JP2000356586A - Surface plasmon sensor device - Google Patents

Surface plasmon sensor device

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JP2000356586A
JP2000356586A JP16911099A JP16911099A JP2000356586A JP 2000356586 A JP2000356586 A JP 2000356586A JP 16911099 A JP16911099 A JP 16911099A JP 16911099 A JP16911099 A JP 16911099A JP 2000356586 A JP2000356586 A JP 2000356586A
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JP
Japan
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light
surface plasmon
sensor device
prism
plasmon sensor
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JP16911099A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuro Yokoyama
達郎 横山
Kenichi Uchiyama
兼一 内山
Ariyoshi Ogami
有美 大神
Hitoshi Ohara
仁 大原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toto Ltd
Original Assignee
Toto Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Biochemistry (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized and inexpensive surface plasmon sensor device. SOLUTION: A sensor device utilizes a surface plasmon resonance method having a prism 5 for allowing exciting light of surface plasmon to be incident on a sensor element 6 to transmit the reflected light from the sensor element 6 through a detector 7 and the detector 7 detecting the light reflected from the sensor element 6. In this case, the light incident on the prism 5 is set to radiation beam. This method develops the effect capable of miniaturizing the apparatus as compared with such a case that the incident light to the prism 5 is condensed parallel beam.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明に属する技術分野】本発明は、一般に、測定対象
物を検出して所定の信号を出力するセンサ装置に関し、
特に、抗体抗原反応や触媒反応である酵素反応を利用す
るバイオセンサ分野においてセンサ装置の光を利用する
部分の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a sensor device for detecting an object to be measured and outputting a predetermined signal.
In particular, the present invention relates to an improvement in a part of a sensor device using light in a biosensor field using an enzyme reaction such as an antibody antigen reaction or a catalytic reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】金属中においては、自由電子が集団的に
振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そし
て、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、
表面プラズモンと呼ばれている。
2. Description of the Related Art In a metal, free electrons vibrate collectively to generate a compression wave called a plasma wave. And, the quantization of this compression wave generated on the metal surface is
It is called surface plasmon.

【0003】従来より、この表面プラズモンが光波によ
って励起される現象を利用して、試料中の物質を定量分
析する表面プラズモンセンサーが種々提案されている。
そして、それらの中で特に良く知られているものとし
て、Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げ
られる(例えば特開平6−167443号参照)。
Conventionally, various surface plasmon sensors for quantitatively analyzing a substance in a sample by utilizing the phenomenon that surface plasmons are excited by light waves have been proposed.
Among them, a particularly well-known one uses a system called a Kretschmann configuration (see, for example, JP-A-6-167443).

【0004】上記の系を用いる表面プラズモンセンサー
は基本的に、プリズムと、このプリズムの一面に形成さ
れて試料に接触せしめられる金属膜と、光ビームを発生
させる光源と、上記光ビームをプリズムに通し、該プリ
ズムと金属膜との界面に対して種々入射角が得られるよ
うに入射させる光学系と、上記の界面で全反射した光ビ
ームの強度を種々の入射角毎に検出可能な光検出手段と
を備えてなるものである。
A surface plasmon sensor using the above system basically includes a prism, a metal film formed on one surface of the prism and brought into contact with a sample, a light source for generating a light beam, and a light source for the prism. An optical system that passes through the interface between the prism and the metal film so as to obtain various angles of incidence, and a light detection that can detect the intensity of the light beam totally reflected at the interface at each of various angles of incidence. Means.

【0005】光ビームを金属膜に対して全反射角以上の
入射角θで入射させると、反射面の金属膜中にエバネッ
セント波といわれる「にじみ波」が生じる。このエバネ
ッセント波は該金属膜に接している試料中に電界分布を
もち、この金属膜と試料との界面に表面プラズモンが発
生する。p偏光された光ビームが金属膜に対して入射さ
れて生じたエバネッセント波の波数ベクトルが上述の表
面プラズモンの波数ベクトルと等しく波数整合が成立す
ると両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラ
ズモンに移行してプラズモンが励起される。このとき、
光のエネルギーの移行のために全反射した光の強度は著
しく低下する。
When a light beam is incident on a metal film at an incident angle θ equal to or larger than the total reflection angle, a “smear wave” called an evanescent wave is generated in the metal film on the reflection surface. The evanescent wave has an electric field distribution in the sample in contact with the metal film, and surface plasmons are generated at the interface between the metal film and the sample. When the wave vector of the evanescent wave generated by the incidence of the p-polarized light beam on the metal film is equal to the wave vector of the above-described surface plasmon and the wave number matching is established, both are in a resonance state, and the light energy is changed to the surface plasmon. The plasmon is excited by the migration. At this time,
Due to the transfer of light energy, the intensity of the totally reflected light is significantly reduced.

【0006】それ故、上記表面プラズモンセンサーにお
いては、種々の入射角θで前記金属膜に入射された光ビ
ームについて、該金属膜により全反射された光ビームの
強度の測定を行うことにより、反射強度が著しく低下す
る現象が生じるときの入射角θsp(全反射角解消角)が
得られ、この全反射解消角θspと入射角の波数ベクトル
1から共鳴波数Kspが、Ksp=K1sinθspの関係より
導かれる。表面プラズモンの波数Ksp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角周
波数をω、真空中の高速をc、金属、試料の誘電率をそ
れぞれεm、εsとすると、以下の関係がある。
Therefore, in the surface plasmon sensor, the intensity of the light beam totally reflected by the metal film is measured for the light beam incident on the metal film at various angles of incidence θ, so that the reflected light is measured. An incident angle θ sp (a total reflection angle elimination angle) at which a phenomenon in which the intensity is significantly reduced is obtained. From the total reflection elimination angle θ sp and the wave number vector K 1 of the incident angle, the resonance wave number K sp becomes K sp = It is derived from the relationship of K 1 sin θ sp . When the wave number K sp of the surface plasmon is known, the dielectric constant of the sample is obtained. That is, if the angular frequency of the surface plasmon is ω, the high speed in vacuum is c, the permittivity of the metal and the sample is ε m and ε s , respectively, the following relationship is obtained.

【0007】[0007]

【数1】 試料の誘電率εsが分かれば、所定の校正曲線等に基づ
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全反射解消角θsp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。
(Equation 1) If the dielectric constant ε s of the sample is known, the concentration of the specific substance in the sample can be determined based on a predetermined calibration curve or the like.Therefore, by knowing the total reflection elimination angle θ sp at which the reflected light intensity decreases, the sample can be obtained. Quantitative analysis of a specific substance in it is possible.

【0008】表面プラズモンセンサは、センサ素子表面
近傍において媒質の屈折率の測定が可能であるため、ガ
スセンサ等の化学センサ、抗体抗原反応を用いたバイオ
センサ等に用いられる。
The surface plasmon sensor can be used for a chemical sensor such as a gas sensor, a biosensor using an antibody-antigen reaction, and the like because it can measure the refractive index of a medium near the sensor element surface.

【0009】上記センサは、特に、抗体をセンサ素子に
固定化して、その抗体が特異的に結合する蛋白質、核
酸、その他の生体関連物質などを検出、定量するバイオ
センサとして既に実用化されている。
The above-mentioned sensor has already been put to practical use as a biosensor for immobilizing an antibody on a sensor element and detecting and quantifying proteins, nucleic acids, and other biological substances to which the antibody specifically binds. .

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、既に使用さ
れている表面プラズモンセンサ装置は、光源から発光さ
れる光ビームをセンサ素子表面に集光させるための集光
レンズを使用して集光しているため、レンズ自体の大き
さやレンズの焦点距離等から、センサ装置が大きいもの
になったり、集光レンズ作製のコストがかかるなどの問
題が発生する。
The surface plasmon sensor device that has been used is focused on a light beam emitted from a light source by using a focusing lens for focusing the light beam on the sensor element surface. Therefore, the size of the lens itself, the focal length of the lens, and the like cause problems such as an increase in the size of the sensor device and an increase in the cost of manufacturing a condenser lens.

【0011】また、プリズムへの入射光が集光の場合は
レンズ等の使用によりコストが高くなったり、焦点距離
調整のため装置が大きくなったりする問題があり、プリ
ズムへの入射光が平行光の場合は平行光の角度を表面プ
ラズモン共鳴の起こる角度に調節しなければならず、複
雑な構造になって装置の高額化や巨大化につながる問題
があった。
When the light incident on the prism is condensed, there is a problem that the cost increases due to the use of a lens or the like, and the size of the apparatus for adjusting the focal length increases. In the case of (1), the angle of the parallel light must be adjusted to an angle at which surface plasmon resonance occurs, and there is a problem that the structure becomes complicated and the device becomes expensive and large.

【0012】従って本発明の目的は、小型で安価なセン
サ装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and inexpensive sensor device.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
表面プラズモンの励起光をセンサ素子に入射させて該セ
ンサ素子で反射した反射光を検出器へ透過させるための
プリズムと、前記センサ素子から反射した光を受光する
検出器とを有する表面プラズモン共鳴法を利用したセン
サ装置において、前記プリズムへの入射光が放射光であ
ることを特徴とする。本発明においては、プリズムへの
入射光が集光、平行光の場合に比べて、装置が小型化で
きる効果を奏する。
According to the first aspect of the present invention,
A surface plasmon resonance method including a prism for causing excitation light of surface plasmon to enter a sensor element and transmitting reflected light reflected by the sensor element to a detector, and a detector for receiving light reflected from the sensor element Wherein the light incident on the prism is radiated light. In the present invention, an effect that the device can be reduced in size can be obtained as compared with the case where the light incident on the prism is condensed and parallel light.

【0014】請求項2記載の発明は、光源とプリズムと
の間に光放射手段を配設することにより、光源の種類に
よらずに放射光を得ることができる。
According to the second aspect of the present invention, by arranging the light radiating means between the light source and the prism, radiated light can be obtained regardless of the type of the light source.

【0015】請求項3記載の発明は、光源とプリズムと
の間に光散乱手段を配設することにより、光進路に障害
物があっても、センサ素子側に障害物の像が大きく写し
出されるのを低減できる。
According to the third aspect of the present invention, by disposing the light scattering means between the light source and the prism, even if there is an obstacle on the light path, an image of the obstacle is largely displayed on the sensor element side. Can be reduced.

【0016】この光散乱手段は、具体的には光拡散手段
により構成することができるが、好適には透過光を均一
に拡散でき、光の拡散角度や光進路を制御できるものを
用いることにより、センサ装置の仕様に加工した光ビー
ムをプリズムに入射することが可能となる。
The light scattering means can be constituted by a light diffusing means. Preferably, the light scattering means is one which can uniformly diffuse transmitted light and can control a light diffusion angle and a light traveling path. Thus, the light beam processed to the specifications of the sensor device can be incident on the prism.

【0017】なお、このような光進路中の障害物による
像の問題は、光源側に光放射手段を配設した場合に特に
生じやすくなるが、請求項3の発明によればこれを解決
できるのである。
The problem of an image caused by an obstacle in the light traveling path is particularly likely to occur when the light emitting means is provided on the light source side. According to the invention of claim 3, this problem can be solved. It is.

【0018】請求項6記載の発明は、光散乱手段が、光
放射手段と一体に構成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 6 is characterized in that the light scattering means is integrally formed with the light emitting means.

【0019】本発明においては、光散乱手段と光放射手
段との位置関係が一定になるため、プリズムへ入射させ
る光の角度や光進路は、一体構成になったパーツのみを
位置決めすることによって、一定にすることができる。
In the present invention, since the positional relationship between the light scattering means and the light radiating means is constant, the angle of the light to be incident on the prism and the light path are determined by positioning only the integrated parts. Can be constant.

【0020】また、一体に構成しているため、表面プラ
ズモンセンサ装置光学系の組み立てや一体に構成された
新品への交換が容易になるという効果を奏する。
In addition, since the surface plasmon sensor device is formed integrally, it is easy to assemble the optical system of the surface plasmon sensor device and to replace the optical system with a new one integrally formed.

【0021】請求項7記載の発明は、光放射手段は、ピ
ンホールを有する遮光部材とすることを特徴とする。
The invention according to claim 7 is characterized in that the light emitting means is a light shielding member having a pinhole.

【0022】本発明においては、光源から発光される光
ビームを一定の開口角を持つ放射光に加工できるため、
センサ素子に複数の入射角を持った光を一度に入射でき
るという効果を奏する。
In the present invention, since the light beam emitted from the light source can be processed into radiation having a certain aperture angle,
There is an effect that light having a plurality of incident angles can be incident on the sensor element at a time.

【0023】また、ピンホールを持つ遮光部材は、ピン
ホールの部分をマスキングした状態でのスパッタリング
や真空蒸着、エッチングやプレス等の作業で加工可能な
ため、レンズに比べて安価に、しかも容易に作製するこ
とができるという効果を奏する。
The light-shielding member having a pinhole can be processed by operations such as sputtering, vacuum deposition, etching, and pressing while the pinhole portion is masked, so that it is cheaper and easier than a lens. This has the effect of being able to be manufactured.

【0024】請求項8記載の発明は、光放射手段手段
は、スリットとすることを特徴とする。
The invention according to claim 8 is characterized in that the light emitting means is a slit.

【0025】本発明においては、光源から発光される光
ビームを一定の開口角を持つ放射光に加工できるため、
センサ素子に複数の入射角を持った光を入射することが
できるという効果を奏する。
In the present invention, since the light beam emitted from the light source can be processed into radiation having a constant aperture angle,
There is an effect that light having a plurality of incident angles can be incident on the sensor element.

【0026】請求項9記載の発明は、光散乱手段は、半
透明部材とすることを特徴とする。
The ninth aspect of the present invention is characterized in that the light scattering means is a translucent member.

【0027】本発明においては、半透明部材を設けたこ
とにより、光拡散部材を安価でしかも容易に、且つ自由
な形状で供給することが可能である。
In the present invention, by providing the translucent member, the light diffusing member can be supplied inexpensively, easily, and in a free shape.

【0028】請求項10記載の発明は、光散乱手段が、
ホログラムとすることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, the light scattering means comprises:
It is characterized in that it is a hologram.

【0029】本発明においては、ホログラムを設けたこ
とにより、透過した光を均一に散乱、拡散することが可
能であり、また、光の拡散角度や進路も同時に制御する
ことが可能になる。
In the present invention, by providing a hologram, it is possible to uniformly scatter and diffuse transmitted light, and it is also possible to simultaneously control the diffusion angle and course of light.

【0030】請求項11記載の発明は、光散乱手段が、
偏光子部材とすることを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, the light scattering means comprises:
It is a polarizer member.

【0031】本発明においては、光を偏光子部材によっ
てP偏光に加工し、また、偏光子部材自体が光散乱、拡
散手段であるため、P偏光に加工するのと同時に散乱、
拡散することが可能になる。
In the present invention, the light is processed into P-polarized light by the polarizer member, and since the polarizer member itself is a light scattering and diffusing means, it is simultaneously processed into P-polarized light and scattered.
It becomes possible to spread.

【0032】また、偏光子部材自体が光散乱手段を備え
ているため、部材を一体に構成することができ、安価で
組立が容易になる。
Further, since the polarizer member itself has the light scattering means, the members can be integrally formed, and the assembly is easy at low cost.

【0033】なお、偏光子部材としては、偏光子の表面
にホログラムを設けたものが好ましい。ことを特徴とす
る。
It is preferable that the polarizer member has a hologram provided on the surface of the polarizer. It is characterized by the following.

【0034】請求項13記載の発明は、光放射手段は、
光の放射度合い、光の通過する孔径を調節することが可
能であることを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, the light emitting means comprises:
It is characterized in that the degree of light emission and the diameter of the hole through which light passes can be adjusted.

【0035】本発明においては、センサ素子に入射され
る光の大きさを調節することが可能である。
In the present invention, it is possible to adjust the intensity of light incident on the sensor element.

【0036】請求項15の発明では、光散乱手段は、光
の拡散度合いを調節することが可能であり、センサ装置
の仕様に加工した光ビームをプリズムに入射することが
可能となる。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the light scattering means can adjust the degree of light diffusion, and can input a light beam processed to the specifications of the sensor device to the prism.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面により詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0038】図1は、第1実施例のセンサ装置の全体構
成を示す側面から見た断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing the entire configuration of the sensor device of the first embodiment.

【0039】上記センサ装置は、図1に示すように、光
源1と、ピンホール3を備えた遮光部材2と、光拡散調
整部材4と、プリズム5と、センサ素子6と、検出器7
と、流路10を備えたプリズム固定上部部材8と、ピン
ホール3を備えた励起光放射手段2とプリズム5の位置
決めを行う機能を備えたプリズム固定下部部材9と、偏
光子11とを備えている。
As shown in FIG. 1, the sensor device comprises a light source 1, a light shielding member 2 having a pinhole 3, a light diffusion adjusting member 4, a prism 5, a sensor element 6, a detector 7
A prism fixing upper member 8 having a flow path 10, a prism fixing lower member 9 having a function of positioning the excitation light emitting means 2 having the pinhole 3 and the prism 5, and a polarizer 11. ing.

【0040】光源1はLEDを使用し、その光は散乱し
ながら発光される。また、コリメートレンズ付きLED
を使用した場合は、その光は平行光として発光される。
The light source 1 uses an LED, and the light is emitted while being scattered. In addition, LED with collimating lens
Is used, the light is emitted as parallel light.

【0041】センサ素子6上には、測定対象物が微量に
流路10を通り、センサ素子6表面に送液される。
On the sensor element 6, a small amount of an object to be measured passes through the flow path 10 and is sent to the surface of the sensor element 6.

【0042】表面プラズモンセンサ装置としては、測定
対象物が送液された部分に、光の入射する角度の範囲が
表面プラズモン共鳴に対応する伏角及びその角度範囲に
またがるようにLEDから発光される光を照射したいの
で、光源1とプリズム5との間にピンホール3を備えた
遮光部材2を配置する。
As a surface plasmon sensor device, light emitted from an LED is applied to a portion where an object to be measured is fed so that the range of the angle of incidence of the light spans the dip angle corresponding to the surface plasmon resonance and the angle range. Therefore, the light shielding member 2 having the pinhole 3 is disposed between the light source 1 and the prism 5.

【0043】遮光部材2を配置することによって、散乱
または平行に発光される光源1の光は、ピンホール3の
部分からのみ通過し、測定対象物が送液されたセンサ素
子6に、表面プラズモン共鳴に対応する伏角及びその角
度にまたがった光が入射される。
By arranging the light shielding member 2, the light of the light source 1 scattered or emitted in parallel passes only from the pinhole 3, and the surface plasmon is transmitted to the sensor element 6 to which the object to be measured is sent. A dip angle corresponding to resonance and light straddling the angle are incident.

【0044】また、遮光部材2を配置することによっ
て、センサ素子6に照射される光の範囲を調整する。
Further, by arranging the light shielding member 2, the range of the light irradiated on the sensor element 6 is adjusted.

【0045】センサ素子6に入射された光は、センサ素
子6上で表面プラズモン共鳴を起こし、反射され、プリ
ズム5内を通過し、検出器7へと入射される。
The light incident on the sensor element 6 causes surface plasmon resonance on the sensor element 6, is reflected, passes through the prism 5, and is incident on the detector 7.

【0046】検出器7へ入射された光は、測定結果とし
て処理され、出力される。また、センサ素子6に入射さ
れる光の角度範囲は、ピンホール3の径の大きさ又は遮
光部材2とセンサ素子6との距離を変化させることによ
り調節可能である。
The light incident on the detector 7 is processed and output as a measurement result. The angle range of the light incident on the sensor element 6 can be adjusted by changing the size of the diameter of the pinhole 3 or the distance between the light shielding member 2 and the sensor element 6.

【0047】ピンホール3を使用した場合、光源1側の
像をセンサ素子6側へ映し出してしまうという特性を持
つ。例えば、光源1と遮光部材2の間に塵等の異物が入
った場合、異物の像をセンサ素子6側へ映し出してしま
い、測定結果に影響を与える。
When the pinhole 3 is used, there is a characteristic that an image on the light source 1 side is projected on the sensor element 6 side. For example, when foreign matter such as dust enters between the light source 1 and the light shielding member 2, an image of the foreign matter is projected on the sensor element 6 side, which affects the measurement result.

【0048】そこで、遮光部材2とセンサ素子6の間に
光拡散部材4を配置することによって、光源1側の像を
センサ素子6側へ映し出さないようにした。
Therefore, by disposing the light diffusing member 4 between the light shielding member 2 and the sensor element 6, the image on the light source 1 side is prevented from being projected on the sensor element 6 side.

【0049】図2は、第1実施例のセンサ装置の光拡散
部材4に半透明部材を使用したときの光の拡散状況を示
した図である。図中の矢印は、向きと長さによって、光
の進行方向と強度を模式的に示している。
FIG. 2 is a view showing a state of light diffusion when a translucent member is used as the light diffusion member 4 of the sensor device of the first embodiment. The arrows in the figure schematically show the traveling direction and intensity of light according to the direction and length.

【0050】光拡散部材4としては、透明な粘着テープ
表面に凹凸を付けて荒らし、半透明の状態に加工したテ
ープや、アクリル等の透明な樹脂内にSiO2やガラス
等の粒子を混ぜ、半透明に加工した樹脂部材を使用し
た。
As the light diffusing member 4, particles such as SiO 2 and glass are mixed in a transparent resin such as a tape or a transparent resin such as acrylic or the like, which is roughened by giving irregularities to the surface of a transparent adhesive tape. A translucent resin member was used.

【0051】前記半透明の状態に加工したテープの場
合、市販されているものを遮光部材2の形状に合わせて
形状を加工すれば、接着することが可能であり、遮光部
材2と光拡散部材4を容易しかも安価に一体の部材とす
ることが可能である。
In the case of the above-mentioned translucent tape, if a commercially available tape is processed according to the shape of the light shielding member 2, the tape can be adhered to the tape. 4 can be easily and inexpensively formed as an integral member.

【0052】前記粒子を混ぜて半透明に加工した樹脂部
材の場合、遮光部材2の形状や、ピンホール3を備えた
遮光部材2とプリズム5の位置決めを行う機能を備えた
プリズム固定下部部材9の形状や、プリズム5の形状
等、様々な用途に合わせて形状を加工することが可能で
ある。
In the case of a resin member processed to be translucent by mixing the particles, a prism fixing lower member 9 having a function of positioning the light shielding member 2 having the pinhole 3 and the prism 5 and the shape of the light shielding member 2. And the shape of the prism 5 can be processed according to various uses.

【0053】光拡散部材4に半透明な部材を使用した場
合、ピンホール3を通過した光ビームA)は、半透明部
材を透過して光ビームA’)となり、センサ素子6へ入
射される。光ビームA’)は、光ビームA)に比べ、半
透明部材を透過したため、光強度が減少している。測定
を行うためには、ある光強度以上の光が必要なため、そ
の強度に満たないときは光源1自体の光強度を増加さ
せ、減少した光を補う。
When a translucent member is used as the light diffusing member 4, the light beam A) that has passed through the pinhole 3 passes through the translucent member to become a light beam A ′) and is incident on the sensor element 6. . Since the light beam A ′) has transmitted through the translucent member as compared with the light beam A), the light intensity is reduced. In order to perform the measurement, light having a certain light intensity or more is required. If the light intensity is lower than the certain light intensity, the light intensity of the light source 1 itself is increased to compensate for the reduced light.

【0054】しかし、LEDや電源の性能やコストの問
題等で、光源1自体の強度を増加することが不可能な場
合、光拡散部材4を通過した光の強度を減少させないよ
うにする必要がある。そこで、光拡散部材4にホログラ
ムを使用した。
However, when it is impossible to increase the intensity of the light source 1 itself due to the performance and cost of the LED and the power supply, it is necessary to prevent the intensity of the light passing through the light diffusing member 4 from decreasing. is there. Therefore, a hologram was used for the light diffusing member 4.

【0055】図3は、第1実施例のセンサ装置の光拡散
部材4にホログラムを使用したときの光の拡散状況を示
した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a state of light diffusion when a hologram is used for the light diffusion member 4 of the sensor device of the first embodiment.

【0056】光拡散部材4にホログラムを使用した場
合、ピンホール3を通過した光ビームB)は、ホログラ
ムを透過して光ビームB’)となり、センサ素子6へ入
射される。ホログラムを透過した光ビームB)は、光ビ
ームB’)のように、何れの角度に拡散された光ビーム
も均一に拡散されるため、前記半透明な部材と比べ、光
源1の光強度を減少させずセンサ素子6へ入射すること
が可能である。また、透過光の拡散角度を指定角度で任
意に制御することができ、拡散角度のX,Y方向を個別
の角度に制御でき、光の進路も制御できるため、センサ
素子6へ入射する光の角度と方向をホログラムに通過さ
せることのみによって制御することが可能である。
When a hologram is used for the light diffusing member 4, the light beam B) that has passed through the pinhole 3 passes through the hologram to become a light beam B ′), and is incident on the sensor element 6. As the light beam B) transmitted through the hologram, the light beam diffused at any angle, like the light beam B ′), is uniformly diffused, so that the light intensity of the light source 1 is lower than that of the translucent member. It is possible to enter the sensor element 6 without reducing. Further, the diffusion angle of the transmitted light can be arbitrarily controlled at a designated angle, the X and Y directions of the diffusion angle can be controlled to individual angles, and the path of the light can be controlled. It is possible to control only by passing the angle and direction through the hologram.

【0057】上記で示したように、p偏光された光ビー
ムが金属膜に対して入射されて生じたエバネッセント波
の波数ベクトルが表面プラズモンの波数ベクトルと等し
く波数整合が成立すると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してプラズモンが励起
される。そこで、光源1とセンサ素子6の間に偏光子1
1を配置する。光源1から発生した光ビームは、偏光子
11を通過してp偏光され、センサ素子6へ入射され
る。
As described above, when the wave vector of the evanescent wave generated by the incidence of the p-polarized light beam on the metal film is equal to the wave vector of the surface plasmon and the wave number matching is established, the two are brought into a resonance state. Then, the energy of light is transferred to the surface plasmon, and the plasmon is excited. Therefore, the polarizer 1 is disposed between the light source 1 and the sensor element 6.
1 is arranged. The light beam generated from the light source 1 passes through the polarizer 11, is p-polarized, and is incident on the sensor element 6.

【0058】そこで、センサ装置の小型化とコストダウ
ンを計るために、偏光子11自体の表面に細かい凹凸を
付け、光拡散部材4の機能を備えさせたため、偏光子1
1を透過した光をp偏光し、同時に拡散することが可能
になった。
Therefore, in order to reduce the size and cost of the sensor device, the surface of the polarizer 11 itself is provided with fine irregularities, and the function of the light diffusing member 4 is provided.
1 can be p-polarized and simultaneously diffused.

【0059】また、偏光子11自体の表面をホログラム
の機能を持つように加工したため、偏光子11を透過し
た光をp偏光し、同時に均一に拡散し、拡散角度を指定
角度で任意に制御することができ、拡散角度のX,Y方
向を個別の角度に制御することが可能になった。
Further, since the surface of the polarizer 11 itself is processed so as to have a hologram function, the light transmitted through the polarizer 11 is p-polarized and simultaneously diffused uniformly, and the diffusion angle is arbitrarily controlled at a designated angle. This makes it possible to control the X and Y directions of the diffusion angle to individual angles.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明においては、光源の光をレンズで
集光させてセンサ素子に入射させるのではなく、ピンホ
ールやスリットを持つ遮光部材を使用するため、集光レ
ンズ自体の大きさや焦点距離を考慮しない構成を取るこ
とができ、センサ装置の小型化が可能である。
According to the present invention, since the light from the light source is not condensed by a lens and made incident on the sensor element, a light-shielding member having a pinhole or a slit is used, so that the size and focus of the condensing lens itself are reduced. A configuration that does not consider the distance can be adopted, and the size of the sensor device can be reduced.

【0061】また、ピンホールを持つ遮光板は、ピンホ
ールの部分をマスキングした状態でのスパッタリングや
真空蒸着、エッチングやプレス等の作業で加工可能なた
め、容易に作製することができる。
A light-shielding plate having a pinhole can be easily manufactured because it can be processed by operations such as sputtering, vacuum deposition, etching, and pressing while the pinhole is masked.

【0062】また、光拡散制御手段を使用するため、ピ
ンホールの径やスリットの幅を変更せずに、入射光の開
口角や入射方向を調整することができる。
Further, since the light diffusion control means is used, the aperture angle and the incident direction of the incident light can be adjusted without changing the diameter of the pinhole and the width of the slit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のセンサ装置の全体構成示す側面から見
た断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a sensor device according to the present invention as viewed from a side.

【図2】本発明のセンサ装置の光拡散部材に半透明部材
を使用したときの光の拡散状況を示した図。
FIG. 2 is a diagram showing a light diffusion state when a translucent member is used as a light diffusion member of the sensor device of the present invention.

【図3】本発明のセンサ装置の光拡散部材にホログラム
を使用したときの光の拡散状況を示した図。
FIG. 3 is a diagram showing a light diffusion state when a hologram is used as a light diffusion member of the sensor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…励起光放射部材、3…ピンホール、4…
光拡散部材、5…プリズム、6…センサ素子、7…検出
器、8…プリズム固定上部部材、9…プリズム固定下部
部材、11…偏光子、A)…放射光に加工された光ビー
ム,A’)…半透明部材によって拡散された光ビーム,
B)…放射光に加工された光ビーム,B’)…ホログラ
ムによって拡散された光ビーム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Excitation light emission member, 3 ... Pinhole, 4 ...
Light diffusing member, 5: prism, 6: sensor element, 7: detector, 8: prism fixed upper member, 9: prism fixed lower member, 11: polarizer, A) light beam processed into radiation light, A ')… The light beam diffused by the translucent member,
B): Light beam processed into synchrotron radiation, B '): Light beam diffused by hologram

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 仁 〒802 福岡県北九州市小倉北区中島2丁 目1番1号 東陶機器株式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA05 BB12 CC16 DD13 EE02 EE05 FF06 GG02 JJ12 JJ19 KK01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hitoshi Ohara 〒 2-1 1-1 Nakajima, Kokurakita-ku, Kitakyushu-city, Fukuoka Prefecture F-term in TOTO Kiki Co., Ltd. 2G059 AA05 BB12 CC16 DD13 EE02 EE05 FF06 GG02 JJ12 JJ19 KK01

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面プラズモンの励起光をセンサ素子
に入射させて該センサ素子で反射した反射光を検出器へ
透過させるためのプリズムと、前記センサ素子から反射
した光を受光する検出器とを有する表面プラズモン共鳴
法を利用したセンサ装置において、前記プリズムへの入
射光が放射光であることを特徴とする表面プラズモンセ
ンサ装置。
1. A prism for making surface plasmon excitation light incident on a sensor element and transmitting reflected light reflected by the sensor element to a detector, and a detector for receiving light reflected from the sensor element. A surface plasmon sensor device using a surface plasmon resonance method, wherein light incident on the prism is radiated light.
【請求項2】 光源とプリズムとの間に光放射手段を
配設したことを特徴とする請求項1記載の表面プラズモ
ンセンサ装置。
2. The surface plasmon sensor device according to claim 1, wherein light emitting means is provided between the light source and the prism.
【請求項3】 光源とプリズムとの間に光散乱手段を
配設したことを特徴とする請求項1または2記載の表面
プラズモンセンサ装置。
3. The surface plasmon sensor device according to claim 1, wherein light scattering means is provided between the light source and the prism.
【請求項4】 前記光散乱手段が、光拡散手段である
ことを特徴とする請求項3記載の表面プラズモンセンサ
装置。
4. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein said light scattering means is a light diffusion means.
【請求項5】 光源と前記光散乱手段との間に光放射
手段を配設したことを特徴とする請求項3または4記載
の表面プラズモンセンサ装置。
5. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein light emitting means is provided between the light source and the light scattering means.
【請求項6】 前記光散乱手段が、前記光放射手段と
一体に構成されていることを特徴とする請求項5記載の
表面プラズモンセンサ装置。
6. The surface plasmon sensor device according to claim 5, wherein said light scattering means is integrated with said light emitting means.
【請求項7】 前記光放射手段は、ピンホールを有す
る遮光部材であることを特徴とする請求項2乃至6のい
ずれか一項記載の表面プラズモンセンサ装置。
7. The surface plasmon sensor device according to claim 2, wherein said light emitting means is a light shielding member having a pinhole.
【請求項8】 前記光放射手段は、スリットであるこ
とを特徴とする請求項2乃至6のいずれか一項記載の表
面プラズモンセンサ装置。
8. The surface plasmon sensor device according to claim 2, wherein said light emitting means is a slit.
【請求項9】 前記光散乱手段は、半透明部材であるこ
とを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項記載の表
面プラズモンセンサ装置。
9. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein said light scattering means is a translucent member.
【請求項10】 前記光散乱手段が、ホログラムである
ことを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項記載の
表面プラズモンセンサ装置。
10. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein said light scattering means is a hologram.
【請求項11】 前記光散乱手段が、偏光子部材であ
ることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一項記載
の表面プラズモンセンサ装置。
11. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein said light scattering means is a polarizer member.
【請求項12】 前記偏光子部材は、偏光子の表面に
ホログラムを設けたものであることを特徴とする請求項
11記載の表面プラズモンセンサ装置。
12. The surface plasmon sensor device according to claim 11, wherein the polarizer member has a hologram provided on a surface of the polarizer.
【請求項13】 前記光放射手段は、光の放射度合いを
調節することが可能であることを特徴とする請求項2乃
至8のいずれか一項記載の表面プラズモンセンサ装置。
13. The surface plasmon sensor device according to claim 2, wherein said light emitting means is capable of adjusting a degree of light emission.
【請求項14】 前記光放射手段は、光の通過する孔径
を調節することが可能であることを特徴とする請求項2
乃至8のいずれか一項記載の表面プラズモンセンサ装
置。
14. The light emitting means according to claim 2, wherein said light emitting means is capable of adjusting a hole diameter through which light passes.
9. The surface plasmon sensor device according to claim 1.
【請求項15】 前記光散乱手段は、光の散乱度合いを
調節することが可能であることを特徴とする請求項3乃
至6または9乃至12のいずれか一項記載の表面プラズ
モンセンサ装置。
15. The surface plasmon sensor device according to claim 3, wherein said light scattering means is capable of adjusting a degree of light scattering.
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