专利名称：检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测装置等。
背景技术：
拉曼光谱仪通常包括检测出依赖于作为检测对象的物质的拉曼散射光而获得拉曼光谱的检测器，并能够从拉曼光谱进行光谱分析，从而确定作为检测对象的物质。不过， 拉曼散射光的信号强度通常是微弱的，从而检测灵敏度低。日本专利文献1公开了手持拉曼体液分析仪，用金溶胶带提供表面增强拉曼散射，从而提高拉曼散射光的信号强度。另外，通过将激发光诸如照射到金属表面，能够产生局部等离子体，并能够通过激发光和局部等离子体的结合，局部地增强电场。在表面增强拉曼散射中，可以考虑到拉曼散射光因增强电场而被增强。日本专利文献2公开了可进行稳定的偏振面控制的垂直共振器面发光激光器 (VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser (垂直腔表面发射激光器))，并能够用这样的垂直共振器面发光激光器等提供激发光。在激发光与局部等离子体结合时，由局部等离子体共振引起光吸收，例如，在日本专利文献3中公开有这样的方法，利用由在表面上固定有金属微粒的基板产生的局部表面等离子体共振，提高传感器灵敏度。在日本专利文献4中，公开有具有向长波长侧进行位移的共振峰和向短波长侧进行位移的共振峰的局部等离子体共振传感器的技术。此外，在日本专利文献5中，公开了为了可与多个波长共振而由多个共振区域构成了微小共振器的电场增强设备的技术。拉曼光谱仪通常包括具有可吸附作为检测对象的物质的金属纳米构造等导电体的光器件，并通过使光入射到导电体，能够检测出由增强电场引起的拉曼散射光。由于光器件的种类、制造误差，有时增强电场的增强度低，拉曼散射光的信号强度达不到规定值。日本专利文献1日本专利文献2日本专利文献3日本专利文献4日本专利文献5
日本特表2008-5^006号公报日本专利第34拟拟4号公报日本特开2000-356587号公报日本特开2007-10648号公报日本特开2009-250951号公报
发明内容
根据本发明的几个实施方式，能够提供一种可提供更合适的增强电场的检测装置寸。本发明第一方面涉及的检测装置，包括具有多个光源的第一光源组；切换上述多个光源以使上述多个光源中的任一个光源有效的切换部；使来自通过上述切换部切换为有效的光源的光入射到光器件的导电体的第一光学系统；以及从被上述导电体散射或反射的光中检测出拉曼散射光的检测器，其中，上述第一光源组的上述多个光源各自在有效的状态下能放射具有互不相同的偏振方向的光。根据本发明第一方面涉及的检测装置，能够通过切换部切换第一光源组的多个光源，因此，能够切换偏振光方向。例如，当用蒸镀的金属微粒子在光器件中形成了金属纳米构造时，通过蒸镀形成的独立的岛状的金属纳米构造的金属微粒子的大小和形状不均勻， 形成增强电场的间隙也不均勻。换言之，根据向光器件入射的光的偏振方向，增强电场变强或变弱。此外，当例如用光刻法在光器件中形成金属纳米构造时，通过设定与指定的方向平行的光的偏振方向，能够提供理想的增强电场。换言之，如果不准确地设定向光器件入射的光的偏振方向，增强电场变强或变弱。这样，在具有由蒸镀或光刻法形成的金属纳米构造的光器件中，由增强电场引起的拉曼散射光的信号强度依存于向光器件入射的光的偏振方向。因而，通过切换向光器件入射的光的偏振方向，能够提供更合适的增强电场。此外，在本发明第二方面涉及的检测装置中，当上述切换部从上述第一光源组的上述多个光源中使第一光源有效、且上述检测部检测出的上述拉曼散射光在规定的强度以下时，上述切换部可以使上述第一光源无效，从上述第一光源组的上述多个光源中使第二光源有效。根据这样，在实际检测出基于第一光源的拉曼散射光时，如果基于第一光源的拉曼散射光的信号强度低，能够从第一光源切换成第二光源，从而检测出基于第二光源的拉曼散射光。此外，在本发明第三方面涉及的检测装置中，上述切换部可以具有可变控制上述光器件和通过上述切换部切换为有效的上述光源的相对位置的控制部。根据这样，能够在使多个光源中的任一个光源有效时，诸如使光源的位置变化。此外，在本发明第四方面涉及的检测装置中，上述切换部可以具有可变控制上述光器件和上述第一光学系统的相对位置的控制部。根据这样，能够在使多个光源中的任一个光源有效时，诸如使第一光学系统的位
置变化。此外，在本发明第五方面涉及的检测装置中，上述控制部可以使通过上述切换部切换为有效的上述光源的光轴与上述第一光学系统的光轴一致。根据这样，能够在使多个光源中的任一个光源有效时，在使变为有效的光源的光轴与第一光学系统的光轴一致的状态下，使来自变为有效的光源的光入射到光器件。此外，在本发明第六方面涉及的检测装置中，上述控制部可以使通过上述切换部切换为有效的上述光源的光轴偏离上述第一光学系统的光轴。根据这样，能够在使多个光源中的任一个光源有效时，在使变为有效的光源的光轴偏离第一光学系统的光轴的状态下，使来自变为有效的光源的光入射到光器件。此外，在本发明第七方面涉及的检测装置中，上述检测装置也可以还包括具有多个光源的第二光源组，其中，上述第二光源组的上述多个光源可以各自与上述第一光源组的上述多个光源中的任一个光源对应，上述第二光源组的上述多个光源各自在有效的状态下，能放射具有与上述第一光源组的上述多个光源中的对应的一个光源的偏振方向相同的偏振方向的光，当上述切换部从上述第一光源组的上述多个光源中使上述第二光源有效、 且上述检测部检测出的上述拉曼散射光在上述规定的强度以下时，上述切换部可以使上述
5第二光源保持为有效，并从上述第二光源组的上述多个光源中使第三光源有效，朝向上述导电体的来自上述第二光源的光所具有的偏振方向与朝向上述导电体的来自上述第三光源的光所具有的偏振方向相同。根据这样，在实际检测出基于第二光源的拉曼散射光时，如果基于第二光源的拉曼散射光的信号强度低，能够使第二光源及第三光源有效，从而检测出基于偏振方向相同的两个光源的拉曼散射光。此外，在本发明第八方面涉及的检测装置中，上述光器件的上述导电体可以具有包括多个突起的第一突起组，上述第一突起组的上述多个突起可以各自沿着与上述导电体的假想平面平行的方向以第一周期排列，上述第一光学系统可以以来自通过上述切换部切换为有效的上述光源的上述光所具有的偏振方向的与上述假想平面平行的成分与上述第一突起组的排列方向平行的方式，使来自通过上述切换部切换为有效的上述光源的上述光入射到上述第一突起组。根据这样，能够通过第一突起组提高光器件中的增强电场。此外，能够向光器件入射偏振方向的与假想平面平行的成分与第一突起组的排列方向平行的直线偏振光。通过这样，能够激发传播型表面等离子体。此外，在本发明第九方面涉及的检测装置中，上述第一突起组的上述多个突起可以各自具有在上述第一突起组的顶面上通过导电体形成的第二突起组，与上述第一突起组的上述多个突起中的任一个突起对应的上述第二突起组的多个突起可以各自沿着与上述假想平面平行的上述方向以比上述第一周期短的第二周期排列。 根据这样，能够通过第二突起组也提高光器件中的增强电场。此外，在本发明第十方面涉及的检测装置中，在排列有上述第一突起组、且是上述第一突起组的邻接的突起间的面上，可以具有通过导电体形成的第三突起组，上述第三突起组的多个突起可以各自在上述第一突起组的上述邻接的突起间沿与上述假想平面平行的上述方向以比上述第一周期短的第三周期排列。根据这样，能够在第三突起组中也提高光器件中的增强电场。此外，在本发明第十一方面涉及的检测装置中，上述光器件的上述导电体可以具有包括多个突起的第一突起组，上述第一突起组的上述多个突起可以各自沿着与上述导电体的假想平面平行的方向以第一周期排列，可以在使来自通过上述切换部切换为有效的上述光源的上述光的前进方向相对于朝向上述假想平面的垂线倾斜时的表面等离子体共振在第一共振峰波长和第二共振峰波长各自下产生，包括上述第一共振峰波长的第一共振峰波段可以包括由上述表面等离子体共振引起表面增强拉曼散射的激发波长，包括上述第二共振峰波长的第二共振峰波段可以包括上述表面增强拉曼散射的拉曼散射波长。根据这样，第一突起组的导电体的突起沿着与假想平面平行的方向，以第一周期排列。向以该第一周期排列的第一突起组入射有向与朝向假想平面的垂线倾斜的方向前进的光。通过该入射的光，在第一共振峰波长和第二共振峰波长的各个波长中产生表面等离子体共振。这时，以在包括第一共振峰波长的第一共振峰波段中包括有表面增强拉曼散射的激发波长、在包括第二共振峰波长的第二共振峰波段中包括有表面增强拉曼散射的拉曼散射波长的方式，设定第一周期和光的入射角。通过这样，可以提高激发波长下的电场增强度和拉曼散射波长下的电场增强度等。
此外，在本发明第十二方面涉及的检测装置中，上述检测装置也可以还包括将上述拉曼散射光导向上述检测器的第二光学系统，其中，上述检测器可以经由上述第二光学系统接收上述拉曼散射光。根据这样，能够在第二光学系统中效率高地接受拉曼散射光。
图1 (A)、图1 (B)、图1 (C)和图1 (D)是本实施方式的检测装置的构成例。图2(A)、图2(B)、图2(C)和图2(D)是拉曼散射光的检测原理的说明图。图3是本实施方式的检测装置的具体构成例。图4是图3的检测装置的框图的一例。图5是垂直共振器面发光激光器的构造例。图6 (A)图6 (B)、图6 (C)和图6 (D)是多个光源的配置例。图7是光源的特性的说明图。图8 (A)、图8 (B)、图8 (C)、图8 (D)和图8 (E)是光刻法的简要说明图。图9 (A)、图9 (B)、图9 (C)、图9 (D)和图9 (E)是金属纳米构造的制造工艺的简要说明图。图10(A)及图10(B)是由金属纳米构造形成的增强电场的简要说明图。图11是两个共振峰的简要说明图。图12是传感器芯片的构成例的立体图。图13是图12的传感器芯片的截面图。图14是传感器芯片的反射光强度的特性例。图15是表面等离子体激元的激发条件的说明图。图16是传感器芯片的反射光强度的其他的特性例。图17是图12的传感器芯片的变形例的立体图。图18是图17的传感器芯片的截面图。图19(A)及图19(B)是用于使入射光倾斜地入射到传感器芯片的方法的说明图。图20(A)及图20(B)是导电体的制造方法的简要说明图。图21 (A)、图21 (B)、图21 (C)是拉曼光谱的峰提取的简要说明图。
具体实施例方式下面，对本发明的优选实施方式进行详细地说明。另外，以下所说明的本实施方式并不对权利要求书所记载的本发明的内容进行不当地限定，本实施方式所说明的构成的全部未必必须为本发明的解决手段。1.概要1.1基本构成图1 (A)、图1 (B)、图1 (C)和图1 (D)示出了本实施方式的检测装置的构成例。如图I(A)所示，检测装置包括光源组1、切换部6、光学系统以及检测器5。光学系统(第一光学系统)诸如包括半透半反镜2及物镜3。光源组1 (第一光源组)具有多个光源A D。 多个光源A D的各个光源在有效的状态下，可放射具有相互不同的偏振方向的光。光源组1并不限定于图I(A)的例子，既可以具有两个光源，又可以具有三个光源，还可以具有五个以上光源。另外，光源可以具有方向性(directivity)，并优选光源由具有高方向性的光源(例如，激光)构成。切换部6切换多个光源A D，使多个光源A D中的任一个光源有效。具体地说，切换部6诸如只将光源B的电源设定为0N，将剩余的光源A、光源C及光源D的电源设定为OFF，从多个光源A D中诸如使光源B有效。半透半反镜2及物镜3 (广义上的光学系统)使来自通过切换部6变为有效的例如光源B的光入射到光器件4的导电体。检测器 5从通过导电体散射或反射的光中检测出拉曼散射光。检测装置也可以称为拉曼检测装置， 还基于拉曼光谱进行光谱分析的检测装置也可以称为拉曼光谱仪。本申请的发明人认识到由拉曼光谱仪等中所利用的光器件4的导电体附近的增强电场引起的拉曼散射光的信号强度依存于入射到光器件的光的偏振方向。因而，能够通过切换部6切换多个光源A D，因此，通过切换入射到光器件的光的偏振方向，能够提供更合适的增强电场。另外，关于拉曼散射光及增强电场进行后述。在图I(A)的例子中，虽然使光源B有效，但是在使光源B有效之前，例如也可以使光源A有效。也就是说，切换部6也可以将光源A(第一光源)切换成光源B (第二光源)。 具体地说，当切换部6从多个光源A D中使光源A(切换前的光源)有效、且检测部5检测出的拉曼散射光在规定的强度以下时，切换部6可以使光源A无效，并从多个光源A D 中使光源B(切换后的光源)有效。多个光源A D的切换可以以规定的顺序进行，例如， 可以设定成光源A的优先度高于光源B的优先度。当使光源B有效、且检测部5检测出的拉曼散射光在规定的强度以下时，切换部6 可以使光源B无效，使光源C有效。这时，例如，光源B的优先度比光源C的优先度高。此外，当使光源C有效、且检测部5检测出的拉曼散射光在规定的强度以下时，切换部6可以使光源C无效，使光源D有效。这时，例如光源C的优先度比光源D的优先度高。另外，在图I(A)的例子中，来自光源D的光Lin(入射光)的光路及来自光器件4 的光Lout (散射光、反射光)的光路并不准确地代表实际的光路。换言之，仅示出来自光源 D的光Lin(入射光)的光路的存在及来自光器件4的光Lout (散射光、反射光)的光路的存在。在图1 (B)的例子中，切换部6可以具有控制部7，该控制部7可变控制光器件4和通过切换部6变为有效的例如光源D的相对位置。另外，切换部6也可以不具有像图1 (B) 所示那样的控制部7，而使多个光源A D中的任一个光源有效。具体地说，当切换部6具有控制部7时，控制部7至少能够使变有效的例如光源D的位置变化，也可以使具有多个光源A D的光源组1整体的位置变化。另外，控制部7诸如可以具有XY载物台等的动作部， 也可以只向动作部发送信号。在图1 (B)的例子中，在随着多个光源A D的切换，使光源D有效时，控制部7诸如可以使光源D的位置变化。另外，控制部7也可以使光器件4的位置变化。在图I(B)的例子中，控制部7使光源D的位置变化，以使光源D的光轴Laxl与物镜3的光轴Lax2 (广义上的光学系统的光轴)一致。这时，虽然实际上预想来自光源D的光Lin与光源D的光轴Laxl及物镜3的光轴 Lax2重合，但是在图I(B)的例子中，来自光源D的光Lin以与光源D的光轴Laxl及物镜3的光轴Lax2不重合方式被示出。在图I(B)的例子中，为能理解光源D的光轴Laxl和物镜 3的光轴Lax2 —致，来自光源D的光Lin以与光源D的光轴Laxl及物镜3的光轴Lax2不重合的方式被图示。在图1 (C)的例子中，控制部7使光源D的位置变化，以使光源D的光轴Laxl与物镜3的光轴Lax2错开。这时，虽然实际上预想来自光源D的光Lin与光源D的光轴Laxl 重合，但是在图I(C)的例子中，来自光源D的光Lin以与光源D的光轴Laxl不重合的方式被示出。在图1 (C)的例子中，为能理解光源D的光轴Laxl和物镜3的光轴Lax2不一致， 来自光源D的光Lin以与光源D的光轴Laxl不重合的方式被图示。在图I(D)的例子中，切换部6可以具有可变控制光器件4和光学系统的相对位置的控制部7。具体地说，在随着多个光源A D的切换，诸如使光源A有效时，控制部7诸如能够使物镜3的位置变化。通过使物镜3的位置变化，能够使变为有效的例如光源A的光轴与物镜3的光轴一致，但也可以使光源A的光轴与物镜的光轴错开。1. 2检测原理图2 (A)、图2 (B)、图2 (C)和图2 (D)示出了拉曼散射光的检测原理的说明图。在图2(A)的例子中，针对拉曼分光进行说明，当向目标分子(广义上的目标物)照射有入射光(振动数ν)时，则通常大部分入射光作为瑞利散射光被散射，瑞利散射光的振动数ν或波长不变化。入射光的一部分作为拉曼散射光被散射，拉曼散射光的振动数(v-v’及v+v’) 或波长反映目标分子的振动数V’ (分子振动)。入射光的一部分因使目标分子振动而失掉能量，但目标分子的振动能量有时被附加到拉曼散射光的振动能量或光能上。将这样的振动数的位移(V’ )称为拉曼位移。在图2(B)的例子中，示出目标分子诸如为乙醛分子时的拉曼光谱。换言之，通过分析图2(B)所示的拉曼光谱，诸如能够确定乙醛分子。不过，当目标分子为微量时，拉曼散射光通常是微弱的，并很难检测出或确定目标分子。因而，优选提供增强电场并通过增强电场增强拉曼散射光。另外，图2(B)的拉曼光谱用波数表示拉曼位移。在图2(C)的例子中，对向金属微粒子20照射入射光(照射光)时所形成的增强电场进行说明。当向比入射光的波长小的金属微粒子20(金属纳米粒子)照射入射光时， 入射光的电场作用于金属微粒子20的表面所存在的自由电子上，并引起共振。通过这样， 由自由电子引起的电偶极子在金属微粒子20内被激发，在金属微粒子20的附近形成有比入射光的电场强的增强电场。该现象是比入射光的波长小的金属微粒子20等导电体所特有的现象。在图2(D)的例子中，对向光器件4照射了入射光时的表面增强拉曼散射(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)进行说明。光器件4诸如具有基板100，并通过在基板100的凸部105上形成金属微粒子20，能够提供具有多个突起110的突起组115 (广义上的金属纳米构造)。通过向这样的光器件照射入射光，能够在突起组115的邻接的突起 110(形成在凸部105上的导电体)间形成增强电场。当在增强电场中进入有目标分子时， 则其目标分子的拉曼散射光在增强电场中被增强，从而拉曼散射光的信号强度变强。在这样的表面增强拉曼散射中，即使目标分子是微量的，也能够提高检测灵敏度。另外，虽然优选图I(A)至图I(D)所示的光器件4具有像图2 (D)所示那样的金属纳米构造，但是也可以不提供像图2(C)所示那样的增强电场。
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2.具体例2. 1整体构成图3示出本实施方式的检测装置的具体构成例。以下，对与在图1等中已说明的构成要素相同的构成要素附加相同符号，并适当省略说明。图3所示的检测装置包括传感器芯片300 (广义上的光器件4)及诱导部420 (输送部)。目标物从吸引口 400 (输入口) 被导入到诱导部420的内部，并从排出口 410排出到诱导部420的外部。在图3的例子中， 检测装置在排出口 410附近具有鼓风机450 (广义上的吸引部)，当使鼓风机450工作时， 则诱导部420的吸引流路421、传感器芯片300附近的流路422及排出流路423内的压力 (气压)降低。通过这样，目标物(气体样本)被吸引到诱导部420。目标物通过吸引流路 421，经由传感器芯片300附近的流路422从排出流路423被排出。这时，目标物的一部分附着在传感器芯片300的表面(导电体)上。目标物诸如可以假想为毒品、酒精、残留农药等的稀薄分子或病毒等病原体等。在图3的例子中，检测装置具有罩440，罩440能够收纳传感器芯片300等。此外， 检测装置具有外壳500，在外壳500内诸如包括光源组1、半透半反镜2、物镜3及检测器5， 检测器5诸如具有分光元件370及光接收元件380。分光元件370诸如可以由标准具构成。 而且，检测装置可以包括聚光透镜360、滤光器365、处理部460、电力供给部470、通信接口 510及电源接口 520。在图3的例子中，光源组1诸如具有三个光源A C，并还具有诸如三个准直透镜 320及诸如三个偏振控制元件330。另外，三个准直透镜320各自与三个光源A C中的任一个光源对应。此外，三个偏振控制元件330的各个也与三个光源A C中的任一个光源对应。从三个光源A C中的任一个光源射出的光通过准直透镜320变成平行光，并通过偏振控制元件330变成直线偏振光。另外，作为光源诸如采用面发光激光器，只要可发出具有直线偏振光的光，则能够省略偏振控制元件330。来自三个光源A C中的任一个光源的光被半透半反镜2(分色镜)向传感器芯片300的方向引导，并在物镜3中被聚光，从而入射到传感器芯片300。传感器芯片300的表面诸如形成有金属纳米构造。从传感器芯片300诸如放射有由表面增强拉曼散射引起的瑞利散射光及拉曼散射光。来自传感器芯片300的瑞利散射光及拉曼散射光经过物镜3，被半透半反镜2向检测器5的方向引导。在图3的例子中，来自传感器芯片300的瑞利散射光及拉曼散射光在聚光透镜360 中被聚光，并到达到滤光器365。而且，通过滤光器365(例如，陷波滤波器)选出拉曼散射光，光接收元件380经由分光元件370接收该拉曼散射光。通过分光元件370的光的波长可以通过处理部460进行控制(选择)。光接收元件380通过光学系统及分光元件370接收拉曼散射光。光学系统(第二光学系统)诸如包括半透半反射2、聚光透镜360及滤光器365。通过分光元件370及光接收元件380，获得目标物所特有的拉曼光谱，并通过核对已获得的拉曼光谱和预先保持的数据，能够确定目标物。在图3的例子中，处理部460诸如能够执行图1㈧等所示的切换部6的功能，处理部460诸如能够使三个光源A C中的任一个光源有效。处理部460诸如能够执行图1 (B) 等所示的控制部7的功能，处理部460诸如能够可变控制光源D的位置。此外，处理部460
10可以向除图3所示的光源组1以外的检测器5、鼓风机450等发送命令，处理部460不仅控制光源组1，也能够控制检测器5、鼓风机450等。而且，处理部460可以基于拉曼光谱执行光谱分析，从而处理部460能够确定目标物。另外，处理部460能够将拉曼散射光的检测结果、拉曼光谱的光谱分析结果等诸如发送给与通信接口 510连接的外部设备(未图示)。在图3的例子中，电力供给部470可以向图3所示的处理部460、光源组1、检测器 5、鼓风机450等供给电力。电力供给部470诸如可以由二次电池构成，也可以由一次电池、 AC适配器等构成。当电力供给部470由二次电池构成时，例如，与电源接口 520连接的充电器(未图示)可以对二次电池进行充电。当电力供给部470由AC适配器构成时，AC适配器被配置在检测装置的外部，并与电源接口 520连接。另外，检测装置诸如可以包括显示部(在图4的例子中的显示部M0)，显示部可以显示电力供给部470的状态(例如，电池没电、充电中、充电结束、供电中等)。图4示出了图3的检测装置的框图的一例。以下，对与在图3等中已说明的构成要素相同构成要素附加相同符号，并适当省略说明。如图4所示，检测装置诸如还可以包括显示部M0、操作部550及接口 530。此外，图3所示的处理部460诸如可以具有CPU (Central Processing Unit 中央处理器)461、RAM (Random Access Memory :随机存取存储器)462、 ROM (Read Only Memory 只读存储器)463。而且，检测装置诸如可以包括光源驱动器15、分光驱动器375、光接收电路385及鼓风机驱动器455。以下，对图4所示的检测装置的操作例进行说明。在图4的例子中，CPU 461能够判断检测拉曼散射光的准备是否已完成，CPU 461 能够将表示其准备已完成的信号发送给显示部Mo。此外，CPU 461也能够将除该信号以外的信号发送给显示部M0，显示部540能够根据来自CPU 461的信号(显示信号)，向用户提供各式各样的显示。当显示部540示出检测拉曼散射光的准备已完成时，用户可以操作操作部550开始拉曼散射光的检测。当来自操作部阳0的信号(操作信号)表示检测的开始时，CPU 461 可以通过光源驱动器15起动光源组1。具体地说，光源驱动器15 (广义上的CPU 461)能够按照规定的顺序使光源组1的至少一个光源的电源0N(接通)。例如，能够只使图3的光源A的电源0N。另外，光源组1不仅具有至少一个光源，还具有温度传感器(未图示)及光量传感器(未图示)，光源组1诸如可以将光源A的温度及光量通过光源驱动器15发送给 CPU 461。CPU 461诸如接收光源A的温度及光量并能够判断光源A的输出是否稳定。诸如在光源A的电源处于ON的状态下，根据情况，在光源A的输出稳定后，CPU 461能够通过鼓风机驱动器455起动鼓风机450。另外，CPU 461 (广义上的处理部460)诸如能够执行图1 (A)等所示的切换部6的功能，CPU 461诸如能够通过光源驱动器15以规定的顺序切换光源组1的多个光源。此夕卜， CPU 461诸如能够执行图1 (B)等所示的控制部7的功能，CPU 461诸如能够通过光源驱动器15，可变控制在光源组1的多个光源中的例如变为有效的光源的位置。另外，CPU 461诸如也可以通过光源驱动器15或透镜驱动器(未图示)可变控制诸如图1 (D)等所示的物镜 3的位置。在图4的例子中，鼓风机驱动器455能够使鼓风机450的电源0N，通过这样，目标物(气体样本)被吸引到图3的诱导部420。例如，当图3的光源A的电源被ON时，来自光源A的光通过半透半反镜2到达到图3的传感器芯片300。据此，瑞利散射光及拉曼散射光从传感器芯片300向半透半反镜2返回来。瑞利散射光及拉曼散射光从传感器芯片300通过聚光透镜360到达到滤光器365。滤光器365 —方面遮挡瑞利散射光，另一方面将拉曼散射光导入到分光元件370。以上，在从吸入口 400(输入口)到诱导部420、排出口 410为止的流路阻力比较小的情况下可通过鼓风机450来实现，但当流路阻力比较大时，可以使用吸引泵(未图示)等替代鼓风机450。在图4的例子中，分光驱动器375 (广义上的CPU 461)能够控制分光元件370。分光元件370诸如可以由能够改变共振波长的可变标准具分光器构成。当分光元件370为利用了法布里珀罗共振的标准具时，分光驱动器375能够在调整相互对置的两片标准具板的距离的同时，改变(选择)通过标准具的光的波长。具体地说，当将通过标准具的光的波长设定在从第一波长到第N波长的范围时，首先，以具有第一波长的光呈现最大强度的方式设定两片标准具板的距离。之后，以具有从第一波长只错开半宽度的第二波长的光呈现最大强度方式再次设定两片标准具板的距离。边用这样的方法依次选择第一波长、第二波长、 第三波长、……、第N波长，边用光接收元件380接收通过标准具的光。在图4的例子中，光接收电路385(广义上的CPU 461)能够将光接收元件380接收的光作为电信号提取。CPU 461可以以数字形式接收该电信号，并将该值存储到RAM 462 中。通过分光元件370将第一波长至第N波长的范围的光选择性地导入到光接收元件380， CPU 461能够将拉曼光谱以数字形式存储到RAM 462中。在图4的例子中，CPU 461能够将RAM 462所存储的目标物所特有的拉曼光谱数据和诸如预先存储到ROM 463中的已知的拉曼光谱数据进行比较。CPU 461能够基于比较结果判定目标物是什么物质。CPU 461能够将表示比较结果或判定结果的信号发送给显示部M0。通过这样，显示部540能够向用户示出比较结果或判定结果。此外，CPU 461也可以从通信接口 510输出表示比较结果或判定结果的数据。接口 530能够以规定的规格执行在CPU 461和与通信接口 510连接的外部设备(未图示)之间的数据的交接。在图4的例子中，CPU 461能够判定电力供给部470的状态。当电力供给部470诸如由一次电池或二次电池构成时，CPU 461能够判定表示一次电池或二次电池的电压的数据诸如是否为小于等于ROM 463所预先存储的规定值。CPU 461能够将表示判定结果的信号输送给显示部M0。通过这样，显示部540能够向用户示出判定结果(例如电池没电需要充电)或基于判定结果的指示。此外，当电力供给部470诸如由二次电池构成时，CPU 461 能够判定二次电池是否被充电等。在图4的例子中，电力供给部470能够将电力供给部470的状态发送给CPU 461。 此外，电力供给部470能够向具有CPU 461等的处理部460供给电力。虽然图4未示出，但是电力供给部470也可以向光源驱动器15、光接收电路385、光源组1等构成检测装置的部件供给电力。2. 2 光源图5示出了垂直共振器面发光激光器的构造例。在图5的例子中，在η型GaAs 基板上形成有η型DBR (Diffracted Bragg Reflector 布拉格反射衍射)层。η型 DBR(Diffracted Bragg Reflector)层的中央部设置有活性层及氧化狭窄层。在活性层及氧化狭窄层上设置有P型DBR层。在P型DBR层及η型DBR层上设置绝缘层，并在绝缘层上形成电极。在η型GaAs基板的背侧也形成电极。在图5的例子中，活性层介于η型DBR 层和ρ型DBR层之间，形成了通过活性层产生的光在η型DBR层和ρ型DBR层之间进行共振的垂直共振器。另外，垂直共振器面发光激光器并不限定于图5的例子，诸如也可以省略
氧化狭窄层。例如，优选图1 (A)等所示的光源组1的多个光源的各个光源是使光向与基板面垂直方向共振、并可向与基板面垂直的方向(光源的光轴Laxl)放射光的垂直共振器面发光激光器(广义上的面发光激光器)。通过利用垂直共振器面发光激光器，能够构成为单色 (单一波长)且直线偏振光的光源。此外，垂直共振器面发光激光器可以小型化，并适于向便携式检测装置的组装。此外，根据垂直共振器面发光激光器的构造，在制造工序中即使不劈开基板，也可形成共振器或检查激光特性，并适合于大批量生产。而且，垂直共振器面发光激光器与其他的半导体激光器相比，可比较廉价地制造，诸如也可以提供二维阵列式垂直共振器面发光激光器。而且，因垂直共振器面发光激光器的阈值电流小，因此，能够使检测装置的耗电量降低。此外，即使低电流，也可以高速调制垂直共振器面发光激光器，且相对于垂直共振器面发光激光器的温度变化的特性变化的幅度小，从而能够使垂直共振器面发光激光器的温度控制部简单化。另外，变形图5的例子，垂直共振器面发光激光器能够提供稳定的偏振面(广义上的偏振方向)。这时，替代图3的偏振控制元件330，诸如图3的三个光源A C(垂直共振器面发光激光器)的各个光源能够具有诸如像日本专利文献2所公开那样的变形附加部。 在日本专利文献2的例子中，日本专利文献2的变形附加部19与垂直共振器面发光激光器的共振器IOB邻接配置。日本专利文献2的变形附加部19通过向日本专利文献2的共振器IOB给予各向异性应力，使其变形，从而在日本专利文献2的共振器IOA内产生双折射、 增益的偏振依赖性。通过这样，能够提供稳定的偏振面。图6(A)、图6(B)、图6(C)和图6(D)示出多个光源的配置例。在图6(A)的例子中， 一维阵列式垂直共振器面发光激光器由四个光源A D构成，四个光源A D的各个光源具有变形附加部。在图6(A)的例子中，光源A可放射具有偏振方向DA的光。剩余的光源 B D可分别放射具有偏振方向DB DD的光。图6 (B)的例子示出由四个光源A D构成的二维阵列式垂直共振器面发光激光器。在图6 (C)的例子中，二维阵列式垂直共振器面发光激光器由四个光源A D及四个光源Α2 D2构成。变形图6(C)的例子，也可以采用图6(D)的例子。在将四个光源 A D称为第一光源组1时，可以将四个光源Α2 D2称为第二光源组8。第二光源组8的多个光源Α2 D2各自与第一光源组1的多个光源A D中的任一个光源对应。例如，在图6 (C)的例子中，光源Α2与光源A对应，光源Α2在有效的状态下，可放射具有与光源A的偏振方向DA相同的偏振方向DA的光。剩余的光源Β2 D2分别与光源B D对应，并在有效的状态下，可放射具有与光源B D的偏振方向DB DD相同的偏振方向DB DD的光。例如，在图I(D)的例子中，在即使依次切换第一光源组的光源A C，检测部5检测出的拉曼散射光也在规定的强度以下时，切换部6能够选择光源D，并只使光源D的电源 ON。不过，有时即使使光源D有效，检测部5检测出的拉曼散射光也依旧在规定的强度以下。 在这样的情况下，优选检测部5检测具有最高强度的拉曼散射光。而且，例如，变形图I(D)
13的例子，优选检测装置还包括诸如像图6(C)所示那样的第二光源组8。例如，当切换部6从第一光源组1的多个光源A D中使光源D有效、且检测部4 检测出的拉曼散射光在规定的强度以下时，切换部6能够使光源D及光源D2两个光源有效。根据这样，提高检测部4能够以比规定的强度大的强度检测出借助诸如偏振方向DD相同的两个光源D及D2引起的拉曼散射光的可能性。另外，变形图6(C)的例子，也可以准备偏振方向相同的大于等于三个的光源。图7示出了光源的特性的说明图。在图7的例子中，用表格表示可利用于光源的激光器的特性。垂直共振器面发光激光器(VCSEL)适应于上述那样的检测装置的光源，但检测装置可以采用像图7所示那样的其它的激光器，也可以采用除激光器以外的光源。2. 3光器件(基于光刻法的金属纳米构造)图8(A)、图8(B)、图8(C)、图8(D)和图8(E)示出了光刻法的简要说明图。在图 8(A)的例子中，示出利用了紫外激光器的光干涉曝光装置的简要构成，作为光源诸如可以利用具有266nm波长、200mW输出的连续振荡(CW Continuous WaVe(连续波))激光器。来自紫外激光器的光经由快门由反射镜折回，并通过半透半反镜向两侧进行分支。从半透半反镜分支的两束光分别由反射镜折回并经由物镜及针孔，通过这样，光束直径扩大。通过使光束直径扩大了的来自紫外激光器的光照射到掩模，制成曝光图案，并能够使曝光图案照射到涂敷了抗蚀剂层的基板100。这时，来自两侧掩模的曝光图案相互干涉，可将干涉图案形成在抗蚀剂层(基板100)上。此外，也可以通过诸如半透半反镜及CCD摄像头通过监视器确认曝光图案。在将规定的干涉图案(广义上的规定的曝光图案)曝光到抗蚀剂层(基板100)上之后，能够显影抗蚀剂层，并只保留需要部分的抗蚀剂层。之后，可以将基板100浸渍到进行蚀刻的溶液中，或用干式蚀刻只进行需要量的蚀刻。在蚀刻后，能够除去残留在基板100 上的抗蚀剂层。通过这样，能够将基板100的表面加工成微细的凹凸状。之后，可以在基板 100的表面上附加诸如金属微粒子，作为导电体，从而形成金属纳米构造。对金属纳米构造的制造工艺的概要进行后述(参照图9(A)至图9(E))。在图8(B)的例子中，用俯视图及截面图示出具有金属纳米构造的基板100。在该例子中，基板100 (金属纳米构造)具有由多个突起110构成的突起组115，多个突起110 (金属微粒子20)以一维周期配置。此外，在图8(C)的例子中，也用俯视图及截面图示出具有金属纳米构造的基板 100。在该例子中，多个突起110(金属微粒子20)以二维周期配置。在图8(D)的例子中， 示出有以立体示出具有金属纳米构造的基板100的电子显微镜照片，诸如与图8(C)对应。 在图8(E)的例子中，示出有以俯视示出具有金属纳米构造的基板100的SEM照片，诸如与图8(C)对应。诸如由金(Au)构成的多个突起110的周期(节距)诸如约为140nm。另外，也可以诸如使用电子束曝光装置替代光干涉曝光装置，形成金属纳米构造。 电子束曝光装置与光干涉曝光装置相比具有曝光的自由度高的优点，另一方面，光干涉曝光装置与电子束曝光装置相比具有光器件的批量生产性高的优点。图9(A)、图9(B)、图9(C)、图9(D)和图9 (E)示出了金属纳米构造的制造工艺的简要说明图。以下，对与在图8(B)等中已说明的构成要素相同的构成要素附加相同符号，并适当省略说明。具体地说，诸如在图8(C)等中示出的金属纳米构造可以如下那样的进行制造。如图9(A)所示，基板100具有抗蚀剂层101。抗蚀剂层101诸如通过旋涂被涂敷在基板100上，之后进行干燥。在向抗蚀剂层101曝光规定的图案时，能够使用诸如在图8(A) 中示出的光干涉曝光装置。抗蚀剂层101可以使用诸如正型抗蚀剂层，抗蚀剂层101的膜厚诸如为Ιμπι。在图9(A)的例子中，从两个方向向抗蚀剂层101照射光，两束光分别具有诸如格子状的曝光图案。根据两束光相交的角度，能够形成各式各样的干涉图案。另外，干涉图案的大小能够变小到光干涉曝光装置诸如紫外激光器的波长的一半。当将干涉图案的潜影形成在抗蚀剂层101内并显影抗蚀剂层101时，则诸如能够形成像图9(B)所示那样的抗蚀剂图案。如图9(B)所示，基板100具有由抗蚀剂图案保护的部分和未由抗蚀剂图案保护的部分。之后，蚀刻未由抗蚀剂图案保护的部分，例如，如图9(C)所示，在基板100上形成有凹部104。之后，通过除去残留在基板100上的抗蚀剂层101，露出有诸如像图9(D)所示那样的基板100的凸部105。之后，诸如用溅射装置将由金属微粒子20形成的金属膜形成在基板100上。在初期状态中，在基板100整体上形成有薄的金属膜，但在凸部105附近逐渐地附着有较多的金属微粒子20，从而能够由诸如像图9(E)所示那样的金属膜形成多个突起110(金属纳米构造)。当向具有多个突起110(金属纳米构造)的突起组115照射诸如直线偏振的激光时，则根据激光光的偏振方向激发出局部等离子体，并在突起组115的邻接的突起110间的间隙中形成有强的增强电场。在突起组115的邻接的突起110间的间隙可以通过金属膜的膜厚来控制，该间隙的大小成为主要支配增强电场的强度的要素。金属微粒子20或金属膜诸如可以由金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钯(Pd)或白金(Pt)构成，此外，可以由这些的合金(组合)构成。优选金属微粒20或金属膜由金 (Au)或银(Ag)构成，从而能够容易显现局部等离子体、增强电场或表面增强拉曼散射。图10(A)、图10⑶示出由金属纳米构造形成的增强电场的简要说明图。以下，对与在图2(D)等中已说明的构成要素相同的构成要素附加相同符号，并适当省略说明。目标分子(气体样本)诸如从图3所示的吸引口 400被吸引到诱导部420的内部，并到达到传感器芯片300(广义上的光器件4)附近的流路422。在图10(A)的例子中，光器件4具有金属纳米构造，当向金属纳米构造照射来自光源的光Lin(入射光)时，则在凸部105的间隙中形成有增强电场。在图10(B)的例子中，用虚线示出光Lin(入射光)的照射范围。另外， 当在增强电场中进入有目标分子时，就会产生有包含该目标分子的振动数的信息的拉曼散射光。此外，该拉曼散射光通过增强电场而增强，产生有表面增强拉曼散射。当凸部105的间隙小，凸部105的高度(凹部104的深度)变大时，则诸如图10 (A) 等所示的增强电场通常变强。此外，如果光Lin(入射光)的强度强，则增强电场也变强。 但是，当凸部105的间隙过窄时，则由于目标分子进入到间隙(增强电场)的概率也变低， 所以凸部105的间隙诸如可以设定为数nm至数lOnm。此外，当凸部105的高度(凹部104 的深度)变大时，则在目标分子一旦进入到间隙(增强电场)之后，离开间隙(增强电场) 的时间变长，从而表示拉曼散射光的检测信号或拉曼光谱稳定。此外，能够根据金属纳米构造的金属的种类选择光Lin(入射光)的波长。当金属纳米构造诸如由金(Au)构成时，能够将光Lin的波长诸如设定为633nm。此外，当金属纳米构造诸如由银(Ag)构成时，能够将光Lin的波长诸如设定为514nm。此外，也能够根据目标分子的种类选择光Lin的波长。另外，当气体样本包含除目标分子以外的杂质时，为了抑制杂质的荧光，也可以将光Lin的波长诸如设定为780nm左右。2. 4表面等离子体共振峰在向诸如图10(A)等所示的光器件4的金属纳米构造(广义上的导电体)照射光 Lin(入射光)时，由于通常只存在有一个宽的表面等离子体共振峰，所以需要相对于激发波长(与瑞利散射波长相等)和拉曼散射波长，将共振峰的位置设定在恰当的位置。因此， 如果将共振峰波长设定在激发波长和拉曼散射波长之间，则能够在激发过程和拉曼散射过程两个过程中期待电场增强效果。不过，由于共振峰是宽的，所以在各个过程中共振的强度变弱，从而不能说整个过程的增强度是充分的。因而，向光器件4倾斜地入射入射光从而产生两个共振峰，并通过将其两个共振峰设定成激发波长和拉曼波长，从而能够使检测灵敏度或传感器灵敏度提高。为了实现应用了表面增强拉曼散射的高灵敏度的传感器芯片300(广义上的光器件4)，优选局部电场的增强度(以下，适当省略为增强度)尽可能大。增强度α用下式(1) 来表示(M. Inoue, K. ohtaka, J. Phys. Soc. Jpn.，52，3853 (1983))。在这里，α ray 是激发波长下的增强度，α ram是拉曼散射波长下的增强度。α = α ray X α ram (1)根据上式(1)，能够同时提高激发过程中的增强度和拉曼散射过程中的增强度这两个增强度，从而提高表面增强拉曼散射过程中的增强度。因此，例如，如图11所示，只在激发波长及拉曼散射波长的附近产生较强的两个共振峰。通过这样，根据两散射过程的相乘效果，能够提高局部电场的增强效果。图12是传感器芯片的构成例的立体图。如图12所示，传感器芯片300包括基板 100(基材)及突起组115(第一突起组)。具有多个突起110的突起组115由导电体构成， 导电体虽然典型的是金属(例如金(Au))，但是也可以为半导体(例如多晶硅)等。多个突起110在沿基板100的平面(广义上的假想平面)的第一方向Dl上周期地配置。在这里，基板100的平面诸如是形成有突起组115的一侧的基板100的表面120， 也可以是与表面120平行的面。更具体地说，突起组115的各突起110在突起的排列方向 (第一方向Dl)上的截面形状从基材100的表面120形成为凸形状。凸形状是矩形或梯形、 弧形等，诸如也可以具有以象图8(D)、图9(E)等示出那样的复杂的曲线定义的截面形状。 例如，如图12所示，突起组115在俯视基板100时，形成为与和第一方向Dl正交的第二方向D2平行的条纹状。图13示出图12的传感器芯片的截面图。该截面图的截面是与基板100的平面垂直的面，并是与突起组115的排列方向(第一方向Dl)平行的面。如图13所示，将基板100 的平面的法线方向视为第三方向D3。在图13的例子中，基板100具有玻璃基板130、形成在玻璃基板130上的金属薄膜 140。例如，金属薄膜140的厚度为大于等于150nm。在图13的例子中，突起组115的截面形状为矩形(大致矩形)，第一高度Hl的突起110沿第一方向Dl以第一周期Pl排列。通过该金属薄膜140和突起组115形成了金属光栅150 (周期的金属凹凸构造)。优选第一周期Pl诸如设定在IOOnm至IOOOnm的范围、第一高度Hl诸如设定在IOnm至IOOnm的范围。 另外，玻璃基板130诸如也可以是石英基板、蓝宝石基板等。基板100诸如也可以使用由金属构成的平板。向传感器芯片300可以入射包含直线偏振光的入射光Lin。直线偏振光的偏振方向(偏振方位)是相对于与第一方向Dl和第三方向D3平行的面为平行的方向。在图13的例子中，入射光Lin相对于金属薄膜140和突起组115的金属光栅150(广义上的导电体) 倾斜地入射。具体地说，当将倾斜角视为θ时，则为θ >0，并在图13所示的截面中，以入射方向和第三方向D3的相反方向的角度(相对于朝向基板100的平面的垂线的角度)成为θ的方式使入射光入射。优选直线偏振光相对于与第一方向Dl和第三方向D3平行的面是平行的。不过，直线偏振光也可以相对于与第一方向Dl和第三方向D3平行的面是非平行的。换言之，只要直线偏振光包含和与第一方向Dl和第三方向D3平行的面平行的偏振成分就可以。另外， 直线偏振光的偏振方向诸如可以由图3的偏振控制元件330、图6(A)的变形附加部等来设定。例如，通过切换图6(A)所示的多个光源，可以设定入射光Lin的偏振方向。通过这样，能够检测出具有最大的强度的拉曼散射光。但是，在只使一个光源有效中，当不能检测出比规定的强度大的拉曼散射光时，诸如也可以使可放射具有图6(C)所示的相同偏振方向的光的多个光源有效。图14示出传感器芯片的反射光强度的特性例。图14是当由银(Ag)形成金属光栅150，并相对于金属光栅150的光的入射角度θ为3度、光的偏振方向与金属光栅150的槽方向(第二方向D2)正交、突起110的截面为矩形(大致矩形)、第一周期Pl为500nm、 第一高度Hl为20nm时的特性例。在图14的例子中，横轴表示反射光的波长，纵轴表示反射光强度(相对于入射光强度的比率)。在图14的例子中，金属光栅150存在有两个表面等离子体激元(SPP =Surface Plasmon Polariton)的共振峰。例如，一个共振峰波长λ pi位于515nm附近，另一个共振峰波长λρ2位于555nm附近。通过分别调整该两个共振峰波长λ pi及λ p2到激发波长 λ 1及拉曼散射波长λ 2的附近或使该两个共振峰波长λ pi及λ ρ2与激发波长λ 1及拉曼散射波长λ 2的附近一致，能够期待较大的增强拉曼散射效果。例如，当将波长515nm的氩激光作为激发波长λ 1来使用时，可使波长555nm附近的拉曼散射光(拉曼位移UOOcnT1 至ieOOcnT1)较强地增强。图15示出表面等离子体激元的激发条件的说明图。图15所示的Cl表示表面等离子体激元的分布曲线(例如，在空气和金(Au)的边界面上的分布曲线)，C2表示光线。 在图15中，将金属光栅150的周期视为第一周期P1，在横轴上示出这时的光栅矢量的波数 2 π /Pl。首先，对金属光栅150和激发条件的关系进行说明。当将入射光Lin的波数视为 ki、将入射角度视为θ时，则金属光栅150的在排列方向(图13所示的第一方向Dl或第一方向Dl的相反方向)上的一次渐逝波的波数为2 π /Pl士ki ^in θ。表面等离子体激元在该渐逝波的波数2 π/Pl 士 ki · sine和表面等离子体的波数一致时被激发。也就是说， 表面等离子体激元的激发条件通过表示渐逝波的生成条件的直线和表面等离子体激元的分布曲线的交点来表示。图15的C3作为比较例示出表示在向金属光栅150垂直(θ =0)地入射光时的渐逝波的生成条件的直线。如图15的C3所示，这时的渐逝波的波数用2 π/Pl表示。该直线C3是从光栅矢量的波数位置向上延长的线，并与表面等离子体激元的分布曲线Cl相交。 这时，交点为一个，出现有与频率ω0 (角频率)对应的共振峰。C4和C5示出表示渐逝波的生成条件的直线。当使光以角度θ (Θ >0)向金属光栅150入射时，渐逝波的波数用2 π/Pl 士 ki Mine来表示。直线C4与2 π/Pl+ki · sin θ 对应，直线C5与2π/Ρ1-1 · sine对应。这些的直线C4和直线C5是从光栅矢量的波数的位置以角度θ向斜上方延长的线，并与表面等离子体激元的分布曲线Cl以两点(频率 ω+、ω-)相交。因此，在共振峰波长λ ρ 、λ ρ2中出现与频率ω +和频率ω-对应的两个共振峰。可以利用表面等离子体激元的激发条件，设定两个共振峰波长λ ρ 、λρ2，并将其两个共振峰波长λρ 、λρ2在表面增强拉曼散射中进行利用。具体地说，首先，通过严格耦合波分析(RCWA :Rigorous Coupled Wave Analysis)求出分布曲线 Cl (L. Li and C. W. Haggans, J. Opt. Soc. Am，A10,1184-1189 (1993))。分布曲线 Cl 是根据金属的种类、介质的种类、金属光栅150的截面形状而固有的曲线。接着，按照目标物的拉曼位移决定规定的光栅周期(例如第一周期Pl)和规定的入射角度θ。也就是说，将第一共振峰波长λ pi 设定在激发波长λ 1(瑞利散射波长)的附近，将第二共振峰波长λρ2(λρ2> λρ )设定在拉曼散射波长λ2的附近。而且，能够以直线C4通过分布曲线Cl和ω = ω + (λ = λρ )的交点、直线C5通过分布曲线Cl和ω = ω-(λ = λ p2)的交点的方式，设定规定的第一周期Pl和规定的入射角度θ。在图14的例子中，包括第一共振峰波长λρ 的第一共振峰波段BWl包括表面增强拉曼散射的激发波长λ 。包括第二共振峰波长λρ2的第二共振峰波段BW2包括表面增强拉曼散射的拉曼散射波长λ 2。通过以共振峰波段BW1、BW2分别包括共振峰波长入1、 λ 2的方式设定第一周期Pl及入射角度θ等，能够提高激发波长λ 1中的电场增强度和拉曼散射波长λ 2中的电场增强度。在这里，共振峰波段BW1、BW2是规定的反射光强度下的带宽，诸如也可以为峰的半宽度。另外，在图14中，虽然视为λ 1 = λρ 、λ2 = λρ2，但是λ 1和λρ 也可以不同，λ 2和λρ2也可以不同。图16示出传感器芯片的反射光强度的其他特性例。图16是当由金(Au)形成金属光栅150，并向金属光栅150的光的入射角度θ为5度、光的偏振方向与金属光栅150的槽方向(第二方向D2)正交、突起110的截面为矩形(大致矩形)、第一周期Pl为500nm、 第一高度Hl为40nm时的特性例。在图16的例子中，一个共振峰波长λ pi位于M5nm附近，另一个共振峰波长λ ρ2 位于600nm附近。通过使该两个共振峰波长λ pi及λ p2分别与激发波长λ 1及拉曼散射波长λ 2的附近匹配或者一致，能够期待较大的增强拉曼散射效果。在图16的例子中，与图14的例子相比，两个共振峰相当宽且变浅。不过，与只利用一个共振峰的情况相比，增强表面增强拉曼散射的信号的效果卓越。此外，通过采用金 (Au)，能够抑制因氧化或硫化等导致的表面劣化。图17示出图12的传感器芯片的变形例的立体图。以下，对与在图12等中已说明的构成要素相同的构成要素附加相同符号，并适当省略说明。在图12的例子中，作为入射
18光Lin，优选入射偏振方向的与基板100的平面平行的成分(偏振方向的相对于基板100的平面的正投影)与第一突起组115的排列方向(第一方向Dl)平行的直线偏振光。根据这样，通过直线偏振光，自由电子等离子体的疏密波向沿第一方向Dl的方向被诱发，从而能够激发沿第一突起组115的排列方向进行传播的表面等离子体。在图17的例子中，第一突起组115的顶面220可以包括由金属形成的第二突起组 205。第二突起组205的多个突起200分别沿着与基板100的平面平行的方向(第一方向 Dl)以比第一周期Pl短的第二周期P2(P2<P1)排列。此外，在图17的例子中，在排列有第一突起组115的、且是第一突起组115的邻接的突起110间的面(第一突起组115的邻接的突起110间的底面230)上也可以包括由金属形成的第三突起组215。第三突起组215的多个突起210分别沿着与基板100的平面平行的方向(第一方向Dl)以比第一周期Pl短的第三周期P3(P3<P1)排列。根据这样，通过第一突起组115传播型表面等离子体被激发，并通过该传播型表面等离子体在第二突起组205和第三突起组215上激发局部表面等离子体。通过这样，能够进一步提高激发波长λ 1和拉曼散射波长λ 2中的电场增强度。第二突起组205和第三突起组215的各突起200、210在突起200、210的排列方向 (第一方向Dl)上的截面形状从顶面220和底面230形成为凸形状。凸形状为矩形或梯形、 弧形等。例如，如图17所示，第二突起组205和第三突起组215在相对于基板100的俯视中，形成为与第二方向D2平行的条纹状。该第二突起组205和第三突起组215既可以由与第一突起组115相同的金属来形成，又可以由与其不同的金属来形成。图18示出图17的传感器芯片的截面图。该截面图的截面是与基板100的平面垂直的面，并是与第一方向Dl平行的面。如图18所示，距顶面220的第二高度为Η2的突起 200(第二突起组20 以比第一周期Pl短的第二周期P2排列。距底面230的第三高度为 H3的突起210(第三突起组215)以比第一周期Pl短的第三周期P3排列。诸如优选第二周期P2、第三周期P3设定为小于等于500nm，优选第二高度H2、第三高度H3设定为小于等于 200nm。另外，第三高度H3既可以为H3 > Hl，又可以为H3彡HI。在图18的例子中，第二突起组205和第三突起组215的排列方向为与第一突起组 115相同的排列方向(第一方向D1)。不过，第二突起组205和第三突起组215的排列方向也可以为与第一方向Dl不同的方向。这时，第二周期P2、第三周期P3成为在第一方向Dl 中的排列周期。如上所述，通过第一突起组115，在激发波长λ 1(瑞利散射波长)和拉曼散射波长 λ 2下激发具有两个共振峰的传播型表面等离子体。该表面等离子体沿金属光栅150的表面传播，并在第二突起组205和第三突起组215中激发局部型表面等离子体。而且，该局部表面型等离子体在第二突起组205和第三突起组215的突起200、210间激发增强电场，并通过该增强电场和目标物的相互作用，产生表面增强拉曼散射。这时，由于第二突起组205 和第三突起组215的突起200、210间隔狭窄，所以在突起200、210间激发有较强的增强电场。因此，即使吸附在突起200、210间的目标物为一个至数个，也能够通过该增强电场产生较强的表面增强拉曼散射。2. 5入射角图19(A)及图19(B)示出用于使入射光倾斜入射到传感器芯片的方法的说明图。
1以下，对与在图I(B)等中已说明的构成要素相同的构成要素附加相同符号，并适当省略说明。在图19(A)的例子中，通过将光源的光轴Laxl偏离物镜3的光轴Lax2，从而使入射光 Lin倾斜于传感器芯片300。在图19(B)的例子中，通过使光源的光轴Laxl与物镜3的光轴Lax2 —致，并使传感器芯片300倾斜于物镜3的光轴Lax2配置，从而使入射光Lin倾斜于传感器芯片300。在图19(A)的例子中，将传感器芯片300与物镜3的光轴Lax2垂直地配置在支撑部430上。而且，将有效的一个光源的光轴Laxl离开物镜3的光轴Lax2规定距离，并与物镜3的光轴Lax平行地向物镜3入射入射光Lin。规定距离是相对于传感器芯片300的入射光Lin的入射角度通过物镜3的折射成为θ角度的距离。来自传感器芯片300的光 Lout被入射到物镜3，并通过物镜3诸如被向图1的半透半反镜2等引导。在图19⑶的例子中，将传感器芯片300的平面(基板100的平面)的法线和物镜 3的光轴Lax2构成的角度配置成Θ。而且，沿物镜3的光轴Lax2，使来自有效的一个光源的入射光Lin入射。通过这样做，入射光Lin不被物镜3折射，而对传感器芯片300以入射角度θ入射。如图19(B)所示，为了使传感器芯片300倾斜，可以使支撑部430倾斜。另外，也可以变形图19(B)的例子，将支撑部430的支撑面制成倾斜面。2. 6光器件(基于蒸镀的金属纳米构造)图20㈧及图20⑶示出导电体的制造方法的简要说明图。例如用在图8(A)等中示出的光刻法进行制造的金属纳米构造也可称为自上而下法，金属纳米构造具有规则的排列构造，形成有增强电场的间隙部也一致。针对于此，通过蒸镀形成的独立的岛状的金属纳米构造大小和形状不均勻，形成增强电场的间隙部也不均勻。也就是，在增强电场强的地方和弱的地方，入射光Lin的偏振方向有自由度。不过，在该蒸镀的金属纳米构造中，由于在某处包含形成强的增强电场的条件，所以具有能够吸收制造偏差的优点。例如，利用真空蒸镀器，能够制造蒸镀的金属纳米构造。作为蒸镀条件的一个例子，可以在基板100中采用硼硅酸玻璃。此外，作为蒸镀金属，可以采用银(Ag)，并使银(Ag) 加热蒸镀到基板100上。这时，基板100不需要进行加热，而加热蒸镀的速率可以诸如设定为 0. 03nm/sec 0. 05nm/seco图20(A)示意地示出形成岛状的岛的过程。在蒸镀岛的初期中，在基板100上形成有银(Ag)核。在蒸镀岛的成长期中，银(Ag)以核为中心成长并变大。在蒸镀岛的完成期中，虽然邻接的岛彼此的邻接的距离变小，但是能够在邻接的岛不挨着的阶段停止真空蒸镀。图20(B)示出实际制作出的金属纳米构造的电子显微镜照片。可清楚看到形成有约25nm左右的Ag岛，并各个独立。在此基础上如继续蒸镀则Ag岛彼此连接起来，最终变成了膜状。虽然通常要求能蒸镀成均勻的膜状，但是这时优选尽量狭窄且高密度地形成独立的Ag岛。当将直线偏振光的光照射到这样的金属纳米构造上时，则在蒸镀岛间的间隙附近形成有强的增强电场，但间隙的位置和方向等不固定一致。有助于增强电场的是与该间隙的方向一致的入射光Lin内的ρ偏振波，并根据偏振方向，有较强地形成增强电场的情况和变得稍弱的情况。例如，通过切换图6(A)所示的多个光源，可以变更入射光Lin的偏振方向。通过这样，能够检测出比规定的强度大的拉曼散射光或具有最大强度的拉曼散射光。
2. 7光谱分析图21(A)、图21 (B)、图21 (C)示出拉曼光谱的峰提取的简要说明图。图21㈧示出在向某物质照射了激发激光时所检测出的拉曼光谱，用波数表示拉曼位移。在图21(A) 的例子中，可以考虑到第一峰(883CHT1)和第二峰(1453(3!^1)的特征。通过核对已获得的拉曼光谱和预先保持的数据(第一峰的拉曼位移及光强度、第二峰的拉曼位移及光强度等)， 能够确定目标物。图21 (B)示出在光接收元件380通过分辨率低的GOcnT1)分光元件370检测出第二峰的周边光谱时的信号强度(白圆)。图21 (C)示出在光接收元件380通过分辨率高的(IOcnT1)分光元件370检测出第二峰的周边光谱时的信号强度(白圆)。当分辨率高至 IOcnT1左右时，变得容易准确地确定第二峰的拉曼位移(黑圆)。另外，如上所述，虽然对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。例如，在说明书或附图中， 至少有一次与更广义或同义不同术语同时记载的用语，在说明书或附图的任何地方可以替换成其不同的用语。此外，光器件、检测装置、分析装置等的构成、操作也并不限定于本实施例所说明的，可以有各种的变形。
0168]标记说明0169]1光源组(第一光源组)2半透半反镜0170]3物镜4光器件0171]5检测器6切换部0172]7控制部8第二光源组0173]15光源驱动器0174]20金属微粒(金属纳米粒子)100基板0175]101抗蚀剂层104凹部0176]105凸部110,210,310 突起0177]115突起组(第一突起组)120表面0178]130玻璃基板140金属薄膜0179]150金属光栅205第二突起组0180]215第三突起组220顶面0181]230底面300传感器芯片0182]320准直透镜330偏振控制元件0183]360聚光透镜365滤光器0184]370分光元件375分光驱动器0185]380光接收元件385光接收电路0186]400吸引口(输入口)410排出口0187]420诱导部(输送部)421吸引流路0188]422传感器芯片附近的流路0189]423排出流路430支撑部0190]440罩450鼓风机0191]455鼓风机驱动器460处理部0192]46ICPU462RAM0193]463R0M470电力供给部0194]500外壳510通信接口0195]520电源接口530 接口0196]540显示部550操作部0197]A D光源BffU BW2共振峰波段0198]Dl第一方向D2第二方向0199]D3第三方向DA DD偏振方向0200]Laxl光源的光轴Lax2物镜的光轴(光学系统的光轴)0201]Lin来自光源的光(入射光)0202]Lout来自光器件的光(散射光、反射光)0203]Hl第一高度H2第一尚度0204]Pl第一周期P2第二周期0205]P3第三周期λ 1激发波长0206]λ 2拉曼散射波长λ ρ 、λ P2共振峰波长0207]θ入射角度
权利要求
1.一种检测装置，其特征在于，包括 具有多个光源的第一光源组；切换所述多个光源以使所述多个光源中的任一个光源有效的切换部； 使来自通过所述切换部切换为有效的光源的光入射到光器件的导电体的第一光学系统；以及从被所述导电体散射或反射的光中检测出拉曼散射光的检测器， 所述第一光源组的所述多个光源各自在有效的状态下能放射具有互不相同的偏振方向的光。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，当所述切换部从所述第一光源组的所述多个光源中使第一光源有效、且所述检测部检测出的所述拉曼散射光在规定的强度以下时，所述切换部使所述第一光源无效，从所述第一光源组的所述多个光源中使第二光源有效。
3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述切换部具有可变控制所述光器件和通过所述切换部切换为有效的所述光源的相对位置的控制部。
4.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述切换部具有可变控制所述光器件和所述第一光学系统的相对位置的控制部。
5.根据权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，所述控制部使通过所述切换部切换为有效的所述光源的光轴与所述第一光学系统的光轴一致。
6.根据权利要求3或4所述的检测装置，其特征在于，所述控制部使通过所述切换部切换为有效的所述光源的光轴偏离所述第一光学系统的光轴。
7.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，还包括 具有多个光源的第二光源组，所述第二光源组的所述多个光源各自与所述第一光源组的所述多个光源中的任一个光源对应，所述第二光源组的所述多个光源各自在有效的状态下，能放射偏振方向与所述第一光源组的所述多个光源中的对应的一个光源的偏振方向相同的光，当所述切换部从所述第一光源组的所述多个光源中使所述第二光源有效、且所述检测部检测出的所述拉曼散射光在所述规定的强度以下时，所述切换部使所述第二光源保持为有效，并从所述第二光源组的所述多个光源中使第三光源有效，朝向所述导电体的来自所述第二光源的光所具有的偏振方向与朝向所述导电体的来自所述第三光源的光所具有的偏振方向相同。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的检测装置，其特征在于， 所述光器件的所述导电体具有包括多个突起的第一突起组，所述第一突起组的所述多个突起各自沿着与所述导电体的假想平面平行的方向以第一周期排列，所述第一光学系统以来自通过所述切换部切换为有效的所述光源的所述光所具有的偏振方向的与所述假想平面平行的成分与所述第一突起组的排列方向平行的方式，使来自通过所述切换部切换为有效的所述光源的所述光入射到所述第一突起组。
9.根据权利要求8所述的检测装置，其特征在于，所述第一突起组的所述多个突起各自具有在所述第一突起组的顶面上通过导电体形成的第二突起组，与所述第一突起组的所述多个突起中的任一个突起对应的所述第二突起组的多个突起各自沿着与所述假想平面平行的所述方向以比所述第一周期短的第二周期排列。
10.根据权利要求8或9所述的检测装置，其特征在于，在排列有所述第一突起组、且是所述第一突起组的邻接的突起间的面上，具有通过导电体形成的第三突起组，所述第三突起组的多个突起各自在所述第一突起组的所述邻接的突起间沿与所述假想平面平行的所述方向以比所述第一周期短的第三周期排列。
11.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述光器件的所述导电体具有包括多个突起的第一突起组，所述第一突起组的所述多个突起各自沿着与所述导电体的假想平面平行的方向以第一周期排列，在使来自通过所述切换部切换为有效的所述光源的所述光的前进方向相对于朝向所述假想平面的垂线倾斜时的表面等离子体共振在第一共振峰波长和第二共振峰波长各自下产生，具有所述第一共振峰波长的第一共振峰波段具有由所述表面等离子体共振引起的表面增强拉曼散射的激发波长，具有所述第二共振峰波长的第二共振峰波段具有所述表面增强拉曼散射的拉曼散射波长。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的检测装置，其特征在于，还包括将所述拉曼散射光导向所述检测器的第二光学系统，所述检测器经由所述第二光学系统接收所述拉曼散射光。
全文摘要
本发明公开了一种检测装置，包括具有多个光源的第一光源组；切换多个光源以使多个光源中的任一个光源有效的切换部；使来自通过切换部变切换为有效的光源的光入射到光器件的导电体的第一光学系统；以及从被导电体散射或反射的光中检测出拉曼散射光的检测器。第一光源组的多个光源各自在有效的状态下能放射具有互不相同的偏振方向的光。
文档编号G01N21/65GK102419320SQ20111026445
公开日2012年4月18日 申请日期2011年9月7日 优先权日2010年9月14日
发明者坂上裕介, 尼子淳 申请人:精工爱普生株式会社