JPH05203565A - 偏光解析装置 - Google Patents

偏光解析装置

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JPH05203565A
JPH05203565A JP1396892A JP1396892A JPH05203565A JP H05203565 A JPH05203565 A JP H05203565A JP 1396892 A JP1396892 A JP 1396892A JP 1396892 A JP1396892 A JP 1396892A JP H05203565 A JPH05203565 A JP H05203565A
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徹 牧野
Hirofumi Suzuki
浩文 鈴木
Hajime Morokuma
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Abstract

(57)【要約】 【目的】小型で簡便な偏光解析装置を提供することを目
的とする。 【構成】試料支持台3と、試料支持台3の一部に偏光を
入射させる偏光ビームスプリッタ1と、試料支持台3の
一部で反射された反射光のp偏光およびs偏光の位相差
をπにし、かつこの反射光を試料支持台3の一部とは異
なった部分に入射させ、この異なった部分で反射された
光を偏光ビームスプリッタ1に入射させる1/2λプリ
ズム7と、偏光ビームスプリッタ1に入射された光を検
出する光電検出器10とを具備する光学系を有してい
る。試料支持台3は、光学系の光軸に対して45°の方
向に沿って移動可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば免疫支持体上
の抗体及び抗原による膜厚の変化を偏光解析法によって
測定する偏光解析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】偏光解析法は、物体の表面で光が反射す
る際の偏光状態の変化を観測して、物体自体の光学定
数、または、その表面に附着した薄膜の厚みや光学定数
を知る方法である。最近では、この偏光解析法が生物物
理分野へ応用されるようになり、抗原抗体反応に用いる
タンパク質の厚さの測定、さらにはタンパク質の吸着膜
の測定、血漿の凝結の研究等にも応用されるようになっ
ている。
【0003】上記抗原抗体反応に用いるタンパク質の厚
さの測定する技術としては、例えばA.Rothen and C.Mat
hot.Helvetica Chimica Aacta,Vol.54(1971) Immunological Reactios Carried out at a Liquid-Sol
id Interface に開示されている技術が知られている。
上記タンパク質の吸着膜の測定に関する技術としては、
ULF JOENSSON,M.MALMQVIST,INGER ROENNBERG. Journal
of Colloid and Interface Science. Vol.103,No.2,198
5 Adsorption of Immunoglobulin G,ProteinA,and Fibr
onectin in the Submonolayer Region Evaluated by a
Combined Study of Ellipsometry and Radiotracer Tec
hniqs および、 A.Rothen,C.Mathot.Surface Chemistr
y of BiologicalSystems.1970 IMMUNOLOGICAL REACTIO
NS CARRIED OUT AT A LIQUID-SOLID INTERFACE WITH TH
E HELP OF A WEAK ELECTRIC CURRENT に開示されてい
る技術が知られている。また、血漿の凝結に関する技術
としては、L.VROMAN AND A.L.ADAMS. SURFACE SCIENCE
16(1969) FINDINGS WITH THE RECORDING ELLIPSOMETER
SUGGESTING RAPIDEXCHANGE OF SPECIFIC PLASMA PROTEI
NS AT LIQUID/SOLID INTERFACESに開示されている技術
が知られている。偏光解析においては、屈折率
【0004】
【数1】 をもつ基板面上に、厚さd、屈折率
【0005】
【数2】 をもつ等方均質な薄膜がある場合(図9参照)におい
て、これに入射角φで直線偏光が入射するとき、P,S
偏光成分の振幅反射率は、それぞれ
【0006】
【数3】
【0007】で与えられる。ただしr1P,r2P,r1s
2Sは、それぞれ真空−膜、膜−基板における、P,S
成分の振幅反射率で、δは膜内に生じる位相差である。
このδは
【0008】
【数4】 で与えられる。なお、φf は、膜内での屈折角であり、
【0009】
【数5】 が成立している。このとき、
【0010】
【数6】 で与えられ、tanφ(振幅反射率比)とiΔ(位相
差)は偏光解析によって測定される。
【0011】偏光解析を行う場合、従来より種々の方法
があるが、例えば、図10に示された偏光解析装置が用
いられている。この装置は、Faraday cellを用いたKi
ngの光電的偏光解析装置であり、入射角固定の測定法
の配置状態を示している。この装置は偏光子および検光
子がステッピングモータ等で±0.002°に相当する
精度で回転されることができ、さらに、ファラデー効果
により偏光状態に変調を加えて消光位置が捜し出し易い
機構となっている。このように、図10に示された偏光
解析装置を用いて消光条件を求めることにより、試料表
面に附着した薄膜の厚みや光学定数を知ることが可能で
ある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、図10に示したように、Faraday cellを備え
なければならない、あるいは偏光子、検光子の両方を精
度良く回転させる機構を備える必要がある等、簡便性に
劣るのが欠点である。従来の装置が備えている光学系
を、先行出願である特願平3−080124号に記載さ
れている免疫測定装置に利用しようとする場合、装置の
複雑性や光学系の大型化を招いてしまう。この結果、従
来の自動分析装置に用いられている光学系では、分析装
置の自動化にとって大きな妨げとなってしまう。
【0013】本発明は、例えば免疫支持体上の抗体、及
び抗原による膜厚の変化を偏光解析法によって測定する
にあたり、小型で簡便な偏光解析装置を提供することを
目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の偏光解析装置は、試料支持台と、この試料支
持台の一部に偏光を入射させる、偏光子と検光子を兼ね
た光学素子と、前記試料支持台の一部で反射された反射
光のp偏光およびs偏光の位相差をπにし、かつ前記反
射光を前記試料支持台の一部とは異なった部分に入射さ
せると共にこの異なった部分で反射された光を前記光学
素子に入射させる1/2λプリズムと、前記光学素子に
入射された光を検出する光検出手段と、を具備する光学
系を有しており、前記試料支持台は前記光学系の光軸に
対して45°に交わる軸を有し、この軸に沿って移動可
能であることを特徴としている。
【0015】
【作用】1つの光学素子に偏光子と検光子の機能を持た
せて偏光解析装置の光学系を構成すると共に、この光学
系に適した試料支持台を設ける。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。な
お、本発明の偏光解析装置は光学系および試料支持台の
配置状態に特徴を有するので、これらの部分について詳
細に説明する。
【0017】本発明の偏光解析装置は図1のように構成
されている。この図において符号1は偏光子、検光子を
兼ねた偏光ビームスプリッタ1を、符号3はこの光学系
に適した試料支持台(試料部)を、符号7はλ/2プリ
ズムを示している。なお、試料部3は、図示されていな
いステージに、移動可能で光軸に対して試料の軸線が4
5°傾けられて支持されている(図6参照)。また、実
際の膜厚等が測定される試料は、この試料支持台上に形
成される。
【0018】光源(図示せず)から射出され偏光ビーム
スプリッタ1に入射する光が、無偏光の場合は光源は固
定で偏光ビームスプリッタ1だけが回転し、偏光の場合
は光源および偏光ビームスプリッタ1は一体となって回
転するようになっている。
【0019】図2はλ/2プリズム7の構成およびこの
λ/2プリズム7での光の経路を示したものである。こ
のλ/2プリズム7は、A点から入射した光をプリズム
内で4回屈折させ、位相をπだけ進めてB点から射出さ
せるような偏光特性を持っている。以下、このλ/2プ
リズム7の屈折率について、図3および以下の式を参照
して説明する。
【0020】
【数7】 従って、
【0021】
【数8】 λ/2プリズムは、この場合、4回屈折して位相がπだ
け進むので、1回の屈折で位相の変化はπ/4である。
従って、(δp −δs )=π/4から
【0022】
【数9】 となる。今、φ=π/4であるから、上式を満たすn12
を計算すれば、λ/2プリズム7の屈折率を計算するこ
とができる。
【0023】次に、この光学系の全体の光の経路につい
て説明する。偏光ビームスプリッタ1を通った直線偏光
は、試料部3で反射されて楕円偏光となり、その後、λ
/2プリズム7に入射する。この場合、偏光ビームスプ
リッタ1を通った直線偏光の偏光角はφ、試料部3で反
射された光は位相差δの楕円偏光である。このときの偏
光角と位相差の関係を電場ベクトル成分について図示す
ると、図4のようになる。
【0024】ここで各点における偏光角の変化を図示す
る。λ/2プリズム7は、試料部3で反射した光の光軸
に対して45°傾いて配置されているので、λ/2プリ
ズム7に入射した図5(A)で示すような偏光は、図5
(B)で示すように、KからK1へ電界ベクトルが変化
して射出される。このとき、偏光角はφ+π/4、位相
はδ+πで直線偏光となっている。この直線偏光が試料
部3で再び反射されると、偏光角はπ/4−φ、位相差
はπの楕円偏光に変化する。この楕円偏光が偏光ビーム
スプリッタ1に入射する。
【0025】次に、試料部3の配置状態およびこの試料
部3に入射する光の位置について再び図6を参照して詳
細に説明する。試料部3は、偏光ビームスプリッタ1側
からの光およびλ/2プリズム7側からの光が試料部3
の一側面3aおよび他側面3bにそれぞれ入射するよう
に配置されている。また、この一側面3aおよび他側面
3bは試料部3の中心軸Mについて対称となっている。
この中心軸Mは、前述したように、光軸に対して45°
の角度をもって交差しており、試料部3は、この中心軸
Mに沿って移動可能に図示されていないステージに支持
されている。
【0026】偏光ビームスプリッタ1を通った光は試料
部3の一側面3aで反射され、λ/2プリズム7の点A
に入射する。A点から入射した光は、前述したようにプ
リズム内で4回屈折を繰り返しB点から射出され、試料
部3の他側面3bで反射されて偏光ビームスプリッタ1
に入射する。そして、偏光ビームスプリッタ1からの出
力光は、光電検出器10で検出されるか、もしくは目視
して光量の変化をとらえることができるようになってい
る。
【0027】上述した構成に適した免疫支持体の構造、
およびその測定方法について説明する。シリコン単結晶
(方位面は100面)に膜厚1000〜1900オング
ストロームの酸化シリコン皮膜をつけ、特願平3−08
0124号で提示されている方法でシラン処理および抗
体の固相化を行い試料部3を作成した。この試料部3の
構造を図7に示す。図7において、符号20はSi単結
晶基盤を、符号21はSiO2 皮膜を、符号22はシラ
ンカップリング剤を、符号23は抗体をそれぞれ示して
いる。
【0028】図8(A)は試料部3の平面図を示したも
のである。この試料部3が図6で示したように配置され
る。この試料部の一側面3aは、Referenceと
して抗体のみが固相化されている面25であり、他側面
3bは、3つの領域26〜28に分割されている。符号
26は面25と同様の抗体に最低濃度の抗原を反応させ
た部分を示し、符号27,28は実際の検体が感作され
た部分を示している。
【0029】以上のような試料部を用いた免疫測定の方
法を以下に記す。 (a).図8(A)に示された試料部3を図6で示すよ
うに配置する。 (b).試料部3の26および27、28で示される部
分に、それぞれ最低濃度のコントロール液および検体を
必要量滴下する。反応時間は測定項目によって最適時間
反応させる。 (c).反応終了後26、27、28で示される部分を
蒸留水で洗浄した後、N2 ガス等で表面の水分を吹き飛
ばす。 (d).用いる光源が無偏光の場合は,偏光ビームスプ
リッタ1を回転させ、光電検出器10で消光の偏光角を
求める。このとき注意しなければならないのは、試料部
の25および26の部分にのみ、偏光ビームスプリッタ
1からの光およびλ/2プリズム7からの光が照射され
るように、試料部3を位置合せすることである。 (e).前記(d)で行った操作がゼロ調整に相当す
る。 (f).次に、試料部3の25および27の部分にの
み、偏光ビームスプリッタ1からの光およびλ/2プリ
ズム7からの光が照射されるように、試料部3の位置を
ずらし光電検出器10の出力を読み取る。同様な操作
を、試料部3の25および28の部分でも行う。 (g).あらかじめ作成されている検量線から、試料部
3の27,28に滴下された検体の濃度を検出すること
ができる。
【0030】免疫支持体の構造については、図8(B)
で示すように構成することも可能である。符号40は検
体を感作する部分を、符号31は抗体のみが固相化され
た面を示している。試料部の一側面3aは抗体のみが固
相化された面31を除いて5つの領域32〜36に分割
されている。なお、この分割される領域の数については
任意であり、本実施例では5つとなっている。また、図
面では、それぞれの領域が分かりやすいように升目状に
分割されているが、実際は、光が入射する位置および試
料部3の移動量等に応じて各領域は最適な状態に分割さ
れる。これら各領域32〜36は、同一の抗体を固相化
した後、抗原濃度が既知でかつそれぞれ異なっている5
種のコントロール液が感作されている部位である。
【0031】検体が感作された部分40の抗原濃度の測
定は以下の手順によって行われる。まず最初に、試料部
3の一側面3aの抗体のみが固相化された面31および
他側面3bの抗体のみが固相化された面31を用いてゼ
ロ調整する。次に、試料部3をM軸方向にずらしながら
32の領域と検体が感作された部分40、引き続き33
の領域と検体が感作された部分40、引き続き34の領
域と検体が感作された部分40…という具合に、順番に
それぞれの領域32〜36を用いて測光する。
【0032】それぞれの領域32〜36は抗原濃度が既
知であるため、領域32〜36が検量線の役目を果たす
ことになる。例えば、領域34を用いて測光を行ったと
きに出力がゼロになったとすると、検体が感作された部
分40の抗原濃度は34の領域の抗原濃度と等しいこと
になる。このような免疫支持体構造を用いることによっ
て検量線が不要となる。もちろん、試料部の一側面3a
を、さらに多数の領域に分割すれば、より正確な濃度を
検出することが可能になる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の偏光解析
装置では、偏光子と検光子を兼ねた偏光ビームスプリッ
タを有する光学系を用いており、なおかつ、この光学系
に適した免疫支持体を用いている。この結果、簡便で小
型な偏光解析装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の偏光解析装置における光学系の概略を
示す図である。
【図2】図1の光学系において、λ/2プリズムの詳細
な構成を示す図である。
【図3】λ/2プリズムの屈折率を計算するための説明
図であある。
【図4】図1の光学系において、試料部で反射された光
の偏光角と位相差の関係を電場ベクトル成分について図
示したものである。
【図5】(A)および(B)を含み、それぞれ、図1の
光学系において、試料部からの反射光が入射した場合の
偏光角、およびλ/2プリズムを通過した光の偏光角を
示したものである。
【図6】図1の光学系において、光の経路を概略的に示
した図である。
【図7】図1の光学系に用いられる試料支持体の断面図
である。
【図8】図1の光学系に適した試料支持体の構成を示す
平面図であり、(A)は第1の実施例を(B)は第2の
実施例を示す図である。
【図9】基板上に等方均質な薄膜がある場合において、
これに直線偏光が入射した場合の光の経路を示す図であ
る。
【図10】従来の偏光解析装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1…偏光ビームスプリッタ、3…試料部、7…λ/2プ
リズム、10…光電検出器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料支持台と、 この試料支持台の一部に偏光を入射させる、偏光子と検
    光子を兼ねた光学素子と、 前記試料支持台の一部で反射された反射光のp偏光およ
    びs偏光の位相差をπにし、かつ前記反射光を前記試料
    支持台の一部とは異なった部分に入射させると共にこの
    異なった部分で反射された光を前記光学素子に入射させ
    る1/2λプリズムと、 前記光学素子に入射された光を検出する光検出手段と、
    を具備する光学系を有しており、 前記試料支持台は、前記光学系の光軸に対して45°に
    交わる軸を有し、この軸に沿って移動可能であることを
    特徴とする偏光解析装置。
  2. 【請求項2】 前記試料台上には、前記光学素子からの
    光が入射される領域および前記1/2λプリズムからの
    光が入射される領域において、それぞれ同一もしくは異
    なる試料が形成されていることを特徴とする、請求項1
    に記載された偏光解析装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0982580A1 (en) * 1998-08-20 2000-03-01 Olympus Optical Co., Ltd. Ellipsometer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0982580A1 (en) * 1998-08-20 2000-03-01 Olympus Optical Co., Ltd. Ellipsometer

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