(57)【要約】【課題】  平行光束の照射角度が大きく変化しても屈折率によるずれを解消して異なる照射角度における反射光の強度を測定できるイメージング表面プラズモン共鳴装置を提供する。【解決手段】  第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が表面プラズモン共鳴部を直進して金属薄膜に達する見かけの入射点と第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときの当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、往復駆動部を駆動させて該移動量だけ表面プラズモン共鳴部を移動させた後、反射光束を第二光学系受光部にて受光するイメージング表面プラズモン共鳴装置。【選択図】  図５
2006003282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部とを備えてなり、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときの当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させた後、前記反射光束を前記第二光学系受光部にて受光することを特徴とするイメージング表面プラズモン共鳴装置。
【請求項２】
被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部と、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出する角度検出手段と、前記見かけの入射角に基づき前記往復駆動部を駆動させて前記表面プラズモン共鳴部を往復動させる制御をする制御部とを備えてなるイメージング表面プラズモン共鳴装置であって、前記制御部が、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときに前記角度検出手段より得られた当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させることを特徴とするイメージング表面プラズモン共鳴装置。
【請求項３】
被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記平行ガラス基板に並設されて前記被測定物質を前記金属薄膜面に供給する被測定物質供給部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部と、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出する角度検出手段と、前記見かけの入射角に基づき前記往復駆動部を駆動させて前記表面プラズモン共鳴部を往復動させる制御をする制御部とを備えてなるイメージング表面プラズモン共鳴装置であって、前記制御部が、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときに前記角度検出手段より得られた当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させることを特徴とするイメージング表面プラズモン共鳴装置。
【請求項４】
被測定物質供給部が、平行ガラス基板に密着して金属薄膜を含む広さの六角形状堰により形成された六角セル部と該六角セル部の相対する隅部近傍にそれぞれ被測定物質を該六角セル部に供給する供給口と該六角セル部内の被測定物質を排出する排出口とを設けてなるセルブロックから構成されている請求項３記載のイメージング表面プラズモン共鳴装置。
【請求項５】
被測定物質供給部が、平行ガラス基板に密着して金属薄膜を含む広さの六角形状堰により形成された六角セル部と該六角セル部の相対する隅部近傍にそれぞれ被測定物質を該六角セル部に供給する供給口と該六角セル部内の被測定物質を排出する排出口とを設けてなるセルブロックと、外周を螺旋状に走る溝型流路を形成した円柱部と該円柱部に密着して外設した筒部とからなる温度調節ブロックとによって構成されていて被測定物質を温度調節ブロックの溝型流路を通過させて前記セルブロックの供給口から前記六角セル部に送り込む請求項３記載のイメージング表面プラズモン共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージング表面プラズモン共鳴装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知の通り、表面プラズモンとは金属表面上に存在する電子の粗密波であり、この粗密波の速度が金属面に接触した物質によって制限されるという性質を利用して金属面に被測定物質を接触させてプリズムを介して金属表面に光を照射し、エバネッセント波を生起させて表面プラズモンと共鳴するような入射光の角度を求めることにより、金属面の物質量を解析できることが知られている。そして、この測定方法は測定環境を高真空状態にする必要がなく、常温以外の任意の温度で測定することができ、水溶液状態の被測定物質を測定できるので、生物学分野の研究に適し、生体分子間相互作用を解析するバイオセンサーとして採用されている。
【０００３】
前記表面プラズモンの性質を利用した共鳴装置としては、光ビームを照射して１種類の生体分子間相互作用を解析する表面プラズモン共鳴装置や光束を照射して多種類の分子間相互作用を同時に解析できるイメージング表面プラズモン共鳴装置が開発されている。
【０００４】
前記表面プラズモン共鳴装置では、試料を載置すると共に表面プラズモン共鳴を起こす第一光学系に対して種々の入射角が得られるようにするために第二光学系を回動させて該第二光学系から照射される光ビームの照射角度を変位させる第一揺動機構と、第一光学系で反射された光ビームの反射光を種々の反射角度毎に受光するために第三光学系を回動させて該第三光学系における反射光の受光角度を変位させる第二揺動機構と、第二光学系及び第三光学系間の相対位置を変位させることなく第一光学系との間の相対位置を接離する方向へ変位させる並進往復運動機構とを備え、第一光学系のプリズムにおいて種々の入射角が得られるように第二光学系及び第三光学系の位置状態を変化させる表面プラズモン共鳴センサ装置（特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
また、前記イメージング表面プラズモン共鳴装置では、被測定物質に接する金属薄膜を表面上に備えたプリズムと、ｐ偏光光の平行な光束をプリズム側から入射させる入光手段と、金属薄膜からの反射光を受光する受光手段とを有し、受光手段を前記入射角度と同じ角度変化の反対方向へ追従させる２次元イメージング表面プラズモン共鳴測定装置（特許文献２参照）や金属薄膜と反対側のガラス基盤に密着されて少なくとも金属薄膜の検鏡領域全体を覆う大きさの半円柱プリズムと、半円柱プリズムの光入射側の外周面に沿った所定の角度で回動可能に支持されて半円柱プリズムの光入射側に対して光源からの光が半円柱プリズム内にて検鏡領域の全体にわたって平行光束になるように照射する光照射装置と、半円柱プリズムの光出射側の外周面に沿って光照射装置の回動方向と反対方向へ同期回動可能に支持されて検鏡領域から反射して半円柱プリズムを透過した平行光束を受光する受光装置とからなり、検出領域に照射される平行光を大きな角度で可変して検出領域に固定された試料を検鏡できるようにした表面プラズモン共鳴角顕微鏡（特許文献３参照）が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−７５３３５号公報。
【特許文献２】特開２００１−２５５２６７号公報。
【特許文献３】特開２００１−２４２０７１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記表面プラズモン共鳴センサ装置は、第二光学系から照射する光ビームの照射角度を該第二光学系を回動させることにより変位させているから、当該照射角度の変位量が大きいほど第二光学系からの光ビームは試料を載置した第一光学系から大きく外れるので、光ビームが第一光学系に届くようにするために第一光学系を大きく移動させている。従って、図１８に示すように、試料101 中に複数種類存在する被測定物質を解析するために当該表面プラズモン共鳴センサ装置を用いて第二光学系102 から光束103 を照射した場合には、当該複数種類の被測定物質における表面プラズモン共鳴による像を得るために広い照射角度範囲から光束103 を照射しなければならないが、照射角度によっては、第一光学系104 から外れた位置に第二光学系102 の焦点が位置付けられて当該照射角度で表面プラズモン共鳴する被測定物質においては像がぼやけたり現れるはずの像が得られないという問題点があった。なお、図１８は特開2003-75335号公報に開示されている表面プラズモン共鳴センサ装置を用いて第二光学系から光束を照射する表面プラズモン共鳴センサ装置を説明する正面図であり、同図中、105 は第三光学系、106 は第一揺動機構、107 は第二揺動機構、108 は並進往復運動機構、109 は三角プリズム、110 は金属薄膜である。
【０００８】
また、前記イメージング表面プラズモン共鳴装置は、プリズムを中心として入光手段と受光手段とが公転し、受光手段を光束の入射角度の変化に同期させて前記角度変化とは反対方向の同じ角度となるように移動させて反射光束を受光している。従って、光束の光軸を図示した図１９に示すように、入光手段111 がプリズム109 を中心として公転すれば、プリズム面に対する光束の入射角が絶えず変化するが、被測定物質（試料）101 への照射角が60°の場合には、プリズム面に対する光束の入射角が90°となり、光軸112 と被測定物質101 の中心との間にずれは生じないから、金属薄膜110 からの反射光束を受光手段113 にて受光することができる。しかし、被測定物質101 への照射角が60°以外の角度の場合には、光束がプリズム内で屈折するので、光軸112 と被測定物質101 の中心との間にずれが生じて金属薄膜110 からの反射光軸112 を受光手段113 にて受光することができないという問題点があった。さらに、アレイ化された被測定物質間における表面プラズモン共鳴角度が大きく異なる場合には、受光手段113 で受光できないものが生じるので、当該各被測定物質を測定できないという問題点があった。なお、図１９は特開2001-255267 号公報に開示されているイメージング表面プラズモン共鳴装置の正面図であり、同図中、前記図１８と同一符号は同一又は相当部分を示し、114 は公転の中心である。
【０００９】
また、表面プラズモン共鳴角顕微鏡は、半円柱形プリズムに入射した光束が該半円柱形プリズムの屈折率により平行光束になるように屈折されるが、図２０に示すように、半円柱形状のプリズムであるため、光束の外周附近にある光線115 ほど半円柱形プリズム116 の収差によって光線115 が光軸と平行には進まず、被測定物質全面に平行光線が照射されずに、見かけ上、共鳴角が異なって観測されるという問題点があった。なお、図２０は特開2001-242071 号公報に開示されている表面プラズモン共鳴角顕微鏡における半円柱形プリズムの正面図であり、同図中、前記図１８と同一符号は同一又は相当部分を示し、117 はガラス基板である。
【００１０】
そこで、本発明者等は、前記各問題点を解決するために、平行光束の照射角度が大きく変化しても屈折率によるずれを解消して異なる照射角度における反射光の強度を測定できるイメージング表面プラズモン共鳴装置を得ることを技術的課題として、その具現化をはかるべく研究・実験を重ねた結果、表面プラズモン共鳴部に平行光束の外周付近にある光線においても光軸と平行に屈折する三角プリズムを採用し、当該平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出して該見かけの入射角に基づき、該入射角における見かけの入射点と表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の金属薄膜に対する真の入射点とのずれを解消できる移動量を算出して該移動量に基づき表面プラズモン共鳴部を移動させて屈折率によるずれを調整すればよいという刮目すべき知見を得、前記技術的課題を達成したものである。
【００１１】
前記研究・実験に基づき前記ずれの存在を把握し、移動量を特定するに至った考察過程を図面に基づき説明する。
【００１２】
先ず、三角プリズムの一側面に直接金属薄膜を蒸着した三角プリズムを用いて該三角プリズムに平行光束を照射した場合の光軸の屈折状態と該屈折によって発生した三角プリズム内での光軸のずれ量を特定した。図１及び図２は三角プリズムに入射した光軸の屈折状態を説明する三角プリズムからなる表面プラズモン共鳴部の正面図であり、これらの図において、１は三角プリズムであり、三角プリズム１の一側面には金属薄膜２が蒸着されている。そして、三角プリズム１が基準の位置に置かれたときの当該三角プリズム１に照射された光束の光軸における見かけの入射光線が三角プリズム１の前記一側面の中心３を通過する光軸を光軸４にて示し、光軸４の屈折光線が中心３を通るように該光軸４を図１において上方向へ平行移動させた光束の光軸を光軸５にて示し、三角プリズム１内での光軸４と光軸５とのずれをずれ量ｙとして表した。
【００１３】
図１において、点Ａ，Ｂ及びＣは三角プリズム１の正三角形の各頂点、点Ｄは三角プリズム１に対する光軸５の入射点、点Ｅは入射点Ｄから辺ACに下ろした垂線との交点である。そして、空気の屈折率をn1、三角プリズム１の屈折率をn2、光軸４の三角プリズム１への入射角をθ1 、入射角θ1 に対する三角プリズム１内での屈折角をθ2 、金属薄膜２に対する光軸４の見かけの入射角をθa とした。
【００１４】
光軸４の入射角θ1 を見かけの入射角θa によって表すことができる。
即ち、θ1 ＝60°−θa   ・・・  (1) 
（直角三角形ADE の∠ADE ＝30°、30°＋θa ＋θ1 ＝90°）
また、屈折角θ2 を見かけの入射角θa によって表すことができる。
スネルの法則により、n1sin θ1 ＝n2sin θ2 、
よって、θ2 ＝arcsin｛(n1 ／n2)sinθ1 ｝  ・・・  (2) 
(2) 式に(1) 式を代入して、
即ち、θ2 ＝arcsin｛(n1 ／n2)sin (60°−θa)｝  ・・・  (3) 
【００１５】
図２において、点Ｆは辺ACの中心（中心３）、点Ｇは入射点Ｄに立てた法線の延長線と辺BFとの交点、点Ｈは光軸４の屈折光線と辺BFとの交点、点Ｉは点Ｆから光軸４の屈折光線に下ろした垂線との交点、点Ｊは入射点Ｄに立てた法線の延長線と辺ACとの交点、点Ｋは三角プリズム１に対する光軸４の入射点、点Ｌは入射点Ｋから辺BFに下ろした垂線との交点であり、辺FHはずれ量ｙである。そして、金属薄膜２に対する光軸４の真の入射角をθ、三角プリズム１の一辺をｘ’、∠FHI をθ’、∠FKI をθ3 、辺FIをｙ’、辺FKをα、辺KLをγ、辺BLをδ1 、辺FLをδ2 とした。
【００１６】
ずれ量ｙ（辺FH）は直角三角形FHI において、ｙ＝ｙ’／sin θ’により表され、直角三角形FHI のθ’（∠FHI ）を入射角θa によって表すことができる。
三角形DFG において、θ＋θ2 ＝60°（直角三角形ADJ と直角三角形GFJ とは相似）、
よって、θ＝60°−θ2   ・・・  (4) 
(4) 式に(3) 式を代入して、
θ＝60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin (60°−θa)｝、
θ＝θ’（辺DFと辺KIとは平行）より、
即ち、θ’＝60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin (60°−θa)｝  ・・・  (5) 
【００１７】
続いて、ｙ’（辺FI）を入射角θa によって表すことができる。
直角三角形FKL において、γ＝αsin θa   ・・・  (6) 
また、δ2 ＝γ／tan θa   ・・・  (7) 
直角三角形KBL において、δ1 ＝γ／tan 30°  ・・・  (8) 
直角三角形ABF において、ｘ’cos 30°＝δ1 ＋δ2   ・・・  (9) 
(9) 式に(7) 式と(8) 式とを代入して、
ｘ’cos 30°＝γ｛( １／tan 30°) ＋( １／tan θa)｝
さらに、(6) 式を代入して、
α＝ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝  ・・・  (10)
直角三角形FKI において、ｙ’＝αsin θ3 、θ3 ＝θ1 −θ2 、
よって、ｙ’＝αsin(θ1 −θ2)  ・・・  (11)
(11)式に(10)式を代入して、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
【００１８】
従って、直角三角形FHI においてｙ＝ｙ’／sin θ’であるから、(5) 式を代入して、ずれ量ｙはｙ＝ｙ’／sin[60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin( 60°−θa)｝] 、但し、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
となる。
【００１９】
即ち、金属薄膜２への見かけの入射角θa が得られれば、三角プリズム１に対する入射角θ1 は(1) 式θ1 ＝60°−θa により算出でき、屈折角θ2 は(3) 式θ2 ＝arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝により算出でき、空気の屈折率n1、三角プリズム１の屈折率n2及び三角プリズム１の一辺ｘ’は既知であるから、ずれ量ｙを特定することができる。
【００２０】
次に、図１及び図２に図示した金属薄膜が平行ガラス基板に蒸着されていて該平行ガラス基板を三角プリズムに張り合わせた大きさの三角形が図１及び図２に示す三角プリズム１の三角形と同じ大きさになる三角プリズムの一側面に該平行ガラス基板を密着して該三角プリズムに平行光束を照射した場合の光軸の平行ガラス基板での屈折状態と該屈折によって発生した平行ガラス基板内での光軸のずれ量を特定した。図３は三角プリズムを通過して平行ガラス基板に入射した光軸の屈折状態を説明する三角プリズムと平行ガラス基板とからなる表面プラズモン共鳴部の正面図であり、同図において、６は三角プリズム７の一側面に密着された平行ガラス基板であり、被測定物質が接触する側の平行ガラス基板６には金属薄膜２が蒸着されている。従って、三角プリズム７は三角プリズム１から平行ガラス基板６の厚さ分削り取った大きさの三角プリズムとなっている。そして、図１及び図２において光軸４が三角プリズム１の中心３を通るようにずれ量ｙにより調整した光軸５は、平行ガラス基板６内で屈折するために三角プリズム１の中心３に相当する平行ガラス基板６面の中心８を通らないので、平行ガラス基板６内で屈折した光軸５の光線が中心８を通るように光軸５を図３において上方向へ平行移動させた光束の光軸を光軸９にて示し、平行ガラス基板６内での光軸５と光軸９とのずれをずれ量ｙs として表した。
【００２１】
図３において、点Ｍ及びＮは平行ガラス基板６を張り合わせた側の三角プリズム７の各頂点、点Ｏは平行ガラス基板６での光軸５の屈折光線と光軸９の金属薄膜２への入射点（中心８）に立てた法線の延長線との交点、点Ｐは平行ガラス基板６に対する光軸５の入射点、点Ｑは前記法線の延長線と平行ガラス基板６の辺MN（三角プリズム７の一辺MN）との交点、点Ｒは金属薄膜２に対する光軸５の入射点、点Ｓ（中心８）は金属薄膜２に対する光軸９の入射点、点Ｔは断面が矩形に形成された平行ガラス基板６の金属薄膜２を蒸着した面側の一方側頂点、点Ｕは光軸５の入射点Ｒに立てた法線の延長線と辺MNとの交点、点Ｖは光軸５の入射点Ｐに立てた法線の延長線と平行ガラス基板６での光軸９の屈折光線との交点、点Ｗは平行ガラス基板６に対する光軸９の入射点、点Ｘは光軸９の入射点Ｗに立てた法線の延長線と三角プリズム７での光軸５の屈折光線との交点である。そして、平行ガラス基板６の屈折率をn3、三角プリズム７の一辺をｘ、三角プリズム１の一辺ｘ’と三角プリズム７の一辺ｘとの差（辺CM）をｘs 、平行ガラス基板６内での光軸５と光軸９とのずれ量をｙs （辺OS）、該ずれ量ｙs が三角プリズム７内に現れるずれ量をｚs （辺XW）、光軸５の平行ガラス基板６への入射角θに対する平行ガラス基板６内での屈折角をθs 、辺MTをｄ（平行ガラス基板６の厚さ）、辺RS（辺UQ）をｈ、辺PQをｃ、辺PWをｑとした。なお、前記入射角θは図２における金属薄膜２に対する光軸４の入射角θと同じ角度である。
【００２２】
ずれ量ｙs （辺OS）とずれ量ｚs （辺XW）とは屈折角θs 、即ち、金属薄膜２への入射角θs によって表すことができる。
入射角θs （屈折角θs ）は、スネルの法則により、n2sin θ＝n3sin θs 、
よって、θs ＝arcsin｛（n2／n3）sin θ｝  ・・・  (12)
【００２３】
三角プリズム１の一辺ｘ’は三角プリズム７の一辺ｘとｘs （辺CM）とを加えた値であるから、ｘ’＝ｘ＋ｘs   ・・・  (13)
また、直角三角形CMT において、ｘs ＝ｄ／cos 30°  ・・・  (14)
（直角三角形CMT の∠CMT ＝30°、cos 30°＝ｄ／ｘs ）
(14)式を(13)に代入して、
ｘ’＝ｘ＋ｄ／cos 30°  ・・・  (15)
また、直角三角形RPU において、ｈ＝( ｄtan θs)−ｃ  ・・・  (16)
（直角三角形RPU の∠PRU ＝θs 、辺PU＝ｃ＋ｈ、tan θs ＝( ｃ＋ｈ) ／ｄ）
また、直角三角形ORS において、ｙs ＝ｈ／tan θs   ・・・  (17)
（直角三角形ORS の∠SOR ＝θs 、辺RS＝ｈ、tan θs ＝ｈ／ｙs ）
また、直角三角形PQS において、ｃ＝ｄtan θ  ・・・  (18)
（直角三角形PQS の∠PSQ ＝θ、辺PQ＝ｃ、tan θ＝ｃ／ｄ）
(18)式を(16)式に代入して、
ｈ＝ｄtan θs −ｄtan θ  ・・・  (19)
(19)式を(17)式に代入して、
即ち、ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝  ・・・  (20)
【００２４】
続いて、直角三角形PVW において、ｑ＝ｙs tan θs   ・・・  (21)
（直角三角形PVW の∠PVW ＝θs 、tan θs ＝ｑ／ｙs ）
また、直角三角形PWX において、ｚs ＝ｑ／tan θ  ・・・  (22)
（直角三角形PWX の∠PXW ＝θ、辺WX＝ｚs 、tan θ＝ｑ／ｚs ）
(21)式を(22)式に代入して、
即ち、ｚs ＝ｙs tan θs ／tan θ
【００２５】
従って、三角プリズム７内に現れるずれ量ｚs はｚs ＝ｙs tan θs ／tan θ、但し、ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝となる。
【００２６】
即ち、ｄは平行ガラス基板６の厚さで既知、平行ガラス基板６への真の入射角θはθ＝60°−θ2 より算出でき、金属薄膜２への真の入射角θs はθs ＝arcsin｛（n2／n3）sin θ｝により算出でき、三角プリズム７の屈折率n2、平行ガラス基板６の屈折率n3は既知であるから、ずれ量ｚs を特定することができる。
【００２７】
これにより、三角プリズム７により屈折し、平行ガラス基板６により屈折した光束の光軸４と平行ガラス基板６の中心８とのずれは、三角プリズム７によるずれを調整すために光軸４を三角プリズム７内においてずれ量ｙ、即ち、
ｙ＝ｙ’／sin[60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin( 60°−θa)｝] 、但し、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
移動させれば、解消でき、平行ガラス基板６によるずれを調整するために光軸５を平行ガラス基板６内においてずれ量ｙs 、即ち、該ずれ量ｙs が三角プリズム７内において現れるずれ量ｚs 、即ち、
ｚs ＝ｙs tan θs ／tan θ、但し、
ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝
移動させれば、解消できる。
【００２８】
次に、光軸４が点Ｓを通るように該光軸４を三角プリズム７内においてずれ量ｙ移動させると共に、ずれ量ｚs 移動させて点Ｓを通る光軸９の位置へ位置付けるための表面プラズモン共鳴部の移動量を特定した。図４は図３に図示する表面プラズモン共鳴部の移動量を説明する説明図であり、同図において、点Ｚは光軸９の入射点Ｗに立てた法線の延長線と三角プリズム７での光軸４の屈折光線との交点、点(a) は図２に図示する入射点Ｋに相当する三角プリズム７に対する光軸４の入射点、点(b) は三角プリズム７に対する光軸９の入射点、点(c) は入射点(a) から辺MNに下ろした垂線と光軸９の屈折光線との交点、点(d) は入射点(b) から辺MNに下ろした垂線の延長線と光軸４との交点、点(e) は入射点(a) から辺(b) (d) に下ろした垂線と該辺(b) (d) との交点、点(f) は入射点(b) から辺(a) (c) に下ろした垂線と該辺(a) (c) との交点である。また、辺WXはずれ量ｚs 、辺XZはずれ量ｙであるから、三角プリズム７内において光軸４を光軸９の位置へ位置付けるためのずれ量をｚs ＋ｙ＝Ｙ（辺WZ）として表し、光軸４のずれ量Ｙを調整するために必要な表面プラズモン共鳴部の移動量をξ（辺(b) (d) ）として表した。即ち、ξは光軸４を平行ガラス基板６の点Ｓ（中心８）へ一致させる表面プラズモン共鳴部の図４における下向きを正とする移動量である。そして、辺(b) (e) をξ1 、辺(d) (e) をξ2 、辺(b) (f) をλ1 、辺(a) (b) をλ2 、辺(c) (f) をλ3 、辺(a) (f) をλ4 、辺(b) (c) をλ5 、辺(a) (e) をλ6 、辺(a) (d) をλ7 とした。
【００２９】
移動量ξ（辺(b) (d) ）とＹとの関係について考察した。
辺WZ＝辺(a) (c) 、即ち、辺(a) (c) ＝Ｙ、よって、Ｙ＝λ3 ＋λ4 
直角三角形(b) (c) (f) において、λ3 ＝λ1 ／tan θ  ・・・  (23)
（∠(b) (c) (f) ＝θ、tan θ＝λ1 ／λ3 ）
直角三角形(a) (b) (f) において、λ1 ＝λ2 ／２  ・・・  (24)
（∠(b) (a) (f) ＝30°、sin30 °＝λ1 ／λ2 ）
また、cos30 °＝λ4 ／λ2 、即ち、λ4 ＝λ2(√３) ／２  ・・・  (25)
(24)式を(23)式に代入して、λ3 ＝λ2 ／２tan θ  ・・・  (26)
(25)式と(26)式とをＹ＝λ3 ＋λ4 に代入して、
Ｙ＝λ2 ｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝
即ち、λ2 ＝Ｙ／｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝
【００３０】
続いて、直角三角形(a) (b) (f) と直角三角形(a) (b) (e) において、λ4 ＝ξ1 、
該式に(25)式を代入して、
ξ1 ＝λ2 ( √３) ／２  ・・・  (27)
直角三角形(a) (d) (e) において、λ6 ＝λ7 sin θa   ・・・  (28)
（∠(a) (d) (e) ＝θa 、sin θa ＝λ6 ／λ7 ）
また、cos θa ＝ξ2 ／λ7 、即ち、ξ2 ＝λ7 cos θa   ・・・  (29)
直角三角形(a) (b) (e) において、λ6 ＝λ2 ／２  ・・・  (30)
（∠(a) (b) (e) ＝30°、sin30 °＝λ6 ／λ2 ）
(30)式を(28)式に代入して、λ7 ＝λ2 ／２sin θa   ・・・  (31)
(31)式を(29)式に代入して、ξ2 ＝λ2 ／２tan θa   ・・・  (32)
【００３１】
従って、ξ＝ξ1 ＋ξ2 であるから、該式に(27)式と(32)式とを代入して、
即ち、移動量ξはξ＝( λ2 ／２) ｛( √３) ＋１／tan θa ｝、但し、
λ2 ＝Ｙ／｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝、Ｙ＝ｙ＋ｚs である。
【００３２】
即ち、移動量ξは、ξ＝( λ2 ／２) ｛( √３) ＋１／tan θa ｝と、
λ2 ＝Ｙ／｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝と、
Ｙ＝ｙ＋ｚs と、
ｙ＝ｙ’／sin[60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin( 60°−θa)｝] と、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
、及び、ｘ’＝ｘ＋ｄ／cos 30°と、
ｚs ＝ｙs tan θs ／tan θと、
ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝
とにより得ることができ、三角プリズム７の一辺ｘ、平行ガラス基板６の厚さｄ、空気の屈折率n1、三角プリズム７の屈折率n2及び平行ガラス基板６の屈折率n3はそれぞれ既知であり、金属薄膜２への見かけの入射角θa は測定することができ、三角プリズム７に対する入射角θ1 はθ1 ＝60°−θa により算出することができ、入射角θ1 に対する屈折角θ2 はθ2 ＝arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝により算出することができ、平行ガラス基板６への真の入射角θはθ＝60°−arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝により算出することができ、入射角θに対する屈折角θs はθs ＝arcsin｛（n2／n3）sin θ｝により算出することができるから、入射角θa を測定することにより、容易に移動量ξを特定できることを確認した。
【００３３】
従って、図４において、金属薄膜２における点Ｓの位置が中心となるように被測定物質11を金属薄膜２面に接触させ、Ｓ点が金属薄膜２に対する光軸４の見かけの入射角における入射点となるように平行光束14を表面プラズモン共鳴部へ照射したときの光軸４の屈折光線が金属薄膜２に到達する位置、即ち、金属薄膜２に対する光軸４の屈折光線の真の入射点と点Ｓとのずれを解消するには（光軸４を光軸９の位置へ移動させるには）、見かけの入射点に立てた法線の方向へ表面プラズモン共鳴部を移動量ξだけ移動させればよい。移動量ξは、前記Ｓ点と表面プラズモン共鳴部より屈折した光軸４の屈折光線の入射点とによって現れるずれをＳ点に立てた法線方向への移動によって解消できる量である。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
前記技術的課題は、次の通りの本発明によって解決できる。
【００３５】
即ち、本発明に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置は、被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部とを備えてなり、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときの当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させた後、前記反射光束を前記第二光学系受光部にて受光するものである。
【００３６】
また、本発明に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置は、被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部と、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出する角度検出手段と、前記見かけの入射角に基づき前記往復駆動部を駆動させて前記表面プラズモン共鳴部を往復動させる制御をする制御部とを備えてなるイメージング表面プラズモン共鳴装置であって、前記制御部が、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときに前記角度検出手段より得られた当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させるものである。
【００３７】
また、本発明に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置は、被測定物質が接触する金属薄膜を片面に形成した平行ガラス基板を三角プリズムの一側面に密着させてなる表面プラズモン共鳴部と、前記平行ガラス基板に並設されて前記被測定物質を前記金属薄膜面に供給する被測定物質供給部と、前記三角プリズムの一方側面から平行ガラス基板の金属薄膜へｐ偏光平行光束を照射する第一光学系照射部と、前記金属薄膜によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束を三角プリズムの他方側面から受光する第二光学系受光部と、前記第一光学系照射部と前記第二光学系受光部とを前記表面プラズモン共鳴部を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部と、前記第一光学系照射部からの距離と前記第二光学系受光部からの距離とを等距離に保持した状態で前記表面プラズモン共鳴部を往復動作させる往復駆動部と、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出する角度検出手段と、前記見かけの入射角に基づき前記往復駆動部を駆動させて前記表面プラズモン共鳴部を往復動させる制御をする制御部とを備えてなるイメージング表面プラズモン共鳴装置であって、前記制御部が、前記第一光学系照射部から照射されるｐ偏光平行光束の光軸が前記表面プラズモン共鳴部を直進して前記金属薄膜に達する見かけの入射点と前記第一光学系照射部の公転の中心とが重なっているときに前記角度検出手段より得られた当該見かけの入射点における見かけの入射角に基づき、前記表面プラズモン共鳴部によって屈折した光軸の前記金属薄膜に対する真の入射点と当該見かけの入射点とのずれを解消する前記表面プラズモン共鳴部の移動量を得て、前記往復駆動部を駆動させて該移動量だけ前記表面プラズモン共鳴部を移動させるものである。
【００３８】
また、本発明は、被測定物質供給部を備えた前記イメージング表面プラズモン共鳴装置において、被測定物質供給部が、平行ガラス基板に密着して金属薄膜を含む広さの六角形状堰により形成された六角セル部と該六角セル部の相対する隅部近傍にそれぞれ被測定物質を該六角セル部に供給する供給口と該六角セル部内の被測定物質を排出する排出口とを設けてなるセルブロックから構成されているものである。
【００３９】
さらに、本発明は、被測定物質供給部を備えた前記イメージング表面プラズモン共鳴装置において、被測定物質供給部が、平行ガラス基板に密着して金属薄膜を含む広さの六角形状堰により形成された六角セル部と該六角セル部の相対する隅部近傍にそれぞれ被測定物質を該六角セル部に供給する供給口と該六角セル部内の被測定物質を排出する排出口とを設けてなるセルブロックと、外周を螺旋状に走る溝型流路を形成した円柱部と該円柱部に密着して外設した筒部とからなる温度調節ブロックとによって構成されていて被測定物質を温度調節ブロックの溝型流路を通過させて前記セルブロックの供給口から前記六角セル部に送り込むようになっているものである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、平行光束の金属薄膜に対する見かけの入射角を検出して該入射角に基づき平行光束の光軸と当該金属薄膜に接触した被測定物質の中心との間のずれを解消できる移動量を算出し、該移動量に基づき表面プラズモン共鳴部を移動させて屈折率によるずれを調整しているから、平行光束の照射角度が大きく変化しても屈折率によるずれを解消して異なる照射角度における反射光の強度を測定できるイメージング表面プラズモン共鳴装置を提供することができる。
【００４１】
従って、本発明の産業上利用性は非常に高いといえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００４３】
実施の形態１．
【００４４】
図５は本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置の構成を説明する正面図、図６は図５に図示する公転駆動部のギヤ系を示す一部省略縦断面図、図７は図５に図示する表面プラズモン共鳴部を示す正面図、図８は図５に図示する往復駆動部を示す側面図、図９は図７に図示する被測定物質供給部におけるセルブロックの底面図、図１０はセルブロックの縦断面図、図１１はセルブロックの側面図、図１２は図７に図示する被測定物質供給部における温度調節ブロックの筒部を縦断面にて示す温度調節ブロックの側面図、図１３は温度調節ブロックの平面図、図１４は本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置の制御を説明するブロック図、図１５は本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置を制御する位置調整プログラムを説明するフローチャート図、図１６は図１５に図示する位置調整プログラムの説明図であり、これらの図において、図１〜図４と同一符号は同一又は相当部分を示し、10はイメージング表面プラズモン共鳴装置（以下、「イメージングＳＰＲ装置」ともいう。）であり、該イメージングＳＰＲ装置10は、図５に示すように、被測定物質11を接触させる金属薄膜２を片面に形成した平行ガラス基板６を三角プリズム７の一側面に密着した表面プラズモン共鳴部12と、平行ガラス基板６に並設されて被測定物質11を前記金属薄膜面２に供給する被測定物質供給部13と、三角プリズム７の一方側面から平行ガラス基板６の金属薄膜２へｐ偏光平行光束14を照射する第一光学系照射部（以下、「照射部」という。）15と、金属薄膜２によって反射された表面プラズモン共鳴後の反射光束16を三角プリズム７の他方側面から受光する第二光学系受光部（以下、「受光部」という。）17と、照射部15と受光部17とを表面プラズモン共鳴部12に対してそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させる公転駆動部18と、照射部15からの距離と受光部17からの距離とを等距離に保持した状態で表面プラズモン共鳴部12を往復動作させる往復駆動部19と、照射部15から照射されるｐ偏光平行光束14の金属薄膜２に対する見かけの入射角を検出する角度検出手段20と、照射部15の上側の基準の公転位置を検出する上側公転検出センサー21と、照射部15の下側の基準の公転位置を検出する下側公転検出センサー22と、表面プラズモン共鳴部12の上側の基準の昇降位置を検出する上側昇降検出センサー23と、表面プラズモン共鳴部12の下側の基準の昇降位置を検出する下側昇降検出センサー24と、角度検出手段20からの回転角信号を受けて見かけの入射角に基づき往復駆動部19を駆動させて表面プラズモン共鳴部12を往復動（上下動）させる制御をする制御部25とを備えている。
【００４５】
そして、前記照射部15の光学系は、光源26と該光源26からの光線を平行光にする第一レンズ27と該第一レンズ27からの平行光を偏光する偏光子28と偏光後のｐ偏光平行光を集光する第二レンズ29と該第二レンズ29の集光位置に配置されたピンホール30と該ピンホール30を通過した光を平行光にする第三レンズ31とｐ偏光平行光束14の出口に配置されたバンドパスフィルタ32とから構成されており、前記受光部17は表面プラズモン共鳴後の反射光束16を集光する第四レンズ33と該第四レンズ33からの光を平行光にする第五レンズ34と当該平行光を投影するCCD カメラ35とから構成されている。
【００４６】
前記公転駆動部18は、図６に示すように、モータ36と、該モータ36の回転を照射部15と受光部17とに伝達して照射部15と受光部17とを表面プラズモン共鳴部12を挟んでそれぞれ同一角度で反対方向へ公転させるギア系とからなり、モータ36はイメージングＳＰＲ装置10の台座37に立設された支持壁板38に固定され、モータ36の回転を伝達する回転軸39が支持壁板38と該支持壁板38に対して間隔を設けて平行に立設された中壁板40と該中壁板40に対して間隔を設けて平行に立設された表壁板41とを回動自在に貫通して横設されている。また、モータ36の下方位置における支持壁板38には角度検出手段20が固定されており、該角度検出手段20にはモータ36の回転を該角度検出手段20に伝達するための伝達シャフト42が軸着されて支持壁板38と中壁板40と表壁板41とを回動自在に貫通してモータ36の回転軸39に対して平行に横設されている。
【００４７】
前記ギア系は、支持壁板38と中壁板40との間に位置付けて回転軸39に軸着されたタイミングプーリ43と、該タイミングプーリ43の回転を双方に掛け渡したタイミングベルト44を介して同一回転方向で伝達シャフト42に伝達する該伝達シャフト42に軸着された受側タイミングプーリ45と、回転軸39に遊嵌状態で挿着されて中壁板40と表壁板41とを回動自在に貫通して横設された反転中空シャフト46と、中壁板40と表壁板41との間に位置付けて伝達シャフト42に軸着されたギヤ47と、該ギヤ47に噛合して反転中空シャフト46に軸着された反転ギヤ48とから構成されている。
【００４８】
そして、中壁板40を貫通して突出した反転中空シャフト46の後端部には該反転中空シャフト46の抜け止め用リング状ストッパー49が設けられ、表壁板41を貫通して突出した先端部にはブラケット50を介して受光部17を固定する受光部側支持アーム51が垂設状態で固着され、反転中空シャフト46から突出した回転軸39の先端部にはブラケット52を介して照射部15を固定する照射部側支持アーム53が垂設状態で固着され、これにより、受光部側支持アーム51と照射部側支持アーム53とは回転軸39を中心として同一角度で反対方向へ回る時計の針様に設けられており、照射部15と受光部17とが同じ位置に配置されるように受光部側のブラケット50を照射部側のブラケット52より長く突出させて設け、照射部15と受光部17とは、ギヤ系の歯数により回転軸39を中心としてそれぞれ同一角度で反対方向へ公転するようになっている。また、前記上側公転検出センサー21と前記下側公転検出センサー22とは照射部側支持アーム53を検知できるように当該照射部15の公転軌跡上の表壁板41に固定されている。
【００４９】
前記表面プラズモン共鳴部12には、図７に示すように、三角プリズム７を同図において前後の両側から挟んで保持する保持板54が設けられており、該保持板54の上部には平行ガラス基板６を囲んで嵌めた支持台55が設置され、上方から前記被測定物質供給部13が圧接され、保持板54の下部には連結軸56が鉛直下向きに立設されている。
【００５０】
前記往復駆動部19は、図８に示すように、進退軸57を上向きにして台座37に固定した直動モータ58と、進退軸57に対して平行に直動モータ58に並設されたガイドレール59と、該ガイドレール59に摺動自在に取り付けられた倒立Ｌ型昇降部60とから構成され、該倒立Ｌ型昇降部60の下部に当たる足部には前記ガイドレール59を摺動自在に把持するガイド受け60a が設けられ、上部に当たる横向頭部60b は進退軸57に軸着されて該進退軸57は横向頭部60b を介してさらに前記連結軸56に螺着されている。また、前記ガイドレール59には前記表面プラズモン共鳴部12における金属薄膜２が形成されている平行ガラス基板６面の中心位置（図４においてＳ点、即ち中心８）が前記回転軸39の中心に位置付けられる高さ位置に上側昇降検出センサー23が取り付けられ、該上側昇降検出センサー23の下方位置のガイドレール59には昇降の下限の位置を検知する下側昇降検出センサー24が取り付けられ、倒立Ｌ型昇降部60の前記ガイド受け60a には上側昇降検出センサー23と下側昇降検出センサー24とを遮る遮蔽板61が取り付けられている。
【００５１】
前記連結軸56は回転軸39を通る鉛直線と一致するように位置付けられ、前記ギヤ系の構成により、回転軸39を中心として同一角度で反対方向へ公転する照射部15と受光部17とは表面プラズモン共鳴部12を挟んで反対方向へ同じ幅で移動し、表面プラズモン共鳴部12は照射部15と受光部17とに対して等距離を保持して上下動するようになっている。
【００５２】
前記被測定物質供給部13は、図７に示すように、平行ガラス基板６に密着して金属薄膜２へ被測定物質11を供給するセルブロック62と、被測定物質11の温度を一定にしてセルブロック62へ供給する温度調節ブロック63とから構成されている。そして、セルブロック62は、図９〜図１１に示すように、平行ガラス基板６に密着して金属薄膜２を含む広さの弾性を有する六角形状堰64により形成された六角セル部65と、六角セル部65の相対する隅部近傍にそれぞれ設けられた被測定物質11を六角セル部65に供給する供給口66及び六角セル部65内の被測定物質11を排出する排出口67と、六角セル部65内の被測定物質11を一定温度に保持するペルチェ素子部68とから構成され、温度調節ブロック63は、図１２及び図１３に示すように、外周を螺旋状に下向きに走る溝型流路69を形成した円柱部70と、円柱部70に密着して外設した筒部71と、円柱部70に密着させて筒部71を上下から挟むように設けた上・下ペルチェ素子部72，73と、被測定物質11を溝型流路69に注ぐ注入口74と、温度調節ブロック63にて一定温度になった被測定物質11をセルブロック62の供給口66へ排出する排出口75とから構成されており、被測定物質11を温度調節ブロック63の溝型流路69に通してセルブロック62の供給口66から六角セル部65に送り込むようになっている。これにより、測定後の被測定物質11は排出口67を通って六角セル部65から排出されるが、供給口66と排出口67とは六角セル部65の六角形の相対する隅部に開口しているので六角セル部65内の被測定物質11を排出するために供給口66から次の被測定物質或いは洗浄液を供給すれば、該液が扇形に広がるように六角セル部65内に進入して幅寄状態で測定済の被測定物質11を押し出すので、測定済被測定物質11を六角セル部65内に残すことなく排出することができる。なお、温度調節ブロック63の外周には放熱フィン76（図７参照）が形成されている。
【００５３】
前記制御部25は、後述する位置調整プログラム（図１５参照）を記憶させた記憶部77と該記憶部77に記憶された位置調整プログラムを読み出して実行する演算部78とを含んで構成されており、図１４に示すように、公転駆動部18を駆動・停止させ、上側公転検出センサー21から出力される照射部側支持アーム53を検知した基準位置信号を受信し、下側公転検出センサー22から出力される照射部側支持アーム53を検知した下側公転位置信号を受信し、基準位置信号を受信することにより、回転軸39の中心（公転の中心）を金属薄膜２に位置付けて入射点とした場合の該入射点に対する上側公転検出センサー21の位置が示す角度にこのときの角度検出手段20の回転角信号を対応させて基準の見かけの入射角として演算部78に設けられた基準位置回転角信号メモリー（図示せず。）へ記憶させ、公転駆動部18の駆動中に基準位置信号と回転角信号とに基づき照射部15の公転位置をリアルタイムで監視して所定の見かけの入射角位置で公転駆動部18を停止させ、往復駆動部19を駆動・停止させ、上・下側昇降検出センサー23，24から出力される遮蔽板61を検知した上・下側昇降位置信号を受信して往復駆動部19を停止させ、往復駆動部19の駆動中に上側昇降位置信号と往復駆動部19から出力される進退位置信号とに基づき表面プラズモン共鳴部12の高さ位置をリアルタイムで監視して所定位置で往復駆動部19を停止させ、CCD カメラ35より画像を取り込む制御をしている。なお、図１４において入出力インターフェースは省略されている。
【００５４】
前記演算部78では、前記角度検出手段20から得られる見かけの入射角θa に基づき、図１〜図４に示すように、三角プリズム１により屈折したｐ偏光平行光束14の光軸４が金属薄膜２に到達する位置と金属薄膜２の中心（三角プリズム１面の中心３、即ち、点Ｆ）とを一致させるための表面プラズモン共鳴部12の往復動方向における第一ずれ量ｙと平行ガラス基板６により屈折したｐ偏光平行光束14の光軸５が金属薄膜２に到達する位置と金属薄膜２の中心（平行ガラス基板６面の中心８、即ち、点Ｓ）とを一致させるための表面プラズモン共鳴部12の往復動方向における第二ずれ量ｚs とを、
三角プリズム７に対する入射角θ1 ＝60°−θa と、
入射角θ1 に対する屈折角θ2 ＝arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝と、
平行ガラス基板６への真の入射角θ＝60°−arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝と、入射角θに対する屈折角θs ＝arcsin｛（n2／n3）sin θ｝とを算出して、
第一算出手段、
即ち、ｙ＝ｙ’／sin[60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin( 60°−θa)｝] と、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
、及び、ｘ’＝ｘ＋ｄ／cos 30°と、
ｚs ＝ｙs tan θs ／tan θと、
ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝とにより演算すると共に、
三角プリズム７により屈折すると共に平行ガラス基板６により屈折することによって発生する金属薄膜２に対する光軸４の入射点と金属薄膜２に接触した被測定物質11の中心とのずれを解消できる表面プラズモン共鳴部12の移動量ξを第一ずれ量ｙと第二ずれ量ｚs とからずれ量Ｙ＝ｙ＋ｚs を算出して、第二算出手段、
即ち、λ2 ＝Ｙ／｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝と
移動量ξ＝( λ2 ／２) ｛( √３) ＋１／tan θa ｝とにより演算している。
【００５５】
そして、制御部25では、演算部78にて得られた移動量ξに基づき、往復駆動部19を駆動させて表面プラズモン共鳴部12をξだけ移動させる制御をしている。なお、記憶部77に記録されている三角プリズム７の一辺ｘ、平行ガラス基板６の厚さｄ、空気の屈折率n1、三角プリズム７の屈折率n2及び平行ガラス基板６の屈折率n3の値は入力手段等により、当該制御部25へ入力される。
【００５６】
次に、動作について説明する。
【００５７】
表面プラズモン共鳴部12と被測定物質供給部13と照射部15とは、表面プラズモン共鳴部12の金属薄膜２が回転軸39の中心の高さ位置に位置付けられているときに照射部15から照射されるｐ偏光平行光束14の光軸４の見かけの光軸が六角セル部65内における金属薄膜２の中心、即ち、六角セル部65の中央位置に到達するように調節されている。従って、この位置が被測定物質11の中心に一致し、公転の中心に被測定物質11の中心が位置付けられる。
【００５８】
先ず、温度調節ブロック63の注入口74より被測定物質11を注入する。細い螺旋状に形成された溝型流路69を通過した被測定物質11は排出口75を介して一定温度でセルブロック62の供給口66から六角セル部65内へ供給される。
【００５９】
次いで、図１５に示す位置調整プログラムを実行すれば、制御部（例えば、パーソナルコンピュータ）25の図示しないキーボード等の入力手段により入力して記憶部（例えば、ハードディスク）77の定数記録エリア（図示せず。）に格納されている空気の屈折率n1と、三角プリズム７の屈折率n2と、平行ガラス基板６の屈折率n3と、三角プリズム７の一辺ｘと、平行ガラス基板６の厚さｄと、被測定物質11における画像の取り込みを行う測定開始の金属薄膜２に対する見かけの入射角φi ，測定終了の見かけの入射角φt 及び測定角度間隔Δφとを演算部78に読み込む（ステップｓ１）。次いで、公転駆動部18を駆動させ、図１６に示すように、回転軸39を中心として照射部15を同図において上方向へ右回りで公転させると共に、同時に受光部17を同一角度で反対方向の左回り上方向に公転させ、照射部15の上側の基準の公転位置（例えば、回転軸39の中心（公転の中心）79を通る鉛直線80に対して90°の位置）に設けられた上側公転検出センサー21から出力される基準位置信号を受信することにより、このときに角度検出手段20から入力された回転角信号を上側の基準の公転位置角度（90°）と対応させて見かけの基準入射角ω1 として演算部78に記憶させ、続いて、往復駆動部19を駆動させて表面プラズモン共鳴部12を上下動させ、上側昇降検出センサー23からの上側昇降位置信号に基づき該表面プラズモン共鳴部12における平行ガラス基板６と金属薄膜２との境界を前記公転の中心（回転軸39の中心）79に位置付けて表面プラズモン共鳴部12を停止させる（ステップｓ２）。このとき、光軸４の見かけの光軸が六角セル部65内における金属薄膜２の中心に位置付けられる。
【００６０】
続いて、測定する角度の見かけの入射角φi に基づき、前記基準入射角ω1 における照射部15の位置から見かけの入射角φi における照射部15の位置を算出して公転駆動部18を駆動させて照射部15と受光部17とを角度検出手段20からの回転角信号に基づいて公転させ、見かけの入射角φi となる公転位置へ移動させる（ステップｓ３）。
そして、演算部78にて、θa にφi を代入して、
三角プリズム７に対する入射角θ1 ＝60°−θa と、
入射角θ1 に対する屈折角θ2 ＝arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝と、
平行ガラス基板６への真の入射角θ＝60°−arcsin｛（n1／n2）sin （60°−θa ）｝と、入射角θに対する屈折角θs ＝arcsin｛（n2／n3）sin θ｝とを算出して（ステップｓ４）、第一ずれ量ｙと第二ずれ量ｚs とを位置調整プログラムの第一算出手段：
ｙ＝ｙ’／sin[60°−arcsin｛(n1 ／n2)sin( 60°−θa ｝] と、
ｙ’＝[ ｘ’cos 30°／｛(sinθa ／tan 30°) ＋cos θa ｝]sin (θ1 −θ2)
、及び、ｘ’＝ｘ＋ｄ／cos 30°と、
ｚs ＝ｙs tan θs ／tan θと、
ｙs ＝ｄ｛１−(tanθ／tan θs)｝とにより計算し（ステップｓ５）、
表面プラズモン共鳴部12の移動量ξを位置調整プログラムの第二算出手段：
Ｙ＝ｙ＋ｚs と、
λ2 ＝Ｙ／｛( １／２tan θ) ＋( √３) ／２｝と、
ξ＝( λ2 ／２) ｛( √３) ＋１／tan θa ｝とにより計算し（ステッスｓ６）、当該移動量ξに基づき、往復駆動部19を駆動させて表面プラズモン共鳴部12をξだけ移動させ（ステップｓ７）、この後、CCD カメラ35より画像を取り込む（ステップｓ８）。
【００６１】
次に、見かけの入射角φi をφi ＋Δφとして、見かけの入射角がφt を越えているか否かを判断し、越えていなければ往復駆動部19を駆動させて表面プラズモン共鳴部12における被測定物質11の中心を公転の中心79に対応させて位置付けて表面プラズモン共鳴部12を停止させ（ステップｓ９）、前記ステップｓ３ヘシャンプしてステップｓ３〜ステップｓ８を実行する。ステップｓ９において入射角φi が見かけの入射角φt 越えていれば終了する。
【００６２】
これにより、ｐ偏光平行光束14の屈折によって起こるずれに相当する量だけ表面プラズモン共鳴部12を移動すればよいから、表面プラズモン共鳴部12の少量の移動で広い角度範囲の照射角度における表面プラズモン共鳴像を得ることができる。
【００６３】
本実施の形態によれば、表面プラズモン共鳴部12に平行光束14の外周付近にある光線においても光軸と平行に屈折する三角プリズムを採用し、平行光束14の金属薄膜２に対する見かけの入射角を検出して該入射角に基づき平行光束14の光軸４と当該金属薄膜２に接触した被測定物質11の中心（見かけの入射点）との間のずれを解消できる移動量ξを算出して該移動量ξに基づき表面プラズモン共鳴部12を移動させて屈折率によるずれを調整しているので、平行光束14の照射角度が大きく変化しても屈折率によるずれを解消して異なる照射角度における反射光の強度を測定することができる。
【００６４】
なお、本実施の形態において、公転駆動部18は一台のモータを使用して回転軸39を中心として照射部側支持アーム53と受光部側支持アーム51とを互いに反対方向へ同じ角度で角回転させて照射部15と受光部17とが互いに反対方向へ公転するようにギヤ系を構成したが、照射部15と受光部17とにそれぞれモータを使用して互いに反対方向へ公転するようにギヤ系を構成してもよい。また、表面プラズモン共鳴部12の昇降動作は直動モータ58により実現しているが、照射部15と受光部17との公転運動に同期させたカムによっても表面プラズモン共鳴部12の昇降動作を実現でき、昇降位置は、カムの回転軸に連結したエンコーダや表面プラズモン共鳴部12の上下動を検知するセンサー等により検出すればよい。
【００６５】
照射部15において、光源26にはLED ，SLD ，LD，ハロゲンランプ，アークランプ等を使用すればよい。赤外域に発光量の高い光源を用いるほどCCD カメラ35にてコントラストの高い表面プラズモン共鳴像を得ることができる。また、光にムラが生じた場合には第一レンズ27と偏光子28との間に拡散板を挿入してムラを解消させればよく、光量が少なくなった場合には、拡散板を第二レンズ29とピンホール30との間のピンホール30近くに挿入すると共に、偏光子28をピンホール30以降の光軸上に配置することにより、より高い光量のｐ偏光平行光束14を得ることができる。また、光源26としてSLD やLD等の干渉性の高い光源を用いた場合においてCCD カメラ35により得られた観測像上に干渉縞や回折縞がノイズとして重畳したときには前記配置した拡散板を回転させれば、光の可干渉長を短くすることができるので、ノイズを解消することができる。また、ピンホール30のホールのサイズを小さくすればする程、第三レンズ31の焦点距離を長くすればする程、平行で且つ強度にムラのない均一なｐ偏光平行光束14を得ることができる。さらに、受光部17においてもバンドパスフィルタを挿着すれば外光の影響を抑制できる。
【００６６】
また、フローセルとして六角セル部65を設けているので、反応を見たい被測定物質11を送液しながら表面プラズモン共鳴測定を行うことができるので、反応速度に関する情報を計測により得ることができ、送液物が細胞の懸濁液であれば、予めアレイ化された抗体との反応を表面プラズモン共鳴測定することにより、細胞の表面抗原をスクリーニングすることができる。また、反応液を層流状態で送液できるので、精密な速度論的計測を実施することができる。また、六角セル部65の形成は、弾性Ｏリングをセルブロック62の下面に形成した六角形状の溝に押し込むことによって形成してもよい。この方法によれば、弾性Ｏリングの太さを変えることによりフローセルのギャップを自由に変更することができる。また、六角セル部65はペルチェ素子により温度が制御されているので、セルの温度を一定に保つことができる。さらに、被測定物質11は溝型流路69を通すようになっているので、高い精度で反応液を温度制御することができる。なお、溝型流路69は耐薬品性及び不活性を付与するために不活性高分子によりコーディングすればよい。
【００６７】
さらに、上側公転検出センサー21の位置は、この位置の公転角度を特定できれば、照射部15の公転角度、即ち、見かけの入射角を特定できるので、どの位置でもよく、例えば、60°の角度位置でもよい。下側公転検出センサー22の位置は、照射部15と受光部17とが接触しない位置であればよく、下側昇降検出センサー24の位置は、直動モータ58の引き込み限界値以内の位置であればよい。
【００６８】
実施の形態２．
【００６９】
図１７は本実施の形態における位置調整プログラムを説明するフローチャート図であり、本実施の形態は、前記実施の形態１の位置調整プログラムにおける測定する見かけの入射角φi と測定終了の見かけの入射角φt とを入力する代わりに測定する真の入射角と測定終了の真の入射角とを入力する変形例である。
【００７０】
位置調整プログラムは、図１７に示すように、空気の屈折率n1と、三角プリズム７の屈折率n2と、平行ガラス基板６の屈折率n3と、三角プリズム７の一辺ｘと、平行ガラス基板６の厚さｄと、被測定物質11における画像の取り込みを行う測定開始の金属薄膜２に対する真の入射角σi ，測定終了の真の入射角σt 及び測定角度間隔Δφとを演算部78に読み込み（ステップｓ１１）、次いで、前記実施の形態１の位置調整プログラムにおけるステップｓ２と同じ制御を実行し（ステップｓ２）、この後、当該真の入射角σi 、測定終了の真の入射角σt より式θa ＝60°−arcsin｛（n2／n1）sin （60°−θ）｝と式θ＝arcsin｛（n3／n2）sin θs ｝とを用いてθs にσi ，σt を代入して見かけの入射角φi ，測定終了の見かけの入射角φt とを算出し（ステップｓ１２）、続いて、前記実施の形態１の位置調整プログラムにおけるステップｓ３〜ステップｓ９を実行する。
【００７１】
本実施の形態によれば、真の入射角θを見かけの入射角θa に変換できるので、前記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
平行光束の照射角度が大きく変化しても屈折率によるずれを解消して異なる照射角度における反射光の強度を測定できるから、表面プラズモンと共鳴する入射光の角度が大きく異なる被測定物質を複数含む試料を測定できるイメージング表面プラズモン共鳴装置として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】三角プリズムに入射した光軸の屈折状態を説明する三角プリズムからなる表面プラズモン共鳴部の正面図である。
【図２】三角プリズムに入射した光軸の屈折状態を説明する三角プリズムからなる表面プラズモン共鳴部の正面図である。
【図３】三角プリズムを通過して平行ガラス基板に入射した光軸の屈折状態を説明する三角プリズムと平行ガラス基板とからなる表面プラズモン共鳴部の正面図である。
【図４】図３に図示する表面プラズモン共鳴部の移動量を説明する説明図である。
【図５】本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置の構成を説明する正面図である。
【図６】図５に図示する公転駆動部のギヤ系を示す一部省略縦断面図である。
【図７】図５に図示する表面プラズモン共鳴部を示す正面図である。
【図８】図５に図示する往復駆動部を示す側面図である。
【図９】図７に図示する被測定物質供給部におけるセルブロックの底面図である。
【図１０】セルブロックの縦断面図である。
【図１１】セルブロックの側面図である。
【図１２】図７に図示する被測定物質供給部における温度調節ブロックの筒部を縦断面にて示す温度調節ブロックの側面図である。
【図１３】温度調節ブロックの平面図である。
【図１４】本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置の制御を説明するブロック図である。
【図１５】本実施の形態に係るイメージング表面プラズモン共鳴装置を制御する位置調整プログラムを説明するフローチャート図である。
【図１６】図１５に図示する位置調整プログラムの説明図である。
【図１７】本実施の形態における位置調整プログラムを説明するフローチャート図である。
【図１８】特開2003-75335号公報に開示されている表面プラズモン共鳴センサ装置を用いて第二光学系から光束を照射する表面プラズモン共鳴センサ装置を説明する正面図である。
【図１９】特開2001-255267 号公報に開示されているイメージング表面プラズモン共鳴装置の正面図である。
【図２０】特開2001-242071 号公報に開示されている表面プラズモン共鳴角顕微鏡における半円柱形プリズムの正面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，７  三角プリズム
２  金属薄膜
３，８  中心
４，５，９  光軸
６  平行ガラス基板
１０  イメージング表面プラズモン共鳴装置
１１  被測定物質
１２  表面プラズモン共鳴部
１３  被測定物質供給部
１４  ｐ偏光平行光束
１５  第一光学系照射部
１６  反射光束
１７  第二光学系受光部
１８  公転駆動部
１９  往復駆動部
２０  角度検出手段
２５  制御部
６２  セルブロック
６３  温度調節ブロック
６５  六角セル部
６９  溝型流路
７９  回転軸の中心
【図１】
2006003282.tif 000003
【図２】
2006003282.tif 000004
【図３】
2006003282.tif 000005
【図４】
2006003282.tif 000006
【図５】
2006003282.tif 000007
【図６】
2006003282.tif 000008
【図７】
2006003282.tif 000009
【図８】
2006003282.tif 000010
【図９】
2006003282.tif 000011
【図１０】
2006003282.tif 000012
【図１１】
2006003282.tif 000013
【図１２】
2006003282.tif 000014
【図１３】
2006003282.tif 000015
【図１４】
2006003282.tif 000016
【図１５】
2006003282.tif 000017
【図１６】
2006003282.tif 000018
【図１７】
2006003282.tif 000019
【図１８】
2006003282.tif 000020
【図１９】
2006003282.tif 000021
【図２０】
2006003282.tif 000022