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JPH06300683A - 伝搬特性測定プロセス及び装置 - Google Patents

伝搬特性測定プロセス及び装置

Info

Publication number
JPH06300683A
JPH06300683A JP6094060A JP9406094A JPH06300683A JP H06300683 A JPH06300683 A JP H06300683A JP 6094060 A JP6094060 A JP 6094060A JP 9406094 A JP9406094 A JP 9406094A JP H06300683 A JPH06300683 A JP H06300683A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
sensor
light
imaging
grating coupler
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6094060A
Other languages
English (en)
Inventor
Christof Fattinger
ファッティンガー クリストフ
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.)
F Hoffmann La Roche AG
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F Hoffmann La Roche AG filed Critical F Hoffmann La Roche AG
Publication of JPH06300683A publication Critical patent/JPH06300683A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788—Diffraction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10S436/805—Optical property
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサ表面上の光表面波の伝搬特性の測定に
基づく光学的物質分析プロセス及びこのプロセスを実行
する装置を提供する。 【構成】 サンプルと接触するように配置された導波層
構造において、複数の誘導光波、即ち測定対象波と基準
波とが格子結合器によって放出される。前記導波層構造
の面が目的面を形成し、検出面が光学的撮像の撮像面内
に位置するようにして、前記格子結合器の放出波領域
を、位置分解検出器上で撮像し、空間周期的干渉パター
ンを検出面に得る。この干渉パターンの空間周期性を評
価することによって、測定対象波と基準波との相対的位
相を非常に正確に測定することができる。撮像によって
得られた放出波領域の光分布を用いて、測定すべき分析
量を判定する。このプロセスを実行する装置は、格子結
合器（３）を有する適切な導波センサ（１、２）、撮像
用レンズ系（９）、及び光検出器（１０）から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光表面波の伝搬特性を
測定するためのプロセスに関する。このプロセスは、光
表面波を用いたセンサ表面における分子の検出及び特徴
付けに相応しいものである。本発明は、前記プロセスを
実行する素子、及び光回折格子が一体化された光導波層
を含むセンサ、並びにこのようなセンサの用法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光表面波を用いてセンサ表面至近におけ
る分光分析的物理量を測定することは、当技術では公知
である。最近、生物分析化学及び生物感知分野におい
て、この方法論の応用が重要性を増してきている。これ
らの新しい光学的分析プロセスは、表面波と検出すべき
分子との相互作用に基づくものである。センサ表面にお
ける物質の検出は、例えば、屈折率及び／または光吸収
の変化を測定することによって、行なわれる。
【０００３】光表面波は、表面に沿って導波層構造内ま
たは導波層構造上を伝搬する誘導光波（ｇｕｉｄｅｄ
ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅｓ）である。光波の誘導は、例え
ば、光導波層によって行なうことができる。この導波層
は、平面状基盤上に設けた薄い誘電体光層から成る。そ
れ以外では、導波層を基盤上の薄い金属層で構成するこ
ともできる。この場合、金属層とサンプルとの間の境界
層上の所謂表面プラズモン（ｐｌａｓｍｏｎ）が表面波
を表わす。
【０００４】表面に特定した高感度な検出を達成するに
は、非常に高い屈折率を有する非常に薄い導波層を用い
ればよい。この場合の導波層の厚さは、明らかに誘導光
波の波長未満である。導波層の屈折率は、できるだけ高
くすべきであり、通常２より大きい。
【０００５】コヒーレント光を導波層に結合したり、或
いは導波層から放出（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ）するために
は、１つ以上の光回折格子、所謂格子結合器（ｇｒａｔ
ｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒ）を用いることが、当技術では
知られている。この場合、二重回折格子結合器（ｂｉｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅ
ｒ）の使用が便利である。この二重回折格子結合器によ
って検出すべき放出光と入射光線の反射された即ち伝送
された部分との間の方向分離が検出される。このように
して、背景の影響があるとしてもそれを受けずに、放出
後の表面波の光を検出することが可能となる。
【０００６】誘導表面波の有効屈折率を測定することに
より、導波層至近における屈折率の変化を、高感度で検
出することができる。所謂受容体分子と導波層表面上で
固定化された受容体分子との間の結合（ｂｉｎｄｉｎ
ｇ）を調べるための従来技術のプロセスは、この測定機
構（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）に基づくもの
である。このようにして、分子の相互作用（例えば、結
合反応、吸収プロセス）を分析することができる。
【０００７】結合角を測定することにより、誘導表面波
の有効屈折率を判定することは、当技術の最先端を行く
ものである。結合角を測定することによって誘導表面波
の有効屈折率を判定するには、導波層の平面化（Ｐｌａ
ｎａｒｉｔｙ）に対する要求が大である。更に、これら
センサ表面上の分子を検出するための従来技術のプロセ
スは、角度測定の安定性及び測定装置に対する平面状導
波路の位置の精度に対しても、厳しい要求がある。これ
らの厳しい要求は、測定方法を広い分野で使用すること
に関しては、欠点として捉えなければならない。
【０００８】平面状プラスチック基盤上に屈折率の高い
導波層を形成するプロセスが、ドイツ国特許出願Ｐ４２
２８８５３．３に記載されている。このプロセスは、基
盤を圧印加工することにより、高い価格効率で光結合及
び放出用光学格子を製造することができるという利点を
もたらす。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セン
サ表面上の物質の分析に適し、経済的に実現可能なセン
サ素子の製造を可能とし、しかも使用時の取り扱いが簡
単なセンサが確実に得られる、光表面波の伝搬特性を高
感度で測定するプロセス及び装置を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】先の目的の実現は、導波
層構造の面が対象面を形成し、かつ検出面が前記光学的
撮像の撮像面に位置するように、格子結合器の放出領域
を位置分解検出器上に撮像するという事実、及び撮像の
結果得られる放出波領域の光分布を、検出器によって測
定し、これを用いて測定すべき分析量を判定するという
事実によって特徴付けられる、光学プロセスと装置によ
って達成される。前記プロセスを実行するための装置
は、分析すべき物質と接触させる表面を有するセンサ
と、光導波層構造と、前記層構造において誘導光波の放
出のための格子結合器と、放出光波の特性を測定する測
定装置とから成り、前記測定装置が前記格子結合器の放
出領域を撮像する光学撮像システムと、前記撮像システ
ムの撮像面内に配置された位置分解検出器とを含むこと
を特徴とする。
【００１１】放出波領域（ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅ ｆ
ｉｅｌｄ）の撮像は、球体または円筒形単一レンズを用
いて行なうことができる。このような単一レンズの代わ
りに、レンズ系、フレネルレンズ、またはホログラフィ
ックレンズを用いることもできる。
【００１２】撮像することによって、導波層上の異なる
点を、検出面上に定義された点に割り当てる。格子結合
部は、誘導光波をそれらの伝搬路上に、連続的に放出す
る。驚くべきことに、導波層の面内の誘導光波の伝搬
は、位置分解検出器（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｒｅｓｏｌｖ
ｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）上の放出波を撮像すること
によって、感知することができる。導波層の面における
放出波領域の光分布が、誘導光波の伝搬特性に対する特
徴となる。検出面における光分布は、導波層の面におけ
る放出波領域の光分布の画像であり、測定すべき分析量
を判定するために用いられる。
【００１３】検出面における放出波領域の撮像を含む本
発明のプロセスは、実質的に平坦な基盤上の導波層構造
に適するものである。撮像によって得られる利点は、誘
導光波の伝搬特性を直接測定できることである。放出光
線の結合角は、撮像プロセスによって記録されない。導
波層構造が完全に平坦でなくても、本発明の測定プロセ
スには影響がない。この測定プロセスの特徴によって、
センサの製造を飛躍的に簡素化することが可能となる。
【００１４】撮像によるもう１つの利点は、測定システ
ムに対する導波層構造の位置が多少変化しても、検出面
における波領域の光分布の測定の一次近似には、何等影
響を及ぼさないということである。この測定プロセスの
特徴によって、測定中のセンサの取り扱いを簡単にする
ことができる。
【００１５】本発明のプロセスは、検出面においていく
つかの誘導光波を同時に撮像することができる。こうし
て、誘導光波の１つを基準波として用いることができ
る。例えば、測定対象波と基準波との間の伝搬特性の相
違を測定することができる。
【００１６】測定対象波と基準波との伝搬特性の比較に
ついては、驚くべきことに、次に述べる測定プロセスが
有利であることが証明されている。厳密に規定された帯
状領域において、導波層の表面に、低屈折率の材料の被
覆層を設ける。誘導光の伝搬方向が、被覆層を設けた導
波路の帯状領域に平行となるように、光線を、例えば、
格子結合器によって、平面状導波路内に結合する。誘導
光波の一部は、被覆層によって、サンプルからは遮蔽さ
れて、センサ表面に達する。被覆層を有する導波路の帯
状領域の外側を伝搬する前記誘導光波の部分は、検出す
べき分子と相互作用を行なうと共に、測定対象波として
も作用する。被覆層を有する導波路の帯状領域内を伝搬
する誘導光波の部分は、基準波として作用する。測定対
象波及び基準波の伝搬経路は、互いに平行である。前記
被覆層を付着することにより、測定対象波と基準波との
有効屈折率が少量相違するだけとなるように、導波層構
造を変更することができる。
【００１７】測定対象波及び基準波は、格子結合器によ
って結合され、放出波領域は、円筒形レンズ系によって
検出面上に撮像される。この場合、撮像レンズ系の円筒
軸は、測定対象波及び基準波の伝搬方向と垂直である。
測定対象波及び基準波の放出によって生じる波領域の２
部分を、前記円筒形レンズ系の一次元撮像によって重ね
合わせ、検出面において帯状干渉パターンを生成する。
検出面における干渉パターンの周期性は、測定対象波と
基準波との有効屈折率の差、及び撮像倍率によって与え
られる。例えば、検出面において測定された光強度分布
のフーリエ変換を用いて、前記干渉パターンの空間周期
性を評価することにより、測定対象波と基準波との相対
位相分布を、非常に正確に測定することができる。この
ようにして、導波層至近における屈折率の変化を感知
し、測定すべき分析量を割り当てることができる。
【００１８】高い屈折率を有する薄い導波路上に二酸化
シリコンの被覆層を付着した結果、１列のダイオードを
用いて検出面における干渉パターンの評価ができる範囲
内に、測定対象波と基準波との有効屈折率の差を収める
ことができる。導波層と検出面との撮像比が１：１の場
合、干渉パターンの周期長は、典型的に約２０ないし１
００ミクロンの間となる。
【００１９】測定すべき第２の分析量は、検出面におけ
る光強度を測定することによって得られる。平均強度及
び／または誘導光波の伝搬方向における強度の低下が、
光表面波の減衰（吸光）についての情報をもたらす。
【００２０】２つの誘導光波の伝搬特性を比較するため
の代替方法として、以下に述べる測定プロセスがある。
互いにコヒーレントな２つの光線を、例えば、格子結合
器によって、平面状導波路に結合することによって、一
方の光線が導波路の横断方向電気（ＴＥ）分極モードを
励起すると共に、他方の光線が導波路の横断方向磁気
（ＭＥ）分極モードを励起する。前記２モードの伝搬経
路は、互いに平行か、或いは同一経路上となる。高屈折
率を有する薄い導波路に対して、ＴＥ分極モード及びＴ
Ｍ分極モードの、導波路表面上で検出すべき分子との相
互作用は、明らかに異なるものである。ＴＥ分極モード
及びＴＭ分極モードの有効屈折率は、大幅な相違を呈す
る。前記２モードの空間的うなり（ｓｐａｔｉａｌ ｂ
ｅａｔｉｎｇ）の周期長は、通常５ミクロンより短い。
【００２１】二重回折格子結合器を用いることによっ
て、ＴＥモードとＴＭモードとの相対位相分布を、技術
的に簡単な方法で測定できる。この目的のために、前記
２モードの伝搬路の領域内の導波層に、適切に選択した
周期長を有する２つの格子構成物から成る二重回折格子
結合器を設ける。ＴＥモードは周期が短い方の格子構成
物を通じて放出され、一方ＴＭモードは周期が長い方の
格子構成物を通じて放出される。放出波領域は、検出面
上で撮像される。このためには、球体または円筒形の撮
像レンズ系を用いればよい。ＴＥモード及びＴＭモード
の放出から結果的に得られる２つの部分の波領域から、
偏光器によって干渉が生じることにより、検出面におい
て帯状干渉パターンが結果的に得られる。検出面におけ
る干渉パターンの周期性は、ＴＥモードとＴＭモードと
の有効屈折率の差、二重回折格子結合器の２つの格子構
成物の周期長の差、及び撮像倍率によって与えられる。
例えば、検出面内で測定された強度分布のフーリエ変換
を用いて、前記干渉パターンの空間周期性を評価するこ
とによって、ＴＥモードとＴＭモードとの相対位相分布
を、非常に正確に測定することが可能となる。このよう
にして、導波層至近における屈折率の変化を感知するこ
とができ、測定すべき分析量を割り当てることができ
る。
【００２２】平面状導波路からの光の結合及び放出のた
めの光回折格子は、導波層の限られた領域まで、及び導
波層全体の全表面にわたって延在することができる。結
合格子を全表面に形成することによる利点は、費用のか
かる光の結合及び放出調整を省略できることである。
【００２３】特に、本発明のプロセスを光感知及び生物
感知に用いる時、全表面二重回折格子結合器は有利であ
る。誘導光の結合及び放出が行なわれる導波層上の領域
が部分的に重なり合っていても、前記二重回折格子結合
器は、背景の影響があるとしてもそれを受けずに、導波
層内を誘導され放出された後の光を検出可能とする。全
表面二重回折格子結合器を用いることによって、変換に
左右されない結合／放出効率が得られるという利点があ
る。
【００２４】全表面二重回折格子結合器は、前記２モー
ドの放出だけでなく、結合に用いてもよい。この場合、
ＴＥモードは、周期が長い方の格子構成物を通じて結合
され、周期が短い方の格子構成物を通じて放出される。
また、ＴＭモードは周期が短い方の格子構成物を通じて
結合され、周期が長い方の格子構成物を通じて放出され
る。
【００２５】また、測定対象波と基準波とを用い、基準
波が被覆層を有する導波路の帯状領域内を伝搬するよう
な場合に本発明のプロセスを用いる時は、全表面二重回
折格子結合器を用いて、結合及び放出を行なうことが好
ましい。測定対象波と基準波との結合を、例えば、周期
が長い方の格子構成物を通じて行ない、測定対象波と基
準波との放出を、例えば、周期が短い方の格子構成物を
通じて行なう。二重回折格子結合器の２つの格子構成物
の周期長の選択は、放出波領域が撮像レンズ系の開口内
に納まり、入射光線の角度範囲が前記撮像レンズ系から
離れた脇に来るように行なう。
【００２６】結合／放出効率が変換に左右されないとい
う特徴は、測定対象波と基準波とを使用する本発明のプ
ロセスを用い、被覆層を備えた導波路の帯状領域内を基
準波が伝搬するようにした場合でも、得ることができ
る。このために、前記被覆層を、導波層上に狭い平行帯
状体のラスタ（ｒａｓｔｅｒ）という形状で付着する。
二重回折格子結合器の格子線の向きは、被覆層を備えた
導波路の帯状領域に対して直角にすることが有利であ
る。測定対象波と基準波の伝搬方向は、被覆層を有する
帯状領域に平行となる。被覆層を有する帯状領域の幅及
び間隔は、光の波長より広く、伝搬方向に垂直な方向へ
の誘導光波の伸張よりも狭い。被覆層を有する帯状領域
間を伝搬する誘導光波の部分は、測定対象波として作用
する。被覆層を有する帯状領域内を伝搬する誘導光波の
部分は、基準波として作用する。測定対象波及び基準波
は、二重回折格子を通じて放出され、放出波領域は、円
筒形レンズ系によって検出面上で撮像される。前記撮像
レンズ系の円筒軸は、被覆層を有する帯状領域に垂直で
ある。測定対象波と基準波との放出の結果得られる前記
波領域の２部分は、円筒形レンズ系の一次元撮像によっ
て重ね合わされ、検出面に帯状干渉パターンを生成す
る。検出面におけるこの干渉パターンの空間周期性も、
非常に正確に測定可能であり、測定すべき分析量を割り
当てることができる。
【００２７】光線の入射角の選択は、結合条件が満たさ
れるように行なう。入射光線を単に合焦するだけで、結
合に対する共鳴曲線の延長部が得られるので、費用がか
かる光線結合のための調整を行なわなくても済む。
【００２８】結合用入射角の選択は、例えば、適切な光
線伝送システムを用いて行なわれる。代わりに、集束光
線を供給し、スリットダイアフラムを用いてこの集束光
線を狭い光線部分に分離することから成る、入射角選択
方法も可能である。前記集束光線内におけるスリットダ
イアフラムの位置が、誘導光波の結合に対する入射角を
決定する。
【００２９】空間的に指定可能な１列のダイアフラムに
より、可動部品を用いることなく入射角の選択が可能と
なる。この入射光用の空間的に指定可能なダイアフラム
列は、例えば、棒状撮像素子を一列に配した液晶セルで
構成すればよい。このセルの指定された透明撮像素子
が、結合に要求される入射角を規定する。
【００３０】生物分析化学及び生物感知の分野では、光
表面波のを用いたセンサ表面上の屈折率測定は、増々重
要性を増してきている。この方法を用いると、センサ表
面至近における屈折率の変動を測定することにより、分
子相互作用を調査することができる。この感知プロセス
は、例えば、気体及び液体サンプルにおいて物質を検出
するために用いることができる。
【００３１】センサ表面至近における光吸収の測定によ
って、例えば、気体及び液体サンプルにおいて物質を検
出する新たな方法がある。センサ表面上での吸収は、光
表面波の減衰（吸光）を測定することによって得られ
る。固定波長の場合、吸収測定は、例えば、表面波の最
適結合に対する入射角を用いて、検出面における光強度
を測定することにより、行なわれる。
【００３２】
【実施例】本発明のプロセスを実行するための装置の例
示的実施例を、以下に添付図面を参照しながら説明す
る。
【００３３】図１に、センサ表面上の物質を分析する装
置の断面図を示す。平面状基盤２上の平面状導波路１に
は、二重回折格子結合器３が設けられている。誘導光波
５の一部、所謂基準波６が、被覆層４によってサンプル
から遮蔽され、センサ表面に達する。誘導光波５のその
他の部分、所謂測定対象波７は、導波路表面８上で検出
すべき分子と相互作用を行なう。測定対象波及び基準波
は、二重回折格子結合器によって放出される。放出波領
域が、円筒形レンズ９によって、位置分解検出器１０上
に撮像され、結果的に空間周期的干渉パターン１１が検
出面に得られる。この干渉パターンの空間周期性を、例
えば、検出面において測定された強度分布のフーリエ変
換によって評価することにより、測定対象波と基準波と
の位置に依存する相対的位相を、非常に正確に測定する
ことができる。このようにして、導波層至近における屈
折率の変化を感知することができ、測定すべき分析量を
割り当てることができる。光線１２及び１３の入射角の
選択は、測定対象波と基準波の結合条件が満足されるよ
うに、行なわなければならない。入射光線を単に合焦す
るだけで、結合に対する共鳴曲線の延長部が得られるの
で、費用のかかる光線結合のための調整を行なわなくて
も済む。
【００３４】図２は、図１に示した装置を用いて、物質
を分析するセンサの実施例を示す。このセンサは、平面
状基盤２上に全表面二重回折格子結合器３を有する、光
導波層１を含む。この導波層の表面には、平行かつ帯状
の、低屈折率物質の被覆層４が設けられている。誘導光
波の伝搬方向は、被覆層を備えた導波路の帯状領域と平
行となっている。帯状領域の幅及びそれらの間隔は、光
の波長より大きく、伝搬方向に垂直な誘導光波の伸張よ
り小さい。被覆層を有する帯状領域間を伝搬する誘導光
波の部分は、測定対象波として作用する。被覆層を有す
る帯状領域内を伝搬する誘導光波は、基準波として作用
する。
【００３５】図３は、高屈折率を有する薄い平面状導波
路において、ＴＥ分極モードとＴＭ分極モードとの位置
依存性相対位相を測定する装置を示す。平面状基盤２上
の平面状導波路１には、二重回折格子結合器３が設けら
れている。互いにコヒーレントな２本の光線１２及び１
３が、二重回折格子結合器を有する前記平面状導波路に
結合されることによって、前記光線の一方が導波路の横
断方向電気ＴＥ分極モードを励起し、他方の光線が導波
路の横断方向磁気ＴＭ分極モードを励起する。これら２
モードの伝搬経路は互いに平行であるか、或いは同一経
路上となる。ＴＥ分極モード及びＴＭ分極モードと、導
波路表面上で検出すべき分子との相互作用は、明らかに
異なる。これら２モードは二重回折格子結合器によって
放出される。放出波領域がレンズ９によって位置分解検
出器１０上で撮像され、偏光器１４によって干渉を生
じ、検出面において空間周期的干渉パターン１１が結果
的に得られる。例えば、検出面において測定した光強度
分布のフーリエ変換を用いて、この干渉パターンの空間
周期性を評価することにより、前記２モードの位置依存
性相対位相を、非常に正確に測定することができる。こ
のようにして、導波層至近における屈折率の変化を感知
し、測定すべき分析量を割り当てることができる。
【００３６】図４は、図３に示す装置を用いて、物質を
分析するセンサの一実施例を示す。このセンサは、平面
状基盤２上に全表面二重回折格子結合器３を有する光導
波層１を備えている。
【００３７】図５は、センサ表面上で物質を分析する装
置の他の実施例を示す断面図である。入射光の角度の選
択は、集束光線１６の光線路内に配置した、空間的に指
定可能なダイアフラム列１５を用いて行なわれる。指定
されたダイアフラム列は、透明に切り換えられ、結合に
対する入射角を規定する。ダイアフラムの開口を通じ
て、容易に合焦され、結合に適した状態の部分的な光束
１２及び１３が、集束光線１６から分離される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光表面波を用いてセンサ表面上の物質を分析す
る装置の断面図。
【図２】図１に示す装置を用いて物質を分析するセンサ
を示す斜視図。
【図３】高屈折率を有する薄い平面状導波路における、
ＴＥ分極モードとＴＭ分極モードの位置依存性相対位相
の測定を行なう装置の断面図。
【図４】図３に示した装置を用いて物質を分析するセン
サを示す斜視図。
【図５】入射光用の空間的に指定可能なダイアフラムを
有する、光表面波の伝搬特性を測定する装置の概略断面
図。
【符号の説明】
１．．．平面状導波路 ２．．．基盤 ３．．．二重回折格子結合器 ４．．．被覆層 ５．．．誘導光波 ６．．．基準波 ７．．．測定対象波 ８．．．導波路表面 ９．．．円筒形レンズ １０．．．位置分解検出器 １１．．．空間周期的干渉パターン １２，１３．．．光線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年６月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 伝搬特性測定プロセス及び装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光表面波の伝搬特性を
測定するためのプロセスに関する。このプロセスは、光
表面波を用いたセンサ表面における分子の検出及び特徴
付けに相応しいものである。本発明は、前記プロセスを
実行する素子、及び光回折格子が一体化された光導波層
を含むセンサ、並びにこのようなセンサの用法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】光表面波を用いてセンサ表面至近におけ
る分光分析的物理量を測定することは、当技術では公知
である。最近、生物分析化学及び生物感知分野におい
て、この方法論の応用が重要性を増してきている。これ
らの新しい光学的分析プロセスは、表面波と検出すべき
分子との相互作用に基づくものである。センサ表面にお
ける物質の検出は、例えば、屈折率及び／または光吸収
の変化を測定することによって、行なわれる。
【０００３】光表面波は、表面に沿って導波層構造内ま
たは導波層構造上を伝搬する誘導光波（ｇｕｉｄｅｄ
ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅｓ）である。光波の誘導は、例え
ば、光導波層によって行なうことができる。この導波層
は、平面状基盤上に設けた薄い誘電体光層から成る。そ
れ以外では、導波層を基盤上の薄い金属層で構成するこ
ともできる。この場合、金属層とサンプルとの間の境界
層上の所謂表面プラズモン（ｐｌａｓｍｏｎ）が表面波
を表わす。
【０００４】表面に特定した高感度な検出を達成するに
は、非常に高い屈折率を有する非常に薄い導波層を用い
ればよい。この場合の導波層の厚さは、明らかに誘導光
波の波長未満である。導波層の屈折率は、できるだけ高
くすべきであり、通常２より大きい。
【０００５】コヒーレント光を導波層に結合したり、或
いは導波層から放出（ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ）するために
は、１つ以上の光回折格子、所謂格子結合器（ｇｒａｔ
ｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｒ）を用いることが、当技術では
知られている。この場合、二重回折格子結合器（ｂｉｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｇｒａｔｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅ
ｒ）の使用が便利である。この二重回折格子結合器によ
って、検出すべき放出光と入射光線の反射された即ち伝
送された部分との間の方向分離が検出される。このよう
にして、背景の影響があるとしてもそれを受けずに、放
出後の表面波の光を検出することが可能となる。
【０００６】誘導表面波の有効屈折率を測定することに
より、導波層至近における屈折率の変化を、高感度で検
出することができる。所謂受容体分子と導波層表面上で
固定化された受容体分子との間の結合（ｂｉｎｄｉｎ
ｇ）を調べるための従来技術のプロセスは、この測定機
構（ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）に基づくもの
である。このようにして、分子の相互作用（例えば、結
合反応、吸収プロセス）を分析することができる。
【０００７】結合角を測定することにより、誘導表面波
の有効屈折率を判定することは、当技術の最先端を行く
ものである。結合角を測定することによって誘導表面波
の有効屈折率を判定するには、導波層の平面化（Ｐｌａ
ｎａｒｉｔｙ）に対する要求が大である。更に、これら
センサ表面上の分子を検出するための従来技術のプロセ
スは、角度測定の安定性及び測定装置に対する平面状導
波路の位置の精度に対しても、厳しい要求がある。これ
らの厳しい要求は、測定方法を広い分野で使用すること
に関しては、欠点として捉えなければならない。
【０００８】平面状プラスチック基盤上に屈折率の高い
導波層を形成するプロセスが、ドイツ国特許出願Ｐ４２
２８８５３．３に記載されている。このプロセスは、基
盤を圧印加工することにより、高い価格効率で光結合及
び放出用光学格子を製造することができるという利点を
もたらす。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、セン
サ表面上の物質の分析に適し、経済的に実現可能なセン
サ素子の製造を可能とし、しかも使用時の取り扱いが簡
単なセンサが確実に得られる、光表面波の伝搬特性を高
感度で測定するプロセス及び装置を提供することであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】先の目的の実現は、導波
層構造の面が対象面を形成し、かつ検出面が前記光学的
撮像の撮像面に位置するように、格子結合器の放出領域
を位置分解検出器上に撮像するという事実、及び撮像の
結果得られる放出波領域の光分布を、検出器によって測
定し、これを用いて測定すべき分析量を判定するという
事実によって特徴付けられる、光学プロセスと装置によ
って達成される。前記プロセスを実行するための装置
は、分析すべき物質と接触させる表面を有するセンサ
と、光導波層構造と、前記層構造において誘導光波の放
出のための格子結合器と、放出光波の特性を測定する測
定装置とから成り、前記測定装置が前記格子結合器の放
出領域を撮像する光学撮像システムと、前記撮像システ
ムの撮像面内に配置された位置分解検出器とを含むこと
を特徴とする。
【００１１】放出波領域（ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅ ｆ
ｉｅｌｄ）の撮像は、球体または円筒形単一レンズを用
いて行なうことができる。このような単一レンズの代わ
りに、レンズ系、フレネルレンズ、またはホログラフィ
ックレンズを用いることもできる。
【００１２】撮像することによって、導波層上の異なる
点を、検出面上に定義された点に割り当てる。格子結合
部は、誘導光波をそれらの伝搬路上に、連続的に放出す
る。驚くべきことに、導波層の面内の誘導光波の伝搬
は、位置分解検出器（ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｒｅｓｏｌｖ
ｉｎｇ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）上の放出波を撮像すること
によって、感知することができる。導波層の面における
放出波領域の光分布が、誘導光波の伝搬特性に対する特
徴となる。検出面における光分布は、導波層の面におけ
る放出波領域の光分布の画像であり、測定すべき分析量
を判定するために用いられる。
【００１３】検出面における放出波領域の撮像を含む本
発明のプロセスは、実質的に平坦な基盤上の導波層構造
に適するものである。撮像によって得られる利点は、誘
導光波の伝搬特性を直接測定できることである。放出光
線の結合角は、撮像プロセスによって記録されない。導
波層構造が完全に平坦でなくても、本発明の測定プロセ
スには影響がない。この測定プロセスの特徴によって、
センサの製造を飛躍的に簡素化することが可能となる。
【００１４】撮像によるもう１つの利点は、測定システ
ムに対する導波層構造の位置が多少変化しても、検出面
における波領域の光分布の測定の一次近似には、何等影
響を及ぼさないということである。この測定プロセスの
特徴によって、測定中のセンサの取り扱いを簡単にする
ことができる。
【００１５】本発明のプロセスは、検出面においていく
つかの誘導光波を同時に撮像することができる。こうし
て、誘導光波の１つを基準波として用いることができ
る。例えば、測定対象波と基準波との間の伝搬特性の相
違を測定することができる。
【００１６】測定対象波と基準波との伝搬特性の比較に
ついては、驚くべきことに、次に述べる測定プロセスが
有利であることが証明されている。厳密に規定された帯
状領域において、導波層の表面に、低屈折率の材料の被
覆層を設ける。誘導光の伝搬方向が、被覆層を設けた導
波路の帯状領域に平行となるように、光線を、例えば、
格子結合器によって、平面状導波路内に結合する。誘導
光波の一部は、被覆層によって、サンプルからは遮蔽さ
れて、センサ表面に達する。被覆層を有する導波路の帯
状領域の外側を伝搬する前記誘導光波の部分は、検出す
べき分子と相互作用を行なうと共に、測定対象波として
も作用する。被覆層を有する導波路の帯状領域内を伝搬
する誘導光波の部分は、基準波として作用する。測定対
象波及び基準波の伝搬経路は、互いに平行である。前記
被覆層を付着することにより、測定対象波と基準波との
有効屈折率が少量相違するだけとなるように、導波層構
造を変更することができる。
【００１７】測定対象波及び基準波は、格子結合器によ
って結合され、放出波領域は、円筒形レンズ系によって
検出面上に撮像される。この場合、撮像レンズ系の円筒
軸は、測定対象波及び基準波の伝搬方向と垂直である。
測定対象波及び基準波の放出によって生じる波領域の２
部分を、前記円筒形レンズ系の一次元撮像によって重ね
合わせ、検出面において帯状干渉パターンを生成する。
検出面における干渉パターンの周期性は、測定対象波と
基準波との有効屈折率の差、及び撮像倍率によって与え
られる。例えば、検出面において測定された光強度分布
のフーリエ変換を用いて、前記干渉パターンの空間周期
性を評価することにより、測定対象波と基準波との相対
位相分布を、非常に正確に測定することができる。この
ようにして、導波層至近における屈折率の変化を感知
し、測定すべき分析量を割り当てることができる。
【００１８】高い屈折率を有する薄い導波路上に二酸化
シリコンの被覆層を付着した結果、１列のダイオードを
用いて検出面における干渉パターンの評価ができる範囲
内に、測定対象波と基準波との有効屈折率の差を収める
ことができる。導波層と検出面との撮像比が１：１の場
合、干渉パターンの周期長は、典型的に約２０ないし１
００ミクロンの間となる。
【００１９】測定すべき第２の分析量は、検出面におけ
る光強度を測定することによって得られる。平均強度及
び／または誘導光波の伝搬方向における強度の低下が、
光表面波の減衰（吸光）についての情報をもたらす。
【００２０】２つの誘導光波の伝搬特性を比較するため
の代替方法として、以下に述べる測定プロセスがある。
互いにコヒーレントな２つの光線を、例えば、格子結合
器によって、平面状導波路に結合することによって、一
方の光線が導波路の横断方向電気（ＴＥ）分極モードを
励起すると共に、他方の光線が導波路の横断方向磁気
（ＭＥ）分極モードを励起する。前記２モードの伝搬経
路は、互いに平行か、或いは同一経路上となる。高屈折
率を有する薄い導波路に対して、ＴＥ分極モード及びＴ
Ｍ分極モードの、導波路表面上で検出すべき分子との相
互作用は、明らかに異なるものである。ＴＥ分極モード
及びＴＭ分極モードの有効屈折率は、大幅な相違を呈す
る。前記２モードの空間的うなり（ｓｐａｔｉａｌ ｂ
ｅａｔｉｎｇ）の周期長は、通常５ミクロンより短い。
【００２１】二重回折格子結合器を用いることによっ
て、ＴＥモードとＴＭモードとの相対位相分布を、技術
的に簡単な方法で測定できる。この目的のために、前記
２モードの伝搬路の領域内の導波層に、適切に選択した
周期長を有する２つの格子構成物から成る二重回折格子
結合器を設ける。ＴＥモードは周期が短い方の格子構成
物を通じて放出され、一方ＴＭモードは周期が長い方の
格子構成物を通じて放出される。放出波領域は、検出面
上で撮像される。このためには、球体または円筒形の撮
像レンズ系を用いればよい。ＴＥモード及びＴＭモード
の放出から結果的に得られる２つの部分の波領域から、
偏光器によって干渉が生じることにより、検出面におい
て帯状干渉パターンが結果的に得られる。検出面におけ
る干渉パターンの周期性は、ＴＥモードとＴＭモードと
の有効屈折率の差、二重回折格子結合器の２つの格子構
成物の周期長の差、及び撮像倍率によって与えられる。
例えば、検出面内で測定された強度分布のフーリエ変換
を用いて、前記干渉パターンの空間周期性を評価するこ
とによって、ＴＥモードとＴＭモードとの相対位相分布
を、非常に正確に測定することが可能となる。このよう
にして、導波層至近における屈折率の変化を感知するこ
とができ、測定すべき分析量を割り当てることができ
る。
【００２２】平面状導波路からの光の結合及び放出のた
めの光回折格子は、導波層の限られた領域まで、及び導
波層全体の全表面にわたって延在することができる。結
合格子を全表面に形成することによる利点は、費用のか
かる光の結合及び放出調整を省略できることである。
【００２３】特に、本発明のプロセスを光感知及び生物
感知に用いる時、全表面二重回折格子結合器は有利であ
る。誘導光の結合及び放出が行なわれる導波層上の領域
が部分的に重なり合っていても、前記二重回折格子結合
器は、背景の影響があるとしてもそれを受けずに、導波
層内を誘導され放出された後の光を検出可能とする。全
表面二重回折格子結合器を用いることによって、変換に
左右されない結合／放出効率が得られるという利点があ
る。
【００２４】全表面二重回折格子結合器は、前記２モー
ドの放出だけでなく、結合に用いてもよい。この場合、
ＴＥモードは、周期が長い方の格子構成物を通じて結合
され、周期が短い方の格子構成物を通じて放出される。
また、ＴＭモードは周期が短い方の格子構成物を通じて
結合され、周期が長い方の格子構成物を通じて放出され
る。
【００２５】また、測定対象波と基準波とを用い、基準
波が被覆層を有する導波路の帯状領域内を伝搬するよう
な場合に本発明のプロセスを用いる時は、全表面二重回
折格子結合器を用いて、結合及び放出を行なうことが好
ましい。測定対象波と基準波との結合を、例えば、周期
が長い方の格子構成物を通じて行ない、測定対象波と基
準波との放出を、例えば、周期が短い方の格子構成物を
通じて行なう。二重回折格子結合器の２つの格子構成物
の周期長の選択は、放出波領域が撮像レンズ系の開口内
に納まり、入射光線の角度範囲が前記撮像レンズ系から
離れた脇に来るように行なう。
【００２６】結合／放出効率が変換に左右されないとい
う特徴は、測定対象波と基準波とを使用する本発明のプ
ロセスを用い、被覆層を備えた導波路の帯状領域内を基
準波が伝搬するようにした場合でも、得ることができ
る。このために、前記被覆層を、導波層上に狭い平行帯
状体のラスタ（ｒａｓｔｅｒ）という形状で付着する。
二重回折格子結合器の格子線の向きは、被覆層を備えた
導波路の帯状領域に対して直角にすることが有利であ
る。測定対象波と基準波の伝搬方向は、被覆層を有する
帯状領域に平行となる。被覆層を有する帯状領域の幅及
び間隔は、光の波長より広く、伝搬方向に垂直な方向へ
の誘導光波の伸張よりも狭い。被覆層を有する帯状領域
間を伝搬する誘導光波の部分は、測定対象波として作用
する。被覆層を有する帯状領域内を伝搬する誘導光波の
部分は、基準波として作用する。測定対象波及び基準波
は、二重回折格子を通じて放出され、放出波領域は、円
筒形レンズ系によって検出面上で撮像される。前記撮像
レンズ系の円筒軸は、被覆層を有する帯状領域に垂直で
ある。測定対象波と基準波との放出の結果得られる前記
波領域の２部分は、円筒形レンズ系の一次元撮像によっ
て重ね合わされ、検出面に帯状干渉パターンを生成す
る。検出面におけるこの干渉パターンの空間周期性も、
非常に正確に測定可能であり、測定すべき分析量を割り
当てることができる。
【００２７】光線の入射角の選択は、結合条件が満たさ
れるように行なう。入射光線を単に合焦するだけで、結
合に対する共鳴曲線の延長部が得られるので、費用がか
かる光線結合のための調整を行なわなくても済む。
【００２８】結合用入射角の選択は、例えば、適切な光
線伝送システムを用いて行なわれる。代わりに、集束光
線を供給し、スリットダイアフラムを用いてこの集束光
線を狭い光線部分に分離することから成る、入射角選択
方法も可能である。前記集束光線内におけるスリットダ
イアフラムの位置が、誘導光波の結合に対する入射角を
決定する。
【００２９】空間的に指定可能な１列のダイアフラムに
より、可動部品を用いることなく入射角の選択が可能と
なる。この入射光用の空間的に指定可能なダイアフラム
列は、例えば、棒状撮像素子を一列に配した液晶セルで
構成すればよい。このセルの指定された透明撮像素子
が、結合に要求される入射角を規定する。
【００３０】生物分析化学及び生物感知の分野では、光
表面波のを用いたセンサ表面上の屈折率測定は、増々重
要性を増してきている。この方法を用いると、センサ表
面至近における屈折率の変動を測定することにより、分
子相互作用を調査することができる。この感知プロセス
は、例えば、気体及び液体サンプルにおいて物質を検出
するために用いることができる。
【００３１】センサ表面至近における光吸収の測定によ
って、例えば、気体及び液体サンプルにおいて物質を検
出する新たな方法がある。センサ表面上での吸収は、光
表面波の減衰（吸光）を測定することによって得られ
る。固定波長の場合、吸収測定は、例えば、表面波の最
適結合に対する入射角を用いて、検出面における光強度
を測定することにより、行なわれる。
【００３２】
【実施例】本発明のプロセスを実行するための装置の例
示的実施例を、以下に添付図面を参照しながら説明す
る。
【００３３】図１に、センサ表面上の物質を分析する装
置の断面図を示す。平面状基盤２上の平面状導波路１に
は、二重回折格子結合器３が設けられている。誘導光波
５の一部、所謂基準波６が、被覆層４によってサンプル
から遮蔽され、センサ表面に達する。誘導光波５のその
他の部分、所謂測定対象波７は、導波路表面８上で検出
すべき分子と相互作用を行なう。測定対象波及び基準波
は、二重回折格子結合器によって放出される。放出波領
域が、円筒形レンズ９によって、位置分解検出器１０上
に撮像され、結果的に空間周期的干渉パターン１１が検
出面に得られる。この干渉パターンの空間周期性を、例
えば、検出面において測定された強度分布のフーリエ変
換によって評価することにより、測定対象波と基準波と
の位置に依存する相対的位相を、非常に正確に測定する
ことができる。このようにして、導波層至近における屈
折率の変化を感知することができ、測定すべき分析量を
割り当てることができる。光線１２及び１３の入射角の
選択は、測定対象波と基準波の結合条件が満足されるよ
うに、行なわなければならない。入射光線を単に合焦す
るだけで、結合に対する共鳴曲線の延長部が得られるの
で、費用のかかる光線結合のための調整を行なわなくて
も済む。
【００３４】図２は、図１に示した装置を用いて、物質
を分析するセンサの実施例を示す。このセンサは、平面
状基盤２上に全表面二重回折格子結合器３を有する、光
導波層１を含む。この導波層の表面には、平行かつ帯状
の、低屈折率物質の被覆層４が設けられている。誘導光
波の伝搬方向は、被覆層を備えた導波路の帯状領域と平
行となっている。帯状領域の幅及びそれらの間隔は、光
の波長より大きく、伝搬方向に垂直な誘導光波の伸張よ
り小さい。被覆層を有する帯状領域間を伝搬する誘導光
波の部分は、測定対象波として作用する。被覆層を有す
る帯状領域内を伝搬する誘導光波は、基準波として作用
する。
【００３５】図３は、高屈折率を有する薄い平面状導波
路において、ＴＥ分極モードとＴＭ分極モードとの位置
依存性相対位相を測定する装置を示す。平面状基盤２上
の平面状導波路１には、二重回折格子結合器３が設けら
れている。互いにコヒーレントな２本の光線１２及び１
３が、二重回折格子結合器を有する前記平面状導波路に
結合されることによって、前記光線の一方が導波路の横
断方向電気ＴＥ分極モードを励起し、他方の光線が導波
路の横断方向磁気ＴＭ分極モードを励起する。これら２
モードの伝搬経路は互いに平行であるか、或いは同一経
路上となる。ＴＥ分極モード及びＴＭ分極モードと、導
波路表面上で検出すべき分子との相互作用は、明らかに
異なる。これら２モードは二重回折格子結合器によって
放出される。放出波領域がレンズ９によって位置分解検
出器１０上で撮像され、偏光器１４によって干渉を生
じ、検出面において空間周期的干渉パターン１１が結果
的に得られる。例えば、検出面において測定した光強度
分布のフーリエ変換を用いて、この干渉パターンの空間
周期性を評価することにより、前記２モードの位置依存
性相対位相を、非常に正確に測定することができる。こ
のようにして、導波層至近における屈折率の変化を感知
し、測定すべき分析量を割り当てることができる。
【００３６】図４は、図３に示す装置を用いて、物質を
分析するセンサの一実施例を示す。このセンサは、平面
状基盤２上に全表面二重回折格子結合器３を有する光導
波層１を備えている。
【００３７】図５は、センサ表面上で物質を分析する装
置の他の実施例を示す断面図である。入射光の角度の選
択は、集束光線１６の光線路内に配置した、空間的に指
定可能なダイアフラム列１５を用いて行なわれる。指定
されたダイアフラム列は、透明に切り換えられ、結合に
対する入射角を規定する。ダイアフラムの開口を通じ
て、容易に合焦され、結合に適した状態の部分的な光束
１２及び１３が、集束光線１６から分離される。
【図面の簡単な説明】
【図１】光表面波を用いてセンサ表面上の物質を分析す
る装置の断面図。
【図２】図１に示す装置を用いて物質を分析するセンサ
を示す斜視図。
【図３】高屈折率を有する薄い平面状導波路における、
ＴＥ分極モードとＴＭ分極モードの位置依存性相対位相
の測定を行なう装置の断面図。
【図４】図３に示した装置を用いて物質を分析するセン
サを示す斜視図。
【図５】入射光用の空間的に指定可能なダイアフラムを
有する、光表面波の伝搬特性を測定する装置の概略断面
図。
【符号の説明】 １ 平面状導波路 ２ 基盤 ３ 二重回折格子結合器 ４ 被覆層 ５ 誘導光波 ６ 基準波 ７ 測定対象波 ８ 導波路表面 ９ 円筒形レンズ １０ 位置分解検出器 １１ 空間周期的干渉パターン １２，１３ 光線

Claims (53)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】導波層構造内を誘導される複数の光波が格
    子結合器によって放出されるようにして、センサ表面上
    で物質の分析を行なう光学的プロセスにおいて、前記導
    波層構造の面が目的面となり、検出面が光学的撮像の撮
    像面内に位置するようにして、前記格子結合器の放出領
    域を、位置分解検出器上で撮像し、 前記撮像の結果得られた放出波領域の光分布が、前記検
    出器によって測定されると共に、測定されるべき分析量
    を判定するために用いられることを特徴とする光学的プ
    ロセス。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記導波層構造は、基
    盤上に光導波層を含むことを特徴とするプロセス。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記導波層構造は、基
    盤上に薄い金属層を含むことを特徴とするプロセス。
  4. 【請求項４】請求項１において、前記導波層構造への光
    の結合は、格子結合器によって行なわれることを特徴と
    するプロセス。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記複数の誘導光波の
    結合及び放出は、全表面格子結合器によって行なわれる
    ことを特徴とするプロセス。
  6. 【請求項６】請求項１において、前記複数の誘導光波の
    結合及び放出は、全表面二重回折格子結合器によって行
    なわれることを特徴とするプロセス。
  7. 【請求項７】請求項１において、前記複数の誘導波の放
    出は、二重回折格子結合器の異なる複数の格子構成物を
    通じて行なわれることを特徴とするプロセス。
  8. 【請求項８】請求項１において、放出波領域の撮像は、
    球体レンズ、円筒形レンズ、レンズ系、フレネルレン
    ズ、またはホログラフィックレンズを用いて行なわれる
    ことを特徴とするプロセス。
  9. 【請求項９】請求項１において、前記検出面における光
    分布が、ダイオードアレイによって測定されることを特
    徴とするプロセス。
  10. 【請求項１０】請求項１において、前記複数の誘導光波
    の１つが、被覆層によって、前記導波路の一領域を伝搬
    することを特徴とするプロセス。
  11. 【請求項１１】請求項１０において、二酸化シリコンま
    たは他の低屈折率の物質から成る保護層を含むことを特
    徴とするプロセス。
  12. 【請求項１２】請求項１において、前記複数の誘導光波
    は異なる偏光線（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）を有する
    ことを特徴とするプロセス。
  13. 【請求項１３】請求項１において、前記複数の誘導光波
    は互いにコヒーレントであることを特徴とするプロセ
    ス。
  14. 【請求項１４】請求項１において、前記複数の誘導光波
    は互いに平行であるか、或いは同一経路を伝搬すること
    を特徴とするプロセス。
  15. 【請求項１５】請求項１から１４のいずれかにおいて、
    前記複数の誘導光波の伝搬特性の差を測定することを特
    徴とするプロセス。
  16. 【請求項１６】請求項１３において、前記検出面におけ
    る放出波領域の撮像の結果、干渉パターンが得られるこ
    とを特徴とするプロセス。
  17. 【請求項１７】請求項１６において、偏光器が、撮像レ
    ンズ系の光線路内に配置されることを特徴とするプロセ
    ス。
  18. 【請求項１８】請求項１６において、前記干渉パターン
    の周期性を用いて、測定すべき分析量を判定することを
    特徴とするプロセス。
  19. 【請求項１９】請求項１６において、前記複数の誘導光
    波の相対位相曲線を測定することを特徴とするプロセ
    ス。
  20. 【請求項２０】請求項１４において、円筒形レンズ系を
    用いて前記放出波領域を撮像し、前記レンズ系の円筒軸
    は、前記複数の誘導光波の伝搬方向に対して、直角に方
    向付けられていることを特徴とするプロセス。
  21. 【請求項２１】請求項１において、前記検出面の光強度
    を測定することを特徴とするプロセス。
  22. 【請求項２２】請求項１４において、前記検出面におけ
    る前記複数の誘導光波の伝搬方向における光強度の低下
    を測定することを特徴とするプロセス。
  23. 【請求項２３】請求項４において、入射光線を部分的に
    合焦することを特徴とするプロセス。
  24. 【請求項２４】請求項４において、入射光線の結合に対
    する入射角の選択は、光線伝送システムによって行なわ
    れることを特徴とするプロセス。
  25. 【請求項２５】請求項４において、入射光線の入射角選
    択は、集束光線の光線路に配されたスリットダイアフラ
    ムを用いて行なわれることを特徴とするプロセス。
  26. 【請求項２６】請求項２５において、入射光線の角選択
    は、空間的に指定可能な（ｓｐａｔｉａｙ ａｄｄｒｅ
    ｓｓａｂｌｅ）ダイアフラム列を用いて行なわれること
    を特徴とするプロセス。
  27. 【請求項２７】請求項２６において、前記空間的に指定
    可能なダイアフラム列は、撮像素子が列状に配置され
    た、液晶回転セルから成ることを特徴とするプロセス。
  28. 【請求項２８】前出の請求項によるプロセスを実行する
    装置であって、 分析すべき物質と接触させる表面（８）を有するセンサ
    （１、２）と、 光導波層構造（１）と、 前記層構造内に配置され、誘導光波を放出するための格
    子結合器（３）と、 前記放出光波の特性を測定する測定手段とから成り、 前記測定手段は、前記格子結合器の結合領域を撮像する
    光学的撮像系（９）と、前記撮像系の撮像面に配置され
    た位置分解検出器（１０）とを、含むことを特徴とする
    装置。
  29. 【請求項２９】請求項２８において、前記撮像系（９）
    は、円筒形レンズ系であることを特徴とする装置。
  30. 【請求項３０】請求項２９において、前記レンズ系
    （９）の円筒軸は、誘導光波の伝搬方向に対して直角に
    方向付けられていることを特徴とする装置。
  31. 【請求項３１】請求項２８において、前記撮像系（９）
    はフレネルレンズであることを特徴とする装置。
  32. 【請求項３２】請求項２８において、前記撮像系（９）
    ホログラフィックレンズであることを特徴とする装置。
  33. 【請求項３３】請求項２８において、前記検出器（１
    ０）はダイオードアレイであることを特徴とする装置。
  34. 【請求項３４】請求項２８において、前記センサは、誘
    導光波を結合及び放出する格子結合器（３）を含むこと
    を特徴とする装置。
  35. 【請求項３５】請求項２８において、前記センサには、
    全表面二重回折格子結合器（３）が設けられていること
    を特徴とする装置。
  36. 【請求項３６】請求項２８において、前記センサの厳密
    に規定された領域に、被覆層（４）が設けられているこ
    とを特徴とする装置。
  37. 【請求項３７】請求項３６において、前記被覆層（４）
    は、低屈折率を有する物質から成ることを特徴とする装
    置。
  38. 【請求項３８】請求項３６において、前記被覆層（４）
    は二酸化シリコンから成ることを特徴とする装置。
  39. 【請求項３９】請求項３６において、前記被覆層（４）
    は、誘導光の伝搬方向に平行な複数の帯状体という形状
    で、付着されていることを特徴とする装置。
  40. 【請求項４０】請求項３９において、前記帯状体の幅及
    び間隔は、光の波長より大きく、前記伝搬方向に垂直な
    方向への誘導光波の伸張より小さいことを特徴とする装
    置。
  41. 【請求項４１】請求項３４において、光線伝送システム
    （１５）が、結合のために入射される光（１２、１３）
    の光線路内に、配置されていることを特徴とする装置。
  42. 【請求項４２】請求項４１において、前記光線伝送シス
    テム（１５）は、スリットダイアフラムを含むことを特
    徴とする装置。
  43. 【請求項４３】請求項４２において、前記スリットダイ
    アフラムは、空間的に指定可能であることを特徴とする
    装置。
  44. 【請求項４４】請求項４３において、前記空間的に指定
    可能なスリットダイアフラムは、液晶セルであることを
    特徴とする装置。
  45. 【請求項４５】請求項１ないし２７によるプロセスを実
    行するセンサであって、 分析すべき物質と接触させるためのセンサ表面（８）
    と、 前記センサ表面上の光導波層構造（１）と、 前記層構造内に配され、その中に誘導される光波を放出
    するための格子結合器（３）とから成り、 前記センサ表面（８）には、厳密に規定された領域に、
    被覆層（４）が設けられていることを特徴とするセン
    サ。
  46. 【請求項４６】センサ表面上で屈折率測定を実行するた
    めの、請求項１ないし２７の少なくとも１項によるプロ
    セスの用法。
  47. 【請求項４７】センサ表面上で光吸収度を測定するため
    の、請求項１ないし２７の少なくとも１項によるプロセ
    スの用法。
  48. 【請求項４８】センサ表面上で物質を分析するための、
    請求項１ないし２７の少なくとも１項によるプロセスの
    用法。
  49. 【請求項４９】センサ表面上で物質を検出するための、
    請求項１ないし２７の少なくとも１項によるプロセスの
    用法。
  50. 【請求項５０】分子相互作用を分析するための、請求項
    １ないし２７の少なくとも１項によるプロセスの用法。
  51. 【請求項５１】物質を分析するための、請求項２９によ
    るセンサの用法。
  52. 【請求項５２】物質を検出するための、請求項２９によ
    るセンサの用法。
  53. 【請求項５３】分子相互作用を分析するための、請求項
    ２９によるセンサの用法。
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