JP3974157B2 - Surface plasmon sensor - Google Patents
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Description
本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して、試料もしくは試料中の物質を検知する表面プラズモンセンサーに関するものである。 The present invention relates to a surface plasmon sensor that detects a sample or a substance in the sample using surface plasmon resonance.
従来、表面プラズモン共鳴が知られている。該表面プラズモン共鳴とは、誘電体基板上の金属膜に、適切な偏光方向および入射角でレーザ光を入射させると、上記レーザ光により、上記金属膜側に微弱なエネルギー波(エバネッセント波)が生じ、また、金属表面には、自由電子が上記金属表面に平行な方向に振動する粗密波(表面プラズモン)が励起され、上記エバネッセント波の波数と上記表面プラズモンの波数とが一致する場合、共鳴を起こす現象のことである。このとき、上記レーザ光は、上記表面プラズモンにエネルギーが利用されるため、反射率が小さくなる。 Conventionally, surface plasmon resonance is known. The surface plasmon resonance means that when a laser beam is incident on a metal film on a dielectric substrate with an appropriate polarization direction and incident angle, a weak energy wave (evanescent wave) is generated on the metal film side by the laser beam. In addition, a dense wave (surface plasmon) in which free electrons vibrate in a direction parallel to the metal surface is excited on the metal surface, and when the wave number of the evanescent wave and the wave number of the surface plasmon coincide, It is a phenomenon that causes At this time, since the laser beam uses energy for the surface plasmon, the reflectance becomes small.
なお、上記適切な偏光方向とは、上記誘電体基板―上記金属界面の法線と、入射光(上記レーザ光)の光軸を含む面を入射面とし、該入射面に対して平行な偏光方向(p偏光)である。該入射面に対して垂直な偏光方向(s偏光)では、上記表面プラズモン共鳴は起こらない。また、適切な上記金属膜の膜厚および上記入射角は、上記金属膜が接する媒質の屈折率によって決まる(非特許文献1参照)。 The appropriate polarization direction refers to a polarization parallel to the incident plane, with the plane including the normal line of the dielectric substrate-metal interface and the optical axis of incident light (laser light) as the incident plane. Direction (p-polarized light). The surface plasmon resonance does not occur in the polarization direction (s-polarized light) perpendicular to the incident surface. Further, the appropriate film thickness and incident angle of the metal film are determined by the refractive index of the medium in contact with the metal film (see Non-Patent Document 1).
そこで、近年、上記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が多く開発されている。上記表面プラズモンセンサーは、上記表面プラズモン共鳴を起こす、上記媒質によって異なる上記入射角から、上記媒質の屈折率を求め、その結果から上記媒質の構成物質、あるいは上記媒質の構成物質が既知の場合、濃度を検知することができる。また、これを応用して、上記金属膜の表面に特定の分子のみを吸着させる層を設け、吸着したことによる屈折率変化から特定の分子の存在を分子オーダーで検出する構成とすることもできる。さらに時間変化を追うことで、上記分子の吸着過程や反応の時間変化などもわかる。なお、上記入射角の幅は、非常に狭いため、分解能が高く、精度よく屈折率変化を測定できることから、昨今、特にたんぱく質や高分子などの検出という用途が広がっている。 Therefore, in recent years, many surface plasmon sensors using the surface plasmon resonance have been developed. The surface plasmon sensor obtains the refractive index of the medium from the incident angle that varies depending on the medium that causes the surface plasmon resonance, and when the constituent material of the medium or the constituent material of the medium is known from the result, The density can be detected. In addition, by applying this, a layer that adsorbs only specific molecules can be provided on the surface of the metal film, and the presence of specific molecules can be detected on the molecular order from the change in refractive index caused by the adsorption. . Furthermore, by tracking the time change, the adsorption process of the molecule and the time change of the reaction can be understood. In addition, since the width of the incident angle is very narrow, the resolution is high, and the change in refractive index can be measured with high accuracy. Therefore, in recent years, applications such as detection of proteins and polymers are spreading.
ところで、上記表面プラズモンセンサーの精度をさらに向上させるためには、上記入射角の幅や、上記反射光の最小値の値など、反射率の入射角依存性を正確に測定することが重要である。しかし、精度が高くなるほど環境変化の影響は大きく、特に、上記レーザ光を出射する光源自身の温度変化、湿度変化、および経時変化によって、上記レーザ光の強度が変化し、測定誤差およびS/Nの悪化という問題を生じていた。 By the way, in order to further improve the accuracy of the surface plasmon sensor, it is important to accurately measure the incident angle dependency of the reflectance, such as the width of the incident angle and the minimum value of the reflected light. . However, the higher the accuracy, the greater the influence of environmental changes. In particular, the intensity of the laser light changes due to the temperature change, humidity change, and time-dependent change of the light source itself that emits the laser light, resulting in measurement errors and S / N. The problem of worsening.
そこで、上記問題の解決手段として、特許文献1では、上記光源の温度変化および湿度変化に注目し、光源、試料部、および検出器部などに温度センサーおよび湿度センサーを設置し、予めこれらの温度変化および湿度変化による上記光源の強度変動が記憶されているルックアップテーブルにより、上記光源の強度を補正する手段が記載されている。また、特許文献2でも、上記特許文献1と同様な手段で、環境変化に対する補正がなされている。
しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示されている上記解決手段では、上記温度センサーなどの補正手段を設けるため、部品点数が多くなり、コストが増加するという問題が生じる。また、上記ルックアップテーブルによる補正は、複雑で、さらにコストが増加してしまう。 However, in the solution means disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, since the correction means such as the temperature sensor is provided, there is a problem that the number of parts increases and the cost increases. Further, the correction using the lookup table is complicated and further increases the cost.
また、上記光源の強度の変化は、上記光源自体の問題のみならず、上記光源を駆動する光源駆動回路の温度変化なども大きな要因である。しかし、上記温度センサーおよび上記湿度センサーの検出対象は、上記光源のみに限られるため、上記光源駆動回路の温度変化やそれ以外の要因による強度の変化には対応できていない。すなわち、完全な問題の解決がなされていない。なお、上記それ以外の要因とは、光路上の影響などが挙げられる。 The change in the intensity of the light source is not only a problem of the light source itself but also a temperature change of a light source driving circuit for driving the light source. However, since the detection target of the temperature sensor and the humidity sensor is limited to only the light source, it cannot cope with a temperature change of the light source driving circuit or a change in intensity due to other factors. That is, a complete problem has not been solved. The other factors include the influence on the optical path.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで、上記あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a surface plasmon sensor that corrects the intensity change of the light source caused by any of the above factors at a low cost.
後述の第1の偏光は、基板―金属膜界面の法線と、光ビームの光軸を含む面とを入射面としたとき、該入射面に対して垂直な偏光方向、すなわちs偏光であり、第2の偏光は、上記入射面に対して平行な偏光方向、すなわちp偏光である。 The first polarized light described later is a polarization direction perpendicular to the incident surface, that is, s-polarized light when a normal line at the substrate-metal film interface and a surface including the optical axis of the light beam are used as the incident surface. The second polarized light is a polarization direction parallel to the incident surface, that is, p-polarized light.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記課題を解決するために、光ビームを出射する光源と、上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、基板上に成膜された金属膜と、上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、上記光ビームの断面領域を、モニター領域と測定領域とに空間分割する分割手段を備え、上記モニター領域における光ビームの光路と上記測定領域における光ビームの光路とは互いに隣接し、上記モニター領域の光ビームは、偏光方向が第1の偏光であり、上記測定領域の光ビームは、偏光方向が第2の偏光であり、上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記測定領域の光強度を第2の検出結果として検出し、上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a surface plasmon sensor according to the present invention is formed on a substrate, a light source that emits a light beam, a light source driving circuit that drives the light source by controlling the intensity of the light source, and a substrate. a metal film, a surface plasmon sensor provided with detecting means for detecting reflected light from the metal film for the incidence angle of the light beam, the cross-sectional area of the light beam, the monitor area and the measurement area comprising a dividing means for spatially dividing the bets, and adjacent to the light path of the light beam in the optical path and the measurement area of the light beam in the monitor area, the light beam of the monitor area, the polarization direction is located at a first polarization The light beam of the measurement region has a polarization direction of the second polarization, and the detection means detects the light intensity of the monitor region reflected by the metal film as a first detection result. In addition, the light intensity of the measurement region reflected by the metal film is detected as a second detection result, and the light source driving circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result. It is said.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、上記第1の偏光である上記モニター領域と、上記第2の偏光である上記測定領域とに分割する分割手段を備え、上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出し、この第1の検出結果に基づいて上記光源の強度を制御するため、上記光源自身による温度変化や経時変化のみならず、上記光源駆動回路の温度変化などの要因による上記光源の強度変化を補正することができる。 According to said structure, the said surface plasmon sensor is provided with the division means divided | segmented into the said monitor area | region which is said 1st polarization | polarized-light, and the said measurement area | region which is said 2nd polarization | polarized-light, The light intensity of the said monitor area | region Is detected as the first detection result, and the intensity of the light source is controlled based on the first detection result, so that not only the temperature change and the time change due to the light source itself but also the temperature change of the light source driving circuit, etc. The intensity change of the light source due to the factor can be corrected.
また、上記モニター領域と上記測定領域とが同じ光路を通るため、上記の要因に加え、光路上の影響による上記光源の強度変化にも対応できる。また、従来の温度センサーおよび湿度センサーを設ける場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。以上より、低コストで、あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することができるという効果を奏する。 Further, since the monitor area and the measurement area pass through the same optical path, in addition to the above factors, it is possible to cope with the intensity change of the light source due to the influence on the optical path. Further, the number of parts can be reduced as compared with the case where a conventional temperature sensor and humidity sensor are provided. As described above, there is an effect that it is possible to realize a surface plasmon sensor that corrects the intensity change of the light source caused by all factors at low cost.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記金属膜が、他の金属膜と差し替え可能であることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the metal film is preferably replaceable with another metal film.
上記のような構成とすることで、1つの装置で多種の検出が可能になる。すなわち、別の材料および膜厚の金属膜に取り替えることにより、感度や測定範囲を変えることができる。また、上記金属膜の表面に特定の分子のみを吸着させる層を設け、この層を取り替えることにより、検出する特定の分子を替えることもできる。 With the above-described configuration, various types of detection can be performed with one apparatus. That is, the sensitivity and measurement range can be changed by replacing the metal film with a different material and film thickness. Further, by providing a layer that adsorbs only specific molecules on the surface of the metal film and replacing this layer, the specific molecules to be detected can be changed.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段による分割は、上記第1の偏光の光ビームを、部分的に上記分割手段に通過させ、上記分割手段を通過しない上記光ビームの部分を上記モニター領域、上記分割手段を通過する上記光ビームの部分を第1の偏光から第2の偏光に変えて上記測定領域とすることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above-described configuration, the splitting by the splitting unit allows the light beam of the first polarization to partially pass through the splitting unit and does not pass through the splitting unit. It is preferable that the portion of the light beam is the monitoring region, and the portion of the light beam passing through the dividing means is changed from the first polarization to the second polarization to be the measurement region.
上記のような構成とすることで、上記光ビームの上記モニター領域と上記測定領域との分割を、容易に、かつ安価に行うことができる。 With the above configuration, the light beam can be easily and inexpensively divided into the monitor region and the measurement region.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段による分割は、上記第1の偏光の光ビームを、上記分割手段に通過させ、上記分割手段内の第1領域を通過する上記光ビームの部分を上記モニター領域、上記分割手段内の第2領域を通過する上記光ビームの部分を第1の偏光から第2の偏光に変えて上記測定領域とすることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the splitting by the splitting means allows the first polarized light beam to pass through the splitting means and pass through the first region in the splitting means. It is preferable to change the portion of the light beam to be the monitoring region and change the portion of the light beam passing through the second region in the dividing means from the first polarization to the second polarization to be the measurement region.
上記のような構成とすることで、上記光ビームの上記モニター領域と上記測定領域との分割を、容易に、かつ安価に行うことができる。 With the above configuration, the light beam can be easily and inexpensively divided into the monitor region and the measurement region.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段による分割は、上記第2の偏光の光ビームを、上記分割手段に通過させ、上記分割手段内の第1領域を通過する上記光ビームの部分を第2の偏光から第1の偏光に変えて上記モニター領域とし、上記分割手段内の第2領域を通過する上記光ビームの部分を上記測定領域とすることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the splitting by the splitting means allows the second polarized light beam to pass through the splitting means and pass through the first region in the splitting means. Preferably, the portion of the light beam to be changed from the second polarized light to the first polarized light is used as the monitor region, and the portion of the light beam passing through the second region in the dividing means is used as the measurement region.
上記のような構成とすることで、上記光ビームの上記モニター領域と上記測定領域との分割を、容易に、かつ安価に行うことができる。 With the above configuration, the light beam can be easily and inexpensively divided into the monitor region and the measurement region.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段による分割は、上記第1の偏光および第2の偏光を含む光ビームを、上記分割手段に通過させ、上記分割手段内の第1領域を通過する上記光ビームの部分を、第1の偏光に偏光させて上記モニター領域とし、上記分割手段内の第2領域を通過する上記光ビームの部分を、第2の偏光に偏光させて上記測定領域とすることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the splitting by the splitting means allows the light beam including the first polarized light and the second polarized light to pass through the splitting means, The portion of the light beam that passes through the first region is polarized to the first polarized light as the monitor region, and the portion of the light beam that passes through the second region in the dividing means is converted into the second polarized light. The measurement region is preferably polarized.
上記のような構成とすることで、上記光ビームの上記モニター領域と上記測定領域との分割を、容易に、かつ安価に行うことができる。 With the above configuration, the light beam can be easily and inexpensively divided into the monitor region and the measurement region.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段を、上記光ビームの平行光内に設置することが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above-described configuration, it is preferable that the dividing means is installed in the parallel light of the light beam.
上記の構成によれば、上記分割手段が、平行光内に設置されているため、上記光ビームの全面に対して、領域の分割をほぼ均一に行うことができる。また、上記金属膜に集光される上記光ビームの収差を小さくできる。 According to said structure, since the said dividing means is installed in parallel light, it can divide | segment an area | region substantially uniformly with respect to the whole surface of the said light beam. Further, the aberration of the light beam focused on the metal film can be reduced.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記分割手段を、上記金属膜に対して入射側の光路に設置することが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above-described configuration, it is preferable that the dividing unit is installed in an optical path on the incident side with respect to the metal film.
上記の構成によれば、上記分割手段を上記入射側に設置するため、上記光ビームが、上記第1の偏光のみで入射する場合を作りだすことができる。その結果、上記光ビームが、表面プラズモンが励起されない第1の偏光で入射する割合が多くなるため、試料に与える熱量が少なくなり、試料を傷めにくい。 According to said structure, since the said dividing means is installed in the said incident side, the case where the said light beam injects only with the said 1st polarization | polarized-light can be created. As a result, the proportion of the light beam that is incident on the first polarized light whose surface plasmon is not excited increases, so that the amount of heat applied to the sample decreases and the sample is hardly damaged.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記測定領域が、上記光ビームの第2の偏光の方向に平行な方向の直径を含むことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the measurement region preferably includes a diameter in a direction parallel to the direction of the second polarization of the light beam.
上記の構成によれば、上記測定領域が、上記基板と上記金属膜との界面に対して上記光ビームの第2の偏光の方向平行な方向の直径を含んでいるため、上記光ビームをレンズで集光させ、種々の入射角を持たせて入射させる場合、入射角の範囲を最大限利用できる。 According to the above configuration, the measurement region includes a diameter in a direction parallel to the direction of the second polarization of the light beam with respect to the interface between the substrate and the metal film. When the light is condensed and incident with various incident angles, the range of incident angles can be utilized to the maximum.
ところで、従来の表面プラズモンセンサーでは、上述の問題に加えて、反射率が正確に測定できないという問題を生じていた。より具体的に説明すると、金属膜への光ビームの入射角は、その適切な角度を探すために、レンズによって様々な角度を持たせて入射させる。このとき、光路中の光学素子のゴミや光源自体の持つ強度分布により、各入射角での入射光量が異なり、この結果、上記反射率が正確に測定できないという問題も生じていた。 By the way, in the conventional surface plasmon sensor, in addition to the above-mentioned problems, there has been a problem that the reflectance cannot be measured accurately. More specifically, the incident angle of the light beam on the metal film is made incident with various angles by a lens in order to find an appropriate angle. At this time, the amount of incident light at each incident angle varies depending on the dust of the optical element in the optical path and the intensity distribution of the light source itself. As a result, there is a problem that the reflectance cannot be measured accurately.
特許文献3および特許文献4では、このような光強度の不均一分布を除くため、第2の偏光の反射光強度と第1の偏光の反射光強度とから反射率を得ている。しかしながら、特許文献3および特許文献4では、光源の強度の変化を考慮していないため、第2の偏光での測定時と第1の偏光での測定時との強度変化により、上記反射率に誤差が生じるという問題がある。
In
そこで、本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記課題を解決するために、光ビームを出射する光源と、上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、基板上に成膜された金属膜と、上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、上記光ビームの断面領域を、第1の偏光のモニター領域と偏光方向が選択可能な測定領域とに空間分割するとともに、上記測定領域の上記光ビームの偏光方向を、第1の偏光もしくは第2の偏光とする偏光方向選択手段と、上記測定領域の第2の偏光の反射光強度と、第1の偏光の反射光強度とから、上記第2の偏光の真の反射率を算出する算出手段とを備え、上記モニター領域における光ビームの光路と上記測定領域における光ビームの光路とは互いに隣接し、上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記測定領域の光強度を第2の検出結果として検出し、上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴としている。 Therefore, in order to solve the above problems, a surface plasmon sensor according to the present invention includes a light source that emits a light beam, a light source driving circuit that drives the light source by controlling the intensity of the light source, and a substrate. a film metal layer, a surface plasmon sensor provided with detecting means for detecting reflected light from the metal film for the incidence angle of the light beam, the cross-sectional area of the light beam, a first polarization A polarization direction selecting unit that spatially divides the light beam into a monitor region and a measurement region in which the polarization direction can be selected, and the polarization direction of the light beam in the measurement region is the first polarization or the second polarization, and the measurement Calculating means for calculating the true reflectance of the second polarized light from the reflected light intensity of the second polarized light in the region and the reflected light intensity of the first polarized light, and an optical path of the light beam in the monitor region And above Adjacent to each other and the optical path of the light beam in the constant region, said detection means detects the light intensity of the monitor region reflected by the metal film as the first detection result, the measurement region reflected by the metal film Is detected as a second detection result, and the light source driving circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、上記光ビームを、第1の偏光のモニター領域と偏光方向が選択可能な測定領域とに分割するとともに、上記測定領域の上記光ビームの偏光方向を、第1の偏光もしくは第2の偏光とする偏光方向選択手段を備え、上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出し、この第1の検出結果に基づいて上記光源の強度を制御するため、上記光源自身による温度変化や経時変化のみならず、上記光源駆動回路の温度変化などの要因による上記光源の強度変化を補正することができる。 According to the above configuration, the surface plasmon sensor divides the light beam into a first polarized monitor region and a measurement region in which the polarization direction can be selected, and the polarization direction of the light beam in the measurement region. Is a first polarization direction or a second polarization direction, and the light intensity of the monitor region is detected as a first detection result, and the intensity of the light source is determined based on the first detection result. In order to control, not only the temperature change and the temporal change due to the light source itself but also the intensity change of the light source due to factors such as the temperature change of the light source driving circuit can be corrected.
また、上記モニター領域と上記測定領域とが同じ光路を通るため、上記の要因に加え、光路上の影響による上記光源の強度変化にも対応できる。また、従来の温度センサーおよび湿度センサーを設ける場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。以上より、低コストで、あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することができるという効果を奏する。 Further, since the monitor area and the measurement area pass through the same optical path, in addition to the above factors, it is possible to cope with the intensity change of the light source due to the influence on the optical path. Further, the number of parts can be reduced as compared with the case where a conventional temperature sensor and humidity sensor are provided. As described above, there is an effect that it is possible to realize a surface plasmon sensor that corrects the intensity change of the light source caused by all factors at low cost.
また、上述のように、上記光源の強度が補正されるため、上記算出手段において、上記光ビームの強度分布の不均一性を除いた、上記第2の偏光の真の反射率を算出することができる。また、上記偏光方向選択手段が、上記光ビームの分割と偏光方向の選択とを行う構成であるため、上記表面プラズモンセンサーの小型化が可能である。 Further, as described above, since the intensity of the light source is corrected, the calculation means calculates the true reflectance of the second polarized light excluding the nonuniformity of the intensity distribution of the light beam. Can do. In addition, since the polarization direction selection unit is configured to divide the light beam and select the polarization direction, the surface plasmon sensor can be downsized.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記算出手段は、上記測定領域の第2の偏光の反射光強度と、第1の偏光の反射光強度とを比較することにより、上記反射率の算出を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the calculation unit compares the reflected light intensity of the second polarized light in the measurement region with the reflected light intensity of the first polarized light, It is preferable to calculate the reflectance.
上記の構成によれば、上記第2の偏光の真の反射率を算出することができる。 According to the above configuration, the true reflectance of the second polarized light can be calculated.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記算出手段は、上記測定領域の第2の偏光の反射光強度と、第1の偏光の反射光強度との比または差を取ることにより、上記反射率の算出を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the calculation means takes a ratio or difference between the reflected light intensity of the second polarized light and the reflected light intensity of the first polarized light in the measurement region. Thus, it is preferable to calculate the reflectance.
上記の構成によれば、上記第2の偏光の真の反射率を算出することができる。 According to the above configuration, the true reflectance of the second polarized light can be calculated.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが直線偏光であり、上記偏光方向選択手段として、λ/2板を用い、上記λ/2板を回転、もしくは上記λ/2板を抜き差しすることにより上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit is linearly polarized light, and a λ / 2 plate is used as the polarization direction selection unit, and the λ / It is preferable to select the polarization direction by rotating two plates or by inserting / removing the λ / 2 plate.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段に入射する光が直線偏光であり、上記偏光方向選択手段として、上記λ/2板を用いることで、安価に上記偏光方向の選択を行うことができる。また、上記λ/2板を回転させて上記偏光方向の選択を行う場合は、上記光ビームの透過率を変えずに、上記偏光方向を選択できる。一方、上記λ/2板を移動させて上記偏光方向の選択を行う場合は、上記λ/2板を回転させる場合と比べて、同様な効果を奏するだけでなく、組み立てが容易である。 According to the above configuration, the light incident on the polarization direction selection unit is linearly polarized light, and the polarization direction can be selected at low cost by using the λ / 2 plate as the polarization direction selection unit. it can. When the polarization direction is selected by rotating the λ / 2 plate, the polarization direction can be selected without changing the transmittance of the light beam. On the other hand, when the polarization direction is selected by moving the λ / 2 plate, not only the same effect as the case of rotating the λ / 2 plate but also the assembly is easy.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが直線偏光であり、上記偏光方向選択手段として、液晶素子を用い、上記液晶素子に与える電圧を調整することにより、上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above-described configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit is linearly polarized light, and a liquid crystal element is used as the polarization direction selection unit and applied to the liquid crystal element. It is preferable to select the polarization direction by adjusting the voltage.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段として、上記液晶素子を用いることで、選択した上記偏光方向において、透過率の変化や光路のずれなどが起きないため、調整用ジグ等を備える必要がなく、小型化が可能である。また、上記液晶素子に入射する上記光ビームがどのような偏光状態でも対応できる。 According to the above configuration, the use of the liquid crystal element as the polarization direction selection means does not cause a change in transmittance or a deviation of the optical path in the selected polarization direction. It is possible to reduce the size. Further, the light beam incident on the liquid crystal element can cope with any polarization state.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが上記第1および第2の偏光を含み、上記偏光方向選択手段として偏光板または偏光子を用い、上記偏光板または上記偏光子を回転させることにより、上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit includes the first and second polarizations, and the polarization direction selection unit includes a polarizing plate or a polarizer. It is preferable to select the polarization direction by rotating the polarizing plate or the polarizer.
上記の構成によれば、上記光ビームが多方向の偏光方向を持つ場合に、上記偏光方向選択手段として、上記偏光板または上記偏光子を用いることで、安価に上記偏光方向を選択できる。また、上記偏光板または上記偏光子に入射する上記第1の偏光と上記第2の偏光との強度が同じであれば、上記光ビームの透過率が変化することなく、上記偏光方向を選択できる。 According to said structure, when the said light beam has a multi-directional polarization direction, the said polarization direction can be selected cheaply by using the said polarizing plate or the said polarizer as said polarization direction selection means. If the intensity of the first polarized light and the second polarized light incident on the polarizing plate or the polarizer is the same, the polarization direction can be selected without changing the transmittance of the light beam. .
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記光ビームが上記第1の偏光であり、上記偏光方向選択手段を、上記入射側の上記測定領域にのみ設置することにより、偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam is the first polarized light, and the polarization direction selecting means is installed only in the measurement region on the incident side, thereby allowing polarization. It is preferable to select the direction.
上記の構成であれば、上記光源からの上記光ビームを上記第1の偏光のみにしておくことで、上記モニター領域の偏光方向を調整する必要がなく、上記モニター領域用の上記偏光方向選択手段が必要ないため、コストを低下させることができる。また、上記光ビームが上記第1の偏光のみで入射している間は、表面プラズモンが励起されないため、試料に与える熱量が少なくてすみ、試料を傷めにくい。 With the above configuration, it is not necessary to adjust the polarization direction of the monitor region by setting the light beam from the light source to only the first polarization, and the polarization direction selection unit for the monitor region is not necessary. Is not necessary, and the cost can be reduced. Further, since the surface plasmon is not excited while the light beam is incident only with the first polarized light, the amount of heat applied to the sample is small, and the sample is hardly damaged.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記課題を解決するために、光ビームを出射する光源と、上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、基板上に成膜された金属膜と、上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、上記光ビームから、第1の偏光と、第2の偏光とを時間的に選択的に取り出し可能な偏光方向選択手段を備え、上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記第1の偏光成分の強度を第1の検出結果として検出し、上記金属膜で反射した上記第2の偏光成分の強度を第2の検出結果として検出し、上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a surface plasmon sensor according to the present invention is formed on a substrate, a light source that emits a light beam, a light source driving circuit that drives the light source by controlling the intensity of the light source, and a substrate. A surface plasmon sensor comprising: a metal film; and a detecting means for detecting reflected light from the metal film for each incident angle of the light beam. The surface plasmon sensor comprises: a first polarized light; Polarization direction selection means capable of selectively extracting polarized light in terms of time, wherein the detection means detects the intensity of the first polarization component reflected by the metal film as a first detection result, and the metal The intensity of the second polarization component reflected by the film is detected as a second detection result, and the light source driving circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result. .
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、上記光ビームから第1の偏光と第2の偏光とを時間的に選択的に取り出し可能な偏光方向選択手段を備え、上記第1の偏光成分の強度を第1の検出結果として検出し、この第1の検出結果に基づいて上記光源の強度を制御するため、上記光源自身による温度変化や経時変化のみならず、上記光源駆動回路の温度変化などの要因による上記光源の強度変化を補正することができる。 According to the above configuration, the surface plasmon sensor includes the polarization direction selection unit that can selectively extract the first polarization and the second polarization from the light beam in time, and the first polarization component. Is detected as a first detection result, and the intensity of the light source is controlled based on the first detection result. Therefore, not only the temperature change and the time change due to the light source itself, but also the temperature change of the light source driving circuit. It is possible to correct the intensity change of the light source due to factors such as the above.
また、上記の要因に加え、上記金属膜で反射した上記第1の偏光成分の強度である上記第1の検出結果に基づいて上記光源の強度の補正を行うため、光路上の影響による上記光源の強度変化にも対応できる。また、従来の温度センサーおよび湿度センサーを設ける場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。以上より、低コストで、あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することができるという効果を奏する。また、上記光ビームを上記モニター領域と上記測定領域とに分割しないため、その分割工程を省くことができ、上記光ビーム全体を測定領域とすることができる。 In addition to the above factors, the intensity of the light source is corrected based on the first detection result that is the intensity of the first polarization component reflected by the metal film, and thus the light source due to the influence on the optical path. Can respond to changes in strength. Further, the number of parts can be reduced as compared with the case where a conventional temperature sensor and humidity sensor are provided. As described above, there is an effect that it is possible to realize a surface plasmon sensor that corrects the intensity change of the light source caused by all factors at low cost. Further, since the light beam is not divided into the monitor region and the measurement region, the dividing step can be omitted, and the entire light beam can be used as the measurement region.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記課題を解決するために、光ビームを出射する光源と、上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、基板上に成膜された金属膜と、上記光ビームの偏光方向を、第1の偏光と第2の偏光とに選択する偏光方向選択手段と、上記偏光方向選択手段を通過した上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記第1の偏光成分の強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記第2の偏光成分の強度を第2の検出結果として検出し、上記光ビームの偏光方向が、上記第1の偏光であるか上記第2の偏光であるかを判断し、上記光ビームの偏光方向が、上記第1の偏光である場合に、該第1の偏光の光ビームにおける上記検出手段の第1の検出結果を上記光源駆動回路に与えるように制御する制御手段を備え、上記光源駆動回路は、上記制御手段によって与えられた上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a surface plasmon sensor according to the present invention is formed on a substrate, a light source that emits a light beam, a light source driving circuit that drives the light source by controlling the intensity of the light source, and a substrate. A metal film, a polarization direction selection means for selecting a polarization direction of the light beam as a first polarization and a second polarization, and the metal for each incident angle of the light beam that has passed through the polarization direction selection means. A surface plasmon sensor provided with a detecting means for detecting light reflected from the film, wherein the detecting means detects the intensity of the first polarized component reflected by the metal film as a first detection result. Detecting the intensity of the second polarization component reflected by the metal film as a second detection result, and determining whether the polarization direction of the light beam is the first polarization or the second polarization. Determine the above light beam When the light direction is the first polarized light, control means for controlling the light source driving circuit to provide a first detection result of the detection means in the light beam of the first polarized light to the light source The drive circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result given by the control means.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、上記光ビームの偏光方向が、上記第1の偏光であるか上記第2の偏光であるかを判断し、上記第1の偏光である場合には、該第1の偏光の光ビームにおける上記検出手段の第1の検出結果を上記光源駆動回路に与えるように制御する制御手段を備え、上記第1の検出結果に基づいて上記光源の強度を制御するため、上記光源自身による温度変化や経時変化のみならず、上記光源駆動回路の温度変化などの要因による上記光源の強度変化を補正することができる。 According to the above configuration, the surface plasmon sensor determines whether the polarization direction of the light beam is the first polarization or the second polarization, and when it is the first polarization, Comprises control means for controlling the light source driving circuit so as to give the first detection result of the detection means in the light beam of the first polarized light to the light source driving circuit, and the intensity of the light source is controlled based on the first detection result. In order to control, not only the temperature change and the temporal change due to the light source itself but also the intensity change of the light source due to factors such as the temperature change of the light source driving circuit can be corrected.
また、上記の要因に加え、上記金属膜で反射した上記第1の偏光成分の強度である上記第1の検出結果に基づいて上記光源の強度の補正を行うため、光路上の影響による上記光源の強度変化にも対応できる。また、従来の温度センサーおよび湿度センサーを設ける場合と比べて、部品点数を少なくすることができる。以上より、低コストで、あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することができるという効果を奏する。また、上記光ビームを上記モニター領域と上記測定領域とに分割しないため、その分割工程を省くことができ、上記光ビーム全体を測定領域とすることができる。 In addition to the above factors, the intensity of the light source is corrected based on the first detection result that is the intensity of the first polarization component reflected by the metal film, and thus the light source due to the influence on the optical path. Can respond to changes in strength. Further, the number of parts can be reduced as compared with the case where a conventional temperature sensor and humidity sensor are provided. As described above, there is an effect that it is possible to realize a surface plasmon sensor that corrects the intensity change of the light source caused by all factors at low cost. Further, since the light beam is not divided into the monitor region and the measurement region, the dividing step can be omitted, and the entire light beam can be used as the measurement region.
ところで、上記光ビームを上記モニター領域と上記測定領域とに分割しない表面プラズモンセンサーでは、上記光ビームが第1の偏光の場合と第2の偏光の場合とを同時に作り出すことができないため、上記光ビームを第2の偏光としている間は、上記光源の制御を行うことができない。 By the way, in the surface plasmon sensor that does not divide the light beam into the monitor region and the measurement region, the light beam cannot be produced simultaneously with the first polarized light and the second polarized light. While the beam is in the second polarization, the light source cannot be controlled.
そこで、本発明に係る表面プラズモンセンサーの上記制御手段は、上記制御に加えて、上記光ビームの偏光方向が、第2の偏光である場合には、上記検出手段による上記検出結果において、少なくとも上記第1の検出結果を記憶する記憶手段の上記第1の検出結果を上記光源駆動回路に与えるように制御することが好ましい。 Therefore, in addition to the above control, the control means of the surface plasmon sensor according to the present invention has at least the above detection result in the detection means when the polarization direction of the light beam is the second polarization. It is preferable to control the storage means for storing the first detection result so that the first detection result is given to the light source driving circuit.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーの上記制御手段は、上記光ビームの偏光方向が、第2の偏光である場合には、上記検出手段による上記検出結果において、少なくとも上記第1の検出結果を記憶する記憶手段の上記第1の検出結果を上記光源駆動回路に与えるように制御するため、上記光ビームの偏光方向を第2の偏光としている間も、上記光源の強度を制御することができる。 According to the above configuration, when the polarization direction of the light beam is the second polarization, the control unit of the surface plasmon sensor has at least the first detection in the detection result by the detection unit. In order to control the first detection result of the storage means for storing the result to be given to the light source driving circuit, the intensity of the light source is controlled even while the polarization direction of the light beam is the second polarization. Can do.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段を、上記光ビームの平行光内に設置することが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above-described configuration, it is preferable that the polarization direction selection unit is installed in the parallel light of the light beam.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段が、平行光内に設置されているため、上記光ビームの全面に対して、偏光方向の選択をほぼ均一に行うことができる。また、上記金属膜に集光される上記光ビームの収差を小さくできる。 According to said structure, since the said polarization direction selection means is installed in parallel light, the selection of a polarization direction can be performed substantially uniformly with respect to the whole surface of the said light beam. Further, the aberration of the light beam focused on the metal film can be reduced.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段を、上記金属膜に対して入射側の光路に設置されることが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, it is preferable that the polarization direction selection unit is installed in an optical path on the incident side with respect to the metal film.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段を入射側に設置するため、上記光ビームが、上記第1の偏光のみで入射する場合を作りだすことができる。その結果、第1の偏光のみで入射する間は表面プラズモンが励起されないため、試料に与える熱量が少なくなり、試料を傷めにくい。 According to said structure, since the said polarization direction selection means is installed in the incident side, the case where the said light beam injects only with the said 1st polarization | polarized-light can be created. As a result, since the surface plasmon is not excited during incidence with only the first polarized light, the amount of heat applied to the sample is reduced, and the sample is hardly damaged.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが直線偏光であり、上記偏光方向選択手段としてλ/2板を用い、上記λ/2板を回転、もしくは上記λ/2板を抜き差しすることにより、上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit is linearly polarized light, and a λ / 2 plate is used as the polarization direction selection unit. It is preferable to select the polarization direction by rotating the plate or inserting / removing the λ / 2 plate.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段として上記λ/2板を用いることで、上記偏光方向選択手段を安価に設けることができる。また、上記λ/2板を回転させて上記偏光方向の選択を行う場合、上記光ビームの透過率を変えずに、上記偏光方向を選択できる。一方、上記λ/2板を移動させて上記偏光方向の選択を行う場合、上記回転させる場合と比べて、同様な効果を奏するだけでなく、組み立てが容易である。 According to the above configuration, the polarization direction selection means can be provided at low cost by using the λ / 2 plate as the polarization direction selection means. When the polarization direction is selected by rotating the λ / 2 plate, the polarization direction can be selected without changing the transmittance of the light beam. On the other hand, when the polarization direction is selected by moving the λ / 2 plate, in addition to the same effect as in the case of rotating, the assembly is easy.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが直線偏光であり、上記偏光方向選択手段として液晶素子を用い、上記液晶素子に与える電圧を調整することにより、上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit is linearly polarized light, and a liquid crystal element is used as the polarization direction selection unit, and the voltage applied to the liquid crystal element It is preferable to select the polarization direction by adjusting.
上記の構成によれば、上記偏光方向選択手段として、上記液晶素子を用いることで、選択した上記偏光方向によって、透過率の変化や光路のずれなどが起きないため、調整用ジグ等を備える必要がなく、小型化が可能である。また、上記液晶素子に入射する上記光ビームがどのような偏光状態でも対応できる。 According to the above configuration, the use of the liquid crystal element as the polarization direction selection means does not cause a change in transmittance or a deviation of the optical path depending on the selected polarization direction. It is possible to reduce the size. Further, the light beam incident on the liquid crystal element can cope with any polarization state.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記偏光方向選択手段に入射する上記光ビームが第1および第2の偏光を含み、上記偏光方向選択手段として偏光板または偏光子を用い、上記偏光板または上記偏光子を回転させることにより、上記偏光方向の選択を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the light beam incident on the polarization direction selection unit includes first and second polarizations, and a polarizing plate or a polarizer is used as the polarization direction selection unit. Preferably, the polarization direction is selected by rotating the polarizing plate or the polarizer.
上記の構成によれば、上記光ビームが多方向の偏光方向を持つ場合に、上記偏光方向選択手段として上記偏光板または上記偏光子を用いることで、安価に上記偏光方向を選択できる。また、上記偏光板または上記偏光子に入射する上記第1の偏光と第2の偏光との強度が同じであれば、上記光ビームの透過率が変化することなく、上記偏光方向を選択できる。 According to said structure, when the said light beam has a multi-directional polarization direction, the said polarization direction can be selected cheaply by using the said polarizing plate or the said polarizer as the said polarization direction selection means. If the intensity of the first polarized light and the second polarized light incident on the polarizing plate or the polarizer is the same, the polarization direction can be selected without changing the transmittance of the light beam.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記光ビームの第2の偏光の反射光強度と、第1の偏光の反射光強度とから、第2の偏光の真の反射率を算出する算出手段を備えていることが好ましい。 In addition to the above configuration, the surface plasmon sensor according to the present invention has a true reflectance of the second polarized light from the reflected light intensity of the second polarized light and the reflected light intensity of the first polarized light. It is preferable to provide a calculation means for calculating.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、上記光源の強度が補正されるため、上記算出手段において、上記光ビームの強度分布の不均一性を除いた、第2の偏光の真の反射率を算出することができる。 According to the above configuration, since the intensity of the light source is corrected in the surface plasmon sensor, the reflection means performs the true reflection of the second polarized light excluding the nonuniformity of the intensity distribution of the light beam. The rate can be calculated.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記算出手段は、上記光ビームの第2の偏光の反射光強度と、上記第1の偏光の反射光強度とを比較することにより、上記反射率の算出を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the calculation means compares the reflected light intensity of the second polarized light of the light beam with the reflected light intensity of the first polarized light. It is preferable to calculate the reflectance.
上記の構成によれば、上記第2の偏光の真の反射率を算出することができる。 According to the above configuration, the true reflectance of the second polarized light can be calculated.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、上記の構成に加えて、上記算出手段は、上記光ビームの第2の偏光の反射光強度と、上記第1の偏光の反射光強度との比または差を取ることにより上記反射率の算出を行うことが好ましい。 In the surface plasmon sensor according to the present invention, in addition to the above configuration, the calculation means may calculate a ratio or difference between the reflected light intensity of the second polarized light and the reflected light intensity of the first polarized light. It is preferable to calculate the reflectance by taking it.
上記の構成によれば、上記第2の偏光の真の反射率を算出することができる。 According to the above configuration, the true reflectance of the second polarized light can be calculated.
本発明に係る表面プラズモンセンサーは、光ビームを出射する光源と、上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、基板上に成膜された金属膜と、上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、上記光ビームを、モニター領域と測定領域とに分割する分割手段を備え、上記モニター領域の光ビームは、偏光方向が第1の偏光であり、上記測定領域の光ビームは、偏光方向が第2の偏光であり、上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記測定領域の光強度を第2の検出結果として検出し、上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴としている。 The surface plasmon sensor according to the present invention includes a light source that emits a light beam, a light source driving circuit that controls the intensity of the light source to drive the light source, a metal film formed on a substrate, and the light beam. A surface plasmon sensor provided with a detecting means for detecting reflected light from the metal film with respect to each incident angle, and comprising a dividing means for dividing the light beam into a monitor area and a measurement area, and the monitor area The light beam in the measurement region has the first polarization, the light beam in the measurement region has the polarization direction in the second polarization, and the detection means has the light intensity of the monitor region reflected by the metal film. Is detected as a first detection result, and the light intensity of the measurement region reflected by the metal film is detected as a second detection result. The light source driving circuit is configured to detect the light intensity based on the first detection result. light It is characterized by controlling the strength of the.
上記の構成によれば、上記表面プラズモンセンサーは、低コストで、あらゆる要因により起こる上記光源の強度変化の補正を行う表面プラズモンセンサーを実現することができるという効果を奏する。 According to said structure, the said surface plasmon sensor has an effect that the surface plasmon sensor which correct | amends the intensity | strength change of the said light source which arises by all the factors at low cost can be implement | achieved.
以下に示す各実施形態において、第1の偏光は、プリズム7(基板)―金属膜8界面の法線と、光ビーム3の光軸を含む面とを入射面としたとき、該入射面に対して垂直な偏光方向、すなわちs偏光であり、第2の偏光は、上記入射面に対して平行な偏光方向、すなわちp偏光である。
In each of the embodiments described below, the first polarized light is incident on the incident surface when the normal of the prism 7 (substrate) -
〔実施の形態1〕
本発明の一実施形態について図1〜図9に基づいて説明すると以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1は、本実施の形態に係る表面プラズモンセンサー1の概要を示している。 FIG. 1 shows an outline of a surface plasmon sensor 1 according to the present embodiment.
表面プラズモンセンサー1は、光源2、コリメートレンズ4、偏光方向選択素子5(分割手段、偏光方向選択手段)、集光レンズ6、プリズム7、金属膜8、レンズ9、レンズ10、APC(Automatic power control)モニター11、光検出器12、図示しないAPC回路部13、光源駆動回路14、算出回路15、およびモニター16を備えている。なお、APC回路部13は、光源駆動回路14内に備えられている。
The surface plasmon sensor 1 includes a light source 2, a collimating lens 4, a polarization direction selection element 5 (dividing means, polarization direction selection means), a condenser lens 6, a
光源2は、金属膜8に光ビーム3を入射させ、表面プラズモンを励起するためのものであり、半導体レーザまたは発光ダイオードなどが用いられ、光源駆動回路14で駆動される。光源2から出射する光ビーム3が多くの波長を含むと、各波長において表面プラズモンの励起条件が異なるため、金属膜8での光ビーム3の反射光の入射角依存性が異なり、分析が複雑になる。よって、光源2は、波長域が狭いことが望ましい。なお、光源2から出射される光ビーム3の偏光方向は、第1の偏光のみの場合、第2の偏光のみの場合、もしくは第1の偏光と第2の偏光とを含む場合が存在する。
The light source 2 is for making the
コリメートレンズ4は、光源2から出射される光ビーム3を平行光にするためのものである。光ビーム3を平行光として偏光方向選択素子5に入射させることで、偏光方向選択素子5による光ビーム3の偏光方向の選択が、光ビーム3のどの光線(ライン)に対しても同様に行われるようにすることができる。さらに、光ビーム3を平行光とすることで、集光レンズ6において、性能よく光ビーム3を集光することができる。なお、コリメートレンズ4の焦点距離が短いほど、光源2から出射された光ビーム3の利用効率が上がる。
The collimating lens 4 is for making the
偏光方向選択素子5は、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割するとともに、偏光方向を選択するためのものである。λ/2板、液晶ディスプレイで用いられているネマティック液晶などの液晶素子、偏光板、または偏光子を単体、もしくは組み合わせて用いられる。これにより、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割できるとともに、モニター領域3Aの光ビーム3の偏光方向を第1の偏光、測定領域3Bの光ビーム3の偏光方向を第2の偏光および第1の偏光のいずれかに選択することができる。なお、λ/2板およびλ/4板の各λは、入射光の波長である。
The polarization
集光レンズ6は、光ビーム3を集光することにより、光ビーム3が金属膜8へ様々な入射角で入射するようにしている。平凸レンズなどの全方位を集光するレンズでもよいし、シリンドリカルレンズなどの一方向のみ集光するレンズでもよい。上記全方位を集光するレンズの場合は、金属膜8への入射角が複雑であるが、照射面積を小さくすることができ、局所的な情報を得ることができる。一方、上記一方向のみ集光するレンズの場合は、集光しない方向は元のビームサイズのままであるため、金属膜8への入射角が、集光した方向にのみ依存するため、解析が容易となる。また、照射面積を大きくでき、全体的な情報を得ることができる。上記入射角の角度範囲は、レンズの開口数で決まるが、金属膜8に試料が接している場合は、表面プラズモンが励起されるように決定する必要がある。さらに、上記入射角の範囲を、すべての光ビーム3が全反射するような範囲にすることも好ましい。
The condensing lens 6 condenses the
プリズム7は、金属膜8表面に、表面プラズモンを励起するための誘電体基板である。表面プラズモンを励起するために適切な入射角は、多くの場合45度近辺であり、通常、平行基板にそのまま光ビーム3を入射しても、上記入射角で入射させることができないため、プリズム7が用いられる。プリズム7は、図1では三角プリズムであるが、半円柱型プリズムも代表的に使われる。半円柱型プリズムの場合は、中心に向かって光ビーム3を入射すると、プリズムの入射面への入射角と、金属膜8への入射角とが等しいため、入射角を換算する必要がない。一方、三角プリズム7の場合は、入射面での屈折により、プリズム7への入射角と金属膜8への入射角とが異なるが、半円柱型プリズムに比べ、安価である。しかし、金属膜8に適切な角度で入射できればよいため、他の形状でもよい。材質は、ガラスや樹脂が代表的に使われるが、光源2の波長を透過し、表面プラズモンを励起できればよいため、これに限らない。
The
金属膜8は、表面プラズモンを発生させるためのもので、酸化しにくいという耐久性と、表面プラズモンの励起効率の良さとから、金が最も好ましい。しかしながら、銀、銅、アルミニウム、または白金など、表面プラズモンが励起される金属もしくは合金であればよい。その膜厚は、上記非特許文献1により、光源2の波長、プリズム7の材質などから決まり、通常、数10nm程度である。プリズム7に、スパッタリングまたは蒸着させて形成する。もしくは、プリズム7と同程度の屈折率の基板に、スパッタリングまたは蒸着させ、上記基板をプリズム7上に、インデックスマッチング剤をはさんで載せてもよい。インデックスマッチング剤は、市販されている液体やジェルなどでもよいし、UV硬化樹脂でもよい。ただし、上記基板が傾くと、入射角の誤差を生じるため、固定しておく必要がある。また、金属膜8表面にさらに別の層を設け、特定の分子を検出する構成としてもよい。また、上記基板またはプリズム7との密着性の向上や、金属膜8の面精度を上げるために、上記基板またはプリズム7と金属膜8との間に下地層を設けてもよい。さらに、金属膜8は、他の金属膜と差し替え可能である。これにより、1つの装置で多種の検出が可能になる。すなわち、別の材料および膜厚の金属膜に取り替えることにより、感度や測定範囲を変えることができる。また、金属膜8の表面に特定の分子のみを吸着させる層を設ければ、金属層ごと取り替えることにより、検出する特定の分子を替えることもできる。
The
レンズ9、10は、プリズム7―金属膜8界面で反射した光ビーム3の測定領域3Bを光検出器12へ、反射した光ビーム3のモニター領域3AをAPCモニター11へ、それぞれ集光させて入射させるためのものである。なお、反射した光ビーム3の測定領域3Bとモニター領域3Aとを、全て光検出器12に入射させる構成の場合は、必要ない。
The
APCモニター11は、プリズム7―金属膜8界面で反射した光ビーム3のモニター領域3Aの反射光強度を検出するためのものである。
The APC monitor 11 is for detecting the reflected light intensity of the
光検出器12は、プリズム7―金属膜8界面で反射した光ビーム3の測定領域3Bが第1の偏光の場合と、第2の偏光の場合との反射光強度を検出するためのものである。CCDまたはCMOS、もしくはアレイ状検出器で反射光を一度に取り込むのがよい。特に、CCDまたはCMOSを用いれば、光ビーム3のモニター領域3Aと測定領域3Bとを使用者が認識できるとともに、測定領域3B内の光ビーム3のどの光線を測定に用いるかを決めることができる。
The
APC回路部13は、APCモニター11で検出した光ビーム3のモニター領域3Aの反射光強度と、光源駆動回路14への使用者の出射光強度の設定から定まる目標値との差に基づいて、光源2の出射光量の変動を検出し、この差を光源駆動回路14へフィードバックすることによって、光ビーム3の強度を安定させるためのものである。
The
光源駆動回路14は、光源2を駆動するためのものであり、電源から電圧の供給を受けて、光源2に電流を流し、使用者の設定に対応した出射光強度で駆動する。上記使用者の設定からAPC回路部13の目標値が決まる。なお、光源2の破壊を防ぐために、光源2に流す電流値に上限値を設けておくことが好ましい。
The light
算出回路15は、光検出器12の測定結果から真の反射率を算出するものである。算出回路15は、LSIやICなどの半導体チップ、または、これらを複合化したコンピュータなどを用いればよい。
The
モニター16は、算出回路15に記憶された測定結果、該測定結果から算出した真の反射率、または真の反射率から判断した試料の濃度などの結果を可視化する装置である。CRTや液晶ディスプレイ等でよい。
The
次に、表面プラズモンセンサー1の動作の流れを説明する。 Next, the operation flow of the surface plasmon sensor 1 will be described.
まず、光源2から出射される光ビーム3は、コリメートレンズ4で平行光とされ、偏光方向選択素子5へ入射する。該偏光方向選択素子5により、第1の偏光のモニター領域3Aと、第2の偏光または第1の偏光を選択する測定領域3Bとに分けられ、集光レンズ6により、様々な入射角を有し、プリズム7を介して金属膜8に入射する。
First, the
その反射光は、レンズ9、10を介して、モニター領域3AがAPCモニター11へ、測定領域3Bが光検出器12へ、それぞれ集光される。APCモニター11は、モニター領域3Aの反射光強度を検出し、その検出結果に基づいて、APC回路部13が、光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる。光検出器12は、偏光方向選択素子5により、測定領域3Bが、第2の偏光に選択された場合と、第1の偏光に選択された場合との反射光強度の入射角依存性の測定を行い、算出回路15で、上記測定結果を比較することにより真の反射率を算出し、モニター16に表示する。
The reflected light is condensed through the
なお、試料は、例えば図8に示す試料17のような液滴もしくは固体であれば、金属膜8上に載せ、図9の17´のような液体であれば、フローセル18を用いて流せばよいが、これに限らない。
If the sample is, for example, a droplet or solid like the
また、上記のように、APCモニター11と光検出器12とを別に設けて、モニター領域3AをAPCモニター11、測定領域3Bを光検出器12で検出する構成としてもよいが、実際には光検出器12がAPCモニター11も兼ね、全領域を検出し、そのうちモニター領域3Aの検出強度を示す信号をAPC回路部13へ与える構成としてもよい。
Further, as described above, the APC monitor 11 and the
次に、上記動作について、詳細に説明する。 Next, the above operation will be described in detail.
まず、偏光方向選択素子5により、光ビーム3をモニター領域3Aと、測定領域3Bとに分割する分割方法について、さらに、算出回路15で真の反射率を求めるために、測定領域3Bを第2の偏光または第1の偏光に選択する選択方法について、光ビーム3が第1の偏光のみの場合、第2の偏光のみの場合、第1の偏光および第2の偏光を含む場合のそれぞれについて説明する。
First, regarding the splitting method in which the
始めに、偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第1の偏光のみの場合について、偏光方向選択素子5として、λ/2板、または液晶素子を用いる場合について説明する。
First, a case where a λ / 2 plate or a liquid crystal element is used as the polarization
まず、偏光方向選択素子5として上記λ/2板を用いる場合の上記分割方法および上記測定方法を図2〜図5を用いて示す。なお、図2および図3は、偏光方向選択素子5が円形の場合であり、図4および図5は、偏光方向選択素子5が矩形の場合である。また、図中の矢印は、光ビーム3が第2の偏光の場合の偏光方向を示すものである。
First, the dividing method and the measuring method when the λ / 2 plate is used as the polarization
図2は、偏光方向選択素子5が、偏光方向に平行な方向の光ビーム3の直径D(一点鎖線)を含むように設置され、かつ、偏光方向選択素子5の中心と光ビーム3の中心とが一致していない場合を示している。この場合、偏光方向選択素子5の直径は、光ビーム3の直径よりも大きくなる。
図3は、光ビーム3の中心と偏光方向選択素子5の中心とが一致するように設置されている場合を示している。この場合、偏光方向選択素子5の直径は光ビーム3の直径よりも小さくなる。
FIG. 2 shows that the polarization
FIG. 3 shows a case where the center of the
図4は、偏光方向選択素子5が、光ビーム3の直径Dを含むように設置され、かつ、偏光方向選択素子5の中心と光ビーム3の中心とが一致していない場合を示している。この場合、図2と同様に、偏光方向選択素子5の大きさは、光ビーム3の直径よりも大きくなる。
FIG. 4 shows a case where the polarization
図5は、光ビーム3の中心と偏光方向選択素子5の中心とが一致するように設置されている場合を示している。この場合、偏光方向選択素子5は長方形であり、該長方形の短辺の長さは光ビーム3の直径よりも小さい。なお、図5において、偏光方向選択素子5は長方形となっているが、これに限らず、正方形でもよい。
FIG. 5 shows a case where the center of the
上記分割方法は、上記λ/2板をプリズム7―金属膜8界面に対して入射側に設置し、上記λ/2板を通過しない光ビーム3をモニター領域3A、上記λ/2板を通過する光ビーム3を測定領域3Bとすればよい。さすれば、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割することができる。
In the dividing method, the λ / 2 plate is placed on the incident side with respect to the prism 7-
ここで、上記のような構成で光ビーム3の分割を行う場合の偏光方向選択素子5の設置について述べる。すなわち、図2および図4に示すように、偏光方向選択素子5は、偏光方向選択素子5内に、光ビーム3の直径Dを含むように設置することが好ましい。上記のように偏光方向選択素子5を設置することで、集光レンズ6によって発生する光ビーム3の様々な入射角の範囲を狭めずにすむ。なお、この場合、偏光方向選択素子5の大きさは、光ビーム3の直径Dを含むことができる大きさであればよいため、光学系の大型化を防ぐためにも、より小さいほうがよい。
Here, the installation of the polarization
また、図3および図5に示すように、光ビーム3の中心と偏光方向選択素子5の中心とが、一致するように設置してもよい。このように偏光方向選択素子5を設置すれば、光学系の大型化を防ぐことができる。
Further, as shown in FIGS. 3 and 5, the center of the
次に、上記選択方法は、測定領域3Bにおいて、上記λ/2板を回転、もしくは抜き差しすることで、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択するようにすればよい。
Next, in the selection method, the
詳細に説明すると、まず、上記λ/2板を回転させる場合は、例えば、上記λ/2板の、ある領域を光ビーム3が通過した時に、光ビーム3が第1の偏光から第2の偏光に変わるように設定すればよい。さすれば、例えば、回転前が第1の偏光、回転後が第2の偏光となり、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択できる。
More specifically, when the λ / 2 plate is rotated, for example, when the
また、上記λ/2板を抜き差しする場合は、例えば、上記λ/2板を差しこんだ時に、光ビーム3が第1の偏光から第2の偏光に変わるように設定すればよい。さすれば、上記λ/2板を回転させる場合と同様に、差しこみ前が第1の偏光、差しこみ後が第2の偏光となり、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択できる。
Further, when the λ / 2 plate is inserted and removed, for example, when the λ / 2 plate is inserted, the
なお、上記λ/2板を回転させる場合は、上記λ/2板の回転軸と光学系の光軸とが平行でなければ、第2の偏光と第1の偏光とで光路がずれてしまい、算出回路15で真の反射率を求めるときに、誤差を生じてしまう。そこで、上記λ/2板を回転させる場合は、上記λ/2板の回転軸と光学系の光軸とが平行になるように、すなわち、光ビーム3が通る上記λ/2板内の上記領域が変わらないように設置することが重要である。
When the λ / 2 plate is rotated, if the rotation axis of the λ / 2 plate and the optical axis of the optical system are not parallel, the optical path is shifted between the second polarized light and the first polarized light. When the true reflectance is obtained by the
また、上記λ/2板を抜き差しする場合も同様に、上記λ/2板の光軸を光学系の光軸に平行にすることが重要であるが、上記λ/2板を差し込んでいる時、上記λ/2板の透過率分だけ金属膜8に入射される光ビーム3の入射光量が変化するため、算出回路15で補正することが好ましい。
Similarly, when inserting / removing the λ / 2 plate, it is important that the optical axis of the λ / 2 plate is parallel to the optical axis of the optical system. Since the amount of incident light of the
次に、偏光方向選択素子5として上記液晶素子を用いる場合の上記分割方法および上記測定方法を示す。
Next, the division method and the measurement method when the liquid crystal element is used as the polarization
上記分割方法は、上記λ/2板を用いる場合と同様に行えばよい。 The dividing method may be performed in the same manner as in the case of using the λ / 2 plate.
また、上記液晶素子を用いる場合は、上記λ/2板を用いる場合と同様な方法で分割するだけでなく、上記液晶素子をプリズム7―金属膜8界面に対して入射側に設置し、光ビーム3全体を上記液晶素子に通過させ、上記液晶素子内の第1領域を通過する光ビーム3をモニター領域3A、上記液晶素子内の第2領域を通過する光ビーム3を測定領域3Bとすることにより、光ビーム3を分割することもできる。
When the liquid crystal element is used, the liquid crystal element is not only divided in the same manner as when the λ / 2 plate is used, but the liquid crystal element is disposed on the incident side with respect to the prism 7-
ここで、上記第1領域および上記第2領域の設定について説明する。 Here, the setting of the first area and the second area will be described.
上記第1領域および上記第2領域の設定は、上記液晶素子に電圧を印加する(以下、ON)、もしくは印加しない(以下、OFF)時に第1の偏光を第2の偏光に変えて透過させるようにすればよい。以下、OFF時に第1の偏光を第2の偏光に変え、ON時に第1の偏光をそのままの偏光状態で透過させる場合を例として説明する。 The first region and the second region are set by transmitting the first polarized light to the second polarized light when a voltage is applied to the liquid crystal element (hereinafter referred to as ON) or not applied (hereinafter referred to as OFF). What should I do? Hereinafter, an example will be described in which the first polarized light is changed to the second polarized light at the time of OFF, and the first polarized light is transmitted as it is at the time of ON.
まず、上記第1領域は、常に電圧をONとすればよい。その結果、入射される光ビーム3を第1の偏光、すなわちモニター領域3Aとすることができる。同様に、上記第2領域は、電圧をOFFとすればよい。その結果、入射される光ビーム3を第2の偏光、すなわち測定領域3Bとすることができる。なお、上記第2領域は、測定領域3Bを第2の偏光と第1の偏光とに選択するために(後述)、電圧をON・OFFできるようにしておく。このように、上記第1領域および上記第2領域を設定することで、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割することができる。
First, the voltage may be always turned on in the first region. As a result, the
次に、上記選択方法は、上記第2領域の電圧をON・OFFさせることにより、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択するようにすればよい。すなわち、上記第2領域の電圧をONとした時、測定領域3Bは第1の偏光のままである。一方、上記第2領域の電圧をOFFとした時、測定領域3Bは第1の偏光から第2の偏光に変わる。このようにして、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択することができる。
Next, in the selection method, the
以上から明らかなように、上記液晶素子を用いて光ビーム3の選択(分割)を行う場合、上記λ/2板を用いる場合と比べて、測定領域3Bの第2の偏光と第1の偏光とを選択することによる光路ずれが起こらない。その結果、上記λ/2板を用いる場合に行う各種の補正が必要ないため、調整用ジグなどが必要なく、偏光方向選択素子5の小型化が可能である。
As is clear from the above, when the
次に、偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第2の偏光のみの場合について、上述した偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第1の偏光のみの場合と同様に、偏光方向選択素子5として上記λ/2板、または上記液晶素子を用いる場合について説明する。
Next, in the case where the
まず、偏光方向選択素子5として上記λ/2板を用いる場合の上記分割方法および上記測定方法を示す。
First, the dividing method and the measuring method when the λ / 2 plate is used as the polarization
上記分割方法は、2枚の上記λ/2板をプリズム7―金属膜8界面に対して入射側に設置し、光ビーム3全体を上記2枚のλ/2板に通過させ、一方の上記λ/2板(第1領域)を通過する光ビーム3をモニター領域3A、他方の上記λ/2板(第2領域)を通過する光ビーム3を測定領域3Bとすることにより、光ビーム3を分割することができる。なお、上記選択方法は、他方の上記λ/2板を回転、もしくは抜き差しすることで、測定領域3Bを第1の偏光または第2の偏光に選択することができる。
In the dividing method, the two λ / 2 plates are placed on the incident side with respect to the prism 7-
また、上記液晶素子を用いる場合は、偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3がs偏光のみの場合と同様に行えばよく、上記液晶素子に印加する電圧がON、もしくはOFF時に第2の偏光を第1の偏光に変えて透過させるようにすればよい。
Further, when the liquid crystal element is used, the
以上のように、偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第2の偏光のみの場合は、偏光方向選択素子5に上記液晶素子を用いるほうが、より簡単に光ビーム3の分割および選択を行うことができる。また、偏光方向選択素子5に光ビーム3が入射する前に、予め、光ビーム3を第1の偏光のみにしておいてもよい。
As described above, when the
最後に、偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第1の偏光と第2の偏光とを含む場合について説明する。この場合は、偏光方向選択素子5として、上記λ/2板および上記液晶素子を採用できないため、偏光板や偏光子を用いる。
Finally, the case where the
上記分割方法および上記選択方法は、上述した偏光方向選択素子5に入射する光ビーム3が第2の偏光のみで、偏光方向選択素子5として上記λ/2板を用いる場合と同様に行えばよい。
The splitting method and the selection method may be performed in the same manner as in the case where the
なお、この場合、光源2には、LEDなどの無偏光の光源を用いる。逆に、LDなどの直線偏光の光源を用いる場合には、偏光方向の調整が必要ない。ただし、第1の偏光と第2の偏光との割合をあらかじめ測定し、真の反射率を算出するときに、算出回路15によって補正するのが好ましい。また、この場合、偏光方向選択素子5をプリズム7―金属膜8界面に対して入射側または出射側の光ビーム3に設置することができる。
In this case, the light source 2 is a non-polarized light source such as an LED. Conversely, when a linearly polarized light source such as an LD is used, it is not necessary to adjust the polarization direction. However, it is preferable to correct by the
以上、偏光方向選択素子5により、光ビーム3をモニター領域3Aと、測定領域3Bとに分割する分割方法について、さらに、算出回路15で真の反射率を求めるために、測定領域3Bを第2の偏光または第1の偏光に選択する選択方法について説明したが、上記の構成に限られるわけではない。
As described above, with respect to the dividing method of dividing the
また、上記各種の選択方法のように、測定領域3Bの選択を行うことで、試料の測定時以外は、光ビーム3が金属膜8に第1の偏光で入射することとなる。そのため、表面プラズモンが励起されず、試料に与える熱量が少なくなるため、試料を傷めにくい。
Further, by selecting the
さらに、上記各種の分割方法について、測定領域3Bが光ビーム3の強度分布の中心を含むように分割されることが好ましい。また、偏光方向選択素子5の設置について、偏光方向選択素子5の設置方法により、モニター領域3Aと測定領域3Bとの間に遮光部分ができてもかまわない。
Further, with respect to the above-described various division methods, the
次に、APCモニター11およびAPC回路部13を用いて、光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる方法について、図6を用いて説明する。図6は、APC回路部13を内蔵した光源駆動回路14の回路図であり、点線部が、APC回路部13である。
Next, a method for stabilizing the intensity of the
ここでは、光源2の駆動電流が一定であるにもかかわらず、温度変化などにより、光源2から出射される光ビーム3の強度が低下した場合について説明する。なお、APC回路部13は、光源2の上記駆動電流が使用者により設定されると、可変抵抗R1の抵抗値が決定され、APC回路部13の目標値が定まる構成である。
Here, a case will be described in which the intensity of the
まず、光源2から出射された光ビーム3は、コリメートレンズ4で平行光とされ、偏光方向選択素子5にてモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割され、集光レンズ6、プリズム7を介して金属膜8へ入射する。そして、金属膜8で反射した光ビーム3のモニター領域3Aの強度が、APCモニター11にて検出される。なお、上記温度変化により、モニター領域3Aの強度が低下しているため、APCモニター11にて検出される強度も、上記目標値より低いものとなる。
First, the
そして、APC回路部13の差動増幅器により、APCモニター11のモニター領域3Aの強度の検出値と上記目標値とを比較し、上記目標値との差が、光源駆動回路14のトランジスタを介してフィードバックされ、上記目標値となるまで光源2の駆動電流が上げられ、光ビーム3の強度が補正される。なお、モニター領域3Aの強度と上記目標値との差は1/100以内に抑えられれば十分である。また、光源駆動回路14の経時変化も、同様の方法で補正できる。
Then, the detected value of the intensity of the
このように、従来に比べ、少ない部品数で、温度や湿度変化のみならず、光源駆動回路14の経時変化や光路の影響など、全ての要因に対応した光源2の補正を行うことができ、常に同じ強度の光ビーム3を金属膜8に入射することができる。なお、APC回路部13が光源駆動回路14より先に動作すると、光源2からの光ビーム3が、APCモニター11に入射していないため、APC回路部13は、光源駆動回路14に対して最高電圧で駆動する指令を送ってしまい、光源2に急に最高電圧がかかり、損傷してしまう。そのため、APC回路部13は、光源駆動回路14と同時、または後から動作することが好ましい。
As described above, the light source 2 can be corrected with a small number of components and corresponding to all factors such as a change with time of the light
次に、光検出器12および算出回路15により、真の反射率が算出される算出方法について図7を用いて説明する。
Next, a calculation method for calculating the true reflectance by the
図7は、光検出器12で検出される光ビーム3の測定領域3Bの反射光強度から1ラインを取り出し、その入射角依存性を示したグラフである。また、図7は、算出回路15の算出結果も示している。なお、ここでは、偏光方向選択素子5はプリズム7―金属膜8界面に対して入射側に設けている。
FIG. 7 is a graph showing the incident angle dependency of one line extracted from the reflected light intensity of the
まず、第1の行程として、偏光方向選択素子5により、光検出器12で検出される光ビーム3の反射光を第1の偏光とする。すなわち、測定領域3Bを第1の偏光とする。その強度分布は、図のaのように、ガウス分布となるが、レンズやプリズム7などの光学部品に付着したゴミなどで、不均一な強度分布となる。第1の偏光は、表面プラズモンを励起しないため、第1の偏光の反射光強度分布は、光ビーム3の強度分布そのものと考えられる。よって、これを基に、各入射角の入射光量を規格化することができる。また、別の測定時と比較して、APCモニター11により、光ビーム3の強度変動が起きていないことを確認することもできる。
First, as the first step, the reflected light of the
次に、第2の行程として、金属膜8表面に試料を載せ、偏光方向選択素子5により光検出器12で検出される光ビーム3を第2の偏光とする。すなわち、測定領域3Bを第2の偏光とする。第2の偏光は、ある入射角で金属膜8表面に表面プラズモンを励起するため、図のbのように、表面プラズモンの励起された角度で鋭い吸収が起きた強度分布が光検出器12で検出される。なお、上記第1の行程と上記第2の行程とは、どちらを先に行ってもよい。
Next, as a second step, a sample is placed on the surface of the
最後に、第3の行程として、算出回路15により、上記第1の行程の結果と上記第2の行程の結果とから反射率が最小となる光ビーム3の入射角やこの幅を求める。前述したAPCモニター11およびAPC回路部13により、光源2から出射される光ビーム3の強度が補正されているため、第2の偏光と第1の偏光との測定時の入射強度が変わらない。よって、算出回路15による算出は単純に、上記第1の行程の結果と上記第2の行程との比または差を取ればよい。この算出結果が、図のcであり、図のaのガウス分布やゴミなどの不均一さを除くことができる。ただし、第2の偏光と第1の偏光との強度比が異なる場合は、これを補正することが好ましい。また、第2の偏光と第1の偏光とで透過する素子の数が違う場合などは、透過率などで補正すればよい。
Finally, as the third step, the
以上、算出回路15により求められた上記入射角を用いて、試料の真の反射率を求めることができる。その結果、屈折率を求めることができ、物質の検知を行うことができる。また、規定物質の濃度を測定する場合には、予め、各濃度に対する上記入射角の関係を測定しておけば、濃度を容易に求めることができる。さらに、真の反射率から上記入射角を自動算出する構成としてもよい。
As described above, the true reflectance of the sample can be obtained using the incident angle obtained by the
なお、別途、金属膜8表面に試料を載せずに、光ビーム3を第2の偏光として測定し、上記算出結果と上記第1の行程の結果とから、試料がない場合の反射率強度分布が得られ、試料がある場合と比較する構成としてもよい。
Separately, the
また、プリズム7―金属膜8界面に対して、反射側の光路に偏光方向選択素子5を設置してもよい。この場合、光ビーム3は、第2の偏光と第1の偏光とを含む場合のみである。上記第1の行程〜上記第3の行程は、上述したプリズム7―金属膜8界面に対して入射側の光路に偏光方向選択素子5を設置する場合と同様に行えばよい。
Further, the polarization
上記の構成を有する表面プラズモンセンサー1は、光源2の温度変化や経時変化のみならず、光源駆動回路14の温度変化などの従来の表面プラズモンセンサーでは対応できていなかった要因による光源2の強度変動にも対応することができる。また、モニター領域3Aと測定領域3Bとが同じ光路を通るため、上記の要因に加え、光路上の影響にも対応可能である。また、従来に比べて、部品点数を少なくすることができ、低コストとすることができる。
The surface plasmon sensor 1 having the above-described configuration is not only a change in temperature of the light source 2 and a change with time, but also an intensity fluctuation of the light source 2 due to factors that cannot be dealt with by a conventional surface plasmon sensor such as a temperature change of the light
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施形態について、図10を用いて説明すると以下の通りである。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention is described below with reference to FIG.
図10は、本実施の形態2に係る表面プラズモンセンサー2の動作の概要を示している。なお、表面プラズモンセンサー2は、上記実施の形態1で示した表面プラズモンセンサー1と同様の構成であるため、以下、表面プラズモンセンサー1と異なる部分についてのみ説明する。 FIG. 10 shows an outline of the operation of the surface plasmon sensor 2 according to the second embodiment. Since the surface plasmon sensor 2 has the same configuration as the surface plasmon sensor 1 shown in the first embodiment, only the parts different from the surface plasmon sensor 1 will be described below.
表面プラズモンセンサー2は、偏光方向選択素子5(偏光方向選択手段)が、光ビーム3の全体の偏光方向を選択するように設置される(以下、表面プラズモンセンサー1の偏光方向選択素子5と差別化して、偏光方向選択素子5Aと記載)。そして、表面プラズモンセンサー2は、試料の測定時には、光ビーム3を第2の偏光に選択し、APC回路部13をOFFとして、上記試料の測定を行い、光源2の強度の補正時には、上記測定の前後、または上記測定中の適当なタイミング(時間間隔)で、光ビーム3を第1の偏光とし、APC回路部13をONとして、光源2の強度を補正する構成である。
The surface plasmon sensor 2 is installed such that the polarization direction selection element 5 (polarization direction selection means) selects the entire polarization direction of the light beam 3 (hereinafter, different from the polarization
偏光方向選択素子5Aの制御は、操作回路を設けてもよいし、測定者が動かしてもよい。光源2の強度の補正方法、真の反射率の算出方法、および光ビーム3の偏光方向の選択は、上記実施の形態1と同様である。
Control of the polarization
なお、光ビーム3を第1の偏光とする回数が多く、上記時間間隔が長いと、より正確に光源2の強度を補正できるが、測定データの欠落が多くなる。よって、上記試料の反応の時間変化を測定するのではなく、平衡状態になった結果を測定する場合に用いるのがよい。平衡状態であれば、光ビーム3を第1の偏光にしておき、光源2の強度が一定になった時点で偏光方向選択素子5Aを制御し、光ビーム3を第2の偏光として測定すればよい。また、測定の前後で第1の偏光の強度を検出し、これらから測定時の強度を概算して補正してもよい。
Note that if the number of times of making the
APCモニター11は、光検出器12で代用でき、偏光方向選択素子5Aは、プリズム7―金属膜8界面に対して、入射側に設置し、λ/2板や液晶素子を用いればよい。
The APC monitor 11 can be replaced by the
上記のような構成を有することで、表面プラズモンセンサー2は、光源2の温度変化および経時変化、光源駆動回路14の温度変化、さらに光路上の影響など、あらゆる要因により生じていた光源2の強度変化および光強度の不均一分布の補正を低コストで行える。また、表面プラズモンセンサー1のように光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分ける必要がないため、その行程を省くことができる。
By having the configuration as described above, the surface plasmon sensor 2 has the intensity of the light source 2 caused by all factors such as temperature change and temporal change of the light source 2, temperature change of the light
〔実施の形態3〕
本発明の他の実施形態について、図11および図12に基づいて説明すると以下の通りである。
[Embodiment 3]
Another embodiment of the present invention is described below with reference to FIGS. 11 and 12.
図11は、本実施の形態3に係る表面プラズモンセンサー3の構成を示している。表面プラズモンセンサー3は、上記実施の形態2に係る表面プラズモンセンサー2の具体的な構成例である。なお、図1に示す表面プラズモンセンサー1の部材と同一の符号を付した部材は、特に説明しない限り同一の機能を有するものとし、その説明を省略する。また、光源2の強度の補正方法、真の反射率の算出方法、および光ビーム3の偏光方向の選択は、表面プラズモンセンサー1と同様であるため、省略する。
FIG. 11 shows the configuration of the
ところで、表面プラズモンセンサー2は、以下に示すような問題を有している。具体的に説明すると、表面プラズモンセンサー2は、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割しないため、光ビーム3が第1の偏光の場合と第2の偏光の場合とを同時に作り出すことができない。このため、光ビーム3を第2の偏光としている間は、光源2の制御を行うことができないという問題を有していた。表面プラズモンセンサー3は、この問題を解決したものであり、すなわち、光ビーム3を第2の偏光としている間(試料の測定時)であっても、光源2の強度の補正を行うことができる。以下、詳細に説明する。
Incidentally, the surface plasmon sensor 2 has the following problems. More specifically, since the surface plasmon sensor 2 does not split the
図示のように、表面プラズモンセンサー3は、表面プラズモンセンサー1の構成に、メモリ20(記憶手段)、制御回路21(制御手段)、および操作回路22を備えた構成である。
As shown in the figure, the
偏光方向選択素子5Aは、光ビーム3の全体の偏光方向を選択するように設置され、表面プラズモンセンサー1とは異なり、光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分割しない。光検出器12は、プリズム7―金属膜8界面で反射した光ビーム3が第1の偏光の場合と、第2の偏光の場合との光強度分布を検出する。
The polarization
メモリ20は、光検出器12の検出結果を記憶するものであり、光検出器12の全検出結果を記憶しておくものであってもよいし、光ビーム3が第1の偏光の場合の検出結果(第1の検出結果)のみを記憶しておくものであってもよい。
The
制御回路21は、光ビーム3が偏光方向選択素子5Aによりどの偏光方向に選択されているかを判断し、第1の偏光の場合は、そのときの光検出器12の第1の検出結果を、第2の偏光の場合は、メモリ20に格納された光検出器12の第1の検出結果を、APC回路部13にそれぞれ入力する。なお、第2の偏光の場合において、光ビーム3がAPC回路部13に入力する第1の検出結果は、直前に格納された検出結果を用いてもよいし、それまでに格納された検出結果の平均を用いてもよいし、それまでに格納された検出結果から傾向を出したものでもよい。
The
また、制御回路21は、光ビーム3の偏光方向を判断後、所定時間経過すると、現状の偏光方向から他の偏光方向を選択するように、操作回路22または測定者へ指示を出してもよい。より具体的には、光ビーム3の偏光方向が第1の偏光であると判断した後、所定時間経過すると、第2の偏光を選択するように、操作回路22または測定者へ指示を出してもよい。
The
操作回路22は、制御回路21の指示に基づいて、偏光方向選択素子5Aを制御するものである。操作回路22は、必ず設ける必要はなく、設けない場合は、測定者に偏光方向選択素子5Aを制御させればよい。この場合、例えば、制御回路21は、測定者に偏光方向選択素子5Aを制御させるための指示をモニタ16に表示するように指示し、この表示によって、測定者に偏光方向選択素子5Aを制御させる構成とすればよい。
The
また、操作回路22は、制御回路21の指示を受けることなく、偏光方向選択素子5Aを制御するものであってもよい。例えば、偏光方向選択素子5Aを制御後、所定時間経過した後、偏光方向選択素子5Aを再び制御するものであってもよい。測定者においても、同様である。
Further, the
次に、表面プラズモンセンサー3の動作を説明する。なお、ここでは、偏光方向選択素子5Aが、初期状態として、光ビーム3を第1の偏光とするように制御されているとする。
Next, the operation of the
光源2から出射される光ビーム3は、コリメートレンズ4で平行光とされ、偏光方向選択素子5Aへ入射する。該偏光方向選択素子5Aにより、光ビーム3が第1の偏光に選択され、集光レンズ6により、様々な入射角を有し、プリズム7を介して金属膜8に入射する。
The
その反射光は、レンズ9、10を介して、光検出器12へ集光される。制御回路21は、光ビーム3が第1の偏光であると判断し、光検出器12が検出した第1の検出結果をAPC回路部13に入力させ、これにより光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる。そして、光検出器12の第1の検出結果は、メモリ20に格納される。
The reflected light is condensed on the
その後、制御回路21は、操作回路22を制御し、光ビーム3を第2の偏光に選択させる。これにより、試料の測定が行われる。そして、制御回路21は、光ビーム3が第2の偏光であると判断し、メモリ20に格納された第1の検出結果をAPC回路部13に入力し、光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる。
Thereafter, the
次に、表面プラズモンセンサー3の構成および動作をより具体的に説明する。
Next, the configuration and operation of the
図12は、本実施形態におけるAPC回路部13(以下、APC回路部13Aと記載)の構成を示している。
FIG. 12 shows a configuration of the APC circuit unit 13 (hereinafter referred to as
APC回路部13Aは、図示のように、APC回路部13の構成に、スイッチSWを備えている。スイッチSWの端子SW1は、メモリ20に接続され、端子スイッチSW2は、光検出器12に接続され、端子スイッチSW3は、APC回路部13Aの差動増幅器に接続されている。スイッチSWは、制御回路21により制御される。
The
すなわち、上述の動作説明において、制御回路21は、光ビーム3が第1の偏光であると判断した場合には、スイッチSWを制御し、端子SW2と端子SW3とを接続させ、APC回路部13Aを動作させる。また、制御回路21は、光ビーム3が第2の偏光であると判断した場合には、スイッチSWを制御し、端子SW1と端子SW3とを接続させると共に、メモリ20を制御して、記憶されている第1の検出結果をAPC回路部13Aに入力し、APC回路部13Aを動作させる。
That is, in the above description of the operation, when the
以上のような構成を有することにより、表面プラズモンセンサー3は、光源2の温度変化および経時変化、光源駆動回路14の温度変化、さらに光路上の影響など、あらゆる要因により生じていた光源2の強度変化および光強度の不均一分布の補正を低コストで行える。また、表面プラズモンセンサー1のように光ビーム3をモニター領域3Aと測定領域3Bとに分ける必要がないため、その分割行程を省くことができ、光ビーム3全体を測定領域とすることができる。さらに、表面プラズモンセンサー2とは異なり、試料の測定時であっても、光源2の強度の補正を行うことができ、より正確な試料の測定が可能である。
By having the configuration as described above, the
なお、光ビーム3が第2の偏光である時間が長いと、光源2の正確な制御が行えないため、制御回路21を、ある時間間隔ごとに第1の偏光と第2の偏光とを切り替える構成としてもよい。また、第2の偏光の場合に、APC回路部13Aを動作させずに、直前の電流・電圧値で光源駆動回路14を駆動する構成としてもよい。また、メモリ20は、表面プラズモンセンサー3に必ず設けられている必要はなく、後述のような記録媒体で代替可能である。また、表面プラズモンセンサー2は、表面プラズモンセンサー3の構成から、メモリ20を除いた構成である。
If the time during which the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Needless to say, these are also included in the technical scope of the present invention.
〔参考例〕
次に、参考例として、上記実施の形態以外の表面プラズモンセンサー41、51、61を示す。なお、上記表面プラズモンセンサー1で示した部材と同一の符号を付した部材は、特に説明しない限り同一の機能を有するものとし、その説明を省略する。
[Reference example]
Next, as reference examples,
図13は、表面プラズモンセンサー41の概略を示している。表面プラズモンセンサー41は、光源2、コリメートレンズ4、光路分岐素子31、ビームエキスパンダー33、プリズム7、金属膜8、レンズ10、レンズ32、APCモニター11、光検出器12、APC回路部13、光源駆動回路14、算出回路15、モニター16および回転ステージ34、35を備えている。なお、APC回路部13は、光源駆動回路14内に備えられている。
FIG. 13 shows an outline of the
光路分岐素子31は、光源2から出射される光ビーム3の第2の偏光を透過して測定領域3B、第1の偏光を反射してモニター領域3Aに分岐するためのものである。偏光ビームスプリッター(以下単に「PBS」という)やハーフミラーでよい。なお、光ビーム3の偏光方向が、第2の偏光である場合、ハーフミラーを用いればよいし、第2の偏光と第1の偏光とを含む場合、PBSを用いればよい。上記光ビーム3の第2の偏光または第1の偏光とは、プリズム7―金属膜8界面に対しての第2の偏光または第1の偏光ということである。
The optical
ビームエキスパンダー33は、光ビーム3のビーム径rを縮小し、かつ平行光にすることにより、光ビーム3が金属膜8へほぼ単一の入射角で入射するためのものである。プリズム7の光路面が平面のみであれば、ビームエキスパンダー33はなくてもよいが、プリズム7が図示のように反円柱型など、光路内に曲面を持つ場合は、ビームエキスパンダー33により上記ビーム径rをプリズム7の半径Rより十分小さくすることが好ましい。その理由は、上記ビーム径rが大きすぎると、プリズム7の入射面での屈折角の幅が広くなる。その結果、金属膜8への入射角が幅を持つことになり、表面プラズモンセンサー41の分解能を悪化させてしまうからである。
The
また、ビームエキスパンダー33は、通常、図13のように凹レンズと凸レンズの2枚組のレンズからなる。これらのレンズは、平凸レンズなどの全方位を集光するレンズを使用してもよいし、シリンドリカルレンズのような、一方向のみ集光するレンズでもよい。全方位を集光するレンズの場合は、照射面積を小さくすることができ、局所的な情報を得ることができる。一方向のみ集光するレンズの場合は、集光しない方向はもとのビームサイズのままであるから、照射面積を大きくでき、全体的な情報を得ることができる。
In addition, the
レンズ32は、APCモニター11に光ビーム3のモニター領域3Aを集光させるためのものである。
The
回転ステージ34は、光ビーム3を金属膜8に対して様々な入射角で入射させるためのものである。
The
回転ステージ35は、回転ステージ34において、様々な入射角で入射した光ビーム3の反射光を検出するために、反射光を検出できる位置に検出器12を回転させるためのものである。
The
次に、表面プラズモンセンサー41の動作の流れについて説明する。
Next, the operation flow of the
まず、光源2から出射される光ビーム3は、コリメートレンズ4で平行光とされ、光路分岐素子31へ入射する。該光路分岐素子31により、第2の偏光のみの測定領域3Bと、第1の偏光のみのモニター領域3Aとに分岐される。測定領域3Bは、ビームエキスパンダー33にて平行光のままビーム径が縮小され、プリズム7を介して、金属膜8に入射し、その反射光は、レンズ10にて光検出器12に集光され、測定領域3Bの強度が検出される。一方、モニター領域3Aは、レンズ32でAPCモニター11に集光され、APCモニター11は、モニター領域3Aの強度分布を検出し、その検出結果に基づいて、APC回路部13が、光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる。なお、回転ステージ34にて、光源2からビームエキスパンダー33までの光学系全体を、光ビーム3の金属膜8への照射位置を中心に回転させることにより、様々な入射角で光ビーム3を金属膜8へ入射させている。これに伴い、上記様々な入射角で入射する光ビーム3を検出するために、レンズ10および光検出器12を、回転ステージ35にて回転ステージ34に対称に回転させている。上記入射角の範囲は、少なくとも金属膜8に試料が接している場合に表面プラズモンが励起されるように決定する必要がある。さらに、光ビーム3が全反射するような範囲にすることが好ましい。なお、試料は、実施の形態1で述べたものと同様である。なお、プリズム7―金属膜8界面に対して、入射側に光路分岐素子5、APCモニター11、APC回路部13がある場合について説明したが、これらをプリズム7―金属膜8界面に対して、反射側に設置してもよい。また、光源2の強度の補正方法や、真の反射率の算出方法は、表面プラズモンセンサー1と同様であるため、ここでは省略する。
First, the
次に、表面プラズモンセンサー51および61について示す。
Next, the
図14は、表面プラズモンセンサー51の概略を示しており、図15は、表面プラズモンセンサー61の概略を示している。
FIG. 14 shows an outline of the
表面プラズモンセンサー51は、光源2、コリメートレンズ4、偏光方向調整素子36、光路分岐素子31、偏光方向選択素子5、集光レンズ6、プリズム7、金属膜8、レンズ10、レンズ9、レンズ10、APCモニター11、光検出器12、APC回路部13、光源駆動回路14、算出回路15、およびモニター16を備えている。なお、APC回路部13は、光源駆動回路14内に備えられている。また、表面プラズモンセンサー61は、表面プラズモンセンサー51の構成から偏光方向調整素子36を用いない構成である。
The
偏光方向調整素子36は、光源2から出射される光ビーム3のプリズム7―金属8界面に対する偏光方向を調整するためのものであり、λ/2板、λ/4板、偏光板、偏光子などを用いればよい。
The polarization
表面プラズモンセンサー61は、偏光方向調整素子36を用いずに、光源2の取り付け回転角によって偏光方向を調整している。すなわち、光源2を、光源2から出射される光ビーム3の光軸を法線とする面内で、光軸を中心に回転させることで、光ビーム3の偏光方向が回転し、プリズム―7金属膜8界面に対する偏光方向を調整している。
The
次に、表面プラズモンセンサー51の動作の流れを示す。
Next, the flow of operation of the
まず、光源2から出射される光ビーム3は、コリメートレンズ4で平行光とされ、偏光方向調整素子36にて、偏光方向が調整され、光路分岐素子31へ入射する。該光路分岐素子31により、第2の偏光のみの測定領域3Bと、第1の偏光のみのモニター領域3Aとに分岐される。測定領域3Bは、偏光方向選択素子5にて、第1の偏光または第2の偏光に選択され、集光レンズ6で様々な入射角を有し、プリズム7を介して、金属膜8に入射する。その反射光は、レンズ9、10にて光検出器12に集光され、測定領域3Bの強度が検出される。一方、モニター領域3Aは、レンズ32でAPCモニター11に集光され、APCモニター11は、モニター領域3Aの強度分布を検出し、その検出結果に基づいて、APC回路部13が、光源2から出射される光ビーム3の強度を安定させる。なお、表面プラズモンセンサー61の動作は、偏光方向調整素子36を用いない以外は、表面プラズモンセンサー51の動作と同様であるので、ここでは省略する。
First, the
以上、光路分岐素子31、APCモニター11、APC回路部13がプリズム7―金属膜8界面に対して、入射側にある場合について説明したが、これらをプリズム7―金属膜8界面に対して、反射側に設置してもよい。
The case where the optical
次に、光源2、偏光方向調整素子36、光路分岐素子31、偏光方向選択素子5の組み合わせについて、5つに場合分けして、それぞれ詳細な動作説明を行う。
Next, the operation of the combination of the light source 2, the polarization
まず、表面プラズモンセンサー51の光源2が、半導体レーザのような偏光方向が1方向であるものを用いる場合について説明する。
First, the case where the light source 2 of the
偏光方向調整素子36は、λ/2板またはλ/4板を用い、第2の偏光と第1の偏光との両方を含むような偏光方向に調整する。第2の偏光と第1の偏光との比率は偏光方向調整素子36を回転させることで調整できるため、調整機構を設けておけば、組み立てたあとでも調整できる。
The polarization
光路分岐素子31はPBSを用い、第2の偏光と第1の偏光とのいずれかが、分岐面に対する第2の偏光と第1の偏光とのいずれかに対応するように設置することで、偏光方向選択素子5に入射する光が第2の偏光または第1の偏光のいずれかの偏光方向であるようにするのが好ましい。なお、偏光方向選択素子5による第2の偏光と第1の偏光との選択は、実施の形態1で記載したのと同様であるため、省略する。
The optical
また、上記半導体レーザのように発振閾値がある場合、入射光および励起された表面プラズモンの熱により試料が傷むなどの理由で、光源2の出射強度をレーザ発振しない程度にまで下げたい場合は、偏光方向調整素子36の調整により、第2の偏光の光量を減らすことができる。このとき、APC回路部13のフィードバックゲインを調整する必要がある。具体的には、図6に示すAPC回路部13の可変抵抗部または差動増幅器のゲインを調整すればよい。
In addition, when there is an oscillation threshold as in the above semiconductor laser, when it is desired to reduce the emission intensity of the light source 2 to a level that does not cause laser oscillation, for example, because the sample is damaged by the heat of incident light and excited surface plasmon, The amount of the second polarized light can be reduced by adjusting the polarization
このような構成では、偏光方向調整素子36、光路分岐素子31、偏光方向選択素子5をプリズム7―金属膜8界面に対して、反射側に設置してもよい。また、光路分岐素子31と偏光方向選択素子5、または偏光方向選択素子5のみを上記反射側に設置してもよい。プリズム7―金属膜8界面に対して、入射側に設置する場合は、上記反射側に設置する場合と比べて、光ビーム3が第1の偏光のみで入射する場合を設けることができる。そのため、表面プラズモンが励起されず、試料に与える熱量が少なくてすみ、試料を傷めにくい。なお、上記反射側に設置する場合は、どちらの偏光方向で測定しているときも、金属膜8に照射される光量は同じであり、同じ熱量が加わった状態の測定結果が得られるという効果もある。
In such a configuration, the polarization
次に、表面プラズモンセンサー51の光源1が、発光ダイオードのような偏光方向が多方向であるものを用いる場合について説明する。偏光方向調整素子36は、例えば偏光板もしくは偏光子を用い、偏光方向を1方向とする。このとき第2の偏光と第1の偏光との両方を含むようにする。第2の偏光と第1の偏光との比率は偏光方向調整素子36である偏光板・偏光子を回転させることで調整できる。他の構成・動作は、表面プラズモンセンサー51の光源1が、半導体レーザの場合と同様である。
Next, a case where the light source 1 of the
次に、表面プラズモンセンサー61の光源2が、半導体レーザのような偏光方向が1方向であるものを用いる場合について説明する。表面プラズモンセンサー51の場合と異なるのは、偏光方向調整素子36を用いず、光源2の設置方法により光路分岐素子31に対して第2の偏光と第1の偏光との両方を含むようにする点である。すなわち、光源2を、光源2から出射される光ビーム3の光軸を法線とする面内で、光軸を中心に回転させることで、光ビーム3の偏光方向を回転し、第2の偏光と第1の偏光との両方を含むようにする。偏光方向調整素子36を用いないため、素子のコスト、および素子の調整行程を省くことができる。他の動作は表面プラズモンセンサー51の場合と同様である。この構成では、光路分岐素子31と偏光方向選択素子5、または偏光方向選択素子5のみを上記反射側に設置してもよい。上記入射側に設置する場合は、上記反射側に設置する場合と比べて、光ビーム3が第1の偏光のみで入射する場合を設けることができる。そのため、表面プラズモンが励起されず、試料に与える熱量が少なくてすみ、試料を傷めにくい。なお、上記反射側に設置する場合は、どちらの偏光方向で測定しているときも、金属膜8に照射される光量は同じであり、同じ熱量が加わった状態の測定結果が得られるという効果もある。
Next, the case where the light source 2 of the
また、表面プラズモンセンサー61の光源2が、半導体レーザのような偏光方向が1方向であるものを用いる場合で、光路分岐素子31をハーフミラーとする場合について説明する。この場合、光源2の偏光方向はどのような場合でもよい。よって、偏光方向調整素子36を用いず、さらに光源2の偏光方向の調整も必要ないため、偏光方向調整素子36のコストを削減できるとともに、光源2および偏光方向調整素子36の調整行程を省くことができる。モニター領域3Aと測定領域3Bとの分割は、光路分岐素子31として、PBSを用いる場合と同様で、ハーフミラーにより反射された光ビーム3をモニター領域3A、上記ハーフミラーを透過した光ビーム3を測定領域3Bとする。この構成では、偏光方向選択素子5は、上記反射側に設置することもできる。上記入射側に設置する場合は、上記反射側に設置する場合と比べて、光ビーム3が第1の偏光のみで入射する場合を設けることができる。そのため、表面プラズモンが励起されず、試料に与える熱量が少なくてすみ、試料を傷めにくい。なお、上記反射側に設置する場合は、どちらの偏光方向で測定しているときも、金属膜8に照射される光量は同じであり、同じ熱量が加わった状態の測定結果が得られるという効果もある。
The case where the light source 2 of the
最後に、表面プラズモンセンサー61の光源2が、発光ダイオードのような偏光方向が多方向であるものを用いる場合も、上記と同様になる。
Finally, the same applies to the case where the light source 2 of the
なお、上記の構成は、構成例のうちのいくつかを代表して挙げたものであり、上記の構成に限られるわけではない。 Note that the above configuration is a representative of some of the configuration examples, and is not limited to the above configuration.
表面プラズモンセンサー41、51、61は、上記のように、モニター領域3Aと測定領域3Bとが、同じ光路を通らないため、光路上の影響には対応できていないという問題が存在していた。また、表面プラズモンセンサー1と比較して、部品点数が多いため、コストがかかるという問題も生じていた。
As described above, the
本実施の形態に係る表面プラズモンセンサー1は、表面プラズモンセンサー41、51、61と比較して、表面プラズモンセンサー41、51、61が有する上記問題を解決した構成であり、その性能が優れていることは言うまでもない。
The surface plasmon sensor 1 according to the present embodiment has a configuration that solves the above-described problems of the
最後に、上記表面プラズモンセンサーの算出回路15および制御回路21は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。
Finally, the
すなわち、上記表面プラズモンセンサーは、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである上記表面プラズモンセンサーの算出回路15および制御回路21の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記表面プラズモンセンサーに供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
That is, the surface plasmon sensor includes a CPU (central processing unit) that executes instructions of a control program that realizes each function, a ROM (read only memory) that stores the program, and a RAM (random access memory) that expands the program. And a storage device (recording medium) such as a memory for storing the program and various data. Then, an object of the present invention is to provide program codes (execution format program, intermediate code program, source program) of the control program for the
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。なお、上述のように、上記実施の形態3におけるメモリ20は、上述のような記録媒体で構成することができる。
Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM. As described above, the
また、上記表面プラズモンセンサーを通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。 The surface plasmon sensor may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Also, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.
本発明の表面プラズモンセンサーは、現在利用されているバイオセンサーなど物質のセンシングに好適に使用できる。また、ギャップセンサーにも利用できる。 The surface plasmon sensor of the present invention can be suitably used for sensing substances such as biosensors currently used. It can also be used for gap sensors.
1、2、3 表面プラズモンセンサー
2 光源
3 光ビーム
3A モニター領域
3B 測定領域
5、5A 偏光方向選択素子(分割手段、偏光方向選択手段)
7 プリズム(基板)
8 金属膜
11 APCモニター(検出手段)
12 光検出器(検出手段)
14 光源駆動回路
15 算出回路(算出手段)
20 メモリ(記憶手段)
21 制御回路(制御手段)
1, 2, 3 Surface plasmon sensor 2
7 Prism (substrate)
8
12 Photodetector (detection means)
14 Light
20 memory (storage means)
21 Control circuit (control means)
Claims (16)
上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、
基板上に成膜された金属膜と、
上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、
上記光ビームの断面領域を、モニター領域と測定領域とに空間分割する分割手段を備え、
上記モニター領域における光ビームの光路と上記測定領域における光ビームの光路とは互いに隣接し、
上記モニター領域の光ビームは、偏光方向が第1の偏光であり、上記測定領域の光ビームは、偏光方向が第2の偏光であり、
上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記測定領域の光強度を第2の検出結果として検出し、
上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴とする表面プラズモンセンサー。 A light source that emits a light beam;
A light source driving circuit for controlling the intensity of the light source to drive the light source;
A metal film formed on a substrate;
A surface plasmon sensor comprising detection means for detecting reflected light from the metal film for each incident angle of the light beam,
The cross-sectional area of the light beam, comprising a dividing means for spatially divided into a monitor area and the measurement area,
The optical path of the light beam in the monitor area and the optical path of the light beam in the measurement area are adjacent to each other,
The light beam in the monitor region has a first polarization direction, the light beam in the measurement region has a second polarization direction,
The detection means detects the light intensity of the monitor region reflected by the metal film as a first detection result, and detects the light intensity of the measurement region reflected by the metal film as a second detection result,
The surface light plasmon sensor, wherein the light source driving circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result.
上記光源の強度を制御して、上記光源を駆動する光源駆動回路と、
基板上に成膜された金属膜と、
上記光ビームの各入射角に対する上記金属膜からの反射光を検出する検出手段とを備えた表面プラズモンセンサーであって、
上記光ビームの断面領域を、第1の偏光のモニター領域と偏光方向が選択可能な測定領域とに空間分割するとともに、上記測定領域の上記光ビームの偏光方向を、第1の偏光もしくは第2の偏光とする偏光方向選択手段と、
上記測定領域の第2の偏光の反射光強度と、第1の偏光の反射光強度とから、上記第2の偏光の真の反射率を算出する算出手段とを備え、
上記モニター領域における光ビームの光路と上記測定領域における光ビームの光路とは互いに隣接し、
上記検出手段は、上記金属膜で反射した上記モニター領域の光強度を第1の検出結果として検出すると共に、上記金属膜で反射した上記測定領域の光強度を第2の検出結果として検出し、
上記光源駆動回路は、上記第1の検出結果に基づいて、上記光源の強度を制御することを特徴とする表面プラズモンセンサー。 A light source that emits a light beam;
A light source driving circuit for controlling the intensity of the light source to drive the light source;
A metal film formed on a substrate;
A surface plasmon sensor comprising detection means for detecting reflected light from the metal film for each incident angle of the light beam,
The cross-sectional area of the light beam, as well as space divided into a first monitor area and the polarization direction-selectable measuring area of the polarization, the polarization direction of the light beam in the measurement region, the first polarized light or the second Polarization direction selection means for making the polarization of
Calculating means for calculating the true reflectance of the second polarized light from the reflected light intensity of the second polarized light and the reflected light intensity of the first polarized light in the measurement region;
Are adjacent to each other with the optical path of the light beam in the optical path and the measurement area of the light beam in the upper Symbol monitor area,
The detection means detects the light intensity of the monitor region reflected by the metal film as a first detection result, and detects the light intensity of the measurement region reflected by the metal film as a second detection result,
The surface light plasmon sensor, wherein the light source driving circuit controls the intensity of the light source based on the first detection result.
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