(57)【要約】【課題】複数の受光素子により光ビームの強度の測定を行い、各受光素子が出力する光検出信号を、隣接する２つの受光素子の出力毎に微分して暗線の位置の検出を行う測定装置において、正確に全反射減衰角θＳＰを算出でき、かつ高い解像度でビームプロファイルを検出できるようにする。【解決手段】配列ピッチの細かいフォトダイオードアレイ１７の各フォトダイオードにより検出された光検出信号を、３つの出力毎に加算機５０により加算してダイナミックレンジを増大させ、隣接する２つの加算機の出力を差動アンプアレイ１８により微分し、この微分信号より全反射減衰角θＳＰを算出する。【選択図】　　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、
光ビームを発生させる光源と、
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入射角で入射させる入射光学系と、
複数の受光素子からなり、前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を備えてなる測定装置により前記試料の分析を行う測定方法において、
前記複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、
隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を前記受光素子の並設方向に関して微分し、
該微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めることにより前記試料の分析を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、
光ビームを発生させる光源と、
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入射角で入射させる入射光学系と、
複数の受光素子からなり、前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を備えてなる測定装置により前記試料の分析を行う測定方法において、
隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、
該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分し、
該微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めることにより前記試料の分析を行うことを特徴とする測定方法。
【請求項３】
誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、
光ビームを発生させる光源と、
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入射角で入射させる入射光学系と、
複数の受光素子からなり、前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、
前記複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を前記受光素子の並設方向に関して微分し、該微分値に基づいて前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求める演算手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、
光ビームを発生させる光源と、
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入射角で入射させる入射光学系と、
複数の受光素子からなり、前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、
隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分し、該微分値に基づいて前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求める演算手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に接した薄膜層と誘電体ブロックとの界面で光ビームを全反射させてエバネッセント波を発生させ、それにより全反射した光ビームの強度に表れる変化を測定して試料の分析を行うエバネッセント波を利用した測定方法および測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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（例えば特開平６−１６７４４３号公報参照）。
【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試料液などの被測定物質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光検出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、該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、一般に上記光検出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分かると、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、真空中の光速をｃ、金属、被測定物質の誘電率をそれぞれεｍ　、εｓ　とすると、以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
2004144477.tif 000003
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】
なおこの種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角θＳＰを精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平１１−３２６１９４号公報に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に配設されてなり、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子が受光する向きにして配設されたものである。
【００１０】
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて全反射減衰角θＳＰを特定し、被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。
【００１１】
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、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光検出手段とを備えてなるものである。
【００１２】
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。
【００１３】
なおこの漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。
【００１４】
また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、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（表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層）上に上記被測定物質として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が溶媒に溶かされた試料液を添加し、所定時間が経過する毎に前述の全反射減衰角θＳＰの角度を測定している。
【００１５】
試料液中の被検体が、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、該全反射減衰角θＳＰの角度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状態を測定し、その結果に基づいて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る。具体的には、ウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトＩｇＧ抗体を特定物質として用いることができる。
【００１６】
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。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は、全反射減衰角θＳＰの角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と被検体との結合状態を測定することができる。（本出願人による特願２０００−３９８３０９号参照）
このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め形成された薄膜層上にセンシング物質が固定されたカップ状あるいはシャーレ状の測定チップに、溶媒と被検体からなる試料液を滴下供給して、上述した全反射減衰角θＳＰの角度変化量の測定を行っている。
【００１７】
なお本出願人は、ターンテーブル等に搭載された複数個の測定チップの測定を順次行うことにより、多数の試料についての測定を短時間で行うことができる全反射減衰を利用した測定装置を特開２００１−３３０５６０号公報により提案している。
【００１８】
また、本出願人は、特願２００１−３９７４１１号において、複数個の試料液保持部が設けられた測定チップを用いて測定を行う全反射減衰を利用した測定装置も提案している。このような構成の測定装置を用いれば、測定チップを移動させることなく多数の試料についての測定を同時に行うことができる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置等のエバネッセント波を利用した測定装置において、前記界面で反射した光ビームの強度を反射角毎に検出するために、従来は光ビームの偏向に同期移動する光検出器や、広い受光面を有するＣＣＤ等のエリアセンサ等を用いていたが、前者は、全反射解消角の測定範囲に関して比較的大きなダイナミックレンジを確保できるが、その反面、機械的な駆動機構が必要になることから、試料分析を高速で行なうのは困難であり、また、後者は、高速分析が可能である反面、ＣＣＤ等のエリアセンサの分解能、電荷蓄積のダイナミックレンジが低いことから、高い分析精度を確保するのは困難である。
【００２０】
そのため、上記問題を回避するために、本出願人は、上述の特開平１１−３２６１９４号公報に記載されているような、複数の受光素子からなる光検出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、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、隣接する２つの受光素子の出力毎に微分し、この微分値に基づいて全反射減衰角θＳＰを求める測定装置を提案している。この測定装置によれば、ＣＣＤ等のエリアセンサ等に比べ広いダイナミックレンジで全反射減衰角θＳＰを精度良く検出することができる。
【００２１】
ところで、近年、上述の特開平１１−３２６１９４号公報に記載されているような測定装置においてさらに光検出手段で検出される光ビームのビームプロファイルが知りたいという要望があるが、このような測定装置では、各受光素子の出力信号を大きくするために各受光素子のサイズを大きくしている、すなわち各受光素子の配列ピッチを粗くしているため、ビームプロファイルを生成する際には解像度が低くなるという問題がある。
【００２２】
そのため、ビームプロファイルを高い解像度で検出することができるようにするために、各受光素子の配列ピッチを細かくすると、各受光素子の出力信号が小さくなり、正確に全反射減衰角θＳＰを算出することができなくなる虞がある。また、各受光素子で受光する光量が少ない場合には、ノイズの影響を受けやすくなる虞もある。
【００２３】
本発明は上記の事情に鑑みて、複数の受光素子により光ビームの強度の測定を行い、各受光素子が出力する光検出信号を、隣接する２つの受光素子の出力毎に微分して暗線の位置の検出を行う測定装置において、正確に全反射減衰角θＳＰを算出することが可能であり、かつ高い解像度でビームプロファイルを検出することが可能な測定装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による測定方法は、誘電体ブロック、誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および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測定チップと、光ビームを発生させる光源と、光ビームを誘電体ブロックに対して、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、複数の受光素子からなり、前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を備えてなる測定装置により試料の分析を行う測定方法において、複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分し、この微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めることにより試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明による他の測定方法は、誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、光ビームを発生させる光源と、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入射角で入射させる入射光学系と、複数の受光素子からなり、前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を備えてなる測定装置により前記試料の分析を行う測定方法において、隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分し、該微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めることにより前記試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明による測定装置は、誘電体ブロック、誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および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測定チップと、光ビームを発生させる光源と、光ビームを誘電体ブロックに対して、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、複数の受光素子からなり、前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、複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分し、この微分値に基づいて前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求める演算手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明による他の測定装置は、誘電体ブロック、該誘電体ブロックの一面に形成された薄膜層、および該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測定チップと、光ビームを発生させる光源と、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入射角で入射させる入射光学系と、複数の受光素子からなり、前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、隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分し、該微分値に基づいて前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求める演算手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２８】
上記のような測定装置としては、金属膜を上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置や、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た光導波層とからなる層を上記薄膜層として用いる前述の漏洩モード測定装置等がある。
【００２９】
本発明による測定装置において、光検出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には種々の方法があり、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（暗線の位置および程度）を検出することにより試料分析を行ってもよい。
【００３０】
本発明において、「複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分する」とは、各受光素子群の出力を合計した後に、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分する場合に限らず、隣接する２つの受光素子群の受光素子をそれぞれ１つずつ受光素子の並設方向に関して微分した後に、この微分値を合計する等、結果的に同じ微分値が得られるのであれば計算の過程はどのようなものであってもよい。
【００３１】
例えば１番の受光素子から６番の受光素子まで順に並んだ６個の受光素子を、１番から３番の受光素子からなる第１の受光素子群と、４番から６番の受光素子からなる第２の受光素子群に分割し、この受光素子群の出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分する場合、第１の受光素子群の１番から３番の受光素子のそれぞれの受光素子の出力を合計し、第２の受光素子群の４番から６番の受光素子のそれぞれの受光素子の出力を合計し、第１の受光素子群の出力の合計と第２の受光素子群の出力の合計とを受光素子の並設方向に関して微分してもよいし、１番と４番の受光素子、２番と５番の受光素子、３番と６番の受光素子の出力をそれぞれ受光素子の並設方向に関して微分し、この３つの微分値を合計してもよい。あるいは、１番と６番の受光素子の出力の差分、２番と５番の受光素子の出力の差分、３番と４番の受光素子の出力の差分を合計し、受光素子群間の距離、この場合には受光素子３つ分に相当する距離で除算してもよい。
【００３２】
また、「隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分する」とは、各所定数の受光素子の出力の平均値を算出した後に、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分する場合に限らず、例えば、まず隣接する２つの受光素子間の微分値を求め、次に連続した所定数の微分値の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出する等、結果的に同じ微分値が得られるのであれば計算の過程はどのようなものであってもよい。
【００３３】
例えば１番の受光素子から４番の受光素子まで順に並んだ４個の受光素子から、隣接する３つの受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分する場合、１番から３番までの受光素子の出力の平均値と、２番から４番までの受光素子の出力の平均値とを求め、この平均値を受光素子の並設方向に関して微分してもよいし、１番と２番の受光素子、２番と３番の受光素子、３番と４番の受光素子の出力をそれぞれ受光素子の並設方向に関して微分し、これらの微分値の平均値を求めてもよい。なお、「隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値」とは、平均値そのものに限定されるものではなく、平均値を反映する値であればよく、例えば所定数の受光素子それぞれの出力の合計値や、この合計値を所望の値で除算した値、あるいは合計値に所望の値を乗算した値等であってもよい。
【００３４】
また、上記各測定方法および測定装置において、「微分値に基づいて前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求める」とは、極小値を取る反射角そのものを求めることに限定されるものではなく、極小値を取る反射角を反映する値、例えば極小値を取る反射角近傍の微分値などを求める場合も含むものである。なお、「極小値」とは、全反射減衰の状態を反映して生じる極小値を意味し、ノイズ等の影響により生じるものは含まない。
【００３５】
【発明の効果】
複数の受光素子により光ビームの強度の測定を行い、各受光素子が出力する光検出信号を、隣接する２つの受光素子の出力毎に微分して暗線の位置の検出を行う測定装置において、本発明の測定方法および測定装置は、演算手段を、複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、隣接する２つの受光素子群毎にそれぞれの出力の合計を受光素子の並設方向に関して微分し、この微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めるようにしたので、サイズが小さい受光素子を用いる場合であっても、全反射減衰角θＳＰを算出する際には、複数の受光素子をいくつかの受光素子群に分割し、この受光素子群毎に出力を合計するため、微分する際の信号の出力を大きくすることができる。そのため、配列ピッチが細かい受光素子アレイを用いることができるようになるので、これにより高い解像度でビームプロファイルを検出できるとともに、全反射減衰角θＳＰを正確に算出することができる。
【００３６】
本発明による他の測定方法および測定装置は、複数の受光素子からなり、誘電体ブロックと薄膜層との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を備えてなる測定装置において、隣接する２つ以上の所定数の受光素子それぞれの出力の平均値を、前記受光素子の並設方向に順次算出し、該平均値を前記受光素子の並設方向に関して微分し、この微分値に基づいて、前記界面での反射光強度が極小値を取る反射角を求めるようにしたので、サイズが小さい受光素子を用いる場合あるいは受光素子が受光する光量が少ない場合であっても、ノイズの影響を受けにくく、精度よく反射光強度が極小値を取る反射角、すなわち全反射減衰角θＳＰを求めることができる。また、受光素子数と同数の平均値を算出することができ、高い解像度で全反射減衰角θＳＰを求めることができる。またこの平均値を用いて、高い解像度のビームプロファイルを得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態の測定装置は、複数の誘電体ブロックに光ビームを並列的に入射させることにより複数の試料の分析を同時に行うことが可能な表面プラズモン測定装置であり、図１は本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平面図であり、図２はこの表面プラズモン測定装置の側面形状を示すものである。
【００３８】
上記表面プラズモン測定装置１０１は、同様の構成の複数の表面プラズモン測定ユニット１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ…により構成されている。
【００３９】
各測定ユニットの構成について、個別の要素を表す符号であるＡ、Ｂ、Ｃ…の符号は省略して説明する。各測定ユニットは、測定チップ９と、光ビーム１３を発生する光源であるレーザ光源１４と、上記光ビーム１３を測定チップ９に対して入射させる入射光学系１５と、測定チップ９で反射された光ビーム１３を平行光化して光検出器１７に向けて射出するコリメーターレンズ１６と、コリメーターレンズ１６より出射された光ビーム１３を受光して光強度を検出する光検出器１７と、光検出器１７に接続された差動アンプアレイ１８と、差動アンプアレイ１８に接続されたドライバ１９と、ドライバ１９に接続されたコンピュータシステム等からなる信号処理部２０と、光検出器１７から出力された信号をデジタル信号へ変換し、信号処理部２０へ出力するＡ／Ｄ変換器２７とからなる。なお、請求項に記載の演算手段は、差動アンプアレイ１８、ドライバ１９および信号処理部２０により構成される。
【００４０】
測定チップ９は、四角錐の４つの稜線が集まる頂角を含む一部分が切り取られ、かつこの四角錐の底面に試料液１１を貯える試料保持機構として機能する凹部１０ｃが形成された形状の誘電体ブロック１０と、この誘電体ブロック１０の凹部１０ｃの底面に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる薄膜層である金属膜１２とからなる。この誘電体ブロック１０は、例えば透明樹脂等により形成することができる。なお、金属膜１２の上に後述するセンシング物質３０を設けてもよい。また、測定チップ９の誘電体ブロック１０は、図３に示すように、互いに隣接する複数の表面プラズモン測定ユニットの測定チップの誘電体ブロックと一体的に構成されたものであってもよい。
【００４１】
入射光学系１５は、レーザ光源１４から射出された光ビーム１３を平行光化するコリメーターレンズ１５ａと、この平行光化された光ビーム１３を上記界面１０ｂに向けて収束させる集光レンズ１５ｂとから構成されている。
【００４２】
光ビーム１３は、集光レンズ１５ｂにより上述のように集光されるので、界面１０ｂに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なお、この入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そのため、界面１０ｂで全反射した光ビーム１３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１５は、光ビーム１３を界面１０ｂ上に点状に集光させず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１０ｂ上のより広い領域において光ビーム１３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減衰角の測定精度を高めることができる。
【００４３】
なお光ビーム１３は、界面１０ｂに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ光源１４をその偏光方向が上記所定の方向となるように配設すればよい。その他、光ビーム１３を界面１０ｂに対してｐ偏光で入射させるには波長板で光ビーム１３の偏光の向きを制御するようにしてもよい。また、表面プラズモン測定装置１０１は、各測定ユニットの信号処理部２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…に接続された１つの表示手段２１を備えている。
【００４４】
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。図２に示す通り、レーザ光源１４から射出された光ビーム１３は、入射光学系１５を通して、誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ｂ上に収束される。
【００４５】
界面１０ｂ上に収束され、この界面１０ｂで全反射された光ビーム１３は、コリメーターレンズ１６を通して光検出器１７によって検出される。光検出器１７は、複数の受光素子であるフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が１列に並設されてなるフォトダイオードアレイであり、フォトダイオードの並設方向が図２の紙面に略平行となるように、かつコリメーターレンズ１６を通して平行光化されて入射される光ビーム１３の伝播方向に対して略直交するように配設されている。したがって、上記界面１０ｂにおいて種々の反射角で全反射された光ビーム１３の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が受光することになる。そして、光検出器１７は、各フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって検出された上記光ビーム１３の強度分布を示す信号を差動アンプアレイ１８およびＡ／Ｄ変換器２７に出力する。なおＡ／Ｄ変換器２７でＡ／Ｄ変換された信号は信号処理部２０に入力される。
【００４６】
界面１０ｂに特定入射角θＳＰで入射した上記光ビーム１３の成分は、金属膜１２とこの金属膜１２に接している物質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が鋭く低下する。つまり上記特定入射角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は極小値を示す。この反射光強度が低下する領域は、図２にＤで示すように、界面１０ｂで全反射された光ビーム１３中の暗線として観察される。
【００４７】
次に、光検出器１７から出力された光ビーム１３の強度分布を示す信号の処理について詳細に説明する。図４は、この表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブロック図である。図示の通り差動アンプアレイ１８は、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…毎に設けられたスイッチ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…、これらスイッチ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…の３つの出力毎に設けられた加算機５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…、互いに隣接する２つの加算機毎に設けられた差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…から構成されている。すなわち、本実施の形態ではそれぞれ３つのフォトダイオードによってフォトダイオード群（受光素子群）が形成されている。なお、スイッチ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…は、信号処理部２０からの指示に基づいて開閉されるものである。
【００４８】
また、ドライバ１９は、差動アンプアレイ１８の各差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…、これらのサンプルホールド回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…の各出力が入力されるマルチプレクサ２３、このマルチプレクサ２３の出力をデジタル化して信号処理部２０に入力するＡ／Ｄ変換器２４、マルチプレクサ２３とサンプルホールド回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…とを駆動する駆動回路２５、および信号処理部２０からの指示に基づいて駆動回路２５の動作を制御するコントローラ２６から構成されている。
【００４９】
上記フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の各出力は加算機５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…により３つの出力毎に加算され、加算機５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…の各出力は差動アンプアレイ１８の各差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…に入力される。この際、互いに隣接する２つの加算機の出力が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力は、複数のフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が出力する光検出信号を、３つのフォトダイオードの出力毎にそれらの出力の合計をフォトダイオードアレイ１７並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００５０】
各差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力は、それぞれサンプルホールド回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ２３に入力される。マルチプレクサ２３は、サンプルホールドされた各差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器２４に入力する。Ａ／Ｄ変換器２４はこれらの出力をデジタル化して信号処理部２０に入力する。
【００５１】
図５は、界面１０ｂで全反射された光ビーム１３の界面１０ｂへの入射角θ毎の光強度と、差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビーム１３の界面１０ｂへの入射角θと上記反射された光ビーム１３の光強度Ｉとの関係は、同図（１）に示すようなものであるとする。
【００５２】
また図５（２）は、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の並設方向を示しており、先に説明した通り、これらのフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応している。
【００５３】
またフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。
【００５４】
また図５（４）は、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…により検出され、Ａ／Ｄ変換器２７によりＡ／Ｄ変換されて信号処理部２０に入力された信号により表されるビームプロファイルを示している。
【００５５】
信号処理部２０は、Ａ／Ｄ変換器２４から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ１８ａ、１８ｂ、１８ｃ…の中から、微分値として正の値を有し、かつ全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図５（３）の例では差動アンプ１８ｋとなる）と、微分値として負の値を有し、かつ全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（図５（３）の例では差動アンプ１８ｊとなる）を選択し、それらの差動アンプが出力する微分値に基づいて、全反射減衰角θＳＰを算出する。なお、場合によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが存在することもあり、そのときはその差動アンプに基づいて全反射減衰角θＳＰを算出する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な動作を繰り返し、全反射減衰角θＳＰを算出し、測定開始時からの角度変化量を求め表示手段２１に表示する。
【００５６】
また、信号処理部２０は、上記全反射減衰角θＳＰの算出結果とともに、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…からＡ／Ｄ変換器２７を介して信号処理部２０に入力された信号により図５（４）に示すようなビームプロファイルを表示手段２１に表示させることができる。この際は、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の各出力をＡ／Ｄ変換器２７によりＡ／Ｄ変換し、その信号に基づいてビームプロファイルを生成するので、上記全反射減衰角θＳＰを算出する際の解像度よりも高い解像度でビームプロファイルを生成することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態においては、各フォトダイオード群の出力を全て加算して全反射減衰角θＳＰの算出を行ったが、必ずしもそのような態様に限定されるものではなく、各フォトダイオードに接続されたスイッチを適宜開閉させてフォトダイオード群のそれぞれ１つもしくは２つのフォトダイオードの出力を加算して全反射減衰角θＳＰの算出を行ってもよい。
【００５８】
また、フォトダイオード群は、３つのフォトダイオードからなるものに限らず、２つもしくは４つ以上の複数のフォトダイオードにより構成してもよい。
【００５９】
また、差動アンプアレイ１８の構成は図４に示す構成に限らず、例えば図６に示すような構成としてもよい。
【００６０】
この差動アンプアレイ１８’は、２つのフォトダイオード毎に設けられる差動アンプ１８ａ’、１８ｂ’、１８ｃ’…、これら差動アンプ１８ａ’、１８ｂ’、１８ｃ’…毎に設けられたスイッチ５１ａ’、５１ｂ’、５１ｃ’…、これらスイッチ５１ａ’、５１ｂ’、５１ｃ’…の３つの出力毎に設けられた加算機５０ａ’、５０ｂ’、５０ｃ’…から構成されている。
【００６１】
フォトダイオード１７ａとフォトダイオード１７ｆとが差動アンプ１８ａ’に、フォトダイオード１７ｂとフォトダイオード１７ｅとが差動アンプ１８ｂ’に、フォトダイオード１７ｃとフォトダイオード１７ｄとが差動アンプ１８ｃ’にそれぞれ接続されており、これら差動アンプ１８ａ’、１８ｂ’、１８ｃ’の出力は加算機５０ａ’により加算されてサンプルホールド回路２２ａに入力される。以後、フォトダイオード１７ａからフォトダイオードが３つずれる毎に、上記と同様の構成となっている。
【００６２】
すなわち、図４に示す差動アンプアレイ１８は、微分値として、各フォトダイオード群の出力を合計した後に、隣接する２つのフォトダイオード群毎にそれぞれの出力の合計の差分を求めるのに対し、この図６に示す差動アンプアレイ１８’は、隣接する２つのフォトダイオード群のフォトダイオード間の出力の差分を求め、この差分を合計するものであり、この差動アンプアレイ１８’を用いても上記差動アンプアレイ１８を用いた場合と同等の出力を得ることができる。
【００６３】
また、差動アンプアレイ１８を用いた場合と同様に、各フォトダイオード群のそれぞれのフォトダイオード間の出力の差分、すなわち３組のフォトダイオード間の出力の差分を全て合計して全反射減衰角θＳＰの算出を行う態様に限定されるものではなく、各フォトダイオードに接続されたスイッチを適宜開閉させて１組のフォトダイオード間の出力の差分、あるいは２組のフォトダイオード間の出力の差分の合計値から全反射減衰角θＳＰの算出を行ってもよい。例えば各フォトダイオードに入力される光量が十分である場合、あるいは光ビーム１３に生じる暗線の幅が狭い場合等には、隣接する１組のフォトダイオード間の出力の差分を用いて、全反射減衰角θＳＰの算出を行い、各フォトダイオードに入力される光量が小さい場合あるいは光ビーム１３に生じる暗線の幅が広い場合等には、３組のフォトダイオード間の出力の差分を全て合計して全反射減衰角θＳＰの算出を行うようにすれば、より正確に全反射減衰角θＳＰを算出することができる。なお、差動アンプアレイ１８あるいは差動アンプアレイ１８’等のアナログ回路を用いて、微分値を求める場合には、デジタル加算処理によるサンプリングノイズの発生を抑制することができる。
【００６４】
上述のように、測定チップの金属膜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、それに応じて全反射減衰角θＳＰも変化するため、この全反射減衰角θＳＰの角度変化量を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜１２に接している物質の屈折率変化を調べることができる。
【００６５】
なお金属膜１２の上に、試料液１１の中の特定物質と結合するセンシング物質３０を固定した場合、試料液１１とセンシング物質３０との結合状態に応じてセンシング物質３０の屈折率が変化するので、上記微分値Ｉ’を測定し続けることにより、この結合状態の変化の様子を調べることができる。つまりこの場合は、試料液１１およびセンシング物質３０の双方が、分析対象の試料となる。そのような特定物質とセンシング物質３０との組合せとしては、例えば抗原と抗体等が挙げられる。
【００６６】
上述の表面プラズモン測定装置は、一部の構成を変更することにより漏洩モード測定装置とすることができる。図７は、上述の表面プラズモン測定装置１０１の一部を変更して構成した漏洩モード測定装置の測定ユニットの側面図である。なおこの図７において、図２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。
【００６７】
この漏洩モード測定装置も、上述の表面プラズモン測定装置と同様に測定チップ９を用いるように構成されている。この測定チップ９の上面に形成された凹部１０ｃの底面にはクラッド層４０が形成され、さらにその上には光導波層４１が形成されている。これらクラッド層４０と光導波層４１とによって薄膜層が形成されている。
【００６８】
誘電体ブロック１０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４０は、誘電体ブロック１０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４１は、クラッド層４０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４０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４１の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で７００ｎｍ程度とされる。
【００６９】
上記構成の漏洩モード測定装置において、レーザ光源１４から射出された光ビーム１３を誘電体ブロック１０を通してクラッド層４０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１３の多くの成分が誘電体ブロック１０とクラッド層４０との界面１０ｂで全反射するが、クラッド層４０を透過して光導波層４１に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層４１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４１に取り込まれるので、上記界面１０ｂ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。
【００７０】
光導波層４１における導波光の波数は、該光導波層４１上の試料液１１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減衰角を知ることによって、試料液１１の屈折率や、それに関連する試料液１１の特性を分析することができ、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
次に図８〜図１０を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図８は第２の実施形態である表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図であり、図９は第２の実施形態である表面プラズモン測定装置の側面形状を示すものであり、図１０は、ビームの界面への入射角と演算処理部の出力との関係を示す図である。なお、図８および図９においては、図１および図２に示す第１の具体的な実施の形態と共通の要素については同番号を付し、特に必要のない限りその説明は省略する。
【００７２】
上記表面プラズモン測定装置２０１は、同様の構成の複数の表面プラズモン測定ユニット２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ…により構成されている。各測定ユニットの構成について、個別の要素を表す符号であるＡ、Ｂ、Ｃ…の符号は省略して説明する。
【００７３】
各測定ユニットは、測定チップ９と、レーザ光源１４と、入射光学系１５と、コリメーターレンズ１６と、光検出器１７と、Ａ／Ｄ変換器６０と、演算処理部６１と、コンピュータシステム等からなる信号処理部６２とからなる。なお、請求項に記載の演算手段は、演算処理部６１および信号処理部６２により構成される。演算処理部６１および信号処理部６２の動作は後述する。また、表面プラズモン測定装置２０１は、各測定ユニットの信号処理部６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ…に接続された１つの表示手段２１を備えている。
【００７４】
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。図９に示す通り、レーザ光源１４から射出された光ビーム１３は、入射光学系１５を通して、誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ｂ上に収束され、この界面１０ｂで全反射された光ビーム１３は、コリメーターレンズ１６を通して光検出器１７によって検出される。光検出器１７は、上記界面１０ｂにおいて種々の反射角で全反射された光ビーム１３の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…で受光する。そして、光検出器１７は、各フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…によって検出された上記光ビーム１３の強度分布を示す信号をＡ／Ｄ変換器６０に出力する。Ａ／Ｄ変換器６０でＡ／Ｄ変換された信号は演算処理部６１に入力される。なお、本実施の形態においては、解像度を向上させるために、第１の実施の形態に比べて、光検出器１７が界面１０ｂから離れた位置に配置されている。
【００７５】
演算処理部６１では、まず上記フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の各出力から、隣接する３つのフォトダイオードの出力の平均値を、順次フォトダイオードを１つずつずらしながら算出し、その後、前後する平均値の差を求め、信号処理部６２へ出力する。すなわち、まず、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃの平均値、フォトダイオード１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの平均値、フォトダイオード１７ｃ、１７ｄ、１７ｅの平均値…を順次算出し、その後、フォトダイオード１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの平均値−フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃの平均値、フォトダイオード１７ｃ、１７ｄ、１７ｅの平均値−フォトダイオード１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの平均値…を順次求め、信号処理部６２へ出力する。これらの、平均値の差は、複数のフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が出力する光検出信号を、隣接する３つのフォトダイオードの出力毎にそれらの出力の平均値をフォトダイオードアレイ１７の並設方向に関して微分した微分値Ｉ’と考えることができる。
【００７６】
図１０は、上記の演算処理部６１において演算処理を行う際の信号値を説明するものである。例えば、光ビーム１３の界面１０ｂへの入射角θと上記反射された光ビーム１３の光強度Ｉとの関係は、同図（１）に示すようなものであるとする。図１０（２）に、示すような配置で、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…が設けられている場合には、同図（３）に示すような出力値が各フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…から出力される。すなわち、同図（３）は、演算処理部６１に入力される信号である。なお、同図（３）は、フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…の配列ピッチが、ビームプロファイルに対して狭いため、各フォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…から出力される信号値が小さく、ノイズの影響を受けやすい場合の出力値の一例であり、凹凸の大きいグラフとなっている。同図（４）は、隣接する３つのフォトダイオードの出力の平均値を、順次フォトダイオードを１つずつずらしながら算出した値である。ノイズが相殺されるため、同図（３）に示すグラフに比べ、滑らかなグラフとなり、かつ同図（１）に示す、実際の入射角θと反射された光ビーム１３の光強度Ｉとの関係を示すグラフに近い形状のグラフが得られている。同図（５）は、各平均値の差、すなわち演算処理部６１から出力される微分値Ｉ’を示すものである。
【００７７】
信号処理部６２は、演算処理部６２から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているフォトダイオードの組（図１０（２）の例ではフォトダイオード１７ｈ、１７ｉおよび１７ｊとなる）から全反射減衰角θＳＰを算出する。以後、所定時間が経過する毎に上記と同様な動作を繰り返し、全反射減衰角θＳＰを算出し、測定開始時からの角度変化量を求め表示手段２１に表示する。試料液１１の中の特定物質とセンシング物質３０との結合状態に応じてセンシング物質３０の屈折率が変化するので、上記全反射減衰角θＳＰの角度変化量を測定することにより、この結合状態の変化の様子を調べることができる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、３つのフォトダイオードの平均値から微分値Ｉ’を求め、この微分値Ｉ’に基づいて、全反射減衰角θＳＰの算出を行ったが、必ずしもそのような態様に限定されるものではなく、隣接した２つのフォトダイオードの平均値あるいは隣接した４つ以上のフォトダイオードの平均値を順次求めて、微分値Ｉ’を求めてもよい。
【００７９】
本実施の形態においては、光検出器１７の隣接する３つのフォトダイオードの出力の平均値を、順次フォトダイオードを１つずつずらしながら算出し、その後、前後する平均値の差、すなわち微分値Ｉ’を求め、該微分値Ｉ’に基づいて、全反射減衰角θＳＰの角度を測定するようにしたので、サイズが小さい受光素子を用いる場合あるいは受光素子が受光する光量が少ない場合であっても、ノイズの影響を受けにくく、高い解像度で、かつ正確に全反射減衰角θＳＰの角度を測定することができる。なお、各フォトダイオードの平均値の代わりに合計値を使用してもよく、微分する際の信号値を大きくすることができる。また、平均値の代わりに、合計値を所望の値で除算した値、あるいは合計値に所望の値を乗算した値等を用いてもよい。
【００８０】
なお、演算処理部６１から、微分値に加え各３つのフォトダイオードの平均値を出力し、信号処理部６２において、この平均値に基づいてビームプロファイルを生成すれば、高い解像度で、かつノイズの影響の少ないビームプロファイルを生成することができる。また、第２の実施形態の表面プラズモン測定装置も、第１の実施形態と同様に、一部の構成を変更することにより漏洩モード測定装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図
【図２】表面プラズモン測定装置の側面形状を示す図
【図３】測定チップの概略構成図
【図４】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図５】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力との関係を示す図
【図６】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図７】漏洩モード測定装置の一例を示す図
【図８】本発明の第２の実施の形態による表面プラズモン測定装置の概略構成を示す平面図
【図９】表面プラズモン測定装置の側面形状を示す図
【図１０】光ビームの界面への入射角と演算処理部の出力との関係を示す図
【符号の説明】
９　　　測定チップ
１０　　誘電体ブロック
１３　　光ビーム
１４　　レーザ光源
１５　　入射光学系
１６　　コリメータレンズ
１７　　光検出器
１８　　差動アンプアレイ
１９　　ドライバ
２０、６２　　信号処理部
２１　　表示手段
２７、６０　　Ａ／Ｄ変換器
６１　　　演算処理部
１０１、２０１　　表面プラズモン測定装置
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ…　　表面プラズモン測定ユニット
２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ…　　表面プラズモン測定ユニット
【図１】
2004144477.tif 000004
【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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