JPH0933427A - バイオセンサとこれを用いた濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エバネッセント波結合を形成する光学系を用
いたバイオセンサの使い勝手の向上とコスト低下の両立
を図る。 【解決手段】 バイオセンサ２０は、アクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌを接合して備え、対向する基板主面２３はク
ロム薄膜の蒸着により全反射面とされている。上端面２
６Ｒ，２６ＬにはＡｕ薄膜２８を設けて光反射面２９が
形成され、この光反射面２９に焦点が結ばれるよう、光
源ユニット収納凹所２４に光源ユニット３０を組み込み
固定して備える。また、出射側端面２５Ｒ，２６Ｌに
は、ＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌが固定されている。
よって、光源ユニット３０から照射された光は、対向す
る基板主面２３で全反射しつつアクリル基板の基板主面
２３間を伝送路として光反射面２９に到り、当該反射面
で反射した後はアクリル基板の基板主面２３間を伝送路
としてＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌに受光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系を用いて被
測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセンサに関
し、詳しくは、金属薄膜が設けられた光反射面において
幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒
体を有し、該光透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセン
ト波結合を形成する光学系を用いたものに関する。ま
た、このバイオセンサを用いて被測定溶液中の測定対象
基質の濃度を求める濃度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、バイオセンサでは、血液中の特
定蛋白や抗原等の血液中成分、或いは尿中のグルコー
ス，アスコルビン酸等の尿中成分である測定対象基質
を、これら基質に対する識別機能を有し当該基質と生物
化学的反応を起こす生体物質が用いられている。そし
て、この生物化学的反応の進行に伴う種々の物理化学的
な変位量を物理化学デバイスにより検出し、測定対象基
質の特定やその濃度等が検出される。例えば、生物化学
的反応により消費或いは生成する電極活性物質の電極反
応を介して基質濃度を検出するものや、生物化学的反応
の進行に伴って起きるエンタルピー変化をサーミスタで
検出して基質濃度を検出するものなどがあり、これらの
バイオセンサは早くから実用化されている。

【０００３】その一方で、近年では、生物化学的反応の
進行に伴う誘電率の変化に着目し、光学的なデバイスを
用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセ
ンサが提案されている（特開平１−１３８４４３）。こ
のバイオセンサでは、光学系として、金属薄膜が設けら
れた光反射面において幾何学的な全反射条件で光を反射
する透光性の光透過媒体を有し、この光透過媒体と金属
薄膜でエバネッセント波結合を形成する光学系が用いら
れている。その測定原理は、次の通りである。

【０００４】エバネッセント波結合を形成する光学系の
光透過媒体にｐ偏光された光を全反射条件を満たした種
々の入射角で光反射面に照射すると、入射角がある値の
ときに特異な現象が起きる。即ち、ｐ偏光された光が光
反射面に照射されると、金属薄膜の光透過媒体側膜面に
は入射角θを変数とする波数のエバネッセント波が生じ
る。そして、金属は固体プラズマと見なすことができる
ので、金属薄膜の反光透過媒体側膜面には、量子論的な
電荷密度の波としての表面プラズモン波が光のトンネル
効果により生じる。この表面プラズモン波は、金属薄膜
と反光透過媒体側膜面を境界面として接触する媒質との
間の波動として生じる。

【０００５】そして、入射角θがある値のときには、こ
のエバネッセント波と表面プラズモン波とがその波数が
一致して共鳴する表面プラズモン共鳴現象が起き、光の
エネルギが表面プラズモン波の励起エネルギに使われ
る。この際、エネルギ的には、光反射面に入射した光の
エネルギは表面プラズモン波の励起に使われたエネルギ
と反射面からの反射光のエネルギの和に等しいという関
係がある。このため、反射角とエネルギ（光量）の変化
の様子を測定することで、表面プラズモン共鳴現象の有
無、延いては当該現象が起きた時の入射角を求めること
ができる。その一方、表面プラズモン共鳴現象が起きる
際の入射角と媒質の屈折率とは相関関係にあり、この屈
折率は、マクスウェルの方程式から媒質の誘電率で規定
でき、生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率と
は相関関係にある。よって、反射光の光量が急激に減少
したときの反射角からその時の入射角が決まり、上記の
各相関関係から生体物質による生物化学的反応の進行の
程度、即ち基質濃度が算出される。

【０００６】ところで、このようなバイオセンサにあっ
ては、金属薄膜の反光透過媒体側膜面のごく近傍、詳し
くはトンネル効果を起こすエバネッセント領域（約１０
０ｎｍ）において基質と生体物質との生物化学的反応が
起こる必要がある。このため、特許出願公表平４−５０
１６０５に提案されているように、生体物質を固定した
層いわゆるリガンド層を金属薄膜の上記膜面に固定化す
ることが一般に行なわれている。

【０００７】このように、エバネッセント波結合を形成
する光学系を用いて被測定溶液中の測定対象基質を測定
するバイオセンサは、被測定溶液の着色程度や不透明さ
などの影響を受けない、或いは金属薄膜の反光透過媒体
側膜面に基質と生物化学的反応を起こす生体物質を固着
しておくだけでよい等の利点を有するので、急速に普及
しつつある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のバイオセンサにあっては、エバネッセント波結合を
金属薄膜とで形成する光透過媒体に光を扇形ビーム状に
入射するに当たり、プリズムや半球形レンズ或いは半円
柱状レンズ等を用いる。これら光学デバイスは、その加
工精度が高いことから高価であった。また、組み付け時
等における取扱いばかりか測定時においても、半球形レ
ンズ等に例えば手を触れて指紋を付けて光の透過を阻害
しないように注意を払う必要があり煩雑で使い勝手が悪
かった。

【０００９】ところで、基質濃度の測定精度は、光反射
面に至る入射光の入射角と光反射面から反射して光透過
媒体から出射する反射光の光量変化との対応の精度に依
存する。しかし、上記公報で提案されているセンサで
は、エバネッセント波結合を金属薄膜とで形成する光透
過媒体とこれに光を扇形ビーム状に入射するためのプリ
ズムや半球形レンズとが別体である都合上、基質濃度の
測定精度に関して次のような問題がある。

【００１０】光透過媒体とプリズム，半球形レンズとが
別体である場合には、この両者の間における光の伝送に
悪影響を及ぼさないよう、光透過媒体とプリズム等との
間に適当な屈折率を有する屈折率調和流体、いわゆるマ
ッチングオイルを介在させることが不可欠である。従っ
て、環境温度の上昇等によりこのマッチングオイルの流
動性が高まり、当該オイルが光透過媒体とプリズム，半
球形レンズとの間から流動してプリズムの入射面，出射
面或いは半球形レンズのレンズ曲面に至ると、光の透過
を阻害すると共に不用意な散乱を起こす。しかも、この
阻害の程度や散乱の程度は光の入射側と出射側で一律と
なることはない。よって、入射光と反射光の光量変化の
対応精度を低下させ、結果的に測定精度の低下を招く。

【００１１】従って、マッチングオイルの流動を招かな
いよう、その使用量（介在量）を厳格に管理したり、環
境温度が上昇しないよう或いは恒温環境下で測定したり
するよう配慮する必要がある。つまり、このような配慮
を必要とする点でも使い勝手に欠ける。

【００１２】もっとも、プリズムや半球形レンズを光透
過媒体よりかなり大きなものとして当該レンズの平面部
を広くし、流動したマッチングオイルがレンズ曲面に到
達し難くすることもできるが、高価且つ取扱いが煩雑で
あることに変わりはない。また、金属薄膜をプリズムや
半球形レンズに直接設けてマッチングオイルを用いない
よう構成することもできるが、やはり、高価且つ取扱い
が煩雑であることに変わりはない。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、センサの使い勝手の向上とコスト低下の両立を図
ることを目的とする。また、このバイオセンサを用いて
求める測定対象基質の濃度測定の精度向上を図ることを
もその目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】か
かる課題を解決するため第１の発明のバイオセンサは、
金属薄膜が設けられた光反射面において幾何学的な全反
射条件で光を反射する透光性の光透過媒体を有し、該光
透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセント波結合を形成
する光学系を用いて、前記金属薄膜に接触した被測定溶
液中の測定対象基質を測定するバイオセンサであって、
前記光学系は、光源からの光を前記光反射面に集光して
照射する入射光側光学系と、前記光反射面で反射し前記
光透過媒体から外部に出射する反射光を受光し、該反射
光の光量を反射角ごとに検出する出射側光学系と、前記
入射光側光学系又は前記出射側光学系において光をｐ偏
光する偏光手段と、幾何学的な全反射条件で光を反射す
る全反射面を対向させ、該全反射面間において光の波動
を閉じ込めて光を伝送する透光性基板とを備え、該透光
性基板は、前記光透過媒体に至るまでの前記入射光側光
学系の光の伝送路を形成すると共に、前記光透過媒体か
らの前記出射側光学系の光の伝送路を形成する。

【００１５】上記構成を有する第１の発明のバイオセン
サでは、金属薄膜とでエバネッセント波結合を形成する
光透過媒体に入射光側光学系における光源から光を伝送
するに当たり、光の伝送路を透光性基板で形成する。ま
た、光反射面で反射して光透過媒体から外部に出射した
反射光を出射側光学系で受光する際の光の伝送路をも、
この透光性基板で形成する。透光性基板は、対向する全
反射面で光を全反射させつつ当該全反射面間において光
の波動を閉じ込めて光を伝送するので、この透光性基板
に入射した光を総て光透過媒体、延いては光反射面に伝
送し、その総ての光を光反射面での全反射を経て出射側
光学系での受光に供する。そして、光源から照射された
光は入射光側光学系又は出射側光学系において偏光手段
によりｐ偏光され、出射側光学系ではこのｐ偏光が受光
されてその光量が反射角ごとに検出される。

【００１６】つまり、第１の発明のバイオセンサでは、
金属薄膜と光透過媒体とで形成される光反射面での表面
プラズモン共鳴現象を利用して光学的に基質測定を行な
うに当たり、光透過媒体への光の伝送および当該光透過
媒体からの光の伝送に、全反射面を対向させた透光性基
板を用いるに過ぎない。このため、プリズムや半球形レ
ンズ等の加工精度の高い光学デバイスを必要としないと
共に、その組み付け時等に透光性基板の表面に手を触れ
たりしても、当該表面は全反射面とされているので光の
伝送に支障はない。この結果、第１の発明のバイオセン
サによれば、センサの使い勝手の向上とコスト低下の両
立を図ることができる。

【００１７】更に、光透過媒体と透光性基板との間にマ
ッチングオイルを用いるにしても、その流動による不具
合につぎのように対処できる。まず、基板の大きさやそ
の形状を適宜変更することで、透光性基板における光透
過媒体の接合面と透光性基板への光の入射端面および出
射端面とを十分に離間させることができる。また、マッ
チングオイルの流動箇所にオイルたまりを設置すること
等もできる。更には、入射端面にこの入射端面より面積
の大きな偏光板を密着させることもできる。よって、こ
れらのことから流動オイルを透光性基板の入射端面や出
射端面に到達し難くできる。

【００１８】つまり、この第１の発明のバイオセンサで
は、マッチングオイルを用いた場合に何らかの原因でマ
ッチングオイルが流動しても、基板の大きさやその形状
等の適宜な変更等という簡単な対処を採るだけで、当該
マッチングオイルを透光性基板への光の入射端面や出射
端面に到達し難くできる。また、マッチングオイルが流
動して入射端面や出射端面に到達しても、その影響を無
くすことができる。このため、第１の発明のバイオセン
サによれば、マッチングオイルに起因する測定精度の低
下を回避して高い測定精度を維持することができる。

【００１９】なお、第１の発明のバイオセンサにおける
光の挙動は、光透過媒体に至るまでの光の伝送および光
反射面で全反射して光透過媒体から出射してからの光の
伝送が透光性基板の全反射面で全反射しつつ行なわれる
点以外は、従来と同じである。従って、光源から光反射
面に集光して照射された光は、透光性基板を伝送されて
光透過媒体の光反射面に到達し当該光反射面で全反射す
る。そして、特定の入射角で入射した入射光について
は、金属薄膜の光透過媒体側膜面のエバネッセント波と
金属薄膜の露出面における表面プラズモン波とがその波
数が一致して共鳴する表面プラズモン共鳴現象を引き起
こす。この表面プラズモン共鳴現象が起きると、光のエ
ネルギは表面プラズモン波の励起エネルギに使われるの
で、光反射面から反射光のエネルギは減少する。この場
合、金属薄膜の露出面が測定対象基質の被測定溶液にリ
ガンド層を介して接触すると、この基質と生体物質との
生物化学的反応が進行して被測定溶液の誘電率、延いて
は屈折率が変化するので、上記入射角θは被測定溶液に
おける基質濃度が反映したものとなる。

【００２０】光反射面には集光により種々の入射角の光
が一度に入射して反射するので、光反射面からはそれぞ
れの入射角に対応する種々の反射角で全反射した反射光
が光透過媒体から透光性基板に一度に出射し、各反射角
の反射光は透光性基板を全反射面において全反射しつつ
通過する。この際、上記入射角θに対応する反射角の反
射光のみは、エネルギが損失した光量の低い光として光
透過媒体から出射して透光性基板に至り、θ以外の角度
の入射角に対応する反射角の反射光は、エネルギ損失の
ない高い光量の光として光透過媒体から透光性基板に出
射する。その後は、この透光性基板から外部に出射す
る。

【００２１】このため、入射角ごとの光反射面からの反
射光を受光してその光量を検出すれば入射角とその光量
との相関がとれるので、反射光の光量が最低レベルのと
きの入射角θを求めることができる。この結果、この入
射角θと、この入射角と媒質の屈折率との相関関係，媒
質の屈折率と誘電率との関係，生体物質による生物化学
的反応の進行と誘電率との相関関係等から、基質濃度の
算出が可能となる。

【００２２】上記の第１の発明の構成において、前記光
透過媒体を前記透光性基板の一部とし、前記光反射面を
前記透光性基板の一端面に前記金属薄膜を設けて形成し
た。

【００２３】この構成のバイオセンサでは、光透過媒体
を透光性基板の一部とし、この透光性基板の一端面に金
属薄膜を設けて光反射面を形成するので、マッチングオ
イルを用いる必要がない。従って、この構成のバイオセ
ンサによれば、マッチングオイルの流動を起こす使用環
境温度等についての配慮を必要としなくなり、センサの
使い勝手を向上することができる。

【００２４】また、上記の第１の発明の構成において、
前記入射光側光学系を、光源と該光源から照射された光
を焦点に集光するレンズとを一体化した光源ユニットを
備えるものとし、該光源ユニットと前記透光性基板と
を、前記レンズが前記光反射面に焦点を結ばせると共に
前記レンズの光軸を前記光反射面に対して傾斜させて、
前記透光性基板の前記一端面と交差する他の端面側で固
定して備え、前記出射側光学系を、前記光反射面で反射
し外部に出射する反射光を、前記光反射面における反射
角ごとに一度に受光し、該反射光の光量を反射角ごとに
検出する受光手段を備えるものとした。

【００２５】この構成のバイオセンサでは、入射光側光
学系をなす光源ユニットを、透光性基板にその一端面と
交差する他の端面側で固定して備える。この固定に際し
ては、光源ユニットのレンズが光反射面に焦点を結ばせ
ると共に、このレンズの光軸を光反射面に対して傾斜さ
せる。よって、全反射面では、集光される光のうちの特
定入射角の入射光による表面プラズモン共鳴現象が起き
る。その一方、出射側光学系をなす受光手段を、光反射
面で反射した反射光を反射角ごとに一度に受光し反射角
ごとに光量を検出するものとした。よって、この受光手
段を介して入射角とその光量との相関をとることが、出
射側光学系を反射角ごとに移動させることなく可能とな
り、受光手段を固定することができる。

【００２６】このため、この構成のバイオセンサでは、
入射光側光学系をなす光源ユニットと透光性基板と出射
側光学系をなす受光手段との相対的な位置関係を一旦固
定すれば済み、当該位置関係は、外部からの振動等に左
右されず維持されたままとなる。この結果、この構成の
バイオセンサによれば、保守点検をセンサ完成後に必要
としないので、その使い勝手を更に向上させることがで
きる。

【００２７】また、上記の第１の発明の構成において、
前記光源ユニットを、前記透光性基板の前記一端面と傾
斜して交差する前記他の端面に透光性の薄板を介在させ
て直接固定した。

【００２８】この構成のバイオセンサでは、光源ユニッ
トを透光性基板に固定するに当たり、透光性の薄板を介
在させて光源ユニットを透光性基板の他の端面に直接固
定した。このため、流動したマッチングオイルはこの薄
板に遮られて光源ユニットからの光路に至ることはな
く、当該光路は流動したマッチングオイルにより遮蔽さ
れない。よって、光学ユニットから透光性基板への光の
透過がなんら阻害されることなく行なわれる。この結
果、この構成のバイオセンサによれば、マッチングオイ
ルに起因する測定精度の低下をより確実に回避でき、高
い測定精度を維持することができる。

【００２９】また、上記の第１の発明の構成において、
前記偏光手段を、透過する光を該透過の間にｐ偏光する
偏光板とし、前記透光性の薄板として前記光源ユニット
と前記透光性基板の前記他の端面との間に介在させた。

【００３０】この構成のバイオセンサでは、偏光手段を
ｐ偏光の薄板状の偏光板として光源ユニットと透光性基
板の他の端面との間に介在させたので、この偏光板によ
り、透過性基板へのｐ偏光の入射と、流動したマッチン
グオイルの光路遮蔽回避を図る。よって、この構成のバ
イオセンサによれば、流動したマッチングオイルの遮蔽
のためだけの部材を必要としないので、部品点数の低減
を通して一層のコスト低減を図ることができる。

【００３１】また、上記の第１の発明の構成において、
前記光源ユニットを、前記透光性基板の前記他の端面側
に前記一端面に対して傾斜して形成された凹所に組み込
み、該凹所底部から前記透光性基板内に光を入射するも
のとした。

【００３２】この構成のバイオセンサでは、透光性基板
の他の端面側に一端面に対して傾斜して形成された凹所
に光源ユニットを組み込み、凹所底部から透光性基板内
に光を入射する。この凹所は光反射面をなす一端面に対
して傾斜するので、光反射面から流動したマッチングオ
イルはこの凹所内部には入り込み難い。このため、この
構成のバイオセンサによれば、透光性基板への凹所形成
という簡単な構成で、マッチングオイルに起因する測定
精度の低下を回避して高い測定精度を維持することがで
きる。

【００３３】また、上記の第１の発明の構成において、
前記形成された前記出射側光学系の光の伝送路の末端に
当たる前記透光性基板の端面を、前記対向する全反射面
に対して傾斜し、幾何学的な全反射条件で光を反射する
全反射傾斜端面とするものとし、該全反射傾斜端面で反
射した光が到達する範囲の前記対向する全反射面を、少
なくとも該範囲に限って外部に光を透過する透過面と
し、前記出射側光学系を、該透過面を透過して外部に出
射する光を受光するものとした。

【００３４】この構成のバイオセンサでは、光反射面で
反射した反射光の透光性基板における挙動は、以下のよ
うになる。この反射光は、反射角ごとに透光性基板の全
反射面で全反射しつつ伝送され、この透光性基板が形成
する光の伝送路の末端に至る。この伝送路の末端に当た
る透光性基板の端面は、対向する全反射面に対して傾斜
し、且つ幾何学的な全反射条件で光を反射する全反射傾
斜端面とされている。よって、反射角ごとの反射光がこ
の全反射傾斜端面に至ると、その反射光は、当該端面で
全反射して透光性基板の対向する全反射面に向けてその
進行方向を変える。ところで、この全反射傾斜端面で反
射した光が到達する範囲の対向する全反射面は、少なく
ともその範囲に限っては外部に光を透過する透過面とさ
れているので、全反射傾斜端面で反射した反射光は、透
光性基板から外部に出射する。よって、透光性基板の全
反射面側にて反射光の受光が可能となり、この透過面を
透過して外部に出射する光を出射側光学系で受光する。

【００３５】つまり、この構成のバイオセンサでは、透
光性基板における対向した全反射面の一部範囲を透過面
とし、光反射面で反射した反射光をこの光透過面から基
板外部に光を出射する。よって、この構成のバイオセン
サによれば、透光性基板の全反射面側に受光手段を設置
できるので、受光手段の設置場所を比較的広い全反射面
で行なうことを通して当該作業時の受光手段の取扱いを
容易とすると共に、受光手段の設置場所からの制約、例
えばその形状や大きさ等を緩和して汎用性を高めること
ができる。

【００３６】また、上記の第１の発明の構成において、
第１の前記透光性基板と第２の前記透光性基板とを有
し、該第１，第２の透光性基板を、両透光性基板が前記
形成した前記出射側光学系の光の伝送路を伝送された光
が単一の前記出射側光学系に受光されるよう配置して備
え、前記第１，第２の透光性基板の一方の透光性基板に
ついて、前記単一の出射側光学系に前記伝送された光が
受光されている場合には、他方の透光性基板について
は、前記単一の出射側光学系への光の受光を阻止する受
光阻止手段を有する。

【００３７】この構成のバイオセンサでは、光透過媒体
への光の伝送および当該光透過媒体からの光の伝送を行
なう第１，第２の透光性基板を有し、この二つの透光性
基板でそれぞれ伝送された光を、光反射面での全反射を
経て単一の出射側光学系で受光する。この際、第１，第
２の透光性基板の一方の透光性基板について、出射側光
学系で光の受光がされている場合には、受光阻止手段に
より、他方の透光性基板については、出射側光学系への
光の受光は阻止される。よって、出射側光学系では、こ
の一方の透光性基板についてのみ光の受光を行ない、そ
の光量を反射角ごとに検出する。このため、この構成の
バイオセンサによれば、単一の出射側光学系を用いるだ
けで、第１と第２の透光性基板にそれぞれ対応する被測
定溶液の基質濃度を高い精度で検出できる。

【００３８】この場合、第１，第２の透光性基板をその
伝送路を伝送された光が単一の出射側光学系に受光され
るよう配置するには、次のようにすればよい。まず、第
１，第２の透光性基板をその基板主面同士が接合するよ
う、或いはその基板主面同士が僅かの距離を隔て対向す
るよう、両透光性基板を配置する。そして、単一の出射
側光学系を、その光の受光箇所が接合或いは近接対向し
た両基板主面の延長上に来るように配置すればよい。

【００３９】なお、第１と第２の透光性基板の一方を基
質に対する活性のある生体物質を固定化したリガンド層
を対応付け、他方を基質に対して失活した生体物質を固
定化したリガンド層を対応付けるようにすれば、単一の
出射側光学系を用いるだけで、被測定溶液の基質濃度を
より高い精度で検出できる。

【００４０】また、上記の第１の発明の構成において、
前記受光阻止手段は、前記第１の透光性基板が前記形成
した前記入射光側光学系の光の伝送路に光を導くための
第１の光源と、前記第２の透光性基板が前記形成した前
記入射光側光学系の光の伝送路に光を導くための第２の
光源と、前記第１，第２の光源の一方の光源が点灯状態
にある場合には、他方の光源を消灯状態にして両光源を
点灯制御する点灯手段とを有する。

【００４１】この構成のバイオセンサでは、第１，第２
の光源の一方が点灯状態にある場合には、点灯手段によ
り他方の光源は消灯状態に点灯制御されるので、いずれ
か一方の光源の光しか、いずれかの透光性基板により光
反射面に伝送されない。よって、このいずれかの透光性
基板についてのみ、出射側光学系により光の受光が行な
われる。このため、この構成のバイオセンサによって
も、単一の出射側光学系を用いるだけで、第１と第２の
透光性基板にそれぞれ対応する被測定溶液の基質濃度を
高い精度で検出できる。

【００４２】また、上記の第１の発明の構成において、
前記受光阻止手段は、前記第１の透光性基板における前
記光の伝送路の入口側端面と出口側端面の少なくとも一
方に設けられ、前記光の伝送路に対する光の遮蔽と透過
を行なう第１のシャッターと、前記第２の透光性基板に
おける前記光の伝送路の入口側端面と出口側端面の少な
くとも一方に設けられ、前記光の伝送路に対する光の遮
蔽と透過を行なう第２のシャッターと、前記第１，第２
のシャッターの一方のシャッターが透過状態である場合
には、他方のシャッターを遮蔽状態にして両シャッター
を制御するシャッター制御手段とを有する。

【００４３】この構成のバイオセンサでは、第１，第２
のシャッターの一方が透過状態にある場合には、シャッ
ター制御手段により他方のシャッターは遮蔽状態に制御
されるので、シャッターが透過状態にある側の透光性基
板しか、光源の光は光反射面での反射を経て出射側光学
系に到達しない。よって、このいずれかの透光性基板に
ついてのみ、出射側光学系により光の受光が行なわれ
る。このため、この構成のバイオセンサによっても、単
一の出射側光学系を用いるだけで、第１と第２の透光性
基板にそれぞれ対応する被測定溶液の基質濃度を高い精
度で検出できる。

【００４４】この場合、第１，第２のシャッターは、遮
蔽板を開閉駆動するいわゆるメカ式のシャッターや、液
晶の分子配列の状態により光の遮蔽・透過を行なういわ
ゆる液晶シャッター等、種々の構成を採ることができ
る。

【００４５】また、かかる課題を解決するため第２の発
明の濃度測定装置は、被測定溶液中の測定対象基質の濃
度を求める濃度測定装置であって、請求項１ないし請求
項１０いずれか記載のバイオセンサと、該バイオセンサ
の前記出射側光学系と接続され、該出射側光学系が検出
した前記反射角ごとの反射光光量を入力信号とし、入力
信号に所定のフィルタ処理を施してノイズを除去した信
号を出力信号とするフィルタ手段と、該フィルタ手段か
らの出力信号に基づいて、前記測定対象基質の濃度を演
算する演算手段と、を備える。

【００４６】この第２の発明の濃度測定装置では、バイ
オセンサの出射側光学系が検出した反射角ごとの反射光
光量を、フィルタ手段による所定のフィルタ処理を経て
ノイズが除去され出力信号とする。よって、入射角とそ
の光量との相関を高い精度で得て、反射光の光量が最低
レベルのときの入射角θも精度よく判別できる。この場
合のノイズとしては、入射光側或いは出射光側の光学系
や透光性基板等の物理的或いは化学的特性に起因して起
きるノイズがあり、その程度は、光学系や透光性基板等
の個体差に左右される。そして、濃度演算をこの高精度
の出力信号に基づいて行なうことで、演算手段による測
定対象基質の濃度の演算精度を高める。この結果、第２
の発明の濃度測定装置によれば、反射光の光量が最低レ
ベルのときの入射角θの演算精度を高めて、測定対象基
質の濃度の演算精度を向上させることができる。

【００４７】なお、濃度演算には、従来と同様、入射角
と媒質の屈折率との相関関係，媒質の屈折率と誘電率と
の関係，生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率
との相関関係等も考慮される。

【００４８】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るバイオセンサ
の実施の形態をその実施例に基づき説明する。図１は第
１実施例のバイオセンサ２０の正面図，平面図および右
側面図である。

【００４９】図示するように、バイオセンサ２０は、ほ
ぼ名刺サイズの大きさの直方体をなし、２枚のアクリル
基板２２Ｒ，２２Ｌを基板主面２３で接合して形成され
ている。各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌは、図１および
概略分解斜視図である図２に示すように、その外観形状
は同じであり、半球断面の光源ユニット収納凹所２４の
形成において左右対称とされている。各アクリル基板２
２Ｒ，２２Ｌの表裏の基板主面２３には、周知の蒸着，
スパッタリング法等によりその全面に亘ってクロム薄膜
が形成されており、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの周
囲端面には、いずれもクロム薄膜は形成されていない。
この場合、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌにおける光源
ユニット収納凹所２４では、少なくともその底面にはク
ロム薄膜は形成されていない。

【００５０】よって、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌ
は、幾何学的な全反射条件で光を反射する全反射面とし
て表裏の基板主面２３を対向させる。このため、各アク
リル基板２２Ｒ，２２Ｌは、周囲端面又は光源ユニット
収納凹所２４底面から入射した光を、この表裏の基板主
面２３間において光の波動を閉じ込めて伝送する。

【００５１】各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの光源ユニ
ット収納凹所２４は、それぞれ半球断面の柱状凹所とし
て形成されており、各アクリル基板上端の上端面２６
Ｒ，２６Ｌに対して所定角度で傾斜して形成されてい
る。また、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの接合は、そ
れぞれの上端面２６Ｒ，２６Ｌが同一の平面をなすよう
行なわれる。よって、光源ユニット収納凹所２４は、各
アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌ単独では半球断面であるも
のの、両アクリル基板が接合されると、円柱状の凹所を
なし、その中心軸は同一の平面をなす上端面２６Ｒ，２
６Ｌに対して傾斜することになる。そして、この光源ユ
ニット収納凹所２４に後述の光源ユニット３０が収納さ
れる。

【００５２】上記したように同一の平面となった上端面
２６Ｒ，２６Ｌには、両端面に亘って金の薄膜（Ａｕ薄
膜）２８が５０ｎｍの膜厚で蒸着形成されている。つま
り、上端面２６Ｒ，２６Ｌは、このＡｕ薄膜２８の蒸着
範囲に亘って幾何学的な全反射条件で光を反射する全反
射面の光反射面２９となる。そして、アクリル基板２２
Ｒ，２２ＬとこのＡｕ薄膜２８で、光反射面２９におい
てエバネッセント波結合が形成されている。更に、この
Ａｕ薄膜２８の露出膜面（以下、単に表面という）に
は、測定対象基質に対する識別機能を有し該基質と生物
化学的反応を起こす生体物質を固定化したリガンド層
（図示省略）が形成されている。

【００５３】この場合、一方のアクリル基板、例えば図
１における手前側のアクリル基板２２ＬのＡｕ薄膜２８
には、活性のある生体物質を固定化したリガンド層が形
成されており、他方のアクリル基板２２ＲのＡｕ薄膜２
８には、失活した生体物質を固定化したリガンド層が形
成されている。つまり、基質測定用センサ部としては手
前側のアクリル基板２２Ｌが用いられ、その補正用セン
サ部には他方のアクリル基板２２Ｒが用いられる。つま
り、アクリル基板２２Ｒ，アクリル基板２２Ｌは、基質
測定用とその補正用に用いられ、１組の測定系を形成す
る。なお、生体物質の失活は、強酸や強アルカリによ
り、或いは紫外線等の電子線照射や超音波処理，７０℃
程度での加熱処理等の失活処理によりなされる。

【００５４】光源ユニット３０は、図３の断面図にも示
すように、その一端にｐ偏光板３２を他端にＬＥＤ（発
光ダイオード），ＬＤ（半導体レーザ）等の単一波長の
光を発する光源３４を備える。また、外筒３６内には、
柱状曲面を有する一対の曲面ガラス３７ａ，３７ｂから
なるレンズ３８を、レンズホルダスリーブ３９を介して
固定して備える。従って、光源ユニット３０は、ｐ偏光
板３２によりｐ偏光した光（ｐ偏光）を、レンズ３８に
より焦点ｆへ集光してｐ偏光板３２側から外部に照射す
る。レンズ３８は、各曲面ガラス３７ａ，３７ｂの曲面
が柱状曲面であることから、紙面に焦点ｆで直交するラ
インに沿ってｐ偏光をライン状に集光する。

【００５５】そして、この光源ユニット３０は、このラ
イン状の焦点ｆが各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの上端
面２６Ｒ，２６Ｌにおける光反射面２９に含まれるよ
う、光源ユニット収納凹所２４において前後に位置調整
され、当該凹所に組み込み固定される。従って、光源ユ
ニット３０の光源３４から照射された光は、ｐ偏光板３
２によりｐ偏光されて光源ユニット収納凹所２４の底面
からアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌに入射する。そして、
ｐ偏光は、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの対向する全反
射面である基板主面２３で全反射しつつその波動がこの
基板主面２３間に閉じ込められてアクリル基板２２Ｒ，
２２Ｌ内を伝送される。つまり、このｐ偏光は、光反射
面２９に含まれるライン状の焦点ｆに集光するよう放射
状にアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌ内を進み、各アクリル
基板２２Ｒ，２２Ｌの上端面２６Ｒ，２６Ｌにおける光
反射面２９に至る。よって、この光反射面２９には、ｐ
偏光板３２によりｐ偏光されて入射面内の波動としての
光が、レンズ３８の焦点距離Ｆや開口長Ｄ，光源ユニッ
ト収納凹所２４の形成角度等で定まる所定範囲の入射角
（θ1 〜θ2 ）で到達する。

【００５６】また、光反射面２９で全反射した反射光が
アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌから出射する側の各アクリ
ル基板２２Ｒ，２２Ｌの出射側端面２５Ｒ，２５Ｌに
は、受光した光量を検出して電気信号に変換するＣＣＤ
撮像素子２７Ｒ，２７Ｌがそれぞれ密着固定されてい
る。このため、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌ内に光源
ユニット収納凹所２４の底面から入射したｐ偏光は、光
反射面２９に至るまで、および光反射面２９から出射側
端面２５Ｒ，２５Ｌに至るまでを各アクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌの対向する基板主面２３間を伝送経路とし
て、出射側端面２５Ｒ，２５Ｌに至る。この間のｐ偏光
の伝送の様子を出射側端面２５Ｒ，２５Ｌに至るまでを
例に採り説明すると、図４に示すように、ｐ偏光は、対
向する全反射面である基板主面２３で全反射しつつその
波動がこの基板主面２３間に閉じ込められて伝送され
る。

【００５７】そして、このＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７
Ｌにより、その光量が検出される。出射側端面２５Ｒ，
２５Ｌに至る光は、光反射面２９における入射光と同
様、入射面内の振幅の波動であり、ＣＣＤ撮像素子２７
Ｒ，２７Ｌでは、反射角ごとの光量、即ち上記範囲の入
射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量が検出される。このＣＣ
Ｄ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌをエリアセンサ（２次元マト
リッスク状のセンサ）とすれば、撮像素子を複数設ける
必要がない。

【００５８】ここで、上記したバイオセンサ２０を用い
て基質濃度を測定する濃度測定装置４５について説明す
る。この濃度測定装置４５は、上記のバイオセンサ２０
と、そのＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌに接続された電
子制御装置４０とを備える。この電子制御装置４０は、
図５に示すように、周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよ
びＩ／Ｏポートをコモンバスを介して相互に接続して構
成された論理演算回路４０ａと、種々の電子デバイスか
ら構成されたローパスフィルタ４０ｂ（例えば、ＦＩＲ
型（finite-duration impulse-response）のデジタルロ
ーパスフィルタ）とを備える。この電子制御装置４０
は、ＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌからの電気信号、即
ち反射角ごとの反射光光量をローパスフィルタ４０ｂに
入力し、高周波成分として重畳したノイズを除去した出
力信号をローパスフィルタ４０ｂから論理演算回路４０
ａに受け渡す。そして、この論理演算回路４０ａにて、
反射角ごとの光量の分布から反射光の光量が最低レベル
のときの反射角、即ち光量が最低レベルのときの入射角
を演算する。なお、この演算は、各ＣＣＤ撮像素子２７
Ｒ，２７Ｌからの信号に基づき別個に行なわれる。ま
た、電子制御装置４０は、光源ユニット３０の光源３４
を点灯制御すると共に、図示しない測定開始スイッチの
押圧操作を受けて、基質濃度の測定を開始する。更に
は、電子制御装置４０は、モニタ１００やプリンタ１０
２と接続されており、基質濃度の測定結果をモニタ１０
０に表示したりプリンタ１０２に打ち出す。

【００５９】上記したバイオセンサ２０による基質濃度
の測定に際しては、それぞれのアクリル基板２２Ｒ，２
２Ｌの上端面２６Ｒ，２６ＬにおけるＡｕ薄膜２８が、
それぞれ被測定溶液に浸漬される。すると、活性のある
生体物質を固定化したリガンド層がＡｕ薄膜２８表面に
形成されたアクリル基板２２Ｌでは、Ａｕ薄膜２８の表
面において基質と生体物質との生物化学的反応が進行
し、被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率が変化す
る。しかしながら、他方のアクリル基板２２Ｒでは、生
体物質が失活しているために測定対象基質との生物化学
的反応は進行せず、そのＡｕ薄膜２８の表面において被
測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は変化しない。

【００６０】次に、上記した構成を備える第１実施例の
バイオセンサが行う基質濃度測定ルーチンについて、図
６のフローチャートに基づき説明する。図６は、当該ル
ーチンの処理を示すフローチャートであり、当該ルーチ
ンは、電源投入後から開始される。

【００６１】電源が投入されると、図示しない光源点灯
ルーチンで点灯制御される光源３４が安定した点灯状態
にあるか否かを、例えば点灯開始からの経過時間等で判
断し（ステップＳ１００）、肯定判断するまで待機す
る。光源３４が安定して点灯していると判断すれば、基
質濃度の測定が開始できるとして、測定開始スイッチが
押圧操作されたか否かを判断し（ステップＳ１１０）、
当該スイッチがオンされるまで待機する。

【００６２】基質濃度の測定に当たっては、つまりこの
測定開始スイッチがオンされるまでには、測定を行なう
操作者にて、既述したように各アクリル基板２２Ｒ，２
２ＬにおけるＡｕ薄膜２８の被測定溶液の浸漬が行なわ
れる。そして、この作業が終わると、測定開始スイッチ
がオンされる。

【００６３】こうして操作者により測定開始スイッチが
オンされれば、その信号を受けてＣＣＤ撮像素子２７
Ｒ，２７Ｌからのセンサ出力を読み取りを開始しその値
を記憶する（ステップＳ１３０）。そして、読み取りを
開始してからの経過時間を計時し所定時間経過（例え
ば、３〜１０分）したか否かを判断して（ステップＳ１
４０）、肯定判断するまでセンサ出力の読取・記憶を継
続する。このセンサ出力の読取・記憶の間に、各アクリ
ル基板２２Ｒ，２２ＬにおけるＡｕ薄膜２８の表面で
は、被測定溶液の誘電率が生体物質の活性の有無により
以下に説明するよう変化して変化後の値に安定し、この
様子がそれぞれのＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌから検
出される。

【００６４】活性のある生体物質が固定された側である
アクリル基板２２ＬのＡｕ薄膜２８表面では、この生体
物質と測定対象基質との生物化学的反応が基質濃度で規
定される程度だけ進行するので、被測定溶液の誘電率、
延いてはその屈折率は、生物化学的反応の進行に伴い変
化し基質濃度で規定される値になると安定する。この際
の被測定溶液の誘電率、延いてはその屈折率の変化は、
アクリル基板２２Ｌと光反射面２９のＡｕ薄膜２８とで
形成されるエバネッセント波結合により、表面プラズモ
ン共鳴現象が起きた場合の反射光のエネルギの現象とし
て観察される。

【００６５】つまり、光源３４から照射されたｐ偏光
は、光源ユニット収納凹所２４の底面からアクリル基板
２２Ｌに入射して、上記した範囲（θ1 〜θ2 ）の入射
角でエバネッセント波結合が形成された光反射面２９に
至る。このとき、上記した範囲のうちのある角度（θS
1）の入射角で入射したｐ偏光は、Ａｕ薄膜２８の光反
射面２９側膜面のエバネッセント波とＡｕ薄膜２８の被
測定溶液側の表面プラズモン波とを、その波数を一致さ
せて共鳴させ表面プラズモン共鳴現象を引き起こす。こ
の表面プラズモン共鳴現象が起きると、入射角がθS1の
光のエネルギは表面プラズモン波の励起エネルギに使わ
れて、光反射面２９からの反射角がθS1の反射光のエネ
ルギは減少する。

【００６６】このため、入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光
反射面からの反射光をθ1 〜θ2 の反射角でアクリル基
板２２Ｌについて受光しているＣＣＤ撮像素子２７Ｌか
らは、図７に示すように、入射角（θ1 〜θ2 ）のうち
の各入射角とその光量との相関が得られる（図７
（Ａ））。

【００６７】一方、失活した生体物質が固定された側の
他方のアクリル基板２２ＲのＡｕ薄膜２８表面では、測
定対象基質との生物化学的反応は進行しないので、被測
定溶液の誘電率、延いてはその屈折率は初期の値のまま
一定である。しかし、ある角度（θS0）の入射角で入射
したｐ偏光により表面プラズモン共鳴現象は起き、この
アクリル基板２２Ｒに対応するＣＣＤ撮像素子２７Ｒか
らは、図７に示すように、入射角（θ1 〜θ2 ）のうち
の各入射角とその光量との相関が得られ（図７
（Ｂ））、入射角がθS0のとき反射光のエネルギが減少
する。

【００６８】次に、ステップＳ１４０に続いては、両Ｃ
ＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌから得られた反射角と光量
との相関関係に基づいて、それぞれのアクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌに対応する被測定溶液について、反射光の光
量が最低レベルのときの入射角（θS1，θS0）を求める
（ステップＳ１５０）。そして、この入射角（θS1，θ
S0）と、光量が最低レベルとなる入射角と媒質（被測定
溶液）の屈折率との相関関係，媒質の屈折率と誘電率と
の関係，生体物質による生物化学的反応の進行と誘電率
との相関関係等から、基質濃度を算出する（ステップＳ
１６０）。なお、光量が最低レベルとなる入射角と媒質
（被測定溶液）の屈折率との相関関係，媒質の屈折率と
誘電率との関係，生体物質による生物化学的反応の進行
と誘電率との相関関係等は、予め電子制御装置４０にお
ける論理演算回路４０ａのＲＯＭに記憶されている。

【００６９】ここで、ステップＳ１５０における入射角
（θS1，θS0）の算出の様子について、詳細に説明す
る。ＣＣＤ撮像素子２７Ｌ，２７Ｒは、光源ユニット３
０は勿論、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの物理的或いは
化学的特性に起因した高周波成分のノイズが重畳した反
射光の光量分布を入力し、当該分布を電気信号としてロ
ーパスフィルタ４０ｂに出力する（図８（ａ））。この
ノイズは、測定を繰り返してもＣＣＤ撮像素子の同じ画
素番号の箇所に発生する。このようにノイズが重畳した
信号は、電子制御装置４０のローパスフィルタ４０ｂに
より、高周波成分のノイズが除去された信号にフィルタ
処理されて論理演算回路４０ａに入力される（図８
（ｂ））。そして、このフィルタ処理済みの信号（画素
番号に反射率が対応した信号）を、画素番号を変数ｘ，
反射率を変数ｙとした回帰式を用いた周知のｎ次の回帰
分析に処して、入射角（θS1，θS0）が演算される。図
９に、２次の回帰曲線を用いた２次の回帰分析の結果
を、光量が最低レベル近傍について拡大して示す。この
２次の回帰分析により入射角（θS1，θS0）が最終的に
演算される。なお、θS1とθS0は、それぞれのＣＣＤ撮
像素子からの電気信号をフィルタ処理した信号に基づき
演算されるので、当然に異なる値として算出される。

【００７０】その後、算出した基質濃度をモニタ１００
（図５参照）に表示し、或いは表示と共にプリンタ１０
２（図５参照）からプリントアウトしたり（ステップＳ
１７０）して、本ルーチンを一旦終了する。この後に
は、新たな被測定溶液へのＡｕ薄膜２８の浸漬等の準備
を経て測定開始スイッチが押圧されると、上記した処理
を繰り返して基質濃度を算出する。

【００７１】測定対象基質が抗原であれば、上記した第
１実施例のバイオセンサ２０では一方のアクリル基板２
２ＬのＡｕ薄膜２８表面にはこの抗原に対する抗体が固
定されたリガンド層を設け、他方のアクリル基板２２Ｒ
のＡｕ薄膜２８表面には熱により失活させた抗体が固定
されたものとすることで、抗原濃度を測定することがで
きる。

【００７２】以上説明したように第１実施例のバイオセ
ンサ２０では、光源ユニット３０から光反射面２９への
光の伝送および光反射面２９からＣＣＤ撮像素子２７
Ｒ，２７Ｌへの光の伝送に、全反射面である基板主面２
３を対向させたアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌを用いるに
過ぎず、半球形レンズ等の加工精度の高い光学デバイス
を必要としない。また、このバイオセンサ２０では、ア
クリル基板２２Ｒ，２２Ｌの上端面２６Ｒ，２６ＬにＡ
ｕ薄膜２８を設けて当該上端面に光反射面２９を形成
し、このアクリル基板２２Ｒ，２２ＬとＡｕ薄膜２８で
エバネッセント波結合を形成した。つまり、この第１実
施例のバイオセンサ２０では、光反射面２９を形成する
光透過媒体をアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌで賄い、光反
射面２９形成のための別個の光透過媒体を要しない。こ
のため、マッチングオイルを用いる必要がなく、その使
用量や使用環境温度等についての配慮も要しない。しか
も、単に表裏の基板主面にクロム薄膜を形成しただけの
安価なアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌを用いるに過ぎず、
基板主面に手を触れて指紋等を付着してもアクリル基板
における光の伝送をなんら阻害しない。従って、第１実
施例のバイオセンサ２０によれば、センサの使い勝手を
向上させることができると共に、コスト低下を図ること
もできる。

【００７３】また、バイオセンサ２０では、光源３４か
ら光反射面２９に光を照射するための光源ユニット３０
をアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの光源ユニット収納凹所
２４内に組み込んで固定し、光反射面２９で全反射した
光を受光するＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌをもアクリ
ル基板２２Ｒ，２２Ｌの出射側端面２５Ｒ，２５Ｌに固
定した。このため、バイオセンサ２０では、光源ユニッ
ト３０とアクリル基板２２Ｒ，２２ＬとＣＣＤ撮像素子
２７Ｒ，２７Ｌとの相対的な位置関係を一旦固定すれば
済み、当該位置関係は、外部からの振動等に左右される
ことなく維持することができる。よって、第１実施例の
バイオセンサ２０によれば、保守点検をセンサ完成後に
必要としないので、その使い勝手を更に向上させること
ができる。

【００７４】更に、バイオセンサ２０は、その構成部材
をアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌと光源ユニット３０とＣ
ＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌとするに過ぎず、アクリル
基板２２Ｒ，２２Ｌの基板主面にクロム薄膜を形成する
に過ぎない。よって、バイオセンサ２０によれば、セン
サの量産性を向上させ、低コスト化を更に図ることがで
きる。

【００７５】また、バイオセンサ２０では、活性のある
生体物質を固定した側のアクリル基板２２Ｌと失活した
生体物質を固定した側のアクリル基板２２Ｒとを併用
し、それぞれのアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌに対応する
Ａｕ薄膜２８部分の光反射面２９からの反射光を受光す
る。よって、第１実施例のバイオセンサ２０によれば、
失活した生体物質を固定した側の入射角と光量との関係
により、生物化学的反応以外の要因（溶液の温度，誘電
率等）に起因する測定誤差を排除して測定精度の向上を
図ることができる。

【００７６】また、上記のバイオセンサ２０では、ロー
パスフィルタ４０ｂにより高周波成分のノイズが除去さ
れた出力信号を回帰分析して、反射光の光量が最低レベ
ルの入射角（θS1，θS0）を演算する。よって、ローパ
スフィルタ４０ｂでは除去しきれないノイズをも排除す
るので、入射角（θS1，θS0）の演算精度の向上を通し
て、基質濃度の測定精度をより向上させることができ
る。しかも、ローパスフィルタ４０ｂをＦＩＲ型のデジ
タルローパスフィルタで構成したので、反射光の光量
（反射強度）の有効数字を増やして見掛け上の分解能を
増大させ、より入射角（θS1，θS0）の演算精度を高め
ることができた。

【００７７】ここで、第１実施例の変形例について説明
する。この変形例では、上記した第１実施例のバイオセ
ンサ２０とその主要な構成は同一であり、以下の点でそ
の構成が相違する。なお、以下の説明に当たっては、説
明の重複を避ける意味で、第１実施例と同一の部材につ
いては同一の符号を用いその説明を省略することとす
る。

【００７８】第１実施例の変形例のバイオセンサ２１で
は、図１０に示すように、出射側端面２５Ｒ，２５Ｌ
を、以下のようにして形成した。つまり、出射側端面２
５Ｒ，２５Ｌは、光源ユニット３０におけるレンズ３８
の光軸に沿った光が光反射面２９で反射して進行する軌
跡と直交するよう形成されている。この変形例のバイオ
センサ２１によれば、ＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌで
は、光反射面２９で反射してからの光路長がほぼ同じの
光として、各入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量を測定す
ることができる。

【００７９】次に、第２実施例について説明する。この
第２実施例にあっても、上記した第１実施例のバイオセ
ンサ２０とその主要な構成は同一であり、以下の点でそ
の構成が相違する。

【００８０】第２実施例のバイオセンサ５０は、図１１
に示すように、各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの上端面
２６Ｒ，２６Ｌのほぼ中央に、双筋の溝４１により区画
したサンプルプレート載置用のプレート座面４２を有す
る。このプレート座面４２は、上端面２６Ｒ，２６Ｌに
より一段低くされており、その段差は、当該座面にマッ
チングオイル４３を介在させて載置されるアクリル樹脂
製のサンプルプレート４４の厚みを考慮して定められて
いる。つまり、サンプルプレート４４がマッチングオイ
ル４３を介在させてプレート座面４２に載置された場
合、光源ユニット３０からのｐ偏光がサンプルプレート
４４の上面、即ちＡｕ薄膜２８の蒸着を経て形成された
光反射面２９に集光されるよう、プレート座面４２が段
差をもって形成されている。なお、マッチングオイル４
３は、その屈折率がアクリル樹脂と同程度のオイルであ
る。

【００８１】アクリル基板２２Ｌの上方に当たる範囲の
Ａｕ薄膜２８表面には、上記の第１実施例と同様、抗原
に対する抗体が固定されたリガンド層が、アクリル基板
２２Ｒの上方に当たる範囲のＡｕ薄膜２８表面には、失
活させた抗体が固定されたリガンド層がそれぞれ設けら
れている。

【００８２】従って、この第２実施例のバイオセンサ５
０によれば、測定対象基質に対応するリガンド層が形成
されたサンプルプレート４４の交換により、従来のセン
サと同様、多種類の基質測定に供することができる。

【００８３】また、環境温度の上昇等によりマッチング
オイル４３が流動しても、バイオセンサ５０では、その
流動したマッチングオイル４３を溝４１に一時的に貯め
おくことができる。更に、バイオセンサ５０では、プレ
ート座面４２が上端面２６Ｒ，２６Ｌのほぼ中央で出射
側端面２５Ｒ，２５Ｌと離れているため、流動したマッ
チングオイル４３が出射側端面２５Ｒ，２５Ｌにまで至
ることは少ない。しかも、光源ユニット３０は上端面２
６Ｒ，２６Ｌに対して傾斜した光源ユニット収納凹所２
４に組み込まれているので、流動したマッチングオイル
４３が光源ユニット収納凹所２４内部に入り込むことは
極めて少ない。よって、流動したマッチングオイル４３
によって光の透過が阻害されることはない。

【００８４】このため、第２実施例のバイオセンサ５０
によれば、測定基質に対する汎用性の向上と、マッチン
グオイル４３に起因する測定精度の低下の回避とを、簡
単な構成で達成することができる。

【００８５】次に、第３実施例について説明する。この
第３実施例では、上記した第１実施例のバイオセンサ２
０とアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌおよび光源ユニット３
０，ＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌを用いる点でその構
成は同一であり、以下の点でその構成が相違する。

【００８６】第３実施例のバイオセンサ６０では、図１
２に示すように、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌは、光反
射面２９で全反射した反射光が到達する側の端面を、対
向する基板主面２３に対して傾斜した出射側傾斜端面６
１Ｒ，６１Ｌとする。この場合、図１３に示すように、
アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの基板主面２３に対する出
射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌの傾斜は４５゜とされてい
る。この出射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌの表面にはクロ
ムの薄膜が蒸着形成されており、出射側傾斜端面６１
Ｒ，６１Ｌは、幾何学的な全反射条件で光を反射する全
反射面となる。

【００８７】クロム薄膜により全面に亘って全反射面と
されている基板主面２３は、この出射側傾斜端面６１
Ｒ，６１Ｌと向かい合う範囲、具体的には、図１３中に
斜線で示す幅Ｔ×高さＨの範囲に亘っては、光透過面２
３Ａとされている。つまり、この光透過面２３Ａの範囲
に亘っては、基板主面２３にはクロム薄膜が形成されて
いない。そして、この光透過面２３Ａには、ＣＣＤ撮像
素子２７Ｒ，２７Ｌが固定されている。なお、このよう
に、一部範囲に限りクロム薄膜を要しない基板主面２３
とするには、当該範囲をマスキングした状態で基板主面
２３にクロム薄膜を形成すれば良い。また、光透過面２
３Ａの幅Ｔは、出射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌが４５゜
で傾斜していることから、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌ
の厚みに等しい。

【００８８】従って、光反射面２９で全反射した光（ｐ
偏光）は、出射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌ近傍での光の
伝送の様子を示す図１４に示すように、出射側傾斜端面
６１Ｒ，６１Ｌにて反射されて光透過面２３Ａに向けて
その進行方向を変え、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの光
透過面２３Ａから外部に出射する。そして、この外部に
出射した光の光量が、光透過面２３Ａ表面のＣＣＤ撮像
素子２７Ｒ，２７Ｌにより、光反射面２９における入射
角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量として検出される。

【００８９】以上説明した第３実施例のバイオセンサ６
０では、基質測定のための光量検出を行なうＣＣＤ撮像
素子２７Ｒ，２７Ｌを各アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの
基板主面２３における光透過面２３Ａに設ければよい。
よって、このバイオセンサ６０によれば、その取付箇所
が広いことからＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌの組付け
作業や取扱いの簡略化を図ることができると共に、用い
るＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌの形状や大きさ等の制
約を緩和して汎用性を高めることができる。

【００９０】ここで、第３実施例の第１の変形例につい
て説明する。この変形例では、上記の第３実施例のバイ
オセンサ６０に以下の構成を付加した。つまり、図１５
に示すように、アクリル基板２２Ｒ，アクリル基板２２
Ｌの光透過面２３Ａにアクリル樹脂製のシリンダレンズ
６２を固定した。そして、図１６に示すように、ＣＣＤ
撮像素子２７Ｒ，２７Ｌを、その光の受光箇所にシリン
ダレンズ６２が焦点を結ぶよう、シリンダレンズ６２と
対向して配置した。従って、この変形例のバイオセンサ
６０によれば、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの光透過面
２３Ａからの出射光を集光してその光量を得ることがで
きるので、各入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの測定光量が増
し、検出感度を向上することができる。

【００９１】次いで、第３実施例の第２の変形例につい
て説明する。この変形例では、上記の第３実施例のバイ
オセンサ６０を、第１実施例の変形例のバイオセンサ２
１に習って以下のように変形して構成した。つまり、こ
の変形例のバイオセンサ６４では、図１７およびその１
８−１８線断面図の図１８に示すように、出射側傾斜端
面６１Ｒ，６１Ｌは、光源ユニット３０におけるレンズ
３８の光軸に沿った光が光反射面２９で反射して進行す
る軌跡と直交するようコーナー端面において、アクリル
基板２２Ｒ，２２Ｌの基板主面２３に対して４５゜で傾
斜するよう形成されている。そして、第３実施例と同
様、この出射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌは、表面へのク
ロムの薄膜蒸着を経て、全反射面とされている。

【００９２】また、図１７において斜線で示したように
出射側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌと向かい合う範囲は、光
透過面２３Ａとされており、この光透過面２３ＡにＣＣ
Ｄ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌが固定されている。従って、
この変形例のバイオセンサ６４によれば、ＣＣＤ撮像素
子２７Ｒ，２７Ｌの基板主面２３への固定による取扱い
の簡略化等に加え、光反射面２９で反射してからの光路
長がほぼ同じの光として、各入射角（θ1 〜θ2 ）ごと
の光量を測定することができる。

【００９３】次に、第４実施例について説明する。この
第４実施例では、上記した各実施例のバイオセンサとア
クリル基板２２Ｒ，２２Ｌおよび光源ユニット３０，Ｃ
ＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌを用いる点でその構成は同
一であり、以下の点でその構成が相違する。

【００９４】第４実施例のバイオセンサ７０では、図１
９に示すように、光源ユニット３０を次のようにして固
定して備える。つまり、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの
上端面２６Ｒ，２６Ｌと傾斜して交差する入射側端面７
１Ｒ，７１Ｌは、光透過端面とされており、この入射側
端面７１Ｒ，７１Ｌに、光源ユニット３０がアクリル製
の透光性薄板７２を介在させて直接固定されている。こ
の入射側端面７１Ｒ，７１Ｌは、上端面２６Ｒ，２６Ｌ
が同一平面となるようアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌが接
合された際に、やはり同一平面となるようされている。

【００９５】光源ユニット３０の固定に当たっては、図
２０に示すように、光源ユニット３０からの光が、上端
面２６Ｒ，２６ＬにＡｕ薄膜２８を設けて形成した光反
射面２９において集光されて焦点を結ぶよう、光源ユニ
ット３０は入射側端面７１Ｒ，７１Ｌに固定される。こ
の場合、図示しないホルダを用いて光源ユニット３０と
アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌを固定することもできる。

【００９６】また、このバイオセンサ７０では、図２１
に示すように、１枚のルミラーシート７３をアクリル基
板２２Ｒとアクリル基板２２Ｌでサンドイッチ状に挟み
込んで両アクリル基板を接合し、他の２枚のルミラーシ
ート７３を両アクリル基板の他方の基板主面２３に貼り
合わせて、当該シートをそれぞれの基板主面２３に密着
させた。このルミラーシート７３は、その屈折率がアク
リルと大きく異なり光の不透過性のシートであり、出射
側傾斜端面６１Ｒ，６１Ｌと向かい合う光透過面２３Ａ
を除いた範囲の基板主面２３に合致する形状とされてい
る。このため、バイオセンサ７０であっても、出射側傾
斜端面６１Ｒ，６１Ｌと向かい合う光透過面２３Ａを除
いた範囲の基板主面２３は全反射面となる。つまり、第
４実施例では、クロム薄膜の蒸着に替えてルミラーシー
ト７３にて、対向する基板主面２３を全反射面とする。

【００９７】上記構成のバイオセンサ７０によれば、第
１実施例のバイオセンサ２０等と同様の効果、例えば使
い勝手の向上や測定精度の向上等の他、次のような効果
を奏することができる。

【００９８】光源ユニット３０をアクリル基板２２Ｒ，
２２Ｌ内に納める必要がないことから、両アクリル基板
を薄くすることができる。しかも、当該基板を薄くして
光源ユニット３０が基板外に光を照射してもその光は光
の不透過性のルミラーシート７３により遮られて基板内
部に入り込むことはなく、アクリル基板の薄葉化になん
ら支障はない。このため、バイオセンサ７０によれば、
アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌを厚さが５ｍｍ以下、例え
ば２ｍｍ程度のものとすることができ、センサの小型・
軽量化を図ることができる。しかも、この小型・軽量化
に伴って運搬時等の取扱いが容易となる。

【００９９】また、上端面２６Ｒ，２６Ｌに、第２実施
例のバイオセンサ５０で説明したようにマッチングオイ
ル４３を介在させてサンプルプレート４４を載置するよ
う、バイオセンサ７０を用いても、流動したマッチング
オイル４３は透光性薄板７２に遮られて光の光路に進入
することはない。このため、この第４実施例のバイオセ
ンサ７０によれば、マッチングオイル４３を用いた場合
であっても、測定対象基質の高い測定精度を維持するこ
とができる。

【０１００】この他、次のような変形例のバイオセンサ
２０Ａとすることもできる。図２２に示すように、この
変形例のバイオセンサ２０Ａでは、第１実施例のバイオ
センサ２０の出射側端面２５Ｒ，２５Ｌを基板主面２３
と同様にクロム薄膜の蒸着により全反射面とし、アクリ
ル基板２２Ｒ，２２Ｌの底面７５Ｒ，７５Ｌを光透過面
とする。そして、この底面７５Ｒ，７５ＬにＣＣＤ撮像
素子２７Ｒ，２７Ｌを固定して備える。この変形例のバ
イオセンサ２０Ａでは、光反射面２９で反射した反射光
を更に出射側端面２５Ｒ，２５Ｌで反射させ、当該反射
光の光量を反射角ごとに底面７５Ｒ，７５Ｌにおいて測
定する。よって、ＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌの測定
分解能に適合した長さの光路をアクリル基板２２Ｒ，２
２Ｌにおける反射にて確保するので、バイオセンサ２０
Ａによれば、センサの小型化をより一層促進することが
できる。

【０１０１】また、上記の各実施例では、二つのアクリ
ル基板２２Ｒ，２２Ｌを用いて一つの基質濃度を測定す
る場合について説明したが、次のように変形することが
できる。この変形例について、第３実施例のバイオセン
サ６０を変形した場合を例に採り説明する。この変形例
のバイオセンサ８０では、図２３に示すように、第３実
施例のバイオセンサ６０の両アクリル基板２２Ｒ，２２
ＬをＮ枚ずつ用いた（図には４枚の例を示す）。アクリ
ル基板２２Ｌ1 ，２２Ｌ2 ，２２Ｌ3 ，２２Ｌ4 とアク
リル基板２２Ｒ1 ，２２Ｒ2 ，２２Ｒ3 ，２２Ｒ4 は、
それぞれ高さが同じで長さがこの順に長くされている。
そして、これら各アクリル基板のそれぞれは、図示する
ように重ね合わせて接合されている。

【０１０２】また、こうして接合された各アクリル基板
の上面には、第３実施例のバイオセンサ６０におけるＡ
ｕ薄膜２８に相当するＡｕ薄膜８１が各アクリル基板に
亘って蒸着形成されており、Ａｕ薄膜８１下面が光反射
面とされる。そして、各アクリル基板には、光源ユニッ
ト収納凹所２４に替わる光源ユニット収納凹所切欠８２
が設けられている。そして、この光源ユニット収納凹所
切欠８２には、ライン状に光を照射する図示しないライ
ン状光学ユニットが組み込み固定されている。なお、上
記光反射面に焦点が結ばれるよう、ライン状光学ユニッ
トは組み込み固定されていることは勿論である。

【０１０３】そして、このバイオセンサ８０は、アクリ
ル基板２２Ｌ1 とアクリル基板２２Ｒ1 とを対とし、ア
クリル基板２２Ｌ1 は活性のある生体物質が固定された
側のアクリル基板とし、アクリル基板２２Ｒ1 は失活し
た生体物質が固定された側のアクリル基板とする。アク
リル基板２２Ｌ2 とアクリル基板２２Ｒ2 ，アクリル基
板２２Ｌi とアクリル基板２２Ｒi についても同様であ
る。従って、バイオセンサ８０は、対となる一方を基質
測定用のものとし他方をその補正用のセンサ部とするの
で、Ｎ種類の基質濃度を同時に測定することができる。
しかも、このような多種類の基質濃度測定が可能なセン
サを小型化することができる。なお、対とするガラス基
板の組み合わせは任意である。

【０１０４】次に、第５実施例について説明する。この
第５実施例では、上記した各実施例のバイオセンサとア
クリル基板２２Ｒ，２２Ｌを用いる点や光源ユニット３
０を有する点等でその構成は同一であり、以下の点でそ
の構成が相違する。

【０１０５】この第５実施例のバイオセンサ８５では、
そのアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌは、図２４に示すよう
に、上記した第４実施例のバイオセンサ７０と同様に傾
斜した入射側端面７１Ｒ，７１Ｌを有し、これを光源か
らの光の入射面とする。バイオセンサ８５は、アクリル
基板２２Ｒ，２２Ｌをその基板主面２３同士を接合させ
て備え、両アクリル基板における入射側端面７１Ｒ，７
１Ｌの側には、非透光性の仕切板８６を立設して有す
る。よって、この仕切板８６により、アクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌにはそれぞれの入射側端面７１Ｒ，７１Ｌか
ら独立に光が入射する。この場合、仕切板８６を両アク
リル基板２２Ｒ，２２Ｌで挟持するよう構成することも
できる。

【０１０６】また、バイオセンサ８５は、それぞれのア
クリル基板２２Ｒ，２２Ｌごとに光源ユニット３０Ｒ，
３０Ｌを備え、各光源ユニットからアクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌに光を入射させる。このバイオセンサ８５で
は、一方の光源ユニットから一方のアクリル基板に照射
された光は、仕切板８６により他方のアクリル基板入射
することはない。もっとも、光源ユニットから集光して
照射される光（図３参照）が対応するアクリル基板の入
射側端面には達するものの、隣合うアクリル基板の入射
側端面には達しないように両光源ユニットを配置すれ
ば、仕切板８６を用いなくても各光源ユニットからアク
リル基板２２Ｒ，２２Ｌに光を入射させることができ
る。また、図１９に示すバイオセンサ７０のように各光
源ユニットをそれぞれのアクリル基板の入射側端面に固
定するよう構成することもでき、この場合も仕切板８６
は不要となる。

【０１０７】なお、光源ユニット３０Ｒ，３０Ｌは、上
記したセンサと同様に、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの
上端面２６Ｒ，２６Ｌに蒸着形成されたＡｕ薄膜２８で
形成された光反射面２９にｐ偏光を集光して照射するよ
う、設置されている。

【０１０８】また、バイオセンサ８５は、上記した各セ
ンサと異なり、単一のＣＣＤ撮像素子２７を有する。そ
して、このＣＣＤ撮像素子２７は、上記のように接合し
たアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの基板主面２３の延長上
に来るように配置されており、出射側端面２５Ｒ，２５
Ｌに対向して備え付けられている。従って、バイオセン
サ８５の概略平面図である図２５に示すように、それぞ
れの光源ユニット３０Ｒ，３０Ｌから照射された光（ｐ
偏光）は、対応するアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌにおい
て個別にその基板主面２３間を伝送されて光反射面２９
に至る。このｐ偏光は、光反射面２９で全反射した後
は、反射光として個別にその基板主面２３間を引き続き
伝送され、出射側端面２５Ｒ，２５Ｌを経てアクリル基
板２２Ｒ，２２Ｌから外部に出射する。そして、それぞ
れのアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌから出射した反射光
（ｐ偏光）は、上記のように配置されたＣＣＤ撮像素子
２７に受光される。

【０１０９】光源ユニット３０Ｒ，３０Ｌは、それぞれ
電子制御装置４０と接続されており、この電子制御装置
４０からの制御信号により点灯する。本実施例では、電
子制御装置４０により、光源ユニット３０Ｒ，３０Ｌの
一方の光源ユニットが点灯状態にある場合には、他方の
光源ユニットは消灯状態となるよう、光源ユニット３０
Ｒ，３０Ｌが点灯制御される。

【０１１０】また、バイオセンサ８５でも、上記した各
センサと同様、アクリル基板２２Ｌは、そのＡｕ薄膜２
８に活性のある生体物質を固定化したリガンド層が形成
された基質測定用センサ部とされており、他方のアクリ
ル基板２２Ｒは、Ａｕ薄膜２８に失活した生体物質を固
定化したリガンド層が形成された補正用センサ部とされ
ている。

【０１１１】上記した第５実施例のバイオセンサ８５を
用いた濃度測定装置４５では、次のようにして基質濃度
の測定を行なう。なお、基質濃度の測定のためにこの第
５実施例の濃度測定装置が実行する基質濃度測定ルーチ
ンは、その個々の処理については図６に示した基質濃度
測定ルーチンとほぼ同一なので、図６のフローチャート
を適宜援用して説明する。

【０１１２】第５実施例の濃度測定装置では、まず、基
質測定用センサ部であるアクリル基板２２Ｌの側の光源
ユニット３０Ｌを点灯させて安定点灯を図り、この間に
は補正用センサ部であるアクリル基板２２Ｒの側の光源
ユニット３０Ｒを消灯させたままとする。この処理は、
図６に示すステップＳ１００に相当する。光源ユニット
３０Ｌの安定点灯後は、図６のステップＳ１１０〜ステ
ップＳ１５０までの処理を行なう。つまり、基質測定用
センサ部であるアクリル基板２２Ｌについてのみ、光源
ユニット３０Ｌからの光（ｐ偏光）の照射，アクリル基
板２２Ｌの基板主面２３間の光の伝送並びに光反射面２
９での全反射およびＣＣＤ撮像素子２７での反射光受光
を行なう。これにより、基質測定用センサ部で、各入射
角（θ1〜θ2 ）ごとの光量が測定され、その内の光の
エネルギが最低となる反射角θS1が求められる（図７
（Ａ）参照）。

【０１１３】その後は、それまで点灯していた光源ユニ
ット３０Ｌを消灯されると共に、補正用センサ部である
アクリル基板２２Ｒの側の光源ユニット３０Ｒを点灯さ
せて安定点灯を図る。つまり、安定点灯させる光源ユニ
ットを変更する。そして、それ以後は、補正用センサ部
であるアクリル基板２２Ｒについてのみ、図６のステッ
プＳ１１０〜ステップＳ１５０までの処理を行ない、補
正用センサ部で光のエネルギが最低となる反射角θS0が
求められる（図７（Ｂ）参照）。次いで、図６のステッ
プＳ１６０以降の処理を行なって基質濃度を算出する。

【０１１４】以上説明したようにこの第５実施例のバイ
オセンサ８５によっても、測定基質に対する活性の有無
に応じて光のエネルギが最低となる反射角（θS1，θS
0）を算出でき、これを通して生物化学的反応以外の要
因（溶液の温度，誘電率等）に起因する測定誤差を排除
して測定精度の向上を図ることができる。しかも、バイ
オセンサ８５によれば、この測定精度の向上を単一のＣ
ＣＤ撮像素子２７を用いるだけで実現することができ
る。なお、バイオセンサ８５によれば、上記した各セン
サの奏する効果（使い勝手の向上やコスト低下等）を得
ることができることは勿論である。

【０１１５】次に、第６実施例について説明する。この
第６実施例では、上記の第５実施例のバイオセンサ８５
と、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌを用いる点や単一のＣ
ＣＤ撮像素子２７を用いる点等でその構成は同一であ
り、以下の点でその構成が相違する。

【０１１６】この第６実施例のバイオセンサ８７は、図
２６に示すように、そのアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌの
入射側端面７１Ｒ，７１Ｌに、当該端面を覆うようにし
て設置され当該端面への光の遮蔽と透過を切り換える液
晶シャッタ８８Ｒ，８８Ｌを備える。これら液晶シャッ
タ８８Ｒ，８８Ｌは、周知のＴＮ方式（ツイストネマチ
ック方式）の液晶シャッタであり、電子制御装置４０か
らの電圧の印加によりそれぞれの液晶の配列を変え光の
透過・遮蔽を行なう。よって、この液晶シャッタ８８
Ｒ，８８Ｌにより、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌにはそ
れぞれの入射側端面７１Ｒ，７１Ｌから独立に光が入射
する。そして、本実施例では、電子制御装置４０によ
り、液晶シャッタ８８Ｒ，８８Ｌの一方の液晶シャッタ
が透過状態にある場合には、他方の液晶シャッタは遮蔽
状態となるよう、液晶シャッタ８８Ｒ，８８Ｌは通電制
御される。なお、液晶シャッタ８８Ｒ，８８Ｌを、それ
ぞれの基板の出射側端面２５Ｒ，２５Ｌ側に設けてもよ
いことは勿論である。

【０１１７】また、バイオセンサ８７は、バイオセンサ
８５とは異なり単一の光源ユニット３０しか備えず、こ
の光源ユニットからの光を液晶シャッタ８８Ｒ，８８Ｌ
を経てアクリル基板２２Ｒ，２２Ｌに入射させる。な
お、この単一の光源ユニット３０は、上記したセンサと
同様に、光反射面２９にｐ偏光を集光して照射するよ
う、設置されている。

【０１１８】上記した第６実施例のバイオセンサ８７を
用いた濃度測定装置４５では、図６に示した基質濃度測
定ルーチンの個々の処理を以下のようにして実行し、基
質濃度の測定を行なう。つまり、まず、基質測定用セン
サ部であるアクリル基板２２Ｌの側の液晶シャッタ８８
Ｌを光の透過状態になるよう制御し、補正用センサ部で
あるアクリル基板２２Ｒの側の液晶シャッタ８８Ｒは光
の遮蔽状態においたままとする。具体的には、液晶シャ
ッタ８８Ｒにのみ通電を行ない、液晶シャッタ８８Ｌに
は通電を行なわない。その後は、図６のステップＳ１０
０〜ステップＳ１５０までの処理を行なう。つまり、基
質測定用センサ部であるアクリル基板２２Ｌについての
み、光源ユニット３０からの光（ｐ偏光）の照射，アク
リル基板２２Ｌの基板主面２３間の光の伝送並びに光反
射面２９での全反射およびＣＣＤ撮像素子２７での反射
光受光を行なう。これにより、基質測定用センサ部で、
各入射角（θ1 〜θ2 ）ごとの光量が測定され、その内
の光のエネルギが最低となる反射角θS1が求められる
（図７（Ａ）参照）。

【０１１９】その後は、それまで透過状態とされていた
液晶シャッタ８８Ｌへの通電を開始して当該シャッタを
遮蔽状態におくと共に、補正用センサ部であるアクリル
基板２２Ｒの側の液晶シャッタ８８Ｒへの通電を停止し
てこれを透過状態におく。つまり、透過状態のシャッタ
を変更する。次いで、この状態で、補正用センサ部であ
るアクリル基板２２Ｒについてのみ、図６のステップＳ
１００〜ステップＳ１５０までの処理を行ない、光のエ
ネルギが最低となる反射角θS0が求められる（図７
（Ｂ）参照）。その後は、図６のステップＳ１６０以降
の処理を行なって基質濃度を算出する。

【０１２０】以上説明したようにこの第６実施例のバイ
オセンサ８７によっても、上記の第５実施例のバイオセ
ンサ８５と同一の効果を得ることができることは勿論で
ある。

【０１２１】以上本発明のいくつかの実施例について説
明したが、本発明はこの様な実施例になんら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において
種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【０１２２】例えば、上記した実施例では、光源ユニッ
ト３０をその出射側にｐ偏光板３２を有するものとした
が、これに限るわけではない。具体的説明すると、光源
ユニット３０をｐ偏光板３２を有しないものとし、この
ｐ偏光板３２をＣＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌの光受光
面に貼り付けた構成とすることもできる。また、バイオ
センサ７０における透光性薄板７２自体をｐ偏光板３２
とすることもでき、このようにすれば部品点数の削減を
通してコスト低下を図ることができる。

【０１２３】また、Ａｕ薄膜２８の表面（露出膜面）に
生体物質を固定したリガンド層を設ける場合を例に採り
上記各実施例を説明したが、Ａｕ薄膜２８のこの表面
に、光反射面２９からのエバネッセント領域（約１００
ｎｍ）を越えないごく薄い膜厚（２〜３ｎｍ）でカルボ
ン酸アルコールや有機物の単分子膜或いは窒化シリコン
等の無機物の薄膜を形成することもできる。このように
単分子膜等を設けても、表面プラズモン共鳴現象が生じ
るので基質測定に影響はない。そして、このように単分
子膜等を設ければ、Ａｕ薄膜２８の表面に基質を付着さ
せないので、前回の測定時の基質の残存による影響を受
けることがなく、測定精度の向上を図ることができる。

【０１２４】また、アクリル基板２２Ｒ，２２Ｌに替え
てガラス基板の他、光透過性を有する種々の樹脂基板を
用いることもできる。更に、上記の各実施例では、活性
のある生体物質を用いた基質測定用センサ部と失活した
生体物質を用いた補正用センサ部とを併用したが、基質
測定用センサ部のみを有するバイオセンサとすることも
できる。

【０１２５】つまり、図２７に示すように、１枚のアク
リル基板２２を有するバイオセンサ９０とすることもで
きる。このバイオセンサ９０も、Ａｕ薄膜２８や光反射
面２９，光源ユニット３０およびＣＣＤ撮像素子２７等
を有する点で、前述した数種のバイオセンサとその主要
な構成は同一である。しかし、図示するように、表裏の
基板主面２３を周知の蒸著、スパッタリング法等により
その全面に亘ってクロム薄膜が形成された１枚のアクリ
ル基板２２を採用した点において前述までのバイオセン
サと構成が相違する。このバイオセンサ９０におけるア
クリル基板２２であっても、図２８に示すように、幾何
学的な全反射条件で光を反射する全反射面として表裏の
基板主面２３を対向させ、周囲端面に設置した光源ユニ
ット３０から入射した光を、この表裏の基板主面２３間
に閉じ込めて伝送し、光反射面２９で反射した光をＣＣ
Ｄ撮像素子２７まで表裏の基板主面２３間に閉じ込めて
伝送する。

【０１２６】上記したいわゆる１チャンネル型のバイオ
センサ９０によれば、１枚のアクリル基板２２でセンサ
を構成できるので、部品点数の更なる低減を通して、一
層のコストダウンを図ることができる。また、板状のア
クリル基板２２端面に直接光源を取付けることができる
ため、位置合わせ（光学系の調整）の簡略化を図ること
ができる。なお、１チャンネル型のバイオセンサ９０で
は、前述までの２枚のアクリル基板を用いた２チャンネ
ル型に比べて温度によるドリフトの影響を受けやすい
が、短時間の測定であれば測定精度に与える影響は少な
く基質濃度の測定に支障はない。

【０１２７】また、２枚のアクリル基板を用いた２チャ
ンネル型の上記各センサ（バイオセンサ２０，バイオセ
ンサ５０，バイオセンサ８５等）を、一方のアクリル基
板２２と他方のアクリル基板２２とで、そのＡｕ薄膜２
８に形成するリガンド層に固定化した生体物質を異なる
ものとすることもできる。このような構成を採れば、リ
ガンド層に接触する被測定溶液中の異なる基質について
の濃度を同時に高精度で測定することができる。

【０１２８】また、ローパスフィルタ４０ｂによるフィ
ルタ処理の後に回帰分析を行なって入射角（θS1，θS
0）を演算したが、ローパスフィルタ４０ｂによるフィ
ルタ処理後の信号に基づいて入射角（θS1，θS0）を演
算するよう構成することもできる。この場合であって
も、ノイズが除去された信号に基づいた入射角（θS1，
θS0）の演算により、基質濃度の測定精度を向上させる
ことができる。

【０１２９】ここで、上記した実施例のバイオセンサの
変形例について、図をもって説明する。図２９に示すよ
うに、第５実施例のバイオセンサ８５を、アクリル基板
２２Ｒ，２２Ｌにおける出射側端面２５Ｒ，２５Ｌが凸
レンズのレンズ曲面を有するものとされたバイオセンサ
８５Ａとすることもできる。また、バイオセンサ８５
を、図３０に示すように、この出射側端面２５Ｒ，２５
Ｌが基板主面２３に対して傾斜した傾斜面とされたバイ
オセンサ８５Ｂとすることもできる。

【０１３０】これらの変形例のバイオセンサ８５Ａ，８
５Ｂでは、出射側端面２５Ｒ，２５Ｌでの光（反射光）
の屈折により光の進行経路がＣＣＤ撮像素子２７に向け
て変更される。よって、これらの変形例によれば、ＣＣ
Ｄ撮像素子２７での受光光量の増加を通して測定感度を
向上することができる。なお、このような変形を第６実
施例のバイオセンサ８７について行なうことができるこ
とは勿論である。

【０１３１】更に、第５実施例のバイオセンサ８５を、
図３１，図３２に示すように変形することもできる。図
３１に示す変形例のバイオセンサ８５Ｃは、ＣＣＤ撮像
素子２７の手前にシリンダレンズ９１を備える。このバ
イオセンサ８５Ｃでは、ＣＣＤ撮像素子２７における受
光領域にシリンダレンズ９１により光を集光させる。よ
って、バイオセンサ８５Ｃによれば、ＣＣＤ撮像素子２
７での受光光量の増加を通して測定感度を向上すること
ができる。また、図３２に示す変形例のバイオセンサ８
５Ｄは、アクリル基板２２Ｒ，２２ＬとＣＣＤ撮像素子
２７との間に透光性のブロック９２を介在させて、アク
リル基板とＣＣＤ撮像素子とを一体化させる。よって、
このバイオセンサ８５Ｄによれば、アクリル基板２２
Ｒ，２２Ｌに対するＣＣＤ撮像素子２７の位置決めが容
易であると共に、その位置関係を組み付け後に維持でき
使い勝手を向上させる。この場合、ブロック９２をアク
リル基板２２Ｒ，２２Ｌと同一のアクリル樹脂から形成
すれば、不用意な光の屈折による外部への光の出射を起
こさないので好ましい。

【０１３２】また、バイオセンサ８５Ｄを図３３に示す
ように変形することもできる。このバイオセンサ８５Ｅ
は、アクリル基板２２Ｒ，２２ＬとＣＣＤ撮像素子２７
との間に透光性のブロック９３を介在させて備え、当該
ブロックの外側対向面９３ａ，９３ｂをテーパ面とす
る。しかも、外側対向面９３ａ，９３ｂには、その全面
に亘ってクロム薄膜が蒸着形成されており、バイオセン
サ８５Ｅは、この外側対向面９３ａ，９３ｂをブロック
内で反射面とする。よって、バイオセンサ８５Ｅによれ
ば、ＣＣＤ撮像素子２７の位置決めの簡略化に加え、外
側対向面９３ａ，９３ｂでの反射により光の進行経路を
変えてＣＣＤ撮像素子２７での受光光量の増加を図り、
これをもって測定感度を向上することができる。なお、
図３１〜図３３に示す変形を第６実施例のバイオセンサ
８７について行なうことができることは勿論である。

【０１３３】また、上記の各実施例において基板主面を
全反射面とするに当たっては、クロム薄膜等の形成に限
る必要はない。つまり、アクリル等で形成される光透過
媒体が、その基板主面を屈折率の著しく異なる媒体（例
えば、空気等）に接している場合には、クロム薄膜等が
表面に形成されていなくても、基板主面にて十分に幾何
学的に全反射を生じさせることが可能であるからであ
る。上記した実施例において具体的に説明すれば、２枚
のアクリル基板を用いる２チャンネル型のバイオセンサ
２０，２１，５０等の場合には、アクリル基板間に間隙
を設けるか屈折率の著しく異なる部材を介在させること
でクロム薄膜を形成する必要がなく、工数低減を通した
コスト低下を図ることができる。また、１チャンネル型
のバイオセンサ９０の場合には、アクリル基板がその屈
折率が略同一の媒体に接していない限り、クロム薄膜を
形成する必要がなく、工数低減を通したコスト低下を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のバイオセンサ２０をその正面，平
面および右側面から示す概略構成図。

【図２】バイオセンサ２０の要部の概略分解斜視図。

【図３】バイオセンサ２０に用いる光源ユニット３０の
拡大断面図。

【図４】バイオセンサ２０における出射側端面２５Ｒ，
２５Ｌでの光の伝送の様子を説明する模式図。

【図５】電子制御装置４０の概略構成を示すブロック
図。

【図６】基質濃度測定ルーチンの処理を示すフローチャ
ート。

【図７】基質濃度測定ルーチンにおける処理の際に、Ｃ
ＣＤ撮像素子２７Ｒ，２７Ｌから得られる入射角とその
光量との相関関係を示すグラフ。

【図８】基質濃度測定ルーチンのステップＳ１５０にお
ける入射角（θS1，θS0）の算出の様子を説明するため
の説明図。

【図９】同じく、入射角（θS1，θS0）の算出の様子を
説明するための説明図。

【図１０】第１実施例の変形例におけるバイオセンサ２
１をその正面，平面および右側面から示す概略構成図。

【図１１】第２実施例のバイオセンサ５０をその正面，
平面および右側面から示す概略構成図。

【図１２】第３実施例のバイオセンサ６０をその正面，
平面および右側面から示す概略構成図。

【図１３】バイオセンサ６０の要部の概略分解斜視図。

【図１４】バイオセンサ６０における出射側傾斜端面６
１Ｒ，６１Ｌ近傍での光の伝送の様子を説明する模式
図。

【図１５】バイオセンサ６０の第１の変形例におけるバ
イオセンサの要部の概略分解斜視図。

【図１６】この変形例における出射側傾斜端面６１Ｒ，
６１Ｌ近傍での光の伝送の様子を説明する模式図。

【図１７】バイオセンサ６０の第２の変形例におけるバ
イオセンサ６４をその正面，平面および右側面から示す
概略構成図。

【図１８】図１７の１８−１８線断面図。

【図１９】第４実施例のバイオセンサ７０の概略斜視
図。

【図２０】バイオセンサ７０における光反射面２９での
光の反射の様子を示す模式図。

【図２１】バイオセンサ７０の分解斜視図。

【図２２】変形例のバイオセンサ２０Ａをその正面，平
面および右側面から示す概略構成図。

【図２３】変形例のバイオセンサ８０の概略斜視図。

【図２４】第５実施例のバイオセンサ８５の概略斜視
図。

【図２５】このバイオセンサ８５の概略平面図。

【図２６】第６実施例のバイオセンサ８７の概略斜視
図。

【図２７】変形例のバイオセンサ９０をその正面，平面
および右側面から示す概略構成図。

【図２８】バイオセンサ９０における光の伝送の様子を
説明する模式図。

【図２９】第５実施例のバイオセンサ８５の変形例であ
るバイオセンサ８５Ａの概略平面図。

【図３０】他の変形例であるバイオセンサ８５Ｂの概略
平面図。

【図３１】他の変形例であるバイオセンサ８５Ｃの概略
平面図。

【図３２】他の変形例であるバイオセンサ８５Ｄの概略
平面図。

【図３３】他の変形例であるバイオセンサ８５Ｅの概略
平面図。

【符号の説明】

２０…バイオセンサ ２０Ａ…バイオセンサ ２１…バイオセンサ ２２…アクリル基板 ２２Ｌ…アクリル基板 ２２Ｌ1〜２２Ｌ4，２２Ｌi…アクリル基板 ２２Ｒ…アクリル基板 ２２Ｒ1〜２２Ｒ4，２２Ｒi…アクリル基板 ２３…基板主面 ２３Ａ…光透過面 ２４…光源ユニット収納凹所 ２５Ｒ，２５Ｌ…出射側端面 ２６Ｒ，２６Ｌ…上端面 ２７…ＣＣＤ撮像素子 ２７Ｒ，２７Ｌ…ＣＣＤ撮像素子 ２８…Ａｕ薄膜 ２９…光反射面 ３０…光源ユニット ３０Ｒ，３０Ｌ…光源ユニット ３２…ｐ偏光板 ３４…光源 ３８…レンズ ４０…電子制御装置 ４０ａ…論理演算回路 ４０ｂ…ローパスフィルタ ４５…濃度測定装置 ５０…バイオセンサ ６０，７０，８０，８５…バイオセンサ ８５Ａ，８５Ｂ８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ…バイオセンサ ８７，９０…バイオセンサ ６１Ｒ，６１Ｌ…出射側傾斜端面 ６２…シリンダレンズ ６４…バイオセンサ ７１Ｒ，７１Ｌ…入射側端面 ７２…透光性薄板 ７３…ルミラーシート ７５Ｒ，７５Ｌ…底面 ８１…Ａｕ薄膜 ８２…光源ユニット収納凹所切欠 ８６…仕切板 ８８Ｒ，８８Ｌ…液晶シャッタ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属薄膜が設けられた光反射面において
   幾何学的な全反射条件で光を反射する透光性の光透過媒
   体を有し、該光透過媒体と前記金属薄膜でエバネッセン
   ト波結合を形成する光学系を用いて、前記金属薄膜に接
   触した被測定溶液中の測定対象基質を測定するバイオセ
   ンサであって、 前記光学系は、 光源からの光を前記光反射面に集光して照射する入射光
   側光学系と、 前記光反射面で反射し前記光透過媒体から外部に出射す
   る反射光を受光し、該反射光の光量を反射角ごとに検出
   する出射側光学系と、 前記入射光側光学系又は前記出射側光学系において光を
   ｐ偏光する偏光手段と、 幾何学的な全反射条件で光を反射する全反射面を対向さ
   せ、該全反射面間において光の波動を閉じ込めて光を伝
   送する透光性基板とを備え、 該透光性基板は、前記光透過媒体に至るまでの前記入射
   光側光学系の光の伝送路を形成すると共に、前記光透過
   媒体からの前記出射側光学系の光の伝送路を形成するこ
   とを特徴とするバイオセンサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のバイオセンサであって、 前記光透過媒体は前記透光性基板の一部とされており、
   前記光反射面は前記透光性基板の一端面に前記金属薄膜
   を設けて形成されているバイオセンサ。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のバイオセン
   サであって、 前記入射光側光学系は、光源と該光源から照射された光
   を焦点に集光するレンズとを一体化した光源ユニットを
   備え、 該光源ユニットと前記透光性基板とを、前記レンズが前
   記光反射面に焦点を結ばせると共に前記レンズの光軸を
   前記光反射面に対して傾斜させて、前記透光性基板の前
   記一端面と交差する他の端面側で固定して備え、 前記出射側光学系は、前記光反射面で反射し外部に出射
   する反射光を、前記光反射面における反射角ごとに一度
   に受光し、該反射光の光量を反射角ごとに検出する受光
   手段を備えるバイオセンサ。
4. 【請求項４】 請求項３記載のバイオセンサであって、 前記光源ユニットは、前記透光性基板の前記一端面と傾
   斜して交差する前記他の端面に透光性の薄板を介在させ
   て直接固定されているバイオセンサ。
5. 【請求項５】 請求項４記載のバイオセンサであって、 前記偏光手段は、透過する光を該透過の間にｐ偏光する
   偏光板であり、前記透光性の薄板として前記光源ユニッ
   トと前記透光性基板の前記他の端面との間に介在するバ
   イオセンサ。
6. 【請求項６】 請求項３記載のバイオセンサであって、 前記光源ユニットは、前記透光性基板の前記他の端面側
   に前記一端面に対して傾斜して形成された凹所に組み込
   まれ、該凹所底部から前記透光性基板内に光を入射する
   バイオセンサ。
7. 【請求項７】 請求項１又は請求項２記載のバイオセン
   サであって、 前記形成された前記出射側光学系の光の伝送路の末端に
   当たる前記透光性基板の端面は、前記対向する全反射面
   に対して傾斜し、幾何学的な全反射条件で光を反射する
   全反射傾斜端面とされており、 該全反射傾斜端面で反射した光が到達する範囲の前記対
   向する全反射面は、少なくとも該範囲に限って外部に光
   を透過する透過面とされており、 前記出射側光学系は、該透過面を透過して外部に出射す
   る光を受光するものであるバイオセンサ。
8. 【請求項８】 請求項１又は請求項２記載のバイオセン
   サであって、 第１の前記透光性基板と第２の前記透光性基板とを有
   し、 該第１，第２の透光性基板を、両透光性基板が前記形成
   した前記出射側光学系の光の伝送路を伝送された光が単
   一の前記出射側光学系に受光されるよう配置して備え、 前記第１，第２の透光性基板の一方の透光性基板につい
   て、前記単一の出射側光学系に前記伝送された光が受光
   されている場合には、他方の透光性基板については、前
   記単一の出射側光学系への光の受光を阻止する受光阻止
   手段を有するバイオセンサ。
9. 【請求項９】 請求項８記載のバイオセンサであって、 前記受光阻止手段は、 前記第１の透光性基板が前記形成した前記入射光側光学
   系の光の伝送路に光を導くための第１の光源と、 前記第２の透光性基板が前記形成した前記入射光側光学
   系の光の伝送路に光を導くための第２の光源と、 前記第１，第２の光源の一方の光源が点灯状態にある場
   合には、他方の光源を消灯状態にして両光源を点灯制御
   する点灯手段とを有するバイオセンサ。
10. 【請求項１０】 請求項８記載のバイオセンサであっ
    て、 前記受光阻止手段は、 前記第１の透光性基板における前記光の伝送路の入口側
    端面と出口側端面の少なくとも一方に設けられ、前記光
    の伝送路に対する光の遮蔽と透過を行なう第１のシャッ
    ターと、 前記第２の透光性基板における前記光の伝送路の入口側
    端面と出口側端面の少なくとも一方に設けられ、前記光
    の伝送路に対する光の遮蔽と透過を行なう第２のシャッ
    ターと、 前記第１，第２のシャッターの一方のシャッターが透過
    状態である場合には、他方のシャッターを遮蔽状態にし
    て両シャッターを制御するシャッター制御手段とを有す
    るバイオセンサ。
11. 【請求項１１】 被測定溶液中の測定対象基質の濃度を
    求める濃度測定装置であって、 請求項１ないし請求項１０いずれか記載のバイオセンサ
    と、 該バイオセンサの前記出射側光学系と接続され、該出射
    側光学系が検出した前記反射角ごとの反射光光量を入力
    信号とし、入力信号に所定のフィルタ処理を施してノイ
    ズを除去した信号を出力信号とするフィルタ手段と、 該フィルタ手段からの出力信号に基づいて、前記測定対
    象基質の濃度を演算する演算手段と、を備えることを特
    徴とする濃度測定装置。