JP3437170B2 - 光学共鳴解析システム - Google Patents
光学共鳴解析システムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学共鳴解析シス
テムに関し、具体的には、ある種のセンサ設計面及び、
解析のためにセンサを利用する照光と検知系を含む解析
システムに関する。
テムに関し、具体的には、ある種のセンサ設計面及び、
解析のためにセンサを利用する照光と検知系を含む解析
システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の応用分野での大きな動きによっ
て、センサベース機器は非常に普及している。この応用
の増大は、主に人間のゲノムプログラムのから情報が莫
大に流入することによって、特にバイオテクノロジ及び
製薬産業によって、拍車がかかっている。この大量に情
報が動く結果として、対応する新しい産業を大量生産さ
せている。いくつかの最も新しい、急速に発展している
産業は、プロテオミクス（proteomics）、即ち、蛋白
と、官能基と、ジェノミクス（genomics）が一緒になっ
たものであり、並びに、ファーミコカイネティックス
（pharmicokinetics）、即ち、研究者たちが、リセプタ
のような独特なサイト（site）に、束ねた特性を有する
合成的な総合の生産物を見つけようと企てていて、それ
は生物学上の変革的な出来事を結果としてもたらす。両
方の技術は、しっかりした且つ１日当たり何千もの標本
を処理する分析評価に依存している。これらのスピード
でこの分量の試料を処理するには、自動化行程及び小型
化が有益であることは明らかである。1つの非常に一般
的な応用は例えばDNA/DNA、DNA/RNA、RNA/RNAのハイブ
リッド形成をモニターすることであり、ずっと重要なこ
とであったが、しかし、遺伝子が発見されて病気の状態
と関連付けられるので、ハイブリッド形成の分析を必要
とする診断における遺伝子解析は、必須のものとなる。
しかし、遺伝的な関連データを判定するための情報を得
るためには、１つの試料に対して、従来の科学技術を使
用すれば何千もの検査がされる必要がある。センサ技術
の新しい発展によってこの解析時間を、週単位から時間
単位に減らすことができる。
て、センサベース機器は非常に普及している。この応用
の増大は、主に人間のゲノムプログラムのから情報が莫
大に流入することによって、特にバイオテクノロジ及び
製薬産業によって、拍車がかかっている。この大量に情
報が動く結果として、対応する新しい産業を大量生産さ
せている。いくつかの最も新しい、急速に発展している
産業は、プロテオミクス（proteomics）、即ち、蛋白
と、官能基と、ジェノミクス（genomics）が一緒になっ
たものであり、並びに、ファーミコカイネティックス
（pharmicokinetics）、即ち、研究者たちが、リセプタ
のような独特なサイト（site）に、束ねた特性を有する
合成的な総合の生産物を見つけようと企てていて、それ
は生物学上の変革的な出来事を結果としてもたらす。両
方の技術は、しっかりした且つ１日当たり何千もの標本
を処理する分析評価に依存している。これらのスピード
でこの分量の試料を処理するには、自動化行程及び小型
化が有益であることは明らかである。1つの非常に一般
的な応用は例えばDNA/DNA、DNA/RNA、RNA/RNAのハイブ
リッド形成をモニターすることであり、ずっと重要なこ
とであったが、しかし、遺伝子が発見されて病気の状態
と関連付けられるので、ハイブリッド形成の分析を必要
とする診断における遺伝子解析は、必須のものとなる。
しかし、遺伝的な関連データを判定するための情報を得
るためには、１つの試料に対して、従来の科学技術を使
用すれば何千もの検査がされる必要がある。センサ技術
の新しい発展によってこの解析時間を、週単位から時間
単位に減らすことができる。
【０００３】センサは、2つの部分から成ると説明され
る。即ち、トランスデューサ及び活性サイトである。ト
ランスデューサは、環境の変化を報告可能な装置の一部
として定義される。トランスデューサはいくつかの異な
ったモードで動作しうるが、しかし、最も一般的なもの
は光学ベースの装置である。光学ベースのトランスデュ
ーサの実例は、表面プラズモン共鳴（SPR）素子及びプ
ラナ導波管素子及び、グレーティング結合導波管素子
（grating coupled waveguide device）を含む。これら
のタイプのセンサは米国特許第4,882,288号、第4,931,3
84号、第4,992,385号及び第5,118,608号に記載されてい
て、参照のために引用される。該センサは、単一の解析
サイトと、１次元即ち線形アレイ解析サイト、あるい
は、２次元アレイ解析サイトを含む。表面プラズモン共鳴素子 表面プラズモンは、金属と誘電体との間の境界に存在し
て、表面電荷振動モードを表す。表面電荷振動は外部か
らの光により生成される金属表面上の電子振動であり、
これらの電子は自由電子のようにふるまう。表面プラズ
モン波は、エバネッセント波のように空間即ち誘電体に
延びて入り、そして、表面に沿って進む。プラズモンフ
ィールドは、マクスウェル方程式を満たし、そして、p-
偏光照光の境界条件を満たす。この境界条件は、金属の
誘電率を要求し、そして、誘電体は反対の符号を有す
る。共通の誘電体合成は正の誘電率を有するので、プラ
ズモンは、誘電率が負である金属の周波数領域に存在す
る。この状況は、外光の周波数及び低い周波数領域にお
いて起き、そこでは金属の屈折率の実数部は、その虚数
部以下である。たとえば、金、銀又はアルミニウムのよ
うな金属に対して、この周波数、即ちプラズモン周波数
はそれぞれ約5、4あるいは15eVであって、それ故、プラ
ズモン波は、紫外線（UV）、可視光線、そして赤外線領
域の周波数領域において、入手可能となる。この周波数
範囲において、表面プラズモンの波数ベクトルは外光の
それより大きいので、外光は直接表面プラズモンに作用
を及ぼすことができない。
る。即ち、トランスデューサ及び活性サイトである。ト
ランスデューサは、環境の変化を報告可能な装置の一部
として定義される。トランスデューサはいくつかの異な
ったモードで動作しうるが、しかし、最も一般的なもの
は光学ベースの装置である。光学ベースのトランスデュ
ーサの実例は、表面プラズモン共鳴（SPR）素子及びプ
ラナ導波管素子及び、グレーティング結合導波管素子
（grating coupled waveguide device）を含む。これら
のタイプのセンサは米国特許第4,882,288号、第4,931,3
84号、第4,992,385号及び第5,118,608号に記載されてい
て、参照のために引用される。該センサは、単一の解析
サイトと、１次元即ち線形アレイ解析サイト、あるい
は、２次元アレイ解析サイトを含む。表面プラズモン共鳴素子 表面プラズモンは、金属と誘電体との間の境界に存在し
て、表面電荷振動モードを表す。表面電荷振動は外部か
らの光により生成される金属表面上の電子振動であり、
これらの電子は自由電子のようにふるまう。表面プラズ
モン波は、エバネッセント波のように空間即ち誘電体に
延びて入り、そして、表面に沿って進む。プラズモンフ
ィールドは、マクスウェル方程式を満たし、そして、p-
偏光照光の境界条件を満たす。この境界条件は、金属の
誘電率を要求し、そして、誘電体は反対の符号を有す
る。共通の誘電体合成は正の誘電率を有するので、プラ
ズモンは、誘電率が負である金属の周波数領域に存在す
る。この状況は、外光の周波数及び低い周波数領域にお
いて起き、そこでは金属の屈折率の実数部は、その虚数
部以下である。たとえば、金、銀又はアルミニウムのよ
うな金属に対して、この周波数、即ちプラズモン周波数
はそれぞれ約5、4あるいは15eVであって、それ故、プラ
ズモン波は、紫外線（UV）、可視光線、そして赤外線領
域の周波数領域において、入手可能となる。この周波数
範囲において、表面プラズモンの波数ベクトルは外光の
それより大きいので、外光は直接表面プラズモンに作用
を及ぼすことができない。
【０００４】外光波がグレーティングやプリズムによっ
て表面プラズモンに結合される時、表面プラズモンの利
用は可能になる。これらの光学構成要素は、外光に更な
る波数ベクトル構成要素を提供して、外光及び表面プラ
ズモンとの間のエネルギー交換を可能にする。金属グレ
ーティング上のプラズモンは、構造の周期によって画定
される更なる横軸運動量を取り入れることによって外光
と相互に作用することができる。
て表面プラズモンに結合される時、表面プラズモンの利
用は可能になる。これらの光学構成要素は、外光に更な
る波数ベクトル構成要素を提供して、外光及び表面プラ
ズモンとの間のエネルギー交換を可能にする。金属グレ
ーティング上のプラズモンは、構造の周期によって画定
される更なる横軸運動量を取り入れることによって外光
と相互に作用することができる。
【０００５】一方で、（後ろから照明されたクレッチマ
ン（Kretchman）設計のように）プリズムのような高屈
折率材料における減衰全反射は、付加的な横軸運動量を
提供して、その結果、外側の波は真空波数ベクトルより
大きい波数ベクトルを有し、そして、プリズム中の波数
ベクトルはプラズモン波数ベクトルに適合し得るほどに
充分に大きい。
ン（Kretchman）設計のように）プリズムのような高屈
折率材料における減衰全反射は、付加的な横軸運動量を
提供して、その結果、外側の波は真空波数ベクトルより
大きい波数ベクトルを有し、そして、プリズム中の波数
ベクトルはプラズモン波数ベクトルに適合し得るほどに
充分に大きい。
【０００６】プリズム手段は金属の光学定数を判定する
ために頻繁に利用されてきた。その理由は、共振条件は
屈折率の変化によって変わるからである。グレーティン
グが表面プラズモンを促進することにおいて重要な役割
を演ずるように、これはその代わりに表面プラズモンが
グレーティング性能にある種の異常を引き起こすことを
意味する。この現象によって、表面プラズモンの理論は
また、グレーティングを研究する科学者によって発展さ
れた。
ために頻繁に利用されてきた。その理由は、共振条件は
屈折率の変化によって変わるからである。グレーティン
グが表面プラズモンを促進することにおいて重要な役割
を演ずるように、これはその代わりに表面プラズモンが
グレーティング性能にある種の異常を引き起こすことを
意味する。この現象によって、表面プラズモンの理論は
また、グレーティングを研究する科学者によって発展さ
れた。
【０００７】SPRタイプ素子は一般に、その表面で薄さ1
マイクロメートルのエバネセントフィールド領域で屈折
率の変化を計測する。活性表面は、トランスデューサの
応用分野及び特性を画定する。様々な形の表面の修正が
可能であり、例えば、高分子材料でコートされたトラン
スデューサは揮発性物質有機化合物を測定するために使
用可能であり、境界蛋白系は農薬や他の双方向分子のト
レース量を探すために使用可能であり、DNAは相補型DNA
あるいは特別なDNAサイトを結合する化合物さえ探すた
めに使用可能である。特定のセンサは、DNA標本をハイ
ブリッド形成する特定のDNAシーケンスのアレイを生成
することによって得られ得る。この技術は、一般にアレ
イハイブリッド形成（array hybridization）と呼ばれ
る。
マイクロメートルのエバネセントフィールド領域で屈折
率の変化を計測する。活性表面は、トランスデューサの
応用分野及び特性を画定する。様々な形の表面の修正が
可能であり、例えば、高分子材料でコートされたトラン
スデューサは揮発性物質有機化合物を測定するために使
用可能であり、境界蛋白系は農薬や他の双方向分子のト
レース量を探すために使用可能であり、DNAは相補型DNA
あるいは特別なDNAサイトを結合する化合物さえ探すた
めに使用可能である。特定のセンサは、DNA標本をハイ
ブリッド形成する特定のDNAシーケンスのアレイを生成
することによって得られ得る。この技術は、一般にアレ
イハイブリッド形成（array hybridization）と呼ばれ
る。
【０００８】この種類のセンサは、性能が劣化しない限
りガス又は液体環境において動作可能である。温度域は
応用分野によって選ばれ、最大感度測定が0.1℃以上に
制御されるべきである。アレイはリポータとして蛍光を
使用して作られているが、SPRのような科学技術が使用
されてもよく、その結果、ハードウェアコストを引き下
げ一般的な普及性を上げることになる。SPRの使用は、
特に化合物の結合をモニタするのに適しており、その理
由は、これらの化合物すべてが蛍光のように誰でもモニ
タできる蛍光のようなラベルあるいは特性を有していな
いからである。表面プラズモン共鳴の拡張は、この技術
を他の質量分析法のような技術を結合する能力である。
１つの実例は、SPRセンサに検出された信号が結合を示
している場合、第2の技術は、結合物質を識別するため
に使用可能である。 基本グレーティング結合表面プラズモン共鳴物理学及び
挙動表面プラズモン共鳴 電磁波の伝播は、波動方程式によって表現される。
りガス又は液体環境において動作可能である。温度域は
応用分野によって選ばれ、最大感度測定が0.1℃以上に
制御されるべきである。アレイはリポータとして蛍光を
使用して作られているが、SPRのような科学技術が使用
されてもよく、その結果、ハードウェアコストを引き下
げ一般的な普及性を上げることになる。SPRの使用は、
特に化合物の結合をモニタするのに適しており、その理
由は、これらの化合物すべてが蛍光のように誰でもモニ
タできる蛍光のようなラベルあるいは特性を有していな
いからである。表面プラズモン共鳴の拡張は、この技術
を他の質量分析法のような技術を結合する能力である。
１つの実例は、SPRセンサに検出された信号が結合を示
している場合、第2の技術は、結合物質を識別するため
に使用可能である。 基本グレーティング結合表面プラズモン共鳴物理学及び
挙動表面プラズモン共鳴 電磁波の伝播は、波動方程式によって表現される。
【０００９】
【数１】
【００１０】ここでKxとωはx-方向の波数ベクトル及び
波の角周波数をそれぞれ表現する。項x及びtはそれぞ
れ、距離及び時間である。プラズモン波数ベクトルは、
以下によって与えられる。
波の角周波数をそれぞれ表現する。項x及びtはそれぞ
れ、距離及び時間である。プラズモン波数ベクトルは、
以下によって与えられる。
【００１１】
【数２】
【００１２】ここで、e0とe1は誘電化合物及び金属の誘
電率であり、そして、λは外光の波長である。Kxの虚数
部の２倍、即ち2Kxiは、プラズモン電界が金属面に沿っ
て1/eに減衰する距離を判定する。グレーティングは、
スロット間隔及びグレーティングのオーダに依存する境
界に平行な定在波ベクトルを提供する。したがって共鳴
吸収は、境界における外光波ベクトル成分が以下の式に
よるプラズモンベクトルに等しいグレーティングベクト
ルを加えた時に起きる。
電率であり、そして、λは外光の波長である。Kxの虚数
部の２倍、即ち2Kxiは、プラズモン電界が金属面に沿っ
て1/eに減衰する距離を判定する。グレーティングは、
スロット間隔及びグレーティングのオーダに依存する境
界に平行な定在波ベクトルを提供する。したがって共鳴
吸収は、境界における外光波ベクトル成分が以下の式に
よるプラズモンベクトルに等しいグレーティングベクト
ルを加えた時に起きる。
【００１３】
【数３】
【００１４】ここにおいて、aとmはグレーティングのス
ロット間隔及びオーダである。項θは外光の入射角であ
る。共鳴幅 与えられた金属/誘電体境界に対して、与えられた周波
数ωに対応するSPR波数ベクトルKxは、式(1)によって推
定され得る。
ロット間隔及びオーダである。項θは外光の入射角であ
る。共鳴幅 与えられた金属/誘電体境界に対して、与えられた周波
数ωに対応するSPR波数ベクトルKxは、式(1)によって推
定され得る。
【００１５】我々は、Kspがプラズモンの中心波数ベク
トルの実数部であると定義する。放射性結合の非存在下
で、ローレンツ全幅（Lorentzian full width）は波数
ベクトルkiの虚部の２倍によって与えられる。
トルの実数部であると定義する。放射性結合の非存在下
で、ローレンツ全幅（Lorentzian full width）は波数
ベクトルkiの虚部の２倍によって与えられる。
【００１６】
【数４】
【００１７】HWHM Δk1/2は明らかに、この値の半分で
ある。
ある。
【００１８】
【数５】
【００１９】放射性結合の付加や他の損失は、SPR線幅
を増加のみし得る。我々が答えようとする疑問は、以下
の如くである。即ち、グレーティング結合及びプリズム
結合（オットー又はクレッチマン（Kretchman））の両
方の場合に対して、インプット波長λ又は角θの項によ
って観測される非放射性SPR幅は何か。 基本SPR結合方程式グレーティング結合
を増加のみし得る。我々が答えようとする疑問は、以下
の如くである。即ち、グレーティング結合及びプリズム
結合（オットー又はクレッチマン（Kretchman））の両
方の場合に対して、インプット波長λ又は角θの項によ
って観測される非放射性SPR幅は何か。 基本SPR結合方程式グレーティング結合
【００２０】
【数６】
【００２１】ここにおいて、λは真空波長であり、θは
空気中の（標本メディアの中ではなく）インプット角で
あり、mはグレーティング結合オーダ整数であり、そし
て、ａはグレーティングスロットピッチである。プリズム結合 ：
空気中の（標本メディアの中ではなく）インプット角で
あり、mはグレーティング結合オーダ整数であり、そし
て、ａはグレーティングスロットピッチである。プリズム結合 ：
【００２２】
【数７】
【００２３】ここで、nは結合プリズムの屈折率であ
り、そして、θpはプリズムメディア内の入力結合角で
ある。波長が一定で角度が変化する場合は、λが変化せ
ず単色であるので、プラズモンそれ自身は角変化によっ
て影響を受けない。結合中の効率のみ影響を受ける。プ
ラズモンが最大限に励起状態であるように、角が初期値
θに設定されていると仮定する。次に我々は、インプッ
ト角をθ’に変えて励起状態は50%減少させて、２分の
１強度点へと移す。次に我々は単に以下を得る。
り、そして、θpはプリズムメディア内の入力結合角で
ある。波長が一定で角度が変化する場合は、λが変化せ
ず単色であるので、プラズモンそれ自身は角変化によっ
て影響を受けない。結合中の効率のみ影響を受ける。プ
ラズモンが最大限に励起状態であるように、角が初期値
θに設定されていると仮定する。次に我々は、インプッ
ト角をθ’に変えて励起状態は50%減少させて、２分の
１強度点へと移す。次に我々は単に以下を得る。
【００２４】
【数８】
【００２５】グレーティングの場合、方程式（6）は
【００２６】
【数９】
【００２７】を与え、その結果空気中の半角度は
【００２８】
【数１０】
【００２９】となる。プリズムの場合、方程式（7）
は、
は、
【００３０】
【数１１】
【００３１】となり、その結果、プリズム中の半角度
は、
は、
【００３２】
【数１２】
【００３３】プリズムが、空気中からプリズムにほぼ直
角の入射結合を許すために斜角をつけられる場合、スネ
ルの法則に従って空気中の差動角はガラス内部のそれの
n倍である。プリズム場合の最終結果は、空気中での半
角度は
角の入射結合を許すために斜角をつけられる場合、スネ
ルの法則に従って空気中の差動角はガラス内部のそれの
n倍である。プリズム場合の最終結果は、空気中での半
角度は
【００３４】
【数１３】
【００３５】であって、ほとんどグレーティング結果(1
0)に等しい結果である。言い換えると、グレーティング
の場合、気中の公称結合中の角度は、プリズム場合のた
めのガラス中の結合中の角度に類似しており、気中の角
度共鳴幅はほとんど同じである。いずれの場合にも、気
中の全FWHM角度は式（10）又は（13）を２倍して、
0)に等しい結果である。言い換えると、グレーティング
の場合、気中の公称結合中の角度は、プリズム場合のた
めのガラス中の結合中の角度に類似しており、気中の角
度共鳴幅はほとんど同じである。いずれの場合にも、気
中の全FWHM角度は式（10）又は（13）を２倍して、
【００３６】
【数１４】
【００３７】から得られる。角が一定で波長が変化する
場合には、ωはλを変えると変化し、インプット波長を
変化させるとプラズモンそれ自身は変化する。同時に、
結合状態も変化して、新しいプラズモンは励起して共鳴
状態ではなくなる。両方の影響は、適切に考慮に入れら
れなければならない。
場合には、ωはλを変えると変化し、インプット波長を
変化させるとプラズモンそれ自身は変化する。同時に、
結合状態も変化して、新しいプラズモンは励起して共鳴
状態ではなくなる。両方の影響は、適切に考慮に入れら
れなければならない。
【００３８】前述の通り、我々は最初に、λとθとを、
最初にSPRピーク値を見るために始め、それは波数ベク
トルkspを有する。そして、我々は半強度点に達するた
めに波長をλ'に変える。即ち、我々は求めて以下を得
る。
最初にSPRピーク値を見るために始め、それは波数ベク
トルkspを有する。そして、我々は半強度点に達するた
めに波長をλ'に変える。即ち、我々は求めて以下を得
る。
【００３９】
【数１５】
【００４０】我々がこうする時、プラズモン波数ベクト
ルは以下のようにk'spに変化する。
ルは以下のようにk'spに変化する。
【００４１】
【数１６】
【００４２】ここで偏導関数δk/δλはSPR素子を形成
している材料のための表になった誘電率データを使って
数値的に(1)から算出される。一般に、それは負である
点に注意すべきである。同時に、発射される波数ベクト
ルkLは、使用するカプラーの種類によっているが、方程
式(6)又は(7)によって与えられる。
している材料のための表になった誘電率データを使って
数値的に(1)から算出される。一般に、それは負である
点に注意すべきである。同時に、発射される波数ベクト
ルkLは、使用するカプラーの種類によっているが、方程
式(6)又は(7)によって与えられる。
【００４３】グレーティングの場合、我々は波数ベクト
ル
ル
【００４４】
【数１７】
【００４５】を発射する。ここでプリズムの場合は、以
下の如くである。
下の如くである。
【００４６】
【数１８】
【００４７】λを調整することによって２分の１強度点
に達するために、我々は、発射波数ベクトルkLと修正プ
ラズモン波数ベクトルksp'との間の不整合を正確に、
に達するために、我々は、発射波数ベクトルkLと修正プ
ラズモン波数ベクトルksp'との間の不整合を正確に、
【００４８】
【数１９】
【００４９】であるべきことを要請する。（16）と（1
7）とを組み合わせて、式（19）が生まれ、グレーティ
ングの場合は、
7）とを組み合わせて、式（19）が生まれ、グレーティ
ングの場合は、
【００５０】
【数２０】
【００５１】又は、
【００５２】
【数２１】
【００５３】である。プリズム場合、式（16）と（18）
は同様の方法で以下を導く。
は同様の方法で以下を導く。
【００５４】
【数２２】
【００５５】又は、
【００５６】
【数２３】
【００５７】ここでグレーティング及びプリズム結合に
対して（20）と（21）によって与えられたλのHWHMはそ
れぞれ非常に異なった結果を与えることに注意すべきで
ある。一般に、幅はプリズム結合では広く、その理由
は、分母の2つの項は反対の符号と同程度の大きさを有
していて、分母を減らす傾向をもちそれ故その商を増大
させる。グレーティング結合では、分母の初項は非常に
小さいか又はゼロであり得て、どちらの符号でも取りう
る、その結果、δk/δλ項が支配的となる。
対して（20）と（21）によって与えられたλのHWHMはそ
れぞれ非常に異なった結果を与えることに注意すべきで
ある。一般に、幅はプリズム結合では広く、その理由
は、分母の2つの項は反対の符号と同程度の大きさを有
していて、分母を減らす傾向をもちそれ故その商を増大
させる。グレーティング結合では、分母の初項は非常に
小さいか又はゼロであり得て、どちらの符号でも取りう
る、その結果、δk/δλ項が支配的となる。
【００５８】FWHM共鳴幅は、（20）及び（21）のHWHM値
の２倍であることも又注意すべきである。
の２倍であることも又注意すべきである。
【００５９】
【数２４】
【００６０】プレーナ導波路センサ
導波管センサは、１以上のより高い屈折率を持つ材料の
薄膜でコートされた誘電体材料から成る。導波管センサ
は、以下のものに反応する。即ち、被覆媒体Cの屈折率n
cの変化、及び、厚さdFで屈折率nFの表面レイヤを形成
するためにガス又は液状相皮膜からの分子吸収、そし
て、分散要素として使用される場合は（導波管の伝播角
は、波長に依存するので）、表面上の分子スペクトル吸
収を記録することができる。その感度は、1-3の場合に
おける有効屈折率N（導波モードTE又はTMの）の変化分
として表現され得る。吸収測定（及び分散素子としての
ガイドの使用）の場合、感度は最小検出可能な吸収によ
って判定される。
薄膜でコートされた誘電体材料から成る。導波管センサ
は、以下のものに反応する。即ち、被覆媒体Cの屈折率n
cの変化、及び、厚さdFで屈折率nFの表面レイヤを形成
するためにガス又は液状相皮膜からの分子吸収、そし
て、分散要素として使用される場合は（導波管の伝播角
は、波長に依存するので）、表面上の分子スペクトル吸
収を記録することができる。その感度は、1-3の場合に
おける有効屈折率N（導波モードTE又はTMの）の変化分
として表現され得る。吸収測定（及び分散素子としての
ガイドの使用）の場合、感度は最小検出可能な吸収によ
って判定される。
【００６１】性能が劣化しない限りこの種のセンサは、
ガス又は液状環境において動作可能である。温度域は、
使用分野によって選択され、極大感度測定において0.1
℃より良好なように管理されるべきである。基板は、サ
ファイヤ、ITO、石英ガラス、ガラス（パイレックス、
石英）、プラスチック、テフロン、金属及び半導体物質
（シリコン）を含む。導波管フィルムは、SiO2、SiO2-T
iO2、TiO2、Si3N4、リチウムニオブ酸塩、リチウムタン
タル酸塩、タンタル五酸化物、ニオブ五酸化物、ガリウ
ム砒素、GaAlAs、ガリウム砒素・燐、GaInAs及び高分子
材（polystyrene）を含む。導波管フィルム厚さは、通
常100-200ナノメートルの範囲である。屈折率の幅の例
は、1.4-2.1を含む。化学的選択（Chemoselective）被
覆が、導波管フィルム表面に配置され得る。導波管への
光結合は、表面レリーフグレーティング又はプリズムを
使用することによってなされ得る。
ガス又は液状環境において動作可能である。温度域は、
使用分野によって選択され、極大感度測定において0.1
℃より良好なように管理されるべきである。基板は、サ
ファイヤ、ITO、石英ガラス、ガラス（パイレックス、
石英）、プラスチック、テフロン、金属及び半導体物質
（シリコン）を含む。導波管フィルムは、SiO2、SiO2-T
iO2、TiO2、Si3N4、リチウムニオブ酸塩、リチウムタン
タル酸塩、タンタル五酸化物、ニオブ五酸化物、ガリウ
ム砒素、GaAlAs、ガリウム砒素・燐、GaInAs及び高分子
材（polystyrene）を含む。導波管フィルム厚さは、通
常100-200ナノメートルの範囲である。屈折率の幅の例
は、1.4-2.1を含む。化学的選択（Chemoselective）被
覆が、導波管フィルム表面に配置され得る。導波管への
光結合は、表面レリーフグレーティング又はプリズムを
使用することによってなされ得る。
【００６２】有効指数の変化を計測する１つの方法は、
導波管から出るモード変化における角度の変化分によ
る。これはアレイ検出器によってなされ得て、それは各
波長で同時に強度を測定可能である。その場合、測定時
間は、ほぼ100-200マイクロ秒である。関連するシステ
ム要素は通常、（導波管のλ/角度分散曲線に適合する
ための）グレーティング、ミラー、レンズ、偏光子、白
色光源及びアレイ検出器を含む。
導波管から出るモード変化における角度の変化分によ
る。これはアレイ検出器によってなされ得て、それは各
波長で同時に強度を測定可能である。その場合、測定時
間は、ほぼ100-200マイクロ秒である。関連するシステ
ム要素は通常、（導波管のλ/角度分散曲線に適合する
ための）グレーティング、ミラー、レンズ、偏光子、白
色光源及びアレイ検出器を含む。
【００６３】多重的分析評価及び検定は以下の場合に限
り可能である。即ち、導波管が異なった化学物質でスポ
ッティングされ得ること、入射光は多数の視準化光ビー
ムに分かれること、光ビームのミキシングが導波管内部
に存在しないこと、そして、検知は全ての分析評価/検
定に対して同時になされ得ることである。可能な応用分
野は分析化学、湿気及びガス検知、ペーハー（PH）測
定、生物的センサ及び免疫センサへの応用、生物学上の
分子認識、細胞間及び内部における形質導入信号、アビ
ジン又はストレプトアビジンに対するビオチン結合分子
（牛血清アルブミン）のアフィン変換、抗原抗体干渉
（ヒト免疫グロブリンh-InG抗原に対するウサギ／ヤギ
抗h-IgG抗体の免疫結合）などである。グレーティング
結合導波管センサは、同時進行的に非侵略的に、表面に
成長している生きたセルの個数、大きさ、そして形を測
定することができる。その応用は毒物学及びガン研究、
薬学即ち薬の決定を含む。導波管サポートされた脂質二
重層は、本当の細胞膜シミュレーションに最も近いもの
であって、薬判別検査並びに脳血液関門に使用可能であ
る。導波管は二重層脂質膜（BLM）や他の薄膜の性質分
析に使用可能であり、その結果、蛋白-BLM干渉及びその
厚さ、濃度、異方性、及び時間内の摂動に対する薄膜の
反応を測定できる。ほかの誘電物質の応用は、ハイブリ
ッド形成及び蛋白結合を計測する表面皮膜として長DNA
分子の使用、分子状自己集合、ナノサイエンス（nanosc
ience）、及び結合及び解離動的分析を含む。 グレーティング結合導波管センサ グレーティング結合器は、導波管から又はその中への光
の結合の効率を上げるために使用され、その導波管は１
以上の誘電物質層からなっている。同時に、それらは全
てのTE及びTMモードの有効屈折率Nを計るために使用さ
れ得る。１次センサの効果は、導波管表面上の標本から
の分子の吸着又は結合によって引き起こされた導波モー
ドの実効屈折率Nにおける変化ΔNである。ΔNから吸着
又は束縛されたアドレイヤ（adlayers）の屈折率、厚さ
及び表面範囲を算出することが可能である。フィルムF
と基板Sの屈折率間の大きな差異nF-nsを有する薄い単一
モード導波管フィルムFが使用されると仮定するなら
ば、統合的な光学機器によって高センサ感度（準単分子
吸着レイヤ）が保証される。ΔNはその標本が配置され
なければならないところにおけるグレーティング領域だ
けで計測される。最適なグレーティング設計によって、
45-90%のオーダの結合効率が達成され得る。
り可能である。即ち、導波管が異なった化学物質でスポ
ッティングされ得ること、入射光は多数の視準化光ビー
ムに分かれること、光ビームのミキシングが導波管内部
に存在しないこと、そして、検知は全ての分析評価/検
定に対して同時になされ得ることである。可能な応用分
野は分析化学、湿気及びガス検知、ペーハー（PH）測
定、生物的センサ及び免疫センサへの応用、生物学上の
分子認識、細胞間及び内部における形質導入信号、アビ
ジン又はストレプトアビジンに対するビオチン結合分子
（牛血清アルブミン）のアフィン変換、抗原抗体干渉
（ヒト免疫グロブリンh-InG抗原に対するウサギ／ヤギ
抗h-IgG抗体の免疫結合）などである。グレーティング
結合導波管センサは、同時進行的に非侵略的に、表面に
成長している生きたセルの個数、大きさ、そして形を測
定することができる。その応用は毒物学及びガン研究、
薬学即ち薬の決定を含む。導波管サポートされた脂質二
重層は、本当の細胞膜シミュレーションに最も近いもの
であって、薬判別検査並びに脳血液関門に使用可能であ
る。導波管は二重層脂質膜（BLM）や他の薄膜の性質分
析に使用可能であり、その結果、蛋白-BLM干渉及びその
厚さ、濃度、異方性、及び時間内の摂動に対する薄膜の
反応を測定できる。ほかの誘電物質の応用は、ハイブリ
ッド形成及び蛋白結合を計測する表面皮膜として長DNA
分子の使用、分子状自己集合、ナノサイエンス（nanosc
ience）、及び結合及び解離動的分析を含む。 グレーティング結合導波管センサ グレーティング結合器は、導波管から又はその中への光
の結合の効率を上げるために使用され、その導波管は１
以上の誘電物質層からなっている。同時に、それらは全
てのTE及びTMモードの有効屈折率Nを計るために使用さ
れ得る。１次センサの効果は、導波管表面上の標本から
の分子の吸着又は結合によって引き起こされた導波モー
ドの実効屈折率Nにおける変化ΔNである。ΔNから吸着
又は束縛されたアドレイヤ（adlayers）の屈折率、厚さ
及び表面範囲を算出することが可能である。フィルムF
と基板Sの屈折率間の大きな差異nF-nsを有する薄い単一
モード導波管フィルムFが使用されると仮定するなら
ば、統合的な光学機器によって高センサ感度（準単分子
吸着レイヤ）が保証される。ΔNはその標本が配置され
なければならないところにおけるグレーティング領域だ
けで計測される。最適なグレーティング設計によって、
45-90%のオーダの結合効率が達成され得る。
【００６４】グレーティング結合器はガス又は液体環境
において、その性能が劣化しない限り、動作可能であ
る。温度域は、応用分野によって選択され、極大感度測
定に対して0.1℃以上に良いように管理されなければな
らない。基板はサファイヤ、ITO、石英ガラス、ガラス
（パイレックス、石英）、プラスチック、テフロン、金
属及び半導体物質（シリコン）を含む。導波管フィルム
は、SiO2、SiO2-TiO2、TiO2、Si3N4、リチウムニオブ酸
塩、リチウムタンタル酸塩、タンタル五酸化物、ニオブ
五酸化物、ガリウム砒素、GaAlAs、ガリウム砒素・燐、
GaInAs及び高分子材（ポリスチレン）を含む。導波管フ
ィルムの厚さは100-200ナノメートルの範囲であり、そ
して、屈折率は1.4-2.1の範囲で可能である。グレーテ
ィングは、基板又は導波管フィルム上において、エンボ
シング、イオン注入及びフォトレジスト技術によって製
造可能である。典型的な本数は1200-2400ライン/ミリメ
ートル、寸法は2×16ミリメートル及びアスペクトレシ
オ（20ナノメートル機構）は1:1である。化学的選択皮
膜は、導波管フィルム表面に配置され得る。
において、その性能が劣化しない限り、動作可能であ
る。温度域は、応用分野によって選択され、極大感度測
定に対して0.1℃以上に良いように管理されなければな
らない。基板はサファイヤ、ITO、石英ガラス、ガラス
（パイレックス、石英）、プラスチック、テフロン、金
属及び半導体物質（シリコン）を含む。導波管フィルム
は、SiO2、SiO2-TiO2、TiO2、Si3N4、リチウムニオブ酸
塩、リチウムタンタル酸塩、タンタル五酸化物、ニオブ
五酸化物、ガリウム砒素、GaAlAs、ガリウム砒素・燐、
GaInAs及び高分子材（ポリスチレン）を含む。導波管フ
ィルムの厚さは100-200ナノメートルの範囲であり、そ
して、屈折率は1.4-2.1の範囲で可能である。グレーテ
ィングは、基板又は導波管フィルム上において、エンボ
シング、イオン注入及びフォトレジスト技術によって製
造可能である。典型的な本数は1200-2400ライン/ミリメ
ートル、寸法は2×16ミリメートル及びアスペクトレシ
オ（20ナノメートル機構）は1:1である。化学的選択皮
膜は、導波管フィルム表面に配置され得る。
【００６５】内部結合のグレーティング機械的角度スキ
ャニング測定時間は、ほぼ2-3秒である。光源のアレイ
がレンズと連動して使用される場合、この時間は短くな
る。外部結合のグレーティング及び位置感応検出器（可
動部分はない）については、それはほぼ100-200マイク
ロ秒である。関連するシステム要素は通常、光学製品、
ミラー、レンズ、偏光子、光源、光源アレイ、レーザ
源、１以上の位置感応検出器、ローテーション段階及び
ステッパモータを含む。
ャニング測定時間は、ほぼ2-3秒である。光源のアレイ
がレンズと連動して使用される場合、この時間は短くな
る。外部結合のグレーティング及び位置感応検出器（可
動部分はない）については、それはほぼ100-200マイク
ロ秒である。関連するシステム要素は通常、光学製品、
ミラー、レンズ、偏光子、光源、光源アレイ、レーザ
源、１以上の位置感応検出器、ローテーション段階及び
ステッパモータを含む。
【００６６】多重的分析評価及び検定は以下の場合に限
り可能である。即ち、導波管が異なった化学物質でスポ
ッティングされ得ること、入射光は多数の視準化光ビー
ムに分かれること、光ビームのミキシングが導波管内部
に存在しないこと、そして、検知は全ての分析評価/検
定に対して同時になされ得ることである。可能な応用分
野は分析化学、湿気及びガス検知、ペーハー（PH）測
定、生物的センサ及び免疫センサへの応用、生物学上の
分子認識、細胞間及び内部における形質導入信号、アビ
ジン又はストレプトアビジンに対するビオチン結合分子
（牛血清アルブミン）のアフィン変換、抗原抗体干渉
（ヒト免疫グロブリンh-InG抗原に対するウサギ／ヤギ
抗h-IgG抗体の免疫結合）などである。 解析システム この種の光共鳴素子（SPR及び導波管）を使用する解析
システムは一般的に、共鳴素子の上へ多様な周波数又は
角度で光を照光可能な照明システム、及び、共鳴ピーク
の対応を検出するための検出システムとを有する。
り可能である。即ち、導波管が異なった化学物質でスポ
ッティングされ得ること、入射光は多数の視準化光ビー
ムに分かれること、光ビームのミキシングが導波管内部
に存在しないこと、そして、検知は全ての分析評価/検
定に対して同時になされ得ることである。可能な応用分
野は分析化学、湿気及びガス検知、ペーハー（PH）測
定、生物的センサ及び免疫センサへの応用、生物学上の
分子認識、細胞間及び内部における形質導入信号、アビ
ジン又はストレプトアビジンに対するビオチン結合分子
（牛血清アルブミン）のアフィン変換、抗原抗体干渉
（ヒト免疫グロブリンh-InG抗原に対するウサギ／ヤギ
抗h-IgG抗体の免疫結合）などである。 解析システム この種の光共鳴素子（SPR及び導波管）を使用する解析
システムは一般的に、共鳴素子の上へ多様な周波数又は
角度で光を照光可能な照明システム、及び、共鳴ピーク
の対応を検出するための検出システムとを有する。
【００６７】照光システムは一般的に光源、異なった角
度又は異なった周波数で光源をセンサに当てるための手
段、及び、センサの上へ光源を投影し易くするための光
学要素から成る。光源の選択は、必要な波長域及び光学
系の面積（etendue、立体角Xフォトンフラックス）に基
づく。以下のような多種多様な広帯域又はモノクロ（単
色）の光源があって、選択可能である。即ち、白熱、Ｌ
ＥＤ、超発光ダイオード、レーザー（固定且つ可変同調
型ダイオード、SS、ガス）、ガス放出ランプ（線及び連
続体）、そして、フィルタ付きのものあるいは無しのも
のなどである。波長走査は、光源とフィルタホィール
（firter wheel）とを結合すること、モノクロメータ又
は音響光学的同調型フィルタを走査すること、又はレー
ザ源の場合は可同調ダイオードレーザを使用することに
よって、通常達成される。角度走査は通常、センサに関
連する一連の角度で光源を機械的に位置決めすることに
よってなされる。それに加えて、光源がセンサの上へ最
適に照光されるように方向付けられ焦点を定められなけ
ればならない。
度又は異なった周波数で光源をセンサに当てるための手
段、及び、センサの上へ光源を投影し易くするための光
学要素から成る。光源の選択は、必要な波長域及び光学
系の面積（etendue、立体角Xフォトンフラックス）に基
づく。以下のような多種多様な広帯域又はモノクロ（単
色）の光源があって、選択可能である。即ち、白熱、Ｌ
ＥＤ、超発光ダイオード、レーザー（固定且つ可変同調
型ダイオード、SS、ガス）、ガス放出ランプ（線及び連
続体）、そして、フィルタ付きのものあるいは無しのも
のなどである。波長走査は、光源とフィルタホィール
（firter wheel）とを結合すること、モノクロメータ又
は音響光学的同調型フィルタを走査すること、又はレー
ザ源の場合は可同調ダイオードレーザを使用することに
よって、通常達成される。角度走査は通常、センサに関
連する一連の角度で光源を機械的に位置決めすることに
よってなされる。それに加えて、光源がセンサの上へ最
適に照光されるように方向付けられ焦点を定められなけ
ればならない。
【００６８】照光系からの光線は、その入射角と等しい
反射角でセンサから反射される。したがって、光線は一
般的に垂直な平面内の小さい角度範囲にわたる。検出器
は、最適にセンサから来る光線を受けるように正しい位
置に配設される。検出器において考慮すべき他の重要な
点は、解像度、画素寸法、画素の個数、共鳴波長又は角
度を分析するために使用されるアルゴリズム、及び、検
出器上に発生する化学現象である。
反射角でセンサから反射される。したがって、光線は一
般的に垂直な平面内の小さい角度範囲にわたる。検出器
は、最適にセンサから来る光線を受けるように正しい位
置に配設される。検出器において考慮すべき他の重要な
点は、解像度、画素寸法、画素の個数、共鳴波長又は角
度を分析するために使用されるアルゴリズム、及び、検
出器上に発生する化学現象である。
【００６９】共鳴測定において、ピーク又は伏角は、傾
斜するベースラインによって得られる。測定が異なる濃
度で他の標本で実行されるとき、このピーク又は伏角は
２つの標本間の濃度の差異に対応する屈折率の変化分に
従ってシフトする。濃度はそれから、ピーク又はディッ
プ（dip）の濃度へのシフトに関連する校正モデルを使
用して、予測可能である。
斜するベースラインによって得られる。測定が異なる濃
度で他の標本で実行されるとき、このピーク又は伏角は
２つの標本間の濃度の差異に対応する屈折率の変化分に
従ってシフトする。濃度はそれから、ピーク又はディッ
プ（dip）の濃度へのシフトに関連する校正モデルを使
用して、予測可能である。
【００７０】
【発明の概要】本発明は、解析システムに関しており、
照光と検出システムを含み、センサとして導波管又は表
面プラズモン素子を利用する。本発明は更に、角度又は
波長走査を容易にする光源のアレイを利用する照光系に
関している。
照光と検出システムを含み、センサとして導波管又は表
面プラズモン素子を利用する。本発明は更に、角度又は
波長走査を容易にする光源のアレイを利用する照光系に
関している。
【００７１】本発明は更に、光源のアレイの独立軸と回
転位置決定を提供する手段に関する。本発明は更に、解
析システムにおけるプレ分散素子又はポスト分散素子と
して回折グレーティング又は回析光学素子を利用するこ
とに関しており、それは低コストで広帯域光源の使用を
可能にする。
転位置決定を提供する手段に関する。本発明は更に、解
析システムにおけるプレ分散素子又はポスト分散素子と
して回折グレーティング又は回析光学素子を利用するこ
とに関しており、それは低コストで広帯域光源の使用を
可能にする。
【００７２】本発明は更に、アナモーフィク光学系に関
しており、該系によってその解析システムが、同一基板
上のサイトの１つの１次元アレイから同時に共鳴を生成
し、検出可能となる。本発明は更に、共鳴ピークシフト
を濃度と関係づけている校正モデルを使用して、濃度を
予測するための手段を含む。
しており、該系によってその解析システムが、同一基板
上のサイトの１つの１次元アレイから同時に共鳴を生成
し、検出可能となる。本発明は更に、共鳴ピークシフト
を濃度と関係づけている校正モデルを使用して、濃度を
予測するための手段を含む。
【００７３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を表してい
て、その実施例は、角度走査照光系と、（多重分析評価
の解析のための）同じ標本によって又は（単一の分析評
価の解析のための）異なった標本によって誘導体化され
たか又は感度を高められたサイトの2次元アレイを有す
るセンサと、シーケンシャル検知と、を利用している。
光源10は、独立軸で回転運動可能な装置15に載置されて
いる。光源から発せられる光は、偏光子20、フィルタ3
0、レンズ系40、プレ分散グレーティング50を通って伝
わり、センサ60に当たる。それからセンサ60からの反射
光は、撮像レンズ70、角度又は波長停止部80を通過し検
出器90に伝わる。照光系 光源 光源は、図3に示すように構成され、光源110は２次元ア
レイである。光源の選択は、必要な波長域及び光学系の
面積（etendue、立体角X瞳孔面積）に基づく。SPRの場
合、センサ共鳴は、光源波長の増加と共により鋭くな
る。狭い共鳴を有する利点は、より小さいシフト（感
度）を検出する能力にある。他方、共鳴減衰長は波長と
ともに増加し、それ故、反応サイト寸法は増加せざるを
得ない（空間的分解能及びシステム処理量）。以下のよ
うな、多様な選択すべき広帯域又はモノクロ光源があ
る。即ち、白熱光、ＬＥＤ、スーパー発光ダイオード、
レーザー（固定型及び可変同調型、ダイオード、SS、ガ
ス）、ガス放電ランプ（線状及び連続体）、フィルタリ
ングの有無である。インコヒーレント光源は、スペック
ルノイズを除去するために好まれる。本実施例における
光源の実例は、ヒューレットパッカードHSDL-4400ＬＥ
Ｄであり875ナノメートルで発し、その共鳴幅は、0.3度
又は5ナノメートルである。この波長で、SPR減衰長さ
は、25ミクロンのオーダである。ＬＥＤアレイが使用さ
れて、図1に示すように角度走査レンズ系40の焦点面に
配置されるとき、各ＬＥＤは照光の異なる角度に対応す
る。アレイのＬＥＤ間の間隔0.395ミリメートルは、f=7
5ミリメートルで0.3度、f=6OOミリメートルで0.038度の
角解像度に対応する。35ミリメートルのアレイ長は、f=
75ミリメートルで26度及びf=600ミリメートルで3.3度の
全体角と一致する。この角ステップと角レンジのこのレ
ンジは、低解像度/広範囲及び高解像力/小範囲の両方の
走査を可能にする。 独立軸且つ回転運動のマウント 図1に示すように、光源10は独立の軸的即ちフォーカシ
ング及び回転運動を可能にする装置15に載置される。図
4に示される装置アセンブリの設計と配置によって、光
源は所望のレンジに渡って自由に移動し回転及びフォー
カスの特定の動作が可能になる。さらに、アセンブリは
互換性のある差込式写真レンズマウント構成のように設
計されている。フォーカシング運動構成要素の設計は、
螺旋形に刻まれたスロットの有する回転運動を利用した
軸運動の優れた感度と、この相互作用が生む傾斜面のス
ムーズな漸進的な効果とを利用する。
て、その実施例は、角度走査照光系と、（多重分析評価
の解析のための）同じ標本によって又は（単一の分析評
価の解析のための）異なった標本によって誘導体化され
たか又は感度を高められたサイトの2次元アレイを有す
るセンサと、シーケンシャル検知と、を利用している。
光源10は、独立軸で回転運動可能な装置15に載置されて
いる。光源から発せられる光は、偏光子20、フィルタ3
0、レンズ系40、プレ分散グレーティング50を通って伝
わり、センサ60に当たる。それからセンサ60からの反射
光は、撮像レンズ70、角度又は波長停止部80を通過し検
出器90に伝わる。照光系 光源 光源は、図3に示すように構成され、光源110は２次元ア
レイである。光源の選択は、必要な波長域及び光学系の
面積（etendue、立体角X瞳孔面積）に基づく。SPRの場
合、センサ共鳴は、光源波長の増加と共により鋭くな
る。狭い共鳴を有する利点は、より小さいシフト（感
度）を検出する能力にある。他方、共鳴減衰長は波長と
ともに増加し、それ故、反応サイト寸法は増加せざるを
得ない（空間的分解能及びシステム処理量）。以下のよ
うな、多様な選択すべき広帯域又はモノクロ光源があ
る。即ち、白熱光、ＬＥＤ、スーパー発光ダイオード、
レーザー（固定型及び可変同調型、ダイオード、SS、ガ
ス）、ガス放電ランプ（線状及び連続体）、フィルタリ
ングの有無である。インコヒーレント光源は、スペック
ルノイズを除去するために好まれる。本実施例における
光源の実例は、ヒューレットパッカードHSDL-4400ＬＥ
Ｄであり875ナノメートルで発し、その共鳴幅は、0.3度
又は5ナノメートルである。この波長で、SPR減衰長さ
は、25ミクロンのオーダである。ＬＥＤアレイが使用さ
れて、図1に示すように角度走査レンズ系40の焦点面に
配置されるとき、各ＬＥＤは照光の異なる角度に対応す
る。アレイのＬＥＤ間の間隔0.395ミリメートルは、f=7
5ミリメートルで0.3度、f=6OOミリメートルで0.038度の
角解像度に対応する。35ミリメートルのアレイ長は、f=
75ミリメートルで26度及びf=600ミリメートルで3.3度の
全体角と一致する。この角ステップと角レンジのこのレ
ンジは、低解像度/広範囲及び高解像力/小範囲の両方の
走査を可能にする。 独立軸且つ回転運動のマウント 図1に示すように、光源10は独立の軸的即ちフォーカシ
ング及び回転運動を可能にする装置15に載置される。図
4に示される装置アセンブリの設計と配置によって、光
源は所望のレンジに渡って自由に移動し回転及びフォー
カスの特定の動作が可能になる。さらに、アセンブリは
互換性のある差込式写真レンズマウント構成のように設
計されている。フォーカシング運動構成要素の設計は、
螺旋形に刻まれたスロットの有する回転運動を利用した
軸運動の優れた感度と、この相互作用が生む傾斜面のス
ムーズな漸進的な効果とを利用する。
【００７４】特に、本発明はヘリカルスロット208が固
定円筒ハウジング201に形成される手段を特徴とする。
専門的な道具による追加的な細工の必要を認識すれば、
型製作店にあるものは必ずしも必要ではないにせよ、標
準的な一般的なフライス盤道具による細工と専門的な技
術を利用する他の手段が開発された。旋盤又はフライス
盤のマニュアル手段による制御は可能であるが、非常に
退屈で、スロット又はスロットの側に滑らかな曲面を生
み出さない。この場合、工具類が欠如していて且つ迅速
で簡単にヘリカルスロットを製作したいという願望があ
ったので、後述の疑似ヘリカル製作手段を促した。
定円筒ハウジング201に形成される手段を特徴とする。
専門的な道具による追加的な細工の必要を認識すれば、
型製作店にあるものは必ずしも必要ではないにせよ、標
準的な一般的なフライス盤道具による細工と専門的な技
術を利用する他の手段が開発された。旋盤又はフライス
盤のマニュアル手段による制御は可能であるが、非常に
退屈で、スロット又はスロットの側に滑らかな曲面を生
み出さない。この場合、工具類が欠如していて且つ迅速
で簡単にヘリカルスロットを製作したいという願望があ
ったので、後述の疑似ヘリカル製作手段を促した。
【００７５】従来型のフライス盤を使って、円筒ハウジ
ング201は、標準型割り出しヘッドの送り台に装着され
て、その円筒の軸は工作ヘッドの軸に垂直になされる。
適切な広さと直径を有するスロット鋸は、フライスヘッ
ドに装着された共通の直角固定具に装着され、そして、
アーバはハウジングの円筒軸に平行で、そして、スロッ
ト鋸の平面は同じものに対して垂直である。直角装着具
はそれからハウジングの円柱軸に相対的に決められた角
度で回転させられる。スロット鋸の中心は、標準的な三
角法を使用してハウジングの中心を通して正しい位置に
置かれる。スロット208は、それからフライス盤の送り
台を上げることによってハウジング内に切り込まれる。
適切な直径のスロット鋸を使用して、カットの深さを設
定して、シリンダの中心から延びている放射状の線に対
してほぼ平行な各スロットの末端において所望の表面を
製作する。本実施例においては、合計3つのスロットが
設定され、残りのスロットは、ハウジングを120度動か
し全てのスロットが切り終わるまでその手続を繰り返し
てカットされる。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃに示されるよう
に、カットは平面鋸で作られるので、結果として生じる
スロット208は疑似螺旋であるとみなされて、つまり、
スロットの側は、図5Aに示すようにスロット208の弧の
中央点のみにおいてハウジングの円柱軸に対して垂直で
ある。予想されるように、垂直性は図5B及び5Cに示され
る如くこの中央点からスロット208のいずれの端部へも
増加する割合で失われる。垂直性のこの損失の割合は、
スロットの設定された螺旋角度に比例する。通常、スロ
ットの幅に等しい直径を有して円柱軸に垂直に保たれた
単純な丸みを帯びたピンが利用され、それはハウジング
201の外部のフォーカスグリップリング204に結合され、
内部の移動可能なシリンダ200に係合している。その構
成において、スロット208の中心点からのフォーカスグ
リップリング204及び結合ピンとの回転運動が意図する
のは、結合ピンの螺旋運動を生み出し、そして、それは
垂直性のこの損失によるスロットにおける結合ピンをす
ぐに押し込むことである。
ング201は、標準型割り出しヘッドの送り台に装着され
て、その円筒の軸は工作ヘッドの軸に垂直になされる。
適切な広さと直径を有するスロット鋸は、フライスヘッ
ドに装着された共通の直角固定具に装着され、そして、
アーバはハウジングの円筒軸に平行で、そして、スロッ
ト鋸の平面は同じものに対して垂直である。直角装着具
はそれからハウジングの円柱軸に相対的に決められた角
度で回転させられる。スロット鋸の中心は、標準的な三
角法を使用してハウジングの中心を通して正しい位置に
置かれる。スロット208は、それからフライス盤の送り
台を上げることによってハウジング内に切り込まれる。
適切な直径のスロット鋸を使用して、カットの深さを設
定して、シリンダの中心から延びている放射状の線に対
してほぼ平行な各スロットの末端において所望の表面を
製作する。本実施例においては、合計3つのスロットが
設定され、残りのスロットは、ハウジングを120度動か
し全てのスロットが切り終わるまでその手続を繰り返し
てカットされる。図５Ａ，５Ｂ，５Ｃに示されるよう
に、カットは平面鋸で作られるので、結果として生じる
スロット208は疑似螺旋であるとみなされて、つまり、
スロットの側は、図5Aに示すようにスロット208の弧の
中央点のみにおいてハウジングの円柱軸に対して垂直で
ある。予想されるように、垂直性は図5B及び5Cに示され
る如くこの中央点からスロット208のいずれの端部へも
増加する割合で失われる。垂直性のこの損失の割合は、
スロットの設定された螺旋角度に比例する。通常、スロ
ットの幅に等しい直径を有して円柱軸に垂直に保たれた
単純な丸みを帯びたピンが利用され、それはハウジング
201の外部のフォーカスグリップリング204に結合され、
内部の移動可能なシリンダ200に係合している。その構
成において、スロット208の中心点からのフォーカスグ
リップリング204及び結合ピンとの回転運動が意図する
のは、結合ピンの螺旋運動を生み出し、そして、それは
垂直性のこの損失によるスロットにおける結合ピンをす
ぐに押し込むことである。
【００７６】本実施例において、疑似螺旋スロット208
における垂直性の損失が、真螺旋運動がスロット中に維
持されるかのように、補償されるのは、スロット208の
幅に等しい外径を有する球体212に嵌入されるスロット
の幅よりも小さい直径を有する結合ピン205を使用する
ことによってである。実際には図5A、図5B及び図5Cに示
されるように、フォーカスグリップリング204が回され
て結合ピン205がスロット208を通って進行する時、疑似
螺旋スロット208側と球体212の球表面との間の連続的接
触点は図5Bと図5Cに示される初期角300を通って移動
し、それは、図5Aに示されるように結合ピンがスロット
の中心に達する時、結合ピン205の軸に垂直になる。こ
のことは、円筒ハウジング201の疑似螺旋スロット208を
通る結合ピン205の回転とフォーカスグリップリング204
そしてそれ故可動シリンダ200の軸運動との間の取るに
足らない非線形を、引き起こす。図5B、図5Cに示すよう
に、この非線形性値301は、標準の三角法によって円周
部分の高さとして算出される。限度内で、疑似螺旋スロ
ット即ちスロットを製作するこの方法は、通常の専門技
術及び道具を有するそれほど設備の整わない型制作及び
製造機械工場において、真の螺旋形運動を製作すること
ができる。これと対照的に、シリンダの真の螺旋形のス
ロット即ち溝を付ける従来の方法は、独特な設備と技術
を必要とするが、ほとんど無制限の長さ、深さ及び幅を
有する特徴を持ち、そして、カットに沿ったどんな位置
においても円筒軸に相対的なスロット即ち溝側の垂直性
を維持する。
における垂直性の損失が、真螺旋運動がスロット中に維
持されるかのように、補償されるのは、スロット208の
幅に等しい外径を有する球体212に嵌入されるスロット
の幅よりも小さい直径を有する結合ピン205を使用する
ことによってである。実際には図5A、図5B及び図5Cに示
されるように、フォーカスグリップリング204が回され
て結合ピン205がスロット208を通って進行する時、疑似
螺旋スロット208側と球体212の球表面との間の連続的接
触点は図5Bと図5Cに示される初期角300を通って移動
し、それは、図5Aに示されるように結合ピンがスロット
の中心に達する時、結合ピン205の軸に垂直になる。こ
のことは、円筒ハウジング201の疑似螺旋スロット208を
通る結合ピン205の回転とフォーカスグリップリング204
そしてそれ故可動シリンダ200の軸運動との間の取るに
足らない非線形を、引き起こす。図5B、図5Cに示すよう
に、この非線形性値301は、標準の三角法によって円周
部分の高さとして算出される。限度内で、疑似螺旋スロ
ット即ちスロットを製作するこの方法は、通常の専門技
術及び道具を有するそれほど設備の整わない型制作及び
製造機械工場において、真の螺旋形運動を製作すること
ができる。これと対照的に、シリンダの真の螺旋形のス
ロット即ち溝を付ける従来の方法は、独特な設備と技術
を必要とするが、ほとんど無制限の長さ、深さ及び幅を
有する特徴を持ち、そして、カットに沿ったどんな位置
においても円筒軸に相対的なスロット即ち溝側の垂直性
を維持する。
【００７７】図1において、光源10は装置15に載置され
る。図4は装置15の詳細を示しており、それは固定円筒
ハウジング201内の可動嵌装シリンダ200からなり、それ
は、一端215において従来型の多くの写真レンズに共通
のオス型ねじ込み装着表面に装着しロックするよう設計
されている。ハウジングは更に、干渉フィルタのような
典型的光学要素を収容する装着端において構成される。
る。図4は装置15の詳細を示しており、それは固定円筒
ハウジング201内の可動嵌装シリンダ200からなり、それ
は、一端215において従来型の多くの写真レンズに共通
のオス型ねじ込み装着表面に装着しロックするよう設計
されている。ハウジングは更に、干渉フィルタのような
典型的光学要素を収容する装着端において構成される。
【００７８】光源10は、可動嵌装シリンダ200にしっか
りと支持され、それは、固定円筒ハウジング201の中心
軸に沿って及びそのまわりに、即ち軸的に（焦点）及び
回転的に動くことができる。光源10のフォーカスと回転
は、それぞれ固定円筒ハウジング201の外部直径のまわ
りにそれぞれ適合する外部の環状のグリップリング204
及び216によって制御され、それらは、固定シリンダハ
ウジング201のスロット208を通過する可動シリンダ200
及びフォーカスグリップリング204と接触し、そして
又、固定円筒ハウジング201の円周のスロット206を通る
可動シリンダ200及び回転グリップリング216を結合して
いる。可動シリンダの回転する制御部のための固定ハウ
ジングの中のスロットは、装着端の反対側とハウジング
の嵌装領域の中に位置しており、180度の領域を越える
円周通過スロット206Tであり、残りの180度のための外
部対向ボアスロット206Cである。
りと支持され、それは、固定円筒ハウジング201の中心
軸に沿って及びそのまわりに、即ち軸的に（焦点）及び
回転的に動くことができる。光源10のフォーカスと回転
は、それぞれ固定円筒ハウジング201の外部直径のまわ
りにそれぞれ適合する外部の環状のグリップリング204
及び216によって制御され、それらは、固定シリンダハ
ウジング201のスロット208を通過する可動シリンダ200
及びフォーカスグリップリング204と接触し、そして
又、固定円筒ハウジング201の円周のスロット206を通る
可動シリンダ200及び回転グリップリング216を結合して
いる。可動シリンダの回転する制御部のための固定ハウ
ジングの中のスロットは、装着端の反対側とハウジング
の嵌装領域の中に位置しており、180度の領域を越える
円周通過スロット206Tであり、残りの180度のための外
部対向ボアスロット206Cである。
【００７９】他の円周通過スロット207は、少なくとも9
0度の範囲で、光学偏光子の制御をその偏光子から延び
る放射状のレバーを介して可能とし、それはハウジング
の装着端の近くに位置する。固定ハウジングの追加的な
スロット208は可動シリンダ200の焦点制御のためであ
り、均一の間隔で置かれ、疑似螺旋通過スロットであっ
て、固定円筒ハウジング201の円筒軸に対して適当な角
度でカットされてその結果所望の感度と嵌装焦点（軸
的）動作の制御を提供し、そして、可動シリンダの回転
制御のための円周通過スロット206と装着端215との間の
ハウジングの嵌装領域に位置している。
0度の範囲で、光学偏光子の制御をその偏光子から延び
る放射状のレバーを介して可能とし、それはハウジング
の装着端の近くに位置する。固定ハウジングの追加的な
スロット208は可動シリンダ200の焦点制御のためであ
り、均一の間隔で置かれ、疑似螺旋通過スロットであっ
て、固定円筒ハウジング201の円筒軸に対して適当な角
度でカットされてその結果所望の感度と嵌装焦点（軸
的）動作の制御を提供し、そして、可動シリンダの回転
制御のための円周通過スロット206と装着端215との間の
ハウジングの嵌装領域に位置している。
【００８０】可動シリンダ200は回転制御のためのその
外側の表面上の適切に長い軸スロットを有して、そして
回転グリップリング216に係合されており、又それは周
回通過スロット206T及び、周回スロット206Cに関連して
いて、又それはフォーカスグリップリング204に係合さ
れていて、又それはハウジングの疑似螺旋のスロット20
8と関連している。実際には、外部グリップリング204及
び216は、円筒ハウジング201の外部直径上へ、平滑に適
合するよう設計されている。3つの等間隔に設置された
ネジ穴209があって、円筒ハウジング201を貫通するピン
205のねじ切りされた一部を受け入れて、適当なスロッ
ト及び溝において可動シリンダ200を係合する。可動シ
リンダ200のための回転グリップリング216の場合、1本
のピン205は、円筒ハウジング201の周回スロット206Tを
通って延在し、摺動しながら可動シリンダ200の軸のス
ロット210を係合する。更なる2本のピンは、回転グリッ
プリング216を通って外部対向溝206Cの中へと延在し、
安定性と位置ロッキング手段を提供する。フォーカスグ
リップリング204の場合、3本のピン205は、円筒ハウジ
ング201を貫入し、１つが各疑似螺旋スロット208を通
り、周回溝211の可動シリンダ200に摺動係合する。
外側の表面上の適切に長い軸スロットを有して、そして
回転グリップリング216に係合されており、又それは周
回通過スロット206T及び、周回スロット206Cに関連して
いて、又それはフォーカスグリップリング204に係合さ
れていて、又それはハウジングの疑似螺旋のスロット20
8と関連している。実際には、外部グリップリング204及
び216は、円筒ハウジング201の外部直径上へ、平滑に適
合するよう設計されている。3つの等間隔に設置された
ネジ穴209があって、円筒ハウジング201を貫通するピン
205のねじ切りされた一部を受け入れて、適当なスロッ
ト及び溝において可動シリンダ200を係合する。可動シ
リンダ200のための回転グリップリング216の場合、1本
のピン205は、円筒ハウジング201の周回スロット206Tを
通って延在し、摺動しながら可動シリンダ200の軸のス
ロット210を係合する。更なる2本のピンは、回転グリッ
プリング216を通って外部対向溝206Cの中へと延在し、
安定性と位置ロッキング手段を提供する。フォーカスグ
リップリング204の場合、3本のピン205は、円筒ハウジ
ング201を貫入し、１つが各疑似螺旋スロット208を通
り、周回溝211の可動シリンダ200に摺動係合する。
【００８１】図1に戻って、偏光が選択的であるとき
は、より確実な共鳴はセンサに当たる'p'偏光によって
発生する。共鳴振幅は、偏光子の吸光係数に反比例す
る。振幅は最初に大きい（50-90%）ので、弱い偏光子
（0.1-0.01の吸光係数）でも充分である。どんなデバイ
スでも例えば、リニア偏光子、プリズム偏光子、偏光ビ
ームスプリッタ、遅延プレート、コルニュ（Cornu）疑
似偏光子、あるいは、二色性薄板偏光子等の中から使用
可能である。図1に示すように、二色性線形薄膜偏光子2
0であって、l0の-2乗の吸光係数、875ナノメートルにお
いて70%の透過率（オリエル27361）を有するものが、'
p'方向(ＩＩ)の光の偏光に使用される。角度走査手段 照光角度の走査は、種々の素子及び技術を用いて、例え
ばゴニオメータ、光源又はスリット変換、回転ミラー又
は屈折レンズスキャナ、レンズの焦点でのＬＥＤ/レー
ザーダイオードアレイ、又は空間モジュレータ変調器に
よってなされ得る。角度走査は又、単一の光源要素を機
械的に異なった位置へと動かすことによっても可能であ
り、その結果、光源から異なる角度でセンサに照光する
ことになる。本実施例では、レンズ系40の後部焦点板に
位置する光源10として、ＬＥＤアレイを使用する。その
アレイは複数の傾斜したＬＥＤ列あるいは、まっすぐな
列と傾斜したアレイから構成可能であり、各ＬＥＤは光
軸より上又は下のそれぞれの距離を設定され、中心のＬ
ＥＤは正確に光学軸上に設定される。このようにするこ
とによって、各ダイオードの光は、センサを照光する平
行光線をそれぞれの角度で生み出し、その角度は、光学
軸ダイオードに相対的な各ダイオードの高さによって異
なる。ビームの角度のレンジΔθTは、ダイオードの高
さを角度走査レンズ系の焦点距離の長さで割ったものに
よって与えられる。入手可能な角度の範囲は、レンズ系
40の焦点距離によって割られたアレイの高さによって与
えられる。最後に、角度のステップサイズは、レンズ系
40の焦点距離によって割られたダイオードの間隔によっ
て与えられる。横方向の変位（光学軸から横の）は、無
視し得る共鳴幅を生み出す。本実施例においては、タム
ロン２倍テレコンバータと組み合わせたミノルタ75-300
ミリメートルズームレンズがレンズ系として使用され
る。 プレ分散グレーティング角度走査 入射角θiの走査によって、出射角θo格子方程式によっ
て走査することになる。
は、より確実な共鳴はセンサに当たる'p'偏光によって
発生する。共鳴振幅は、偏光子の吸光係数に反比例す
る。振幅は最初に大きい（50-90%）ので、弱い偏光子
（0.1-0.01の吸光係数）でも充分である。どんなデバイ
スでも例えば、リニア偏光子、プリズム偏光子、偏光ビ
ームスプリッタ、遅延プレート、コルニュ（Cornu）疑
似偏光子、あるいは、二色性薄板偏光子等の中から使用
可能である。図1に示すように、二色性線形薄膜偏光子2
0であって、l0の-2乗の吸光係数、875ナノメートルにお
いて70%の透過率（オリエル27361）を有するものが、'
p'方向(ＩＩ)の光の偏光に使用される。角度走査手段 照光角度の走査は、種々の素子及び技術を用いて、例え
ばゴニオメータ、光源又はスリット変換、回転ミラー又
は屈折レンズスキャナ、レンズの焦点でのＬＥＤ/レー
ザーダイオードアレイ、又は空間モジュレータ変調器に
よってなされ得る。角度走査は又、単一の光源要素を機
械的に異なった位置へと動かすことによっても可能であ
り、その結果、光源から異なる角度でセンサに照光する
ことになる。本実施例では、レンズ系40の後部焦点板に
位置する光源10として、ＬＥＤアレイを使用する。その
アレイは複数の傾斜したＬＥＤ列あるいは、まっすぐな
列と傾斜したアレイから構成可能であり、各ＬＥＤは光
軸より上又は下のそれぞれの距離を設定され、中心のＬ
ＥＤは正確に光学軸上に設定される。このようにするこ
とによって、各ダイオードの光は、センサを照光する平
行光線をそれぞれの角度で生み出し、その角度は、光学
軸ダイオードに相対的な各ダイオードの高さによって異
なる。ビームの角度のレンジΔθTは、ダイオードの高
さを角度走査レンズ系の焦点距離の長さで割ったものに
よって与えられる。入手可能な角度の範囲は、レンズ系
40の焦点距離によって割られたアレイの高さによって与
えられる。最後に、角度のステップサイズは、レンズ系
40の焦点距離によって割られたダイオードの間隔によっ
て与えられる。横方向の変位（光学軸から横の）は、無
視し得る共鳴幅を生み出す。本実施例においては、タム
ロン２倍テレコンバータと組み合わせたミノルタ75-300
ミリメートルズームレンズがレンズ系として使用され
る。 プレ分散グレーティング角度走査 入射角θiの走査によって、出射角θo格子方程式によっ
て走査することになる。
【００８２】
【数２５】
【００８３】
【数２６】
【００８４】そして、単色光では、
【００８５】
【数２７】
【００８６】プレ分散グレーディング波長−角度相関
多色光源を使った狭共鳴を生み出すために、サンプルは
光源スペクトルの各波長に対する異なる共鳴角度で照光
されなければならない。波長と角度との関係は、共鳴分
散カーブを画定する。このカーブの傾斜は、共鳴分散
（RDisp）である。これを達成する１つの方法は、同じ
分散を有する光学グレーティングを使って、光源とセン
サとの間に正確に方向を向けることによってなされる。
最適な光学グレーティングを判定するには、グレーティ
ング方程式を調べる必要がある。
光源スペクトルの各波長に対する異なる共鳴角度で照光
されなければならない。波長と角度との関係は、共鳴分
散カーブを画定する。このカーブの傾斜は、共鳴分散
（RDisp）である。これを達成する１つの方法は、同じ
分散を有する光学グレーティングを使って、光源とセン
サとの間に正確に方向を向けることによってなされる。
最適な光学グレーティングを判定するには、グレーティ
ング方程式を調べる必要がある。
【００８７】このことから、角度分散は算出され、それ
はRDispに等しくなければならない。
はRDispに等しくなければならない。
【００８８】
【数２８】
【００８９】
【数２９】
【００９０】理論的なRDispについての知識によって、
溝の間隔d、及び光学グレーティングに対する出射角θo
の決定が、最大の回折効率を生む与えられた回折オーダ
mにおいて、可能となる。d及びθoを選んだ後に、光学
グレーティングに対する入射角度が以下のように算出さ
れ得る。
溝の間隔d、及び光学グレーティングに対する出射角θo
の決定が、最大の回折効率を生む与えられた回折オーダ
mにおいて、可能となる。d及びθoを選んだ後に、光学
グレーティングに対する入射角度が以下のように算出さ
れ得る。
【００９１】
【数３０】
【００９２】追加的に考えるべきことは以下の如くであ
る。反射グレーティングと同様に伝送グレーティング
が、使用され得る。反射グレーティングに対しては、口
径食のない追加的な光学機器の装着を可能にするため
に、θiとθoとは大きく離れていなければならない。伝
送グレーティングのためには、角度のどんな組合せで
も、機能する。回折効率は、共鳴サンプルに必要な偏光
に対して最大にされなければならない。本実施例におい
ては、共鳴ピークは、共鳴角度付近の各波長に対する照
光角度の走査によって観測される。
る。反射グレーティングと同様に伝送グレーティング
が、使用され得る。反射グレーティングに対しては、口
径食のない追加的な光学機器の装着を可能にするため
に、θiとθoとは大きく離れていなければならない。伝
送グレーティングのためには、角度のどんな組合せで
も、機能する。回折効率は、共鳴サンプルに必要な偏光
に対して最大にされなければならない。本実施例におい
ては、共鳴ピークは、共鳴角度付近の各波長に対する照
光角度の走査によって観測される。
【００９３】図６において、後述するSPRセンサの共鳴
分散カーブは、屈折率（n=l.42、n=1.38、n=1.33）の３
つの異なる指数で示される。更に“走査線”（A、B、
C）が示される。線Aは特定の屈折率での分散カーブの部
分に密接に適合するように設計されたプレ分散グレーテ
ィングを示す。図1の実施例において、我々は線Aの全て
の位置において、同時的に共鳴を計測し、そして、共鳴
を走査するために、全部の線が角度においてシフトされ
得る（角度走査）。この方法の利点は、波長−角度の対
の連続的な組に沿って、共鳴が測定されることで、その
結果、全体の信号は増加する。2次元画像の場合、セン
サ上の各２次元の活性サイトは、CCDカメラの一群の画
素にマップされ、そして、それらのピクセル上の信号は
角度とともに変化する。
分散カーブは、屈折率（n=l.42、n=1.38、n=1.33）の３
つの異なる指数で示される。更に“走査線”（A、B、
C）が示される。線Aは特定の屈折率での分散カーブの部
分に密接に適合するように設計されたプレ分散グレーテ
ィングを示す。図1の実施例において、我々は線Aの全て
の位置において、同時的に共鳴を計測し、そして、共鳴
を走査するために、全部の線が角度においてシフトされ
得る（角度走査）。この方法の利点は、波長−角度の対
の連続的な組に沿って、共鳴が測定されることで、その
結果、全体の信号は増加する。2次元画像の場合、セン
サ上の各２次元の活性サイトは、CCDカメラの一群の画
素にマップされ、そして、それらのピクセル上の信号は
角度とともに変化する。
【００９４】図1において、カイザーオプティックスの1
200G/ミリメートル（HG-875-31-40）ホログラフィック
伝送グレーティングが830-910ナノメートル波長レンジ
に分散させるためのプレ分散グレーティング５０として
使用されて、共鳴角度にマッチする。'p'偏光に対する
このグレーティング伝送は、約90%である。875ナノメー
トル/10ナノメートル(fwhm)、65%伝送干渉フィルタ30
（オリエル59495）が、光源スペクトラムのオフ共鳴波
長/角度フィルタリングのために使用されて、より良い
分散とより狭い共鳴を達成する。
200G/ミリメートル（HG-875-31-40）ホログラフィック
伝送グレーティングが830-910ナノメートル波長レンジ
に分散させるためのプレ分散グレーティング５０として
使用されて、共鳴角度にマッチする。'p'偏光に対する
このグレーティング伝送は、約90%である。875ナノメー
トル/10ナノメートル(fwhm)、65%伝送干渉フィルタ30
（オリエル59495）が、光源スペクトラムのオフ共鳴波
長/角度フィルタリングのために使用されて、より良い
分散とより狭い共鳴を達成する。
【００９５】図4上の線B及びCは、センサ分散を補償し
ないプレ分散グレーティングを示しているが、しかし他
の実施例（以下）に対して便利である。この方法の利点
は、屈折率のレンジをカバーすることであるがしかし、
信号を犠牲にする。BとCの差異は角度と波長のレンジに
あるが、それらは、プレ分散グレーティングによってカ
バーされ、順番に光学システムの要求を判定して、検出
器上のセンサを撮像するのに使用される。センサ センサ60は図1に示されていて、本実施例での854.5ナノ
メートルの溝間隔を有するグレーティング結合表面プラ
ズモン装置である。875ナノメートル及び屈折率n=1.33
での結果として生じる共鳴角度は20度である。プラナ導
波管又は多層プラナ導波管もまた使用可能である。
ないプレ分散グレーティングを示しているが、しかし他
の実施例（以下）に対して便利である。この方法の利点
は、屈折率のレンジをカバーすることであるがしかし、
信号を犠牲にする。BとCの差異は角度と波長のレンジに
あるが、それらは、プレ分散グレーティングによってカ
バーされ、順番に光学システムの要求を判定して、検出
器上のセンサを撮像するのに使用される。センサ センサ60は図1に示されていて、本実施例での854.5ナノ
メートルの溝間隔を有するグレーティング結合表面プラ
ズモン装置である。875ナノメートル及び屈折率n=1.33
での結果として生じる共鳴角度は20度である。プラナ導
波管又は多層プラナ導波管もまた使用可能である。
【００９６】同一試料から由来し／過敏化（???）され
た１つの２次元アレイは多重試料の解析に使用可能であ
る。異なった試料の２次元サイトアレイは、単一試料の
解析に使用可能である。検知システム 図1に示すように通常、光線はその入射角と等しい反射
角でセンサ60から、反射される。したがって光線は一般
に、垂直な平面に小さいレンジの角度に及び、その時セ
ンサ中心角はθTである。検知系の光学軸として、角度
θT及びθA=0におけるセンサの中心から来る光線を取る
ことが便利である。検知器上の像は単一の、高品質のレ
ンズ70によって得られ、それは光学系と検知器に対して
ほぼ直角に向けられていて、光学軸に対してほとんど-
θTの角度をなしている。全システムは、センサの向き
に対して垂直な左右対称な平面を有する。この実施例
は、メレグリオ（Meles Griot）の部品番号LAI007色消
しレンズ（60ミリメートル焦点距離）をセンサ及び検知
器から等距離（117.16ミリメートル）に配設して使用
し、その時、θT=14度で傾き−0.49度であり、検知器付
きの傾きは-14.08度である。この設計では、1cm正方の
センサが使用されるとき、検知器全体の対象平面の倍率
変化は約3%である。この構成では、１cm正方のセンサ上
に100のサンプルによって、100のアレイが分解されるこ
とを可能にする。本実施例において利用され得る他のレ
ンズの種類はロリン（Rolyn）の部品番号22.0162であ
り、60ミリメートル焦点距離及び30ミリメートルの直径
を有する。ΔθTが5度とする使用においては、1cm正方
のセンサ上に平行方向で50サンプルからなり、垂直方向
で25のサンプルからなるアレイによって、分解可能であ
る。
た１つの２次元アレイは多重試料の解析に使用可能であ
る。異なった試料の２次元サイトアレイは、単一試料の
解析に使用可能である。検知システム 図1に示すように通常、光線はその入射角と等しい反射
角でセンサ60から、反射される。したがって光線は一般
に、垂直な平面に小さいレンジの角度に及び、その時セ
ンサ中心角はθTである。検知系の光学軸として、角度
θT及びθA=0におけるセンサの中心から来る光線を取る
ことが便利である。検知器上の像は単一の、高品質のレ
ンズ70によって得られ、それは光学系と検知器に対して
ほぼ直角に向けられていて、光学軸に対してほとんど-
θTの角度をなしている。全システムは、センサの向き
に対して垂直な左右対称な平面を有する。この実施例
は、メレグリオ（Meles Griot）の部品番号LAI007色消
しレンズ（60ミリメートル焦点距離）をセンサ及び検知
器から等距離（117.16ミリメートル）に配設して使用
し、その時、θT=14度で傾き−0.49度であり、検知器付
きの傾きは-14.08度である。この設計では、1cm正方の
センサが使用されるとき、検知器全体の対象平面の倍率
変化は約3%である。この構成では、１cm正方のセンサ上
に100のサンプルによって、100のアレイが分解されるこ
とを可能にする。本実施例において利用され得る他のレ
ンズの種類はロリン（Rolyn）の部品番号22.0162であ
り、60ミリメートル焦点距離及び30ミリメートルの直径
を有する。ΔθTが5度とする使用においては、1cm正方
のセンサ上に平行方向で50サンプルからなり、垂直方向
で25のサンプルからなるアレイによって、分解可能であ
る。
【００９７】検知器アレイのサイズは、その上の像を縮
小することによって最小化しうるが、１対１の撮像より
長い光学距離と大口径レンズを犠牲にする。縮小（dema
gnification）は、また、充分な解像度のためにサンプ
ル当たり少なくとも数個のピクセルを必要とすることに
よって制限される。あるいは、画像は撮像されたサンプ
ル当たりにより多くのピクセルを得るために拡大可能で
ある。ある点までは、長焦点距離は、光路を近軸近くに
設定できるので、それ故要求されることは厳しくない。
サンプル密度に対する光学的制限は、画質及びピクセル
密度である。撮像レンズ70は、また、1次元アレイ検知
器が使用されるカーブミラーであってもよい。それぞれ
のサンプルバーの画像を結合している線に沿ったぼやけ
を最小にするように検知器は位置決め可能であり、その
結果、どんな乱視も重大な影響を有しなくなる。
小することによって最小化しうるが、１対１の撮像より
長い光学距離と大口径レンズを犠牲にする。縮小（dema
gnification）は、また、充分な解像度のためにサンプ
ル当たり少なくとも数個のピクセルを必要とすることに
よって制限される。あるいは、画像は撮像されたサンプ
ル当たりにより多くのピクセルを得るために拡大可能で
ある。ある点までは、長焦点距離は、光路を近軸近くに
設定できるので、それ故要求されることは厳しくない。
サンプル密度に対する光学的制限は、画質及びピクセル
密度である。撮像レンズ70は、また、1次元アレイ検知
器が使用されるカーブミラーであってもよい。それぞれ
のサンプルバーの画像を結合している線に沿ったぼやけ
を最小にするように検知器は位置決め可能であり、その
結果、どんな乱視も重大な影響を有しなくなる。
【００９８】高いセンサ共鳴の角度及び波長解像度走査
が必要なときは、結果として生じる光／信号レベルは
（検知器及びシステム雑音レベルと比較して）非常に低
くなり得る。好適な作動モードはこの場合、常に信号発
射ノイズが制限されたものであり、それは全ての他のシ
ステムノイズ源が最小にされなければならないことを意
味する。CCD、PDA又はCID検知器の場合、これはピクセ
ルウェル（pixel-well）が露出時間の間、光電子で満た
されなければならないことを意味し、そして、暗電流、
電子読み取りノイズ、そして、デジタル化ノイズが最小
にされなければならない。信号レベルを増やすために、
検知器上の共鳴波長/角度ペアの範囲を想像することが
できるが、しかし、それは追加的走査の必要を課す。検
知器の暗電流は、冷却によって下げられ得て、読み込み
ノイズは周知のCDS（相関倍サンプリング（correlated-
double sampling））及び、MPP（マルチフェーズパルシ
ング）電子装置、そして、「静」電子装置要素によって
最小化され得る。デジタルカメラの場合、デジタル化ノ
イズの最小化は、A/Dビット有効数を増加させ、あるい
は信号をディザリングや平均することによって、可能で
ある。
が必要なときは、結果として生じる光／信号レベルは
（検知器及びシステム雑音レベルと比較して）非常に低
くなり得る。好適な作動モードはこの場合、常に信号発
射ノイズが制限されたものであり、それは全ての他のシ
ステムノイズ源が最小にされなければならないことを意
味する。CCD、PDA又はCID検知器の場合、これはピクセ
ルウェル（pixel-well）が露出時間の間、光電子で満た
されなければならないことを意味し、そして、暗電流、
電子読み取りノイズ、そして、デジタル化ノイズが最小
にされなければならない。信号レベルを増やすために、
検知器上の共鳴波長/角度ペアの範囲を想像することが
できるが、しかし、それは追加的走査の必要を課す。検
知器の暗電流は、冷却によって下げられ得て、読み込み
ノイズは周知のCDS（相関倍サンプリング（correlated-
double sampling））及び、MPP（マルチフェーズパルシ
ング）電子装置、そして、「静」電子装置要素によって
最小化され得る。デジタルカメラの場合、デジタル化ノ
イズの最小化は、A/Dビット有効数を増加させ、あるい
は信号をディザリングや平均することによって、可能で
ある。
【００９９】本実施例においては、秒当たり30フレー
ム、10ビットのデジタルコダックES-1.0CCDカメラが示
されている。このカメラは、lK×lKのシリコンCCDチッ
プを使用し、単位倍率において10×10ミリメートルセン
サを撮像することができる。シリコンCCDの画期的な効
率は、875ナノメートルにおいて約10%である。カメラの
インテグレーション時間は、ピクセルウェルがその時間
（制限された信号ショットノイズ）においてほとんど満
たされるように、そして、フレーム率は化学反応時間の
スケールに適合するように選ばれなければならない。 シーケンシャル共鳴検知 本実施例において、鋭い共鳴を生成するように、センサ
は各波長で角度の十分に少ない範囲を有する光ビームを
もって照明される。角度は、時間の関数として走査され
て、その結果、サンプル屈折率の異なる値を有する異な
る活性サイトに対する共鳴をシーケンシャルに追跡す
る。共鳴屈折率は、したがって、走査の間、単調量的に
（monotonically）変化する。サンプルアレイに対応す
る次元を有する検知器の上へ、センサは撮像される。検
知器ピクセルの出力は、時間の関数として記録される。
入射光が特定のサンプルに対して共鳴状態にあるとき
は、このサンプル活性サイトがその上に撮像されるピク
セルは、強度の減少を示す。入射角のパラメータ及び時
間対検知器強度から、共鳴位置、それ故アレイの各サン
プルの屈折率の有効指数は判定可能である。
ム、10ビットのデジタルコダックES-1.0CCDカメラが示
されている。このカメラは、lK×lKのシリコンCCDチッ
プを使用し、単位倍率において10×10ミリメートルセン
サを撮像することができる。シリコンCCDの画期的な効
率は、875ナノメートルにおいて約10%である。カメラの
インテグレーション時間は、ピクセルウェルがその時間
（制限された信号ショットノイズ）においてほとんど満
たされるように、そして、フレーム率は化学反応時間の
スケールに適合するように選ばれなければならない。 シーケンシャル共鳴検知 本実施例において、鋭い共鳴を生成するように、センサ
は各波長で角度の十分に少ない範囲を有する光ビームを
もって照明される。角度は、時間の関数として走査され
て、その結果、サンプル屈折率の異なる値を有する異な
る活性サイトに対する共鳴をシーケンシャルに追跡す
る。共鳴屈折率は、したがって、走査の間、単調量的に
（monotonically）変化する。サンプルアレイに対応す
る次元を有する検知器の上へ、センサは撮像される。検
知器ピクセルの出力は、時間の関数として記録される。
入射光が特定のサンプルに対して共鳴状態にあるとき
は、このサンプル活性サイトがその上に撮像されるピク
セルは、強度の減少を示す。入射角のパラメータ及び時
間対検知器強度から、共鳴位置、それ故アレイの各サン
プルの屈折率の有効指数は判定可能である。
【０１００】光学伝送系の標準化のために、偏光子（??
?）が配設されて、その結果、センサ上の入射光の偏光
がセンサグレーティング溝（'s'）に平行になり、その
結果、SPRが発生しないように設定されている。反射強
度は、光源アレイの各要素に対して、（例えばコンピュ
ータメモリによって）記録される。それから、偏光子
は、センサ上の入射光の偏光がグレーティング溝（'
p'）に対して垂直であり、SPRが発生するように設定さ
れる。光源アレイの各要素に対して、反射強度が測定さ
れて、対応する予め記録された強度によって割られる。
これによって標準化された共鳴ピークが得られて、更な
る計量に使用可能である。検知器の暗電流を修正するた
めに、暗露出が記録され、その時、光源の全ての要素は
オフにされる。この暗読み取りは、他のいかなる測定値
からも減じられる。
?）が配設されて、その結果、センサ上の入射光の偏光
がセンサグレーティング溝（'s'）に平行になり、その
結果、SPRが発生しないように設定されている。反射強
度は、光源アレイの各要素に対して、（例えばコンピュ
ータメモリによって）記録される。それから、偏光子
は、センサ上の入射光の偏光がグレーティング溝（'
p'）に対して垂直であり、SPRが発生するように設定さ
れる。光源アレイの各要素に対して、反射強度が測定さ
れて、対応する予め記録された強度によって割られる。
これによって標準化された共鳴ピークが得られて、更な
る計量に使用可能である。検知器の暗電流を修正するた
めに、暗露出が記録され、その時、光源の全ての要素は
オフにされる。この暗読み取りは、他のいかなる測定値
からも減じられる。
【０１０１】アレイの読み込み率は照光光線の走査率に
相対的に設定されて、その結果、一般的な共鳴にわたっ
て５から10の読み取りがなされる。照光光線の走査率は
設定されて、その結果、アレイの各読み取りは飽和のリ
スクをおかすことなく適切なS/Nに対する十分な光を集
める。一般に、２次元アレイ系は、１次元アレイ系より
も自然光を良く利用する。 アナモーフィック光学設計を有する実施例 図8は、本発明の更なる実施例を示す。本実施例におけ
る光源10は、発光要素370及び視準レンズ360を含む。発
光要素は、拡張モノクロであるか疑似モノクロ的な光
源、例えばフィルタリングされたガス放電ランプ又は拡
散レーザーダイオードである。図8において、全ての可
能な共鳴をカバーするのに十分な角度の範囲に及ぶ光源
10からの光がセンサ60の方向に導かれる。センサ表面
は、活性サイト300,310,320の１次元アレイに分割され
る。x"-z平面と平行する平面上のセンサ上の活性サイト
から反射された光は、アナモーフィック光学系120に当
たり、それは２次元検知器アレイ90に光を導く。本実施
例において、アナモーフィック画像処理システムの焦点
距離は、2つの直交平面において異なる。この技術を利
用することによって、垂直平面内のセンサから反射した
角度と、y軸に沿った平行面における活性サイトとを、
撮像可能になる。活性サイト300は、検知器上の領域330
に撮像される。この領域内で、角度は検知器90上のx'軸
に沿って表示される。同様に、サイト310は領域340に、
そして、サイト320は領域350に撮像される。これを実現
するために、検知器は垂直平面の撮像素子の焦点に位置
しなければならない。平行平面の撮像デバイスの焦点距
離及び、それからセンサへの距離は、センサが検知器に
おいて撮像するように選択される。平行面の焦点距離
は、垂直面のそれに較べて相当小さくなければならな
い。
相対的に設定されて、その結果、一般的な共鳴にわたっ
て５から10の読み取りがなされる。照光光線の走査率は
設定されて、その結果、アレイの各読み取りは飽和のリ
スクをおかすことなく適切なS/Nに対する十分な光を集
める。一般に、２次元アレイ系は、１次元アレイ系より
も自然光を良く利用する。 アナモーフィック光学設計を有する実施例 図8は、本発明の更なる実施例を示す。本実施例におけ
る光源10は、発光要素370及び視準レンズ360を含む。発
光要素は、拡張モノクロであるか疑似モノクロ的な光
源、例えばフィルタリングされたガス放電ランプ又は拡
散レーザーダイオードである。図8において、全ての可
能な共鳴をカバーするのに十分な角度の範囲に及ぶ光源
10からの光がセンサ60の方向に導かれる。センサ表面
は、活性サイト300,310,320の１次元アレイに分割され
る。x"-z平面と平行する平面上のセンサ上の活性サイト
から反射された光は、アナモーフィック光学系120に当
たり、それは２次元検知器アレイ90に光を導く。本実施
例において、アナモーフィック画像処理システムの焦点
距離は、2つの直交平面において異なる。この技術を利
用することによって、垂直平面内のセンサから反射した
角度と、y軸に沿った平行面における活性サイトとを、
撮像可能になる。活性サイト300は、検知器上の領域330
に撮像される。この領域内で、角度は検知器90上のx'軸
に沿って表示される。同様に、サイト310は領域340に、
そして、サイト320は領域350に撮像される。これを実現
するために、検知器は垂直平面の撮像素子の焦点に位置
しなければならない。平行平面の撮像デバイスの焦点距
離及び、それからセンサへの距離は、センサが検知器に
おいて撮像するように選択される。平行面の焦点距離
は、垂直面のそれに較べて相当小さくなければならな
い。
【０１０２】アナモーフィックレンズ系120は、単一レ
ンズ、標準のレンズ及び円筒レンズの組合せ、球形ミラ
ーであっても良く、それが軸を外して使用されるときに
は自然の乱視を有しても良い。もしも、例えば、ミラー
が光学軸に45度の角度で傾けられる場合、即ち、図８に
示されるように垂直平面の軸についてである場合、垂直
（球欠的、sagital）平面の焦点距離は平行（接）平面
のそれの２倍である。
ンズ、標準のレンズ及び円筒レンズの組合せ、球形ミラ
ーであっても良く、それが軸を外して使用されるときに
は自然の乱視を有しても良い。もしも、例えば、ミラー
が光学軸に45度の角度で傾けられる場合、即ち、図８に
示されるように垂直平面の軸についてである場合、垂直
（球欠的、sagital）平面の焦点距離は平行（接）平面
のそれの２倍である。
【０１０３】分解の屈折率又は各活性サイトサンプルが
変化するとき、対応する共鳴は、検知器上の角度軸に沿
って動く、言い換えればx'軸に沿って動く。図8Aは、類
似した実施例を示し、そこにおいて光源10は、多色の点
光源400と、視準レンズ390及び反相関（anti-correlati
on）グレーティング380を含む。反相関グレーティング
は、図6のカーブBに対応するプレ分散を生み出す。この
方法で、光源400のバンド幅における異なる波長はセン
サ60に当たり、その時の角度はセンサの共鳴分散を補償
するよりむしろ、強調する。こうして、センサ90上の共
鳴位置シフトは、単色波長あるいは角分散系にわたって
強化される。
変化するとき、対応する共鳴は、検知器上の角度軸に沿
って動く、言い換えればx'軸に沿って動く。図8Aは、類
似した実施例を示し、そこにおいて光源10は、多色の点
光源400と、視準レンズ390及び反相関（anti-correlati
on）グレーティング380を含む。反相関グレーティング
は、図6のカーブBに対応するプレ分散を生み出す。この
方法で、光源400のバンド幅における異なる波長はセン
サ60に当たり、その時の角度はセンサの共鳴分散を補償
するよりむしろ、強調する。こうして、センサ90上の共
鳴位置シフトは、単色波長あるいは角分散系にわたって
強化される。
【０１０４】図8及び8Aの実施例において、サンプル共
鳴の全セットは、1つのアレイ検知器露出において捕捉
される。このことは、光源変動及び／又はシステムドリ
フトの影響を除去することによって、共鳴検知精度を改
善する。 導関数適合によるピークシフト評価モデルピーク 表面プラズモン測定において、時として傾斜する基線上
にディップ（dip）を有するピークが一般的に得られ
る。測定が異なる濃度で他のサンプルについて実行され
るとき、このディップはシフトし、そのシフトは２つの
サンプルの濃度差に対応する屈折率の変化に従う。その
濃度は、ピークシフトを濃度と関係づけている較正モデ
ルを使用して予測され得る。２つのピークを使用するピ
ークシフト算出のために使用されるアルゴリズムは、開
始すべきモデルピークを必要とする。モデルピークは、
x-yの対であり、その対は参照ピークの形と位置とを表
現しており、その参照ピークから全ての実際のピークの
位置は計測される。このモデルピークは、全ての基線の
影響から自由であるという長所を有する理論計算を通し
て得られ得る。モデルピークが、実際のサンプル測定の
前に又は同時に、異なるチャネルにおいて実際のサンプ
ル測定としてブランクサンプルについて得られる場合、
測定された参照ピークはノイズのために処理されて、必
要ならば、基線影響の修正がなされる必要がある。測定
されたモデルピークは、サヴィッツキー・ゴレイ（Savi
tzky-Golay）デジタルフィルタリングを通して滑らかに
されることができ、そのフィルタリングは共鳴幅よりも
小さくてピーク歪みのないことを補償する。参照ピーク
の基線が未知のピークのそれと異なる形状（例えば異な
るオーダの多項式）に従うと考えられる場合、基線修正
は、例えば、低いオーダ多項式を参照ピークの端までフ
ィルタリングし、それを同じピークから減ずることによ
って、参照ピークに対して実行される必要がある。2つ
のピークが同じオーダの多項式のような同じ形式の基線
モデルに従う限り、基線が参照及び未知のピークが異な
る場合であっても、基線修正を実行する必要はない。こ
の前処理（ノイズろ過及び基線修正の可能性）の後、参
照ピークはモデルピークと呼ばれて、未知のピークの相
対的なシフトを判定するために使用される。ピークシフト計算 未知のピークの基線についての１次オーダモデルを仮定
して、以下の（4xm）マトリックスが、作られ得る。
鳴の全セットは、1つのアレイ検知器露出において捕捉
される。このことは、光源変動及び／又はシステムドリ
フトの影響を除去することによって、共鳴検知精度を改
善する。 導関数適合によるピークシフト評価モデルピーク 表面プラズモン測定において、時として傾斜する基線上
にディップ（dip）を有するピークが一般的に得られ
る。測定が異なる濃度で他のサンプルについて実行され
るとき、このディップはシフトし、そのシフトは２つの
サンプルの濃度差に対応する屈折率の変化に従う。その
濃度は、ピークシフトを濃度と関係づけている較正モデ
ルを使用して予測され得る。２つのピークを使用するピ
ークシフト算出のために使用されるアルゴリズムは、開
始すべきモデルピークを必要とする。モデルピークは、
x-yの対であり、その対は参照ピークの形と位置とを表
現しており、その参照ピークから全ての実際のピークの
位置は計測される。このモデルピークは、全ての基線の
影響から自由であるという長所を有する理論計算を通し
て得られ得る。モデルピークが、実際のサンプル測定の
前に又は同時に、異なるチャネルにおいて実際のサンプ
ル測定としてブランクサンプルについて得られる場合、
測定された参照ピークはノイズのために処理されて、必
要ならば、基線影響の修正がなされる必要がある。測定
されたモデルピークは、サヴィッツキー・ゴレイ（Savi
tzky-Golay）デジタルフィルタリングを通して滑らかに
されることができ、そのフィルタリングは共鳴幅よりも
小さくてピーク歪みのないことを補償する。参照ピーク
の基線が未知のピークのそれと異なる形状（例えば異な
るオーダの多項式）に従うと考えられる場合、基線修正
は、例えば、低いオーダ多項式を参照ピークの端までフ
ィルタリングし、それを同じピークから減ずることによ
って、参照ピークに対して実行される必要がある。2つ
のピークが同じオーダの多項式のような同じ形式の基線
モデルに従う限り、基線が参照及び未知のピークが異な
る場合であっても、基線修正を実行する必要はない。こ
の前処理（ノイズろ過及び基線修正の可能性）の後、参
照ピークはモデルピークと呼ばれて、未知のピークの相
対的なシフトを判定するために使用される。ピークシフト計算 未知のピークの基線についての１次オーダモデルを仮定
して、以下の（4xm）マトリックスが、作られ得る。
【０１０５】
【数３１】
【０１０６】ここで、最初の列は垂直オフセットを考慮
したものからなり、２番目の列は１，２・・・ｍからな
るベースラインの傾きを表したものからなり、第3列はm
個の異なる波長又は角度における強度を有するモデルピ
ークを表現し、そして、最後の列は適当なオーダ及びサ
イズを有するサヴィッツキー・ゴレイ・フィルタによっ
て計算され得るモデルピークの第１次導関数である。
したものからなり、２番目の列は１，２・・・ｍからな
るベースラインの傾きを表したものからなり、第3列はm
個の異なる波長又は角度における強度を有するモデルピ
ークを表現し、そして、最後の列は適当なオーダ及びサ
イズを有するサヴィッツキー・ゴレイ・フィルタによっ
て計算され得るモデルピークの第１次導関数である。
【０１０７】未知のピークy（mx1次元）が以下の式から
得られるとき、
得られるとき、
【０１０８】
【数３２】
【０１０９】未知のサンプル、即ち、多項１次後退式の
形
形
【０１１０】
【数３３】
【０１１１】が実行されて、ｂ（４×１）における４つ
の回帰係数のセットが、
の回帰係数のセットが、
【０１１２】
【数３４】
【０１１３】から得られ、ここでベクトルｅ（未知のピ
ークのyとして同次元）はモデルエラーであり、bにおけ
る２つの係数（b1及びb2）は基線に対する零番目及び第
1のオーダ項を表現する、そして、第3の係数b3は未知及
び参照サンプル間のピーク強度（又は減衰）の相対的な
スケールを表現している。モデルピークに関する未知の
ピークシフトは、第4及び第3の係数間の比を取ることに
よって算出され得る。このように算出されるシフトは、
（導関数が算出されるユニットと整合する）ｙにおける
波長又は角度の間隔のユニットの中にあり得る。波長又
は角度のいずれにもあるこのシフトは、較正プロシージ
ャを通してサンプル濃度に関連され得る。最も計算的に
高価な部分、即ち（XTX)-1XTは、一度だけ算出されて記
憶され、未知サンプルの測定のたびに繰り返して計算さ
れることなく連続的な未知な測定値ｙに対して、繰り返
し応用される。
ークのyとして同次元）はモデルエラーであり、bにおけ
る２つの係数（b1及びb2）は基線に対する零番目及び第
1のオーダ項を表現する、そして、第3の係数b3は未知及
び参照サンプル間のピーク強度（又は減衰）の相対的な
スケールを表現している。モデルピークに関する未知の
ピークシフトは、第4及び第3の係数間の比を取ることに
よって算出され得る。このように算出されるシフトは、
（導関数が算出されるユニットと整合する）ｙにおける
波長又は角度の間隔のユニットの中にあり得る。波長又
は角度のいずれにもあるこのシフトは、較正プロシージ
ャを通してサンプル濃度に関連され得る。最も計算的に
高価な部分、即ち（XTX)-1XTは、一度だけ算出されて記
憶され、未知サンプルの測定のたびに繰り返して計算さ
れることなく連続的な未知な測定値ｙに対して、繰り返
し応用される。
【０１１４】シフトが、例えばサンプリング間隔の半分
以上大きいときには、未知のピークｙを第１シフト推定
値に従ってプレシフティングすることによって導関数計
算を整える必要があり、その結果、それは第２及び向上
したシフト推定値に対するモデルピークに近づく。プレ
シフティングは、スプライン補間法のような適当な補間
によって達成され得る。通常、５回以下の反復によって
満足なシフト推定値を達成する。
以上大きいときには、未知のピークｙを第１シフト推定
値に従ってプレシフティングすることによって導関数計
算を整える必要があり、その結果、それは第２及び向上
したシフト推定値に対するモデルピークに近づく。プレ
シフティングは、スプライン補間法のような適当な補間
によって達成され得る。通常、５回以下の反復によって
満足なシフト推定値を達成する。
【０１１５】ここでは第1次オーダ基線モデルが４パラ
メータを有する線形回帰に対応して仮定されているが、
基線の他のいかなる適当なモデルも線形、非線形回帰を
問わず考えられ得る。同一の基本的主題は、シフト算出
に適応する。 波長走査を利用する実施例 図9は、波長走査について述べた本発明の実施例を示
す。光源10から発せられる光は、光学系130を通過し
て、センサ60に当たる。センサ60から反射された光は、
検知器90を進行する。波長走査手段は光学系130を含
み、それは分光計、グレーティング、音響光学的同調可
能フィルタ、ファブリ・ペロー（Fabrey-Perot）又はフ
ーリエ変換干渉計、液晶フィルタ、傾斜誘電体フィル
タ、線形可変フィルタ、リオット（Lyot）フィルタ又は
チューナブルレーザであってもよい。あるいは、波長走
査手段は光源10及び光学系130を含んでもよく、その光
源は図2に示す線形アレイ又は図3で示す２次元アレイで
あり、そして、アレイのそれぞれの要素は異なる波長を
生み出す。この特定の実施例において、光学系130は異
なる波長をセンサの適当な領域に集中させるのに役立
つ。 追加的な材料 従来のグレーティング分光計設計についての考察 ＊光のスループットは、照光光線の立体角、モノクロメ
ータからの波長増分及びサンプルサイトのサイズに比例
している。 ＊照光光線の立体角は、πかけるΔθTかけるΔθL（両
方ともラジアン）である。 ＊ラジアンでΔθTは、モノクロメータスリット幅を撮
像レンズの焦点距離、即ちL1で割ったものに等しい。 ＊波長範囲は、スリット幅の産物でありそしてモノクロ
メータの分散である。 ＊最後に、ラジアンでのΔθLは、レンズの焦点距離L1
及びスリット高さの産物である。この角度は、隣接した
サンプルが不充分に分解される点まで検知器上の撮像の
等級を下げる位置まで、増加することができる。 ＊恐らく、モノクロメータのグレーティングは、SPRGの
上へ撮像される。SPRG上のこの画像のサイズは、グレー
ティングのサイズかける焦点距離L1割るモノクロメータ
の長さである。 ＊この全ては小さい、低い解像度のモノクロメータを意
味する。例えば、SPRGが高さ1cmであると仮定すると、
所望の波長範囲は2.5ナノメートルであり、そして、所
望のSPR角度範囲は0.15度であり、そして、L1の焦点距
離は5センチメートルである。５センチメートルのモノ
クロメータであって、10ナノメートル/ミリメートルの
分散、0.25ミリメートルのスリット幅及び、１センチメ
ートルにわたって１平方グレーティング１ビットを有す
るもので充分である。
メータを有する線形回帰に対応して仮定されているが、
基線の他のいかなる適当なモデルも線形、非線形回帰を
問わず考えられ得る。同一の基本的主題は、シフト算出
に適応する。 波長走査を利用する実施例 図9は、波長走査について述べた本発明の実施例を示
す。光源10から発せられる光は、光学系130を通過し
て、センサ60に当たる。センサ60から反射された光は、
検知器90を進行する。波長走査手段は光学系130を含
み、それは分光計、グレーティング、音響光学的同調可
能フィルタ、ファブリ・ペロー（Fabrey-Perot）又はフ
ーリエ変換干渉計、液晶フィルタ、傾斜誘電体フィル
タ、線形可変フィルタ、リオット（Lyot）フィルタ又は
チューナブルレーザであってもよい。あるいは、波長走
査手段は光源10及び光学系130を含んでもよく、その光
源は図2に示す線形アレイ又は図3で示す２次元アレイで
あり、そして、アレイのそれぞれの要素は異なる波長を
生み出す。この特定の実施例において、光学系130は異
なる波長をセンサの適当な領域に集中させるのに役立
つ。 追加的な材料 従来のグレーティング分光計設計についての考察 ＊光のスループットは、照光光線の立体角、モノクロメ
ータからの波長増分及びサンプルサイトのサイズに比例
している。 ＊照光光線の立体角は、πかけるΔθTかけるΔθL（両
方ともラジアン）である。 ＊ラジアンでΔθTは、モノクロメータスリット幅を撮
像レンズの焦点距離、即ちL1で割ったものに等しい。 ＊波長範囲は、スリット幅の産物でありそしてモノクロ
メータの分散である。 ＊最後に、ラジアンでのΔθLは、レンズの焦点距離L1
及びスリット高さの産物である。この角度は、隣接した
サンプルが不充分に分解される点まで検知器上の撮像の
等級を下げる位置まで、増加することができる。 ＊恐らく、モノクロメータのグレーティングは、SPRGの
上へ撮像される。SPRG上のこの画像のサイズは、グレー
ティングのサイズかける焦点距離L1割るモノクロメータ
の長さである。 ＊この全ては小さい、低い解像度のモノクロメータを意
味する。例えば、SPRGが高さ1cmであると仮定すると、
所望の波長範囲は2.5ナノメートルであり、そして、所
望のSPR角度範囲は0.15度であり、そして、L1の焦点距
離は5センチメートルである。５センチメートルのモノ
クロメータであって、10ナノメートル/ミリメートルの
分散、0.25ミリメートルのスリット幅及び、１センチメ
ートルにわたって１平方グレーティング１ビットを有す
るもので充分である。
【０１１６】チューナブルレーザ系には、最小ステップ
が大き過ぎない限り、ステップ可変同調で充分である。照光システム センサ上への入射光（そして、そこから反射される）を
論議するときに、方向はグレーティングの溝に関連す
る。溝の長手方向に沿った方向は平行と呼ばれ、溝を横
切る方向は垂直方向と呼ばれる。平面について2つの方
向を定義することは、また、役立つ。即ち、垂直平面と
は、グレーティング線に対して垂直なあらゆる平面をそ
う呼ぶ。平行平面は、グレーティング線及び光学軸と平
行であるあらゆる平面をそう呼ぶ。グレーティング上の
光線の入射角は、2つの投影によって記載される。θ
Tは、垂直平面への入射角である。この角度は、一般的
に10度から20度である。θLは垂直平面への入射角であ
る。この角度の範囲は、ゼロを中心にして2、3度であ
る。センサに入射するこれらの角度レンジはそれぞれ、
ΔθL及びΔθTである。照光光の波長は、λで示され
る。それはΔλのレンジを有する。後述する全ての照光
系の一般的な必要条件は、センサが均一に照光されるこ
と、特に範囲がきつく制限される値（ΔθT及び／又は
Δλ）に関してはそうである。ΔλLは、ノイズに対す
る良好な信号のために比較的大きな値を有しなければな
らない。その範囲に対する制限は、センサ上の隣接サン
プルの不十分な解像度である。このことは、検知系光学
機器の光学収差に起因する。一定のモノクロ光源、可変角 本実施例において、センサは狭い波長範囲を有する光線
によって照光されて、その範囲はΔλであり、又、垂直
方向における角度の狭いレンジΔθTを有する。測定さ
れた共鳴が広すぎないように予期される共鳴幅のおよそ
３分の１から２分の１以下になるように、その範囲は選
ばれる。これらの範囲の最小値は、受け入れられる信号
対雑音比を維持するために選択される。Δλの典型例は
約2ナノメートルであり、そして、ΔθTは約0.1度であ
る。θTは充分広いレンジを操作し、その結果、共鳴は
明らかに見られることができ、そして、その角度がサン
プルの屈折率の所望された値に対して正確に判定され
る。典型的な範囲は、およそ5度である。固定角度、可変波長/周波数 本実施例において、センサは又λとθTのための狭いレ
ンジとθLのための広い範囲を有する光線によって、照
明される。同様の考察はこれらの範囲を選ぶ際に適用で
きる。その違いは、θTは一定であり、そして、λが走
査されるということである。モノクロの光源、広い角度範囲 本実施例において、波長範囲は再び狭く、そして、波長
は一定とする。θTの範囲は、選択されたモノクロ波長
を使用する屈折率の所望範囲に対して期待される共鳴を
測定するために要求される全ての値を取り囲むために、
十分大きくされる。この照光を達成するための手段は、
充分な角度レンジを越えて発光する光源を使用すること
と、波長の狭帯域を選ぶ手段と、センサ上へ光源を撮像
させる手段と、を含む。 ＊広いバンドの光源を有して、モノクロメータが使用さ
れて波長の狭帯域を得る。スリット出口は、センサの上
へ撮像される。これは、スリットの形状による１次元サ
ンプルアレイに適している。低い圧力放出ランプを用い
て、幅が狭い線は、狭帯域フィルタで分離され得る。ダ
イオードレーザーは、どんな単色化手段をも必要としな
い。 ＊撮像は１又は２のレンズで達成される。1つのレンズ
で充分である場合、２枚のレンズはそれらの間にある視
準領域においてフィルタを伴って役立つ。より小さい光
源の画像は、SPRGの全てを照光するために拡大されなけ
ればならない。撮像は、また、曲率を持った鏡で作られ
ても良い。 ＊ダイオードレーザーは、他の可能性である。 ＊これらの方法の全ては、ある種のトレードオフを含
む。ブロードバンド又はマルチライン光源は、光源から
の大部分のエネルギーが捨てられなければならないとい
う事実のために、固定角で広い波長/周波数範囲に較べ
て重大な不利な点を有する。ダイオードレーザーに関し
て、その低い面積値（etendue）が広範囲にわたる角度
に及ぶマルチサンプルSPRGを照明することを困難にして
いるが、しかし、これは高エネルギーによって克服され
る。一定角度、広い波長/周波数範囲 この照光方法のために、垂直な角度範囲ΔθTは狭く、
そして、その中心値は固定される。波長の範囲は充分大
きくとられて、選択されたθTを使う所望された屈折率
の幅に対して予想された共鳴を計測するに必要な全ての
値を取り囲む。上で概説された典型的実験に対しては約
50ナノメートルである。この照光を達成可能ないくつか
の手段がある。必要な要件は、十分に幅広い波長範囲に
わたって発光する光源及びレンズのような撮像手段であ
る。光源は、視準された光線を生み出すためにレンズの
焦点面（通常は焦点）に置かれる。ラジアンでの照光の
角の範囲は、レンズの焦点距離によって割られる光源の
幅に等しい。ΔθLが理想的には、ΔθTの何倍か大きく
なければならないので、細長い光源は有益である。 ＊以下に一覧を示す幅広いバンドの光源が使用可能であ
る。 ＊単純で、コストの低い有効な手段は、レンズの焦点に
配置される高輝度のＬＥＤを使用することである。 ＊カーブしたミラーは、レンズの代わりに使用されても
よい。 ＊この方法は便利であるので、特にＬＥＤの場合、光源
出力として多く使用される。それ故、上記よりも好まし
いようである。従来の単一チャネル波長又は角度走査 １次元サイトアレイシステム A.l. 角度又は周波数感度限界のない１次元サイトアレ
イ 上記した波長／角度相関方法は、サンプル屈折率の選択
された幅における１つの特定サンプル屈折率に対する共
鳴が起きる選択された波長範囲において全ての波長/角
度ペアを有する１次元サンプルアレイを照明するために
使用される。照光光の入射角は、１つの波長/角度ペア
から次のものに変化して行くSPRグレーティングの線に
垂直な平面において変化する。照光光は屈折率を通して
走査するために走査され、その時、各々の波長/角度ペ
アはどんな１回においても同じ屈折率に対して共鳴す
る。SPRGからの反射光は、SPRG画像が検知器の上に形成
されるような方法で、１次元アレイ検知器の上に焦点を
なす。それがＬＥＤのような従来の光源からの全ての光
を利用するという観点から良い。それが光源対光源の差
異（光源アレイの型に対する）に従属するかあるいは光
源のトランスレーションを必要とする点において短所が
ある。１次元同時抽出方法に比較して、それは走査には
少し長くかかるが、しかし、非常に安い（１次元対２次
元）アレイでかつ標準対アナモーフィック光学機器を使
用する。 A.2.走査モノクロメータによる１次元サイトアレイ この方法は、波長/周波数照光を走査する固定角を使用
し、そして、それは幾つかの波長走査手段の一つを使用
可能である。走査モノクロメータが使用される場合、モ
ノクロメータの出口スリットが焦点面にあり（レンズ、
L1）、そして、それはモノクロ光を視準する。SPRGは、
L1の他の焦点面に位置する。それは、視準された光線が
所望の角度でそれに当たってその結果、SPRグレーティ
ングの線がモノクロメータの出口スロットに平行になる
ように、方向付けられる。この配列によって、また、SP
RGの上へモノクロメータグレーティング画像が形成され
る。第２のレンズＬ２、あるいは他の撮像手段は、反射
された光を集めて線形アレイ検知器上にSPRG画像を形成
する。
が大き過ぎない限り、ステップ可変同調で充分である。照光システム センサ上への入射光（そして、そこから反射される）を
論議するときに、方向はグレーティングの溝に関連す
る。溝の長手方向に沿った方向は平行と呼ばれ、溝を横
切る方向は垂直方向と呼ばれる。平面について2つの方
向を定義することは、また、役立つ。即ち、垂直平面と
は、グレーティング線に対して垂直なあらゆる平面をそ
う呼ぶ。平行平面は、グレーティング線及び光学軸と平
行であるあらゆる平面をそう呼ぶ。グレーティング上の
光線の入射角は、2つの投影によって記載される。θ
Tは、垂直平面への入射角である。この角度は、一般的
に10度から20度である。θLは垂直平面への入射角であ
る。この角度の範囲は、ゼロを中心にして2、3度であ
る。センサに入射するこれらの角度レンジはそれぞれ、
ΔθL及びΔθTである。照光光の波長は、λで示され
る。それはΔλのレンジを有する。後述する全ての照光
系の一般的な必要条件は、センサが均一に照光されるこ
と、特に範囲がきつく制限される値（ΔθT及び／又は
Δλ）に関してはそうである。ΔλLは、ノイズに対す
る良好な信号のために比較的大きな値を有しなければな
らない。その範囲に対する制限は、センサ上の隣接サン
プルの不十分な解像度である。このことは、検知系光学
機器の光学収差に起因する。一定のモノクロ光源、可変角 本実施例において、センサは狭い波長範囲を有する光線
によって照光されて、その範囲はΔλであり、又、垂直
方向における角度の狭いレンジΔθTを有する。測定さ
れた共鳴が広すぎないように予期される共鳴幅のおよそ
３分の１から２分の１以下になるように、その範囲は選
ばれる。これらの範囲の最小値は、受け入れられる信号
対雑音比を維持するために選択される。Δλの典型例は
約2ナノメートルであり、そして、ΔθTは約0.1度であ
る。θTは充分広いレンジを操作し、その結果、共鳴は
明らかに見られることができ、そして、その角度がサン
プルの屈折率の所望された値に対して正確に判定され
る。典型的な範囲は、およそ5度である。固定角度、可変波長/周波数 本実施例において、センサは又λとθTのための狭いレ
ンジとθLのための広い範囲を有する光線によって、照
明される。同様の考察はこれらの範囲を選ぶ際に適用で
きる。その違いは、θTは一定であり、そして、λが走
査されるということである。モノクロの光源、広い角度範囲 本実施例において、波長範囲は再び狭く、そして、波長
は一定とする。θTの範囲は、選択されたモノクロ波長
を使用する屈折率の所望範囲に対して期待される共鳴を
測定するために要求される全ての値を取り囲むために、
十分大きくされる。この照光を達成するための手段は、
充分な角度レンジを越えて発光する光源を使用すること
と、波長の狭帯域を選ぶ手段と、センサ上へ光源を撮像
させる手段と、を含む。 ＊広いバンドの光源を有して、モノクロメータが使用さ
れて波長の狭帯域を得る。スリット出口は、センサの上
へ撮像される。これは、スリットの形状による１次元サ
ンプルアレイに適している。低い圧力放出ランプを用い
て、幅が狭い線は、狭帯域フィルタで分離され得る。ダ
イオードレーザーは、どんな単色化手段をも必要としな
い。 ＊撮像は１又は２のレンズで達成される。1つのレンズ
で充分である場合、２枚のレンズはそれらの間にある視
準領域においてフィルタを伴って役立つ。より小さい光
源の画像は、SPRGの全てを照光するために拡大されなけ
ればならない。撮像は、また、曲率を持った鏡で作られ
ても良い。 ＊ダイオードレーザーは、他の可能性である。 ＊これらの方法の全ては、ある種のトレードオフを含
む。ブロードバンド又はマルチライン光源は、光源から
の大部分のエネルギーが捨てられなければならないとい
う事実のために、固定角で広い波長/周波数範囲に較べ
て重大な不利な点を有する。ダイオードレーザーに関し
て、その低い面積値（etendue）が広範囲にわたる角度
に及ぶマルチサンプルSPRGを照明することを困難にして
いるが、しかし、これは高エネルギーによって克服され
る。一定角度、広い波長/周波数範囲 この照光方法のために、垂直な角度範囲ΔθTは狭く、
そして、その中心値は固定される。波長の範囲は充分大
きくとられて、選択されたθTを使う所望された屈折率
の幅に対して予想された共鳴を計測するに必要な全ての
値を取り囲む。上で概説された典型的実験に対しては約
50ナノメートルである。この照光を達成可能ないくつか
の手段がある。必要な要件は、十分に幅広い波長範囲に
わたって発光する光源及びレンズのような撮像手段であ
る。光源は、視準された光線を生み出すためにレンズの
焦点面（通常は焦点）に置かれる。ラジアンでの照光の
角の範囲は、レンズの焦点距離によって割られる光源の
幅に等しい。ΔθLが理想的には、ΔθTの何倍か大きく
なければならないので、細長い光源は有益である。 ＊以下に一覧を示す幅広いバンドの光源が使用可能であ
る。 ＊単純で、コストの低い有効な手段は、レンズの焦点に
配置される高輝度のＬＥＤを使用することである。 ＊カーブしたミラーは、レンズの代わりに使用されても
よい。 ＊この方法は便利であるので、特にＬＥＤの場合、光源
出力として多く使用される。それ故、上記よりも好まし
いようである。従来の単一チャネル波長又は角度走査 １次元サイトアレイシステム A.l. 角度又は周波数感度限界のない１次元サイトアレ
イ 上記した波長／角度相関方法は、サンプル屈折率の選択
された幅における１つの特定サンプル屈折率に対する共
鳴が起きる選択された波長範囲において全ての波長/角
度ペアを有する１次元サンプルアレイを照明するために
使用される。照光光の入射角は、１つの波長/角度ペア
から次のものに変化して行くSPRグレーティングの線に
垂直な平面において変化する。照光光は屈折率を通して
走査するために走査され、その時、各々の波長/角度ペ
アはどんな１回においても同じ屈折率に対して共鳴す
る。SPRGからの反射光は、SPRG画像が検知器の上に形成
されるような方法で、１次元アレイ検知器の上に焦点を
なす。それがＬＥＤのような従来の光源からの全ての光
を利用するという観点から良い。それが光源対光源の差
異（光源アレイの型に対する）に従属するかあるいは光
源のトランスレーションを必要とする点において短所が
ある。１次元同時抽出方法に比較して、それは走査には
少し長くかかるが、しかし、非常に安い（１次元対２次
元）アレイでかつ標準対アナモーフィック光学機器を使
用する。 A.2.走査モノクロメータによる１次元サイトアレイ この方法は、波長/周波数照光を走査する固定角を使用
し、そして、それは幾つかの波長走査手段の一つを使用
可能である。走査モノクロメータが使用される場合、モ
ノクロメータの出口スリットが焦点面にあり（レンズ、
L1）、そして、それはモノクロ光を視準する。SPRGは、
L1の他の焦点面に位置する。それは、視準された光線が
所望の角度でそれに当たってその結果、SPRグレーティ
ングの線がモノクロメータの出口スロットに平行になる
ように、方向付けられる。この配列によって、また、SP
RGの上へモノクロメータグレーティング画像が形成され
る。第２のレンズＬ２、あるいは他の撮像手段は、反射
された光を集めて線形アレイ検知器上にSPRG画像を形成
する。
【０１１７】上記のシステムに関して利点と不利な点は
以下の通りである。 ＊前のシステムは、S/N又はデータ収集時間において利
点を有し、それはSPRGがより多くの光によって照明され
る事実から生じる。このことは、所望の範囲における各
波長増加が全時間にわたって使用される事実から生じ
る。上記の実例は屈折率が1.32から1.38の範囲を想定し
ているが、それから、照光は約20の要因によってより大
きい。 ＊本システムの1つの利点は、照光系がいくぶんより単
純であることだ。（これは主観的であってもよい）もう
一つは、集光光学機器が取り扱う角度ΔθTが相当によ
り狭い範囲であることだ。このことは、検知器上へのSP
RGの撮像により小さい直径のレンズを可能にし（ΔθL
に依存）、画像のぼけをより少なくする。後者は、より
高いサンプル密度を可能にする。 A.3.走査角分解能を有する１次元サイトアレイ この方法によって、SPRGは固定モノクロ走査角方法によ
って照明される。SPRGはセクションA.1.のように構成さ
れ方向付けられる。入射光ビームがSPRGとなす角度はま
た、A.1.におけるように変化する。反射角はA.1.及びA.
2.における如くに集められ測定される。 コメント： 適切なレーザーダイオードアレイが入手可能な場合、こ
の方法はAに類似して評価される。そうでない場合は、
方法A.2が好ましいようだ。角度より波長走査に関する
経験が多い（少なくともパーキンエルマーでは）ので、
この方がより簡単なようだ。さらに、スリット形状は、
所望の角度の平行及び垂直な範囲を作るために好適にな
される。最後に、固定角度での波長の範囲のための撮像
は、上で論じたように、一定波長での角度範囲のための
撮像よりも簡単である。 A.4.角度や周波数分解能なしの２次元サイトアレイ この方法は、A.1.に類似し、以下の変更態様に従う。 ＊サンプルは、２次元アレイのSPRG上に配列される。こ
れにより、測定すべきより多くのサンプルが単一の実験
において可能になる。より少ないサンプルサイズのため
に、より低いS/N又はより長いリードタイムに対して代
価が支払われ、その形状は今やバーよりも点のようにな
っている。他の代価は、より大きいなハードウェア費用
である。これらの追加コストの適切さは、サンプルの大
きさに依存する。 ＊これは、２次元検知器を必要とし、それはCCDに限定
する。 ＊撮像は、全ての平面において良くなければならない。 A.5.走査モノクロメータを有する２次元サイトアレイ A.4.に挙げられた変更態様については、方法A.2.に類似
する。 A.6.走査角分解能を有する２次元サイトアレイ A.4.に挙げられた変更態様については、方法A.3.に類似
する。同時共鳴抽出 これらの方法が、セクションAにおけるものと異なる点
は、それらが検知器の次元がサンプルのそれより１以上
大なることを要求すること、それらは１次元サンプルア
レイを有するアナモーフィック撮像を必要とすること、
そして、角度、波長又は波長/角度に相関する対の間の
識別が反射光に作られること、である。 B.1.単チャンネル波長分散（１次元アレイ検知器） サンプルは、一定角度の、広波長/周波数レンジ法によ
って照明される。どんな波長に対しても、光線の幾何的
形状は方法A.2のそれに類似している。一般的に、光源
は照光レンズの１の焦点上にあり、そして、SPRGは他の
焦点上の位置にある。
以下の通りである。 ＊前のシステムは、S/N又はデータ収集時間において利
点を有し、それはSPRGがより多くの光によって照明され
る事実から生じる。このことは、所望の範囲における各
波長増加が全時間にわたって使用される事実から生じ
る。上記の実例は屈折率が1.32から1.38の範囲を想定し
ているが、それから、照光は約20の要因によってより大
きい。 ＊本システムの1つの利点は、照光系がいくぶんより単
純であることだ。（これは主観的であってもよい）もう
一つは、集光光学機器が取り扱う角度ΔθTが相当によ
り狭い範囲であることだ。このことは、検知器上へのSP
RGの撮像により小さい直径のレンズを可能にし（ΔθL
に依存）、画像のぼけをより少なくする。後者は、より
高いサンプル密度を可能にする。 A.3.走査角分解能を有する１次元サイトアレイ この方法によって、SPRGは固定モノクロ走査角方法によ
って照明される。SPRGはセクションA.1.のように構成さ
れ方向付けられる。入射光ビームがSPRGとなす角度はま
た、A.1.におけるように変化する。反射角はA.1.及びA.
2.における如くに集められ測定される。 コメント： 適切なレーザーダイオードアレイが入手可能な場合、こ
の方法はAに類似して評価される。そうでない場合は、
方法A.2が好ましいようだ。角度より波長走査に関する
経験が多い（少なくともパーキンエルマーでは）ので、
この方がより簡単なようだ。さらに、スリット形状は、
所望の角度の平行及び垂直な範囲を作るために好適にな
される。最後に、固定角度での波長の範囲のための撮像
は、上で論じたように、一定波長での角度範囲のための
撮像よりも簡単である。 A.4.角度や周波数分解能なしの２次元サイトアレイ この方法は、A.1.に類似し、以下の変更態様に従う。 ＊サンプルは、２次元アレイのSPRG上に配列される。こ
れにより、測定すべきより多くのサンプルが単一の実験
において可能になる。より少ないサンプルサイズのため
に、より低いS/N又はより長いリードタイムに対して代
価が支払われ、その形状は今やバーよりも点のようにな
っている。他の代価は、より大きいなハードウェア費用
である。これらの追加コストの適切さは、サンプルの大
きさに依存する。 ＊これは、２次元検知器を必要とし、それはCCDに限定
する。 ＊撮像は、全ての平面において良くなければならない。 A.5.走査モノクロメータを有する２次元サイトアレイ A.4.に挙げられた変更態様については、方法A.2.に類似
する。 A.6.走査角分解能を有する２次元サイトアレイ A.4.に挙げられた変更態様については、方法A.3.に類似
する。同時共鳴抽出 これらの方法が、セクションAにおけるものと異なる点
は、それらが検知器の次元がサンプルのそれより１以上
大なることを要求すること、それらは１次元サンプルア
レイを有するアナモーフィック撮像を必要とすること、
そして、角度、波長又は波長/角度に相関する対の間の
識別が反射光に作られること、である。 B.1.単チャンネル波長分散（１次元アレイ検知器） サンプルは、一定角度の、広波長/周波数レンジ法によ
って照明される。どんな波長に対しても、光線の幾何的
形状は方法A.2のそれに類似している。一般的に、光源
は照光レンズの１の焦点上にあり、そして、SPRGは他の
焦点上の位置にある。
【０１１８】反射光は集められて、ポリクロメータの入
口スリットに焦点を結ぶ。SPRGがその焦点の１つにあっ
て入り口のスロットがもう一方側にあるように、標準レ
ンズを配設して使用することもできる。光源の画像は、
スリット入口に形成され、そしてそれはSPRグレーティ
ングラインと平行でなければならない。もう一方はアナ
モーフィック撮像を使用し、この時SPRGは平行面のスリ
ットへ撮像される。ポリクロメータは線形のアレイ検知
器を使用する。共鳴を含む全スペクトルは、アレイの1
つの読み出しにおいて捕捉される。
口スリットに焦点を結ぶ。SPRGがその焦点の１つにあっ
て入り口のスロットがもう一方側にあるように、標準レ
ンズを配設して使用することもできる。光源の画像は、
スリット入口に形成され、そしてそれはSPRグレーティ
ングラインと平行でなければならない。もう一方はアナ
モーフィック撮像を使用し、この時SPRGは平行面のスリ
ットへ撮像される。ポリクロメータは線形のアレイ検知
器を使用する。共鳴を含む全スペクトルは、アレイの1
つの読み出しにおいて捕捉される。
【０１１９】方法A.2.は、同時に多くのサンプルから同
波長を読み込むために類似するハードウェア構成要素を
使用する。この方法は、1つのサンプルから多くの波長
を同時に読み込む。したがってこの方法は、より良いS/
Nのためにより大きなサンプルを使用することが可能に
なる。A.2.の1つの利点は、SPRGを変化させるよりも波
長変化が容易であることだ。もう一方は、「サンプル」
の参照が含まれ得ることだ。さらに、A.2.はSPRGの方向
変化に対して耐性があり、一方、B.l.はそうではない。
これらの利点によってA.2はサンプル間の、あるいはサ
ンプルと参照間の屈折率の小さな差異の検出をうまくで
きる。A.2の不利な点は、波長走査と関連するより多く
の動く部分（即ち他の複雑さ）を有することである。A.
1と比較して、この方法はＬＥＤ光源をできるだけ能率
的に使用し、動的部分を有しない。A.1は動く部分を有
し、SPRGの読み取りに長くかかるが、しかし、多くのサ
ンプルを一度に読むという大きな利点を有する。 B.2.単チャンネル角分散（１次元アレイ検知器） SPRGは、モノクロの広角度範囲法によって照明される。
SPRGからの反射角は線形アレイ検知器の上へ撮像され
て、その結果、垂直方向の角度θTはアレイに沿って広
がる。このことをする最も単純な方法は、SPRGから反対
側上の焦点のアレイを有する従来型のレンズを使用する
ことであり、そして、SPRGは理想的にはこのレンズの他
の焦点にある。これが持つ不利な点は、広いθLの範囲
は極端に高い検知器を必要とすることである。この点
は、上述のアナモーフィックな撮像を使って修正され
る。
波長を読み込むために類似するハードウェア構成要素を
使用する。この方法は、1つのサンプルから多くの波長
を同時に読み込む。したがってこの方法は、より良いS/
Nのためにより大きなサンプルを使用することが可能に
なる。A.2.の1つの利点は、SPRGを変化させるよりも波
長変化が容易であることだ。もう一方は、「サンプル」
の参照が含まれ得ることだ。さらに、A.2.はSPRGの方向
変化に対して耐性があり、一方、B.l.はそうではない。
これらの利点によってA.2はサンプル間の、あるいはサ
ンプルと参照間の屈折率の小さな差異の検出をうまくで
きる。A.2の不利な点は、波長走査と関連するより多く
の動く部分（即ち他の複雑さ）を有することである。A.
1と比較して、この方法はＬＥＤ光源をできるだけ能率
的に使用し、動的部分を有しない。A.1は動く部分を有
し、SPRGの読み取りに長くかかるが、しかし、多くのサ
ンプルを一度に読むという大きな利点を有する。 B.2.単チャンネル角分散（１次元アレイ検知器） SPRGは、モノクロの広角度範囲法によって照明される。
SPRGからの反射角は線形アレイ検知器の上へ撮像され
て、その結果、垂直方向の角度θTはアレイに沿って広
がる。このことをする最も単純な方法は、SPRGから反対
側上の焦点のアレイを有する従来型のレンズを使用する
ことであり、そして、SPRGは理想的にはこのレンズの他
の焦点にある。これが持つ不利な点は、広いθLの範囲
は極端に高い検知器を必要とすることである。この点
は、上述のアナモーフィックな撮像を使って修正され
る。
【０１２０】この方法は、B.l.よりも効率的でがない。
このことは、上述のように、固定角度、広波長／周波数
範囲法に較べてモノクロの、広い波長/周波数範囲法の
一般的な不利な点による。それは又、検知器上へ比較的
広い角度の範囲で撮像する必要があることによる。 B.3.単チャネル相関分散（１次元アレイ検知器） この方法によって、SPRGは充分広い範囲の波長及び角度
において照光されて、その結果、予期される各屈折率に
対する多数の相関ペアが存在する。これは、SPRG上へ白
光源を撮像することによって実現される。ＬＥＤは、価
格/性能及び効率に関して理想的である。SPRGが光源よ
り大きい場合、光源画像は、必要な角度の範囲が照明光
線になお存在する限り、損失無しに拡大可能である。検
知系は、必須のものとして、波長／角度相関法による照
光であり、アレイ検知器付きの光源ダイオードのアレイ
を逆に交換することによって動作される。前節で述べた
検知器上へのアナモーフィック撮像の利点の議論は、こ
こでも又適用される。
このことは、上述のように、固定角度、広波長／周波数
範囲法に較べてモノクロの、広い波長/周波数範囲法の
一般的な不利な点による。それは又、検知器上へ比較的
広い角度の範囲で撮像する必要があることによる。 B.3.単チャネル相関分散（１次元アレイ検知器） この方法によって、SPRGは充分広い範囲の波長及び角度
において照光されて、その結果、予期される各屈折率に
対する多数の相関ペアが存在する。これは、SPRG上へ白
光源を撮像することによって実現される。ＬＥＤは、価
格/性能及び効率に関して理想的である。SPRGが光源よ
り大きい場合、光源画像は、必要な角度の範囲が照明光
線になお存在する限り、損失無しに拡大可能である。検
知系は、必須のものとして、波長／角度相関法による照
光であり、アレイ検知器付きの光源ダイオードのアレイ
を逆に交換することによって動作される。前節で述べた
検知器上へのアナモーフィック撮像の利点の議論は、こ
こでも又適用される。
【０１２１】この方法は、全ての波長及び角度の同時使
用という上記の当然支払われるべきもののいずれよりも
効率的である。それはまたより巧妙に整列させる。もし
これがそうであるならば、問題は、ノイズに有利な信号
が特別な努力に値するかどうかということである。 B.4.単チャンネル反相関照光（１次元検知器） 光の照明には方法A.1.におけるようなグレーティングを
使用するが、しかし、異なる方向においてである。角度
及び波長はペアにされて、その結果、１つのペアは有利
な範囲における各屈折率に対して共鳴状態となる。アナ
モーフィックな検知光学機器は、A.3と同じくらい良
い。 B.5.波長分散を伴う１次元サンプルアレイ（２次元アレ
イ検知器） B.1に類似するが、しかし、１次元サンプルと２次元分
光検知器を有する。波長は検知器の垂直平面に、そし
て、サンプルは平行面において、撮像される。アナモー
フィック光学機器が、必須である。
用という上記の当然支払われるべきもののいずれよりも
効率的である。それはまたより巧妙に整列させる。もし
これがそうであるならば、問題は、ノイズに有利な信号
が特別な努力に値するかどうかということである。 B.4.単チャンネル反相関照光（１次元検知器） 光の照明には方法A.1.におけるようなグレーティングを
使用するが、しかし、異なる方向においてである。角度
及び波長はペアにされて、その結果、１つのペアは有利
な範囲における各屈折率に対して共鳴状態となる。アナ
モーフィックな検知光学機器は、A.3と同じくらい良
い。 B.5.波長分散を伴う１次元サンプルアレイ（２次元アレ
イ検知器） B.1に類似するが、しかし、１次元サンプルと２次元分
光検知器を有する。波長は検知器の垂直平面に、そし
て、サンプルは平行面において、撮像される。アナモー
フィック光学機器が、必須である。
【０１２２】A.1との比較：光源から光を等しく良く利
用する。A.1は、B.5での２次元検知器のためにより高価
ではない。B.5.は、マルチ又は動く光源の問題を回避す
る。B.6.角分散を有する１次元アレイ（２次元アレイ検
知器）＊B.2に類似するが、しかし、１次元サンプルア
レイと２次元検出器アレイを有する。この場合、検知器
上へのSPRGアナモーフィック撮像が必須で、検知器上の
角度及びサンプルを分離する。高強度レーザーダイオー
ド光源を用いて、これはより単純な光学のためにB.5よ
り良い。
用する。A.1は、B.5での２次元検知器のためにより高価
ではない。B.5.は、マルチ又は動く光源の問題を回避す
る。B.6.角分散を有する１次元アレイ（２次元アレイ検
知器）＊B.2に類似するが、しかし、１次元サンプルア
レイと２次元検出器アレイを有する。この場合、検知器
上へのSPRGアナモーフィック撮像が必須で、検知器上の
角度及びサンプルを分離する。高強度レーザーダイオー
ド光源を用いて、これはより単純な光学のためにB.5よ
り良い。
【０１２３】アナモーフィックレンズの実施
偏軸球形ミラーの実施
B.7.１次元相関分散（２次元アレイ検知器）
B.3に類似するが、しかし、１次元サンプルアレイ及び
２次元検知器を有する。B.6.より複雑な光学機器。十分
に強い光源が入手可能ならば、その価値あり。 B.8. １次元相関分散を有する１次元サンプルアレイ
（２次元アレイ検知器） B.9.マイクロ共鳴ディスプレーを有する２次元サンプル
アレイ（２次元アレイ検出器） CCDを領域に再分割し、各々は特定のサンプル/サイトに
関連する小さな線形共鳴カーブを表示する。角度又は波
長（又はその相関されたもの）の共鳴の表示であり得
る。マスク又は小さなレンズ（lenslet）アレイを必要
とする。例えば、SPR共役平面に位置するマスク、角度
共役平面にあるの検知器。不利な点：消費可能サイト及
び読取光学マスクとの間のアラインメントを必要とす
る。 他の考察フロント対バックセンサ照光 フロント照光プロシージャ、即ち、ウインドウからウイ
ンドウ及び金のグレーティングとの間の空気（又はサン
プル）ギャップへの光は、減衰された全反射結合技術の
オットー構成に等しい。他方、バック照光プロシージ
ャ、即ち光は、プラスチック又はガラス製の基板から来
てグレーティングの金レイヤーを通過し、それからサン
プルレイヤーに直面するが、減衰された全反射結合技術
のクレッチマン構成に等しい。フロント照光はサンプル
を通過する良好な光伝達を必要とするけれども、バック
照光は、金属グレーティングを通過する良好な光伝達を
必要とする。フロント及びバック照光のための適切なグ
レーティングを設計するために、我々はサンプルレイヤ
ー及びアルミニウムのような下部金属を含む金属レイヤ
ーの厚みを変化させることによってスペクトルのシミュ
レーションを実行した。波長の選択 与えられた吸収バンドを有する分光法において、線幅が
より狭いときに検知感度はより高くなる。グレーティン
グ結合表面プラズモン共鳴のために、方程式(10)によっ
て表されるように、FWHMはkiに、波長及び入射角のコサ
インの逆数に比例している。したがって、より短い波長
がその波長依存性からむしろ好まれる。しかし、方程式
(1)に基づく計算から、kｉがより長い波長でより小さい
ことは明らかである。その結果、格子結合角走査表面プ
ラズモン共鳴の２分の１角度幅は、より長い波長におい
てはより小さくなることが算出された。また、小さい入
射角度は２分の１角を小さく保つために好ましいことは
明らかである。金属と誘電体材料の組み合わせ、及び以
下の３つの値の中から２つの値が与えられたとき、３つ
の値とは即ち、外光波長、共鳴角度及びグレーティング
間隔であるが、その時、残りは方程式(6)を使用して算
出される。
２次元検知器を有する。B.6.より複雑な光学機器。十分
に強い光源が入手可能ならば、その価値あり。 B.8. １次元相関分散を有する１次元サンプルアレイ
（２次元アレイ検知器） B.9.マイクロ共鳴ディスプレーを有する２次元サンプル
アレイ（２次元アレイ検出器） CCDを領域に再分割し、各々は特定のサンプル/サイトに
関連する小さな線形共鳴カーブを表示する。角度又は波
長（又はその相関されたもの）の共鳴の表示であり得
る。マスク又は小さなレンズ（lenslet）アレイを必要
とする。例えば、SPR共役平面に位置するマスク、角度
共役平面にあるの検知器。不利な点：消費可能サイト及
び読取光学マスクとの間のアラインメントを必要とす
る。 他の考察フロント対バックセンサ照光 フロント照光プロシージャ、即ち、ウインドウからウイ
ンドウ及び金のグレーティングとの間の空気（又はサン
プル）ギャップへの光は、減衰された全反射結合技術の
オットー構成に等しい。他方、バック照光プロシージ
ャ、即ち光は、プラスチック又はガラス製の基板から来
てグレーティングの金レイヤーを通過し、それからサン
プルレイヤーに直面するが、減衰された全反射結合技術
のクレッチマン構成に等しい。フロント照光はサンプル
を通過する良好な光伝達を必要とするけれども、バック
照光は、金属グレーティングを通過する良好な光伝達を
必要とする。フロント及びバック照光のための適切なグ
レーティングを設計するために、我々はサンプルレイヤ
ー及びアルミニウムのような下部金属を含む金属レイヤ
ーの厚みを変化させることによってスペクトルのシミュ
レーションを実行した。波長の選択 与えられた吸収バンドを有する分光法において、線幅が
より狭いときに検知感度はより高くなる。グレーティン
グ結合表面プラズモン共鳴のために、方程式(10)によっ
て表されるように、FWHMはkiに、波長及び入射角のコサ
インの逆数に比例している。したがって、より短い波長
がその波長依存性からむしろ好まれる。しかし、方程式
(1)に基づく計算から、kｉがより長い波長でより小さい
ことは明らかである。その結果、格子結合角走査表面プ
ラズモン共鳴の２分の１角度幅は、より長い波長におい
てはより小さくなることが算出された。また、小さい入
射角度は２分の１角を小さく保つために好ましいことは
明らかである。金属と誘電体材料の組み合わせ、及び以
下の３つの値の中から２つの値が与えられたとき、３つ
の値とは即ち、外光波長、共鳴角度及びグレーティング
間隔であるが、その時、残りは方程式(6)を使用して算
出される。
【０１２４】図10に示される全角度幅は、金−水の組合
せの場合の400から1000ナノメートル波長及び格子定数
が1580本/ミリメートルの場合について計算された。図7
に示すように、全角度幅は、より長い波長においては小
さくなる。それに加えて幅は、700ナノメートルより短
波長では急激に大きくなる。したがって、表面プラズモ
ン共鳴現象の観点から波長は、700ナノメートルより長
くなければならない。サンプリングサイトのレイアウト／分離 サンプルサイト構成の決定は、ある部分、応用に依存し
ている。単一サイトからなるトランスデューサは最も単
純な構成であるが、しかし、最も複雑な構成はアレイで
ある。これによって、トランスデューサはn×nのサイト
に分割される。各サイトは独特な分子を結合あるいは制
御としての作用が可能である。この構成の利点は、作り
出せる多数のサイトである。例えば、100×100のサイト
のアレイは、１平方センチメートル当たり10,000の作用
可能なサイトを与える。各サイトは、異なるタイプの化
学物質に備えられる。例えば：1.異なるモード（サイ
ト）における同一分子を認識する化合物が使用可能であ
って、より高い信頼性を検知方法に与える。2.同一化合
物の異なるロットは、チップの品質を保証するために使
用可能である。3.いくつかのサイトは、ハードウェア同
様に化学物質の制御サイトとして使用され得る。この種
のマイクロスケール制御によって、人工物を除去するこ
とによってより高価な工業技術と生産段階を省略するこ
とができ、その人工物とは例えば、トランスデューサの
反り、不均等なサンプル導入温度制御などである。線形
アレイも又使用可能であるが、しかし、２次元アレイと
比較した場合の有用性は制限される。他の隣接したセン
ササイトからトランスデューサ上のセンササイトを分離
するのを助けるために、ダイク（dike）が使用されても
よい。ダイクは、活性サイトを取り囲む材料の細い線と
して定義される。これらの材料は、機能に従って変化可
能である。例えば、高い光吸着剤材料は、共鳴が、隣接
サイトに広がるのを防ぐために使用可能である。これら
のダイク材料はまた、疎水性を有しても良く、アクティ
ブな表面に塗布するのを容易にする（隣接サイトに流れ
出るのを防ぐ）。サイトサイズの考察 １次元サイトアレイ方法に対して、それぞれのサンプル
は理想的にはバーの形をしてSPRG上に置かれるが、但
し、他の形状も可能できる。多様なそれぞれのサンプル
のバーは、お互いに平行で、その幅にほぼ等しい距離で
分けられている。その中心は、バーの長軸に対して垂直
な線に結合され得る。この線は、SPRグレーティングラ
インに平行である。励起状態のプラズモンは、グレーテ
ィングラインに垂直にそれ故、バーの長手方向に平行に
進行する。２次元サイトアレイ方法のために、サンプル
は矩形グリッドの形でSPRG上に配列される。グレーティ
ング線に対して垂直方向において、サンプル及びその分
離の長さは、プラズモン進行を収容するのに十分大きく
なければならない。 設計についての考察：サンプル密度 ： ＊S/Nとサンプルの数とのトレードオフ。各サンプルか
ら集められる光の量は、その領域に比例する。S/Nは、
したがって、サンプル領域とともに増える。SPRG上に配
置され得るサンプル数は、サンプル領域とともに減少す
る。 ＊検知器上の画像のぼけは、サンプル密度の潜在的な他
の制限因子である。 ＊垂直方向のサンプル長は、プラズモン進行と同程度の
長さでなければならない。 ＊サンプル密度に対する究極的な制限は、信頼可能な状
態でSPRG上に配置されることができる最小限の領域によ
って設定される。サンプルの数 ： ＊サンプル及び検知器コストの数のトレードオフ。検知
器が有しなければならないピクセルの数は、サンプルの
数に比例する。 ＊より多くのサンプル、より大きなSPRG、そして、より
大きい光学機器。
せの場合の400から1000ナノメートル波長及び格子定数
が1580本/ミリメートルの場合について計算された。図7
に示すように、全角度幅は、より長い波長においては小
さくなる。それに加えて幅は、700ナノメートルより短
波長では急激に大きくなる。したがって、表面プラズモ
ン共鳴現象の観点から波長は、700ナノメートルより長
くなければならない。サンプリングサイトのレイアウト／分離 サンプルサイト構成の決定は、ある部分、応用に依存し
ている。単一サイトからなるトランスデューサは最も単
純な構成であるが、しかし、最も複雑な構成はアレイで
ある。これによって、トランスデューサはn×nのサイト
に分割される。各サイトは独特な分子を結合あるいは制
御としての作用が可能である。この構成の利点は、作り
出せる多数のサイトである。例えば、100×100のサイト
のアレイは、１平方センチメートル当たり10,000の作用
可能なサイトを与える。各サイトは、異なるタイプの化
学物質に備えられる。例えば：1.異なるモード（サイ
ト）における同一分子を認識する化合物が使用可能であ
って、より高い信頼性を検知方法に与える。2.同一化合
物の異なるロットは、チップの品質を保証するために使
用可能である。3.いくつかのサイトは、ハードウェア同
様に化学物質の制御サイトとして使用され得る。この種
のマイクロスケール制御によって、人工物を除去するこ
とによってより高価な工業技術と生産段階を省略するこ
とができ、その人工物とは例えば、トランスデューサの
反り、不均等なサンプル導入温度制御などである。線形
アレイも又使用可能であるが、しかし、２次元アレイと
比較した場合の有用性は制限される。他の隣接したセン
ササイトからトランスデューサ上のセンササイトを分離
するのを助けるために、ダイク（dike）が使用されても
よい。ダイクは、活性サイトを取り囲む材料の細い線と
して定義される。これらの材料は、機能に従って変化可
能である。例えば、高い光吸着剤材料は、共鳴が、隣接
サイトに広がるのを防ぐために使用可能である。これら
のダイク材料はまた、疎水性を有しても良く、アクティ
ブな表面に塗布するのを容易にする（隣接サイトに流れ
出るのを防ぐ）。サイトサイズの考察 １次元サイトアレイ方法に対して、それぞれのサンプル
は理想的にはバーの形をしてSPRG上に置かれるが、但
し、他の形状も可能できる。多様なそれぞれのサンプル
のバーは、お互いに平行で、その幅にほぼ等しい距離で
分けられている。その中心は、バーの長軸に対して垂直
な線に結合され得る。この線は、SPRグレーティングラ
インに平行である。励起状態のプラズモンは、グレーテ
ィングラインに垂直にそれ故、バーの長手方向に平行に
進行する。２次元サイトアレイ方法のために、サンプル
は矩形グリッドの形でSPRG上に配列される。グレーティ
ング線に対して垂直方向において、サンプル及びその分
離の長さは、プラズモン進行を収容するのに十分大きく
なければならない。 設計についての考察：サンプル密度 ： ＊S/Nとサンプルの数とのトレードオフ。各サンプルか
ら集められる光の量は、その領域に比例する。S/Nは、
したがって、サンプル領域とともに増える。SPRG上に配
置され得るサンプル数は、サンプル領域とともに減少す
る。 ＊検知器上の画像のぼけは、サンプル密度の潜在的な他
の制限因子である。 ＊垂直方向のサンプル長は、プラズモン進行と同程度の
長さでなければならない。 ＊サンプル密度に対する究極的な制限は、信頼可能な状
態でSPRG上に配置されることができる最小限の領域によ
って設定される。サンプルの数 ： ＊サンプル及び検知器コストの数のトレードオフ。検知
器が有しなければならないピクセルの数は、サンプルの
数に比例する。 ＊より多くのサンプル、より大きなSPRG、そして、より
大きい光学機器。
【０１２５】１次元検知器及びサイトアレイ系のために
又、S/Nと検知器の高さとのトレードオフがある。各サ
ンプルからの信号は、サンプルバーの長さと比例する。
しかし、アレイの高さも、サンプルバーの長さに比例し
て増加しなければならず、したがって、コストを増大さ
せる。 ［図面の簡単な説明］
又、S/Nと検知器の高さとのトレードオフがある。各サ
ンプルからの信号は、サンプルバーの長さと比例する。
しかし、アレイの高さも、サンプルバーの長さに比例し
て増加しなければならず、したがって、コストを増大さ
せる。 ［図面の簡単な説明］
【図１】 本発明の実施例を示す。
【図２】 1次元アレイの光源の実例を示す。
【図３】 2次元アレイの光源の実例を示す。
【図４】 光源が独立軸で回転運動可能となる機構を示
す。
す。
【図5A】 軸的及び回転機構の動作する３点でのスロッ
トの断面図を示す。
トの断面図を示す。
【図5B】 軸的及び回転機構の動作する３点でのスロッ
トの断面図を示す。
トの断面図を示す。
【図5C】 軸的及び回転機構の動作する３点でのスロッ
トの断面図を示す。
トの断面図を示す。
【図６】 多様な状態での共鳴分散曲線を示す。
【図７】 アナモーフィック撮像を使用する本発明の更
なる実施例を示す。
なる実施例を示す。
【図８】 アナモーフィック撮像を使用する本発明の更
なる実施例を示す。
なる実施例を示す。
【図９】 本発明の更なる実施例を示す。
１０ 光源
２０ 偏光子
３０ フィルタ
４０ レンズ系
５０ プレ分散グレーティング
６０ センサ
７０ 撮像レンズ
８０ 波長停止部
９０ 検知器
２００ 可動シリンダ
２０１ 固定円筒ハウジング
２０８ ヘリカルスロット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 錦田 晃一
アメリカ合衆国 コネチカット州
06470 ニュータウン ハノーヴァーロ
ード 106
(72)発明者 ピコザ エンリコ ジー.
アメリカ合衆国 マサチューセッツ州
01748 ホプキントン グレンロード
45
(72)発明者 サヴィアノ ポール ジー.
アメリカ合衆国 コネチカット州
06850 ノーウォーク ヒルクレストプ
レイス １
(72)発明者 トレーシー デーヴィッド エイチ.
アメリカ合衆国 コネチカット州
06850 ノーウォーク ベルデンヒルロ
ード 581
(72)発明者 ウォン ヤンドン
アメリカ合衆国 コネチカット州
06897 ウィルトン モリアーティドラ
イブ 73
(56)参考文献 特開 平９−292333（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−83824（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−175620（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−507865（ＪＰ，Ａ)
特表 平４−501462（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−505794（ＪＰ，Ａ)
特表 平７−502814（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/00 - 21/61
G01N 21/62 - 21/74
G01J 3/00 - 3/52
ＷＰＩ／Ｌ、ＥＰＡＴ、ＰＡＴＯＬＩＳ
Claims (13)
- 【請求項１】 光学共鳴解析システムであって、 センサ手段と、 複数の波長を有する非単色光の照光を生成するための照
光手段と、 前記反射又は伝達される照光を検出するための検出手段
と、を含み、 前記照光手段は、更に、 複数の角度での照光を生成する手段と、 前記複数の角度における前記照光を投影するためのレン
ズ系と、 前記複数の角度の各々における前記投影された照光を分
散するための分散素子と、を含み、 前記複数の角度と前記照光の波長との間に相関関係があ
るようにして、その結果、共鳴状態が、前記センサ手段
上において前記非単色光源によって同時に生成された全
ての波長に対して生成されることを特徴とする光学共鳴
解析システム。 - 【請求項２】 前記センサー手段は更に、表面プラズモ
ン共鳴素子を含むことを特徴とする請求項１記載の光学
共鳴解析システム。 - 【請求項３】 前記センサー手段は更に、導波管素子を
含むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析シス
テム。 - 【請求項４】 前記センサー手段は更に、多層導波管素
子を含むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析
システム。 - 【請求項５】 前記センサー手段は、１次元解析サイト
アレイとして配設されていることを特徴とする請求項１
記載の光学共鳴解析システム。 - 【請求項６】 前記センサー手段は、２次元解析サイト
アレイとして配設されていることを特徴とする請求項１
記載の光学共鳴解析システム。 - 【請求項７】 前記検知手段は更に、電荷結合素子カメ
ラを含むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析
システム。 - 【請求項８】 前記検知手段は更に、電荷注入素子カメ
ラを含むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析
システム。 - 【請求項９】 前記検知手段は更に、角度停止部を含む
ことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析システ
ム。 - 【請求項１０】 前記検知手段は更に、波長停止部を含
むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析システ
ム。 - 【請求項１１】 前記検知手段は更に、撮像レンズを含
むことを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析システ
ム。 - 【請求項１２】 前記検知手段は更に、偏光子を含むこ
とを特徴とする請求項１記載の光学共鳴解析システム。 - 【請求項１３】 光学共鳴解析システムにおいて、 一定の多重波長照光を生成するための照光手段であって
更に、それぞれ異なった一定波長を生成する要素のアレ
イと、前記一定波長の照光を投影する光学系とを含む照
光手段と、 前記照光がその上に当たり、前記照光を反射又は伝達す
るセンサ手段と、 前記反射又は伝達された照光を検知する検知手段と、を
含み、 前記センサ上のサンプルの濃度を判定する方法が、 モデルピークを得る工程と、 前記モデルピークの数学的特性を示すマトリクスを作成
する工程と、 未知の濃度のサンプルのピークを獲得する工程と、 前記サンプルピークの数学的特性を示すマトリクスを作
成する工程と、 回帰係数のセットを獲得するために多重線形回帰を実行
する工程と、 前記回帰係数を使ってモデルピークに関するサンプルピ
ークのシフトを判定する工程と、 モデルピークに関するサンプルピークのシフトに基づく
サンプルの濃度を計算する工程と、を含むことを特徴と
する方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US6935697P | 1997-12-12 | 1997-12-12 | |
| US60/069,356 | 1997-12-12 | ||
| PCT/US1998/026543 WO1999030135A1 (en) | 1997-12-12 | 1998-12-14 | Optical resonance analysis system |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002321894A Division JP2003177089A (ja) | 1997-12-12 | 2002-11-05 | 光学共鳴解析システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001526386A JP2001526386A (ja) | 2001-12-18 |
| JP3437170B2 true JP3437170B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=22088431
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000524645A Expired - Fee Related JP3437170B2 (ja) | 1997-12-12 | 1998-12-14 | 光学共鳴解析システム |
| JP2002321894A Pending JP2003177089A (ja) | 1997-12-12 | 2002-11-05 | 光学共鳴解析システム |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002321894A Pending JP2003177089A (ja) | 1997-12-12 | 2002-11-05 | 光学共鳴解析システム |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US6600563B1 (ja) |
| EP (1) | EP1038167A4 (ja) |
| JP (2) | JP3437170B2 (ja) |
| AU (1) | AU751280B2 (ja) |
| WO (1) | WO1999030135A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017521673A (ja) * | 2014-07-25 | 2017-08-03 | フラウンホーファー−ゲゼルシャフト ツゥア フェアデルング デア アンゲヴァンドテン フォァシュング エー．ファウ． | 少なくとも１つのｏｌｅｄまたはｌｅｄから放射される光放射の空間分解及び波長分解検出のための装置 |
Families Citing this family (57)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6600563B1 (en) * | 1997-12-12 | 2003-07-29 | Applera Corporation | Optical resonance analysis system |
| DE10008006C2 (de) | 2000-02-22 | 2003-10-16 | Graffinity Pharm Design Gmbh | SPR-Sensor und SPR-Sensoranordnung |
| AU2001246447B2 (en) * | 2000-02-22 | 2005-12-08 | Graffinity Pharmaceutical Design Gmbh | Spr sensor system |
| US6862094B2 (en) | 2000-03-14 | 2005-03-01 | Spring Systems Ab | Imaging SPR apparatus |
| US6421128B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-07-16 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | Coupled plasmon-waveguide resonance spectroscopic device and method for measuring film properties in the ultraviolet and infrared special ranges |
| EP2275802A1 (de) | 2000-08-09 | 2011-01-19 | Artificial Sensing Instruments ASI AG | Wellenleitergitterstruktur und optische Messanordnung |
| JP3945636B2 (ja) * | 2001-03-27 | 2007-07-18 | 富士フイルム株式会社 | 測定装置 |
| JP3834224B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2006-10-18 | 株式会社アドバンテスト | 化学物質検出方法及び装置 |
| DE10163657B4 (de) * | 2001-12-21 | 2008-05-08 | Gedig, Erk, Dr. | Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung dünner Schichten |
| TWI273217B (en) * | 2002-04-17 | 2007-02-11 | Accent Optical Tech Inc | Scatterometric measurement of undercut multi-layer diffracting structures |
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