(57)【要約】【課題】表面プラズモン共鳴測定装置等の測定装置において、ある波長幅を有する光ビームを測定光として用いた際に、測定誤差が発生したり、センシング物質と特定物質との結合反応が阻害されることを防止する。【解決手段】誘電体ブロック１０と、その一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層１２と、ある波長幅を有する光ビームを発生させる光源１４と、光ビーム１３Ｂを誘電体ブロック１０に対して、それと薄膜層１２との界面１０ａで全反射するように入射させる入射光学系１５と、上記界面１０ａにおいて全反射した光ビーム１３Ｂの強度を検出する光検出手段２０とを備えてなる測定装置において、光源１４と薄膜層１２との間に、上記の強度測定に供される光ビーム１３Ｂの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段２３を設ける。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該誘電体ブロックよりも低屈折率の薄膜層と、
ある波長幅を有する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ように入射させる入射光学系と、
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おいて、
前記光源と薄膜層との間に、前記強度測定に供される光ビームの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段が設けられたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
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回折格子と、
この回折格子の上に形成されて試料に接触させられる薄膜層と、
ある波長幅を有する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、前記回折格子の少なくとも一部を照射するように入射させる入射光学系と、
前記回折格子で反射回折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おいて、
前記光源と薄膜層との間に、前記強度測定に供される光ビームの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段が設けられたことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
前記薄膜層が金属膜からなることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
【請求項４】
前記薄膜層が、前記誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層および、さらにその上に形成された光導波層からなることを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
【請求項５】
前記フィルター手段が、通過させる光の波長領域を変更可能なものであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載の測定装置。
【請求項６】
前記光検出手段が、前記光ビームのビーム断面内強度分布を測定する２次元光検出手段であることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載の測定装置。
【請求項７】
前記２次元光検出手段が、前記光ビームを分光検出するものであることを特徴とする請求項６記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面プラズモンの発生を利用して試料の物性を求める表面プラズモン共鳴測定装置等の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、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、試料中の物質を定量分析する表面プラズモン共鳴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（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
上記の系を用いる表面プラズモン共鳴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に接触させられる、該誘電体ブロックよりも低屈折率の金属膜と、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入射角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偏向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、光ビームの偏向にともなって反射角が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期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共鳴測定装置において、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、図２に示すように鋭く低下する。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。
【０００７】
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。
【０００８】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角θＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、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。
【０００９】
【数１】
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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中の特定物質の濃度が分かるので、結局、上記反射光強度が低下する入射角θＳＰを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率や、それに対応する物性を求めることができる。
【００１０】
また、前記金属膜の上に、検体中の特定物質と特異的に結合するセンシング物質を固定しておいた場合は、金属膜の上に供給された検体中にその特定物質が含まれるとその結合によりセンシング物質の屈折率が変化するので、この屈折率変化を検出することにより、上記特定物質の有無を検出することもできる。
【００１１】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば非特許文献１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、かつ光導波層での導波モードの励起による全反射減衰が生じ得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試料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、試料の屈折率や、それに関連する試料の特性を測定することができる。
【００１３】
なお、前記界面で全反射した光ビームの強度を光検出手段により測定して試料の分析を行なうには種々の方法があり、非特許文献２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に対して全反射条件が得られる入射角で入射させ、この界面で全反射した光ビームの強度を各波長毎に測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することによって試料分析を行なってもよい。
【００１４】
さらには、非特許文献３に記載されているように、光ビームを前記界面に対して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それ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、その干渉後の光ビームの強度を検出することにより試料分析を行なってもよい。
【００１５】
なお、試料の物性の分析においては、複数の試料について同一条件で測定したい場合や、試料の２次元的な物性情報を得たい場合等があり、上述した表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モード測定装置はこれらに応用することも可能である（例えば特許文献２および３参照）。表面プラズモン共鳴測定装置を例に挙げると、前記図２に示す関係は、金属膜上に存在する物質の屈折率が変化すると同図で横軸方向に移動する形で変化する。したがって、前記界面の２次元的な広がりを有する領域に所定の入射角で光ビームを入射させた場合、該領域のうちその入射角で全反射減衰を生じる屈折率となっている部分、すなわち、ある特定の物質が金属膜上に存在する部分に入射した光成分が暗線として検出される。そこで、ある程度広いビーム断面を有する平行光を用い、前記界面で全反射した光ビームの断面の光強度分布を検出すれば、上記界面に沿った面内での特定物質の分布を測定することができる。また、図２に示すように、所定の入射角θＳＰの前後ではやはり全反射光の強度が低くなるので、所定の入射角で界面に入射して全反射した光ビームの断面の光強度分布は、金属膜上に存在する物質（試料）の２次元的な屈折率分布を示すものとなる。
【００１６】
上述のことは、全反射減衰が表面プラズモン共鳴によって生じる代わりに、前記導波層での導波モードの励起によって生じるという点が異なるだけで、漏洩モード測定装置においても同様に認められるから、漏洩モード測定装置を適用して同じように試料の２次元物性を求めることも可能である。
【００１７】
なお上記のように「試料の２次元物性を求める」ということは、本明細書においては、１つの試料の２次元物性を求めることの他、薄膜層上に２次元的に配置された同一種類あるいは異なる種類の複数の試料の各物性を、互いに独立して求めることも含めて指すものとする。
【００１８】
また、以上説明した表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モード測定装置は、誘電体ブロックと薄膜層（前者にあっては金属膜であり、後者にあってはクラッド層および光導波層）との界面で光ビームを全反射させることにより、この全反射時に生じるエバネッセント波と表面プラズモンあるいは導波モードとを結合させているものであるが、誘電体ブロックの一面で光ビームを全反射させる代わりに該一面に回折格子を形成して、同様の表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モード測定装置を構成することもできる。つまりその場合は、誘電体ブロック側からその回折格子に光ビームを入射させると、回折により生じて薄膜層側に浸み出したエバネッセント光と表面プラズモンあるいは導波モードとが結合するので、誘電体ブロック側に反射回折する光の強度が減衰する。そこで、この減衰が生じたときの回折格子に対する光ビームの入射角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。
【００１９】
さらに、以上説明した表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モード測定装置は、全反射光あるいは反射回折光の減衰が生じる光ビームの入射角θが、試料の屈折率に応じて変化することを利用して試料分析するものであるが、入射角θを一定にしておいても同様の試料分析を行うことができる。つまり光ビームの入射角θが一定の場合は、図３に示すようにその光ビームの波長λがある特定値λＳＰのときに、全反射光あるいは反射回折光の減衰が生じる。そして、この全反射光あるいは反射回折光の減衰が生じる特定波長λＳＰは試料の屈折率に依存するので、この特定波長λＳＰを検出することにより、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。
【００２０】
このような方式の測定装置は、試料の２次元物性を求める上で特に有利なものとなる。つまりその場合は、ある波長幅を有する例えば白色光等からなる光ビームを発生させる光源が用いられるとともに、全反射光あるいは反射回折光を分光検出する２次元光検出手段が用いられ、前記界面や回折格子に対する光ビームの入射角を変化させる必要が無いので、試料の一定個所を安定して照射することが可能になる。
【００２１】
【特許文献１】
特開平６−１６７４４３号公報
【００２２】
【特許文献２】
特開２００１−２５５２６７号公報
【００２３】
【特許文献３】
特開２００１−５１１２４９号公報
【００２４】
【非特許文献１】
「分光研究」、１９９８年、第４７巻、第１号、第２１〜２３頁および第２６〜２７頁
【００２５】
【非特許文献２】
Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．Ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ，“Ｐｏｒｏｕｓ  Ｇｏｌｄ  ｉｎ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ”ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ  ＸＩＩＩ，１９９９年，第５８５−５８８頁
【００２６】
【非特許文献３】
Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ，“Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏ−ＡｒｒａｙＢｉｏｓｅｎｓｉｎｇ”ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ  ＸＩＩＩ，  １９９９年，第２３５−２３８頁
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した表面プラズモン共鳴測定装置や漏洩モード測定装置において、全反射光あるいは反射回折光の減衰が生じる特定波長λＳＰに基づいて試料の物性を測定する等のために、ある波長幅を有する白色光等からなる光ビームを用いた場合には、測定誤差が生じやすい、前述したセンシング物質と特定物質との結合反応が阻害されやすい、という問題が認められる。
【００２８】
本発明は上記の事情に鑑みて、ある波長幅を有する光ビームを測定光として用いても、測定誤差の発生を防止可能で、またセンシング物質と特定物質との結合反応が阻害される問題も防止できる測定装置を提供することを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の測定装置は、先に説明した全反射光の減衰を利用して試料物性を測定する構成を前提とするものであり、具体的には、
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、該誘電体ブロックよりも低屈折率の薄膜層（表面プラズモン共鳴測定装置にあっては金属膜であり、漏洩モード測定装置にあってはクラッド層および光導波層である）と、
ある波長幅を有する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ように入射させる入射光学系と、
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おいて、
前記光源と薄膜層との間に、前記強度測定に供される光ビームの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明による第２の測定装置は、先に説明した反射回折光の減衰を利用して試料物性を測定する構成を前提とするものであり、具体的には、
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回折格子と、
この回折格子の上に形成されて試料に接触させられる薄膜層と、
ある波長幅を有する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、前記回折格子の少なくとも一部を照射するように入射させる入射光学系と、
前記回折格子で反射回折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おいて、
前記光源と薄膜層の間に、前記強度測定に供される光ビームの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段が設けられたことを特徴とするものである。
【００３１】
なおより具体的に、上記薄膜層を金属膜から形成すれば前述の表面プラズモン共鳴測定装置が構成され、また該薄膜層を誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層および、さらにその上に形成された光導波層から形成すれば、前述の漏洩モード測定装置が構成される。
【００３２】
なお上記のフィルター手段としては、通過させる光の波長領域を変更可能なものが好適に用いられる。
【００３３】
他方、上記の光検出手段としては、前記光ビームのビーム断面内強度分布を測定する２次元光検出手段が好適に用いられ、そしてそのような２次元光検出手段は、前記光ビームを分光検出するものであることが望ましい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明者の研究によると、前述した従来の測定装置における問題は、ある波長幅を有する光ビームを測定光として用いた場合、その波長幅内の特定波長の光によって引き起こされることが判明した。つまり、光ビームを発生させる光源として例えば白色光源等を使用した場合は、概略１０００ｎｍ以上の波長領域にある赤外光を吸収して前記金属膜および試料の温度が上昇し、そのために該金属膜および試料の屈折率が変化して、測定誤差が生じるのである。また、概略４００ｎｍ以下の波長領域にある紫外光がエバネッセント波となって金属膜から浸み出し、それが前述のセンシング物質あるいは特定物質に照射されて好ましくない光化学反応が起き、それにより両者の結合反応が阻害されることもある。
【００３５】
本発明の測定装置は、上記の新しい知見に鑑みて、光源と薄膜層との間に、強度測定に供される光ビームの波長以外の波長領域にある光をカットするフィルター手段が設けられたことにより、測定に寄与しない波長の光ビームが金属膜やセンシング物質あるいは特定物質に照射されることを極力回避できるものとなる。それにより本発明の測定装置によれば、赤外光が照射された金属膜が温度上昇して測定誤差が生じることや、紫外光が照射されたセンシング物質あるいは特定物質が光化学反応を起こして両者の結合反応が阻害されることを確実に防止可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
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。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。本実施形態の装置は一例として前述した表面プラズモン共鳴測定装置であって、透明合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスから形成されて例えばほぼ台形の断面形状を有する誘電体ブロック１０と、この誘電体ブロック１０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、白色光１３を発する光源１４と、この光源１４から発散光状態で発せられた白色光１３を平行光化し、平行光となった光ビーム１３Ｂを上記金属膜１２に向けて誘電体ブロック１０に入射させる入射光学系１５とを有している。
【００３８】
さらにこの表面プラズモン共鳴測定装置は、上記誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ａで全反射した光ビーム１３Ｂが入射する位置に配された回折格子１６と、この回折格子１６を光ビーム１３Ｂの入射角が変化する方向（矢印Ａ方向）に回転させる回折格子駆動手段１７と、回折格子１６で反射回折した光ビーム１３Ｂを収束させる集光レンズ１８と、この集光レンズ１８による光ビーム１３Ｂの収束位置に配されたピンホール板１９と、このピンホール板１９のピンホール１９ａを通過した光ビーム１３Ｂを２次元的に検出するＣＣＤエリアセンサ２０とを有している。
【００３９】
また前記入射光学系１５と誘電体ブロック１０との間の光ビーム１３Ｂの光路には、フィルター駆動手段２２によって軸Ｂを中心に回転移動するフィルター板２３の特定部分が選択的に挿入されるようになっている。このフィルター板２３は概略円形に形成され、通過波長帯域が互いに異なる例えば４つのバンドパスフィルターを径方向に並べて保持している。
【００４０】
上記フィルター駆動手段２２および回折格子駆動手段１７の作動は、制御部２４によって制御される。また上記ＣＣＤエリアセンサ２０の出力信号はこの制御部２４に入力され、該制御部２４が後述のようにして求めた分析結果は表示手段２５に表示される。
【００４１】
なお界面１０ａに対する光ビーム１３Ｂの入射角θは、臨界角以上でかつ表面プラズモンを励起させる範囲の角度とされる。そこで、光ビーム１３Ｂは界面１０ａで全反射する。また光ビーム１３Ｂは、界面１０ａに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、例えば光源１４内に波長板や偏光板を組み込んで、白色光１３の偏光の向きを制御すればよい。
【００４２】
以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置の作用について説明する。本装置により試料分析するに当たり、分析対象の試料３０は金属膜１２の上に配される。この状態で光源１４が点灯され、平行光とされた白色光である光ビーム１３Ｂは、後述のように作用するフィルター板２３を通過してから誘電体ブロック１０に入射する。この光ビーム１３Ｂは誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ａで全反射し、誘電体ブロック１０から出射して回折格子１６において反射回折する。なお、このときの回折角は光ビーム１３Ｂの波長λに応じて異なるので、光ビーム１３Ｂは空間的に分光された状態で回折格子１６から出射する。
【００４３】
分光された光ビーム１３Ｂは集光レンズ１８によって集光され、その収束位置に配されたピンホール板１９のピンホール１９ａを通過して、ＣＣＤエリアセンサ２０に入射する。ＣＣＤエリアセンサ２０は、光ビーム１３Ｂの強度をビーム断面内の各位置毎に検出し、その検出光強度を示す光検出信号Ｓを制御部２４に入力する。
【００４４】
上述した通り、ピンホール板１９に入射する光ビーム１３Ｂは空間的に分光されているので、ある狭い波長領域の光のみがピンホール１９ａを通過することになる。そして、試料分析に際しては回折格子１６が前述のように回転され、それにより、ピンホール１９ａを通過する光ビーム１３Ｂの波長が掃引される。ＣＣＤエリアセンサ２０は、こうして掃引される各波長毎に上記光強度を検出する。
【００４５】
このとき、掃引する波長範囲が適切に設定されていれば、先に図３に示したように、ある特定の波長λＳＰにおいて表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じ、それはＣＣＤエリアセンサ２０において、検出光強度の著しい低下として検出される。上記特定波長λＳＰの値は試料３０の屈折率と一義的に対応しているので、この全反射減衰が生じたときの波長λＳＰの値つまりは回折格子１６の回転位置に基づいて、試料３０の屈折率やそれと対応している試料３０の物性を求めることができる。そこで制御部２４は、光検出信号Ｓと、自身が制御する回折格子１６の回転位置とに基づいて、試料３０の屈折率等の物性を求める。この回折格子１６の回転位置と試料の物性との関係は、予め実験や経験に基づいて求めておくことができる。
【００４６】
なお本実施形態では、光ビーム１３Ｂが金属膜１２を２次元的に照射し、全反射した該光ビーム１３Ｂの強度がビーム断面内の各位置毎に検出されるので、制御部２４においては、上記試料３０の屈折率等の物性の２次元分布が求められる。こうして制御部２４が求めた試料３０の物性の２次元分布は、表示手段２５に表示される。
【００４７】
次に、フィルター板２３の作用について説明する。表面プラズモン共鳴を生じさせる光ビーム１３Ｂの波長は、該光ビーム１３Ｂの界面１０ａへの入射角にもよるが、通常は可視域から近赤外領域にあり、全反射減衰が認められる波長幅は数ｎｍ〜数十ｎｍ程度である。したがって回折格子１６の回転角は、ピンホール１９ａを通過する光ビーム１３Ｂの波長が略１００ｎｍに亘って掃引される程度の範囲で変化させれば十分である。
【００４８】
上記の事情から本実施形態では、回折格子１６の回転角を、例えば上記波長が４００〜５００ｎｍ（第１範囲）、５００〜６００ｎｍ（第２範囲）、６００〜７００ｎｍ（第３範囲）、７００〜８００ｎｍ（第４範囲）の間で掃引されることになる４段階の角度範囲のいずれかで変化させるようにしている。それに応じて、フィルター板２３の前記４つのバンドパスフィルターとしては、通過波長帯域がそれぞれ４００〜５００ｎｍ、５００〜６００ｎｍ、６００〜７００ｎｍ、７００〜８００ｎｍである第１、第２、第３、第４のバンドパスフィルターが適用されている。
【００４９】
そして制御部２４は、上記波長が第１範囲で掃引される場合は第１のバンドパスフィルターが、上記波長が第２範囲で掃引される場合は第２のバンドパスフィルターが、上記波長が第３範囲で掃引される場合は第３のバンドパスフィルターが、上記波長が第４範囲で掃引される場合は第４のバンドパスフィルターが各々光ビーム１３Ｂの光路に挿入されるように、フィルター駆動手段２２の作動を制御する。こうすることにより、測定に寄与しない波長の光ビーム１３Ｂが金属膜１２に照射されることを極力回避できる。そこで本装置によれば、赤外光が照射された金属膜１２が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能できる。
【００５０】
なお、上記のような通過波長帯域を有するバンドパスフィルターとしては、市販の多層膜干渉フィルターや吸収型色フィルター等から適当な特性のものを選択して用いることができる。またそのようなバンドパスフィルターに代えて、ローパスフィルターとハイパスフィルターとを組み合わせて用いることにより、同様の通過波長帯域を実現することも可能である。さらに、１つの基板に設計の異なる多層膜干渉フィルターを並設して用いてもよい。
【００５１】
また、上記の実施形態では、複数のバンドパスフィルターを複数通り設定される掃引波長範囲に合わせて選択使用するようにしているが、掃引波長範囲が１通りだけ設定されるような場合でも、光源が発する光の波長範囲よりも狭い通過波長帯域を有する１つのフィルターを用いて、金属膜１２に照射される光の波長範囲を狭く限定すれば、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
上記のように１つのフィルターを用いる場合は、誘電体ブロック１０の光通過端面に多層膜を形成して、それにより干渉フィルターを構成するようなことも可能である。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本発明の第２の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。なおこの図４において、図１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ない限り省略する（以下、同様）。
【００５４】
この第２実施形態の装置も一例として表面プラズモン共鳴測定装置であるが、図１に示した装置と比べると回折格子駆動手段１７が省かれ、その代わりに、ピンホール板１９を概略矢印Ｃ方向に移動させるピンホール板駆動手段４０が設けられた点が異なる。このピンホール板駆動手段４０の作動は、制御部２４によって制御される。
【００５５】
本実施形態の装置においては、ピンホール板１９がピンホール板駆動手段４０によって上記方向に移動されることにより、ＣＣＤエリアセンサ２０に入射する光ビーム１３Ｂの波長が掃引される。その他の点は、図１に示した装置と基本的に同様であり、フィルター板２３により、赤外光が照射された金属膜１２が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能である点も同じである。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図５は本発明の第３の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。この第３実施形態の装置も一例として表面プラズモン共鳴測定装置であるが、図１に示した測定装置と比べると、金属膜１２の上にセンシング物質５０が固定されている点が異なる。このセンシング物質５０は、後述する検体５１の中の特定物質と特異的に結合するものである。
【００５７】
上記構成の測定装置によって検体５１を分析する際には、検体５１がセンシング物質５０の上に供給される。この検体５１の中に特定物質が含まれると、それがセンシング物質５０と結合するので、該センシング物質５０の屈折率が変化する。したがって、図１の装置と同様にしてＣＣＤエリアセンサ２０に入射する光ビーム１３Ｂの波長を掃引する操作を検体５１の供給前と後に行ない、その２つの場合で全反射減衰波長λＳＰが変化するか否かを検出することにより、上記結合の有無つまりは特定物質の有無を分析することができる。
【００５８】
この場合も、フィルター板２３により、赤外光が照射された金属膜１２が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能である。また本実施形態では、フィルター板２３によって紫外域の光がカットされることにより、紫外光が照射されたセンシング物質５０あるいは特定物質が光化学反応を起こして両者の結合反応が阻害されることも防止できる。
【００５９】
なお本実施形態では、光ビーム１３Ｂのビーム断面内強度分布を測定するＣＣＤエリアセンサ２０を用いているので、上記センシング物質５０と特定物質との結合が検体５１のどの部分において生じたかを調べることもできる。
【００６０】
また、上記のように金属膜１２の上に１種類のセンシング物質５０を固定する代わりに、金属膜１２の上に複数種類のセンシング物質を互いに適宜間隔を置いて並んだ状態に固定しておけば、ＣＣＤエリアセンサ２０の出力に基づいて、どの位置でセンシング物質と特定物質との結合が生じたか、つまりどの種類のセンシング物質に特定物質が結合したかを調べることができる。
【００６１】
さらに、上記とは反対に、金属膜１２の上に１種類のセンシング物質を互いに適宜間隔を置いて並んだ状態に複数固定しておき、各センシング物質に相異なる検体を供給すれば、ＣＣＤエリアセンサ２０の出力に基づいて、どの位置でセンシング物質と特定物質との結合が生じたか、つまりどの検体がセンシング物質と結合したかを調べることができる。
【００６２】
なお、上述のようなセンシング物質と特定物質との組合せとしては、例えば各種抗体と抗原との組合せを挙げることができる。
【００６３】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図６は本発明の第４の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。この第４実施形態の装置も一例として表面プラズモン共鳴測定装置であるが、図１に示した測定装置と比べると、誘電体ブロック１０に代えて、下面に光入射用回折格子６１および光出射用回折格子６２が形成された直方体状の誘電体ブロック６０が用いられている点が異なるものである。
【００６４】
本装置においては、光ビーム１３Ｂが光入射用回折格子６１で回折して、界面１０ａに全反射可能な入射角で入射し、全反射後に光出射用回折格子６２で回折して誘電体ブロック６０外に出射する。その他の点は、図１に示した装置と基本的に同様であり、フィルター板２３により、赤外光が照射された金属膜１２が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能である点も同じである。
【００６５】
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図７は本発明の第５の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。この第５実施形態の装置も一例として表面プラズモン共鳴測定装置であるが、図１に示した測定装置と比べると、誘電体ブロック１０に代えて、上面（金属膜１２が形成される面）に回折格子７１が形成された誘電体ブロック７０が用いられた点が異なるものである。なお回折格子７１は誘電体ブロック７０の上面に凹凸を形成してなるもので、その凹凸の高さおよびピッチは、典型的にはそれぞれ数十ｎｍ、１μｍ程度である。
【００６６】
本装置においては、光ビーム１３Ｂが回折格子７１で反射回折して折り返す。そしてこの場合も、光ビーム１３Ｂの波長λがある特定値λＳＰを取るとき、回折により生じて金属膜１２側に浸み出したエバネッセント光と表面プラズモンとが結合して、誘電体ブロック７０側に反射回折する光ビーム１３Ｂの強度が鋭く減衰する。そこでこの装置においても、図１の装置と同様にして、試料３０の屈折率や、それに関連する試料３０の特性を分析することができる。またフィルター板２３により、赤外光が照射された金属膜１２が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能である点も、図１の装置と同じである。
【００６７】
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。図８は本発明の第６の実施形態による測定装置の側面形状を示すものである。この第６実施形態の装置は先に説明した漏洩モード測定装置であり、図１に示した測定装置と比べると、金属膜１２に代えて、誘電体ブロック１０の上面にクラッド層８０および光導波層８１がこの順に形成されている点が異なるものである。
【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８０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８１は、クラッド層８０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８０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８１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、光ビーム１３Ｂを誘電体ブロック１０を通してクラッド層８０に対して臨界角以上の入射角で入射させると、該光ビーム１３Ｂが誘電体ブロック１０とクラッド層８０との界面１０ｃで全反射するが、クラッド層８０を透過して光導波層８１に入射した特定波長の光は、該光導波層８１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８１に取り込まれるので、上記界面１０ｃ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。
【００７０】
光導波層８１における導波光の波数は、該光導波層８１の上の試料３０の屈折率に依存するので、掃引波長範囲内で全反射減衰が生じる上記特定波長を知ることによって、試料３０の屈折率や、それに関連する試料３０の特性を分析することができる。そして特に本実施形態では、ＣＣＤエリアセンサ２０により光ビーム１３Ｂの強度がビーム断面内の各位置毎に検出されるので、制御部２４においては、試料３０の屈折率等の物性の２次元分布が求められる。こうして制御部２４が求めた試料３０の物性の２次元分布は、表示手段２５に表示される。
【００７１】
また本装置においても、フィルター板２３を設けたことにより、赤外光が照射されたクラッド層８０や光導波層８１が温度上昇して測定誤差が生じることを防止可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置を示す概略側面図
【図２】表面プラズモン共鳴測定装置における測定光入射角と検出光強度との関係を示すグラフ
【図３】表面プラズモン共鳴測定装置における測定光波長と検出光強度との関係を示すグラフ
【図４】本発明の第２の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置を示す概略側面図
【図５】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置を示す概略側面図
【図６】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置を示す概略側面図
【図７】本発明の第５の実施形態による表面プラズモン共鳴測定装置を示す概略側面図
【図８】本発明の第６の実施形態による漏洩モード測定装置を示す概略側面図
【符号の説明】
１０、６０、７０    誘電体ブロック
１０ａ  誘電体ブロックと金属膜との界面
１０ｃ  誘電体ブロックとクラッド層との界面
１２    金属膜
１３    白色光
１４    白色光源
１５    入射光学系
１６    回折格子
１７    回折格子駆動手段
１８    集光レンズ
１９    ピンホール板
２０    ＣＣＤエリアセンサ
２２    フィルター駆動手段
２３    フィルター板
２４    制御部
２５    表示手段
４０    ピンホール板駆動手段
５０    センシング物質
５１    検体
６１    光入射用回折格子
６２    光出射用回折格子
７１    回折格子
８０    クラッド層
８１    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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