(57)【要約】【課題】全反射光を利用した測定方法および装置において、受光手段への迷光の入射による全反射減衰角の測定精度の低下を抑制する。【解決手段】光ビームを発生する光ビーム発生手段１０と、光ビームを、複数の測定ユニットの各誘電体ブロック５２ａ〜５２ｅに対して、誘電体ブロック５２ａ〜５２ｅと薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角で入射させる入射光学系２０と、各界面で全反射した光ビームをそれぞれ個別に受光し、各光ビームの強度を測定する複数の受光手段３０ａ〜３０ｅを並設してなる光検出手段３５とを備える。制御手段７５で光制限手段７０を制御して、互いに隣合う受光手段３０ａ〜３０ｅに対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光ビーム発生手段と、
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上面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、
前記光ビームを、前記測定ユニットの各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入射角で入射させる入射光学系と、
前記各界面で全反射した光ビームをそれぞれ個別に受光し、各光ビームの強度を測定する複数の受光手段を並設してなる光検出手段とを備えてなる全反射光を利用した測定装置であって、
互いに隣合う前記受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで前記光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えていることを特徴とする全反射光を利用した測定装置。
【請求項２】
前記光ビーム発生手段が、互いに隣合う前記受光手段に対して入射されるそれぞれの光ビームを発生させる第１の光源と第２の光源とを有し、前記光ビーム入射手段が、前記第１の光源と第２の光源とを互いに異なるタイミングで点灯させるものであることを特徴とする請求項１記載の全反射光を利用した測定装置。
【請求項３】
前記光ビーム入射手段が、各光受光手段に向かう光ビームの光路を個別に遮断あるいは偏向してこの光ビームを前記光路から外す光制限手段と、互いに隣合う前記受光手段に対してそれぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させるように前記光制限手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の全反射光を利用した測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全反射光を利用した測定装置に関し、詳しくは、測定用の光ビームを全反射させる複数の測定ユニットを備えた全反射光を利用した測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
従来より、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、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置が種々提案されている。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（特許文献１参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモン測定装置は基本的に、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液体試料などの被測定物質に接触させられる金属膜等からなる薄膜層と、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、この誘電体ブロックと薄膜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入射光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰の状態を検出する受光手段とを備えてなるものである。
【０００５】
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によって検出することができる。
【０００６】
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、この金属膜に接している被測定物質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被測定物質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、一般に上記受光手段により暗線として検出される。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】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角、すなわち全反射減衰角θspより表面プラズモンの波数が解ると被測定物質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、被測定物質の誘電率とすると、以下の関係がある。
【数１】
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【０００８】
すなわち、上記反射光強度が低下する入射角である全反射減衰角θspを知ることにより、被測定物質の誘電率εs、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、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、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、試料液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、この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して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する受光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測定装置において、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被測定物質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、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。
【００１１】
なお、表面プラズモン共鳴測定装置もしくは漏洩モード測定装置等の全反射を利用した測定装置としては、光を界面に全反射条件が得られる入射角で入射させ、その光によるエバネッセント波の発生により、界面で全反射した光の状態の変化を測定することにより被測定物質の特性分析等を行うに際して、前述の全反射減衰を生じる特定入射角の測定をする装置のほか、複数の波長の光ビームを界面に入射させ、角波長毎の全反射減衰の程度を検出する装置、あるいは、光ビームを界面に入射させるとともに、この光ビームの一部を、界面入射前に分割し、この分割した光ビームを界面で反射した光ビームと干渉させて、この干渉の状態を測定する装置等種々のタイプがある。
【００１２】
さらに、多数の試料を同時に測定することができるように、光ビームを、並設された複数の誘電体ブロックと各誘電体ブロック上に形成された薄膜層との界面に入射させ、各界面で全反射された各光ビームを、並設された複数の受光手段で個別に受光して上記界面で全反射した光の状態を検出する測定装置も知られている。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上記複数の誘電体ブロックを備えた測定装置には、限られたスペース内でより多くの試料の測定を行なえるようにしたいという要請があり、各誘電体ブロックを並設する間隔を狭くして密度高く誘電体ブロックが並ぶように改良するとともに、各受光手段を並設する間隔を狭くして受光手段を密度高く並べ、一定のスペースにより多くの試料を配置して測定する検討が行なわれている。
【００１４】
しかしながら、各受光手段が並設される間隔が狭まるにしたがって、特定の受光手段と互いに隣合う受光手段へ入射する光路を通る光ビームから分岐された迷光成分の、この特定の受光手段への入射光量が多くなり、全反射減衰角を測定する際に、この迷光が上記特定の受光手段に入射する光ビームと共に、この特定の受光手段で受光され、全反射減衰による全反射光強度の鋭い低下を表すプロファイルが変動して全反射減衰角の測定精度が低下するという問題がある。
【００１５】
また、上記迷光成分が特定の受光手段に入射する光ビームと干渉してこの特定の受光手段の受光面に干渉縞が生じ、全反射減衰角を測定する際に、この干渉縞による光強度の強弱と上記全反射減衰による光強度の減衰とが重なり合い、全反射減衰による全反射光強度の鋭い低下を表すプロファイルが変動して全反射減衰角の測定精度が低下するという問題もある。
【００１６】
より具体的には、９６個の誘電体ブロックを並設して測定を行なった場合に混入する迷光の光量は、同じ幅に３８４個の誘電体ブロックを４倍密度高く並設して測定を行なった場合に混入する迷光の光量の約１／５になることが実験で確認されている。
【００１７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、受光手段への迷光の入射による全反射減衰角の測定精度の低下を抑制することができる全反射光を利用した測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の全反射光を利用した測定装置は、光ビームを発生する光ビーム発生手段と、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上面に形成された薄膜層、およびこの薄膜層の表面上に試料を保持する試料保持機構を備えてなる複数の測定ユニットと、光ビームを、各測定ユニットの誘電体ブロックに対して、各誘電体ブロックと薄膜層との界面で全反射条件が得られる入射角で入射させる入射光学系と、各界面で全反射した光ビームを個別に受光し、各光ビームの強度を測定する複数の受光手段を並設してなる光検出手段とを備えてなる全反射光を利用した測定装置であって、光ビーム発生手段が、誘電体ブロックの数より少ない複数の光源を備え、入射光学系が、互いに隣合う受光手段にそれぞれ対応する誘電体ブロックに対して、複数の光源のうち互いに異なる光源からの光ビームを入射させたり、互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
前記光ビーム発生手段を、互いに隣合う受光手段に対して入射されるそれぞれの光ビームを発生させる第１の光源と第２の光源とを有するものとし、前記光ビーム入射手段を、第１の光源と第２の光源とを互いに異なるタイミングで点灯させるものとすることができる。
【００２０】
前記光ビーム入射手段は、各光受光手段に向かう光ビームの光路を個別に遮断あるいは偏向してこの光ビームを光路から外す光制限手段と、互いに隣合う前記受光手段に対してそれぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させるようにこの光制限手段を制御する制御手段とを備えたものとすることができる。
【００２１】
上記測定装置は、上記薄膜層を金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２２】
また、上記測定装置は、上記薄膜層を、誘電体ブロックの前記上面に形成されたクラッド層とこのクラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、この光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行なうように構成されたものとしてもよい。
【００２３】
またさらに、本発明による測定装置においては、受光手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して試料の分析を行う種々の方式があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角度）を検出することにより試料分析を行ってもよいし、D.V.Noort,K.johansen,C.-F.Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588 に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより試料分析を行ってもよい。
【００２４】
また、P.I.Nikitin, A.N.Grigorenko, A.A.Beloglazov, M.V.Valeiko, A.I.Savchuk, O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【００２５】
また、誘電体ブロックは、前記光ビームが入射および射出される面と、前記薄膜層が形成される面とを全て有する１つのブロックとして形成されたものであってもよいし、前記光ビームが入射および射出される面を有する部分と、前記薄膜層が形成される面を有する部分の２つが、屈折率マッチング手段を介して接合されてなるものであってもよい。
【００２６】
複数の測定ユニットは、１個ずつ個別に形成されたものであってもよいし、１次元もしくは二次元に配列され一体的に形成されていてもよい。また、測定ユニットが、薄膜層の表面上に試料を連続的に供給すると共に、この供給された試料を連続的に排出する試料給排手段を備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の全反射光を利用した測定装置によれば、光ビーム発生手段を、誘電体ブロックの数より少ない複数の光源を備えたものとし、入射光学系を、互いに隣合う受光手段にそれぞれ対応する誘電体ブロックに対して、複数の光源のうち互いに異なる光源からの光ビームを入射させて、特定の受光手段と隣合う受光手段に入射する光ビームの光路から外れた迷光成分とこの特定の受光手段に入射する光ビームとの干渉性を低下させ、干渉縞の発生を抑制したり、あるいは、複数の受光手段のうち互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えるようにして、特定の受光手段と隣合う受光手段に入射する光ビームの光路から外れた迷光成分のこの特定の受光手段への入射光量を低減するようにしたので、受光手段への迷光成分の入射による全反射減衰角の測定精度の低下を抑制することができる。
【００２８】
また、光ビーム発生手段を、互いに隣合う受光手段に対して入射されるそれぞれの光ビームを発生させる第１の光源と第２の光源とを有するものとし、光ビーム入射手段を、第１の光源と第２の光源とを互いに異なるタイミングで点灯させるものとしたり、あるいは、光ビーム入射手段を、各光受光手段に向かう光ビームの光路を個別に遮断あるいは偏向してこの光ビームを光路から外す光制限手段と、互いに隣合う前記受光手段に対してそれぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させるようにこの光制限手段を制御する制御手段とを備えるようにすれば、特定の受光手段と隣合う受光手段に入射する光ビームの光路から外れてこの特定の受光手段へ入射する迷光成分のこの特定の受光手段への入射光量をより確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の全反射光の状態を測定する表面プラズモン測定装置の概略構成を示す側面図であり、図２は上記表面プラズモン測定装置の平面図、図３は測定プレートの斜視図、図４は測定プレートの断面図、図５は入射角と受光手段で受光した光ビームの反射光強度との関係を示す図、図６は干渉縞による濃淡と全反射減衰による暗線とが重なった光強度パターンを示す図、図７は受光手段上に干渉縞による濃淡が生じたときの反射光強度プロファイルを示す図、図８は迷光成分によって全体的に強度が高い方向にシフトされた反射光強度プロファイルを示す図である。
【００３０】
本発明の実施の形態の表面プラズモン測定装置は、光ビームを発生する光ビーム発生手段１０、光ビームに対して透明な誘電体ブロック５２、この誘電体ブロック５２の上面に形成された薄膜層１４、およびこの薄膜層１４の表面上に試料を保持する試料保持機構５３を備えてなる複数の測定ユニット５５（５５ａ〜５５ｅ）が並べられて形成された測定プレート５０（図２のII−II断面を示す図４参照）と、光ビームを、各測定ユニット５５（５５ａ〜５５ｅ）の誘電体ブロック５２（５２ａ〜５２ｅ）に対して、誘電体ブロック５２と薄膜層１４との界面５４で全反射条件が得られる入射角で入射させる入射光学系２０と、各界面５４（５４ａ〜５４ｅ）で全反射した光ビームを、個別に受光して各光ビームの強度を測定する複数の受光手段３０（３０ａ〜３０ｅ）を並設してなる光検出手段３５とを備え、光ビーム発生手段１０が、誘電体ブロック５２の数より少ない複数の光源であるレーザ光源９、レーザ光源８およびレーザ光源７を備え、入射光学系２０が、互いに隣合う受光手段３０にそれぞれ対応する誘電体ブロック５２（５２ａ〜５２ｅ）に対して、レーザ光源９、レーザ光源８およびレーザ光源７のうち互いに異なる光源からの光ビームを入射させる。すなわち、受光手段３０ａ、受光手段３０ｃ、受光手段３０ｅにそれぞれ対応する誘電体ブロック５２ａ、誘電体ブロック５２ｃ、誘電体ブロック５２ｅに対して第１の光源であるレーザ光源９およびレーザ光源７からの光ビームを入射させ、受光手段３０ｂ、受光手段３０ｄにそれぞれ対応する誘電体ブロック５２ｂ、誘電体ブロック５２ｄに対して第２の光源であるレーザ光源８からの光ビームを入射させる。
【００３１】
各測定ユニット５５は、試料保持機構５３で形成された複数のウェル（液溜め）５１（５１ａ〜５１ｅ）に測定対象となる試料１５を溜めて保持する。測定ユニット５５は例えば透明樹脂等からなり、ウェル５１は円錐台形状である。このウェル５１の底面が誘電体ブロック５２の上面となり、この誘電体ブロック５２の上面に金属膜１２およびセンシング物質１３がこの順に積層されて薄膜層１４が形成されている。そして、この誘電体ブロック５２と上記金属膜１２との界面５４に測定用の光ビームＬが入射されるようになっている。なお、ここでは、測定ユニット５５を構成する誘電体ブロック５２と試料保持機構５３とが一体化されて形成されている。
【００３２】
また、測定プレート５０は、複数の測定ユニット５５（５５ａ〜５５ｅ）が線状に並べられて（図中矢印Ｙ軸方向に並べられて）一体化されたものであり、この測定プレート５０が上記Ｙ軸方向と直交する方向（図中矢印Ｘ軸方向）に複数並べられた状態で支持台（図示は省略）上に載置されこれらの測定プレートが逐次移送されて測定に供される。なお、図中に示すＸ軸とＹ軸とは水平面に平行な軸であり、Ｚ軸は上記水平面に直交する鉛直方向の軸を示すものである。
【００３３】
入射光学系２０は、光ビーム発生手段１０のレーザ光源９から細径の平行光として射出された光ビームＬを分岐するハーフミラー２１ａおよび分岐された光ビームＬを反射させるミラー２１ｃ、光ビーム発生手段１０のレーザ光源８から細径の平行光として射出された光ビームＬを分岐するハーフミラー２２ｄおよび分岐された光ビームＬを反射させるミラー２２ｂ、上記分岐された光ビームＬおよびレーザ光源７から細径の平行光として射出された光ビームＬの光束の径を図１の紙面と平行なＸ−Ｚ平面でのみ拡大するシリンドリカルビームエキスパンダ２４、シリンドリカルビームエキスパンダ２４によって１方向にのみ（Ｘ−Ｚ平面でのみ）径が拡大された光ビームを、Ｘ−Ｚ平面でのみ集光するシリンドリカルレンズ２６とを備え、光源１０から出射された光ビームＬを各測定ユニット５５の界面５４に並列的に入射させる。すなわち、レーザ光源９から射出されハーフミラー２１ａを透過した光ビームは誘電体ブロック５２ａに入射し、レーザ光源９から射出されハーフミラー２１ａで分岐されミラー２１ｃで反射された光ビームは誘電体ブロック５２ｃに入射し、レーザ光源８から射出されハーフミラー２２ｄを透過した光ビームは誘電体ブロック５２ｄに入射し、レーザ光源８から射出されハーフミラー２２ｄで分岐されミラー２２ｂで反射された光ビームは誘電体ブロック５２ｂに入射し、レーザ光源７から射出された光ビームは誘電体ブロック５２ｅに入射する。このとき、各光ビームＬは、それぞれの界面５４に対して、種々の入射角成分を持った状態で入射することになる。上記各界面５４で反射された光ビームは再びＸ−Ｚ平面でのみ発散され１方向に径が拡大されつつ誘電体ブロック５２から射出される。
【００３４】
なお、界面５４に対して種々の角度で入射する入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そのため、界面５４で全反射した光ビームには、種々の反射角で全反射された成分が含まれることになる。なお、上記入射光学系２０は、光ビームを界面５４上にデフォーカス状態で入射させるように構成してもよい。そのようにすれば、界面５４上のより広い領域において光ビームＬが全反射されるので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化されて全反射解消角の測定精度を高めることができる。
【００３５】
なお、各レーザ光源９、８、７は、直線偏光である各レーザ光源から射出された光ビームがｐ偏光状態で界面５４に入射するように配設されている。その他、光ビームを界面５４に対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビームの偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【００３６】
受光手段３０ａ〜３０ｅの各々は、多数のフォトダイオードが線状に並べられたラインセンサーから構成されており、フォトダイオードの並び方向は、光ビームが界面５４で反射され誘電体ブロック５２から射出されてＸ−Ｚ平面内の１方向に径が拡大される方向である。
【００３７】
以下、上記構成の表面プラズモン測定装置による試料分析について説明する。
【００３８】
光ビーム発生手段１０の各レーザ光源から射出された光ビームＬは、入射光学系２０を通して、誘電体ブロック５２と金属膜１２との界面５４上に収束された状態で入射する。界面５４で全反射された光ビームＬは、誘電体ブロック５２から射出され受光手段３０ａ〜３０ｅによって受光される。各受光手段３０ａ〜３０ｅそれぞれには、多数のフォトダイオードが上記光ビームＬの発散方向に線状に並んで形成されているので、上記界面５４において種々の反射角で全反射された光ビームの各角度における成分が、線状に並ぶそれぞれ異なるフォトダイオードで受光されることになる。これにより、各受光手段３０ａ〜３０ｅそれぞれから、各フォトダイオードによって検出された上記光ビームの強度分布を示す信号が出力される。
【００３９】
界面５４に特定入射角θＳＰで入射した上記光ビームの成分は、金属膜１２と液体試料１５との界面５４に表面プラズモンを励起させるので、この角度で入射した光については反射光強度が鋭く低下する。つまり上記特定入射角θＳＰが全反射解消角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度は極小値を示す。この反射光強度が低下する領域は、発散する反射光ビーム中の暗線として観察される。ウェル５１の底面の金属膜１２に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化すると、それに応じて反射光強度が極小値を示す角度が変動して全反射光の状態の変化が検出される。
【００４０】
光ビームＬの界面５４への入射角θと各受光手段で受光した光ビームの反射光強度Ｉとの関係は、図５に示すように、特定入射角θＳＰのみに極小値を有する反射光強度プロファイルＦを示す。試料液を滴下後、光ビームの反射光強度プロファイルをモニタし、暗線の変化を観察することにより、上記のようにして全反射光の状態を観察することができる。
【００４１】
ここで、特定の受光手段に入射する光ビームと、この特定の受光手段に隣合う受光手段へ入射する光路から外れた迷光成分とによる、この特定の受光手段の受光面上での干渉縞の発生を抑制する作用について説明する。
【００４２】
特定の受光手段を受光手段３０ｂとし、この受光手段３０ｂと隣合う受光手段である受光手段３０ａおよび受光手段３０ｃに入射する光路から外れて迷光として受光手段３０ｂに入射する迷光成分ＥａおよびＥｃとして、この迷光成分ＥａおよびＥｃと、所定の光路を通して受光手段３０ｂに入射する光ビームＬｂとが受光手段３０ｂの受光面上で干渉して干渉縞が発生したとすると、図６に示すように受光手段３０ｂの受光面上には干渉縞による濃淡８１と全反射減衰による暗線８２とが重なった光強度パターン８３が生じ、受光手段３０ｂに基づいて作成された光ビームの界面５４への入射角θと受光手段３０ｂで受光した光ビームの反射光強度Ｉとの関係は、図７に示すように、全反射減衰により光強度が低下した反射光強度プロファイルＦ１に干渉縞による光強度の強弱パターンのプロファイルが重畳された反射光強度プロファイルＦ２で示され、特定入射角θＳＰの特定が難しくなり全反射減衰角の測定精度が低下するおそれがある。なお、光強度パターン８３に重なり合う位置に上記多数のフォトダイオードが線状に並べられたラインセンサーが位置する。
【００４３】
しかしながら、本実施の形態においては、光ビームＬｂと迷光成分Ｅａおよび光ビームＬｂと迷光成分Ｅｃとは異なるレーザ光源から発せられた干渉性が極めて低い光なので、干渉縞は殆ど発生することなく、迷光成分ＥａおよびＥｃが光ビームＬｂとともに受光手段３０ｂで受光されても、図８に示すように、全反射減衰により光強度が鋭く低下した光ビームＬｂの反射光強度プロファイルＦ１が、迷光成分ＥａおよびＥｃによって全体的に強度が高い方向にシフトされる影響だけを受けた反射光強度プロファイルＦ３として測定され、反射光強度プロファイルが殆ど変形しないので、全反射減衰角の測定精度の低下を抑制することができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態においては、測定プレート５０は測定ユニット５５（５５ａ〜５５ｅ）が並べられて形成されたものとしたが、必ずしも各測定ユニット、すなわち各誘電体ブロックはＹ軸方向に正確に規則的に並べる必要はなく、各誘電体ブロックが並ぶＹ軸方向のピッチ、Ｚ方向位置、およびＸ方向位置等がずれて配置されていても上記全反射減衰角の測定精度の低下を抑制する効果を得ることができる。
【００４５】
また、互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えるようにしてもよい。具体的には、図９に示すように、光ビーム入射手段の第１の光源となるレーザ光源９およびレーザ光源７と、光ビーム入射手段の第２の光源となるレーザ光源８とを互いに異なるタイミングで点灯させる光ビーム入射制御部６０をさらに備えるようにしてもよい。すなわち、光ビーム入射制御部６０によって第１の光源が点灯され、受光手段３０ａ、受光手段３０ｃおよび受光手段３０ｅに光ビームＬａ、ＬｃおよびＬｅが入射されるときには、第２の光源が点灯されることなく受光手段３０ｂおよび受光手段３０ｄに光ビームＬｂおよびＬｄが入射されないように制御される。したがって、例えば、受光手段３０ｃに光ビームＬｃが入射するときに、この受光手段３０ｃと隣合う受光手段３０ｂおよび受光手段３０ｄに入射する光路から外れて迷光として受光手段３０ｃに入射する迷光成分ＥｂおよびＥｄが生じることがないので、光ビームＬｃの界面５４への入射角θと受光手段３０ｃで受光した光ビームの反射光強度Ｉとの関係を表す反射光強度プロファイルが上記のように全体的に強度が高い方向にシフトする影響も取り除かれて、反射光強度プロファイルが殆ど変形することなく、全反射減衰角の測定精度の低下をさらに抑制する効果を得ることができる。なお、光ビーム入射制御部６０によって第２の光源が点灯され、受光手段３０ｂおよび受光手段３０ｄに光ビームＬｂおよびＬｄが入射されるときには、第１の光源が点灯されることなく受光手段３０ａ、受光手段３０ｃおよび受光手段３０ｅに光ビームＬａ、ＬｃおよびＬｅが入射されないように制御される。
【００４６】
また、上記光ビーム入射制御部の替わりに互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段として、図１０に示すように、各光受光手段３０に向かう各光ビームの光路を個別に遮断あるいは偏向してこの光ビームを各光路から外すシャッタや音響光学素子等からなる光制限手段７０と、互いに隣合う受光手段に対してそれぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させるように光制限手段７０を制御する制御手段７５とを備えるようにしてもよい。このようにすれば、制御手段７５で光制限手段７０を制御して、互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させて測定を行なうことができる。これにより、特定の受光手段と互いに隣合う受光手段へ入射する光路を通る光ビームから分岐された迷光成分が、この特定の受光手段に入射することなく全反射光の状態の測定を行なうことができ、上記と同様に、各受光手段で受光された光ビームに基づいて作成された入射角θと光ビームの反射光強度Ｉとの関係を表す反射光強度プロファイルが殆ど変形しないので、全反射減衰角の測定精度の低下を抑制することができる。
【００４７】
なお、上述の表面プラズモン測定装置において、測定ユニットの一部の構成を変更することにより漏洩モードセンサーとすることができる。以下、本発明の測定装置を漏洩モードセンサーとした場合の実施形態について説明する。
【００４８】
図１１は、漏洩モードセンサー用の測定プレート５９に用いられる測定ユニット５６（５６ａ〜５６ｅ）の一例を示す図である。なおこの図１１において、表面プラズモン測定装置用の測定プレートを示す図４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。
【００４９】
測定プレート５９の各測定ユニット５６（５６ａ〜５６ｅ）は、薄膜層１９として、誘電体ブロック５２上にクラッド層１７と光導波層１８とがこの順に形成されている。それ以外の構成は上述の表面プラズモン測定装置と同一である。
【００５０】
上記各測定ユニット５６の誘電体ブロック５７（５７ａ〜５７ｅ）は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成することができる。一方クラッド層１７は、この誘電体ブロック５７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１８は、クラッド層１７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１７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１８の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で７００ｎｍ程度とされる。
【００５１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、光ビーム発生手段１０から射出された光ビームを誘電体ブロック５７を通して各誘電体ブロック５７とクラッド層１７との各界面５８（５８ａ〜５８ｅ）に対して全反射角以上の入射角で入射させると、光ビームの多くの成分が界面５８で全反射するが、クラッド層１７を透過して光導波層１８に特定入射角で入射した特定波数の光は、この光導波層１８を導波モードで伝搬されるようになる。こうして導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射光のほとんどが光導波層１８に取り込まれるので、上記界面５８に特定入射角で入射し、全反射された光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。光導波層１８における導波光の波数は、この光導波層１８上の液体試料１５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である全反射解消角の変動を知ることによって、特定物質の有無を得ることができる。
【００５２】
なお、上述の各実施形態の測定装置は、光源からの光ビームを界面に対して種々の角度で入射させ、この界面からの反射光を測定し暗線となる入射角度の変化から全反射減衰の状態を測定して被検体とセンシング物質との結合状態を得るものであるが、光ビームの入射角度を界面で全反射条件を満たす所定の角度とし、種々の波長を有する光ビームを入射させる、もしくは入射させる光ビームの波長を変化させ、界面からの反射光を測定し、各波長毎の全反射減衰の状態により被検体とセンシング物質との結合状態を得るようにしてもよい。
【００５３】
なお、上記表面プラズモン測定装置を、全反射光の状態を光の位相を利用して測定する表面プラズモン測定装置とすることもできる。
【００５４】
すなわち、図１２に示すように、測定ユニット３４０ａ〜３４０ｅの集合体である測定用プレート３５０の誘電体ブロック３４２ａ〜３４２ｅの光ビーム入射面Ｕ側に、光ビーム発生手段である光源３３４と入射光学系３２０とを配設し、誘電体ブロック３４２ａ〜３４２ｅの光ビーム射出面Ｖ側に受光手段であるＣＣＤ３６０ａ〜３６０ｅを配設する。また、光源３３４からＣＣＤ３６０ａ〜３６０ｅに至る光ビームの光路中の入射光学系３２０には、コリメータレンズ３５０、光ビーム分岐光学系３５９、後述する干渉光学系、集光レンズ３５５ａ〜３５５ｅおよびアパーチャー３５６ａ〜３５６ｅを配設する。
【００５５】
上記干渉光学系は、偏光フィルタ３５１ａ〜３５１ｅ、ビームスプリッタ３５２ａ〜３５２ｅ、ビームスプリッタ３５３ａ〜３５３ｅおよびミラー３５４ａ〜３５４ｅにより構成されている。
【００５６】
さらに、ＣＣＤ３６０ａ〜３６０ｅは信号処理部３６１に接続されており、信号処理部３６１は表示部３６２に接続されている。
【００５７】
以下、上記表面プラズモン測定装置における試料の測定について説明する。なおここでは、測定用プレート３５０の測定ユニット３４０ａ〜３４０ｅのうち、ＣＣＤ３６０ａに整合する状態とされた測定ユニット３４０ａを例に取って説明を行なうが、その他の測定ユニットにおいても測定は同様になされる。
【００５８】
光源３３４が点灯されてこの光源３３４から光ビーム３３０が発散光の状態で出射される。この光ビーム３３０は、コリメータレンズ３５０により平行光とされ、光ビーム分岐光学系３５９によって各測定ユニット３４０ａ〜３４０ｅに向かう光路に分岐された後、偏光フィルタ３５１ａに入射する。偏光フィルタ３５１ａを透過して界面１４１ａに対してｐ偏光で入射するようにされた光ビーム３３０は、ビームスプリッタ３５２ａにより一部がレファレンス光ビーム３３０Ｒとして分割され、ビームスプリッタ３５２ａを透過した残りの光ビーム３３０Ｓは界面１４１ａに入射する。この界面１４１ａで全反射した光ビーム３３０Ｓ、およびミラー３５４ａで反射したレファレンス光ビーム３３０Ｒはビームスプリッタ３５３ａに入射して合成される。合成された光ビーム３３０Ｇは集光レンズ３５５ａにより集光され、アパーチャー３５６ａを通過してＣＣＤ３６０ａによって検出される。このとき、ＣＣＤ３６０ａで検出される光ビーム３３０Ｇは、光ビーム３３０Ｓとレファレンス光ビーム３３０Ｒとの干渉の状態に応じて干渉縞を発生させる。
【００５９】
試料１５中で、特定物質とセンシング物質との結合状態に応じてセンシング物質の屈折率が変化すると、界面で全反射した光ビームとリファレンス光ビームとの干渉状態が変化するため、干渉縞の変化に応じて結合を有無を検出することができる。
【００６０】
信号処理部３６１は、以上の原理に基づいて上記反応の有無を検出し、その結果が表示部３６２に表示される。
【００６１】
このように構成された表面プラズモン測定装置に対しても、上記全反射減衰角の測定精度の低下を抑制する手法を適用することができる。すなわち、光ビーム発生手段を、誘電体ブロックの数より少ない複数の光源を備えたものとし、入射光学系を、互いに隣合う受光手段にそれぞれ対応する誘電体ブロックに対して、複数の光源のうち互いに異なる光源からの光ビームを入射させて、特定の受光手段へ入射する光ビームと、この特定の受光手段に隣合う受光手段へ入射する光ビームの光路から外れた迷光成分との干渉による干渉縞の発生を抑制したり、あるいは、複数の受光手段のうち互いに隣合う受光手段に対して、それぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えるようにして、全反射減衰角の測定精度の低下を抑制することができる。
【００６２】
なお、上記光の位相を利用して全反射光の状態を測定する表面プラズモン測定装置の構成を上記と同様に漏洩モードセンサーに利用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の表面プラズモン測定装置の概略構成を示す側面図
【図２】表面プラズモン測定装置を示す平面図
【図３】測定プレートの斜視図
【図４】測定プレートのII−II断面を示す図
【図５】入射角θと受光手段で受光した光ビームの反射光強度Ｉとの関係を示す図
【図６】干渉縞による濃淡と全反射減衰の暗線とが重なった光強度パターンを示す図
【図７】受光手段上に干渉縞による濃淡が生じたときの反射光強度プロファイルを示す図
【図８】迷光成分によって全体的に強度が高い方向にシフトされた反射光強度プロファイルを示す図
【図９】互いに隣合う受光手段に対してそれぞれ異なるタイミングで光ビームを入射させる光ビーム入射手段を備えた表面プラズモン測定装置を示す図
【図１０】光制限手段とこの光制限手段を制御する制御手段とを備えた表面プラズモン測定装置を示す図
【図１１】漏洩モードセンサー用の測定プレートに用いられる測定ユニットを示す図
【図１２】光の位相により全反射光の状態を測定する表面プラズモン測定装置を示す図
【符号の説明】
【００６４】
１０    光ビーム発生手段
１４    薄膜層
２０    入射光学系
３０    受光手段
５０    測定プレート
５２    誘電体ブロック
５３    試料保持機構
５４    界面
５５    測定ユニット
【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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