(57)【要約】【課題】  簡易な構成で複数のガス成分に対して十分な検出精度が得られる表面プラズモン検出装置を提供すること。【解決手段】  主表面を有する誘電体部材および該主表面上に形成された金属薄膜を有する表面プラズモン素子を備え、誘電体部材と金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により変化する反射光の光量から対象とするガス濃度を検出する表面プラズモン検出装置であって、金属薄膜上に、ポーラス形状を有し、該ポーラス形状の平均孔径が異なる第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜を設け、第１の誘電体薄膜に対応する金属薄膜の界面からの反射光と、第２の誘電体薄膜に対応する金属薄膜の界面からの反射光とを用いて、複数のガス濃度を検出することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する誘電体部材および該主表面上に形成された金属薄膜を有する表面プラズモン素子を備え、前記誘電体部材と前記金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により変化する反射光の光量から対象とするガス濃度を検出する表面プラズモン検出装置であって、
前記金属薄膜上に、ポーラス形状を有し、該ポーラス形状の平均孔径が異なる第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜を設け、
前記第１の誘電体薄膜に対応する前記金属薄膜の前記界面からの反射光と、前記第２の誘電体薄膜に対応する前記金属薄膜の前記界面からの反射光とを用いて、複数のガス濃度を検出することを特徴とする表面プラズモン検出装置。
【請求項２】
表面プラズモン素子は、前記第１の誘電体薄膜が設けられた第１の表面プラズモン素子と、前記第２の誘電体薄膜が設けられた第２の表面プラズモン素子とを有し、
前記第１の表面プラズモン素子に光を出射する第１の投光部、および前記第１の表面プラズモン素子からの反射光を受光する第１の受光部と、
前記第２の表面プラズモン素子に光を出射する第２の投光部、および前記第２の表面プラズモン素子からの反射光を受光する第２の受光部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン検出装置。
【請求項３】
前記第１の投光部と前記第２の投光部は、１つの光源を有し、前記光源から出射された出射光を分岐して前記第１の表面プラズモン素子と前記第２の表面プラズモン素子に入射させることを特徴とする請求項２に記載の表面プラズモン検出装置。
【請求項４】
表面プラズモン素子は、前記第１の誘電体薄膜と前記第２の誘電体薄膜とが並設されており、
前記第１の誘電体薄膜と前記第２の誘電体薄膜の並設方向に前記表面プラズモン素子を移動させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモン検出装置。
【請求項５】
前記第１の誘電体薄膜と前記第２の誘電体薄膜の平均孔径の差が２ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表面プラズモン検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電生物質表面での表面プラズモンの発生を利用して測定対象物質を検出する表面プラズモン検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面プラズモンとは導電性物質表面における表面電荷密度の波であり、この現象を利用した物質の検出器および検出方法が知られている。一般的に、表面プラズモンを利用した表面プラズモン検出装置は、プリズムと、プリズムの一面に直接またはプリズムの一面に対して所定の間隔をおいて形成された金属薄膜と、上記光ビームをプリズムに通して該プリズムと金属薄膜との界面に対して種々の入射角が得られるように入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段とを備えている。
【０００３】
上記表面プラズモン検出装置において、金属薄膜表面における表面プラズモンは、金属薄膜とプリズムの誘電条件、および金属薄膜の表面状態で決定する固有の分散関係をもつ。
【０００４】
また、光ビームを金属薄膜に対して全反射角以上の入射角θで入射させると、入射光の一部が金属薄膜の内部を金属薄膜表面に沿って伝達するエバネッセント光と呼ばれる光となる。このエバネッセント光の波数ベクトルは、入射光の波数ベクトルのエバネッセント光の進行方向成分と等しくなる。すなわち、エバネッセント光の波数は、種々の入射各θに対して、sinθに従い異なる値をもつ。
【０００５】
表面プラズマの波数とエバネッセント光の波数とが等しくなる条件を満たす時、表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象が発生し、この条件を満たす入射角に対応する光の全反射光に強度の著しい減少が観測される。
【０００６】
表面プラズモンは金属薄膜の表面の状態に対して非常に敏感であるため、金属薄膜表面に物質が付着すると全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度にずれが生じる。したがって、この全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度のずれを観測することにより、金属薄膜に付着した物質を検出することができる。
【０００７】
このような、全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度のずれを観測することにより金属薄膜に付着した物質を検出する表面プラズモン検出装置が開示された文献として、例えば、特開２０１０−２５６１２６号公報（特許文献１）が挙げられる。
【０００８】
特許文献１に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、検出対象物を捕捉する多孔質光透過性吸着材を持ち、検出対象物が多孔質光透過性吸着材に吸着されたことにより生じる局在表面プラズモン共鳴を検出する。メソポーラスシリカなどの多孔質光透過性吸着材は、高いＶＯＣ（揮発性有機物）の吸着能力及び光透過性能力を持つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２５６１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、ＶＯＣガスとしてホルムアルデヒドやトルエンなど複数のガス成分が金属薄膜表面に一緒に吸着されると、個々のガス濃度を正確に測定できないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で複数のガス成分に対して十分な検出精度が得られる表面プラズモン検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の表面プラズモン検出装置は、主表面を有する誘電体部材および該主表面上に形成された金属薄膜を有する表面プラズモン素子を備え、誘電体部材と金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により変化する反射光の光量から対象とするガス濃度を検出する表面プラズモン検出装置であって、金属薄膜上に、ポーラス形状を有し、該ポーラス形状の平均孔径が異なる第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜を設け、第１の誘電体薄膜に対応する金属薄膜の界面からの反射光と、第２の誘電体薄膜に対応する金属薄膜の界面からの反射光とを用いて、複数のガス濃度を検出することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の表面プラズモン検出装置において、表面プラズモン素子は、第１の誘電体薄膜が設けられた第１の表面プラズモン素子と、第２の誘電体薄膜が設けられた第２の表面プラズモン素子とを有し、第１の表面プラズモン素子に光を出射する第１の投光部、および第１の表面プラズモン素子からの反射光を受光する第１の受光部と、第２の表面プラズモン素子に光を出射する第２の投光部、および第２の表面プラズモン素子からの反射光を受光する第２の受光部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の表面プラズモン検出装置において、第１の投光部と第２の投光部は、１つの光源を有し、光源から出射された出射光を分岐して第１の表面プラズモン素子と第２の表面プラズモン素子に入射させることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の表面プラズモン検出装置において、表面プラズモン素子は、第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜とが並設されており、第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜の並設方向に表面プラズモン素子を移動させる移動機構を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の表面プラズモン検出装置において、第１の誘電体薄膜と第２の誘電体薄膜の平均孔径の差が２ｎｍ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な構成で複数のガス成分に対して十分な検出精度が得られる表面プラズモン検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置の概略構成図である。
【図２】表面プラズモン素子の断面模式図である。
【図３】第１及び第２の誘電体薄膜の断面模式図である。
【図４】対象物質の濃度の測定例である。
【図５】実施の形態２に係る表面プラズモン検出装置の概略構成図である。
【図６】実施の形態３に係る表面プラズモン検出装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０１について説明する。
【００２１】
表面プラズモン検出装置１０１は、第１の表面プラズモン素子４０Ａ、第１の投光部２Ａ、第１の受光部３Ａ、第２の表面プラズモン素子４０Ｂ、第２の投光部２Ｂ、第２の受光部３Ｂ、演算処理部７０を備える。
【００２２】
第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂは、一部の構成が異なっており詳細については後述する。第１の投光部２Ａと第２の投光部２Ｂは同じ構成となっており、第１の受光部３Ａと第２の受光部３Ｂも同じ構成となっている。
【００２３】
第１の投光部２Ａは、第１の表面プラズモン素子４０Ａに向けて入射光Ｌ１を投光する。第１の受光部３Ａは、第１の表面プラズモン素子４０Ａから反射された反射光Ｌ２を受光する。
【００２４】
第２の投光部２Ｂは、第２の表面プラズモン素子４０Ｂに向けて入射光Ｌ１を投光する。第２の受光部３Ｂは、第２の表面プラズモン素子４０Ｂから反射された反射光Ｌ２を受光する。
【００２５】
第１の投光部２Ａ、第２の投光部２Ｂは、光源１０、コリメートレンズ２０、偏光子３０を含む。光源１０としては、たとえば半導体レーザを採用することができる。光源１０から出射された出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換される。
【００２６】
偏光子３０は、光源１０から出射された出射光から表面プラズモンを引き起こすｐ偏光を抽出するためのものである。平行光束に変換された出射光は、偏光子３０によってｐ偏光にされる。
【００２７】
ｐ偏光となった出射光は、第１の表面プラズモン素子４０Ａ、第２の表面プラズモン素子４０Ｂに入射する。これにより、入射光Ｌ１が第１の表面プラズモン素子４０Ａ、第２の表面プラズモン素子４０Ｂに入射する。具体的には、入射光Ｌ１は、後述する誘電体部材４３と金属薄膜４５との界面に入射する。この際、入射光Ｌ１は、均一の強度分布を持って界面に入射する。
【００２８】
第１の表面プラズモン素子４０Ａ、第２の表面プラズモン素子４０Ｂは、誘電体部材４３と金属薄膜４５との界面における表面プラズモン現象により、入射角度に分布を有する光束から成る入射光Ｌ１を、光量に角度依存性を有する光束から成る反射光Ｌ２として反射する。
【００２９】
第１の受光部３Ａ、第２の受光部３Ｂは、受光素子６０を含む。第１の表面プラズモン素子４０Ａ、第２の表面プラズモン素子４０Ｂによって反射された反射光Ｌ２は、受光素子６０にて受光される。受光素子６０としては、たとえばフォトダイオードを採用することができる。フォトダイオードにより、受光した反射光Ｌ２の光量を検出することができる。第１の受光部３Ａおよび第２の受光部３Ｂの受光素子６０は、演算処理部７０に接続されている。
【００３０】
演算処理部７０は、第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂの各受光素子６０で検出した反射光Ｌ２の光量に基づいて、揮発性有機物等の測定対象物質のガス濃度を算出する。
【００３１】
図２は、図１に示す表面プラズモン検出装置１０１の第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂの構成を示す概略断面図である。図２を参照して、第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂについて説明する。
【００３２】
第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂは、共通する構成として、プリズム４１、透明基板４２、第１密着層４４、金属薄膜４５、第２密着層４６を備える。また、異なる構成として、第１の表面プラズモン素子４０Ａは第１の誘電体薄膜４７を有し、第２の表面プラズモン素子４０Ｂは第２の誘電体薄膜４８を有する。
【００３３】
プリズム４１および透明基板４２によって誘電体部材４３が構成される。プリズム４１の材質は、光透過性が高く、真空との誘電率の違いが大きい物質が好ましい。プリズム４１としては、例えば、透光性樹脂、ガラス等を採用することができる。本実施の形態においては、プリズム４１としてガラスを採用している。
【００３４】
透明基板４２の材質としては、屈折率の違いによる光損失を抑制するためにプリズム４１とほぼ同一の屈折率を持つ材質であることが好ましい。透明基板４２としては、プリズム４１と同様に、透光性樹脂、ガラス等を採用することができ、本実施の形態においては、ガラスを採用している。
【００３５】
透明基板４２は、接着剤を用いて隙間なくプリズム４１に貼り合わされる。屈折率の違いによる光損失を抑制するために、接着剤としては、プリズム４１および透明基板４２とほぼ同一の屈折率を有する部材を用いることが好ましい。プリズム４１側と反対側に位置する主面４２ｂ上には、第１密着層４４、金属薄膜４５、第２密着層４６、第１の誘電体薄膜４７（または第２の誘電体薄膜４８）が、この順で積層されている。これらの層が主面４２ｂ上に積層された後に、主面４２ｂと反対側に位置する透明基板４２の主面４２ａが、プリズム４１の底面４１ａに上記の接着剤を用いて貼り合わされる。
【００３６】
第１密着層４４は、金属薄膜４５と透明基板４２との密着性が悪い場合に形成される。このため、透明基板４２の主面４２ｂ上に密着性を確保した状態で金属薄膜４５を直接形成できる場合には、第１密着層４４を省略することができる。
【００３７】
第１密着層４４としては、透明基板４２と金属薄膜４５とに良好な密着性を有する材料が用いられる。たとえば、金属薄膜４５が、金、銀等の貴金属で構成される場合には、第１密着層４４としては、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。本実施の形態においては、チタンを採用している。
【００３８】
また、第１密着層４４は、金属薄膜４５への入射光Ｌ１の到達を阻害しないように、密着性が得られる限度において可能な限り薄く形成されることが好ましい。具体的には、第１密着層４４の厚さは、１ｎｍ程度であることが好ましい。なお、第１密着層４４が形成される場合であっても、このように第１密着層４４の厚さが非常に薄いため、誘電体部材４３と金属薄膜４５との界面とは、プリズム４１側に位置する金属薄膜４５の主面４５ａを指す。
【００３９】
金属薄膜４５としては、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどを採用することができる。本実施の形態においては、金を採用している。金属薄膜４５として金を採用した場合における金属薄膜４５の厚さは、表面プラズモン共鳴による反射強度の減衰効果が最も得られる範囲内に収まることが好ましく、たとえば４０〜５５ｎｍであることが好ましい。
【００４０】
第２密着層４６は、金属薄膜４５と第１の誘電体薄膜４７（または第２の誘電体薄膜４８）の密着性が悪い場合に形成される。このため、金属薄膜４５の主面４５ｂ上に密着性を確保した状態で第１の誘電体薄膜４７（または第２の誘電体薄膜４８）を直接形成できる場合には、第２密着層４６を省略することができる。
【００４１】
第２密着層４６としては、金属薄膜４５と第１の誘電体薄膜４７（または第２の誘電体薄膜４８）とに良好な密着性を有する材料が用いられる。第１の誘電体薄膜４７（または第２の誘電体薄膜４８）が二酸化ケイ素で構成される場合には、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。本実施の形態においては、チタンを採用している。
【００４２】
第１の誘電体薄膜４７、第２の誘電体薄膜４８は、測定対象物質が気体中の揮発性有機物（ＶＯＣ）のように、金属薄膜４５への吸着性が乏しい物質である場合に、金属薄膜４５上あるいは第２密着層４６上に形成される。第１の誘電体薄膜４７、第２の誘電体薄膜４８は、測定対象物質を含む気体を一時的に金属薄膜４５上に滞留させる。このため、第１の誘電体薄膜４７、第２の誘電体薄膜４８は、ポーラス形状の誘電体薄膜で構成される。これにより、貫通孔内に上記気体を滞留させることができる。
【００４３】
本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０１では、第１の表面プラズモン素子４０Ａの第１の誘電体薄膜４７と、第２の表面プラズモン素子４０Ｂの第２の誘電体薄膜４８において、上記ポーラス形状の平均孔径が異なることが特徴となっている。
【００４４】
第１の誘電体薄膜４７、第２の誘電体薄膜４８は、測定対象物質を含む気体を一時的に金属薄膜４５の表面に滞留させるが、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の平均孔径が異なることにより、それぞれの多孔内に分子サイズの異なる複数の測定対象物質を異なる量で滞留させることができる。
【００４５】
第１の誘電体薄膜４７、第２の誘電体薄膜４８の材質としては、二酸化ケイ素等の誘電体薄膜を採用することができる。この場合には、ポーラス形状を有する誘電体薄膜を形成するために、まず、水と表面活性剤を混合してｐＨを調整した後にＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を混合した溶液を準備する。この際、ＴＥＯＳと表面活性剤と水との重量比を１：０．２２：２とすることが好ましい。
【００４６】
続いて、金属薄膜４５上にスピンコート法を用いて当該溶液を塗布する。具体的には、溶液を塗布しながら、５００ｒｐｍの回転速度で５秒間回転させた後、８０００ｒｐｍの回転速度で４０秒間回転させる。次に、１２０℃で１５分間乾燥させ、４５０℃で６０分間焼成する。これにより、表面の膜厚差が５ｎｍ以下の均一な誘電体薄膜が形成される。
【００４７】
ここで、第１の表面プラズモン素子４０Ａの第１の誘電体薄膜４７には、表面活性剤として、臭化セチルトリメチルアンモニウムブロミド（略称：CTAB、化学式：(C16H33)N(CH3)3Br、以降C16と称する）を用いている。これにより、測定対象物を滞留させる滞留層として、４ｎｍ程度の平均孔径を有する第１の誘電体薄膜４７が形成される。
【００４８】
一方、第２の表面プラズモン素子４０Ｂの第２の誘電体薄膜４８には、表面活性剤として、n-オクチルトリメチルアンモニウムブロミド（略称：OTAB、化学式：(C8H17)N(CH3)3Br、以降C8と称する）を用いている。これにより、測定対象物質を滞留させる滞留層として、２ｎｍ程度の平均孔径を有する第２の誘電体薄膜４８が形成される。
【００４９】
第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の平均孔径の差は、２ｎｍ以上となる組合せにすることが好ましい。表面活性剤としてC6（n-ヘキシルトリメチルアンモニウムブロミド）は、数ｎｍ程度の孔径（メソポーラス構造）を作ることが難しい。一般的には、表面活性剤としてC8が、二酸化ケイ素膜でメソポーラス構造の孔径を最小にすることができる材料である。
【００５０】
また、C16より鎖長の短い材料を使用するとC8との検出値の差分が小さくなり、測定の正確性が低下する傾向が見られる。このため、C8と組み合わせる表面活性剤としては、C16以上の鎖長を有することが好ましい。
【００５１】
第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の膜厚は、スピンコート法の条件等を変更することにより、適宜設定することができる。第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８は、測定対象物質を金属薄膜４５に接触させて表面プラズモン共鳴を生じさせるため、膜厚が１μｍ以下であることが好ましい。
【００５２】
図３は、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８のポーラス形状に測定対象物質が滞留した様子を示す模式図である。測定対象物質をトルエン（Ｔ）とホルムアルデヒド（Ｆ）の２種類とした場合、図３に示すように、第１の誘電体薄膜４７の孔４７ａは、平均孔径が４ｎｍ程度であるため、分子サイズの大きいトルエン（Ｔ）が分子サイズの小さいホルムアルデヒド（Ｆ）よりも分子同士が近接しやすい状態となるため、屈折率が変化しやすい状態になる。
【００５３】
一方、第２の誘電体薄膜４８の孔４８ａは、平均孔径が２ｎｍ程度であるため、分子サイズの小さいホルムアルデヒド（Ｆ）が分子サイズの大きいトルエン（Ｔ）よりも孔内に入りやすく、かつホルムアルデヒド（Ｆ）分子もトルエン（Ｔ）分子（Ｔ）と同様に分子同士が近接しやすい状態となるため、屈折率が変化しやすい状態になり、平均粒径が４ｎｍの場合と比べて検出状態が変化する。
【００５４】
このため、第１の表面プラズモン素子４０Ａの検出値、および第２の表面プラズモン素子４０Ｂの検出値と、各表面活性剤の吸着度を調べた実験データに基づいて、２種類の測定対象物の濃度を特定することができる。
【００５５】
図４は、C16とC8を用いて測定した場合の各ガスの比率での検出値の結果を表に示す。例えば、C16の測定系で測定値が0.27[V]を示し、C8の測定系で0.78[V]を示した場合、図４より、C16の結果だけでは、トルエン比率100%で濃度が10〜100ppmの間の濃度の場合や、トルエン比率30％＋ホルムアルデヒド70％でトルエン濃度が100〜1000ppmの間の濃度の場合など複数の条件が該当するが、C8の測定系の結果を合せることにより、トルエン50％＋ホルムアルデヒド50％かつトルエン＝100ppm（すなわちホルムアルデヒド＝100ppm）と読み取ることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態においては、誘電体部材４３がプリズム４１と透明基板４２によって構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、プリズム４１によって構成されていてもよい。この場合には、プリズム４１の底面４１ａ上に金属薄膜が直接形成されてもよいし、第１密着層４４および金属薄膜４５がこの順で形成されてもよい。さらにこの場合には、測定対象物質に応じて、金属薄膜４５上に、第１の誘電体薄膜４７（第２の誘電体薄膜４８）が直接形成されてもよいし、第２密着層４６および第１の誘電体薄膜４７（第２の誘電体薄膜４８）がこの順で形成されてもよい。
【００５７】
また、本実施の形態においては、トルエンとホルムアルデヒドの２つのガスを同時に測定する場合を例示して説明したが、これに限定されず、大気の湿度とその他のガスの組合せで測定する場合にも適用できる。湿度が変化した場合、ガス濃度が変化した場合と同様に検出値が変動するが、本実施の形態を適用することにより湿度が変化した場合においても、正確にガス濃度の測定を行うことができる。
【００５８】
（実施の形態２）
図５は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図５を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０２について説明する。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０２は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１０１と比較して第１の投光部２Ａ、第２の投光部２Ｂの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
【００６０】
第１の投光部２Ａと第２の投光部２Ｂは、光源１０を共通にして、１つの光源１０から出射された出射光をハーフミラー８０と反射ミラー９０を用いて、第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂの方向に分岐し、それぞれに入射光Ｌ１を入射する。
【００６１】
これにより、光源１０である半導体レーザの出力や波長が周囲環境の温度の影響により変動しても、第１の表面プラズモン素子４０Ａと第２の表面プラズモン素子４０Ｂには同一出力である入射光Ｌ１が入射されるため、精度が高く安定した測定を行うことができる。また、投光部２の部品点数が削減され、表面プラズモン検出装置のコストを下げることができる。
【００６２】
（実施の形態３）
図６は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図６を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０３について説明する。
【００６３】
図６に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１０３は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１０１と比較して、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８を１つの表面プラズモン素子４０Ｃに設けたことを特徴としている。その他の構成については、ほぼ同様である。
【００６４】
表面プラズモン素子４０Ｃは、１つのプリズム上に、ポーラス形状の平均孔径が異なる第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８を形成した基板を、入射光Ｌ１の進行方向に配置している。表面プラズモン検出装置１０３は、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の配置方向に表面プラズモン素子４０Ｃを移動するための移動機構を備えている。
【００６５】
プリズムを移動して入射光Ｌ１を第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８に順次入射させることにより、１つの表面プラズモン素子４０Ｃで複数の測定対象物質を選択的に特定することができる。
【００６６】
これにより、表面プラズモン素子４０Ｃと、投光部２、受光部３を１つずつ備える簡略化した構成にすることができ、表面プラズモン検出装置１０３を小型化することができる。
【００６７】
なお、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の配置は、入射光Ｌ１の進行方向に限定されるものではなく、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の並設方向に合わせてプリズムを移動させる構成でもよい。
【００６８】
（実施の形態４）
本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１０１と比較して、第１の誘電体薄膜４７に用いる表面活性剤を変更している点で構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
【００６９】
第１の誘電体薄膜４７の表面活性剤として、C16に代えてpluronic P123（化学式：EO17PO56EO17 （分子量=5800）、以降P123と称する）を採用することができる。この場合には、ポーラス形状の誘電体薄膜を形成するために、まず、水と塩酸とエタノールと表面活性剤を混合してｐＨを調整した後にＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を混合した溶液を準備する。この際、ＴＥＯＳと表面活性剤P123と水と塩酸とエタノールの重量比を、１：０．４２：０．３５：０．０７：４．８７とすることが好ましい。
【００７０】
表面活性剤としてP123を採用することで、測定対象物質を滞留させる滞留層として、６ｎｍ程度の平均孔径を有する第１の誘電体薄膜４７が形成される。
【００７１】
実施の形態１と同様に第２の誘電体薄膜４８にC8を採用すると、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８で平均孔径の差を４ｎｍ程度に設定することができ、平均孔径に対応した別の測定対象物質を測定することができる。
【００７２】
（実施の形態５）
本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１０１と比較して、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８の表面活性剤として同じC16を採用して、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８で形成条件を変更している点で構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
【００７３】
一方の第１の誘電体薄膜４７は、実施の形態１と同様の方法でポーラス形状の誘電体薄膜を形成する。まず、水と表面活性剤を混合してｐＨを調整した後にＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を混合した溶液を準備する。この際、ＴＥＯＳと表面活性剤と水との重量比を１：０．２２：２とすることが好ましい。
【００７４】
続いて、金属薄膜４５上にスピンコート法を用いて当該溶液を塗布する。具体的には、溶液を塗布しながら、５００ｒｐｍの回転速度で５秒間回転させた後、８０００ｒｐｍの回転速度で４０秒間回転させる。次に、１２０℃で１５分間乾燥させ、４５０℃で６０分間焼成する。これにより、表面の膜厚差が５ｎｍ以下の均一な誘電体薄膜が形成される。
【００７５】
ここで、第１の表面プラズモン素子４０Ａの滞留層には、表面活性剤としてC16を用いているため、４ｎｍ程度の平均孔径を有する第１の誘電体薄膜４７が形成される。
【００７６】
一方、第２の表面プラズモン素子４０Ｂの滞留層では、表面活性剤として第１の誘電体薄膜４７と同じC16を採用するが、スピンコート法を用いて当該溶液を塗布した後に乾燥の工程のみを行い焼成の工程を行わない。これにより、表面活性剤が焼失しきれずにポーラス内に残存する状態となり、実質的な平均孔径が４ｎｍよりも小さい第２の誘電体薄膜４８が形成される。
【００７７】
表面活性剤としてC16を用いて焼成しないで形成した第２の誘電体薄膜４８も、表面活性剤としてC8を用いたときの第２の誘電体薄膜４８と同様に、測定対象物質を選択的に滞留させることができた。したがって、表面活性剤（C16）の焼成方法を変えることにより、第１の誘電体薄膜４７と第２の誘電体薄膜４８で平均孔径の差を生じさせることができ、複数の測定対象物質を選択的に特定することができる。また、測定対象物質を滞留させる滞留層として、１種類の表面活性剤で異なる平均孔径を形成することができ、製造コストを削減することができる。
【００７８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
２  投光部
３  受光部
１０  光源
２０  コリメートレンズ
３０  偏光子
４０Ａ  第１の表面プラズモン素子
４０Ｂ  第２の表面プラズモン素子
４０Ｃ  表面プラズモン素子
４１  プリズム
４２  透明基板
４３  誘電体部材
４４  第１密着層
４５  金属薄膜
４６  第２密着層
４７  第１の誘電体薄膜
４８  第２の誘電体薄膜
６０  受光素子
７０  演算処理部
８０  ハーフミラー
９０  反射ミラー
１０１、１０２、１０３  表面プラズモン検出装置
【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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