JP2002195945A - 全反射減衰を利用したセンサー - Google Patents

全反射減衰を利用したセンサー

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JP2002195945A
JP2002195945A JP2000398310A JP2000398310A JP2002195945A JP 2002195945 A JP2002195945 A JP 2002195945A JP 2000398310 A JP2000398310 A JP 2000398310A JP 2000398310 A JP2000398310 A JP 2000398310A JP 2002195945 A JP2002195945 A JP 2002195945A
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total reflection
dielectric block
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light receiving
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JP2000398310A
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Hitoshi Shimizu
清水　　仁
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Fuji Photo Film Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰
部分に対応した暗線の幅を調整して、検出精度を向上
し、正確な試料分析を可能とする。 【解決手段】 全反射減衰を利用したセンサーは、誘電
体ブロック10の一面に形成された薄膜層12に、光ビーム
13を誘電体ブロック10と薄膜層12との界面10ｂで全反射
条件が得られるように種々の角度で入射させ、その界面
10ｂにおいて全反射した光ビームを検出する光検出手段
17の各受光素子が出力する光検出信号を、微分手段18に
より、受光素子の並設方向に関して微分し、その微分値
を、信号処理手段20により試料の特性を求めるための特
性値として採用する。薄膜層12と光検出手段17との間に
おける光ビーム13の光路中に凹レンズ16を設けて、光ビ
ーム13のビーム径を広げ、光検出手段17に入射する暗線
Ｄの入射幅d1を受光素子の並設ピッチより広げ、検出精
度を向上する。

Description

【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、すなわち全反射解消角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】 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、全反射解消角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】また、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
のセンシング物質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】
【発明が解決しようとする課題】ところで、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において
は、光検出手段の各受光素子が出力した光検出信号を微
分した微分値に基づいて、試料の屈折率に関連する特性
を求めている。このため、例えば全反射解消角θＳ Ｐの
角度を測定する場合であれば、光検出手段に入射する光
ビーム内の暗線の幅が非常に狭く、光検出素子の並設ピ
ッチより狭いときには、並設ピッチ以下の暗線の入射位
置の差異に対応した全反射解消角θＳＰの差異は検出で
きず、検出誤差が大きくなる。また、全反射解消角θ
ＳＰの角度の経時変化を測定する場合であっても、同様
に全反射解消角θＳＰの角度の経時変化に対応する暗線
の入射位置の変化が光検出素子の並設ピッチ以下であれ
ば、その全反射解消角θＳＰの角度の経時変化は検出で
きず、検出誤差が大きくなり、当然、試料分析を正確に
行なうことが困難となる。
【００１７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部
分に対応した暗線の幅を調整して、検出精度を向上し、
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、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、上記光検出手段に入射する光ビームの全反
射減衰部分に対応した暗線の幅を、上記受光素子の並設
ピッチより広くなるように光学的に広げる暗線幅調整手
段を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】また、本発明による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
構成されたものを対象とすることもでき、その場合は、
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、上記光検出手段に入射する光ビームの全反射
減衰部分に対応した暗線の幅を、上記受光素子の並設ピ
ッチより広くなるように光学的に広げる暗線幅調整手段
を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】また、本発明による全反射減衰を利用した
センサーは、特に前述の漏洩センサーとして構成された
ものを対象にすることもでき、その場合には、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、すなわち、本発明によるセンサー
は、上記３種の全反射減衰を利用したセンサーにおい
て、上記光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部
分に対応した暗線の幅を、上記受光素子の並設ピッチよ
り広くなるように光学的に広げる暗線幅調整手段を備え
たことを特徴とするものである。
【００２１】なお、上記暗線の幅とは、上記光ビームの
各成分を光検出器を用いて検出したときに、その暗線領
域における光強度の極小値と暗線以外の領域における光
強度の差の半分以上光強度が減少した領域の幅とする。
すなわち通常の半値幅の逆に相当する幅である。
【００２２】上記各種の全反射減衰を利用したセンサー
において、上記暗線幅調整手段は上記誘電体ブロックと
上記光検出手段の間に出し入れする出入手段をさらに備
えたものであってもよい。
【００２３】上記暗線幅調整手段としては、一枚のレン
ズあるいは複数枚のレンズから構成される発散レンズを
用いることができる。また拡散板あるいはズームレンズ
等も用いることができる。
【００２４】また、本発明による全反射減衰を利用した
センサーは、前述の３種の全反射減衰を利用したセンサ
ーにおいて、上記光検出手段を上記光ビームの進行方向
に移動させる移動手段を備えたことを特徴とするもので
ある。
【００２５】また、本発明による全反射減衰を利用した
センサーは、前述の３種の全反射減衰を利用したセンサ
ーにおいて、上記光検出手段を、上記光ビームの進行方
向および上記光検出素子の並設方向に略直角な軸の周り
に回転させる回転手段を備えたものとすることもでき
る。
【００２６】なお、上記微分手段から出力される微分値
は、そのまま表示手段に表示して試料の特性分析に使わ
れるようにしてもよいし、そこから自動的に全反射解消
角θ ＳＰを求めて、その全反射解消角θＳＰを表示手段
に表示するようにしてもよい。またこの微分値から、所
定時間経過に伴う微分値の変化量を求め、その変化量に
基づいて試料分析することもできる。さらには、全反射
解消角θＳＰおよび、予め用意された所定の較正曲線等
に基づいて試料中の特定物質を自動的に定量分析して、
その分析結果をリアルタイムで表示手段に表示させるよ
うにしてもよい。
【００２７】なお、微分手段としては、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。
【００２８】
【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、暗線の幅を光学的に広げる暗線幅調整手
段を備えたものにおいては、暗線幅調整手段により、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に
入射する光ビームの全反射減衰部分に対応した暗線の幅
が、上記受光素子の並設ピッチより広くなるように光学
的に広げられているため、暗線部分の光ビームを２つ以
上の受光素子で受光することとなる。暗線部分の光ビー
ムを受光している各受光素子においては、試料の特性分
析に使用される全反射解消角θＳＰの角度に応じた光量
の光を各受光素子が受光することとなる。したがって、
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た微分値を測定し、該測定した微分
値に基づいて全反射解消角θＳＰの角度あるいは角度の
経時変化等を検出する際に、その検出精度が向上し、試
料分析を正確に行なうことができる。
【００２９】また、上記光ビームの暗線の幅は、試料の
種類あるいは光ビームの波長等により異なる場合があ
る。上記暗線幅調整手段を誘電体ブロックと光検出手段
の間に出し入れする出入手段を備えれば、暗線の幅が狭
く、光ビームを広げることが望ましい場合のみ、暗線幅
調整手段を誘電体ブロックと光検出手段の間に配設する
ことができる。光ビームを広げる必要の無い場合には、
暗線幅調整手段を誘電体ブロックと光検出手段の間から
取り出すことにより、暗線幅調節手段による光ビームの
光量の低下を防止できる。
【００３０】上記暗線幅調整手段として、発散レンズあ
るいは拡散板を使用すれば、コストの増加が少ない。ま
た暗線幅調整手段として、ズームレンズを使用すれば、
暗線の幅に応じて、任意の拡大率で光ビームを広げるこ
とができる。
【００３１】また、本発明による全反射減衰を利用した
センサーにおいて、光検出手段を光ビームの進行方向に
移動させる移動手段を備えたものにおいては、移動手段
により光検出手段を光ビームの進行方向に移動すること
により、複数の受光素子が並設されてなるアレイ状の光
検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部分に対応し
た暗線の幅を調整することができる。すなわち、上記暗
線の幅を広げる必要がある場合には、光検出手段を誘電
体ブロックから離れた位置へ移動させ、暗線の幅を受光
素子の並設ピッチより広くなるように広げることが可能
となる。このため、暗線部分の光ビームを２つ以上の受
光素子で受光することができ、暗線部分の光ビームを受
光している各受光素子においては、試料の特性分析に使
用される全反射解消角θＳＰの角度に応じた光量の光を
各受光素子が受光することとなる。
【００３２】したがって、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た微分値
を測定し、該微分値に基ずいて、全反射解消角θＳＰの
角度あるいは角度の経時変化等を検出する際に、その検
出精度が向上し、試料分析を正確に行なうことができ
る。レンズあるいは拡散板等の光学部品を誘電体ブロッ
クと光検出手段の間に設ける必要がなく、これらの光学
部品による光強度の低減を防止できる。また光検出手段
に入射する暗線の幅の拡大率を任意に設定できる。
【００３３】さらに、本発明による全反射減衰を利用し
たセンサーにおいて、光検出手段を光ビームの進行方向
および光検出素子の並設方向に略直角な軸の周りの回転
させる回転手段を備えたものにおいては、回転手段によ
り光検出手段を回転させることにより、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に入射する光ビ
ームの全反射減衰部分に対応した暗線の幅を調整するこ
とができる。すなわち、上記暗線の幅を広げる必要があ
る場合には、光検出手段を回転させ、光ビームを光検出
手段に斜めに入射させ、暗線の幅を受光素子の並設ピッ
チより広くなるように広げることが可能となる。このた
め、暗線部分の光ビームを２つ以上の受光素子で受光す
ることができ、暗線部分の光ビームを受光している各受
光素子においては、試料の特性分析に使用される全反射
解消角θＳＰの角度に応じた光量の光を各受光素子が受
光することとなる。したがって、簡易かつコンパクトな
構成で、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た微分値を測定し、該微分
値に基づいて全反射解消角θＳＰの角度あるいは角度の
経時変化等を検出する際に、その検出精度が向上し、試
料分析を正確に行なうことができる。
【００３４】
【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。
【００３５】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。
【００３６】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。
【００３７】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のビーム径を広げる発散
レンズとしての凹レンズ16と、該凹レンズ16によりビー
ム径が広げられた光ビーム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。
【００３８】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、18
ｂ、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、22
ｃ……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。
【００３９】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。
【００４０】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。
【００４１】界面10ｂで全反射した後、凹レンズ16によ
ってビーム径が広げられた光ビーム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、拡大された光ビーム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。
【００４２】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18
ａ、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、17
ｂ、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。
【００４３】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。
【００４４】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となる。
【００４５】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。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17
ａ、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。界面10ｂで反射された光ビーム13
は、凹レンズ16により、そのビーム径が広げられている
ため、図３に示すように、暗線Ｄの入射幅d1は約フォト
ダイオード２個分に相当する。なお、上記暗線の入射幅
d1としては、光ビーム13を光検出器を用いて検出したと
きに、その暗線領域における光強度の極小値と暗線以外
の領域における光強度の差の半分以上光強度が減少した
領域の幅、すなわち通常の半値幅の逆に相当する幅を用
いている。
【００４６】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。
【００４７】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、18
ｂ、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
３の例では差動アンプ18ｅとなる）を選択し、それが出
力する微分値Ｉ’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。
【００４８】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18ｅが出力する微分値Ｉ’が、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’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。
【００４９】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。
【００５０】以上の説明から明らかなように本実施形態
では、凹レンズ16を配設し、光ビーム13のビーム径を広
げることにより、光検出手段17に入射する光ビーム13の
暗線Ｄの入射幅d1が、図３に示すように、フォトダイオ
ード間隔の約２倍に広げられ、暗線Ｄを４つのフォトダ
イオード17ｄ〜17ｇで受光することとなる。このため、
全反射解消角θＳＰの角度に変化が生じれば、上記フォ
トダイオード17ｄ〜17ｇに入射する光の光量にも変化が
生じるので、これらのフォトダイオードから選択したフ
ォトダイオード17ｅおよび17ｆで検出された光検出信号
の差分、すなわちフォトダイオード間の微分値の経時変
化を測定することにより、全反射解消角θＳＰの角度の
経時変化を精度良く検出することができ、試料分析を正
確に行なうことができる。
【００５１】また、光検出手段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。
【００５２】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、17
ｃ……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。
【００５３】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。
【００５４】なお、第１実施形態の変型例として、図４
に示すような凹レンズ16を誘電ブロック10と光検出手段
17の間に出し入れする出入手段33を備えたものが考えら
れる。
【００５５】この出入手段33を備えた場合には、暗線Ｄ
の幅が狭く、光ビームを広げることが望ましい場合の
み、凹レンズ16を誘電体ブロック10と光検出手段17の間
に入れることができる。光ビームを広げる必要の無い場
合には、凹レンズ16を誘電体ブロック10と光検出手段17
の間から取り出すことにより、凹レンズ16による光ビー
ムの光量の低下を防止できる。また、光検出手段17に入
射する暗線Ｄの幅としては、フォトダイオード１個から
４個程度が好適であり、暗線Ｄの幅が十分に広い場合に
は、凹レンズ16を誘電体ブロック10と光検出手段17の間
から取り出すことが望ましい。
【００５６】次に、図５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。
【００５７】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。
【００５８】誘電体ブロック10は、例えば合成樹脂やＢ
Ｋ７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。
【００５９】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。
【００６０】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。
【００６１】本実施形態でも凹レンズ16により、光ビー
ム13のビーム径が拡大された後、光ビーム13が光検出手
段17に入射する。それにより、上記第１実施形態と同様
に、暗線Ｄの入射幅d2は約フォトダイオード２個分に相
当し、暗線Ｄを２つ以上のフォトダイオードで受光する
こととなり、これらのフォトダイオードから適宜選択し
たフォトダイオードで検出された光検出信号の差分、す
なわちフォトダイオード間の微分値の経時変化を測定す
ることにより、試料分析を正確に行なうことができる。
【００６２】なお、第１実施形態と同様に、凹レンズ16
を誘電ブロック10と光検出手段17の間に出し入れする出
入手段を備えた変型例も考えられる。
【００６３】次に、図６を参照して本発明の第３の実施
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。
【００６４】この第３実施形態の全反射減衰を利用した
センサーは、先に説明した表面プラズモンセンサーであ
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。
【００６５】本実施形態の表面プラズモンセンサーは、
界面10ｂで全反射した光ビーム13を拡散する拡散板50が
誘電体ブロック10と光検出手段17の間に配設されてい
る。光検出手段17は、拡散板50により拡散された光ビー
ム13の光強度を検出する。
【００６６】図６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。界面10ｂで全反射した後、拡散板50によって拡散さ
れた光ビーム13は、光検出手段17により検出される。界
面10ｂで反射された光ビーム13は、拡散板50によりその
ビームが拡散されているため、暗線Ｄの入射幅d3は約フ
ォトダイオード２個分に相当する。
【００６７】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……が受光し、第１の実施形
態と同様に、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、18
ｂ、18ｃ……に入力され、各差動アンプ18ａ、18ｂ、18
ｃ……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。
【００６８】本実施形態でも拡散板50によりビーム径が
拡大された光ビーム13が光検出手段17に入射する。それ
により、上記第１実施形態と同様に、暗線Ｄの入射幅d3
は約フォトダイオード２個分に相当し、暗線Ｄを２つ以
上のフォトダイオードで受光することとなり、これらの
フォトダイオードから適宜選択したフォトダイオードで
検出された光検出信号の差分、すなわちフォトダイオー
ド間の微分値の経時変化を測定することにより、試料分
析を正確に行なうことができる。
【００６９】なお、本実施の形態の変型例として、図５
に示す漏洩モードセンサにおける凹レンズ16に代えて、
拡散板50を配設したものも考えられる。また、拡散版50
を誘電体ブロック10と光検出手段17の間に出し入れする
出入手段を備えてもよい。
【００７０】さらに、他の変型例として、拡散板50の代
わりにズームレンズを備えたものも考えられる。この場
合には、暗線Ｄの細さに応じた任意の拡大率で光ビーム
を広げることができる。
【００７１】さらに、図７を参照して本発明の第４の実
施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。
【００７２】この第４実施形態の全反射減衰を利用した
センサーは、先に説明した表面プラズモンセンサーであ
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。
【００７３】本実施形態の表面プラズモンセンサーは、
光ビーム13の進行方向に沿って、光検出手段17を移動さ
せる移動手段60が備えられている。図７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。界面10ｂで全反射した光ビーム
13は、光検出手段17により検出される。
【００７４】暗線Ｄの幅が狭い場合には、移動手段60に
より、光検出手段17を図７における実線位置に移動させ
る。界面10ｂから光検出手段17までの距離が大きくな
り、光検出手段17に入射する光ビーム13が広がるため、
暗線Ｄの入射幅d4も約フォトダイオード２個分にまで広
くなる。
【００７５】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……が受光し、第１の実施形
態と同様に、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、18
ｂ、18ｃ……に入力され、各差動アンプ18ａ、18ｂ、18
ｃ……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。
【００７６】本実施形態においては、レンズや拡散板等
の光学部品を誘電体ブロック10と光検出手段17の間に挿
入することなく、暗線Ｄの入射幅d4をフォトダイオード
２個分より広くすることができ、暗線Ｄが入射されたフ
ォトダイオードから適宜選択したフォトダイオードで検
出された光検出信号の差分、すなわちフォトダイオード
間の微分値の経時変化を測定することにより、試料分析
を正確に行なうことができる。また、レンズや拡散板に
より光強度が低減することもなく、かつ暗線Ｄの入射幅
d4を任意の幅に調節可能である。
【００７７】また、本実施の形態の変型例として、図８
に示すように、移動手段60の代わりに、光検出手段17を
光ビームの進行方向およびフォトダイオードの並設方向
に略直角な軸の周りに回転させる回転手段61を備えたも
のが考えられる。暗線Ｄの幅が狭い場合には、回転手段
61により、光検出手段17を図８における点線位置から実
線位置に移動させる。光ビーム13が光検出手段17に斜め
に入射し、光検出手段17に入射する光ビーム13が広がる
ため、暗線Ｄの入射幅d5もフォトダイオード２個分以上
に広くなる。また、光検出手段17を回転角度を制御する
ことにより、光検出手段17に入射する光ビーム13の暗線
Ｄの入射幅d5を任意の幅に調整することができる。さら
に、光ビームの測定部をコンパクト化することができ
る。また上記移動手段60および回転手段61を組み合せ
て、光検出手段17を斜めに移動させるものも考えられ
る。
【００７８】なお、本実施の形態の他の変型例として、
漏洩モードセンサーに、移動手段60または回転手段61、
あるいは両者を組み合わせた手段を設けたものも考えら
れる。
【００７９】なお、上記各実施の形態においては、光検
出手段17への暗線の入射幅をフォトダイオード２個分以
上の幅としたが、フォトダイオード１個分以上の幅であ
ればよく、同様の効果が得られる。また、入射幅があま
り広いとその微分値が０に近くなってしまうため、適度
な幅以下であることが望ましく、フォトダイオード４個
分以下であることが好ましい。
【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】本発明の第１の実施形態による表面プラズモン
センサーの変型例の側面図
【図５】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
【図６】本発明の第３の実施形態による表面プラズモン
センサーの変型例の側面図
【図７】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８】本発明の第４の実施形態による表面プラズモン
センサーの変型例の側面図
【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 30 センシング媒体 31 ターンテーブル 33 出入手段 40 クラッド層 41 光導波層 50 拡散板 60 移動手段 61 回転手段 Ｄ 暗線 d1,d2,d3,d4,d5 入射幅

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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、 前記光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部分に
    対応した暗線の幅を、前記受光素子の並設ピッチより広
    くなるように光学的に広げる暗線幅調整手段を備えたこ
    とを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
  2. 【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、 前記光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部分に
    対応した暗線の幅を、前記受光素子の並設ピッチより広
    くなるように光学的に広げる暗線幅調整手段を備えたこ
    とを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
  3. 【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、 前記光検出手段に入射する光ビームの全反射減衰部分に
    対応した暗線の幅を、前記受光素子の並設ピッチより広
    くなるように光学的に広げる暗線幅調整手段を備えたこ
    とを特徴とする全反射減衰を利用したセンサー。
  4. 【請求項４】 前記暗線幅調整手段を前記誘電体ブロッ
    クと前記光検出手段の間に出し入れする出入手段をさら
    に備えた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。
  5. 【請求項５】 前記暗線幅調整手段が、発散レンズであ
    ることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の
    全反射減衰を利用したセンサー。
  6. 【請求項６】 前記暗線幅調整手段が、拡散板であるこ
    とを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の全反
    射減衰を利用したセンサー。
  7. 【請求項７】 前記暗線幅調整手段が、ズームレンズで
    あることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載
    の全反射減衰を利用したセンサー。
  8. 【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、 前記光検出手段を前記光ビームの進行方向に移動させる
    移動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。
  9. 【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、 前記光検出手段を前記光ビームの進行方向に移動させる
    移動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。
  10. 【請求項１０】 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、 前記光検出手段を前記光ビームの進行方向に移動させる
    移動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。
  11. 【請求項１１】 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、 前記光検出手段を、前記光ビームの進行方向および前記
    光検出素子の並設方向に略直角な軸の周りに回転させる
    回転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。
  12. 【請求項１２】 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、 前記光検出手段を、前記光ビームの進行方向および前記
    光検出素子の並設方向に略直角な軸の周りに回転させる
    回転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。
  13. 【請求項１３】 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、 前記光検出手段を、前記光ビームの進行方向および前記
    光検出素子の並設方向に略直角な軸の周りに回転させる
    回転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。
  14. 【請求項１４】 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求め
    るものであることを特徴とする請求項１から１３いずれ
    か１項記載の全反射減衰を利用したセンサー。
  15. 【請求項１５】 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請求項１から１４いずれか
    １項記載の全反射減衰を利用したセンサー。
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