(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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段と、
測定開始時に微分値がマイナスの値からプラスの値へ転ずる測定開始時ゼロ点の近傍位置に存在する微分値の経時変化を測定する測定手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
前記測定手段が、前記測定する微分値から、測定開始時における該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定するものであ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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段と、
測定開始時に微分値がマイナスの値からプラスの値へ転ずる測定開始時ゼロ点の近傍位置に存在する微分値の経時変化を測定する測定手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
前記測定手段が、前記測定する微分値から、測定開始時における該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定するものであ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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、前記光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段と、
測定開始時に微分値がマイナスの値からプラスの値へ転ずる測定開始時ゼロ点の近傍位置に存在する微分値の経時変化を測定する測定手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
前記測定手段が、前記測定する微分値から、測定開始時における該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定するものであ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】
前記微分値に低域通過フィルタリング処理を施す低域通過フィルタリング手段をさらに備えた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。
【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の特性を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、複数の受光素子が所定方向に並設されてなるアレイ状の光検出手段を用いて検出するタイプの、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、試料中の物質の特性を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化させ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従って、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より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】
0003783131.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】
なおこの種の表面プラズモンセンサーにおいては、全反射減衰角θＳＰを精度良く、しかも大きなダイナミックレンジで測定することを目的として、特開平１１−３２６１９４号に示されるように、アレイ状の光検出手段を用いることが考えられている。この光検出手段は、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設されたものである。
【００１１】
そしてその場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して出力する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値、特に暗線部分に対応した微分値に基づいて試料の屈折率に関連する特性を求めることが多い。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
なおこの漏洩モードセンサーにおいても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段を用いることができ、またそれと併せて前述の微分手段が適用されることも多い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した表面プラズモンセンサーや漏洩モードセンサーは、創薬研究分野等において、所望のセンシング媒体に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモンセンサーの場合は金属膜であり、漏洩モードセンサーの場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング媒体を固定し、該センシング媒体上に種々の物質の溶液（液体試料）を添加し、所定時間が経過する毎に前述の微分値を測定している。添加した物質が、センシング媒体と結合するものであれば、この結合によりセンシング媒体の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記微分値を測定し、微分値に変化が生じているか否か測定することにより、添加した物質とセンシング媒体の結合が行われているか否か、すなわち添加した物質がセンシング媒体と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。この場合には、センシング媒体と液体試料の双方が、分析対象の試料となる。このような特定物質とセンシング媒体との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体が挙げられる。
【００１６】
ところで、所定時間毎の微分値の変化は、微少なものであるため、この微分値の変化を高感度で測定するためには、微分値を増幅手段を用いて増幅した上で検出することが望ましい。しかし、光ビームの暗線部分に対応した微分値は、光検出素子と暗線の位置関係に応じた値となり、最も絶対値の小さい微分値を選択しても、その値にバラツキが生じる。このため、増幅度が大きく、また微分値の絶対値も大きい場合には、後段の電気回路が飽和してしまう恐れがあり、十分な増幅を行うことができず、高感度な測定が不可能であった。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、微分値の経時変化を高感度で測定して試料分析を正確に行なうことができる、全反射減衰を利用したセンサーを提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による１つの全反射減衰を利用したサンサーは、
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、
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上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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上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が受光する向きにして配設された、全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明による別の全反射減衰を利用したセンサは、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、
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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上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が受光する向きにして配設された、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
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、
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るように種々の角度で入射させる光学系と、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、上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が受光する向きにして配設された、上記光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、
この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、
上記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記各全反射減衰を利用したセンサーにおいては、「光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値」とは、光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点に、最も近い微分値が好ましいが、これに限定されるものではなく、光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在するものであればよい。また、上記「微分値の初期値」としては、測定開始時に最初に測定した、光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する微分値の値をそのまま使用してもよいし、あるいは測定開始時に、フィードバック等の演算処理を行い、測定開始時の測定値を０近傍にシフトさせる値を求め、初期値として設定したもの等でもよい。また、「減算」を行う際には、減算器等を用いて、光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する上記微分値から該微分値の初期値を減算してもよいし、あるいは差動回路などを用いて両者の差分を求めることにより、減算を行ってもよい。
【００２２】
なお、上記微分手段としては、上記微分値として、上記光検出手段の相隣接する受光素子が出力する光検出信号の差分値を求めるものを好適に用いることができる。また光検出手段としては、例えば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。上記微分手段としては、アナログ回路を用いることができる。また上記測定手段としては、減算をアナログ回路により行い、測定を初期値が減算された微分値をＡ／Ｄ変換した後デジタル回路により行うものを用いることができる。また、測定手段は、初期値が減算された微分値を増幅するアナログ回路からなる増幅手段をさらに備えたものであってもよい。
【００２３】
また、本発明の全反射減衰を利用したセンサーは、上記微分値にフィルタリング処理を施すフィルタリング手段をさらに備えたものであってもよい。
【００２４】
上記各全反射減衰を利用したセンサーにおいては、「微分値にフィルタリング処理を施す」とは、微分値そのものにフィルタリング処理を施すことに加え、微分値を算出するための光検出信号にフィルタリング処理を施すことや、初期値が減算された微分値にフィルタリング処理を施すことなども含むものである。
【００２５】
なお、フィルタリング手段としては、例えば１００Ｈｚ以下の周波数帯域の信号を通過させる低域通過フィルタを用いることができる。また上記低域通過フィルタは、１０Ｈｚ以下の周波数帯域の信号を通過させるものであってもよい。
【００２６】
【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、複数の受光素子が並設されてなるアレイ状の光検出手段を用い、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、微分手段によって該受光素子の並設方向に関して微分し、この微分値の経時変化を測定して、試料の特性を分析している。そこで、まず測定する微分値の初期値を求め、微分値の測定毎に、微分手段から出力される微分値から該微分値の初期値を減算すれば、この初期値が減算された微分値には、光検出素子と暗線の位置関係に応じた絶対値のバラツキが含まれず、測定開始時からの微分値の経時変化のみを反映した値となる。従って、この減算後の値は、通常の微分値に比べ、その絶対値が小さく、十分な高増幅率で増幅可能であるため、微分値の経時変化を高感度で測定して試料分析を正確に行なうことができる。
【００２７】
【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の実施形態による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。
【００２８】
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。
【００２９】
誘電体ブロック10は金属膜12とともに、使い切り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。
【００３０】
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、この光検出手段17に接続された微分手段として差動アンプアレイ18と、測定手段としてのドライバ19および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、信号処理部20およびドライバ19に接続された補正回路５を備えている。
【００３１】
図２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、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、マルチプレクサ23から出力される微分値Ｉ’から補正回路５から出力される微分値の初期値を減算する減算器28および減算器28の出力を増幅する増幅器29から構成されている。なお増幅器29は、信号処理部20の制御により、１倍、10倍および１００倍の中から増幅率を選択できる。
【００３２】
補正回路５は、信号処理部20の出力をアナログ化するＤ／Ａ変換器７、およびＤ／Ａ変換器７の出力を減衰する減衰器６から構成されている。なお減衰器６は、信号処理部20の制御により、１倍、１／１０倍および１／１００倍の中から減衰率を選択できる。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
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。
【００３７】
まず、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出力する。このときには、減算器28は差動せず、増幅器29は１０倍の増幅率に設定されている。各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の出力は、増幅器29により増幅された後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。なお作動アンプアレイ18から、Ａ／Ｄ変換器２４の前段までの各回路、差動アンプアレイ18、サンプルホールド回路22a、22b、22c・・・、マルチプレクサ23、減算器28および増幅器29はアナログ回路により構成されている。
【００３８】
図３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。
【００３９】
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が全反射減衰角であり、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。
【００４０】
また図３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。
【００４１】
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。
【００４２】
測定に先立って、まず信号処理部20は微分値Ｉ’の初期値Ｉ’ｒの設定処理を行う。増幅器29の増幅度を１０倍に設定し、また減衰器６の減衰率を１／１０に設定する。信号処理部20は、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’（×１０倍）の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の中から、反射光強度Ｉの変化が減少から増加へ転ずる点近傍、すなわち全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い微分値Ｉ’minが得られている差動アンプを選択する。図３の例では差動アンプ18ｅとなる。
【００４３】
信号処理部20には、差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’minが増幅器29で１０倍増幅され、入力される。信号処理部20では、微分値Ｉ’min（×１０倍）と同電圧の初期値Ｉ’ｒをＤ／Ａ変換器７に出力する。Ｄ／Ａ変換器７でアナログ化された初期値Ｉ’ｒは、アナログ回路である減衰器６で１／１０に減衰され、アナログ回路である減算器28において、マルチプレクサ23から出力された微分値Ｉ’minから減算される。このため、信号処理部20には、差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’minから初期値Ｉ’ｒ（×１／１０）が減算された値が、再度入力される。信号処理部20は、入力される信号値が０になるように初期値Ｉ’ｒの電圧の微調整を行い、その後初期値Ｉ’ｒを図示省略した記憶部に記憶する。上記初期値Ｉ’ｒの微調整により、増幅器29、Ａ／Ｄ変換器24、信号処理部20、Ｄ／Ａ変換器７、減衰器６および減算器28のオフセット等の影響を除去することができる。
【００４４】
なお、増幅器29の増幅率を１０倍に設定し、かつ減衰器６の減衰率を１／１０に設定することにより、Ｄ／Ａ変換器７としてビット数の少ない変換器を使用しても、細かく初期値を調整することができる。また、マルチプレクサ23から出力される微分値Ｉ’の絶対値が大きい場合には、増幅器29の増幅率を１倍に設定し、同時に減衰器６の減衰率も１倍に設定すればよい。
【００４５】
初期値Ｉ’ｒを設定後、信号処理部20は、増幅器29の増幅率を１００倍に設定し、測定を開始する。なお、減衰器６の減衰率は１／１０倍に維持する。信号処理部20は、コントローラ26および駆動回路25を介して、差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’をマルチプレクサ23から出力させる。また、信号処理部20は、記憶部に設定されている初期値Ｉ’rをＤ／Ａ変換器７へ出力する。この初期値Ｉ’rは、減衰器６にて１／１０倍に減衰され、減算器28において、微分値Ｉ’から減算される。このため、減算器28からは、微分値の変化量ΔＩ’が出力される。この変化量ΔＩ’は増幅器29により１００倍された後、Ａ／Ｄ変換器24に入力され、デジタル化されて出力される。信号処理部20では、１００倍された変化量ΔＩ’を測定し、その値を図４に示すようなグラフとして表示手段21に表示させる。
【００４６】
最初の測定時には、差動アンプ18ｅが出力する微分値Ｉ’の大小にかかわらず、表示される値はほぼ０となる。以後所定時間が経過する毎に、最初に微分値を測定したときから測定時までの間の、微分値の変化量ΔＩ’が１００倍増幅された値が表示手段21のグラフ上に表示されることとなる。
【００４７】
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３（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’の変化量ΔＩ’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。
【００４８】
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、上記微分値の変化量ΔＩ’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。
【００４９】
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３（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。
【００５０】
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。
【００５１】
以上のように、本センサーにおいては、測定開始時に、反射光強度Ｉの変化が減少から増加へ転ずる点近傍、すなわち全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い微分値Ｉ’minが得られている差動アンプ18ｅを選択し、該差動アンプ18ｅから出力された微分値に基づいて、該微分値の初期値を求め図示外の記憶手段に記憶しておき、以後の所定時間経過毎の測定時には、まず差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’から上記初期値を減算して微分値の変化量ΔＩ’を求め、その後この変化量ΔＩ’を１００倍増幅したのちに、Ａ／Ｄ変換を行いその値を測定して表示手段21に表示させる。このようにすることにより、後段の電気回路を飽和させることなく、微分値の経時変化を高感度で測定でき、試料分析を正確に行なうことができる。
【００５２】
次に、図５〜図７を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお図５および図６において、図１および図２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。
【００５３】
図５は、本発明の第２の実施形態による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、誘電体ブロック10と、レーザ光源14と、光学系15と、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、この光検出手段17に接続された微分手段として差動アンプアレイ18と、測定手段としてのドライバ50およびコンピュータシステム等からなる信号処理部51と、この信号処理部51に接続された表示手段21とを備えている。
【００５４】
図６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50は、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、信号処理部51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、マルチプレクサ23から出力される微分値Ｉ’と、最初の測定時に設定された微分値の初期値との差分を出力するゼロ点補正回路52およびゼロ点補正回路52の出力を増幅する増幅器29から構成されている。
【００５５】
ゼロ点補正回路52は、図７に示すように、信号処理回路51により開閉が制御されるスイッチ55と、微分値の初期値とゼロ点との差分を出力する差分回路56と、該差分回路56からの出力値を保持するサンプルホールド回路57と、測定された微分値と、微分値の初期値の差分をもとめる差分回路58とから構成されている。なお、ゼロ点補正回路52の各回路はアナログ回路であり、差分回路56のスイッチ55と接続されていない端子は接地されている。
【００５６】
測定に先立って、信号処理部51は微分値Ｉ’の初期値Ｉ’ｒの設定処理を行う。まず、増幅器29の増幅度を１０倍に設定し、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’（×１０倍）の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の中から、反射光強度Ｉの変化が減少から増加へ転ずる点の近傍、すなわち全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い微分値Ｉ’minが得られている差動アンプ、例えば差動アンプ18ｅを選択する。
【００５７】
次に、信号処理部51は、ゼロ点補正回路52のスイッチ55をオン状態とする。差分回路56からは、差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’minと、ゼロ点との差分値、すなわち初期値Ｉ’ｒが出力される。この初期値Ｉ’ｒ（差分値）はサンプルホールド回路57に保持される。その後、信号処理部51は、スイッチ55をオフ状態とする。
【００５８】
初期値Ｉ’ｒを設定後、信号処理部51は、増幅器29の増幅率を１００倍に設定し、測定を開始する。信号処理部51は、コントローラ26および駆動回路25を介して、差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’をマルチプレクサ23から出力させる。スイッチ55はオフ状態であるため、微分値Ｉ’は、差動回路58のみに出力される。差動回路58からは、微分値Ｉ’と初期値Ｉ’ｒの差分、すなわち微分値の変化量ΔＩ’が出力される。この変化量ΔＩ’は増幅器29により１００倍された後、Ａ／Ｄ変換器24に入力され、デジタル化されて出力される。信号処理部51では、１００倍された変化量ΔＩ’を測定し、その値を表示手段21に表示させる。
【００５９】
最初の測定時には、差動アンプ18ｅが出力する微分値Ｉ’の大小にかかわらず、表示される値はほぼ０となる。以後所定時間が経過する毎に、最初に微分値を測定したときから測定時までの間の、微分値の変化量ΔＩ’が１００倍増幅された値が表示手段21に表示されることとなる。
【００６０】
以上の説明から明かなように、本センサーにおいては、測定開始時に、反射光強度Ｉの変化が減少から増加へ転ずる点近傍、すなわち全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い微分値Ｉ’minが得られている差動アンプ18ｅを選択し、該差動アンプ18ｅから出力された微分値とゼロ点との差分値（初期値）をサンプルホールド回路57に保持し、以後の所定時間経過毎の測定時には、まず差動アンプ18ｅから出力された微分値Ｉ’と、上記初期値との差分を求めることにより、微分値の変化量ΔＩ’を求め、その後この変化量ΔＩ’を１００倍増幅したのちに、Ａ／Ｄ変換を行いその値を測定して表示手段21に表示させる。このようにすることにより、後段の電気回路を飽和させることなく、微分値の経時変化を高感度で測定でき、試料分析を正確に行なうことができる。
【００６１】
次に、図８〜図１０を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。図８は、本発明の第３の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、図９は電気的構成を示すブロック図であり、図１０は本実施形態に用いられる低域通過フィルタの回路図である。この第３の実施形態の表面プラズモンセンサーは、図１に示す第１の実施形態の表面プラズモンセンサーにフィルタ部60が付加されたものである。他の構成は、第１の実施形態の表面プラズモンセンサーと同様である。なお図８および図９において、図１および図２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。
【００６２】
図示の通りフィルタ部60は低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……から構成され、差動アンプアレイ18とドライバ19との間に設けらている。各低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……は、各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……と、各サンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……の間に配設されている。各低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……は、図１０の（ａ）に示すように、コイル62およびコンデンサ63から構成されるアナログ型の帯域フィルタであり、１００Ｈｚ以下の周波数の信号のみを通過させるものである。
【００６３】
上記構成の表面プラズモンセンサーでは、各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……から出力された微分値Ｉ’に含まれる１００Ｈｚ以下の信号のみが、各低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……を通過し、各サンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……に出力される。各サンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……以降では、上記低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……により、１００Ｈｚを越える信号が除去された微分値Ｉ’に対して、第１実施形態における処理と同様の処理がなされ、微分値の変化量ΔＩ’が測定され、表示手段21に表示される。
【００６４】
このようにすることにより、本実施形態では、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……および差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……において重畳された１００Ｈｚより大きい周波数を有するノイズが除去される。なお、高周波信号には微分値Ｉ’は含まれないため、ノイズのみが除去され、微分値Ｉ’のＳ／Ｎが向上し、その結果、微分値の変化量ΔＩ’のＳ／Ｎも向上する。このため、微分値の経時変化をさらに高感度で測定できる。
【００６５】
また、低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……の通過帯域を１０Ｈｚ以下とすれば、１０Ｈｚより大きい周波数を有するノイズを除去することができ、一層微分値Ｉ’のＳ／Ｎを向上することができる。
【００６６】
なお、低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……としては、図１０の（ｂ）に示すようなオペアンプを用いたフィルタを使用してもよい。また、微分値Ｉ’に含まれる可能性のあるノイズの周波数帯域に合わせて、通過波長帯域を変化させることができる通過帯域可変フィルタを用いてもよい。
【００６７】
さらに、低域通過フィルタ60ａ、60ｂ、60ｃ……は、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……とサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……間以外の部位に配設してもよく、例えばサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ……とマルチプレクサ23の間、あるいはフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……と差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ……の間等に設けてもよい。また、マルチプレクサ23以降に低域通過フィルタを設ける場合には、一個の低域通過フィルタを設ければよく、フィルタ部60の構成が簡素化される。
【００６８】
次に、図１１および図１２を参照して本発明の第４の実施形態について説明する。図１１は、本発明の第４の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面形状を示すものであり、図１２は、電気的構成を示すブロック図である。この第４の実施形態の表面プラズモンセンサーは、図１に示す第１の実施形態の表面プラズモンセンサーにフィルタ部61が付加されたものである。他の構成は、第１の実施形態の表面プラズモンセンサーと同様である。なお図１１および図１２において、図１および図２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。
【００６９】
フィルタ部61は、１００Ｈｚ以下の周波数の信号のみを通過させるデジタル型の低域通過フィルタであり、図示の通り、ドライバ19と信号処理部20の間に設けられている。フィルタ部61を構成するデジタル型のフィルタとしては、通過域の減衰特性が直流で最大の平坦性を持ち、通過域と阻止域の減衰特性がともに、単調に変化するフィルタであるバタワースフィルタや、通過域の群遅延特性が直流で最大の平坦性をもち、通過域と阻止域の減衰特性がともに単調に変化するベッセルフィルタを用いることができる。また、所定の信号の前後ｎ個の信号の信号値の加算平均値を算出して出力する加算平均処理回路や、所定の信号の前後ｎ個の信号から重み付け処理により信号値を算出して出力する重み付け処理回路も、上記フィルタ部61として使用することができる。
【００７０】
上記構成の表面プラズモンセンサーでは、ドライバ19のＡ／Ｄ変換器24から出力された微分値の変化量ΔＩ’に含まれる１００Ｈｚ以下の信号のみが、フィルタ部61を通過し、信号処理部20に出力される。信号処理回路20では、第１実施形態における処理と同様の処理がなされ、微分値の変化量ΔＩ’が表示手段21に表示される。
【００７１】
このようにすることにより、本実施形態では、微分値の変化量ΔＩ’から信号処理部20に入力される前に重畳された１００Ｈｚより大きい周波数を有するノイズが除去される。なお、高周波信号には微分値の変化量ΔＩ’は含まれないため、ノイズのみが除去され、微分値Ｉ’の変化量のＳ／Ｎが向上し、このため、微分値の経時変化をさらに高感度で測定できる。
【００７２】
また、フィルタ部61の通過帯域を１０Ｈｚ以下とすれば、１０Ｈｚより大きい周波数を有するノイズを除去することができ、一層微分値の変化量ΔＩ’のＳ／Ｎを向上することができる。
【００７３】
なお、以上説明した各実施形態においては、誘電体ブロック10が金属膜12とともに、使い切りされる測定チップを構成しているが、誘電体ブロック10がチップ化されずに表面プラズモンセンサー本体に組み込まれる場合でも、同様の効果を奏することができる。
【００７４】
次に、図１３を参照して本発明の第５の実施形態について説明する。なおこの図１３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。
【００７５】
この第５の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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41の上のセンシング媒体30の屈折率に依存するので、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’に基づいてセンシング媒体30の屈折率を測定することができる。
【００７９】
本実施形態でも、信号処理部20および補正回路５において上記微分値Ｉ’に対して第１実施形態における処理と同様の処理がなされ、微分値の変化量ΔＩ’を求め、その後この変化量ΔＩ’を１００倍増幅したのちに、Ａ／Ｄ変換を行いその値を測定して表示手段21に表示させる。このようにすることにより、本実施形態でも、後段の電気回路を飽和させることなく、微分値の経時変化すなわち全反射減衰の状態の経時変化を測定し、被検体とセンシング媒体30との結合状態を測定することができる。
【００８０】
また第１の実施形態および第３〜第５の実施形態においては、ドライバ１９の減算回路２８において、アナログ信号である微分値Ｉ’からアナログ信号である微分値の初期値Ｉ’ｒの減算処理を行っている。このような減算処理をデジタル信号により行うと、信号量が微弱な場合にはビット誤差が大きくなる虞れがあるが、アナログ信号を用いることにより、信号量が微弱であっても、誤差の少ない減算結果を得ることができる。また、差動アンプアレイ18および増幅器29としても、アナログ回路を用いたため、信号処理部20に入力される１００倍された微分値の変化量ΔＩ’は、一層誤差の少ないものとなる。
【００８１】
なお、各実施の形態においては、反射光強度Ｉの変化が減少から増加へ転ずる点近傍、すなわち全反射減衰角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い微分値Ｉ’minが得られている差動アンプを選択しているが、これに限定されるものではなく、例えば差動アンプ18ｄや、差動アンプ18ｆを選択し、測定時にその初期値を減算してもよい。すなわち、試料の特性変化を反映した微分値を出力する差動アンプであれば、如何なる差動アンプを選択しても、経時変化を検出できる。また、差動アンプからの出力ではなく、試料の特性変化を反映した微分値を出力する差動アンプに接続された光検出素子で検出した反射光強度Ｉから該反射光強度の初期値を減算し、その経時変化を直接測定してもよい。
【００８２】
なお、本実施の形態の変型例として、第２の実施形態と同様にゼロ点補正回路を使用したものや、第３および第４の実施形態に使用されたフィルタ部を設けたものなどが考えられる。
【００８３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態には、特許請求の範囲に記載した要件はもちろんのこと、他にも各種の技術事項の実施態様を有するものである。すなわち、（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、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、前記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する前記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【００８４】
（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、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、前記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する前記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【００８５】
（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、複数の受光素子が所定方向に並設されてなり、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が受光する向きにして配設された、前記光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態を検出する光検出手段と、この光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、該受光素子の並設方向に関して微分して微分値を出力する微分手段とを備えてなる全反射減衰を利用したセンサーにおいて、前記受光素子の並設方向における前記光検出信号の変化が減少から増加へ転ずる点の近傍に存在する前記微分値から該微分値の初期値を減算し、該初期値が減算された微分値の経時変化を測定する測定手段を備えたことを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
【００８６】
（４）前記微分手段が、前記光検出手段の相隣接する受光素子が出力する光検出信号の差分値を出力するものであることを特徴とする上記（１）から（３）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００８７】
（５）前記光検出手段がフォトダイオードアレイであることを特徴とする上記（１）から（４）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００８８】
（６）前記微分手段がアナログ回路であることを特徴とする上記（１）から（５）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００８９】
（７）前記測定手段が、前記減算をアナログ回路により行い、前記測定を前記初期値が減算された微分値をＡ／Ｄ変換した後デジタル回路により行うものであることを特徴とする上記（１）から（６）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００９０】
（８）前記測定手段が、前記初期値が減算された微分値を増幅するアナログ回路からなる増幅手段をさらに備えたものであることを特徴とする上記（１）から（７）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００９１】
（９）前記微分値にフィルタリング処理を施すフィルタリング手段をさらに備えたものであることを特徴とする上記（１）から（８）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００９２】
（１０）前記フィルタリング手段が１００Ｈｚ以下の周波数帯域の信号を通過させる低域通過フィルタであることを特徴とする上記（１）から（９）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【００９３】
（１１）前記低域通過フィルタが１０Ｈｚ以下の周波数帯域の信号を通過させるものであることを特徴とする上記（１）から（１０）いずれか１つに記載の全反射減衰を利用したセンサー。
【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】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３】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４】経過時間と微分値の変化量の関係を示すグラフ
【図５】本発明の第２の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図６】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７】ゼロ点補正回路の構成概略図
【図８】本発明の第３の実施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電気的構成を示すブロック図
【図１０】上記表面プラズモンセンサーに用いられる低域通過フィルタの回路図
【図１１】本発明の第４の実施形態による表面プラズモンセンサーの側面図
【図１２】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１３】本発明の第５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】
５    補正回路
６    減衰器
７    Ｄ／Ａ変換器
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、50    ドライバ
20、51    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
28    減算器
29    増幅器
30    センシング媒体
31    ターンテーブル
40    クラッド層
41    光導波層
52    ゼロ点補正回路
60、61    フィルタ部
60ａ、60ｂ、60ｃ……    低域通過フィルタ
【図１】
0003783131.tif 000003
【図２】
0003783131.tif 000004
【図３】
0003783131.tif 000005
【図４】
0003783131.tif 000006
【図５】
0003783131.tif 000007
【図６】
0003783131.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【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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