JP4014805B2 - Sensor using total reflection attenuation - Google Patents

Description

試料の誘電率ε_ｓ 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θ_ＳＰ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】
なおこの種の表面プラズモンセンサーにおいては、全反射解消角θ_ＳＰを精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平１１−３２６１９４号に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。
【００１１】
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて試料の屈折率に関連する特性を求めることが多い。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
なおこの漏洩モードセンサーにおいても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した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は、誘電体ブロックが、光ビームの入射面、出射面および前記薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）が形成される一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この誘電体ブロックに薄膜層が一体化されて測定チップとして構成されることがある（例えば本出願人による特願２０００−２１２１２５号参照）。このように誘電体ブロックをチップ化したものは、使い捨ての形態で使用するのに好適で、試料分析の能率向上に寄与するものとなる。
【００１６】
しかし、そのように使い捨てされる測定チップは、それぞれを構成する誘電体の屈折率の差や、薄膜層の膜厚の差等に起因して、個体間で感度にバラツキが生じやすいものとなっている。そのように感度のバラツキが有る測定チップを用いると、当然、試料分析を正確に行なうことが不可能となる。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、誘電体ブロックや薄膜層の特性バラツキによる測定感度の違いを補償して試料分析を正確に行なうことができる、全反射減衰を利用したセンサーを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による一つの全反射減衰を利用したセンサーは、前述したように、
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薄膜層と、
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上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角度で入射させる光学系と、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設された光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向に亘る相異なる位置に関する複数の微分値についての変化率を求め、試料の特性を求めるために採用する微分値をこの変化率によって除算する補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明による別の全反射減衰を利用したセンサーは、特に前述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものであり、
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からなる薄膜層と、
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るように種々の角度で入射させる光学系と、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設された光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向に亘る相異なる位置に関する複数の微分値についての変化率を求め、試料の特性を求めるために採用する微分値をこの変化率によって除算する補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明によるさらに別の全反射減衰を利用したセンサーは、特に前述の漏洩モードセンサーとして構成されたものであり、
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、および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からなる薄膜層と、
光ビームを発生させる光源と、
上記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クラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設された光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向に亘る相異なる位置に関する複数の微分値についての変化率を求め、試料の特性を求めるために採用する微分値をこの変化率によって除算する補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記除算後の微分値は、そのまま表示手段に表示して試料の特性分析に使われるようにしてもよいし、そこから自動的に全反射解消角θ_ＳＰを求めて、その全反射解消角θ_ＳＰを表示手段に表示するようにしてもよい。またこの微分値から、所定時間経過に伴う微分値の変化量を求め、その変化量に基づいて試料分析することもできる。さらには、全反射解消角θ_ＳＰおよび、予め用意された所定の較正曲線等に基づいて試料中の特定物質を自動的に定量分析して、その分析結果をリアルタイムで表示手段に表示させるようにしてもよい。
【００２２】
なお、本発明の全反射減衰を利用したセンサーにおいては、誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されて測定チップとして構成されていることが望ましい。
【００２３】
一方微分手段としては、光検出手段の相隣接する受光素子が出力する光検出信号の差分値を求めるものを好適に用いることができる。また光検出手段としては、例えば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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による全反射減衰を利用したセンサーにおいては、複数の受光素子が並設されてなるアレイ状の光検出手段を用い、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、微分手段によって該受光素子の並設方向に関して微分しているが、その微分値に着目すると、受光素子の並設方向に亘る相異なる位置に関する複数の微分値についての変化率は、測定感度を示している。つまり測定感度が高いほど、この変化率は大きくなる。
【００２５】
そこで、試料に関する特性を求めるための微分値をこの変化率により除算して規格化すれば、その除算後の微分値は、誘電体ブロックや薄膜層による感度のバラツキを補償したものとなる。したがってこの除算後の微分値に基づいて試料に関する特性を求めれば、上記感度のバラツキの影響を排除して、正確に試料分析を行なうことができる。
【００２６】
【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。図１は、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形状を示すものである。この表面プラズモンセンサーは、例えば概略四角錐の一部が切り取られた形状とされた誘電体ブロック10と、この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12とを有している。
【００２７】
誘電体ブロック10は例えば透明樹脂等からなり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた形とされ、この嵩上げされた部分10ａは液体の試料11を貯える試料保持部として機能する。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。
【００２８】
誘電体ブロック10は金属膜12とともに、使い捨ての測定チップを構成しており、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。誘電体ブロック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誘電体ブロック10に対して液体試料11が滴下され、該液体試料11が試料保持部10ａ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、誘電体ブロック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。
【００２９】
本実施形態の表面プラズモンセンサーは、上記誘電体ブロック10に加えてさらに、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザ等からなるレーザ光源14と、上記光ビーム13を誘電体ブロック10に通し、該誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂ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15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13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13を検出する光検出手段17と、この光検出手段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。
【００３０】
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。
【００３１】
図１に示す通り、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13は、光学系15の作用により、誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂ上で集束する。したがって光ビーム13は、界面10ｂ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13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13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。
【００３２】
なお光ビーム13は、界面10ｂに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ光源14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13の偏光の向きを制御してもよい。
【００３３】
界面10ｂ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13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13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10ｂにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム13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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図３は、界面10ｂで全反射した光ビーム13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13の界面10ｂ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。
【００３７】
界面10ｂにある特定の入射角θ_ＳＰで入射した光は、金属膜12と試料11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θ_ＳＰが全反射解消角であり、この角度θ_ＳＰ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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、全反射解消角θ_ＳＰ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’に後述の補正処理を施してから、その値を表示手段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。
【００４１】
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、上記補正処理を受けてから表示手段21に表示される。この微分値Ｉ’は、測定チップの金属膜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。
【００４２】
特に本実施形態では金属膜12に、液体試料11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、液体試料11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。
【００４３】
以上の説明から明かなように本実施形態では、光検出手段17として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を用いているので、液体試料11に応じて図３（１）に示す曲線が左右方向に移動する形である程度大きく変化しても、暗線検出が可能である。つまり、このようなアレイ状の光検出手段17を用いることにより、測定のダイナミックレンジを大きく確保することができる。
【００４４】
なお、複数の差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……からなる差動アンプアレイ18を用いる代わりに１つの差動アンプを設け、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の各出力をマルチプレクサで切り替えて、それらのうちの隣接する２つの出力をこの１つの差動アンプに順次入力するようにしても構わない。
【００４５】
次に、微分値Ｉ’に対してなされる上述の補正処理について詳しく説明する。誘電体ブロック10および金属膜12からなる測定チップにおいては、ブロック材料である合成樹脂の屈折率や、金属膜12の膜厚にバラツキが存在し得る。そのようなチップ特性の差異は、測定感度の違いとなって表れる。上記補正処理は、この測定感度のバラツキを補償するためになされるものである。
【００４６】
図２に示した信号処理部20は、前述したように差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……から出力（微分値）Ｉ’を受けたとき、その最大値を示した差動アンプと最小値を示した差動アンプの間における複数の微分値Ｉ’についての変化率（フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向に亘る変化率）を求める。例えば図３（３）に示す場合ならば、丸囲み数字の３，４，５および６の信号線から出力される微分値Ｉ’に関する変化率が求められる。
【００４７】
例えば、微分値Ｉ’＝０またはそれに最も近い値を出力している差動アンプと、それに隣接する１つの差動アンプの出力を利用する場合、つまり図３（３）の例ならば丸囲み数字の３および４の信号線の出力を利用する場合は、それらが示す２つの微分値Ｉ’の差δＩ’の、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設ピッチＬに対する比Ｒ＝δＩ’／Ｌが変化率とされる。ここで微分値Ｉ’は、通常は各差動アンプの出力電圧Ｖで規定される。
【００４８】
なお、微分値Ｉ’＝０またはそれに最も近い値を出力している差動アンプの両側の差動アンプの出力、つまり図３（３）の例ならば丸囲み数字の３および５の信号線の出力を利用して、それらが示す２つの微分値Ｉ’の差を、上記比Ｒを求める上でのδＩ’として規定しても構わない。
【００４９】
信号処理部20は、以上のようにして求めた変化率Ｒを図示外の記憶手段に記憶しておき、前述のように微分値を表示手段21に表示させる際には、微分値Ｉ’をこの変化率Ｒで除算して規格化し、Ｉ’／Ｒの値を表示手段21に表示させる。このようにすることにより、測定チップの特性バラツキによる測定感度の違いが補償されて、正確な試料分析が可能となる。
【００５０】
なお、液体試料11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。そのようにする場合でも、このΔＩ’を前記変化率Ｒで除算して規格化すれば、同様に測定チップの特性バラツキによる測定感度の違いが補償されて、正確な試料分析が可能となる。
【００５１】
また、以上説明した実施形態においては、誘電体ブロック10が金属膜12とともに、使い捨てされる測定チップを構成しているが、誘電体ブロック10がチップ化されずに表面プラズモンセンサー本体に組み込まれる場合でも、その個体間に屈折率のバラツキが存在したり、また金属膜12の膜厚にバラツキが存在することがあり、したがってそのような場合に本発明を適用しても、同様の効果を奏することができる。
【００５２】
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。なおこの図４において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００５３】
この第２実施形態の全反射減衰を利用したセンサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであり、本例でも測定チップ化された誘電体ブロック10を用いるように構成されている。この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）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。
【００５４】
誘電体ブロック10は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層40は、誘電体ブロック10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。
【００５５】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源14から出射した光ビーム13を誘電体ブロック10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13が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10ｂ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10ｂ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。
【００５６】
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11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11の屈折率や、それに関連する試料11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11の特性を分析することもできる。
【００５７】
本実施形態でも、信号処理部20において上記微分値Ｉ’に対して第１実施形態におけるのと同様の補正処理がなされる。それにより本実施形態でも、誘電体ブロック10、クラッド層40および光導波層41からなる測定チップの特性バラツキによる測定感度の違いが補償されて、正確な試料分析が可能となる。
【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の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【符号の説明】
10 誘電体ブロック
10ａ 誘電体ブロックの試料保持部
10ｂ 誘電体ブロックと金属膜との界面
11 試料
12 金属膜
13 光ビーム
14 レーザ光源
15 光学系
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
40 クラッド層
41 光導波層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor using total reflection attenuation, such as a surface plasmon sensor that quantitatively analyzes a substance in a sample by using generation of surface plasmons, and more particularly, a dark line generated in measurement light due to total reflection attenuation. The present invention relates to a sensor using total reflection attenuation of a type that is detected using an array-shaped photodetecting means in which a plurality of light receiving elements are arranged in a predetermined direction.
[0002]
[Prior art]
In the metal, free electrons collectively vibrate to generate a dense wave called a plasma wave. A quantized version of this dense wave generated on the metal surface is called surface plasmon.
[0003]
Conventionally, various surface plasmon sensors that quantitatively analyze a substance in a sample using a phenomenon in which the surface plasmon is excited by a light wave have been proposed. Among them, one that uses a system called a Kretschmann arrangement is particularly well known (see, for example, JP-A-6-167443).
[0004]
A surface plasmon sensor using the above system basically includes, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and a light source that generates a light beam. The light beam is incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and total reflection attenuation due to surface plasmon resonance can occur. It comprises an optical system and light detecting means for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface and detecting the surface plasmon resonance state, that is, the state of total reflection attenuation.
[0005]
In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be deflected and incident on the interface, or a component that is incident on the light beam at various angles may be included. A relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes with the deflection of the light beam is detected by a small photodetector that moves synchronously with the deflection of the light beam, or by an area sensor that extends along the direction of change of the reflection angle. Can be detected. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which each light beam reflected at various reflection angles can be received.
[0006]
In the surface plasmon sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the metal film at a specific incident angle θ _SP that is equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample in contact with the metal film, This evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the sample. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon, so that the entire energy is transferred to the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.
[0007]
The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.
[0008]
If the wave number of attenuated total reflection (ATR) surface plasmon than the incident angle theta _SP to occur is known, the dielectric constant of the sample can be determined. That is, when the wave number of the surface plasmon is K _SP , the angular frequency of the surface plasmon is ω, c is the speed of light in vacuum, ε _m and ε _s are each a metal, and the dielectric constant of the sample is as follows.
[0009]
[Expression 1]

If the dielectric constant ε _s of the sample is known, the concentration of the specific substance in the sample can be known based on a predetermined calibration curve or the like, so that by knowing the incident angle θ _{SP at} which the reflected light intensity decreases, the dielectric of the sample can be obtained. The characteristic relating to the refractive index or the refractive index can be obtained.
[0010]
In this type of surface plasmon sensor, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-326194, for the purpose of measuring the total reflection elimination angle θ _SP with high accuracy and a large dynamic range, an array-shaped light detection means is used. Is considered to be used. The light detecting means is formed by arranging a plurality of light receiving elements in parallel in a predetermined direction, in such a direction that different light receiving elements receive the components of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.
[0011]
In that case, there is provided differential means for differentiating the light detection signals output from the light receiving elements of the arrayed light detection means with respect to the direction in which the light receiving elements are arranged, and based on the differential value output by the differential means. In many cases, characteristics relating to the refractive index of the sample are obtained.
[0012]
Moreover, as a similar sensor using total reflection attenuation (ATR), for example, a leak mode sensor described in pages 21 to 23 and pages 26 to 27 of “Spectroscopy” Vol. 47 No. 1 (1998) is also available. Are known. This leakage mode sensor is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be brought into contact with a sample. An optical waveguide layer, a light source that generates a light beam, and a total reflection condition at the interface between the dielectric block and the cladding layer with respect to the dielectric block. An optical system that is incident at various angles so that total reflection attenuation due to wave mode excitation can occur, and the intensity of the light beam totally reflected at the interface is measured to determine the excitation state of the waveguide mode, that is, the total reflection attenuation state. And a light detecting means for detecting.
[0013]
In the leaky mode sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle is propagated in the guided mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of guided light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, the refractive index of the sample and its related sample characteristics are analyzed by knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs. be able to.
[0014]
In this leak mode sensor as well, the above-mentioned array-like light detecting means can be used to detect the position of the dark line generated in the reflected light due to the total reflection attenuation, and the above-described differentiating means is applied in conjunction therewith. There are many cases.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the surface plasmon sensor and the leakage mode sensor described above, the dielectric block is the light beam incident surface, the emission surface, and the thin film layer (in the case of the surface plasmon sensor, a metal film, and in the case of the leakage mode sensor, the cladding). In some cases, a thin film layer is integrated with the dielectric block to form a measuring chip (for example, a special feature by the applicant of the present invention). (See Application 2000-212125). Thus, what made the dielectric block chip | tip is suitable for using with a disposable form, and contributes to the efficiency improvement of sample analysis.
[0016]
However, such disposable measuring chips tend to vary in sensitivity among individuals due to differences in the refractive index of the dielectrics constituting each of them and differences in the thickness of the thin film layers. ing. When a measurement chip having such sensitivity variations is used, it is naturally impossible to accurately perform sample analysis.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a sensor using total reflection attenuation capable of accurately performing sample analysis by compensating for a difference in measurement sensitivity due to characteristic variations of dielectric blocks and thin film layers. The purpose is to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The sensor using one total reflection attenuation according to the present invention, as described above,
A dielectric block;
A thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means arranged in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed to determine the characteristics of the sample by the change rate. It is what.
[0019]
Another total reflection attenuation sensor according to the present invention is particularly configured as the aforementioned surface plasmon sensor,
A dielectric block;
A thin film layer made of a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means arranged in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed to determine the characteristics of the sample by the change rate. It is what.
[0020]
Further, another sensor using the total reflection attenuation according to the present invention is particularly configured as the above-described leakage mode sensor,
A dielectric block;
A clad layer formed on one surface of the dielectric block, and a thin film layer comprising an optical waveguide layer formed on the clad layer and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the cladding layer;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means arranged in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed to determine the characteristics of the sample by the change rate. It is what.
[0021]
Differential value after the division, it may also be directly used displayed to the characterization of the sample on the display means, seeking automatically total reflection eliminated angle theta _SP therefrom, the entire reflection eliminated angle theta You may make it display _SP on a display means. Further, from this differential value, a change amount of the differential value with the passage of a predetermined time can be obtained, and the sample can be analyzed based on the change amount. Furthermore, the specific substance in the sample is automatically quantitatively analyzed based on the total reflection elimination angle θ _SP and a predetermined calibration curve prepared in advance, and the analysis result is displayed on the display means in real time. May be.
[0022]
In the sensor using total reflection attenuation according to the present invention, the dielectric block is formed as one block including all of the light beam incident surface, the light exit surface, and the one surface on which the thin film layer is formed. It is desirable that the thin film layer is integrated with a dielectric block to constitute a measurement chip.
[0023]
On the other hand, as the differentiating means, a means for obtaining the difference value of the light detection signals output from the light receiving elements adjacent to each other of the light detection means can be suitably used. As the light detection means, for example, a photodiode array can be suitably used.
[0024]
【The invention's effect】
In the sensor using the total reflection attenuation according to the present invention, an array-like light detecting means in which a plurality of light receiving elements are arranged in parallel is used, and the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means is differentiated. However, when focusing on the differential value, the rate of change for a plurality of differential values related to different positions in the parallel direction of the light receiving elements indicates the measurement sensitivity. . In other words, the higher the measurement sensitivity, the greater this rate of change.
[0025]
Therefore, if the differential value for obtaining the characteristics related to the sample is divided by this rate of change and normalized, the differential value after the division compensates for sensitivity variations due to the dielectric block and the thin film layer. Therefore, if the characteristics relating to the sample are obtained based on the differential value after the division, the influence of the sensitivity variation can be eliminated and the sample analysis can be performed accurately.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a side shape of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention. The surface plasmon sensor includes, for example, a dielectric block 10 having a shape in which a part of a substantially quadrangular pyramid is cut off, and formed on one surface (the upper surface in the drawing) of the dielectric block 10, for example, gold, silver, And a metal film 12 made of copper, aluminum, or the like.
[0027]
The dielectric block 10 is made of, for example, a transparent resin and has a raised shape around the portion where the metal film 12 is formed. The raised portion 10a functions as a sample holding unit for storing the liquid sample 11. In this example, the sensing medium 30 is fixed on the metal film 12, and the sensing medium 30 will be described later.
[0028]
The dielectric block 10 constitutes a disposable measuring chip together with the metal film 12, and is fitted and fixed, for example, one by one into a plurality of chip holding holes 31a provided in the turntable 31. After the dielectric block 10 is fixed to the turntable 31 in this way, the turntable 31 is intermittently rotated by a fixed angle, and the liquid sample 11 is dropped on the dielectric block 10 stopped at a predetermined position, The liquid sample 11 is held in the sample holder 10a. Thereafter, when the turntable 31 is further rotated by a certain angle, the dielectric block 10 is sent to the measurement position shown in FIG. 1 and stops there.
[0029]
In addition to the dielectric block 10, the surface plasmon sensor of the present embodiment further includes a laser light source 14 made of a semiconductor laser or the like that generates one light beam 13, and the light beam 13 is passed through the dielectric block 10. An optical system 15 that is incident on the interface 10b between the dielectric block 10 and the metal film 12 so as to obtain various incident angles, and a collimator that collimates the light beam 13 totally reflected at the interface 10b. A signal processing unit comprising a lens 16, a light detection means 17 for detecting the collimated light beam 13, a differential amplifier array 18 connected to the light detection means 17, a driver 19, and a computer system 20 and display means 21 connected to the signal processing unit 20.
[0030]
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor. As shown in the figure, the driver 19 samples and holds the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Of the differential amplifier array 18, and these sample-hold circuits 22a, 22b. , 22c... Is input to the multiplexer 23, the output of the multiplexer 23 is digitized and input to the signal processor 20, the multiplexer 23 and the sample hold circuits 22a, 22b, 22c. And a controller 26 that controls the operation of the drive circuit 25 based on an instruction from the signal processing unit 20.
[0031]
As shown in FIG. 1, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state is focused on the interface 10 b between the dielectric block 10 and the metal film 12 by the action of the optical system 15. Therefore, the light beam 13 includes components incident on the interface 10b at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interface 10b, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.
[0032]
The light beam 13 is incident on the interface 10b as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be disposed in advance so that the polarization direction thereof is a predetermined direction. In addition, the direction of polarization of the light beam 13 may be controlled by a wave plate or a polarizing plate.
[0033]
After the total reflection at the interface 10b, the light beam 13 converted into parallel light by the collimator lens 16 is detected by the light detection means 17. The light detection means 17 in this example is a photodiode array in which a plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c,... Are arranged in a line, and a light beam that has been collimated in the plane shown in FIG. The photodiodes are arranged so that the direction in which the photodiodes are juxtaposed is substantially perpendicular to the 13 traveling directions. Therefore, different photodiodes 17a, 17b, 17c,... Receive each component of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interface 10b.
[0034]
The outputs of the photodiodes 17a, 17b, 17c,... Are input to the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,. At this time, the outputs of two photodiodes adjacent to each other are input to a common differential amplifier. Therefore, it can be considered that the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Are obtained by differentiating the photodetection signals output from the plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c,.
[0035]
The outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c... Are sampled and held at predetermined timings by the sample hold circuits 22a, 22b, 22c. The multiplexer 23 inputs the sampled and held outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Into the A / D converter 24 in a predetermined order. The A / D converter 24 digitizes these outputs and inputs them to the signal processing unit 20.
[0036]
FIG. 3 explains the relationship between the light intensity for each incident angle θ of the light beam 13 totally reflected at the interface 10b and the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. Here, it is assumed that the relationship between the incident angle θ of the light beam 13 on the interface 10b and the light intensity I is as shown in the graph of FIG.
[0037]
Light which enters at a predetermined angle theta _SP at the interface 10b, so excites surface plasmons at the interface between the metal film 12 and the sample 11, this light is reduced sharply reflected light intensity I. That theta _SP is total reflection eliminated angle, the reflected light intensity I in the angle theta _SP takes a minimum value. This decrease in the reflected light intensity I is observed as a dark line in the reflected light, as indicated by D in FIG.
[0038]
Further, (2) in FIG. 3 shows the direction in which the photodiodes 17a, 17b, 17c... Are arranged, and as described above, the positions in the direction in which these photodiodes 17a, 17b, 17c. It uniquely corresponds to the incident angle θ.
[0039]
The relationship between the positions of the photodiodes 17a, 17b, 17c..., That is, the incident angle θ, and the output I ′ (differential value of the reflected light intensity I) of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. As shown in FIG.
[0040]
Based on the value of the differential value I ′ input from the A / D converter 24, the signal processing unit 20 selects the differential corresponding to the total reflection elimination angle θ _SP from the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. After selecting the output that is closest to the value I ′ = 0 (in the example of FIG. 3, the differential amplifier 18d), the differential value I ′ that is output is subjected to correction processing described later, The value is displayed on the display means 21. In some cases, there may be a differential amplifier that outputs a differential value I ′ = 0. In this case, the differential amplifier is naturally selected.
[0041]
Thereafter, every time a predetermined time elapses, the differential value I ′ output from the selected differential amplifier 18d is displayed on the display means 21 after receiving the correction process. This differential value I ′ is a form in which the dielectric constant, that is, the refractive index of the substance in contact with the metal film 12 (see FIG. 1) of the measuring chip changes, and the curve shown in FIG. If it changes in, it goes up and down accordingly. Therefore, by continuously measuring this differential value I ′ with the passage of time, it is possible to investigate a change in the refractive index of the substance in contact with the metal film 12, that is, a change in characteristics.
[0042]
In particular, in the present embodiment, the sensing medium 30 that binds to a specific substance in the liquid sample 11 is fixed to the metal film 12, and the refractive index of the sensing medium 30 changes according to the binding state, so that the above differentiation By continuing to measure the value I ′, it is possible to examine the state of change in the coupling state. That is, in this case, both the liquid sample 11 and the sensing medium 30 are samples to be analyzed. Examples of the combination of the specific substance and the sensing medium 30 include an antigen and an antibody.
[0043]
As is apparent from the above description, in this embodiment, a photodiode array in which a plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c,... Accordingly, even if the curve shown in FIG. 3 (1) changes greatly to some extent while moving in the left-right direction, dark line detection is possible. That is, by using such an array-like light detection means 17, a large measurement dynamic range can be secured.
[0044]
Instead of using the differential amplifier array 18 composed of a plurality of differential amplifiers 18a, 18b, 18c..., One differential amplifier is provided, and the outputs of the photodiodes 17a, 17b, 17c. Of these, two adjacent outputs may be sequentially input to this one differential amplifier.
[0045]
Next, the above-described correction process performed on the differential value I ′ will be described in detail. In a measurement chip composed of the dielectric block 10 and the metal film 12, there may be variations in the refractive index of the synthetic resin that is the block material and the film thickness of the metal film 12. Such a difference in chip characteristics appears as a difference in measurement sensitivity. The correction process is performed to compensate for this variation in measurement sensitivity.
[0046]
When the signal processing unit 20 shown in FIG. 2 receives the output (differential value) I ′ from the differential amplifiers 18a, 18b, 18c... The change rate (change rate over the parallel arrangement direction of the photodiodes 17a, 17b, 17c...) For a plurality of differential values I ′ between the differential amplifiers indicated by. For example, in the case shown in FIG. 3 (3), the rate of change relating to the differential value I ′ output from the signal lines of the circled numbers 3, 4, 5 and 6 is obtained.
[0047]
For example, in the case of using a differential amplifier that outputs a differential value I ′ = 0 or a value closest thereto and the output of one differential amplifier adjacent thereto, that is, in the example of FIG. When the outputs of the signal lines 3 and 4 are used, the ratio R = δI of the difference δI ′ between the two differential values I ′ shown to the parallel pitch L of the photodiodes 17a, 17b, 17c. '/ L is the rate of change. Here, the differential value I ′ is normally defined by the output voltage V of each differential amplifier.
[0048]
It should be noted that the differential amplifier outputs on both sides of the differential amplifier outputting differential value I ′ = 0 or the value closest thereto, that is, in the example of FIG. The difference between the two differential values I ′ indicated by them may be defined as δI ′ for obtaining the ratio R.
[0049]
The signal processing unit 20 stores the rate of change R obtained as described above in a storage means (not shown), and displays the differential value I ′ on the display means 21 as described above. By dividing by this rate of change R, normalization is performed, and the value of I ′ / R is displayed on the display means 21. By doing so, the difference in measurement sensitivity due to the characteristic variation of the measurement chip is compensated, and accurate sample analysis becomes possible.
[0050]
In order to examine the change in the binding state between the specific substance in the liquid sample 11 and the sensing medium 30 over time, the differential value I ′ is obtained and displayed every time a predetermined time elapses. Alternatively, the difference ΔI ′ between the measured differential value I ′ (0) and the differential value I ′ (t) measured when a predetermined time has elapsed may be obtained and displayed. Even in such a case, if ΔI ′ is divided by the change rate R and normalized, the difference in measurement sensitivity due to the characteristic variation of the measurement chip is compensated in the same manner, and accurate sample analysis can be performed.
[0051]
Further, in the embodiment described above, the dielectric block 10 constitutes a disposable measuring chip together with the metal film 12, but the dielectric block 10 is incorporated into the surface plasmon sensor body without being formed into a chip. However, there may be variations in the refractive index between the individuals, and there may be variations in the film thickness of the metal film 12, so that the same effect can be achieved even if the present invention is applied in such a case. be able to.
[0052]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly necessary.
[0053]
The sensor using the total reflection attenuation of the second embodiment is the leakage mode sensor described above, and is configured to use the dielectric block 10 formed as a measurement chip in this example as well. A clad layer 40 is formed on one surface (upper surface in the figure) of the dielectric block 10, and an optical waveguide layer 41 is further formed thereon.
[0054]
The dielectric block 10 is formed using, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 40 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than the dielectric block 10 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 41 is also formed into a thin film using a dielectric having a higher refractive index than that of the cladding layer 40, such as PMMA. The thickness of the cladding layer 40 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 41 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.
[0055]
In the leakage mode sensor configured as described above, when the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is incident on the cladding layer 40 through the dielectric block 10 at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, the light beam 13 is incident on the dielectric block 10. The light having a specific wave number that is totally reflected at the interface 10b between the first and second cladding layers 40 and is incident on the optical waveguide layer 41 at a specific incident angle after passing through the cladding layer 40 propagates through the optical waveguide layer 41 in a waveguide mode. It becomes like this. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 41, and total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected at the interface 10b sharply decreases.
[0056]
Since the wave number of guided light in the optical waveguide layer 41 depends on the refractive index of the sample 11 on the optical waveguide layer 41, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the refractive index of the sample 11, The associated properties of the sample 11 can be analyzed. The characteristics of the sample 11 can be analyzed based on the reflected light intensity I in the vicinity of the specific incident angle and the differential value I ′ output from each differential amplifier of the differential amplifier array 18.
[0057]
Also in the present embodiment, the signal processor 20 performs the same correction process as in the first embodiment on the differential value I ′. Thereby, also in this embodiment, the difference in measurement sensitivity due to the characteristic variation of the measurement chip including the dielectric block 10, the clad layer 40, and the optical waveguide layer 41 is compensated, and accurate sample analysis is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a surface plasmon sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor. FIG. 4 is a schematic view showing a relationship between light intensity and a relationship between a light beam incident angle and a differential value of a light intensity detection signal. FIG. 4 is a side view of a leakage mode sensor according to a second embodiment of the present invention.
10 Dielectric block
10a Sample holder for dielectric block
10b Interface between dielectric block and metal film
11 samples
12 Metal film
13 Light beam
14 Laser light source
15 Optical system
16 Collimator lens
17 Photodetection means (photodiode array)
17a, 17b, 17c …… Photodiode
18 Differential amplifier array
18a, 18b, 18c ... Differential amplifier
19 Drivers
20 Signal processor
21 Display means
22a, 22b, 22c: Sample hold circuit
23 Multiplexer
24 A / D converter
25 Drive circuit
26 Controller
30 Sensing media
31 Turntable
40 Clad layer
41 Optical waveguide layer

Claims (6)

A dielectric block;
A thin film layer formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means disposed in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed for determining the characteristics of the sample by the change rate. A sensor that uses total reflection attenuation. A dielectric block;
A thin film layer made of a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the metal film;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means disposed in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed for determining the characteristics of the sample by the change rate. A sensor that uses total reflection attenuation. A dielectric block;
A clad layer formed on one surface of the dielectric block, and a thin film layer comprising an optical waveguide layer formed on the clad layer and brought into contact with the sample;
A light source that generates a light beam;
An optical system that makes the light beam incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the cladding layer;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means disposed in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
In the sensor using total reflection attenuation, comprising a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
A correction means is provided for determining a change rate for a plurality of differential values related to different positions in the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and dividing the differential value employed for determining the characteristics of the sample by the change rate. A sensor that uses total reflection attenuation. The dielectric block is formed as one block including all of the incident surface, the exit surface of the light beam, and one surface on which the thin film layer is formed,
The sensor using total reflection attenuation according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin film layer is integrated with the dielectric block to form a measuring chip. 5. The total reflection attenuation according to claim 1, wherein the differentiating unit obtains a difference value between photodetection signals output by adjacent light receiving elements of the photodetection unit. Sensor. 6. The sensor using total reflection attenuation according to claim 1, wherein the light detection means is a photodiode array.

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