(57)【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薄膜層と、
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、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射し、
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処理を、前記入射光学系と前記誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させて、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、
前記反射角に対応する１つの代表データを取得し、
一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、
このスムージングした複数の測定データに基づいて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薄膜層と、
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、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射し、
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処理を、前記入射光学系と前記誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させて、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを取得し、
一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、
このスムージングした複数の測定データに基づいて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薄膜層と、
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、
前記光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に間歇的に照射し、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを取得し、
一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、
このスムージングした複数の測定データに基づいて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４】
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薄膜層と、
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、
前記光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に間歇的に照射し、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを取得し、
一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、
このスムージングした複数の測定データに基づいて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５】
前記界面での前記光ビームの反射光強度の測定による前記光ビームの照射開始からの過渡応答時間が経過した後、測定を開始することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の測定方法。
【請求項６】
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薄膜層と、
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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、
前記入射光学系と前記誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させる手段と、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、
前記演算手段により一連の時系列で検出された複数の代表データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項７】
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薄膜層と、
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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、
前記入射光学系と前記誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させる手段と、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、
前記演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項８】
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薄膜層と、
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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、
前記入射光学系が、前記光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に入射可能に形成されるとともに、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、
前記演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項９】
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薄膜層と、
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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、
前記光ビームを前記誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、
前記入射光学系が、前記光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に入射可能に形成されるとともに、
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処理を、前記光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、前記反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、
前記演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
前記間歇照射手段が、前記光源と前記誘電体ブロックとの間に設けられ、前記光源から前記誘電体ブロックに至る光路を間歇的に開閉するシャッターであることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１１】
前記間歇照射手段が、前記光源を間歇的に駆動する光源駆動手段であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１２】
前記光源が、発生させる光ビームの波長を安定化させる発振波長安定化手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の測定装置。
【請求項１３】
前記間歇照射手段が、前記光ビームによる前記試料の温度変化を０．５℃以下とするように駆動するものであることを特徴とする請求項６から１２のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１４】
前記間歇照射手段が、前記光ビームによる前記試料の温度変化を０．１℃以下とするように駆動するものであることを特徴とする請求項６から１３のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１５】
前記光検出手段が、前記界面での前記光ビームの反射光強度の測定による前記光ビームの照射開始からの過渡応答時間が経過した後、測定を開始することを特徴とする請求項６から１４のいずれか１項記載の測定装置。
【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中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサー等の、測定方法および測定装置に関し、特に詳細には、全反射減衰によって測定光に生じる暗線を光検出手段を用いて検出する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、試料中の物質を定量分析する表面プラズモンセンサー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センサーは基本的に、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、かつ表面プラズモン共鳴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入射角を変え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したが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センサーにおいて、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から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】
0004109088.tif 000002
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に関連する特性を求めることができる。
【００１０】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似のセンサーとして、例えば非特許文献１に記載がある漏洩モードセンサーも知られている。この漏洩モードセンサーは基本的に、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。
【００１１】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、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分析することができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平０６−１６７４４３号
【００１３】
【非特許文献１】
「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）
第２１〜２３頁および第２６〜２７頁
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上説明したタイプの従来の表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサー等の測定装置においては、装置内の誘電体ブロック周囲の温度によって、試料の屈折率が変化してしまうため、測定を行う際には一定の温度環境下で行う必要がある。
【００１５】
しかしながら、測定時に、誘電体ブロックに光ビームを照射し続けることにより、誘電体ブロック周囲の温度上昇が生じ、それにより試料の屈折率が変化するため、検出信号のドリフトの原因となっていた。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、検出信号に対してドリフト現象を生じさせない測定方法および測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の測定方法は、試料に接触させられる薄膜層が一面に形成された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ように光ビームを種々の角度で入射させ、前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰の状態を検知する測定方法において、誘電体ブロックの温度変動を抑制するために、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射して測定を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の第２の測定方法は、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薄膜層と、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、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射し、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処理を、入射光学系と誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させて、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを取得し、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、このスムージングした複数の測定データに基づいて試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の第３の測定方法は、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薄膜層と、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、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射し、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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値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処理を、入射光学系と誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させて、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを取得し、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、このスムージングした複数の測定データに基づいて試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の第４の測定方法は、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薄膜層と、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、光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に間歇的に照射し、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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを取得し、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、このスムージングした複数の測定データに基づいて試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、本発明の第５の測定方法は、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薄膜層と、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、光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に間歇的に照射し、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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを取得し、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングし、このスムージングした複数の測定データに基づいて試料の分析を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
上記第１から第５の測定方法においては、前記界面での光ビームの反射光強度の測定による光ビームの照射開始からの過渡応答時間が経過した後、測定を開始することが望ましい。ここで、「過渡応答時間」とは、光ビームの照射を開始してから、前記界面で全反射した光ビームの検出信号の出力が略一定になるまでの時間を意味する。
【００２３】
本発明の第１から第５の測定装置は、上記第１から第５の測定方法に用いられるものであって、本発明の第１の測定装置は、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薄膜層と、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ように種々の角度で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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の第２の測定装置は、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薄膜層と、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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、入射光学系と誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させる手段と、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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、演算手段により一連の時系列で検出された複数の代表データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の第３の測定装置は、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薄膜層と、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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、入射光学系と誘電体ブロックとを、前記界面における光ビームの入射位置が変化するように相対移動させる手段と、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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の第４の測定装置は、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薄膜層と、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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、入射光学系が、光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に入射可能に形成されるとともに、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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理手段とを備えてなることを特徴とするものである。
【００２７】
さらに、本発明の第５の測定装置は、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薄膜層と、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ように種々の角度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して、全反射減衰の状態を検知する光検出手段とを備えてなる測定装置において、光ビームを誘電体ブロックに間歇的に照射させるための間歇照射手段と、入射光学系が、光ビームを前記界面上の相異なる複数の入射位置に入射可能に形成されるとともに、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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値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処理を、光ビームの入射位置が相異なる状態のときにそれぞれ行い、得られた複数通りのデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得る演算手段と、演算手段により一連の時系列で検出された複数の測定データをスムージング処理するスムージング処理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】
本発明の第１から第５の測定装置において、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を検出することにより試料分析を行ってもよい。
【００３０】
また、本発明の第１の測定装置においては、P.I.Nikitin,A.N.Grigorenko,A.A.Beloglazov,M.V.Valeiko,A.I.Savchuk,O.A.Savchuk, Surface Plasmon Resonance Interferometry for Micro-Array Biosensing, EUROSENSORS XIII, 1999, pp.235-238 に記載されているように、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るとともに、この光ビームの一部を、この光ビーム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て、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料分析を行ってもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値を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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、「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。
【００３６】
また、「スムージング（処理）」とは、各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減させるための処理であって、例えば、最小二乗法により一連の時系列で検出された複数の測定データの値と真値の推定値との誤差を低減させてもよいし、連続的に検出した光検出手段の出力信号からロー・パス・フィルタ（ＬＰＦ）、ハイ・パス・フィルタ（ＨＰＦ）またはバンド・パス・フィルタ（ＢＰＦ）等の周波数フィルタを用いて余分な周波数成分をカットしてもよい。
【００３７】
上記の測定装置において、間歇照射手段は、光源と誘電体ブロックとの間に設けられ、光源から誘電体ブロックに至る光路を間歇的に開閉するシャッターとしてもよいし、光源を間歇的に駆動する光源駆動手段としてもよい。ここで、間歇照射手段を光源駆動手段とした場合には、光源に、発生させる光ビームの波長を安定化させる発振波長安定化手段を備えたものとすることが好ましい。
【００３８】
ところで、測定に用いる代表的な溶媒の温度変化に対する屈折率変化の比（ｄｎ／ｄｔ）は４．５×１０−４であり、屈折率変化を１０−４に抑えるためには、温度変化を最低でも１℃以下に抑える必要がある。
【００３９】
そのため、間歇照射手段は、光ビームによる試料の温度変化を０．５℃以下とするように駆動することが好ましく、また、温度変化を０．１℃以下とするとより好ましい。
【００４０】
また、光検出手段は、前記界面での光ビームの反射光強度の測定による光ビームの照射開始からの過渡応答時間が経過した後、測定を開始することが望ましい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の第１の測定方法および測定装置は、誘電体ブロックに間歇的に光ビームを照射するようにして誘電体ブロックに光ビームが照射される時間を短縮させたため、光ビームの照射による試料および試料に影響する誘電体ブロックの温度変化を抑えることができるため、検出信号に対してドリフト現象を生じさせないようにすることができる。
【００４２】
また、本発明の第２および第４の測定方法および測定装置は、上記第１の測定方法および測定装置の効果に加えて、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。
【００４３】
また、誘電体ブロックと薄膜層との界面における光ビームの反射角の測定の際に、光ビームの入射位置が相異なる複数の状態のデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得るように構成されているので、この代表データは、薄膜層の膜厚やセンシング物質の反応特性が特異的に異なることや、さらにはゴミ等の外乱に起因する変動を排除したものとなり得る。したがって、薄膜層の膜厚やセンシング物質の反応特性が不均一であったり、薄膜層上にゴミが存在する等していても、それらによる測定結果のバラツキを防止することができる。
【００４４】
さらに、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングすることにより、光検出手段の各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減することができるため、測定精度を向上させることができる。
【００４５】
また、本発明の第３および第５の測定方法および測定装置は、上記第１の測定方法および測定装置の効果に加えて、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、受光素子の並設方向に順次算出し、平均値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。
【００４６】
また、誘電体ブロックと薄膜層との界面における光ビームの反射角の測定の際に、光ビームの入射位置が相異なる複数の状態のデータを統計処理して、反射角に対応する１つの代表データを得るように構成されているので、この代表データは、薄膜層の膜厚やセンシング物質の反応特性が特異的に異なることや、さらにはゴミ等の外乱に起因する変動を排除したものとなり得る。したがって、薄膜層の膜厚やセンシング物質の反応特性が不均一であったり、薄膜層上にゴミが存在する等していても、それらによる測定結果のバラツキを防止することができる。
【００４７】
さらに、一連の時系列で得られた複数の代表データをスムージングすることにより、光検出手段の各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減することができるため、測定精度を向上させることができる。
【００４８】
【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。本発明の第１の実施形態の測定装置は、表面プラズモン共鳴を利用した表面プラズモンセンサーであり、図１は表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものである。
【００４９】
この表面プラズモンセンサーは、例えば概略四角錐の一部が切り取られた形状とされた誘電体ブロック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とを有している。
【００５０】
誘電体ブロック10は例えば透明樹脂等からなり、金属膜12が形成された部分の周囲が嵩上げされた形とされ、この嵩上げされた部分10ａは液体の試料11を貯える試料保持部として機能する。なお本例では、金属膜12の上にセンシング媒体30が固定されるが、このセンシング媒体30については後述する。
【００５１】
誘電体ブロック10は金属膜12とともに、使い捨ての測定チップを構成しており、例えばターンテーブル31に複数設けられたチップ保持孔31ａに１個ずつ嵌合固定される。誘電体ブロック10がこのようにターンテーブル31に固定された後、ターンテーブル31が一定角度ずつ間欠的に回動され、所定位置に停止した誘電体ブロック10に対して液体試料11が滴下され、該液体試料11が試料保持部10ａ内に保持される。その後さらにターンテーブル31が一定角度回動されると、誘電体ブロック10がこの図１に示した測定位置に送られ、そこで停止する。
【００５２】
本実施形態の表面プラズモンセンサーは、上記誘電体ブロック10に加えてさらに、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザ等からなる光源14（以下、レーザ光源14という）と、上記光ビーム13を誘電体ブロック10に通し、該誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂに対して、種々の入射角が得られるように入射させる入射光学系15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビーム13を検出する光検出手段17と、光検出手段17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、コンピュータシステム等からなる信号処理部（ＣＰＵ）20と、レーザ光源14から誘電体ブロック10に至る光路を間歇的に開閉するシャッター50とを備えている。
【００５３】
入射光学系15は、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ15ａと、該平行光化された光ビーム13を上記界面10ｂ上で収束させる集光レンズ15ｂとから構成されている。
【００５４】
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。そこで、光ビーム13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する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にデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００５５】
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をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板で光ビーム13の偏光の向きを制御してもよい。
【００５６】
シャッター50は、信号処理部（ＣＰＵ）20からの指示に基づいてシャッター50の開閉動作を制御する図示しないドライバを備える。なお、シャッター50が請求項で記載した間歇照射手段として機能するものである。図２（Ａ）は、シャッター50によりレーザ光源14から誘電体ブロック10に至る光路を間歇的に開閉した場合の光ビーム13の界面10ｂにおける照射強度を示す図である。シャッター50により光路を間歇的に開閉した場合、シャッター50の開閉時には光ビーム13の界面10ｂにおける照射強度が一定とならないため、シャッター50の開閉の影響を受けない期間、すなわちシャッター50が開き切ってから閉まり始めるまでの期間に測定を行うことが望ましい。また、光検出手段17で検出される信号特性は、図２（Ｂ）に示すような過渡応答特性を示す。そのため、過渡応答時間が経過してからシャッター50が閉まり始めるまでの期間に測定を行うことがより望ましい。ここで、光ビーム13による液体試料11および試料に影響する誘電体ブロック10の温度変化を０．５℃以下とするようにシャッター50を駆動させることが好ましい。さらに、温度変化を０．１℃以下とするとより精確な測定を行うことが可能となる。
【００５７】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。
【００５８】
測定時には、信号処理部20からの信号によりシャッター50が開かれ、光ビーム13が入射光学系１５に入射される。図１に示す通り、レーザ光源14から発散光状態で出射した光ビーム13は、入射光学系15の作用により、誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂ上で収束する。したがって光ビーム13は、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。そこで、光ビーム13は界面10ｂで全反射し、この反射した光ビーム13には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。
【００５９】
界面10ｂで全反射した後、コリメーターレンズ16によって平行光化された光ビーム13は、光検出手段17により検出される。なお、本実施の形態において測定は、図２に示すように、光ビーム13の光検出手段17の検出面における信号強度が最大になるタイミングで行われる。本例における光検出手段17は、複数のフォトダイオード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、図１の図示面内において、平行光化された光ビーム13の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面10ｂにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム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。
【００６０】
図３は、この表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図である。図示の通り上記ドライバ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。なお、信号処理部20からコントローラ26への指示は、信号処理部20からシャッター50への指示と連動して行われる。上記フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……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つのフォトダイオードの出力が、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、それらの並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
図４は、界面10ｂで全反射した光ビーム13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と上記光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００６３】
界面10ｂにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜12と液体試料11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Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射解消角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図１にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００６４】
また図４の（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。
【００６５】
そしてフォトダイオード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。
【００６６】
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、全反射解消角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４の例では差動アンプ18ｄとなる）を選択し、それが出力する微分値Ｉ’に所定の補正処理を施してから、その値を表示手段21に表示させる。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、そのときは当然その差動アンプが選択される。
【００６７】
以後、所定時間が経過する毎に上記選択された差動アンプ18ｄが出力する微分値Ｉ’が、所定の補正処理を受けてから表示手段21に表示される。この微分値Ｉ’は、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して、図４（１）に示す曲線が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下する。したがって、この微分値Ｉ’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、つまりは特性の変化を調べることができる。
【００６８】
特に本実施形態では金属膜12に、液体試料11の中の特定物質と結合するセンシング媒体30を固定しており、それらの結合状態に応じてセンシング媒体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、液体試料11およびセンシング媒体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媒体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。
【００６９】
以上の説明から明かなように本実施形態では、光検出手段17として複数のフォトダイオード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を用いているので、液体試料11に応じて図４（１）に示す曲線が左右方向に移動する形である程度大きく変化しても、暗線検出が可能である。つまり、このようなアレイ状の光検出手段17を用いることにより、測定のダイナミックレンジを大きく確保することができる。
【００７０】
なお、複数の差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……からなる差動アンプアレイ18を用いる代わりに１つの差動アンプを設け、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の各出力をマルチプレクサで切り替えて、それらのうちの隣接する２つの出力をこの１つの差動アンプに順次入力するようにしても構わない。
【００７１】
なお、液体試料11の中の特定物質とセンシング媒体30との結合状態の変化の様子を時間経過とともに調べるためには、所定時間が経過する毎の微分値Ｉ’を求めて表示するほか、最初に計測した微分値Ｉ’(0)と所定時間経過時に計測した微分値Ｉ’(t)との差ΔＩ’を求めて表示してもよい。
【００７２】
所定の測定時間経過後、信号処理部20からの信号によりシャッター50が閉じられ、レーザ光源14から誘電体ブロック10に至る光路が遮断される。
【００７３】
本実施の形態による全反射減衰を利用したセンサーによれば、レーザ光源14と入射光学系15との間にシャッター50を設けて、誘電体ブロック10に間歇的に光ビーム13を照射するようにして誘電体ブロック10に光ビーム13が照射される時間を短縮させたため、光ビーム13の照射による液体試料11および試料に影響する誘電体ブロック10の温度変化を抑えることができるため、検出信号に対してドリフト現象を生じさせないようにすることができる。
【００７４】
次に、図５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。なおこの図５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無い限り省略する。この第２の実施の形態の測定装置は、第１の実施の形態から、間歇照射手段を変更したものである。
【００７５】
本実施の形態の表面プラズモンセンサーは、誘電体ブロック10と、１本の光ビーム13を発生させる半導体レーザ等からなる光源14（以下、レーザ光源14という）と、上記光ビーム13を誘電体ブロック10に通し、該誘電体ブロック10と金属膜12との界面10ｂに対して、種々の入射角が得られるように入射させる入射光学系15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13を平行光化するコリメーターレンズ16と、この平行光化された光ビーム13を検出する光検出手段17と、光検出手段17に接続された差動アンプアレイ18と、ドライバ19と、コンピュータシステム等からなる信号処理部（ＣＰＵ）20と、レーザ光源14を間歇的に駆動するドライバ51とを備えている。
【００７６】
なお、ドライバ51が請求項で記載した光源駆動手段、すなわち間歇照射手段として機能するものである。このドライバ51は、信号処理部（ＣＰＵ）20からの指示に基づいてレーザ光源14を駆動するものである。本実施の形態においてレーザ光源14は、ドライバ51によって間歇的に駆動されるため、発振波長を安定化させるために図示しない発振波長安定化手段を備えるものとしてもよい。この発振波長安定化手段については、特開２０００−１５５０９３号公報に記載されているようなものを用いることができる。
【００７７】
なお、本実施の形態においても、レーザ光源14のＯＮ、ＯＦＦ時における光ビーム13の界面10ｂにおける照射強度は、概ね図２（Ａ）のようになるため、レーザ光源14のＯＮ、ＯＦＦ時の影響を受けない期間、すなわちレーザ光源14が完全にＯＮ状態となってからＯＦＦするまでの期間に測定を行うことが望ましい。また、光検出手段17で検出される信号特性は、図２（Ｂ）に示すような過渡応答特性を示すため、過渡応答時間が経過してからレーザ光源14をＯＦＦするまでの期間に測定を行うことがより望ましい。ここで、光ビーム13による液体試料11および試料に影響する誘電体ブロック10の温度変化を０．５℃以下とするようにレーザ光源14を駆動させることが好ましい。さらに、温度変化を０．１℃以下とするとより精確な測定を行うことが可能となる。
【００７８】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。
【００７９】
測定時には、ドライバ51は、信号処理部20からの信号によりレーザ光源14を駆動させる。レーザ光源14が駆動された後、上記第１の実施の形態と同様に測定が行われる。所定の測定時間経過後、ドライバ51は、信号処理部20からの信号によりレーザ光源14を停止させる。
【００８０】
上記第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
次に、図６を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。なおこの図６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無い限り省略する。
【００８２】
この第３の実施の形態の測定装置は、第１の実施の形態で説明した表面プラズモンセンサーを漏洩モードセンサーに変更したものであり、本例でも測定チップ化された誘電体ブロック10を用いるように構成されている。この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）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。
【００８３】
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。
【００８４】
上記構成の漏洩モードセンサーにおいて、レーザ光源14から出射した光ビーム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41に取り込まれるので、上記界面10ｂ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。
【００８５】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41の上の液体試料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を知ることによって、液体試料11の屈折率や、それに関連する液体試料11の特性を分析することができる。そして、上記特定入射角の近傍における反射光強度Ｉや、差動アンプアレイ18の各差動アンプが出力する微分値Ｉ’に基づいて液体試料11の特性を分析することもできる。
【００８６】
上記第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
次に、図７を参照して本発明の第４の実施の形態について説明する。なおこの図７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無い限り省略する。
【００８８】
この第４の実施の形態の測定装置は、第２の実施の形態で説明した表面プラズモンセンサーを漏洩モードセンサーに変更したものであり、本例でも測定チップ化された誘電体ブロック10を用いるように構成されている。この誘電体ブロック10の一面（図中の上面）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。
【００８９】
上記第４の実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９０】
次に、図８を参照して本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、すでに説明している要素と同等の要素についての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００９１】
本実施の形態の表面プラズモンセンサーは、誘電体ブロック110と、光ビーム113を発生する光源であるレーザ光源114と、上記光ビーム113を誘電体ブロック110に対して入射させる入射光学系115と、誘電体ブロック110で反射された光ビーム113を平行光化して光検出器117に向けて射出するコリメーターレンズ116と、コリメーターレンズ116より出射された光ビーム113を受光して光強度を検出するフォトダイオードアレイ（光検出器）117と、フォトダイオードアレイ117に接続された差動アンプアレイ118と、差動アンプアレイ118に接続されたドライバ119と、ドライバ119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120と、フォトダイオードアレイ117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120へ出力するＡ／Ｄ変換器127と、レーザ光源114から誘電体ブロック110に至る光路を間歇的に開閉するシャッター160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118、ドライバ119および信号処理部120により構成される。
【００９２】
誘電体ブロック110は金属膜112とともに、使い捨ての測定チップ（測定ユニット）を構成しており、例えばターンテーブル131に複数取り付けられた移動台132のチップ保持孔に１個ずつ嵌合固定される。なお移動台132は、ターンテーブル131に対して図８の紙面に直角な方向、つまり図９中の上下方向に移動自在に取り付けられており、アクチュエータ133の駆動によってこの方向に移動する。
【００９３】
誘電体ブロック110が上述のようにターンテーブル131に固定された後、ターンテーブル131が一定角度ずつ間欠的に回動され、所定位置に停止した誘電体ブロック110に対して液体試料111が滴下され、該液体試料111が試料保持部110ａ内に保持される。その後さらにターンテーブル131が一定角度回動されると、誘電体ブロック110が図８に示した測定位置に送られ、そこで停止する。
【００９４】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーにおける、光ビーム113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１０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。
【００９５】
図示の通り差動アンプアレイ118は、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…毎に設けられたスイッチ151ａ、151ｂ、151ｃ…、これらスイッチ151ａ、151ｂ、151ｃ…の３つの出力毎に設けられた加算機150ａ、150ｂ、150ｃ…、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118ａ、118ｂ、118ｃ…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151ａ、151ｂ、151ｃ…は、信号処理部120からの指示に基づいて開閉されるものである。
【００９６】
また、ドライバ119は、差動アンプアレイ118の各差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路122ａ、122ｂ、122ｃ…、これらのサンプルホールド回路122ａ、122ｂ、122ｃ…の各出力が入力されるマルチプレクサ123、このマルチプレクサ123の出力をデジタル化して信号処理部120に入力するＡ／Ｄ変換器124、マルチプレクサ123とサンプルホールド回路122ａ、122ｂ、122ｃ…とを駆動する駆動回路125、および信号処理部120からの指示に基づいて駆動回路125の動作を制御するコントローラ126から構成されている。
【００９７】
上記フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…の各出力は加算機150ａ、150ｂ、150ｃ…により３つの出力毎に加算され、加算機150ａ、150ｂ、150ｃ…の各出力は差動アンプアレイ118の各差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…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118ａ、118ｂ、118ｃ…の出力は、複数のフォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…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117並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００９８】
各差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の出力は、それぞれサンプルホールド回路122ａ、122ｂ、122ｃ…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123に入力される。マルチプレクサ123は、サンプルホールドされた各差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器124に入力する。Ａ／Ｄ変換器124はこれらの出力をデジタル化して信号処理部120に入力する。
【００９９】
図１１は、界面110ｂで全反射された光ビーム113の界面110ｂへの入射角θ毎の光強度と、差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビーム113の界面110ｂへの入射角θと上記反射された光ビーム113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。
【０１００】
また図１１（２）は、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…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117ａ、117ｂ、117ｃ…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。
【０１０１】
またフォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…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。
【０１０２】
また図１１（４）は、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…により検出され、Ａ／Ｄ変換器127によりＡ／Ｄ変換されて信号処理部120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。
【０１０３】
信号処理部120は、Ａ／Ｄ変換器124から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…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１１（３）の例では差動アンプ118ｋ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１１（３）の例では差動アンプ118ｊ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。
【０１０４】
また、信号処理部120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117ａ、117ｂ、117ｃ…からＡ／Ｄ変換器127を介して信号処理部120に入力された信号により図１１（４）に示すようなビームプロファイルを表示手段121に表示させることができる。この際は、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…の各出力をＡ／Ｄ変換器127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。
【０１０５】
ここでは、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。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。
【０１０６】
また、差動アンプアレイ118の構成は図１０に示す構成に限定されるものではない。
【０１０７】
基本的には、上述の操作を行なうことにより、液体試料111の中の特定物質とセンシング物質130との結合状態を調べることができるが、前述したようにこのセンシング物質130の反応特性や金属膜112の膜厚が該金属膜112の面内で不均一になっていたり、金属膜112やセンシング物質130の上にゴミが付着している等すると、その状態に応じて上記結合状態の測定結果にバラツキが生じることになる。以下、このような問題の発生を防止する点に関して説明する。
【０１０８】
本実施の形態においては、１回の測定に際して、移動台132がアクチュエータ133の駆動によって図９中の上下方向に間欠的に移動され、最初と最後の停止を含めてＮ回（Ｎは複数）移動台132が停止される。そしてこの各停止状態下で、上記と同様に光ビーム113が界面110ｂに照射され、該界面110ｂで全反射した光ビーム113の強度が、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ……によって検出される。つまりこの場合は、界面110ｂの相異なるＮ個の光ビーム入射位置において、全反射した光ビーム113の強度が検出される。
【０１０９】
そこで信号処理部120にはＡ／Ｄ変換器124から、差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の各出力毎にＮ個の微分値Ｉ’が入力されることになる。そして信号処理部120は、各位置に関するＮ個の微分値Ｉ’のメディアン値を求めて、それを当該位置を代表する微分値Ｉ’とする。このようにして、Ｎ個の微分値Ｉ’から代表データとして求められた１つの微分値Ｉ’は、前述の場合と同様に用いられ、液体試料111の中の特定物質とセンシング物質130との結合状態が調べられる。
【０１１０】
なおアクチュエータ133の駆動は不図示の全体制御部によって制御され、移動台132がＮ回停止する毎に全体制御部から信号処理部120に所定のタイミング信号が入力される。そして信号処理部120は、このタイミング信号が入力される毎にＡ／Ｄ変換器124からの微分値Ｉ’を取り込んで、差動アンプ118ａ、118ｂ、118ｃ…の各出力毎にＮ個の微分値Ｉ’を得る。
【０１１１】
以上のようにして、界面110ｂの相異なる光ビーム入射位置に関するＮ個の微分値Ｉ’から代表データとして求められた１つの微分値Ｉ’は、金属膜112の膜厚やセンシング物質130の反応特性が特異的に異なることや、さらにはセンシング物質130上のゴミ等の外乱に起因する変動を排除したものとなり得る。したがって、この測定装置によれば、金属膜112の膜厚やセンシング物質130の反応特性が不均一であったり、センシング物質130上にゴミが存在する等していても、それらによる測定結果のバラツキを防止可能となる。
【０１１２】
ここでは、演算手段としての信号処理部120が、Ｎ個の微分値Ｉ’のメディアン値を求めて、それを代表データとするように構成されているが、その代わりに、Ｎ個の微分値Ｉ’のメディアン値から上下所定幅内に含まれるデータの平均値を求めて、それを代表データとするようにしてもよい。さらには、Ｎ個の微分値Ｉ’のうち、それらの最大値および／または最小値を除いた微分値Ｉ’の平均値を求めて、それを代表データとするようにしてもよい。
【０１１３】
また、代表データを取得するための複数回の測定は、光ビームを複数に分岐させ、分岐させた複数の光ビームを界面110ｂの互いに異なる位置に同時に入射させ、複数のフォトダイオードアレイにより同時に測定を行うようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、上記の測定を時系列に沿って複数回行う場合について説明する。最初に上記フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…の感度特性と、信号処理部120による全反射減衰角θＳＰの算出特性との関係について説明する。
【０１１５】
図１２（１）、（２）、（３）は、左側は暗線の位置と各受光素子に接続された差動アンプの出力特性との関係を示すグラフ、右側は実際の暗線の位置と算出される暗線の位置（全反射減衰角θＳＰ）との関係を示すグラフである。
【０１１６】
図１２（１）は、各受光素子の感度特性が線形であり、また各受光素子の感度が一様である場合について示したものであり、この場合は右側のグラフに示すように実際の暗線の位置と算出される暗線の位置との関係は理想的な線形を示す。しかしながら、図１２（２）に示すように各受光素子の感度特性が非線形であると算出特性にうねりを生じ、また図１２（３）に示すように各受光素子の感度が一様でないと算出特性が非線形となってしまう。
【０１１７】
そのため、本実施の形態の表面プラズモンセンサーにおいては、図１３に示すように、一連の時系列で検出された複数の測定データを信号処理部120内の図示しない記憶部に記憶しておき、これら複数の測定データを最小二乗法によりスムージングすることにより、各受光素子の感度特性に起因する測定誤差を低減することができるため、測定精度を向上させることができる。なお、スムージングの方法は最小二乗法に限るものではない。また、第５の実施の形態の表面プラズモン測定装置も、第１の実施の形態と同様に、一部の構成を変更することにより漏洩モードセンサーとすることができる。
【０１１８】
次に、図１４を参照して本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、すでに説明している要素と同等の要素についての説明は特に必要の無い限り省略する。
【０１１９】
本実施の形態の表面プラズモンセンサーは、誘電体ブロック110と、光ビーム113を発生する光源であるレーザ光源114と、上記光ビーム113を誘電体ブロック110に対して入射させる入射光学系115と、誘電体ブロック110で反射された光ビーム113を平行光化して光検出器117に向けて射出するコリメーターレンズ116と、コリメーターレンズ116より出射された光ビーム113を受光して光強度を検出するフォトダイオードアレイ（光検出器）117と、Ａ／Ｄ変換器170と、演算処理部171と、コンピュータシステム等からなる信号処理部172と、レーザ光源114から誘電体ブロック110に至る光路を間歇的に開閉するシャッター170とからなる。なお、請求項に記載の演算手段は、演算処理部171および信号処理部172により構成される。演算処理部171および信号処理部172の動作は後述する。
【０１２０】
以下、上記構成の表面プラズモンセンサーによる試料分析について説明する。図１４に示す通り、レーザ光源114から射出された光ビーム113は、入射光学系115を通して、誘電体ブロック110と金属膜112との界面110ｂ上に収束され、この界面110ｂで全反射された光ビーム113は、コリメーターレンズ116を通して光検出器117によって検出される。光検出器117は、上記界面110ｂにおいて種々の反射角で全反射された光ビーム113の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…で受光する。そして、光検出器117は、各フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…によって検出された上記光ビーム113の強度分布を示す信号をＡ／Ｄ変換器170に出力する。Ａ／Ｄ変換器170でＡ／Ｄ変換された信号は演算処理部171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５の実施の形態に比べて、光検出器117が界面110ｂから離れた位置に配置されている。
【０１２１】
演算処理部171では、まず上記フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…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172へ出力する。すなわち、まず、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃの平均値、フォトダイオード117ｂ、117ｃ、117ｄの平均値、フォトダイオード117ｃ、117ｄ、117ｅの平均値…を順次算出し、その後、フォトダイオード117ｂ、117ｃ、117ｄの平均値−フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃの平均値、フォトダイオード117ｃ、117ｄ、117ｅの平均値−フォトダイオード117ｂ、117ｃ、117ｄの平均値…を順次求め、信号処理部172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117ａ、117ｂ、117ｃ…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。
【０１２２】
図１５は、上記の演算処理部171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113の界面110ｂへの入射角θと上記反射された光ビーム113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１５（２）に、示すような配置で、フォトダイオード117ａ、117ｂ、117ｃ…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117ａ、117ｂ、117ｃ…から出力される。すなわち、同図（３）は、演算処理部171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117ａ、117ｂ、117ｃ…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117ａ、117ｂ、117ｃ…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113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171から出力される微分値Ｉ’を示すものである。
【０１２３】
信号処理部172は、演算処理部172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117ｈ、117ｉおよび117ｊ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121に表示する。試料液111の中の特定物質とセンシング物質130との結合状態に応じてセンシング物質130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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
本実施の形態においては、光検出器117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。
【０１２６】
なお、演算処理部171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172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６の実施の形態の表面プラズモンセンサーも、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センサー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センサーの側面図
【図２】光ビームの検出面における強度特性を示すグラフ
【図３】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図
【図４】上記表面プラズモンセンサーにおける光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
【図５】本発明の第２の実施の形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図６】本発明の第３の実施の形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図７】本発明の第４の実施の形態による漏洩モードセンサーの側面図
【図８】本発明の第５の実施の形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図９】上記表面プラズモンセンサーの光学系部分を示す平面図
【図１０】上記表面プラズモンセンサーの電気的構成を示すブロック図
【図１１】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１２】各受光素子の感度特性と信号処理部の出力特性との関係を示すグラフ
【図１３】信号処理部の出力特性をスムージングした場合の説明図
【図１４】本発明の第６の実施の形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１５】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】
10、110    誘電体ブロック
10ａ、110ａ    誘電体ブロックの試料保持部
10ｂ、110ｂ    誘電体ブロックと金属膜との界面
11、111    試料
12、112    金属膜
13、113    光ビーム
14、114    半導体レーザ等
15、115    入射光学系
16、116    コリメーターレンズ
17、117    光検出手段（フォトダイオードアレイ）
17ａ、17ｂ、17ｃ……    フォトダイオード
117ａ、117ｂ、117ｃ……    フォトダイオード
18、118    差動アンプアレイ
18ａ、18ｂ、18ｃ……    差動アンプ
118ａ、118ｂ、118ｃ……    差動アンプ
19、119    ドライバ
20、120    信号処理部
21、121    表示手段
22ａ、22ｂ、22ｃ……    サンプルホールド回路
122ａ、122ｂ、122ｃ……    サンプルホールド回路
23、123    マルチプレクサ
24、124    Ａ／Ｄ変換器
25、125    駆動回路
26、126    コントローラ
30、130    センシング媒体
31、131    ターンテーブル
40    クラッド層
41    光導波層
50、160    シャッター
51    ドライバ
127    Ａ／Ｄ変換器
132    移動台
133    アクチュエータ
150ａ、150ｂ、150ｃ……    加算機
151ａ、151ｂ、151ｃ……    スイッチ
170    Ａ／Ｄ変換器
171    演算処理部
172    信号処理部
【図１】
0004109088.tif 000003
【図２】
0004109088.tif 000004
【図３】
0004109088.tif 000005
【図４】
0004109088.tif 000006
【図５】
0004109088.tif 000007
【図６】
0004109088.tif 000008
【図７】
0004109088.tif 000009
【図８】
0004109088.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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