JPH1038800A - 交換可能な光学要素を備える表面プラズモン共鳴検出器 - Google Patents
交換可能な光学要素を備える表面プラズモン共鳴検出器Info
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- JPH1038800A JPH1038800A JP10659397A JP10659397A JPH1038800A JP H1038800 A JPH1038800 A JP H1038800A JP 10659397 A JP10659397 A JP 10659397A JP 10659397 A JP10659397 A JP 10659397A JP H1038800 A JPH1038800 A JP H1038800A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
- G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】表面プラズモン共鳴を用いて物質の屈折率を測
定する装置で、交換可能な光学要素を用いた、整合しや
すい装置を提供する。 【解決手段】表面プラズモン共鳴検出器は透明な基板ハ
ウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１９を備え
る。基板ハウジング１２内に設けた放射源１０からの放
射は偏光フィルタ１６により偏光になり、平面鏡２０か
ら反射して、光学ハウジング１９の外面に形成する表面
プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層２２に当たる。層２２は均
一な厚さの銅や銀や金などの導電材料の薄い層を備え、
その厚さは放射源１０の周波数と層２２の材料の性質に
よって決まる。層２２から反射した放射２４はハウジン
グ１９に再び入り、光電検出器の配列２８に当たる。各
検出器での放射の強度と角度から、層２２の反対側の物
質の屈折率が決まる。
定する装置で、交換可能な光学要素を用いた、整合しや
すい装置を提供する。 【解決手段】表面プラズモン共鳴検出器は透明な基板ハ
ウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１９を備え
る。基板ハウジング１２内に設けた放射源１０からの放
射は偏光フィルタ１６により偏光になり、平面鏡２０か
ら反射して、光学ハウジング１９の外面に形成する表面
プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層２２に当たる。層２２は均
一な厚さの銅や銀や金などの導電材料の薄い層を備え、
その厚さは放射源１０の周波数と層２２の材料の性質に
よって決まる。層２２から反射した放射２４はハウジン
グ１９に再び入り、光電検出器の配列２８に当たる。各
検出器での放射の強度と角度から、層２２の反対側の物
質の屈折率が決まる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は一般に光学センサ
の分野に関し、より詳しくは、化学的・生化学的・生物
学的・生物医学的な分析や、プロセス制御や、汚染の検
出および制御などの領域に用いるセンサの分野に関す
る。
の分野に関し、より詳しくは、化学的・生化学的・生物
学的・生物医学的な分析や、プロセス制御や、汚染の検
出および制御などの領域に用いるセンサの分野に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】表面プラズモン共鳴は、化学的・生化学
的・生物学的・生物医学的な分析の分野のセンサとして
用いられている光学的表面現象である。表面プラズモン
は導電性の薄膜の表面での表面電荷密度波である。この
現象については、Ｈ．Ｒａｅｔｈｅｒの論文（Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ、１９７７，７４ ｐｐ
２３７−２４４）に述べられている。この共鳴は、その
上に金属薄膜を形成する誘電体界面から、単色光の偏光
が内側に全反射するときに観察される。通常、この界面
はガラスなどの透明な物体の滑らかな表面を持つ。界面
で内側に反射した光は前記文献で共鳴角と呼んでいる特
定の角度のときに強度が最小になる。この角度は、金属
膜の近くの誘電体の状態と膜自身の性質により決まる。
的・生物学的・生物医学的な分析の分野のセンサとして
用いられている光学的表面現象である。表面プラズモン
は導電性の薄膜の表面での表面電荷密度波である。この
現象については、Ｈ．Ｒａｅｔｈｅｒの論文（Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ、１９７７，７４ ｐｐ
２３７−２４４）に述べられている。この共鳴は、その
上に金属薄膜を形成する誘電体界面から、単色光の偏光
が内側に全反射するときに観察される。通常、この界面
はガラスなどの透明な物体の滑らかな表面を持つ。界面
で内側に反射した光は前記文献で共鳴角と呼んでいる特
定の角度のときに強度が最小になる。この角度は、金属
膜の近くの誘電体の状態と膜自身の性質により決まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】表面プラズモン共鳴を
用いた従来のセンサでは、金属薄膜（ＳＰＲ膜）は通常
はガラスプリズムの平面に被覆する。共鳴角を決定する
には、金属膜を持つ表面上にプリズムを通して偏光を当
て、そこから反射してプリズムの外面を通る光の強度を
測定する。しかしこのような装置では、光学部品を個別
に作って配列して正確な測定値を得るのに非常に高い精
密度を要する。さらにこのような装置では、汚れの問題
が生じないようにプリズムを取り替えたり、別の材料を
検出するために物理的構成を変えたりするのが容易では
ない。
用いた従来のセンサでは、金属薄膜（ＳＰＲ膜）は通常
はガラスプリズムの平面に被覆する。共鳴角を決定する
には、金属膜を持つ表面上にプリズムを通して偏光を当
て、そこから反射してプリズムの外面を通る光の強度を
測定する。しかしこのような装置では、光学部品を個別
に作って配列して正確な測定値を得るのに非常に高い精
密度を要する。さらにこのような装置では、汚れの問題
が生じないようにプリズムを取り替えたり、別の材料を
検出するために物理的構成を変えたりするのが容易では
ない。
【０００４】表面プラズモン共鳴をセンサとして用いる
原理は、導体と誘電体との境界にある自由電子の表面プ
ラズマの振動が、プリズムの反対側の導電膜表面の近く
にある材料の屈折率によって影響を受けることを利用す
る。放射の所定の波長で共鳴が起こるのは偏光の入射角
が特定の値を持つ場合であって、この値は膜の近くの材
料の屈折率によって決まる。したがって屈折率が変わる
と、表面プラズモン共鳴が起こる角度が変わる。偏光が
金属薄膜に「共鳴角」で当たると、反射光の強度は最小
になる。したがって、この最小値になるときの角度を検
出することにより、膜の近くの材料の屈折率を決定する
ことができる。しかし、個別の要素を用いると機械的な
整合が難しく、したがって装置が複雑になるために、こ
の方法の長所も限界がある。
原理は、導体と誘電体との境界にある自由電子の表面プ
ラズマの振動が、プリズムの反対側の導電膜表面の近く
にある材料の屈折率によって影響を受けることを利用す
る。放射の所定の波長で共鳴が起こるのは偏光の入射角
が特定の値を持つ場合であって、この値は膜の近くの材
料の屈折率によって決まる。したがって屈折率が変わる
と、表面プラズモン共鳴が起こる角度が変わる。偏光が
金属薄膜に「共鳴角」で当たると、反射光の強度は最小
になる。したがって、この最小値になるときの角度を検
出することにより、膜の近くの材料の屈折率を決定する
ことができる。しかし、個別の要素を用いると機械的な
整合が難しく、したがって装置が複雑になるために、こ
の方法の長所も限界がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】従来のセンサの問題を解
決するため、この発明ではセンサの光学部分を脱着でき
るようにした構造を用いる。基板ハウジングを、放射源
からの放射に対して透明な材料を用いて作る。放射源か
らの光は基板ハウジングを通って脱着可能なハウジング
に入り、表面に導電薄膜（ＳＰＲ膜）を形成したハウジ
ングの外面に放射が当たる。導電層から反射した光は、
基板ハウジングに設けた放射検出器の配列に向かう。検
出器の出力が最低レベルになるのは、源から出た放射線
が金属薄膜から「共鳴角」で反射したときである。「共
鳴角」は導電層に接触する材料の屈折率の関数である。
適当な屈折率整合液などを基板ハウジングと脱着可能な
光学部分の間に置いて、基板ハウジングから脱着可能な
光学部分へ、またはその逆に、通過する放射の偏向を最
小にする。
決するため、この発明ではセンサの光学部分を脱着でき
るようにした構造を用いる。基板ハウジングを、放射源
からの放射に対して透明な材料を用いて作る。放射源か
らの光は基板ハウジングを通って脱着可能なハウジング
に入り、表面に導電薄膜（ＳＰＲ膜）を形成したハウジ
ングの外面に放射が当たる。導電層から反射した光は、
基板ハウジングに設けた放射検出器の配列に向かう。検
出器の出力が最低レベルになるのは、源から出た放射線
が金属薄膜から「共鳴角」で反射したときである。「共
鳴角」は導電層に接触する材料の屈折率の関数である。
適当な屈折率整合液などを基板ハウジングと脱着可能な
光学部分の間に置いて、基板ハウジングから脱着可能な
光学部分へ、またはその逆に、通過する放射の偏向を最
小にする。
【０００６】
【実施例】図１はこの発明の一実施態様を示す。この構
成では、放射源１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）やレー
ザダイオードやその他の適当な放射源でよく、これを基
板ハウジング１２内に設ける。ハウジング１２は、放射
源１０からの放射に対して透明な材料たとえば適当なプ
ラスティックまたはエポキシで作る。詳しく言うと、Ｆ
ｕｒａｎｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙ が販
売してい登録商標Ｅｐｏｃａｓｔ ２０１３ Ｐａｒｔ
ｓ Ａ／Ｂというエポキシは赤外領域の放射源に特に有
用である。その他の使用可能な材料は、Ｅｍｅｒｓｏｎ
＆ ＣｕｍｍｉｎｇのＳｔｙｃａｓｔ １２６９Ａ
Ｐａｒｔｓ Ａ／Ｂ、ＴｒａｃｏｎＴｒａｂｏｎｄ Ｆ
１１４、Ｄｅｘｔｅｒｙｓｏｌ ＯＳ１０００、Ｎｏｒ
ｌａｎｄ ６１および６３、Ｄｅｘｔｅｒ Ｈｙｓｏｌ
ＭＧ１８またはＮｉｔｔｏ８５１０−１１００などで
ある。その他の使用可能な材料はポリメチルメタクリレ
ートやポリカーボネートなどである。
成では、放射源１０は発光ダイオード（ＬＥＤ）やレー
ザダイオードやその他の適当な放射源でよく、これを基
板ハウジング１２内に設ける。ハウジング１２は、放射
源１０からの放射に対して透明な材料たとえば適当なプ
ラスティックまたはエポキシで作る。詳しく言うと、Ｆ
ｕｒａｎｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙ が販
売してい登録商標Ｅｐｏｃａｓｔ ２０１３ Ｐａｒｔ
ｓ Ａ／Ｂというエポキシは赤外領域の放射源に特に有
用である。その他の使用可能な材料は、Ｅｍｅｒｓｏｎ
＆ ＣｕｍｍｉｎｇのＳｔｙｃａｓｔ １２６９Ａ
Ｐａｒｔｓ Ａ／Ｂ、ＴｒａｃｏｎＴｒａｂｏｎｄ Ｆ
１１４、Ｄｅｘｔｅｒｙｓｏｌ ＯＳ１０００、Ｎｏｒ
ｌａｎｄ ６１および６３、Ｄｅｘｔｅｒ Ｈｙｓｏｌ
ＭＧ１８またはＮｉｔｔｏ８５１０−１１００などで
ある。その他の使用可能な材料はポリメチルメタクリレ
ートやポリカーボネートなどである。
【０００７】光シールド１４を放射源１０の周囲に設け
て、迷走放射がセンサに入るのを防ぐ。シールド１４は
開口１５を備え、放射は放射源１０から開口を通って一
般に垂直方向に進む。開口１５の上に偏光フィルタ１６
を設けて偏光を作る。適当な偏光子としては、たとえば
ポラロイド社がＨＮ７線形偏光子という名で販売してい
るプラスティック偏光材料など数多くある。放射源１０
は一種の点放射源として働くので、偏光１８（光線）は
互いに発散する。
て、迷走放射がセンサに入るのを防ぐ。シールド１４は
開口１５を備え、放射は放射源１０から開口を通って一
般に垂直方向に進む。開口１５の上に偏光フィルタ１６
を設けて偏光を作る。適当な偏光子としては、たとえば
ポラロイド社がＨＮ７線形偏光子という名で販売してい
るプラスティック偏光材料など数多くある。放射源１０
は一種の点放射源として働くので、偏光１８（光線）は
互いに発散する。
【０００８】発散する偏光１８は基板ハウジング１２と
ハウジング１２の上面に乗る脱着可能な光学ハウジング
１９との間の界面を通って進む。光学ハウジング１９は
源１０からの放射を通す材料で作り、ハウジング１２に
用いる材料と同じでも異なってもよい。偏光１８は平面
鏡２０により内側に反射する。平面鏡２０はその平面が
偏光１８の方向に垂直でないように設ける。発散する偏
光１８は鏡２０から反射した後、光学ハウジング１９の
外面に形成されている表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層
２２に向かう。
ハウジング１２の上面に乗る脱着可能な光学ハウジング
１９との間の界面を通って進む。光学ハウジング１９は
源１０からの放射を通す材料で作り、ハウジング１２に
用いる材料と同じでも異なってもよい。偏光１８は平面
鏡２０により内側に反射する。平面鏡２０はその平面が
偏光１８の方向に垂直でないように設ける。発散する偏
光１８は鏡２０から反射した後、光学ハウジング１９の
外面に形成されている表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層
２２に向かう。
【０００９】表面プラズモン共鳴層２２は、均一の厚さ
の銅や銀や金などの導電材料の薄い層を備える。層２２
は平面が好ましいが、他の形たとえば凸面または凹面
や、階段状・周期的・非周期的な特徴を持つ形でもよ
い。この発明の一実施態様では、層２２は厚さ約２７５
オングストロームの金の膜を備える。表面プラズモン共
鳴層の厚さは約２００から６００オングストロームの範
囲で、表面プラズモン共鳴を起こすものであればよい。
特定の膜の厚さは、源１０の放射の周波数と層２２に用
いる導電材料の性質によって、実験で決める。この技術
で知られているように、絶縁物の界面にあるこの薄い導
電膜に放射が当たると、そこからの反射強度は、膜への
放射の入射角と、膜の反対側に接触する材料の屈折率と
の関数である。したがって、反射率が最小になる角度を
決定することにより、放射が反射する側と反対側の材料
の屈折率を決定することができる。
の銅や銀や金などの導電材料の薄い層を備える。層２２
は平面が好ましいが、他の形たとえば凸面または凹面
や、階段状・周期的・非周期的な特徴を持つ形でもよ
い。この発明の一実施態様では、層２２は厚さ約２７５
オングストロームの金の膜を備える。表面プラズモン共
鳴層の厚さは約２００から６００オングストロームの範
囲で、表面プラズモン共鳴を起こすものであればよい。
特定の膜の厚さは、源１０の放射の周波数と層２２に用
いる導電材料の性質によって、実験で決める。この技術
で知られているように、絶縁物の界面にあるこの薄い導
電膜に放射が当たると、そこからの反射強度は、膜への
放射の入射角と、膜の反対側に接触する材料の屈折率と
の関数である。したがって、反射率が最小になる角度を
決定することにより、放射が反射する側と反対側の材料
の屈折率を決定することができる。
【００１０】上に説明した動作原理により、図１の構成
は、薄い表面プラズモン共鳴層２２から反射する発散放
射２４を生成する。発散放射２４はスペクトルフィルタ
２６を通ってハウジング１９から出る。次に放射２４は
ハウジング１２に入り、検出器配列２８に当たる。光学
放射用の検出器配列２８は光電検出器の配列を備える。
配列２８内の各検出器は、検出器に当たる放射強度に比
例する電気信号を持つ信号を出力ピンに発生させる。各
検出器の電圧を測定し、また検出器に当たる放射が表面
プラズモン共鳴層２２と交差する角度を知ることによ
り、反射した放射強度を角度の関数としてプロットする
ことができる。このプロットは、表面プラズモン共鳴層
２２の放射を反射する側と反対側にある物質の屈折率と
相関がある。
は、薄い表面プラズモン共鳴層２２から反射する発散放
射２４を生成する。発散放射２４はスペクトルフィルタ
２６を通ってハウジング１９から出る。次に放射２４は
ハウジング１２に入り、検出器配列２８に当たる。光学
放射用の検出器配列２８は光電検出器の配列を備える。
配列２８内の各検出器は、検出器に当たる放射強度に比
例する電気信号を持つ信号を出力ピンに発生させる。各
検出器の電圧を測定し、また検出器に当たる放射が表面
プラズモン共鳴層２２と交差する角度を知ることによ
り、反射した放射強度を角度の関数としてプロットする
ことができる。このプロットは、表面プラズモン共鳴層
２２の放射を反射する側と反対側にある物質の屈折率と
相関がある。
【００１１】当業者が理解するように、図１に示す要素
の物理的位置を動かしたり変えたりしても上に説明した
機能は保たれる。たとえば、放射を反射する鏡の位置や
形は、放射が表面プラズモン共鳴層に当たってそこから
反射する放射強度を、表面プラズモン共鳴層に当たる放
射の角度の関数として測定できる限り、他の形や位置で
もよい。
の物理的位置を動かしたり変えたりしても上に説明した
機能は保たれる。たとえば、放射を反射する鏡の位置や
形は、放射が表面プラズモン共鳴層に当たってそこから
反射する放射強度を、表面プラズモン共鳴層に当たる放
射の角度の関数として測定できる限り、他の形や位置で
もよい。
【００１２】図２は図１とは異なる構成を示す。この別
の構成はハウジング１２，１９を備える。しかし図２の
ハウジング１９は下向きに突出した翼部３０，３２を備
える。２個のハウジング１２，１９を図の位置に置く
と、翼部３０，３２はハウジング１２の壁にかぶさる。
翼突出部３０，３２によりハウジング１９はハウジング
１２と正しく整合するので、源１０からの放射は鏡２０
とＳＰＲ面２２から反射して検出器２８に当たる。翼突
出部３０，３２により正しく整合ができるので、ハウジ
ング１２，１９は自己整合すると考えてよい。
の構成はハウジング１２，１９を備える。しかし図２の
ハウジング１９は下向きに突出した翼部３０，３２を備
える。２個のハウジング１２，１９を図の位置に置く
と、翼部３０，３２はハウジング１２の壁にかぶさる。
翼突出部３０，３２によりハウジング１９はハウジング
１２と正しく整合するので、源１０からの放射は鏡２０
とＳＰＲ面２２から反射して検出器２８に当たる。翼突
出部３０，３２により正しく整合ができるので、ハウジ
ング１２，１９は自己整合すると考えてよい。
【００１３】当業者が理解するように、光束が一媒体か
ら別の媒体へ垂直でない方向に進むと、片側の接合部か
ら出る光束の方向は、通常は放射が接合部に入る角度と
は異なる角度で出る。この現象が起こるのは、接合部の
片側の物体／気体の屈折率が接合部の反対側の気体／物
体の屈折率と異なるからである。この発明の図１と図２
の構成では、通常はハウジング１２，１９は同じ材料で
作る。一方のハウジング１２から他方のハウジング１９
への接合部を通る光がたとえば気体媒体を通ると、ハウ
ジング１２とハウジング１９の間にある気体の屈折率が
ハウジング１２，１９の屈折率と異なるため、放射の方
向が変わる。これを直すために、ハウジング１２とハウ
ジング１９の間に屈折率整合液を挟む。この液の屈折率
はハウジング１２，１９の屈折率とほぼ同じでなければ
ならない。図１の構成でこれを行うときは、ハウジング
１２，１９を図のように置く前に液を両ハウジングの面
上に塗る。当然両ハウジングの間から液がいくらか押し
出される。しかし屈折率整合液が逃げないようにハウジ
ング１２とハウジング１９の間にガスケットなどを設け
ることにより、液が逃げるのを防ぐことができる。
ら別の媒体へ垂直でない方向に進むと、片側の接合部か
ら出る光束の方向は、通常は放射が接合部に入る角度と
は異なる角度で出る。この現象が起こるのは、接合部の
片側の物体／気体の屈折率が接合部の反対側の気体／物
体の屈折率と異なるからである。この発明の図１と図２
の構成では、通常はハウジング１２，１９は同じ材料で
作る。一方のハウジング１２から他方のハウジング１９
への接合部を通る光がたとえば気体媒体を通ると、ハウ
ジング１２とハウジング１９の間にある気体の屈折率が
ハウジング１２，１９の屈折率と異なるため、放射の方
向が変わる。これを直すために、ハウジング１２とハウ
ジング１９の間に屈折率整合液を挟む。この液の屈折率
はハウジング１２，１９の屈折率とほぼ同じでなければ
ならない。図１の構成でこれを行うときは、ハウジング
１２，１９を図のように置く前に液を両ハウジングの面
上に塗る。当然両ハウジングの間から液がいくらか押し
出される。しかし屈折率整合液が逃げないようにハウジ
ング１２とハウジング１９の間にガスケットなどを設け
ることにより、液が逃げるのを防ぐことができる。
【００１４】図２は図１とは異なる構成を示す。この構
成では、ハウジング１２の上面にポケット３４を形成す
る。これらのポケット３４の位置は、ハウジング１２と
ハウジング１９の間を通る光が図２に示すようにポケッ
ト３４を通るようにする。ポケット３４の間にオーバー
フローポケット３６がある。ハウジング１２，１９を図
２のように組み立てるとき、まずポケット３４に屈折率
整合液を入れてから、ハウジング１２，１９を図のよう
に重ねる。ハウジング１２とハウジング１９の間には空
のポケット３６があるので、余分な液は容易にハウジン
グ１２，１９からポケット３６に流れて、ハウジング１
２，１９は光が通る領域にある屈折率整合液と接触す
る。この液の屈折率はハウジング１２，１９の屈折率と
同じなので、両者の間の接合部では光が一方のハウジン
グから他方へ通るときに光路が偏向することはない。こ
のように屈折率整合液により、基板ハウジング１２と脱
着可能な光学ハウジング１９の間の境界で起こる放射路
の方向の偏向は最小になる。
成では、ハウジング１２の上面にポケット３４を形成す
る。これらのポケット３４の位置は、ハウジング１２と
ハウジング１９の間を通る光が図２に示すようにポケッ
ト３４を通るようにする。ポケット３４の間にオーバー
フローポケット３６がある。ハウジング１２，１９を図
２のように組み立てるとき、まずポケット３４に屈折率
整合液を入れてから、ハウジング１２，１９を図のよう
に重ねる。ハウジング１２とハウジング１９の間には空
のポケット３６があるので、余分な液は容易にハウジン
グ１２，１９からポケット３６に流れて、ハウジング１
２，１９は光が通る領域にある屈折率整合液と接触す
る。この液の屈折率はハウジング１２，１９の屈折率と
同じなので、両者の間の接合部では光が一方のハウジン
グから他方へ通るときに光路が偏向することはない。こ
のように屈折率整合液により、基板ハウジング１２と脱
着可能な光学ハウジング１９の間の境界で起こる放射路
の方向の偏向は最小になる。
【００１５】さらに別の設計を図３に示す。この構成で
は、基板ハウジング１２の上面と脱着可能な光学ハウジ
ング１９の底面とで屈折率整合ピロー３８を抱く。ピロ
ー３８は源１０と検出器配列２８の間の光路に沿った位
置に設ける。この屈折率整合ピロー３８は非常に薄い材
料の板を備え、板の間に屈折率整合液を挟む。ピローは
ハウジング１２の上面に適当に押しつけて設ける。脱着
可能な光学ハウジング１９を図３に示すように置くと、
その底面はピロー３４を受けて密着する。このような別
の手段を基板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジン
グ１９の間に設けて、放射路の方向の偏向を最小にする
ことができる。
は、基板ハウジング１２の上面と脱着可能な光学ハウジ
ング１９の底面とで屈折率整合ピロー３８を抱く。ピロ
ー３８は源１０と検出器配列２８の間の光路に沿った位
置に設ける。この屈折率整合ピロー３８は非常に薄い材
料の板を備え、板の間に屈折率整合液を挟む。ピローは
ハウジング１２の上面に適当に押しつけて設ける。脱着
可能な光学ハウジング１９を図３に示すように置くと、
その底面はピロー３４を受けて密着する。このような別
の手段を基板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジン
グ１９の間に設けて、放射路の方向の偏向を最小にする
ことができる。
【００１６】基板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウ
ジング１９の間の境界で生じる放射路の方向の偏向を最
小にする別の手段を、図４に示す。この構成は、光束が
境界を垂直方向に通る場合は、異なる屈折率を持つ２つ
の領域の交差部を通るときに光束の方向が変わらない性
質を利用する。このため、ハウジング１２の領域４０の
上面を凸面にして、源１０からの発散放射が、必ずハウ
ジング１９の上面に垂直な方向にハウジング１９の上面
を通るようにする。同様に、領域４０の上のハウジング
１９の底を凹面にして、ハウジング１９とハウジング１
２を互いに密着させる。これにより、ハウジング１９に
入る放射は面に垂直な方向に面を通る。したがって、基
板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１９の間
の境界での放射路の方向の偏向は最小になる。
ジング１９の間の境界で生じる放射路の方向の偏向を最
小にする別の手段を、図４に示す。この構成は、光束が
境界を垂直方向に通る場合は、異なる屈折率を持つ２つ
の領域の交差部を通るときに光束の方向が変わらない性
質を利用する。このため、ハウジング１２の領域４０の
上面を凸面にして、源１０からの発散放射が、必ずハウ
ジング１９の上面に垂直な方向にハウジング１９の上面
を通るようにする。同様に、領域４０の上のハウジング
１９の底を凹面にして、ハウジング１９とハウジング１
２を互いに密着させる。これにより、ハウジング１９に
入る放射は面に垂直な方向に面を通る。したがって、基
板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１９の間
の境界での放射路の方向の偏向は最小になる。
【００１７】ハウジング１２は、ＳＰＲ面２２と検出器
２８の間の光路内に凹面部分４２を備える。ハウジング
１９の底はこれに合う凸面である。この曲面は、通過す
る放射がハウジング１２，１９に垂直になるように選択
する。このようにして、基板ハウジング１２と脱着可能
な光学ハウジング１９の間の境界で起こる放射路の方向
の偏向を最小にする別の手段が得られる。
２８の間の光路内に凹面部分４２を備える。ハウジング
１９の底はこれに合う凸面である。この曲面は、通過す
る放射がハウジング１２，１９に垂直になるように選択
する。このようにして、基板ハウジング１２と脱着可能
な光学ハウジング１９の間の境界で起こる放射路の方向
の偏向を最小にする別の手段が得られる。
【００１８】さらに別の構成を図５に示す。この構成で
は脱着可能な光学要素を、図１の脱着可能なハウジング
１９と一般的に同じ構成の５０で示す。光学要素５０は
鏡と、ＳＰＲ導電膜と、スペクトルフィルタと、基板ハ
ウジング１２内で生成した放射に対して透明な材料で作
った本体を備える。さらに光学要素５０は下向きの突出
部５２を備える。突出部５２は、一般に５４で示すよう
に重ね合わせたときに要素５０を基板ハウジング１２に
整合する。突出部５２の内面は複数の内向きの突出隆起
５６を備え、隆起５６は基板ハウジング１２の外表面の
窪みと適合する位置にある。このようにして、光学要素
５０を基板ハウジング１２に密着させることができる。
は脱着可能な光学要素を、図１の脱着可能なハウジング
１９と一般的に同じ構成の５０で示す。光学要素５０は
鏡と、ＳＰＲ導電膜と、スペクトルフィルタと、基板ハ
ウジング１２内で生成した放射に対して透明な材料で作
った本体を備える。さらに光学要素５０は下向きの突出
部５２を備える。突出部５２は、一般に５４で示すよう
に重ね合わせたときに要素５０を基板ハウジング１２に
整合する。突出部５２の内面は複数の内向きの突出隆起
５６を備え、隆起５６は基板ハウジング１２の外表面の
窪みと適合する位置にある。このようにして、光学要素
５０を基板ハウジング１２に密着させることができる。
【００１９】１対の押し棒５９は基板ハウジング１２内
で、双頭矢印６０で示す方向に垂直に動く。上向きに押
すと、押し棒５９は脱着可能な光学要素５０の隆起５６
の部分に当たって、要素５０を基板ハウジング１２から
離す。押し棒５９を下げると、光学要素５０は上述のよ
うに基板ハウジング１２に密着する。
で、双頭矢印６０で示す方向に垂直に動く。上向きに押
すと、押し棒５９は脱着可能な光学要素５０の隆起５６
の部分に当たって、要素５０を基板ハウジング１２から
離す。押し棒５９を下げると、光学要素５０は上述のよ
うに基板ハウジング１２に密着する。
【００２０】上に述べたように、通常は屈折率整合液を
脱着可能な光学要素５０と基板ハウジング１２の間に挟
む。図５に示す装置は脱着可能な光学要素５０と基板ハ
ウジング１２の間にガスケット６２を設けており、要素
５０とハウジング１２を互いに押しつけるとその間に屈
折率整合液を保持する。上に説明したような屈折率整合
液を保持する別の方法も、図５の構成に用いることがで
きる。
脱着可能な光学要素５０と基板ハウジング１２の間に挟
む。図５に示す装置は脱着可能な光学要素５０と基板ハ
ウジング１２の間にガスケット６２を設けており、要素
５０とハウジング１２を互いに押しつけるとその間に屈
折率整合液を保持する。上に説明したような屈折率整合
液を保持する別の方法も、図５の構成に用いることがで
きる。
【００２１】これまで、添付の図面に示す種々の実施態
様の構造に限定して説明した。しかし当業者が理解する
ように、特許請求の範囲に規定する精神と範囲から逸れ
ることなく、この発明の構造を上述のように、またその
他の方法で変更することができる。
様の構造に限定して説明した。しかし当業者が理解する
ように、特許請求の範囲に規定する精神と範囲から逸れ
ることなく、この発明の構造を上述のように、またその
他の方法で変更することができる。
【００２２】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１） 交換可能な光学要素を備える表面プラズモン検
出器であって、基板上に設けた光放射源と、前記基板上
に設けた、前記光放射を感知するセンサ配列と、前記放
射源と前記センサを、前記源からの光放射を通す材料で
囲む手段と、前記基板に脱着可能なように結合し、前記
源からの放射を通す材料で作った、脱着可能な光学ハウ
ジングと、表面プラズモン共鳴を持続することができ、
前記光学ハウジングの外面に設けた導電材料の膜と、前
記光学ハウジングの外面に設けた少なくとも１つの光反
射面と、ただし、前記光反射面と前記膜と前記ハウジン
グは、前記源とセンサ配列と基板に対して、前記源から
の放射を前記膜と前記光反射面で反射して前記センサ配
列でこれを検出する、形状と位置になっているもの、前
記基板と前記脱着可能な光学ハウジングの間の境界で起
こる放射路の方向の偏向を最小にする、放射路不連続最
小化手段と、前記源と前記センサ配列の間に設けて、前
記センサ配列に当たる光放射を偏光させる偏光子と、前
記源と前記センサの間に設けて、これに吸収される周波
数の光放射が前記センサ配列に当たらないようにするフ
ィルタと、の組合わせを備える、表面プラズモン検出
器。
る。 （１） 交換可能な光学要素を備える表面プラズモン検
出器であって、基板上に設けた光放射源と、前記基板上
に設けた、前記光放射を感知するセンサ配列と、前記放
射源と前記センサを、前記源からの光放射を通す材料で
囲む手段と、前記基板に脱着可能なように結合し、前記
源からの放射を通す材料で作った、脱着可能な光学ハウ
ジングと、表面プラズモン共鳴を持続することができ、
前記光学ハウジングの外面に設けた導電材料の膜と、前
記光学ハウジングの外面に設けた少なくとも１つの光反
射面と、ただし、前記光反射面と前記膜と前記ハウジン
グは、前記源とセンサ配列と基板に対して、前記源から
の放射を前記膜と前記光反射面で反射して前記センサ配
列でこれを検出する、形状と位置になっているもの、前
記基板と前記脱着可能な光学ハウジングの間の境界で起
こる放射路の方向の偏向を最小にする、放射路不連続最
小化手段と、前記源と前記センサ配列の間に設けて、前
記センサ配列に当たる光放射を偏光させる偏光子と、前
記源と前記センサの間に設けて、これに吸収される周波
数の光放射が前記センサ配列に当たらないようにするフ
ィルタと、の組合わせを備える、表面プラズモン検出
器。
【００２３】（２） 交換可能な光学要素を備える表面
プラズモン検出器であって、基板上に設けた放射源と、
前記基板上に設けたセンサ配列と、前記源からの放射を
通す材料で作った、前記放射源と前記センサの囲みと、
前記基板に脱着可能なように結合し、前記源からの放射
を通す材料で作った、脱着可能な光学ハウジングと、表
面プラズモン共鳴を持続することができる、前記光学ハ
ウジングの外面に設けた導電材料の膜と、ただし前記光
学ハウジングと前記膜は前記源からの放射を前記膜で反
射し前記センサ配列でこれを検出する、形と位置になっ
ているもの、前記基板と前記脱着可能な光学ハウジング
の間の境界で起こる放射路の方向の偏向を最小にする、
放射路不連続最小化手段、の組合わせを備える、表面プ
ラズモン検出器。
プラズモン検出器であって、基板上に設けた放射源と、
前記基板上に設けたセンサ配列と、前記源からの放射を
通す材料で作った、前記放射源と前記センサの囲みと、
前記基板に脱着可能なように結合し、前記源からの放射
を通す材料で作った、脱着可能な光学ハウジングと、表
面プラズモン共鳴を持続することができる、前記光学ハ
ウジングの外面に設けた導電材料の膜と、ただし前記光
学ハウジングと前記膜は前記源からの放射を前記膜で反
射し前記センサ配列でこれを検出する、形と位置になっ
ているもの、前記基板と前記脱着可能な光学ハウジング
の間の境界で起こる放射路の方向の偏向を最小にする、
放射路不連続最小化手段、の組合わせを備える、表面プ
ラズモン検出器。
【００２４】（３） 前記放射路不連続最小化手段は前
記基板と前記ハウジングの間に設けたた屈折率整合材料
を備える、第２項記載の表面プラズモン検出器。 （４） 前記放射路不連続最小化手段は、前記源からの
放射が前記基板と前記ハウジングの表面を通して透過面
に垂直の方向に通過するような、前記基板と前記ハウジ
ングの表面の外形を持つ、第２項記載の表面プラズモン
検出器。
記基板と前記ハウジングの間に設けたた屈折率整合材料
を備える、第２項記載の表面プラズモン検出器。 （４） 前記放射路不連続最小化手段は、前記源からの
放射が前記基板と前記ハウジングの表面を通して透過面
に垂直の方向に通過するような、前記基板と前記ハウジ
ングの表面の外形を持つ、第２項記載の表面プラズモン
検出器。
【００２５】（５） 前記ハウジングは前記ハウジング
と前記基板を結合して保持する前記基板と密着する形状
であり、さらに前記ハウジングや、前記基板や、前記ハ
ウジングおよび前記基板の変形により、前記ハウジング
と前記基板を分離することができる、第２項記載の表面
プラズモン検出器。 （６） 前記ハウジングまたは前記基板に設けた、前記
屈折率整合液を保持するポケットをさらに備える、第３
項記載の表面プラズモン検出器。 （７） 前記基板と前記ハウジングの間に前記屈折率整
合液を保持する液保持部材をさらに備える、第３項記載
の表面プラズモン検出器。
と前記基板を結合して保持する前記基板と密着する形状
であり、さらに前記ハウジングや、前記基板や、前記ハ
ウジングおよび前記基板の変形により、前記ハウジング
と前記基板を分離することができる、第２項記載の表面
プラズモン検出器。 （６） 前記ハウジングまたは前記基板に設けた、前記
屈折率整合液を保持するポケットをさらに備える、第３
項記載の表面プラズモン検出器。 （７） 前記基板と前記ハウジングの間に前記屈折率整
合液を保持する液保持部材をさらに備える、第３項記載
の表面プラズモン検出器。
【００２６】（８） 前記ハウジングと前記基板の形状
を相補的にして、両者を密着させると自己整合ができ
る、第２項記載の表面プラズモン検出器。 （９） 前記屈折率整合液は前記基板と前記ハウジング
の間に設けた柔軟なポケット内に納める、第３項記載の
表面プラズモン検出器。 （１０） 前記源から前記検出器への放射路に設けて、
前記センサ配列に当たる選択された周波数範囲内の放射
を濾波する光学フィルタをさらに備える、第２項記載の
表面プラズモン検出器。
を相補的にして、両者を密着させると自己整合ができ
る、第２項記載の表面プラズモン検出器。 （９） 前記屈折率整合液は前記基板と前記ハウジング
の間に設けた柔軟なポケット内に納める、第３項記載の
表面プラズモン検出器。 （１０） 前記源から前記検出器への放射路に設けて、
前記センサ配列に当たる選択された周波数範囲内の放射
を濾波する光学フィルタをさらに備える、第２項記載の
表面プラズモン検出器。
【００２７】（１１） 前記源から前記検出器への放射
路に設けて、前記センサ配列に当たる放射を偏光させる
偏光子をさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検
出器。 （１２） 前記源を囲み、貫通する開口を持つハウジン
グをさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検出
器。 （１３） 前記ハウジングを前記基板から分離する手段
をさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検出器。
路に設けて、前記センサ配列に当たる放射を偏光させる
偏光子をさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検
出器。 （１２） 前記源を囲み、貫通する開口を持つハウジン
グをさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検出
器。 （１３） 前記ハウジングを前記基板から分離する手段
をさらに備える、第２項記載の表面プラズモン検出器。
【００２８】（１４） 表面プラズモン共鳴検出器は透
明な基板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１
９を備える。基板ハウジング１２内に設けた放射源１０
からの放射は偏光フィルタ１６により偏光になり、基板
ハウジング１２と光学ハウジング１９の間の境界を通
る。偏光は平面鏡２０から反射して、光学ハウジング１
９の外面に形成する表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層２
２に当たる。層２２は均一な厚さの銅や銀や金などの導
電材料の薄い層を備え、その厚さは放射源１０の周波数
と層２２の材料の性質によって決まる。ＳＰＲ層２２か
ら反射した放射２４はハウジング１９に再び入り、光電
検出器の配列２８に当たる。各検出器での放射の強度と
角度から、ＳＰＲ層２２の反対側の物質の屈折率が決ま
る。
明な基板ハウジング１２と脱着可能な光学ハウジング１
９を備える。基板ハウジング１２内に設けた放射源１０
からの放射は偏光フィルタ１６により偏光になり、基板
ハウジング１２と光学ハウジング１９の間の境界を通
る。偏光は平面鏡２０から反射して、光学ハウジング１
９の外面に形成する表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）層２
２に当たる。層２２は均一な厚さの銅や銀や金などの導
電材料の薄い層を備え、その厚さは放射源１０の周波数
と層２２の材料の性質によって決まる。ＳＰＲ層２２か
ら反射した放射２４はハウジング１９に再び入り、光電
検出器の配列２８に当たる。各検出器での放射の強度と
角度から、ＳＰＲ層２２の反対側の物質の屈折率が決ま
る。
【図１】脱着可能な光学ハウジングを上部に設けた基板
ハウジングを備える、この発明の一実施態様。
ハウジングを備える、この発明の一実施態様。
【図２】偏光が互いに発散した後で表面プラズモン共鳴
層に接触する、この発明の一実施態様。
層に接触する、この発明の一実施態様。
【図３】基板と脱着可能な光学ハウジングの間に設けた
屈折率整合「ピロー」を備える別の構成。
屈折率整合「ピロー」を備える別の構成。
【図４】基板と脱着可能な光学ハウジングの間の境界に
曲面を設けて、基板または光学ハウジングに垂直な方向
に放射を通過させる別の検出器。
曲面を設けて、基板または光学ハウジングに垂直な方向
に放射を通過させる別の検出器。
【図５】光学ハウジングと基板を密着させる機構を備え
る、脱着可能な光学ハウジングと相補的な基板。
る、脱着可能な光学ハウジングと相補的な基板。
１０ 放射源 １２ 基板ハウジング １６ 偏光フィルタ １９ 光学ハウジング ２０ 鏡 ２２ 表面プラズモン共鳴層 ２６ スペクトルフィルタ ２８ センサ配列
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホセ エル．メレンデズ アメリカ合衆国テキサス州プラノ、グリー ンフィールドドライブ 133 ２
Claims (1)
- 【請求項１】交換可能な光学要素を備える表面プラズモ
ン検出器であって、 基板上に設けた光放射源と、 前記基板上に設けた、前記光放射を感知するセンサ配列
と、 前記放射源と前記センサを、前記源からの光放射を通す
材料で囲む手段と、 前記基板に脱着可能なように結合し、前記源からの放射
を通す材料で作った、脱着可能な光学ハウジングと、 表面プラズモン共鳴を持続することができ、前記光学ハ
ウジングの外面に設けた導電材料の膜と、 前記光学ハウジングの外面に設けた少なくとも１つの光
反射面と、 ただし、前記光反射面と前記膜と前記ハウジングは、前
記源とセンサ配列と基板に対して、前記源からの放射を
前記膜と前記光反射面で反射して前記センサ配列でこれ
を検出する、形状と位置になっているもの、 前記基板と前記脱着可能な光学ハウジングの間の境界で
起こる放射路の方向の偏向を最小にする、放射路不連続
最小化手段と、 前記源と前記センサ配列の間に設けて、前記センサ配列
に当たる光放射を偏光させる偏光子と、 前記源と前記センサの間に設けて、これに吸収される周
波数の光放射が前記センサ配列に当たらないようにする
フィルタと、の組合わせを備える、表面プラズモン検出
器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1368796P | 1996-03-19 | 1996-03-19 | |
| US013687 | 1996-03-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038800A true JPH1038800A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=21761191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10659397A Pending JPH1038800A (ja) | 1996-03-19 | 1997-03-19 | 交換可能な光学要素を備える表面プラズモン共鳴検出器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0797091A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1038800A (ja) |
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| JP2001330560A (ja) * | 2000-03-16 | 2001-11-30 | Fuji Photo Film Co Ltd | 全反射減衰を利用した測定方法および装置 |
| JP2002048707A (ja) * | 2000-05-22 | 2002-02-15 | Fuji Photo Film Co Ltd | 全反射減衰を利用した測定方法および装置 |
| EP1835277A1 (en) | 2006-03-15 | 2007-09-19 | Omron Corporation | Optical component, optical sensor, surface plasmon sensor and fingerprint recognition device |
| KR101394372B1 (ko) * | 2007-09-11 | 2014-05-14 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 광도파로 형태의 표면 플라즈몬 공명 센서 및 그 제조방법 |
| JP2016176776A (ja) * | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 京セラ株式会社 | 光学式センサ |
| JP2017026425A (ja) * | 2015-07-21 | 2017-02-02 | 京セラ株式会社 | 光学式センサ |
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| US6326612B1 (en) * | 1998-10-13 | 2001-12-04 | Texas Instruments Incorporated | System and method for optical sensing utilizing a portable, detachable sensor cartridge |
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| NZ513843A (en) * | 1999-02-01 | 2002-07-26 | Vir As | A surface plasmon resonance sensor |
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| JP3824233B2 (ja) | 2003-09-01 | 2006-09-20 | セイコーエプソン株式会社 | バイオセンサ及びバイオセンサの製造方法 |
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| US4886357A (en) * | 1988-09-06 | 1989-12-12 | Harrick Nicolas J | Internal reflection element with insensitive edges |
| DE69119750T2 (de) * | 1990-03-02 | 1996-10-02 | Fisons Plc | Messzelle für chemische oder biochemische proben |
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-
1997
- 1997-03-19 JP JP10659397A patent/JPH1038800A/ja active Pending
- 1997-03-19 EP EP97104728A patent/EP0797091A1/en not_active Withdrawn
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| EP1835277A1 (en) | 2006-03-15 | 2007-09-19 | Omron Corporation | Optical component, optical sensor, surface plasmon sensor and fingerprint recognition device |
| US7692795B2 (en) | 2006-03-15 | 2010-04-06 | Omron Corporation | Optical component, optical sensor, surface plasmon sensor and fingerprint recognition device |
| KR101394372B1 (ko) * | 2007-09-11 | 2014-05-14 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 광도파로 형태의 표면 플라즈몬 공명 센서 및 그 제조방법 |
| JP2016176776A (ja) * | 2015-03-19 | 2016-10-06 | 京セラ株式会社 | 光学式センサ |
| JP2017026425A (ja) * | 2015-07-21 | 2017-02-02 | 京セラ株式会社 | 光学式センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0797091A1 (en) | 1997-09-24 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040319 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20060927 |
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Effective date: 20061002 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070302 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |