KR100958443B1 - 표면 플라즈몬 공명 광센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 플라즈몬 공명(SPR: Surface Plasmon Resonance) 광센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회절 격자를 포함하는 광학기판을 사용하여 광학계의 크기를 소형화하여 전체 센서의 크기를 작게 하여 활용성을 높이는 한편, 금속박막에 고정된 반응 물질과 검지하고자 하는 물질 사이에 생기는 물리, 화학 및 생물학적 반응에 따라 발생하는 레이저의 입사각에 대한 표면 플라즈몬 공명각의 변화 또는 이로 인해 수반되는 고정된 입사각에서의 반사율 변화를 감지하는 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 물리, 화학 및 생물학적 물질을 측정하도록 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서에 관한 것이다.

표면 플라즈몬 공명, 회절격자, 광 센서, 바이오센서, 금속박막.

Description

표면 플라즈몬 공명 광센서{SURFACE PLASMON RESONANCE OPTICAL SENSOR}

본 발명은 표면 플라즈몬 공명(SPR: Surface Plasmon Resonance) 광센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회절 격자를 포함하는 광학기판을 사용하여 광학계의 크기를 소형화하여 전체 센서의 크기를 작게 하여 활용성을 높이는 한편, 금속박막에 고정된 반응 물질과 검지하고자 하는 물질 사이에 생기는 물리, 화학 및 생물학적 반응에 따라 발생하는 레이저의 입사각에 대한 표면 플라즈몬 공명각의 변화 또는 이로 인해 수반되는 고정된 입사각에서의 반사율 변화를 감지하는 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 물리, 화학 및 생물학적 물질을 측정하도록 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서에 관한 것이다.

1960년대 말 Kretschmann이 프리즘을 이용하여 표면 플라즈몬 공명 현상(SPR: surface plasmon resonance)을 측정한 이래로 표면 플라즈몬 공명 현상에 기초한 수많은 물리, 화학 및 생물학적 물질을 측정하는 SPR 센서들이 개발되었다.

현재 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 상용 계측 장치 및 시스템들이 Biacore, Texas Instruments, GWC Technologies, 및 HTS Biosystems 사 등에서 제조 및 판매되고 있다. 이러한 상용 계측 시스템들은 고가이고, 부피가 크므로 표면 플라즈몬 공명 센서의 소형화, 저가화, 고감도화를 위한 연구가 계속되고 있다.

국내에서도 한국전자통신연구원 (대한민국 특허 10-048034), 생명공학연구원(대한민국 특허(10-0511055), KMAC사(대한민국 특허 10-0628877 및 대한민국 특허 10-0588987) 등에서 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 특허를 출원한 바 있다.

도 1은 종래 프리즘을 사용하여 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 Kretschmann 측정 방식을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 표면 플라즈몬 공명을 이용한 측정 방식은 프리즘의 상부에는 금속박막이 얇게 증착되고, 동 금속박막의 상층부에는 케미컬 리셉터(chemical receptor) 또는 바이오 리셉터(bio receptor)가 고정되어 시료셀 내부에 존재하는 감지하고자 하는 물질을 감지하여 프리즘을 통하여 상기 금속박막에 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변화를 측정하여 감지물질을 감별한다.

여기서, 표면 플라즈몬 공명은 박막의 금속 표면에 존재하는 전자들의 집단적인 움직임으로서, 서로 다른 유전함수를 갖는 두 매질 경계면에서 즉, 금속과 유전체의 경계면에 전기장을 인가하면 두 매질 경계면에서 전기장 수직성분의 불연속성 때문에 표면 전하가 유도되고 이러한 표면 전하들의 진동이 표면 플라즈몬 파로 나타난다. 이 표면 플라즈몬 파는 광학적으로는 입사면에 대하여 횡자기 편광파(TM: Transverse Magnetic Polarized Wave)에 의해서만 여기(excite)될 수 있으며, 일정한 각도 이상으로 빛이 입사되어야 여기가 가능하므로, 흔히 프리즘이 사 용된다.

도 2는 도 1의 측정계에서 관측되는 입사각에 대한 반사율의 곡선이고, 도 3은 도 1의 측정계에서 관측되는 고정된 입사각에서 반사율 곡선의 변화로 인하여 발생하는 반사율 변화를 보여주는 곡선이다.

도 2와 같이 입사광에 의하여 표면 플라즈몬이 여기가 되면 그에 따라 금속면에서의 반사율이 달라지므로, 입사각에 대한 반사율 곡선으로부터 표면 플라즈몬 공명각을 측정하고, 동일한 금속표면에 물리, 화학, 생물학적인 변화를 주고, 다시 미세하게 변화된 공명각(△θ)을 측정하여, 검지하고자 하는 물질의 정성적 또는 정량적 측정을 하게 된다. 표면 플라즈몬 공명 센서는 이와 같이 입사각(θ)에 대한 반사율 곡선에서 추출된 공명각 변화(△θ)를 이용하기도 하고, 도 3과 같이 공명각 부근의 특정한 입사각(θ)에서 관찰되는 금속박막 부근의 굴절율 변화로 유도되는 반사율의 변화(△R) 자체를 측정하여 정성적 또는 정량적 측정을 하기도 한다.

금속박막 부근의 굴절율 변화를 유도하기 위해서는 흔히 금속박막에 검지하고자 하는 특정 물질과 선택적으로 반응하는 물질을 고정화하여, 검지하고자 하는 물질의 유무와 정량적인 값을 측정하게 된다.

이러한 종래의 표면 플라즈몬 공명을 이용한 측정 시스템들은 도 1의 프리즘을 이용한 Kretschmann 방식이나 이를 변화시킨 방식을 채택함으로써, 기본적으로 측정 광학계의 크기가 크며, 프리즘을 채택하거나, 기계적으로 입사각을 조절하기 때문에 부피가 커지고, 무게 또한 무겁기 때문에 가격, 측정 시스템의 휴대성이나 이동성에 있어서 제한적인 문제가 있으므로 표면 플라즈몬 공명 측정 방식이 갖고 있는 다양한 응용성 활용에 많은 제약이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 광학정렬, 크기, 구조적 문제, 정밀도 등의 기존 기술에서의 문제점들을 해결할 수 있도록 회절격자를 구성하여 표면 플라즈몬이 여기될 수 있도록 입사광을 만들어 줌과 동시에 경사구조를 형성하거나 소형의 프리즘을 구비한 광학기판을 형성하고, 이를 추가적인 투명 광학기판과 적층하여 사용함으로써, 소형화되고 정교한 표면 플라즈몬 광 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광원에서 나오는 빛을 회절격자나 빔 스플리터에 의하여 회절 또는 분리하여 일부는 기준광으로, 다른 일부는 금속박막에서 반사하여 신호광으로 감지하여 두 광을 서로 비교하도록 구성함으로써 소형화되고 정교한 표면 플라즈몬 광 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 제1 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검 출기; 및 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제3 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제5 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단에 경사면을 형성한 광학기판 과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 적층되어 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제7 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제8 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제9 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제10 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제11 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제1 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제12 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제13 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 광학 기판의 경사면이 형성된 타측에 대응하여 위치하되 상기 회절격자에서 회절되어 상기 제2 광학기판에서 전반사 또는 부분반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제14 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과; 상기 광학기판의 프리즘이 구비된 타측에 대응하여 위치하되 상기 회절격자에서 회절되어 상기 제2 광학기판에서 전반사 또는 부분반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및 상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명의 제15 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하고 방출하는 광을 직접 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 모니터 광검출기를 포함한 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽을 경사면으로 형성한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판; 및 상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 빛이 상기 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제16 실시 예는, 특정 파장의 광을 방출하고 방출하는 광을 직접 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 모니터 광검출기를 포함한 광원과; 일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과; 상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과; 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판; 및 상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한다.

본 발명에 있어서, 상기 광원에서 방출되는 광이 횡자기적으로 편광되어 있지 않을 경우에는 횡자기적 광으로 편광하기 위한 편광판을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

상기 편광판은 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하거나 상기 제1 광검출기와 제2 광검출기의 전방에 각각 위치하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 광검출기 또는 제2 광검출기 전단에 위치하여 제1 광검출기의 기준광 또는 제2 광검출기의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광원은 레이저다이오드 또는 표면 발광 레이저(VCSEL)로 이루어지거나, 이들 광원과 집광 광학계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 광이 상기 제1 광검출기 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학기판은 측정에 사용되는 광원의 파장에 대하여 투명한 광학물질인 광학유리 또는 광학수지로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 광학유리는 유리재질의 물질, 용융 실리카(fused silica), 사파이어, 또는 실리콘 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 광학수지는 광학용 플라스틱 또는 광학용 폴리머인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 금속박막은 하나 또는 둘로 구성하되 상기 회절격자에서 회절되어 입사한 광을 양측으로 각각 반사시키도록 구성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하나로 구성된 금속박막은 중심에 대하여 좌우측 중의 일측 또는 양측에 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 둘로 구성된 금속박막은 상기 회절격자에 의하여 회절된 입사광들이 반사되도록 양측으로 배치하되 어느 하나에 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예들에 있어서, 상기 금속박막은 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 광검출기는 포토다이오드 또는 포토다이오드와 집광 광학계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 광검출기는 배열형 광검출기, 포토다이오드, 집광 광학계와 결합된 배열형 광검출기, 또는 집광 광학계와 결합된 포토다이오드 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 배열형 광검출기는 다수의 포토다이오드가 배열되어 구성된 소자인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 광학기판은 상기 광학기판과 동일한 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 광학기판 및 제3 광학기판은 상기 광학기판과 동일한 재질을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학기판 및 제2 광학기판의 경계면에는 굴절률 정합을 위한 광학매질을 사용하여 적층하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 광학매질은 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시, 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 광학기판, 제2 광학기판, 및 제3 광학기판의 각 기판 사이의 경계면에는 굴절률 정합을 위한 광학매질을 사용하여 적층하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 광학매질은 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시, 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 광학기판은 상기 광학기판과 다른 재질을 사용하되, 상기 회절격자에서 회절되어 입사된 광이 상기 금속박막에서 표면 플라즈몬을 여기시키는 원하는 입사각에 도달하기 전에 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이의 경계면에서 먼저 전반사가 일어나지 않도록 하는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제2 광학기판 및 제3 광학기판은 상기 광학기판과 다른 재질을 사용하되, 상기 회절격자에서 회절되어 입사된 광이 상기 금속박막에 서 표면 플라즈몬을 여기시키는 원하는 입사각에 도달하기 전에 상기 광학기판과 제3 광학기판 사이의 경계면 및 상기 제2 광학기판과 제3 광학기판 사이의 경계면에서 먼저 전반사가 일어나지 않도록 하는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서는 표면 플라즈몬 공명을 측정하기 위하여 기존의 프리즘을 이용한 광 입사 방식 대신에, 회절격자를 형성한 광학기판과 내부 전반사된 신호광을 추출하기 위하여 광학기판 자체에 경사면(빗면)을 형성하여 신호광을 추출하거나 소형의 프리즘을 구비하여 신호광을 추출함으로써, 소형화된 표면 플라즈몬 공명 센서의 제작이 가능하도록 한다.

또한, 본 발명은 표면 플라즈몬 공명각을 직접 측정하거나 고정된 각도에서의 반사율 변화를 측정하는 방식으로도 사용 가능한 이점이 있다.

또한, 본 발명은 회절격자가 새겨진 광학 기판의 상부 또는 하부에 정밀하게 형성된 구조물들을 이용하여 광학 기판면에 특정한 방향으로 광학요소들을 정렬할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 투명한 광학재료 기판들을 평판 인쇄공정을 써서 제조하고, 이들 기판 간에 정렬 및 적층하여 기판을 접합함으로써, 정렬이 간단하고도 소형의 광 센서모듈을 효과적으로 양산할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 바람직한 실 시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 일실시 예를 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일실시 예의 표면 플라즈몬 공명 광센서(100)는 광원(110), 광학기판(120), 제2 광학기판(121), 제3 광학기판(122), 금속박막(130, 131), 제1 광검출기(140), 및 제2 광검출기(141)로 구성된다. 이때, 상기 제2 광학기판(121) 및 제3 광학기판(122)은 부가하여 구성한 것이다.

상기 광원(110)은 특정 파장의 광을 방출하여 상기 광학기판(120)으로 조사한다. 이때, 도 4에서는 평행광에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

한편, 도시하진 않았지만 상기 광원(110)은 그 구성에 따라 필요 시에는 본 발명의 실시 예들에서 사용하는 광학요소들을 장착하는 구조물과 전기적 또는 전자적 회로기판을 구비하여 구성할 수 있음은 자명하다.

또한, 상기 광원(110)은 레이저다이오드 또는 표면 발광 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 사용하여 구성함이 바람직하며, 이때 레이저다이오드는 레이저다이오드 칩이 내장되어 필요한 광학계나 구조물이 일체형으로 구비된 패키지 형태로 사용하거나 상기 광학기판(120) 하부에 별도의 구조물 기판을 설치하고 동 기판에 레이저다이오드 칩 자체를 고정하여 사용할 수도 있다.

상기 광학기판(120)은 상기 광원(110)과 마주한 면에 회절격자(124)를 형성하고 양측 끝단은 경사면(125)을 형성한다.

여기서, 상기 회절격자(124)는 광원(110)의 광을 회절시켜 표면 플라즈몬을 여기시키는 특정 각도로 상기 금속박막(130, 131)에 입사시키도록 한다.

이때, 상기 회절격자(124)는 DFB(Distributed Feedback) 레이저다이오드를 제작할 때 사용되는 잘 알려진 홀로그램 노광법 또는 전자빔 노광법 등을 활용하여 제작 가능하다.

또한, 상기 경사면(125)는 금속박막(130, 131)에서 반사된 광이 광학기판(120)을 투과하여 나올 수 있도록 한다.

바람직하게는, 상기 광학기판(120)의 경사면(125)은 상기 금속박막(130, 131)에 의하여 반사된 광이 상기 광학기판(120) 내부에서 전반사를 일으키지 않고 상기 제1 및 제2 광검출기(140, 141)로 입사될 수 있는 각도로 형성한다.

또한, 상기 광학기판(120)은 광학유리, 광학수지 등으로 구성됨이 바람직하다.

이때 상기 광학기판(120)에 사용되는 상기 물질들은 측정에 사용하는 광원(110)의 파장에 대하여 투명한 재질의 기판들을 말하는데, 상기 광학유리는 가시광선 영역에 대해서 유리재질의 물질, 용융 실리카(fused silica), 또는 사파이어 등이 사용 가능하며, 1um보다 긴 파장인 근적외선 영역에 대해서는 반도체인 실리콘도 사용 가능하다.

또한, 상기 광학수지는 광학용 플라스틱 또는 광학용 폴리머 등을 사용함이 바람직하다.

본 발명은 도시한 바와 같이 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)를 부가하여 구성할 수 있는데, 이때 상기 광학기판(120) 대신에 상기 제2 광학기 판(121)에 상기 금속박막(130, 131)을 증착하여 구성하고 상기 광학기판(120)에 적층하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 제3 광학기판(122)은 상기 광학기판(120)과 제2 광학기판(121)의 사이에 위치하도록 부가하여 구성함이 바람직하다.

여기서, 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)은 상기 광학기판(120)과 동일 재질을 사용하여 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)은 상기 광학기판(120)과 동일한 재질을 사용하지 않을 경우에는 금속박막(130, 131)이 증착된 광학매질로 입사되는 광의 입사각이 표면 플라즈몬을 여기할 수 있는 각도로 입사될 수 있도록 제2 광학기판(121) 및 제3 광학기판(122)의 굴절률을 선택하여야 한다.

즉, 상기 제2 광학기판(121) 및 제3 광학기판(122)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 입사된 광이 각 구성의 실시 예에 따라서는, 즉 상기 광학기판(120)에 제2 광학기판(121)만 부가하였을 경우에는 상기 광학기판(120)과 제2 광학기판(121) 사이의 경계면에서, 상기 광학기판(120)에 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가하였을 경우에는 상기 광학기판(120)과 제3 광학기판(122) 사이의 경계면과 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122) 사이의 경계면에서 상기 금속박막(130, 131)에서 표면 플라즈몬을 여기시키는 원하는 입사각에 도달하기 전에 먼저 전반사가 일어나지 않도록 하는 범위 내에서 굴절률을 선택하여 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 제3 광학기판(122)은 스페이서 역할을 하기 위한 것임과 동시에 센서 구성에 있어서 광원(110)과 광검출기들(140, 141, 142) 등의 배치가 편리하고 용이하도록 한다.

또한, 앞서 설명한 실시 예들, 즉 상기 광학기판(120)에 제2 광학기판(121)만 부가하였을 경우에는 상기 광학기판(120)과 제2 광학기판(121) 사이의 경계면에, 상기 광학기판(120)에 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가하였을 경우에는 상기 광학기판(120)과 제3 광학기판(122) 사이의 경계면과 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122) 사이의 경계면에 굴절률 정합을 위한 광학매질을 각각 사용하여 적층하도록 함이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 광학매질을 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시(epoxy), 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용하도록 한다.

본 실시 예에서는 상기 금속박막(130, 131)은 상기 회절격자(124)의 반대편에 위치하되 상기 제2 광학기판(121)의 면에 증착하여 구성함이 바람직하다. 이와 같은 구성은 상기 금속박막을 증착한 제2 광학기판(121)을 독립적으로 구성하도록 함으로써 제작을 용이하도록 함과 동시에 쉽게 교체하여 사용하도록 하여 본 발명의 광센서의 활용도를 높이도록 하기 위함이다.

한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명은 상기 제2 광학기판(121)을 포함하지 않는 실시 예에서는 상기 금속박막(130, 131)을 상기 회절격자(124)가 형성된 광학기판(120)의 반대면에 증착하여 구성함이 바람직하다.

이와 같은 구성에서 상기 금속박막(130, 131)은 수십 나노미터 두께의 금, 은 등의 금속 막을 코팅하여 증착하도록 한다.

여기서, 상기 금속박막(130, 131)은 하나 또는 둘로 구성함이 바람직하다.

도면상에서는 도시하지 않았지만, 상기 금속박막을 하나로 구성한 경우에는 중심에 대하여 금속박막의 좌우측 중의 일측에 검지하고자 하는 특정물질들, 예컨대, 유해 화학물질, 유해가스, 농약, 항생제, 또는 균 등과 같은 물질들과 선택적으로 반응하는 리셉터(미도시)를 구비하도록 구성함이 바람직하다.

이때, 상기 하나로 구성한 금속박막(미도시)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 입사한 광을 각각 반사시키도록 회절각도를 고려하여 배치하도록 함이 바람직하다.

또한, 도시하지 않았지만, 상기 금속박막이 하나로 구성될 경우에 있어서, 실제 제작 공정상의 용이함을 위하여 상기 리셉터를 금속박막의 전체 즉, 금속박막의 좌우측 중의 양측 모두에 구성하되, 필요한 부분만의 금속박막을 도 1의 시료셀과 같이 시료셀 내부에 위치하도록 설계할 수도 있다.

이는 상기 금속 박막은 광원에서 회절격자로 입사된 광이 회절격자에 의하여 +1차 및 -1차로 회절되어 반사되는 금속박막의 좌우 부분이 모두 시료셀 내부에 위치하여 반사를 일으키도록 구성하되 리셉터를 금속박막의 일부에만 구비하는 구성과 마찬가지로, 금속박막 전체에 리셉터가 구비되어 있어도 시료셀 내부에 위치하지 아니하는 부분은 검지하고자 하는 물질과 접촉이 없게 되므로, 금속박막 전체가 반드시 시료셀 내부에 위치할 필요는 없으며, 따라서 금속박막 전체에 리셉터가 고정되어 있어도 무방하다.

또한, 상기 금속박막(130, 131)이 둘로 구성된 경우에는 어느 하나에 상기 검지하고자 하는 물질을 검지하는 리셉터(미도시)를 구비하도록 구성한다. 이때, 금속박막(130, 131)은 좌우로 배치하도록 하며 상기 회절격자(124)에서 회절되어 입사한 광의 회절 각도를 고려하여 배치하도록 함이 바람직하다.

예컨대, 상기 금속박막(130)의 표면에만 리셉터가 고정되어 있고, 반대편의 금속박막(131)의 표면에는 리셉터가 없다면, 검지물질 존재 시에는 리셉터가 고정된 금속박막(130)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 입사한 광원(110)의 광에 의해 여기되는 표면 플라즈몬이 리셉터가 고정되지 아니한 금속박막(131)과는 다르게 빛의 반사율 변화나 공명각 변화를 일으켜 반사시키므로, 상기 금속박막(131)에서 반사된 광과 비교함으로써, 시료셀(미도시) 내부에 존재하는 감지하고자 하는 물질을 감별할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 상기 금속박막(131)에서 반사되는 광을 기준광이라 하고, 이는 검지하고자 하는 물질의 존재 유무와 상관없이 일정한 특성을 보이는 광을 말한다. 또한, 상기 금속박막(130)에서 반사되는 광을 신호광이라 하고, 이는 검지하고자 하는 물질의 유무에 따라 선택적으로 특성이 변화하는 광으로 정의한다. 이하 같다.

상기 제1 광검출기(140)은 상기 광학기판(120)의 양측에 형성한 경사면(125) 중 어느 하나(도면에서 우측)에 대응하여 이격되게 위치하도록 구성함으로써 상기 금속박막(131)에서 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하도록 한다.

이때, 상기 제1 광검출기(140)는 포토다이오드 또는 집광 광학계로 구성함이 바람직하다.

상기 제2 광검출기(141)은 상기 광학기판(120)의 양측에 형성한 경사면(125) 중 다른 하나(도면에서 좌측)에 대응하여 이격되게 위치하도록 구성함으로써 상기 금속박막(130)에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하도록 한다.

이때, 상기 제2 광검출기(141)는 포토다이오드 또는 집광 광학계를 부가하여 구성함이 바람직하다.

또한, 본 실시 예에서는 상기 제1 광검출기(140) 또는 제2 광검출기(141) 전단에 위치하여 제1 광검출기(140)의 기준광 또는 제2 광검출기(141)의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

상기 광 감쇄기는 좀 더 미세한 신호를 검출하기 위해 사용하는 것으로, 그 측정 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 광 감쇄기는 기준광과 측정광의 신호를 어느 한쪽의 광신호를 감쇄하여 두 신호의 크기를 동일하게 하여준 후, 두 신호를 빼 준 신호를 증폭하면, 검출하고자 하는 물질이 없을 경우에는 증폭이 되지 않을 것이며, 그 반대로 검출하고자 하는 물질이 있을 경우에는 반사율의 미세한 변화가 증폭되어 측정될 수 있게 된다. 주변의 잡음이 많거나, 더욱 적은 변화를 측정하기 위해서는 lock-in detection을 사용할 수도 있으며, 각각의 방법 또는 두 방법을 동시에 적용할 수도 있다. lock-in detection을 사용하기 위해서는 광원을 일정한 주파수로 변조시켜 주어야 한다.

도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 다른 일실시 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 다른 일실시 예의 표면 플라즈몬 공명 광센서(101)는 광원(110), 광학기판(120), 금속박막(130, 131), 제1 광검출기(140), 및 제2 광검출기(141)로 구성된다.

참고로, 도 5에서는 편의상 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가한 실시 예를 도시하였다.

이하에서는 앞서 도 4와 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 5에서도 평행광에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

상기 광학기판(120)은 상기 광원(110)과 마주한 면에 회절격자(124)를 구비하고 양측의 일정 부분에 프리즘(126)을 구비하여 구성한다.

이때, 상기 프리즘(126)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 특정 각도로 입사한 광이 상기 금속박막(130, 131)에서 반사되어 광학기판(120)을 투과하여 나올 수 있도록 한다.

상기 광학기판(120), 제2 광학기판(121), 제3 광학기판(122), 금속박막(130, 131), 회절격자(124), 광원(110), 광검출기(140, 141) 등과 관련된 설명은 도 4에서 설명한 바와 동일하므로 이하에서 생략한다.

또한, 상기 광학기판(120), 프리즘(126), 제2 광학기판(121), 및 제3 광학기판(122) 각각의 경계면에는 굴절률 정합을 위한 광학매질을 사용하여 적층하도록 함이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 광학매질을 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시(epoxy), 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용하도록 한다.

상기 제1 광검출기(140)은 상기 광학기판(120)의 양측에 구비한 프리즘(126, 도면에서 우측)에 대응하여 이격되게 위치하도록 구성함으로써 상기 금속박막(131)에서 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하도록 한다.

상기 제2 광검출기(141)은 상기 광학기판(120)의 양측에 구비한 프리즘(126, 도면에서 좌측)에 대응하여 이격되게 위치하도록 구성함으로써 리셉터(미도시)가 고정된 상기 금속박막(130)에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하도록 한다. 이때, 상기 리셉터 구비에 대하여는 도 4에서 설명한 바와 동일하다.

또한, 본 실시 예에서는 상기 제1 광검출기(140) 또는 제2 광검출기(141) 전단에 위치하여 제1 광검출기(140)의 기준광 또는 제2 광검출기(141)의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 발산광을 적용한 일실시 예를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(102)는 광원(110), 광학기판(120), 금속박막(130, 131), 제1 광검출기(140), 및 배열형 광검출기(142)로 구성된다.

참고로, 도 6에서는 편의상 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가한 실시 예를 도시하였다. 그리고, 본 도면에서는 경사면(125)를 형성한 광학기판(120)을 도시하였지만, 프리즘(126)을 구비한 광학기판(120)이 적용된 실시 예에 서도 동일하게 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 또한, 하기의 도 7 내지 도 13에 도시한 각 실시 예들에 대해서도 적용됨은 당연하다.

이하에서도 앞서 설명한 도 4와 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시 예에서는 발산광을 사용하며 상기 배열형 광검출기(142)는 단일 포토다이오드가 아니고, 다수의 포토다이오드가 배열된 형태로 구성되어 있는 소자 예컨대, CCD 소자를 이용하여 구성함이 바람직하다.

또한, 도 6에서는 발산광에 대한 실시 예를 도시한 것이지만, 수렴광에 대한 것도 동일한 구성에서 사용가능하므로 도면 및 설명에서는 이를 생략하기로 한다.

본 실시 예에서는 평형광을 회절격자(124)에 입사시키는 대신에 수렴 또는 발산하는 광을 입사시키면, 회절된 빔이 다양한 성분의 입사각을 가지게 되므로, 금속박막(130)에 반사된 빛을 CCD 소자와 같은 배열형 광검출기(142)로 검출하면 도 2와 같은 입사각에 대한 반사율 곡선을 바로 얻을 수 있으므로 표면 플라즈몬 공명각을 실시간으로 얻을 수 있다.

이에 대하여 일실시 예를 들어 상술하면, 상기 회절격자(124)에 의한 +1차의 회절빔이 반사되는 금속박막(130)에는 검출하고자 하는 물질과 선택적으로 반응하는 반응 물질(리셉터)을 입히고, -1차의 회절빔이 반사되는 금속박막(131)은 아무런 반응 물질을 입히지 않게 구성한다.

그러면, 검출하고자 하는 물질이 존재할 경우에는 +1차의 회절빔에만 표면 플라즈몬 공명각의 변화 또는 반사율 변화가 생기므로, 공명각의 변화로부터 검출 하고자 하는 물질의 유무 및 정량적 분석이 가능하다. 또한, -1차의 박막에서 검출되는 신호를 기준광으로 사용하면, 도 3에서 언급한 특정한 입사각(θ)에서의 반사율 변화(△R)를 측정하는 방식도 적용 가능하다.

도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 편광판을 적용한 일실시 예를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(103)는 광원(110), 광학기판(120), 금속박막(130, 131), 제1 광검출기(140), 제2 광검출기(141), 및 편광판(150)으로 구성된다.

참고로, 도 7에서는 편의상 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가한 실시 예를 도시하였다.

이하에서는 앞서 도 4와 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시 예에서의 편광판(150)은 상기 광원(110)에서 방출되는 광을 횡자기적 광으로 편광하기 위한 것으로서, 상기 광원(110)에서 방출되는 광이 횡자기적으로 편광되어 있지 않을 경우에 상기 광원(110)과 광학기판(120) 사이에 위치하도록 구성하거나, 상기 제1 광검출기(140)와 제2 광검출기(141)의 전방에 각각 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 도면에서는 경사면(125)를 형성한 광학기판(120)을 도시하였지만, 프리즘(126)을 구비한 광학기판(120)이 적용된 실시 예에서도 동일하게 적용될 수 있고, 하기의 도 8 내지 도 11에 도시한 각 실시 예들에 대해서도 적용됨은 당연하다.

도 8은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(104)는 광원(110), 광학기판(120), 금속박막(130), 제1 광검출기(140), 제2 광검출기(141), 및 빔 스플리터(160)로 구성된다.

참고로, 도 8에서는 편의상 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가한 실시 예를 도시하였다.

본 실시 예는 앞서 설명한 +1과 -1차의 회절빔을 기준광과 신호광으로 사용하여 측정하는 실시 예들과는 달리, +1차 또는 -1차 중에서 어느 한 개의 빔을 사용하고, 기준광은 상기 광원(110)의 빛을 빔 스플리터(beam splitter, 160)를 사용하여 분리하여 사용하는 예이다.

이하, 각 구성요소에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

상기 광원(110)은 특정 파장의 광을 방출하여 상기 광학기판(120)으로 조사한다. 이때, 도 8에서는 평행광에 대한 실시 예를 도시한 것이나, 발산 또는 수렴하는 광을 사용하는 것도 앞서 도 6에서 설명한 것과 같다.

한편, 도시하진 않았지만 상기 광원(110)은 그 구성에 따라 필요 시에는 본 발명의 실시 예들에서 사용하는 광학요소들을 장착하는 구조물과 전기적 전자적 회로기판을 구비하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 광원(110)은 레이저다이오드 또는 표면 발광 레이저(VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser)를 사용하여 구성함이 바람직하며, 이때 레이저다이오드는 레이저다이오드 칩이 내장되어 필요한 광학계나 구조물이 일체형으로 구비된 패키지 형태로 사용하거나, 상기 광학기판(120) 하부에 별도의 구조물 기판을 설치하고 동 기판에 레이저다이오드 칩 자체를 고정하여 사용할 수도 있다.

상기 광학기판(120)은 상기 광원(110)과 마주한 면에 회절격자(124)를 구비하고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면(125)을 형성한다.

이때, 상기 회절격자(124)는 광원(110)의 광을 회절시켜 특정 각도로 입사시키도록 하며, 상기 경사면(125)는 금속박막(130)에서 반사된 광이 광학기판(120)을 투과하여 나올 수 있도록 형성한다.

상기 경사면(125)의 구성과 상기 광학기판(120)의 구성에 대한 설명은 도 4의 실시 예와 동일하다.

또한, 본 실시 예에서 상기 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)의 설명과 금속박막(130)을 증착한 설명에 대해서도 도 4와 동일하므로 생략하기로 한다.

본 실시 예에서는, 상기 금속박막(130)이 하나로 구성함이 바람직하다.

상기 금속박막(130)은 검지하고자 하는 특정물질들, 예컨대, 유해 화학물질, 유해가스, 농약, 항생제, 또는 균 등과 같은 검지하고자 하는 물질들과 선택적으로 반응하는 리셉터(미도시)를 구비하도록 구성한다. 이때, 상기 금속박막(130)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 입사한 광을 각각 반사시키도록 회절각도를 고려하여 배치하도록 함이 바람직하다.

상기 리셉터는 금속박막(130)의 표면에 설치하며 케미컬 리셉터 또는 바이오 리셉터 등으로 구성할 수 있다.

상기 빔 스플리터(160)는 상기 광원(110)과 광학기판(120) 사이에 위치하여 상기 광원(110)의 광을 분리하도록 한다.

상기 제1 광검출기(140)은 상기 빔 스플리터(160)에 대응하여 이격되게 위치하도록 구성함으로써 상기 빔 스플리터(160)에서 분배되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하도록 한다.

이때, 상기 제1 광검출기(140)는 포토다이오드 또는 포토다이오드와 집광 광학계로 구성함이 바람직하다.

상기 제2 광검출기(141)은 상기 광학기판(120)에 형성한 경사면(125)에 대응하여 위치하도록 구성함으로써 상기 금속박막(130)에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하도록 한다.

이때, 상기 제2 광검출기(141)는 배열형 광검출기, 포토다이오드, 집광 광학계와 결합된 배열형 광검출기, 또는 집광 광학계와 결합된 포토다이오드 등과 같이 구성하여 사용함이 바람직하다.

본 실시 예에서도 상기 광원(110)에서 방출되는 광을 횡자기적 광으로 편광하기 위한 도 7의 편광판(150)을 구비하여 구성할 수 있으며, 그 구성은 상기 광원(110)과 광학기판(120) 사이에 위치하도록 구성하거나, 상기 제1 광검출기(140)와 제2 광검출기(141)의 전방에 각각 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 예에서는 상기 제1 광검출기(140) 또는 제2 광검출기(141) 전단에 위치하여 제1 광검출기(140)의 기준광 또는 제2 광검출기(141)의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있 다.

상기 광 감쇄기는 좀 더 미세한 신호를 검출하기 위해 사용하는 것으로, 그 측정방법은 도 4의 실시 예에서 설명한 바와 같다.

도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(105)는 광원(110), 광학기판(120), 금속박막(130), 제1 광검출기(140), 제2 광검출기(141), 및 빔 스플리터(160)로 구성된다.

참고로, 도 9에서는 편의상 제2 광학기판(121)과 제3 광학기판(122)을 부가한 실시 예를 도시하였다.

이하에서는 앞서 도 4 내지 도 8에서 중복된 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 9에서는 평행광에 대한 실시 예를 도시한 실시 예를 도시한 것이나, 발산 또는 수렴하는 광을 사용하는 것도 앞서 도 6에서 설명한 것과 같다.

상기 광학기판(120)은 상기 광원(110)과 마주한 면에 회절격자(124)를 구비하고 양측의 어느 한쪽(도면에서 좌우가 바뀌어 질 수 있으므로)의 일정 부분에 프리즘(126)을 구비하여 구성한다.

이때, 상기 프리즘(126)은 상기 회절격자(124)에서 회절되어 특정 각도로 입사한 광이 상기 금속박막(130)에서 반사되어 광학기판(120)을 투과하여 나올 수 있도록 한다.

본 실시 예에서도 상기 광원(110)에서 방출되는 광을 횡자기적 광으로 편광하기 위한 편광판(150)을 구비하여 구성할 수 있으며, 그 구성은 상기 광원(110)과 광학기판(120) 사이에 위치하도록 구성하거나, 상기 제1 광검출기(140)와 제2 광검출기(141)의 전방에 각각 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 예에서는 상기 제1 광검출기(140) 또는 제2 광검출기(141) 전단에 위치하여 제1 광검출기(140)의 기준광 또는 제2 광검출기(141)의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기(미도시)를 더 포함하여 구성할 수 있다. 감쇄기를 사용하여 측정하는 방법은 앞의 실시 예에서 설명한 바와 같다.

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면들이다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(106)는 광원(110), 광학기판(120), 제2 광학기판(121), 제3 광학기판(122), 금속박막(130), 제1 광검출기(140), 및 제2 광검출기(141)로 구성된다.

이하, 앞서 설명한 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

다만, 상기 광학기판(120)의 경사면(125)은 금속박막(130)에 의하여 반사된 빛이 상기 제2 광검출기(141)로 입사되도록 광학기판(120) 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성함이 바람직하다.

도시한 바와 같이, 본 실시 예에서는 상기 광학기판(120)에 형성한 경사면(125)의 반대쪽인 회절격자(124)의 오른쪽 부분에 있는 상기 제2 광학기판(121) 및 제3 광학기판(122)의 부분(이하 '기준광반사부(170)'라 한다.)을 형성한다.

이때, 상기 기준광반사부(170)는 도면에 도시한 바와 같이 상기 제2 광학기판(121)에서 전반사 또는 부분반사하는 광을 상기 제1 광검출기(140)에서 검출하여 기준광으로 사용하도록 구성한다.

여기서, 상기 기준광반사부(170)에서는 도시하지는 않았지만 상기 기준광반사부(170)의 광 출구면은 광 검출을 위하여 경사지게 구성하거나 프리즘을 부가하여 구성할 수 있음은 자명하다.

한편, 상기 기준광반사부(170)에서는 도시하지는 않았지만 제2 또는 제3 광학기판을 구비하지 않는 구성 예에서는 상기 광학기판(120)에서 전반사 또는 부분반사하는 광을 상기 제1 광검출기(140)에서 검출하여 기준광으로 사용하도록 구성할 수 있음은 자명하다.

도 11은 도 10의 실시 예에 형성된 경사면(125) 대신에 프리즘(126)을 구비한 표면 플라즈몬 공명 광센서(107)로서, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면들이다.

도 12을 참조하면, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서(108)는 광원(110), 광학기판(120), 제2 광학기판(121), 제3 광학기판(122), 금속박막(130), 및 제2 광검출기(141)로 구성된다.

이하, 앞서 설명한 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략한다.

본 실시 예에서는 다른 실시 예들에서의 제1 광검출기(140) 대신에 상기 광 원(110)에서 방출되는 레이저의 출력을 검지하는 모니터 광검출기(143, monitoring photodiode)를 상기 광원(110) 내부에 포함하도록 구성하여 검출된 광신호를 기준광으로 사용하도록 한다.

도 13은 도 12의 실시 예에 형성된 경사면(125) 대신에 프리즘(126)을 구비한 표면 플라즈몬 공명 광센서(109)로서, 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 종래 프리즘을 사용하여 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 Kretschmann 측정 방식을 보여주는 도면,

도 2는 도 1의 측정계에서 관측되는 입사각에 대한 반사율의 곡선,

도 3은 도 1의 측정계에서 관측되는 고정된 입사각에서 반사율 곡선의 변화로 인하여 발생하는 반사율 변화를 보여주는 곡선,

도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 일실시 예를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 발산광을 적용한 일실시 예를 도시한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 편광판을 적용한 일실시 예를 도시한 도면,

도 8은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 9는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 10은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 11은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 12는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면,

도 13은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 광센서에 대한 또 다른 일실시 예를 도시한 도면이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 내지 109 : 표면 플라즈몬 공명 광센서

110 : 광원 120 : 광학기판

121 : 제2 광학기판 122 : 제3 광학기판

124 : 회절격자 125 : 경사면

126 : 프리즘 130, 131 : 금속박막

140 : 제1 광검출기 141 : 제2 광검출기

142 : 배열형 광검출기 143 : 모니터 광검출기

150 : 편광판 160 : 빔 스플리터

170 : 기준광반사부

Claims (39)

1. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단을 경사면을 형성한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
2. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
3. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단을 경사면을 형성한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과;

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
4. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과;

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
5. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단을 경사면을 형성한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 적층되어 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

   상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 형성한 경사면 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
6. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

   상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 어느 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 일측으로 반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판의 양측에 구비된 프리즘 중 다른 하나에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 타측으로 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
7. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

   상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
8. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대면에 증착하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

   상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
9. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

   일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과;

   상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

   상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

   상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과;

   상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

   상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
10. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 적층한 제2 광학기판과;

    상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

    상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하 여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
11. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

    상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

    상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
12. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 광원과 광학기판 사이에 위치하여 상기 광원의 광을 분리하도록 하는 빔 스플리터와;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

    상기 빔 스플리터에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 빔 스플리터에서 분리되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

    상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
13. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽에 경사면을 형성한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판 과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

    상기 광학기판의 경사면이 형성된 타측에 대응하여 위치하되 상기 회절격자에서 회절되어 상기 제2 광학기판에서 전반사 또는 부분반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

    상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
14. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판과;

    상기 광학기판의 프리즘이 구비된 타측에 대응하여 위치하되 상기 회절격자에서 회절되어 상기 제2 광학기판에서 전반사 또는 부분반사되는 광을 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 제1 광검출기; 및

    상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
15. 특정 파장의 광을 방출하고 방출하는 광을 직접 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 모니터 광검출기를 포함한 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측 끝단의 어느 한쪽을 경사면으로 형성한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판; 및

    상기 광학기판에 형성한 경사면에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
16. 특정 파장의 광을 방출하고 방출하는 광을 직접 검출하여 기준광으로 사용하기 위한 모니터 광검출기를 포함한 광원과;

    일면 중앙에 상기 광원과 마주하게 회절격자가 구비되고 양측의 어느 한쪽의 일정 부분에 프리즘을 구비한 광학기판과;

    상기 광학기판의 회절격자의 반대편에 위치하여 상기 회절격자에서 회절되어 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;

    상기 금속박막을 증착하여 상기 광학기판에 인접하게 적층한 제2 광학기판과;

    상기 광학기판과 제2 광학기판 사이에 위치하는 제3 광학기판; 및

    상기 광학기판에 구비된 프리즘에 대응하여 이격되게 위치하되 상기 금속박막에서 반사되는 광을 검출하여 신호광으로 사용하기 위한 제2 광검출기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
17. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광원에서 방출되는 광이 횡자기적으로 편광되어 있지 않을 경우에는 횡자기적 광으로 편광하기 위한 편광판을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 편광판은 상기 광원과 광학기판 사이에 위치하거나 상기 제1 광검출기와 제2 광검출기의 전방에 각각 위치하도록 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
19. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 광검출기 또는 제2 광검출기 전단에 위치하여 제1 광검출기의 기준광 또는 제2 광검출기의 신호광 중 어느 하나의 광을 감쇄하도록 하는 광 감쇄기를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
20. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광원은 레이저다이오드 또는 표면 발광 레이저(VCSEL)로 이루어지거나, 이들 광원과 집광 광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
21. 제 1항, 제 3항, 제 5항, 제 7항, 제 9항, 제 11항, 제 13항, 및 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학기판의 경사면은 금속박막에 의하여 반사된 광이 상기 제1 광검출기 또는 제2 광검출기로 입사되도록 광학기판 내부에서 전반사를 일으키지 않는 각도로 형성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
22. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학기판은 측정에 사용되는 광원의 파장에 대하여 투명한 광학물질인 광학유리 또는 광학수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
23. 제 22항에 있어서,

    상기 광학유리는 유리재질의 물질, 용융 실리카(fused silica), 사파이어, 또는 실리콘 기판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
24. 제 22항에 있어서,

    상기 광학수지는 광학용 플라스틱 또는 광학용 폴리머인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
25. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속박막은 하나 또는 둘로 구성하되 상기 회절격자에서 회절되어 입사한 광을 양측으로 각각 반사시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
26. 제 25항에 있어서,

    상기 하나로 구성된 금속박막은 중심에 대하여 좌우측 중의 일측 또는 양측에 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
27. 제 25항에 있어서,

    상기 둘로 구성된 금속박막은 상기 회절격자에 의하여 회절된 입사광들이 반사되도록 양측으로 배치하되 어느 하나에 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
28. 제 7항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 금속박막은 검지하고자 하는 물질을 검지하여 선택적으로 반응하는 리셉터를 구비하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
29. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 광검출기는 포토다이오드 또는 포토다이오드와 집광 광학계로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
30. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 광검출기는 배열형 광검출기, 포토다이오드, 집광 광학계와 결합된 배열형 광검출기, 또는 집광 광학계와 결합된 포토다이오드 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
31. 제 30항에 있어서,

    상기 배열형 광검출기는 다수의 포토다이오드가 배열되어 구성된 소자인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
32. 제 3항, 제 4항, 제 9항, 및 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 광학기판은 상기 광학기판과 동일한 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
33. 제 5항, 제 6항, 또는 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 광학기판 및 제3 광학기판은 상기 광학기판과 동일한 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
34. 제 3항, 제 4항, 제 9항, 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학기판 및 제2 광학기판의 경계면에는 굴절률 정합을 위한 광학매질을 사용하여 적층하도록 하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
35. 제 34항에 있어서,

    상기 광학매질은 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시, 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
36. 제 5항, 제 6항, 또는 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학기판, 제2 광학기판, 및 제3 광학기판의 각 기판 사이의 경계면에 는 굴절률 정합을 위한 광학매질을 사용하여 적층하도록 하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
37. 제 36항에 있어서,

    상기 광학매질은 굴절률 정합액(index matching liquid), 광학 에폭시, 또는 광학 엘라스토머(elastomer) 중 어느 하나를 사용한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
38. 제 3항, 제 4항, 제 9항, 및 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 광학기판은 상기 광학기판과 다른 재질을 사용하되, 상기 회절격자에서 회절되어 입사된 광이 상기 금속박막에서 표면 플라즈몬을 여기시키는 원하는 입사각에 도달하기 전에 상기 광학기판과 제2 광학기판 사이의 경계면에서 먼저 전반사가 일어나지 않도록 하는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.
39. 제 5항, 제 6항, 또는 제 11항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2 광학기판 및 제3 광학기판은 상기 광학기판과 다른 재질을 사용하되, 상기 회절격자에서 회절되어 입사된 광이 상기 금속박막에서 표면 플라즈몬을 여기시키는 원하는 입사각에 도달하기 전에 상기 광학기판과 제3 광학기판 사이의 경계면 및 상기 제2 광학기판과 제3 광학기판 사이의 경계면에서 먼저 전반사가 일 어나지 않도록 하는 굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 광센서.

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