光学传感器系统技术方案

光学传感器系统(21)包括：具有发光器件(2)和检测从发光器件(2)出射的光的检测器(3)的光学传感器头(1)；和计算部(51)。发光器件(2)具有包含第一反射面(4)、与第一反射面(4)相对的第二反射面(5)和设置在第一反射面(4)与第二反射面(5)之间的波导(6)的共振器。在第一反射面(4)上形成有至少一个以上的能够激发表面等离子体的金属微粒。计算部(51)根据检测器(3)的检测值计算第一反射面(4)的环境参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用表面等离子体共振的光学传感器系统。
技术介绍
利用表面等离子体共振(入射光与金属微粒内的电子的振动的共振)检测金属膜表面的折射率的表面等离子体传感器，由于灵敏度高且不需要标记，因此主要被用于生物领域的研究。使用该传感器的通常的传感方法中，通过借助棱镜使光会聚而入射到设置于棱镜的1面的金属膜并检测其反射光，从而根据光被吸收的入射角来分析金属膜表面的折射率。此外，通常通过预先在金属膜设置吸附特定的分子的吸附层，根据折射率来换算分子的浓度。然而，为了实施该传感方法，需要由光源、透镜、棱镜等构成的复杂的装置。因而，由于需要保证安装装置时的精度、进行使装置不发生经时变化这样的严格的温度管理、对传感的结果中产生的偏差进行校正等，所以耗费成本且装置大型化。此外，在上述装置中，难以进行分子水平的高精度的检测。对此，为了小型化且进行灵敏度高的检测，提出了使用共振器的方法。例如，在专利文献1中公开了一种传感器，其在平面状的波导的一部分组装微小共振器，检测该微小共振器表面的折射率变化所带来的光谱响应的变化。该微小共振器是用于表面等离子体波的共振器，具有薄的金属层，使用反射部分为周期结构的分布式布拉格反射器(DBR：DistributedBraggReflector)。此外，专利文献2中公开了一种局域表面等离子体传感器，其在光纤的端面形成有激发局域表面等离子体共振的尺寸的金属微粒层，在该金属微粒层的表面形成有与检测对象分子互补的分子的分子层。该局域表面等离子体传感器利用从光纤的端面反射或散射后的光的变化，检测吸附或结合于上述互补的分子上的检测对象分子。现有技术文献专利文献专利文献1：日本公表专利公报“特表2007-537439号(2007年12月20日公表)”专利文献2：日本专利公报“专利04224641号(2009年2月18日发行)”非专利文献非专利文献1：ClevelandEugeneRayfordII，GeorgeSchatzandKevinShuford，“OpticalPropertiesofGoldNanospheres”，NanoscapeVolume.2，Issue1，p.p.27-33(2005年春发行)非专利文献2：E.StefanKooijandBenePoelsema，“Shapeandsizeeffectsintheopticalpropertiesofmetallicnanorods”，PhysicalChemistryChemicalPhysics，2006，8，p.p.3349-3357(2006年3月10日发行)非专利文献3：M.Li，Z.S.Zhang，X.Zhang，K.Y.LiandX.F.Yu，“OpticalpropertiesofAu/Agcore/shellnanoshuttles”，OpticsExpressVol.16，No.18，p.p.14288-14293(2008年8月28日发行)
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题可是，在专利文献1中公开的传感器中，由于使光源的光转换为表面等离子体，使微小共振器在共振的状态下与检测对象反应，再次从表面等离子体转换为光来进行检测，因此从光向表面等离子体的转换中产生光强度的损失。此外，由于利用2～10微米长的共振器，作为衰减波的表面等离子体波在共振器内部损失，不能期望灵敏度提高。此外，由于需要另外设置光源，与此相应地小型化存在界限。专利文献2公开的传感器中，由于没有使用共振器，因此灵敏度低。此外，在该传感器中，使光源的光与光纤结合时，产生光强度的损失。本专利技术是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于提供能够实现高灵敏度化和小型化的光学传感器系统。解决技术问题的手段为了解决上述的技术问题，本专利技术的一个方式的光学传感器系统的特征在于：上述光学传感器系统包括光学传感器头和计算部，上述光学传感器头具有：发光器件，其具有第一反射面、与上述第一反射面相对的第二反射面和设置在上述第一反射面与上述第二反射面之间的波导；和检测从上述发光器件出射的光的检测器，该光学传感器头在上述第一反射面上形成有至少一个激发表面等离子体的金属微粒，上述计算部根据上述检测器的检测值计算上述第一反射面的环境参数。专利技术效果在本专利技术的一个方式中，由第一反射面、第二反射面和波导构成共振器。通过使第一反射面的环境参数变化，由金属微粒激发的表面等离子体的激发波长变化，从而第一反射面的反射率变化。该变化使发光器件的振荡条件变化，因此从发光器件出射的光的强度也变化。因此，根据由上述检测器检测的从上述发光器件出射的光的强度，以及由此换算出的与振荡条件相关的参数，能够检测第一反射面4的环境参数。另外，所谓环境参数是指，对第一反射面的光学特性引起变化(金属微粒的周边或金属微粒自身的折射率的变化、第一反射面的反射率的变化)的主要因素的指标。此外，检测由振荡条件变化引起的强度变化，因此，与检测仅由表面等离子体的激发波长变化引起的强度变化相比，能够提高灵敏度。而且，在上述发光器件的上述第一反射面上形成有至少一个能够激发表面等离子体的金属微粒，因此能够将光学传感器头构成为大致发光器件的尺寸，能够大幅地小型化。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1的光学传感器系统中的光学传感器头的结构例的立体图。图2中，(a)是表示上述光学传感器头的金属微粒的配置的剖面图，(b)是表示上述光学传感器头的介于保护层中的金属微粒的配置的剖面图。图3中，(a)是表示上述光学传感器头的表面等离子体激发波长与来自金属微粒的光的透射率之间的关系的图，(b)是表示上述光学传感器头的表面等离子体激发波长与来自金属微粒的光的反射率之间的关系的图。图4是本专利技术的实施方式1的变形例的上述光学传感器头的立体图。图5是上述变形例的上述光学传感器头的侧面图。图6是表示本专利技术的实施方式1的光学传感器系统的结构例的立体图。图7中，(a)是表示上述光学传感器系统的光学传感器头的使第一反射面的反射率和第二反射面的反射率变化时的从第二反射面放射的光的微分效率的图，(b)是表示上述光学传感器系统的上述光学传感器头的使第一反射面的反射率和第二反射面的反射率变化时的阈值电流的变化的图。图8是表示上述光学传感器系统的发光器件以单模进行振荡时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学传感器系统，其特征在于：所述光学传感器系统包括光学传感器头和计算部，所述光学传感器头具有：发光器件，其具有第一反射面、与所述第一反射面相对的第二反射面和设置在所述第一反射面与所述第二反射面之间的波导；和检测从所述发光器件出射的光的检测器，所述光学传感器头在所述第一反射面上形成有至少一个激发表面等离子体的金属微粒，所述计算部根据所述检测器的检测值，计算所述第一反射面的环境参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.06.26 JP 2013-1341051.一种光学传感器系统，其特征在于：
所述光学传感器系统包括光学传感器头和计算部，
所述光学传感器头具有：
发光器件，其具有第一反射面、与所述第一反射面相对的第二反
射面和设置在所述第一反射面与所述第二反射面之间的波导；和
检测从所述发光器件出射的光的检测器，
所述光学传感器头在所述第一反射面上形成有至少一个激发表面
等离子体的金属微粒，
所述计算部根据所述检测器的检测值，计算所述第一反射面的环
境参数。
2.如权利要求1所述的光学传感器系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：北泽田鹤子，岩田昇，佐藤隆信，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP