特許 6010077 表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6010077

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/41 20060101AFI20161006BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/41 101

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-173927(P2014-173927)

(22)【出願日】2014年8月28日

(65)【公開番号】特開2016-48223(P2016-48223A)

(43)【公開日】2016年4月7日

【審査請求日】2015年6月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005049

【氏名又は名称】シャープ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鐘築 律夫

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 由紀夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 政俊

(72)【発明者】

【氏名】上柿 真也

【審査官】 奥田 雄介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−０８９４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０１０３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９５０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１２２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５６１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０３７９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０８１５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７０４３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／４１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主表面を有する誘電体部材および前記主表面上に形成された金属薄膜を含み、前記誘電体部材と前記金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により、入射角度に分布を有する光束から成る入射光を、光量に角度依存性を有する光束から成る反射光として反射する表面プラズモン素子と、
前記表面プラズモン素子に向けて前記入射光を投光する投光部と、
前記表面プラズモン素子にて反射された前記反射光を受光する受光部とを備え、
前記受光部は、前記反射光の前記角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された非分割の受光領域を有している、表面プラズモン検出装置。

【請求項2】

前記投光部は、前記入射光として、当該入射光の光軸に垂直な入射光束断面において１軸方向に対して入射角が漸次的に変化する角度分布を有する光を投光し、
前記受光部は、前記反射光として、当該反射光の光軸に垂直な反射光束断面において前記１軸方向に対応する方向に前記光量分布を有する光を受光し、
当該受光領域を含み前記反射光が投影される第１平面において、前記受光領域は、前記１軸方向に対応する方向に垂直方向の長さが前記１軸方向に対応する方向に平行な方向に沿って漸次的に変化するように形成されている、請求項１に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項3】

前記反射光束断面は、前記反射光が前記光量分布を有することで他の部分よりも光量が少なくなることによって前記１軸方向に対応する方向と垂直方向に延在するように形成された暗線を含み、
前記受光領域の輪郭線は、前記第１平面に投影された暗線に対して非平行に交差する部分を有する、請求項２に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項4】

前記１軸方向に対応する方向と垂直方向に延在する前記受光領域の長さが、一定の変化率で漸次的に変化する、請求項２または３に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項5】

前記受光部は、開口部を有する遮蔽部材と、前記開口部を透過した前記反射光の光量を検出する受光素子とを含み、
前記受光領域が前記開口部によって規定される、請求項１から４のいずれか１項に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項6】

前記遮蔽部材は、単数または複数の遮蔽部材によって構成され、
前記遮蔽部材が前記単数の遮蔽部材によって構成される場合には、
前記単数の遮蔽部材はそれぞれ形状の異なる複数の開口部を有し、
前記受光部は、前記複数の開口部の中から前記受光領域を規定する１つの開口部を選択可能に設けられ、
前記遮蔽部材が前記複数の遮蔽部材によって構成される場合には、
前記複数の遮蔽部材は、それぞれ形状の異なる前記開口部を有し、
前記受光部は、前記複数の遮蔽部材のうち１つの遮蔽部材を選択可能に設けられている、請求項５に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項7】

前記受光部にて検出した受光量と、前記受光部にて予め検出した基準量との関係に基づき、測定対象物を検出する、請求項１から６のいずれか１項に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項8】

前記表面プラズモン素子は、前記金属薄膜に表面に気体を滞留させる滞留層を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の表面プラズモン検出装置。

【請求項9】

主表面を有する誘電体部材および前記主表面上に形成された金属薄膜を含む表面プラズモン素子に、入射角度に分布を有する光束から成る入射光を投光部から投光し、前記表面プラズモン素子に入射された前記入射光を、前記誘電体部材と前記金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により光量に角度依存性を有する光束から成る反射光として反射し、前記表面プラズモン素子にて反射された前記反射光を受光部にて受光する表面プラズモン検出方法であって、
前記受光部として、前記反射光の前記角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された非分割の受光領域を有するものを用いる、表面プラズモン検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導電性物質表面での表面プラズモンの発生を利用して導電性物質表面の測定対象物質を検出する表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表面プラズモンとは導電性物質表面における表面電荷密度の波であり、この現象を利用した物質の検出器および検出方法が知られている。一般的に、表面プラズモンを利用した表面プラズモン検出装置は、プリズムと、プリズムの一面に直接またはプリズムの一面に対して所定の間隔をおいて形成された金属薄膜と、上記光ビームをプリズムに通して該プリズムと金属薄膜との界面に対して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いる。

【0003】

上記表面プラズモン検出装置において、金属薄膜表面における表面プラズモンは、金属薄膜とプリズムの誘電条件、および金属薄膜の表面状態で決定する固有の分散関係をもつ。

【0004】

また、光ビームを金属薄膜に対して全反射角以上の入射角θで入射させると、入射光の一部が金属薄膜の内部を金属薄膜表面に沿って伝達するエバネッセント光と呼ばれる光となる。このエバネッセント光の波数ベクトルは、入射光の波数ベクトルのエバネッセント光の進行方向成分と等しくなる。すなわち、エバネッセント光の波数は、種々の入射各θに対して、sinθに従い異なる値をもつ。

【0005】

表面プラズマの波数とエバネッセント光の波数とが等しくなる条件を満たす時、表面プラズモン共鳴と呼ばれる現象が発生し、この条件を満たす入射角に対応する光の全反射光に強度の著しい減少が観測される。

【0006】

表面プラズモンは金属薄膜の表面の状態に対して非常に敏感であるため、金属薄膜表面に物質が付着すると全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度にずれが生じる。したがって、この全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度のずれを観測することにより、金属薄膜に付着した物質を検出することができる。

【0007】

このような、全反射光の強度の減少が観測される光の入射角度のずれを観測することにより金属薄膜に付着した物質を検出する表面プラズモン検出装置が開示された文献として、例えば特開平１０−１９７６８号公報（特許文献１）、特開平１０−２３９２３３号公報（特許文献２）および特開２００６−４７０００号公報（特許文献３）が挙げられる。

【0008】

特許文献１に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、種々の入射角度の光線成分からなる光線束を、金属薄膜と誘電体部材の界面に収束光状態あるいは発散光状態で入射させる。当該界面にて種々の反射角度で反射した各光線成分を、それらすべてを受光できる方向に延びる多セル型のラインセンサーや２次元アレイセンサーによって検出し、暗線の検出位置に対応する光線成分の入射角度を、全反射減衰角として特定する。

【0009】

特許文献２に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、平行な光線を、入射角度を変化させながら金属薄膜と誘電体部材の界面に順次入射させ、入射角度の変化に従って反射角度が変化する光線を、その反射角度の変化に同期して移動する小さな１セル型の光受光部や、反射角度の変化方向に沿って延びる１セル型または多セル型の光受光部によって検出する。この場合には、暗線が検出された際の入射角度を全反射減衰角として特定する。

【0010】

特許文献３に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、金属薄膜と誘電体部材の界面に入射する光束線として、該光線束の中心光線の入射平面内において、入射角度に応じてガウシアン分布、あるいは、単調増加または単調減少するビーム断面強度を有するものを用いる。この場合には、反射減衰を受けた光線成分の入射角度を特定して、反射減衰角を求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開平１０−１９７６８号公報

【特許文献2】特開平１０−２３９２３３号公報

【特許文献3】特開２００６−４７０００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、当該界面にて種々の反射角度で反射した各光線成分を多セル型のラインセンサーや２次元アレイセンサーによって検出するため、高価な検出器（受光部）が必要となる。また、暗線位置を検出するために複雑なアルゴリズムによる計算処理を要する。さらに、界面の凹凸や、暗線の広がり幅（特にレーザー以外の光源を用いた場合）の影響により、暗線位置の検出精度が制限される。

【0013】

特許文献２に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、入射角度を変化させながら平行な光線を順次入射させるため、入射角度を変化させる機構が煩雑となるともに、高速処理が困難にある等の問題があった。さらに、機械的な移動機構により入射角度を変化させる場合には、その移動機構の角度設定精度により検出精度が制限される。

【0014】

特許文献３に開示の表面プラズモン検出装置にあっては、レーザー光源によりガウシアン状のビーム断面強度を有する光線を発生させ、その光線を一旦拡大した後、上記の界面に向けて収束させつつこれを界面に入射させる。これにより、種々の入射角θと、その入射角θと相関関係（ガウシアン分布）のある強度とを有する多数の光線分を含む光束を発生させることができる。このような形態においては、レーザー光源により発せられたガウシアン状のビーム強度分布をもつ光束を、強度分布を保った状態で界面に入射する必要がある。

【0015】

しかしながら、一般的に、ビーム光の進行に伴うビームの自然拡散や、発散・集光の光学系による撹乱によって、ビームの光路の過程においてビーム強度分布の形状は大きく変形する。これらの影響を考慮して、強度分布の形状を高精度に制御した状態で界面に入射するには、非常に高度かつ複雑な構造をもつ入射光学系を必要とする。

【0016】

このため、特許文献３に開示の表面プラズモン検出装置の構成を採用する場合には、例えば、光線束を制御するための部材点数が多くなり位置、角度の調整作業が複雑になること、また光学系の部材コストが上昇すること、さらにそれらを収容するための空間を要することが考えられる。

【0017】

また、レーザー光源により発せられたガウシアン状のビーム強度分布をもつ光束から単調増加または単調減少する強度分布を得るためには、ガウシアン分布を均一な強度分布に変換するための逆ガウシアンフィルタ、および均一な強度分布を単調増加または単調減少する強度分布に変換するためのウェッジフィルタが必要となり、それらを検出基板より前段に設ける必要があるため、さらに入射光学系の構造が複雑化する。

【0018】

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、簡素な構成で十分な検出精度を得ることができる表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

本発明に基づく表面プラズモン検出装置は、主表面を有する誘電体部材および上記主表面上に形成された金属薄膜を含み、上記誘電体部材と上記金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により、入射角度に分布を有する光束から成る入射光を、光量に角度依存性を有する光束から成る反射光として反射する表面プラズモン素子と、上記表面プラズモン素子に向けて上記入射光を投光する投光部と、上記表面プラズモン素子にて反射された上記反射光を受光する受光部とを備える。上記受光部は、上記反射光の上記角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された受光領域を有している。

【0020】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記投光部は、上記入射光として、当該入射光の光軸に垂直な入射光束断面において１軸方向に対して入射角が漸次的に変化する角度分布を有する光を投光することが好ましい。また、上記受光部は、上記反射光として、当該反射光の光軸に垂直な反射光束断面において上記１軸方向に対応する方向に上記光量分布を有する光を受光することが好ましい。この場合には、当該受光領域を含み上記反射光が投影される第１平面において、上記受光領域は、上記１軸方向に対応する方向に垂直方向の長さが上記１軸方向に対応する方向に平行な方向に沿って漸次的に変化するように形成されていることが好ましい。

【0021】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記反射光束断面は、上記反射光が上記光量分布を有することで他の部分よりも光量が少なくなることによって上記１軸方向に対応する方向と垂直方向に延在するように形成された暗線を含むことが好ましい。この場合には、上記受光領域の輪郭線は、上記第１平面に投影された暗線に対して非平行に交差する部分を有することが好ましい。

【0022】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記１軸方向に対応する方向と垂直方向に延在する上記受光領域の長さが、一定の変化率で漸次的に変化することが好ましい。

【0023】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記受光部は、開口部を有する遮蔽部材と、上記開口部を透過した上記反射光の光量を検出する受光素子とを含んでいてもよい。この場合には、上記受光領域が上記開口部によって規定されることが好ましい。

【0024】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記遮蔽部材は、単数または複数の遮蔽部材によって構成されてもよく、上記遮蔽部材が上記単数の遮蔽部材によって構成される場合には、上記単数の遮蔽部材はそれぞれ形状の異なる複数の開口部を有することが好ましく、上記受光部は、上記複数の開口部の中から上記受光領域を規定する１つの開口部を選択可能に設けられることが好ましい。また、上記遮蔽部材が上記複数の遮蔽部材によって構成される場合には、上記複数の遮蔽部材は、それぞれ形状の異なる上記開口部を有することが好ましく、上記受光部は、上記複数の遮蔽部材のうち１つの遮蔽部材を選択可能に設けられていることが好ましい。

【0025】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記受光部にて検出した受光量と、上記受光部にて予め検出した基準量との関係に基づき、測定対象物を検出することが好ましい。

【0026】

上記本発明に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記表面プラズモン素子は、上記金属薄膜に表面に気体を滞留させる滞留層を含むことが好ましい。

【0027】

本発明に基づく表面プラズモン検出方法は、主表面を有する誘電体部材および上記主表面上に形成された金属薄膜を含む表面プラズモン素子に、入射角度に分布を有する光束から成る入射光を投光部から投光し、上記表面プラズモン素子に入射された上記入射光を、上記誘電体部材と上記金属薄膜との界面における表面プラズモン現象により光量に角度依存性を有する光束から成る反射光として反射し、上記表面プラズモン素子にて反射された上記反射光を受光部にて受光する表面プラズモン検出方法であって、上記受光部として、上記反射光の上記角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された受光領域を有するものを用いる。

【発明の効果】

【0028】

本発明によれば、簡素な構成で十分な検出精度を得ることができる表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。

【図2】図１に示す表面プラズモン検出装置の表面プラズモン素子の構成を示す概略断面図である。

【図3】図１に示す表面プラズモン検出装置における入射角度分布を有する入射光に含まれる入射角と反射率との関係を示す図である。

【図4】図１に示す誘電体部材と金属薄膜との界面において反射された反射光の光束の断面を示す図である。

【図5】図１に示す遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の位置の変化の一例を示す平面図である。

【図6】比較例における表面プラズモン検出方法を説明するための模式図である。

【図7】変形例１に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図8】実施の形態２に係る表面プラズモン検出装置に具備される遮蔽部材を用いて検出した場合の暗線の一例を示す平面図である。

【図9】図８に示す遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の位置の変化の一例を示す図である。

【図10】図８に示す遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の位置の変化のその他の例を示す図である。

【図11】変形例２に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図12】変形例３に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図13】実施の形態３に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図14】実施の形態４に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す平面図であり、遮蔽部材に設けられた第１開口部を選択した場合および遮蔽部材に設けられた第２開口部を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図15】変形例４に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す平面図であり、第１遮蔽部材を選択した場合および第２遮蔽部材を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。

【図16】実施の形態５に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す図である。

【図17】本発明の効果を検証するために測定対象物の濃度を測定した場合における、測定対象物の濃度と検出部による検出値との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

【0031】

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１について説明する。

【0032】

表面プラズモン検出装置１は、投光部２、受光部３、表面プラズモン素子６０および演算処理部９０を備える。投光部２は、表面プラズモン素子６０に向けて入射光Ｌ１を投光する。受光部３は、表面プラズモン素子６０から反射された反射光Ｌ２を受光する。

【0033】

投光部２は、光源１０、コリメートレンズ２０、偏光子３０、反射ミラー４０および集光レンズ５０を含む。光源１０としては、たとえば半導体レーザを採用することができる。光源１０から出射された出射光は、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換される。

【0034】

偏光子３０は、光源１０から出射された出射光から表面プラズモンを引き起こすｐ偏光を抽出するためのものである。平行光束に変換された出射光は、偏光子３０によってｐ偏光にされ、反射ミラー４０によって集光レンズ５０に向けて反射される。

【0035】

反射ミラー４０によって反射された出射光は、集光レンズ５０によって集光されて表面プラズモン素子６０に入射する。これにより、入射角度に分布を有する光束から成る入射光Ｌ１が表面プラズモン素子６０に入射する。具体的には、入射光Ｌ１は、後述する誘電体部材６７と金属薄膜６４との界面に入射する。この際、入射光Ｌ１は、均一の強度分布を持って界面に入射する。

【0036】

表面プラズモン素子６０は、誘電体部材６７と金属薄膜６４との界面における表面プラズモン現象により、入射角度に分布を有する光束から成る入射光Ｌ１を、光量に角度依存性を有する光束から成る反射光Ｌ２として反射する。

【0037】

受光部３は、コリメートレンズ７０、遮蔽部材８１および受光素子８２を含む。表面プラズモン素子６０によって反射された反射光Ｌ２は、コリメートレンズ７０によって平行光束に変換される。平行光束に変換された反射光Ｌ２は、遮蔽部材８１に設けられた開口部８３（図５参照）を通過して受光素子８２にて受光される。開口部８３は、受光部３の受光領域を規定する。受光素子８２としては、たとえばフォトダイオードを採用することができる。フォトダイオードにより、受光した反射光Ｌ２の光量を検出することができる。受光部８２は、演算処理部９０に接続されている。

【0038】

演算処理部９０は、受光素子８２が検出した反射光Ｌ２の光量に基づいて、揮発性有機物等の測定対象物の濃度等を算出する。演算処理部９０は、後述する処理部９１、記憶部９２、テーブル記憶部９３、温湿度計９４を含む。

【0039】

図２は、図１に示す表面プラズモン検出装置の表面プラズモン素子の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、表面プラズモン素子６０について説明する。

【0040】

表面プラズモン素子６０は、プリズム６１、透明基板６２、第１密着層６３、金属薄膜６４、第２密着層６５および滞留層６６を含む。プリズム６１および透明基板６２によって誘電体部材６７が構成される。

【0041】

プリズム６１の材質は、光透過性が高く、真空との誘電率の違いが大きい物質が好ましい。プリズム６１としては、例えば、透光性樹脂、ガラス等を採用することができる。本実施の形態においては、プリズム６１としてガラスを採用している。

【0042】

透明基板６２の材質としては、屈折率の違いによる光損失を抑制するためにプリズム６１とほぼ同一の屈折率を持つ材質であることが好ましい。透明基板６２としては、プリズム６１と同様に、透光性樹脂、ガラス等を採用することができ、本実施の形態においては、ガラスを採用している。

【0043】

透明基板６２は、接着剤を用いて隙間なくプリズム６１に貼り合わされる。屈折率の違いによる光損失を抑制するために、接着剤としては、プリズム６１および透明基板６２とほぼ同一の屈折率を有する部材を用いることが好ましい。プリズム６１側と反対側に位置する主面６２ｂ上には、第１密着層６３、金属薄膜６４、第２密着層６５、滞留層６６が、この順で積層されている。これらの層が主面６２ｂ上に積層された後に、主面６２ｂと反対側に位置する透明基板６２の主面６２ａが、プリズム６１の底面６１ａに上記の接着剤を用いて貼り合わされる。

【0044】

第１密着層６３は、金属薄膜６４と透明基板６２との密着性が悪い場合に形成される。このため、透明基板６２の主面６２ｂ上に密着性を確保した状態で金属薄膜６４を直接形成できる場合には、第１密着層６３を省略することができる。

【0045】

第１密着層６３としては、透明基板６２と金属薄膜６４とに良好な密着性を有する材料が用いられる。たとえば、金属薄膜６４が金、銀等の貴金属で構成される場合には、第１密着層６３としては、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。本実施の形態においては、チタンを採用している。

【0046】

また、第１密着層６３は、金属薄膜６４への入射光Ｌ１の到達を阻害しないように、密着性が得られる限度において可能な限り薄く形成されることが好ましい。具体的には、第１密着層の厚さは、１ｎｍ程度であることが好ましい。なお、第１密着層６３が形成される場合であってもこのように第１密着層６３の厚さが非常に薄いため、誘電体部材６７と薄金属薄膜６４との界面とは、プリズム６１側に位置する金属薄膜６４の主面６４ａを指す。

【0047】

金属薄膜６４としては、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどを採用することができる。本実施の形態においては、金を採用している。金属薄膜６４として金を採用した場合における金属薄膜６４の厚さは、表面プラズモン共鳴による反射強度の減衰効果が最も得られる範囲内に収まることが好ましく、たとえば４０〜５５ｎｍであることが好ましい。

【0048】

第２密着層６５は、金属薄膜６４と滞留層６６との密着性が悪い場合に形成される。このため、金属薄膜６４の主面６４ｂ上に密着性を確保した状態で滞留層６６を直接形成できる場合には、第２密着層６５を省略することができる。

【0049】

第２密着層６５としては、金属薄膜６４と滞留層６６とに良好な密着性を有する材料が用いられる。滞留層６６が二酸化ケイ素で構成される場合には、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。本実施の形態においては、チタンを採用している。

【0050】

滞留層６６は、測定対象物が気体中の揮発性有機物（ＶＯＣ）のように、金属薄膜６４への吸着性が乏しい物質である場合に、金属薄膜６４上あるいは第２密着層６５上に形成される。滞留層６６は、測定対象物を含む気体を一時的に金属薄膜６４上に滞留させる。このため、滞留層６６は、厚さ方向に貫通する貫通孔が複数設けられたポーラス形状を有することが好ましい。これにより、貫通孔内に上記気体を滞留させることができる。

【0051】

滞留層６６の材質としては、二酸化ケイ素を採用することができる。この場合には、ポーラス形状を有する二酸化ケイ素膜を形成するために、まず、水と表面活性剤を混合してｐＨを調整した後にＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）を混合した溶液を準備する。当該溶液を金属薄膜６４上あるいは第２密着層６５上にスピンコート法を用いて塗布した後に、乾燥および焼成することにより形成することができる。

【0052】

なお、滞留層６６は、検出対象が気体である場合に気体を金属薄膜６４上に長時間滞留させることにより気体の検出感度を高めるためのものであり、本発明の実施に必須の構成ではない。例えば、検出対象が液体の場合は、滞留層６６を省略し、金属薄膜６４の表面（たとえば主面６４ｂ）に検出対象の液体を直接付着させることにより液体に含まれる成分を検出することが可能である。このような形態であれば、例えば液体中の抗体成分を金属薄膜６４に付着させ、その抗体反応を検出する用途にも本発明を利用することができる。

【0053】

また、第２密着層６５が形成される場合には、揮発性有機物等の測定対象物が金属薄膜６４に付着することが可能となるように、第２密着層６５は、密着性が得られる限度において可能な限り薄く形成されることが好ましい。具体的には、第２密着層６５の厚さは、１ｎｍであることが好ましい。

【0054】

なお、本実施の形態においては、誘電体部材６７がプリズム６１と透明基板６２とによって構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、プリズム６１によって構成されていてもよい。この場合には、プリズム６１の底面６１ａ上に金属薄膜が直接形成されてもよいし、第１密着層および金属薄膜がこの順で形成されてもよい。さらにこの場合には、測定対象物に応じて、金属薄膜上に、滞留層が直接形成されてもよいし、第２密着層および滞留層がこの順で形成されてもよい。

【0055】

図３は、図１に示す表面プラズモン検出装置における入射角度分布を有する入射光に含まれる入射角と反射率との関係を示す図である。図３を参照して、表面プラズモン検出装置１における入射角度分布を有する入射光Ｌ１に含まれる入射角と反射率との関係について説明する。

【0056】

図３に示すように、入射角度に分布を有する入射光Ｌ１として、当該入射光Ｌ１の光軸に垂直な入射光束断面において１軸方向に対して入射角が漸次的に変化する角度分布を有する光を金属薄膜６４と誘電体部材６７との界面に入射する。この場合には、入射角が略３８度となる部分で、表面プラズマの波数と金属薄膜６４の内部を金属薄膜６４の主表面６４ａに沿って伝達するエバネッセント光の波数とが等しくなり、表面プラズモン共鳴が発生する。これにより、３８度近傍の入射角で入射された光の反射強度（反射率）が減衰する。ここで、１軸方向とは、上記入射光束断面上における所定の１方向を指す。

【0057】

なお、表面プラズモン共鳴が発生する共鳴角度（入射角）は、金属薄膜６４の表面状態で変化する。金属薄膜６４の主表面６４ｂに測定対象物（揮発性有機物）が付着（接触）した場合には、上述の例とは異なる入射角度で入射された光の反射強度が減衰する。また、揮発性有機物の濃度によっても反射強度が減衰する部分（共鳴角度）が変動する。このように、反射強度の減衰する位置が入射角によって変動することにより、上記界面にて反射された反射光Ｌ２は、光量に角度依存性を有することとなる。

【0058】

図４は、図１に示す誘電体部材と金属薄膜との界面において反射された反射光の光束の断面を示す図である。なお、図４は、図３に示す入射角が３２°から４６°までの範囲（角度分布）を有する入射光が界面にて反射された後における反射光の断面（反射光束断面）を示している。図４を参照して、誘電体部材と金属薄膜との界面において反射された反射光について説明する。

【0059】

図４に示すように、反射光Ｌ２は、一部の角度範囲において反射強度が減衰した状態で反射されることにより、光量分布を有する。具体的には、反射光Ｌ２は、当該反射光Ｌ２の光軸に垂直な反射光束断面において上記１軸方向に対応する方向に光量が変化する光量分布を有する。当該反射光束断面には、他の部分よりも光量が少なくなる部分に暗線ＢＬが形成される。暗線ＢＬは、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に延在するように形成される。

【0060】

図５は、図１に示す遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の位置の変化の一例を示す平面図である。図５を参照して、表面プラズモン検出装置１を用いた表面プラズモン検出方法について説明する。この場合においては、揮発性有機物の濃度を測定する方法について説明する。

【0061】

図５に示すように、遮蔽部材としては、円形形状の開口部８３が形成された遮蔽部材８１を用いる。表面プラズモン現象によって形成される暗線ＢＬの位置は、測定対象物（揮発性有機物）の濃度だけでなく、温度、湿度により変化する。このため、装置内に測定対象物が無い状態で、各温湿度における反射光Ｌ２の光量を予め受光部３にて検出する。予め検出された各光量は、各温湿度における基準量として記憶部９２（図１参照）に記憶されている。また、基準量からの変動量に基づいてガス濃度を算出するための換算テーブルもテーブル記憶部９３（図１参照）に記憶されている。

【0062】

基準量を決定するために、まず、温湿度計９４（図１参照）を用いて測定対象物が無い状態で測定時における装置内の温湿度を測定する。測定された温湿度に関する情報に基づき、処理部９１は、記憶部９２に記憶された情報から測定時に必要な基準量を決定する。

【0063】

なお、図中においては、決定された基準量に対応する光量が検出された際の暗線の位置（暗線の初期位置）を二点鎖線にて示している。当該暗線の中心線は、開口部８３の中心線Ｃ１と一致している。

【0064】

続いて、測定対象物を含む気体を金属薄膜６４の主表面６４ｂに接触させた状態で上記界面にて反射された反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。上述のように暗線ＢＬの位置は、金属薄膜６４の表面状態によって変動し、上記１軸方向に対向する方向に平行な方向に移動する。本実施の形態においては、暗線ＢＬは、開口部８３の中心線Ｃ１から図中ＡＲ１方向に離れた位置に移動する。

【0065】

当該開口部８３を含む反射光Ｌ２が投影される平面（第１平面）において、開口部８３は、上記１軸方向に対応する方向に垂直方向の長さｄ１が上記１軸方向に対応する方向に平行な方向に沿って漸次的に変化するように形成されている。このため、暗線ＢＬの位置が変化することにより、受光領域内を占める暗線ＢＬの面積の割合が変化する。これにより、受光部３が検出する反射光の光量は、暗線ＢＬの位置に応じて変動することになる。

【0066】

処理部９１は、測定時に検出された反射光Ｌ２の光量と上記基準量との差分（変動量）を算出するとともに、上記換算テーブルを用いて、測定対象物の濃度を算出する。

【0067】

本実施の形態においては、暗線ＢＬの移動方向に対して、開口部の面積の変化率が一定でない。すなわち上記１軸方向に対応する方向に垂直方向の開口部の長さｄ１の変化率が一定でない。これにより、暗線ＢＬの初期位置にずれが生じると、暗線ＢＬの移動量が同じであっても、暗線ＢＬの面積の変化量が異なる。このため、上述のような換算テーブルを用いることにより確実に測定対象物の濃度を算出することができる。

【0068】

また、たとえば測定対象物の濃度が低く、暗線ＢＬがわずかにしか動かない場合には、暗線ＢＬの初期位置が中心線Ｃ１から離れた部分に位置するように設定することが好ましい。開口部の長さｄ１の変化率は、中心線Ｃ１から離れるほど大きくなる。このため、初期位置が中心線Ｃ１から離れた位置に設定されている場合には、初期位置が中心線近傍に設定されている場合と比較して、暗線ＢＬがわずかに移動した場合であっても、暗線ＢＬの面積の変化量が大きくなる。このため、検出される光量と基準量との差分が大きくなり検出感度を高くすることができる。

【0069】

このように、本実施の形態においては、基準量を検出する際の暗線の位置（暗線の初期位置）を適宜設定することにより、特に高い感度が必要な場合にも対応することできる。このため、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１は、使用環境により感度を最適化することもできる。

【0070】

図６は、比較例における表面プラズモン検出方法を説明するための模式図である。図６を参照して、比較例における表面プラズモン検出方法について説明する。比較例においては、受光部として多セル型のラインセンサーを用いている。

【0071】

図６に示すように、多セル型のラインセンサーを用いる場合には、たとえばｎ×ｍ個（ｎ、ｍは任意の正の整数）の画素ｇを有する測定範囲Ｒ内において、測定対象物が無い状態での暗線ＢＬ１の初期位置と、測定対象物がある状態での暗線ＢＬ２の位置を検出する。暗線が何画素移動したかを検出し、移動量に基づいて測定対象物の濃度を算出する。暗線の位置を検出するには複雑なアルゴリズムによる計算処理が必要となるため、検出部の構成が複雑になるとともに検出部自体が高額となる。

【0072】

以上のように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１および表面プラズモン検出方法においては、受光部３として、反射光Ｌ２の角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された受光領域を有するものを用いて反射光Ｌ２の光量を検出することにより、簡素な構成で十分な検出精度を得ることができる。

【0073】

なお、本実施の形態では、開口部８３の形状が円形形状である場合を例示して説明したが、これに限定されず、上記１軸方向に対応する方向に垂直方向に平行な方向に短軸または長軸を有する楕円形状、長円形状等であってもよい。

【0074】

（変形例１）
図７は、本変形例に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。図７を参照して、本変形例に係る遮蔽部材８１Ａについて説明する。

【0075】

図７に示すように、本変形例に係る遮蔽部材８１Ａの開口部８３Ａは、直角三角形の斜辺が他の２辺に近づくように湾曲した形状を有する。開口部８３Ａの輪郭線のうち湾曲する辺８３ｃを除く他の２辺のうち一方の辺８３ｂは、上記１軸方向に対応する方向に平行な方向（ＡＲ１方向）に延在し、他方の辺８３ａは、上記１軸方向に対応する方向に直交する方向に延在する。

【0076】

このような遮蔽部材８１Ａにおいても、開口部８３Ａは、１軸方向に対応する方向に垂直方向の長さｄ１が１軸方向に対応する方向に平行な方向（図中ＡＲ１方向）に沿って漸次的に変化するように形成されている。この場合においても、開口部の長さｄ１の変化率は、ＡＲ１方向に沿って一定でないため、基準量を検出する際の暗線の位置（暗線の初期位置）を適宜設定することにより、使用環境により感度を最適化することもできる。

【0077】

以上のように、本変形例に係る遮蔽部材８１Ａを実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置に用いた場合においても、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法とほぼ同様の効果が得られる。

【0078】

（実施の形態２）
図８は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置に具備される遮蔽部材を用いて検出した場合の暗線の一例を示す平面図である。図８を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

【0079】

図８に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン装置は、実施の形態１に係る表面プラズモン装置と比較した場合に、遮蔽部材８１Ｂの開口部８３Ｂの形状が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

【0080】

開口部８３Ｂは、直角三角形形状を有する。開口部８３Ｂの輪郭線のうち斜辺８３ｃを除く２辺のうち一方の辺８３ｂは、上記１軸方向に対応する方向に平行な方向（ＡＲ１方向）に延在し、他方の辺８３ａは、上記１軸方向に対応する方向に直交する方向に延在する。開口部８３Ｂの輪郭線のうち斜辺８３ｃは、開口部８３Ｃを含む平面に投影された暗線に対して交差する。

【0081】

この場合には、上記１軸方向に対応する方向と垂直方向に延在する開口部８３Ｂの長さｄ１は、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で漸次的に変化する。このため、暗線ＢＬの初期位置がどの位置にあっても暗線ＢＬの移動量が同じであれば、暗線ＢＬの面積の変化量が一定となる。これにより、受光部３が検出する反射光の光量の変化量も一定となる。

【0082】

図９および図１０は、図８に示す遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の位置の変化の一例およびその他の例を示す図である。図９および図１０を参照して、暗線の初期位置が異なる場合であって暗線ＢＬの移動量が同一である場合の暗線ＢＬの面積の変化量について説明する。

【0083】

図９および図１０にあっては、移動量をわかりやすくするために、開口部８３Ｂを含む平面における所定の領域Ｒをｎ×ｍ個の単位領域ｇに分割して示している。また、開口部８３Ｂの斜辺は、これが通過する当該単位領域ｇの対角線と一致する。なお、図９における領域Ｒと図１０における領域Ｒとは同一の範囲であり、図９における開口部８３Ｂと図１０における開口部８３Ｂとは同一の形状である。

【0084】

図９は、暗線の初期位置がＰ１であり、移動後の暗線ＢＬの位置がＰ２である場合を示している。図１０は、暗線の初期位置がＰ３であり、移動後の暗線ＢＬの位置がＰ４である場合および暗線の初期位置がＰ５であり、移動後の暗線ＢＬの位置がＰ６である場合を示している。いずれの場合も暗線ＢＬの移動量はＡＲ１方向に４マス分である。

【0085】

この際、いずれの場合も移動後の暗線ＢＬの面積は、初期位置の暗線の面積に対して４単位領域分の面積のみ減少している。このように、本実施の形態においては、初期位置の如何によらず暗線の移動量が同一であれば、暗線ＢＬの面積の変化量も一定となる。

【0086】

したがって、開口部８３Ｂ内に暗線の初期位置が入るように、受光部３に入射する入射角度を調整するだけで、容易に条件出しをすることができる。このため、暗線の初期位置を所定の位置にするための投光部２および受光部３の微調整を伴う組立作業を必要とせず、また微調整のための部材も必要としないため部品点数を減らし、コストを削減することができる。

【0087】

なお、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に基準量と検出値の差分から測定対象物の濃度を測定することができる。

【0088】

以上のように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置および表面プラズモン検出方法においても、受光部３として、反射光Ｌ２の角度依存性に起因した光量分布の相違に応じて異なる光量が検出されるように構成された受光領域を有するものを用いて反射光Ｌ２の光量を検出することにより、簡素な構成で十分な検出精度を得ることができる。

【0089】

（変形例２）
図１１は、本変形例に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１１を参照して、本変形例に係る遮蔽部材８１Ｃについて説明する。

【0090】

図１１に示すように、本変形例に係る遮蔽部材８１Ｃの開口部８３Ｃは、台形形状を有する。開口部８３Ｃの輪郭線のうち、１組の平行な対辺は、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に平行である。開口部８３Ｃの輪郭線のうち、１組の平行な対辺を除くもう１組の対辺は、開口部８３Ｃを含む平面に投影された暗線に対して交差する。

【0091】

開口部８３Ｃがこのような形状を有する場合であっても、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に延在する開口部８３Ｃの長さｄ１は、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で漸次的に変化する。この結果、本変形例においても実施の形態２とほぼ同様の効果を得ることができる。

【0092】

（変形例３）
図１２は、本変形例に係る遮蔽部材を用いて検出した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１２を参照して、本変形例に係る遮蔽部材８１Ｄについて説明する。

【0093】

図１２に示すように、本変形例に係る遮蔽部材８１Ｄの開口部８３Ｄは、三角形状を有する。開口部８３Ｄの輪郭線のうち１つの辺（底辺）８３ａは、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に平行である。開口部８３Ｄの輪郭線のうち他の２つの辺８３ｂ，８３ｃは、ＡＲ１方向に向かうにつれて互いに近づくように傾斜する。また、開口部８３Ｄの輪郭線のうち他の２つの辺８３ｂ，８３ｃは、開口部８３Ｃを含む平面に投影された暗線に対して交差する。上記他の２つの辺のうち一方の辺８３ｃは、上記１つの辺８３ａの一端に接続され、上記他の２つの辺のうち他方の辺８３ｂは、上記１つの辺の他端に接続されている。

【0094】

開口部８３Ｄがこのような形状を有する場合であっても、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に延在する開口部８３Ｄの長さｄ１は、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で漸次的に変化する。この結果、本変形例においても実施の形態２とほぼ同様の効果を得ることができる。

【0095】

（実施の形態３）
図１３は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す図である。図１３を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

【0096】

図１３に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン装置は、実施の形態２に係る表面プラズモン装置と比較した場合に、受光部３に遮蔽部材８１が用いられていない点および、受光素子８２が中心軸Ｃ２に対して周方向に回転して配置されている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

【0097】

受光素子８２は、略矩形形状の受光領域を有する。受光素子８２が有する受光領域の対角線Ｄ１が、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）に垂直な方向に平行となるように受光素子８２が配置されている。

【0098】

この場合においても、受光領域は、上記１軸方向に対応する方向に垂直方向の長さｄ１が上記１軸方向に対応する方向に平行な方向に沿って一定の変化率で漸次的に変化するように形成されている。

【0099】

しかしながら、たとえば暗線の初期位置が２点鎖線で示す位置にあり、測定対象物の濃度を測定後の暗線ＢＬの位置が対角線Ｄ１を挟んで初期位置と対称となる位置にある場合には、暗線ＢＬの移動前後において暗線ＢＬの面積は変化しないことが起こり得る。

【0100】

このため、本実施の形態においては、暗線の初期位置に注意する必要があり、好適には、対角線Ｄ１の左右いずれかに位置する受光領域の半面のみを利用することが好ましい。受光領域の半面のみを使用する場合には、暗線ＢＬの初期位置がどの位置にあっても暗線ＢＬの移動量が同じであれば、暗線ＢＬの面積の変化量が一定となる。これにより、受光部３が検出する反射光の光量の変化量も一定となる。この結果、本実施の形態においても、実施の形態２とほぼ同様の効果を得ることができる。

【0101】

なお、本実施の形態においては、遮蔽部材が不要となるため、表面プラズモン検出装置をさらに簡素化することができる。

【0102】

（実施の形態４）
図１４は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す平面図であり、遮蔽部材に設けられた第１開口部を選択した場合および遮蔽部材に設けられた第２開口部を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１４（Ａ）は、遮蔽部材に設けられた第１開口部を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１４（Ｂ）は、遮蔽部材に設けられた第２開口部を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

【0103】

図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１と比較した場合に、開口部選択手段（不図示）を備える点および遮蔽部材の構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

【0104】

本実施の形態に係る遮蔽部材８１Ｅは、複数の開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２を有する。複数の開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２は、たとえば上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に並ぶように配置されている。遮蔽部材８１Ｅはスライド移動可能に設けられている。

【0105】

本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、開口部選択手段によって遮蔽部材８１ＥをＤＲ方向（１軸方向に対応する方向と垂直方向）にスライド移動させることにより、受光部３に対応する開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２を選択的に配置することができる構成となっている。なお、開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２の並ぶ方向および遮蔽部材８１Ｅを移動させる方向は適宜設定することができる。また、本実施形態においては、少なくとも複数の開口部のうち１つの開口部を選択可能に構成されていればよく、開口部選択手段によらずに、スライド機構等を用いて手動にて遮蔽部材を移動させることにより開口部を選択する構成であってもよい。

【0106】

開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２は、それぞれ三角形状を有する。開口部８３Ｅ１の輪郭線のうちの辺８３ｂ１および辺８３ｃ１、ならびに、開口部８３Ｅ２の輪郭線のうちの辺８３ｂ２および辺８３ｃ２は、ＡＲ１方向に向かうにつれて、底辺８３ａ１および底辺８３ａ２から頂点に向けて互いに近づくように傾斜する。これにより、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）と垂直方向に延在する、開口部８３Ｅ１の長さｄ１１および開口部８３Ｅ２の長さｄ１２は、それぞれＡＲ１方向に沿って一定の変化率で漸次的に変化する。

【0107】

ここで、開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２は、輪郭線の一部であるそれぞれの底辺８３ａ１，８３ａ２から頂点までの距離Ｌａ，Ｌｂが異なる。これにより、開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２は、辺８３ｂ１および辺８３ｃ１、ならびに辺８３ｂ２および辺８３ｃ１の傾斜の大きさが異なる。このため、開口部８３Ｅ１の長さｄ１１および開口部８３Ｅ２の長さｄ１２の変化率が相違する。

【0108】

検出対象物を検出する際においては、暗線がシフトする範囲（暗線がＡＲ１方向に移動する移動量）は使用環境によって大きく異なる。暗線のシフト範囲が開口部の大きさ（底辺から頂点までの距離）を超えてしまうと、もはや暗線のシフト量を測定することができなくなる。このため、暗線のシフト範囲が開口部の大きさの範囲内に納まるように開口部の形状を選択することが望ましい。一方、暗線のシフトする範囲が小さい環境においては、暗線のシフトする範囲でシフト量を高い精度で判定できるように、暗線のシフトに応じて開口部に占める暗線の領域の割合が急激に変化するように開口部の形状を選択することが望ましい。

【0109】

本実施に係る表面プラズモン検出装置にあっては、使用環境に基づいて相違する暗線のシフト量に応じて、単一の遮蔽部材８１Ｅをスライド移動させて、適宜、形状の異なる複数の開口部８３Ｅ１，８３Ｅ２を選択的に配置することにより、それぞれの使用環境における検出精度を向上させることができる。

【0110】

たとえば、ＶＯＣガスが大量に発生する塗装工程や洗浄工程のような作業現場では、発生するガスの濃度が高いため、検出感度（測定の分解能）よりも測定可能な濃度範囲が広いことが要求される。この場合には、開口部８３Ｅ１を選択して反射光の光量を検出する。一方、壁材や家具などから少量のガスが発生する環境での測定に対しては、検出感度が求められる。この場合には、開口部８３Ｅ２を選択して反射光の光量を検出する。

【0111】

（変形例４）
図１５は、本変形例に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す平面図であり、第１遮蔽部材を選択した場合および第２遮蔽部材を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１５（Ａ）は、第１遮蔽部材を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１５（Ｂ）は、第２遮蔽部材を選択した場合における暗線の一例を示す平面図である。図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）を参照して、本変形例に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

【0112】

図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示すように、本変形例に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態４に係る表面プラズモン検出装置と比較した場合に、開口形状の異なる複数の遮蔽部材８１Ｆ１，８１Ｆ２を交換することにより、受光部３に対応する開口部８３Ｆ１，８３Ｆ２を選択的に配置することができる構成となっている点において相違する。その他の構成は、ほぼ同様である。

【0113】

図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）における左側には、受光部３に配置可能な複数の遮蔽部材８１Ｆ１，８１Ｆ２を示しており、そのうち受光部３に配置された遮蔽部材を２点鎖線で示している。図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）における右側には、選択されて受光部３に配置された遮蔽部材を示している。

【0114】

受光部３に遮蔽部材を選択的に配置する場合には、予め装置内に複数の遮蔽部材８１Ｆ１，８１Ｆ２を収納する遮蔽部材収納部から選択された遮蔽部材を遮蔽部材選択手段によって受光部３に配置する。なお、本実施形態においては、少なくとも複数の遮蔽部材のうち１つの遮蔽部材を選択可能に構成されていればよく、遮光部材選択手段によらずに、手動によって遮光部材を選択する構成であってもよい。

【0115】

本変形例においては、複数の遮蔽部材として、開口部８３Ｆ１の長さｄ１１の変化率がＡＲ１方向に沿って一定でない遮蔽部材８１Ｆ１と、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で開口部８３Ｆ２の長さｄ１２が漸次的に変化する遮蔽部材８１Ｆ２とを用いる。

【0116】

具体的には、開口部８３Ｆ１は、辺８３ａ１、辺８３ｂ１、辺８３ｃ１を含む。辺８３ａ１は、上記１軸方向に対応する方向（ＡＲ１方向）に直交する方向に延在し、辺８３ｂ１は、上記１軸方向に対向する方向に延在する。辺８３ｃ１は、辺８３ａ１および辺８３ｂ１の接続点とは、反対側に位置する辺８３ａ１の端部および辺８３ｂ１の端部を結ぶ。辺８３ｃ１は、傾斜度合いが異なる複数の辺部８３ｃ１１、８３ｃ１２、８３ｃ１３を含む。これにより、遮蔽部材８１Ｆ１においては、開口部８３Ｆ１の長さｄ１１の変化率がＡＲ１方向に沿って段階的に変化する。このため、遮蔽部材８３Ｆ１は、暗線の初期位置より感度が変化する。

【0117】

開口部８３Ｆ２は、底辺８３ａ２が上記１軸方向に対応する方向と垂直方向に平行となる三角形状を有する。このため、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で開口部８３Ｆ２の長さｄ１２が漸次的に変化する。

【0118】

なお、本変形例では、開口部８３Ｆ１の長さｄ１１の変化率がＡＲ１方向に沿って一定でない遮蔽部材８１Ｆ１と、ＡＲ１方向に沿って一定の変化率で開口部８３Ｆ２の長さｄ１２が漸次的に変化する遮蔽部材８１Ｆ２とを用いる場合を例示して、説明したがこれに限定されない。ＡＲ１方向に一定の変化率で開口部の長さｄ１２が変化するが、開口部の長さｄ１２の変化率がそれぞれ異なる複数の遮蔽部材を用いてもよい。

【0119】

このような構成を有することにより、本変形例に係る表面プラズモン検出装置にあっては、検出対象のガスの濃度や種類により暗線の位置、移動量が変化する場合においても、開口部の形状が異なる遮蔽部材を複数準備して適宜選択することにより、使用環境に応じて感度を最適化することができる。

【0120】

（実施の形態５）
図１６は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置を用いた場合における暗線の一例を示す図である。図１６を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

【0121】

図１６に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態３に係る表面プラズモン検出装置と比較した場合に、遮蔽部材８１が設けられている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

【0122】

本実施の形態においては、対角線Ｄ１の左右いずれかに位置する受光領域の半面のみを確実に利用するために、対角線Ｄ１の左側に位置する受光領域を遮蔽部材８１にて覆っている。このような構成することにより、本実施の形態においても、実施の形態３とほぼ同様の効果が得られる。

【0123】

（検証実験）
図１７は、本発明の効果を検証するために測定対象物の濃度を測定した場合における、測定対象物の濃度と検出部による検出値との関係を示す図である。図１７を参照して、測定対象物の濃度と検出部による検出値との関係について説明する。

【0124】

本検証実験においては、測定対象物としてトルエンを用いた。実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１を用いて、各濃度を有するトルエンを測定した場合に検出される光量に基づく値を検出値として検出した。なお、図１７においては、濃度が１ｐｐｍであるトルエンを測定した際の検出値を１として標準化している。

【0125】

実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１を用いた場合には、暗線の移動量が大きくなるほど暗線が受光領域内を占める割合が小さくなるため、検出される光量は大きくなる。本検証実験においても、同様の結果が得られ、トルエンの濃度が増加するにつれ検出値が増加した。

【0126】

以上の結果により、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置を用いることにより、測定対象物の濃度等を精度よく測定することが実験的にも証明されたと言える。

【0127】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0128】

１ 表面プラズモン検出装置、２ 投光部、３ 受光部、１０ 光源、２０ コリメートレンズ、３０ 偏光子、４０ 反射ミラー、５０ 集光レンズ、６０ 表面プラズモン素子、６１ プリズム、６１ａ 底面、６２ 透明基板、６２ａ，６２ｂ 主面、６３ 第１密着層、６４ 金属薄膜、６４ａ，６４ｂ 主面、６５ 第２密着層、６６ 滞留層、６７ 誘電体部材、７０ コリメートレンズ、８１，８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ，８１Ｄ，８１Ｅ，８１Ｆ１，８１Ｆ２ 遮蔽部材、８２ 受光素子、８３，８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃ，８３Ｄ，８３Ｅ１，８３Ｅ２，８３Ｆ１，８３Ｆ２ 開口部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】