[发明专利]分析装置及方法、光学元件及其设计方法以及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析装置、分析方法、使用它们的光学元件以及电子设备、以及光学元件的设计方法。

背景技术

不但在医疗健康领域而且在环境、食品、公安等领域中，需要高灵敏度、高精度、迅速且简便地检测微量物质的传感技术。作为传感的对象的微量的物质涉及非常多的方面，例如细菌、病毒、蛋白质、核酸、各种抗原抗体等生物体关联物质、包括无机分子、有机分子、高分子在内的各种化合物成为传感对象。目前，微量物质的检测可经过取样、分析、解析而进行，然而由于需要专用的装置，要求检查操作人员的熟练，很多情况下现场分析较困难。因此，到得到检查结果需要长时间（数日以上）。在传感技术中，迅速且简便的要求非常强烈，期望能够适应该要求的传感器的开发。

例如，从所谓集成化比较容易、难以受到检查、测量环境影响的期待出发，对利用表面等离子体共振（SPR：Surface Plasmon Resonance）的传感器、利用表面增强拉曼散射（SERS：Surface-Enhanced Raman Scattering）的传感器的关心日益增高。

并且，以更高灵敏度的传感为目的，作为具备实现使局域型等离子体（LSP：Localized Surface Plasmon）和传播型等离子体（PSP：Propageted Surface Plasmon）的双模式同时共振的混合模式的构造的传感器元件的一个例子，在专利文献1以及专利文献2中提出一种所谓GSPP（Gap type Surface Plasmon Polariton：间隙式表面等离子体激元）的元件。此外，在非专利文献1中提出使用能够使LSP以及PSP的混合的元件而使拉曼散射光增强的方法。

在上述非专利文献1中公开的SERS中，没有考虑入射光的波长、偏振状态与阵列的排列的关系是一个原因，不一定能得到在宽频带中的充分的信号增强度。

现行技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开2009/002524号

专利文献2：国际公开2005/114298号

非专利文献

非专利文献1：OPTIC EXPRESS Vol.19No.16（2011）14919-14928。

发明内容

本发明的几个方式的一个目的在于提供基于由光照射激发的等离子体的光的增强度曲线良好的光学元件及其设计方法。此外，本发明的几个方式的一个目的在于提供具备那样的光学元件的分析装置以及电子设备和分析方法。

本发明的分析装置的一个方式具备：光学元件，其包括金属层、设置于所述金属层上且透过光的透光层、在所述透光层上在第一方向以第一间隔排列并且在与所述第一方向交叉的第二方向以第二间隔排列的多个金属粒子；光源，其照射入射至所述光学元件的入射光；以及检测器，其检测从所述光学元件放射的光，其中，所述光学元件的所述金属粒子的配置满足下式（1）的关系，向所述光学元件照射与所述第一方向相同方向的直线偏振光以及与所述第二方向相同方向的直线偏振光，P1＜P2…（1），其中，P1表示所述第一间隔，P2表示所述第二间隔。

根据这样的分析装置，由于可使基于光学元件的等离子体的光增强度曲线变宽，因此能够容易地进行广泛的微量物质的检测、测量。

本发明的分析装置的一个方式具备：光学元件，其包括金属层、设置于所述金属层上且透过光的透光层、在所述透光层上在第一方向以第一间隔排列并且在与所述第一方向交叉的第二方向以第二间隔排列的多个金属粒子；光源，其照射入射至所述光学元件的入射光；以及检测器，其检测从所述光学元件放射的光，其中，所述光学元件的所述金属粒子的配置满足下式（1）的关系，向所述光学元件照射圆偏振光，P1＜P2…（1），其中，P1表示所述第一间隔，P2表示所述第二间隔。

根据这样的分析装置，由于可使基于光学元件的等离子体的光增强度曲线变宽，因此能够容易地进行广泛的微量物质的检测、测量。

在本发明的分析装置中，所述光学元件的所述金属粒子的配置满足下式（2）的关系：P1＜P2≦Q+P1…（2），其中，当设所述金属粒子列激发的局域型等离子体的角频率为ω、构成所述金属层的金属的介电常数为ε（ω）、所述金属层的周边的介电常数为ε、真空中的光速为c、所述入射光的照射角即从所述透光层的厚度方向的倾斜角为θ时，Q由下式（3）给出：（ω/c）·{ε·ε（ω）/（ε+ε（ω））}^1/2＝（ω/c）·ε^1/2·sinθ+2mπ/Q（m＝±1、±2、…）…（3）。