(57)【要約】【課題】装置の構造が簡略化されて低コストを図ることができ、簡単に測定を行える表面プラズモン共鳴測定装置の提供。【解決手段】透明基板６２に金属薄膜６１を設け、この金属薄膜６１の平面と平行に開口数ＮＡが１．４の対物レンズ２２を配置し、この対物レンズ２２を透過して金属薄膜６１に入射光束を入射させる光照射機構３を配置し、金属薄膜６１で反射した反射光束の画像を検出する画像センサ４を配置し、入射光束の光軸を含む領域で開口数ＮＡが１．０未満の入射光束をカットする入射光制限部７を配置する。対物レンズ２２は金属薄膜６１に対して対向配置すればよく、入射角度の厳密な調整が不要とされる。そのため、従来使用されている高価なプリズムや、入射光束の金属薄膜に対する入射角度を変更する駆動機構が不要とされ、装置の製造コストを低下させることができる。【選択図】図１
2010085159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に試料と接触する金属薄膜及びこの金属薄膜の他面に設けられた透明基板を有する
被検査部材と、
前記透明基板の平面に対し平行に配置された対物レンズを有し開口数ＮＡが１．０以上
となるレンズ機構と、
このレンズ機構を通じて前記金属薄膜に入射する光束を照射する光照射機構と、
前記金属薄膜で反射した反射光束の画像を検出する画像センサと、
前記入射光束の光軸を含む領域で開口数ＮＡが１．０未満の入射光束をカットする入射
光制限部と、を備えたことを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記入射光制限部は円板状のマスクであることを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装
置。
【請求項３】
請求項２に記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記入射光制限部と前記画像センサとの間には前記光照射機構から照射される入射光束
を前記レンズ機構に向けて反射させるとともに前記レンズ機構からの反射光束を前記画像
センサに向けて透過させるハーフミラーが配置されていることを特徴とする表面プラズモ
ン共鳴測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記入射光制限部は前記レンズ機構と前記ハーフミラーとの間または前記ハーフミラー
と前記光照射機構との間に配置されることを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記金属薄膜の一面には誘電体薄膜が設けられていることを特徴とする表面プラズモン
共鳴測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記レンズ機構が内部に設けられる筐体を備え、この筐体に前記誘電体薄膜が前記金属
薄膜に設けられた前記被検査部材と前記誘電体薄膜が前記金属薄膜に設けられていない前
記被検査部材とが選択して着脱自在に取り付けられていることを特徴とする表面プラズモ
ン共鳴測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載された表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記レンズ機構は開口数ＮＡが１．４以上の油浸対物レンズを有することを特徴とする
表面プラズモン共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモン共鳴現象を利用して試料中の物質を測定する表面プラズモン
共鳴測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金や銀等の金属薄膜中の自由電子と光とが共鳴する現象を表面プラズモン現象（ＳＰＲ
）といい、金属自由電子と被測定対象の物質の近接場光とを介した相互作用を信号変化か
ら読み取る表面プラズモン共鳴測定装置が種々の分野で利用されている。
【０００３】
表面プラズモン共鳴現象測定装置の従来例として、略半円柱状のプリズムの平板面に試
料と接触する金属膜を形成し、光源から光ビームを光学系でプリズムの周面部から平面部
に向けて照射し、プリズムと金属膜との界面で反射してプリズム周面部から透過した光ビ
ームを検出手段で検出するクレッチマン配置の特許文献１がある。
この特許文献１で示されるクレッチマン配置の従来例では、入射側の光学系をプリズム
と金属膜との界面に対して種々の入射角が得られるようにしなければならず、光検出手段
を、界面で反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能としなければならない。
また、従来例として、表面上に試料が載置される金属膜を誘電体ブロックの一面と間隔
を置いて配置し、この誘電体ブロックの一面で全反射条件となり、かつ、表面プラズモン
の発生条件を含む種々の入射角が得られるように光学系を介して光ビームを誘導体ブロッ
クに照射し、誘導体ブロックの一面で反射した光を光検出手段で検出するオット配置の特
許文献２がある。
【０００４】
さらに、従来例として、試料に接触する金属膜を一面に形成した誘導体ブロックを用い
、この誘導体ブロックの金属膜に光ファイバからの光ビームを照射するとともに、金属膜
で反射した反射光を光検出手段で検出する特許文献３がある。
また、従来例として、プリズムを使用しない従来例として、金属薄膜が形成されたスラ
ブ型導波路に光ファイバを介して光を導入し、スラブ型導波路内を伝播した後出射した光
を光検出手段で検出する特許文献４がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２９２３３４号公報（段落［０００４］〜［０００５］参照）
【特許文献２】特許第３３４３０８６号公報（段落［０００４］参照）
【特許文献３】特開２００２−２７７３９０号公報（段落［００２７］〜［００４３］参照）
【特許文献４】特開２００３−２１５０２９号公報（段落［０００６］参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１で示されるクレッチマン配置の従来例では、高価なプリズムが使用されるこ
とになり、装置自体が高価なものとなる。そして、入射側の光学系をプリズムと金属膜と
の界面に対して種々の入射角が得られるようにするために、入射する光ビームを細くする
場合では、光学系を駆動機構で駆動させて入射角を可変とする構成を採用することが必要
であり、入射する光ビームを太くして光ビームを種々の角度で入射する成分が含まれるよ
うにする場合では、光ビームを所定位置に収束させる構成を採用する必要がある。同様に
、光検出手段も駆動機構で駆動させなければならないこともある。しかし、光学系や光検
出手段を別途駆動させる機構を採用するのでは、装置自体が高価なものとなる。光学系の
駆動機構を採用しない場合であっても、金属膜の所定位置に所定の角度で正確に位置決め
して光ビームを照射しなければならず、光学系の位置決め作業が困難となる。
【０００７】
特許文献２で示されるオット配置の従来例でも、高価なプリズムが必要とされ、さらに
、誘導体ブロックと金属膜との間隔が変化する方向に相対移動させる機構が必要であり、
特許文献１の従来例と同様に装置自体が高価なものとなる。
【０００８】
特許文献３で示される従来例は、基本構成が特許文献１と同じであり、特許文献１と同
様の課題を有する。例えば、光ファイバで照射された光ビームを凸レンズで誘導体ブロッ
クと金属膜との境界面に所定の角度で収束させなければならないので、その位置決め作業
が困難である。
特許文献４で示される従来例では、プリズムが必要とされないが、スラブ型導波路の面
積を大きくしなければならず、しかも、スラブ型導波路に光ファイバを介して光を導入す
るにあたり、光ファイバの入射角度を正確に決めなければならず、作業の困難性がある。
【０００９】
本発明の目的は、装置の構造が簡略化されて低コストを図ることができ、簡単に測定を
行える表面プラズモン共鳴測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［適用例１］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、一面に試料と接触する金属薄膜及び
この金属薄膜の他面に設けられた透明基板を有する被検査部材と、前記透明基板の平面に
対し平行に配置された対物レンズを有し開口数ＮＡが１．０以上となるレンズ機構と、こ
のレンズ機構を通じて前記金属薄膜に入射する光束を照射する光照射機構と、前記金属薄
膜で反射した反射光束の画像を検出する画像センサと、前記入射光束の光軸を含む領域で
開口数ＮＡが１．０未満の入射光束をカットする入射光制限部とを備えたことを特徴とす
る。
【００１１】
この構成の適用例では、光照射機構から照射された入射光束はレンズ機構を通じて金属
薄膜に照射され、この金属薄膜で反射された後、この反射光束が画像センサに描写される
。金属薄膜に入射される光束は、その光軸を含み開口数ＮＡが１．０未満の領域が入射光
制限部で遮断されて輪帯となる。そして、レンズ機構で金属薄膜に収束される輪帯の入射
光束の開口数ＮＡが１．０以上であることから、表面プラズモン共鳴現象を金属薄膜に生
じさせるに十分な入射角度をもって金属薄膜に入射光束が入射される。表面プラズモン共
鳴現象が生じた状態では、金属薄膜から反射される反射光束に暗線が生じることになり、
この暗線が画像センサに略円弧状の線として検出される。
表面プラズモン共鳴現象を生じた金属薄膜に試料が接触すると、共鳴状態が変化し、円
弧状の暗線の直径が変化する。この変化した暗線の直径から表面プラズモン共鳴現象を生
じさせるための金属薄膜に入射する入射光束の入射角度を求め、この角度から試料の物性
、例えば、屈折率や誘導率を求める。
従って、本適用例では、金属薄膜に対して所定角度をもって入射光束を入射させるため
に対物レンズを有するレンズ機構を用いたので、従来使用されている高価なプリズムや、
入射光束の金属薄膜に対する入射角度を変更する駆動機構が不要とされ、装置のコストを
抑えることができる。さらに、対物レンズは金属薄膜に対して対向配置すればよく、入射
角度の厳密な調整が不要とされるので、位置決め作業が容易である。
【００１２】
［適用例２］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記入射光制限部は円板状のマスク
であることを特徴とする。
この構成の適用例では、入射光制限部を円板状のマスクで構成することにより、対物レ
ンズに入射される入射光束を確実に制限して表面プラズモン共鳴現象を発生させるに十分
な輪帯光束を容易に形成することができる。
しかも、円板状のマスクは、適宜な部材で容易に製造することができるから、測定装置
のコストを低いものにできる。
【００１３】
［適用例３］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記入射光制限部と前記画像センサ
との間には前記光照射機構から照射される入射光束を前記レンズ機構に向けて反射させる
とともに前記レンズ機構からの反射光束を前記画像センサに向けて透過させるハーフミラ
ーが配置されていることを特徴とする。
この構成の適用例では、被検査部材、入射光制限部及び画像センサを結ぶ直線と交差す
る方向に光照射機構を配置しているので、入射光制限部と画像センサとの間の寸法を短く
することができ、装置としてコンパクトとなる。
【００１４】
［適用例４］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記入射光制限部は前記レンズ機構
と前記ハーフミラーとの間または前記ハーフミラーと前記光照射機構との間に配置される
ことを特徴とする。
この構成の適用例では、レンズ機構と金属薄膜とを近接配置することができるので、金
属薄膜の表面に表面プラズモン共鳴現象を発生させる環境をつくることができる。
【００１５】
［適用例５］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記金属薄膜の一面には誘電体薄膜
が設けられていることを特徴とする。
この構成の適用例では、金属薄膜の一面に誘電体薄膜、例えば、吸着材薄膜や化学反応
媒体薄膜を設ける。光照射機構から照射される直線偏光を金属薄膜に照射し表面プラズモ
ン共鳴現象が生じると、金属薄膜から反射されるＰ偏光から表面プラズモン共鳴モード（
ＳＰＲモード）の信号が得られ、Ｓ偏光から誘電体薄膜の内部で多重反射する導波路モー
ドの信号が得られる。画像センサでは、Ｐ偏光に対応する略円弧状のＰ暗線とＳ偏光に対
応する略円弧状のＳ暗線とが同時に検出される。誘電体薄膜の表面に物質が吸着するとＳ
暗線やＰ暗線の直径が変化し、その変化量から試料の誘導率を求める。
ここで、従来でも、金属薄膜に誘電体薄膜を設けてＰ偏光とＳ偏光とを解析する導波路
モードを設定することができるが、従来では、金属薄膜に入射するＰ偏光とＳ偏光との一
方を選択しなければならないので、その選択するための偏光子及び波長板等の光学素子が
必要とされる。
これに対して、本適用例では、反射光束としてＰ偏光とＳ偏光とが互いに干渉すること
なく暗線として画像センサで観測されるので、Ｐ偏光とＳ偏光との同時解析が可能となり
、Ｐ偏光とＳ偏光との選択のための光学素子が不要とされる。
【００１６】
［適用例６］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記レンズ機構が内部に設けられる
筐体を備え、この筐体に前記誘電体薄膜が前記金属薄膜に設けられた前記被検査部材と前
記誘電体薄膜が前記金属薄膜に設けられていない前記被検査部材とが選択して着脱自在に
取り付けられていることを特徴とする。
この構成の適用例では、導波路モードの適用の有無に応じて１台の装置で測定を行うこ
とができる。
【００１７】
［適用例７］
本適用例にかかる表面プラズモン共鳴測定装置は、前記レンズ機構は開口数ＮＡが１．
４以上の油浸対物レンズを有することを特徴とする。
この構成の適用例では、レンズ機構の開口数が１．４以上であるため、表面プラズモン
共鳴現象を金属薄膜に生じさせるための広い入射角を確保することができる。その上、レ
ンズ機構が油浸対物レンズを備えた構成であるため、開口数１．４以上を容易に確保する
ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には本実施形態にかかる表面プラズモン共鳴装置の概略構成が示されている。
図１において、表面プラズモン共鳴装置は、筐体１と、この筐体１の内部に設けられた
レンズ機構２、光照射機構３、画像センサ４及びハーフミラー５とを備え、筐体１には被
検査部材６が着脱自在に設けられている。
被検査部材６は、金属薄膜６１と、この金属薄膜６１に設けられた透明基板６２とを備
えている。この透明基板６２は所定の厚み寸法、例えば、０．５ｍｍのガラス板であり、
筐体１の試料装着用の開口部１Ａに対して着脱自在に設けられている。筐体１には、外部
から供給される試料用のガスを被検査部材６に露出するための開口部１Ａが形成されてい
る。
【００１９】
金属薄膜６１は、所定の厚さ寸法、例えば、４０〜５０ｎｍ程度の厚さ寸法を有する薄
膜であり、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、アルミニウム（Ａｌ）、その他の金属から形成され
ている。
金属薄膜６１は透明基板６２にスパッタあるいは蒸着等の適宜な手段で形成される。
本実施形態では、金属薄膜６１に誘導体薄膜６３が設けられる被検出部材６と、誘導体
薄膜６３が設けられず金属薄膜６１がガスに露出する被検査部材６との２種類が用意され
る。
誘電体薄膜６３は、その材料として、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）が主に利
用されるが、それ以外にも種々の材料、例えば、ポリイミド系樹脂（ポリイミド樹脂、ポ
リ（イミド・イソインドロキナゾリンジオンイミド）樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポ
リエーテルケトン樹脂、ポリエステルイミド樹脂等）、シリコーン系樹脂、ポリスチレン
系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール
系樹脂、ポリキノリン系樹脂、ポリキノキサリン系樹脂、ポリベンゾオキサゾール系樹脂
、ポリベンゾチアゾール系樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂、等が利用される。これ
らの材料をスピンコート等の適宜な手段を用いて金属薄膜６１の表面に設けることで誘導
体薄膜６３が形成される。
【００２０】
レンズ機構２は、筐体１に収納されるケース２１と、このケース２１に設けられ透明基
板６２の平面と平行に配置された対物レンズ２２を有する。この対物レンズ２２は、開口
数ＮＡが１．４以上となるように透明基板６２との間に油Ｍが収納された屈折率がＮsub
の油浸対物レンズである。
光照射機構３は、金属薄膜６１に直線偏光を照射するものであって、レーザ光源３１と
、このレーザ光源３１で照射された直線偏光を平行光にするビームスプレッダ３２とを備
えている。
レーザ光源３１は筐体１の端部に固定されている。
ビームスプレッダ３２は筐体１の内部に設けられた複数のレンズ群３２Ａ，３２Ｂから
構成される。
【００２１】
画像センサ４はレンズ機構２を挟んで金属薄膜６１と対向する位置で筐体１に取り付け
られており、金属薄膜６１で反射した反射光束の画像を検出するＣＣＤを備えている。
画像センサ４のＣＣＤは図示しない制御手段に接続されており、この制御手段では、Ｃ
ＣＤから送られる信号や予め入力されたデータに基づいて試料の屈折率や誘電率を演算表
示し、さらには、試料中の特定物質の分析の結果を表示する。
ハーフミラー５は光照射機構３から照射される入射光束をレンズ機構２に向けて反射さ
せるとともにレンズ機構２からの反射光束を画像センサ４に向けて透過させるものであっ
て、レンズ機構２と画像センサ４との間においてミラー平面が光照射機構３で照射される
入射光束の光軸に対して４５°かつ金属薄膜６１から反射される反射光束の光軸に対して
４５°となるように配置されている。
ハーフミラー５とレンズ機構２との間には金属薄膜６１に入射する入射光束を制限する
入射光制限部７が配置されている。
この入射光制限部７は入射光束の光軸を含む領域で開口数ＮＡが１．０未満の入射光束
をカットするものであり、筐体１の内部に配置された円板状のマスクから構成される。こ
のマスクは材質を問わず、例えば、合成樹脂から形成されるものでもよい。
なお、本実施形態では、図４に示すように、入射光制限部７はハーフミラー５と光照射
機構３との間に配置してもよい。
【００２２】
この構成の表面プラズモン共鳴装置では、被検査部材６を筐体１にセットし、筐体１の
内部に設けられた光照射機構３から直線偏光を照射する。この直線偏光はハーフミラー５
で反射されてレンズ機構２で収束された後に金属薄膜６１に入射される。
金属薄膜６１に入射される光束は、その光軸を含み開口数ＮＡが１．０未満の領域が入
射光制限部７で遮断されて輪帯となり、かつ、レンズ機構２で金属薄膜６１の上で１点に
収束される。レンズ機構２を構成する対物レンズ２２の開口数ＮＡが１．４であることか
ら、表面プラズモン共鳴現象が金属薄膜６１に生じる。表面プラズモン共鳴現象が生じた
金属薄膜６１に試料が接触されることで、金属薄膜６１から反射される光束に暗線が生じ
、これがハーフミラー５を通って画像センサ４のＣＣＤで検出される。
【００２３】
図２（Ａ）は対物レンズ２２に入射する前での偏光成分を示す模式図であり、図２（Ｂ
）（Ｃ）はそれぞれ画像センサ４のＣＣＤで検出される暗線の模式図である。
図２（Ａ）では、直線偏光であるＳ偏光とＰ偏光とは、それぞれ円中心を挟んで互いに
対向する位置に生じており、その間はＳ偏光とＰ偏光とが混在している。
図２（Ｂ）は金属薄膜６１に誘電体薄膜６３が設けられた被検査部材６を筐体１にセッ
トした場合であり、図２（Ｃ）は誘電体薄膜６３が設けられず金属薄膜６１が露出した被
検査部材６を筐体１にセットした場合である。
【００２４】
金属薄膜６１に誘電体薄膜６３が設けられた被検査部材６を筐体１にセットした場合で
は、図２（Ｂ）で示される通り、Ｐ暗線ＰｄとＳ暗線Ｓｄとがそれぞれ円弧状に描写され
る。Ｐ暗線Ｐｄは表面プラズモン共鳴現象が生じた際に金属薄膜６１で反射したＰ偏光に
対応する表面プラズモン共鳴モード（ＳＰＲモード）として検出されるものであり、Ｓ暗
線Ｓｄは誘電体薄膜６３の内部で多重反射させる導波路モードとして検出されるものであ
る。本実施形態では、Ｐ暗線Ｐｄの半径がＳ暗線Ｓｄの半径より小さいので、Ｐ暗線Ｐｄ
とＳ暗線Ｓｄとが干渉して描写されることがない。
図２（Ｃ）で示される誘電体薄膜６３が設けられない被検査部材６を筐体１にセットし
た場合では、ＳＰＲモードとして利用されるＰ暗線Ｐｄのみが検出され、Ｓ暗線Ｓｄは検
出されない。なお、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）で示されるＲoは入射光制限部７で生じた
陰である。Ｐ暗線Ｐｄ及びＳ暗線Ｓｄは、ともに輪帯光束の外輪円Ｒの内側で検出される
。
【００２５】
本実施形態では、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属薄膜６１への光束の入射角度θ
ａを求める。この入射角度θａから既知の方法、例えば、特開平９−２９２３３４号公報
で示される方法によって試料の屈折率や誘電率を求める。そして、求められた屈折率や誘
電率に基づいて試料中の特定物質の分析を行う。
【００２６】
表面プラズモン共鳴現象を生じさせる際の直線偏光の入射角度θａは次式から求めるこ
とができる。
直線偏光の最大入射角度θmaxは、開口数がＮＡ、レンズ機構２の油浸対物レンズの屈
折率がＮsubであるから、（１）式で求められる。
θmax＝arcｓｉｎ（ＮＡ／Ｎsub）…（１）
さらに、図３（Ａ）で示される通り、最大入射角度θmaxの時の輪帯光束の外周半径を
ｒとすると、（１）式からレンズ機構２の焦点距離ｘは（２）式で求められる。
ｘ＝ｒ／（ｔａｎθmax）…（２）
そして、求める入射角度θａは、表面プラズモン共鳴現象を生じさせる際のＰ暗線Ｐｄ
の半径をｔとすると、（２）式で求められる距離ｘ、Ｐ暗線Ｐｄの半径ｔ、入射角度θａ
は次の（３）式の関係にある。
ｔ＝ｘｔａｎθａ…（３）
式（３）を展開すると、入射角度θａは次のように求められる。
θａ＝arcｔａｎ（ｔ／ｘ）
【００２７】
以上の入射角度θａを求める式（１）〜（３）、入射角度θａに基づいて試料の屈折率
や誘電率を求める式、さらには、屈折率や誘電率から分析される試料のデータ等は予め制
御手段に記憶されており、この制御手段には画像センサ４のＣＣＤで検出されるデータが
取り込まれる。
【００２８】
従って、本実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）透明基板６２に金属薄膜６１を設け、この金属薄膜６１の平面と平行に開口数ＮＡ
が１．４の対物レンズ２２を配置し、この対物レンズ２２を透過して金属薄膜６１に入射
光束を入射させる光照射機構３を配置し、金属薄膜６１で反射した反射光束の画像を検出
する画像センサ４を配置し、入射光束の光軸を含む領域で開口数ＮＡが１．０未満の入射
光束をカットする入射光制限部７を配置したから、対物レンズ２２は金属薄膜６１に対し
て対向配置すればよく、入射角度の厳密な調整が不要とされる。そのため、従来使用され
ている高価なプリズムや、入射光束の金属薄膜に対する入射角度を変更する駆動機構が不
要とされ、装置の製造コストを低下させることができる。
【００２９】
（２）入射光制限部７を円板状のマスクとしたから、表面プラズモン共鳴現象を発生させ
るに十分な輪帯光束を容易に形成することができる。
（３）入射光制限部７は対物レンズ２２と画像センサ４との間あるいはハーフミラー５と
光照射機構３との間に配置するので、対物レンズ２２と金属薄膜６１とを近接配置するこ
とができ、表面プラズモン共鳴現象を容易に発生させることができる。
【００３０】
（４）入射光制限部７と画像センサ４との間にハーフミラー５を設けたから、金属薄膜６
１と画像センサ４とを結ぶ直線と直交する方向に光照射機構３を配置することで、入射光
制限部７と画像センサ４との間の寸法を短くすることができ、コンパクトな装置を提供す
ることができる。
【００３１】
（５）金属薄膜６１には誘電体薄膜６３を設けたから、画像センサ４では、Ｐ偏光に対応
する円弧状のＰ暗線ＰｄとＳ偏光に対応する円弧状のＳ暗線Ｓｄとを
検出することで、試料の誘導率や屈折率をより正確に求めることができる。しかも、Ｐ暗
線ＰｄとＳ暗線Ｓｄとを同時に画像センサ４で検出することができるので、Ｐ偏光とＳ偏
光との同時解析が可能となり、従来必要とされたＰ偏光とＳ偏光との選択のための光学素
子が本実施形態では不要とされる。
【００３２】
（６）筐体１に誘電体薄膜６３が金属薄膜６１に設けられた被検査部材６と誘電体薄膜が
金属薄膜６１に設けられていない被検査部材６とを選択して着脱自在に取り付ける構成と
したから、導波路モードの適用の有無に応じて１台の装置で測定を行うことができる。
（７）対物レンズ２２は開口数ＮＡが１．４以上の油浸対物レンズであるので、表面プラ
ズモン共鳴現象を金属薄膜に生じさせるための広い入射角を確保することができる。その
上、対物レンズ２２が油浸対物レンズを備えた構成であるため、開口数１．４以上を容易
に確保することができる。
（８）画像センサ４として明暗を確実に検出することができるＣＣＤを備えて構成したか
ら、Ｐ暗線ＰｄとＳ暗線Ｓｄの位置を正確に検出することができる。そのため、Ｐ暗線Ｐ
ｄやＳ暗線Ｓｄの半径、ひいては、表面プラズモン共鳴現象を生じる際の入射角度θａを
正確に求めることができる。
【実施例】
【００３３】
次に、本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
本実施例では、厚さ寸法が４０ｎｍであり、材料が銀の金属薄膜６１を用いた。誘電体
薄膜６３として、厚さ寸法が３００ｎｍであり、材料がＰＭＭＡのものを用いた。誘電体
薄膜６３として、屈折率ｎが１．４９と１．５０とのものを２種類用意した。
そして、レンズ基材と含浸用油の屈折率Ｎsubが１．５２である対物レンズ２２を用い
た。光照射機構３のレーザ光源３１で照射されるレーザ光は波長が６３２ｎｍである。入
射光束の輪帯外周半径ｒは５ｍｍである。
【００３４】
以上の条件で、光照射機構３から波長６３２ｎｍの直線偏光を金属薄膜６１に向けて照
射する。金属薄膜６１に照射される直線偏光は入射光制限部７で輪帯となり、図３（Ａ）
に示される通り、対物レンズ２２で金属薄膜６１の上で１点に収束される。対物レンズ２
２の開口数ＮＡが１．４であるので、表面プラズモン共鳴現象が金属薄膜６１に生じ、金
属薄膜６１から反射される光束にＰ暗線ＰｄやＳ暗線Ｓｄが生じる。これらのＰ暗線Ｐｄ
やＳ暗線Ｓｄは図３（Ｂ）で示される通り、画像センサ４のＣＣＤで検出される。なお、
図３（Ｂ）で示されるＰ暗線ＰｄやＳ暗線Ｓｄは模式化して図示されている。
【００３５】
本実施例では、画像センサ４のＣＣＤで検出された画像に基づいて、Ｐ暗線ＰｄやＳ暗
線Ｓｄの半径ｔを求め、さらには、式（１）〜（３）から入射角度θａを求める。
式（１）から、θmax＝arcｓｉｎ（ＮＡ／Ｎsub）＝arcｓｉｎ（1.4／1.52）＝67.1°
式（２）から、ｘ＝ｒ／（ｔａｎθmax）＝ｘ＝５／（ｔａｎ67.1°）＝２．１１
式（３）から、ｔ＝ｘｔａｎθａ＝2.11ｔａｎθａ
ここで、屈折率ｎが１．５０の誘導体薄膜６３におけるＳ暗線Ｓｄの半径ｔが３．５０
５ｍｍとすると、3.505＝2.11ｔａｎθａであるから、ｔａｎθａ＝（3.505／2.11）＝1.
659であり、θａは５８．９°となる。
【００３６】
同様に、屈折率ｎが１．４９の誘電体薄膜６３におけるＳ暗線Ｓｄの半径ｔが３．４１
０ｍｍとすると、θａは５８．２°であり、屈折率ｎが１．５０の誘電体薄膜６３におけ
るＰ暗線Ｐｄの半径が２．０１３ｍｍとすると、θａは４３．６°であり、屈折率ｎが１
．４９の誘電体薄膜６３におけるＰ暗線Ｐｄの半径ｔが１．９９２ｍｍとすると、θａは
４３．３°である。
【００３７】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる
範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、画像センサ４をＣＣＤとしたが、本発明では、他の手段、
例えば、フォトダイオードであってもよい。
さらに、前記実施形態では、記金属薄膜６１に誘導体薄膜６３が設けられる被検出部材
６と、誘導体薄膜６３が設けられず金属薄膜６１がガスに露出する被検査部材６との２種
類を用意したが、本発明では、ガスの吸着の有無のみを検出するのであれば、誘導体薄膜
６３が設けられず金属薄膜６１がガスに露出する被検査部材６のみを用意するものでもよ
い。
【００３８】
また、対物レンズ２２は開口数ＮＡが１．０以上であれば、前記実施形態のように１．
４以上のものに限定されない。
さらに、光照射機構３は、前記実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば、ビ
ームスプレッダ３２を入射光制限部とハーフミラーとの間に設けるものでもよい。
そして、ビームスプレッダ３２，その他の光学素子に必要に応じて反射防止層を形成す
るものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は表面プラズモン共鳴現象を利用して試料中の物質を測定する装置一般に利用す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる表面プラズモン共鳴装置の概略構成図。
【図２】（Ａ）は対物レンズに入射する前での偏光成分を示す模式図、（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ画像センサで検出される暗線の模式図。
【図３】（Ａ）は入射角度θａを求める方法を説明するために用いた金属薄膜で反射する光束を示す概略図、（Ｂ）は画像センサで検出される暗線の概略図。
【図４】本発明の変形例にかかる表面プラズモン共鳴装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００４１】
１…筐体、２…レンズ機構、３…光照射機構、４…画像センサ、５…ハーフミラー、６
…被検査部材、７…入射光制限部、２２…対物レンズ、６１…金属薄膜、６２…透明基板
、６３…誘電体薄膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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