番2号 オ リンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 岡本 隆之 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究 所内 (72)発明者 山口 一郎 埼玉県和光市広沢2番1号 理化学研究 所内 (72)発明者 下村 政嗣 東京都小金井市中町2−24−48−103 (56)参考文献 特開 平2−128111(JP,A) 特開 平5−13033(JP,A) 特公 平1−22589(JP,B2) Y SUZUKI ら、「ENHAN CEMENT OF THE IR A BSORPTION OF A (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01N 21/27 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Seiji Kondo 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical Co., Ltd. (72) Inventor Takayuki Okamoto 2-1, Hirosawa, Wako, Saitama Prefecture In-house (72) Ichiro Yamaguchi 2-1-1 Hirosawa, Wako-shi, Saitama Physics and Chemistry Research Office (72) Inventor Masatsugu Shimomura 2-24-48-103 Nakamachi, Koganei-shi, Tokyo (56) Reference JP-A-2-128111 (JP, A) JP-A-5-13033 (JP, A) JP-B 1-222589 (JP, B2) Y SUZUKI et al., "ENHAN CEMENT OF THE IR A BSORPION OF A (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01N 21/27

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 金属の表面に測定試料を保持するととも
に、この測定試料の上方に空気の誘電体を介して光学プ
リズムを配置し、この光学プリズムに全反射の条件で偏
光光を入射した際に生じるエバネッセント光によって前
記金属の表面に表面プラズモン共鳴を誘起させ、その反
射光を検出して前記測定試料の状態を測定するようにし
た表面プラズモンを利用した測定装置において、 前記金属を回転可能な回転ステージ上に保持し、この回
転ステージにより前記測定試料に対する光の入射面を回
転させて、該測定試料の配向状態を測定し得るよう構成
したことを特徴とする測定装置。
1. When a measurement sample is held on the surface of a metal and an optical prism is arranged above the measurement sample via an air dielectric, when polarized light is incident on the optical prism under the condition of total reflection. In the measuring device using the surface plasmon, which induces surface plasmon resonance on the surface of the metal by the evanescent light generated in, and measures the state of the measurement sample by detecting the reflected light, the metal is rotatable. A measuring apparatus, which is configured to be held on a rotating stage, and to rotate an incident surface of light on the measuring sample by the rotating stage to measure an orientation state of the measuring sample.
【請求項2】 特定波長の光に対して透明な基板の一方
の表面に、少なくとも金属薄膜を介して測定試料を保持
し、前記基板の他方の表面に光学プリズムを保持して、
この光学プリズムおよび前記基板を介して前記金属薄膜
に全反射の条件で偏光光を入射して表面プラズモン共鳴
を誘起させ、その反射光を検出して前記測定試料の状態
を測定するようにした表面プラズモンを利用した測定装
置において、 前記基板を回転可能な回転ステージ上に保持し、この回
転ステージにより前記測定試料に対する光の入射面を回
転させて、該測定試料の配向状態を測定し得るよう構成
したことを特徴とする測定装置。
2. A measurement sample is held on one surface of a substrate transparent to light of a specific wavelength through at least a metal thin film, and an optical prism is held on the other surface of the substrate.
A surface adapted to inject polarized light into the metal thin film through the optical prism and the substrate under the condition of total reflection to induce surface plasmon resonance, and detect the reflected light to measure the state of the measurement sample. In a measuring device using plasmons, the substrate is held on a rotatable rotary stage, and the plane of incidence of light on the measurement sample is rotated by the rotation stage so that the orientation state of the measurement sample can be measured. A measuring device characterized in that
【請求項3】 前記光学プリズムを、円錐形状または半
球形状のプリズムをもって構成したことを特徴とする請
求項2記載の測定装置。
3. The measuring device according to claim 2, wherein the optical prism is a prism having a conical shape or a hemispherical shape.
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