(57)【要約】【課題】構成が簡易で検出感度が良好な新規のセンサを用いたセンシング装置を提供する。【解決手段】半透過半反射性を有する第１の反射体１１と、透光体１２と、完全反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体１３とを順次備えてなるセンサ１０に対して、２つの異なる波長の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを照射するとともに、この測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに対応した出射光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの強度をそれぞれ第１の光検出器３０および第２の光検出器３１により検出し、第１の光検出器３０および第２の光検出器３１からそれぞれ出力された検出信号Ｓａ、Ｓｂの差分信号Ｓｓを演算手段４０において求める。【選択図】図１
2007101242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光が入射されると共に、該測定光が試料によって物理特性の異なる出射光となって出射され検出されるセンサと、
該センサに互いに異なる２つ以上の波長の前記測定光を照射する測定光照射手段と、
前記測定光に対応した前記出射光の強度を各波長毎に検出する出射光検出手段と、
該出射光検出手段が出力する、互いに異なる２つの波長の前記出射光についての検出信号の差分を求める演算手段とを備えてなるセンシング装置であり、
前記センサが、前記測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体と、透光体と、完全反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えてなり、
前記第１の反射体及び／又は前記第２の反射体が、前記試料に接触させられると共に該試料によって平均複素屈折率が変化するものであり、
前記第１の反射体の平均複素屈折率と前記第２の反射体の平均複素屈折率と前記透光体の平均複素屈折率及び厚みとに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、前記第１の反射体及び／又は前記第２の反射体から前記吸収特性に応じて変化した前記出射光が出射されるものであることを特徴とするセンシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定光が入射されると共に測定光が試料によって物理特性の異なる出射光となって出射され検出されるセンサを用いたセンシング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体分子の分析等に使用されるセンサとして、表面プラズモン共鳴によって特定波長の反射光の光強度が減衰する現象を利用するセンサが提案されており、プリズム状の誘電体ブロックとその表面に形成され試料に接触させられる金属膜とを基本構成とする表面プラズモンセンサが開示されている（特許文献１等）。このセンサは、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、表面プラズモン共鳴による全反射減衰が生じるようにセンサに測定光を照射し、上記界面で全反射した反射光の強度を測定して全反射減衰の状態を検出することで、試料の屈折率や濃度、試料の同定等を実施するものである。
【０００３】
上記表面プラズモンセンサではプリズム状の誘電体ブロックが必要であるため、高コストで、また構造上の制約が大きく小型化や多数試料の同時分析への対応が難しい。そこで、局在プラズモン共鳴によって特定波長の反射光の光強度が減衰する現象を利用するセンサが提案されており、基板の表面に局在プラズモン共鳴を効果的に起こす金属微細凹凸構造を有する局在プラズモンセンサが開示されている（特許文献２、非特許文献１等）。
【特許文献１】特開平０６−１６７４４３号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２０２７号公報
【非特許文献１】Takayuki Okamoto and Ichirou Yamaguchi, “Local plasmon sensor with gold colloid monolayers deposited upon glass substrates”, OPTICS LETTERS, Vol.25, No.6, 2000年3月15日, p.372-374
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記局在プラズモンセンサでは、プリズム状の誘電体ブロックを必要としないため、表面プラズモンセンサに比して構成が簡易であり、安価で構造上の制約が少ない。しかしながら、局在プラズモンセンサでは、表面プラズモンセンサに比して検出感度が良好でなく高精度分析を行うことが難しい。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、表面プラズモンセンサに比して構成が簡易でしかも検出感度が良好な新規のセンサを用いたセンシング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】
【０００６】
本発明によるセンシング装置は、測定光が入射されると共に、測定光が試料によって物理特性の異なる出射光となって出射され検出されるセンサと、センサに互いに異なる２つ以上の波長の測定光を照射する測定光照射手段と、測定光に対応した出射光の強度を各波長毎に検出する出射光検出手段と、出射光検出手段が出力する、互いに異なる２つの波長の出射光についての検出信号の差分を求める演算手段とを備えてなるセンシング装置であり、センサが、測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体と、透光体と、完全反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えてなり、第１の反射体及び／又は第２の反射体が、試料に接触させられると共に試料によって平均複素屈折率が変化するものであり、第１の反射体の平均複素屈折率と第２の反射体の平均複素屈折率と透光体の平均複素屈折率及び厚みとに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、第１の反射体及び／又は第２の反射体から吸収特性に応じて変化した出射光が出射されるものであることを特徴とするものである。
【０００７】
本明細書において、「半透過半反射性」とは透過性と反射性を共に有することを意味し、透過率と反射率は任意である。
【０００８】
上記のセンサにおいては、試料に接触させられる第１の反射体及び／又は第２の反射体は、測定光の波長よりも小さい凹凸構造を有するものであることが好ましい。
【０００９】
本明細書において、「測定光の波長よりも小さい凹凸構造」とは、凸部及び凹部（ここで言う「凹部」には反射体を厚み方向に貫通する空隙も含まれる）の平均的な大きさ（ここで言う「大きさ」は最大幅を示す）と平均的なピッチが測定光の波長よりも小さいことを意味する。
【００１０】
上記センサの好適な態様としては、試料に接触させられる第１の反射体及び／又は第２の反射体が、透光体の表面に金属がパターン形成された金属層からなるものが挙げられる。
【００１１】
上記センサの他の好適な態様としては、試料に接触させられる第１の反射体及び／又は第２の反射体が、透光体の表面に複数の金属粒子が固着された金属層からなるものが挙げられる。
【００１２】
上記センサの他の好適な態様としては、第１の反射体が、試料に接触させられると共に試料によって平均複素屈折率が変化するものであり、透光体が、第１の反射体側の面において開口した測定光の波長よりも小さい径の複数の微細孔を有する透光性微細孔体からなり、第１の反射体が、透光体の表面形状に沿って複数の微細孔を有して形成された金属層からなるものが挙げられる。
【００１３】
本発明のセンシング装置においては、測定光照射手段が、異なる波長の測定光を発生させる２つ以上の光源を備え、２つ以上の波長の測定光を１本に合波してセンサに導くように構成される一方、出射光検出手段が、センサから出射された出射光を各波長毎に分波する手段と、分波された出射光の強度をそれぞれ個別に測定する複数の光検出器とから構成されることが望ましい。
【００１４】
あるいは、このような複数の光検出器を用いる構成を採用する代わりに、測定光照射手段が、２つ以上の波長の測定光を互いに時間間隔をおいて射出するように構成された上で、出射光検出手段が、測定光の射出タイミングと同期したタイミングで検出動作することにより、各測定光に対応した出射光の強度を各波長毎に測定する１つの光検出器から構成されてもよい。
【００１５】
この場合、異なる波長の測定光を発生させる２つ以上の光源を、互いに別々の位置に固定して、それらから各々発せられた測定光が例えばダイクロイックミラー等の手段によって途中から互いに同じ光路を辿るように（時間的には分離されているから合波されることはない）構成してもよい。あるいはこれら複数の光源を、点灯時には、センサに対して所定の相対位置関係となる共通の位置に移動させて、その位置で点灯動作させるようにしてもよい。あるいは、複数の波長を発生させることが可能な一つの光源と波長選択手段とを組合せ、２つ以上の波長の測定光を互いに時間間隔をおいて射出するようにしてもよい。
【００１６】
もちろんこの場合も、出射光検出手段は、センサから出射された出射光を各波長毎に分波する手段と、分波された出射光の強度をそれぞれ個別に測定する複数の光検出器とから構成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のセンシング装置によれば、センサは、測定光の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体と、透光体と、完全反射性又は半透過半反射性を有する第２の反射体とを順次備えたものであり、かかる構成では、第１の反射体を透過して透光体に入射した光が第１の反射体と第２の反射体との間で反射を繰り返して多重反射（共振）が効果的に起こり、多重反射光による多重干渉が効果的に起こる。多重干渉条件は第１の反射体の平均複素屈折率と第２の反射体の平均複素屈折率と透光体の平均複素屈折率及び厚みとに応じて変わるので、これらファクターに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、第１の反射体及び／又は第２の反射体から吸収特性に応じた測定光と異なる物理特性の出射光が出射される。第１の反射体及び／又は第２の反射体が、試料に接触させられると共に試料によって平均複素屈折率が変化するものであり、試料によって多重干渉条件が変わり吸収特性が変わるので、吸収特性によって変化する出射光の物理特性を検出することで、試料の分析を行うことができるものである。
【００１８】
このセンサは透光体を２種類の反射体で挟んだデバイス構造を有しており、表面プラズモンセンサに比してはるかに構成が簡易であり、安価で構造上の制約が少ない。またこのセンサでは、多重干渉が効果的に起こり、特定波長の光に対して強い吸収が起こるので、局在プラズモンセンサに比して検出感度も高く、高精度分析を実施できる。
【００１９】
このようなセンサを用いて測定を行う場合、出射光検出手段においてノイズ成分が重畳しＳ／Ｎが低下することが懸念される。
【００２０】
ここで、上記のセンサに測定光として白色光を照射し、第１の反射体に異なる試料Ａ、Ｂを接触させたときの反射光スペクトル例（出射光スペクトル例）を図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）には、試料を変えることで、吸収ピーク波長λがλ１からλ２に変化する様子が示されている。この図に示す通り、試料に応じてセンサにおける波長の吸収特性が変化するため、ひとつの試料における互いに異なる２つの波長の出射光についての検出信号の差分は、上記試料に応じて変わることになるため、この差分に基づいて試料を定量分析できるようになる。
【００２１】
このことを利用し、本発明においては、２つ以上の波長の測定光を照射するとともに、この測定光に対応した出射光の強度を各波長毎に検出し、演算手段において互いに異なる２つの波長の出射光についての検出信号の差分を求めるようにして、各検出信号に重畳したノイズ成分を相殺することができるようにしたため、この差分信号はＳ／Ｎが十分に高いものとなり、十分に高い測定精度が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施の形態のセンシング装置の構成について説明する。図１は上記センシング装置の概略構成図、図２（ａ）は上記センシング装置のセンサの斜視図、図２（ｂ）は厚み方向断面図（Ａ−Ａ’断面図）、図２（ｃ）は出射光のスペクトル例、図３は上記センシング装置の測定光照射手段の概略構成図である。
【００２３】
センシング装置１は、測定光Ｌ１が入射されると共に、測定光Ｌ１が試料１７によって物理特性の異なる出射光Ｌ２となって出射され検出されるセンサ１０と、センサ１０および試料１７を収容する試料セル１５と、センサ１０に互いに異なる２つの波長の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを照射する測定光照射手段と、各測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに対応した出射光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの強度を各波長毎に検出する出射光検出手段と、出射光検出手段が出力する出射光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂについての検出信号Ｓａ、Ｓｂの差分信号Ｓｓを求める演算手段４０とから構成されている。
【００２４】
最初にセンサ１０について説明する。図２（ａ）に示す如く、本実施の形態のセンサ１０は、測定光Ｌ１の入射側（図示上側）から、半透過半反射性を有する第１の反射体１１と、透光体１２と、完全反射性を有する第２の反射体１３とを順次備えたデバイス構造を有する。
【００２５】
透光体１２は透光性平坦基板からなり、第１の反射体１１は透光体１２の一方の面に金属細線１１ａが規則的な格子状パターンで形成された金属層からなり、第２の反射体１３は透光体１２の他方の面に形成されたベタ金属層からなる。
【００２６】
透光体１２の材質は特に制限なく、ガラスやアルミナ等の透光性セラミック、アクリル樹脂やカーボネート樹脂等の透光性樹脂等が挙げられる。
【００２７】
第１の反射体１１及び第２の反射体１３の材質としては、任意の反射性金属を使用でき、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、及びこれらの合金等が挙げられる。第１の反射体１１及び第２の反射体１３はこれら反射性金属を２種以上含むものであってもよい。
【００２８】
ベタ金属層である第２の反射体１３は、例えば金属蒸着等により成膜できる。第１の反射体１１は例えば、金属蒸着等によりベタ金属層を成膜した後、公知のフォトリソグラフィー加工を実施することで形成できる。
【００２９】
第１の反射体１１は反射性金属からなるが、空隙であるパターン間隙１１ｂを複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。第１の反射体１１の金属細線１１ａの線幅及びピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さく設計されており、第１の反射体１１は測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっている。かかる測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造の第１の反射体１１は、いわゆる電磁メッシュシールド効果により光に対しては半透過半反射性の薄膜として作用する。
【００３０】
本実施の形態のセンサ１０では、第１の反射体１１及び第２の反射体１３が、接触した試料によって平均複素屈折率が変わるセンシング体であり、第１の反射体１１及び／又は第２の反射体１３に試料を接触させて試料の分析を行うことができる。
【００３１】
特に、第１の反射体１１は、金属細線１１ａとパターン間隙１１ｂとの測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有しているので、第１の反射体１１の試料による平均複素屈折率の変化がより高い感度で起こる。これは、第１の反射体１１の凹凸構造によって測定光Ｌ１の振動等が効果的に起こることなどによると考えられる。したがって、少なくとも第１の反射体１１側に試料を接触させて試料の分析を行うことが好ましい。
【００３２】
金属細線１１ａのピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さい条件を充足すれば特に制限なく、測定光Ｌ１として可視光を用いる場合には例えば２００ｎｍ以下が好ましい。金属細線１１ａのピッチは小さい方が感度の点で好ましい。
【００３３】
金属細線１１ａの線幅は特に制限なく、感度の点で小さい方が好ましい。金属細線１１ａの線幅は光によって金属中で振動する電子の平均自由行程以下であることが好ましく、具体的には５０ｎｍ以下、特に３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３４】
金属細線１１ａのピッチ及び線幅が小さい方が、１本の金属細線１１ａに占める表面の割合が相対的に大きくなるため、金属細線１１ａの表面特性が第１の反射体１１の全体特性に反映されやすくなり、より高い感度が得られる。具体的には、金属細線１１ａのピッチ及び線幅が小さい方が、試料の相違による第１の反射体１１の誘電率変化がより大きくなり、試料の相違による第１の反射体１１の平均複素屈折率（実効複素屈折率）の変化がより大きくなり、より高い感度が得られる。
【００３５】
図２（ｂ）に示す如く、センサ１０に測定光Ｌ１が入射すると、第１の反射体１１の透過率と反射率に応じて、一部は第１の反射体１１の表面で反射され（図示略）、一部は第１の反射体１１を透過して透光体１２に入射する。透光体１２に入射した光は、第１の反射体１１と第２の反射体１３との間で反射を繰り返す。すなわち、センサ１０は、第１の反射体１１と第２の反射体１３との間で多重反射が起こる共振構造を有している。
【００３６】
かかるデバイスでは、多重反射光による多重干渉が起こり、特定波長の光が選択的に吸収される吸収特性を示す。多重干渉条件は第１の反射体１１の平均複素屈折率と第２の反射体１３の平均複素屈折率と透光体１２の平均複素屈折率及び厚みとに応じて変わるので、これらファクターに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示す。そして、吸収特性に応じた測定光Ｌ１と異なる物理特性の出射光Ｌ２が出射される。本実施の形態のセンサ１０は、第２の反射体１３が完全反射性を有するので、出射光Ｌ２が第１の反射体１１からのみ出射される反射型センサである。
【００３７】
第１の反射体１１の平均複素屈折率をｎ１−ｉｋ１、透光体１２の平均複素屈折率をｎ２、第２の反射体１３の平均複素屈折率をｎ３−ｉｋ３、透光体１２の厚みをｄとする（−ｉｋ１、−ｉｋ３は虚数部を示す。本実施の形態では、透光体１２の平均複素屈折率の虚数部は０である。）。第１の反射体１１で反射されたときの位相ずれφ１、第２の反射体１３で反射されたときの位相ずれφ２は、各々下記式で表される。  
φ１＝ｔａｎ−１［２ｎ２ｋ１／（ｎ２２−ｎ１２−ｋ１２）］
φ２＝ｔａｎ−１［２ｎ２ｋ３／（ｎ２２−ｎ３２−ｋ３２）］
多重干渉により吸収される光のピーク波長λは、下記式で表される。  
λ＝４πｎ２ｄ／（２π−φ１−φ２）
【００３８】
特に、第１の反射体１１、透光体１２、第２の反射体１３のうち少なくとも１つを複素誘電率の虚数部が０でない光吸収体により構成すると、吸収ピークがシャープになり、特定波長の光に対して強い吸収を示すものとなる。本実施の形態では、金属層である第１の反射体１１及び第２の反射体１３が虚数部が０でない光吸収体である。
【００３９】
透光体１２の厚みｄは制限なく、多重干渉による可視光波長領域の吸収ピーク波長が１つとなり検出が容易なことから３００ｎｍ以下が好ましく、多重反射が効果的に起こりかつ多重干渉による吸収ピーク波長が可視光域で検出が容易なことから１００ｎｍ以上が好ましい。
【００４０】
センサ１０では、透光体１２内における多重反射回数（フィネス）が最大となるよう、光インピーダンスマッチングを取ったデバイス構造とすることが好ましい。かかる構成とすることで、吸収ピークがシャープになり、より高精度な分析を実施でき、好ましい。
【００４１】
第１の反射体１１及び／又は第２の反射体１３（好ましくは第１の反射体１１）に試料を接触させると、反射体と試料との相互作用等によって試料が接触した反射体の平均複素屈折率（実効複素屈折率）が変わり、多重干渉条件が変わる。すなわち、試料によって多重干渉による吸収特性が変わる。
【００４２】
測定光Ｌ１として白色光を照射し、第１の反射体１１に異なる試料Ａ、Ｂを接触させたときの反射光スペクトル例（出射光スペクトル例）を図２（ｃ）に示す。図２（ｃ）には、試料を変えることで、吸収ピーク波長λがλ１からλ２に変化する様子が示されている。
【００４３】
センサ１０では、吸収特性によって変化する出射光Ｌ２の物理特性を検出することで、試料の分析を行うことができる。吸収特性によって変化する出射光Ｌ２の物理特性としては、出射光Ｌ２の光強度又は光強度の変化量、センサ１０により吸収される光の吸収波長又は吸収波長のシフト等が挙げられる。具体的なセンシング装置の構成例については後記する。
【００４４】
上記センサ１０では、試料の屈折率及び／又は濃度を分析することができ、試料の屈折率を分析して試料を同定することもできる。また、試料を接触させる反射体（第１の反射体１１及び／又は第２の反射体１３）に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから試料を接触させ、センサ１０に対して測定光Ｌ１を照射し出射光Ｌ２を検出することで、試料に含まれる特定物質の有無及び／又は特定物質の量を分析することもできる。特定物質／結合物質の組合せとしては抗原／抗体（いずれを結合物質としてもよい）等が挙げられ、本実施の形態では抗原抗体反応等の経時的な分析も可能である。
【００４５】
本実施の形態のセンサ１０は以上のように構成されている。
【００４６】
本実施の形態のセンサ１０は、測定光Ｌ１の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体１１と透光体１２と完全反射性を有する第２の反射体１３とを順次備えたものである。
【００４７】
かかる構成では、第１の反射体１１を透過して透光体１２に入射した光が第１の反射体１１と第２の反射体１３との間で反射を繰り返して多重反射（共振）が効果的に起こり、多重反射光による多重干渉が効果的に起こる。本実施の形態のセンサ１０において、多重干渉条件は第１の反射体１１の平均複素屈折率と第２の反射体１３の平均複素屈折率と透光体１２の平均複素屈折率及び厚みとに応じて変わるので、これらファクターに応じて特定波長の光を吸収する吸収特性を示し、第１の反射体１１から吸収特性に応じた測定光Ｌ１と異なる物理特性の出射光Ｌ２が出射される。
【００４８】
本実施の形態のセンサ１０においては、第１の反射体１１及び／又は第２の反射体１３が、試料に接触させられると共に試料によって平均複素屈折率が変化するものである。かかる構成では、試料によって多重干渉条件が変わり吸収特性が変わるので、吸収特性によって変化する出射光Ｌ１の物理特性を検出することで、試料の分析を行うことができる。
【００４９】
本実施の形態のセンサ１０は透光体１２を２種類の反射体１１、１３で挟んだデバイス構造を有しており、表面プラズモンセンサに比してはるかに構成が簡易であり、安価で構造上の制約が少ない。
【００５０】
本実施の形態のセンサ１０では、多重干渉が効果的に起こり、特定波長の光に対して強い吸収が起こるので、局在プラズモンセンサに比して検出感度も高く、高精度分析を実施できる。
【００５１】
本実施の形態のセンサ１０ではさらに、第１の反射体１１と第２の反射体１３が自由電子を有する金属からなるので、第１の反射体１１と第２の反射体１３の表面で局在プラズモン共鳴を起こすことができる。
【００５２】
局在プラズモン共鳴は、金属の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで電場を生じる現象である。特に凹凸構造を有する金属層では、凸部の自由電子が光の電場に共鳴して振動することで凸部周辺に強い電場を生じ、局在プラズモン共鳴が効果的に起こるとされている。本実施の形態では、第１の反射体１１が測定光Ｌ１の波長より小さい凹凸構造を有するので、局在プラズモン共鳴が効果的に起こる。
【００５３】
局在プラズモン共鳴が生じる波長については、測定光Ｌ１の散乱や吸収が著しく増大し、この特定波長については反射光の強度が著しく低くなる。この局在プラズモン共鳴が生じる光波長（共鳴ピーク波長）、及び測定光Ｌ１の散乱や吸収の程度は、センサ１０の表面にある試料の屈折率等に依存する。
【００５４】
通常、多重干渉による吸収ピークと局在プラズモン共鳴による吸収ピークとは異なる波長に現れるので、本実施の形態のセンサ１０では、多重干渉現象と局在プラズモン共鳴現象による物理変化を各々検出することで、より高精度な分析を実施することも可能である。図２（ｃ）では局在プラズモン共鳴による吸収ピークを省略してある。なお、多重干渉による吸収ピークと局在プラズモン共鳴による吸収ピークは重なる場合もある。
【００５５】
第１の反射体１１及び第２の反射体１３の材質としては、上記の如く、局在プラズモン共鳴によるセンシングも実施できることから金属が好ましいが、金属以外の反射性材料を用いてもよい。
【００５６】
本実施の形態では、第１の反射体１１が規則的な格子状パターンの場合について説明したが、第１の反射体１１のパターン形状は任意であり、ランダムパターンでもよい。ただし、構造規則性が高い方が共振構造の面内均一性が高く、特性が集約されるので、感度等の点で好ましい。
【００５７】
試料セル１５は、センサ１０および試料１７を収容するものであり、上記センサ１０の第１の反射体１１及び第２の反射体１３が試料セ試料１７に接触するよう、センサ１０が試料セル１５内に固定されたものである（固定構造については図示略）。センサ１０は、試料セル１５に対して完全固定でも着脱自在でもよい。
【００５８】
試料セル１５は、試料１７が充填可能な金属等の非透光性材料からなるセル本体を主とし、測定光Ｌ１および出射光Ｌ２に対して透過性を有する透光性窓１６がセル本体に嵌め込まれたものである。透光性窓１６はセンサ１０の第１の反射体１１の対向部分に嵌め込まれている。
【００５９】
測定光照射手段は、波長λ１の測定光Ｌ１ａを発する第１のレーザ光源２０と、波長λ２の測定光Ｌ１ｂを発する第２のレーザ光源２１と、ダイクロイックミラー２２とから構成されている。ダイクロイックミラー２２は、測定光Ｌ１ａを透過させる一方、測定光Ｌ１ｂを反射させるように配置されており、測定光Ｌ１ａおよびＬ１ｂは、ダイクロイックミラー２２によって１本の測定光Ｌ１に合波される。この合波された測定光Ｌ１は、細い平行光状態でセンサ１０に入射する。
【００６０】
出射光検出手段は、波長λ１の測定光Ｌ１ａに対応した出射光Ｌ２ａを検出する第１の光検出器３０と、波長λ２の測定光Ｌ１ｂに対応した出射光Ｌ２ｂを検出する第２の光検出器３１と、ダイクロイックミラー３２とから構成されている。ダイクロイックミラー３２は、２つの波長の出射光Ｌ２ａおよびＬ２ｂが合波された出射光Ｌ２のうち出射光Ｌ２ａを透過させる一方、出射光Ｌ２ｂは反射させるように配置されている。出射光Ｌ２は、このダイクロイックミラー３２により出射光Ｌ２ａとＬ２ｂとに分波され、この出射光Ｌ２ａとＬ２ｂはそれぞれ、例えばフォトダイオード等からなる第１の光検出器３０、第２の光検出器３１によって検出される。
【００６１】
上記センシング装置１においては、測定光照射手段および出射光検出手段には必要に応じてコリメーターレンズ及び／又は集光レンズ等を含む導光光学系が備えられる。
【００６２】
上記のように構成されたセンシング装置１は、２つの異なる波長の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを照射するとともに、この測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂに対応した出射光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの強度をそれぞれ第１の光検出器３０および第２の光検出器３１により検出し、第１の光検出器３０および第２の光検出器３１からそれぞれ出力された検出信号Ｓａ、Ｓｂの差分信号Ｓｓを演算手段４０において求めるものである。
【００６３】
上述の通り、試料１７に応じてセンサ１０における波長の吸収特性が変化するため、ひとつの試料１７における互いに異なる２つの波長の出射光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂについての検出信号Ｓａ、Ｓｂの差分信号Ｓｓは、上記試料１７に応じて変わることになるため、この差分信号Ｓｓに基づいて試料１７を定量分析できるようになる。
【００６４】
また、このような差分信号を得ることにより各検出信号に重畳したノイズ成分を相殺することができるため、この差分信号はＳ／Ｎが十分に高いものとなり、十分に高い測定精度が実現される。
【００６５】
センシング装置１では、試料の屈折率及び／又は濃度を分析することができ、試料の屈折率を分析して試料を同定することもできる。
【００６６】
また、センサ１０の試料の接触側に特定物質と特異的に結合する結合物質を固定してから試料を接触させ、センサ１０に対して測定光Ｌ１を照射し出射光Ｌ２を検出することで、試料に含まれる特定物質の有無及び／又は特定物質の量を分析することもできる。なお、この様にして測定を行った場合、特表平１１−５１２５１８号公報、特表２００２−５１７７２０号公報、もしくは特表２００３−５２７６０６号公報等に記載されている方法により、試料中の特定物質とセンサ１０に固定した結合物質とを分離することによって、センサ１０を再利用することが可能である。
【００６７】
なお、上記のような反射型のセンサ１０を用いたセンシング装置１では、出射光検出手段３０は、第１の反射体１１から出射された出射光Ｌ２の散乱光等の非正反射成分のみを受光して出射光Ｌ２の検出を行う構成とすることが好ましい。正反射成分は光強度が強すぎて本来検出したい特性が良好に検出されない恐れがあるが、散乱光等の微弱な光を検出することで、より高精度な分析を実施することができる。また、同様の理由から、測定光照射手段はセンサ１０の光入射面に対して非垂直方向から測定光Ｌ１を照射する位置に配置されていることが好ましい。
【００６８】
また、本実施の形態において試料セル１５の構成は上記に限るものではなく、第１の反射体１１から出射光Ｌ２が出射される反射型センサ又は半透過半反射型センサでは、第２の反射体１３のみが試料セル１５内の試料１７に接触するように試料セル１５を構成する等、種々の態様とすることができる。
【００６９】
次に図３を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３はこの第２の実施の形態のセンシング装置の概略構成図を示している。なおこの図３において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
【００７０】
このセンシング装置２においては、第１のレーザ光源２０および第２のレーザ光源２１の駆動が駆動手段５０によって制御され、第１のレーザ光源２０が所定時間駆動して停止した後、時間間隔をおいて第２のレーザ光源２１が駆動されるようになっている。それにより、波長λ１の測定光Ｌ１ａがセンサ１０に入射した後、時間間隔をおいて波長λ２の測定光Ｌ１ｂがセンサ１０に入射する。
【００７１】
一方、出射光検出手段としては一つの光検出器３３のみが設けられ、この光検出器３３の動作も上記駆動手段５０によって制御される。すなわち光検出器３３は、第１のレーザ光源２０が駆動されたとき、そして第２のレーザ光源２１が駆動されたときに同期を取って検出動作し、まず波長λ１の出射光Ｌ２ａに関する検出信号Ｓａを出力し、次いで波長λ２の出射光Ｌ２ｂに関する検出信号Ｓｂを出力する。
【００７２】
このように、時間間隔をおいて光検出器３３から出力される検出信号ＳａおよびＳｂは、ともに演算手段４０に入力される。この演算手段４０は、入力された検出信号ＳａおよびＳｂを一旦内部メモリ（図示せず）に記憶し、次いでそれらの差分を求めて、差分信号Ｓｓを出力する。
【００７３】
この場合も上述の差分信号Ｓｓを用いることにより、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明に用いるセンサは上記に限定されるものではなく、種々の態様に変更することができる。
【００７５】
例えば、図４に示すような態様としてもよい。図４（ａ）はセンサの斜視図、図４（ｂ）はこのセンサの上面図である。本説明において、上記実施の形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。
【００７６】
図４に示す如く、このセンサ１０ａは、上記実施の形態と同様、測定光Ｌ１の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体１１と透光体１２と完全反射性を有する第２の反射体１３とを順次備えたデバイス構造を有する。
【００７７】
このセンサ１０ａが上記第１の実施の形態と異なる点は、上記実施の形態では第１の反射体１１がパターン形成された金属層であったのに対して、第１の反射体１１が透光体１２の表面に略同一径の複数の金属粒子１１ｃがマトリクス状に規則配列して固着された金属層からなる点である。金属粒子１１ｃの材質は制限なく、上記実施の形態の第１の反射体１１と同様の金属が例示できる。
【００７８】
第１の反射体１１は反射性金属からなるが、空隙である粒子間隙１１ｄを複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。金属粒子１１ｃの径及びピッチは測定光Ｌ１の波長よりも小さく設計されており、第１の反射体１１は測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっているため、第１の反射体１１は、いわゆる電磁メッシュシールド効果により光に対しては半透過半反射性の薄膜として作用する。
【００７９】
このようなセンサ１０ａを用いても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
また、図５に示すような態様としてもよい。図５はセンサの斜視図である。本説明において、上記実施の形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。
【００８１】
図５に示す如く、このセンサ１０ｂは、上記実施の形態と同様、測定光Ｌ１の入射側から、半透過半反射性を有する第１の反射体１１と透光体１２と完全反射性を有する第２の反射体１３とを順次備えたデバイス構造を有する。
【００８２】
このセンサ１０ｂは上記実施の形態と異なり、透光体１２は被陽極酸化金属体（Ａｌ）の一部を陽極酸化して得られる金属酸化物体（Ａｌ２Ｏ３）からなり、第２の反射体１３は被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分（Ａｌ）からなる。第２の反射体１３は完全反射性を有する。
【００８３】
透光体１２は、第１の反射体１１側から第２の反射体１３側に延びる略ストレートな複数の微細孔１２ａが開孔された透光性微細孔体である。複数の微細孔１２ａは第１の反射体１１側の面において開口し、第２の反射体１３側は閉じられている。透光体１２において、複数の微細孔１２ａは測定光Ｌ１の波長より小さい径及びピッチで略規則的に配列されている。
【００８４】
第１の反射体１１は透光体１２への金属蒸着等により成膜され、透光体１２の表面形状に沿って形成された金属層からなる。透光体１２の微細孔１２ａの開口箇所には金属が成膜されないので、第１の反射体１１は略中心部に微細孔１１ｆを有する平面視略正六角状の金属体１１ｅが隙間なく配列した形状を呈する。第１の反射体１１の微細孔１１ｆは透光体１２の微細孔１２ａと同じパターンで開孔されるので、微細孔１１ｆは測定光Ｌ１の波長より小さい径及びピッチで略規則的に配列されたものとなる。
【００８５】
第１の反射体１１は反射性金属からなるが、空隙である微細孔１１ｆを複数有しているので光透過性を有し、半透過半反射性を有する。第１の反射体１１は、略中心部に微細孔１１ｆを有する測定光Ｌ１の波長より小さい大きさの平面視略正六角状の金属体１１ｅが略規則的に配列されたものであるので、測定光Ｌ１の波長よりも小さい凹凸構造を有するものとなっているため、第１の反射体１１は、いわゆる電磁メッシュシールド効果により光に対しては半透過半反射性の薄膜として作用する。
【００８６】
このようなセンサ１０ｂを用いても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
なお、透光体１２の製造に用いる被陽極酸化金属体の主成分としてＡｌのみを挙げたが、陽極酸化可能で生成される金属酸化物が透光性を有するものであれば、任意の金属が使用できる。Ａｌ以外では、Ｔｉ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｉｎ、Ｚｎ等が使用できる。被陽極酸化金属体４０は、陽極酸化可能な金属を２種以上含むものであってもよい。
【００８８】
また、第２の反射体１３が完全反射性を有する場合について説明したが、被陽極酸化金属体の全体を陽極酸化する、あるいは、被陽極酸化金属体の一部を陽極酸化し、さらに被陽極酸化金属体の非陽極酸化部分及びその近傍部分を除去することで、微細孔１２ａが透光体１２を貫通する透光体１２が得られる。微細孔１２ａが透光体１２を貫通する透光体１２に透光体１２の表面形状に沿って第２の反射体１３を形成すれば、第１の反射体１１と同様に微細孔を有し半透過反射性を有する第２の反射体１３を形成することができる。
【００８９】
また、図６に示すような態様としてもよい。図６はセンサの断面図である。本説明において、上記実施の形態と同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明は省略する。
【００９０】
図６に示す如く、このセンサ１０ｃは、上記実施の形態と同様、測定光Ｌ１の入射側から、第１の反射体１１と透光体１２と第２の反射体１３とを順次備えたデバイス構造を有する。このセンサ１０ｃが上記実施の形態と異なる点は、上記実施の形態では第２の反射体１３がベタ金属層からなり完全反射性を有する反射体であったのに対して、第２の反射体１３が第１の反射体１１と同様に、金属細線１３ａが規則的な格子状パターンで形成された金属層からなり半透過半反射性を有する点である。この場合、第１の反射体１１及び第２の反射体１３がいずれも、測定光Ｌ１の波長より小さい凹凸構造を有するので、いずれに試料を接触させても、試料による反射体の平均複素屈折率の変化が高感度に起こる。
【００９１】
このようなセンサ１０ｃを用いても上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９２】
さらに上記以外にも、センサにおける第１の反射体１１及び第２の反射体１３の構成やこれらの組合せは本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜設計変更できる。例えば、センサ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形態を組み合わせて第１の反射体１１及び第２の反射体１３を構成し、センサを構成することができる。
【００９３】
また、上記のように第２の反射体１３を半透過半反射性とした場合、センシング装置においては出射光Ｌ２を第２の反射体１３側で検出するように構成してもよい。その場合、試料セル１５の透光性窓１６の位置や出射光検出手段の配置等は、出射光Ｌ２の出射位置に合わせて適宜変更すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施の形態のセンシング装置の構成図
【図２】上記センシング装置のセンサの斜視図（ａ）、図２（ａ）中のＡ−Ａ’線断面図（ｂ）、上記センサから出射される出射光のスペクトル例（ｃ）
【図３】第２の実施の形態のセンシング装置の構成図
【図４】本発明のセンシング装置に用いることが可能なセンサの斜視図（ａ）、上面図（ｂ）
【図５】本発明のセンシング装置に用いることが可能なその他のセンサの斜視図
【図６】本発明のセンシング装置に用いることが可能なその他のセンサの断面図
【符号の説明】
【００９５】
１、２    センシング装置
１０    センサ
１１    第１の反射体
１２    透光体
１３    第２の反射体
１５    試料セル
１６    透光性窓
１７    試料
２０、２１    測定光照射手段
２２    ダイクロイックミラー
３０、３１、３３    出射光検出手段
３２    ダイクロイックミラー
４０    演算手段
５０    駆動手段
Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ    測定光
Ｌ２、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ    出射光
【図１】
2007101242.tif 000003
【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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