信息，则可知流路中的检测对象9的动 态特性（粘性、分散度等）。此外，在金属微粒7设置吸附特定的分子的吸附层，如果检测该 特定的分子的浓度，则能够知道对于吸附层的反应条件（反应速度、离解常数等）。
[0200] 〔总结〕
[0201] 本发明的方式1的光学传感器系统（21、3、321)具有光学传感器头（1)和计算部 (51)，上述光学传感器头具有：发光器件（2)，其具有第一反射面（4)、与上述第一反射面相 对的第二反射面（5)和设置在上述第一反射面与上述第二反射面之间的波导（6);和检测 从上述发光器件出射的光的检测器（3)，上述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（7)，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。
[0202] 在上述结构中，由第一反射面、第二反射面和波导构成共振器。由第一反射面的环 境参数，决定由金属微粒激发的表面等离子体激发波段，决定第一反射面的反射率。由该反 射率决定发光器件的振荡条件，因此也决定从发光器件出射的光的强度。因此，由计算部根 据由检测器检测的从发光器件出射的光的强度、波长以及由此换算出的与振荡条件相关的 参数，能够计算第一反射面的环境参数。此外，也能够计算环境参数的相对变化。
[0203] 此外，因为检测由共振条件变化引起的强度变化，与检测仅由表面等离子体激发 波段变化引起的强度变化相比，灵敏度变高。
[0204] 本发明的方式2的光学传感器系统可以为：在方式1的光学传感器系统中，上述发 光器件为半导体激光器。
[0205] 根据上述结构，将金属微粒形成在半导体激光器的光出射面即可，因此能够容易 地制作，成为非常小型且廉价的光学传感器头。而且，能够将第一反射面、第二反射面、波导 和金属微粒形成为一体来制作，因此不会发生位置偏移等的经时变化，可靠性提高。此外， 半导体激光器的共振器存在增益，因此能够提高光强度，能够提高检测信号的S/N。进一步， 通过检测作为半导体激光器的振荡条件的、微分效率和阈值电流等的参数的变化，能够更 详细地分析检测结果。
[0206] 本发明的方式3的光学传感器系统可以为：在方式1的光学传感器系统中，上述检 测器是检测从上述发光器件的上述第二反射面出射的光的、装载于上述半导体激光器的光 检测器。
[0207] 市场上销售的半导体激光器中多附带有用于检测来自半导体激光器的出射光的 强度的光检测器，如果将该光检测器作为检测器利用，则能够容易地制作光学传感器头。
[0208] 本发明的方式4的光学传感器系统可以为：在方式1的光学传感器系统中，上述金 属微粒是纵横比为1以上的形状。
[0209] 激发表面等离子体的金属材料在纵横比为1的状态下在从蓝色到绿色的波长激 发表面等离子体，但如果纵横比为1以上，则表面等离子体激发波段向长波长侧移位，因此 能够使用廉价的从红色到红外的半导体激光器。
[0210] 本发明的方式5的光学传感器系统可以为：在方式1的光学传感器系统中，上述金 属微粒的至少一部分由在上述发光器件的发光波长表现出透明性的保护层覆盖。
[0211] 上述结构能够防止上述金属微粒因检测对象或其它物质而经时变化。此外，也能 够提高金属微粒的周边的折射率，将表面等离子体激发波段调整到发光器件的波长。
[0212] 本发明的方式6的光学传感器系统可以为：在方式1的光学传感器系统中，由上述 第一反射面的环境参数的变化引起的上述金属微粒的表面等离子体激发波段的峰值波长 的变化量，小于上述表面等离子体激发波段。
[0213] 根据上述结构，即使不使发光器件的发光波长变化，仅根据从发光器件出射的光 的强度变化，也能够检测上述第一反射面的环境参数的变化。因此，能够容易地构成光学传 感器系统。
[0214] 本发明的方式7的光学传感器系统可以为：在方式6的光学传感器系统中，上述发 光器件的发光波长为上述金属微粒的上述表面等离子体激发波段的峰值波长以下。
[0215] 根据上述结构，相对于上述第一反射面的环境参数的变化，第一反射面的反射率 和透射率单调变化。由此，检测器的检测值与金属微粒的周边的环境变化一对一地对应，因 此解析变得容易。
[0216] 本发明的方式8的光学传感器系统可以为：在方式6或7的光学传感器系统中，上 述金属微粒的尺寸、纵横比和排列中的至少任一者不均匀。
[0217] 根据上述结构，由多个金属微粒得到的表面等离子体激发波段变宽，能够使由第 一反射面的环境参数的变化引起的表面等离子体激发波段的峰值波长的变化量小于表面 等离子体激发波段。此外，通过以溅射等的方式使金属材料在第一反射面上成膜，能够容易 地制造金属微粒，通过改变金属材料的成膜条件，能够使金属微粒的尺寸和纵横比的分布 宽度变化，能够调整表面等离子体激发波段。
[0218] 本发明的方式9的光学传感器系统可以为：在方式6的光学传感器系统中，上述金 属微粒具有IOOnm以上的均匀的尺寸和均匀的纵横比，且均匀地排列。
[0219] 根据上述结构，金属微粒的尺寸和纵横比没有分布，排列不具有不均匀性，因此分 析容易，并且只要使市场上销售的均匀的颗粒分散在第一反射面上即可。因此，能够容易地 制造光学传感器系统，能够检测宽度宽的环境参数的变化。
[0220] 本发明的方式10的光学传感器系统可以为：在方式6的光学传感器系统中，上述 金属微粒具有小于IOOnm的均匀的尺寸和均匀的纵横比，并且均匀地排列。
[0221] 根据上述结构，金属微粒的尺寸和纵横比没有分布，排列中不具有不均匀性，因此 分析容易，并且至少使市场上销售的均匀的颗粒分散在第一反射面上即可。因此，能够容易 地制造光学传感器系统。此外，小于IOOnm的尺寸的金属微粒的表面等离子体激发波段窄， 因此相应地能够高分辨率地检测环境参数的变化。
[0222] 本发明的方式11的光学传感器系统可以为：在方式1或6的光学传感器系统中， 由上述金属微粒的周边的环境参数的变化引起的上述金属微粒的表面等离子体激发波段 的峰值波长的变化量，小于从上述发光器件出射的光的波长的宽度。
[0223] 根据上述结构，根据使从发光器件出射的光的波长变化时的来自检测器的检测 值，可知表面等离子体激发波段。由此，能够容易地分析第一反射面4的环境参数的变化。
[0224] 本发明的方式12的光学传感器系统可以为：在方式11的光学传感器系统中，使从 上述发光器件出射的光的强度和上述发光器件的温度中的至少任一者变化。
[0225] 如果使从发光器件出射的光的强度变化，则间接地使发光器件的温度变化。此外， 发光器件通常如果温度变化，则从发光器件出射的光的波长变化。因此，根据上述结构，仅 使从发光器件出射的光的强度和发光器件的温度中的至少任一者变化，就能够容易地使能 从上述发光器件出射的光的波长变化。
[0226] 本发明的方式13的光学传感器系统可以为：在方式11的光学传感器系统中，上述 发光器件还具有共振波长变化的外部共振器。
[0227] 在上述结构中，当发光器件为多模振荡时，通过使外部共振器的共振波长变化，能 够将振荡模式从多模变到单模。因此，能够容易地使从发光器件出射的光的波长变化。
[0228] 本发明不限定于上述的各实施方式，能够在技术方案所示的范围中进行各种变 更，将在不同的实施方式中分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发 明的技术范围中。而且，通过将各实施方式中分别公开的技术手段组合，能够形成新的技术 特征。
[0229] 产业上的可利用性
[0230] 本发明能够适用于利用表面等离子体共振的传感。
[0231] 附图标记说明
[0232] 1光学传感器头
[0233] 2发光器件
[0234] 3检测器
[0235] 4第一反射面
[0236] 5第二反射面
[0237] 6 波导
[0238] 7金属微粒
[0239] 8保护层
[0240] 9检测对象
[0241] 10流路部件
[0242] 11 窗口
[0243] 12 0 环
[0244] 13外部共振器
[0245] 21光学传感器系统
[0246] 31光学传感器系统
[0247] 32光学传感器系统
[0248] 51计算部
[0249] 52显示部
【主权项】
1. 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： 所述发光器件为半导体激光器。3. 如权利要求1所述的光学传感器系统，其特征在于： 所述金属微粒的至少一部分由在所述发光器件的发光波长表现出透明性的保护层覆 盖。4. 如权利要求1所述的光学传感器系统，其特征在于： 由所述第一反射面的环境参数的变化引起的所述金属微粒的表面等离子体激发波段 的峰值波长的变化量，小于所述表面等离子体激发波段。5. 如权利要求1或4所述的光学传感器系统，其特征在于： 由所述第一反射面的环境参数的变化引起的所述金属微粒的表面等离子体激发波段 的峰值波长的变化量，小于从所述发光器件出射的光的波长的宽度。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01N21/41
【公开号】CN105264357
【申请号】CN201480031839
【发明人】北泽田鹤子, 岩田昇, 佐藤隆信
【申请人】夏普株式会社
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年3月17日
【公告号】US20160153900, WO2014208144A1