JP2017015629A - Light-guiding member, light-leading member, and light-leading method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-guiding member for microchip which enables incident light to be folded at 90 degrees by critical reflection using a silicone resin having a refractive index of lower than 1.45 as a constituent material.SOLUTION: There is provided a light-guiding member which has a light leading section 11 for leading out light to the outside, has a first gas optical path section 13 that is a light-guiding member being a plate-like body mainly formed of a silicone resin and has an optical path filled with gas, a first inclined surface forming an end of the first gas optical path section while being inclined with respect to a first optical axis being an optical axis 19 of the first gas optical path section by a first angle, and a second inclined surface that is inclined with respect to the first optical axis by a second angle, where the first angle is an angle in which light reaching the second inclined surface out of first refracted light that advances in the first optical axis and is refracted on the first inclined surface exists, and the second angle is an angle in which light is critically reflected by the second inclined surface out of the first refracted light reaching the second inclined surface exists.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、導光部材、光導出部材及び光導出方法に関し、特に、光を外部に導出する光導出部を備え、主にシリコーン樹脂からなる板状体の導光部材等に関する。   The present invention relates to a light guide member, a light guide member, and a light guide method, and more particularly to a plate-like light guide member mainly including a silicone resin that includes a light guide part that guides light to the outside.

近年、例えばシリコン、シリコーン、ガラスなどよりなる小さな基板上に、半導体微細加工の技術によってマイクロスケールの分析用チャネルなどを形成したマイクロチップよりなるマイクロリアクタを用いて微量の試薬の分離、合成、抽出、分析などを行う手法が注目されている。このようなマイクロリアクタを用いた反応分析システムは、マイクロ・トータル・アナリシス・システム(以下、「μTAS」という。)と称されている。μTASによれば、試薬の体積に対する表面積の比が大きくなることなどから高速かつ高精度の反応分析を行うことが可能となり、また、コンパクトで自動化されたシステムを実現することが可能となる。   In recent years, separation, synthesis, and extraction of trace amounts of reagents using a microreactor consisting of microchips, in which microscale analysis channels are formed on a small substrate made of, for example, silicon, silicone, glass, etc. Attention has been focused on methods for performing analysis and the like. A reaction analysis system using such a microreactor is called a micro total analysis system (hereinafter referred to as “μTAS”). According to μTAS, since the ratio of the surface area to the volume of the reagent is increased, it becomes possible to perform reaction analysis with high speed and high accuracy, and to realize a compact and automated system.

マイクロチップは、当該マイクロチップに設けられるマイクロチャンネルとも呼ばれる流路10に試薬が配置された反応領域、流体制御素子(マイクロポンプ、マイクロバルブ、マイクロミキサ、フィルタ、センサ)など各種機能を有する領域を設けて集積化することにより、様々な用途に適応させることが可能となる。   The microchip has a region having various functions such as a reaction region in which a reagent is arranged in a flow channel 10 also called a microchannel provided in the microchip, a fluid control element (micropump, microvalve, micromixer, filter, sensor). By providing and integrating, it is possible to adapt to various uses.

上記したマイクロチップは、典型的には一対のマイクロチップ基板が対向して接着された構造を有し、少なくとも1つの上記マイクロチップ基板の表面に微細な流路10(例えば、幅10〜数100μm、深さ10〜数100μm程度)が形成されている。   The above-described microchip typically has a structure in which a pair of microchip substrates are bonded to face each other, and a fine flow path 10 (for example, a width of 10 to several hundred μm is formed on the surface of at least one of the microchip substrates. , A depth of about 10 to several 100 μm).

マイクロチップの用途としては、遺伝子解析、臨床診断、薬物スクリーニングなどの化学、生化学、薬学、医学、獣医学の分野における分析、あるいは、化合物の合成、環境計測などが代表的である。   Typical applications of microchips include chemical analysis such as genetic analysis, clinical diagnosis, and drug screening, biochemistry, pharmacy, medicine, veterinary analysis, compound synthesis, and environmental measurement.

このようなマイクロチップにおいては、溶液の混合、反応、分離、精製、検出など様々な化学操作を実施することが可能である。そして、マイクロチップを分析機器に組み込むことにより、マイクロチップにおいて行われる反応等が分析機器により検出する。例えばマイクロチップが蛍光センサとして使用される場合、分析機器としては例えば単色光を放出するレーザ等からなる光源、光源からの光が照射されるマイクロチップ流路内の試料から放出される蛍光を受光する受光素子等を備える。すなわち、分析内容に応じた分析専用機にマイクロチップを組み込むことにより、様々な分析が実施される。上記した分析機器としては、例えば、発明者らが提案した光分析装置がある(特許文献1)。   In such a microchip, various chemical operations such as solution mixing, reaction, separation, purification, and detection can be performed. Then, by incorporating the microchip into the analytical instrument, the reaction performed on the microchip is detected by the analytical instrument. For example, when a microchip is used as a fluorescence sensor, the analytical instrument receives a light source composed of, for example, a laser that emits monochromatic light, and receives fluorescence emitted from a sample in a microchip channel irradiated with light from the light source. A light receiving element or the like. That is, various analyzes are performed by incorporating a microchip into a dedicated analysis machine according to the analysis content. An example of the analytical instrument described above is an optical analyzer proposed by the inventors (Patent Document 1).

図1に上記の光分析装置101の構成例を示す。この光分析装置101は、ディスプレイ103とディスプレイ103に表示される画像や演算機能を制御する制御部を有する、所謂、タブレット端末105と、光導入部107と光導出部109を有するマイクロチップ111とからなる。光分析装置101では、ディスプレイ103上の所定の位置にマイクロチップ111の光導入部107を配置する。制御部は、光導入部107に対応するディスプレイ103上の部位を発光させる。光導入部107よりマイクロチップ111内に導光される上記発光は、マイクロチップ111の流路113内に導入された検体を含む流体に照射される。そして光照射された検体を含む流体から放出される光(例えば、蛍光)がマイクロチップの光導出部109から外部に導出される。外部に導出される光は、例えば、タブレット端末105のカメラにより受光され、受光された光情報に基づき、タブレット端末105は所定の分析プログラムに則り、演算処理を実施する。以下、このような光分析装置をLOT(Labo on Tablet)とも呼称することにする。   FIG. 1 shows a configuration example of the optical analyzer 101 described above. This optical analyzer 101 includes a display 103 and a so-called tablet terminal 105 having a control unit that controls an image displayed on the display 103 and an arithmetic function, a microchip 111 having a light introducing unit 107 and a light deriving unit 109, and Consists of. In the optical analyzer 101, the light introducing unit 107 of the microchip 111 is disposed at a predetermined position on the display 103. The control unit causes the part on the display 103 corresponding to the light introducing unit 107 to emit light. The light emitted from the light introduction unit 107 into the microchip 111 is irradiated to a fluid containing the specimen introduced into the flow path 113 of the microchip 111. Then, light (for example, fluorescence) emitted from the fluid including the specimen irradiated with light is led out from the light deriving unit 109 of the microchip. The light derived to the outside is received by, for example, the camera of the tablet terminal 105, and the tablet terminal 105 performs arithmetic processing according to a predetermined analysis program based on the received light information. Hereinafter, such an optical analyzer is also referred to as LOT (Labo on Tablet).

マイクロチップからの光導出
内部に光が導入されるマイクロチップ111は、通常、PDMS等の光透過性が良好なシリコーン樹脂から構成される。LOTの場合、マイクロチップ111はタブレット端末105の表面に設置されることが前提となる。よって、LOTにおける分析用のマイクロチップ111の形状は、板状となり、少なくともLOT表面と密接するマイクロチップ111表面の下面側は、水平面となる。以下、上記したマイクロチップ111表面の下面側を「下側表面112」と称する。
The microchip 111 into which light is introduced into the light leading out from the microchip is usually made of a silicone resin having good light transmission properties such as PDMS. In the case of LOT, it is assumed that the microchip 111 is installed on the surface of the tablet terminal 105. Therefore, the shape of the microchip 111 for analysis in the LOT is a plate shape, and at least the lower surface side of the surface of the microchip 111 in close contact with the LOT surface is a horizontal plane. Hereinafter, the lower surface side of the surface of the microchip 111 is referred to as a “lower surface 112”.

マイクロチップ111の形状が板状である場合、流路113や流路113内の試料(検体)に照射される光を導光する導光路115は、流路113に連通する試料注入部117、試料排出部118や、導光路115に光を導入する光導入部107、導光路115からの光を外部に放出する光導出部109を除き、マイクロチップ111の下側表面に平行な方向に伸びるように構成される。   When the shape of the microchip 111 is a plate shape, the light guide 115 that guides the light irradiated to the flow path 113 and the sample (specimen) in the flow path 113 has a sample injection portion 117 that communicates with the flow path 113. Except for the sample discharge unit 118, the light introduction unit 107 that introduces light into the light guide 115, and the light derivation unit 109 that emits light from the light guide 115 to the outside, the sample extends in a direction parallel to the lower surface of the microchip 111. Configured as follows.

上記したマイクロチップ111の光導入部107に導入される光は、マイクロチップ111の下側表面に対して所定の入射角方向から導入される。例えば、図1の場合のように、ディスプレイ103から放出される光をマイクロチップ111の光導入部107に導入する場合、上記導入光は、上記下側表面112に対して垂直な方向から導入される(図2(a)参照)。なお、図2における矢印は、光の進行方向を示す。   The light introduced into the light introduction part 107 of the microchip 111 is introduced from a predetermined incident angle direction with respect to the lower surface of the microchip 111. For example, when the light emitted from the display 103 is introduced into the light introducing portion 107 of the microchip 111 as in the case of FIG. 1, the introduced light is introduced from a direction perpendicular to the lower surface 112. (See FIG. 2 (a)). In addition, the arrow in FIG. 2 shows the advancing direction of light.

一方、マイクロチップ111の光導出部109から導出される光もマイクロチップ111の下側表面に対して所定の出射角方向から導出される。例えば、光導出部109から導出される光をタブレット端末105に設けられたカメラ119に導光する場合、上記導出光は、下側表面112に対して垂直な方向へ導出される(図2(a)参照)。 On the other hand, the light derived from the light lead-out portion 109 1 of the microchip 111 is also derived for the lower side surface of the microchip 111 from a predetermined output angle direction. For example, when guiding the light derived from the light lead-out portion 109 1 to the camera 119 provided on the tablet device 105, the derivation light is derived in a direction perpendicular to the lower surface 112 (FIG. 2 (See (a)).

なお、マイクロチップ111よりマイクロチップ111の下側表面112に対して平行な方向(すなわち、マイクロチップ111内部の導光路115が伸びる方向)から光を導出することも可能である。しかしこの場合、光は板状のマイクロチップ111の側面に設けた光導出部109から導出される。そのためタブレット端末105のカメラ119にこの導出光を導光するには光ファイバ等の導光機器121が必要となり、構成が大がかりになってしまう(図2(b)参照)。なお、図2(b)の構造は、本願出願時点において非公知である。 Note that it is also possible to derive light from the microchip 111 in a direction parallel to the lower surface 112 of the microchip 111 (that is, the direction in which the light guide 115 inside the microchip 111 extends). However, in this case, the light is derived from the light lead-out portion 109 2 provided on the side surface of the plate-like microchip 111. Therefore, in order to guide the derived light to the camera 119 of the tablet terminal 105, a light guide device 121 such as an optical fiber is required, and the configuration becomes large (see FIG. 2B). Note that the structure of FIG. 2B is not known at the time of filing this application.

図2(a)に示すように、マイクロチップ111の光導出部109の位置をタブレット端末105のカメラ119の光入射部の位置と対応させると、マイクロチップ111の下側表面112から光を導出するように構成することにより、光ファイバ等の導光機器121を用いることなく、光導出部109から導出される光をカメラ119の光入射部に導光することが可能となる。その際は、導光路115が伸びる方向に導光路115を進む光を光導出部109側に垂直(90度)に折り返して当該光を外部に導出することが好ましい。このような構成により、光路を最短距離にすることができる。   As shown in FIG. 2A, when the position of the light extraction unit 109 of the microchip 111 is made to correspond to the position of the light incident unit of the camera 119 of the tablet terminal 105, light is derived from the lower surface 112 of the microchip 111. With this configuration, it is possible to guide the light derived from the light deriving unit 109 to the light incident unit of the camera 119 without using the light guiding device 121 such as an optical fiber. In that case, it is preferable that light traveling along the light guide path 115 in a direction in which the light guide path 115 extends is folded back to the light deriving unit 109 side (90 degrees) and led to the outside. With such a configuration, the optical path can be made the shortest distance.

特開2014−163818号公報JP, 2014-163818, A 特許第5152901号公報Japanese Patent No. 5152901

しかしながら、シリコーン樹脂等の合成樹脂から構成されるマイクロチップ111において、当該マイクロチップ内部の導光路を水平方向(マイクロチップの下側表面に対して平行な方向、すなわち、導光路が伸びる方向)に進行する光を90度折り返すには、マイクロチップ111に以下のような構造を設ける必要がある。
(1)マイクロチップ111内部を上記水平方向に進行する光が45度の角度で全反射する全反射面を、マイクロチップ111に設ける(以下、〔構造1〕と称する)。
(2)上記進行光を45度の角度で臨界反射をさせるための穴を、マイクロチップ111に設ける(以下、〔構造2〕と称する)。
以下、上記〔構造1〕〔構造2〕の構成例について、具体的に説明する。なお、図3及び図4を用いて以下に例示する構造1、構造2などの構造は、本願出願時点で非公知の構造である。
However, in the microchip 111 composed of a synthetic resin such as silicone resin, the light guide path inside the microchip is in the horizontal direction (the direction parallel to the lower surface of the microchip, that is, the direction in which the light guide path extends). In order to turn the traveling light 90 degrees, it is necessary to provide the microchip 111 with the following structure.
(1) A total reflection surface on which light traveling in the horizontal direction in the microchip 111 is totally reflected at an angle of 45 degrees is provided on the microchip 111 (hereinafter referred to as [Structure 1]).
(2) A hole for critically reflecting the traveling light at an angle of 45 degrees is provided in the microchip 111 (hereinafter referred to as [Structure 2]).
Hereinafter, a configuration example of [Structure 1] and [Structure 2] will be described in detail. Structures such as Structure 1 and Structure 2 exemplified below with reference to FIGS. 3 and 4 are structures that are not known at the time of filing this application.

〔構造1〕
構造1の構成例を図3に示す。同図に示す構造1は、マイクロチップ121内部の導光路122を上記水平方向に進行する光の光軸123に対し45度傾斜した金属等の材料からなる反射板125をマイクロチップ121の光導出部127に埋設して、45度全反射面を構築した構造である。なお、図示は省略するが、導光路122を進行する光の光軸123に対し45度傾斜した傾斜面をマイクロチップの光導出部127に設け、この傾斜面に金属材料を蒸着して構成してもよい。
図3に示す構造1の構造によれば、上記のように傾斜した反射板125に入射した、マイクロチップ121内部の導光路122を上記水平方向に進行する光を90度折り返すことが可能となる。
[Structure 1]
An example of the structure 1 is shown in FIG. In the structure 1 shown in the figure, the light guide of the microchip 121 is made of a reflector 125 made of a material such as a metal inclined by 45 degrees with respect to the optical axis 123 of the light traveling in the horizontal direction in the light guide path 122 inside the microchip 121. It is a structure in which a 45-degree total reflection surface is constructed by being embedded in the portion 127. Although illustration is omitted, an inclined surface inclined by 45 degrees with respect to the optical axis 123 of the light traveling through the light guide path 122 is provided in the light guide portion 127 of the microchip, and a metal material is vapor-deposited on the inclined surface. May be.
According to the structure 1 shown in FIG. 3, the light traveling in the horizontal direction in the light guide path 122 inside the microchip 121 incident on the reflector 125 inclined as described above can be turned back by 90 degrees. .

しかしながら、構造1の上記構成例においては、金属等の材料からなる反射板125をマイクロチップ121に埋設する必要があり、マイクロチップ121の製作工程が複雑になる。また、金属材料を蒸着する場合も、マイクロチップ121の製造にあたって、マイクロチップ121に傾斜面を構成する工程、当該傾斜面に金属材料を蒸着する工程が必要となり、同様にマイクロチップ121の製作工程が複雑になる。   However, in the above configuration example of the structure 1, it is necessary to embed the reflection plate 125 made of a material such as metal in the microchip 121, and the manufacturing process of the microchip 121 becomes complicated. In the case of depositing a metal material, in manufacturing the microchip 121, a step of forming an inclined surface on the microchip 121 and a step of depositing a metal material on the inclined surface are required. Becomes complicated.

〔構造2〕
構造2の構成例を図4に示す。同図に示すように、構造2は、マイクロチップ129内部の導光路130を上記水平方向に進行する光が入射した際、この光が45度の臨界反射を行うための斜面を有する導光孔131を、マイクロチップ129の光導出部133に設けたものである。
一般に、マイクロチップ129を構成するシリコーン樹脂の屈折率は、大気の屈折率より大きい。この特性を利用して、構造2においては、シリコーン樹脂からなるマイクロチップ129の導光孔131に大気との界面を有する斜面135が設けられる。大気に対するマイクロチップ129(シリコーン樹脂)の臨界角以上の入射角で斜面135を形成する導光孔131の底面に入射すると、当該光は斜面135により全反射される。
[Structure 2]
An example of the structure 2 is shown in FIG. As shown in the figure, the structure 2 has a light guide hole having an inclined surface for performing 45-degree critical reflection when light traveling in the horizontal direction enters the light guide path 130 inside the microchip 129. 131 is provided in the light lead-out portion 133 of the microchip 129.
In general, the refractive index of the silicone resin constituting the microchip 129 is larger than the refractive index of the atmosphere. By utilizing this characteristic, in the structure 2, the light guide hole 131 of the microchip 129 made of silicone resin is provided with a slope 135 having an interface with the atmosphere. When the light enters the bottom surface of the light guide hole 131 that forms the inclined surface 135 at an incident angle greater than the critical angle of the microchip 129 (silicone resin) with respect to the atmosphere, the light is totally reflected by the inclined surface 135.

ここで、上記水平方向に進行する光が斜面135へ入射するときの入射角が斜面135で光軸136に対し45度の臨界反射を行うような臨界角となるように、斜面135の角度を設定しておくと、マイクロチップ129内部の導光路130を上記水平方向に進行する光は、この斜面によって90度折り返される。   Here, the angle of the inclined surface 135 is set so that the incident angle when the light traveling in the horizontal direction is incident on the inclined surface 135 is a critical angle at which the inclined surface 135 performs 45-degree critical reflection with respect to the optical axis 136. If set, the light traveling in the horizontal direction in the light guide 130 inside the microchip 129 is folded back 90 degrees by the inclined surface.

臨界反射条件を用いて、導光路130を上記水平方向に進行する光を90度折り返すには、シリコーン樹脂の屈折率が1.45以上必要となる。
例えば、シリコーン樹脂の屈折率が1.45、大気の屈折率を1.0としたとき、臨界反射を起こす臨界角θcは、θc=arcsin(1.45/1)=約0.761(rad)となり、約43.6度となる。すなわち、画像面137(例えば、流路の試料から放出される蛍光の発光面)から上記水平方向に進行して斜面に入射する光の広がりが±1.4度であれば、この光は臨界反射する。
In order to turn back the light traveling in the horizontal direction through the light guide path 90 degrees using the critical reflection condition, the refractive index of the silicone resin needs to be 1.45 or more.
For example, when the refractive index of the silicone resin is 1.45 and the refractive index of the atmosphere is 1.0, the critical angle θc causing the critical reflection is θc = arcsin (1.45 / 1) = about 0.761 (rad ), Which is about 43.6 degrees. That is, if the spread of light that travels in the horizontal direction from the image surface 137 (for example, the light emission surface of the fluorescence emitted from the sample in the flow path) and enters the inclined surface is ± 1.4 degrees, this light is critical. reflect.

しかしながら、このような構成では、シリコーン樹脂としてポリジメチルシロキサン(PDMS)を使用できない。PDMSは、インプリント法によりマイクロ構造を構成することが可能な材料であり、サブミクロンの構造まで転写可能である。また、無色透明であり、可視光領域による吸収が小さく、自家蛍光もほとんどみられない。更には、生体適合性材料で細胞や組織に悪影響を及ぼさないので、例えば、バイオ分野で用いられる光検出用のマイクロチップにも使用される。
このPDMSの屈折率は、約1.41であり、臨界角は約0.788(rad)=約45.2度となり、45度を超えてしまう。そのため、臨界反射条件を用いて、導光路130を上記水平方向に進行する光を90度折り返すことはできない。
However, in such a configuration, polydimethylsiloxane (PDMS) cannot be used as the silicone resin. PDMS is a material capable of forming a microstructure by an imprint method, and can be transferred to a submicron structure. Further, it is colorless and transparent, has little absorption in the visible light region, and hardly shows autofluorescence. Furthermore, since it is a biocompatible material and does not adversely affect cells and tissues, it is also used in, for example, a microchip for light detection used in the bio field.
The refractive index of this PDMS is about 1.41, and the critical angle is about 0.788 (rad) = about 45.2 degrees, which exceeds 45 degrees. For this reason, the light traveling in the horizontal direction in the light guide path 130 cannot be folded back 90 degrees using the critical reflection condition.

一方、屈折率が1.45以上のシリコーン樹脂材料で、PDMSと同等の特徴を持つものは少なく、また高価である。例えば、LED封止材であるフェニルゴム(信越シリコーン社製:KER−6000)は、シリコーン樹脂のメチル基をフェニル基に置換をしたものであり、屈折率は1.50前後である。しかしながら、フェニル基を添加した分高価となる。   On the other hand, few silicone resin materials having a refractive index of 1.45 or more have the same characteristics as PDMS, and are expensive. For example, phenyl rubber (manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd .: KER-6000), which is an LED sealing material, is obtained by replacing the methyl group of a silicone resin with a phenyl group, and has a refractive index of around 1.50. However, it is expensive as the phenyl group is added.

そこで、本発明は、主にPDMS等の高価でなく屈折率が1.45を下回るシリコーン樹脂を構成材料として使用して、入射光を臨界反射により90度折り返すことを可能とする導光部材等を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention mainly uses a light-sensitive member such as PDMS which is not expensive and has a refractive index of less than 1.45 as a constituent material, and allows light to be turned 90 degrees by critical reflection. The purpose is to provide.

本発明の第1の観点は、光を外部に導出する光導出部を備え、主にシリコーン樹脂からなる板状体の導光部材であって、光路が気体で充填されている第1気体光路部と、前記第1気体光路部の光軸である第1光軸に対して第1角度だけ傾いて前記第1気体光路部の端を形成する第1斜面と、前記第1光軸に対して第2角度だけ傾いた第2斜面とを備え、前記第1角度は、前記第1光軸を進行して前記第1斜面で屈折した第1屈折光のうち前記第2斜面に到達する光が存在する角度であり、前記第2角度は、前記第2斜面に到達する前記第1屈折光のうち前記第2斜面で臨界反射される光が存在する角度である、導光部材である。   A first aspect of the present invention is a plate-shaped light guide member that is mainly composed of a silicone resin and includes a light guide portion that guides light to the outside. The first gas optical path is filled with a gas. A first inclined surface that is inclined by a first angle with respect to a first optical axis that is an optical axis of the first gas optical path part, and forms an end of the first gas optical path part, and with respect to the first optical axis A second inclined surface inclined by a second angle, and the first angle is a light that travels along the first optical axis and reaches the second inclined surface among the first refracted light refracted by the first inclined surface. The second angle is a light guide member that is an angle at which light that is critically reflected by the second inclined surface among the first refracted light that reaches the second inclined surface is present.

本発明の第2の観点は、第1の観点の導光部材であって、前記第1気体光路部とは別に、光路が気体で充填されている第2気体光路部をさらに備え、前記第2斜面は、前記第2気体光路部の端を形成し、前記第2角度は、前記第2気体光路部の光軸である第2光軸を進行して前記第2斜面で屈折した第2屈折光のうち前記第1斜面に到達する光が存在する角度であり、前記第1角度は、前記第1斜面に到達する前記第2屈折光のうち前記第1斜面で臨界反射される光が存在する角度である。   A second aspect of the present invention is the light guide member according to the first aspect, further comprising a second gas optical path portion in which an optical path is filled with gas, separately from the first gas optical path portion, The second inclined surface forms an end of the second gas optical path portion, and the second angle travels along the second optical axis that is the optical axis of the second gas optical path portion and is refracted by the second inclined surface. Of the refracted light, there is an angle at which light reaching the first slope is present, and the first angle is the light that is critically reflected by the first slope among the second refracted light that reaches the first slope. An existing angle.

本発明の第3の観点は、第2の観点の導光部材であって、前記第1斜面及び前記第2斜面の間の光路にPDMSが充填されており、前記第1光軸に対して前記第1斜面がなす角度α(0°≦α≦90°)、及び、前記第2光軸に対して前記第2斜面がなす角度β(0°≦β≦90°)について、51.0°≦α≦55.55°であり、かつ、51.0°≦β≦55.55°である。   A third aspect of the present invention is the light guide member according to the second aspect, wherein the optical path between the first inclined surface and the second inclined surface is filled with PDMS, and the first optical axis is 51.0 with respect to an angle α (0 ° ≦ α ≦ 90 °) formed by the first inclined surface and an angle β (0 ° ≦ β ≦ 90 °) formed by the second inclined surface with respect to the second optical axis. ° ≦ α ≦ 55.55 °, and 51.0 ° ≦ β ≦ 55.55 °.

本発明の第4の観点は、第3の観点の導光部材であって、51.17°≦α≦52.5°であり、かつ、51.17°≦β≦52.5°である。   A fourth aspect of the present invention is the light guide member according to the third aspect, wherein 51.17 ° ≦ α ≦ 52.5 ° and 51.17 ° ≦ β ≦ 52.5 °. .

本発明の第5の観点は、第3又は第4の観点の導光部材であって、前記第1光軸と前記第2光軸とが平行であり又は一致しており、αの値とβの値とが等しい。   A fifth aspect of the present invention is the light guide member according to the third or fourth aspect, wherein the first optical axis and the second optical axis are parallel or coincide with each other, and the value of α The value of β is equal.

本発明の第6の観点は、第2から第5のいずれかの観点の導光部材であって、前記第1気体光路部、前記第1斜面、前記第2気体光路部及び前記第2斜面に対応する組み合わせとして、2以上の自然数nに対して、第(2n―1)気体光路部、第(2n―1)斜面、第2n気体光路部及び第2n斜面の組み合わせをさらに1つ以上備える。   A sixth aspect of the present invention is the light guide member according to any one of the second to fifth aspects, wherein the first gas optical path portion, the first slope, the second gas optical path portion, and the second slope. As a combination corresponding to, one or more combinations of the (2n-1) gas optical path part, the (2n-1) slope, the second n gas optical path part, and the second n slope are provided for a natural number n of 2 or more. .

本発明の第7の観点は、入射した光を外部に導出する光導出部材であって、錐体の形状又は錐体の一部を切り取った立体形状を備え、前記立体形状は、側面及び底面を有し、前記立体形状は、PDMSが充填されており、前記底面に対する前記側面の仰角は、51.0°以上であり、かつ、55.55°以下である   A seventh aspect of the present invention is a light deriving member for deriving incident light to the outside. The light deriving member includes a cone shape or a three-dimensional shape obtained by cutting a part of the cone, and the three-dimensional shape includes a side surface and a bottom surface. The three-dimensional shape is filled with PDMS, and the elevation angle of the side surface with respect to the bottom surface is 51.0 ° or more and 55.55 ° or less.

本発明の第8の観点は、主にシリコーン樹脂からなる板状体の導光部材を用いた光導出方法であって、前記導光部材は、光路が気体で充填されている第1気体光路部と、前記第1気体光路部の光軸である第1光軸に対して第1角度だけ傾いて前記第1気体光路部の端を形成する第1斜面と、前記第1光軸に対して第2角度だけ傾いた第2斜面とを備え、前記第1角度は、前記第1光軸を進行して前記第1斜面で屈折した第1屈折光のうち前記第2斜面に到達する光が存在する角度であり、前記第2角度は、前記第2斜面に到達する前記第1屈折光のうち前記第2斜面で臨界反射される光が存在する角度であり、前記第1斜面に対して前記第1光軸に沿って光を入射させる入射ステップを含む、光導出方法である。   An eighth aspect of the present invention is a light derivation method using a plate-shaped light guide member mainly made of silicone resin, wherein the light guide member has a first gas optical path whose optical path is filled with gas. A first inclined surface that is inclined by a first angle with respect to a first optical axis that is an optical axis of the first gas optical path part, and forms an end of the first gas optical path part, and with respect to the first optical axis A second inclined surface inclined by a second angle, and the first angle is a light that travels along the first optical axis and reaches the second inclined surface among the first refracted light refracted by the first inclined surface. And the second angle is an angle at which light that is critically reflected by the second slope among the first refracted light that reaches the second slope is present, and with respect to the first slope. A light derivation method including an incident step of causing light to enter along the first optical axis.

本発明の各観点によれば、第1斜面で入射光を屈折させた後に第2斜面で反射させるため、臨界反射の条件が緩和される。このため、板状体の導光部材の内部を光軸方向に進行する光を外部に導出することが容易となる。   According to each aspect of the present invention, since the incident light is refracted on the first slope and then reflected on the second slope, the condition of critical reflection is relaxed. For this reason, it becomes easy to derive the light traveling in the optical axis direction inside the light guide member of the plate-like body to the outside.

本発明の第2の観点によれば、第1の観点と比べて部材の数を増やすことなく、板状体の導光部材の内部を2つの方向に進行する光の進行方向を変えて外部に導出することが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, it is possible to change the traveling direction of light traveling in two directions inside the light guide member of the plate-like body without increasing the number of members as compared with the first aspect. Can be derived.

本発明の第3又は第7の観点によれば、導光部材の構成材料として高価でないPDMSを用いて、屈折面及び臨界反射面を有効に機能させ、又は、反射光の進行方向が光軸に対して90°に近い方向とすることが容易となる。   According to the third or seventh aspect of the present invention, by using inexpensive PDMS as a constituent material of the light guide member, the refractive surface and the critical reflection surface are effectively functioned, or the traveling direction of the reflected light is the optical axis. It becomes easy to set it as the direction close | similar to 90 degrees with respect to this.

ここで、高価なフェニルゴムを用いた場合のように、シリコーン樹脂の屈折率が1.45以上であったとしても、以下のような問題がある。   Here, even when the refractive index of the silicone resin is 1.45 or more as in the case of using expensive phenyl rubber, there are the following problems.

図5は、図4においてマイクロチップ129の材料であるシリコーン樹脂の屈折率が1.45であるときに、画像面137から発せられる光の進行方向と光軸136がなす角度(以下、「視野角」という)と、斜面135における臨界反射の可否との関係を示す図である。計算の結果、図5(a)に示すように、視野角±2度の場合は臨界反射により光を90度折り返される。一方、視野角±3度の場合は、図5(b)に示すように、光の一部は臨界反射されず、シリコーン樹脂から外部へ離脱する。   FIG. 5 shows an angle (hereinafter referred to as “field of view”) formed by the traveling direction of light emitted from the image plane 137 and the optical axis 136 when the refractive index of the silicone resin that is the material of the microchip 129 in FIG. It is a diagram showing the relationship between the angle and the possibility of critical reflection on the slope 135. As a result of the calculation, as shown in FIG. 5A, when the viewing angle is ± 2 degrees, the light is folded back 90 degrees by critical reflection. On the other hand, when the viewing angle is ± 3 degrees, as shown in FIG. 5B, a part of the light is not critically reflected and leaves the silicone resin to the outside.

このように、臨界反射作用を用いて導光路130を進行する光を90度折り返すには、屈折率が1.45以上のシリコーン樹脂を採用することが必要であるが、その場合、視野角が充分に取れない。仮に、シリコーン樹脂の屈折率が1.5の場合であっても、許容される視野角は±4度である。すなわち、上記のように臨界反射作用を用いて光を90度折り返す場合、視野角を十分に大きく取れないので、マイクロチップ129内の試料から放出される光を必ずしも十分に検出できない場合も生じてしまう。   As described above, in order to turn the light traveling through the light guide path 130 by 90 degrees using the critical reflection action, it is necessary to employ a silicone resin having a refractive index of 1.45 or more. I can't get enough. Even if the refractive index of the silicone resin is 1.5, the permissible viewing angle is ± 4 degrees. That is, when turning the light 90 degrees using the critical reflection action as described above, the viewing angle cannot be made sufficiently large, and thus the light emitted from the sample in the microchip 129 may not always be sufficiently detected. End up.

そこで、本発明の第4の観点によれば、例えば±9度と視野角が大きな導光部材を提供することが可能となる。そのため、視野角が狭い導光部材を用いる場合と比べて導出する光量を増加させ、例えば外部のカメラが明るく鮮明な画像を撮影することが容易となる。しかも、光軸に沿って入射した光をほぼ直角に反射することが可能となる。さらに、屈折面及び臨界反射面を有効に機能させることと、反射光の進行方向が光軸に対して90°に近い方向とすることの両立が容易となる。   Therefore, according to the fourth aspect of the present invention, it is possible to provide a light guide member having a large viewing angle of ± 9 degrees, for example. Therefore, the amount of light to be derived is increased as compared with the case of using a light guide member with a narrow viewing angle, and for example, it becomes easy for an external camera to capture a bright and clear image. In addition, the light incident along the optical axis can be reflected almost at right angles. Furthermore, it becomes easy to make the refracting surface and the critical reflecting surface function effectively and to make the traveling direction of the reflected light a direction close to 90 ° with respect to the optical axis.

さらに、本発明の第5の観点によれば、光導出部の構造がシンプルで対称性が高いものとなり、光導出部の生産が容易となる。   Furthermore, according to the fifth aspect of the present invention, the structure of the light guide part is simple and highly symmetric, and the production of the light guide part is facilitated.

本発明の発明者らが開発した従来の光分析装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional optical analyzer which the inventors of this invention developed. 図1の光分析装置において光をタブレット端末に導出する際の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example at the time of guide | inducing light to a tablet terminal in the optical analyzer of FIG. 金属反射板を用いて光を全反射させる場合の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example in the case of totally reflecting light using a metal reflecting plate. シリコーン樹脂と導光孔の構造により光を反射させる場合の構造例を示す図である。It is a figure which shows the structural example in the case of reflecting light with the structure of a silicone resin and a light guide hole. フェニルゴムを用いた場合に視野角と臨界反射の可否との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a viewing angle and the possibility of critical reflection when using phenyl rubber. 実施例1に係る光導出部の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of a light derivation unit according to Embodiment 1. FIG. 実施例1において視野角と臨界反射の可否との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a viewing angle and the possibility of critical reflection in Example 1. FIG. 仰角と反射光の進行方向との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an elevation angle and the advancing direction of reflected light. 実施例2に係る光導出部を用いて2方向からの光を導出する概念を示す図である。It is a figure which shows the concept which derives | leads-out the light from two directions using the light derivation | leading-out part which concerns on Example 2. FIG. 4方向からの光を導出可能な光導出部を例示する図である。It is a figure which illustrates the light derivation | leading-out part which can derive | lead-out the light from 4 directions. 8方向からの光を導出可能な光導出部を例示する図である。It is a figure which illustrates the light derivation | leading-out part which can derive | lead-out the light from 8 directions.

以下、図面を参照して、本発明の実施例について述べる。なお、本発明の実施の形態は、以下の実施例に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiments of the present invention are not limited to the following examples.

本実施例に係る光導出部(本願請求項における「光導出部」の一例)の構成例を図6に示す。図6において、タブレット端末1上に主にシリコーン樹脂からなる板状体のマイクロチップ3(本願請求項における「導光部材」の一例)が設置されている。   FIG. 6 shows a configuration example of the light deriving unit according to the present embodiment (an example of “light deriving unit” in the claims of the present application). In FIG. 6, a plate-like microchip 3 (an example of “light guide member” in the claims of the present application) mainly made of silicone resin is installed on the tablet terminal 1.

タブレット端末1は、カメラ5を有する。マイクロチップ3は、導光路7と、画像面9と、光導出部11(本願請求項における「光導出部」の一例)とを備える。光導出部11は、気体光路部13(本願請求項における「第1気体光路部」の一例)と、導光孔15と、光導出部材17(本願請求項における「光導出部材」の一例)とを備える。光導出部材17は、面A(本願請求項における「第1斜面」の一例)と面B(本願請求項における「第2斜面」の一例)とを備える。導光路7の光軸と気体光路部13の光軸19(本願請求項における「第1光軸」の一例)は、一致している。面Aが光軸19に対してなす角度を角α(本願請求項における「第1角度」の一例)、面Bが光軸19に対してなす角度を角β(本願請求項における「第2角度」の一例)とする(0°≦α≦90°、0°≦β≦90°)。   The tablet terminal 1 has a camera 5. The microchip 3 includes a light guide path 7, an image surface 9, and a light deriving unit 11 (an example of a “light deriving unit” in the claims of the present application). The light deriving portion 11 includes a gas optical path portion 13 (an example of “first gas optical path portion” in the claims of the present application), a light guide hole 15, and a light deriving member 17 (an example of “light deriving member” in the claims of the present application). With. The light guide member 17 includes a surface A (an example of a “first slope” in the claims) and a surface B (an example of a “second slope” in the claims). The optical axis of the light guide path 7 and the optical axis 19 of the gas optical path portion 13 (an example of “first optical axis” in the claims of the present application) coincide with each other. The angle formed by the surface A with respect to the optical axis 19 is an angle α (an example of a “first angle” in the claims of the present application), and the angle formed by the surface B with respect to the optical axis 19 is expressed by an angle β ( An example of “angle” (0 ° ≦ α ≦ 90 °, 0 ° ≦ β ≦ 90 °).

本構成は、光導出部11において、大気との界面を有する屈折面(図6の面A)と大気との界面を有する臨界反射面(面B)を設けたものである。
すなわち、大気とシリコーン樹脂との屈折率差を利用し、シリコーン樹脂の導光路を上記水平方向進行する光(光軸19の方向は、水平方向とする)を、一旦、大気中(気体光路部13)に導出し、導出した光を面Aから再びシリコーン樹脂(光導出部材17)内に導入する。ここで、面Aのシリコーン樹脂の導光路を進行する光の光軸に対する角度を調整することにより、屈折面Aにおける入射光の屈折方向を鉛直下向き方向に屈折させる。
In this configuration, the light derivation unit 11 is provided with a refractive surface (surface A in FIG. 6) having an interface with the atmosphere and a critical reflection surface (surface B) having an interface with the atmosphere.
That is, using the difference in refractive index between the atmosphere and the silicone resin, the light that travels in the horizontal direction in the silicone resin light guide (the direction of the optical axis 19 is the horizontal direction) once in the atmosphere (gas optical path section) 13), the derived light is again introduced from the surface A into the silicone resin (light deriving member 17). Here, the refraction direction of the incident light on the refracting surface A is refracted in the vertically downward direction by adjusting the angle of the light traveling on the light guide path of the silicone resin on the surface A with respect to the optical axis.

この屈折光(本願請求項における「第1屈折光」の一例)を得ることにより、臨界反射面(面B)へ入射する光の進行方向が上記水平方向ではなくなり、臨界反射面(面B)における臨界反射条件が緩和される。そのため、この構成によれば、屈折率が1.45を下回るシリコーン樹脂を用いることが可能となる。例えば、マイクロチップを構成するシリコーン樹脂として、屈折率が約1.41であるPDMS樹脂を用いても、マイクロチップの導光路を上記水平方向に進行する光を90度折り返すことが可能となる。   By obtaining this refracted light (an example of “first refracted light” in the claims of the present application), the traveling direction of light incident on the critical reflection surface (surface B) is not the horizontal direction, and the critical reflection surface (surface B). The critical reflection condition at is relaxed. Therefore, according to this configuration, it is possible to use a silicone resin having a refractive index lower than 1.45. For example, even when a PDMS resin having a refractive index of about 1.41 is used as the silicone resin constituting the microchip, the light traveling in the horizontal direction through the light guide path of the microchip can be turned 90 degrees.

また、本構造によれば、上記した〔構造2〕と比較すると、許容される視野角を大きくすることが可能となる。   Further, according to the present structure, it is possible to increase the permissible viewing angle as compared with the above [Structure 2].

図7は、マイクロチップ3を構成するシリコーン樹脂がPDMS(屈折率=1.408とした)材料である場合において、屈折面(図6の面A)と臨界反射面(面B)の仰角を51.5度としたときの視野角と、面A,面Bとの関係を示す図である。   7 shows the elevation angles of the refractive surface (surface A in FIG. 6) and the critical reflection surface (surface B) when the silicone resin constituting the microchip 3 is a PDMS (refractive index = 1.008) material. It is a figure which shows the relationship between the viewing angle when it is set to 51.5 degree | times, and the surface A and the surface B. FIG.

光路計算によれば、図7(a)に示すように、上記の条件において視野角が±9度の場合、図6に示す本発明の光導出部11における屈折面、臨界反射面を用いて、マイクロチップ3内部の導光路を水平方向(マイクロチップの下側表面に対して平行な方向、すなわち、光軸19の方向)に進行し、大気を経由して面Aに上記水平方向から入射する光を90度折り返すことが可能であることが分かった。一方、上記の条件において視野角が±10度の場合は、図7(b)に示すように、屈折面(面A)において屈折された光の一部は臨界面(面B)において臨界反射されず、シリコーン樹脂から外部へ離脱することが判明した。   According to the optical path calculation, as shown in FIG. 7A, when the viewing angle is ± 9 degrees under the above conditions, the refractive surface and critical reflection surface in the light deriving unit 11 of the present invention shown in FIG. 6 are used. The light guide path inside the microchip 3 travels in the horizontal direction (the direction parallel to the lower surface of the microchip, ie, the direction of the optical axis 19), and enters the surface A from the horizontal direction via the atmosphere. It was found that the light to be turned can be turned 90 degrees. On the other hand, when the viewing angle is ± 10 degrees under the above conditions, as shown in FIG. 7B, a part of the light refracted on the refracting surface (surface A) is critically reflected on the critical surface (surface B). It was found that the silicone resin was released to the outside.

すなわち、上記のような条件下の本構造においては、従来の構造〔構造2〕と比較して、視野角を±9度まで広げることが可能である。   That is, in this structure under the above-described conditions, the viewing angle can be expanded to ± 9 degrees as compared with the conventional structure [Structure 2].

ここで、屈折の法則及び反射の法則に基づいて、屈折面(面A)及び臨界反射面(面B)の仰角の好ましい範囲について述べる。   Here, a preferable range of the elevation angle of the refracting surface (surface A) and the critical reflecting surface (surface B) will be described based on the law of refraction and the law of reflection.

PDMSの屈折率を公称の1.41とすると、光軸に沿って面Aに入射した光が面Bにおいて臨界反射する角度の最大値は、55.55°となる。また、面Bにおいて光軸に対して直角に臨界反射する光が存在する角度の最小値は、51.20°となる。   When the refractive index of PDMS is nominally 1.41, the maximum value of the angle at which the light incident on the surface A along the optical axis is critically reflected on the surface B is 55.55 °. In addition, the minimum value of the angle at which light critically reflects at right angles to the optical axis on the surface B is 51.20 °.

PDMSの屈折率をより正確に1.408とすると、屈折の法則及び反射の法則に基づいて、光軸に沿って面Aに入射した光が面Bにおいて臨界反射する角度の最大値は、55.46°となる。また、面Bにおいて光軸に対して直角に臨界反射する光が存在する角度の最小値は、51.17°となる。   When the refractive index of PDMS is more accurately set to 1.408, based on the law of refraction and the law of reflection, the maximum value of the angle at which the light incident on the surface A along the optical axis is critically reflected at the surface B is 55 .46 °. In addition, the minimum value of the angle at which light critically reflects at right angles to the optical axis on the surface B is 51.17 °.

したがって、少なくとも屈折面(面A)及び臨界反射面(面B)が有効に機能するためには、仰角が51.17°以上、かつ、55.55°以下であることが好ましいといえる。   Therefore, it can be said that the elevation angle is preferably 51.17 ° or more and 55.55 ° or less so that at least the refractive surface (surface A) and the critical reflection surface (surface B) function effectively.

さらに、反射光の進行方向の観点から、屈折面(面A)及び臨界反射面(面B)の仰角の好ましい範囲について述べる。図8は、仰角と反射光の進行方向との関係を示す図であり、仰角が(a)50.5°、(b)51.0°、(c)51.5°、(d)52.0°、(e)52.5°、(f)53.0°のときの反射光の進行方向を示す図である。図8において、仰角を50.5°から53°の範囲で0.5°刻みで変更した。また、入射光の屈折面に入射する前の角度を光軸方向に対して±13°の範囲で1°刻みで変更した。   Furthermore, from the viewpoint of the traveling direction of the reflected light, a preferable range of the elevation angle of the refracting surface (surface A) and the critical reflecting surface (surface B) will be described. FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the elevation angle and the traveling direction of the reflected light. The elevation angles are (a) 50.5 °, (b) 51.0 °, (c) 51.5 °, and (d) 52. It is a figure which shows the advancing direction of the reflected light in case of 0.0 degree, (e) 52.5 degree, and (f) 53.0 degree. In FIG. 8, the elevation angle was changed in a range of 50.5 ° to 53 ° in 0.5 ° increments. Further, the angle of the incident light before entering the refracting surface was changed in increments of 1 ° within a range of ± 13 ° with respect to the optical axis direction.

図8(a)を参照して、仰角が50.5°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角が明らかに90°よりも小さかった。また、入射光が+13°及び+12°の角度の場合、臨界反射しなかった。図8(b)を参照して、仰角が51.0°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角が90°よりも小さかった。また、入射光が+13°、+12°及び+11°の角度の場合、臨界反射しなかった。図8(c)を参照して、仰角が51.5°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角が90°に近い角度であった。また、入射光が+13°〜+10°の角度の場合、臨界反射しなかった。図8(d)を参照して、仰角が52.0°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角がほぼ90°であった。また、入射光が+13°〜+9°の角度の場合、臨界反射しなかった。図8(e)を参照して、仰角が52.5°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角が90°よりも大きくなった。また、入射光が+13°〜+7°の角度の場合、臨界反射しなかった。最後に、図8(f)を参照して、仰角が53.0°の場合、反射光の進行方向が光軸に対してなす角が明らかに90°よりも大きかった。また、入射光が+13°〜+7°の角度の場合、臨界反射しなかった。   Referring to FIG. 8A, when the elevation angle is 50.5 °, the angle formed by the traveling direction of the reflected light with respect to the optical axis was clearly smaller than 90 °. Further, when the incident light was at angles of + 13 ° and + 12 °, critical reflection was not caused. Referring to FIG. 8B, when the elevation angle is 51.0 °, the angle formed by the traveling direction of the reflected light with respect to the optical axis was smaller than 90 °. In addition, when the incident light had angles of + 13 °, + 12 °, and + 11 °, critical reflection did not occur. With reference to FIG.8 (c), when the elevation angle was 51.5 degrees, the angle which the advancing direction of reflected light makes with respect to an optical axis was an angle close | similar to 90 degrees. Further, when the incident light has an angle of + 13 ° to + 10 °, critical reflection was not caused. Referring to FIG. 8D, when the elevation angle is 52.0 °, the angle formed by the traveling direction of the reflected light with respect to the optical axis is approximately 90 °. Further, when the incident light was at an angle of + 13 ° to + 9 °, critical reflection was not caused. Referring to FIG. 8E, when the elevation angle is 52.5 °, the angle formed by the traveling direction of the reflected light with respect to the optical axis is larger than 90 °. In addition, when the incident light was at an angle of + 13 ° to + 7 °, critical reflection did not occur. Finally, referring to FIG. 8F, when the elevation angle is 53.0 °, the angle formed by the reflected light traveling direction with respect to the optical axis is clearly larger than 90 °. In addition, when the incident light was at an angle of + 13 ° to + 7 °, critical reflection did not occur.

したがって、反射光の進行方向が光軸に対して90°に近い方向である観点からは、仰角が51.0°以上、かつ、52.5°以下であることが好ましいといえる。   Therefore, it can be said that the elevation angle is preferably 51.0 ° or more and 52.5 ° or less from the viewpoint that the traveling direction of the reflected light is close to 90 ° with respect to the optical axis.

以上より、屈折面(面A)及び臨界反射面(面B)が有効に機能し、又は、反射光の進行方向が光軸に対して90°に近い方向であるためには、仰角が、51.0°以上、かつ、55.55°以下であることがさらに好ましいといえる。さらに、屈折面(面A)及び臨界反射面(面B)が有効に機能し、かつ、反射光の進行方向が光軸に対して90°に近い方向であるためには、仰角が、51.17°以上、かつ、52.5°以下であることがさらに好ましいといえる。   From the above, in order for the refractive surface (surface A) and the critical reflection surface (surface B) to function effectively, or for the traveling direction of the reflected light to be close to 90 ° with respect to the optical axis, the elevation angle is It can be said that the angle is more preferably 51.0 ° or more and 55.55 ° or less. Further, in order for the refracting surface (surface A) and the critical reflection surface (surface B) to function effectively and the traveling direction of the reflected light be close to 90 ° with respect to the optical axis, the elevation angle is 51 It can be said that the angle is more preferably 17 ° or more and 52.5 ° or less.

本実施例では、実施例1に係る光導出部材17の構造を改良し、複数方向からの光を導出することを可能とする光導出部材について述べる。   In this embodiment, a light derivation member that improves the structure of the light derivation member 17 according to the first embodiment and makes it possible to derive light from a plurality of directions will be described.

上記したように、シリコーン樹脂としてPDMS樹脂(屈折率1.408)を使用すると、屈折面(図6の面A)と臨界反射面(面B)の仰角をいずれも51.5度とすると、マイクロチップ内部の導光路を上記水平方向に進行してきた光(光軸は水平方向)を90度折り返すことが可能となる。また、上記したように、PDMS樹脂(屈折率1.408)を使用すると、本発明における屈折面(図6の面A)の仰角と臨界反射面(面B)の仰角とを等しくできることがわかった。   As described above, when PDMS resin (refractive index: 1.408) is used as the silicone resin, if the elevation angle of the refracting surface (surface A in FIG. 6) and the critical reflecting surface (surface B) is 51.5 degrees, The light traveling in the horizontal direction in the light guide path inside the microchip (the optical axis is in the horizontal direction) can be turned back 90 degrees. Further, as described above, when PDMS resin (refractive index: 1.408) is used, the elevation angle of the refracting surface (surface A in FIG. 6) and the elevation angle of the critical reflecting surface (surface B) in the present invention can be made equal. It was.

すなわち、図6において屈折面(面A)と臨界反射面(面B)の仰角が等しいので、マイクロチップ3内部の気体光路部13を上記水平方向に進行してきた光(光軸は水平方向)を面B側から入射させた場合、図6の面Bが屈折面、面Aが臨界反射面として機能することになる。よって、上記水平方向であって面B側から入射する光をも90度折り返すことが可能となる。   That is, in FIG. 6, since the elevation angles of the refracting surface (surface A) and the critical reflecting surface (surface B) are equal, the light traveling in the horizontal direction in the gas optical path portion 13 inside the microchip 3 (the optical axis is in the horizontal direction). Is incident from the surface B side, the surface B in FIG. 6 functions as a refractive surface and the surface A functions as a critical reflecting surface. Therefore, the light incident from the surface B side in the horizontal direction can be turned back by 90 degrees.

すなわち、図9(a)に示すように、PDMS樹脂からなるマイクロチップであって、光導出部に、大気との界面を有する2つの斜面として第1斜面21(本願請求項における「第1斜面」の一例)及び第2斜面23(本願請求項における「第2斜面」の一例)を設け、第1斜面21の仰角γ(本願請求項における「第1角度」の一例)及び第2斜面の仰角δ(本願請求項における「第2角度」の一例)をどちらも51.5°とし、第1斜面21と第2斜面23とが交差するように構成する。   That is, as shown in FIG. 9A, a microchip made of PDMS resin has a first inclined surface 21 (“first inclined surface” in the claims of the present application) as two inclined surfaces having an interface with the atmosphere at the light outlet portion. ) And a second slope 23 (an example of “second slope” in the claims of the present application), and an elevation angle γ (an example of “first angle” in the claims of the present application) and the second slope of the first slope 21. The elevation angle δ (an example of the “second angle” in the claims of the present application) is 51.5 ° in both cases, and the first slope 21 and the second slope 23 intersect each other.

また、第1画像面9から第1斜面21に入射する光の導光路である第1気体光路部(本願請求項における「第1気体光路部」の一例)における光軸である第1光軸(本願請求項における「第1光軸」の一例)と、第2画像面9から第2斜面に入射する光の導光路である第2気体光路部(本願請求項における「第2気体光路部」の一例)における光軸である第2光軸(本願請求項における「第2光軸」の一例)とは、一致している。 Further, the first light is an optical axis in the first gas optical path portion from the first image plane 9 1 is a light path of light incident on the first inclined surface 21 (an example of "first gas optical path portion" in the present claims) axis (the application examples of the "first optical axis" in the claims), "the second gas in the second gas optical path portion (the claims from the second image plane 9 2 is a light path of light incident on the second slope The second optical axis (an example of the “second optical axis” in the claims of the present application), which is the optical axis in the “optical path part”), coincides with the second optical axis.

さらに、仰角γは、画像面9から第1光軸を進行して第1斜面21で屈折した第1屈折光27(本願請求項における「第1屈折光」の一例)のうち第2斜面23に到達する光が存在する角度である。仰角δは、第2斜面23に到達する第1屈折光27のうち第2斜面23で臨界反射される光が存在する角度である。 Furthermore, elevation γ, the second inclined surface of the first refracted light 27 is refracted by the first inclined surface 21 from the image plane 9 1 proceeds the first optical axis (an example of "first refracted light" in the present claims) This is the angle at which light reaching 23 is present. The elevation angle δ is an angle at which light critically reflected by the second inclined surface 23 exists in the first refracted light 27 that reaches the second inclined surface 23.

同様に、仰角δは、画像面9から第2光軸を進行して第2斜面23で屈折した第2屈折光33(本願請求項における「第2屈折光」の一例)のうち第1斜面21に到達する光が存在する角度である。仰角γは、第1斜面21に到達する第2屈折光33のうち第1斜面21で臨界反射される光が存在する角度である。 Similarly, the elevation angle δ is first in the second refracted light 33 refracted by the second inclined surface 23 from the image plane 9 2 proceeds the second optical axis (an example of "second refracted light" in the present claims) This is an angle at which light reaching the slope 21 exists. The elevation angle γ is an angle at which light critically reflected by the first inclined surface 21 exists in the second refracted light 33 reaching the first inclined surface 21.

このとき、大気を介して第1斜面21に上記水平方向から入射する第1入射光25(第1光軸19:水平方向)の第1屈折光27が第2斜面23により臨界反射して90度折り返された第1反射光29となる。一方、大気を介して上記水平方向に進行してきた光が第2斜面23に入射する第2入射光31(第2光軸19:水平方向)の第2屈折光33が第1斜面21により臨界反射して90度折り返された第1反射光35となる。 At this time, the first refracted light 27 of the first incident light 25 (first optical axis 19 1 : horizontal direction) incident on the first inclined surface 21 from the horizontal direction through the atmosphere is critically reflected by the second inclined surface 23. The first reflected light 29 is turned 90 degrees. On the other hand, the second refracted light 33 of the second incident light 31 (second optical axis 19 2 : horizontal direction) in which the light traveling in the horizontal direction through the atmosphere enters the second inclined surface 23 is caused by the first inclined surface 21. The first reflected light 35 which is critically reflected and turned 90 degrees is obtained.

実施例2によれば、例えば、マイクロチップにおいて2つの試料に対する光測定を実施し、それぞれの検出光(例えば、蛍光)が、図9(a)に示す第1斜面21、第2斜面23に上記水平方向から入射するように上記マイクロチップの光導出部に導光すると、図9(b)に示すように、両方向からの光をカメラに投影し、画像37として、第1画像面9からの画像39及び第2画像面9からの画像39をいずれも得る光導出方法(本願請求項における「光導出方法」の一例)を実施することが可能となる。 According to the second embodiment, for example, light measurement is performed on two samples in a microchip, and each detection light (for example, fluorescence) is applied to the first slope 21 and the second slope 23 shown in FIG. When guided to the light lead-out portion of the microchip to be incident from the horizontal direction, as shown in FIG. 9 (b), projecting a light from both directions in the camera, as the image 37, the first image plane 9 1 it is possible to carry out (an example of the "light derivation method" in the present claims) image 39 1 and the optical derivation method for obtaining both an image 39 2 from the second image plane 9 2 from.

また、同じ仰角(51.5度)を有し、一方の面に入射した上記水平方向からの光の屈折光が他方の面により臨界反射されるような一対の気体光路部と斜面を2組設けて、光導出部の構造を四面の斜面を有する構造にすれば、図10に示すように、4つの方向からの光をカメラに投影できる。   In addition, two pairs of gas optical path portions and inclined surfaces having the same elevation angle (51.5 degrees) and having a refraction light of the light incident on one surface from the horizontal direction critically reflected by the other surface If provided and the structure of the light derivation part is a structure having four inclined surfaces, light from four directions can be projected onto the camera as shown in FIG.

このように、同じ仰角(51.5度)を有する気体光路部と斜面のペア(本願請求項における「第(2n―1)気体光路部、第(2n―1)斜面、第2n気体光路部及び第2n斜面の組み合わせ」の一例)をn組設けて光導出部材の構造を2n個の側面を有する立体形状にすれば、2nの方向からの光をカメラに投影することが可能となる(図10は、n=2、図11はn=4のときの構造を示す)。図10の光導出部材41の構造とすれば、斜面43〜43に対面する方向からの画像45〜45を得ることが可能となる。また、図11の光導出部材47の構造とすれば、斜面49〜49に対面する方向からの画像51〜51を得ることが可能となる。 Thus, a pair of a gas optical path portion and a slope having the same elevation angle (51.5 degrees) ("(2n-1) gas optical path portion, (2n-1) slope, second n gas optical path portion in claims of the present application"). And an example of “the combination of the 2n slopes” and providing the light guide member with a three-dimensional shape having 2n side surfaces, it is possible to project light from 2n directions onto the camera ( FIG. 10 shows the structure when n = 2 and FIG. 11 shows the structure when n = 4). With the structure of the light guide member 41 of FIG. 10, it is possible to obtain images 45 1 to 45 4 from the direction facing the inclined surfaces 43 1 to 43 4 . Further, if the structure of the light leading member 47 in FIG. 11, it is possible to obtain an image 51 1 to 51 8 from a direction facing the inclined surface 49 1-49 8.

ここで、2n個の側面を有する立体形状は、図10に例示するように錐体(本願請求項における「錐体の形状」の一例)であってもいし、図11に例示するように錐体から頂点を含む一部を切り取った立体(本願請求項における「錐体の一部を切り取った立体形状」の一例)であってもよい。   Here, the solid shape having 2n side surfaces may be a cone (an example of a “cone shape” in the claims of the present application) as illustrated in FIG. 10, or a cone as illustrated in FIG. 11. It may be a solid obtained by cutting out a part including the apex from the body (an example of “a solid shape obtained by cutting out a part of a cone” in the claims of the present application).

実施例3によれば、例えば、特許文献2に記載のパノラマ撮像装置に使用される複雑な光学系を採用することなく、簡便な構造で複数の測定光を一つのカメラに対して導光する光導出方法(本願請求項における「光導出方法」の一例)を実施することが可能となる。   According to the third embodiment, for example, a plurality of measurement lights are guided to one camera with a simple structure without adopting a complicated optical system used in the panoramic imaging apparatus described in Patent Document 2. It is possible to carry out a light deriving method (an example of “light deriving method” in the claims of the present application).

なお、実施例2において、第1光軸及び第2光軸は、一致せずに平行であってもよい。   In the second embodiment, the first optical axis and the second optical axis may be parallel without being coincident.

1・・・タブレット端末、3・・・マイクロチップ、5・・・カメラ、7・・・導光路、9・・・画像面、11・・・光導出部、13・・・気体光路部、15・・・導光孔、17・・・光導出部材、19・・・光軸、21・・・第1斜面、23・・・第2斜面、27・・・第1屈折光、29・・・第1反射光、33・・・第2屈折光、35・・・第2反射光、37・・・画像、39・・・第1画像面9からの画像、39・・・第2画像面9からの画像 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tablet terminal, 3 ... Microchip, 5 ... Camera, 7 ... Light guide path, 9 ... Image surface, 11 ... Light derivation | leading-out part, 13 ... Gas optical path part, DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Light guide hole, 17 ... Light derivation member, 19 ... Optical axis, 21 ... 1st slope, 23 ... 2nd slope, 27 ... 1st refracted light, 29. ... first reflected light, 33 ... second refracted light, 35 ... second reflected light, 37 ... image, 39 1 ... first image from the image plane 9 1, 39 2 ... - second image from the image plane 9 2

Claims (8)

光を外部に導出する光導出部を備え、主にシリコーン樹脂からなる板状体の導光部材であって、
光路が気体で充填されている第1気体光路部と、
前記第1気体光路部の光軸である第1光軸に対して第1角度だけ傾いて前記第1気体光路部の端を形成する第1斜面と、
前記第1光軸に対して第2角度だけ傾いた第2斜面とを備え、
前記第1角度は、前記第1光軸を進行して前記第1斜面で屈折した第1屈折光のうち前記第2斜面に到達する光が存在する角度であり、
前記第2角度は、前記第2斜面に到達する前記第1屈折光のうち前記第2斜面で臨界反射される光が存在する角度である、導光部材。
A light guide member having a light guide part for leading light to the outside, mainly made of silicone resin,
A first gas optical path portion whose optical path is filled with gas;
A first inclined surface that is inclined by a first angle with respect to a first optical axis that is an optical axis of the first gas optical path part to form an end of the first gas optical path part;
A second slope inclined by a second angle with respect to the first optical axis,
The first angle is an angle at which there is light that reaches the second slope among the first refracted light that travels along the first optical axis and is refracted by the first slope.
The light guide member, wherein the second angle is an angle at which light that is critically reflected by the second slope among the first refracted light that reaches the second slope is present.
前記第1気体光路部とは別に、光路が気体で充填されている第2気体光路部をさらに備え、
前記第2斜面は、前記第2気体光路部の端を形成し、
前記第2角度は、前記第2気体光路部の光軸である第2光軸を進行して前記第2斜面で屈折した第2屈折光のうち前記第1斜面に到達する光が存在する角度であり、
前記第1角度は、前記第1斜面に到達する前記第2屈折光のうち前記第1斜面で臨界反射される光が存在する角度である、請求項1記載の導光部材。
Apart from the first gas optical path part, the optical path further comprises a second gas optical path part filled with gas,
The second slope forms an end of the second gas optical path part,
The second angle is an angle at which there is light reaching the first slope among the second refracted light that travels along the second optical axis that is the optical axis of the second gas optical path portion and is refracted by the second slope. And
2. The light guide member according to claim 1, wherein the first angle is an angle at which light critically reflected by the first slope among the second refracted light that reaches the first slope exists.
前記第1斜面及び前記第2斜面の間の光路にPDMSが充填されており、
前記第1光軸に対して前記第1斜面がなす角度α(0°≦α≦90°)、及び、前記第2光軸に対して前記第2斜面がなす角度β(0°≦β≦90°)について、
51.0°≦α≦55.55°であり、かつ、51.0°≦β≦55.55°である、請求項2記載の導光部材。
PDMS is filled in the optical path between the first slope and the second slope,
An angle α (0 ° ≦ α ≦ 90 °) formed by the first inclined surface with respect to the first optical axis, and an angle β (0 ° ≦ β ≦ formed by the second inclined surface with respect to the second optical axis). 90 °)
The light guide member according to claim 2, wherein 51.0 ° ≦ α ≦ 55.55 ° and 51.0 ° ≦ β ≦ 55.55 °.
51.17°≦α≦52.5°であり、かつ、51.17°≦β≦52.5°である、請求項3記載の導光部材。   The light guide member according to claim 3, wherein 51.17 ° ≦ α ≦ 52.5 ° and 51.17 ° ≦ β ≦ 52.5 °. 前記第1光軸と前記第2光軸とが平行であり又は一致しており、
αの値とβの値とが等しい、請求項3又は4記載の導光部材。
The first optical axis and the second optical axis are parallel or coincident,
The light guide member according to claim 3 or 4, wherein a value of α is equal to a value of β.
前記第1気体光路部、前記第1斜面、前記第2気体光路部及び前記第2斜面に対応する組み合わせとして、2以上の自然数nに対して、第(2n―1)気体光路部、第(2n―1)斜面、第2n気体光路部及び第2n斜面の組み合わせをさらに1つ以上備える、請求項2から5のいずれかに記載の導光部材。   As a combination corresponding to the first gas optical path part, the first slope, the second gas optical path part, and the second slope, a (2n-1) gas optical path part, (( 2n-1) The light guide member according to any one of claims 2 to 5, further comprising at least one combination of a slope, a second n gas optical path portion, and a second n slope. 入射した光を外部に導出する光導出部材であって、
錐体の形状又は錐体の一部を切り取った立体形状を備え、
前記立体形状は、側面及び底面を有し、
前記立体形状は、PDMSが充填されており、
前記底面に対する前記側面の仰角は、51.0°以上であり、かつ、55.55°以下である、光導出部材。
A light deriving member for deriving incident light to the outside,
It has a three-dimensional shape obtained by cutting out a shape of a cone or a part of a cone,
The three-dimensional shape has a side surface and a bottom surface,
The three-dimensional shape is filled with PDMS,
The light guide member, wherein an elevation angle of the side surface with respect to the bottom surface is 51.0 ° or more and 55.55 ° or less.
主にシリコーン樹脂からなる板状体の導光部材を用いた光導出方法であって、
前記導光部材は、
光路が気体で充填されている第1気体光路部と、
前記第1気体光路部の光軸である第1光軸に対して第1角度だけ傾いて前記第1気体光路部の端を形成する第1斜面と、
前記第1光軸に対して第2角度だけ傾いた第2斜面とを備え、
前記第1角度は、前記第1光軸を進行して前記第1斜面で屈折した第1屈折光のうち前記第2斜面に到達する光が存在する角度であり、
前記第2角度は、前記第2斜面に到達する前記第1屈折光のうち前記第2斜面で臨界反射される光が存在する角度であり、
前記第1斜面に対して前記第1光軸に沿って光を入射させる入射ステップを含む、光導出方法。

A light derivation method using a plate-shaped light guide member mainly made of silicone resin,
The light guide member is
A first gas optical path portion whose optical path is filled with gas;
A first inclined surface that is inclined by a first angle with respect to a first optical axis that is an optical axis of the first gas optical path part to form an end of the first gas optical path part;
A second slope inclined by a second angle with respect to the first optical axis,
The first angle is an angle at which there is light that reaches the second slope among the first refracted light that travels along the first optical axis and is refracted by the first slope.
The second angle is an angle at which light critically reflected by the second slope among the first refracted light reaching the second slope exists.
A light derivation method comprising an incident step of causing light to enter the first inclined surface along the first optical axis.

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