(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ように種々の角度で入射させる光学系と、
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、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【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金属膜と、
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金属膜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、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検知する光検出手段と、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【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、
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クラッド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、前記光導波層での導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検知する光検出手段と、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【請求項４】
前記光検出手段が、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームを受光する方向に複数の受光素子が並設されてなるものであり、
前記拡散板が、前記受光素子の並設方向にのみ光を散乱させるものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【請求項５】
前記拡散板が、回折格子から構成されていることを特徴とする請求項４記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【請求項６】
前記拡散板は、前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上にのみ配置されていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【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、全反射減衰を利用したセンサーに関し、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全反射減衰を利用したセンサー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（例えば特開平６−１６７４４３号参照）。
【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光ビームの成分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】
0004053236.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「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来提供されている表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーにおいては、光源として用いられている半導体レーザ等のレーザ光源から発せられる光ビームに含まれているコヒーレントノイズや、測定面のごみ等により測定面上で細かいノイズが発生する場合があり、表面プラズモン共鳴信号のＳ／Ｎ低下の原因となっていた。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みて、コヒーレントノイズ等による細かいノイズの影響を受けず、高いＳ／Ｎで信号を測定することができる全反射減衰を利用したセンサーを提供することを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の全反射減衰を利用したセンサーは、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、
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、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明による別の全反射減衰を利用したセンサーは、特に前述の表面プラズモンセンサーとして構成されたものであり、
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、
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金属膜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、表面プラズモン共鳴に伴う全反射減衰の状態を検知する光検出手段と、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明によるさらに別の全反射減衰を利用したセンサーは、特に前述の漏洩モードセンサーとして構成されたものであり、
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、
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クラッド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、前記光導波層での導波モードの励起に伴う全反射減衰の状態を検知する光検出手段と、
前記界面で反射した光ビームの前記光検出手段に至る光路上に配された、該光ビームを拡散させる拡散板とを備えてなることを特徴とするものである。
【００１７】
上記各全反射減衰を利用したセンサーにおいては、前記光検出手段を、前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームを受光する方向に複数の受光素子が並設されてなるもの、すなわち、複数の受光素子が全反射した光ビームの反射角の違いより生じる広がり方向に並設されてなるものとし、前記拡散板を、前記受光素子の並設方向にのみ光を散乱させるものであることが望ましい。このような拡散板としては、例えば、回折格子から構成されるものを用いることができる。
【００１８】
なお、光検出手段としては、エリアセンサ、ラインセンサ等を用いることができ、より具体的には、２分割フォトダイオード、フォトダイオードアレイ等を好適に用いることができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明による全反射減衰を利用したセンサーにおいては、界面で全反射された光ビームの光検出手段への光路上に拡散板を設けたことにより、光ビームがこの拡散板により拡散される際に、光ビームに含まれるコヒーレントノイズや界面等に存在するごみなどによる細かいノイズが平均化されることとなり、光ビームの強度を受光する際におけるこの細かいノイズによる強度分布への影響を除去することができ、結果として、高いＳ／Ｎで測定することができる。
【００２０】
また、光検出手段が、複数の受光素子が前記界面において種々の反射角で全反射した光ビームの成分をそれぞれ異なる受光素子で受光するように並設されてなるものであり、拡散板が、受光素子の並設方向にのみ光を散乱させるものであれば、受光素子の並設方向への拡散を抑えて、光ビームの光検出手段へ入射する光量の低減が少なくてすみ、よりよい感度の信号を得ることができる。
【００２１】
【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。図１は、本発明の第１の実施形態の全反射減衰を利用したセンサーであり、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の側面形状を示すものである。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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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レーザ光源14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、コリメータレンズ16と光検出手段17との間に配された光ビーム13を拡散させる拡散板27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20と、この信号処理部20に接続された表示手段21とを備えている。
【００２５】
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、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上で集束する。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。なお、上記光学系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（例えば前記暗線の位置測定）の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００２６】
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、波長板や偏光板で光ビーム13の偏光の向きを制御してもよい。
【００２７】
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、拡散板27を経て光検出手段17により検出される。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。
【００２８】
図２は、光ビーム13が界面10ｂで反射した後、光検出手段17に至るまでの光学系を模式的に示したものである。図２（１）は図１に示すものと同様の側面図であり、同図（２）は光学系を図１に示す矢印Ａから見た上面図である。ここで用いられている拡散板27は、光検出手段17の各フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並設方向（矢印Ｘ方向）にのみ拡散させる回折格子から構成されたものである。したがって、界面10ｂで反射した光ビーム13は、コリメータレンズ16で平行光化され拡散板27に入射し、該拡散板27で矢印Ｘ方向に拡散させられた後光検出手段17により検出される。光検出手段17は複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が矢印Ｘ方向に並設されているため、拡散板27によりこのＸ方向に広がった光ビーム17を十分に受光可能である。一方、光ビーム13は、Ｘ方向に直交する方向（矢印Ｙ方向）へは拡散することなく平行光として光検出手段17へ入射する。矢印Ｙ方向への光検出手段17の幅は狭いため、Ｘ方向と同様に拡散してしまうと光検出手段17へ入射する光ビーム13の光量が減少してしまうという問題があるが、拡散板27でＹ方向へ拡散せず、平行光のままで光検出手段17に入射するので光ビーム13を十分受光することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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（図１参照）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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’を求めて表示する他、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。
【００４２】
なお、測定に当たって、各フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…の各出力からの信号により得られた図４（３）に示す曲線は、理想的な曲線を示しているが、実際には、レーザ光源14から発せられる光ビーム13に伴うコヒーレントノイズや、界面10ｂに存在する僅かなごみ等により従来は図５（１）のように細かなノイズが生じていた。本実施形態においては、図１および図２に示すように拡散板27を設け、光ビーム13をこの拡散板27を通すことにより、光ビーム13に含まれる細かなノイズが平均化されるため、光ビームの強度を受光する際におけるこの細かいノイズによる強度分布への影響を除去することができ、同図（２）のように滑らかな曲線を得ることができる。すなわち、Ｓ／Ｎのよい信号を得ることができ、信頼性の高い測定結果を得ることができる。
【００４３】
上記実施形態においては、図６に示すように、コリメータレンズ16の代わりにシリンドリカルレンズ28を用いてもよい。図６は、光ビーム13が界面10ｂで反射した後、光検出手段17に至るまでの光学系を模式的に示したものであり、同図（１）光学系の側面図、同図（２）光学系の上面図である。この場合、シリンドリカルレンズ28は、光検出手段17のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並列方向（矢印Ｘ方向）と直交する方向（矢印Ｙ方向）にのみ屈折力を有するものである。図６（１）に示すように、界面10ｂで反射した光ビーム13は、Ｘ方向については発散光状態で拡散板27に入射し、該拡散板27において拡散された状態で光検出手段17に入射する。他方、図６（２）に示すように、界面10ｂで反射した光ビーム13は、シリンドリカルレンズ28によりＹ方向のみ拡散板27上で収束され、その後Ｘ方向については発散光状態で光検出手段17に入射する。光ビーム13が拡散板27で拡散されて該光ビーム13に含まれる細かいノイズが平均化されてその影響が除去され、Ｓ／Ｎよく信号を得ることができるようになる。また、拡散板27は、光ビーム13を矢印Ｘ方向にのみ拡散させる回折格子であるため、図１および図２に示した光学系の場合と同様に、拡散による光検出手段17への光ビーム13の入射光量の低減を抑えることができる。
【００４４】
さらに、図７に、上記第１の実施形態の表面プラズモンセンサーの、界面10ｂから光検出手段17に至る光学系の別の形態を模式的に示す。図７（１）は光学系の側面図、同図（２）は光学系の上面図である。ここでは、界面10ｂで全反射した光ビーム13が光検出手段17に至るまでの光学系が、界面10ｂで全反射した光ビーム13を一方向にのみ収束させるシリンドリカルレンズ34と、光を２次元方向に拡散させる拡散板35と、この拡散板35により拡散された光ビーム13を一方向にのみ収束させるシリンドリカルレンズ36とから構成されている。シリンドリカルレンズ34、36は、光検出手段17のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……の並列方向（矢印Ｙ方向）と直交する方向（矢印Ｘ方向）にのみ屈折力を有するものである。また、拡散板35は、図１で示したものと異なり、２次元方向に光ビームを拡散させるものである。
【００４５】
図７（１）に示すように、界面10ｂで反射した光ビーム13は、Ｘ方向については発散光状態で拡散板35に入射し、該拡散板35において拡散された状態で光検出手段17に入射する。他方、図７（２）に示すように、光ビーム13のＹ方向については、シリンドリカルレンズ34により拡散板35上で収束され、その後、発散光となるが、さらにシリンドリカルレンズ36により検出器17上に収束される。光ビーム13が拡散板35を通ることにより該光ビーム13に含まれる細かいノイズが平均化されてその影響が除去され、Ｓ／Ｎよく信号を得ることができるようになる。また、拡散板35により拡散された光ビーム13をＹ方向についてシリンドリカルレンズ36を用いて光検出手段17上に収束させるため、光ビーム13を効率良く光検出手段17により検出することができる。受光素子のＹ方向の幅は非常に狭いため、シリンドリカルレンズを用いることが効果的である。
【００４６】
次に、図８を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図８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。
【００４７】
この第２実施形態の全反射減衰を利用したセンサーは、先に説明した漏洩モードセンサーであり、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、試料11の屈折率や、それに関連する試料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’に基づいて試料11の特性を分析することもできる。
【００５１】
この第２の実施形態についても、界面10ｂから光検出手段17に至る光学系に拡散板27を設けたことにより、界面10ｂで反射した光ビーム13に含まれる細かいノイズが平均化されてしてその影響が除去され、Ｓ／Ｎよく信号を得ることができるようになる。
【００５２】
また、第２の実施形態のセンサーにおいても、界面10ｂから光検出手段17に至る光学系として、図６もしくは図７に示した形態のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図２】界面から光検出手段に至る光学系を示す模式図
【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】拡散板によるノイズ除去の効果を説明するための図
【図６】界面から光検出手段に至る光学系の別の形態を示す模式図
【図７】界面から光検出手段に至る光学系の別の形態を示す模式図
【図８】本発明の第２の実施形態による漏洩モードセンサーの側面図
【符号の説明】
10    誘電体ブロック
10ａ  誘電体ブロックの試料保持部
10ｂ  誘電体ブロックと金属膜との界面
11    試料
12    金属膜
13    光ビーム
14    レーザ光源
15    光学系
16    コリメーターレンズ
17    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
18    差動アンプアレイ
18ａ、18ｂ、18ｃ……    差動アンプ
19    ドライバ
20    信号処理部
21    表示手段
22ａ、22ｂ、22ｃ……    サンプルホールド回路
23    マルチプレクサ
24    Ａ／Ｄ変換器
25    駆動回路
26    コントローラ
27    拡散板（回折格子）
28    シリンドリカルレンズ
30    センシング媒体
31    ターンテーブル
34, 36    シリンドリカルレンズ
35    拡散板
40    クラッド層
41    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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