JP2003025295A - マイクロ構造体の光駆動装置およびその方法 - Google Patents
マイクロ構造体の光駆動装置およびその方法Info
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- JP2003025295A JP2003025295A JP2001215403A JP2001215403A JP2003025295A JP 2003025295 A JP2003025295 A JP 2003025295A JP 2001215403 A JP2001215403 A JP 2001215403A JP 2001215403 A JP2001215403 A JP 2001215403A JP 2003025295 A JP2003025295 A JP 2003025295A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光を照射することによって硬化する光硬化性樹
脂を用い光造形法によって形成したマイクロ構造体を駆
動するための、マイクロ構造体の光駆動装置を提供す
る。 【解決手段】マイクロ構造体の一部にレーザ光を集光す
る光照射手段１、２、３、４、５、６と、該光照射手段
によって形成された集光点を三次元で移動させる移動手
段５、７、８とからなることを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動装置。
脂を用い光造形法によって形成したマイクロ構造体を駆
動するための、マイクロ構造体の光駆動装置を提供す
る。 【解決手段】マイクロ構造体の一部にレーザ光を集光す
る光照射手段１、２、３、４、５、６と、該光照射手段
によって形成された集光点を三次元で移動させる移動手
段５、７、８とからなることを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を照射すること
によって硬化する光硬化性樹脂を用い光造形法によって
形成したマイクロ構造体を駆動するための、マイクロ構
造体の光駆動装置およびその方法に関するものである。
によって硬化する光硬化性樹脂を用い光造形法によって
形成したマイクロ構造体を駆動するための、マイクロ構
造体の光駆動装置およびその方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】発明者らは、１９９３年のＩＨプロセス
の提案・開発以来、加工分解能の向上を目指して、マイ
クロ光造形法の開発を行ってきた。１９９６年には従来
の積層造形法とは全く原理の異なる内部硬化型マイクロ
光造形法（ＳＩＨ）を開発した。この方法では、液状の
光硬化性樹脂の内部でレーザースポットを走査すること
によって、任意の３次元構造を形成する。この新原理を
用いて、犠牲層やサポート構造を用いることなく、マイ
クロ可動機構を作成することにも成功した。さらに、２
光子吸収を利用した内部硬化型マイクロ造形法を開発
し、ＳＩＨよりも高精度かつ高速にマイクロ可動機構を
作製できる技術を提案した（特願平１１−３４２７４３
号）。
の提案・開発以来、加工分解能の向上を目指して、マイ
クロ光造形法の開発を行ってきた。１９９６年には従来
の積層造形法とは全く原理の異なる内部硬化型マイクロ
光造形法（ＳＩＨ）を開発した。この方法では、液状の
光硬化性樹脂の内部でレーザースポットを走査すること
によって、任意の３次元構造を形成する。この新原理を
用いて、犠牲層やサポート構造を用いることなく、マイ
クロ可動機構を作成することにも成功した。さらに、２
光子吸収を利用した内部硬化型マイクロ造形法を開発
し、ＳＩＨよりも高精度かつ高速にマイクロ可動機構を
作製できる技術を提案した（特願平１１−３４２７４３
号）。
【０００３】上記マイクロ光造形法で利用する２光子吸
収とは、非線形光学現象の一つであり、二つのフォトン
を同時に吸収することによって、照射させた光の２倍の
エネルギに相当する吸収が生じる現象である。したがっ
て、２光子吸収では、紫外光の半分のエネルギを持つ近
赤外光を用いて光硬化性樹脂を硬化させる。２光子吸収
の発生確率は、光強度の二乗に比例するため、光強度の
大きい集光点近傍のみ光吸収を限定し、ピンポイント的
に樹脂を硬化させることができる。
収とは、非線形光学現象の一つであり、二つのフォトン
を同時に吸収することによって、照射させた光の２倍の
エネルギに相当する吸収が生じる現象である。したがっ
て、２光子吸収では、紫外光の半分のエネルギを持つ近
赤外光を用いて光硬化性樹脂を硬化させる。２光子吸収
の発生確率は、光強度の二乗に比例するため、光強度の
大きい集光点近傍のみ光吸収を限定し、ピンポイント的
に樹脂を硬化させることができる。
【０００４】上記２光子吸収を利用した２光子吸収マイ
クロ光造形装置を図１に示す。図において、１は光硬化
樹脂液に対して透明性を有する近赤外パルスレーザ光
（Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ ｌａｓｅｒ）の光源、２は
ＮＤフィルター、３は透過光量を時間的にコントロール
するシャッター、４はレンズ、５はミラースキャナー、
６は集光手段としてのレンズ、７はＺステージ、８はコ
ンピュータ、９は光硬化性樹脂液、１０は光造形物、１
１はＣＣＤカメラである。Ｚステージ７およびミラスキ
ャナー５等はコンピュータ８によって制御され、レーザ
光を任意の位置に移動させることができる。光源にはＴ
ｉ−ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ（波長：７６３ｎｍ）を用
いている。
クロ光造形装置を図１に示す。図において、１は光硬化
樹脂液に対して透明性を有する近赤外パルスレーザ光
（Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅ ｌａｓｅｒ）の光源、２は
ＮＤフィルター、３は透過光量を時間的にコントロール
するシャッター、４はレンズ、５はミラースキャナー、
６は集光手段としてのレンズ、７はＺステージ、８はコ
ンピュータ、９は光硬化性樹脂液、１０は光造形物、１
１はＣＣＤカメラである。Ｚステージ７およびミラスキ
ャナー５等はコンピュータ８によって制御され、レーザ
光を任意の位置に移動させることができる。光源にはＴ
ｉ−ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ（波長：７６３ｎｍ）を用
いている。
【０００５】この装置では、レーザ光源１から出射され
た光は光照射手段としてのＮＤフィルター２、透過光量
を時間的にコントロールするシャッター３、レンズ４、
ミラースキャナー５を通過したのち、レンズ６を用いて
光硬化性樹脂液９中に集光される。集光点は集光点の移
動手段であるＺステージ７とガルバノミラー５によりコ
ンピュータ８で制御されながら樹脂液中を高速に走査さ
れ、対物レンズ６を用いて光硬化性樹脂中に集光させ
る。Ｚステージ７と二つのガルバノミラー５を高速に走
査させることで、樹脂の内部に任意の３次元構造を造形
することができる。
た光は光照射手段としてのＮＤフィルター２、透過光量
を時間的にコントロールするシャッター３、レンズ４、
ミラースキャナー５を通過したのち、レンズ６を用いて
光硬化性樹脂液９中に集光される。集光点は集光点の移
動手段であるＺステージ７とガルバノミラー５によりコ
ンピュータ８で制御されながら樹脂液中を高速に走査さ
れ、対物レンズ６を用いて光硬化性樹脂中に集光させ
る。Ｚステージ７と二つのガルバノミラー５を高速に走
査させることで、樹脂の内部に任意の３次元構造を造形
することができる。
【０００６】この状態を図２においてさらに説明する
と、レンズ６を通して集光された近赤外パルスレーザ光
は、赤外レーザに対して透明性を持つ光硬化樹脂液内を
通過し、集光点Ｓ近傍で２光子吸収を誘起し、光硬化性
樹脂液は集光点近傍でのみエネルギーが倍となった近赤
外レーザによりピンポイントで硬化される。集光点Ｓは
Ｚステージ７とミラースキャナ５によって光硬化樹脂液
９内を自由に移動させることができるため、光硬化性樹
脂液内において目的とする加工物を自在に形成すること
ができる。
と、レンズ６を通して集光された近赤外パルスレーザ光
は、赤外レーザに対して透明性を持つ光硬化樹脂液内を
通過し、集光点Ｓ近傍で２光子吸収を誘起し、光硬化性
樹脂液は集光点近傍でのみエネルギーが倍となった近赤
外レーザによりピンポイントで硬化される。集光点Ｓは
Ｚステージ７とミラースキャナ５によって光硬化樹脂液
９内を自由に移動させることができるため、光硬化性樹
脂液内において目的とする加工物を自在に形成すること
ができる。
【０００７】図１に示す２光子吸収マイクロ光造形装置
を用いて、可動部を持つ３次元マイクロ構造体を造形し
た例を図３に示す。図３（ａ）は試作したマイクロギヤ
機構、（ｂ）はマイクロマニュピュレータの電子顕微鏡
写真を示す。図３（ａ）ではシャフト（直径：２μｍ）
に１２個の歯を持つギヤ（内径：４μｍ、外径１０μ
ｍ）が組み込まれた構造が精度良く形成できている。造
形時間は約５分であった。図３（ｂ）はマイクロマニピ
ュレータであり、２本のアーム（長さ：８．６μｍ）が
変形することなく、シャフトに組み込まれた状態で一体
成形したものである。造形時間は、約１０分であった。
以上の結果から、ギヤ等の円形形状だけでなく、アーム
など任意のマイクロ可動部品を造形できることが示され
た。
を用いて、可動部を持つ３次元マイクロ構造体を造形し
た例を図３に示す。図３（ａ）は試作したマイクロギヤ
機構、（ｂ）はマイクロマニュピュレータの電子顕微鏡
写真を示す。図３（ａ）ではシャフト（直径：２μｍ）
に１２個の歯を持つギヤ（内径：４μｍ、外径１０μ
ｍ）が組み込まれた構造が精度良く形成できている。造
形時間は約５分であった。図３（ｂ）はマイクロマニピ
ュレータであり、２本のアーム（長さ：８．６μｍ）が
変形することなく、シャフトに組み込まれた状態で一体
成形したものである。造形時間は、約１０分であった。
以上の結果から、ギヤ等の円形形状だけでなく、アーム
など任意のマイクロ可動部品を造形できることが示され
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な光造形装置を用いて造形された可動機構を持つ３次元
マイクロ構造体を、非通電的に、非接触で複雑な３次元
動作を高精度で駆動、制御させることは容易ではない。
この課題を解決するために、特開平８−６１２１８号公
報に記載されたような光圧を利用したものがあるが、こ
のものは光圧を利用するために被駆動部材を特殊な形状
とする必要があり、目的に合わせた形状変更設計が必要
となり一般的でないという問題がある。また、微小物体
を移動させる手法として光トラップを使用したもの特開
２０００−２４１３１０等が提案されているが、このも
のでは本発明のような可動機構からなる複雑な３次元動
作を高精度で駆動、制御させることが困難であるという
問題がある。
な光造形装置を用いて造形された可動機構を持つ３次元
マイクロ構造体を、非通電的に、非接触で複雑な３次元
動作を高精度で駆動、制御させることは容易ではない。
この課題を解決するために、特開平８−６１２１８号公
報に記載されたような光圧を利用したものがあるが、こ
のものは光圧を利用するために被駆動部材を特殊な形状
とする必要があり、目的に合わせた形状変更設計が必要
となり一般的でないという問題がある。また、微小物体
を移動させる手法として光トラップを使用したもの特開
２０００−２４１３１０等が提案されているが、このも
のでは本発明のような可動機構からなる複雑な３次元動
作を高精度で駆動、制御させることが困難であるという
問題がある。
【０００９】そこで、本発明者らはマイクロ構造体の駆
動機構に関して鋭意研究した結果、マイクロ構造体の可
動部を造形する装置（２光子吸収マイクロ光造形装置）
をそのまま使用し、光トラッピングによって可動部を動
かすことができるマイクロ構造体の光駆動装置およびそ
の方法を提供し、上記問題点を解決することを目的とす
る。光硬化性樹脂は可視光に対して透明なので、発明者
が開発したマイクロ構造体の可動部の駆動には光トラッ
ピングが最も適しており、さらに、本発明では、光造形
装置（２光子吸収マイクロ光造形装置）をそのままマイ
クロ構造体の駆動装置として用いることができるという
利点もある。
動機構に関して鋭意研究した結果、マイクロ構造体の可
動部を造形する装置（２光子吸収マイクロ光造形装置）
をそのまま使用し、光トラッピングによって可動部を動
かすことができるマイクロ構造体の光駆動装置およびそ
の方法を提供し、上記問題点を解決することを目的とす
る。光硬化性樹脂は可視光に対して透明なので、発明者
が開発したマイクロ構造体の可動部の駆動には光トラッ
ピングが最も適しており、さらに、本発明では、光造形
装置（２光子吸収マイクロ光造形装置）をそのままマイ
クロ構造体の駆動装置として用いることができるという
利点もある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このため本発明が採用し
た解決手段は、マイクロ構造体の一部にレーザ光を集光
する光照射手段と、該光照射手段によって形成された集
光点を三次元で移動させる移動手段とからなることを特
徴とするマイクロ構造体の光駆動装置である。また、前
記光照射手段と移動手段は、レーザ光源からの光をミラ
ースキャナーを通した後、レンズを用いて光硬化性樹脂
中に集光させる手段と、Ｚステージとガルバノミラーを
高速に走査することにより樹脂中の任意の位置に集光点
を移動させることができる集光点移動手段とを備えてい
ることを特徴とするマイクロ構造体の光駆動装置であ
る。また、前記光照射手段の移動手段は、多関節マニピ
ュレータであることを特徴とするマイクロ構造体の光駆
動装置である。また、前記レーザ光を集光する光照射手
段および移動手段は、複数によって構成されていること
を特徴とする光駆動装置である。また、前記マイクロ構
造体は、多自由度の三次元運動が可能な機構、ロボット
アーム、現在知られている各種機構（歯車伝動機構、リ
ンク機構など産業分野において知られている機械的機
構）からなるマイクロ構造体またはそれらの組み合わせ
からなることを特徴とするマイクロ構造体の光駆動装置
である。また、前記マイクロ構造体は、光トラップでき
る素材によって形成したことを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動装置である。また、前記マイクロ構造体は、
ＩＨプロセス、ＳＩＨプロセス、ＰＭＭＡなど従来公知
の造形法によって形成したことを特徴とするマイクロ構
造体の光駆動装置である。また、液中に浸漬したマイク
ロ構造体の可動部の一部にレーザ光を集光して照射し、
レーザ光が屈折する際に光の運動量から生じる力を利用
してマイクロ構造体の可動部の一部をトラッピングし、
その状態でレーザ光を移動させながらマイクロ構造体の
可動部を駆動することを特徴とするマイクロ構造体の光
駆動方法である。また、前記レーザ光の集光と移動は、
レーザ光源からの光をミラースキャナーを通した後、レ
ンズを用いて光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚス
テージとガルバノミラーを高速に走査することにより樹
脂中の任意の位置に集光点を移動させることができる集
光点移動手段により行うことを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動方法である。また、前記レーザ光の移動は多
関節マニピュレータによって行うことを特徴とするマイ
クロ構造体の光駆動方法である。また、前記光トラッピ
ングは、複数のレーザ光によって行うことを特徴とする
マイクロ構造体の光駆動方法である。また、近赤外パル
スレーザ光源からの光をミラースキャナーを通した後、
レンズを用いて光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚ
ステージとガルバノミラーを高速に走査することにより
樹脂中の任意の位置に集光点を移動させることができる
集光点移動手段とを備えている２光子吸収マイクロ光造
形装置を用いて可動部分を持つマイクロ構造体を造形
し、その後、前記２光子吸収マイクロ光造形装置を用い
てマイクロ構造体の可動部の一部を光トラッピングし、
その状態で前記２光子吸収マイクロ光造形装置を制御し
てマイクロ構造体の可動部を駆動することを特徴とする
マイクロ構造体の光駆動方法である。また、前記２光子
吸収マイクロ光造形装置により可動部を持つマイクロ構
造体を形成した後、周囲の未硬化樹脂を取り除き、マイ
クロ構造体を液に浸した状態で、マイクロ構造体の可動
部の一部をレーザ光により光トラッピングし、同可動部
を駆動することを特徴とするマイクロ構造体の光駆動方
法である。
た解決手段は、マイクロ構造体の一部にレーザ光を集光
する光照射手段と、該光照射手段によって形成された集
光点を三次元で移動させる移動手段とからなることを特
徴とするマイクロ構造体の光駆動装置である。また、前
記光照射手段と移動手段は、レーザ光源からの光をミラ
ースキャナーを通した後、レンズを用いて光硬化性樹脂
中に集光させる手段と、Ｚステージとガルバノミラーを
高速に走査することにより樹脂中の任意の位置に集光点
を移動させることができる集光点移動手段とを備えてい
ることを特徴とするマイクロ構造体の光駆動装置であ
る。また、前記光照射手段の移動手段は、多関節マニピ
ュレータであることを特徴とするマイクロ構造体の光駆
動装置である。また、前記レーザ光を集光する光照射手
段および移動手段は、複数によって構成されていること
を特徴とする光駆動装置である。また、前記マイクロ構
造体は、多自由度の三次元運動が可能な機構、ロボット
アーム、現在知られている各種機構（歯車伝動機構、リ
ンク機構など産業分野において知られている機械的機
構）からなるマイクロ構造体またはそれらの組み合わせ
からなることを特徴とするマイクロ構造体の光駆動装置
である。また、前記マイクロ構造体は、光トラップでき
る素材によって形成したことを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動装置である。また、前記マイクロ構造体は、
ＩＨプロセス、ＳＩＨプロセス、ＰＭＭＡなど従来公知
の造形法によって形成したことを特徴とするマイクロ構
造体の光駆動装置である。また、液中に浸漬したマイク
ロ構造体の可動部の一部にレーザ光を集光して照射し、
レーザ光が屈折する際に光の運動量から生じる力を利用
してマイクロ構造体の可動部の一部をトラッピングし、
その状態でレーザ光を移動させながらマイクロ構造体の
可動部を駆動することを特徴とするマイクロ構造体の光
駆動方法である。また、前記レーザ光の集光と移動は、
レーザ光源からの光をミラースキャナーを通した後、レ
ンズを用いて光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚス
テージとガルバノミラーを高速に走査することにより樹
脂中の任意の位置に集光点を移動させることができる集
光点移動手段により行うことを特徴とするマイクロ構造
体の光駆動方法である。また、前記レーザ光の移動は多
関節マニピュレータによって行うことを特徴とするマイ
クロ構造体の光駆動方法である。また、前記光トラッピ
ングは、複数のレーザ光によって行うことを特徴とする
マイクロ構造体の光駆動方法である。また、近赤外パル
スレーザ光源からの光をミラースキャナーを通した後、
レンズを用いて光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚ
ステージとガルバノミラーを高速に走査することにより
樹脂中の任意の位置に集光点を移動させることができる
集光点移動手段とを備えている２光子吸収マイクロ光造
形装置を用いて可動部分を持つマイクロ構造体を造形
し、その後、前記２光子吸収マイクロ光造形装置を用い
てマイクロ構造体の可動部の一部を光トラッピングし、
その状態で前記２光子吸収マイクロ光造形装置を制御し
てマイクロ構造体の可動部を駆動することを特徴とする
マイクロ構造体の光駆動方法である。また、前記２光子
吸収マイクロ光造形装置により可動部を持つマイクロ構
造体を形成した後、周囲の未硬化樹脂を取り除き、マイ
クロ構造体を液に浸した状態で、マイクロ構造体の可動
部の一部をレーザ光により光トラッピングし、同可動部
を駆動することを特徴とするマイクロ構造体の光駆動方
法である。
【００１１】
【実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明に係る
光トラッピング技術を用いたマイクロ構造体の駆動装置
の説明をすると、図４は光トラッピングの原理を示す図
である。なお、マイクロ構造体の駆動装置そのものは、
基本的には上述した図１に示す光造形装置をそのまま使
用するので、その詳細な説明は省略する。
光トラッピング技術を用いたマイクロ構造体の駆動装置
の説明をすると、図４は光トラッピングの原理を示す図
である。なお、マイクロ構造体の駆動装置そのものは、
基本的には上述した図１に示す光造形装置をそのまま使
用するので、その詳細な説明は省略する。
【００１２】ここでは、物体（微小球）の屈折率が周囲
の媒質よりも大きい場合を考え、物体表面で生じる反射
率は小さいものとする。図４では、１本のレーザ光が微
小球の上方に集光された場合を示している。レーザ光
は、物体表面において屈折する。その際、光の運動量か
らＦ１の方向に向かって力が生じる。また、物体から出
射される際にも同様にＦ０の力が働く。この両者の合力
はＦＡとなり、反対側の合力ＦＢとの合力と合わせる
と、全体としてＦの力が物体に作用することになる。こ
の結果、物体は集光点にひきよせられ、捕捉される。こ
の状態でレーザ光の集光点を走査すると、物体を焦点の
軌跡に沿って移動させることができる。この原理を応用
すれば、マイクロ構造体の可動部の一部を光トラップに
よって捕捉し、駆動させることができる。
の媒質よりも大きい場合を考え、物体表面で生じる反射
率は小さいものとする。図４では、１本のレーザ光が微
小球の上方に集光された場合を示している。レーザ光
は、物体表面において屈折する。その際、光の運動量か
らＦ１の方向に向かって力が生じる。また、物体から出
射される際にも同様にＦ０の力が働く。この両者の合力
はＦＡとなり、反対側の合力ＦＢとの合力と合わせる
と、全体としてＦの力が物体に作用することになる。こ
の結果、物体は集光点にひきよせられ、捕捉される。こ
の状態でレーザ光の集光点を走査すると、物体を焦点の
軌跡に沿って移動させることができる。この原理を応用
すれば、マイクロ構造体の可動部の一部を光トラップに
よって捕捉し、駆動させることができる。
【００１３】具体的には、上記２光子吸収を利用した２
光子吸収マイクロ光造形装置を用いて、たとえば、図５
に示すマイクロギヤ機構を造形する。マイクロギヤ機構
は軸２１に対して可動部としてのギヤ２２が回転自在に
構成されている。こうして造形したマイクロギヤ機構を
駆動するには、まず、可動ギヤ２２を軸２１回りに回転
自在に造形した後、周囲の未硬化樹脂を取り除き、マイ
クロギヤ機構を液に浸す。次に図１に示す光造形装置内
のコンピュータ８を使用し、ミラースキャナー５を制御
しながら可動部としてのギヤ２２の歯の一部をレーザ光
Ｌにより光トラッピングＴし、光トラッピングした状態
でコンピュータ８、ミラースキャナー５を制御しながら
集光点を移動させ、可動ギヤ２２を半時計回りに回転さ
せる。実際にマイクロギヤ機構が回転している様子を図
７の写真に示す。レーザ光でトラップした箇所はその位
置が集光点と一致しているため、ピントが合っている。
この実験では、１２ｒｐｍで回転させることができた。
なお、レーザ光による光トラップ部の移動は、レーザ光
を集光する光照射手段を装備した多関節マニピュレータ
などを含む他の移動機構によって行うこともできる。
光子吸収マイクロ光造形装置を用いて、たとえば、図５
に示すマイクロギヤ機構を造形する。マイクロギヤ機構
は軸２１に対して可動部としてのギヤ２２が回転自在に
構成されている。こうして造形したマイクロギヤ機構を
駆動するには、まず、可動ギヤ２２を軸２１回りに回転
自在に造形した後、周囲の未硬化樹脂を取り除き、マイ
クロギヤ機構を液に浸す。次に図１に示す光造形装置内
のコンピュータ８を使用し、ミラースキャナー５を制御
しながら可動部としてのギヤ２２の歯の一部をレーザ光
Ｌにより光トラッピングＴし、光トラッピングした状態
でコンピュータ８、ミラースキャナー５を制御しながら
集光点を移動させ、可動ギヤ２２を半時計回りに回転さ
せる。実際にマイクロギヤ機構が回転している様子を図
７の写真に示す。レーザ光でトラップした箇所はその位
置が集光点と一致しているため、ピントが合っている。
この実験では、１２ｒｐｍで回転させることができた。
なお、レーザ光による光トラップ部の移動は、レーザ光
を集光する光照射手段を装備した多関節マニピュレータ
などを含む他の移動機構によって行うこともできる。
【００１４】図６には同様にして本光造形装置によって
造形したマニピュレータが示されている。マニピュレー
タ２４、２６は軸２３、２５上で回転自在に造形され、
両マニピュレータ２４、２６によってボール２７を挟持
した状態となっている。この可動機構においてマニピュ
レータの片方のアーム２４だけを光トラップし、集光点
を移動させて振り子のように駆動させることができる。
その様子を図８の写真に示す。この例では上側のアーム
を約４０°の範囲で旋回させることに成功した。
造形したマニピュレータが示されている。マニピュレー
タ２４、２６は軸２３、２５上で回転自在に造形され、
両マニピュレータ２４、２６によってボール２７を挟持
した状態となっている。この可動機構においてマニピュ
レータの片方のアーム２４だけを光トラップし、集光点
を移動させて振り子のように駆動させることができる。
その様子を図８の写真に示す。この例では上側のアーム
を約４０°の範囲で旋回させることに成功した。
【００１５】以上本発明の実施形態について説明してき
たが、焦点の移動制御にはコンピュータに限らず、専用
回路などを採用することができる。また光照射手段、集
光点の移動手段は、同様な機能を達成できるものであれ
ば、他の機構を採用することができる。また、マイクロ
構造体は本装置を使用せずに他の装置で構成し、これを
本装置を利用して駆動することも可能である。また上述
した平面的な動きをするマニピュレータやマイクロギア
機構のみならず、多自由度の三次元運動が可能な機構、
ロボットアーム、現在知られている各種機構（歯車伝動
機構、リンク機構など産業分野において知られている機
構）からなるマイクロ構造体についても、その一部もし
くは複数を光トラップして、複雑な作動をさせることが
できる。またレーザ光による光トラッピングも１本のビ
ームに限らず、複数のビームを同時に使用し、多関節の
各関節部分を同時に作動させることもできる。また、本
方法を用いることにより、従来光トラッピングが不可能
な不透明なマイクロ構造体の把握や移動等のハンドリン
グが可能となる。また、マイクロ構造体は、２光子吸収
マイクロ造形法だけでなく、従来から知られているＩＨ
プロセス、ＳＩＨプロセス、感光性樹脂を露光して作る
ＰＭＭＡなどによって造形したマイクロ構造体、さらに
は光トラップすることができる素材、形成法から形成さ
れたマイクロ構造体も含まれることは当然である。さら
に、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱するこ
となく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前
述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的
に解釈してはならない。
たが、焦点の移動制御にはコンピュータに限らず、専用
回路などを採用することができる。また光照射手段、集
光点の移動手段は、同様な機能を達成できるものであれ
ば、他の機構を採用することができる。また、マイクロ
構造体は本装置を使用せずに他の装置で構成し、これを
本装置を利用して駆動することも可能である。また上述
した平面的な動きをするマニピュレータやマイクロギア
機構のみならず、多自由度の三次元運動が可能な機構、
ロボットアーム、現在知られている各種機構（歯車伝動
機構、リンク機構など産業分野において知られている機
構）からなるマイクロ構造体についても、その一部もし
くは複数を光トラップして、複雑な作動をさせることが
できる。またレーザ光による光トラッピングも１本のビ
ームに限らず、複数のビームを同時に使用し、多関節の
各関節部分を同時に作動させることもできる。また、本
方法を用いることにより、従来光トラッピングが不可能
な不透明なマイクロ構造体の把握や移動等のハンドリン
グが可能となる。また、マイクロ構造体は、２光子吸収
マイクロ造形法だけでなく、従来から知られているＩＨ
プロセス、ＳＩＨプロセス、感光性樹脂を露光して作る
ＰＭＭＡなどによって造形したマイクロ構造体、さらに
は光トラップすることができる素材、形成法から形成さ
れたマイクロ構造体も含まれることは当然である。さら
に、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱するこ
となく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前
述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的
に解釈してはならない。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、物体は集光点に引き寄
せられ、捕捉される現象を利用して、マイクロ構造体の
一部を光トラッピングし、この状態でレーザ光の集光点
を走査すると、物体を焦点の軌跡に沿って移動させるこ
とができる。また、光造形装置（２光子吸収マイクロ光
造形装置）をそのまま駆動システムとして用いることが
できる、等々の優れた効果を奏することができる。
せられ、捕捉される現象を利用して、マイクロ構造体の
一部を光トラッピングし、この状態でレーザ光の集光点
を走査すると、物体を焦点の軌跡に沿って移動させるこ
とができる。また、光造形装置（２光子吸収マイクロ光
造形装置）をそのまま駆動システムとして用いることが
できる、等々の優れた効果を奏することができる。
【図１】 本発明に係る２光子吸収マイクロ光造形装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【図２】 同装置の要部拡大図である。
【図３】 （ａ）は本光造形装置を使用して形成したマ
イクロギヤ機構の顕微鏡写真、（ｂ）は本光造形装置を
使用して形成したマイクロマニピュレータ機構の顕微鏡
写真である。
イクロギヤ機構の顕微鏡写真、（ｂ）は本光造形装置を
使用して形成したマイクロマニピュレータ機構の顕微鏡
写真である。
【図４】 光トラッピングの原理を示す図である。
【図５】 上記原理を応用し、マイクロギヤ機構を駆動
する状態の説明図である。
する状態の説明図である。
【図６】 上記原理を応用し、マイクロマニピュレータ
を駆動している状態の説明図である。
を駆動している状態の説明図である。
【図７】 上記原理を応用し、マイクロギヤ機構を駆動
している状態の顕微鏡写真である。
している状態の顕微鏡写真である。
【図８】 上記原理を応用し、マイクロマニピュレータ
を駆動している状態の顕微鏡写真である。
を駆動している状態の顕微鏡写真である。
１ 光硬化樹脂液に対して透明性を有する近赤外
パルスレーザ光（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ ｌａｓｅ
ｒ）の光源 ２ ＮＤフィルター ３ 透過光量を時間的にコントロールするシャッ
ター ４ レンズ ５ ミラースキャナー ６ レンズ ７ Ｚステージ ８ コンピュータ ９ 光硬化性樹脂液 １０ 光造形物 Ｓ 集光点
パルスレーザ光（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ ｌａｓｅ
ｒ）の光源 ２ ＮＤフィルター ３ 透過光量を時間的にコントロールするシャッ
ター ４ レンズ ５ ミラースキャナー ６ レンズ ７ Ｚステージ ８ コンピュータ ９ 光硬化性樹脂液 １０ 光造形物 Ｓ 集光点
Claims (13)
- 【請求項１】マイクロ構造体の一部にレーザ光を集光す
る光照射手段と、該光照射手段によって形成された集光
点を三次元で移動させる移動手段とからなることを特徴
とするマイクロ構造体の光駆動装置。 - 【請求項２】前記光照射手段と移動手段は、レーザ光源
からの光をミラースキャナーを通した後、レンズを用い
て光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚステージとガ
ルバノミラーを高速に走査することにより樹脂中の任意
の位置に集光点を移動させることができる集光点移動手
段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のマ
イクロ構造体の光駆動装置。 - 【請求項３】前記光照射手段の移動手段は、多関節マニ
ピュレータであることを特徴とする請求項１に記載のマ
イクロ構造体の光駆動装置。 - 【請求項４】前記レーザ光を集光する光照射手段および
移動手段は、複数によって構成されていることを特徴と
する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光駆動装
置。 - 【請求項５】前記マイクロ構造体は、多自由度の三次元
運動が可能な機構、ロボットアーム、現在知られている
各種機構（歯車伝動機構、リンク機構など産業分野にお
いて知られている機械的機構）からなるマイクロ構造体
またはそれらの組み合わせからなることを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれかに記載のマイクロ構造体の
光駆動装置。 - 【請求項６】前記マイクロ構造体は、光トラップできる
素材によって形成したことを特徴とする請求項１〜請求
項５のいずれかに記載のマイクロ構造体の光駆動装置。 - 【請求項７】前記マイクロ構造体は、ＩＨプロセス、Ｓ
ＩＨプロセス、ＰＭＭＡなど従来公知の造形法によって
形成したことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ構
造体の光駆動装置。 - 【請求項８】液中に浸漬したマイクロ構造体の可動部の
一部にレーザ光を集光して照射し、レーザ光が屈折する
際に光の運動量から生じる力を利用してマイクロ構造体
の可動部の一部をトラッピングし、その状態でレーザ光
を移動させながらマイクロ構造体の可動部を駆動するこ
とを特徴とするマイクロ構造体の光駆動方法。 - 【請求項９】前記レーザ光の集光と移動は、レーザ光源
からの光をミラースキャナーを通した後、レンズを用い
て光硬化性樹脂中に集光させる手段と、Ｚステージとガ
ルバノミラーを高速に走査することにより樹脂中の任意
の位置に集光点を移動させることができる集光点移動手
段により行うことを特徴とする請求項８に記載のマイク
ロ構造体の光駆動方法。 - 【請求項１０】前記レーザ光の移動は多関節マニピュレ
ータによって行うことを特徴とする請求項８に記載のマ
イクロ構造体の光駆動方法。 - 【請求項１１】前記光トラッピングは、複数のレーザ光
によって行うことを特徴とする請求項８〜請求項１０の
いずれかに記載のマイクロ構造体の光駆動方法。 - 【請求項１２】近赤外パルスレーザ光源からの光をミラ
ースキャナーを通した後、レンズを用いて光硬化性樹脂
中に集光させる手段と、Ｚステージとガルバノミラーを
高速に走査することにより樹脂中の任意の位置に集光点
を移動させることができる集光点移動手段とを備えてい
る２光子吸収マイクロ光造形装置を用いて可動部分を持
つマイクロ構造体を造形し、その後、前記２光子吸収マ
イクロ光造形装置を用いてマイクロ構造体の可動部の一
部を光トラッピングし、その状態で前記２光子吸収マイ
クロ光造形装置を制御してマイクロ構造体の可動部を駆
動することを特徴とするマイクロ構造体の光駆動方法。 - 【請求項１３】前記２光子吸収マイクロ光造形装置によ
り可動部を持つマイクロ構造体を形成した後、周囲の未
硬化樹脂を取り除き、マイクロ構造体を液に浸した状態
で、マイクロ構造体の可動部の一部をレーザ光により光
トラッピングし、同可動部を駆動することを特徴とする
請求項１２に記載のマイクロ構造体の光駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001215403A JP2003025295A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | マイクロ構造体の光駆動装置およびその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001215403A JP2003025295A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | マイクロ構造体の光駆動装置およびその方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003025295A true JP2003025295A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=19050046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001215403A Pending JP2003025295A (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | マイクロ構造体の光駆動装置およびその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003025295A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007011052A1 (ja) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | National University Corporation Yokohama National University | 流体制御デバイス |
| JP2008509821A (ja) * | 2004-07-23 | 2008-04-03 | ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシル | 光制御可能なデバイス |
| JP2008196481A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-08-28 | Yokohama National Univ | マイクロポンプ |
| JP2011056652A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Yokohama National Univ | 光電駆動マイクロマシン及び微小可動部材の駆動方法 |
-
2001
- 2001-07-16 JP JP2001215403A patent/JP2003025295A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008509821A (ja) * | 2004-07-23 | 2008-04-03 | ザ サイエンス アンド テクノロジー ファシリティーズ カウンシル | 光制御可能なデバイス |
| WO2007011052A1 (ja) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | National University Corporation Yokohama National University | 流体制御デバイス |
| JP4806777B2 (ja) * | 2005-07-20 | 2011-11-02 | 国立大学法人横浜国立大学 | 流体制御デバイス |
| JP2008196481A (ja) * | 2007-01-17 | 2008-08-28 | Yokohama National Univ | マイクロポンプ |
| JP2011056652A (ja) * | 2009-09-14 | 2011-03-24 | Yokohama National Univ | 光電駆動マイクロマシン及び微小可動部材の駆動方法 |
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