JP6507891B2 - 導光部材、光導出部材及び光導出方法 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

一方、マイクロチップ１１１の光導出部１０９_１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_１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）。

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_２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。

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。

特開２０１４−１６３８１８号公報 特許第５１５２９０１号公報

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。

〔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。

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。

〔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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 実施例１に係る光導出部の構成例を示す図である。 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。 仰角と反射光の進行方向との関係を示す図である。 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。 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。 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。

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。

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。

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°）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、第１画像面９_１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_２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。

さらに、仰角γは、画像面９_１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。

同様に、仰角δは、画像面９_２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。

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_１：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_２：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。

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_１からの画像３９_１及び第２画像面９_２からの画像３９_２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。

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。

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_１〜４３_４に対面する方向からの画像４５_１〜４５_４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_１〜４９_８に対面する方向からの画像５１_１〜５１_８を得ることが可能となる。

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。

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。

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。

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_１・・・第１画像面９_１からの画像、３９_２・・・第２画像面９_２からの画像

Claims (5)

1. 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気体光路部とは別に、光路が気体で充填されている第２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り、
   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、導光部材。
2. ５１．１７°≦α≦５２．５°であり、かつ、５１．１７°≦β≦５２．５°である、請求項１記載の導光部材。
3. 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２記載の導光部材。
4. 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１から３のいずれかに記載の導光部材。
5. 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気体光路部とは別に、光路が気体で充填されている第２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り、
   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と共に、前記第２斜面に対して前記第２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。