(57)【要約】【課題】  物体の量が少ないものであっても、正確に検出することが求められていた。【解決手段】  そこで、本発明は、電磁波を伝播させ、物体を複数箇所に配置し得る導波路と、前記複数箇所で前記物体と相互作用し、前記導波路を伝播した前記電磁波を検出するための検出部とを備え、前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定するセンサを提供する。【選択図】  図１
2006153852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を伝播させ、物体を複数箇所に配置し得る導波路と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用し、前記導波路を伝播した前記電磁波を検出するための検出部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定することを特徴とするセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサが、前記物体を複数箇所に配置するための配置手段を有していることを特徴とするセンサ。
【請求項３】
前記配置手段が、物体を複数箇所に滴下するための滴下手段、空孔又は溝からなるパターン、突起形状のパターン、親水性部分と疎水性部分とから構成されるパターンのいずれかであることを特徴とする請求項２記載のセンサ。
【請求項４】
前記配置手段が、前記物体を周期的に配置させることを特徴とする請求項２記載のセンサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のセンサが、基板上に複数配置されていることを特徴とするセンシング装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載のセンサと、
前記物体の性状に関する情報が記憶されている記憶部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報と前記記憶部に記憶されている情報とを照合することにより、前記物体の性状を分析又は同定することを特徴とするセンシング装置。
【請求項７】
請求項１から４のいずれかに記載のセンサと、
前記電磁波を伝播させるための導波路に前記電磁波を結合するための手段とを備えることを特徴とするセンシング装置。
【請求項８】
電磁波を用いて物体の性状を分析又は同定するための方法であって、
前記電磁波を伝播するための導波路に前記物体を複数箇所に配置する工程と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用して伝播してきた電磁波を検出し、検出した電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記物体を複数箇所に配置する工程が、前記物体を複数箇所に周期的に配置する工程であることを特徴とする請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波からテラヘルツ波領域の高周波電磁波を用いて、物体の性状の分析を行うセンサ、それを用いたセンシング装置及び方法に関するものである。また、物体の性状情報より物体の同定を行う技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ミリ波からテラヘルツ波領域（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）の高周波電磁波（以下テラヘルツ波）を用いた非破壊な検査技術が開発されている。テラヘルツ波の周波数領域は、様々な物質の吸収線が存在する。そのため、この周波数帯の電磁波の応用分野として、Ｘ線に代わる安全な透視検査装置として、イメージングを行う技術、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて結合状態を調べる分光技術が期待されている。さらに、生体分子の解析技術、キャリヤ濃度や移動度を評価する技術等が期待される。
【０００３】
テラヘルツ波を用いた生体分子の解析技術として、バイオセンサへの応用例がある（非特許文献１）。このバイオセンサは、図１７のように、マイクロストリップライン型の導波路に共鳴構造を作り込んだものである。この共鳴構造部分に、物体（ＤＮＡ）を塗布すると、導波路を伝搬するテラヘルツ波と物体との相互作用により、導波路の共鳴周波数が変移する。ここでは、この共鳴周波数の変移量を用いて、物体の同定を試みている。
【０００４】
また、物体の分析を行うセンサ構造として、光導波路の一部に物体保持部を設け、物体を保持する構造が開示されている（特許文献１）。このセンサは、物体と光導波路の境界における、光導波路を伝搬する反射光の特性変化より、物体の物性を分析する。図１９のように、物体保持部は光の伝搬方向に沿って、所定の長さの溝パターンで構成される。
【特許文献１】特開２００１−０７４６４７
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．８０，Ｎｏ．１，ｐ１５４−ｐ１５６，２００２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術は、以下のような課題を有する。
【０００６】
図１８は、上記導波路に共鳴構造を作り込む方法について、共鳴構造部の断面モデル図である。図のように、上記導波路は、誘電体１８０５を、金属導体である導体１８０３と接地導体１８０４で挟み込む構成である。その時の電磁界配置１８０６を図に示したが、ほとんどの電磁波は誘電体１８０５に配置している。物体１８０２の分析は、複数の導体１８０３が近接したことによる電磁波のしみだし部分で行う。図１８のように、物体１８０２の分析を行うために、ここでは共鳴構造全体を覆うように物体１８０２を塗布している。しかし、図１８で示したように、電磁波がしみだす部分、つまり物体１８０２と電磁波が相互作用を行う部分は微小な領域であるために、電磁波との相互作用を行わない無駄な物体１８０２が多くなるという課題がある。
【０００７】
図１９は、上記光導波路の一部に物体を保持する物体保持部を設けた、センサ構造に関するモデル図である。図１９（ａ）（ｂ）のように、このセンサは、物体を保持する溝に物体を保持し、光導波路を伝搬する光を、複数回（図１９（ｃ）では２回）物体に反射させ、この反射光の特性変化より物体の分析を行うものである。しかし、図１９（ｃ）を見ても明らかなように、図で示した構造では、物体と光導波路を伝搬した光との反射に寄与しない、無駄な物体が多くなるという課題がある。
【０００８】
屋外での水質、雰囲気、土壌に含まれる物質の分析を行う環境分析チップや、家庭内での簡易的な健康診断チップのように、今までのように特殊な装置や専門の知識を必要とせずに、現場で簡易的に物体の分析を行うセンサの要求が高まってきている。簡易的に行うためには、センサ構造も小型化し、物体の量もより微量になる。そのため、微量な物体でも、効果的に分析を行えるセンサ構造が必要である。特に、家庭で行う健康診断チップのように、物体として生体を用いる場合、使用者の抵抗感を軽減するためにも、より微量な物体で効果的に分析を行うことが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明は、電磁波を伝播させ、物体を複数箇所に配置し得る導波路と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用し、前記導波路を伝播した前記電磁波を検出するための検出部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定するセンサを提供する。
【００１０】
感度を向上させるために、複数のセンサを基板上に配置するセンシング装置でもよい。
【００１１】
また、本発明は、電磁波を伝播させ、物体を複数箇所に配置し得る導波路と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用して前記導波路を伝播した前記電磁波を検出するための検出部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定するセンサと、
前記物体の性状に関する情報が記憶されている記憶部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報と前記記憶部に記憶されている情報とを照合することにより、前記物体の性状を分析又は同定するセンシング装置を提供する。
【００１２】
また、本発明は、電磁波を伝播させ、物体を複数箇所に配置し得る導波路と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用して前記導波路を伝播した前記電磁波を検出するための検出部とを備え、
前記検出部で検出される前記電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定するセンサと、
前記電磁波を伝播させるための導波路に前記電磁波を結合するための手段とを備えるセンシング装置を提供する。
【００１３】
さらに、本発明は、電磁波を伝播するための導波路に前記物体を複数箇所に配置する工程と、
前記複数箇所で前記物体と相互作用して伝播してきた電磁波を検出し、検出した電磁波から得られる情報を基に、前記物体の性状を分析又は同定する工程とを備える方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、電磁波と複数箇所に配された物体との相互作用による電磁波の特性変化より、物体の性状の分析や同定を行うものである。このように、複数箇所に配置することによって、物体自体で共鳴構造を構成させる。これにより、無駄な物体が発生せず、極微少量の物体で、効率よく物体の性状の分析や同定が可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。尚、図中の同一符号に関しては、同符号を用いる。
【００１６】
図１、図６は、本発明における一実施形態のセンシング装置の概略構成図である。図のように、本発明のセンシング装置は、検査対象である物体１０１、所望の周波数特性を有する電磁波１０４を伝搬することができる構造を有する導波路１０２、６０２、導波路１０２、６０２を伝搬した電磁波１０４を検出し、物体１０１の分析や同定を行う電磁波検出部１０３で構成する。そのため、電磁波検出部１０３には、予め物体１０１の参照情報が記憶されている物体情報参照部を含んでいることが望ましい。
【００１７】
物体１０１は、物体配置手段により、使用する電磁波１０４の波長オーダの間隔で導波路１０２、６０２上に周期的に配置されていることが好ましい。さらに好ましくは、導波路１０２、６０２における電磁界分布が集中する箇所に配置することが望ましい。このように、導波路１０２、６０２上に物体１０１を周期的に配置させることによって、センサを構成している。
【００１８】
ただし、周期的に配置させることは必須ではなく、物体を複数箇所に配置すればよく、配置された物体が電磁波と相互作用する位置にあればよい。
【００１９】
本発明のセンサは、物体１０１を電磁界分布が集中する箇所に配置することで、物体１０１が有する固有の物理的特性と、導波路１０２、６０２を伝搬する電磁波１０４が相互作用し、電磁波１０４の伝搬特性が変化する現象を利用する。物理的特性とは、屈折率、減衰特性、分散特性等である。特に、物体１０１を導波路１０２、６０２上に周期的に配置することによって、物体１０１と電磁波１０４の相互作用が周期的に起こり、フォトニックバンドギャップに起因する特異な共鳴構造を作り出すことができる。
【００２０】
本明細書の一実施形態のセンシング装置では、この共鳴構造部分を伝搬する電磁波１０４について、位相、強度、周波数スペクトル等の特性変化を電磁波検出部１０３で検出することで、物体１０１の性状（又は固有の物理的特性）の分析や同定を行う。このような共鳴構造には、電磁波１０４が効率よく閉じ込められるので、特定周波数での高感度測定に適している。また、共鳴構造の共鳴周波数が、物体１０１の電磁波吸収波長付近に存在するように、物体１０１の配置（又は分布）状態を制御する。これにより、導波路１０２、６０２を伝搬する電磁波１０４は、電磁波の閉じ込めの効果に加えて、物体１０１の物理的特性の影響を大きく受けるので、より高感度な物体の性状の分析又は同定ができる。
【００２１】
本発明の電磁波１０４の周波数帯域は、好ましくは、ミリ波からテラヘルツ波領域（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）のものを用いる。この領域の周波数帯域には、多くの生体分子の吸収波長が存在していることより、例えば、物体１０１として、たんぱく質等の生体分子を用いることで、高感度なバイオセンサ、バイオセンシング装置を提供できる。
【００２２】
導波路１０２、６０２の構造は、上記したミリ波からテラヘルツ波領域の電磁波を伝搬させることができれば、その構造は任意である。図１では、導波路１０２として、マイクロストリップラインを用いており、図６ではコプレーナ型の導波路構造を用いているが、他の導波路構造を用いることも可能である。
【００２３】
物体１０１を配置させる物体配置手段は、センサとは別に、センシング装置内に別途用いることや、センサ構造内に作り込む態様でもよい。または、これらの組み合わせも可能である。上記した生体分子を分析するセンシング装置の場合、センサを構成する物体１０１は、およそ数１０〜数１００μｍのオーダで配置を制御する必要がある。より詳しくは、検査対象となる電磁波の波長λに対して、好ましくは半分程度のピッチで周期的に配置させる。ただし、λは伝搬する電磁波の実効波長である。そのために、例えば、一実施形態のセンシング装置は、物体配置手段として、インクジェットを用いて、物体１０１を導波路１０２、６０２上に噴射する構成を有する。伝播させる波長を変えて測定する場合などは、インクジェットの噴射位置を変えることにより、最適な位置に検出したい物体を配置することができ好ましい。また、使用する波長が決まっていれば、物体１０１を導波路１０２、６０２上に配置させるため、センサを構成する導波路１０２、６０２上に配置パターンをパターニングする態様のほうが好ましい。例えば、導波路１０２、６０２に孔や溝を設けることや、図１６のように突起形状１６０１を設けることによって、界面の効果より、効果的に物体１０１を配置させる。尚、この突起形状１６０１は、導波路１０２，６０２を構成する誘電体で作製してもよいし、導体で構成してもよい。または、導波路１０２、６０２上に親水性、疎水性の物質によって新水性部分と疎水性部分のパターニングし、物体１０１を界面の効果によって配置させることも可能である。上述したように、これらの物体配置手段は、それぞれ別個に用いてもよいし、組み合わせて使用してもよい。また、インクジェットのように微小量の物体１０１を直接周期的に配置させる替わりに、上述した界面の効果のみによって、自己組織的に配置させることも可能である。物体１０１を配置させる場所は、導波路１０２において、電磁界が強く分布している箇所に配置させることが望ましい。
【００２４】
図１のセンシング装置では、導波路１０２としてマイクロストリップラインを用いて、その導体１０２ａ上に、物体１０１を吸収波長λに対して、半波長のピッチで配置させたセンサ構造を有している。ただし、物体１０１を配置させる位置はこれに限るものでない。図３のように、導体１０２ａを挟むように配置させる構成でもよい。図４のように、導体１０２ａ上に物体１０１を配置させつつ、この導体１０２ａを挟むように配置させる構成でもよい。図５のように、接地導体１０２ｂ上に配置させる構成でもよい。好ましくは、導波路１０２において、電磁界が強く分布している箇所に配置させることが望ましい。
【００２５】
また、図６のセンシング装置では、導波路６０２としてコプレーナウェーブガイドを用いて、その導体６０２ａと接地導体６０２ｂの微小間隙に、物体１０１を吸収波長λに対して、半波長のピッチで配置させたセンサ構造を有している。ただし、物体１０１を配置させる位置はこれに限るものではなく、図８のように、導体６０２ａ上に配置させる構成でもよい。図９のように、接地導体６０２ｂ上に配置させる構成でもよい。図１０のように、導体６０２ａと接地導体６０２ｂ上に配置させる構成でもよい。図１１のように、導体６０２ａと接地導体６０２ｂと、その導体６０２ａと接地導体６０２ｂの微小間隙に配置させる構成でもよい。図１２のように、導体６０２ａと接地導体６０２ｂの微小間隙と導体６０２ａ上に配置させる構成や、図１３のように、導体６０２ａと接地導体６０２ｂの微小間隙と接地導体６０２ｂ上に配置させる構成でもよい。好ましくは、導波路６０２において、電磁界が強く分布している箇所に配置させることが望ましい。
【００２６】
また、これらのセンサ構造と電磁波を結合させる方法として、導波路の一部に、空隙を設け、空隙に超短パルス光を照射し所望の周波数スペクトルを有する電磁波を発生させる光スイッチを用いる方式がある。また、導波路の一部に所望の電磁波を発生するアクティブ素子を接続する方式や、コネクタによって電磁波が伝搬する外部の回路と接続する方式や、アンテナによって外部を飛来する電磁波と結合させる方式を用いてもよい。或いは、回折格子、または、それに準ずるものや、表面プラズモン共鳴を用いて結合させてもよい。ただし、これらの方式に限るものではなく、本発明のセンサ構造に所望の周波数スペクトルを有する電磁波を結合できる方式であればよい。
【００２７】
本発明のセンシング装置は、物体との相互作用によって、周波数スペクトルが変化すし、この周波数スペクトルの変化を電磁波検出部によって解析を行うことにより、物体の性状の分析や同定を行うことができる。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
ここでは、本発明におけるセンシング装置について、バイオケミカルセンサへの適応例を示す。尚、実施例における、センサの各部の諸数値は、これに限るものではない。本実施例の動作を図１にセンシング装置とセンサの構造を示す。図のように、本実施例のセンシング装置を構成するセンサは、導体１０２ａと接地導体１０２ｂと誘電体１０５からなるマイクロストリップライン型の導波路１０２と物体１０１で構成する。また、本実施例では、電磁波１０４を導波路１０２に結合させる方法として、導波路１０２の一部に不図示のアンテナ構造を設ける。ただし、これに限るものではなく、上述したように、導波路の一部に所望の電磁波を発生するアクティブ素子を接続する方式や、コネクタによって電磁波が伝搬する外部の回路と接続する方式でもよい。或いは、回折格子、または、それに準ずるものや、表面プラズモン共鳴を用いて結合させてもよい。
【００２９】
本実施例では、誘電体１０５として、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン：誘電率２．４）を用いる。また、導体１０２ａと接地導体１０２ｂは、ＴｉとＡｕを積層したものを用いる。ただし、これらの材料に限るものではなく、誘電体材料としては、ポリイミドやポリシランなど、高周波帯域において低損失な物質や、ＧａＡｓやＳｉなどの半導体材料を用いてもよい。また、導体の構成も、電磁波の損失や、加工時における誘電体物質との密着性や、プロセスの容易性などより適宜選択する。
【００３０】
本実施例のセンサの構成について図２に示す。図２では、本実施例におけるセンサの上面図と、ＡＡ’の位置におけるセンサの断面図を示す。本実施例のセンサは、図のように、物体１０１を配置する手段として、周期的な空孔２０１を導波路１０２上に設ける。導波路１０２は、導体厚みｔが３００ｎｍの導体１０２ａと接地導体１０２ｂを用いて、誘電体厚みｈが５μｍの誘電体１０５を挟み込む構成である。そのため、電磁界は誘電体１０５内部に強く分布し、電磁波１０４と物体１０１をより強く相互作用させるために、空孔２０１を用いる。導体１０２ａの導体幅ｗは１３．５μｍに設計すると、導波路１０２は、特性インピーダンスが５０Ωの導波路として機能する。物体１０１の配置方法としては、例えば、インクジェットを用いて、空孔２０１部分に物体１０１を噴射する。ただし、上述したように、この構成に限るものではない。これらの空孔２０１は、物体１０１の配置間隔に対応した間隔で並んでいる。本実施例では、後述する解析のモデルとして、空孔２０１を５０μｍの間隔で並べ、孔径ｒは１０μｍ、空孔２０１の深さｄは３μｍに設定した。ただし、これらの値に限るものではない。この時、この導波路１０２には、２ＴＨｚ近傍の電磁波を選択的に伝搬させないフォトニックバンドギャップが発現する。これらの加工は、公知のプロセス技術によって行う。これらの諸定数は、この値に限ることはなく、フォトニックバンドギャップを発現させる周波数や、他の周辺回路の整合性といった条件によって、逐次変化する。
【００３１】
上述した導波路１０２に物体１０１を配置させたセンサの動作についての解析例を図１４に示す。ここでは、物体１０１として誘電率４．０のＤＮＡを９箇所周期的に配置した構成で解析を行った。図のように、ＤＮＡがない場合、共鳴周波数は２．１ＴＨｚ近傍に存在しているが、ＤＮＡを配置させた場合、破線のように、共鳴周波数は低周波数側に１．３％シフトしていることが確認された。また、信号も２ｄＢ程度減衰している。例えば、図１のセンシング装置において、これらの情報と、センサを伝搬してくる電磁波１０４の周波数スペクトルを比較することで、物体１０１の分析や同定が可能になる。また、今回の解析では、物体１０１の誘電率のみを考慮している。その他にも、物体１０１固有の減衰特性や分散特性を含めることによって、シフト量や減衰量や周波数スペクトル自体の変化量がより顕著になる可能性がある。これらの情報を用いて物体１０１をセンシングすることで、より詳細な分析や同定が可能になる。
【００３２】
また、高周波回路では、回路に誘電体が付着すると、電磁波の伝搬状態が変化してしまうために、原則的に物体が存在する場所には配置させることができない。本発明では、物体を導波路近傍に周期的に配置するという構成なので、先行例のように、共鳴構造を含めた大きな領域に物体を塗布する必要がない。そのため、センサを構成する他の高周波回路を集積化することが可能になり、センサの小型化が容易になる。
【００３３】
また、本発明では、物体を導波路近傍に周期的に配置するだけでよいので、必ずしも共鳴構造を導波路上に作り込む必要がなく、導波路近傍の任意の場所に物体を配置するだけで物体の物性の検出が可能である。そのため、センサを構成する回路レイアウトの自由度が上がるという効果がある。
【００３４】
また、本発明では、物体を導波路近傍に周期的に配置する構成なので、導波路近傍に存在する各物体は、物体と導波路の界面の効果により、適当な高さに物体を保つことができる。そのため、物体と電磁波が相互作用を起こす領域が広がるため、物体の物性の分析や同定を精度よく行うことが容易になるという効果がある。
【００３５】
（実施例２）
ここでは、本発明におけるセンシング装置について、バイオケミカルセンサへの適応例を示す。尚、実施例における、センサの各部の諸数値は、これに限るものではない。図６にセンシング装置とセンサの構造を示す。図６では、本実施例におけるセンサの上面図と、ＢＢ’の位置におけるセンサの断面図を示す。図のように、本実施例のセンシング装置を構成するセンサは、導体６０２ａと二つの接地導体６０２ｂと誘電体６０５からなるコプレーナウェーブガイド型の導波路６０２と物体１０１で構成する。また、本実施例では、電磁波１０４を導波路１０２に結合させる方法として、導波路１０２の一部に不図示のアンテナ構造を設ける。ただし、これに限るものではなく、上述したように、導波路の一部に所望の電磁波を発生するアクティブ素子を接続する方式や、コネクタによって電磁波が伝搬する外部の回路と接続する方式でもよい。或いは、回折格子、または、それに準ずるものや、表面プラズモン共鳴を用いて結合させてもよい。
【００３６】
本実施例では、誘電体６０５として、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン：誘電率２．４）を用いる。また、導体６０２ａと二つの接地導体６０２ｂは、ＴｉとＡｕを積層したものを用いる。ただし、これらの材料に限るものではなく、誘電体材料としては、ポリイミドやポリシランなど、高周波帯域において低損失な物質や、ＧａＡｓやＳｉなどの半導体材料を用いてもよい。また、導体の構成も、電磁波の損失や、加工時における誘電体物質との密着性や、プロセスの容易性などより適宜選択する。
【００３７】
本実施例のセンサの構成について図７に示す。本実施例のセンサは、図のように、物体１０１を配置する手段として、周期的な空孔７０１を導波路６０２上に設ける。導波路６０２は、導体厚みｔが３００ｎｍの導体６０２ａと、導体６０２ａを挟んで、導体６０２ａより所定の間隔ｇで配置される接地導体６０２ｂが、誘電体厚みｈが５μｍの誘電体１０５上に形成される構成である。そのため、電磁界は、所定の間隔ｇで配置された導体６０２ａと接地導体６０２ｂの間に強く分布しており、この場所に物体１０１を周期的に配置することで、電磁波１０４と物体１０１は相互作用する。本実施例では、より確実に物体１０１を周期的に配置するため、空孔７０１を用いる。導体６０２ａの導体幅ｗを１３．５μｍ、導体６０２ａと接地導体６０２ｂの間隔ｇを２．５μｍに設計すると、導波路６０２は、特性インピーダンスが５０Ωの導波路として機能する。物体１０１の配置方法としては、例えば、インクジェットを用いて、空孔７０１部分に物体１０１を噴射する。ただし、上述したように、この構成に限るものではない。これらの空孔７０１は、物体１０１の配置間隔に対応した間隔で並んでいる。本実施例では、後述する解析のモデルとして、空孔７０１を５０μｍの間隔で並べ、孔径ｒは１０μｍで、空孔２０１の深さｄは３μｍに設定した。ただし、これらの値に限るものではない。この時、この導波路６０２には、２ＴＨｚ近傍の電磁波を選択的に伝搬させないフォトニックバンドギャップが発現する。これらの加工は、公知のプロセス技術によって行う。これらの諸定数は、この値に限ることはなく、フォトニックバンドギャップを発現させる周波数や、他の周辺回路の整合性といった条件によって、逐次変化する。
【００３８】
上述した導波路６０２に物体１０１を配置させたセンサの動作についての解析例を図１５に示す。ここでは、物体１０１として誘電率４．０のＤＮＡを９箇所周期的に配置した構成で解析を行った。図のように、ＤＮＡがない場合、共鳴周波数は２．４ＴＨｚ近傍に存在しているが、ＤＮＡを配置させた場合、破線のように、共鳴周波数は低周波数側に９．０％シフトしていることが確認された。また、信号も２ｄＢ程度減衰している。例えば、図６のセンシング装置において、これらの情報と、センサを伝搬してくる電磁波１０４の周波数スペクトルを比較することで、物体１０１の分析や同定が可能になる。また、今回の解析では、導体６０２ａと接地導体６０２ｂの間に空孔７０１を設けた構成にしているが、空孔７０１がなくても、同程度の周波数スペクトルの変化が起きることも確認している。さらに、今回の解析では、物体１０１の誘電率のみを考慮している。さらに、物体１０１固有の減衰特性や分散特性を含めることによって、シフト量や減衰量や周波数スペクトル自体の変化量がより顕著になる可能性がある。これらの情報を用いて物体１０１をセンシングすることで、より詳細な分析や同定が可能になる。
【００３９】
（実施例３）
ここでは、本発明におけるセンシング装置のセンサの構成例について述べる。本実施例のセンサの構成は、図２０のように、上述してきたセンサを、アレイ化したものである。本発明のセンサは、物体１０１を、上述した物体配置手段によって配置しているため、配置の状態を制御することができる。図２０では、実施例１に述べたマイクロストリップライン型のセンサ構造をアレイ化したセンサアレイ２００２の構成例を示しているが、上述してきたように、センサ構造はこれに限るものではない。また、本実施例では、電磁波１０４を導波路１０２に結合させる方法として、導波路１０２の一部に不図示のアンテナ構造を設ける。ただし、これに限るものではなく、上述したように、導波路の一部に所望の電磁波を発生するアクティブ素子を接続する方式や、コネクタによって電磁波が伝搬する外部の回路と接続する方式でもよい。或いは、回折格子、または、それに準ずるものや、表面プラズモン共鳴を用いて結合させてもよい。本発明のセンサは、物体配置手段として、物体１０１の配置状態を、インクジェットのように機械的に制御する方法や、空孔や突起形状、親水性や疎水性といったパターニングによる界面の効果を用いる方法によって構成される。このため、物体１０１が広がりにくく、そのため、各センサを集積化できるという特徴がある。物体１０１の配置状態を人為的に制御できるため、センサアレイ２００２を構成するセンサ部毎に配置状態を変化させることにより、複数の種類の物体１０１の分析や同定を一括取得することができる。または、物体１０１を構成する複数の物質についての分析や同定を一括して取得することができる。このように、本発明におけるセンシング装置のセンサは、物体配置手段によって複数のセンサを簡単に集積化することができ、複数の情報を一括して取得できるために、分析や同定に要する時間を飛躍的に短縮できるという特徴がある。
【００４０】
（実施例４）
ここでは、本発明におけるセンシング装置について、バイオケミカルセンサへの適応例を示す。尚、実施例における、センサの各部の諸数値は、これに限るものではない。上述してきたセンサは、物体を周期的に配置する構成を有している。これに対し、本実施例では、物体を離散的に複数箇所に配置することを特徴としている。
【００４１】
図２１に、本実施例におけるセンサ構造を示す。本実施例におけるセンサ構造は、基本的に実施例１で述べたマイクロストリップライン型の構造と同じである。ただし、本実施例では、物体を離散的に配置する態様であればよいので、上述したように、センサ構造はこれに限るものではない。図のように、本実施例のセンシング装置を構成するセンサは、導体１０２ａと接地導体１０２ｂと誘電体１０５からなるマイクロストリップライン型の導波路１０２と、物体２１０１で構成する。また、本実施例では、電磁波１０４を導波路１０２に結合させる方法として、導波路１０２の一部に不図示のアンテナ構造を設ける。ただし、これに限るものではなく、上述したように、導波路の一部に所望の電磁波を発生するアクティブ素子を接続する方式や、コネクタによって電磁波が伝搬する外部の回路と接続する方式でもよい。或いは、回折格子、または、それに準ずるものや、表面プラズモン共鳴を用いて結合させてもよい。
【００４２】
本実施例におけるセンサ構造は、基本的に実施例１で示したセンサ構造と同じであるため、各部の詳細な説明は省略する。これまでのセンサ構造では、物体は、周期的に配置している。しかし、本実施例のセンサ構造では、周期的な配置に限定することなく、例えば、図２１のように、局所的に、配置の間隔が変化するように、物体２１０１を配置させている。本実施例では、本来、５０μｍ間隔で並ぶべき物体に関し、一部の物体を配置させず、隣り合う物体の間隔を１００μｍとしている。これは、周期の一部に対して、欠陥を挿入することに相当している。ただし、離散的な配置方法はこれに限るものではない。例えば、一部の物体の配置量を変化させるといったように、物体の周期的な配置について、一部の周期性を乱すような構成であればよい。また、必ずしも周期性を乱す要素がなくてもよい。この場合、結果として、これまでの実施例で述べてきたように、物体は周期的に配置されることになる。
【００４３】
このような物体の配置を有するセンサの動作のイメージを図２２に示す。一般に、周期的な配置の一部に、本実施例のように、周期性を乱すような要素が存在する場合、電磁波の不透過領域２２０１であるバンドギャップ内に、局所的に、電磁波が透過する透過領域２２０２が存在する。この透過領域２２０２は、離散的な配置の仕方によって制御することができる。また、この透過領域２２０２は、物体の物性によって変化することが予想される。これまでの実施例では、バンドギャップのシフト量や減衰量により、物体の分析や同定を行っていたが、本実施例の場合、局所的な透過領域２２０２の変化によっても、物体の分析や同定が可能になる。このような透過領域２２０２は、不透過領域２２０１の中に局所的に存在するため、Ｑ値が高い。そのため、信号のＳ／Ｎが向上し、高感度に物体の分析や同定が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施の形態と実施例１におけるセンシング装置の構成図
【図２】実施例１におけるセンサの構成図
【図３】センサの構成例
【図４】センサの構成例
【図５】センサの構成例
【図６】実施の形態と実施例２におけるセンシング装置の構成図
【図７】実施例２におけるセンサの構成図
【図８】センサの構成例
【図９】センサの構成例
【図１０】センサの構成例
【図１１】センサの構成例
【図１２】センサの構成例
【図１３】センサの構成例
【図１４】実施例１のセンサの解析結果
【図１５】実施例２のセンサの解析結果
【図１６】本発明における物体配置手段の構成例
【図１７】先行例のセンサの構成図
【図１８】先行例のセンサの動作を説明する図
【図１９】先行例のセンサの構成図
【図２０】実施例３におけるセンシング装置の構成例
【図２１】実施例４におけるセンシング装置の構成例
【図２２】実施例４のセンサの動作のイメージ図
【符号の説明】
【００４５】
１０１  物体（検体）
１０２  導波路
１０２ａ  導体
１０２ｂ  接地導体
１０３  電磁波検出部
１０４  電磁波
１０５  誘電体
２０１  空孔
６０２  導波路
６０２ａ  導体
６０２ｂ  接地導体
６０５  誘電体
７０１  空孔
１６０１  突起形状
１８０１  導波路
１８０２  物体（検体）
１８０３  導体
１８０４  接地導体
１８０５  誘電体
１８０６  電磁界分布
２００２  センサアレイ
２１０１  物体（検体）
２２０１  不透過領域
２２０２  透過領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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