JP2005321385A - 表面プラズモン共振センサの波長同調強度測定 - Google Patents
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Abstract
【課題】被分析物の屈折率の変化を高精度で検出する。
【解決手段】入射信号がある波長範囲にわたってSPRセンサを照明する。SPRセンサからの反射信号の強度が、入射信号または反射信号に与えられた波長弁別特性でもって検出される。波長弁別特性は、その波長範囲内の予め指定されたチューニングレートにおいて与えられる。次に、検出された強度をあるサンプリングレートでサンプリングし、SPRセンサに関連する強度プロファイルを、チューニングレート及びサンプリングレートによって決定された波長分解能でのサンプリングから生成する。
【選択図】図5
【解決手段】入射信号がある波長範囲にわたってSPRセンサを照明する。SPRセンサからの反射信号の強度が、入射信号または反射信号に与えられた波長弁別特性でもって検出される。波長弁別特性は、その波長範囲内の予め指定されたチューニングレートにおいて与えられる。次に、検出された強度をあるサンプリングレートでサンプリングし、SPRセンサに関連する強度プロファイルを、チューニングレート及びサンプリングレートによって決定された波長分解能でのサンプリングから生成する。
【選択図】図5
Description
表面プラズモン共振(SPR:表面プラズモン共鳴ともいう)は、導電性フィルムと隣接誘電体との界面に沿った表面プラズモン波の光励起に関連している。共振時、入射光信号からのエネルギが、表面プラズモン波に結合され、結果として、導電性フィルムから反射される光信号の強度に低下すなわちディップが生じることになる。共振波長と呼ばれる、ディップが生じる光波長は、導電性フィルムに隣接する誘電体の屈折率の変化に敏感に反応する。屈折率の変化に対してこのように敏感に反応するので、例えば、被生体分析物の検出及び識別または生体分子相互作用の生物物理学的分析を行うための検知媒体として、誘電体を利用することが可能になる。
Xinglong Yu他、「Simulation and Analysis of Surface Plasmon Resonance Biosensor Based on Phase Detection」、Sensors and Actuators B、2003年、第91巻、p.285−290 Homola他著「Surface Plasmon Resonance Biosensors」 F.S.Ligler及びC.A. Rowe Taitt編、Optical Biosensors:Present and Future、ISBN 0444509747、p.244
Xinglong Yu他、「Simulation and Analysis of Surface Plasmon Resonance Biosensor Based on Phase Detection」、Sensors and Actuators B、2003年、第91巻、p.285−290 Homola他著「Surface Plasmon Resonance Biosensors」 F.S.Ligler及びC.A. Rowe Taitt編、Optical Biosensors:Present and Future、ISBN 0444509747、p.244
本発明の目的は、屈折率の変化を検出できる精度を高める測定方式を提供することにある。さらに、本発明の目的は、生化学的検知のための試料アレイを含む分析システムに用いられる拡張可能な測定方式を提供することにある。
本発明の実施態様によれば、入射信号は、ある波長範囲でSPRセンサを照射する。SPRセンサからの反射信号の強度は、入射信号または反射信号に与えられる波長弁別限界(wavelength discrimination。波長感度限界、または、波長弁別特性ともいう)で検出される。波長弁別限界は、波長範囲内におけるあらかじめ指定された同調率(またはチューニングレート(tuning rate)。以下同じ)において与えられる。次に、検出された強度をあるサンプリング・レートでサンプリングし、SPRセンサに関連した強度プロファイルが、同調率とサンプリング・レートによって決まる波長分解能によるサンプリングから作成される。
図1には、誘電体2に隣接した導電性フィルム1を含むSPRセンサ10が示されている。SPRセンサ10によっては、誘電体2が検知媒体であり、生体分子受容体が付着する部位が得られるように、導電性フィルム1と誘電体2の間に、リンカ層(不図示)が挿入されるものもある。分りやすくするため、図1の導電性フィルム1は、誘電体2に隣接しており、リンカ層は設けられていない。プリズム4が、導電性フィルム1の誘電体2とは反対の側に隣接して配置されている。SPRセンサ10の特徴については、Xinglong Yu他、「Simulation and Analysis of Surface Plasmon Resonance Biosensor Based on Phase Detection」、Sensors and Actuators B、2003年、第91巻、p.285−290を含む、さまざまな文献に記載がある。
典型的なSPRセンサ10の場合、導電性フィルム1は、指定された入射角φINC及び波長の入射光信号(以下では信号IINC)が導電性フィルム1に沿って表面プラズモン波すなわち表面プラズモンを励起するのに適した厚さを有する金の層である。誘電体2に貫入するエバネッセント・テール(evanescent tail)(不図示)は、表面プラズモンに関連している。表面プラズモンに結合しない信号IINCのエネルギは、導電性フィルム1によって反射され、反射光信号(以下では信号Ir)を生じる。
信号IINCと表面プラズモンの間の結合は、結果として、信号Irの強度の低下すなわちディップを生じることになる。例示的な強度プロファイルを示す図2には、共振波長λRと呼ばれる、ディップの生じる光波長が示されている。これらの強度プロファイルには、信号IINC、Irの波長λと対比した信号Irの相対強度が示されており、信号Irの強度が、共振波長λRの付近における信号IINC、Irの波長λに敏感に反応することが示唆されている。共振波長λRは、さらに、エバネッセント・テールが誘電体2に貫入するため、誘電体2の屈折率nsの変化Δnに対して敏感に反応する。信号Irの強度プロファイルを作成することによって、共振波長λRを識別し、共振波長λRのシフトΔλを検出することが可能になる。共振波長λRの検出されたシフトΔλを、共振波長λRのシフトΔλを生じさせる誘電体2の屈折率nsの変化Δnにマッピング(写像)することが可能である。図2の例示的な強度プロファイルの場合、指定された入射角度φINCにおいて、誘電体2の屈折率nsが1.32〜1.35の屈折率単位の変化Δnを示すことから、共振波長λRの60nmの検出されたシフトΔλが生じる。
図3に示すように、光波長が長くなると、共振波長λRは誘電体2の屈折率nsの変化Δnに対してより敏感に反応する。従って、信号IINC、Irの波長λが長くなるにつれて、屈折率nsに対する共振波長λRの感度(微分係数dλ/dnで示される)がそれに応じて高くなり、その結果、屈折率nsの所与の変化Δn毎に、共振波長λRのシフトΔλが大きくなる。
図4には、信号IINCの指定された信号入射角φINCにおける、信号IINC、Irの光波長λに対する信号Irの相対強度を表す例示的な強度プロファイルを示す。波長が長くなると、屈折率nsの所与の変化Δnに対して、共振波長λRのシフトΔλが大きくなる。図4に示す例の場合、屈折率nsの所定の変化Δnに対して、信号IINC、Irの波長λが増すにつれて、共振波長λRのシフトΔλは、シフトΔλ1からシフトΔλ3まで漸次大きくなる。また、図4に示すように、波長λが長くなると、感度dλ/dnは高くなるが、相対的強度のディップ部分(低下部分)が広がり、目立たなくなるので、従来の技法を用いて、SPRセンサ10の共振波長λRを正確に検出するのはより困難になる。Homola他著「Surface Plasmon Resonance Biosensors」、F.S.Ligler及びC.A.Rowe Taitt編、Optical Biosensors:Present and Future、ISBN 0444509747、p.244のレポートによれば、狭い強度ディップによって、SPRベース・センサの正確度及び分解能が向上する。
図5には、本発明の実施態様による光学システム20が示されている。光学システム20は、SPRセンサ10に関連した強度プロファイルの作成、SPRセンサ10の共振波長λRの検出、または、SPRセンサ10における誘電体2の屈折率nsの変化Δnによって誘発されるシフトΔλのような、共振波長λRのシフトΔλの検出に適している。光学システム20の典型的な用途では、共振波長λRのシフトΔλが検出され、それは、シフトΔλを誘発する誘電体2の屈折率nsの変化Δnにマッピングされる。
光学システム20には、一般には、λ1〜λ2の波長範囲内において、同調率γで同調可能な、アジレント・テクノロジ社のモデル81680Bのような波長可変(または同調可能な)レーザである、波長可変光源22が含まれている。この例の波長範囲λ1〜λ2は、少なくとも1492〜1640ナノメートルにわたる。光学システム20の波長可変光源22によって得られる信号IINCのスペクトル帯域幅は、一般に100kHz未満であるが、これは、一般に、光学システム20において検出または測定される共振波長λRのシフトΔλより狭い。代替的には、白色光または他の広帯域光源(不図示)と縦続接続された波長可変光フィルタ(不図示)で波長可変光源22を実施することによって、λ1〜λ2の波長範囲にわたってスペクトル的に狭く、同調可能な信号IINCを得る。このタイプの波長可変光源22に用いるのに適した波長可変光フィルタの例については、米国、ジョージア州、アトランタのMICRON OPTICS社から入手可能である。
エルビウム・ドープド・ファイバ増幅器(EDFA:エルビウム添加ファイバー増幅器ともいう)または他のタイプの光増幅器24と波長可変光源22を光学的に縦続接続(またはカスケード接続)して、SPRセンサ10の領域すなわちターゲットTを照射する信号IINCのパワーを増大させる。波長可変光源22に結合されたコリメータ26、または、他のビーム調整素子によって、信号IINCがターゲットTに送られる。一般に、信号IINCには、p偏光波と、p偏光波に直交するs偏光波が含まれるが、ここで、p、sは従来の定義による偏光p、sを表わしている。信号IINCを、波長可変光源22とコリメータ26の間の信号経路に偏光コントローラ(不図示)を含むことによって、p偏光されるように指定することも可能である。指定された入射角φINCにおいて、信号IINCが、表面プラズモンと結合し、共振波長λRにおいて、信号Irが、例えば、図2及び図4の強度プロファイルに示された強度におけるディップ(低下)を被るようにする。光学システム20は、図示のように、波長可変光源22とコリメータ26の間の光路に光ファイバを利用して実施されているが、代替的には、この光路に自由空間光学素子を使用して、SPRセンサ10のターゲットTを照射する。これらの実施態様では、波長可変光源22とターゲットTの間に挿入された空間的に分離された四分の一波長板及び二分の一波長板を使用して、p偏光信号IINCが得られるように偏光調整を施すことが可能である。代替的には、波長可変光源22の出力部において光ファイバ信号経路に挿入された偏光コントローラ(不図示)を介して、偏光調整が施される。
波長可変光源22の波長λが、SPRセンサ10の共振波長λRを含む波長範囲λ1〜λ2内において同調されると、検出器28が信号IRを傍受する。共振波長λRが、波長範囲λ1〜λ2外で生じる場合、入射角φINCを調整して、調整された入射角において、共振波長λRが波長範囲λ1〜λ2内に入るようにすることが可能である。入射角φINCの調整は、一般に、回転ステージ25にSPRセンサ10を取り付けることによって可能になる。
検出器28は、一般に、フォトダイオード、フォトセンサ、または、傍受した光信号を、以下では被検出信号IDETと呼ぶことにする、対応する電気信号に変換するのに適した他の変換器である。被検出信号IDETは、この例の場合、被検出信号IDETのサンプルを取得するアナログ・ディジタル変換器32を含む処理装置30に供給される。このサンプル取得は、波長可変光源22によって得られる、波長可変光源22の同調または掃引の開始を指示するトリガ信号TRIGによってトリガされる。サンプル取得レートすなわちサンプル・レートは、クロック34によって設定されるクロック・レート(クロック速度)fCLOCKによって決まる。この収集によって、メモリ36に記憶される被検出信号IDETのサンプル集合Sが得られる。集合S内のサンプルSiは、波長可変光源22の波長λiにおける信号Irの検出強度を表わしている。整数の各サンプル番号iは、波長範囲λ1〜λ2内における波長λiに対応する。例えば、サンプル集合SにおけるサンプルSiのサンプル番号iの波長λiは、関係式λi=λ1+(γ/fCLOCK)iによって決まる。
検出器28は、一般に、波長可変光源の波長範囲λ1〜λ2に対応するための広帯域検出器であるが、検出器によって傍受される信号Irは、サンプルSiの波長ではスペクトル的に狭いので、集合S内の取得されたサンプルSiの波長分解能は、信号Irのスペクトル幅によっては低下しない。波長可変光源22の波長λが同調率γで掃引または同調される場合、集合S内のサンプルSiが取得される波長分解能は、クロック・レートfCLOCKと同調率γの比に基づくことになる。同調率γに対してクロック・レートfCLOCKが増すと、波長分解能が向上し、信号Irの強度を波長λの関数として強度プロファイルで正確に表わすことが可能になる。取得されたサンプル集合Sに対して、曲線の当てはめ、平均化、または、他の信号処理技法を施すことによって、SPRセンサ10に関連した強度プロファイルを正確に表わすことが可能になる。これらの信号処理技法は、メモリ36に結合されたコンピュータまたは他のタイプのプロセッサ(不図示)によって容易に実施可能である。
強度プロファイルによって、SPRセンサ10の共振波長λRを正確に求めることが可能になり、強度プロファイルを用いることによって、SPRセンサ10の共振波長λR、または、SPRセンサ10の誘電体2の屈折率nsの変化Δnによって誘発されるシフトΔλのような、共振波長λRのシフトΔλを正確に求めることが可能になる。例えば、強度プロファイルの微分係数(導関数)から共振波長λRを求めることによって、あるいは、強度プロファイルのディップにおける共振波長λRを識別するのに適した他の任意の技法から、共振波長λRに対応する強度プロファイルの最小値を求めることが可能である。2つ以上の強度プロファイル間における共振波長λRのシフトΔλは、2つ以上の強度ファイルの共振波長λRの差を求めることによって、検出し、定量化することが可能である。強度プロファイルにおけるシフトは、SPRセンサ10の検知媒体における屈折率の変化のようなSPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連づけることも可能である。
次に、被検出信号IDETのサンプルから検出される共振波長λRの検出シフトΔλは、共振波長λRのシフトΔλを誘発する、誘電体2の屈折率nsの変化Δnにマッピングすることが可能である。1つの例では、シフトΔλと変化Δnとの間のマッピングは、導電性フィルム1と誘電体2との界面におけるフレネル反射を解決するMATLABまたは他の適合するプログラムまたは環境を用いた、SPRセンサ10のコンピュータ・シミュレーションから確立される。コンピュータ・シュミレーションでは、屈折率nsに対する共振波長λRの感度dλ/dnsがモデル化される。感度dλ/dnsに基づいて、共振波長λRの各シフトΔλを屈折率nsの対応する変化Δnにマッピングすることが可能である。もう1つの例では、異なる既知の屈折率ns1、ns2、...nsxを有する誘電体2を備えた複数のターゲットTが、共振波長λRの付近の波長λにおける光信号IINC1、IINC2、...IINCXによって順次または同時に照射される。光学システムの検出器及び処理装置による反射光信号Ir1、Ir2、...IrXの検出及びサンプリングから、屈折率ns1、ns2、...nsxのそれぞれに対応する共振波長λR1、λR2、...λRXが求められる。次に、屈折率ns1、ns2、...nsxに対する共振波長λR1、λR2、...λRXの曲線の当てはめ、補間、または、他の適合する技法を利用して、共振波長λRのシフトΔλと屈折率nsの変化Δnとの間のマッピングが確立される。
共振波長λRのシフトΔλと屈折率nsの変化Δnとの間のマッピングは、導電性フィルム1と誘電体2との界面における適切な波動ベクトル(または波数ベクトル。以下同じ)の整合をとることによって確立することも可能である。これには、表面プラズモンの波動ベクトルkSPR=w/c((ε1ns 2)(ε1+ns 2))1/2と光信号IINCの波動ベクトルkx=n4(2π/λ)sinφINCを同等に扱うことが含まれるが、ここで、ε1は導電性フィルム1の誘電率であり、n4はプリズム4の屈折率であり、φINCは光信号IINCの入射角である。屈折率nsの変化Δnは、下記の式(1)である、波動ベクトルkSPR,kxの式から導き出すことが可能である。ここで、導電性フィルム1の誘電率ε1の虚数成分はゼロに設定される。
屈折率nsの変化Δnに対して共振波長の検出されたシフトをマッピングするために提示した代替態様は例示である。代替的には、任意の適合する方式を使用して、このマッピングが確立されることは明らかである。
図6に示す本発明の代替実施態様によれば、光学システム内の白色光または他のスペクトル的に広い光源42によって、SPRセンサ10を照射する信号IWINCが提供される。信号IWrは、SPRセンサ10のターゲットTで反射され、次に、SPRセンサ10と検出器28の間に挿入された波長可変光フィルタ44によって濾波される。米国、バーモント州、ブラトボロのOMEGA OPTICAL,Inc.から入手可能な回折格子またはフィルタのような、波長可変光フィルタ44は、通過帯域がスペクトル的に狭く、波長範囲λ1〜λ2内で同調可能である。
実施態様の1つでは、波長可変光フィルタ44の通過帯域が、SPRセンサ10の共振波長λRを含む波長範囲λ1〜λ2内で同調されると、検出器28は、波長可変光フィルタ44から結果生じる濾波信号(フィルタリングされた信号)IFを傍受する。共振波長λRが波長範囲λ1〜λ2外で生じる場合、回転ステージ25によって、信号IWINCの入射角φINCを調整し、調整された入射角で、共振波長λRが波長範囲λ1〜λ2内にあるようにすることが可能である。濾波信号IFの傍受に応答して、検出器28は信号IDETを生成する。次に、被検出信号IDETが処理装置30に供給され、処理装置30によってサンプル集合Sが得られる。図5に示す実施態様の場合と同様、サンプル集合Sを処理して、SPRセンサ10に関連した強度プロファイルを確立し、SPRセンサ10の共振波長λRを検出するか、または、屈折率nsの変化Δnから生じるSPRセンサ10の共振波長λRのシフトΔλを検出する。次に、共振波長λRのシフトΔλを屈折率nsの変化Δnにマッピングすることが可能になる。
図7A〜図7Bに示す本発明の代替実施態様によれば、1つ以上のSPRセンサ10に含まれるターゲットT1〜TNのアレイから、共振波長λRの誘発されたシフトΔλの同時または連続的な検出が可能になる。図7Aの場合、ターゲットT1〜TNは、光学スプリッタ46によって光信号IINCから提供されて、コリメータ261〜26Nを介して送られた光信号IINC1〜IINCNによって照射される。オプションにより、レンズ(不図示)のような結像素子が、ターゲットT1〜TNのアレイとフォトダイオード・アレイのような検出器28の検出素子D1〜DNのアレイとの間に挿入される。結像素子が含まれている場合は、結像素子によって、ターゲットT1〜TNの物理的位置と検出器アレイにおける検出素子D1〜DNの物理的位置との間のマッピングまたは他の対応付けが行われるので、ターゲットT1〜TNのアレイから反射する光信号Ir1〜IrNが、検出器アレイの対応する検出素子D1〜DNによって傍受され、被検出信号IDET1〜IDETNが生じることになる。ターゲットT1〜TNのアレイから反射した光信号Ir1〜IrNのビームが、空間的に明確に分離している場合は、ターゲットT1〜TNのアレイと検出素子D1〜DNのアレイとの間の対応付けが、光信号Ir1〜IrNを介して得られることになる。ターゲットT1〜TNのアレイから反射した光信号Ir1〜IrNのビームが、重なり合って、空間的に明確に分離していない場合は、ターゲットT1〜TNのアレイと検出素子D1〜DNのアレイとの間の物理的マッピングまたは他の対応付けは、ターゲットT1〜TNのアレイと検出素子D1〜DNのアレイとの間に結像素子を挿入することによって得ることが可能になる。
検出素子D1〜DNのアレイからの被検出信号IDET1〜IDETNは、次に、処理装置30に送られ、処理装置30によってターゲットT1〜TNのそれぞれに対応するサンプル集合S1〜SNが取得される。図5に示す実施態様の場合と同様、サンプル集合S1〜SNを処理して、共振波長λR、または、ターゲットT1〜TNの屈折率の変化から生じるターゲットT1〜TNの共振波長λRのシフトΔλが求められる。次に、共振波長λRのシフトΔλを屈折率nsの変化Δnにマッピングすることができる。
図7Bに示す本発明の実施態様によれば、レンズのようなコリメーティング素子(collimating element)48によって、光信号IINCから、ターゲットT1〜TNのアレイを照射するのに適した幅のビームB1が形成される。図示の例の場合、空間的に分離された四分の一波長板及び二分の一波長板(不図示)を波長可変光源とターゲットT1〜TNのアレイとの間に挿入して、ビームB1のp偏光が得られるように偏光調整を施すことが可能である。代替的には、偏光調整は、波長可変光源22の出力部において光ファイバ信号経路に挿入された偏光コントローラ(不図示)を介して施される。ターゲットT1〜TNのアレイにおいて、ビームB2が反射される。光路内のターゲットT1〜TNのアレイと検出器28との間に配置された結像素子49によって、ターゲットT1〜TNの物理的位置と検出器28における検出素子D1〜DNの物理的位置との間の対応付けが得られるので、ターゲットT1〜TNのアレイ内に配置された対応するターゲットから反射したビームB2の一部が、検出器28の対応する検出素子D1〜DNによって傍受され、被検出信号IDET1〜IDETNが生じることになる。図7Aに示した実施態様と同様、サンプル集合S1〜SNを処理して、共振波長λR、または、ターゲットT1〜TNの屈折率の変化Δn1〜ΔnNから生じるターゲットT1〜TNの共振波長λRのシフトΔλを求める。次に、共振波長λRのシフトΔλを屈折率nsの変化Δnにマッピングすることができる。
提示した例では、共振波長λRのシフトΔλは、誘電体2の屈折率nsの変化Δnにマッピングされた。この場合、屈折率nsのこれらの変化Δnを利用して、被生体分析物の検出及び識別または生体分子相互作用の生物物理学的分析を行うことが可能である。しかし、本発明の代替実施態様では、共振波長λRのシフトΔλが、被生体分析物の存在または識別、生体分子相互作用の生物物理学的分析、または、共振波長λRのシフトΔλを誘発するSPRセンサ10の任意の適切な属性または特徴にマッピングされる。
従来のSPR検知技法によれば、小サイズ及び中間サイズの分析物の検出は可能であるが、大サイズの被分析物の検出は困難である。Homola他、「Surface Plasmon Resonance Biosensors」、p.243での報告によれば、従来のセンサ技法による感度は、細菌や細胞のようなより大きな被分析物の検出には不十分である。しかし、本発明の実施態様は、信号IINCがSPRセンサ10を照射する波長範囲λ1〜λ2内におけるより長い波長λに対処する。これらのより長い波長によって、SPRセンサ10の誘電体2へのエバネッセント場(エバネッセント電磁場)の貫入がそれに応じて深くなり、その結果、本発明の実施態様による光学システム及び方法を利用して、より大きな被分析物の検出、識別、モニタ、または、その他の測定が可能になる。
本発明の実施態様によれば、SPRセンサ10に関連した共振波長は、一般に、例えば、図2及び図4に示すように、強度プロファイルにディップ(低下部)が生じる波長である。しかし、代替的には、SPRセンサ10に関連した共振波長λRは、強度プロファイルにディップが生じる実際の共振波長からオフセットした1つ以上の波長λのような、他の任意の指定された測定波長である。これらの測定波長を使用して、誘電体2の屈折率nsの変化に起因するシフトΔλような、共振波長λRのシフトΔλを検出することができる。
図8には、本発明の代替実施態様による測定方法50が示されている。測定方法50には、信号IINC、IWINCのような入射光信号で波長範囲λ1〜λ2にわたってSPRセンサ10を照射するステップ(ステップ52)が含まれている。測定方法50のステップ54では、SPRセンサからの反射信号の強度が、事前設定された同調率で、波長範囲λ1〜λ2内において、入射信号または反射信号に与えられる波長弁別限界で検出される。波長弁別限界は、波長可変光源22で入射信号を発生することによって、入射信号IINCに与えられる。代替的には、波長弁別限界は、入射信号を発生する光源とSPRセンサ10の間に挿入された波長可変光フィルタを介して、入射信号IINCに与えられる。波長弁別限界は、SPRセンサ10とSPRセンサ10からの反射信号の強度を検出する検出器28との間に挿入された波長可変光フィルタ44を介して、反射信号に与えられる。
測定方法50のステップ56には、あるサンプリング・レートで、検出された強度をサンプリングするステップが含まれる。ステップ58には、ステップ56のサンプリング結果に基づいて、SPRセンサに関連した強度プロファイルを作成するステップが含まれており、この場合、強度プロファイルの波長分解能は同調率γとサンプリング・レートによって決まる。測定方法50には、オプションとして、SPRセンサ10に関連した識別された共振波長λRが波長範囲λ1〜λ2外で生じる場合、SPRセンサ10に対する入射信号の入射角を調整して、調整された入射角において、SPRセンサ10の共振波長λRが指定された波長範囲λ1〜λ2内に入るようにするステップを含むステップ59が含まれている。
本発明の実施態様には、SPRセンサ10が含まれるが、これらの実施態様のSPRセンサは、共振ミラー変換器(resonant mirror transducer)、または、検知媒体へのエバネッセント波の貫入によって検知される検知媒体の属性によって決まる、関連する強度プロファイルを有する反射光信号Irを提供する他の任意のタイプの変換器を含むことが意図されている。
本発明の1構成においては、入射信号がある波長範囲にわたってSPRセンサを照明し、SPRセンサからの反射信号の強度が、入射信号または反射信号に与えられた波長弁別能力でもって検出される。この波長弁別能力は、その波長範囲内の予め指定されたチューニングレートにおいて与えられる。次に、検出された強度をあるサンプリングレートでサンプリングし、SPRセンサに関連する強度プロファイルを、チューニングレート及びサンプリングレートによって決定された波長分解能でのサンプリングから生成する。
本発明の実施態様について詳細に説明したが、当業者であれば、それらの実施態様に対して、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更及び改変を行うことができる。
10 SPRセンサ
20 光学システム
22 波長可変光源(チューナブル光源)
28 検出器
30 処理装置
20 光学システム
22 波長可変光源(チューナブル光源)
28 検出器
30 処理装置
Claims (36)
- SPRセンサを照射する入射信号を提供する波長可変光源と、
前記入射信号が、指定された波長範囲にわたってある同調率で同調されると、前記SPRセンサからの反射信号の強度を検出する検出器と、
前記検出器に結合されて、あるサンプリング・レートで前記検出された強度をサンプリングし、前記同調率と前記サンプリング・レートに基づく波長分解能で、前記検出された強度の前記サンプリング結果から前記SPRセンサに関連した強度プロファイルを作成する処理装置
とを備える、光学システム。 - 前記波長可変光源に波長可変レーザが含まれることを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。
- 前記波長可変光源に広帯域光源に縦続接続された波長可変光フィルタが含まれることを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。
- 前記作成された強度プロファイルの波長分解能が、前記サンプリング・レートと前記同調率の比に基づくことを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。
- 前記処理装置が、前記作成された強度プロファイルから前記SPRセンサの共振波長を識別することを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。
- さらに、前記共振波長が前記指定された波長範囲外で生じると、前記入射信号の入射角を調整して、調整された入射角において、前記SPRセンサの前記共振波長が前記指定された波長範囲内にあるようにする回転ステージが含まれることを特徴とする、請求項5に記載の光学システム。
- 前記処理装置が、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した共振波長のシフトを識別することを特徴とする、請求項5に記載の光学システム。
- 前記識別された共振波長のシフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項7に記載の光学システム。
- 前記処理装置が、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した、前記作成された強度プロファイルにおけるシフトを識別することを特徴とする、請求項1に記載の光学システム。
- 前記作成された強度プロファイルにおいて識別されたシフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項9に記載の光学システム。
- 指定された波長範囲にわたって、SPRセンサを照射する入射信号を提供する光源と、
検出器と、
前記SPRセンサと前記検出器の間に配置された波長可変光フィルタと、
あるサンプリング・レートで、前記検出された強度をサンプリングし、同調率と前記サンプリング・レートによって確立される波長分解能で、前記検出された強度の前記サンプリング結果から、前記SPRセンサに関連した強度プロファイルを作成する処理装置
とを備え、
前記波長可変光フィルタが前記指定された波長範囲内において、前記同調率で同調されると、前記検出器は、前記SPRセンサからの反射信号の強度を検出することからなる、光学システム。 - 前記作成された強度プロファイルの前記波長分解能が、前記サンプリング・レートと前記同調率の比に基づくことを特徴とする、請求項11に記載の光学システム。
- 前記処理装置によって、前記作成された強度プロファイルから前記SPRセンサの共振波長が識別されることを特徴とする、請求項11に記載の光学システム。
- 前記処理装置によって、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した前記作成された強度プロファイルにおけるシフトが識別されることを特徴とする、請求項11に記載の光学システム。
- 前記作成された強度プロファイルにおいて識別されたシフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項14に記載の光学システム。
- 前記処理装置によって、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した前記共振波長のシフトが識別されることを特徴とする、請求項13に記載の光学システム。
- 前記共振波長において識別された前記シフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項16に記載の光学システム。
- さらに、前記共振波長が前記指定された波長範囲外で生じると、前記入射信号の入射角を調整して、調整された入射角において、前記SPRセンサの前記共振波長が前記指定された波長範囲内に入るようにする回転ステージが含まれることを特徴とする、請求項13に記載の光学システム。
- ある波長範囲にわたって、入射信号でSPRセンサを照射するステップと、
ある同調率で、前記波長範囲内において、前記入射信号及び前記SPRセンサからの反射信号の少なくとも一方に与えられた波長弁別限界で、前記反射信号の強度を検出するステップと、
あるサンプリング・レートで前記検出された強度をサンプリングするステップと、
前記同調率及び前記サンプリング・レートによって決まる波長分解能で、前記サンプリング結果から前記SPRセンサに関連した強度プロファイルを作成するステップ
とを含む、方法。 - 前記波長弁別限界が、波長可変光源で前記入射信号を発生することによって、前記入射信号に与えられることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記波長弁別限界が、前記入射信号を発生する光源と前記SPRセンサの間に配置された波長可変光フィルタを介して、前記入射信号に与えられることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記波長弁別限界が、前記SPRセンサと前記SPRセンサからの反射信号の強度を検出する検出器の間に配置された波長可変光フィルタを介して、前記反射信号に与えられることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- さらに、前記作成された強度プロファイルから前記SPRセンサの共振波長を識別するステップを含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- さらに、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した、前記作成された強度プロファイルにおけるシフトを識別するステップを含むことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記作成された強度プロファイルにおいて識別されたシフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項24に記載の方法。
- さらに、前記SPRセンサの1つ以上の属性の変化に関連した前記共振波長のシフトを識別するステップを含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
- 前記共振波長において識別された前記シフトが、前記SPRセンサの検知媒体における屈折率の変化に対応することを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- さらに、前記共振波長が前記指定された波長範囲外で生じると、前記入射信号の入射角を調整して、調整された入射角において、前記SPRセンサの前記共振波長が前記指定された波長範囲内に入るようにするステップを含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。
- 少なくとも1つのSPRセンサ内の一連のターゲットを照射する入射信号を提供する波長可変光源と、
前記入射信号が、指定された波長範囲にわたってある同調率で同調されると、前記一連のターゲットからの一連の反射信号の強度を検出する検出素子のアレイと、
前記検出素子のアレイに結合されて、あるサンプリング・レートで前記検出素子のそれぞれからの前記検出された強度をサンプリングし、前記同調率と前記サンプリング・レートに基づく波長分解能で、前記検出素子のそれぞれからの前記検出された強度の前記サンプリング結果から前記一連のターゲットのそれぞれに関連した強度プロファイルを作成する処理装置
とを備える、光学システム。 - 前記波長可変光源に波長可変レーザが含まれることを特徴とする、請求項29に記載の光学システム。
- 前記波長可変光源に広帯域光源に縦続接続された波長可変光フィルタが含まれることを特徴とする、請求項29に記載の光学システム。
- さらに、前記波長可変光源と前記一連のターゲットの間に配置されたコリメーティング素子が含まれることを特徴とする、請求項29に記載の光学システム。
- さらに、光学スプリッタと、前記波長可変光源と前記一連のターゲットの間に配置された一連のコリメータとが含まれることを特徴とする、請求項29に記載の光学システム。
- さらに、前記一連のターゲットと前記検出素子アレイとの間に配置された集束素子が含まれることを特徴とする、請求項29に記載の光学システム。
- 指定された波長範囲にわたって、少なくとも1つのSPRセンサ内の一連のターゲットを照射する入射信号を提供する光源と、
検出素子のアレイと、
前記一連のターゲットと前記検出素子のアレイとの間に配置された波長可変光フィルタと、
あるサンプリング・レートで、前記検出素子のアレイ内の検出素子からの前記検出された強度をサンプリングし、同調率と前記サンプリング・レートによって確立される波長分解能で、前記検出素子のそれぞれからの前記検出された強度の前記サンプリング結果から、前記一連のターゲットに関連した強度プロファイルを作成する処理装置
とを備え、
前記波長可変光フィルタが、前記指定された波長範囲内において、前記同調率で同調されると、前記検出素子のアレイは、前記一連のターゲットのうちの対応するターゲットからの一連の反射信号の強度を検出することからなる、光学システム。 - さらに、前記一連のターゲットと前記検出素子のアレイの間に配置された集束素子が含まれることを特徴とする、請求項35に記載の光学システム。
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