JP2006200922A - Measuring method and measuring device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measuring accuracy, in a measuring device for detecting a position (the total reflection damping angle θ<SB>SP</SB>) of the dark line of a light beam by a plurality of light-receiving elements. <P>SOLUTION: A differential amplifier for providing output nearest to a differential value I'=0, corresponding to the total reflection damping angle θ<SB>SP</SB>, is selected from differential amplifiers 18a, 18b and 18c connected to respective photodiodes 17a, 17b and 17c for detecting the light beam. Next, a tertiary approximate expression is calculated, on the basis of output of an operation amplifier of the total 5ch equivalent to front-rear 2ch with the selected differential amplifier as the center. The position of the total reflection attenuation angle θ<SB>SP</SB>is determined, on the basis of a relational expression and the output of the selected operational amplifier, with this approximate expression as the relational expression for indicating the relationship between the output (differential value) of the operational amplifier and the position of the total reflection attenuation angle θ<SB>SP</SB>(dark line). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、試料等の測定対象物に接した薄膜層と誘電体ブロックとの界面で光ビームを全反射させてエバネッセント波を発生させ、それにより全反射した光ビームの強度に表れる変化を測定して試料の分析を行う測定方法および測定装置に関するものである。   The present invention generates an evanescent wave by totally reflecting a light beam at an interface between a thin film layer in contact with a measurement object such as a sample and a dielectric block, thereby measuring a change in the intensity of the totally reflected light beam. The present invention relates to a measuring method and a measuring apparatus for analyzing a sample.

従来より、エバネッセント波を利用した測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。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。表面プラズモンセンサーは、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、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。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）。   Conventionally, a surface plasmon sensor is known as one of measuring devices using an evanescent wave. In the metal, free electrons collectively vibrate to generate a dense wave called a plasma wave. A quantized version of this dense wave generated on the metal surface is called surface plasmon. The surface plasmon sensor analyzes the characteristics of a sample using a phenomenon in which the surface plasmon is excited by a light wave, and various types of sensors have been proposed. Among them, one that uses a system called Kretschmann configuration is well known (for example, see Patent Document 1).

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検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて表面プラズモン共鳴の状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。   A surface plasmon sensor using the above system basically includes, for example, a dielectric block formed in a prism shape, a metal film formed on one surface of the dielectric block and brought into contact with a sample, and a light source that generates a light beam. An optical system that causes the light beam to be incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the metal film, and a light beam that is totally reflected at the interface A light detecting means for detecting the intensity of the light and a measuring means for measuring the surface plasmon resonance state based on the detection result of the light detecting means.

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ー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ーによって検出することができる。   In order to obtain various incident angles as described above, a relatively thin light beam may be incident on the interface by changing the incident angle, or a component incident on the light beam at various angles is included. As described above, a relatively thick light beam may be incident on the interface in a convergent light state or a divergent light state. In the former case, a light beam whose reflection angle changes according to the change in the incident angle of the incident light beam is detected by a small photodetector that moves in synchronization with the change in the reflection angle, or the direction in which the reflection angle changes Can be detected by an area sensor extending along the line. On the other hand, in the latter case, it can be detected by an area sensor extending in a direction in which all light beams reflected at various reflection angles can be received.

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θ_ＳＰ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。 In the surface plasmon sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the metal film at a specific incident angle θ _SP that is equal to or greater than the total reflection angle, an evanescent wave having an electric field distribution is generated in the sample in contact with the metal film, This evanescent wave excites surface plasmons at the interface between the metal film and the sample. When the wave number vector of the evanescent light is equal to the wave number of the surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state and the energy of the light is transferred to the surface plasmon, so that the entire energy is transferred to the interface between the dielectric block and the metal film. The intensity of the reflected light decreases sharply. This decrease in light intensity is generally detected as a dark line by the light detection means.

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。   The resonance described above occurs only when the incident beam is p-polarized light. Therefore, it is necessary to set in advance so that the light beam is incident as p-polarized light.

この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θ_ＳＰ（以後全反射減衰角θ_ＳＰと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、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Ｋ_ＳＰ、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。

When the wave number of the surface plasmon is found from a specific incident angle θ _SP (hereinafter referred to as total reflection attenuation angle θ _SP ) that is greater than or equal to the total reflection angle at which the light intensity is reduced, the dielectric constant of the sample is obtained. That is, when the surface plasmon wave number is K _SP , the surface plasmon angular frequency is ω, c is the speed of light in vacuum, εm and εs are metal, and the dielectric constant of the sample is as follows.

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の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θ_ＳＰ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。なお、全反射減衰角θ_ＳＰは表面プラズモンセンサーにおいて暗線として観測される。 Knowing the dielectric constant εs of the sample, the refractive index or the like of the sample is found based on a predetermined calibration curve or the like, after all, by knowing the total reflection attenuation angle theta _SP, dielectric constant, that of the sample related to the refractive index Characteristics can be obtained. Incidentally, the total reflection attenuation angle theta _SP is observed as a dark line in the surface plasmon sensor.

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θ_ＳＰ（暗線の位置）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、特許文献２に示されているように、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配設されてなり、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。 In this type of surface plasmon sensor, as shown in Patent Document 2, the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line position) is accurately measured with a large dynamic range. It is considered to use the photodetection means. This light detection means is provided with a plurality of light receiving elements arranged in a predetermined direction, and arranged so that different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface. Is.

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、受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段により微分された微分値の中から全反射減衰角θ_ＳＰを検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および全反射減衰角θ_ＳＰの位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて全反射減衰角θ_ＳＰの位置を求めることが多い。 In that case, there is provided a differentiating means for differentiating the light detection signal output from each light receiving element of the arrayed light detecting means with respect to the arrangement direction of the light receiving element, and among the differential values differentiated by the differentiating means. identify the differential value comprising the target for differentiating the output of the light receiving element detecting the ATR angle theta _SP from the basis of the relational expression indicating the relationship between the position and the differential value of the differential value and the total reflection attenuation angle theta _SP Te often determine the position of the attenuated total reflection angle theta _SP.

また、エバネッセント波を利用した類似のセンサーとして、漏洩モードセンサーも知られている（例えば非特許文献１参照）。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する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて導波モードの励起状態を測定する測定手段とを備えてなるものである。   Further, a leak mode sensor is also known as a similar sensor using an evanescent wave (see, for example, Non-Patent Document 1). This leakage mode sensor is basically a dielectric block formed in a prism shape, for example, a clad layer formed on one surface of the dielectric block, and formed on the clad layer to be brought into contact with a sample. An optical waveguide layer, a light source that generates a light beam, and the light beam are incident on the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the cladding layer. An optical system, a light detecting means for measuring the intensity of the light beam totally reflected at the interface, and a measuring means for measuring the excited state of the waveguide mode based on the detection result of the light detecting means. is there.

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、全反射減衰角θ_ＳＰ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。
特開平6-167443号公報 特開平11-326194号公報 「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８） In the leaky mode sensor having the above configuration, when a light beam is incident on the cladding layer through the dielectric block at an incident angle greater than the total reflection angle, the light waveguide layer transmits a specific wave number after passing through the cladding layer. Only light having a specific incident angle is propagated in the guided mode. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer, resulting in total reflection attenuation in which the intensity of light totally reflected at the interface is sharply reduced. Since the wave number of the waveguide light depends on the refractive index of the sample on the optical waveguide layer, by knowing the total reflection attenuation angle theta _SP, it can be analyzed refractive index of the sample and the properties of the sample related thereto .
JP-A-6-167443 Japanese Patent Laid-Open No. 11-326194 “Spectroscopy” Vol. 47, No. 1 (1998)

ところで、上述の特許文献２に記載されているような表面プラズモンセンサー等の測定装置においては、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、受光素子の配設方向に関して微分し、この微分値の中から全反射減衰角θ_ＳＰを検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および全反射減衰角θ_ＳＰの位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて全反射減衰角θ_ＳＰの位置を求めることにより、受光素子の配設ピッチ以下の精度で全反射減衰角θ_ＳＰの位置を特定することが可能である。 By the way, in the measuring device such as the surface plasmon sensor as described in the above-mentioned Patent Document 2, the light detection signal output from each light receiving element of the arrayed light detecting means is differentiated with respect to the arrangement direction of the light receiving elements. Then, a differential value included in a target for differentiating the output of the light receiving element that has detected the total reflection attenuation angle θ _SP is specified from the differential value, and the position of the differential value and the total reflection attenuation angle θ _SP and the differential value By _obtaining the position of the total reflection attenuation angle θ _SP based on the relational expression indicating the relationship, the position of the total reflection attenuation angle θ _SP can be specified with an accuracy equal to or less than the arrangement pitch of the light receiving elements.

例えば一つの受光素子の検出範囲を１０００ＲＵとした場合、１０００ＲＵ以下の精度のデータも、隣接する２つの受光素子の出力信号の微分値、および全反射減衰角θ_ＳＰの位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて算出することが可能である。 For example, when the detection range of one light receiving element is 1000 RU, the data of accuracy of 1000 RU or less is also the relationship between the differential value of the output signal of two adjacent light receiving elements and the position of the total reflection attenuation angle θ _SP and the differential value. It is possible to calculate based on the relational expression indicating

このように上記の測定装置においては原理的には受光素子の配設ピッチ以下の精度で全反射減衰角θ_ＳＰの位置を特定することが可能であるが、実際には測定結果に誤差が生じる場合がある。 Although in this way the above-described measurement device in principle is possible to specify the position of the attenuated total reflection angle theta _SP in the following accuracy arrangement pitch of the light receiving element, an error occurs in the measurement results in practice There is a case.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、複数の受光素子により光ビームの暗線の位置（全反射減衰角θ_ＳＰ）の検出を行う測定装置において、測定精度を向上した測定方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and in a measurement apparatus that detects the position of a dark line (total reflection attenuation angle θ _SP ) of a light beam by a plurality of light receiving elements, a measurement method with improved measurement accuracy. And an object to provide an apparatus.

本発明者は、上述の特許文献２に記載されているような、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受光素子の配設方向に関して微分し、この微分値の中から全反射減衰角θ_ＳＰを検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および全反射減衰角θ_ＳＰの位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて全反射減衰角θ_ＳＰの位置を求める表面プラズモンセンサー等の測定装置において、測定結果に誤差が生じる場合があることを確認したため、この原因を探るべく微分値と暗線の位置との関係について詳細に調査を行った。 The present inventor differentiates the light detection signal output from each light receiving element of the arrayed light detecting means as described in Patent Document 2 above with respect to the arrangement direction of the light receiving element, identify the differential value comprising the target for differentiating the output of the light receiving element detecting the ATR angle theta _SP from the basis of the relational expression indicating the relationship between the position and the differential value of the differential value and the total reflection attenuation angle theta _SP in the measurement device such as a surface plasmon sensor for determining the position of the attenuated total reflection angle theta _SP Te, since it was confirmed that the measurement result is an error may occur, the relationship between the position of the differential value and dark line to explore the cause details Surveyed.

その結果これらの間には図１０（３）に示すような関係があることが分かった。図１０（３）は、互いに隣接する多数の受光素子の出力信号を受光素子の配設方向に関して微分した微分値と、暗線の位置との関係を示したグラフである。なお、縦軸を微分値（２つの受光素子から出力される信号の差分電圧）、横軸を位置としている。   As a result, it was found that there is a relationship as shown in FIG. FIG. 10 (3) is a graph showing the relationship between the differential value obtained by differentiating the output signals of a large number of light receiving elements adjacent to each other with respect to the arrangement direction of the light receiving elements, and the position of the dark line. The vertical axis represents the differential value (differential voltage between signals output from the two light receiving elements), and the horizontal axis represents the position.

従来は暗線の位置と微分値との関係を１次の式に近似させていたが、図１０（３）に示す通り、複数の受光素子の出力を受光素子の配設方向に関して微分する作動アンプアレイ18の中から暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む作動アンプ18ｄを中心として広範囲（例えば作動アンプ18ｄを中心として前後２ｃｈ分の計５ｃｈ）にわたって微分値と暗線の位置との関係を観察してみると、１次の式ではこれらの関係を正確に反映させることができず、３次の式に近似させることによりこれらの関係をより正確に反映させることができることを見出した。   Conventionally, the relationship between the position of the dark line and the differential value is approximated to a linear expression. However, as shown in FIG. 10 (3), an operational amplifier that differentiates the outputs of a plurality of light receiving elements with respect to the arrangement direction of the light receiving elements. The differential value and the position of the dark line over a wide range (for example, a total of 5 channels corresponding to 2 channels before and after the operation amplifier 18d) including the operation amplifier 18d included in the target for differentiating the output of the light receiving element that has detected the dark line from the array 18 When observing the relationship, it was found that these relationships cannot be accurately reflected by the first order equation, and these relationships can be reflected more accurately by approximating the third order equation. .

本発明は上記の新たな知見に基づいてなされたものであり、本発明の測定方法は、光ビームを薄膜層が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種々の角度で入射させ、複数の受光素子が所定方向に並設されてなる光検出手段により、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ようして検出し、光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、受光素子の並設方向に関して微分し、微分した微分値の中から、前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および暗線の位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて暗線の位置を求める測定方法において、暗線を検出した受光素子を含む互いに隣接する少なくとも５つの受光素子から得られる４つの微分値に基づいて算出した３次の近似式を関係式とすることを特徴とする方法である。   The present invention has been made on the basis of the above-mentioned new knowledge, and the measurement method of the present invention uses a light beam at the interface between the dielectric block and the thin film layer with respect to the dielectric block on which the thin film layer is formed. Each light beam component totally reflected at various reflection angles at the interface is obtained by light detection means in which a plurality of light receiving elements are arranged in parallel in a predetermined direction so as to obtain a total reflection condition. Different light receiving elements are detected as received light, and the light detection signals output from the respective light receiving elements of the light detecting means are differentiated with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements, and reflected from the differentiated differential value at the interface. Identify the differential value included in the target to differentiate the output of the light receiving element that detected the dark line where the light intensity becomes the minimum value, and based on this differential value and the relational expression showing the relationship between the position of the dark line and the differential value, the position of the dark line To the measurement method Te is a method which is characterized in that the at least five cubic approximate expression calculated on the basis of the four differential value obtained from the light receiving element relationship adjacent to each other including a light receiving element detects a dark line.

本発明による測定方法においては、暗線の位置を複数回測定し、これらの移動平均に基づいて暗線位置の経時変化を求めてもよい。   In the measurement method according to the present invention, the position of the dark line may be measured a plurality of times, and the change with time of the dark line position may be obtained based on these moving averages.

また、本発明による測定装置は、薄膜層が形成された誘電体ブロック、および薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えた測定ユニットと、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光検出手段と、光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、受光素子の並設方向に関して微分する微分手段と、微分手段により微分された微分値の中から、前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および暗線の位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて暗線の位置を求める演算手段とを備えてなる測定装置において、演算手段が、暗線を検出した受光素子を含む互いに隣接する少なくとも５つの受光素子から得られる４つの微分値に基づいて算出した３次の近似式を関係式とするものであることを特徴とするものである。   The measuring apparatus according to the present invention includes a dielectric block in which a thin film layer is formed, a measurement unit including a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer, a light source that generates a light beam, and a dielectric light beam. An incident optical system that is incident at various angles so as to obtain a total reflection condition at the interface between the dielectric block and the thin film layer with respect to the body block, and a plurality of light receiving elements are arranged in parallel in a predetermined direction, Light detection means arranged in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface, and light detection signals output from the respective light receiving elements of the light detection means Differentiating means for differentiating with respect to the direction in which the elements are arranged, and included in the target for differentiating the output of the light receiving element that detects the dark line where the reflected light intensity at the interface is a minimum value among the differential values differentiated by the differentiating means In a measuring device comprising a calculation means for specifying a minute value and calculating a dark line position based on the differential value and a relational expression indicating a relationship between the dark line position and the differential value, the calculation means detects the dark line. A relational expression is a cubic approximate expression calculated based on four differential values obtained from at least five light receiving elements adjacent to each other including the light receiving elements.

本発明による測定装置において演算手段は、暗線の位置を複数回測定し、これらの移動平均に基づいて暗線位置の経時変化を求めるものとしてもよい。   In the measuring apparatus according to the present invention, the calculation means may measure the position of the dark line a plurality of times and obtain a change with time in the dark line position based on a moving average of these.

本発明による測定方法および測定装置において、複数の微分値の中から前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定する方法は、複数の微分値の数列中の極大値と極小値の間にある微分値の中で最も０に近いものを選択したり、検出信号が最も小さい受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を選択する等、どのような方法であってもよい。   In the measurement method and the measurement apparatus according to the present invention, a method for specifying a differential value included in a target for differentiating an output of a light receiving element that detects a dark line in which a reflected light intensity at the interface is a minimum value among a plurality of differential values is as follows: The differential value included in the target to differentiate the output of the light receiving element with the smallest detection signal from among the differential values between the maximum value and the minimum value in the sequence of multiple differential values Any method may be used.

また、３次の近似式は、４つ以上の微分値であればいくつの微分値に基づいて算出してもよい。なお、４つ以上の微分値から３次の近似式を算出する方法としては、例えば最小二乗法等どのような方法を用いてもよい。   Further, the cubic approximation expression may be calculated based on any number of differential values as long as it is four or more differential values. In addition, as a method of calculating a cubic approximation expression from four or more differential values, any method such as a least square method may be used.

さらに、移動平均を算出する場合のデータの数についても特に限定はなく、何点のデータから算出してもよい。また、算出するデータ群についても、ある位置においてその位置から前のデータのみから算出したり、または、ある位置においてその位置の前後のデータから算出する等、どのような態様としてもよい。   Further, the number of data when calculating the moving average is not particularly limited, and may be calculated from any number of data. Further, the data group to be calculated may be in any form such as calculation from only data before the position at a certain position, or calculation from data before and after the position at a certain position.

また、本発明の測定方法における測定装置および本発明の測定装置は、薄膜層を、金属膜からなるものとし、前述の表面プラズモン共鳴による効果を利用して測定を行う、所謂表面プラズモンセンサーとして構成されたものとすることができる。また、薄膜層を、誘電体ブロックの前記一面に形成されたクラッド層とクラッド層上に形成された光導波層からなるものとし、光導波層における導波モードの励起による効果を利用して測定を行う、所謂漏洩モードセンサーとして構成されたものとすることができる。   In addition, the measuring device in the measuring method of the present invention and the measuring device of the present invention are configured as a so-called surface plasmon sensor in which the thin film layer is made of a metal film, and measurement is performed using the effect of the surface plasmon resonance described above. Can be. In addition, the thin film layer is composed of a clad layer formed on the one surface of the dielectric block and an optical waveguide layer formed on the clad layer, and measurement is performed by using the effect of waveguide mode excitation in the optical waveguide layer. It can be configured as a so-called leakage mode sensor.

また、薄膜層上の状態の測定方法は、誘電体ブロックと薄膜層との界面に対して種々の入射角度で入射させた光ビームの該界面での反射光を検出して、全反射減衰角もしくはその角度変化を検出することにより屈折率もしくは屈折率変化を測定するものであってもよいし、また、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屈折率もしくは屈折率変化を測定するものであってもよい。   The method for measuring the state on the thin film layer is to detect the reflected light at the interface between the dielectric block and the thin film layer at various incident angles and detect the total reflection attenuation angle. Alternatively, the refractive index or refractive index change may be measured by detecting the angle change, and DVNoort, K. johansen, C.-F. Mandenius, Porous Gold in Surface Plasmon Resonance Measurement, As described in EUROSENSORS XIII, 1999, pp.585-588, a light beam having a plurality of wavelengths is incident at an incident angle at which the total reflection condition is obtained at the interface, and is totally reflected at the interface for each wavelength. The refractive index or refractive index change may be measured by measuring the intensity of the light beam and detecting the degree of total reflection attenuation for each wavelength.

本発明の測定方法および測定装置によれば、光ビームを薄膜層が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種々の角度で入射させ、複数の受光素子が所定方向に並設されてなる光検出手段により、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ようして検出し、光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、受光素子の並設方向に関して微分し、微分した微分値の中から、前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、この微分値および暗線の位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて暗線の位置を求める場合において、暗線を検出した受光素子を含む互いに隣接する少なくとも５つの受光素子から得られる４つの微分値に基づいて算出した３次の近似式を関係式とすることにより、上記関係式をより現実に近い形とすることができるため、より正確に暗線の位置を算出することが可能となる。   According to the measuring method and measuring apparatus of the present invention, the light beam is applied to the dielectric block on which the thin film layer is formed at various angles so that the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer. Incidence is detected by a light detection means in which a plurality of light receiving elements are arranged in parallel in a predetermined direction so that components of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface are received by different light receiving elements, The light detection signal output from each light receiving element of the light detecting means is differentiated with respect to the direction in which the light receiving elements are arranged in parallel, and the light received by detecting the dark line where the reflected light intensity at the interface becomes the minimum value from the differentiated differential value. When the differential value included in the target to differentiate the output of the element is specified, and the dark line position is obtained based on the differential value and the relational expression indicating the relationship between the dark line position and the differential value, the light receiving element that detects the dark line is determined. Including each other By using a cubic approximate expression calculated based on four differential values obtained from at least five adjacent light receiving elements as a relational expression, the above relational expression can be made a more realistic form. It is possible to calculate the position of the dark line.

また、上記測定方法および測定装置において、暗線の位置を複数回測定し、これらの移動平均に基づいて暗線位置の経時変化を求めるようにすることにより、光検出手段の各受光素子の感度誤差等に起因する測定誤差を吸収してより正確に暗線の位置を算出することが可能となる。   Further, in the measurement method and the measurement apparatus described above, the dark line position is measured a plurality of times, and the change with time of the dark line position is obtained based on the moving average thereof, so that the sensitivity error of each light receiving element of the light detection means, etc. It is possible to more accurately calculate the position of the dark line by absorbing the measurement error caused by.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本発明の第１の実施の形態の測定装置は、測定ユニットの複数の測定部に光ビームを並列的に入射させることにより複数の試料の分析を同時に行うことが可能な表面プラズモンセンサーであり、図１は本実施の形態の表面プラズモンセンサーの概略構成を示す平面図、図２はこの表面プラズモンセンサーの測定系の平面図、図３はこの表面プラズモンセンサーの測定系の側面図、図８は図２中のVIII−VIII線断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention is a surface plasmon sensor capable of simultaneously analyzing a plurality of samples by allowing light beams to enter the plurality of measurement units of the measurement unit in parallel. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a surface plasmon sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of a measurement system of the surface plasmon sensor, FIG. 3 is a side view of the measurement system of the surface plasmon sensor, and FIG. It is the VIII-VIII sectional view taken on the line in FIG.

この表面プラズモンセンサー１は、図１に示すように、測定ユニット10に設けられた複数の測定部毎に光ビームを並列的に入射させることにより複数の試料の分析を同時に行うことが可能な表面プラズモンセンサーであり、同様の構成の複数の表面プラズモン測定系１Ａ、１Ｂ…により構成されている。各測定系の構成について、個別の要素を表す符号であるＡ、Ｂ…の符号は省略して説明する。   As shown in FIG. 1, the surface plasmon sensor 1 has a surface that can simultaneously analyze a plurality of samples by allowing a light beam to enter in parallel for each of a plurality of measurement units provided in the measurement unit 10. A plasmon sensor, which is composed of a plurality of surface plasmon measurement systems 1A, 1B,. The configuration of each measurement system will be described by omitting the symbols A, B,.

図２、図３および図８に示すように、各測定系は、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を測定ユニット10に通し、流路60（測定部）の下の誘電体ブロック50と金属膜55との２箇所の界面50ｆおよび50ｇに対して、種々の入射角が得られるように並列的に入射させる光学系15と、上記界面50ｆおよび50ｇで全反射した光ビーム13を各々平行光化する２つの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を各々検出する２つのフォトダイオードアレイ17と、２つのフォトダイオードアレイ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に接続された表示部21とを備えている。なお、信号処理部20は、暗線の位置を算出する演算手段としても機能するものである。この演算手段の処理の詳細については後述する。   As shown in FIGS. 2, 3, and 8, each measurement system measures a light source 14 (hereinafter referred to as a laser light source 14) composed of a semiconductor laser or the like that generates one light beam 13, and the light beam 13. Through the unit 10, the light is incident in parallel on the two interfaces 50f and 50g between the dielectric block 50 and the metal film 55 below the flow channel 60 (measurement unit) so that various incident angles can be obtained. An optical system 15, two collimator lenses 16 for collimating the light beams 13 totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and two photodiode arrays 17 for detecting the collimated light beams 13, respectively. A differential amplifier array 18 connected to the two photodiode arrays 17, a driver 19, a signal processing unit 20 including a computer system, and a display unit 21 connected to the signal processing unit 20. Yes. The signal processing unit 20 also functions as a calculation unit that calculates the position of the dark line. Details of the processing of this computing means will be described later.

まず、測定ユニット10について説明する。図４は測定ユニット10の斜視図、図５は上記測定ユニットの分解斜視図、図６は上記測定ユニットの上面図、図７は図６中のVII−VII線断面図である。   First, the measurement unit 10 will be described. 4 is a perspective view of the measurement unit 10, FIG. 5 is an exploded perspective view of the measurement unit, FIG. 6 is a top view of the measurement unit, and FIG. 7 is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG.

測定ユニット10は、光ビームに対して透明であり、平滑な上面50ａに薄膜層としての金属膜55が形成された誘電体ブロック50と、この誘電体ブロック50の金属膜55上に密接される流路部材（試料供給機構）51と、誘電体ブロック50と係合して、流路部材51を誘電体ブロック50の上面50ａ上に保持する保持部材52とから構成される。   The measurement unit 10 is transparent to the light beam and is in close contact with the dielectric block 50 in which a metal film 55 as a thin film layer is formed on a smooth upper surface 50a, and the metal film 55 of the dielectric block 50. A flow path member (sample supply mechanism) 51 and a holding member 52 that engages with the dielectric block 50 and holds the flow path member 51 on the upper surface 50a of the dielectric block 50 are configured.

誘電体ブロック50は、例えば透明樹脂等からなるものであり、長手方向に直交する断面が上底よりも下底の方が短い台形状の本体を有し、この本体の長手方向の両端部に上面（もしくは下面）方向から見たときの幅が本体よりも薄く形成された保持部50ｂが形成されたもので、後述の測定装置の光源から出射された光ビームを誘電体ブロック50と金属膜55との界面に入射させるとともに、この界面で全反射した光ビームを測定装置の光検出手段に向けて出射させるプリズム部が一体的に形成されたものである。本体の長手方向の両側面には後述の保持部材52に形成された係合孔52ｃに係合させるための係合凸部50ｃと側面が垂直に形成された垂直凸部50ｄとが両側面で各々互いに対向するように形成されており、底面には長手方向に平行に延びる摺動溝50ｅが形成されている。   The dielectric block 50 is made of, for example, a transparent resin, and has a trapezoidal body whose section perpendicular to the longitudinal direction is shorter at the lower base than at the upper base, and at both ends in the longitudinal direction of the main body. A holding portion 50b having a width smaller than that of the main body when viewed from the upper surface (or lower surface) direction is formed, and a light beam emitted from a light source of a measuring apparatus described later is applied to the dielectric block 50 and the metal film. A prism portion is formed integrally so as to be incident on the interface with 55 and to emit the light beam totally reflected on the interface toward the light detection means of the measuring apparatus. On both side surfaces in the longitudinal direction of the main body are engaging convex portions 50c for engaging with engaging holes 52c formed in a holding member 52, which will be described later, and vertical convex portions 50d whose side surfaces are formed vertically. Sliding grooves 50e extending in parallel with the longitudinal direction are formed on the bottom surface.

流路部材51は、入口61から測定部63に至る供給路62、および測定部63から出口65に至る排出路64から構成される流路60が、流路部材51の長手方向に渡って複数形成されており、この複数の流路60は直線状に配置されている。   The flow path member 51 includes a plurality of flow paths 60 including a supply path 62 extending from the inlet 61 to the measurement section 63 and a discharge path 64 extending from the measurement section 63 to the outlet 65 in the longitudinal direction of the flow path member 51. The plurality of flow paths 60 are arranged in a straight line.

図７に示すように、流路部材51の下部部分には、供給路62の出口と排出路64の入口が開口され、また流路部材51の下面に位置する金属膜55の表面と接する領域に、この供給路62の出口と排出路64の入口を囲むシール部51ａが形成されており、このシール部51ａの内側が測定部63となる。このため、流路部材51を誘電体ブロック50の金属膜55上に密接させた場合に、このシール部51ａ内の測定部63が流路として機能するようになる。なお、シール部51ａは、流路部材51の上部部分と一体形成されたものであってもよいし、上部部分とは異なる素材により形成され、後付されたものであってもよく、例えばＯリング等を流路部材51の下部部分に取り付けたものであってもよい。   As shown in FIG. 7, the lower portion of the flow path member 51 has the outlet of the supply path 62 and the inlet of the discharge path 64 opened, and a region in contact with the surface of the metal film 55 located on the lower surface of the flow path member 51. Further, a seal part 51a is formed surrounding the outlet of the supply path 62 and the inlet of the discharge path 64, and the inside of the seal part 51a becomes the measurement part 63. For this reason, when the flow path member 51 is brought into close contact with the metal film 55 of the dielectric block 50, the measurement section 63 in the seal section 51a functions as a flow path. The seal portion 51a may be integrally formed with the upper portion of the flow path member 51, or may be formed of a material different from the upper portion and attached later, for example, O A ring or the like attached to the lower portion of the flow path member 51 may be used.

本発明の測定ユニットを使用する表面プラズモンセンサー等の測定装置では、蛋白質を含む液体試料が使用されることが想定されるが、流路60内で液体試料中の蛋白質が固着してしまうと測定を正確に行うことが困難となってしまうため、流路部材51の材料としては蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましく、具体的にはシリコン、ポリプロピレン等を用いるとよい。また、流路部材51をこのような弾性材料からなるものとすることにより、流路部材51を金属膜55上に確実に密接させることができるため、接触面からの液体試料の液漏れを防止することができる。   In a measuring device such as a surface plasmon sensor using the measuring unit of the present invention, it is assumed that a liquid sample containing a protein is used. However, if the protein in the liquid sample is fixed in the flow channel 60, the measurement is performed. Therefore, it is preferable that the material of the flow path member 51 does not have non-specific adsorptivity to proteins, and specifically, silicon, polypropylene, or the like may be used. In addition, since the flow path member 51 is made of such an elastic material, the flow path member 51 can be reliably brought into close contact with the metal film 55, thereby preventing liquid leakage of the liquid sample from the contact surface. can do.

保持部材52は、ポリプロピレン等の弾性材料からなり、長手方向と直交する方向の断面が略冂字形状をしており、保持部材52の上板（保持板部）の流路部材51の入口61および出口65と対向する位置には流路部材51に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔52ａが形成されており、保持部材52の上面の各ピペット挿入孔52ａの中間、および両端のピペット挿入孔52ａのさらに外側には位置決め用のボス52ｂが形成されている。   The holding member 52 is made of an elastic material such as polypropylene, and the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction has a substantially square shape, and the inlet 61 of the flow path member 51 of the upper plate (holding plate portion) of the holding member 52. Further, a tapered pipette insertion hole 52a that narrows toward the flow path member 51 is formed at a position facing the outlet 65, and pipette insertion at the middle of each pipette insertion hole 52a on the upper surface of the holding member 52 and at both ends A positioning boss 52b is formed on the outer side of the hole 52a.

また、この保持部材52の上面には、蒸発防止部材54が両面テープ（接着部材）53により貼付されている。図５に示すように、両面テープ53のピペット挿入孔52ａと対向する位置にはピペット挿入用の孔53ａが形成され、ボス52ｂと対向する位置には位置決め用の孔53ｂが形成されており、同様に、蒸発防止部材54のピペット挿入孔52ａと対向する位置にはスリット54ａが形成され、ボス52ｂと対向する位置には位置決め用の孔54ｂが形成されており、ボス52ｂに両面テープ53の孔53ｂおよび蒸発防止部材54の孔54ｂを挿通した状態で、蒸発防止部材54を保持部材52の上面に貼付することにより、蒸発防止部材54のスリット54ａと流路部材51の入口61および出口65とが対向するように構成される。この蒸発防止部材54は、スリット54ａからピペットを挿入できるように弾性を有する材料である必要があり、具体的にはシリコンまたはポリプロピレン等を用いるとよい。なお、上記の保持部材52と蒸発防止部材54とは一体的に形成してもよく、これに加えてさらに流路部材51も一体的に形成してもよい。   Further, an evaporation preventing member 54 is attached to the upper surface of the holding member 52 with a double-sided tape (adhesive member) 53. As shown in FIG. 5, a pipette insertion hole 53a is formed at a position facing the pipette insertion hole 52a of the double-sided tape 53, and a positioning hole 53b is formed at a position facing the boss 52b. Similarly, a slit 54a is formed at a position facing the pipette insertion hole 52a of the evaporation preventing member 54, and a positioning hole 54b is formed at a position facing the boss 52b. In a state where the hole 53b and the hole 54b of the evaporation preventing member 54 are inserted, the evaporation preventing member 54 is attached to the upper surface of the holding member 52, whereby the slit 54a of the evaporation preventing member 54, the inlet 61 and the outlet 65 of the flow path member 51 are obtained. Are configured to face each other. The evaporation preventing member 54 needs to be made of a material having elasticity so that a pipette can be inserted from the slit 54a, and specifically silicon or polypropylene may be used. The holding member 52 and the evaporation preventing member 54 may be integrally formed, and in addition to this, the flow path member 51 may be integrally formed.

さらに、保持部材52の長手方向側板には、誘電体ブロック50に形成された係合凸部50ｃに係合させるための係合孔52ｃが形成されており、この係合孔52ｃを係合凸部50ｃに係合させて保持部材52と誘電体ブロック50とを係合させた状態で、流路部材51が保持部材52と誘電体ブロック50とに挟持され、流路部材51が誘電体ブロック50の上面50ａ上に保持されるように構成されている。   Furthermore, an engagement hole 52c for engaging with an engagement protrusion 50c formed in the dielectric block 50 is formed in the longitudinal side plate of the holding member 52, and the engagement hole 52c is engaged with the engagement protrusion 52c. In a state where the holding member 52 and the dielectric block 50 are engaged with each other by the portion 50c, the flow path member 51 is sandwiched between the holding member 52 and the dielectric block 50, and the flow path member 51 is the dielectric block. 50 is configured to be held on the upper surface 50a.

図７に示すように、流路部材51が保持部材52と誘電体ブロック50とに挟持された状態では、流路部材51の入口61および出口65は、蒸発防止部材54のスリット54ａにより外気から遮断され、流路60内に注入された液体試料の蒸発を防止するように構成されている。   As shown in FIG. 7, in a state where the flow path member 51 is sandwiched between the holding member 52 and the dielectric block 50, the inlet 61 and the outlet 65 of the flow path member 51 are separated from the outside air by the slit 54a of the evaporation preventing member 54. The liquid sample that is blocked and injected into the flow path 60 is configured to prevent evaporation.

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を分割するハーフミラー15ｃと、ハーフミラー15ｃにより反射された光ビーム13を測定ユニット10方向に反射させるミラー15ｄと、ハーフミラー15ｃを透過した光ビーム13、およびミラー15ｄにより反射された光ビーム13を上記界面50ｆおよび50ｇ上で各々収束させる２つの集光レンズ15ｂとから構成されている。   The incident optical system 15 includes a collimator lens 15a that collimates the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state, a half mirror 15c that divides the collimated light beam 13, and a half mirror 15c. The light beam 13 reflected by the mirror 15d is reflected in the direction of the measurement unit 10, the light beam 13 transmitted through the half mirror 15c, and the light beam 13 reflected by the mirror 15d are converged on the interfaces 50f and 50g, respectively. It is composed of two condenser lenses 15b.

光ビーム13は、上述のように集光されるので、界面50ｆおよび50ｇ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50ｆおよび50ｇ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50ｆおよび50ｇ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。   Since the light beam 13 is condensed as described above, the light beam 13 includes components incident on the interfaces 50f and 50g at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles. The optical system 15 may be configured to cause the light beam 13 to enter the interfaces 50f and 50g in a defocused state. By doing so, errors in surface plasmon resonance state detection are averaged, and measurement accuracy is improved.

なお光ビーム13は、界面50ｆおよび50ｇ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。   The light beam 13 is incident on the interfaces 50f and 50g as p-polarized light. In order to do so, the laser light source 14 may be disposed in advance so that the polarization direction thereof is a predetermined direction. In addition, the direction of polarization of the light beam 13 may be controlled with a wave plate.

図８に示すように、本実施の形態において、測定ユニット10の各流路60の測定部63
には２箇所の界面50ｆおよび50ｇに対して光ビーム13が並列的に入射されるが、このうち一方の界面50ｆ上の金属膜55上は何も固定していない参照領域とし、他方の界面50ｇ上の金属膜55上はリガンド73を固定した検出領域とし、後述のリファレンス法による測定結果の校正を行うことができるようにしている。 As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the measurement unit 63 of each flow path 60 of the measurement unit 10 is used.
The light beam 13 is incident on the two interfaces 50f and 50g in parallel, of which the metal film 55 on one interface 50f is used as a reference region where nothing is fixed, and the other interface On the metal film 55 above 50 g, a detection region in which the ligand 73 is fixed is used so that the measurement result can be calibrated by the reference method described later.

以下、上記構成の表面プラズモンセンサー１による試料分析について説明する。測定に先立ち、恒温室２からチップ保持部11上の測定位置へ向けて測定ユニット10が移動される。チップ保持部11には誘電体ブロック50に形成された摺動溝50ｅと係合するレール11ａが形成されており、測定ユニット10を移動させる際に高い位置精度を確保することができるようになっている。さらに、測定ユニット10がチップ保持部11上に載置された後、誘電体ブロック50に形成された垂直凸部50ｄが不図示の固定機構により挟持されてチップ保持部11上の測定位置に固定される。その後、図８に示すように流路部材51の入口61に液体試料供給用ピペットチップ70を挿入し、出口65に液体試料吸入用ピペットチップ71を挿入し、液体試料供給用ピペットチップ70から液体試料としてアナライトを含有するバッファー72を流路60の測定部63に供給した後、測定を開始する。   Hereinafter, sample analysis by the surface plasmon sensor 1 having the above-described configuration will be described. Prior to the measurement, the measurement unit 10 is moved from the temperature-controlled room 2 toward the measurement position on the chip holder 11. The chip holding portion 11 is formed with a rail 11a that engages with a sliding groove 50e formed in the dielectric block 50, so that high positional accuracy can be ensured when the measuring unit 10 is moved. ing. Further, after the measurement unit 10 is placed on the chip holding part 11, the vertical convex part 50d formed on the dielectric block 50 is clamped by a fixing mechanism (not shown) and fixed at the measurement position on the chip holding part 11. Is done. Thereafter, as shown in FIG. 8, the pipette tip 70 for supplying the liquid sample is inserted into the inlet 61 of the flow path member 51, and the pipette tip 71 for sucking the liquid sample is inserted into the outlet 65. After supplying the buffer 72 containing the analyte as a sample to the measuring unit 63 of the flow channel 60, the measurement is started.

図３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、測定部63の下の誘電体ブロック50と金属膜55との界面50ｆおよび50ｇ上で収束する。この際、光ビーム13は、界面50ｆおよび50ｇ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50ｆおよび50ｇ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。   As shown in FIG. 3, the light beam 13 emitted from the laser light source 14 in a divergent light state is caused on the interfaces 50 f and 50 g between the dielectric block 50 and the metal film 55 below the measuring unit 63 by the action of the optical system 15. Converge. At this time, the light beam 13 includes components incident on the interfaces 50f and 50g at various incident angles θ. In addition, this incident angle (theta) shall be an angle more than a total reflection angle. Therefore, the light beam 13 is totally reflected at the interfaces 50f and 50g, and the reflected light beam 13 includes components reflected at various reflection angles.

界面50ｆおよび50ｇで全反射した後、２つのコリメーターレンズ16によって各々平行光化された２本の光ビーム13は、２つのフォトダイオードアレイ17により各々検出される。本例におけるフォトダイオードアレイ17は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ……が１列に並設されてなり、図３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50ｆおよび50ｇ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。   After total reflection at the interfaces 50f and 50g, the two light beams 13 respectively collimated by the two collimator lenses 16 are detected by the two photodiode arrays 17, respectively. In the photodiode array 17 in this example, a plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c... Are arranged in a line, and in the traveling direction of the collimated light beam 13 in the plane shown in FIG. On the other hand, the photodiodes are arranged in a direction in which the parallel arrangement direction of the photodiodes is substantially a right angle. Therefore, different photodiodes 17a, 17b, 17c,... Receive the components of the light beam 13 totally reflected at various reflection angles at the interfaces 50f and 50g.

図９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、差動アンプアレイ18、ドライバ19、信号処理部20は、２つのフォトダイオードアレイ17からの入力に対して、同様の処理を並列的に行うように構成されている。   FIG. 9 is a block diagram showing an electrical configuration of the surface plasmon sensor. As shown in the figure, the driver 19 samples and holds the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Of the differential amplifier array 18, and these sample-hold circuits 22a, 22b. , 22c... Are input to the multiplexer 23, the A / D converter 24 which digitizes the output of the multiplexer 23 and inputs it to the signal processing unit 20, the multiplexer 23 and the sample hold circuits 22a, 22b, 22c. And a controller 26 that controls the operation of the drive circuit 25 based on an instruction from the signal processing unit 20. The differential amplifier array 18, the driver 19, and the signal processing unit 20 are configured to perform the same processing in parallel on the inputs from the two photodiode arrays 17.

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。   The outputs of the photodiodes 17a, 17b, 17c,... Are input to the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,. At this time, the outputs of two photodiodes adjacent to each other are input to a common differential amplifier. Therefore, it can be considered that the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Are obtained by differentiating the photodetection signals output from the plurality of photodiodes 17a, 17b, 17c,.

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。   The outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c... Are sampled and held at predetermined timings by the sample hold circuits 22a, 22b, 22c. The multiplexer 23 inputs the sampled and held outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c,... Into the A / D converter 24 in a predetermined order. The A / D converter 24 digitizes these outputs and inputs them to the signal processing unit 20.

図１０は、界面50ｆ（または50ｇ）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50ｆ（または50ｇ）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。   FIG. 10 illustrates the relationship between the light intensity for each incident angle θ of the light beam 13 totally reflected at the interface 50f (or 50g) and the outputs of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. Here, it is assumed that the relationship between the incident angle θ of the light beam 13 to the interface 50f (or 50g) and the light intensity I is as shown in the graph of FIG.

界面50ｆ（または50ｇ）にある特定の入射角θ_ＳＰで入射した光は、金属膜55とバッファー72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θ_ＳＰが全反射減衰角であり、この角度θ_ＳＰ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３にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。 Light incident at a specific incident angle θ _SP at the interface 50f (or 50g) excites surface plasmons at the interface between the metal film 55 and the buffer 72, and the reflected light intensity I sharply decreases for this light. That theta _SP is attenuated total reflection angle, the reflected light intensity I in the angle theta _SP takes a minimum value. This decrease in the reflected light intensity I is observed as a dark line in the reflected light, as indicated by D in FIG.

また図１０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。   (2) in FIG. 10 shows the direction in which the photodiodes 17a, 17b, 17c... Are arranged, and as described above, the positions in the direction in which these photodiodes 17a, 17b, 17c. It uniquely corresponds to the incident angle θ.

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。   The relationship between the positions of the photodiodes 17a, 17b, 17c..., That is, the incident angle θ, and the output I ′ (differential value of the reflected light intensity I) of the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. As shown in FIG.

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、全反射減衰角θ_ＳＰ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、すなわち全反射減衰角θ_ＳＰを検出したフォトダイオードを含むように接続された作動アンプを選択する。図１０の例では、全反射減衰角θ_ＳＰを検出したフォトダイオード17ｅとこのフォトダイオード17ｅに隣接するフォトダイオード17ｄとに接続された差動アンプ18ｄが選択される。次に、選択した差動アンプを中心として前後２ｃｈ分の合計５ｃｈの作動アンプの出力（図１０の例では差動アンプ18ｂ〜18ｆ）に基づいて図１１に示すような３次の近似式Ｅを算出する。 Based on the value of the differential value I ′ input from the A / D converter 24, the signal processing unit 20 selects the differential corresponding to the total reflection attenuation angle θ _SP from among the differential amplifiers 18a, 18b, 18c. The operational amplifier connected so as to include the photodiode that has obtained the output closest to the value I ′ = 0, that is, the total reflection attenuation angle θ _SP is selected. In the example of FIG. 10, the differential amplifier 18d connected to the photodiode 17d of the photodiode 17e detecting the ATR angle theta _SP adjacent to the photodiode 17e is selected. Next, a third-order approximation E as shown in FIG. 11 based on the outputs of the operation amplifiers of a total of 5 channels for 2 channels before and after the selected differential amplifier (differential amplifiers 18b to 18f in the example of FIG. 10). Is calculated.

ここで近似式について説明する。図１１は作動アンプの出力（微分値）と全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置との関係を示すグラフである。なお、縦軸を差動アンプの出力電圧（Ｖ）、横軸を全反射減衰角θ_ＳＰの位置（ＲＵ）としている。この図に示す通り、作動アンプの出力（微分値）と全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置との関係は１次の式では正確に反映させることができず、３次の式に近似させることによりこれらの関係をより正確に反映させることができる。なお、５ｃｈの作動アンプの出力から３次の近似式を求める方法については、例えば最小二乗法を用いる等、どのような方法を用いてもよい。 Here, the approximate expression will be described. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the output (differential value) of the operational amplifier and the position of the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line). Incidentally, the vertical axis differential amplifier output voltage (V), and the horizontal axis is the position of the attenuated total reflection angle θ _SP (RU). As shown in this figure, the relationship between the output (differential value) of the operational amplifier and the position of the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line) cannot be accurately reflected by the first-order equation, and approximates to the third-order equation. It is possible to reflect these relationships more accurately. As a method for obtaining a cubic approximation expression from the output of the 5ch operation amplifier, any method may be used such as, for example, a least square method.

上記のようにして得た近似式Ｅを作動アンプの出力（微分値）と全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置との関係を示す関係式Ｅとして、この関係式Ｅと上記で微分値Ｉ´＝０に最も近い出力が得られているものとして選択した作動アンプ（本実施の形態においては作動アンプ18ｄ）の出力とに基づいて全反射減衰角θ_ＳＰの位置を求め、その結果を表示部21に表示させる。 The approximate expression E obtained as described above is expressed as a relational expression E indicating the relation between the output (differential value) of the operating amplifier and the position of the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line). The position of the total reflection attenuation angle θ _SP is obtained based on the output of the operational amplifier (the operational amplifier 18d in the present embodiment) that is selected as the output that is closest to I ′ = 0, and the result is obtained. It is displayed on the display unit 21.

以後、所定時間が経過する毎に上記の処理が行われて、全反射減衰角θ_ＳＰ、すなわち暗線の位置の経時変化が表示部21に表示される。図１２にその表示例を示す。図１２は全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置の経時変化を示すグラフである。なお、縦軸を全反射減衰角θ_ＳＰの位置（ＲＵ）、横軸を時間（ｔ）としている。 Thereafter, the above-described processing is performed every time a predetermined time elapses, and the total reflection attenuation angle θ _SP , that is, the change with time of the position of the dark line is displayed on the display unit 21. FIG. 12 shows an example of the display. FIG. 12 is a graph showing a change with time of the position of the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line). The position of the vertical axis of the attenuated total reflection angle θ _SP (RU), and the horizontal axis time (t).

グラフ中の補正前のデータライン（点線）に示す通り、暗線が移動することによって暗線を検出している作動アンプが変わった場合、作動アンプに接続されているフォトダイオードの感度誤差等によって、作動アンプの切り替わり部分において測定データが綺麗に連続しないことがある。そのため、暗線の位置の経時変化を求める場合には、複数の測定で得られたデータの移動平均を求めることにより、グラフ中の補正後のデータライン（実線）に示す通り、フォトダイオードの感度誤差等に起因する測定誤差を吸収してより正確に暗線の位置を算出することが可能となる。なお、移動平均を算出する場合のデータの数については特に限定はなく、何点のデータから算出してもよい。また、算出するデータ群についても、ある位置においてその位置から前のデータのみから算出したり、または、ある位置においてその位置の前後のデータから算出する等、どのような態様としてもよい。   As shown in the data line (dotted line) before correction in the graph, when the operating amplifier that detects the dark line changes due to the movement of the dark line, it operates due to the sensitivity error of the photodiode connected to the operating amplifier. The measurement data may not continue cleanly at the amplifier switching part. Therefore, when determining the time-dependent change in the position of the dark line, the sensitivity error of the photodiode is obtained as shown by the corrected data line (solid line) in the graph by calculating the moving average of the data obtained by multiple measurements. It is possible to more accurately calculate the position of the dark line by absorbing measurement errors caused by the above. Note that the number of data for calculating the moving average is not particularly limited, and may be calculated from any number of data. Further, the data group to be calculated may be in any form such as calculation from only data before the position at a certain position, or calculation from data before and after the position at a certain position.

本実施形態では検出領域において、バッファー72に含まれるアナライトがリガンド73と結合する特定物質であれば、リガンド73とアナライトとの結合状態に応じてリガンド73の屈折率が変化するので、暗線の位置を測定し続けることにより、アナライトがリガンド73と結合する特定物質であるか否かを検出することができる。   In the present embodiment, in the detection region, if the analyte contained in the buffer 72 is a specific substance that binds to the ligand 73, the refractive index of the ligand 73 changes depending on the binding state between the ligand 73 and the analyte. By continuing to measure the position, it is possible to detect whether the analyte is a specific substance that binds to the ligand 73.

さらに、本実施の形態においては、リファレンス法を行うべく検出領域と参照領域の２つの領域を有し、この２つの領域の測定を同時に行っているため、リガンド73の変形により生じた誤差を校正した結果に対して、さらにリファレンス法によりバッファー73の温度変化や、光源変動等の外乱による誤差を校正することができる。   Furthermore, in the present embodiment, there are two regions, a detection region and a reference region, for performing the reference method, and measurement of these two regions is performed at the same time, so that an error caused by deformation of the ligand 73 is calibrated. In addition, the reference method can be used to calibrate errors caused by disturbances such as temperature changes in the buffer 73 and light source fluctuations.

本実施の形態においては、５ｃｈ分の作動アンプの出力に基づいて３次の近似式を算出したが、特にこれに限定されるものではなく、３次の近似式を算出する場合には少なくとも４つの値があればよいため、４ｃｈ分以上であれば何ｃｈ分の作動アンプの出力に基づいて３次の近似式を算出してもよい。   In the present embodiment, the third-order approximate expression is calculated based on the outputs of the operation amplifiers for 5 channels. However, the present invention is not limited to this, and at least 4 is required when calculating the third-order approximate expression. Since there is only one value, a third-order approximate expression may be calculated based on the output of the operation amplifier for any number of channels as long as it is for 4 channels or more.

また、金属膜55上の参照領域には何も固定していないが、参照領域はバッファー72中のアナライトと結合しない機能を有している方が好ましい。そのような態様とするためには、例えばアルキルチオール、アミノアルコールまたはアミノエーテル等を金属膜55上に固定すればよい。また、リガンド固定機能のない有機膜や、測定に用いるアナライトと反応しないことが分かっているタンパク質を参照面として使ってもよい。   Further, nothing is fixed to the reference region on the metal film 55, but it is preferable that the reference region has a function of not binding to the analyte in the buffer 72. In order to achieve such an embodiment, for example, alkylthiol, amino alcohol, amino ether or the like may be fixed on the metal film 55. Alternatively, an organic film having no ligand fixing function or a protein known not to react with an analyte used for measurement may be used as a reference surface.

また、測定装置については、複数の表面プラズモン測定系により測定ユニットに設けられた全ての流路に対して同時に測定を行う態様に限定されるものではなく、一つの表面プラズモン測定系のみを備え、測定ユニットの位置を測定系に対して相対的に移動させることによって測定ユニットに設けられた複数の流路の測定を順次行う態様としてもよい。   In addition, the measuring device is not limited to a mode in which a plurality of surface plasmon measurement systems simultaneously measure all the channels provided in the measurement unit, and includes only one surface plasmon measurement system, It is good also as an aspect which measures the several flow path provided in the measurement unit sequentially by moving the position of a measurement unit relatively with respect to a measurement system.

次に、図１３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１３において、図３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ユニットは漏洩モードセンサーに対応したものであり、測定系は第１の実施の形態の表面プラズモンセンサーと同じ構成である。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the same elements as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted unless particularly required. The measurement unit of the second embodiment corresponds to a leaky mode sensor, and the measurement system has the same configuration as the surface plasmon sensor of the first embodiment.

この測定ユニット10´の誘電体ブロック50の一面（図中の上面）には薄膜層としてのクラッド層56および光導波層57が順に積層されている。誘電体ブロック50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56は、誘電体ブロック50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57は、クラッド層56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56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57の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。   On one surface (upper surface in the figure) of the dielectric block 50 of the measurement unit 10 ′, a clad layer 56 and an optical waveguide layer 57 as a thin film layer are sequentially laminated. The dielectric block 50 is formed using, for example, synthetic resin or optical glass such as BK7. On the other hand, the cladding layer 56 is formed in a thin film shape using a dielectric having a lower refractive index than that of the dielectric block 50 or a metal such as gold. The optical waveguide layer 57 is also formed into a thin film using a dielectric having a higher refractive index than the cladding layer 56, such as PMMA. The thickness of the cladding layer 56 is, for example, 36.5 nm when formed from a gold thin film, and the thickness of the optical waveguide layer 57 is, for example, about 700 nm when formed from PMMA.

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50を通してクラッド層56に対して全反射角以上の入射角で入射させると、光ビーム13が誘電体ブロック50とクラッド層56との界面50ｆおよび50ｇで全反射するが、クラッド層56を透過して光導波層57に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層57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57に取り込まれるので、上記界面50ｆおよび50ｇ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。   In the leakage mode sensor configured as described above, when the light beam 13 emitted from the laser light source 14 is incident on the cladding layer 56 through the dielectric block 50 at an incident angle equal to or greater than the total reflection angle, the light beam 13 and the dielectric block 50 Although the light is totally reflected at the interfaces 50f and 50g with the clad layer 56, light of a specific wave number that is transmitted through the clad layer 56 and incident on the optical waveguide layer 57 at a specific incident angle propagates through the optical waveguide layer 57 in a waveguide mode. Will come to do. When the waveguide mode is excited in this way, most of the incident light is taken into the optical waveguide layer 57, and total reflection attenuation occurs in which the intensity of light totally reflected at the interfaces 50f and 50g sharply decreases.

光導波層57における導波光の波数は、該光導波層57の上のバッファー72もしくはリガンド73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、バッファー72もしくはリガンド73の屈折率を知ることができる。また、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´に基づいてリガンド73とバッファー72の中の被検体との結合状態の変化の様子を調べることができる。   Since the wave number of guided light in the optical waveguide layer 57 depends on the refractive index of the buffer 72 or the ligand 73 on the optical waveguide layer 57, knowing the specific incident angle at which total reflection attenuation occurs, the buffer 72 or the ligand The refractive index of 73 can be known. Further, it is possible to examine the change in the binding state between the ligand 73 and the analyte in the buffer 72 based on the differential value I ′ output from each differential amplifier of the differential amplifier array 18.

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。   Also in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

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概略構成を示す平面図The top view which shows schematic structure of the surface plasmon sensor by the 1st Embodiment of this invention 上記表面プラズモンセンサーの測定系の平面図Plan view of the measurement system of the above surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定系の側面図Side view of the measurement system of the above surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定ユニットの斜視図Perspective view of the measurement unit of the surface plasmon sensor 上記測定ユニットの分解斜視図Exploded perspective view of the measurement unit 上記測定ユニットの上面図Top view of the above measurement unit 図６中のVII−VII線断面図VII-VII line sectional view in FIG. 図２中のVIII−VIII線断面図VIII-VIII sectional view in FIG. 上記表面プラズモンセンサーの測定系の電気的構成を示すブロック図Block diagram showing the electrical configuration of the measurement system of the surface plasmon sensor 上記表面プラズモンセンサーの測定系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Schematic showing the relationship between the light beam incident angle and the detected light intensity and the relationship between the light beam incident angle and the differential value of the light intensity detection signal in the measurement system of the surface plasmon sensor. 作動アンプの出力（微分値）と全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置との関係を示すグラフA graph showing the relationship between the output (differential value) of the operational amplifier and the position of the total reflection attenuation angle θ _SP (dark line) 全反射減衰角θ_ＳＰ（暗線）の位置の経時変化を示すグラフGraph showing the change over time of the position of total reflection attenuation angle θ _SP (dark line) 本発明の第２の実施の形態による漏洩モードセンサーの測定系の側面図Side view of measurement system of leaky mode sensor according to second embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

10 測定ユニット
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 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 表示部
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
50 誘電体ブロック
51 流路部材
52 保持部材
53 両面テープ
54 蒸発防止部材
55 金属膜
56 クラッド層
57 光動波層
60 流路
61 入口
62 供給路
63 測定部
64 排出路
65 出口
70、71 ピペット
72 液体試料
73 リガンド 10 Measuring unit
13 Light beam
14 Laser light source
15 Optical system
16 Collimator lens
17 Photodiode array
17a, 17b, 17c …… Photodiode
18 Differential amplifier array
18a, 18b, 18c ... Differential amplifier
19 Drivers
20 Signal processor
21 Display
22a, 22b, 22c ... Sample hold circuit
23 Multiplexer
24 A / D converter
25 Drive circuit
26 Controller
50 dielectric block
51 Channel member
52 Holding member
53 Double-sided tape
54 Evaporation prevention member
55 Metal film
56 Clad layer
57 Lightwave layer
60 channels
61 entrance
62 Supply channel
63 Measurement unit
64 Discharge channel
65 Exit
70, 71 pipettes
72 Liquid sample
73 Ligand

Claims (4)

光ビームを薄膜層が形成された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、
複数の受光素子が所定方向に並設されてなる光検出手段により、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ようして検出し、
前記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、
該微分した微分値の中から、前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、該微分値および前記暗線の位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて前記暗線の位置を求める測定方法において、
前記暗線を検出した受光素子を含む互いに隣接する少なくとも５つの受光素子から得られる４つの微分値に基づいて算出した３次の近似式を前記関係式とすることを特徴とする測定方法。 The light beam is incident on the dielectric block on which the thin film layer is formed at various angles so that the total reflection condition is obtained at the interface between the dielectric block and the thin film layer,
The light detection means in which a plurality of light receiving elements are arranged in parallel in a predetermined direction detects the components of the light beam totally reflected at various reflection angles at the interface so that different light receiving elements receive each of them,
Differentiating the light detection signal output by each light receiving element of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements,
From the differentiated differential value, a differential value included in a target for differentiating the output of the light receiving element that detects the dark line at which the reflected light intensity at the interface is a minimum value is specified, and the differential value and the position of the dark line In the measurement method for obtaining the position of the dark line based on the relational expression indicating the relationship with the differential value,
A measurement method characterized in that a third-order approximate expression calculated based on four differential values obtained from at least five light receiving elements adjacent to each other including the light receiving element in which the dark line is detected is used as the relational expression. 前記暗線の位置を複数回測定し、これらの移動平均に基づいて暗線位置の経時変化を求めることを特徴とする請求項１記載の測定方法。   The measurement method according to claim 1, wherein the position of the dark line is measured a plurality of times, and a change with time of the dark line position is obtained based on a moving average of these. 薄膜層が形成された誘電体ブロック、および前記薄膜層上に試料を保持する試料保持機構を備えた測定ユニットと、
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光検出手段と、
該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、
該微分手段により微分された微分値の中から、前記界面での反射光強度が極小値となる暗線を検出した受光素子の出力を微分する対象に含む微分値を特定し、該微分値および前記暗線の位置と微分値との関係を示す関係式に基づいて前記暗線の位置を求める演算手段とを備えてなる測定装置において、
前記演算手段が、前記暗線を検出した受光素子を含む互いに隣接する少なくとも５つの受光素子から得られる４つの微分値に基づいて算出した３次の近似式を前記関係式とするものであることを特徴とする測定装置。 A dielectric block in which a thin film layer is formed, and a measurement unit including a sample holding mechanism for holding a sample on the thin film layer;
A light source that generates a light beam;
An incident optical system that causes the light beam to enter the dielectric block at various angles so that a total reflection condition is obtained at an interface between the dielectric block and the thin film layer;
A plurality of light receiving elements arranged side by side in a predetermined direction, and a light detecting means disposed in a direction in which different light receiving elements receive light beam components totally reflected at various reflection angles at the interface;
Differentiating means for differentiating the light detection signals output from the respective light receiving elements of the light detecting means with respect to the parallel arrangement direction of the light receiving elements;
From among the differential values differentiated by the differentiating means, the differential value included in the target for differentiating the output of the light receiving element that has detected the dark line at which the reflected light intensity at the interface is a minimum value is identified, and the differential value and the In a measuring apparatus comprising a calculation means for obtaining the position of the dark line based on a relational expression indicating the relationship between the position of the dark line and the differential value,
The arithmetic means uses a third-order approximate expression calculated based on four differential values obtained from at least five light receiving elements adjacent to each other including the light receiving element that detects the dark line as the relational expression. Characteristic measuring device. 前記演算手段が、前記暗線の位置を複数回測定し、これらの移動平均に基づいて暗線位置の経時変化を求めるものであることを特徴とする請求項３記載の測定装置。   4. The measuring apparatus according to claim 3, wherein the calculating means measures the dark line position a plurality of times and obtains a time-dependent change of the dark line position based on a moving average of these.

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