(57)【要約】  【課題】  ２次元撮像手段を用いた表面プラズモン等による全反射減衰を利用したセンサーにおいて、測定間隔を短縮する。  【解決手段】  ２次元ＣＣＤ撮像素子40は、フルフレーム型の撮像素子であり、垂直転送ＣＣＤの配列の横方向が光ビーム30の界面12ａに対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、縦方向へ並んだ垂直転送ＣＣＤのみの電荷を加算した状態、いわゆるビニング処理を行った上で、出力する。この２次元ＣＣＤ撮像素子40により、界面12ａで全反射した光ビーム30の強度を検出すれば、各反射角毎の成分は縦方向の各垂直転送ＣＣＤ列により受光される。２次元ＣＣＤ撮像素子40から信号を読み出す際に、縦方向のビニング処理を行うことにより、読み出し時間が短縮され、ノイズが低減される。  【選択図】          図３
2006098368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、この薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定ユニットと、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させる光学系と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する、複数の光電変換素子が縦横に配列された２次元撮像手段と、
該２次元撮像手段からの出力に基いて、全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
前記２次元撮像手段が、前記光電変換素子の前記配列の縦横のうち一方向が前記光ビームの前記界面に対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、他方向へ並んだ光電変換素子のみの電荷を加算した状態で出力するものであることを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【請求項２】
前記２次元撮像手段が電荷転送型の撮像手段であることを特徴とする請求項１記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して物質の特性を分析する表面プラズモンセンサー等の全反射減衰を利用したセンサーに関し、特に詳細には、複数の光電変換素子が縦横に配列された２次元撮像手段を用いた全反射減衰を利用したセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エバネッセント波を利用したセンサーの１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。表面プラズモンセンサーは、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【０００４】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサーによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサーによって検出することができる。
【０００５】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００６】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００７】
この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θＳＰ（以後全反射減衰角θＳＰと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍとεｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【数１】
2006098368.tif 000003
【０００８】
試料の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００９】
また、エバネッセント波を利用した類似のセンサーとして、漏洩モードセンサーも知られている（例えば非特許文献１参照）。この漏洩モードセンサーは基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料に接触させられる光導波層と、光ビームを発生させる光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。
【００１０】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過した後に光導波層においては、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の試料の屈折率に依存するので、全反射減衰角θＳＰを知ることによって、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を分析することができる。
【００１１】
また、上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の被検体の溶液（液体試料）を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角θＳＰを測定している。液体試料中の被検体が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角θＳＰを測定し、全反射減衰角θＳＰに変化が生じているか否か測定することにより、被検体とセンシング物質の結合が行われているか否か、すなわち被検体がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体あるいは抗体と抗体が挙げられ、そのようなものに関する具体的な測定としては、一例として、センシング物質をウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体とし、被検体であるヒトＩｇＧ抗体との結合の有無検出とその定量分析を行う測定が挙げられる。
【００１２】
なお、被検体とセンシング物質の結合状態を測定するためには、全反射減衰角θＳＰの角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。
【特許文献１】特開平6−167443号公報
【非特許文献１】「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）、２１〜２３頁および２６〜２７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来提供されている全反射減衰を利用したセンサーにおいては、上述のように、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサーが使用される。このようなエリアセンサーとしては、広く普及し、撮像分解能が向上しつつある複数の光電変換素子が縦横に配列された２次元撮像手段、例えば２次元ＣＣＤ撮像素子等が使用されることが多い。しかしながら、これらの２次元撮像手段を用いた場合、これらの２次元撮像手段から信号を読み出すために必要な時間、すなわち読出時間が長く、全反射減衰の状態の測定間隔を短くすることが困難であるという問題があった。
【００１４】
本発明は上記の事情に鑑みて、２次元撮像手段を用いても、全反射減衰の状態の測定間隔を短くすることができる全反射減衰を利用したセンサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の全反射減衰を利用したセンサーは、光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、この薄膜層の上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる測定ユニットと、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるように種々の入射角で入射させる光学系と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する、複数の光電変換素子が縦横に配列された２次元撮像手段と、
該２次元撮像手段からの出力に基いて、全反射減衰の状態を測定する測定手段とを備えた全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
前記２次元撮像手段が、前記光電変換素子の前記配列の縦横のうち一方向が前記光ビームの前記界面に対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、他方向へ並んだ光電変換素子のみの電荷を加算した状態で出力するものであることを特徴とするものである。
【００１６】
なお、２次元撮像手段は、その撮像面に光ビーム30の反射光が入射可能となるように配置されている。また、ここで「他方向へ並んだ光電変換素子のみの電荷を加算した状態で出力する」とは、縦横の内の上記他方向ではない方の方向へ並んだ光電変換素子の加算は原則として行わないことを意味しているが、たとえば縦横の内の上記他方向ではない方の方向へ非常に多数の光電変換素子が配置され、この方向の数個の光電変換素子の電荷を加算した状態で出力しても、測定に必要なこの方向の分解能を十分に確保できるような場合には、このような加算を行うことを排除するものではない。
【００１７】
前記２次元撮像手段は、電荷転送型の撮像手段であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による全反射減衰を利用したセンサーは、光電変換素子の配列の縦横のうち一方向が光ビームの界面に対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、他方向へ並んだ光電変換素子のみの電荷を加算した状態で出力する２次元撮像手段を用いて、界面で全反射した光ビームの強度を検出することにより、２次元撮像手段から信号を読み出す際に必要な時間を短縮できるので、全反射減衰の状態の測定間隔を短くすることができる。
【００１９】
また、２次元撮像手段が電荷転送型の撮像手段であれば、垂直転送あるいは水平転送の際を行う際に、他方向へ並んだ光電変換素子のみの電荷を加算した状態で出力することにより、信号電荷を読み出す際のノイズを低減することができ、読み出された信号のＳ／Ｎが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の全反射減衰を利用したセンサーを適用した第１の実施形態である表面プラズモンセンサーの全体形状を示すものである。
【００２１】
この表面プラズモンセンサーにおいては、センシング物質と被検体の結合の状態を測定するものであり、表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定し、該角度変化量の経時変化を示すセンサーグラムを取得するものである。
【００２２】
図1に示すように、第１の実施形態である表面プラズモンセンサーは、測定ユニットを支持する支持体として、互いに平行に配された２本のガイドロッド100,100に摺動自在に係合し、それらに沿って図中の矢印Ｙ方向に直線移動自在とされたスライドブロック101が用いられている。そしてこのスライドブロック101には、上記ガイドロッド100,100と平行に配された精密ねじ102が螺合され、この精密ねじ102はそれとともに支持体駆動手段を構成するパルスモータ103によって正逆回転されるようになっている。
【００２３】
なおこのパルスモータ103の駆動は、モータコントローラ104によって制御される。すなわちモータコントローラ104には、スライドブロック101内に組み込まれてガイドロッド100,100の長手方向における該スライドブロック101の位置を検出するリニアエンコーダ（図示せず）の出力信号Ｓ2が入力され、モータコントローラ104はこの信号Ｓ2に基づいてパルスモータ103の駆動を制御する。
【００２４】
またガイドロッド100,100の側下方には、それに沿って移動するスライドブロック101をそれぞれ左右から挟む形で、測定用の光ビーム（レーザビーム）30を発生させる半導体レーザ等のレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32と、複数の光電変換素子が縦横に配列された２次元撮像手段である２次元ＣＣＤ撮像素子40とが配設されている。また、該２次元ＣＣＤ撮像素子40には、該光検出器の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なう測定手段61が接続され、さらに該測定手段61には、表示部62が接続されている。なお、表示部62は本発明の終了報知手段として機能するものである。
【００２５】
ここで本実施形態においては、一例として８個の測定ユニット10を連結固定してなるスティック状のユニット連結体110が用いられ、測定ユニット10は８個一列に並べた状態でスライドブロック101にセットされるようになっている。
【００２６】
図２は、このユニット連結体110の構造を詳しく示すものである。ここに示される通りユニット連結体110は、測定ユニット10が８個、連結部111により連結されてなるものである。
【００２７】
測定ユニット10は図３に示す通り、概略四角形状とされた誘電体ブロック11と、この誘電体ブロック11の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜12とを有している。
【００２８】
誘電体ブロック11は例えば透明樹脂等からなり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた形とされ、この嵩上げされた部分13は試料を貯える試料保持機構として機能する。なお本例では、デキストラン層16をコートした金属膜12の上にセンシング物質14が固定されている。なお、測定ユニット10は、図４に示すような流路ユニット70を取り付けて使用することもできる。この流路ユニット70については後述する。
【００２９】
集光レンズ32は図３に示す通り、光ビーム30を集光して収束光状態で誘電体ブロック11に通し、誘電体ブロック11と金属膜12との界面12ａに対して種々の入射角が得られるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面12ａにおいて光ビーム30の全反射条件が得られ、かつ、表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とされる。
【００３０】
なお光ビーム30は、界面12ａに対してｐ偏光で入射する。そのようにするためには、予めレーザ光源31をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板や偏光板で光ビーム30の偏光の向きを制御してもよい。
【００３１】
２次元ＣＣＤ撮像素子40は、図５に示すように、垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)が縦n列、横m列に配列されたフルフレーム型のＣＣＤ撮像素子である。垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の各電極はポリシリコン等の透明電極であり、垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)自体で光電変換を行う。光電変換により、各垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)に蓄積された信号電荷は、垂直転送された後、水平転送ＣＣＤ42により水平転送され、出力回路43から測定手段61へ出力される。なお、垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の横方向が、光ビーム30の上記界面12ａに対する入射光および反射光を含む面に対して平行になるように配置されている。より具体的には、該横方向が光ビーム30の反射光の光軸方向（図３中Ｙ方向）と垂直な方向である図３中のＸ方向となるように、２次元ＣＣＤ撮像素子40は配置されている。このため、垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の縦方向は、ＸＹ平面と垂直な方向であるＺ方向となる。なお、各垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の縦一列に配置された垂直転送ＣＣＤに蓄積された信号電荷は、ビニング処理により、対応する水平転送ＣＣＤに加算され、その後順次水平転送されて、出力回路43から測定手段61へ出力される。なお、垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の横方向はＸ方向に限定されるものではなく、光ビーム30の上記界面12ａに対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、かつ垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の範囲内に、光ビーム30が入射可能となる方向であればよい。
【００３２】
なお、本センサーを組み立てる際には、２次元ＣＣＤ撮像素子40の横方向が、光ビーム30の上記界面12ａに対する入射光および反射光を含む面に対して平行になるように、２次元ＣＣＤ撮像素子40を正確に配置する必要がある。例えば、全反射減衰が生じるような測定ユニットを用いて、光ビームを照射し、まず、光ビームの反射光の光軸に対して垂直に、かつ光軸が中心に入射するように２次元ＣＣＤ撮像素子40を配置し、２次元ＣＣＤ撮像素子40の垂直転送ＣＣＤの縦方向に、暗線が延びるように、ＣＣＤ撮像素子40を、光ビーム30の光軸を中心に回転させればよい。この場合、２次元ＣＣＤ撮像素子40により撮像した画像に基いて、ＣＣＤ撮像素子40を回転させれば、より正確に配置することができる。
【００３３】
なお、測定ユニット10へ試料液を給排する際には、ピペット等を用いることができるが、図４に示す流路ユニット70を測定ユニット10へ取り付けて、流路を介して試料の給排を行うこともできる。
【００３４】
この流路ユニット70は、概略四角錐の一部が切り取られた形状に形成されている流路ホルダ71に、液体試料を供給するための供給口72および液体試料を排出するための排出口73が取り付けられ、測定ユニット10内に簡単に着脱することができる。供給口72および排出口73には、それぞれテフロン（登録商標）チューブ74および75が接続されている。この流路ユニット70を測定ユニット10に取り付けた場合には、図３に示すように、金属膜12および流路ユニット70によりシールされた測定流路76が形成される。
【００３５】
流路ユニット70の供給路72に接続されたテフロン（登録商標）チューブ74には、切り替えポンプ77が接続され、該切り替えポンプ77には試料液供給路78、バッファ液供給路79およびエアー供給路80が接続されている。試料液供給路78には、試料液が準備されている不図示の液供給部が接続され、バッファ液供給路79には、バッファ液が準備されている不図示の液供給部が接続され、エアー供給路80には、不図示のエアー供給部が接続されている。なお、各供給路に接続される供給部は交換可能であり、必要に応じて交換される。
【００３６】
測定手段61は、図６に示すように、２次元ＣＣＤ撮像素子40に接続されたドライバ64と、コンピュータシステム等からなる信号処理部65とから構成されている。
【００３７】
図示の通り上記ドライバ64は、２次元ＣＣＤ撮像素子40の出力をデジタル化して信号処理部65に入力するＡ／Ｄ変換器54、２次元ＣＣＤ撮像素子40を駆動する駆動回路55、および信号処理部65からの指示に基づいて駆動回路55の動作を制御する制御回路56から構成されている。
【００３８】
信号処理部65では、測定開始から0.5秒間隔で、全反射減衰角θＳＰの経時変化、すなわちセンシング物質と試料液中の被検体との結合状態の経時変化または解離状態の経時変化を反映する変化量Ｒを算出し、記憶部66へ記憶し、また表示部62へ出力する。表示部62では、変化量Ｒの経時変化を示すセンサーグラムを表示する。なお、信号処理部65では、測定終了後に、変化量Ｒの経時変化を示すセンサーグラムに基づいて、該センサーグラムへフィッティングする速度方程式である結合曲線および解離曲線を求める。また、センサーグラム、結合曲線、解離曲線、結合曲線から求めた結合速度定数および解離曲線から求めた解離速度定数を表示部62へ出力する。表示部62では、これらを表示する。
【００３９】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる表面プラズモン共鳴による全反射減衰角θＳＰの角度変化量の測定動作について説明する。まず、スライドブロック101を移動させ、所望の測定ユニット10を測定位置、すなわち左右からレーザ光源31と、入射光学系を構成する集光レンズ32および２次元ＣＣＤ撮像素子40とによりはさまれる位置に移動させる。切り替えポンプ76により、チューブ74へ試料液供給路78が接続され、測定ユニット10の測定流路76へ試料液を供給する。なお、測定流路76が試料液により充填された時点で、試料液の供給を停止する。以後の測定は、測定流路76が試料液により充填された状態で行われる。
【００４０】
なお、測定時間ｔは、測定ユニット10に試料液が供給された時点を基準に、不図示のタイマーにより計測されている。
【００４１】
この状態で、レーザ光源31が駆動され、そこから発せられた光ビーム30が前述のように収束する状態で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面12ａに入射する。この界面12ａで全反射した光ビーム30は、２次元ＣＣＤ撮像素子40によって検出される。
【００４２】
２次元ＣＣＤ撮像素子40の垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)は、前述したように横方向の配列方向が、図３中Ｘ方向となるように配設されている。したがって、上記界面12ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム30の各反射角毎の成分を、それぞれ異なる縦方向の垂直転送ＣＣＤ列が受光することになる。すなわち、ある角度で反射された成分は、ｉ列目の垂直転送ＣＣＤ41(ｉ,1)〜41(ｉ,n)が受光し、わずかに異なる角度で反射された成分はｉ+１列目の垂直転送ＣＣＤ41(ｉ+１,1)〜41(ｉ+１,n)が受光し、順次各反射角毎の成分を縦方向の垂直転送ＣＣＤ列が受光する。光ビーム30の照射が終了後、各垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の縦一列に配置された垂直転送ＣＣＤに蓄積された信号電荷は、ビニング処理により、対応する水平転送ＣＣＤに加算され、その後順次水平転送されて、出力回路43から測定手段61へ出力される。なお、各垂直転送ＣＣＤ41(1,1)〜41(m,n)の電荷信号を個々に読み出す場合に比べ、このようにビニング処理を行った上で電荷信号を読み出す場合には、読み出し時間が１／１０以下に短縮される。また、通常、信号電荷を読み出す際には、出力回路43によりノイズが重畳されることが避けられない。しかし、上記のビニング処理により、より大きな電荷に加算された後に出力されるため、出力回路43から出力された信号のＳ／Ｎが向上する。
【００４３】
縦方向の垂直転送ＣＣＤ列の各出力は、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器54に入力する。Ａ／Ｄ変換器54はこれらの出力をデジタル化して信号処理部65に入力する。
【００４４】
図７は、界面12ａで全反射した光ビーム30の入射角θ毎の光強度と、２次元ＣＣＤ撮像素子40の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビーム30の界面12ａへの入射角θと上記光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００４５】
界面12ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜12とセンシング物質14との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射減衰角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図３にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００４６】
また図７の（２）は、２次元ＣＣＤ撮像素子40の垂直転送ＣＣＤの横方向を示しており、先に説明した通り、これらの垂直転送ＣＣＤの横方向位置は、上記入射角θと一義的に対応している。
【００４７】
信号処理部65は、Ａ／Ｄ変換器54から入力された反射光強度Iの値に基づいて、全反射減衰角θＳＰを算出する。なお、図７の（１）に示されるようなプロファイルから全反射減衰角θＳＰを高精度に検出するために、所望の信号処理を施してもよい。例えばこのプロファイルをフーリエ変換などを利用して空間周波数でシグナルとノイズに分離すること。あるいは入射角θ方向にスムージングを行いノイズを低減することなどが考えられる。このような信号処理によりＳ／Ｎが向上したプロファイルから重心あるいは最小値を求めることにより全反射減衰角θＳＰを高精度に検出することができる。
【００４８】
前述したように測定ユニット10の金属膜12（図３参照）に接しているセンシング物質14と被検体が結合すると、センシング物質14の屈折率が変化して、全反射減衰角θＳＰの角度も変化する。ここで、測定ユニット10の測定流路76に試料液を供給して最初の測定を行ったときの全反射減衰角θＳＰをθＳＰ（０s）とし、測定開始からt秒経過後の全反射減衰角θＳＰをθＳＰ（ｔs）とし、θＳＰ（ｔs）とθＳＰ（０s）との差分を求め全反射減衰角θＳＰの変化量Ｒと定義する。すなわち
時間ｔにおける  Ｒ＝θＳＰ（ｔs）−θＳＰ（０s）
とする。このとき、この変化量Ｒは、全反射減衰角θＳＰの経時変化を示すもの、すなわちセンシング物質と試料液中の被検体との結合状態の経時変化を反映するものとなる。なお、測定毎に変化量Ｒはそのときの測定時間ｔと対応して、信号処理部65の記憶部66へ記憶される。また、同時に表示部62へも出力され、図８に示すような経過時間ｔと変化量Ｒの関係を示す図（センサーグラム）が順次表示される。すなわち測定中は測定が行われた時点までの変化量Ｒが表示される。なお、図８では、横軸（時間）の単位は秒であり、縦軸（変化量Ｒ）の単位はRU（レゾナンスユニット）であり、1000RUが角度0．1度に対応している。
【００４９】
さらに、信号処理部65は、測定ユニット10の測定開始から所定時間経過後に結合状態の測定を終了し、センサーグラムへ速度方程式をフィッティングして結合曲線を求め、また該結合曲線から結合速度定数を取得し、結合曲線および結合定数を表示部62へ出力する。表示部62では、センサーグラムに加え、結合曲線および結合速度定数を表示する。なお、必要に応じて、センシング物質情報や、試料液情報等の種々の情報を表示することが好ましい。
【００５０】
次に、測定流路76内の試料液をバッファ液に置き換え、解離状態を判定する場合の動作について説明する。結合状態の測定の終了後、切り替えポンプ77により、チューブ74へバッファ液供給路79が接続され、測定ユニット10の測定流路76へバッファ液が供給される。なお、測定流路76がバッファ液により充填された時点で、バッファ液の供給を停止する。以後の測定は、測定流路76がバッファ液により充填された状態で行われる。なお、バッファ液を供給する前にエアーを供給し、いったんエアーを測定流路76に充填した後に、バッファ液を充填してもよい。なお、この置き換えは、手動操作により行ってもよいし、測定手段61および切り替えポンプ77と接続されている不図示の制御手段による自動操作により行ってもよい。
【００５１】
解離状態を測定する場合にも、0.5秒毎に全反射減衰角θＳＰの変化量Ｒを測定し、センサーグラムを表示部62へ表示する。所定時間経過後に測定を終了し、表示部62では、センサーグラムに加え、解離曲線および解離速度定数を表示する。なお、必要に応じて、センシング物質情報や、試料液情報等の種々の情報を表示することが好ましい。
【００５２】
以上の説明で明らかなように、垂直転送ＣＣＤの配列の横方向が光ビームの界面に対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、縦方向へ並んだ垂直転送ＣＣＤのみの電荷を加算した状態で出力する２次元ＣＣＤ撮像素子40を用いて、界面12ａで全反射した光ビーム30の強度を検出することにより、２次元ＣＣＤ撮像素子40から信号を読み出す際に必要な時間を短縮できるので、全反射減衰の状態の測定間隔を短くすることができる。
【００５３】
また、２次元ＣＣＤ撮像素子40は、電荷転送型の撮像手段であるため、縦方向へ並んだ垂直転送ＣＣＤの電荷を垂直転送の際に加算して、出力することにより、信号電荷を読み出す際のノイズを低減することができ、読み出された信号のＳ／Ｎが向上する。
【００５４】
次に、図１および図９を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５５】
第２の実施の形態の全体構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため、図１において、異なる構成部の番号のみ図中に付記する。また図９においては、図３中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００５６】
この第２実施形態の全反射減衰を利用したセンサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであり、測定ユニット90を用いるように構成されている。この測定ユニット90の誘電体ブロック11の一面（図中の上面）にはクラッド層91が形成され、さらにその上には光導波層92が形成されている。
【００５７】
誘電体ブロック11は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層91は、誘電体ブロック11よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層92は、クラッド層91よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層91の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で36.5ｎｍ、光導波層92の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。
【００５８】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック11を通してクラッド層91に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム30が誘電体ブロック11とクラッド層91との界面91ａで全反射するが、クラッド層91を透過して光導波層92に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層92を導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層92に取り込まれるので、上記界面91ａで全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００５９】
光導波層92における導波光の波数は、該光導波層92の上のセンシング物質14の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、センシング物質14と被検体間の結合の状態を測定することができる。また、２次元撮像素子40の出力に基づいて各測定ユニット90における、全反射減衰の状態の経時変化を反映する変化量Ｒを測定することができる。
【００６０】
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、２次元撮像素子40の垂直転送ＣＣＤの配列の横方向が光ビームの界面に対する入射光および反射光を含む面に対して平行であり、縦方向へ並んだ垂直転送ＣＣＤのみの電荷を加算した状態で出力する２次元ＣＣＤ撮像素子40を用いて、界面12ａで全反射した光ビーム30の強度を検出することにより、２次元ＣＣＤ撮像素子40から信号を読み出す際に必要な時間を短縮できるので、全反射減衰の状態の測定間隔を短くすることができる。また、他の効果に関しても、第１の実施形態と同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの全体図
【図２】上記表面プラズモンセンサーに用いられるユニット連結体の概略構成図
【図３】上記表面プラズモンセンサーの要部を示す一部破断側面図
【図４】上記表面プラズモンセンサーに用いられる流路ユニットの概略構成図
【図５】上記表面プラズモンセンサーに用いられる２次元ＣＣＤ撮像素子の概略構成図
【図６】上記表面プラズモンセンサーに用いられる測定手段のブロック図
【図７】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と２次元ＣＣＤ撮像素子による検出光強度との関係を示す概略図
【図８】上記表面プラズモンセンサーにおけるセンサーグラムの一例を示すグラフ
【図９】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの要部を示す一部破断側面図
【符号の説明】
【００６２】
10、90    測定ユニット
11    誘電体ブロック
12    金属膜
12ａ  誘電体ブロックと金属膜との界面
13    試料液保持枠
14    センシング物質
16    デキストラン層
30    光ビーム
31    レーザ光源
32    集光レンズ
40    ２次元ＣＣＤ撮像素子
41    垂直転送ＣＣＤ
42    水平転送ＣＣＤ
43    出力回路
61    測定手段
62    表示部
65    信号処理部
66    記憶部
70    流路ユニット
91    クラッド層
91ａ  誘電体ブロックとクラッド層との界面
92    光導波層
【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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