(57)【要約】【課題】  光源の強度や検出器の感度に変動が起きるなどしても正確に測定することができる、強度検出法を利用した表面プラズモン共鳴測定装置を提供すること。【解決手段】  測定試料を保持する金属薄膜２０に対し媒質を介して光源からの光７を所定の角度で照射し、その金属薄膜２０で全反射した反射光を検出器２２によって受光して、情報処理手段が、その検出器２２からの測定信号を受けて測定試料の状態を反射光強度の変化に基づいて解析するものであって、光源から検出器２２までの光路上にＰ波とＳ波を取り出す偏光板２５を有し、情報処理手段が、Ｓ波による検出器からの測定信号を利用して揺らぎの状態を処理しながら、Ｐ波による検出器からの測定信号を受けて反射光強度の変化に基づいて解析を行うようにした表面プラズモン共鳴測定装置。【選択図】        図１
2005156414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定試料を保持する金属薄膜に対し媒質を介して光源からの光を所定の角度で照射し、その金属薄膜で全反射した反射光を検出器によって受光して、情報処理手段が、その検出器からの測定信号を受けて測定試料の状態を反射光強度の変化に基づいて解析する表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記光源から検出器までの光路上にＰ波とＳ波を取り出す偏光板を有し、前記情報処理手段が、Ｓ波による検出器からの測定信号を利用して揺らぎの状態を処理しながら、Ｐ波による検出器からの測定信号を受けて前記反射光強度の変化に基づいて解析を行うようにしたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載する表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記偏光板は、モータによって回転可能に設けられたものであって、前記媒質に入射光が入射する手前に配置され、又は前記金属薄膜を反射した反射光が媒質から前記検出器へ入る手前に配置され、周期的にＰ波とＳ波を取り出すようにしたことを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記媒質がセンサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板であり、そのチップ基板の一方の面に前記金属膜が設けられ、他方の面には入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面に偏向させる回折格子と、前記金属薄膜を反射した反射光を受光する前記検出器とが設けられ、Ｐ波とＳ波を取り出す前記偏光板が回折格子の手前に配置されたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載する表面プラズモン共鳴測定装置において、
前記情報処理手段は、Ｐ波、Ｓ波及びその中間の光量データを連続して取り出した交流成分について、その振幅から前記反射光強度の変化に基づいた解析を行うようにしたものであることを特徴とする表面プラズモン共鳴測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象物質であるターゲットの定性及び定量測定を行うための表面プラズモン共鳴測定装置に関し、特に反射光強度を検出して測定を行う強度検出法を採用した表面プラズモン共鳴測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモン共鳴を利用した測定では、例えば、生体分子の相互作用を分子レベルで測定するため、相互作用を起こす生体分子の一方がセンサチップ面に固定され、これに作用する分子を含んだサンプル液がマイクロ流路等を介してセンサチップ表面に流される。２分子間の結合・解離に伴うセンサチップ面近傍での微量な屈折率変化が表面プラズモン共鳴シグナルとして検出され、このシグナルの経時変化がセンサグラムと呼ばれるグラフとして表示される。そして、センサチップ表面での分子の相互作用をリアルタイムにモニタすることにより、センサチップに対して特異的に認識するターゲット（微量物質など）の検出が可能となる。
【０００３】
ここで、表面プラズモン共鳴測定装置に使用されるセンサの構造及び原理について簡単に説明する。図６は表面プラズモン共鳴センサを簡略化して示した図である。この表面プラズモン共鳴センサ１００は、ガラスなどからなる透明なチップ基板１１１の一面に金属膜１１２が４５ｎｍ程度成膜されている。表面プラズモン共鳴させるには、金や銀などのある種の金属が必要だからである。一般的には、化学的不活性、表面プラズモン共鳴シグナルの発生効率の良さなどの理由から金が用いられている。従って、ここでも金属膜１１２には金膜が使用されている（以下、金膜１１２とする）。なお、金膜１１２上には、特定の検出種と相互作用して特異的に結合する結合物質(リガンド、分子認識素子)１１３が塗布されている。
【０００４】
表面プラズモン共鳴センサ１００では、図示するようにある角度θで入射光１１４が与えられると、チップ基板１１１と金膜１１２との境界面で反射した反射光１１５の強度が測定できる。そこで、この表面プラズモン共鳴センサ１００を使用した測定装置では、レーザーダイオードなどの光源から、図６に示すように入射光１１４を入射させ、全反射した反射光１１５を不図示のフォトダイオードアレイなどの検出器に受光させ、その反射光１１５の強度を検出するようにしている。
【０００５】
チップ基板１１１と金膜１１２との界面で全反射するように光が照射されると、金属表面に誘起される表面プラズモン波が入射光により生成されたエバネッセント波に共鳴して励起される。表面プラズモン共鳴が励起されると、エバネッセント波では金膜１１２の自由電子がプラズモンの共鳴に使われるため、反射光１１５の強度が特定の入射角度においてエネルギーの消失がみられる。
そこで、反射光強度の入射角度依存性を測定すると、図７に示されるように、ある特定の角度において反射光１１５の強度が減衰した「光の谷」が認められる。この光学現象が表面プラズモン共鳴である。
【０００６】
表面プラズモン共鳴は入射光の波長及び角度に依存しており、励起されると特定の入射角又は特定の波長を有する光成分の光エネルギーが表面プラズモン波へ移行し、対応する入射角又は波長を有する反射光が減少する。また、表面プラズモン共鳴は金属層の表面におけるサンプル液の屈折率にも依存しており、サンプル液の屈折率が変化すれば波長一定の場合には共鳴角が変化し、入射角度一定の場合には共鳴波長が変化する。
従って、反射光の強度に基づき共鳴角或いは共鳴波長を調べることにより、金属層の表面におけるサンプル液の屈折率を分析することができる。金膜１１２表面の屈折率が変化し、図７に示すようにＡからＢへ共鳴角がシフトした場合、このシフト量の時間的変化を検出すれば、サンプル液などについてその定性情報及び定量情報を得ることができる。
【０００７】
ところで、こうした表面プラズモン共鳴測定には、例えば角度検出法、波長検出法そして強度検出法などを採用した各種測定方法がある。
その一つである角度検出法を採用した測定装置では、図８に示すように、光源となるレーザ２０１と反射光を受光する検出器２０２が設けられ、その間に金膜２０３を保持したプリズム２０４が配置されている。そして、更に表面プラズモン共鳴角を検出するためには入射光の入射角を変化させる必要があるので、レーザ光源２０１と検出器２０２とを矢印方向に回転させる可動装置が必要である。
【０００８】
この角度検出法では、表面プラズモン現象が生じて図７に示すように表面プラズモン共鳴曲線がＡからＢのように、共鳴角がΔθだけシフトした場合、このシフト量の時間的変化を検出することによって、サンプル液などについてその定性情報及び定量情報を得ることができる。
一方、波長検出法を採用した測定装置では、図８に示す単一波長のレーザ光源２０１に代えて白色光源が使用され、その白色光源と検出器とはその角度が固定して配置される。そして、白色光源から金膜２０３を反射して検出器に受光して得られた波長情報からサンプル液などについてその定性情報及び定量情報を得ることができる。
【０００９】
最後に、強度検出法を採用した測定装置では、光源には角度検出法のように例えば単一波長のレーザ光が使用され、波長検出法のように光源と検出器とが固定される。そして、入射角が例えば図７に示す角度θ１に固定され、検出器を介して測定された反射光強度の変化ΔＩからサンプル液中のターゲットの定性及び定量が測定できる。この強度検出法を採用した場合、角度検出法のように可動装置が必要でないためコンパクト化が可能であり、同様に可動装置が不要な波長検出法のように解析が困難でもないため簡単な表面プラズモン共鳴測定装置を構築することができる。
【特許文献１】特開平１０−１９７６８号公報
【特許文献２】特開平１１−３４４４３７号公報
【非特許文献１】生体物質相互作用のリアルタイム解析実験方法（永田和宏、半田宏、編集シュプリンガーフェアラーク東京（株）発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
表面プラズモン共鳴測定装置には、前述したようにその表面プラズモン共鳴の特性によって角度検出法、波長検出法そして強度検出法を利用するものに区別することができるが、その中でもコンパクト化や解析の簡便さから強度検出法が有効であると考えられる。従って、本出願人もそうした点に鑑み、特願２００３−１６０２３４において強度検出法に対応した表面プラズモン共鳴センサを提案している。しかしながら、その強度検出法には次のような問題点があった。
【００１１】
強度検出法では、前述したように図７に示す表面プラズモン共鳴曲線がＡからＢのように変化した場合、その共鳴角がΔθだけシフトした場合の反射光強度ΔＩを検出している。そのため、光源の強度に変動が生じたり、或いは受光側の検出器の感度が変動して、いわゆる「揺らぎ」が生じた場合には、共鳴角に変化が生じていなくても反射光強度に変化が生じることになる。すなわち揺らぎが生じると、図９に示すように表面プラズモン共鳴曲線がＡからＡ´に変化し、共鳴角θｎに変化が生じていなくても反射光強度に関してはΔＩ´が検出されることになる。そして、金膜１１２表面における屈折率が変化したと判断され、ターゲットの定性及び定量が誤って測定されることになる。
【００１２】
そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、光源の強度や検出器の感度に変動が起きるなどしても正確に測定することができる、強度検出法を利用した表面プラズモン共鳴測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の表面プラズモン共鳴測定装置は、測定試料を保持する金属薄膜に対し媒質を介して光源からの光を所定の角度で照射し、その金属薄膜で全反射した反射光を検出器によって受光して、情報処理手段が、その検出器からの測定信号を受けて測定試料の状態を反射光強度の変化に基づいて解析するものであって、前記光源から検出器までの光路上にＰ波とＳ波を取り出す偏光板を有し、前記情報処理手段が、Ｓ波による検出器からの測定信号を利用して揺らぎの状態を処理しながら、Ｐ波による検出器からの測定信号を受けて前記反射光強度の変化に基づいて解析を行うようにしたものであることを特徴とする。
なお、「揺らぎ」とは、光源の強度に変動が生じたり或いは検出器の感度が変動したことを原因として、情報処理装置において確認される反射光強度の変動をいう。
【００１４】
本発明の表面プラズモン共鳴測定装置において、前記偏光板は、モータによって回転可能に設けられたものであって、前記媒質に入射光が入射する手前に配置され、又は前記金属薄膜を反射した反射光が媒質から前記検出器へ入る手前に配置され、周期的にＰ波とＳ波を取り出すようにしたことを特徴とする。
また、本発明の表面プラズモン共鳴測定装置は、前記媒質がセンサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板であり、そのチップ基板の一方の面に前記金属膜が設けられ、他方の面には入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面に偏向させる回折格子と、前記金属薄膜を反射した反射光を受光する前記検出器とが設けられ、Ｐ波とＳ波を取り出す前記偏光板が回折格子の手前に配置されたものであることを特徴とする。
更に、本発明の表面プラズモン共鳴測定装置は、前記情報処理手段が、Ｐ波、Ｓ波及びその中間の光量データを連続して取り出した交流成分について、その振幅から前記反射光強度の変化に基づいた解析を行うようにしたものであることを特徴とする。
【００１５】
よって、本発明の表面プラズモン共鳴測定装置では、例えば、光源から照射された光が偏光板を通過して周期的にＰ波とＳ波が照射され、そのうち表面プラズモン共鳴に関与するＰ波が回折格子を通って金属薄膜を所定の角度で反射し、その反射光が検出器に到達して受光される。情報処理装置では、その検出器からの測定信号に基づいて、サンプル液内のターゲットが表面プラズモン共鳴検知面に相互作用している場合の反射光強度の変化から微量物質の定性及び定量について解析が行われる。
また、検出器ではＰ波とともにＳ波も検出されるが、そのＳ波は屈折率に関係なく一定の反射率を示すため反射光強度は一定である。しかし、光源の強度に変動が生じたり、或いは受光側の検出器の感度が変動した場合には、Ｐ波とＳ波による反射光強度が同じように変化するため、情報処理手段では、例えばＰ波、Ｓ波及びその中間の光量データを連続して取り出した交流成分についてみることで、その振幅から揺らぎの状態を無視して反射光強度の変化に基づく解析が行われる。
【発明の効果】
【００１６】
よって、本発明は、光源から検出器までの光路上にＰ波とＳ波を取り出す偏光板を有し、情報処理手段が、Ｓ波による検出器からの測定信号を利用して揺らぎの状態を処理しながら、Ｐ波による検出器からの測定信号を受けて前記反射光強度の変化に基づいて解析を行うようにしたので、光源の強度や検出器の感度に変動が起きるなどしても正確に測定することができる、強度検出法を利用した表面プラズモン共鳴測定装置を提供することが可能になった。
また、本発明は、偏光板をモータによって回転可能に設け、媒質に入射光が入射する手前か、又は金属薄膜を反射した反射光が媒質から検出器へ入る手前に配置するようにして、周期的にＰ波とＳ波を取り出すようにしたので、光源の強度や検出器の感度に変動が起きるなどしても簡便な構成によって正確に測定することができる、強度検出法を利用した表面プラズモン共鳴測定装置を提供することが可能になった。
【００１７】
また、本発明は、媒質がセンサ本体を構成する平行な面をもった透明なチップ基板であり、そのチップ基板の一方の面には金属膜を設け、他方の面には入射光を所定角度で表面プラズモン共鳴検知面に偏向させる回折格子と、金属薄膜を反射した反射光を受光する検出器とを設け、Ｐ波とＳ波を取り出す偏光板をその回折格子の手前に配置した構成としたので、光源や検出器に可動装置を用いる必要がなく、また光学レンズ系を複雑にする必要もなくなったことにより、表面プラズモン共鳴センサのコンパクト化によって装置全体を小型化することが可能になった。
また、本発明は、情報処理手段がＰ波、Ｓ波及びその中間の光量データを連続して取り出した交流成分について、その振幅から反射光強度の変化に基づいた解析を行うようにしているが、その振幅には揺らぎの状態でも変化が生じないため、振幅の大きさを確認するだけで反射光強度の変化に基づく解析を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明に係る表面プラズモン共鳴測定装置の一実施形態について図面を参照しながら以下に説明する。図１は、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置を構成するセンサ部分を示した図である。本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置は、図７で示すように、反射光強度の変化ΔＩをとるための共鳴角（入射角）を固定し、変化ΔＩが大きくなる入射角θ１を設定した強度検出法を採用するものである。そして図２に示すように、表面プラズモン共鳴測定装置５は、表面プラズモン共鳴センサー１に対して例えば情報処理装置として設けられたパーソナル・コンピューター２が接続されている。
【００１９】
その表面プラズモン共鳴センサ１は、シリコン基板などで作られたセンサ基板１１、反射防止膜１２、それにガラスなどの透明なチップ基板１３、そして反射防止膜１４が層状に重ねられている。なお、チップ基板１３が特許請求の範囲に記載する「媒質」に相当する。
反射防止膜１２の層には光路偏向手段として等間隔の回折格子１５が設けられ、もう一方の反射防止膜１４の層にはプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。センサ基板１１は、チップ基板１３へ光を誘導する円形、多角形或いは切りかき等の開口部１７が穿設されている。そして、照射された光からある決まった角度の直進光のみを取り出すため、迷光をカットするアパーチャ１８を開口部１７の入口に取り付けるようにしてもよい。
【００２０】
チップ基板１３は上下に平行な面をもち、その一方の面に回折格子１５とフォトダイオード２２が設けられ、反対の面には金膜２０と感応膜２１とが重ねられたプラズモン共鳴検知面１６が設けられている。本実施形態では、こうして一つのチップ基板１３において回折格子１５で光を偏向させることによって所定の角度でプラズモン共鳴検知面１６に光を入射し、更にプラズモン共鳴検知面１６からの反射光をフォトダイオード２２に受光させるように構成し、コンパクトな表面プラズモン共鳴センサ１を形成している。そして、チップ基板１３の上下両面には回折格子１５やプラズモン共鳴検知面１６、更にフォトダイオード２２を除く部分に反射防止膜１２，１４が設けられている。
【００２１】
反射防止膜１２，１４は、光路偏向手段として用いた回折格子１５によって、表面プラズモン共鳴に利用する１次光以外の次数の回折光がチップ基板１３内で反射を繰り返して迷光になるのを防ぐために設けられている。すなわち、この表面プラズモン共鳴センサ１では、前述したように回折格子１５で発生した回折光（０次光、１次光、２次光…）のうち表面プラズモン共鳴現象を発生させる光として１次光が利用されるが、それ以外の次数の回折光がチップ基板１３内で反射を繰り返すと、それがフォトダイオード２２へ１次光と重なって入った場合、ノイズとなってセンサのＳ／Ｎ比を低下させてしまうことになるからである。
【００２２】
次に、この表面プラズモン共鳴センサ１を利用した測定装置では、例えば入射光７の光源として不図示の赤色レーザが設けられ、そこからのレーザ光７が開口部１７の回折格子１５へと所定の角度で照射されるように設定されている。回折格子１５は、そうしたレーザ光７を偏向させてプラズモン共鳴検知面１６へ所定の角度で光を入射させるものであるが、共鳴角は測定するターゲットによって異なる。従って、図７に示す入射角θ１で変化ΔＩを得るためには、それに適した角度で入射光及び反射光が得られるように回折格子１５の設計およびレーザ光７の入射角度が設定される。
【００２３】
プラズモン共鳴検知面１６に入射するレーザ光は、その偏光方向（Ｐ波，Ｓ波）のうちＰ波のみが表面プラズモン共鳴に関与する。ここで図３は、Ｐ波とＳ波の反射率の変化と物質の屈折率との関係を計算したものであり、横軸に屈折率をとり、縦軸にプラズモン共鳴検知面１６での反射率をとっている。従って、Ｐ波の反射率は、屈折率の変化にともなって図示するように大きく変化し、表面プラズモン共鳴によって検出器から検出される反射光強度が大きく変化することが分かる。そして、これとは対称的にＳ波の反射率は、屈折率に関係なく一定の値を示し表面プラズモン共鳴に関係しないことが分かる。
そこで本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置では、この屈折率によって変化しないＳ波を利用し、光源の強度や検出器の感度などの変動を原因として、表面プラズモン共鳴とは関係なく反射光強度が変動する、いわゆる揺らぎを処理して精度良く測定することができるように構成されている。
【００２４】
具体的には、図１に示すように、表面プラズモン共鳴センサ１の回折格子１５へ入射するレーザ光７に対して偏光板（偏光フィルタ）２５が配置され、それがモータ２６によって回転が与えられるようになっている。すなわち、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置では、レーザ光７がこの回転する偏光板２５を通過することによって、回折格子１５へ入射するレーザ光７の偏光方向が、Ｐ波とＳ波とで周期的に変化するように構成されている。また、表面プラズモン共鳴測定装置５のパーソナル・コンピューター２には、後述するように、Ｓ波の光量に対するＰ波の光量の比率をもってプラズモン共鳴のシグナルとし、光源の強度や検出器の感度などの変動によって揺らぎが現れても、これを無視して反射光強度の変化に基づく解析を行う処理プログラムが記憶されている。
【００２５】
続いて、表面プラズモン共鳴測定装置５の作用について以下に説明する。先ず、表面プラズモン共鳴センサ１には、開口部１７に入射するレーザ光７がモータ２６によって回転する偏光板２５を通過し、Ｐ波とＳ波とが周期的に取り出されて所定の角度で回折格子１５に照射される。回折格子１５により回析したレーザ光７は、回折格子１５で発生する回折光（０次光、１次光、２次光…）のうち、表面プラズモン共鳴現象を発生させるのに役立つ光として１次光Ｓ１が利用される（一般的にも１次光Ｓ１が利用される）。従って、その回折光（１次光）はチップ基板１３内を進み、プラズモン共鳴検知面１６に対してθ１の角度（図７参照）で反射してフォトダイオード２２へと到達する。
【００２６】
このとき、プラズモン共鳴検知面１６の表面に屈折率の変化が生じると、表面プラズモン共鳴を発生させた反射光がフォトダイオード２２で受光され、そこで反射光の強度に比例した出力電圧が生ずる。そしてフォトダイオード２２から出力されたその測定信号がパーソナル・コンピュータ２へと送信され、この測定信号に基づいた定性及び定量情報が反射光強度の変化ΔＩに基づいて解析される。プラズモン共鳴検知面１６への入射角θ１がレーザ光７の入射角θ２と回折格子１５によって設定されているので、図７に示すように角度θ１における反射光強度の情報が得られる。そのため、感応膜２１におけるターゲットの有無により屈折率が変化して共鳴角がΔθだけシフトすると、共鳴角θ１における反射光強度にもΔＩの変化が生じることになる。従って、この差を測定信号によって検出することができ、その結果、ターゲットの定性及び定量が情報として得られる。
【００２７】
ここで、図４は、表面プラズモン共鳴が大きい場合（実線）と小さい場合（破線）、つまり屈折率が異なる場合のＰ波とＳ波の光量示した図である。パーソナル・コンピュータ２では、回転する偏光板２５を通って取り出されたＰ波、Ｓ波およびその中間の光によって、図示するように回転周期に対して２倍の周期で光量が変化するデータが得られる。このデータからは、Ｓ波は屈折率に関係なく一定の反射率を示すため光量にも変化は見られないが、屈折率により反射率が変化するＰ波には光量に大きな変化がみられる。従って、本実施形態では、この屈折率によって異なる光量の最大値（Ｓ波の光量）に対する最小値（Ｐ波の光量）の比率をもってプラズモン共鳴のシグナルとし、光源の強度や検出器の感度などの変動によって揺らぎが現れても、これを無視することができるようにして高い測定精度を確保するようにしている。
【００２８】
また、図５は、光量の時間的な変化をグラフに示した図であり、Ｐ波のみの光量データを取り出したもの、Ｓ波のみの光量データを取り出したもの、そしてＰ波、Ｓ波及びその中間のデータを取り出した交流成分を示したものである。これは、フォトダイオード２２からの測定信号に基づきパーソナル・コンピュータ２において加工されたデータである。そして、このデータから次のことが確認できる。
先ず、サンプル液にターゲットが入った時間ｔ１〜ｔ２間では、プラズモン共鳴検知面１６の表面に屈折率の変化が生じ、表面プラズモン共鳴を発生させた反射光がフォトダイオード２２で受光され、そこで反射光の強度に比例した出力電圧が生ずる。そのため、Ｐ波によって検出された光量が変化するが、一方のＳ波は屈折率の変化に影響を受けないため一定の値が示される。
【００２９】
次に、光源の強度や検出器の感度に変動が起きた場合には、屈折率に変化が生じなくてもフォトダイオード２２に入った光の強度そのものが弱かったり、フォトダイオード２２自身の感度が低下したり、あるいは逆に強かったり大きかったりする。そして、フォトダイオード２２からはそうした測定信号がパーソナル・コンピュータ２へと送信され、時間ｔ３〜ｔ４あるいはｔ５〜ｔ６に示されるように、光量の変化を表した、いわゆる揺らぎが生じる。このとき、光の強度などによる変動であるため、時間ｔ３〜ｔ４あるいはｔ５〜ｔ６の間ではＰ波及びＳ波の両方が同じように変化している。
【００３０】
次に、Ｐ波及びＳ波の光量を連続して取り出した交流成分についてみてみる。Ｐ波及びＳ波に変化がないときはその振幅、すなわちＳ波の光量に対するＰ波の光量の比率は一定であり、ターゲットが入った時間ｔ１〜ｔ２間ではＰ波による強度変化が現れるため光量の比率が変化する。一方、時間ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６間に示すように光源の強度変化などによって光量が変化した場合には、Ｐ波及びＳ波は同じように変化するため、光量の変動はあるがその比率は一定のままである。
従って、情報処理手段であるパーソナル・コンピュータ２では、こうしたＳ波の光量に対するＰ波の光量の比率をもってプラズモン共鳴のシグナルとし、比率の大きいところでは反射光強度の変化に基づく解析を実行する一方、振幅の小さい部分では光源の強度や検出器の感度などの変動によって揺らぎが現れても、屈折率が変化しない通常状態と同じ比率であるため、揺らぎの反応を無視することとする。
【００３１】
よって、本実施形態の表面プラズモン共鳴測定装置５では、偏光板２５を設けてレーザ光７からＰ波とＳ波とを取り出し、表面プラズモン共鳴に関与するＰ波の他に、屈折率に関係なく一定の反射率を示すＳ波をフォトダイオード２２に受光させて、そのＰ波およびＳ波に基づく信号からパーソナル・コンピュータ２で揺らぎを処理するようにしたので、強度検出方法を採用する本装置でも、光源の強度や検出器の感度に変動が起きた場合に誤って測定しまうことがなくなった。
【００３２】
また、強度検出法を採用する本実施形態の装置では角度検出法のように可動部を有することなく、特に表面プラズモン共鳴センサ１が、一つのチップ基板１３に回折格子１５、プラズモン共鳴検知面１６及びフォトダイオード２２を設け、その回折格子１５によって表面プラズモン共鳴現象を発生させる角度で反射する光をつくることで装置全体をコンパクトにすることができた。
更に、本実施形態では、回折格子１５を使用することによって、チップ基板１３内では回折光が反射を繰り返して迷光となりうるが、チップ基板１３の上下両面に設けた反射防止膜１２，１４によって透過させるようにしたので、ノイズの原因となる０次光Ｓ０がフォトダイオード２２に到達する量が抑えられ、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができた。
【００３３】
以上、表面プラズモン共鳴センサの一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態ではモータ２６によって偏光板２５を回転させて同じ周期でＰ波とＳ波とを入射させるようにしたが、通常はＰ波のみを取り出して入射させ、定期的にＳ波を取り出すように切り換え、そのＳ波に基づく光量の変化のみから揺らぎを確認するようにして、その揺らぎの状態を処理しながらＰ波による反射光強度の変化に基づいて解析を行うようにしてもよい。
また、前記実施形態では入射側に偏光板２５を設けたが、例えば受光部側に偏光板を設けて金属膜を反射した反射光からＰ波とＳ波を選択してフォトダイオードに受光させるようにしてもよい。この場合、前記実施形態ではコンパクト化のため、チップ基板１３に回折格子１５、プラズモン共鳴検知面１６及びフォトダイオード２２を設けた表面プラズモン共鳴センサ１を構成したが、図８に示すタイプのようにプリズム２０４に対して光源２０１から所定の角度で光りを入射させ、離れた検出器２０２へ反射光を受光させるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】表面プラズモン共鳴測定装置の一実施形態についてその要部を示した図である。
【図２】表面プラズモン共鳴測定装置を簡略化して示したブロック図である。
【図３】Ｐ波とＳ波の反射率の変化と物質の屈折率との関係を計算してグラフに示した図である。
【図４】表面プラズモン共鳴が大きい場合（実線）と小さい場合（破線）のＰ波とＳ波の光量をグラフにして示した図である。
【図５】光量の時間的な変化をグラフに示した図であり、Ｐ波のみの光量を取り出したもの、Ｓ波のみの光量を取り出したもの、そしてＰ波、Ｓ波及びその中間のデータを取り出した交流成分を示したものである。
【図６】表面プラズモン共鳴センサを簡略化して示した図である。
【図７】表面プラズモン共鳴センサによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示した表面プラズモン共鳴曲線である。
【図８】角度検出法を採用した表面プラズモン共鳴測定装置を示した図である。
【図９】表面プラズモン共鳴センサによって検出される反射光強度の入射角度依存性を示した表面プラズモン共鳴曲線である。
【符号の説明】
【００３５】
１  表面プラズモン共鳴センサ
２  パーソナル・コンピュータ
５  表面プラズモン共鳴測定装置
７    入射光
１１  センサ基板
１２，１４  反射防止膜
１３  チップ基板
１５  回折格子
１６  プラズモン共鳴検知面
２０  金膜
２１  感応膜
２２  フォトダイオード
２５  偏光板
２６  モータ
【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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