KR20100106082A - 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서 - Google Patents

표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR20100106082A
KR20100106082A KR1020090024529A KR20090024529A KR20100106082A KR 20100106082 A KR20100106082 A KR 20100106082A KR 1020090024529 A KR1020090024529 A KR 1020090024529A KR 20090024529 A KR20090024529 A KR 20090024529A KR 20100106082 A KR20100106082 A KR 20100106082A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
prism
light source
incident
plasmon resonance
Prior art date
Application number
KR1020090024529A
Other languages
English (en)
Inventor
주흥로
Original Assignee
주식회사 엑스엘
주흥로
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엑스엘, 주흥로 filed Critical 주식회사 엑스엘
Priority to KR1020090024529A priority Critical patent/KR20100106082A/ko
Priority to PCT/KR2009/006650 priority patent/WO2010110523A1/ko
Publication of KR20100106082A publication Critical patent/KR20100106082A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • 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
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/008—Surface plasmon devices
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/04—Prisms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details

Abstract

본 발명은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서 및 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속박막에 고정된 반응물질과 검지하고자 하는 물질 사이에 생기는 물리, 화학, 및 생물학적 반응에 따라 발생하는 광원의 입사각에 대한 표면 플라즈몬 공명각의 변화 또는 이로 인해 수반되는 고정된 입사각에서의 반사율 변화를 검지하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 물리, 화학 및 생물학적 물질을 측정하도록 하는 표면 플라즈몬 공명 광 센서에 관한 것이다.
표면 플라즈몬 공명, 광 센서, 바이오센서, 금속박막.

Description

표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서{SURFACE PLASMON RESONANCE OPTICAL SENSOR}
본 발명은 금속박막에 고정된 반응 물질과 검지하고자 하는 물질 사이에 생기는 물리, 화학 및 생물학적 반응에 따라 발생하는 광원의 입사각에 대한 표면 플라즈몬 공명각의 변화 또는 이로 인해 수반되는 고정된 입사각에서의 반사율 변화를 검지하는 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 물리, 화학 및 생물학적 물질을 측정하도록 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서에 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 한국전자통신연구원의 등록특허 10-0480340, 생명공학연구원의 등록특허 10-0511055, KMAC사의 등록특허 10-0628877, 및 대한민국 특허 10-0588987 등에서 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용하는 특허를 출원하여 등록된 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 금속박막(110)이 얇게 증착되고, 동 금속박막의 상층부에는 리셉터(120)가 고정되어 시료셀(130) 내부에 존재하는 검지하고자 하는 검지물질(140)을 검지하여 프리즘(150)을 통하여 상기 금속박막(110)에 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변화를 측정하여 검지물질(140)을 감별한다. 이때, 상기 리셉터(120)은 케미컬 리셉터(chemical receptor) 또는 바이오 리셉터(bio receptor)를 포함한다.
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 여기(excite)가 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 2에 도시한 바와 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.
이와 같이, 표면 플라즈몬 공명 센서는 입사각(θ)에 대한 반사율 곡선에서 추출된 공명각 변화(△θ)를 이용하기도 하고, 도 3에 도시한 바와 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.
그러나, 도 2와 같이 일정한 범위의 입사각에 대한 반사율 곡선을 얻기 위해서는 직진성이 우수한 레이저 광원을 사용하고, 입사각을 변화시키면서 반사율을 측정하거나, 수렴하거나 발산하는 광원을 사용하고 수광부에는 CCD와 같은 배열형 수광소자를 사용하여 입사각에 대한 반사율 곡선을 얻는 방식이 사용되어왔으나, 일정한 입사각 범위에 대하여 반사율을 얻는 방식은 기본적으로 측정을 위한 입사광 및 수광 광학계가 복잡하고 크기가 크며, 기계적으로 입사각을 조절할 경우에는 더욱 부피가 커지고, 무게 또한 무겁기 때문에 가격, 측정 시스템의 휴대성이나 이동성에 있어서 제한적인 문제가 있다는 단점이 있다.
따라서, 표면 플라즈몬 공명 측정 방식이 가지고 있는 다양한 응용성 활용에 많은 제약이 따른다는 문제점이 있다.
도 2의 문제를 하기 위한 도 3은 입사각을 고정시키고 공명각 부근의 특정한 입사각(θ)에서 관찰되는 금속박막 부근의 굴절율 변화로 유도되는 반사율의 변화(△R) 자체를 측정하는 방식은 고정된 입사각에서 측정하므로, 광원은 직진성이 우수한 저가의 반도체 레이저 광원을 사용하고, 수광부는 고가의 배열형 소자대신에, 저가인 좁은 수광 면적의 단일 채널 수광소자를 사용할 수 있으므로, 측정 장치가 간단해 질 수 있는 장점이 있다.
그러나, 장치를 조립하는 과정에서 표면 플라즈몬 공명각을 포함하는 일정한 범위의 입사각에 대하여 반사율을 측정하고 나서 입사각을 고정시켜야 하는데, 입사광의 입사각도가 변할 때마다 수광 소자의 위치가 바뀌어야 하므로, 측정된 입사각에 대한 반사율 곡선으로부터 원하는 입사각을 재현하는 실제 장치를 조립하는데 있어서 입사광을 원하는 일정한 입사 각도로 만들어 주기는 어렵다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 입사각에 대한 반사율 곡선을 측정하고, 고정시키고자 하는 특정 입사각을 찾아서 광학계를 고정시키는 과정을 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 입사광의 입사각을 고정한 후에도 측정의 필요성에 따라 입사각을 변화시키더라도 수광부의 수광소자의 위치를 이동할 필요가 없도록하여 측정장치의 활용성을 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서는 특정 파장의 광을 방출하는 광원과; 상기 광원의 입사각을 조절할 수 있는 회전장치와; 상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과; 상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과; 상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및 상기 집광렌즈를 통해 집광된 광을 검출하는 수광소자를 포함하여 구성하되,
Figure 112009017418295-PAT00001
에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
(단, a : 광원에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 수광소자까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
본 발명의 또 다른 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서는 특 정 파장의 광을 방출하는 광원과; 상기 광원을 프리즘에 입사시키기 위해 프리즘 방향으로 광을 반사시키는 회전 가능한 거울과; 상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과; 상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키는 금속박막과; 상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및 상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 검출하여 측정광으로 사용하기 위한 수광소자를 포함하여 구성하되,
Figure 112009017418295-PAT00002
에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
(단, a : 광원이 반사되는 거울면에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 수광소자까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
본 발명의 또 다른 특징에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서는 광을 방출하되 수렴 또는 발산하는 광원과; 상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과; 상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키는 금속박막과; 상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및 상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 검출하는 배열형 수광소자를 포함하여 구성하되,
Figure 112009017418295-PAT00003
에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
(단, a : 광원에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 배열형 수광소자까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
상기 특징에 따른 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 상기 프리즘으로 입사 하는 광원의 입사각(θ)의 편차는 표면 플라즈몬 공명각을 중심으로 -6° 내지 6°범위인 것을 특징으로 한다.
상기 특징에 따른 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 상기 프리즘의 동일한 두개의 각 중 어느 하나의 각과 입사각(θ)은 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 특징에 따른 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 상기 프리즘은 이등변 삼각형을 이루는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면,
본 발명은 입사각의 변화에 따른 수광소자의 이동이 필요하지 않아 입사각에 대한 반사율 곡선의 측정을 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고정시키고자 하는 특정 입사각을 찾아 광학계를 고정시키는 과정을 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 입사각을 변화 시키더라도 수광부의 수광소자의 위치를 이동할 필요가 없도록 하여 측정장치의 활용성을 높인다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수광 소자로 배열형 수광소자를 사용하여 입사각에 대한 반사율 곡선으로부터 표면 플라즈몬 공명각을 구하는 측정방식에서도 배열형 수광소자의 단위 셀의 입사각에 대한 값을 정량화 하는데 유리하다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 렌즈에 의한 물체와 실상을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제1 실시 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제2 실시 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제 3 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예의 기본이 되는 렌즈의 굴절에 의해 광원을 검출하는 수광소자의 위치를 지정하기 위한 공식은 다음과 같다.
Figure 112009017418295-PAT00004
여기서, a는 광원에서 집광렌즈까지의 거리를 나타내고, b는 집광렌즈에서 수광소자까지의 거리를 나타내며, f는 집광렌즈의 초점거리를 나타낸다.
상기 [수학식1]은 광원에서 집광렌즈까지의 거리(a)가 2f 이상의 경우, 수광소자는 집광렌즈로부터 2f 이내의 지점에 위치 하게 되며, 광원에서 집광렌즈까지의 거리(a)가 2f 이내의 경우, 수광소자는 집광렌즈로부터 2f 이상의 지점에 위치 하게 된다.
또한, [수학식 1]에 표시된 a 및 b는 광이 공기가 아닌 물질을 통과 할 때에는 그 물질의 굴절율과 두께를 고려한 거리가 되어야 한다.
렌즈의 공식 [수학식 1]은 표면 플라즈몬 공명을 이용한 센서에 사용된 바가 없으며, [수학식 1]과 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서를 접목하여 고정시키고자 하는 특정 입사각을 찾아 광학계를 고정시키는 과정이 용이하게 되었다.
도 5 내지 도 7은 [수학식1]의 공식을 크게 벗어나지 않는 범위에서 형성한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시 예는 광원(510), 회전장치(560), 프리즘(520), 금속박막(530), 집광렌즈(540), 및 수광소자(550)로 구성한다.
광원(510)은 특정 파장의 광을 프리즘(520)으로 방출한다.
회전장치(560)는 광원(510)의 입사각을 조절할 수 있도록 회전 가능한 장치이다. 이때, 프리즘(520)에 입사하는 입사각(θ)의 편차는 구성하는 광학계가 [수학식 1]을 만족하며 표면 플라즈몬 공명각을 중심으로 -6° 내지 6°범위인 것을 특징으로 하며, 이때, 입사각(θ)의 편차는 집광렌즈의 초점거리, 집광 렌즈의 구경, 프리즘의 크기에 따라 다소 차이가 있을 수 있어 한정하지 아니한다.
본 발명에 따른 제1 실시 예의 경우 [수학식 1]의 a는 광원에서 방출되는 광이 프리즘의 일면을 통과하고 금속박막에 반사되어 프리즘의 타면을 지나 집광렌즈까지 도달하는 거리를 의미한다.
프리즘(520)은 광원(510)이 일면에 입사되어 광원(510)을 굴절한다. 이때, 프리즘(520)은 이등변 삼각형으로 형성하는 것이 바람직하며, 편의상 수직으로 입사하지 않는 광의 프리즘 표면에서의 굴절 현상은 표시 하지 않았다.
금속박막(530)은 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시킨다. 이때, 금속박막(530)에 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변화를 측정하여 검지물질을 감별할 수 있다.
집광렌즈(540)는 금속박막(530)에서 프리즘(520)의 타면으로 반사되어 광을 집광한다.
수광소자(550)는 집광렌즈(540)를 통해 집광된 광을 검출한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 제1 실시 예의 광 센서는 [수학식1]에 입각 하여 형성한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 실시 예는 광원(610), 회전거울(660), 프리즘(620), 금속박막(630), 집광렌즈(640), 및 수광소자(650)로 구성한다.
광원(610)은 특정 파장의 광을 프리즘(620)으로 방출한다.
회전거울(660)은 광원(610)을 프리즘(620)에 입사시키기 위해 광을 프리즘(620) 방향으로 반사시키도록 회전한다. 여기서, 회전거울(660)은 본 발명의 실시 예와 같이, 일체형으로 이루어져 회전이 가능한 거울을 구성할 수 있으나, 이에 한정하지 아니하고 일반적인 거울과 회전장치를 결합하여 구성할 수 있다.
이때, 프리즘(520)에 입사하는 입사각(θ)의 편차는 구성하는 광학계가 [수학식 1]을 만족하며 표면 플라즈몬 공명각을 중심으로 -6° 내지 6°범위인 것을 특징으로 하나, 이 편차는 집광렌즈의 초점거리, 집광 렌즈의 구경, 프리즘의 크기에 따라 다소 차이가 있을 수 있으며,
본 발명에 따른 제 2실시 예의 경우 [수학식 1]의 a는 광원에서 집광렌즈까지의 거리가 아닌 광원이 반사되는 거울면에서 프리즘의 일면을 통과하고 금속박막에 반사되어 프리즘의 타면을 지나 집광 렌즈까지의 도달하는 거리를 의미한다.
프리즘(620)은 광원이 일면에 입사되어 광원을 굴절한다. 프리즘(620)은 이등변 삼각형으로 형성하는 것이 바람직하며, 편의상 수직으로 입사하지 않는 광의 프리즘 표면에서의 굴절 현상은 표시 하지 않았다.
금속박막(630)은 프리즘(620)에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시킨다. 이때, 금속박막(630)에 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변화를 측정하여 검지물질을 감별할 수 있다.
집광렌즈(640)는 금속박막(630)에서 프리즘(620)의 타면으로 반사되어 광을 집광한다.
수광소자(650)는 집광렌즈(640)를 통해 집광된 광을 검출한다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 제2 실시 예의 광 센서는 [수학식1]에 입각 하여 형성하되, a 는 광원이 반사되는 거울면에서 집광 렌즈까지의 거리이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 제3 실시 예는 광원(710), 프리즘(720), 금속박막(730), 집광렌즈(740), 및 배열형 수광소자(750)로 구성한다.
광원(710)은 특정 파장의 광을 프리즘(720)으로 방출하되, 수렴 또는 발산한다. 이때, 프리즘(520)에 입사하는 입사각(θ)의 편차는 구성하는 광학계가 [수학식 1]을 만족하며 표면 플라즈몬 공명각을 중심으로 -6° 내지 6°범위인 것을 특징으로 하나, 이 편차는 집광렌즈의 초점거리, 집광 렌즈의 구경, 프리즘의 크기에 따라 다소 차이가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 제3 실시 예의 경우 제1 실시 예와 같이 [수학식 1]의 a는 광원에서 방출되는 광이 프리즘의 일면을 통과하고 금속박막에 반사되어 프리즘의 타면을 지나 집광렌즈까지 도달하는 거리를 의미한다.
프리즘(720)은 광원이 일면에 입사되어 광원을 굴절한다. 프리즘(720)은 이등변 삼각형으로 형성하는 것이 바람직하며, 편의상 수직으로 입사하지 않는 광의 프리즘 표면에서의 굴절 현상은 표시 하지 않았다.
금속박막(730)은 프리즘(720)에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시킨다. 이때, 금속박막(730)에 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변화를 측정하여 검지물질을 감별할 수 있다.
집광렌즈(740)는 금속박막(730)에서 프리즘(720)의 타면으로 반사되어 광을 집광한다.
배열형 수광소자(750)는 집광렌즈(740)를 통해 집광된 광을 검출한다. 이때, 배열형 수광소자(750)는 한꺼번에 들어오는 2차원 형태의 데이터를 얻을 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 제3 실시 예의 광 센서는 [수학식1]에 입각 하여 형성한다.
실시 예 1 내지 실시 예 3과 같이 구성된 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서는 광원이 방출한 광이 프리즘의 일면을 지나 금속박막에 반사되어 프리즘의 타면으로 반사되어 집광렌즈를 지나 수광소자에 도달 할 때, 리셉터에 묻은 감지물질에 따라 금속박막에서 반사되는 빛의 반사율 변화나 입사각에 대한 공명각의 변 화를 측정하여 검지물질을 감별한다.
상기 제 1 내지 제3 실시 예와 달리 집광렌즈를 수광소자측이 아닌 광원측에 위치하며, 동시에 [수학식 1]을 만족 하도록 하는 광 센서를 구성 할 수 있으나, 이 경우에는 광원의 크기 보다 큰 형상이 수광소자면에 나타나게 되므로 제1 내지 제3 실시 예와 달리 좋은 결과를 얻지 못할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 프리즘을 사용하여 표면 플라즈몬 공명을 유도하는 Kretschmann 측정 방식을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 측정계에서 관측되는 입사각에 대한 반사율의 곡선을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 측정계에서 관측되는 고정된 입사각에서 반사율 곡선의 변화로 인하여 발생하는 반사율 변화를 보여주는 곡선을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 렌즈에 의한 물체와 실상을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제1 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제2 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서의 제 3 실시 예를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
510, 610, 710 : 광원 520, 620, 720 : 프리즘
530, 630, 730 : 금속박막 540, 640, 740 : 집광렌즈
550, 650 : 수광소자 750 : 배열형 수광소자
560 : 회전장치 660 : 회전거울

Claims (6)

  1. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;
    상기 광원의 입사각을 조절할 수 있는 회전장치와;
    상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과;
    상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키기 위한 금속박막과;
    상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및
    상기 집광렌즈를 통해 집광된 광을 검출하는 수광소자를 포함하여 구성하되,
    Figure 112009017418295-PAT00005
    에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서.
    (단, a : 광원에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 수광소자까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
  2. 특정 파장의 광을 방출하는 광원과;
    상기 광원을 프리즘에 입사시키기 위해 프리즘 방향으로 광을 반사시키는 회전 가능한 거울과;
    상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과;
    상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키는 금속박막과;
    상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및
    상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 검출하여 측정광으로 사용하기 위한 수광소자를 포함하여 구성하되,
    Figure 112009017418295-PAT00006
    에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서.
    (단, a : 광원이 반사되는 거울면에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 수광소자까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
  3. 광을 방출하되 수렴 또는 발산하는 광원과;
    상기 광원이 일면에 입사하여 광을 굴절하는 프리즘과;
    상기 프리즘에 표면 플라즈몬을 여기시키는 각도로 입사한 광을 반사시키는 금속박막과;
    상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 집광하는 집광렌즈; 및
    상기 금속박막에서 프리즘의 타면으로 반사되는 광을 검출하는 배열형 수광소자를 포함하여 구성하되,
    Figure 112009017418295-PAT00007
    에 입각하여 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서.
    (단, a : 광원에서 집광렌즈까지의 거리, b : 집광렌즈에서 배열형 수광소자 까지의 거리, f : 집광렌즈의 초점거리)
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘으로 입사하는 광원의 입사각(θ)의 표면 플라즈몬 공명각을 중심으로 -6° 내지 6°범위인 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광센서.
  5. 제1항 내지 제 3항에 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘의 동일한 두개의 각 중 어느 하나의 각과 입사각(θ)은 동일한 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서.
  6. 제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리즘은 이등변 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서.
KR1020090024529A 2009-03-23 2009-03-23 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서 KR20100106082A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090024529A KR20100106082A (ko) 2009-03-23 2009-03-23 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서
PCT/KR2009/006650 WO2010110523A1 (ko) 2009-03-23 2009-11-13 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090024529A KR20100106082A (ko) 2009-03-23 2009-03-23 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100106082A true KR20100106082A (ko) 2010-10-01

Family

ID=42781201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090024529A KR20100106082A (ko) 2009-03-23 2009-03-23 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20100106082A (ko)
WO (1) WO2010110523A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101359945B1 (ko) * 2013-01-04 2014-02-11 서울대학교산학협력단 빛의 간섭을 이용한 표면 플라즈몬 스위칭 방법 및 그 장치
KR102180493B1 (ko) 2019-07-08 2020-11-18 한화시스템 주식회사 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법
KR102203219B1 (ko) 2019-07-08 2021-01-14 한화시스템 주식회사 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법
KR20210113097A (ko) * 2020-03-05 2021-09-15 안기석 유체 속 폭발물질 탐지 센서 장치
US11231365B2 (en) 2019-07-08 2022-01-25 Hanwha Systems Co., Ltd. Apparatus and method for infrared imaging

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108132232A (zh) * 2017-12-28 2018-06-08 中国地质大学（武汉） 一种表面等离子体共振传感器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100480340B1 (ko) * 2002-11-02 2005-03-31 한국전자통신연구원 정렬된 나노 크기의 금속 구조체들을 사용하는 국소 표면플라즈몬 센서 및 그 제조 방법
KR100895687B1 (ko) * 2006-12-04 2009-04-30 한국전자통신연구원 절대 보정이 가능한 표면 플라즈몬 공명 센서
KR100876608B1 (ko) * 2007-08-20 2008-12-31 한국생명공학연구원 회전거울을 이용한 표면 플라즈몬 공명 센서

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101359945B1 (ko) * 2013-01-04 2014-02-11 서울대학교산학협력단 빛의 간섭을 이용한 표면 플라즈몬 스위칭 방법 및 그 장치
KR102180493B1 (ko) 2019-07-08 2020-11-18 한화시스템 주식회사 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법
KR102203219B1 (ko) 2019-07-08 2021-01-14 한화시스템 주식회사 적외선 촬영 장치 및 촬영 방법
US11231365B2 (en) 2019-07-08 2022-01-25 Hanwha Systems Co., Ltd. Apparatus and method for infrared imaging
KR20210113097A (ko) * 2020-03-05 2021-09-15 안기석 유체 속 폭발물질 탐지 센서 장치

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010110523A1 (ko) 2010-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20070279635A1 (en) Measuring apparatus and method using surface plasmon resonance
WO2012111001A2 (en) Optical sensor with enhanced sensitivity
KR20100106082A (ko) 표면 플라즈몬 공명을 이용한 광 센서
US20060215165A1 (en) High sensitivity optical detection by temperature independent differential polarization surface plasmon resonance
CN101825568B (zh) 一种利用光谱强度变化检测介质折射率变化的装置
US20130120743A1 (en) Integrated Surface Plasmon Resonance Sensor
EP1308714B1 (en) Measuring plate for a sensor utilising attenuated total reflection
KR100958443B1 (ko) 표면 플라즈몬 공명 광센서
US9632022B2 (en) Enhanced Surface Plasmon Resonance method
CN101825629A (zh) 波导耦合金属光子晶体生物传感器及其检测方法
KR100860267B1 (ko) 표면 플라즈몬 공명 센싱 시스템
KR101109148B1 (ko) 표면 플라즈몬 공진 센서 및 표면 플라즈몬 공진을 이용한 센싱 방법
EP1519187A1 (en) Surface plasmon resonance sensor and sensor unit for accurately measuring small refractive index fluctuations
JP2004245674A (ja) 放射温度測定装置
KR20060020036A (ko) 주사 방식 및 줌 방식을 채택하여 표면 플라즈몬 공명현상을 측정하는 장치 및 이를 이용한 측정방법
US9823192B1 (en) Auto-calibration surface plasmon resonance biosensor
US11513073B2 (en) Apparatus and methods for selective detection of pathogens and/or chemicals
JP3761080B2 (ja) 全反射減衰を利用した測定方法および測定装置
KR101245544B1 (ko) 표면 플라즈몬 현상에 의한 광간섭 변화 특성을 이용한 바이오 센싱 장치
KR20040102847A (ko) 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 광학적 분석 장치에있어서 동적측정 범위와 감도를 향상시키기 위한 프리즘의구조 및 측정방법
KR100870131B1 (ko) 임계각 및 표면 플라스몬 공명각의 동시 측정 장치 및 방법
JP2002195942A (ja) 全反射減衰を利用したセンサー
JP2004085487A (ja) 全反射減衰を利用したセンサー
KR100820235B1 (ko) 다 매질에서 측정 가능한 광학계를 이용한 표면 플라즈몬공명 장치
US20070231881A1 (en) Biomolecular interaction analyzer

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application