JP3903423B2 - 測定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサー等の測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来より、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られ、かつ表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ得るように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変えて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化にしたがって反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した光ビームの成分を全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００７】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく、もしくは、ｐ偏光成分のみを検出するように設定しておく必要がある。
【０００８】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角θＳＰから表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍ とεＳ をそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００９】
【数１】
試料の誘電率εＳ が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角θＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【００１０】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似のセンサーとして、例えば「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られ、かつ光導波層での導波モードの励起による全反射減衰が生じ得るように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１２】
なお、表面プラズモンセンサーもしくは漏洩モードセンサー等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したタイプの従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーにおいて、一つの試料（同一測定ユニット）について時間をおいて複数回測定し、その状態の変化を調べる必要がある場合、複数の試料について効率的な測定を行うために、試料を誘電体ブロック毎交換して測定を行うことがある。この場合、一つの試料について測定装置から一旦取り外した後、再度セッティングを行って測定を行うと、最初のベースライン（前記界面）と後のベースラインとの間に差（傾き）が生じるという欠点がある。ベースラインの傾きが、前述の種々の入射角度で入射させる光ビームの該入射角を変化させる縦方向の傾きであると、検出している反射光の角度にもずれが生じることとなり測定精度が低下してしまう。
【００１４】
また、試料を交換しなくても、複数の試料を回転台に載せて回転させている間に、振動等でベースラインの傾きが微妙に変化することもある。そのような場合にも、複数回測定する間に生じたベースラインの傾きは測定誤差の原因になる。
【００１５】
また、反射光の角度にずれを生じる、すなわち光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きのみならず、該縦方向と交わる横方向への界面の傾きが生じると、反射光の反射方向が変化するために反射光が光検出手段の受光面に受光されない場合が生じるという問題があり、界面の縦横方向のいずれの傾きも測定精度の低下につながる。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて、同一測定ユニットを複数回測定する場合においても測定精度の高い測定装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００１９】
また、上記測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記一面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２０】
本発明の第２の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２２】
また、上記測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２３】
なお、上記第２の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第１の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出するものであってもよい。さらに、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００２４】
上記において、「前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光して」とは、光ビームが、全反射光の状態を観測可能な所定の直線偏光であれば、そのまま受光するようにセットされていればよく、また複数の偏光成分を有するものであれば、検光子等の光学素子を用いて全反射光の状態を観測可能な所定の直線偏光成分のみを受光するようにセットされていればよい。
【００２５】
「前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾き」とは、ある基準となる界面位置からの傾きであり、所定の一回（例えば初回）の測定時における界面位置からの傾きであってもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置からの傾きからであってもよい。
【００２６】
なお、前記縦傾き測定手段が測定する「縦方向の傾き」は、界面の縦方向の傾きの角度そのものであってもよいし、それに対応する特性値であってもよい。
【００２７】
「前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調節する」とは、測定ユニットの傾きを補正する、光ビーム入射手段による光ビームの入射角度を変化させる、光検出手段を移動させる等のうち、少なくとも一つを実施するものであり、任意の二つ、あるいは全てを組み合わせて実施してもよい。
【００２８】
本発明の第１または第２の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦傾き測定手段を、該光ビームの少なくとも一部の前記測定ユニットの一部による反射を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとすることができる。
【００２９】
さらに詳細には、縦傾き測定手段を、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。この場合、前記光検出手段で受光した前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分のうち前記入射角度の変化に伴い大きく光量の変化が生じる部分の、反射光強度と検出位置との関係から前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよいし、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分の一部を暗線として前記界面に入射せしめ、前記光検出手段により前記光ビームの反射光の成分の中に含まれる暗線の位置を検出することにより前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。
【００３０】
また、一方、前記縦傾き測定手段が、前記測定ユニットの一部で反射した光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えるものであってもよい。すなわち、光ビームの反射光を収束レンズにより収束させ、該収束位置の変化を検出することにより界面の縦方向の傾きを検出するようにしてもよい。
【００３１】
なお、収束レンズを光ビームの光路上と光路外との位置で移動可能としておけば、前記光検出手段が第２の光検出手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、収束レンズを光路上に配した状態で傾き測定を行い、収束レンズを光路外の位置に移動させた状態で全反射減衰の状態測定を行えばよい。
【００３２】
また、前記光ビームが、複数の偏光成分を含むものである場合、前記第２の光検出手段が、前記光ビームの前記所定の偏光成分以外の成分を受光して該光ビームを検出するようにしてもよい。
【００３３】
また、収束レンズを備えた測定装置においては、さらに、前記縦傾き測定手段が、前記収束レンズと前記第２の光検出手段との間にさらに第２のレンズを備え、
前記収束レンズおよび前記第２のレンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、前記光ビームの反射位置と前記光検出手段との距離をＬ、前記反射位置と前記収束レンズとの距離をｄ０、前記収束レンズと前記第２のレンズとの距離をｄ１、前記第２のレンズと前記第２の光検出手段間の距離をｄ２、前記界面の鉛直方向の移動量に基づく反射位置のシフト量をｘ、前記界面の縦方向の傾きをθとしたとき、
Ｌtanθ＋ｘで表される全反射減衰角の移動距離量Ａと、θ｛d1+d2-d1d2/f2-d0(d1/f1+d0/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)}‐ｘ(d1/f1+d2/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)で表される前記第２の光検出手段における前記光ビームのスポット移動量Ｂとの関係が、
Ａ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を配置してもよい。このように、第２の光検出手段に至る光路上に２つのレンズを所定の間隔で配置することにより、界面の縦方向の傾きのみならず、界面の上下方向のシフト量をも検出可能となる。
【００３４】
例えば、前記距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２の関係が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Lとなるように前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を設置すればよい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の測定装置において、前記縦傾き測定手段としては、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３６】
この場合、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としていもよい。
【００３７】
上記において、前記測定ユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよいし、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であってもよい。
【００３８】
本発明の第３の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３９】
上記測定装置は、上記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４０】
また、上記測定装置は、上記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４１】
本発明の第４の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きおよび縦方向の傾きに応じて、前記横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および前記縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４２】
上記測定装置は、上記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４３】
また、上記測定装置は、上記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４４】
なお、上記第４の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第３の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出するものであってもよい。さらに、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００４５】
本発明の第３または第４の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦横傾き測定手段を、前記測定ユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とからなるものとすることができる。
【００４６】
また、本発明の第３または第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段を、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００４７】
前記第２の光ビームとしては、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としてもよい。
【００４８】
前記二次元光検出手段としては、４分割フォトダイオードあるいは、抵抗型光検出器等が好適である。
【００４９】
上記において、前記測定ユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向および横方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよいし、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であってもよい。
【００５０】
なお、前記誘電体ブロックは、前記光ビームの入射端面および出射端面と、前記薄膜層が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものであってもよいし、前記光ビームの入射端面および出射端面を有する部分と、前記薄膜層が形成される面を有する部分との２つが、屈折率マッチング手段を介して接合されてなるものであってもよい。
【００５１】
なお、上記各測定装置においては、光検出手段として、エリアセンサ、ラインセンサ等を用いることができ、より具体的には、２分割フォトダイオード、フォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の第１の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５３】
本発明の第２の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５４】
光ビームを界面へ種々の入射角度で入射させ、全反射減衰の状態を測定する装置の場合、縦傾き測定手段として、測定用の光ビームの、全反射減衰の測定範囲外の成分の反射光強度を利用する形態のものを使用すれば、特別な装置を設けることなく界面の縦方向の傾きを検出することができ、装置の大型化やコストの増加を抑えることができる。
【００５５】
また、縦傾き測定手段として、測定用の光ビームとは異なる第２の光ビームを利用し、特に、測定用の光ビームとは異なる偏光方向を有するもの、あるいは測定用の光ビームとは異なる波長を有するものを利用すれば、測定用の光ビームに影響を与えることなく、全反射光の測定と同時に界面の縦方向の傾きを測定することができる。
【００５６】
また、本発明の第３の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５７】
また、本発明の第４の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の第１の実施形態の測定装置は、表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図１はその側面形状を示すものである。
【００５９】
この表面プラズモンセンサーの測定ユニットとしての測定チップ10は、例えば透明樹脂等により形成された倒立截頭四角錐形状を有し、この測定チップ10上部には、断面円形の検体保持穴13ａが形成された検体保持部13が構成されており、検体保持穴13ａの底面（後述する誘電体ブロック11の面11ａ）には、金属膜12が被着され、この金属膜12上に例えば試料液15が蓄えられる、この測定チップ10の検体保持部13の下部が誘電体ブロック11であり、その４つの側面のうちの対面する２面がそれぞれ光入射端面11ｂ、光出射端面11ｃとされている。すなわち、この誘電体ブロック11は、光ビームの入射端面11ｂおよび出射端面11ｃと、薄膜層（金属膜）12が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものである。なお本例では、金属膜12の上にセンシング媒体30が固定されるが、このセンシング媒体30については後述する。
【００６０】
測定チップ10は、例えばターンテーブル31に複数設けられたチップ保持孔31ａに１個ずつ嵌合固定される。測定チップ10がこのようにターンテーブル31に固定された後、ターンテーブル31が一定角度ずつ間欠的に回動され、所定位置に停止した測定チップ10に対して試料液15が滴下され、該試料液15が検体保持部13内に保持される。その後さらにターンテーブル31が一定角度回動されると、測定チップ10がこの図１に示した測定位置に送られ、そこで停止する。
【００６１】
本実施形態の表面プラズモンセンサーは、上記測定ユニットである測定チップ10に加えてさらに、光ビームL1を誘電体ブロック11に通し、該誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａに対して、種々の入射角が得られるように入射させる光学系とからなる光ビーム入射手段１、上記界面11ａで全反射した光ビームL1を平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビームL1を検出する光検出手段17と、光検出手段17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、コンピュータシステム等からなる信号処理部20と、この信号処理部20に接続された表示手段21とを備えている。
【００６２】
光ビーム入射手段１は、光ビームL１を発生させる半導体レーザ等からなる光源２と、該光源２から発散光状態で出射した光ビームL1を平行光化するコリメーターレンズ３と、該平行光化された光ビームL1を上記界面11ａ上で収束させる集光レンズ４とから構成されている。
【００６３】
図１に示す通り、光源２から発散光状態で出射した光ビームL1はレンズ３、４の作用により、誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａ上で集束する。したがって光ビームL1は、界面11ａに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビームL1は界面11ａで全反射し、この反射した光ビームL1には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。なお光ビームL1は、界面11ａに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予め光源２をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビームL1の偏光の向きを制御してもよい。また、光ビーム入射手段１は、光ビームL1を界面11ａにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出（例えば前記暗線の位置測定）の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００６４】
界面11ａで全反射した後、コリメーターレンズ16によって平行光化された光ビームL1は光検出手段17により検出される。本例における光検出手段17は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が１列に並設されてなるフォトダイオードアレイであり、図１の図示面内において、平行光化された光ビームL1の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面11ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビームL1の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が受光することになる。
【００６５】
図２は、この表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……、これらのサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力するＡ／Ｄ変換器24、マルチプレクサ23とサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……とを駆動する駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から構成されている。
【００６６】
上記フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……に入力される。この際、互いに隣接する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が出力する光検出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００６７】
各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、それぞれサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器24に入力する。Ａ／Ｄ変換器24はこれらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
【００６８】
図３は、界面11ａで全反射した光ビームL1の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビームL1の界面11ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００６９】
界面11ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜12と試料15との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図１にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００７０】
また図３の（２）は、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向を示しており、先に説明した通り、これらのフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応している。
【００７１】
そしてフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
【００７２】
信号処理部20は、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の中から、全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図３の例では差動アンプ18ｄとなる）を選択し、それが出力する微分値Ｉ’を表示手段21に表示させる。なお、場合によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが存在することもあり、そのときは当然その差動アンプが選択される。
【００７３】
以後、所定時間が経過する毎に上記選択された差動アンプ18ｄが出力する微分値Ｉ’が表示手段21に表示される。この微分値Ｉ’は、測定チップ10の金属膜12（図１参照）に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化して、図３（１）に示す曲線が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下する。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜12に接している物質の屈折率変化、つまりは特性の変化を調べることができる。
【００７４】
特に本実施形態では金属膜12に、試料液15の中の特定物質と結合するセンシング媒体30を固定しており、それらの結合状態に応じてセンシング媒体30の屈折率が変化するので、上記微分値Ｉ’を測定し続けることにより、この結合状態の変化の様子を調べることができる。つまりこの場合は、試料液15およびセンシング媒体30の双方が、分析対象の試料となる。そのような特定物質とセンシング媒体30との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げられる。
【００７５】
なお、試料液15の中の特定物質とセンシング媒体30との結合状態の変化の様子を時間経過とともに調べるためには、所定時間が経過する毎の微分値Ｉ’を求めて表示する他、最初に計測した微分値Ｉ’(0)と所定時間経過時に計測した微分値Ｉ’(t)との差ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００７６】
さて、上述のように微分値Ｉ’の時間変化を測定する場合、同一測定チップについて一定時間経過毎に複数回測定を行うことになる。この時、複数の試料（複数の測定チップ）について効率的に測定を行うために、一旦、測定チップ10をターンテーブル31から取外し、他の試料を保持する次の測定チップについての測定を行い、一定時間後に再び最初の測定チップ10をターンテーブル31に取り付けて測定を行う。
【００７７】
この測定チップ10の再セッティングの際に、先の測定時の状態からずれが生じる場合があり、特に光ビームL１の界面11ａへの入射角度を変化させる界面11ａの縦方向の傾きが測定値に多大な影響を与えることとなる。
【００７８】
そこで、本実施形態の表面プラズモンセンサーは、界面11ａの縦方向傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段37とからなる傾き測定手段を備えている。第２の光検出手段37は、具体的には光検出手段17と同様のフォトダイオードアレイ等のライン状の光検出器であり、具体的には、界面11ａの縦方向の傾きによる光ビームL2の入射角度（すなわち反射角度）の変化に伴う光ビームL2の進行方向のずれを検出する方向（図中矢印Ｋ方向）にフォトダイオードが併設され、光ビームL2の受光位置のＫ方向へのずれ（すなわち反射角度の変化）を検出するものである。この第２の光検出手段37からの出力ＳＲ は信号処理部20に送られ、該信号処理部20において、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面11ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的には、第２の光検出手段37からの信号から求められた界面の角度の差分（傾き）をプラズモン共鳴信号について得られる測定値の角度に加算もしくは減算して補正する。すなわち、この信号処理部20が演算手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、光ビームL1と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【００７９】
試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射され、この反射光が第２の光検出手段37により検出される。２回目の測定時に、同様にして第２のビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面11ａの縦方向の傾きに対応するものである。このように、第２の光検出手段37により界面11ａで反射された第２の光ビームL2を受光して、界面11ａへの入射角度を変化させる該界面11ａの縦方向の傾きにより変化する反射光の検出位置を測定することにより界面11ａの縦方向の傾きを測定する。この光ビームL2の検出位置の変動から得られる界面の縦方向の傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。３回目以降の測定においても同様に１回目の測定時からの界面の縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００８０】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定チップを再セッティングする場合のみならず、測定チップを支持する支持台の回転（移動）による場合、該支持台や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦方向の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【００８１】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際して測定チップ10への試料液15の分注前に、測定チップ10についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液15の分注後の測定値から測定チップ10のバルク効果を差し引くようにして、試料液15のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液15の分注前後に界面11ａの傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【００８２】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、図４以下において、図１中の要素と同等の要素には同符号を付しており、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００８３】
この第２の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示したプラズモンセンサーと略同一の構成をしているが、界面11ａの傾き測定後の傾き補償のための手段が異なるものである。本表面プラズモンセンサーは、第２の光検出手段37の測定値から得られた界面11ａの縦方向の傾きを補償するため、全反射減衰角を検出する第１の光検出手段17を図中矢印ｘの方向に移動させて調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、縦方向調整手段である位置調整手段は、矢印ｘ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段35とからなり、該駆動手段35は、信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。すなわち、本実施形態においては、演算による測定値の補正を行うのではなく、光検出手段17を移動させて界面の縦方向の傾きによる誤差を補正するように調整するものである。
【００８４】
このように、本実施の形態の装置によれば、縦傾き測定手段により検出された縦方向の傾きに応じて光検出手段17を移動させる縦方向調整手段を備え、物理的な位置調整を行うことにより界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００８５】
また、図５に第３の実施形態の測定装置として示すプラズモンセンサーにおいては、光検出手段17の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１による入射角度を調整する入射角調整手段を縦方向調整手段として備えてなるものである。入射角調整手段は、光源２からの光ビームL1を反射させる面を有すると共に、該反射面が光ビームL1の入射角を変化させる方向に回転可能とされたミラー36と、該ミラー36を回転駆動させる駆動手段38とからなり、該駆動手段38は、信号処理部20からの指示によりミラー36を回転させて反射角度を調整する。すなわち、各測定時における、界面11ａに対する光ビームL1の入射角度を調整することにより、該界面11ａで反射した光ビームL１が常に略同一の方向に反射するように調整するものである。なお、本実施形態の光ビーム入射手段１は、光源２から出射した小径の光ビームを凹レンズ５で拡散させる構成である。
【００８６】
このように、傾き測定手段により得られた界面の縦方向の傾きに応じて、光ビームを傾けることにより、界面11ａに対する入射角度を一定とすることができるため、界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００８７】
なお、上記のように、光検出手段17、あるいは光ビーム入射手段１を調整するほか、測定チップ10自体を傾ける等して界面の縦方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段17、光ビーム入射手段１、測定チップ10のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【００８８】
次に、図６を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
【００８９】
この第４実施形態の測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、本例でも測定ユニットとして測定チップ10を用いるように構成されている。ただし、この測定チップ10の検体保持穴13ａ底面にはクラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層41が形成されている。
【００９０】
クラッド層40は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層41は、クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層40の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層41の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００９１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光源２から出射した光ビームL1を誘電体ブロック11を通してクラッド層40に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビームL1が誘電体ブロック11とクラッド層40との界面11ａで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記界面11ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００９２】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41の上の試料15の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析することができる。そして、上記特定入射角の近傍における反射光強度Ｉや、差動アンプアレイ18の各差動アンプが出力する微分値Ｉ’に基づいて試料15の特性を分析することもできる。
【００９３】
また、この漏洩モードセンサーは、界面11ａの縦傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段46と、該第２の光ビーム入射手段により界面11ａに入射され、該界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する光検出手段47とを備えている。この光検出手段47からの出力ＳＲ は信号処理部20に送られ、該信号処理部20においてプラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの縦方向の傾きを補正するための補正信号を加算することにより正確な測定値を得る。すなわち、この信号処理部20が補正手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、全反射減衰測定用の光ビームL1と異なる波長を有するものである。
【００９４】
試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段46により入射された第２の光ビームL2が界面11ｂで反射され、この反射光が光検出手段47により検出される。次いで、２回目の測定時に、同様にして第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面11ａの縦方向の傾きに対応するものである。この得られた傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００９５】
次に、図７を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。
【００９６】
この第５実施形態の測定装置は、第１の実施形態と同様表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図７は、その側面形状を示すものである。
【００９７】
本装置は図１のものと比べると、用いている測定ユニットの構成が異なるものである。すなわち本実施形態では、図１の装置で用いられていた測定チップ10に代えて、誘電体であるガラスから形成されて、図７の紙面に垂直な方向に延びる三角柱のプリズム50と、このプリズム50上面に屈折率マッチングオイル52を介して接合された誘電体プレート55とからなるものが用いられている。プリズム50は光ビームL1の入射端面50ａおよび出射端面50ｂを有するものであり、一方誘電体プレート55上には金属薄膜56が形成されており、光ビームL1はこの誘電体プレート55と金属薄膜56との界面57において全反射する構成となっている。なお、この金属薄膜56が形成された誘電体プレート55上に試料58が載置され、この誘電体プレート55ごと取外し可能となっている。すなわち、本実施形態における測定ユニットは、その誘電体ブロックが、光ビームの入射端面50ａと出射端面50ｂとを有する部分50と薄膜層56が形成されている面を有する部分55とが屈折率マッチング手段（屈折率マッチングオイル）52により接合されてなるものである。
【００９８】
また、本実施形態の表面プラズモンセンサーにおいては、前述の第１の表面プラズモンセンサーにおける界面の縦傾き測定手段とは異なる形態の縦傾き測定手段を備えている。以下に本実施形態における縦傾き測定手段について説明する。
【００９９】
一般に、表面プラズモンセンサーにおいては、光ビームとして、図８に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものが用いられている。通常全反射減衰角θＳＰがピーク強度近傍となるように設定されており、上述のように、この全反射減衰角θＳＰの時間変化を観察することになる。したがって、ガウシアン分布の両端の部分は測定にはほとんど寄与しない部分である。そこで、本実施形態の表面プラズモンセンサーにおいてはこの測定範囲外の成分を利用して界面57の縦方向の傾きを求める。通常、このガウシアン分布の測定範囲外の領域は光強度と入射角度（反射角度）との関係が変化しない部分であり、両者の関係の変化は界面の角度の差（傾き）によってのみ生じるものと考えられる。従って、本実施形態においては図８中点線円で囲む箇所のように、光量分布が急峻になっている箇所の光量を観測し、この光量の変化により界面の縦方向の傾きを求める。具体的には入射角度θa の部分の光強度を光検出手段17により検出する、すなわち、光検出手段17の所定のフォトダイオードからの出力の変化を検出することにより界面57の縦方向の傾きを求める。このようにして求められた傾きに基づいて、上述の実施形態と同様に信号処理部20において縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１００】
次に、図９を参照して本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１０１】
この第６の実施形態の測定装置は、第５の実施形態と同様表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図９は、その側面形状を示すものである。構成は上述の第５の実施形態の表面プラズモンセンサーとほぼ同一であるが、光ビームL1の入射光学系側の光路上に遮蔽物60を配置して、光ビームL1の一部を暗線61として界面57に入射させ、光ビームL1の反射光に含まれる暗線61を検出することにより、界面57の縦方向の傾きを検出するものである点で異なる。
【０１０２】
上記第５の実施形態と同様に光ビームL1として、図１０に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の両端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分を利用して界面57の縦方向の傾きを求める。上述のように、光ビームL1の一部を暗線61として界面11ａに入射せしめ、光検出手段17によりその暗線61を検出する。界面57の縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段17上で検出される暗線61の位置は変動しないため、この暗線位置のずれが界面57の縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に暗線61がθｂに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面57の角度が変化すると２回目の測定時には暗線61は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより暗線61が検出されたかにより界面57の縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０３】
以下、図１１から図２３を参照して他の測定装置の実施形態を説明するが、各センサーにおいては、前述した各実施形態と全反射減衰の測定に係る部分は略同一であり、縦傾き測定手段の形態が異なるものであるため、主として傾き測定手段について説明し、全反射減衰の測定に係る部分については変更箇所についてのみ言及する。
【０１０４】
図１１を参照して本発明の第７の実施形態について説明する。
【０１０５】
この第７の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の反射光の光検出手段17に至る光路上と該光路外の位置とで移動可能とされた収束レンズ66と、光検出手段17とにより構成されている。本センサーにおいては、収束レンズ66を光路上に配した状態で界面11ａの縦方向の傾き測定を行い、収束レンズ66を光路外に配した状態で全反射減衰の状態の測定を行う。すなわち本実施形態においては、光ビームL1の反射光を収束レンズ66により光検出手段17上で収束させ、光検出手段17上における収束ビームの矢印ｘ方向における検出位置の変化を測定することにより界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１０６】
本実施形態の場合、光ビームL1はｐ偏光として界面11ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームL1として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、該表面プラズモン共鳴の状態を検知するために光検出手段17においてｐ偏光成分のみを検出できるようにする必要がある。そこで、光ビームL1がｐ偏光以外の偏光成分を含むものである場合には、図１２に第８の実施形態のセンサー側面図として示すように、光検出手段17の光ビーム入射側に検光子68を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。なお、傾き測定時には、検光子68を回転させて、ｐ偏光成分と直交するｓ偏光成分の収束光の位置を検出するようにしてもよい。
【０１０７】
次に、図１３を参照して本発明の第９の実施形態について説明する。
【０１０８】
この第９の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の反射光の光検出手段17に至る光路上に配されたハーフミラー70と該ハーフミラー70により分離された光ビームの一部を収束する収束レンズ71と、該収束レンズ71により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段72とからなる。ハーフミラー70により光ビームL1の反射光を分割し、一部を全反射減衰の測定に用い、一部を界面11ａの縦方向の傾き測定用に用いている。ハーフミラー70で一部反射された光ビームL1が収束レンズ71により第２の光検出手段72上に収束され、この光検出手段72上における光ビームの矢印Ｑ方向の検出位置の変化により界面11ａの縦方向の傾きを検出するものである。なお、ハーフミラー70の代りに、光路上と光路外の位置とで移動可能なミラーを備えるようにしてもよい。この場合、ミラーを光路上に配し、光ビームを該ミラーで第２の光検出手段側へ反射させるようにして傾きを測定し、ミラーを光路外の位置へ移動させたて光ビームを光検出手段17へ直進させて全反射減衰を測定するようにすればよい。
【０１０９】
本実施形態の場合、光ビームL1はｐ偏光として界面11ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームL1として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、図１４に第１０の実施形態のセンサー側面図として示すように、光検出手段17の光ビーム入射側に検光子68を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。
【０１１０】
次に、図１５を参照して本発明の第１１の実施形態について説明する。
【０１１１】
第１１の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、図１３に示した第９の実施形態において、縦傾き測定用の第２の光検出手段72に至る光路上にさらに第２のレンズ75を設けてなるものである。本センサーは、レンズを２枚組み合わせることにより、界面11ａの縦方向の傾きのみならず、界面11ａの上下方向のシフト量に対応する特性値を得ることができるため、より高精度な全反射減衰の状態を測定することができる。
【０１１２】
界面の縦方向の傾きとシフトを検出する仕組みについて図１６を参照に簡単に説明する。図１６（ａ）はシフト量を検出する仕組み、同図（ｂ）は傾きを検出する仕組みを模式的に示したものである。
【０１１３】
収束レンズ71および第２のレンズ75の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、光ビームの反射位置と光検出手段17との距離をＬ（図１５参照）、光ビーム反射位置と収束レンズ71との距離をｄ０、収束レンズ71と第２のレンズ75との距離をｄ１、第２のレンズ75と第２の光検出手段72間の距離をｄ２、界面11ａの鉛直方向の移動量ｙに基づく反射位置のシフト量をｘ、界面11ａの傾きをθとする。なお、図１５においてはハーフミラー70により光路が変更されているが、図１６においては、模式的に光路を直線とした。
【０１１４】
光ビームL1が入射される界面の縦方向の傾きがθ、シフト量ｘであるとき、この界面の変動による全反射減衰角の移動距離Ａは、Ｌtanθ＋ｘで表される。
【０１１５】
一方、図１６（ａ）に示すように、実線で示した測定チップ10が点線で示した測定チップ位置に距離ｙシフトした場合、光ビーム入射位置のシフト量ｘは、二つのレンズの作用により、第２の光検出手段72上の光ビーム検出位置において所定のシフト量として現れる。また、図１６（ｂ）に示すように、実線で示した測定チップ10が点線で示した測定チップのようにθ傾いた場合、第２の光検出手段72上の光ビーム検出位置は、所定のシフト量変化する。
【０１１６】
この界面11ａの傾きおよび上下方向のシフトによる第２の光検出手段72上の光ビームのスポット移動量Ｂは、θ｛d1+d2−d1d2/f2−d0(d1/f1+d0/f1−d1d2/f1/f2−1+d2/f2)}−ｘ(d1/f1+d2/f1−d1d2/f1/f2−1+d2/f2)で表される。
【０１１７】
したがって、光検出手段17上における全反射減衰角の移動距離Ａと第２の光検出手段72上の光ビームのスポット移動量Ｂとの関係がＡ＝ＢまたはＡ=−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、収束レンズ71、第２のレンズ75および第２の光検出手段72を配置しておけば、界面の変動による全反射減衰角の移動距離が第２の光検出手段72上のスポット移動量として現れる。上記Ａ＝ＢもしくはＡ＝−Ｂを満たすためには、具体的には、距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Lとなるように収束レンズ71、第２のレンズ75および第２の光検出手段72を設置すればよい。
【０１１８】
本実施形態のように、二つのレンズを利用して界面11ａの縦方向の傾きと上下方向のシフト量を得るようにすれば、この界面の変動量による誤差を補正した測定値を得ることができるため、さらに精度よい全反射減衰の状態測定を行うことができる。
【０１１９】
次に、図１７を参照して本発明の第１２の実施形態について説明する。
【０１２０】
この第１２の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の、測定チップ10の誘電体ブロック11の光入射面11ｂで反射した反射光を集光するレンズ80と該レンズ80により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段82とからなる。すなわち、本実施形態の縦傾き測定手段は、光ビームL1は入射面11ｂで一部反射されるため、この反射光を利用するものである。この入射面11ｂは、誘電体ブロック11の一部である界面11ａの縦方向の傾きに応じて傾くため、この入射面11ｂでの反射光の第２の光検出手段82上の矢印Ｑ方向における位置変動は界面11ａの縦方向の傾きに応じたものとなる。
【０１２１】
次に、図１８を参照して本発明の第１３の実施形態について説明する。
【０１２２】
この第１３の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、測定チップ10の検体保持穴13ａの底面の一部に設けられた反射面83と、該反射面83で反射された光ビームL1を集光するレンズ84と、該レンズ84により収束された光を検出する第２の光検出手段86とからなる。本実施形態においては、光ビームL1を界面11ａに対して、その一部が反射面83に入射されるように発散光状態で入射せしめる。界面11ａに入射された光ビームは全反射減衰を測定する光検出手段17に向けて反射される。一方、反射面83に入射した光ビームL1の一部は第２の光検出手段86側に反射され、レンズ84で集光されて光検出手段86上で収束される。反射面83は、界面11ａに対して所定の角度で設けられており、界面11ａの縦方向の傾きに応じて傾くため、この反射面83での反射光の第２の光検出手段86上における矢印Ｑ方向の位置変動は界面11ａの縦方向の傾きに応じたものとなる。
【０１２３】
次に、図１９を参照して本発明の第１４の実施形態について説明する。
【０１２４】
この第１４の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、第２の光ビームを界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段90と、界面11ａで反射した第２の光ビームを集光するレンズ95と、該レンズ95により収束された光ビームの位置を検出する光検出手段17とからなるものである。
【０１２５】
第２の光ビーム入射手段90は、光ビームL１を界面11ａに入射させる光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２から出射された直線偏光ビームを円偏光にするλ／4板91と、円偏光ビームをｓ偏光とｐ偏光に分離するウォラストンプリズム92とを備えており、光源２から出射された光ビームをλ／４板91により円偏光とし、ウォラストンプリズム92により、該光ビームをｐ偏光L1とｓ偏光L2とに分離して互いに異なる方向に出射し、ｐ偏光ビームL1とｓ偏光ビームL2を界面11ａの互いに異なる位置に入射せしめるものである。
【０１２６】
ｓ偏光ビームL2の反射光をレンズ95により集光し、光検出手段17上の一部に収束させ、このｓ偏光ビームL2の位置変動により界面11ａの縦方向の傾きを測定する。一方、ｐ偏光ビームL1の光検出手段17に至る光路上に検光子68を配することにより、ｓ偏光ビームL2による影響を除去し、全反射減衰の状態を検出する。ここでは、光検出手段17として、全反射減衰の状態のみを検出する場合よりも広領域に亘って検出可能なフォトダイオードアレイを利用し、全反射減衰の状態を検出する部分と交わらない箇所においてｓ偏光ビームL2の位置を検出するようにしたが、ｓ偏光ビームL2を検出する光検出手段を別個に設けてもよい。
【０１２７】
次に、図２０を参照して本発明の第１５の実施形態について説明する。
【０１２８】
この第１５の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、小径の２偏光ビームを第２の光ビームとして界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段100と、界面11ａで反射した第２の光ビームL2（ｓ偏光）を反射し、光ビームL１（ｐ偏光）を透過するＰＢＳ107と、該ＰＢＳ107により反射された第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段108とからなるものである。
【０１２９】
なお、本実施形態においては、光ビーム入射手段１は、小径の平行光L0をｐ偏光として出射する光源２’と光ビームの径を拡大せしめるビーム拡大光学系３’と、該拡大光学系３’により拡大された光ビームのうち後述のＰＢＳ102を透過したｐ偏光ビームL1を収束させて界面11ａに入射せしめるレンズ４とから構成されている。
【０１３０】
第２の光ビーム入射手段100は、光ビームL１を界面11ａに入射させる光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２’から出射された直線偏光ビームL0を円偏光ビームにするλ／4板101と、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射するＰＢＳ102と、ｓ偏光ビームL2を反射するミラー103、105、106と、ｓ偏光ビームL2の径を縮小させる縮小光学系104とを備えており、光源２’から出射された直線偏光ビームL0をλ／４板101により円偏光とし、ビーム拡大光学系３’で拡大された光ビームをＰＢＳ102により、該光ビームをｐ偏光ビームL1を透過させ、ｓ偏光ビームL2を反射させることにより分離し、縮小光学系104によりｓ偏光ビームL2の径を縮小させた後、ｐ偏光ビームL１の光路上に戻し、ｐ偏光ビームL1と比較して小径の光ビームとして界面11ａに入射せしめるものである。
【０１３１】
該界面11ａにおいて反射したｓ偏光ビームL2はＰＢＳ107で反射され、第２の光検出手段108に検出される。すなわち、この第２の光検出手段108上におけるｓ偏光ビームL2の位置変動により界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１３２】
第２の光ビーム入射手段100の光学素子の構成等は種々変更可能である。例えば、図２１に示すように、反射光学素子であるミラー103、105、106の反射面の傾きおよび位置を変化させて、第２の光ビームL2の光路を変更してもよい。
【０１３３】
また、図２２に示すように、ミラー105、106の反射面の傾きを変化させ、第２の光ビームL2がレンズ４の端部を通過するようにすれば、第２の光ビームL2は、界面11ａにおけるｐ偏光ビームL１の入射位置から大きくずれた位置に入射することになり、ｐ偏光ビームL1と第２の光ビームL2の反射光の光路がずれるため、光検出手段側にＰＢＳを設ける必要がなくなる。また、光検出手段17の一部を第２の光ビームL2の位置検出に利用することもできる。
【０１３４】
図２０から図２２で示した測定装置においては、光源２’から出射された光ビームL0を光ビーム拡大光学系３’により拡大した後にｓ偏光、ｐ偏光に分離することとしたが、図２３に示すように、λ／４板101により円偏光とされた光ビームL0を拡大する前にＰＢＳ102によりｐ偏光ビームL1、ｓ偏光ビームL2に分離し、ｐ偏光ビームL1のみを拡大光学系３’に入射せしめるようにすれば、第２の光ビーム入射手段の構成が簡易なものとなる。
【０１３５】
なお、図２４に示すように、光源２’から出射された光ビームL0を円偏光にすることなく、直線偏光（ｐ偏光）の状態でハーフミラー110により２分し、一方を拡大光学系３’により拡大させて測定用の光ビームL1として使用し、他方をλ／２板111により偏光方向を変化させてｓ偏光ビームL2として界面11ａに入射させるようにしてもよい。
【０１３６】
次に、図２５を参照して本発明の第１６の実施形態について説明する。
【０１３７】
この第１６の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、測定チップの底面10ｄに設けられた反射面と、該反射面に小径のｓ偏光ビームを第２の光ビームL2として全反射条件で入射させる第２の光ビーム入射手段120と、該反射面で反射された第２の光ビームL2を検出する光検出手段125とを備えてなる。
【０１３８】
第２の光ビーム入射手段120は、光ビームL1を界面11ａに入射させるための光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２'から出射された光ビームＬを円偏光にするλ／４板101と、円偏光ビームをｐ偏光ビームL1とｓ偏光ビームL2に分離するウォラストンプリズム121、ミラー122を備えてなり、ｓ偏光ビームL2を測定チップ10の底面10dに全反射角度で入射させるものである。
【０１３９】
本傾き測定手段は、測定チップ10の底面10ｄ（誘電体ブロック11の底面）を反射面としておき、第２の光ビームL2を界面11ａに入射させることなく、該界面11ａの傾きに対応して傾く測定チップ10の底面10ｄに入射させ、該底面10ｄで反射した反射光の位置変動を検出してに界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１４０】
なお、このように第２の光ビームを底面で反射させるようにすれば、第２の光ビームは必ずしもｓ偏光にする必要はない。
【０１４１】
なお、図１９から図２５に示した各実施形態において、ｓ偏光ビームを界面もしくは該界面に対応して傾く所定の面に入射させるための第２の光ビーム入射手段は、いずれも全反射減衰測定用の光ビームL１を生成する光源２から出射された光の一部を用いることとしたが、別個に光源を設けてもよい。
【０１４２】
なお、第４の実施形態から第１６の実施形態においては、界面の縦方向の傾きによる誤差を補償する方法として傾きに応じた補正を施した測定値を得ることとしたが、第２、第３の実施形態と同様に光ビーム入射手段、光検出手段および／または測定ユニットの位置調整を行うようにしてもよい。
【０１４３】
また、傾きに応じた補正を施した測定値を得る演算手段を備えた各実施の形態においては、初回の測定時の界面位置を基準とし、それ以降の各側定時にはその界面からの縦方向の傾きを求めて該傾きによる誤差を補正した測定値を得る形態について説明したが、複数回の測定のうち初回以外の所定の測定時の界面位置を基準とし、各測定値にはその基準とする界面からの傾きを求めて該傾きに応じて補正した測定値を得るようにしてもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置を基準とし、各測定値にはこの平均位置からの傾き求めて該傾きに応じた補正を施すようにしてもよい。
【０１４４】
また、測定装置における傾き測定における検出誤差を測定装置毎の号機データとして保有し、傾き測定時に号機データを用いた補正値を傾き値として得るようにすると、さらに測定精度を向上させることができる。
【０１４５】
さらに、演算手段を備えた各実施形態において、傾きが許容値以上となった場合にはアラームを出すようにし、その場合には、光ビーム入射手段、測定ユニットおよび／または光検出手段等の調整を行うようにしてもよい。
【０１４６】
第１から第１６の実施形態に説明した測定装置における傾き測定および該傾き補正は、界面の縦方向への傾きのみを検出してそれによる誤差を補正するものであったが、界面11ａの傾きには、光ビームL１の入射角度を変化させる縦方向の傾きの他、該入射角度の変化方向を含む面に垂直な方向に光ビームL1の入射位置を変化させる横方向の傾きがある。横方向の傾きは、界面で全反射する光ビームL1の、フォトダイオードの並び方向に垂直な方向へのずれにつながり、光ビームL1が光検出手段17で受光できなくなる場合を生じさせる。ずれが小さく、光ビームL1を受光可能な範囲であればよいが、受光不可能となるのを防ぐため、以下に説明する実施形態においては、縦横方向の傾きを検出する縦横傾き検出手段と、縦横方向への傾きを補正する補正手段を備えてなる。
【０１４７】
図２６を参照して本発明の第１７の実施形態について説明する。
【０１４８】
この第１７の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示した表面プラズモンセンサーと略同一であるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段130とからなる縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１４９】
第２の光検出手段130は、例えば４分割フォトダイオードからなる位置センサであり、受光面上に入射する光ビームL2の二次元的な位置変動を検出するものである。図２７は第２の光検出手段130の受光面を模式的に示した図である。図示のとおり、第２の光検出手段130は４つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４からなり、入射した光ビームの各フォトダイオードで受光した光量から位置を検出するものである。具体的には、ｘ方向のずれ（界面の縦方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ３の加算信号とＰＤ２とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができ、ｙ方向のずれ（界面の横方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ２の加算信号とＰＤ３とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができる。
【０１５０】
なお、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、光ビームL1と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【０１５１】
傾きによる誤差を補正するための手段は、横方向の傾きに起因する光ビームL1の光検出手段17上における受光位置の矢印ｙ方向のずれを補正する横方向調整手段としての、光検出手段17を矢印ｙ方向に移動させて位置調整する位置調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とからなる。
【０１５２】
すなわち、位置調整手段は、ｙ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段135とからなり、該駆動手段135は、傾き測定用の第２の光検出手段130からの信号を得て光ビームL2のｙ方向へのずれを求める信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。また、演算手段は信号処理部20により構成されており、前述の第１の実施形態の場合と同様に、信号処理部20が、第２の光検出手段130からの信号を得て、光ビームL2のｘ方向へのずれを求め、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面11ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的な演算は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１５３】
傾きの測定および位置調整等は以下のようにして行う。まず、試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段130の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からのｙ方向へのずれ（界面の横方向の傾き）を検出し、該ｙ方向へのずれに応じて光検出手段17のｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームL2を受光した第２の光検出手段130からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段17のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段17と第２の光検出手段130を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段130のｙ方向中心で第２の光ビームL2が受光されるように位置調整するようにしてもよい。その後、第２の光ビームL2のｘ方向へのずれ（界面の縦方向の傾き）を検出し、該ずれ量に基づいて、信号処理部20において、界面11ａの縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１５４】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段130で受光された第２の光ビームL2の位置に応じて、光検出手段17の横方向の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定し、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１５５】
次に、本発明の第１８の実施形態を図２８を参照して説明する。
【０１５６】
この第１８の実施形態の測定装置は、第１７の実施形態に示した表面プラズモンセンサーと略同一であるが、縦横方向の傾きによる誤差を補正する手段が異なるものである。本実施形態においては、界面の横方向の傾きおよち縦方向の傾きを同時に解消するものであり、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段として、第１の光検出手段17を図中矢印ｘ方向および紙面に垂直なｙ方向に二次元的に移動させて位置調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、位置調整手段は、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段136とからなり、該駆動手段136は、傾き測定用の第２の光検出手段からの信号を得て光ビームL2のずれを求める信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。
【０１５７】
縦横傾きの測定および位置調整は以下のようにして行う。まず、試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射された反射光が図４に実線で示すように第２の光検出手段130の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からのずれを検出し、該ずれに応じて光検出手段17のｘｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームL2を受光した第２の光検出手段130からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段17のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段17と第２の光検出手段130を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段130の中心で第２の光ビームL2が受光されるように位置調整するようにしてもよい。
【０１５８】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段130で受光された第２の光ビームL2の位置に応じて、光検出手段17の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定する。これにより、界面11ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１５９】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定チップを再セッティングする場合のみならず、測定チップを支持する支持台の回転（移動）による場合、該支持台や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦横の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦横の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【０１６０】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際して測定チップ10への試料液15の分注前に、測定チップ10についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液15の分注後の測定値から測定チップ10のバルク効果を差し引くようにして、試料液15のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液15の分注前後に界面11ａの縦横の傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦横の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【０１６１】
次に、図２９を参照して本発明の第１９の実施形態について説明する。
【０１６２】
図２９に示す第１９の実施形態の測定装置として示すプラズモンセンサーにおいては、界面の縦横の傾きによる誤差を補正するための手段として、光検出手段17の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１による入射角度および入射位置を調整する光ビーム調整手段を備えてなるものである。光ビーム調整手段は、光源２からの光ビームL1を反射させる面を有すると共に、該反射面を縦横に回転可能とされたチルトミラー138と、該チルトミラー138を駆動させる駆動手段139とからなり、該駆動手段139は、信号処理部20からの指示によりミラー138を回転させ光ビームの入射角度および入射位置を調整する。なお、本実施形態の光ビーム入射手段１は、光源２から出射した小径の光ビームを凹レンズ５で拡散させる構成である。
【０１６３】
このように、縦横傾き測定手段により得られた界面の縦方向および横方向の傾きに応じて、光ビームの入射角度および入射位置を調整することにより、界面の縦横の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【０１６４】
なお、上記のように、光検出手段17、あるいは光ビーム入射手段１を調整するほか、測定チップ10自体を傾ける等して界面の縦方向および横方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段17、光ビーム入射手段１、測定チップ10のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向および横方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【０１６５】
次に、図３０を参照して本発明の第２０の実施形態について説明する。
【０１６６】
この第２０実施形態の測定装置は、先に説明した第４の実施形態と同様の漏洩モードセンサーであるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、第２の光検出手段130として４分割フォトダイオードからなる位置センサを備えた縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１６７】
傾きを補正するための手段は、第１７の実施形態の表面プラズモンセンサーの場合と同様であり、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段17と該光検出手段17を駆動する駆動手段136とからなる位置調整手段からなり、測定毎に界面の傾きを検出し、該傾きに応じた光検出手段17の位置調整を行うことにより、界面11ａの傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。ただし、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、全反射減衰測定用の光ビームL1と異なる波長を有するものである。
【０１６８】
次に、図３１を参照して本発明の第２１の実施形態について説明する。
【０１６９】
この第２１の実施形態の測定装置は、先に説明した第５の実施形態と同様の表面プラズモンセンサーであり、測定ユニットとして、紙面に垂直な方向に延びる三角柱のプリズム50と、このプリズム50上面に屈折率マッチングオイル52を介して接合された誘電体プレート55とからなるものが用いられたものである。本実施形態においては、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、第１７の実施形態と同様に、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する４分割フォトダイオードからなる第２の光検出手段130とを備えた縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えており、界面の縦横の傾きによる誤差を補償した測定値を得ることができる。
【０１７０】
その他、第７から第１６の各実施形態（ただし第１１の実施形態を除く）において説明した測定装置において、例えば図３２から図３４に示すように、第２の光検出手段130として、１次元のフォトダイオードアレイに代えて、４分割フォトダイオードあるいは抵抗型光検出器等の２次元センサを備え、第１の光検出手段17をｘｙ方向に可動とし、該光検出手段17を駆動し位置調整を行う駆動手段136を備えれば、界面11ａの縦方向の傾きのみならず横方向の傾きを検出することができ、縦横方向の傾きによる誤差を補償した精度よい測定値を得ることができる。
【０１７１】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング媒体との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング媒体との結合状態を得るようにしてもよい。
【０１７２】
また、さらに別の全反射光を利用した測定装置を第２２の実施形態として以下に説明する。
【０１７３】
図３５に側面形状を示すように、本実施の形態の表面プラズモンセンサーは、測定ユニットとして第１の実施形態と同様の測定チップ10を備え、該測定チップ10は、傾き補正ステージを兼ねた測定ユニット支持台300上に配置されている。
【０１７４】
測定チップ10の誘電体ブロック11の光ビーム入射面11ｂ側および出射面11ｃ側にそれぞれ、光源320とＣＣＤ360とが配設されており、これら光源320とＣＣＤ360との間には、コリメータレンズ350、干渉光学系、集光レンズ355およびアパーチャー356が配設されている。
【０１７５】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ351、ハーフミラー352、ハーフミラー353およびミラー354により構成されている。
【０１７６】
さらに、ＣＣＤ360は信号処理部361に接続されており、信号処理部361は表示部362に接続されている。
【０１７７】
本測定装置においては、第１８の実施形態の測定装置と同様の、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段130とからなる縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。測定チップ10の支持台300が、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段である傾き用ステージを兼ねており、この傾き補正用ステージが信号処理部361からの指示により測定チップ10の位置調整を行う。
【０１７８】
以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにおける試料の測定について説明する。
【０１７９】
光源320が駆動されて光ビーム330が発散光の状態で出射される。この光ビーム330はコリメータレンズ350により平行光化されて偏光フィルタ351に入射する。偏光フィルタ351を透過して界面11ａに対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム330は、ハーフミラー352により一部がレファレンス光ビーム330Ｒとして分割され、ハーフミラー352を透過した残りの光ビーム330Ｓは界面11ａに入射する。界面11ａで全反射した光ビーム330Ｓおよびミラー354で反射したレファレンス光ビーム330Ｒはハーフミラー353に入射して合成される。合成された光ビーム330´は集光レンズ355により集光され、アパーチャー356を通過してＣＣＤ360によって検出される。このとき、ＣＣＤ360で検出される光ビーム330´は、光ビーム330Ｓとレファレンス光ビーム330Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【０１８０】
試料15分注後から継続的に複数回測定し、ＣＣＤ360により検出される干渉縞の変化を検出することにより、試料中の特定物質とセンシング媒体との結合の有無を検出することができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング媒体30との結合状態に応じてセンシング媒体30の屈折率が変化すると、界面11ａで全反射した光ビーム330Ｓおよびレファレンス光ビーム330Ｒがハーフミラー353により合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合を検出することができる。
【０１８１】
信号処理部361は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部362に表示される。
【０１８２】
本装置における界面11ａの傾きの検出方法は第１８の実施形態の場合と同様である。測定回毎に第２の光検出手段130により検出された傾きに応じて信号処理部361の指示により傾き補正用ステージ300が駆動されてチップ10の傾きを調整し、界面11ａの縦横の傾きの補正を行う。このように測定チップ10の界面11ａの位置調整を行うので、精度よい測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図
【図３】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
【図４】本発明の第２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図５】本発明の第３の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図６】本発明の第４の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図７】本発明の第５の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図８】第５の実施形態による表面プラズモンセンサーにおける反射光強度分布を示す図
【図９】本発明の第６の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１０】第６の実施形態による表面プラズモンセンサーにおける反射光強度分布を示す図
【図１１】本発明の第７の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１２】本発明の第８の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１３】本発明の第９の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１４】本発明の第１０の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１５】本発明の第１１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１６】第１１の実施形態による表面プラズモンセンサーの傾き測定手段を説明するための図
【図１７】本発明の第１２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１８】本発明の第１３の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１９】本発明の第１４の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２０】本発明の第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２１】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２２】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２３】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２４】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２５】本発明の第１６の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２６】本発明の第１７の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２７】第２の光検出手段の受光面を示す図
【図２８】本発明の第１８の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２９】本発明の第１９の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図３０】本発明の第２０の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３１】本発明の第２１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３２】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３３】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３４】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３５】本発明の第２２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【符号の説明】
１ 光ビーム入射光学手段
２ 光源
10 測定チップ
11 誘電体ブロック
11ａ 誘電体ブロックと金属膜との界面
12 金属膜
13 検体保持部
15 試料
16 コリメーターレンズ
17 光検出手段（フォトダイオードアレイ）
17ａ、17ｂ、17ｃ…… フォトダイオード
18 差動アンプアレイ
18ａ、18ｂ、18ｃ…… 差動アンプ
19 ドライバ
20 信号処理部
21 表示手段
22ａ、22ｂ、22ｃ…… サンプルホールド回路
23 マルチプレクサ
24 Ａ／Ｄ変換器
25 駆動回路
26 コントローラ
30 センシング媒体
31 ターンテーブル
32 第２の光ビーム入射手段
37 第２の光検出手段
40 クラッド層
41 光導波層
50 プリズム
52 屈折率マッチングオイル
55 誘電体プレート
56 金属膜
57 誘電体プレートと金属膜との界面
58 試料
60 遮蔽物
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサー等の測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。
【０００３】
従来より、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られ、かつ表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ得るように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【０００５】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変えて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化にしたがって反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した光ビームの成分を全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００７】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく、もしくは、ｐ偏光成分のみを検出するように設定しておく必要がある。
【０００８】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角θＳＰから表面プラズモンの波数が分かると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍ とεＳ をそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００９】
【数１】
【００１０】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似のセンサーとして、例えば「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られ、かつ光導波層での導波モードの励起による全反射減衰が生じ得るように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１２】
なお、表面プラズモンセンサーもしくは漏洩モードセンサー等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、該干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したタイプの従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーにおいて、一つの試料（同一測定ユニット）について時間をおいて複数回測定し、その状態の変化を調べる必要がある場合、複数の試料について効率的な測定を行うために、試料を誘電体ブロック毎交換して測定を行うことがある。この場合、一つの試料について測定装置から一旦取り外した後、再度セッティングを行って測定を行うと、最初のベースライン（前記界面）と後のベースラインとの間に差（傾き）が生じるという欠点がある。ベースラインの傾きが、前述の種々の入射角度で入射させる光ビームの該入射角を変化させる縦方向の傾きであると、検出している反射光の角度にもずれが生じることとなり測定精度が低下してしまう。
【００１４】
また、試料を交換しなくても、複数の試料を回転台に載せて回転させている間に、振動等でベースラインの傾きが微妙に変化することもある。そのような場合にも、複数回測定する間に生じたベースラインの傾きは測定誤差の原因になる。
【００１５】
また、反射光の角度にずれを生じる、すなわち光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きのみならず、該縦方向と交わる横方向への界面の傾きが生じると、反射光の反射方向が変化するために反射光が光検出手段の受光面に受光されない場合が生じるという問題があり、界面の縦横方向のいずれの傾きも測定精度の低下につながる。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みて、同一測定ユニットを複数回測定する場合においても測定精度の高い測定装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００１９】
また、上記測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記一面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２０】
本発明の第２の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記測定装置は、前記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２２】
また、上記測定装置は、前記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２３】
なお、上記第２の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第１の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出するものであってもよい。さらに、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００２４】
上記において、「前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光して」とは、光ビームが、全反射光の状態を観測可能な所定の直線偏光であれば、そのまま受光するようにセットされていればよく、また複数の偏光成分を有するものであれば、検光子等の光学素子を用いて全反射光の状態を観測可能な所定の直線偏光成分のみを受光するようにセットされていればよい。
【００２５】
「前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾き」とは、ある基準となる界面位置からの傾きであり、所定の一回（例えば初回）の測定時における界面位置からの傾きであってもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置からの傾きからであってもよい。
【００２６】
なお、前記縦傾き測定手段が測定する「縦方向の傾き」は、界面の縦方向の傾きの角度そのものであってもよいし、それに対応する特性値であってもよい。
【００２７】
「前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調節する」とは、測定ユニットの傾きを補正する、光ビーム入射手段による光ビームの入射角度を変化させる、光検出手段を移動させる等のうち、少なくとも一つを実施するものであり、任意の二つ、あるいは全てを組み合わせて実施してもよい。
【００２８】
本発明の第１または第２の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦傾き測定手段を、該光ビームの少なくとも一部の前記測定ユニットの一部による反射を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとすることができる。
【００２９】
さらに詳細には、縦傾き測定手段を、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分を利用して前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。この場合、前記光検出手段で受光した前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分のうち前記入射角度の変化に伴い大きく光量の変化が生じる部分の、反射光強度と検出位置との関係から前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよいし、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分の一部を暗線として前記界面に入射せしめ、前記光検出手段により前記光ビームの反射光の成分の中に含まれる暗線の位置を検出することにより前記縦方向の傾きを測定するものとしてもよい。
【００３０】
また、一方、前記縦傾き測定手段が、前記測定ユニットの一部で反射した光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えるものであってもよい。すなわち、光ビームの反射光を収束レンズにより収束させ、該収束位置の変化を検出することにより界面の縦方向の傾きを検出するようにしてもよい。
【００３１】
なお、収束レンズを光ビームの光路上と光路外との位置で移動可能としておけば、前記光検出手段が第２の光検出手段を兼ねるものとすることもできる。この場合、収束レンズを光路上に配した状態で傾き測定を行い、収束レンズを光路外の位置に移動させた状態で全反射減衰の状態測定を行えばよい。
【００３２】
また、前記光ビームが、複数の偏光成分を含むものである場合、前記第２の光検出手段が、前記光ビームの前記所定の偏光成分以外の成分を受光して該光ビームを検出するようにしてもよい。
【００３３】
また、収束レンズを備えた測定装置においては、さらに、前記縦傾き測定手段が、前記収束レンズと前記第２の光検出手段との間にさらに第２のレンズを備え、
前記収束レンズおよび前記第２のレンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、前記光ビームの反射位置と前記光検出手段との距離をＬ、前記反射位置と前記収束レンズとの距離をｄ０、前記収束レンズと前記第２のレンズとの距離をｄ１、前記第２のレンズと前記第２の光検出手段間の距離をｄ２、前記界面の鉛直方向の移動量に基づく反射位置のシフト量をｘ、前記界面の縦方向の傾きをθとしたとき、
Ｌtanθ＋ｘで表される全反射減衰角の移動距離量Ａと、θ｛d1+d2-d1d2/f2-d0(d1/f1+d0/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)}‐ｘ(d1/f1+d2/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)で表される前記第２の光検出手段における前記光ビームのスポット移動量Ｂとの関係が、
Ａ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を配置してもよい。このように、第２の光検出手段に至る光路上に２つのレンズを所定の間隔で配置することにより、界面の縦方向の傾きのみならず、界面の上下方向のシフト量をも検出可能となる。
【００３４】
例えば、前記距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２の関係が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Lとなるように前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を設置すればよい。
【００３５】
また、本発明の第１または第２の測定装置において、前記縦傾き測定手段としては、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００３６】
この場合、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としていもよい。
【００３７】
上記において、前記測定ユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよいし、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であってもよい。
【００３８】
本発明の第３の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００３９】
上記測定装置は、上記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４０】
また、上記測定装置は、上記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４１】
本発明の第４の測定装置は、
透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きおよび縦方向の傾きに応じて、前記横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および前記縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４２】
上記測定装置は、上記薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４３】
また、上記測定装置は、上記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層と該クラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、該光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００４４】
なお、上記第４の測定装置において、「全反射光の状態の変化」を検出するとは、第３の測定装置と同様に、界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰の状態の変化を検出するものであってもよいし、また、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出するものであってもよい。さらに、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度の変化を検出するものであってもよい。
【００４５】
本発明の第３または第４の測定装置において、前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームである場合、前記縦横傾き測定手段を、前記測定ユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とからなるものとすることができる。
【００４６】
また、本発明の第３または第４の測定装置において、前記縦横傾き測定手段を、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えてなるものとしてもよい。
【００４７】
前記第２の光ビームとしては、前記光ビームとは異なる波長を有するものとしてもよいし、前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光である場合には、前記第２の光ビームを、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光としてもよい。
【００４８】
前記二次元光検出手段としては、４分割フォトダイオードあるいは、抵抗型光検出器等が好適である。
【００４９】
上記において、前記測定ユニットの一部とは、前記界面であってもよいし、該界面以外の部分であって、該界面の縦方向および横方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であってもよい。該所定の面とは、前記誘電体ブロックの側面、底面等の一面であってもよいし、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であってもよい。
【００５０】
なお、前記誘電体ブロックは、前記光ビームの入射端面および出射端面と、前記薄膜層が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものであってもよいし、前記光ビームの入射端面および出射端面を有する部分と、前記薄膜層が形成される面を有する部分との２つが、屈折率マッチング手段を介して接合されてなるものであってもよい。
【００５１】
なお、上記各測定装置においては、光検出手段として、エリアセンサ、ラインセンサ等を用いることができ、より具体的には、２分割フォトダイオード、フォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の第１の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５３】
本発明の第２の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段により測定された縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５４】
光ビームを界面へ種々の入射角度で入射させ、全反射減衰の状態を測定する装置の場合、縦傾き測定手段として、測定用の光ビームの、全反射減衰の測定範囲外の成分の反射光強度を利用する形態のものを使用すれば、特別な装置を設けることなく界面の縦方向の傾きを検出することができ、装置の大型化やコストの増加を抑えることができる。
【００５５】
また、縦傾き測定手段として、測定用の光ビームとは異なる第２の光ビームを利用し、特に、測定用の光ビームとは異なる偏光方向を有するもの、あるいは測定用の光ビームとは異なる波長を有するものを利用すれば、測定用の光ビームに影響を与えることなく、全反射光の測定と同時に界面の縦方向の傾きを測定することができる。
【００５６】
また、本発明の第３の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５７】
また、本発明の第４の測定装置によれば、複数回の測定の各測定時における界面の光ビームの入射角度を変化させる縦方向および横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段により測定された縦方向および横方向の傾きに応じて、横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段を備えているので、同一測定ユニットについて測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する際に、各測定時における界面が互いに横方向に傾きを有することにより生じる測定用の光ビームの受光位置のずれを補正し、光検出手段に光ビームが受光されない等の不具合を防止するとともに、各測定時における縦方向に傾きを有することにより生じる測定誤差を補償し、より正確な測定を行うことができるようになる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の第１の実施形態の測定装置は、表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図１はその側面形状を示すものである。
【００５９】
この表面プラズモンセンサーの測定ユニットとしての測定チップ10は、例えば透明樹脂等により形成された倒立截頭四角錐形状を有し、この測定チップ10上部には、断面円形の検体保持穴13ａが形成された検体保持部13が構成されており、検体保持穴13ａの底面（後述する誘電体ブロック11の面11ａ）には、金属膜12が被着され、この金属膜12上に例えば試料液15が蓄えられる、この測定チップ10の検体保持部13の下部が誘電体ブロック11であり、その４つの側面のうちの対面する２面がそれぞれ光入射端面11ｂ、光出射端面11ｃとされている。すなわち、この誘電体ブロック11は、光ビームの入射端面11ｂおよび出射端面11ｃと、薄膜層（金属膜）12が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものである。なお本例では、金属膜12の上にセンシング媒体30が固定されるが、このセンシング媒体30については後述する。
【００６０】
測定チップ10は、例えばターンテーブル31に複数設けられたチップ保持孔31ａに１個ずつ嵌合固定される。測定チップ10がこのようにターンテーブル31に固定された後、ターンテーブル31が一定角度ずつ間欠的に回動され、所定位置に停止した測定チップ10に対して試料液15が滴下され、該試料液15が検体保持部13内に保持される。その後さらにターンテーブル31が一定角度回動されると、測定チップ10がこの図１に示した測定位置に送られ、そこで停止する。
【００６１】
本実施形態の表面プラズモンセンサーは、上記測定ユニットである測定チップ10に加えてさらに、光ビームL1を誘電体ブロック11に通し、該誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａに対して、種々の入射角が得られるように入射させる光学系とからなる光ビーム入射手段１、上記界面11ａで全反射した光ビームL1を平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビームL1を検出する光検出手段17と、光検出手段17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、コンピュータシステム等からなる信号処理部20と、この信号処理部20に接続された表示手段21とを備えている。
【００６２】
光ビーム入射手段１は、光ビームL１を発生させる半導体レーザ等からなる光源２と、該光源２から発散光状態で出射した光ビームL1を平行光化するコリメーターレンズ３と、該平行光化された光ビームL1を上記界面11ａ上で収束させる集光レンズ４とから構成されている。
【００６３】
図１に示す通り、光源２から発散光状態で出射した光ビームL1はレンズ３、４の作用により、誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａ上で集束する。したがって光ビームL1は、界面11ａに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なおこの入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そこで、光ビームL1は界面11ａで全反射し、この反射した光ビームL1には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。なお光ビームL1は、界面11ａに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予め光源２をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビームL1の偏光の向きを制御してもよい。また、光ビーム入射手段１は、光ビームL1を界面11ａにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出（例えば前記暗線の位置測定）の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００６４】
界面11ａで全反射した後、コリメーターレンズ16によって平行光化された光ビームL1は光検出手段17により検出される。本例における光検出手段17は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が１列に並設されてなるフォトダイオードアレイであり、図１の図示面内において、平行光化された光ビームL1の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面11ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビームL1の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が受光することになる。
【００６５】
図２は、この表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……、これらのサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力するＡ／Ｄ変換器24、マルチプレクサ23とサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……とを駆動する駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から構成されている。
【００６６】
上記フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……に入力される。この際、互いに隣接する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が出力する光検出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００６７】
各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、それぞれサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器24に入力する。Ａ／Ｄ変換器24はこれらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
【００６８】
図３は、界面11ａで全反射した光ビームL1の入射角θ毎の光強度と、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビームL1の界面11ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００６９】
界面11ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜12と試料15との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図１にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００７０】
また図３の（２）は、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向を示しており、先に説明した通り、これらのフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応している。
【００７１】
そしてフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
【００７２】
信号処理部20は、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の中から、全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図３の例では差動アンプ18ｄとなる）を選択し、それが出力する微分値Ｉ’を表示手段21に表示させる。なお、場合によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが存在することもあり、そのときは当然その差動アンプが選択される。
【００７３】
以後、所定時間が経過する毎に上記選択された差動アンプ18ｄが出力する微分値Ｉ’が表示手段21に表示される。この微分値Ｉ’は、測定チップ10の金属膜12（図１参照）に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化して、図３（１）に示す曲線が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下する。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜12に接している物質の屈折率変化、つまりは特性の変化を調べることができる。
【００７４】
特に本実施形態では金属膜12に、試料液15の中の特定物質と結合するセンシング媒体30を固定しており、それらの結合状態に応じてセンシング媒体30の屈折率が変化するので、上記微分値Ｉ’を測定し続けることにより、この結合状態の変化の様子を調べることができる。つまりこの場合は、試料液15およびセンシング媒体30の双方が、分析対象の試料となる。そのような特定物質とセンシング媒体30との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げられる。
【００７５】
なお、試料液15の中の特定物質とセンシング媒体30との結合状態の変化の様子を時間経過とともに調べるためには、所定時間が経過する毎の微分値Ｉ’を求めて表示する他、最初に計測した微分値Ｉ’(0)と所定時間経過時に計測した微分値Ｉ’(t)との差ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００７６】
さて、上述のように微分値Ｉ’の時間変化を測定する場合、同一測定チップについて一定時間経過毎に複数回測定を行うことになる。この時、複数の試料（複数の測定チップ）について効率的に測定を行うために、一旦、測定チップ10をターンテーブル31から取外し、他の試料を保持する次の測定チップについての測定を行い、一定時間後に再び最初の測定チップ10をターンテーブル31に取り付けて測定を行う。
【００７７】
この測定チップ10の再セッティングの際に、先の測定時の状態からずれが生じる場合があり、特に光ビームL１の界面11ａへの入射角度を変化させる界面11ａの縦方向の傾きが測定値に多大な影響を与えることとなる。
【００７８】
そこで、本実施形態の表面プラズモンセンサーは、界面11ａの縦方向傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段37とからなる傾き測定手段を備えている。第２の光検出手段37は、具体的には光検出手段17と同様のフォトダイオードアレイ等のライン状の光検出器であり、具体的には、界面11ａの縦方向の傾きによる光ビームL2の入射角度（すなわち反射角度）の変化に伴う光ビームL2の進行方向のずれを検出する方向（図中矢印Ｋ方向）にフォトダイオードが併設され、光ビームL2の受光位置のＫ方向へのずれ（すなわち反射角度の変化）を検出するものである。この第２の光検出手段37からの出力ＳＲ は信号処理部20に送られ、該信号処理部20において、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面11ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的には、第２の光検出手段37からの信号から求められた界面の角度の差分（傾き）をプラズモン共鳴信号について得られる測定値の角度に加算もしくは減算して補正する。すなわち、この信号処理部20が演算手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、光ビームL1と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【００７９】
試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射され、この反射光が第２の光検出手段37により検出される。２回目の測定時に、同様にして第２のビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面11ａの縦方向の傾きに対応するものである。このように、第２の光検出手段37により界面11ａで反射された第２の光ビームL2を受光して、界面11ａへの入射角度を変化させる該界面11ａの縦方向の傾きにより変化する反射光の検出位置を測定することにより界面11ａの縦方向の傾きを測定する。この光ビームL2の検出位置の変動から得られる界面の縦方向の傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。３回目以降の測定においても同様に１回目の測定時からの界面の縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００８０】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定チップを再セッティングする場合のみならず、測定チップを支持する支持台の回転（移動）による場合、該支持台や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦方向の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【００８１】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際して測定チップ10への試料液15の分注前に、測定チップ10についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液15の分注後の測定値から測定チップ10のバルク効果を差し引くようにして、試料液15のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液15の分注前後に界面11ａの傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦方向の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【００８２】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、図４以下において、図１中の要素と同等の要素には同符号を付しており、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００８３】
この第２の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示したプラズモンセンサーと略同一の構成をしているが、界面11ａの傾き測定後の傾き補償のための手段が異なるものである。本表面プラズモンセンサーは、第２の光検出手段37の測定値から得られた界面11ａの縦方向の傾きを補償するため、全反射減衰角を検出する第１の光検出手段17を図中矢印ｘの方向に移動させて調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、縦方向調整手段である位置調整手段は、矢印ｘ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段35とからなり、該駆動手段35は、信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。すなわち、本実施形態においては、演算による測定値の補正を行うのではなく、光検出手段17を移動させて界面の縦方向の傾きによる誤差を補正するように調整するものである。
【００８４】
このように、本実施の形態の装置によれば、縦傾き測定手段により検出された縦方向の傾きに応じて光検出手段17を移動させる縦方向調整手段を備え、物理的な位置調整を行うことにより界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００８５】
また、図５に第３の実施形態の測定装置として示すプラズモンセンサーにおいては、光検出手段17の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１による入射角度を調整する入射角調整手段を縦方向調整手段として備えてなるものである。入射角調整手段は、光源２からの光ビームL1を反射させる面を有すると共に、該反射面が光ビームL1の入射角を変化させる方向に回転可能とされたミラー36と、該ミラー36を回転駆動させる駆動手段38とからなり、該駆動手段38は、信号処理部20からの指示によりミラー36を回転させて反射角度を調整する。すなわち、各測定時における、界面11ａに対する光ビームL1の入射角度を調整することにより、該界面11ａで反射した光ビームL１が常に略同一の方向に反射するように調整するものである。なお、本実施形態の光ビーム入射手段１は、光源２から出射した小径の光ビームを凹レンズ５で拡散させる構成である。
【００８６】
このように、傾き測定手段により得られた界面の縦方向の傾きに応じて、光ビームを傾けることにより、界面11ａに対する入射角度を一定とすることができるため、界面の縦方向の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【００８７】
なお、上記のように、光検出手段17、あるいは光ビーム入射手段１を調整するほか、測定チップ10自体を傾ける等して界面の縦方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段17、光ビーム入射手段１、測定チップ10のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【００８８】
次に、図６を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。
【００８９】
この第４実施形態の測定装置は、先に説明した漏洩モードセンサーであり、本例でも測定ユニットとして測定チップ10を用いるように構成されている。ただし、この測定チップ10の検体保持穴13ａ底面にはクラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層41が形成されている。
【００９０】
クラッド層40は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層41は、クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層40の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層41の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００９１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光源２から出射した光ビームL1を誘電体ブロック11を通してクラッド層40に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビームL1が誘電体ブロック11とクラッド層40との界面11ａで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記界面11ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００９２】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41の上の試料15の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、試料15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析することができる。そして、上記特定入射角の近傍における反射光強度Ｉや、差動アンプアレイ18の各差動アンプが出力する微分値Ｉ’に基づいて試料15の特性を分析することもできる。
【００９３】
また、この漏洩モードセンサーは、界面11ａの縦傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段46と、該第２の光ビーム入射手段により界面11ａに入射され、該界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する光検出手段47とを備えている。この光検出手段47からの出力ＳＲ は信号処理部20に送られ、該信号処理部20においてプラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの縦方向の傾きを補正するための補正信号を加算することにより正確な測定値を得る。すなわち、この信号処理部20が補正手段を構成する。ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、全反射減衰測定用の光ビームL1と異なる波長を有するものである。
【００９４】
試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段46により入射された第２の光ビームL2が界面11ｂで反射され、この反射光が光検出手段47により検出される。次いで、２回目の測定時に、同様にして第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からの矢印Ｋ方向のずれを求める。この検出位置のずれは界面11ａの縦方向の傾きに対応するものである。この得られた傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦方向の傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【００９５】
次に、図７を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。
【００９６】
この第５実施形態の測定装置は、第１の実施形態と同様表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図７は、その側面形状を示すものである。
【００９７】
本装置は図１のものと比べると、用いている測定ユニットの構成が異なるものである。すなわち本実施形態では、図１の装置で用いられていた測定チップ10に代えて、誘電体であるガラスから形成されて、図７の紙面に垂直な方向に延びる三角柱のプリズム50と、このプリズム50上面に屈折率マッチングオイル52を介して接合された誘電体プレート55とからなるものが用いられている。プリズム50は光ビームL1の入射端面50ａおよび出射端面50ｂを有するものであり、一方誘電体プレート55上には金属薄膜56が形成されており、光ビームL1はこの誘電体プレート55と金属薄膜56との界面57において全反射する構成となっている。なお、この金属薄膜56が形成された誘電体プレート55上に試料58が載置され、この誘電体プレート55ごと取外し可能となっている。すなわち、本実施形態における測定ユニットは、その誘電体ブロックが、光ビームの入射端面50ａと出射端面50ｂとを有する部分50と薄膜層56が形成されている面を有する部分55とが屈折率マッチング手段（屈折率マッチングオイル）52により接合されてなるものである。
【００９８】
また、本実施形態の表面プラズモンセンサーにおいては、前述の第１の表面プラズモンセンサーにおける界面の縦傾き測定手段とは異なる形態の縦傾き測定手段を備えている。以下に本実施形態における縦傾き測定手段について説明する。
【００９９】
一般に、表面プラズモンセンサーにおいては、光ビームとして、図８に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものが用いられている。通常全反射減衰角θＳＰがピーク強度近傍となるように設定されており、上述のように、この全反射減衰角θＳＰの時間変化を観察することになる。したがって、ガウシアン分布の両端の部分は測定にはほとんど寄与しない部分である。そこで、本実施形態の表面プラズモンセンサーにおいてはこの測定範囲外の成分を利用して界面57の縦方向の傾きを求める。通常、このガウシアン分布の測定範囲外の領域は光強度と入射角度（反射角度）との関係が変化しない部分であり、両者の関係の変化は界面の角度の差（傾き）によってのみ生じるものと考えられる。従って、本実施形態においては図８中点線円で囲む箇所のように、光量分布が急峻になっている箇所の光量を観測し、この光量の変化により界面の縦方向の傾きを求める。具体的には入射角度θa の部分の光強度を光検出手段17により検出する、すなわち、光検出手段17の所定のフォトダイオードからの出力の変化を検出することにより界面57の縦方向の傾きを求める。このようにして求められた傾きに基づいて、上述の実施形態と同様に信号処理部20において縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１００】
次に、図９を参照して本発明の第６の実施形態について説明する。
【０１０１】
この第６の実施形態の測定装置は、第５の実施形態と同様表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図９は、その側面形状を示すものである。構成は上述の第５の実施形態の表面プラズモンセンサーとほぼ同一であるが、光ビームL1の入射光学系側の光路上に遮蔽物60を配置して、光ビームL1の一部を暗線61として界面57に入射させ、光ビームL1の反射光に含まれる暗線61を検出することにより、界面57の縦方向の傾きを検出するものである点で異なる。
【０１０２】
上記第５の実施形態と同様に光ビームL1として、図１０に一部点線で示すようにその光量分布がガウシアン分布となっているものを用い、ガウシアン分布の両端の、全反射減衰の測定にはとんど寄与しない部分を利用して界面57の縦方向の傾きを求める。上述のように、光ビームL1の一部を暗線61として界面11ａに入射せしめ、光検出手段17によりその暗線61を検出する。界面57の縦方向の傾きが変化しない限り、光検出手段17上で検出される暗線61の位置は変動しないため、この暗線位置のずれが界面57の縦方向の傾きに対応する。例えば、１回目の測定時に暗線61がθｂに対応するフォトダイオードで検出され、その後、界面57の角度が変化すると２回目の測定時には暗線61は異なるフォトダイオードで検出されることとなる。従って、いずれのフォトダイオードにより暗線61が検出されたかにより界面57の縦方向の傾きが求められ、このようにして求められた傾きに基づいて、信号処理部20において該傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１０３】
以下、図１１から図２３を参照して他の測定装置の実施形態を説明するが、各センサーにおいては、前述した各実施形態と全反射減衰の測定に係る部分は略同一であり、縦傾き測定手段の形態が異なるものであるため、主として傾き測定手段について説明し、全反射減衰の測定に係る部分については変更箇所についてのみ言及する。
【０１０４】
図１１を参照して本発明の第７の実施形態について説明する。
【０１０５】
この第７の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の反射光の光検出手段17に至る光路上と該光路外の位置とで移動可能とされた収束レンズ66と、光検出手段17とにより構成されている。本センサーにおいては、収束レンズ66を光路上に配した状態で界面11ａの縦方向の傾き測定を行い、収束レンズ66を光路外に配した状態で全反射減衰の状態の測定を行う。すなわち本実施形態においては、光ビームL1の反射光を収束レンズ66により光検出手段17上で収束させ、光検出手段17上における収束ビームの矢印ｘ方向における検出位置の変化を測定することにより界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１０６】
本実施形態の場合、光ビームL1はｐ偏光として界面11ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームL1として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、該表面プラズモン共鳴の状態を検知するために光検出手段17においてｐ偏光成分のみを検出できるようにする必要がある。そこで、光ビームL1がｐ偏光以外の偏光成分を含むものである場合には、図１２に第８の実施形態のセンサー側面図として示すように、光検出手段17の光ビーム入射側に検光子68を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。なお、傾き測定時には、検光子68を回転させて、ｐ偏光成分と直交するｓ偏光成分の収束光の位置を検出するようにしてもよい。
【０１０７】
次に、図１３を参照して本発明の第９の実施形態について説明する。
【０１０８】
この第９の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の反射光の光検出手段17に至る光路上に配されたハーフミラー70と該ハーフミラー70により分離された光ビームの一部を収束する収束レンズ71と、該収束レンズ71により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段72とからなる。ハーフミラー70により光ビームL1の反射光を分割し、一部を全反射減衰の測定に用い、一部を界面11ａの縦方向の傾き測定用に用いている。ハーフミラー70で一部反射された光ビームL1が収束レンズ71により第２の光検出手段72上に収束され、この光検出手段72上における光ビームの矢印Ｑ方向の検出位置の変化により界面11ａの縦方向の傾きを検出するものである。なお、ハーフミラー70の代りに、光路上と光路外の位置とで移動可能なミラーを備えるようにしてもよい。この場合、ミラーを光路上に配し、光ビームを該ミラーで第２の光検出手段側へ反射させるようにして傾きを測定し、ミラーを光路外の位置へ移動させたて光ビームを光検出手段17へ直進させて全反射減衰を測定するようにすればよい。
【０１０９】
本実施形態の場合、光ビームL1はｐ偏光として界面11ａに入射させ、この表面プラズモン共鳴により生じた暗線の状態を測定するが、光ビームL1として複数の偏光成分を含む光を利用した場合、図１４に第１０の実施形態のセンサー側面図として示すように、光検出手段17の光ビーム入射側に検光子68を配し、ｐ偏光成分のみを透過させるようにすればよい。
【０１１０】
次に、図１５を参照して本発明の第１１の実施形態について説明する。
【０１１１】
第１１の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、図１３に示した第９の実施形態において、縦傾き測定用の第２の光検出手段72に至る光路上にさらに第２のレンズ75を設けてなるものである。本センサーは、レンズを２枚組み合わせることにより、界面11ａの縦方向の傾きのみならず、界面11ａの上下方向のシフト量に対応する特性値を得ることができるため、より高精度な全反射減衰の状態を測定することができる。
【０１１２】
界面の縦方向の傾きとシフトを検出する仕組みについて図１６を参照に簡単に説明する。図１６（ａ）はシフト量を検出する仕組み、同図（ｂ）は傾きを検出する仕組みを模式的に示したものである。
【０１１３】
収束レンズ71および第２のレンズ75の焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、光ビームの反射位置と光検出手段17との距離をＬ（図１５参照）、光ビーム反射位置と収束レンズ71との距離をｄ０、収束レンズ71と第２のレンズ75との距離をｄ１、第２のレンズ75と第２の光検出手段72間の距離をｄ２、界面11ａの鉛直方向の移動量ｙに基づく反射位置のシフト量をｘ、界面11ａの傾きをθとする。なお、図１５においてはハーフミラー70により光路が変更されているが、図１６においては、模式的に光路を直線とした。
【０１１４】
光ビームL1が入射される界面の縦方向の傾きがθ、シフト量ｘであるとき、この界面の変動による全反射減衰角の移動距離Ａは、Ｌtanθ＋ｘで表される。
【０１１５】
一方、図１６（ａ）に示すように、実線で示した測定チップ10が点線で示した測定チップ位置に距離ｙシフトした場合、光ビーム入射位置のシフト量ｘは、二つのレンズの作用により、第２の光検出手段72上の光ビーム検出位置において所定のシフト量として現れる。また、図１６（ｂ）に示すように、実線で示した測定チップ10が点線で示した測定チップのようにθ傾いた場合、第２の光検出手段72上の光ビーム検出位置は、所定のシフト量変化する。
【０１１６】
この界面11ａの傾きおよび上下方向のシフトによる第２の光検出手段72上の光ビームのスポット移動量Ｂは、θ｛d1+d2−d1d2/f2−d0(d1/f1+d0/f1−d1d2/f1/f2−1+d2/f2)}−ｘ(d1/f1+d2/f1−d1d2/f1/f2−1+d2/f2)で表される。
【０１１７】
したがって、光検出手段17上における全反射減衰角の移動距離Ａと第２の光検出手段72上の光ビームのスポット移動量Ｂとの関係がＡ＝ＢまたはＡ=−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、収束レンズ71、第２のレンズ75および第２の光検出手段72を配置しておけば、界面の変動による全反射減衰角の移動距離が第２の光検出手段72上のスポット移動量として現れる。上記Ａ＝ＢもしくはＡ＝−Ｂを満たすためには、具体的には、距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２が、ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Lとなるように収束レンズ71、第２のレンズ75および第２の光検出手段72を設置すればよい。
【０１１８】
本実施形態のように、二つのレンズを利用して界面11ａの縦方向の傾きと上下方向のシフト量を得るようにすれば、この界面の変動量による誤差を補正した測定値を得ることができるため、さらに精度よい全反射減衰の状態測定を行うことができる。
【０１１９】
次に、図１７を参照して本発明の第１２の実施形態について説明する。
【０１２０】
この第１２の実施形態の測定装置の縦傾き測定手段は、光ビームL1の、測定チップ10の誘電体ブロック11の光入射面11ｂで反射した反射光を集光するレンズ80と該レンズ80により収束された光ビームを検出する第２の光検出手段82とからなる。すなわち、本実施形態の縦傾き測定手段は、光ビームL1は入射面11ｂで一部反射されるため、この反射光を利用するものである。この入射面11ｂは、誘電体ブロック11の一部である界面11ａの縦方向の傾きに応じて傾くため、この入射面11ｂでの反射光の第２の光検出手段82上の矢印Ｑ方向における位置変動は界面11ａの縦方向の傾きに応じたものとなる。
【０１２１】
次に、図１８を参照して本発明の第１３の実施形態について説明する。
【０１２２】
この第１３の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、測定チップ10の検体保持穴13ａの底面の一部に設けられた反射面83と、該反射面83で反射された光ビームL1を集光するレンズ84と、該レンズ84により収束された光を検出する第２の光検出手段86とからなる。本実施形態においては、光ビームL1を界面11ａに対して、その一部が反射面83に入射されるように発散光状態で入射せしめる。界面11ａに入射された光ビームは全反射減衰を測定する光検出手段17に向けて反射される。一方、反射面83に入射した光ビームL1の一部は第２の光検出手段86側に反射され、レンズ84で集光されて光検出手段86上で収束される。反射面83は、界面11ａに対して所定の角度で設けられており、界面11ａの縦方向の傾きに応じて傾くため、この反射面83での反射光の第２の光検出手段86上における矢印Ｑ方向の位置変動は界面11ａの縦方向の傾きに応じたものとなる。
【０１２３】
次に、図１９を参照して本発明の第１４の実施形態について説明する。
【０１２４】
この第１４の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、第２の光ビームを界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段90と、界面11ａで反射した第２の光ビームを集光するレンズ95と、該レンズ95により収束された光ビームの位置を検出する光検出手段17とからなるものである。
【０１２５】
第２の光ビーム入射手段90は、光ビームL１を界面11ａに入射させる光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２から出射された直線偏光ビームを円偏光にするλ／4板91と、円偏光ビームをｓ偏光とｐ偏光に分離するウォラストンプリズム92とを備えており、光源２から出射された光ビームをλ／４板91により円偏光とし、ウォラストンプリズム92により、該光ビームをｐ偏光L1とｓ偏光L2とに分離して互いに異なる方向に出射し、ｐ偏光ビームL1とｓ偏光ビームL2を界面11ａの互いに異なる位置に入射せしめるものである。
【０１２６】
ｓ偏光ビームL2の反射光をレンズ95により集光し、光検出手段17上の一部に収束させ、このｓ偏光ビームL2の位置変動により界面11ａの縦方向の傾きを測定する。一方、ｐ偏光ビームL1の光検出手段17に至る光路上に検光子68を配することにより、ｓ偏光ビームL2による影響を除去し、全反射減衰の状態を検出する。ここでは、光検出手段17として、全反射減衰の状態のみを検出する場合よりも広領域に亘って検出可能なフォトダイオードアレイを利用し、全反射減衰の状態を検出する部分と交わらない箇所においてｓ偏光ビームL2の位置を検出するようにしたが、ｓ偏光ビームL2を検出する光検出手段を別個に設けてもよい。
【０１２７】
次に、図２０を参照して本発明の第１５の実施形態について説明する。
【０１２８】
この第１５の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、小径の２偏光ビームを第２の光ビームとして界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段100と、界面11ａで反射した第２の光ビームL2（ｓ偏光）を反射し、光ビームL１（ｐ偏光）を透過するＰＢＳ107と、該ＰＢＳ107により反射された第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段108とからなるものである。
【０１２９】
なお、本実施形態においては、光ビーム入射手段１は、小径の平行光L0をｐ偏光として出射する光源２’と光ビームの径を拡大せしめるビーム拡大光学系３’と、該拡大光学系３’により拡大された光ビームのうち後述のＰＢＳ102を透過したｐ偏光ビームL1を収束させて界面11ａに入射せしめるレンズ４とから構成されている。
【０１３０】
第２の光ビーム入射手段100は、光ビームL１を界面11ａに入射させる光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２’から出射された直線偏光ビームL0を円偏光ビームにするλ／4板101と、ｐ偏光を透過し、ｓ偏光を反射するＰＢＳ102と、ｓ偏光ビームL2を反射するミラー103、105、106と、ｓ偏光ビームL2の径を縮小させる縮小光学系104とを備えており、光源２’から出射された直線偏光ビームL0をλ／４板101により円偏光とし、ビーム拡大光学系３’で拡大された光ビームをＰＢＳ102により、該光ビームをｐ偏光ビームL1を透過させ、ｓ偏光ビームL2を反射させることにより分離し、縮小光学系104によりｓ偏光ビームL2の径を縮小させた後、ｐ偏光ビームL１の光路上に戻し、ｐ偏光ビームL1と比較して小径の光ビームとして界面11ａに入射せしめるものである。
【０１３１】
該界面11ａにおいて反射したｓ偏光ビームL2はＰＢＳ107で反射され、第２の光検出手段108に検出される。すなわち、この第２の光検出手段108上におけるｓ偏光ビームL2の位置変動により界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１３２】
第２の光ビーム入射手段100の光学素子の構成等は種々変更可能である。例えば、図２１に示すように、反射光学素子であるミラー103、105、106の反射面の傾きおよび位置を変化させて、第２の光ビームL2の光路を変更してもよい。
【０１３３】
また、図２２に示すように、ミラー105、106の反射面の傾きを変化させ、第２の光ビームL2がレンズ４の端部を通過するようにすれば、第２の光ビームL2は、界面11ａにおけるｐ偏光ビームL１の入射位置から大きくずれた位置に入射することになり、ｐ偏光ビームL1と第２の光ビームL2の反射光の光路がずれるため、光検出手段側にＰＢＳを設ける必要がなくなる。また、光検出手段17の一部を第２の光ビームL2の位置検出に利用することもできる。
【０１３４】
図２０から図２２で示した測定装置においては、光源２’から出射された光ビームL0を光ビーム拡大光学系３’により拡大した後にｓ偏光、ｐ偏光に分離することとしたが、図２３に示すように、λ／４板101により円偏光とされた光ビームL0を拡大する前にＰＢＳ102によりｐ偏光ビームL1、ｓ偏光ビームL2に分離し、ｐ偏光ビームL1のみを拡大光学系３’に入射せしめるようにすれば、第２の光ビーム入射手段の構成が簡易なものとなる。
【０１３５】
なお、図２４に示すように、光源２’から出射された光ビームL0を円偏光にすることなく、直線偏光（ｐ偏光）の状態でハーフミラー110により２分し、一方を拡大光学系３’により拡大させて測定用の光ビームL1として使用し、他方をλ／２板111により偏光方向を変化させてｓ偏光ビームL2として界面11ａに入射させるようにしてもよい。
【０１３６】
次に、図２５を参照して本発明の第１６の実施形態について説明する。
【０１３７】
この第１６の実施形態の測定装置の傾き測定手段は、測定チップの底面10ｄに設けられた反射面と、該反射面に小径のｓ偏光ビームを第２の光ビームL2として全反射条件で入射させる第２の光ビーム入射手段120と、該反射面で反射された第２の光ビームL2を検出する光検出手段125とを備えてなる。
【０１３８】
第２の光ビーム入射手段120は、光ビームL1を界面11ａに入射させるための光ビーム入射手段１の構成に加えて、光源２'から出射された光ビームＬを円偏光にするλ／４板101と、円偏光ビームをｐ偏光ビームL1とｓ偏光ビームL2に分離するウォラストンプリズム121、ミラー122を備えてなり、ｓ偏光ビームL2を測定チップ10の底面10dに全反射角度で入射させるものである。
【０１３９】
本傾き測定手段は、測定チップ10の底面10ｄ（誘電体ブロック11の底面）を反射面としておき、第２の光ビームL2を界面11ａに入射させることなく、該界面11ａの傾きに対応して傾く測定チップ10の底面10ｄに入射させ、該底面10ｄで反射した反射光の位置変動を検出してに界面11ａの縦方向の傾きを測定する。
【０１４０】
なお、このように第２の光ビームを底面で反射させるようにすれば、第２の光ビームは必ずしもｓ偏光にする必要はない。
【０１４１】
なお、図１９から図２５に示した各実施形態において、ｓ偏光ビームを界面もしくは該界面に対応して傾く所定の面に入射させるための第２の光ビーム入射手段は、いずれも全反射減衰測定用の光ビームL１を生成する光源２から出射された光の一部を用いることとしたが、別個に光源を設けてもよい。
【０１４２】
なお、第４の実施形態から第１６の実施形態においては、界面の縦方向の傾きによる誤差を補償する方法として傾きに応じた補正を施した測定値を得ることとしたが、第２、第３の実施形態と同様に光ビーム入射手段、光検出手段および／または測定ユニットの位置調整を行うようにしてもよい。
【０１４３】
また、傾きに応じた補正を施した測定値を得る演算手段を備えた各実施の形態においては、初回の測定時の界面位置を基準とし、それ以降の各側定時にはその界面からの縦方向の傾きを求めて該傾きによる誤差を補正した測定値を得る形態について説明したが、複数回の測定のうち初回以外の所定の測定時の界面位置を基準とし、各測定値にはその基準とする界面からの傾きを求めて該傾きに応じて補正した測定値を得るようにしてもよいし、複数回の測定時の界面の平均位置を基準とし、各測定値にはこの平均位置からの傾き求めて該傾きに応じた補正を施すようにしてもよい。
【０１４４】
また、測定装置における傾き測定における検出誤差を測定装置毎の号機データとして保有し、傾き測定時に号機データを用いた補正値を傾き値として得るようにすると、さらに測定精度を向上させることができる。
【０１４５】
さらに、演算手段を備えた各実施形態において、傾きが許容値以上となった場合にはアラームを出すようにし、その場合には、光ビーム入射手段、測定ユニットおよび／または光検出手段等の調整を行うようにしてもよい。
【０１４６】
第１から第１６の実施形態に説明した測定装置における傾き測定および該傾き補正は、界面の縦方向への傾きのみを検出してそれによる誤差を補正するものであったが、界面11ａの傾きには、光ビームL１の入射角度を変化させる縦方向の傾きの他、該入射角度の変化方向を含む面に垂直な方向に光ビームL1の入射位置を変化させる横方向の傾きがある。横方向の傾きは、界面で全反射する光ビームL1の、フォトダイオードの並び方向に垂直な方向へのずれにつながり、光ビームL1が光検出手段17で受光できなくなる場合を生じさせる。ずれが小さく、光ビームL1を受光可能な範囲であればよいが、受光不可能となるのを防ぐため、以下に説明する実施形態においては、縦横方向の傾きを検出する縦横傾き検出手段と、縦横方向への傾きを補正する補正手段を備えてなる。
【０１４７】
図２６を参照して本発明の第１７の実施形態について説明する。
【０１４８】
この第１７の実施形態の測定装置は、第１の実施形態に示した表面プラズモンセンサーと略同一であるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段130とからなる縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１４９】
第２の光検出手段130は、例えば４分割フォトダイオードからなる位置センサであり、受光面上に入射する光ビームL2の二次元的な位置変動を検出するものである。図２７は第２の光検出手段130の受光面を模式的に示した図である。図示のとおり、第２の光検出手段130は４つのフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３，ＰＤ４からなり、入射した光ビームの各フォトダイオードで受光した光量から位置を検出するものである。具体的には、ｘ方向のずれ（界面の縦方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ３の加算信号とＰＤ２とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができ、ｙ方向のずれ（界面の横方向の傾き）はＰＤ１とＰＤ２の加算信号とＰＤ３とＰＤ４の加算信号との差分から求めることができる。
【０１５０】
なお、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、光ビームL1と偏光方向が異なるようにｓ偏光で界面に入射するように設定されている。
【０１５１】
傾きによる誤差を補正するための手段は、横方向の傾きに起因する光ビームL1の光検出手段17上における受光位置の矢印ｙ方向のずれを補正する横方向調整手段としての、光検出手段17を矢印ｙ方向に移動させて位置調整する位置調整手段と、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とからなる。
【０１５２】
すなわち、位置調整手段は、ｙ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段135とからなり、該駆動手段135は、傾き測定用の第２の光検出手段130からの信号を得て光ビームL2のｙ方向へのずれを求める信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。また、演算手段は信号処理部20により構成されており、前述の第１の実施形態の場合と同様に、信号処理部20が、第２の光検出手段130からの信号を得て、光ビームL2のｘ方向へのずれを求め、プラズモン共鳴信号を検出する光検出手段17からの信号に、界面11ａの傾きを補正するための補正信号を加算することにより界面11ａの傾きによる誤差を補正した正確な測定値を得る。具体的な演算は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【０１５３】
傾きの測定および位置調整等は以下のようにして行う。まず、試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射された反射光が図２７に実線で示すように第２の光検出手段130の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からのｙ方向へのずれ（界面の横方向の傾き）を検出し、該ｙ方向へのずれに応じて光検出手段17のｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームL2を受光した第２の光検出手段130からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段17のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段17と第２の光検出手段130を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段130のｙ方向中心で第２の光ビームL2が受光されるように位置調整するようにしてもよい。その後、第２の光ビームL2のｘ方向へのずれ（界面の縦方向の傾き）を検出し、該ずれ量に基づいて、信号処理部20において、界面11ａの縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。
【０１５４】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段130で受光された第２の光ビームL2の位置に応じて、光検出手段17の横方向の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定し、縦方向の傾きによる誤差を補正した測定値を得る。これにより、界面11ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１５５】
次に、本発明の第１８の実施形態を図２８を参照して説明する。
【０１５６】
この第１８の実施形態の測定装置は、第１７の実施形態に示した表面プラズモンセンサーと略同一であるが、縦横方向の傾きによる誤差を補正する手段が異なるものである。本実施形態においては、界面の横方向の傾きおよち縦方向の傾きを同時に解消するものであり、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段として、第１の光検出手段17を図中矢印ｘ方向および紙面に垂直なｙ方向に二次元的に移動させて位置調整する位置調整手段を備えてなるものである。すなわち、位置調整手段は、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段17と、該光検出手段17を調整するために移動させる駆動手段136とからなり、該駆動手段136は、傾き測定用の第２の光検出手段からの信号を得て光ビームL2のずれを求める信号処理部20からの指示により光検出手段17を移動調節する。
【０１５７】
縦横傾きの測定および位置調整は以下のようにして行う。まず、試料15について第１回目の測定時に、第２の光ビーム入射手段32により界面11ａに入射された第２の光ビームL2が該界面11ａで反射された反射光が図４に実線で示すように第２の光検出手段130の中心で受光されるようにセッティングしておく。２回目の測定時に、第２の光ビームL2の反射光を検出し、１回目の検出位置からのずれを検出し、該ずれに応じて光検出手段17のｘｙ方向の位置調整を行う。第２の光ビームL2を受光した第２の光検出手段130からの信号から得られたずれ量に基づいて光検出手段17のみ位置調整するようにしてもよいし、光検出手段17と第２の光検出手段130を連動して移動するようにしておき、第２の光検出手段130の中心で第２の光ビームL2が受光されるように位置調整するようにしてもよい。
【０１５８】
３回目以降の測定においても同様に第２の光検出手段130で受光された第２の光ビームL2の位置に応じて、光検出手段17の位置調整を行ってから全反射減衰の状態を測定する。これにより、界面11ａの縦横への傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。
【０１５９】
なお、複数回の測定を行う際に各測定時の界面が互いに傾きを有することとなる原因としては、上述のような測定チップを再セッティングする場合のみならず、測定チップを支持する支持台の回転（移動）による場合、該支持台や、測定を行うための光源、光検出器等の配置を移動させた場合等が挙げられ、これらの場合に生ずる界面の縦横の傾きについても上述の場合と同様に、界面の縦横の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得ることにより信頼性の高い測定を行うことができる。
【０１６０】
また、試料についての全反射減衰の状態を測定するに際して測定チップ10への試料液15の分注前に、測定チップ10についての全反射減衰の状態を測定しておき、試料液15の分注後の測定値から測定チップ10のバルク効果を差し引くようにして、試料液15のみによる全反射減衰角の変化を測定する場合、試料液15の分注前後に界面11ａの縦横の傾きが生じると測定値の信頼性が損なわれる。このような場合にも界面の縦横の傾きを測定して該傾きに応じて補正した測定値を得るようにすれば信頼性の高い測定を行うことができる。
【０１６１】
次に、図２９を参照して本発明の第１９の実施形態について説明する。
【０１６２】
図２９に示す第１９の実施形態の測定装置として示すプラズモンセンサーにおいては、界面の縦横の傾きによる誤差を補正するための手段として、光検出手段17の位置調整ではなく、光ビーム入射手段１による入射角度および入射位置を調整する光ビーム調整手段を備えてなるものである。光ビーム調整手段は、光源２からの光ビームL1を反射させる面を有すると共に、該反射面を縦横に回転可能とされたチルトミラー138と、該チルトミラー138を駆動させる駆動手段139とからなり、該駆動手段139は、信号処理部20からの指示によりミラー138を回転させ光ビームの入射角度および入射位置を調整する。なお、本実施形態の光ビーム入射手段１は、光源２から出射した小径の光ビームを凹レンズ５で拡散させる構成である。
【０１６３】
このように、縦横傾き測定手段により得られた界面の縦方向および横方向の傾きに応じて、光ビームの入射角度および入射位置を調整することにより、界面の縦横の傾きを補償した測定結果を得ることができる。
【０１６４】
なお、上記のように、光検出手段17、あるいは光ビーム入射手段１を調整するほか、測定チップ10自体を傾ける等して界面の縦方向および横方向の傾きを補正するように調整してもよい。また、さらには、光検出手段17、光ビーム入射手段１、測定チップ10のすべてもしくは任意の２つの位置等を調整することにより、全体として界面の縦方向および横方向の傾きを補償した測定値を得るようにしてもよい。
【０１６５】
次に、図３０を参照して本発明の第２０の実施形態について説明する。
【０１６６】
この第２０実施形態の測定装置は、先に説明した第４の実施形態と同様の漏洩モードセンサーであるが、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、第２の光検出手段130として４分割フォトダイオードからなる位置センサを備えた縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。
【０１６７】
傾きを補正するための手段は、第１７の実施形態の表面プラズモンセンサーの場合と同様であり、ｘｙ方向に可動とされた光検出手段17と該光検出手段17を駆動する駆動手段136とからなる位置調整手段からなり、測定毎に界面の傾きを検出し、該傾きに応じた光検出手段17の位置調整を行うことにより、界面11ａの傾きが補償された測定値を得ることができ、より精密な測定を行うことができる。ただし、ここで用いる傾き測定用の第２の光ビームL2は、全反射減衰測定用の光ビームL1と異なる波長を有するものである。
【０１６８】
次に、図３１を参照して本発明の第２１の実施形態について説明する。
【０１６９】
この第２１の実施形態の測定装置は、先に説明した第５の実施形態と同様の表面プラズモンセンサーであり、測定ユニットとして、紙面に垂直な方向に延びる三角柱のプリズム50と、このプリズム50上面に屈折率マッチングオイル52を介して接合された誘電体プレート55とからなるものが用いられたものである。本実施形態においては、界面の縦方向の傾きに加えて横方向の傾きを検出可能としたものであり、第１７の実施形態と同様に、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する４分割フォトダイオードからなる第２の光検出手段130とを備えた縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えており、界面の縦横の傾きによる誤差を補償した測定値を得ることができる。
【０１７０】
その他、第７から第１６の各実施形態（ただし第１１の実施形態を除く）において説明した測定装置において、例えば図３２から図３４に示すように、第２の光検出手段130として、１次元のフォトダイオードアレイに代えて、４分割フォトダイオードあるいは抵抗型光検出器等の２次元センサを備え、第１の光検出手段17をｘｙ方向に可動とし、該光検出手段17を駆動し位置調整を行う駆動手段136を備えれば、界面11ａの縦方向の傾きのみならず横方向の傾きを検出することができ、縦横方向の傾きによる誤差を補償した精度よい測定値を得ることができる。
【０１７１】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、該界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング媒体との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング媒体との結合状態を得るようにしてもよい。
【０１７２】
また、さらに別の全反射光を利用した測定装置を第２２の実施形態として以下に説明する。
【０１７３】
図３５に側面形状を示すように、本実施の形態の表面プラズモンセンサーは、測定ユニットとして第１の実施形態と同様の測定チップ10を備え、該測定チップ10は、傾き補正ステージを兼ねた測定ユニット支持台300上に配置されている。
【０１７４】
測定チップ10の誘電体ブロック11の光ビーム入射面11ｂ側および出射面11ｃ側にそれぞれ、光源320とＣＣＤ360とが配設されており、これら光源320とＣＣＤ360との間には、コリメータレンズ350、干渉光学系、集光レンズ355およびアパーチャー356が配設されている。
【０１７５】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ351、ハーフミラー352、ハーフミラー353およびミラー354により構成されている。
【０１７６】
さらに、ＣＣＤ360は信号処理部361に接続されており、信号処理部361は表示部362に接続されている。
【０１７７】
本測定装置においては、第１８の実施形態の測定装置と同様の、界面11ａの傾き測定用の第２の光ビームL2を、上記誘電体ブロック11の界面11ａで全反射するように、該誘電体ブロック11に入射させる第２の光ビーム入射手段32と、該第２の光ビーム入射手段32から出力され、界面11ａで反射された第２の光ビームL2を検出する第２の光検出手段130とからなる縦横傾き測定手段および傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための手段を備えている。測定チップ10の支持台300が、縦横への傾きによる誤差（測定不良を含む）を補正するための縦横傾き調整手段である傾き用ステージを兼ねており、この傾き補正用ステージが信号処理部361からの指示により測定チップ10の位置調整を行う。
【０１７８】
以下、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにおける試料の測定について説明する。
【０１７９】
光源320が駆動されて光ビーム330が発散光の状態で出射される。この光ビーム330はコリメータレンズ350により平行光化されて偏光フィルタ351に入射する。偏光フィルタ351を透過して界面11ａに対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム330は、ハーフミラー352により一部がレファレンス光ビーム330Ｒとして分割され、ハーフミラー352を透過した残りの光ビーム330Ｓは界面11ａに入射する。界面11ａで全反射した光ビーム330Ｓおよびミラー354で反射したレファレンス光ビーム330Ｒはハーフミラー353に入射して合成される。合成された光ビーム330´は集光レンズ355により集光され、アパーチャー356を通過してＣＣＤ360によって検出される。このとき、ＣＣＤ360で検出される光ビーム330´は、光ビーム330Ｓとレファレンス光ビーム330Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【０１８０】
試料15分注後から継続的に複数回測定し、ＣＣＤ360により検出される干渉縞の変化を検出することにより、試料中の特定物質とセンシング媒体との結合の有無を検出することができる。つまりこの場合は、上記特定物質とセンシング媒体30との結合状態に応じてセンシング媒体30の屈折率が変化すると、界面11ａで全反射した光ビーム330Ｓおよびレファレンス光ビーム330Ｒがハーフミラー353により合成される際に、干渉の状態が変化するため、上記干渉縞の変化に応じて結合を検出することができる。
【０１８１】
信号処理部361は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部362に表示される。
【０１８２】
本装置における界面11ａの傾きの検出方法は第１８の実施形態の場合と同様である。測定回毎に第２の光検出手段130により検出された傾きに応じて信号処理部361の指示により傾き補正用ステージ300が駆動されてチップ10の傾きを調整し、界面11ａの縦横の傾きの補正を行う。このように測定チップ10の界面11ａの位置調整を行うので、精度よい測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図
【図３】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
【図４】本発明の第２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図５】本発明の第３の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図６】本発明の第４の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図７】本発明の第５の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図８】第５の実施形態による表面プラズモンセンサーにおける反射光強度分布を示す図
【図９】本発明の第６の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１０】第６の実施形態による表面プラズモンセンサーにおける反射光強度分布を示す図
【図１１】本発明の第７の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１２】本発明の第８の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１３】本発明の第９の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１４】本発明の第１０の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１５】本発明の第１１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１６】第１１の実施形態による表面プラズモンセンサーの傾き測定手段を説明するための図
【図１７】本発明の第１２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１８】本発明の第１３の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１９】本発明の第１４の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２０】本発明の第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２１】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２２】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２３】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２４】第１５の実施形態による表面プラズモンセンサーの変形例
【図２５】本発明の第１６の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２６】本発明の第１７の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２７】第２の光検出手段の受光面を示す図
【図２８】本発明の第１８の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２９】本発明の第１９の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図３０】本発明の第２０の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３１】本発明の第２１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３２】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３３】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３４】本発明の他の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図３５】本発明の第２２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【符号の説明】
１ 光ビーム入射光学手段
２ 光源
10 測定チップ
11 誘電体ブロック
11ａ 誘電体ブロックと金属膜との界面
12 金属膜
13 検体保持部
15 試料
16 コリメーターレンズ
17 光検出手段（フォトダイオードアレイ）
17ａ、17ｂ、17ｃ…… フォトダイオード
18 差動アンプアレイ
18ａ、18ｂ、18ｃ…… 差動アンプ
19 ドライバ
20 信号処理部
21 表示手段
22ａ、22ｂ、22ｃ…… サンプルホールド回路
23 マルチプレクサ
24 Ａ／Ｄ変換器
25 駆動回路
26 コントローラ
30 センシング媒体
31 ターンテーブル
32 第２の光ビーム入射手段
37 第２の光検出手段
40 クラッド層
41 光導波層
50 プリズム
52 屈折率マッチングオイル
55 誘電体プレート
56 金属膜
57 誘電体プレートと金属膜との界面
58 試料
60 遮蔽物
Claims (27)
- 透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の前記入射角度を変化させる縦方向の傾きを測定する縦傾き測定手段と、
該縦傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦方向調整手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、
前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームであり、
前記縦傾き測定手段が、該光ビームの少なくとも一部の前記測定ユニットの一部による反射を利用して前記縦方向の傾きを測定するものであることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。 - 前記縦傾き測定手段が、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分を利用して前記縦方向の傾きを測定するものであることを特徴とする請求項３項記載の測定装置。
- 前記縦傾き測定手段が、前記光検出手段で受光した前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分のうち前記入射角度の変化に伴い大きく光量の変化が生じる部分の、反射光強度と検出位置との関係から前記縦方向の傾きを測定するものであることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
- 前記縦傾き測定手段が、前記光ビームの、前記全反射減衰の測定範囲外の成分の一部を暗線として前記界面に入射せしめ、前記光検出手段により前記光ビームの反射光の成分の中に含まれる暗線の位置を検出することにより前記縦方向の傾きを測定するものであることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
- 前記縦傾き測定手段が、前記測定ユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、
該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えたことを特徴とする請求項３記載の測定装置。 - 前記光ビームが、複数の偏光成分を含むものであり、
前記第２の光検出手段が、前記光ビームの前記所定の偏光成分以外の成分を受光して該光ビームの位置を検出するものであることを特徴とする請求項７記載の測定装置。 - 前記縦傾き測定手段が、前記収束レンズと前記第２の光検出手段との間にさらに第２のレンズを備え、
前記収束レンズおよび前記第２のレンズの焦点距離をそれぞれｆ１、ｆ２、前記光ビームの反射位置と前記光検出手段との距離をＬ、前記反射位置と前記収束レンズとの距離をｄ０、前記収束レンズと前記第２のレンズとの距離をｄ１、前記第２のレンズと前記第２の光検出手段間の距離をｄ２、前記界面の鉛直方向の移動量に基づく反射位置のシフト量をｘ、前記界面の縦方向の傾きをθとしたとき、
Ｌtanθ＋ｘで表される全反射減衰角の移動距離量Ａと、θ｛d1+d2-d1d2/f2-d0(d1/f1+d0/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)}‐ｘ(d1/f1+d2/f1-d1d2/f1/f2-1+d2/f2)で表される前記第２の光検出手段における前記光ビームのスポット移動量Ｂとの関係が、
Ａ＝ＢまたはＡ＝−Ｂとなるように、Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２、ｆ１、ｆ２を選択して、前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を配置したことを特徴とする請求項７または８記載の測定装置。 - 前記距離Ｌ、ｄ０、ｄ１、ｄ２および前記焦点距離ｆ１、ｆ２の関係が、
ｄ１＝ｆ１、ｄ２＝ｆ２、ｄ０＝ｆ１＋Lとなるように前記収束レンズ、前記第２のレンズおよび前記第２の光検出手段を設置したことを特徴とする請求項９記載の測定装置。 - 前記縦傾き測定手段が、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する第２の光検出手段とを備えてなることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
- 前記第２の光ビームが、前記光ビームとは異なる波長を有するものであることを特徴とする請求項１１記載の測定装置。
- 前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光であり、
前記第２の光ビームが、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光であることを特徴とする請求項１１記載の測定装置。 - 前記測定ユニットの一部が、前記界面の縦方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であることを特徴とする請求項３から１３いずれか１項記載の測定装置。
- 前記所定の面が、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であることを特徴とする請求項１４記載の測定装置。
- 透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射減衰の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きに応じて、該傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれを補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する横方向調整手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記縦方向の傾きに応じて、該傾きによる誤差を補正した測定値を得る演算手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層を備えてなる測定ユニットと、
光ビームを、前記誘電体ブロックに対して該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角度で入射させる光ビーム入射手段と、
前記界面で全反射した光ビームの所定の偏光成分を受光する光検出手段とを備え、
同一測定ユニットについて前記測定を複数回行い、該複数回の測定の間における全反射光の状態の変化を検出する測定装置において、
前記複数回の測定の間における前記界面の、前記入射角度を変化させる縦方向の傾きおよび該縦方向と交わる横方向の傾きを測定する縦横傾き測定手段と、
前記縦横傾き測定手段により測定された前記横方向の傾きおよび縦方向の傾きに応じて、前記横方向の傾きに起因する前記光ビームよる前記光検出手段による受光位置のずれ、および前記縦方向の傾きによる誤差を補正するように前記測定ユニット、前記光ビーム入射手段および／または前記光検出手段を調整する縦横方向調整手段とを備えたことを特徴とする測定装置。 - 前記光ビーム入射手段および前記光検出手段が、前記界面に対して種々の入射角度で光ビームを入射させ、該界面に所定の入射角度で入射される際に発生する全反射減衰の状態を測定するように構成されたものであり、
前記光ビームが、前記界面に種々の角度で入射する成分を含み、該界面に対する入射角度の変化方向に所定の光量分布を有する１本の光ビームであり、
前記縦横傾き測定手段が、前記測定ユニットの一部で反射した前記光ビームの少なくとも一部を収束させる収束レンズと、
該収束レンズにより収束された光ビームを受光して該光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１６または１７記載の測定装置。 - 前記縦横傾き測定手段が、前記光ビームとは異なる第２の光ビームを前記測定ユニットの一部に入射せしめる第２の光ビーム入射手段と、前記測定ユニットの一部で反射された前記第２の光ビームを受光して該第２の光ビームの位置を検出する二次元光検出手段とを備えてなることを特徴とする請求項１６または１７記載の測定装置。
- 前記第２の光ビームが、前記光ビームとは異なる波長を有するものであることを特徴とする請求項１９記載の測定装置。
- 前記光ビームが、前記所定の偏光成分の直線偏光であり、
前記第２の光ビームが、前記光ビームとは異なる偏光成分の直線偏光であることを特徴とする請求項１９記載の測定装置。 - 前記二次元光検出手段が、４分割フォトダイオードであることを特徴とする請求項１８から２１いずれか１項記載の測定装置。
- 前記二次元光検出手段が、抵抗型光検出器であることを特徴とする請求項１８から２１いずれか１項記載の測定装置。
- 前記測定ユニットの一部が、前記界面の縦方向および横方向の傾きに対応して傾く前記測定ユニットの所定の面であることを特徴とする請求項１８から２３いずれか１項記載の測定装置。
- 前記所定の面が、前記誘電体ブロックの前記薄膜層が形成されている前記一面の近傍に設けられた反射面であることを特徴とする請求項２４記載の測定装置。
- 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射端面および出射端面と、前記薄膜層が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものであることを特徴とする請求項１から２５いずれか１項記載の測定装置。
- 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射端面および出射端面を有する部分と、前記薄膜層が形成される面を有する部分との２つが、屈折率マッチング手段を介して接合されてなるものであることを特徴とする請求項１から２５いずれか１項記載の測定装置。
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