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表面プラズモンセンサ、及び屈折率の測定方法 新技術説明会

国内特許コード P150011203
掲載日 2015年1月28日
出願番号 特願2012-554845
登録番号 特許第5900970号
出願日 平成24年1月26日(2012.1.26)
登録日 平成28年3月18日(2016.3.18)
国際出願番号 JP2012051707
国際公開番号 WO2012102350
国際出願日 平成24年1月26日(2012.1.26)
国際公開日 平成24年8月2日(2012.8.2)
優先権データ
  • 特願2011-014067 (2011.1.26) JP
発明者
  • 松田 豊稔
  • 小田川 裕之
出願人
  • 独立行政法人国立高等専門学校機構
発明の名称 表面プラズモンセンサ、及び屈折率の測定方法 新技術説明会
発明の概要 屈折率を測定する表面プラズモンセンサにおいて、吸収曲線に依存せず屈折率を高精度かつ容易に測定する。
表面プラズモンセンサは、周期構造を有する金属層を備え、試料が配置された反射板と、前記反射板に入射光を照射する光源と、前記反射板で反射した反射光を受光する受光部と、周期構造面からの反射光に含まれる偏光方向の異なる2種類の波の位相情報に基づいて前記試料の屈折率を測定する計測部と、を備えることを特徴とする。
従来技術、競合技術の概要



液体等の屈折率を光学的に測定するセンサとして表面プラズモンセンサが知られている。金属表面に波長λの入射光を照射したときの反射率ρの入射角特性(吸収曲線)を測定すると、特定の入射角(以下、吸収角θspと呼ぶ)で反射率ρが急激に減少する。この現象は、プラズモン共鳴吸収と呼ばれ、入射光と金属表面に存在する表面プラズモンとの電磁波結合によって生じる現象であり、入射光の電力が金属表面に捕捉(共鳴吸収)された結果、反射光強度が減少する。





表面プラズモンセンサは、プラズモン共鳴吸収を利用して液体等の試料の屈折率を測定するセンサである。表面プラズモンセンサには、金属表面にプリズムを配置したものや、例えば特許文献1に開示されるように金属表面に等間隔に溝を刻んだ周期構造を有するものがある。

産業上の利用分野



本発明は、表面プラズモンセンサ、及び該表面プラズモンセンサを用いた屈折率の測定方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
周期構造を有する金属層を備え、試料が配置された反射板と、
前記反射板にコニカルマウントでp偏光又はs偏光の入射光を照射する光源と、
前記反射板で反射した反射光を受光する受光部と、
前記光源が前記反射板に照射する前記入射光の入射角と、前記入射光の入射面が前記周期構造の周期方向に対して成す方位角と、前記光源が入射する前記入射光の波長の何れか1つをパラメータとして変化させながら、前記反射光の楕円率がゼロになる前記パラメータに基づいて前記試料の屈折率を測定する計測部と、を備えることを特徴とする表面プラズモンセンサ。

【請求項2】
前記計測部が入射角又は方位角をパラメータとして変化させながら前記反射板の楕円率がゼロになる前記パラメータに基づいて前記試料の屈折率を計測する場合において前記計測部が測定した前記楕円率がゼロになるように前記パラメータを変更するように前記反射板を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項3】
前記光源は、屈折率測定の基準となる基準物質を反射板に配置したときの楕円率がゼロとなる入射角、方位角及び波長を有する前記入射光を前記試料に照射し、
前記計測部は、前記反射光から得た楕円率に基づき前記試料の屈折率を測定することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項4】
前記楕円率がゼロとなる前後の前記楕円率の変動量が大きくなるように、前記反射板の方位角を調整して前記入射光に対する相対的な格子の溝の形状を変化させることを特徴とする請求項1~請求項3の何れか1項に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項5】
入射面に対して前記反射光の平行な成分及び垂直な成分の位相差を略直角、前記反射光の反射率が前記平行な成分と前記垂直な成分とで略等しくなるように、前記反射板の方位角を調整して前記入射光に対する相対的な格子の溝の形状を変化させることを特徴とする請求項1~請求項4の何れか1項に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項6】
前記光源は、前記反射板の前記金属層が設けられた面と対向する面から入射されるように前記入射光を照射し、
前記金属層は薄膜周期構造を有することを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項7】
周期構造を有する金属層を備える反射板に配置された試料の屈折率を測定する表面プラズモンセンサを用いた屈折率の測定方法であって、
光源から前記反射板にコニカルマウントでp偏光又はs偏光の入射光を照射するステップと、
前記試料を透過して前記反射板で反射した反射光を受光部で受光するステップと、
前記光源が前記反射板に照射する前記入射光の入射角と、前記入射光の入射面が前記周期構造の周期方向に対して成す方位角と、前記光源が入射する前記入射光の波長の何れか1つをパラメータとして変化させながら、前記反射光の楕円率がゼロになる前記パラメータに基づいて前記試料の屈折率を測定するステップと、を備えることを特徴とする屈折率の測定方法。

【請求項8】
前記反射板は、光を透過する基板と、当該基板の一方の面の上に積層されて周期構造を有する金属層とを備え、前記金属層の面であって前記基板に当接しない面の上に試料が配置され、
前記光源は、前記基板の他方の面の側から入射光を照射し、
前記受光部は、前記基板の他方の面の側に反射した反射光を受光することを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の表面プラズモンセンサ。

【請求項9】
光を透過する基板と、当該基板の一方の面の上に積層されて薄膜周期構造を有する金属層とを備え、前記金属層の面であって前記基板に当接しない側の面の上に試料が配置される反射板と、
前記基板の他方の面の側から入射光を照射する光源と、
前記基板の他方の面の側に反射した反射光を受光する受光部と、
前記光源が前記反射板に照射する前記入射光の入射角と、前記入射光の入射面が前記周期構造の周期方向に対して成す方位角と、前記光源が入射する前記入射光の波長の何れか1つをパラメータとして変化させながら、前記反射光の楕円率がゼロになる前記パラメータに基づいて前記試料の屈折率を測定する計測部と、
前記計測部が入射角又は方位角をパラメータとして変化させながら前記反射板の楕円率がゼロになる前記パラメータに基づいて前記試料の屈折率を計測する場合において前記計測部が測定した前記楕円率がゼロになるように前記パラメータを変更するように前記反射板を制御する制御部と、を備え、
入射面に対して前記反射光の平行な成分及び垂直な成分の位相差を略直角、前記反射光の反射率が前記平行な成分と前記垂直な成分とで略等しくなるように前記反射板の方位角を調整して前記入射光に対する相対的な格子の溝の形状を変化させてあり、
前記計測部は、前記反射板に屈折率が既知の基準物質を前記試料として配置したときに前記反射光の楕円率がゼロになる値に前記入射光の波長、入射角、及び、方位角を固定した状態で前記受光部が受光した反射光の楕円率に応じた値を前記試料の屈折率とすることを特徴とする表面プラズモンセンサ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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