JP2003194712A - 全反射減衰を利用した測定装置および測定チップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全反射減衰を利用した測定装置に用いられる
測定チップを、測定装置に対して、その誘電体ブロック
の所定の入射面および出射面が正しい位置に有る状態に
簡単にセット可能とする。 【解決手段】 誘電体ブロック11が、測定用光ビームの
入射面11ｂ、出射面11ｃおよび薄膜層12が形成される一
面の全てを含む１つのブロックとして形成されてなる測
定チップ10において、誘電体ブロック11の入射面11ｂお
よび出射面11ｃの間にある面11ｐおよび11ｑの表面粗さ
を、該入射面11ｂおよび出射面11ｃの表面粗さよりも大
きくしておく。

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を定量分析する表面プラズ
モン共鳴測定装置等の、全反射減衰を利用した測定装置
に関するものである。

【０００２】また本発明は、その種の全反射減衰を利用
した測定装置に用いられる測定チップに関するものであ
る。

【０００３】

【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。

【０００４】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共鳴測定装置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）。

【０００５】上記の系を用いる表面プラズモン共鳴測定
装置は基本的に、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となり、か
つ、表面プラズモン共鳴条件を含む種々の入射角が得ら
れるように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を
検出する光検出手段とを備えてなるものである。

【０００６】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偏向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
界面に収束光あるいは発散光の状態で入射させてもよ
い。前者の場合は、光ビームの偏向にともなって反射角
が変化する光ビームを、光ビームの偏向に同期移動する
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。

【０００７】上記構成の表面プラズモン共鳴測定装置に
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。

【０００８】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。

【０００９】この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角
θ_ＳＰ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Ｋ
_ＳＰ、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光
速、ε_ｍ とε_ｓ 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。

【００１０】

【数１】 試料の誘電率ε_ｓ 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θ_ＳＰ（全反射減衰角）
を知ることにより、試料中の特定物質を定量分析するこ
とができる。

【００１１】上記の系を用いる従来の表面プラズモン共
鳴測定装置において、実用上は、試料に接触させる金属
膜を測定毎に交換する必要がある。そこで従来は、この
金属膜を平坦な板状の誘電体ブロックに固定し、それと
は別に前記全反射を生じさせるための光カップラーとし
てのプリズム状誘電体ブロックを設け、この後者の誘電
体ブロックの一面に前者の誘電体ブロックを一体化する
という手法が採用されていた。そのようにすれば、後者
の誘電体ブロックは光学系に対して固定としておき、前
者の誘電体ブロックと金属膜とを測定チップとして、こ
の測定チップのみを試料毎に交換することが可能とな
る。

【００１２】また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類
似の測定装置として、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測定装置も知られている。こ
の漏洩モード測定装置は基本的に、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測定装置において、
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（全反
射減衰角）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測定装置を用いる場合
も、前述の表面プラズモン共鳴測定装置を用いる場合と
同様に、装置の光学系に対して１つの誘電体ブロックを
固定する一方、別の誘電体ブロックにクラッド層および
光導波層を形成して測定チップとし、この測定チップの
みを試料毎に交換することが可能である。

【００１５】ところで、この交換可能とされた従来の測
定チップを用いる場合は、その誘電体ブロックとプリズ
ム状誘電体ブロックとの間に空隙が生じて屈折率が不連
続となることを防止するため、それら両誘電体ブロック
を屈折率マッチング液を介して一体化する必要が生じ
る。そのようにして両誘電体ブロックを一体化する作業
は非常に煩雑であり、そのため、この従来の測定チップ
は、測定に際しての取扱い性が良くないものとなってい
る。特に、測定チップをターレット等の上に自動装填
し、このターレットを回転させることにより、測定チッ
プを光ビームを受ける測定位置に自動供給して測定を自
動化するような場合は、測定チップの装填、取外しに手
間取り、それが自動測定の能率向上を妨げる原因となり
やすい。

【００１６】またこの従来の測定チップは、屈折率マッ
チング液を使用することから、環境に与える悪影響も懸
念されている。

【００１７】本出願人は上記の事情に鑑みて、屈折率マ
ッチング液を使用する必要がなく、そして測定用光学系
に対して簡単に交換することができる測定チップを先に
提案した（特願２００１−９２６６６号）。

【００１８】この測定チップは、上述したように、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と
なり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射さ
せる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段とを備
えてなる、全反射減衰を利用した測定装置に用いられる
測定チップにおいて、前記誘電体ブロックが、前記光ビ
ームの入射面、出射面および前記薄膜層が形成される一
面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この誘
電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなることを特
徴とするものである。

【００１９】なお、この測定チップが前記表面プラズモ
ン共鳴測定用のものである場合、上記薄膜層は金属膜か
ら構成され、漏洩モード測定用のものである場合、上記
薄膜層はクラッド層および光導波層から構成される。

【００２０】また、上記測定チップを構成する誘電体ブ
ロックにおいて、好ましくは、薄膜層が形成される一面
の上方の空間を側方から囲んで、この一面の上に試料を
保持する液溜めを画成する部分が形成される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の誘電
体ブロックとしては一般に、概略四角錐の一部を切り取
った形状や、概略四角柱等の形状（つまり、薄膜層が形
成される一面と平行な断面の形状が四辺形となる形状）
に樹脂を射出成形してなるものが好適に用いられる。こ
のような形状の誘電体ブロックにおいては、４つの側面
のうちの互いに向かい合う２面が光ビームの入射面、出
射面とされるが、それらの面は極めて平面度が高いこと
が望まれる。すなわち、この入射面および出射面の平面
度が低いと、そこを通過する光ビームが乱反射、乱入射
を起こし、そのために検出光量が低下して、測定データ
のＳ／Ｎが低下することになる。

【００２２】測定チップの使い勝手を考慮すると、上記
４面が全て高い平面度を備えていることが望ましい。つ
まり、そのようになっていれば、それら４面のうちのど
の２面が入射面および出射面となるように誘電体ブロッ
クが測定装置にセットされても、入射面および出射面の
平面度は高いものとなるからである。

【００２３】ところが、樹脂を射出成形して上記のよう
な形状の誘電体ブロックを作製する場合は、成形型内の
溶融樹脂の流れ状態等に起因して、互いに向かい合う２
面は高い平面度が得られるものの、それらと別の２面に
ついてはいわゆる樹脂のヒケ等が生じて平面度が劣る、
という事態が起こりやすくなっている。そこで、このよ
うに樹脂を射出成形して得られた誘電体ブロックからな
る測定チップを使用する際には、使用者が目視で誘電体
ブロックを観察して、ヒケ等が生じていない平面度の高
い面が入射面、出射面となるような向きにして、測定チ
ップを測定装置にセットする必要が生じる。このような
観察を、使用する全ての測定チップに対して逐一行なう
には大変な労力と時間がかかり、それがひいては測定の
コストアップを招くことになる。

【００２４】そこで本発明は、全反射減衰を利用した測
定装置に対して、誘電体ブロックの所定の入射面および
出射面が正しい位置に有る状態に簡単にセットされ得る
測定チップを提供することを目的とする。

【００２５】また本発明は、そのような測定チップを、
誘電体ブロックの所定の入射面および出射面が正しい位
置に有る状態に簡単にセットすることができる全反射減
衰を利用した測定装置を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明による一つの測定
チップは、前述したような誘電体ブロックと、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となり、かつ、種々の入射
角成分を含むようにして入射させる光学系と、前記界面
で全反射した光ビームの強度を測定して全反射減衰の状
態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を
利用した測定装置に用いられる測定チップであって、前
記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、この入射
面と向かい合う出射面および前記薄膜層が形成される一
面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この誘
電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チッ
プにおいて、前記誘電体ブロックの前記入射面および出
射面の間にある面の表面粗さが、該入射面および出射面
の表面粗さよりも大きいことを特徴とするものである。

【００２７】また本発明による別の測定チップは、特に
前述した表面プラズモン共鳴測定用の測定チップとして
形成されたものであり、すなわち、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
られる金属膜からなる薄膜層と、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金属膜との界面で全反射条件と
なり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射さ
せる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を
測定して、表面プラズモン共鳴による全反射減衰の状態
を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利
用した測定装置に用いられる測定チップであって、前記
誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、この入射面
と向かい合う出射面および前記薄膜層が形成される一面
の全てを含む１つのブロックとして形成され、この誘電
体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チップ
において、前記誘電体ブロックの前記入射面および出射
面の間にある面の表面粗さが、該入射面および出射面の
表面粗さよりも大きいことを特徴とするものである。

【００２８】また本発明によるさらに別の測定チップ
は、特に前述した漏洩モード測定用の測定チップであ
り、すなわち、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、およびその上に形成さ
れて試料に接触させられる光導波層からなる薄膜層と、
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クラッド
層との界面で全反射条件となり、かつ、種々の入射角成
分を含むようにして入射させる光学系と、前記界面で全
反射した光ビームの強度を測定して、前記光導波層での
導波モードの励起による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、全反射減衰を利用した測定装
置に用いられる測定チップであって、前記誘電体ブロッ
クが、前記光ビームの入射面、この入射面と向かい合う
出射面および前記薄膜層が形成される一面の全てを含む
１つのブロックとして形成され、この誘電体ブロックに
前記薄膜層が一体化されてなる測定チップにおいて、前
記誘電体ブロックの前記入射面および出射面の間にある
面の表面粗さが、該入射面および出射面の表面粗さより
も大きいことを特徴とするものである。

【００２９】なお本発明による各測定チップにおいて
は、前記光ビームの波長をλとしたとき、誘電体ブロッ
クの光ビームの入射面および出射面の表面粗さがλ／２
未満となっていることが望ましい。ここで表面粗さはＪ
ＩＳ Ｂ ００９０−８が定義するｒｍｓ表面粗さＲｑで
規定するものとする。

【００３０】また本発明による各測定チップにおいて、
前記誘電体ブロックは、概略四角錐の一部を切り取った
形状、あるいは概略四角柱状とされていることが望まし
い。そして誘電体ブロックをそのような形状とする場
合、誘電体ブロックの薄膜層が形成される一面に平行な
断面の形状は、縦、横の長さが互いに異なる四辺形であ
ることが望ましい。

【００３１】一方、本発明による全反射減衰を利用した
測定装置は、誘電体ブロックの薄膜層が形成される一面
に平行な断面の形状が、縦、横の長さが互いに異なる四
辺形とされた上記測定チップを用いるものであって、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
件となり、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入
射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強
度を測定して全反射減衰の状態を検出する光検出手段と
を備えてなる、全反射減衰を利用した測定装置におい
て、上記測定チップを受承する部分が、前記縦、横の長
さが互いに異なる四辺形の断面が所定向きとなる状態に
該測定チップが配されたときのみ該四辺形の断面と整合
する形状とされていることを特徴とするものである。

【００３２】

【発明の効果】本発明による測定チップは、誘電体ブロ
ックの光ビームの入射面および出射面の間にある面の表
面粗さが、該入射面および出射面の表面粗さよりも大き
くなっているので、一見しただけでどの面が入射面およ
び出射面で、どの面がそれら以外の面であるか、簡単に
識別され得るようになる。つまり、入射面および出射面
は透明度が高く、それら以外の面は透明度が低いように
視認される。そこで、使用者がこの測定チップを測定装
置にセットする際には、上記入射面および出射面が正し
い位置に有る状態に簡単にセット可能となる。

【００３３】特に、本発明による各測定チップにおい
て、光ビームの波長をλとしたとき、誘電体ブロックの
光ビームの入射面および出射面の表面粗さＲｑがλ／２
未満である場合は、それらの面の凹凸の作用で光ビーム
が干渉を起こすことが効果的に防止され、Ｓ／Ｎの高い
全反射光検出信号が得られるようになる。

【００３４】なお、誘電体ブロックを概略四角錐の一部
を切り取った形状、あるいは概略四角柱状とする場合に
は、前述したように互いに向かい合う２面は高い平面度
が得られ、それらと別の２面については平面度が劣ると
いう事態が起こりやすくなっているので、このような場
合に本発明を適用すれば、平面度が劣る２面が入射面お
よび出射面として使用されることを確実に防止可能とな
るので、特に好ましいと言える。

【００３５】そして誘電体ブロックをそのような形状と
する場合、誘電体ブロックの薄膜層が形成される一面に
平行な断面の形状は、縦、横の長さが互いに異なる四辺
形とされていれば、測定装置の測定チップを受承する部
分の形状を工夫することにより、この部分に誘電体ブロ
ックが誤った向きで受承されることを完全に防止するこ
ともできる。

【００３６】そのために、本発明による全反射減衰を利
用した測定装置は、測定チップを受承する部分が、誘電
体ブロックの縦、横の長さが互いに異なる四辺形の断面
が所定向きとなる状態に該測定チップが配されたときの
み該四辺形の断面と整合する形状とされているので、こ
の状態ではない向き、つまりそれから例えば９０°回転
したような向きで測定チップをセットすることは不可能
になっている。したがって、この本発明による全反射減
衰を利用した測定装置によれば、測定チップを誤った向
きにセットすることが完全に防止され、測定の信頼性が
充分に高められる。

【００３７】

【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３は、本発明の第１の実
施の形態による表面プラズモン共鳴測定チップの斜視形
状を示すものである。また図１は、この測定チップを用
いる表面プラズモン共鳴測定装置の全体形状を示し、図
２はこの装置の要部の側面形状を示している。まず、表
面プラズモン共鳴測定装置について説明する。

【００３８】図１に示す通りこの表面プラズモン共鳴測
定装置は、複数の測定チップ10を支持するターンテーブ
ル20と、測定用の光ビーム（レーザビーム）30を発生さ
せる半導体レーザ等のレーザ光源31と、入射光学系を構
成する集光レンズ32と、光検出器40と、上記ターンテー
ブル20を間欠的に回動させる支持体駆動手段50と、この
支持体駆動手段50の駆動を制御するとともに、上記光検
出器40の出力信号Ｓを受けて後述の処理を行なうコント
ローラ60と、試料自動供給機構70とを有している。

【００３９】上記測定チップ10は図２および図３に示す
通り、例えば概略四角錐の一部を切り取った形状の透明
誘電体ブロック11と、この誘電体ブロック11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、この金属膜12の上に側方が閉じられた空間を
画成する筒状の試料保持枠13とから構成されている。誘
電体ブロック11は、上記金属膜12が形成される一面11ａ
（後述の界面を構成する面）と、光ビーム30が入射する
面11ｂと、光ビーム30が出射する面11ｃとを全て含む１
つのブロックとして形成されている。試料保持枠13の中
には、後述のようにして例えば液体の試料15が貯えられ
る。

【００４０】測定チップ10を構成する誘電体ブロック11
および試料保持枠13は透明樹脂を用いて一体成形されて
おり、ターンテーブル20に対して交換可能とされてい
る。交換可能とするためには、例えばターンテーブル20
に形成された貫通孔20Ｈ（図２参照）に、測定チップ10
を嵌合保持させる等すればよい。

【００４１】上記透明樹脂の好ましいものとしては、シ
クロオレフィンポリマー、ＰＭＭＡ、ポリカーボネー
ト、非晶性ポリオレフィン等を挙げることができる。ま
た、日本ゼオン株式会社が製造するシクロオレフィンポ
リマーの一つである「ＺＥＯＮＥＸ ３３０Ｒ」（商品
名）も極めて好ましいものとして挙げることができる。

【００４２】なお本例では、金属膜12の上にセンシング
媒体14が固定されているが、それについては後に詳述す
る。また誘電体ブロック11を形成する材料として一般に
は、屈折率が1.45〜2.5程度の範囲内にあるものを用い
るのが望ましい。その理由は、この屈折率範囲で実用的
なＳＰＲ共鳴角が得られるからである。

【００４３】ターンテーブル20は複数（本例では１１
個）の上記測定チップ10を、その回動軸20ａを中心とす
る円周上に等角度間隔で支持するように構成されてい
る。支持体駆動手段50はステッピングモータ等から構成
され、ターンテーブル20を測定チップ10の配置角度と等
しい角度ずつ間欠的に回動させる。

【００４４】集光レンズ32は図２に示す通り、光ビーム
30を集光して収束光状態で誘電体ブロック11に通し、誘
電体ブロック11と金属膜12との界面（なお以下ではこの
界面を便宜的に、誘電体ブロック11の一面11ａと同じ付
番「11ａ」を付して示す）に対して種々の入射角が得ら
れるように入射させる。この入射角の範囲は、上記界面
11ａにおいて光ビーム30の全反射条件が得られ、かつ、
表面プラズモン共鳴が生じ得る角度範囲を含む範囲とさ
れる。

【００４５】なお光ビーム30は、界面11ａに対してｐ偏
光状態で入射させる。そのようにするためには、予めレ
ーザ光源31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30の偏
光の向きを制御してもよい。

【００４６】光検出器40は、多数の受光素子が１列に配
されてなるラインセンサーから構成されており、受光素
子の並び方向が図２中の矢印Ｘ方向となるように配され
ている。

【００４７】一方コントローラ60は、支持体駆動手段50
からその回動停止位置を示すアドレス信号Ａを受けると
ともに、所定のシーケンスに基づいてこの支持体駆動手
段50を作動させる駆動信号Ｄを出力する。またこのコン
トローラ60は、上記光検出器40の出力信号Ｓを受ける信
号処理部61と、この信号処理部61からの出力を受ける表
示部62とを備えている。

【００４８】試料自動供給機構70は、例えば液体試料を
所定量だけ吸引保持するピペット71と、このピペット71
を移動させる手段72とから構成されたものであり、所定
位置にセットされた試料容器73から試料をピペット71に
吸引保持し、所定の停止位置にある測定チップ10の試料
保持枠13内にその試料を滴下供給する。

【００４９】以下、上記構成の表面プラズモン共鳴測定
装置による試料分析について説明する。試料分析に際し
てターンテーブル20は、前述のように支持体駆動手段50
によって間欠的に回動される。そして、ターンテーブル
20が停止したとき所定位置に静止した測定チップ10の試
料保持枠13に、上記試料自動供給機構70によって試料15
が供給される。

【００５０】その後ターンテーブル20が何回か回動され
てから停止すると、試料保持枠13に試料15を保持してい
る測定チップ10が、その誘電体ブロック11に前記光ビー
ム30が入射する測定位置（図２中の右側の測定チップ10
の位置）に静止する状態となる。この状態のとき、コン
トローラ60からの指令でレーザ光源31が駆動され、そこ
から発せられた光ビーム30が前述のように収束する状態
で、誘電体ブロック11と金属膜12との界面11ａに入射す
る。この界面11ａで全反射した光ビーム30は、光検出器
40によって検出される。

【００５１】光ビーム30は、上述の通り収束光状態で誘
電体ブロック11に入射するので、上記界面11ａ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30は界面11ａで全反射し、この反射した光
ビーム30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。ここで、上記集光レンズ32等の光学系は、
光ビーム30を界面11ａにデフォーカス状態で入射させる
ように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラ
ズモン共鳴の状態検出（例えば前記暗線の位置測定）の
誤差が平均化されて、測定精度が高められる。

【００５２】上述のように光ビーム30が全反射すると
き、界面11ａから金属膜12側にエバネッセント波がしみ
出す。そして、光ビーム30が界面11ａに対してある特定
の入射角θ_ＳＰで入射した場合は、このエバネッセント
波が金属膜12の表面に励起する表面プラズモンと共鳴す
るので、この光については反射光強度Ｉが鋭く低下す
る。なお図４には、この全反射減衰現象が生じた際の入
射角θと反射光強度Ｉとの関係を概略的に示してある。

【００５３】そこで、光検出器40が出力する光量検出信
号Ｓから各受光素子毎の検出光量を調べ、暗線を検出し
た受光素子の位置に基づいて上記入射角（全反射減衰
角）θ _ＳＰを求め、予め求めておいた反射光強度Ｉと入
射角θとの関係曲線に基づけば、試料15中の特定物質を
定量分析することができる。コントローラ60の信号処理
部61は、以上の原理に基づいて試料15中の特定物質を定
量分析し、その分析結果が表示部62に表示される。

【００５４】測定を１つの試料15に対して１回だけ行な
う場合は、以上の操作で測定が完了するので、測定を終
えた測定チップ10をターンテーブル20から手操作によ
り、あるいは自動排出手段を用いて排出すればよい。一
方、１つの試料15に対して測定を複数回行なう場合は、
測定終了後も測定チップ10をそのままターンテーブル20
に支持させておけば、ターンテーブル20の１回転後に、
その測定チップ10に保持されている試料15を再度測定に
かけることができる。

【００５５】以上説明した通り、この表面プラズモン共
鳴測定装置は、複数の測定チップ10をターンテーブル20
に支持させ、このターンテーブル20を移動させて各測定
チップ10を順次測定位置に配置するように構成されてい
るから、複数の測定チップ10の各試料保持枠13に保持さ
せた試料15を、ターンテーブル20の移動にともなって次
々と測定に供することができる。それにより、この表面
プラズモン共鳴測定装置によれば、多数の試料15につい
ての測定を短時間で行なうことが可能になる。

【００５６】この測定チップ10は、従来なされていたよ
うに誘電体ブロック11を屈折率マッチング液を介して他
の誘電体ブロックと光学的に結合させるような必要はな
いものである。したがって、この測定チップ10は取扱い
性が良く、また屈折率マッチング液が環境に及ぼす悪影
響から無縁のものとなり得る。

【００５７】なお金属膜12の表面に固定されているセン
シング媒体14は、試料15中の特定物質と結合するもので
ある。このような特定物質とセンシング媒体14との組合
せとしては、例えば抗原と抗体とが挙げられる。その場
合は、全反射減衰角θ_ＳＰに基づいて抗原抗体反応を検
出することができる。

【００５８】なお上記誘電体ブロック11は、樹脂の射出
成形のみによって作製する他、射出成形後にさらに研磨
する方法や、大きな樹脂ブロックから切り出した後に研
磨する方法等によって形成することができる。例えば樹
脂の射出成形によって誘電体ブロック11を作製する場
合、該誘電体ブロック11の４つの側面つまり光入射面11
ｂおよび光出射面11ｃ、並びにそれらの間にある側面11
ｐおよび11ｑは、射出成形型の成形面の状態がそのまま
転写されて成形されることになる。本例において光入射
面11ｂおよび光出射面11ｃを成形する面は、表面粗さＲ
ｑ（ＪＩＳ Ｂ ００９０−８が定義するｒｍｓ表面粗
さ。以下同様）がλ／２未満（λは光ビーム30の波長）
のものとされ、それに対して側面11ｐおよび側面11ｑを
成形する面は、表面粗さＲｑがλ／２よりも極めて大き
いものとされている。

【００５９】そこで、射出成形された誘電体ブロック11
（図３参照）において、光入射面11ｂおよび光出射面11
ｃは表面粗さＲｑがλ／２未満で透明度の高い面とな
り、一方それらの間にある側面11ｐおよび11ｑは表面粗
さＲｑがλ／２よりも極めて大きくて透明度の低い、例
えばスリガラス状のものとなる。このように透明度に差
が有ることにより、使用者は、光入射面11ｂおよび光出
射面11ｃと、側面11ｐおよび11ｑとを簡単に識別可能と
なる。そこで、使用者がこの誘電体ブロック11からなる
測定チップ10をターンテーブル20の貫通孔20Ｈ（図２参
照）にセットする際には、光入射面11ｂおよび光出射面
11ｃが正しい位置つまり光ビーム30が入、出射する位置
に有る状態に簡単にセットできるようになる。

【００６０】具体的に本実施の形態では、一例としてλ
＝９８０ｎｍであり、光入射面11ｂおよび光出射面11ｃ
の表面粗さＲｑはλ／２未満の０．２７２μｍ、側面11
ｐおよび11ｑの表面粗さＲｑはλ／２より十分に大きい
３．３０６μｍである。

【００６１】本実施の形態では上記の通り、光入射面11
ｂおよび光出射面11ｃを特に表面粗さＲｑがλ／２未満
の面としているので、それらの面11ｂおよび11ｃの凹凸
の作用で光ビーム30が干渉を起こすことが効果的に防止
され、Ｓ／Ｎの高い光量検出信号Ｓが得られるようにな
る。

【００６２】また、概略四角錐の一部を切り取った形状
の誘電体ブロック11を射出成形する場合は、前述したよ
うに互いに向かい合う２面は高い平面度が得られ、それ
らと別の２面については平面度が劣るという事態が起こ
りやすくなっているが、このような形状の誘電体ブロッ
ク11からなる測定チップ10に本発明を適用したことによ
り、平面度が劣る２面が光入射面および光出射面として
使用されることを確実に防止可能となる。

【００６３】なお、概略四角錐の一部を切り取った形状
の誘電体ブロック11は、図５に示すように、薄膜層が形
成される一面11ａ（図２参照）に平行な断面の形状を、
縦、横の長さが互いに異なる長方形としてもよい。それ
とともに、ターンテーブル20の貫通孔20Ｈ（図２も参
照）の形状を、誘電体ブロック11の断面形状に合わせて
長方形としておけば、同図(1)に示すように誘電体ブロ
ック11が正しい向きに配されたときだけそれが貫通孔20
Ｈに嵌合保持され、同図(2)に示すように誘電体ブロッ
ク11が誤った向きに配されたときにはそれを貫通孔20Ｈ
に嵌合させることが全く不可能になるので、誘電体ブロ
ック11がターンテーブル20に誤った向きで支持されるこ
とが完全に防止される。

【００６４】また、誘電体ブロックが概略四角柱状であ
る場合において、その断面形状を上記のような形状とし
てもよく、その場合にも上記と同様の作用、効果が得ら
れることになる。

【００６５】次に図６を参照して、本発明の別の実施の
形態について説明する。この図６は、本発明の第２の実
施の形態による測定チップ700を用いる漏洩モード測定
装置の側面形状を示すものである。この漏洩モード測定
装置は基本的に、図２に示した表面プラズモン共鳴測定
装置と同様の構成を有するものである。一方、ここで使
用される測定チップ700は、誘電体ブロック11の一面
（図中の上面）にクラッド層701が形成され、さらにそ
の上に光導波層702が形成されてなるものである。

【００６６】誘電体ブロック11は、例えば前述したよう
な透明樹脂を用いて概略四角柱状に形成されている。一
方クラッド層701は、誘電体ブロック11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702は、クラッド層701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701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702の膜厚は、例え
ばＰＭＭＡから形成する場合で700ｎｍ程度とされる。

【００６７】上記構成の漏洩モード測定装置において、
レーザ光源31から出射した光ビーム30を誘電体ブロック
11を通してクラッド層701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30が誘電体ブロック11と
クラッド層701との界面11ａで全反射するが、クラッド
層701を透過して光導波層702に特定入射角で入射した特
定波数の光は、該光導波層702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702に取り込まれるので、上記
界面11ａ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。

【００６８】光導波層702における導波光の波数は、該
光導波層702の上の試料15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15の屈折率や、それに関連する試料15の特性を分析
することができる。信号処理部61は、以上の原理に基づ
いて試料15中の特定物質を定量分析し、その分析結果が
図示外の表示部に表示される。

【００６９】本実施の形態の漏洩モード測定装置におい
ても、測定チップ700を構成する誘電体ブロック11は、
その光入射面11ｂと光出射面11ｃの表面粗さが比較的小
さく、そしてそれらの間にある面の表面粗さが比較的大
きい状態に形成されている。それによりこの実施の形態
においても、光入射面11ｂおよび光出射面11ｃがどれで
あるか容易に判別可能となり、測定チップ700を誤った
向きでターンテーブル20にセットしてしまうことが確実
に防止される。

【００７０】なお本発明は、誘電体ブロックを、概略四
角錐の一部を切り取った形状や概略四角柱状に形成する
場合に限らず、その他例えば概略六角柱状等に誘電体ブ
ロックを形成する場合にも同様に適用可能であり、その
場合にも同様に所期の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による測定チップを
用いる表面プラズモン共鳴測定装置の全体図

【図２】図１の表面プラズモン共鳴測定装置の要部を示
す一部破断側面図

【図３】本発明の第１の実施の形態による測定チップを
示す斜視図

【図４】表面プラズモン共鳴測定装置における光ビーム
入射角と、光検出器による検出光強度との概略関係を示
すグラフ

【図５】本発明の測定チップの別の形状例を示す概略図

【図６】本発明の第２の実施の形態による測定チップを
用いる漏洩モード測定装置を示す一部破断側面図

【符号の説明】

10 表面プラズモン共鳴測定チップ 11 誘電体ブロック 11ａ 誘電体ブロックの一面 11ｂ 誘電体ブロックの光入射面 11ｃ 誘電体ブロックの光出射面 11ｐ、11ｑ 誘電体ブロックの光入、出射面以外の側
面 12 金属膜 13 試料保持枠 14 センシング媒体 15 試料 700 漏洩モード測定装置用測定チップ 701 クラッド層 702 光導波層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G057 AA02 AB04 AB07 AC01 BA01 BB01 BB06 HA04 2G058 AA09 CC17 CD04 CF12 EA02 ED03 GA02 2G059 AA01 AA02 DD12 DD13 EE02 GG01 JJ11 JJ12 KK01 MM01 MM14 PP04

Claims (5)

【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となり、か
   つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
   系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して全反射
   減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反
   射減衰を利用した測定装置に用いられる測定チップであ
   って、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、この入
   射面と向かい合う出射面および前記薄膜層が形成される
   一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この
   誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チ
   ップにおいて、 前記誘電体ブロックの前記入射面および出射面の間にあ
   る面の表面粗さが、該入射面および出射面の表面粗さよ
   りも大きいことを特徴とする測定チップ。
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
   られる金属膜からなる薄膜層と、 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
   ブロックと前記金属膜との界面で全反射条件となり、か
   つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
   系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、表面
   プラズモン共鳴による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、全反射減衰を利用した測定装置
   に用いられる測定チップであって、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、この入
   射面と向かい合う出射面および前記薄膜層が形成される
   一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この
   誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チ
   ップにおいて、 前記誘電体ブロックの前記入射面および出射面の間にあ
   る面の表面粗さが、該入射面および出射面の表面粗さよ
   りも大きいことを特徴とする測定チップ。
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、お
   よびその上に形成されて試料に接触させられる光導波層
   からなる薄膜層と、 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
   ブロックと前記クラッド層との界面で全反射条件とな
   り、かつ、種々の入射角成分を含むようにして入射させ
   る光学系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、前記
   光導波層での導波モードの励起による全反射減衰の状態
   を検出する光検出手段とを備えてなる、全反射減衰を利
   用した測定装置に用いられる測定チップであって、 前記誘電体ブロックが、前記光ビームの入射面、この入
   射面と向かい合う出射面および前記薄膜層が形成される
   一面の全てを含む１つのブロックとして形成され、この
   誘電体ブロックに前記薄膜層が一体化されてなる測定チ
   ップにおいて、 前記誘電体ブロックの前記入射面および出射面の間にあ
   る面の表面粗さが、該入射面および出射面の表面粗さよ
   りも大きいことを特徴とする測定チップ。
4. 【請求項４】 前記誘電体ブロックが、概略四角錐の一
   部を切り取った形状、あるいは概略四角柱状とされてお
   り、 この誘電体ブロックの前記薄膜層が形成される一面に平
   行な断面の形状が、縦、横の長さが互いに異なる四辺形
   であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記
   載の測定チップ。
5. 【請求項５】 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となり、か
   つ、種々の入射角成分を含むようにして入射させる光学
   系と、 前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して全反射
   減衰の状態を検出する光検出手段とを備えてなる、全反
   射減衰を利用した測定装置であって、 請求項４に記載の測定チップを用い、 この測定チップを受承する部分が、前記縦、横の長さが
   互いに異なる四辺形の断面が所定向きとなる状態に該測
   定チップが配されたときのみ該四辺形の断面と整合する
   形状とされていることを特徴とする全反射減衰を利用し
   た測定装置。