(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定方法であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に、電場増強度測定用部材を配置して、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第１の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第１の励起光とは別の第２の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させ、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生させ、
前記第２の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項２】
前記第２の励起光が、前記第１の励起光と同一の光源から分光した励起光であることを特徴とする請求項１に記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項３】
前記第２の励起光が、前記第１の励起光の光源とは別の光源に由来する励起光であることを特徴とする請求項１に記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項４】
前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項５】
前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項６】
前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項７】
前記第２の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、２次元的または３次元的な電場増強度の絶対値のデータを得ることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定方法。
【請求項８】
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定装置であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に配置した電場増強度測定用部材と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第１の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させる第１の励起光発生装置と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第１の励起光とは別の第２の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させる第２の励起光発生装置と、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生した際に、
前記第２の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する電場増強度換算装置とを備えることを特徴とする電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項９】
前記第２の励起光発生装置が、前記第２の励起光を、前記第１の励起光と同一の光源から分光する分光手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１０】
前記第２の励起光発生装置が、前記第２の励起光を、前記第１の励起光の光源とは別の光源から発生させるように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１１】
前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１２】
前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１３】
前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１４】
前記第２の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、２次元的または３次元的な電場増強度の絶対値のデータを得るように構成されていることを特徴とする請求項８から１３のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置。
【請求項１５】
請求項１から７のいずれかに記載の測定方法により電場増強度の絶対値のデータを測定し、該電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うことを特徴とする測定部材の評価方法。
【請求項１６】
請求項８から１４のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を備え、該測定装置で得られた電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うように構成されていることを特徴とする測定部材の評価装置。
【請求項１７】
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
請求項１から７のいずれかに記載の測定方法により電場増強度の絶対値のデータを測定し、該電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うことを特徴とするアナライトの検出方法。
【請求項１８】
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
請求項８から１４のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を備え、該測定装置で得られた電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うように構成されていることを特徴とするアナライトの検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、誘電体部材の下方において、誘電体部材の外側から、誘電体部材を介して、金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強して、表面プラズモン光の電場増強効果を得る際に、その電場増強度の絶対値を測定するための電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、このような電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、測定部材の評価を行うことを特徴とする測定部材の評価方法および測定部材の評価装置に関する。
【０００３】
さらに、本発明は、このような電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を用いて得た電場増強度の絶対値のデータに基づいて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行うアナライトの検出方法およびアナライトの検出装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
従来より、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出装置が用いられている。
このような検体検出装置の一つとしては、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光とが共鳴することにより、高い光出力を得る現象（表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ；Surface Plasmon Resonance）現象）を応用し、例えば、生体内の極微少なアナライトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置（以下、「ＳＰＲ装置」と言う）が挙げられる。
【０００５】
また、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）現象を応用した表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ；Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づき、ＳＰＲ装置よりもさらに高精度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン増強蛍光分光測定装置（以下、「ＳＰＦＳ装置」と言う）も、このような検体検出装置の一つである。
【０００６】
この表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属薄膜表面で全反射減衰（ＡＴＲ；attenuated total reflectance）する条件において、金属薄膜表面に表面プラズモン光（粗密波）を発生させることによって、光源より照射した励起光が有するフォトン量を数十倍〜数百倍に増やして、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。
【０００７】
そして、この電場増強効果により、金属薄膜近傍の金属薄膜近傍に捕捉したアナライトと結合（標識）した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出する方法である。
【０００８】
ところで、このような表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を知ることは、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上するためには重要である。
【０００９】
しかしながら、この増強電場は、非伝播光であるため、直接観察することは不可能であり、電場増強の可視化の検討が従来よりなされている。
例えば、非特許文献１（「Surface plasmons at single nanoholes in Au films」, Yin et al., Appl. Phys. Lett., vol. 85， No. 3, 19 July 2004, pp. 468-469）では、入射させた励起光によって発生したプラズモン光と励起光との干渉による干渉縞を、近接場プローブを用いて観察して、電場増強度を測定する試みがなされている。
【００１０】
すなわち、この非特許文献１の方法では、図１７に示したように、誘電体１００の上面に金属薄膜（金膜）１０２を形成するとともに、この中央部分にピンホール１０４を形成している。そして、誘電体１００の真下から、誘電体１００を介して、誘電体１００の上面に形成した金属薄膜（金膜）１０２に、励起光１０６を照射している。
【００１１】
そして、この入射させた励起光１０６によって、ピンホール１０４のエッジ部分１０４ａで発生したプラズモン光１０１と励起光１０６との干渉による干渉縞を、ピンホール１０４の直上に配置した近接場プローブ１１０によって観察している。
【００１２】
その結果、図１８に示したように、同心円状の干渉縞が観察され、これにより、電場増強度を測定（推定）するようになっている。
また、非特許文献２（「Local excitation of surface plasmon polaritons at discontinuities of a metal film: Theoretical analysis and optical near-field measurements」, L Salomon et al., PHYSICAL REVIEW B. vol. B, 125409）では、入射させた励起光によって発生したプラズモン光と、入射させた励起光との干渉を近接場プローブを用いて観察して、電場増強度を測定する試みがなされている。
【００１３】
すなわち、この非特許文献２の方法では、図１９に示したように、誘電体２００の上面に金属薄膜（金膜）２０２を形成するとともに、誘電体２００の斜め下方から、誘電体２００を介して、誘電体２００の上面に形成した金属薄膜（金膜）２０２に、励起光２０６を照射している。
【００１４】
これにより、金属薄膜（金膜）２０２のエッジ部分２０４において、プラズモン光２０１を発生させて、プラズモン光と励起光２０６との干渉を、近接場プローブ２１０によって観察している。
【００１５】
その結果、図２０のグラフに示したように、エッジ部分２０４からの距離に応じた電場増強度の分布を得るようになっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「Surface plasmons at single nanoholes in Au films」, Yin et al., Appl. Phys. Lett., vol. 85， No. 3, 19 July 2004, pp. 468-469
【非特許文献２】「Local excitation of surface plasmon polaritons at discontinuities of a metal film: Theoretical analysis and optical near-field measurements」, L Salomon et al., PHYSICAL REVIEW B. vol. B, 125409
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、このような従来の電場増強度を測定する方法では、以下のような問題がある。
すなわち、非特許文献１の電場増強度を測定する方法では、図１７に示したように、誘電体１００の斜め下方から、入射角度を変えて、誘電体１００を介して、誘電体１００の上面に形成した金属薄膜（金膜）１０２に、励起光１０８を照射した場合には、例えば、図２１に示したように、干渉縞が同心円状とはならず、これにより、正確な電場増強度を測定（推定）することが困難な場合が生じてしまうことになる。
【００１８】
また、非特許文献１の電場増強度を測定する方法では、ピンホール１０４のエッジ部分１０４ａで発生したプラズモン光１０１と励起光１０６との干渉による干渉縞であるので、真の測定したい金属薄膜（金膜）１０２の平面上（平面方向）の電場増強度を測定することができない。
【００１９】
さらに、ピンホール１０４のエッジ部分１０４ａの形状の違いによって、電場増強度が変化してしまうので、電場増強度の絶対値の測定は、現実的に困難である。
また、金属薄膜（金膜）１０２にピンホール１０４を設けなければならず、例えば、マイクロチップなどの測定部材として使用する場合には、製造工程が煩雑となり、コストも高くつくことにもなる。
【００２０】
一方、非特許文献２の電場増強度を測定する方法では、エッジ部分２０４からの距離に応じた電場増強度の分布を得ることはできるが、電場増強度の絶対値の測定することは、現実的に困難である。
【００２１】
また、非特許文献２の電場増強度を測定する方法でも、金属薄膜（金膜）２０２のエッジ部分２０４で発生したプラズモン光２０１と励起光２０６との干渉による測定であるので、真の測定したい金属薄膜（金膜）２０２の平面上（平面方向）の電場増強度を測定することができない。
【００２２】
さらに、金属薄膜（金膜）２０２のエッジ部分２０４の形状の違いによって、電場増強度が変化してしまうので、電場増強度の絶対値の測定は、現実的に困難である。
また、金属薄膜（金膜）２０２のエッジ部分２０４を設けなければならず、例えば、マイクロチップなどの測定部材として使用する場合には、製造工程が煩雑となり、コストも高くつくことにもなる。
【００２３】
また、いずれの電場増強度を測定する方法においても、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の３次元的な分布を得ることは到底不可能である。
【００２４】
本発明は、このような現状に鑑み、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上（平面方向）の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の３次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することが可能な、電場増強度の絶対値の測定方法および電場増強度の絶対値の測定装置を提供することを目的とする。
【００２５】
また、本発明は、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用として使用できる測定部材の評価方法および測定部材の評価装置を提供すること目的とする。
【００２６】
さらに、本発明は、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、基板毎の電場増強度把握することで、後工程である検出工程における検出シグナル測定値を補正して、測定精度を向上することが可能なアナライトの検出方法およびアナライトの検出装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明は、前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定方法であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に、電場増強度測定用部材を配置して、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第１の励起光とは別の第２の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させ、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生させ、
前記第２の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、
誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させて、金属薄膜上の電場を増強する際に、電場増強度の絶対値を測定する測定装置であって、
前記金属薄膜表面の所定の高さ位置に配置した電場増強度測定用部材と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記光源より第1の励起光を照射し、前記金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させる第1の励起光発生装置と、
前記誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第１の励起光とは別の第２の励起光を照射して、前記金属薄膜表面に伝播光を発生させる第２の励起光発生装置と、
前記表面プラズモン光と前記伝播光とによる干渉縞を発生した際に、
前記第２の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する電場増強度換算装置とを備えることを特徴とする。
【００２９】
このように構成することによって、誘電体部材を介して、誘電体部材上に形成された金属薄膜に向かって、光源より第1の励起光を照射し、金属薄膜表面に表面プラズモン光を発生させるとともに、誘電体部材を介して、前記金属薄膜に向かって、前記第１の励起光とは別の第２の励起光を照射して、金属薄膜表面に伝播光を発生させさせることができる。
【００３０】
そして、表面プラズモン光と伝播光とによる、表面プラズモン光が走る方向である金属薄膜の平面に平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞が発生する。
【００３１】
この際、第２の励起光の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することができる。
【００３２】
従って、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上（平面方向）の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の３次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することができる。
【００３３】
しかも、第２の励起光を、第１の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、下方に励起光照射装置を配置して集約できるので、測定装置をコンパクト化することができる。
【００３４】
また、第２の励起光を、第１の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、レーザー光の可干渉距離が短くなり、光路長内でレーザー光を重ね合わせて干渉して干渉縞を発生することができ、干渉性が向上して、より正確な電場増強度を測定（推定）することができる。
【００３５】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第２の励起光が、前記第1の励起光と同一の光源から分光した励起光であることを特徴とする。
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第２の励起光発生装置が、前記第２の励起光を、前記第1の励起光と同一の光源から分光する分光手段を備えることを特徴とする。
【００３６】
このように構成することによって、例えば、ハーフミラーなどの分光手段を備えるだけで良いので、装置のコンパクト化を図ることができる。
しかも、第２の励起光を、第1の励起光と同一の光源から分光するので、第1の励起光と正確に、同じ位相の第２の励起光を誘電体部材の上面に形成された金属薄膜に向かって、照射することができ、正確な電場増強度を測定（推定）することができる。
【００３７】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第２の励起光が、前記第1の励起光の光源とは別の光源に由来する励起光であることを特徴とする。
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第２の励起光発生装置が、前記第２の励起光を、前記第1の励起光の光源とは別の光源から発生させるように構成されていることを特徴とする。
【００３８】
このように構成することによって、第２の励起光が、第1の励起光の光源とは別の光源に由来する第２の励起光とすることができ、容易に第２の励起光の光量を変えることができ、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００３９】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、蛍光物質であり、
前記蛍光物質を励起させ、これにより増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
【００４１】
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、蛍光物質を用いて、例えば、蛍光物質を、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、ＤＮＡと蛍光物質を結合（標識）させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００４２】
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００４３】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
【００４４】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、近接場プローブであって、
前記近接場プローブの所定高さ位置での干渉光強度を測定して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
【００４５】
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、近接場プローブを用いて、例えば、近接場プローブの先端に蛍光物質を付着して、近接場プローブの高さ位置を変えることにより、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を近接場プローブにて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００４６】
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００４７】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定することを特徴とする。
【００４８】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記電場増強度測定用部材が、光散乱物質であり、
前記光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の前記第２の励起光の光量に基づいて、前記電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されていることを特徴とする。
【００４９】
このように構成することによって、電場増強度測定用部材として、光散乱物質を用いて、例えば、光散乱物質を、金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を用いて、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、ＤＮＡと金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を結合（標識）させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、光散乱物質を励起させることができ、これにより、増強された散乱光を光検出手段にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００５０】
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００５１】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法は、前記第２の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、２次元的または３次元的な電場増強度の絶対値のデータを得ることを特徴とする。
【００５２】
また、本発明の電場増強度の絶対値の測定装置は、前記第２の励起光の位相、前記電場増強度測定用部材の高さ位置の少なくとも一方を変更して測定することによって、２次元的または３次元的な電場増強度の絶対値のデータを得るように構成されていることを特徴とする。
【００５３】
このように構成することによって、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の２次元的、３次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することがきる。
【００５４】
また、本発明の測定部材の評価方法は、前述のいずれかに記載の測定方法により電場増強度の絶対値のデータを測定し、該電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うことを特徴とする。
【００５５】
また、本発明の測定部材の評価装置は、前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を備え、該測定装置で得られた電場増強度の絶対値のデータに基づいて、
誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材の評価を行うように構成されていることを特徴とする。
【００５６】
このように構成することによって、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。
【００５７】
また、本発明のアナライトの検出方法は、電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
前述のいずれかに記載の測定方法により電場増強度の絶対値のデータを測定し、該電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うことを特徴とする。
【００５８】
また、本発明のアナライトの検出装置は、誘電体部材と、誘電体部材の上面に形成された金属薄膜とを備えた測定部材を用いて、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出を行う際に、
前述のいずれかに記載の電場増強度の絶対値の測定装置を備え、該測定装置で得られた電場増強度の絶対値のデータに基づいて、検出データを補正してアナライトの検出を行うように構成されていることを特徴とする。
【００５９】
このように構成することによって、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、基板毎の電場増強度把握することで、後工程である検出工程における検出シグナル測定値を補正して、測定精度を向上することが可能である。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、従来のように、金属薄膜にピンホールやエッジを設ける必要がなく、真の測定したい金属薄膜の平面上（平面方向）の電場増強度を測定することができ、また、金属薄膜の厚さ、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の３次元的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することができる。
【００６１】
従って、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【００６２】
しかも、第２の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、下方に励起光照射装置を配置して集約できるので、測定装置をコンパクト化することができる。
【００６３】
また、第２の励起光を、第1の励起光と同じように、誘電体部材の下方において、誘電体部材を介して同じ方向から照射するので、レーザー光の可干渉距離が短くなり、光路長内でレーザー光を重ね合わせて干渉して干渉縞を発生することができ、干渉性が向上して、より確な電場増強度を測定（推定）することができる。
【００６４】
さらに、本発明によれば、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の２次元的または３次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することがきる。
【００６５】
また、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。
【００６６】
さらに、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図である。
【図２】図２は、図１の部分拡大図である。
【図３】図３は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【図４】図４は、発光干渉のパターンを示すグラフであり、金属薄膜１４の表面１４ａの第２の下側励起光３４の照射ビームエリア内の距離と発光強度との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、干渉縞のコントラストが最大となる時の発光干渉のパターンを示すグラフであり、金属薄膜１４の表面１４ａの第２の下側励起光３４の照射ビームエリア内の距離と発光強度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、干渉縞コントラストを示すグラフであり、横軸は、第２の下側励起光量に対する第1の下側励起光量（電場振幅）の倍率を示し、縦軸は、干渉縞コントラストを示すグラフである。
【図７】図７は、第２の下側励起光量／第１の下側励起光量＝０．５の場合の干渉光パターンを示すグラフである。
【図８】図８は、第２の下側励起光量／第１の下側励起光量＝１の場合の干渉光パターンを示すグラフである。
【図９】図９は、電場増強度測定用部材の高さ位置と電場増強度の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図である。
【図１２】図１２は、図１１の部分拡大図である。
【図１３】図１３は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図である。
【図１５】図１５は、図１４の部分拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【図１７】図１７は、従来の電場増強度を測定する方法を説明する概略図である。
【図１８】図１８は、図１７の従来の電場増強度を測定する方法において観察される干渉縞を模式的に示した概略図である。
【図１９】図１９は、従来の電場増強度を測定する方法を説明する概略図である。
【図２０】図２０は、図１９の従来の電場増強度を測定する方法による電場増強度の分布を示すグラフである。
【図２１】図２１は、図１７の従来の電場増強度を測定する方法において観察される干渉縞を模式的に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６８】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいてより詳細に説明する。
【実施例１】
【００６９】
１．電場増強度測定用部材として、蛍光物質を用いた実施例
図１は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図２は、図１の部分拡大図、図３は、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【００７０】
１−１．電場増強度の絶対値の測定装置の構成
図１において、符号１０は、全体で本発明の電場増強度の絶対値の測定装置を示している。
図１、図２に示したように、電場増強度の絶対値の測定装置１０は、略三角形のプリズム形状の誘電体部材１２を備えており、この誘電体部材１２の水平な上面１２ａに、金属薄膜１４が形成されている。そして、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層１６が形成されている。
【００７１】
そして、これらの誘電体部材１２と、金属薄膜１４と、蛍光物質層１６とで、測定部材１８が構成されている。
また、誘電体部材１２の下方の一方の側面１２ｂの側には、光源２０が配置されており、
この光源２０からの光２２の一部を透過して、残りの光を反射させる、例えば、ハーフミラーから構成される分光器２４が設けられている。
【００７２】
この分光器２４を透過した第１の励起光である第１の下側励起光２６は、減光（ＮＤ）フィルター２８を介して、その光量が一定量となるように調整された後、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射して、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、一定角度（共鳴角度）α１で照射されるようになっている。
【００７３】
この金属薄膜１４に照射された第１の下側励起光２６により、図２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａにおいて、金属薄膜１４の表面１４ａに平行な方向に、表面プラズモン光（粗密波）３０が発生することになる。
【００７４】
一方、光源２０からの光２２のうち、分光器２４で分光された残りの光３２は、ミラー３７で反射され、可変減光（ＮＤ）フィルター３５、位相シフト板３６を介して、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射して、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４の表面１４ａに向かって、一定角度α２（臨界角以下の角度）で照射されるようになっている。
【００７５】
すなわち、可変減光（ＮＤ）フィルター３５、位相シフト板３６を介して、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射した光は、第２の励起光である第２の下側励起光３４として、図２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａに、一定角度α２で照射されるようになっている。
【００７６】
また、誘電体部材１２の下方の他方の側面１２ｃの側には、第１の下側励起光２６が、金属薄膜１４によって反射された金属薄膜反射光３８を受光する受光手段４０が備えられている。
【００７７】
さらに、測定部材１８の上方には、後述するように、蛍光物質層１６で励起された蛍光による干渉縞のコントラストを検出するために、蛍光物質層１６からの蛍光の発光強度を検出する、例えば、ＣＣＤなどの光検出手段４２が備えられている。
【００７８】
なお、光源２０、分光器２４、減光（ＮＤ）フィルター２８によって、第１の励起光発生装置として、第１の下側励起光発生装置４６が構成されるとともに、可変減光（ＮＤ）フィルター３５、位相シフト板３６、ミラー３７で、第２の励起光発生装置として、第２の下側励起光発生装置４８が構成されている。
【００７９】
さらに、上記の光検出手段４２は、コンピュータのＣＰＵなどの電場増強度換算装置５０に接続されており、後述するように、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する演算処理が行われるようになっている。
【００８０】
この場合、光源２０から照射される励起光としては、特に限定されるものではないが、レーザー光が好ましく、波長２００〜９００ｎｍ、０．００１〜１，０００ｍＷのＬＤレーザー、または、波長２３０〜８００ｎｍ、０．０１〜１００ｍＷの半導体レーザーが好適である。
【００８１】
また、誘電体部材１２としては、特に限定されるものではないが、光学的に透明な、例えば、ガラス、セラミックスなどの各種の無機物、天然ポリマー，合成ポリマーを用いることができ、化学的安定性，製造安定性、光学的透明性の観点から、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）または二酸化チタン（ＴｉＯ2）を含むのが好ましい。
【００８２】
また、この実施例では、略三角形のプリズム形状の誘電体部材１２を用いたが、半円形状、楕円形形状にするなど誘電体部材１２の形状は、適宜変更可能である。
また、金属薄膜１４の材質としては、特に限定されるものではないが、好ましくは、金、銀、アルミニウム、銅、および白金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、より好ましくは、金からなり、さらに、これら金属の合金から構成しても良い。
【００８３】
すなわち、このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ、後述するように、表面プラズモン光（粗密波）による電場増強が大きくなるので、金属薄膜１４として好適である。
【００８４】
また、金属薄膜１４の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、スパッタリング法，蒸着法（抵抗加熱蒸着法，電子線蒸着法など）、電解メッキ、無電解メッキ法などが挙げられる。好ましくは、スパッタリング法、蒸着法を使用するのが、薄膜形成条件の調整が容易であるので望ましい。
【００８５】
さらに、金属薄膜１４の厚さとしては、特に限定されるものではないが、好ましくは、金：５〜５００ｎｍ、銀：５〜５００ｎｍ、アルミニウム：５〜５００ｎｍ、銅：５〜５００ｎｍ、白金：５〜５００ｎｍ、および、それらの合金：５〜５００ｎｍの範囲内であるのが望ましい。
【００８６】
なお、電場増強効果の観点からは、より好ましくは、金：２０〜７０ｎｍ、銀：２０〜７０ｎｍ、アルミニウム：１０〜５０ｎｍ、銅：２０〜７０ｎｍ、白金：２０〜７０ｎｍ、および、それらの合金：１０〜７０ｎｍの範囲内であるのが望ましい。
【００８７】
金属薄膜１４の厚さが上記範囲内であれば、表面プラズモン光（粗密波）が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属薄膜１４であれば、大きさ（縦×横）の寸法、形状は、特に限定されない。
【００８８】
一方、蛍光物質層１６を構成する蛍光物質としては、所定の励起光を照射するか、または電界効果を利用することで励起し、蛍光を発する物質であれば、特に限定されない。なお、本明細書において、「蛍光」とは、燐光など各種の発光も含まれる。
【００８９】
このような蛍光物質を単独で、または、基材中に含ませた状態で、金属薄膜１４の上面に、蛍光物質層１６を所定の厚さに形成されている。
この場合、金属薄膜１４の上面に、蛍光物質層１６を所定の厚さに形成する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、印刷、スピンコート、ディッピング、刷毛塗り、噴霧塗装、静電塗装、電着塗装等の塗装などの公知の方法を用いることができる。
【００９０】
１−２．電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置１０を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
【００９１】
先ず、光源２０から、光２２を照射して分光器２４を透過した第１の励起光である第１の下側励起光２６を、減光（ＮＤ）フィルター２８を介して、その光量が一定量となるように調整された後、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射させる。そして、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、一定角度の入射角（共鳴角度）α１で照射される。
【００９２】
これにより、図２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａにおいて、金属薄膜１４の表面１４ａに平行な方向に、表面プラズモン光（粗密波）３０が発生する。
なお、この場合、一定角度の入射角（共鳴角度）α１を決定するには、以下の方法を用いれば良い。
【００９３】
すなわち、金属薄膜１４上に表面プラズモン光（粗密波）３０が生ずる際には、第１の下側励起光２６と金属薄膜１４中の電子振動とがカップリングし、金属薄膜反射光３８のシグナルが変化（光量が減少）することとなるため、受光手段４０で受光される金属薄膜反射光３８のシグナルが変化（光量が減少）する地点を見つければ良い。
【００９４】
一方、光源２０からの光２２のうち、分光器２４で分光された残りの光３２は、所定の角度で配置されたミラー３７で反射され、可変減光（ＮＤ）フィルター３５、位相シフト板３６を介して、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射して、誘電体部材１２を介して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４の表面１４ａに向かって、一定角度α２（臨界角以下の角度）で照射されるようになっている。
【００９５】
すなわち、可変減光（ＮＤ）フィルター３５、位相シフト板３６を介して、誘電体部材１２の外側下方から、誘電体部材１２の側面１２ｂに入射した光は、第２の下側励起光３４として、図２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａに、一定角度α２で別の第２の励起光として照射されるようになっている。
【００９６】
なお、この場合、第２の下側励起光３４は、第１の下側励起光２６と同じ位相の第２の下側励起光３４を、金属薄膜１４の表面１４ａに照射するようになっている。
これにより、図２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において第２の光として伝播光４４を発生させるようになっている。
【００９７】
なお、この場合、第２の下側励起光３４の位相が、第１の下側励起光２６の位相と同じ位相となるように、位相シフト板３６を調整するようになっている。
または、さらに、位相シフト板３６を光軸と直交する方向に移動することで、ある測定点１箇所での干渉縞の明暗の変化をみることができる。
【００９８】
なお、この一定角度α２の角度は、金属薄膜１４の表面１４ａにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光４４を発生させる臨界角度以下の角度であればよく、特に限定されるものではない。
【００９９】
そして、図２の拡大図に示したように、第２の下側励起光３４による伝播光４４と表面プラズモン光３０の、表面プラズモン光３０が走る方向である金属薄膜１４の平面１４ａに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
【０１００】
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないものである。このため、本願発明では、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層１６が形成されている。
【０１０１】
すなわち、第２の下側励起光３４による伝播光４４と、第１の下側励起光２６による表面プラズモン光（粗密波）３０による干渉縞（干渉光）によって、金属薄膜１４上の蛍光物質層１６の蛍光物質が効率良く励起されることになる。
【０１０２】
この原理を用いて、第２の下側励起光３４の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの蛍光物質層１６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
【０１０３】
具体的には、可変減光（ＮＤ）フィルター３５によって、第２の下側励起光３４の光量を変えることによって、金属薄膜１４上の蛍光物質層１６による蛍光の発光強度を、例えば、ＣＣＤなどの光検出手段４２によって検出する。
【０１０４】
この光検出手段４２によって検出された蛍光発光干渉パターンは、図４のグラフと図５のグラフに示したようになる。
なお、図４、図５のグラフにおいて、縦軸は、蛍光物質層１６による蛍光の発光強度を示し、横軸は、金属薄膜１４の表面１４ａの第２の下側励起光３４の照射ビームエリア内の距離を示している。
【０１０５】
そして、図５のグラフのように、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量を、表面プラズモン光３０の光量である（第２の下側励起光３４の光量＝表面プラズモン光３０の光量）として、この時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、蛍光物質層１６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
【０１０６】
なお、図４のグラフの場合には、図５のグラフよりも干渉縞のコントラストが小さいので、（第２の下側励起光３４の光量＞表面プラズモン光３０の光量、または、第２の下側励起光３４の光量＜表面プラズモン光３０の光量）の場合を示していることになる。
【０１０７】
そして、図５のグラフから、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、蛍光物質層１６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する方法は、例えば、以下のようになる。
【０１０８】
すなわち、干渉点が金属薄膜１４の表面１４ａの位置にある場合（干渉点高さＺ=０μｍ）には、第２の下側励起光３４による伝播光４４と、第１の下側励起光２６による表面プラズモン光（粗密波）３０による干渉縞（干渉光）の２つのビームの干渉縞である。
【０１０９】
但し、金属薄膜表面では、一般に金属消光があるので、この消光分を加味した電場増強度を推定することになる。
この場合、干渉縞のコントラストが最も大きい時の、第２の下側励起光３４の光量と第１の下側励起光２６の光量の比から、表面プラズモン光３０の電場増強度を推定するための換算係数を周知の波動方程式などを用いて求め、電場増強度を推定する。
【０１１０】
すなわち、図７、図８のグラフは、上記計算により求めた結果を規格化したものであり、図７のグラフは、第２の下側励起光量／第１の下側励起光量＝０．５の場合の干渉光パターンを示しており、この場合は、干渉縞のコントラスト≒０．８であり、図８のグラフは、第２の下側励起光量／第１の下側励起光量＝１の場合の干渉光パターンを示しており、この場合は、干渉縞のコントラスト＝１である。
【０１１１】
従って、具体的には、図６のグラフに示したように、干渉縞のコントラストが最大になる時の第２の下側励起光３４と第１の下側励起光２６の電場（振幅）比率は、換算係数Ｋ＝1倍となる。但し、第２の下側励起光３４は金属薄膜を透過するので、干渉点での光量は金属薄膜の透過率Ｔ（％）が含まれているため、その補正（（１００／Ｔ）2）が必要になる。
【０１１２】
従って、表面プラズモン電場増強度（エネルギー強度）
＝Ｋ2×（干渉縞コントラストＭＡＸ時の第２の下側励起光量／（１００／Ｔ）2）／第１の下側励起光量
＝（干渉縞コントラストＭＡＸ時の第２の下側励起光量／（１００／Ｔ）2）／第１の下側励起光量
となる。
【０１１３】
この計算式によって、蛍光物質層１６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定すればよい。
なお、図６のグラフは、干渉縞コントラストを示すグラフであり、横軸は、第２の下側励起光量に対する第１の下側励起光量（電場振幅）の倍率を示し、縦軸は、干渉縞コントラストを示すグラフである。
【０１１４】
また、図６〜図８のグラフ中、θ１は、第２の下側励起光３４と高さ方向の垂線のなす角度、θ２は、第１の下側励起光２６と高さ方向の垂線のなす角度、ｎ１は、誘電体部材１２（この例では、ガラス）の屈折率、ｎ２は、空気などの媒体（この例では：水）の屈折率を示している。
【０１１５】
以上の電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定する処理は、光検出手段４２からの検出データに基づいて、光検出手段４２に接続された、コンピュータのＣＰＵなどの電場増強度換算装置５０において、所定のプログラムに基づいて演算処理が行われるようになっている。
【０１１６】
なお、上記の平面上に多数の蛍光体が配置された場合には、励起光と表面プラズモン光の干渉光には、ターゲットの蛍光体からの光だけでなく、周辺にある他の蛍光体からの蛍光が考えられる。
【０１１７】
しかしながら、この場合には、干渉縞コントラストが最も大きくなる光量比は変化しないので、特に問題は生じない。
また、この実施例では、第２の下側励起光３４は、第１の下側励起光２６と同じ位相の第２の下側励起光３４を、金属薄膜１４の表面１４ａに照射したが、位相シフト板３６によって、第２の下側励起光３４は、第１の下側励起光２６と異なる位相の第２の下側励起光３４を、金属薄膜１４の表面１４ａに照射することによって、電場増強度の電場増強度測定用部材の水平位置（金属薄膜１４の表面１４ａと平行な方向）における２次元的な分布を得ることができる。
【０１１８】
さらに、電場増強度測定用部材の高さ位置、すなわち、蛍光物質層１６の膜厚を変更することによって、図９のグラフに示したように、電場増強度測定用部材の高さ位置に対応する電場増強度の２次元的な分布を得ることができる。
【０１１９】
さらには、上記の組み合わせによって、電場増強度の電場増強度測定用部材の水平位置（金属薄膜１４の表面１４ａと平行な方向）における分布と、電場増強度測定用部材の高さ位置に対応する電場増強度の分布と組み合わさった、電場増強度の３次元的な全体的な分布を得ることができる。
【０１２０】
この場合、図示しないが、電場増強度測定用部材の高さ位置、すなわち、蛍光物質層１６の膜厚を変更する場合に、複数の異なる蛍光物質層１６の膜厚を有する測定部材１８を用意して測定する他、同一の測定部材１８の金属薄膜１４の表面１４ａ方向の蛍光物質層１６の膜厚を段階的に変えて同時に測定することも可能である。
【０１２１】
また、ＤＮＡと蛍光物質を結合（標識）させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることもができる。
【０１２２】
また、この実施例では、第２の下側励起光３４を、第１の下側励起光２６と同一の光源２０から分光した第２の下側励起光３４としたが、図１０に示したように、第２の下側励起光３４を、第１の下側励起光２６の光源２０とは別の光源５２に由来する第２の下側励起光３４とすることも可能である。なお、図示しないが、下記の実施例２、実施例３の場合にも、第２の下側励起光３４を、第１の下側励起光２６の光源２０とは別の光源５２に由来する第２の下側励起光３４とすることもできる。
【０１２３】
このように構成することによって、第２の下側励起光３４を、第１の下側励起光２６の光源２０とは別の光源５２に由来する第２の下側励起光とすることができ、容易に第２の下側励起光３４の光量を変えることができ、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【０１２４】
このように構成することによって、本発明の電場増強度の絶対値の測定方法、および電場増強度の絶対値の測定装置によれば、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップの基板として、測定部材１８を用いる際に、実際に近い状態の電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【０１２５】
また、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、これにより、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）の原理に基づいたＳＰＦＳ装置において使用するマイクロチップなどの測定部材として使用する場合に、金属薄膜の形成の状態をチェックし、選別することが可能な、工程検査、管理、品質保証用の定部材の評価方法および測定部材の評価装置として使用できる。
【０１２６】
さらに、本発明によれば、表面プラズモン光の電場増強効果の指標である電場増強度の絶対値を正確に知ることができ、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野においては、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。
【０１２７】
さらに、本発明によれば、金属薄膜の厚さの影響、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの高さ位置に対応した、電場増強度の２次元的、３次元的な全体的な分布を得ることができ、正確な電場増強度を測定（推定）することがきる。
【０１２８】
この場合、図示しないが、測定部材１８に流路を設けておき、検出対象となるアナライトを含有してなる試料溶液を流すように構成して、金属薄膜１４近傍に捕捉したアナライトと結合（標識）した蛍光物質を効率良く励起させ、この蛍光を観察することによって、極微量、極低濃度のアナライトを検出するように構成すればよい。
【０１２９】
ここで用いられる試料溶液は、検体を用いて調製された溶液であり、例えば検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。
【０１３０】
このような検体としては、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液（髄液、腹水、胸水等）などが挙げられる。
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸（一本鎖であっても二本鎖であってもよいＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ＰＮＡ（ペプチド核酸）等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子）、タンパク質（ポリペプチド、オリゴペプチド等）、アミノ酸（修飾アミノ酸も含む。）、糖質（オリゴ糖、多糖類、糖鎖等）、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。
【実施例２】
【０１３１】
２．電場増強度測定用部材として、近接場プローブを用いた実施例
図１１は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図１２は、図１１の部分拡大図、図１３は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【０１３２】
この実施例の電場増強度の絶対値の測定装置１０は、図１〜図３に示した電場増強度の絶対値の測定装置１０と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１３３】
図１〜図３に示した実施例１では、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層１６が形成され、蛍光物質層１６からの蛍光の発光強度を検出する、例えば、ＣＣＤなどの光検出手段４２が備えられていたが、この実施例では、金属薄膜１４の上面には、蛍光物質層１６が形成されておらず、電場増強度測定用部材として、近接場プローブ５４を用いている。
【０１３４】
例えば、近接場プローブ５４の先端に蛍光物質５５を付着して、近接場プローブ５４の高さ位置を変えることにより、所定の高さ位置で、蛍光物質を励起させることができ、これにより、増強された蛍光を近接場プローブ５４にて検出して、実施例１と同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材、すなわち、近接場プローブ５４の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定するように構成されている。
【０１３５】
２−２．電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置１０を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
【０１３６】
上記実施例１と同様にして、図１１に示したように、先ず、光源２０から、光２２を照射して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、一定角度の入射角（共鳴角度）α１で照射して、図１２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａにおいて、金属薄膜１４の表面１４ａに平行な方向に、表面プラズモン光（粗密波）３０が発生させる。
【０１３７】
一方、第２の下側励起光３４を、図１１、図１２の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａに、一定角度α２（臨界角以下の角度）で照射して、金属薄膜１４の表面１４ａにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光４４を発生させる。
【０１３８】
そして、図１２の拡大図に示したように、第２の下側励起光３４による伝播光４４と表面プラズモン光３０の、表面プラズモン光３０が走る方向である金属薄膜１４の平面１４ａに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
【０１３９】
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないので、例えば、近接場プローブ５４の先端に蛍光物質５５を付着して、近接場プローブ５４の所定の高さ位置において、第２の下側励起光３４による伝播光４４と、第１の下側励起光２６による表面プラズモン光（粗密波）３０による干渉縞（干渉光）によって、金属薄膜１４上の近接場プローブ５４の先端に蛍光物質５５を励起させる。
【０１４０】
この原理を用いて、第２の下側励起光３４の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの近接場プローブ５４の先端に付着した蛍光物質５５の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
【０１４１】
具体的には、可変減光（ＮＤ）フィルター３５によって、第２の下側励起光３４の光量を変えることによって、近接場プローブ５４の先端に蛍光物質５５による蛍光の発光強度を、近接場プローブ５４によって検出する。
【０１４２】
そして、上記実施例１の図４〜図９のグラフと同様なグラフ、同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【実施例３】
【０１４３】
３．電場増強度測定用部材として、光散乱物質を用いた実施例
図１４は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法を説明する電場増強度の絶対値の測定装置の概略を模式的に示す概略図、図１５は、図１４の部分拡大図、図１６は、本発明の別の実施例の電場増強度の絶対値の測定方法の概略を説明するブロック図である。
【０１４４】
この実施例の電場増強度の絶対値の測定装置１０は、図１〜図３に示した電場増強度の絶対値の測定装置１０と基本的には同様な構成であり、また、原理も同様であるので、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１４５】
図１〜図３に示した実施例１では、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、蛍光物質層１６が形成されていたが、この実施例では、金属薄膜１４の上面には、蛍光物質層１６の代わりに、電場増強度測定用部材として、光散乱物質層５６を用いている。
【０１４６】
そして、光散乱物質層５６の光散乱物質を励起させ、これにより増強され散乱光を光光検出手段４２にて検出して、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材、すなわち、光散乱物質層５６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するように構成されている。
【０１４７】
この場合、例えば、光散乱物質を、金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を用いて、実施例１の蛍光物質層１６と同様に、塗膜にしてその高さ位置を変えたり、ＤＮＡと金コロイド、酸カルシウム粉末などの微粒子を結合（標識）させて単分子層を形成して、タンパク分子の大きさを変えることにより高さ位置を変えるなどして、所定の高さ位置で、光散乱物質を励起させ、これにより、増強された散乱光を光検出手段４２にて検出して、実施例１と同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定するように構成されている。
【０１４８】
３−２．電場増強度の絶対値の測定方法について
このように構成される本発明の電場増強度の絶対値の測定装置１０を用いた、電場増強度の絶対値の測定方法について、以下に説明する。
【０１４９】
上記実施例１と同様にして、図１４に示したように、先ず、光源２０から、光２２を照射して、誘電体部材１２の上面１２ａに形成された金属薄膜１４に向かって、一定角度の入射角（共鳴角度）α１で照射して、図１５の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａにおいて、金属薄膜１４の表面１４ａに平行な方向に、表面プラズモン光（粗密波）３０が発生させる。
【０１５０】
一方、第２の下側励起光３４を、図１４、図１５の拡大図に示したように、金属薄膜１４の表面１４ａに、一定角度α２（臨界角以下の角度）で照射して、金属薄膜１４の表面１４ａにおける電場増強度測定用部材の所定の高さ位置において伝播光４４を発生させる。
【０１５１】
そして、図１１の拡大図に示したように、第２の下側励起光３４による伝播光４４と表面プラズモン光３０の、表面プラズモン光３０が走る方向である金属薄膜１４の平面１４ａに平行な方向の波数成分が異なることに起因して、干渉光の干渉縞を発生させる。
【０１５２】
ところで、この干渉縞は、近接場光なので、そのままでは直接見れないので、本願発明では、金属薄膜１４の上面に、電場増強度測定用部材として、光散乱物質層５６が形成されており、第２の下側励起光３４による伝播光４４と、第１の下側励起光２６による表面プラズモン光（粗密波）３０による干渉縞（干渉光）によって、金属薄膜１４上の光散乱物質層５６を励起させる。
【０１５３】
この原理を用いて、第２の下側励起光３４の光量を変えながら、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材であるの光散乱物質層５６の所定の高さ位置における電場増強度を換算して推定するようになっている。
【０１５４】
具体的には、可変減光（ＮＤ）フィルター３５によって、第２の下側励起光３４の光量を変えることによって、光散乱物質層５６による散乱光の発光強度を、例えば、ＣＣＤなどの光検出手段４２によって検出する。
【０１５５】
そして、上記実施例１の図４〜図９のグラフと同様なグラフ、同様な原理を用いて、干渉縞のコントラストが最大となる時の第２の下側励起光３４の光量に基づいて、電場増強度測定用部材の所定の高さ位置における電場増強度を正確に換算して推定することができる。
【０１５６】
なお、この場合、図４、図５のグラフにおいて、縦軸は、光散乱物質層５６による蛍光の発光強度を示している。
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例では、金属薄膜近傍に捕捉したアナライトの検出において用いる、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を一例として挙げたが、高精度の検出が要求される分野において、表面プラズモン光を用いて、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正する分野であれば、例えば、光学検査のような工業分野などにおいても使用可能であり、何ら分野を限定されず、適用可能であり、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、例えば、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）を用いた、血液検査などの臨床試験のような、高精度の検出が要求される分野において、電場増強度の絶対値を用いて、検出データを補正することにより、アナライトの検出の測定精度を向上することができる。
【符号の説明】
【０１５８】
１０   測定装置
１２   誘電体部材
１２ａ 上面
１２ｂ 側面
１２ｃ 側面
１４   金属薄膜
１４ａ 表面
１６   蛍光物質層
１８   測定部材
２０   光源
２２   光
２４   分光器
２６   第１の下側励起光
２８   フィルター
３０   表面プラズモン光
３２   光
３４   第２の下側励起光
３５   フィルター
３６   位相シフト板
３７   ミラー
３８   金属薄膜反射光
４０   受光手段
４２   光検出手段
４４   伝播光
４６   第１の下側励起光発生装置
４８   第２の下側励起光発生装置
５０   電場増強度換算装置
５２   光源
５４   近接場プローブ
５５   蛍光物質
５６   光散乱物質層
１００ 誘電体
１０１ プラズモン光
１０４ ピンホール
１０４ａ      エッジ部分
１０６ 励起光
１０８ 励起光
１１０ 近接場プローブ
２００ 誘電体
２０１ プラズモン光
２０４ エッジ部分
２０６ 励起光
２１０  近接場プローブ
【図１】
0005527096.tif 000002
【図２】
0005527096.tif 000003
【図３】
0005527096.tif 000004
【図４】
0005527096.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005527096.tif 000007
【図７】
0005527096.tif 000008
【図８】
0005527096.tif 000009
【図９】
0005527096.tif 000010
【図１０】
0005527096.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0005527096.tif 000016
【図１６】
0005527096.tif 000017
【図１７】
0005527096.tif 000018
【図１８】
0005527096.tif 000019
【図１９】
0005527096.tif 000020
【図２０】
0005527096.tif 000021
【図２１】
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