(57)【要約】  検出装置は、入射面および金属薄膜を形成された面を有するプリズムを含む検出チップを保持するためのチップホルダーと、励起光を出射する光源と、励起光の光軸とチップホルダーとを相対的に回転させる角度調整部と、を有する。角度調整部は、金属薄膜に対する励起光の入射角を走査する際に、走査角度範囲の最小角度のときの入射面に入射する励起光の光軸の延長線と、走査角度範囲の最大角度のときの入射面に入射する励起光の光軸の延長線との交点またはその近傍を中心として、励起光の光軸とチップホルダーとを相対的に回転させる。
2014076926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面および金属薄膜を形成された面を有するプリズムを含む検出チップを装着され、励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射することで、アナライトの存在またはその量を検出する検出装置であって、
前記検出チップを保持するためのチップホルダーと、
前記励起光を出射する光源と、
前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜の所定の位置に所定の角度で照射するために、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる角度調整部と、
を有し、
前記角度調整部は、前記入射面に対する入射角が０°にならず、かつ前記金属薄膜で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲内で、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査し、
前記角度調整部は、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査する際に、前記角度範囲の最小角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線と、前記角度範囲の最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線との交点、または前記交点から前記金属薄膜表面における前記励起光のスポット径の１０％以内の距離に位置する点を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる、
検出装置。
【請求項２】
前記角度調整部は、前記入射面に対する前記励起光の入射角が０°を超え１０°以下となる範囲で、前記励起光の入射角を走査する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記金属薄膜における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、前記プリズム内に入射した前記励起光の光軸と前記入射面の法線との角度が５〜２０°の範囲内である検出チップを装着される、請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記金属薄膜の前記プリズムと対向しない面から出射される光を検出する光検出部をさらに有する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項５】
前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射したときに、前記金属薄膜によって反射された前記励起光を検出する光検出部をさらに有する、請求項１に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面プラズモンを利用してアナライトの存在またはその量を検出する検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前から、表面プラズモンを利用してアナライトの存在またはその量を検出する検出装置が知られている。このような検出装置としては、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance：以下「ＳＰＲ」と略記する）装置および表面プラズモン励起増強蛍光分光（Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy：以下「ＳＰＦＳ」と略記する）装置が知られている。これらの装置は、プリズムと、プリズムの１面に形成された金属薄膜と、金属薄膜上に固定された捕捉体（例えば抗体）とを有する。これらの装置では、プリズムの内部から金属薄膜にレーザー光を照射することで、金属薄膜で表面プラズモンが発生する。これらの装置は、この表面プラズモンを利用してアナライトを検出する。【０００３】
これらの装置では、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して、表面プラズモン共鳴が最大となるときの入射角（以下「共鳴角」という）を決定することが必要である。すなわち、ＳＰＲ装置では、共鳴角のシフト量を測定してアナライトを検出するため、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して共鳴角を決定することが必要である。また、ＳＰＦＳ装置では、最大効率かつ同一エネルギーで蛍光物質を励起するために、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査して共鳴角を決定することが必要である。【０００４】
上記のように金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査する場合は、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることが必要である。ところが、これらの装置では、プリズムを介して金属薄膜に光を照射するため、照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることは容易ではない。そこで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを解消するための手段が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。【０００５】
特許文献１には、三角柱形状のプリズムの１面に形成された金属薄膜にレーザー光を照射して金属薄膜を評価する減衰全反射型薄膜評価装置が開示されている。減衰全反射型薄膜評価装置でも、金属薄膜に対するレーザー光の入射角を走査することが必要である。特許文献１に記載の装置では、レーザー光の光軸とプリズムとを相対的に回転させるだけでなく、さらにレーザー光の光軸とプリズムとを相対的に移動させることで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを防止している。【０００６】
特許文献２には、半円柱形状のプリズムを有するＳＰＲ装置が開示されている。特許文献２に記載の装置では、半円柱の中心軸を回転軸としてレーザー光源を回転させることで、入射角を変えることによる照射スポットの位置ずれを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２８８９０２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５４０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の装置には、複数の駆動機構を設けなければならないため、構成が複雑であり、かつ製造コストが増大するという問題がある。特許文献２に記載の装置には、プリズム表面に対してレーザー光が垂直に入射するため、反射光が光源に戻り、レーザー光の光量や波長などが変化してしまうという問題がある。また、特許文献２に記載の装置には、入射面が曲面であるため、レーザー光線の中央部と周縁部とでプリズム表面に対する入射角が異なるという問題もある。【０００９】
本発明の目的は、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角を変えることができる検出装置であって、単純な構成でかつプリズム表面からの反射光が光源に戻らない検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の一実施の形態に係る検出装置は、入射面および金属薄膜を形成された面を有するプリズムを含む検出チップを装着され、励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜に照射することで、アナライトの存在またはその量を検出する検出装置であって、前記検出チップを保持するためのチップホルダーと、前記励起光を出射する光源と、前記励起光を前記入射面を介して前記金属薄膜の所定の位置に所定の角度で照射するために、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる角度調整部と、を有し、前記角度調整部は、前記入射面に対する入射角が０°にならず、かつ前記金属薄膜で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲内で、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査し、前記角度調整部は、前記金属薄膜に対する前記励起光の入射角を走査する際に、前記角度範囲の最小角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線と、前記角度範囲の最大角度のときの前記入射面に入射する前記励起光の光軸の延長線との交点、または前記交点から前記金属薄膜表面における前記励起光のスポット径の１０％以内の距離に位置する点を中心として、前記励起光の光軸と前記チップホルダーとを相対的に回転させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、簡単な構成で、金属薄膜上の照射スポットの位置を変えずに入射角を変えることができるため、検出感度の高い装置を安価に製造することができる。また、本発明によれば、プリズム表面からの反射光が光源に戻らないため、アナライトの存在またはその量を高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置の構成を示す模式図である。
【図２】検出チップの断面図である。
【図３】実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置におけるチップホルダーの回転中心の位置を説明するためのプリズムの模式図である。
【図５】実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明に係る検出装置であるＳＰＦＳ装置の一実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、ＳＰＦＳ装置の概要について説明する。ＳＰＦＳ装置は、誘電体からなるプリズムと、プリズムの１面に形成された金属薄膜と、金属薄膜のプリズムに対向しない面に固定された捕捉体（例えば抗体）とを有する。サンプル中にアナライトが存在する場合は、この捕捉体にアナライトが捕捉される。捕捉されたアナライトは、蛍光物質で標識されている。プリズムの内部から金属薄膜に臨界角以上の入射角で励起光（レーザー光）を照射すると、エバネッセント波が生じる。このエバネッセント波により、蛍光物質が励起され、蛍光を放出する。ＳＰＦＳ装置は、この蛍光の光量を検出することで、アナライトの存在またはその量を検出する。
【００１６】
図１は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００の構成を示す模式図である。図１に示されるように、ＳＰＦＳ装置１００は、励起光出射部１１０、基台１２０、チップホルダー１３０、回転モーター１４０、光検出部１５０を有する。また、ＳＰＦＳ装置１００は、各駆動部の制御や光検出部１５０における受光量の定量化などを一元的に行う、不図示の制御部も有する。
【００１７】
ＳＰＦＳ装置１００は、チップホルダー１３０に検出チップ１０を装着した状態で使用される。後述するように、検出チップ１０は、入射面２１、成膜面２２および出射面２３を有するプリズム２０と、成膜面２２に形成された金属薄膜３０と、成膜面２２上に配置された流路部材４０とを有する（図２参照）。
【００１８】
励起光出射部１１０は、励起光源としてレーザーダイオード（以下「ＬＤ」と略記する）を有し、チップホルダー１３０に保持された検出チップ１０の入射面２１に向けて励起光α（シングルモードレーザー光）を出射する。より具体的には、励起光出射部１１０は、検出チップ１０に含まれる金属薄膜３０によって励起光αが全反射されるように、金属薄膜３０に対するＰ波のみを入射面２１に向けて出射する。励起光出射部１１０は、ＬＤユニット、第１整波器および整形光学系（いずれも不図示）を有する。
【００１９】
ＬＤユニットは、コリメートされ、かつ波長および光量が一定の励起光αを、金属薄膜３０表面における照射スポットの形状が略円形となるように出射する。ＬＤユニットは、励起光源としてのＬＤと、ＬＤから出射された励起光αをコリメートするコリメーターと、励起光αの光量を一定にするための温度調整回路とを有する。ＬＤから出射される励起光αは、コリメートされてもその輪郭形状が扁平である。このため、金属薄膜３０表面における照射スポットの形状が略円形となるように、ＬＤは所定の姿勢で保持される。また、ＬＤから出射される励起光αの波長および光量は、温度によって変化する。このため、温度調整回路は、コリメートされた後の励起光αから分岐させた光の光量をフォトダイオードなどにより監視し、励起光αの波長および光量が一定となるようにＬＤの温度を調整する。
【００２０】
第１整波器は、第１バンドパスフィルター（以下「ＢＰＦ１」と略記する）および直線偏光フィルター（以下「ＬＰ」と略記する）を含み、ＬＤユニットから出射された光を整波する。ＬＤユニットからの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているため、ＢＰＦ１は、ＬＤユニットからの励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。また、ＬＤユニットからの励起光αは、完全な直線偏光ではないため、ＬＰは、ＬＤユニットからの励起光αを完全な直線偏光の光にする。
【００２１】
整形光学系は、金属薄膜３０表面における照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。整形光学系から出射された励起光αは、検出チップ１０に含まれるプリズム２０に照射される。整形光学系は、例えばスリットやズーム手段などである。
【００２２】
チップホルダー１３０は、励起光出射部１１０から出射された励起光αの光軸に直交する軸を中心として回転可能に基台１２０に保持されている。チップホルダー１３０は、回転モーター１４０と接続されており、回転モーター１４０により回転させられる。回転モーター１４０は、基台１２０に固定されている。チップホルダー１３０および回転モーター１４０は、共同して、励起光αの光軸に対してチップホルダー１３０（および検出チップ１０）を回転させる。すなわち、本実施の形態のＳＰＦＳ装置１００では、チップホルダー１３０および回転モーター１４０は、共同して、励起光αの光軸とチップホルダー１３０とを相対的に回転させる角度調整部として機能する。チップホルダー１３０の回転中心の位置については、後で詳細に説明する。
【００２３】
光検出部１５０は、チップホルダー１３０に保持された検出チップ１０の金属薄膜３０のプリズム２０と対向しない面に対向するように配置されている。より具体的には、光検出部１５０は、金属薄膜３０表面における励起光αの照射スポットを通り、かつ金属薄膜３０表面に垂直な直線上に配置されている。光検出部１５０は、金属薄膜３０のプリズム２０と対向しない面から出射される光を検出する。たとえば、光検出部１５０は、金属薄膜３０上の蛍光物質から放出された蛍光βや、金属薄膜３０からのプラズモン散乱光を検出する。光検出部１５０は、集光レンズおよび結像レンズを含む鏡筒１５１と、第２バンドパスフィルター（以下「ＢＰＦ２」と略記する）を含む第２整波器１５２と、ＢＰＦ２の位置を切り替える切替モーター１５３と、受光センサー１５４とを有する。
【００２４】
鏡筒１５１に含まれる集光レンズおよび結像レンズは、迷光の影響を受けにくい共役光学系を構成する。集光レンズと結像レンズとの間を進行する光は、略平行光となる。集光レンズおよび結像レンズは、金属薄膜３０上の蛍光像を受光センサー１５４の受光面上に結像させる。
【００２５】
第２整波器１５２は、集光レンズおよび結像レンズの間に位置するように、鏡筒１５１に設けられている。ＢＰＦ２は、励起光αの波長の光を遮ることで、受光センサー１５４に蛍光の波長以外の光（例えば、励起光出射部１１０からの漏れ光や、プラズモン散乱光、拡散光など）が到達することを防ぐ。すなわち、ＢＰＦ２は、受光センサー１５４に到達する光からノイズ成分を除去し、微弱な蛍光の検出精度および感度の向上に寄与する。ＢＰＦ２の位置は、切替モーター１５３により切り替えられる。蛍光を検出する場合は、ＢＰＦ２は、光路上に位置するように鏡筒１５１内に挿入される。一方、プラズモン散乱光を検出する場合は、ＢＰＦ２は、光路外に位置するように鏡筒１５１から退出させられる。
【００２６】
受光センサー１５４は、金属薄膜３０上の蛍光像を検出する。たとえば、受光センサー１５４は、感度およびＳＮ比が高い光電子増倍管である。受光センサー１５４は、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）などであってもよい。なお、チップホルダー１３０の回転に伴い金属薄膜３０上の蛍光像も傾くが、その角度は数度であること、蛍光物質からは全方位に等しく蛍光が放出されることから、受光する光量の変化は無視することができる。
【００２７】
なお、金属薄膜３０の一方の面（プリズム２０と対向する面）における励起光αの照射スポットα１の大きさは、金属薄膜３０の他方の面（光検出部１５０と対向する面）における光検出部１５０による測定領域β１の大きさよりも小さくなるように調整される（図２参照）。このようにすることで、プリズム２０の各パラメータの誤差により照射スポットα１がわずかに位置ずれした場合であっても、照射スポットα１が測定領域β１から外れることを防止できる。
【００２８】
図２は、検出チップ１０の断面図である。図２に示されるように、検出チップ１０は、プリズム２０、金属薄膜３０および流路部材４０を有する。検出チップ１０は、アナライトの検出ごとに交換される。
【００２９】
プリズム２０は、屈折率が１.４〜１.６程度の透明な樹脂により形成されている。なお、プリズム２０は、ガラスにより形成されていてもよい。プリズム２０は、励起光出射部１１０からの励起光αをプリズム２０の内部に入射させる入射面２１と、プリズム２０の内部に入射した励起光αを反射する金属薄膜３０が形成される成膜面２２と、金属薄膜３０で反射した励起光αをプリズム２０の外部に出射させる出射面２３とを有する。たとえば、入射面２１と成膜面２２との角度および成膜面２２と出射面２３との角度は、いずれも約８０°である。
【００３０】
金属薄膜３０は、プリズム２０の成膜面２２上に形成されている。金属薄膜３０は、励起光αが金属薄膜３０と成膜面２２との界面で全反射することにより生じるエバネッセント波（増強電場）を増幅させる。すなわち、成膜面２２上の金属薄膜３０に表面プラズモン共鳴を生じさせることにより、金属薄膜３０の無い面（成膜面２２）で励起光αを全反射させてエバネッセント波を生じさせる場合に比べ、形成されるエバネッセント波を増幅させることができる。
【００３１】
金属薄膜３０の素材は、表面プラズモン共鳴を生じさせる金属であれば特に限定されない。金属薄膜３０の素材の例には、金、銀、銅、アルミ、これらの合金が含まれる。本実施の形態では、金属薄膜３０は、金薄膜である。
【００３２】
また、図２では図示しないが、金属薄膜３０のプリズム２０と対向しない面には、アナライトを捕捉するための捕捉体が固定されている。捕捉体の種類は、アナライトを捕捉することができれば特に限定されない。たとえば、捕捉体は、アナライトに特異的な抗体である。
【００３３】
流路部材４０は、プリズム２０の成膜面２２上に配置されている。流路部材４０は、成膜面２２および金属薄膜３０と共に試料液が流れる流路４１を形成する。流路４１の両端は、流路部材４０の上面に形成された注入口４２および排出口４３とそれぞれ接続されている。流路部材４０は、透明な樹脂により形成されており、接着剤による接着や、レーザー溶着、超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着などによりプリズム２０に接合されている。流路４１は、金属薄膜３０とサンプルとが接する領域が光検出部１５０の測定領域β１よりも広くなるように形成されている。
【００３４】
検出チップ１０は、ＳＰＦＳ装置１００の前処理部（不図示）に設置されると、流路４１内にサンプルを注入される。そして、サンプルを注入された検出チップ１０は、金属薄膜３０上に固定された捕捉体とアナライトとの反応が終了した後、チップホルダー１３０まで搬送され、チップホルダー１３０に所定の姿勢で装着される。
【００３５】
次に、ＳＰＦＳ装置１００の検出動作について説明する。図３は、ＳＰＦＳ装置１００の動作手順の一例を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、事前準備として、検出チップ１０の流路４１にサンプルなどを注入して、金属薄膜３０上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉させておく。たとえば、検出チップ１０の流路４１にアナライトを含むサンプルを注入する。これにより、サンプル中のアナライトの少なくとも一部は、捕捉体（例えば、抗体）に捕捉される。次いで、流路４１内を緩衝液などで洗浄し、捕捉体に捕捉されなかった物質を除去する。次いで、蛍光物質で標識された別の捕捉体（例えば、蛍光標識抗体）を含む液体を流路４１に注入する。これにより、金属薄膜３０上に固定された捕捉体に捕捉されたアナライトを蛍光物質で標識することができる。最後に、流路４１内を緩衝液などで再度洗浄し、遊離の蛍光物質などを除去する。以上の手順により、金属薄膜３０上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトを捕捉させることができる。
【００３７】
また、もう一つの事前準備として、ＳＰＦＳ装置１００の電源を入れて、励起光出射部１１０内のＬＤの温度を一定にしておく。前述のとおり、ＬＤから出射される励起光αの波長および光量は、温度によって変化するからである。励起光αの波長および光量が変化すると、プラズモン共鳴の条件や、エバネッセント波の発生量も変化してしまう。ＬＤの温度が一定になるまでには時間が掛かるため、余裕を持って電源を入れておくことが好ましい。
【００３８】
ＬＤの温度が一定になった後、チップホルダー１３０に検出チップ１０を装着する（ステップＳ１０）。前述のとおり、検出チップ１０では、金属薄膜３０上に固定された捕捉体に、蛍光物質で標識されたアナライトが捕捉されている。
【００３９】
次に、励起光αを金属薄膜３０の所定の位置に照射しながら、金属薄膜３０に対する励起光αの入射角を走査して、最適な共鳴角を決定する（ステップＳ２０）。具体的には、光検出部１５０内のＢＰＦ２を光路から退出させた後、励起光αを金属薄膜３０の所定の位置に照射しながら、後述する回転中心を中心としてチップホルダー１３０を回転させる。このとき、光検出部１５０は、金属薄膜３０からのプラズモン散乱光を検出する。必要に応じて、光検出部１５０内において、光路にＮＤフィルターを挿入してもよい。ＳＰＦＳ装置１００は、後述する回転中心を中心としてチップホルダー１３０を回転させることで、金属薄膜３０上の照射スポットの位置を変えずに入射角のみを変えることができる。制御部は、励起光αの光軸とチップホルダー１３０との相対回転角度と、プラズモン散乱光の光量を記憶する。さらに、制御部は、プラズモン散乱光の光量が最大のときの相対回転角度を、最適な共鳴角として決定する。制御部は、金属薄膜３０に対する励起光αの入射角がステップＳ２０で決定した共鳴角となるように、チップホルダー１３０を回転させ、固定する（ステップＳ３０）。
【００４０】
次に、ステップＳ３０で設定された最適な入射角における、蛍光の光量を検出する（ステップＳ４０）。具体的には、光検出部１５０内のＢＰＦ２を光路上に挿入した後、励起光αを金属薄膜３０の所定の位置に最適な入射角で照射しながら、測定領域β１からの蛍光を測定する。制御部は、検出値を記憶すると共に、表示器に表示させる（ステップＳ５０）。この後、チップホルダー１３０を初期位置に戻して、一連の測定を終了する（ステップＳ６０）。
【００４１】
以上のように、ＳＰＦＳ装置１００を用いてアナライトを検出する際には、励起光αを金属薄膜３０に照射しながらチップホルダー１３０を回転させて、金属薄膜３０に対する励起光αの入射角を走査する（ステップＳ２０）。このステップについて、図４を参照して、より詳細に説明する。
【００４２】
基本的には、検出チップ１０の構成により、金属薄膜３０に対する励起光αの最適な入射角（すなわち共鳴角）は決定される。この共鳴角に関わるパラメータとしては、プリズム２０の屈折率や、金属薄膜３０を構成する金属の屈折率と消衰係数、金属薄膜３０の膜厚、励起光αの波長などが挙げられる。しかしながら、検出時に使用する蛍光物質の種類および量、プリズム２０の形状誤差などにより、共鳴角は計算値からわずかにずれることが多い。そこで、計算値を中心として両側数度未満の角度範囲で入射角を走査して、真の共鳴角を決定することが必要である。
【００４３】
前述のとおり、本実施の形態のＳＰＦＳ装置１００では、チップホルダー１３０を回転させて、金属薄膜３０に対する励起光αの入射角（図４に示される角度Ａ）を走査する。このとき、ＳＰＦＳ装置１００は、入射面２１に対する入射角が０°にならず、かつ金属薄膜３０で表面プラズモンが発生する角度を含む角度範囲（図４に示される角度範囲Ｂ：以下「走査角度範囲」という）内で、金属薄膜３０に対する励起光αの入射角を走査する。入射面２１に対する入射角が０°にならないようにするのは、入射面２１からの反射光が励起光出射部１１０に戻らないようにするためである。走査角度範囲Ｂは、１０°以内であり、入射面２１に対する励起光αの入射角（図４に示される角度Ｄ）は、０°を超え１０°以下である。
【００４４】
励起光αの入射面２１に対する最小入射角について、より詳細に検討する。励起光αのビームサイズをｄとし、入射面２１からのＬＤの距離をＬとしたとき、避けるべき最小入射角はＡＴＡＮ（ｄ／２Ｌ）となる。励起光αのレーザー強度は、ガウス分布している。ガウス分布しているレーザー光のビーム径は、中心強度の１／ｅ２（１３.５％）とするのが一般的である。しかしながら、中心強度の０.１％程度のレーザー強度であっても戻り光の影響が出るため、励起光αの入射面２１に対する最小入射角は、上記最小入射角の２倍のＡＴＡＮ（ｄ／Ｌ）とすることが好ましい。たとえば、励起光αの入射面２１に対する最小入射角を５°とすれば、実用上十分である（実際はもっと小さくしても問題ない）。
【００４５】
また、ＳＰＦＳ装置１００は、走査角度範囲Ｂの最小角度のときの入射面２１に入射する励起光αの光軸の延長線と、走査角度範囲Ｂの最大角度のときの入射面２１に入射する励起光αの光軸の延長線との交点Ｃを中心として、チップホルダー１３０を回転させる。このようにすることで、金属薄膜３０上の照射スポットα１の位置を変えずに金属薄膜３０に対する励起光αの入射角を変えることができる（図４参照）。実用上は、上記交点Ｃだけでなく、交点Ｃから金属薄膜３０表面における励起光αの照射スポットの直径の１０％以内の距離に位置する点を回転中心としても、大きな問題はない。
【００４６】
走査角度範囲Ｂの中心角度のときの励起光αの光軸と、走査角度範囲Ｂの最小角度および最大角度のときの励起光αの光軸とは、１点では交差せず、微小な三角形を作る。この場合、その三角形の内接円の中心を回転中心としたときに、照射位置の変動が一番小さくなる。三角形が大きくなると、照射位置のずれも大きくなる。残留物質の不均一性や、観察光学系の像面照度分布などで照射位置がずれると、蛍光量が変化してしまう。照射位置のずれは、回転中心と各光線との距離および共鳴角度に略比例する。たとえば、共鳴角度が７０°の場合に、励起光αが光軸に直交する方向に所定距離移動したとき、金属薄膜３０表面における面方向の照射位置は、前記所定距離の約３倍移動してしまう。しかしながら、前述の交点Ｃまたは交点Ｃから金属薄膜３０表面における励起光αの照射スポットの直径の１０％以内の距離に位置する点を回転中心とすることで、実用上問題ない範囲まで照射位置ずれを抑制することができる。なお、走査角度範囲Ｂを狭くするとともに、入射面２１の法線に近づけることで、前述の三角形を小さくすることができる。
【００４７】
以上の点を考慮して、共鳴角および走査角度範囲Ｂから、検出チップ１０における入射面２１の角度が規定される。金属薄膜３０における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、プリズム２０内に入射した励起光αの光軸と入射面２１の法線との角度（微小角）をθとする。ここで、Ｓｉｎθ≒θと大雑把に近似し、プリズム屈折率を１.５としたとき、プリズム２０内に入射する励起光αの光軸と入射面２１の法線との成す角度（入射面２１に対する入射角；図４に示される角度Ｄ）は、１.５θである。プリズム２０内における共鳴角の走査角度範囲±εも小さいため、走査角度範囲Ｂの最大角度および最小角度における入射面２１に対する励起光αの入射角（図４に示される角度Ｄ）は、１.５（θ±ε）となる。１.５（θ±ε）が０°を含む場合、戻り光が生じることになる。一方、１.５（θ±ε）が過剰に大きい場合、照射位置のずれ幅が大きくなってしまう。前述のとおり、戻り光を防ぐ観点から、１.５（θ−ε）は、ＡＴＡＮ（ｄ／Ｌ）以上（例えば５°以上）であることが好ましい。また、ε≦５°なので、共鳴角におけるプリズム２０内の励起光αの光軸と入射面２１の法線との成す角θは、８.４°以上となり、入射面２１に対する励起光αの入射角の振り角度範囲は、±７.５°以下となる。プリズム屈折率を２.０（ガラスの最大値）としたときは、共鳴角と入射面２１の法線との成す角θは、７.５°以上となり、励起光αの入射角の振り角度範囲は、±１０°以下（振り幅２０°以下）となる。したがって、金属薄膜３０における表面プラズモンの発生量が最大となるときの、プリズム２０内に入射した励起光αの光軸と入射面２１の法線との角度は、５〜２０°の範囲内であることが好ましい。
【００４８】
以上のとおり、本実施の形態のＳＰＦＳ装置１００は、走査角度範囲Ｂの最小角度のときの入射面２１に入射する励起光αの光軸の延長線と、走査角度範囲Ｂの最大角度のときの入射面２１に入射する励起光αの光軸の延長線との交点Ｃまたはその近傍を中心として、チップホルダー１３０を回転させるため、金属薄膜３０上の照射スポットα１の位置を変えずに金属薄膜３０に対する励起光αの入射角を変えることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、励起光αの光軸に対してチップホルダー１３０を回転させるＳＰＦＳ装置１００について説明したが、実施の形態２では、チップホルダー１３０に対して励起光αの光軸を回転させるＳＰＦＳ装置２００について説明する。
【００５０】
図５は、実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００の構成を示す図である。図５に示されるように、ＳＰＦＳ装置２００は、励起光出射部１１０、基台１２０、チップホルダー２１０、回転レバー２２０、回転モーター２３０、光検出部１５０を有する。また、ＳＰＦＳ装置２００は、各駆動部の制御や光検出部１５０における受光量の定量化などを一元的に行う、不図示の制御部も有する。実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同様に、チップホルダー２１０に検出チップ１０を装着した状態で使用される。なお、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５１】
チップホルダー２１０は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００のチップホルダー１３０とは異なり、回転できない状態で基台１２０に固定されている。
【００５２】
一方、実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００では、回転レバー２２０が、励起光出射部１１０から出射された励起光αの光軸に直交する軸を中心として回転可能に基台１２０およびチップホルダー２１０に保持されている。回転レバー２２０の回転中心の位置は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００のチップホルダー１３０の回転中心の位置と同じである。回転レバー２２０の回転中心は、検出チップ１０のプリズム２０内に位置するため、回転レバー２２０の回転軸は、チップホルダー２１０の外側に分断して設けられている。
【００５３】
励起光出射部１１０は、基台１２０ではなく、回転レバー２２０に固定されている。励起光出射部１１０は、励起光αの光軸が回転レバー２２０の回転中心を通るように、回転レバー２２０に固定されている。回転レバー２２０は、回転モーター２３０と接続されており、回転モーター２３０により回転させられる。回転モーター２３０は、基台１２０に固定されている。回転レバー２２０および回転モーター２３０は、共同して、チップホルダー２１０（および検出チップ１０）に対して励起光αの光軸を回転させる。すなわち、本実施の形態のＳＰＦＳ装置２００では、回転レバー２２０および回転モーター２３０は、共同して、励起光αの光軸とチップホルダー２１０とを相対的に回転させる角度調整部として機能する。
【００５４】
本実施の形態のＳＰＦＳ装置２００は、チップホルダー１３０（および検出チップ１０）の代わりに回転レバー２２０（および励起光出射部１１０）を回転させる点を除いては、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同様の手順で動作する。
【００５５】
実施の形態２に係るＳＰＦＳ装置２００は、実施の形態１に係るＳＰＦＳ装置１００と同様の効果を有する。
【００５６】
なお、上記各実施の形態ではＳＰＦＳ装置について説明したが、本発明に係る検出装置はＳＰＦＳ装置に限定されない。たとえば、本発明に係る検出装置は、ＳＰＲ装置であってもよい。この場合、ＳＰＲ装置は、金属薄膜で反射され、出射面から出射された励起光を検出する光検出部を有する。
【００５７】
本出願は、２０１２年１１月１５日出願の特願２０１２−２５１１４９に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の検出装置は、高感度かつ高精度でアナライトの存在またはその量を検出することができるため、例えば臨床検査などに有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  検出チップ
２０  プリズム
２１  入射面
２２  成膜面
２３  出射面
３０  金属薄膜
４０  流路部材
４１  流路
４２  注入口
４３  排出口
１００，２００  ＳＰＦＳ装置
１１０  励起光出射部
１２０  基台
１３０，２１０  チップホルダー
１４０，２３０  回転モーター
１５０  光検出部
１５１  鏡筒
１５２  第２整波器
１５３  切替モーター
１５４  受光センサー
２２０  回転レバー
α  励起光
α１  励起光の照射領域
β  蛍光
β１  蛍光の測定領域
【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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【国際調査報告】
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