JP2005007530A - 光ピンセット装置 - Google Patents
光ピンセット装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005007530A JP2005007530A JP2003175160A JP2003175160A JP2005007530A JP 2005007530 A JP2005007530 A JP 2005007530A JP 2003175160 A JP2003175160 A JP 2003175160A JP 2003175160 A JP2003175160 A JP 2003175160A JP 2005007530 A JP2005007530 A JP 2005007530A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- optical
- light source
- optical fibers
- optical fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4249—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details comprising arrays of active devices and fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
【課題】複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる光ピンセット装置を提供する。
【解決手段】ファイバアレイ光源１１２から出射された高強度のレーザ光は、ＤＭＤ１１０により変調され、マイクロレンズアレイ１３０で集光される。集光されたレーザ光は、アレイヘッド１３２にマトリクス状に配列された対応する光ファイバコアに入射され、光ファイバ内を導光する。そして、光ファイバの端部からレーザ光が出射される。複数の光ファイバは、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じた高強度のレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体が高精細なパターンに応じて確実に捕捉される。
【選択図】図１
【解決手段】ファイバアレイ光源１１２から出射された高強度のレーザ光は、ＤＭＤ１１０により変調され、マイクロレンズアレイ１３０で集光される。集光されたレーザ光は、アレイヘッド１３２にマトリクス状に配列された対応する光ファイバコアに入射され、光ファイバ内を導光する。そして、光ファイバの端部からレーザ光が出射される。複数の光ファイバは、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じた高強度のレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体が高精細なパターンに応じて確実に捕捉される。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピンセット装置に関し、詳しくは、微粒子に光を照射することにより、その微粒子を捕捉する光ピンセット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ナノテクノロジー分野では、原子・分子を積み重ねて望みのものを加工するボトムアップ技術が必要とされている。ボトムアップ技術の極限は、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による、原子・分子の操作である。しかしながら、１つのプローブで原子や分子を操作するため、大量生産には不向きである、という問題があった。
【０００３】
一方、光源からのレーザ光を集光し、微粒子の近傍に照射することにより、微粒子に発生する光の放射圧を利用して、その微粒子を捕捉して自由に移動させる光ピンセット（光トラップ）技術が知られている。この光ピンセットをアレイ化したものとして、複数個のレーザ光を発する面発光レーザからなる光源（ＶＣＳＥＬアレイ）と、この光源からのレーザ光をステージ上の試料に集光するマイクロレンズアレイとを備えた微小物体のマニピュレーション装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、ＶＣＳＥＬの各々を空間的・時間的に強度変調して、径が３μｍ程度の微小物体を捕捉し移動させている。また、光ピンセットをアレイ化することで、複数の微小物体を同時に移動させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１９７００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＶＣＳＥＬのようなアクティブ素子を多数個アレイ化するのは困難であり、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのように、チャンネル数を増加することができなかった。また、ＶＣＳＥＬ光源では、高強度のレーザ光を得ることが難しく、トラップ力を向上させることができない、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、多チャンネル化が可能で、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる光ピンセット装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第１の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記画素部により変調された光ビームに対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、を備え、前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。光ファイバアレイには、複数の画素部により変調された光ビームに対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調された光ビームは、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射される。
【０００９】
この複数の光ファイバの球面化された出射端の各々から出射される高強度の光ビームを微小物体に照射することで、光ファイバ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１０】
上記の第１の光ピンセット装置において、光源として、複数の半導体レーザの各々から出射された複数のレーザ光を合波して照明用の光ビームを出射する合波レーザ光源を用いることができる。高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。合波レーザ光源は、複数の半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備え、複数のレーザ光を合波して前記光ファイバの各々に入射させると共に照明用の光ビームを出射するファイバ光源として構成することができる。
【００１１】
上記の第１の光ピンセット装置において、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いてもよい。光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径より小さくすることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の第２の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、を備え、前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。光ファイバアレイには、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調され、マイクロレンズアレイで集光された光ビームは、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射される。
【００１４】
この複数の光ファイバの球面化された出射端の各々から出射される高強度の光ビームを微小物体に照射することで、光ファイバ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１５】
上記の第２の光ピンセット装置において、複数の光ファイバの入射端を固定配置すると共に、複数の光ファイバの出射端を移動可能とすることができる。例えば、光ファイバの長さを長くすることで、光ファイバの入射端を固定配置すると共に出射端を移動可能とすることができる。
【００１６】
上記の第２の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の第３の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、を備え、前記複数のマイクロレンズ毎に集光された光ビームの各々を微小物体に照射し、マイクロレンズ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００１８】
本発明の第３の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。この照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調され、マイクロレンズ毎に集光された高強度の光ビームの各々を微小物体に照射することで、マイクロレンズ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１９】
上記の第３の光ピンセット装置において、マイクロレンズをフレネルレンズで構成することができる。フレネルレンズアレイは半導体プロセスにより作製することができ、高密度、高精度、及び高ＮＡ（開口数）のマイクロレンズアレイを、低コストで実現することができる。
【００２０】
上記の第３の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００２１】
上記目的を達成するために本発明の第４の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が２次元的に配列された遮光膜と、を備え、前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光を微小物体に照射し、微小開口毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００２２】
本発明の第４の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。マイクロレンズアレイには、複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調された光ビームは、マイクロレンズの各々に効率良く入射される。
【００２３】
マイクロレンズアレイの光出射面には、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が２次元的に配列された遮光膜が設けられている。この複数の微小開口の各々から漏れ出す高強度の近接場光を微小物体に照射することで、微小開口毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００２４】
上記の第４の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００２５】
また、第４の光ピンセット装置のように近接場光を用いることで、光の波長以下の径で且つ局在化した高強度の光エネルギーを形成することができるので、光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微小物体を捕捉することが可能となる。特に、波長４００ｎｍ近傍の近接場光を用いることで、その高いフォトンエネルギーと近接場の局在化エネルギーとの相乗効果によって、微小物体の捕捉力を向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
（光ピンセット装置の概略構成）
第１の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図１に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）１１０を備えている。このＤＭＤ１１０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、ＤＭＤ１１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、ＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２７】
ＤＭＤ１１０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が所定方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源１１２、ファイバアレイ光源１１２から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系１１４、レンズ系１１４を透過したレーザ光をＤＭＤ１１０に向けて反射するミラー１２２、１２４がこの順に配置されている。
【００２８】
レンズ系１１４は、ファイバアレイ光源１１２から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ１１６、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正するロッドインテグレータ１１８、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ１２０で構成されている。ロッドインテグレータ１１８は、インテグレータ内を光が全反射しながら導光して行くので、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正することができる。
【００２９】
また、ＤＭＤ１１０の光反射側には、ＤＭＤ１１０で反射されたＤＭＤ像を拡大する拡大レンズ系１２６，１２８が配置されている。拡大レンズ系１２６，１２８でＤＭＤ像が結像される位置には、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１３０が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ１３０の光出射側には、アレイヘッド１３２が配置されている。アレイヘッド１３２は、ステージ１３４上に存在する微小物体を捕捉するように、ステージ１３４の表面に近接配置される。
【００３０】
アレイヘッド１３２は、図２に示すように、コア１４０及びクラッド１４２を備えた複数の光ファイバ１３６が、束ねられて構成されている。光ファイバ１３６の入射端では、コア１４０は、マイクロレンズアレイ１３０の集光位置に対応してマトリクス状に配列されている。光ファイバ１３６の出射側の端部１３８は球面化されている。光ファイバ１３６の他端からレーザ光を導入すると端部１３８から光が出射される。球面化された端部１３８から出射される光は、光軸に沿って集束するので、微小物体をトラップするのに好適である。
【００３１】
なお、図２では、２８本の光ファイバ１３６が束ねられ、そのコア１４０が４行７列のマトリクス状に配列されている例を示すが、実際には、マイクロレンズアレイ１３０に配列されたマイクロレンズと同数の光ファイバ１３６が束ねられて、アレイヘッド１３２が構成される。
【００３２】
また、マイクロレンズアレイ１３０により集光される光ビームのビーム径は、光ファイバ１３６のコア１４０の径と同じ大きさとすることが好ましい。同じ大きさとすることで、光ビームの光ファイバ１３６への結合効率が高くなる。例えば、４μｍのコア径のシングルモードファイバを用いる場合には、高結合効率を実現するために、集光ビームと光ファイバのビーム径を一致させ、モードマッチングを図るために、集光される光ビームのビーム径も４μｍとする。
【００３３】
ＤＭＤ１１０は、図３に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【００３４】
ＤＭＤ１１０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ１１０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図４（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図４（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ１１０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図３に示すように制御することによって、ＤＭＤ１１０に入射された光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３５】
なお、図３には、ＤＭＤ１１０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ１１０に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３６】
ファイバアレイ光源１１２は、図５（Ａ）に示すように、複数（図では２５個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、図５（Ｂ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が所定方向に沿って複数列（図では３列）配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００３７】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００３８】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど光源を高輝度化できるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００３９】
レーザモジュール６４は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、照射ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４０】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。なお、好適な波長範囲については後述する。
【００４１】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４２】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００４３】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００４４】
なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００４５】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００４６】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００４７】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００４８】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００４９】
このように構成されたファイバアレイ光源６６では、合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００５０】
このコリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００５１】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合（シングルモードレーザを使用する場合）には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、２５本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約４．５Ｗ（＝１８０ｍＷ×２５）である。
【００５２】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少ない本数でも十分に高出力の照明光源として使用することができる。また、本実施の形態の光ピンセット装置では、ファイバアレイ光源１１２の発光領域の所定方向と直交する方向の径が小さいので、レンズ系１１４を通過してＤＭＤ１１０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果としてアレイヘッド１３２に入射する光束の角度が小さくなる。即ち、高輝度である。
【００５３】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用でき、約４．５Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを２２５本（１５×１５）束ねなければならず、発光領域の面積は３．６ｍｍ２（１．９ｍｍ×１．９ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．２５（Ｗ／ｍｍ２）、光ファイバ１本当りの輝度は１０（Ｗ／ｍｍ２）である。
【００５４】
これに対し、本実施の形態では、上述した通り、マルチモード光ファイバ２５本で約４．５Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．２ｍｍ２（０．１８ｍｍ×１．１３ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は２２．５（Ｗ／ｍｍ２）となり、従来に比べ約１８倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０（Ｗ／ｍｍ２）であり、従来に比べ約９倍の高輝度化を図ることができる。
【００５５】
合波レーザ光源を構成する半導体レーザとしては、４００ｎｍ近傍の発振波長を有する青色レーザが好適である。青色レーザを用いた方が、マイクロレンズアレイ１３０の集光ビームを絞ることができる。その結果、アレイヘッドに高効率で光結合することができ、高強度の光をアレイヘッドに供給することができる。また、発振波長が４００ｎｍ近傍の短波長光源であることから、高強度の光とその高いフォトンエネルギーとによって、アレイヘッドの物体捕捉力を高めることができる。
【００５６】
なお、上記ではシングルモードレーザからの光を合波する例を示したが、マルチモードの高出力レーザ（例えば、２００ｍＷ）からの光を合波し結合することで、より高輝度な光源出力を得ることも可能である。例えば、マルチモードレーザの各出力が２００ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１Ｗ（＝２００ｍＷ×０．８５×６）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、５本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約５Ｗ（＝１Ｗ×５）である。
【００５７】
また、これまでは、複数の半導体レーザを合波する場合について説明してきたが、合波せずに、半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合し、先端のファイバーに、合波した場合と同様にクラッド径が小さい（例えば、クラッド径６０μｍでコア径を同等とする）光ファイバを結合してもよい。特にこの場合は、半導体レーザとしてマルチモードの高出力レーザ（２００ｍＷ）を用いることが好ましく、このような高出力レーザを用いることで、高輝度な光源を得ることができる。この場合の輝度は、半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合した構造に対して、発光面積を１／４にできるので４倍の輝度を実現できる。
【００５８】
更に、上記の半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合する構成の光源において、波長４００ｎｍのレーザに対しては、クラッド厚さ５μｍ、コア径５０μｍ、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いることができる。このような小径の光ファイバを用いることで、従来使用されているコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍの光ファイバを用いた構造に対し、発光面積を１／４にできるので４倍の輝度を実現できる。
【００５９】
（光ピンセット装置の動作）
次に、上記光ピンセット装置の動作について説明する。この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、コントローラは入力された画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成し、生成した制御信号に基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
【００６０】
光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大される。拡大レンズ系１２６，１２８により拡大された光は、マイクロレンズアレイ１３０に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
【００６１】
マイクロレンズアレイ１３０で集光された光は、アレイヘッド１３２にマトリクス状に配列された対応するコア１４０に入射され、光ファイバ１３６内を導光する。マイクロレンズアレイ１３０で集光された光を、マイクロレンズに対応するコア１４０に入射させるので、効率良く入射することができる。また、上述した通り、アレイヘッド１３２に入射する光ビームから回折限界ビームに近い集光ビームを得ることができる。その結果、焦点深度を深くすることができ、アレイヘッドへの結合効率が高くなる。
【００６２】
そして、光ファイバ１３６の端部１３８からレーザ光が出射される。複数の光ファイバ１３６は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００６３】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、マイクロレンズアレイに配列されたマイクロレンズに対応させて、アレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体をパターンに応じて捕捉することができる。
【００６４】
また、マイクロレンズの集光位置にアレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、ＤＭＤで変調され、マイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。
【００６５】
特に、本実施の形態では、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、アレイヘッドに入射する光ビームの焦点深度を深くすることができ、更に結合効率が高くなる。また、高出力且つ高輝度な光源を用いることで、アレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図６に示すように、アレイヘッドの光ファイバの長さを長くした以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
アレイヘッド１３２Ａは、光ファイバ１３６よりも長い光ファイバ１３６Ａを用いた以外は、図２に示すアレイヘッド１３２と同様に、コア１４０、クラッド１４２、及び球面化された出射側の端部１３８を備えて構成されている。光ファイバ１３６Ａの入射端は、マイクロレンズアレイ１３０の集光位置に対応してコア１４０がマトリクス状に配列されるように、所定位置に固定配置されている。一方、光ファイバ１３６Ａの出射側の端部１３８は、ステージ１３４上に存在する微小物体を捕捉するように、ステージ１３４の表面に近接配置されると共に、ステージ１３４の表面に沿って移動可能に構成されている。
【００６８】
この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大されて、マイクロレンズアレイ１３０に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
【００６９】
マイクロレンズアレイ１３０で集光された光は、アレイヘッド１３２Ａにマトリクス状に配列された対応するコアに入射され、光ファイバ１３６Ａ内を導光する。そして、光ファイバ１３６の端部１３８からレーザ光が出射される。複数の光ファイバ１３６は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２ＡからはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００７０】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、マイクロレンズアレイに配列されたマイクロレンズに対応させて、アレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体をパターンに応じて捕捉することができる。
【００７１】
また、アレイヘッドの入射端が所定位置に固定配置されているので、ＤＭＤで変調され、マイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。
【００７２】
また、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、結合効率が高くなると共にアレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００７３】
更に、長い光ファイバ部を備えたアレイヘッドを用いているので、アレイヘッドの出射端を自由端とすることができ、ステージの表面に沿って容易に移動させる機構を採用することができる。これにより、捕捉した微小物体を、任意の位置に移動させることができる。
【００７４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図７に示すように、マイクロレンズアレイに遮光膜と微小開口とが設けられた近接場アレイヘッドを用いた以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
近接場アレイヘッド１４４は、拡大レンズ系１２６，１２８でＤＭＤ像が結像される位置に配置されると共に、ステージ１３４の表面に近接配置される。また、近接場アレイヘッド１４４は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１４６を備えている。マイクロレンズアレイ１４６の光出射側の表面には、遮光膜１４８が設けられ、遮光膜１４８の各マイクロレンズの集光位置には、微小開口１５０が設けられている。微小開口１５０の径は、略１００ｎｍ程度である。マイクロレンズアレイ１４６にレーザ光を入射させると、この微小開口から近接場光（エバネッセント光）が滲み出してくる。
【００７６】
この近接場アレイヘッド１４４は、マイクロレンズアレイ１４６の光出射面にアルミニウム等の金属薄膜を蒸着して遮光膜１４８を形成し、マイクロレンズに高出力レーザ光を入射させて焦点位置に微小開口１５０を形成することにより、簡単に作製することができる。
【００７７】
この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大されて、近接場アレイヘッド１４４のマイクロレンズアレイ１４６に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。マイクロレンズアレイ１４６に入射された光は、遮光膜１４８に形成された微小開口１５０の近傍に集光される。
【００７８】
微小開口１５０からは、エバネッセント光が滲み出してくる。微小開口１５０は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、近接場アレイヘッド１４４からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたエバネッセント光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００７９】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、このマイクロレンズアレイを近接場アレイヘッドの一部として用いているため、近接場アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体を、パターンに応じて捕捉することができる。
【００８０】
特に、本実施の形態では、近接場光を用いることで、光の波長以下の径で且つ局在化した高強度の光エネルギーを形成することができ、光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微小物体を捕捉することが可能となる。
【００８１】
また、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、結合効率が高くなると共にアレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００８２】
更に、本実施の形態の近接場アレイヘッドは、構成が簡単で製造が容易であり、また、マイクロレンズアレイと一体化されているので、部品点数を減らすことができる。
【００８３】
なお、上記の近接場アレイヘッドに代えて、遮光膜や微小開口を有していない通常のマイクロレンズアレイを用いることもできる。この場合は、マイクロレンズアレイにより集光された光で、ステージ上に存在する微小物体を捕捉する。例えば、図９に示すように、フレネルレンズ１５６をアレイ状に配列したマイクロレンズアレイ１５８を用いることができる。
【００８４】
また、上記の近接場アレイヘッドに代えて、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１６０の光出射側の表面に、窒化ガリウム（ＧａＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶成長により六角錐状の突起１６２がアレイ状に形成された近接場アレイヘッド１６８を用いることもできる。図１０（Ｃ）に示すように、六角錐状の突起１６２は、銀等の金属薄膜からなる遮光膜１６４で被覆されており、突起１６２の先端部分の遮光膜１６４が除去されて微小開口１６６が形成されている。微小開口１６６の径は、１０〜２００ｎｍである。この近接場アレイヘッド１６８では、マイクロレンズアレイ１６０にレーザ光を入射させると、微小開口１６６からエバネッセント光が滲み出してくる。なお、突起１６２の最先端は微視的に見れば平坦である。
【００８５】
ＧａＮやＳｉＣは、波長４００ｎｍの光に対し透明であり、光吸収が無い。また、ＧａＮやＳｉＣは屈折率が大きく、エバネッセント光の滲み出しを抑制することができ、光利用効率が向上する。更に、光損失が少ないことから、開口径を小さくすることができ、より小さなスポットを形成することができる。
【００８６】
六角錐状の突起を備えた上記構造の近接場アレイヘッドは、例えば、以下の方法により作製することができる。まず、サファイヤ基板に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を堆積した後、その表面に直径５μｍ、周期１０μｍのドットパターンを予め形成しておく。次に、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法を用いて、ＧａＮバッファ層を低温にて成長させた後、このＧａＮバッファ層上にＧａＮ単結晶を高温にて六角錐状に成長させる。
【００８７】
但し、六角錐の先端部分はプローブ面として平坦に形成する。結晶成長にてプローブ面を形成するので、プローブ面を原子オーダの精度で平坦化することができる。
【００８８】
ＧａＮ単結晶の形成ピッチは、例えば１０μｍである。発振波長が４００ｎｍ付近のＧａＮ半導体レーザを光源として用いる場合は、ＧａＮ単結晶の形成ピッチを０．４μｍ〜１μｍとしても、十分集光することができる。
【００８９】
六角錐状のＧａＮ単結晶の表面を、銀薄膜でコーティングする。銀薄膜は、表面プラズモンを最も効率良く発生することができ、遮光膜として好適である。次に、ドライエッチングにより六角錐状のＧａＮ単結晶の先端部分を除去して、開口径が約１００ｎｍの微小開口を形成する。
【００９０】
最後に、サファイヤ基板の裏面に、ＧａＮ単結晶の位置に対応させてマイクロレンズを形成する。マイクロレンズは、グレースケールマスクを用いたプラズマドライエッチングにより形成することができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の光ピンセット装置によれば、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、多チャンネル化が可能で、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】図１に示す露光装置に用いられる近接場アレイヘッドの構成を示す斜視図である。
【図３】ＤＭＤの構成を示す部分拡大図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）は図１に示す露光装置に用いられる近接場アレイヘッドの構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図９】近接場アレイヘッドに代えて使用することができるマイクロレンズアレイの構成を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、近接場アレイヘッドの変形例を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【符号の説明】
１１０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１１２ ファイバアレイ光源
１１４ レンズ系
１２６，１２８ 拡大レンズ系
１３０，１４６，１５８，１６０ マイクロレンズアレイ
１３２，１３２Ａ アレイヘッド
１３４ ステージ
１３６，１３６Ａ 光ファイバ
１３８ 端部
１４０ コア
１４２ クラッド
１４４，１６８ 近接場アレイヘッド
１４８，１６４ 遮光膜
１５０，１６６ 微小開口
１５６ フレネルレンズ
１６２ 突起
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピンセット装置に関し、詳しくは、微粒子に光を照射することにより、その微粒子を捕捉する光ピンセット装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ナノテクノロジー分野では、原子・分子を積み重ねて望みのものを加工するボトムアップ技術が必要とされている。ボトムアップ技術の極限は、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による、原子・分子の操作である。しかしながら、１つのプローブで原子や分子を操作するため、大量生産には不向きである、という問題があった。
【０００３】
一方、光源からのレーザ光を集光し、微粒子の近傍に照射することにより、微粒子に発生する光の放射圧を利用して、その微粒子を捕捉して自由に移動させる光ピンセット（光トラップ）技術が知られている。この光ピンセットをアレイ化したものとして、複数個のレーザ光を発する面発光レーザからなる光源（ＶＣＳＥＬアレイ）と、この光源からのレーザ光をステージ上の試料に集光するマイクロレンズアレイとを備えた微小物体のマニピュレーション装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、ＶＣＳＥＬの各々を空間的・時間的に強度変調して、径が３μｍ程度の微小物体を捕捉し移動させている。また、光ピンセットをアレイ化することで、複数の微小物体を同時に移動させることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１９７００号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＶＣＳＥＬのようなアクティブ素子を多数個アレイ化するのは困難であり、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのように、チャンネル数を増加することができなかった。また、ＶＣＳＥＬ光源では、高強度のレーザ光を得ることが難しく、トラップ力を向上させることができない、という問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、多チャンネル化が可能で、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる光ピンセット装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の第１の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記画素部により変調された光ビームに対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、を備え、前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。光ファイバアレイには、複数の画素部により変調された光ビームに対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調された光ビームは、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射される。
【０００９】
この複数の光ファイバの球面化された出射端の各々から出射される高強度の光ビームを微小物体に照射することで、光ファイバ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１０】
上記の第１の光ピンセット装置において、光源として、複数の半導体レーザの各々から出射された複数のレーザ光を合波して照明用の光ビームを出射する合波レーザ光源を用いることができる。高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。合波レーザ光源は、複数の半導体レーザ、１本の光ファイバ、及び前記複数の半導体レーザの各々から出射されたレーザ光を集光し、集光ビームを前記光ファイバの入射端に結合させる集光光学系を備え、複数のレーザ光を合波して前記光ファイバの各々に入射させると共に照明用の光ビームを出射するファイバ光源として構成することができる。
【００１１】
上記の第１の光ピンセット装置において、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いてもよい。光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径より小さくすることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の第２の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、を備え、前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。光ファイバアレイには、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで、複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調され、マイクロレンズアレイで集光された光ビームは、光ファイバアレイに配列された複数の光ファイバの入射端の各々に効率良く入射される。
【００１４】
この複数の光ファイバの球面化された出射端の各々から出射される高強度の光ビームを微小物体に照射することで、光ファイバ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１５】
上記の第２の光ピンセット装置において、複数の光ファイバの入射端を固定配置すると共に、複数の光ファイバの出射端を移動可能とすることができる。例えば、光ファイバの長さを長くすることで、光ファイバの入射端を固定配置すると共に出射端を移動可能とすることができる。
【００１６】
上記の第２の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００１７】
上記目的を達成するために本発明の第３の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、を備え、前記複数のマイクロレンズ毎に集光された光ビームの各々を微小物体に照射し、マイクロレンズ毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００１８】
本発明の第３の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、制御信号に応じて空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。この照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調され、マイクロレンズ毎に集光された高強度の光ビームの各々を微小物体に照射することで、マイクロレンズ毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００１９】
上記の第３の光ピンセット装置において、マイクロレンズをフレネルレンズで構成することができる。フレネルレンズアレイは半導体プロセスにより作製することができ、高密度、高精度、及び高ＮＡ（開口数）のマイクロレンズアレイを、低コストで実現することができる。
【００２０】
上記の第３の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００２１】
上記目的を達成するために本発明の第４の光ピンセット装置は、出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、前記マイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が２次元的に配列された遮光膜と、を備え、前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光を微小物体に照射し、微小開口毎に前記微小物体を捕捉することを特徴としている。
【００２２】
本発明の第４の光ピンセット装置では、照明用光源から空間光変調素子に入射した光ビームは、空間光変調素子の画素部毎に変調され、画素部により変調された光ビームは、マイクロレンズアレイのマイクロレンズ毎に集光される。出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザとを備えた照明用光源は、出射端の面積が小さく高出力且つ高輝度である。マイクロレンズアレイには、複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列されている。従って、照明用光源から入射され、空間光変調素子の画素部毎に変調された光ビームは、マイクロレンズの各々に効率良く入射される。
【００２３】
マイクロレンズアレイの光出射面には、複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が２次元的に配列された遮光膜が設けられている。この複数の微小開口の各々から漏れ出す高強度の近接場光を微小物体に照射することで、微小開口毎に微小物体を確実に捕捉することができる。即ち、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列された空間光変調素子により、１００万チャンネルや１０００万チャンネルのようにチャンネル数を飛躍的に増加させることができ、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる。
【００２４】
上記の第４の光ピンセット装置において、光源として、上記の高出力且つ高輝度の合波レーザ光源を用いることで、高強度の光ビームを微小物体に照射することができ、微小物体を確実に捕捉することができる。また、光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバとこの光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いることで、容易に高輝度化を図ることができる。
【００２５】
また、第４の光ピンセット装置のように近接場光を用いることで、光の波長以下の径で且つ局在化した高強度の光エネルギーを形成することができるので、光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微小物体を捕捉することが可能となる。特に、波長４００ｎｍ近傍の近接場光を用いることで、その高いフォトンエネルギーと近接場の局在化エネルギーとの相乗効果によって、微小物体の捕捉力を向上させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
（光ピンセット装置の概略構成）
第１の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図１に示すように、入射された光ビームを画像データに応じて画素毎に変調する空間光変調素子として、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）１１０を備えている。このＤＭＤ１１０は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力された画像データに基づいて、ＤＭＤ１１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。また、ミラー駆動制御部では、画像データ処理部で生成した制御信号に基づいて、ＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。なお、反射面の角度の制御に付いては後述する。
【００２７】
ＤＭＤ１１０の光入射側には、光ファイバの出射端部（発光点）が所定方向に沿って一列に配列されたレーザ出射部を備えたファイバアレイ光源１１２、ファイバアレイ光源１１２から出射されたレーザ光を補正してＤＭＤ上に集光させるレンズ系１１４、レンズ系１１４を透過したレーザ光をＤＭＤ１１０に向けて反射するミラー１２２、１２４がこの順に配置されている。
【００２８】
レンズ系１１４は、ファイバアレイ光源１１２から出射されたレーザ光を平行光化する１対の組合せレンズ１１６、平行光化されたレーザ光の光量分布が均一になるように補正するロッドインテグレータ１１８、及び光量分布が補正されたレーザ光をＤＭＤ上に集光する集光レンズ１２０で構成されている。ロッドインテグレータ１１８は、インテグレータ内を光が全反射しながら導光して行くので、光量分布が均一となるようにレーザ光を補正することができる。
【００２９】
また、ＤＭＤ１１０の光反射側には、ＤＭＤ１１０で反射されたＤＭＤ像を拡大する拡大レンズ系１２６，１２８が配置されている。拡大レンズ系１２６，１２８でＤＭＤ像が結像される位置には、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１３０が配置されている。そして、マイクロレンズアレイ１３０の光出射側には、アレイヘッド１３２が配置されている。アレイヘッド１３２は、ステージ１３４上に存在する微小物体を捕捉するように、ステージ１３４の表面に近接配置される。
【００３０】
アレイヘッド１３２は、図２に示すように、コア１４０及びクラッド１４２を備えた複数の光ファイバ１３６が、束ねられて構成されている。光ファイバ１３６の入射端では、コア１４０は、マイクロレンズアレイ１３０の集光位置に対応してマトリクス状に配列されている。光ファイバ１３６の出射側の端部１３８は球面化されている。光ファイバ１３６の他端からレーザ光を導入すると端部１３８から光が出射される。球面化された端部１３８から出射される光は、光軸に沿って集束するので、微小物体をトラップするのに好適である。
【００３１】
なお、図２では、２８本の光ファイバ１３６が束ねられ、そのコア１４０が４行７列のマトリクス状に配列されている例を示すが、実際には、マイクロレンズアレイ１３０に配列されたマイクロレンズと同数の光ファイバ１３６が束ねられて、アレイヘッド１３２が構成される。
【００３２】
また、マイクロレンズアレイ１３０により集光される光ビームのビーム径は、光ファイバ１３６のコア１４０の径と同じ大きさとすることが好ましい。同じ大きさとすることで、光ビームの光ファイバ１３６への結合効率が高くなる。例えば、４μｍのコア径のシングルモードファイバを用いる場合には、高結合効率を実現するために、集光ビームと光ファイバのビーム径を一致させ、モードマッチングを図るために、集光される光ビームのビーム径も４μｍとする。
【００３３】
ＤＭＤ１１０は、図３に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【００３４】
ＤＭＤ１１０のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心としてＤＭＤ１１０が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図４（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図４（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、画像信号に応じて、ＤＭＤ１１０の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図３に示すように制御することによって、ＤＭＤ１１０に入射された光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００３５】
なお、図３には、ＤＭＤ１１０の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、ＤＭＤ１１０に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００３６】
ファイバアレイ光源１１２は、図５（Ａ）に示すように、複数（図では２５個）のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、図５（Ｂ）に示すように、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が所定方向に沿って複数列（図では３列）配列されてレーザ出射部６８が構成されている。
【００３７】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００３８】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど光源を高輝度化できるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００３９】
レーザモジュール６４は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、照射ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００４０】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。なお、好適な波長範囲については後述する。
【００４１】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００４２】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、前記ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００４３】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００４４】
なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００４５】
図１４は、上記コリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００４６】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００４７】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００４８】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００４９】
このように構成されたファイバアレイ光源６６では、合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００５０】
このコリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００５１】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合（シングルモードレーザを使用する場合）には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、２５本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約４．５Ｗ（＝１８０ｍＷ×２５）である。
【００５２】
ファイバアレイ光源６６のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少ない本数でも十分に高出力の照明光源として使用することができる。また、本実施の形態の光ピンセット装置では、ファイバアレイ光源１１２の発光領域の所定方向と直交する方向の径が小さいので、レンズ系１１４を通過してＤＭＤ１１０へ入射する光束の角度が小さくなり、結果としてアレイヘッド１３２に入射する光束の角度が小さくなる。即ち、高輝度である。
【００５３】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用でき、約４．５Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを２２５本（１５×１５）束ねなければならず、発光領域の面積は３．６ｍｍ２（１．９ｍｍ×１．９ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．２５（Ｗ／ｍｍ２）、光ファイバ１本当りの輝度は１０（Ｗ／ｍｍ２）である。
【００５４】
これに対し、本実施の形態では、上述した通り、マルチモード光ファイバ２５本で約４．５Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．２ｍｍ２（０．１８ｍｍ×１．１３ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は２２．５（Ｗ／ｍｍ２）となり、従来に比べ約１８倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は９０（Ｗ／ｍｍ２）であり、従来に比べ約９倍の高輝度化を図ることができる。
【００５５】
合波レーザ光源を構成する半導体レーザとしては、４００ｎｍ近傍の発振波長を有する青色レーザが好適である。青色レーザを用いた方が、マイクロレンズアレイ１３０の集光ビームを絞ることができる。その結果、アレイヘッドに高効率で光結合することができ、高強度の光をアレイヘッドに供給することができる。また、発振波長が４００ｎｍ近傍の短波長光源であることから、高強度の光とその高いフォトンエネルギーとによって、アレイヘッドの物体捕捉力を高めることができる。
【００５６】
なお、上記ではシングルモードレーザからの光を合波する例を示したが、マルチモードの高出力レーザ（例えば、２００ｍＷ）からの光を合波し結合することで、より高輝度な光源出力を得ることも可能である。例えば、マルチモードレーザの各出力が２００ｍＷの場合には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１Ｗ（＝２００ｍＷ×０．８５×６）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、５本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約５Ｗ（＝１Ｗ×５）である。
【００５７】
また、これまでは、複数の半導体レーザを合波する場合について説明してきたが、合波せずに、半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合し、先端のファイバーに、合波した場合と同様にクラッド径が小さい（例えば、クラッド径６０μｍでコア径を同等とする）光ファイバを結合してもよい。特にこの場合は、半導体レーザとしてマルチモードの高出力レーザ（２００ｍＷ）を用いることが好ましく、このような高出力レーザを用いることで、高輝度な光源を得ることができる。この場合の輝度は、半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合した構造に対して、発光面積を１／４にできるので４倍の輝度を実現できる。
【００５８】
更に、上記の半導体レーザと光ファイバとを１対１で結合する構成の光源において、波長４００ｎｍのレーザに対しては、クラッド厚さ５μｍ、コア径５０μｍ、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いることができる。このような小径の光ファイバを用いることで、従来使用されているコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍの光ファイバを用いた構造に対し、発光面積を１／４にできるので４倍の輝度を実現できる。
【００５９】
（光ピンセット装置の動作）
次に、上記光ピンセット装置の動作について説明する。この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、コントローラは入力された画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成し、生成した制御信号に基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
【００６０】
光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大される。拡大レンズ系１２６，１２８により拡大された光は、マイクロレンズアレイ１３０に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
【００６１】
マイクロレンズアレイ１３０で集光された光は、アレイヘッド１３２にマトリクス状に配列された対応するコア１４０に入射され、光ファイバ１３６内を導光する。マイクロレンズアレイ１３０で集光された光を、マイクロレンズに対応するコア１４０に入射させるので、効率良く入射することができる。また、上述した通り、アレイヘッド１３２に入射する光ビームから回折限界ビームに近い集光ビームを得ることができる。その結果、焦点深度を深くすることができ、アレイヘッドへの結合効率が高くなる。
【００６２】
そして、光ファイバ１３６の端部１３８からレーザ光が出射される。複数の光ファイバ１３６は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００６３】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、マイクロレンズアレイに配列されたマイクロレンズに対応させて、アレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体をパターンに応じて捕捉することができる。
【００６４】
また、マイクロレンズの集光位置にアレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、ＤＭＤで変調され、マイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。
【００６５】
特に、本実施の形態では、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、アレイヘッドに入射する光ビームの焦点深度を深くすることができ、更に結合効率が高くなる。また、高出力且つ高輝度な光源を用いることで、アレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図６に示すように、アレイヘッドの光ファイバの長さを長くした以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
アレイヘッド１３２Ａは、光ファイバ１３６よりも長い光ファイバ１３６Ａを用いた以外は、図２に示すアレイヘッド１３２と同様に、コア１４０、クラッド１４２、及び球面化された出射側の端部１３８を備えて構成されている。光ファイバ１３６Ａの入射端は、マイクロレンズアレイ１３０の集光位置に対応してコア１４０がマトリクス状に配列されるように、所定位置に固定配置されている。一方、光ファイバ１３６Ａの出射側の端部１３８は、ステージ１３４上に存在する微小物体を捕捉するように、ステージ１３４の表面に近接配置されると共に、ステージ１３４の表面に沿って移動可能に構成されている。
【００６８】
この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大されて、マイクロレンズアレイ１３０に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。
【００６９】
マイクロレンズアレイ１３０で集光された光は、アレイヘッド１３２Ａにマトリクス状に配列された対応するコアに入射され、光ファイバ１３６Ａ内を導光する。そして、光ファイバ１３６の端部１３８からレーザ光が出射される。複数の光ファイバ１３６は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、アレイヘッド１３２ＡからはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００７０】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、マイクロレンズアレイに配列されたマイクロレンズに対応させて、アレイヘッドの光ファイバコアを配列しているため、アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体をパターンに応じて捕捉することができる。
【００７１】
また、アレイヘッドの入射端が所定位置に固定配置されているので、ＤＭＤで変調され、マイクロレンズで集光された光を、対応する光ファイバコアに効率良く入射させることができる。
【００７２】
また、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、結合効率が高くなると共にアレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００７３】
更に、長い光ファイバ部を備えたアレイヘッドを用いているので、アレイヘッドの出射端を自由端とすることができ、ステージの表面に沿って容易に移動させる機構を採用することができる。これにより、捕捉した微小物体を、任意の位置に移動させることができる。
【００７４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態に係る光ピンセット装置は、図７に示すように、マイクロレンズアレイに遮光膜と微小開口とが設けられた近接場アレイヘッドを用いた以外は、第１の実施の形態と同じ構成であるため、同じ構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
近接場アレイヘッド１４４は、拡大レンズ系１２６，１２８でＤＭＤ像が結像される位置に配置されると共に、ステージ１３４の表面に近接配置される。また、近接場アレイヘッド１４４は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズがＤＭＤの各画素に対応して設けられたマイクロレンズアレイ１４６を備えている。マイクロレンズアレイ１４６の光出射側の表面には、遮光膜１４８が設けられ、遮光膜１４８の各マイクロレンズの集光位置には、微小開口１５０が設けられている。微小開口１５０の径は、略１００ｎｍ程度である。マイクロレンズアレイ１４６にレーザ光を入射させると、この微小開口から近接場光（エバネッセント光）が滲み出してくる。
【００７６】
この近接場アレイヘッド１４４は、マイクロレンズアレイ１４６の光出射面にアルミニウム等の金属薄膜を蒸着して遮光膜１４８を形成し、マイクロレンズに高出力レーザ光を入射させて焦点位置に微小開口１５０を形成することにより、簡単に作製することができる。
【００７７】
この光ピンセット装置では、図示しないコントローラに画像データが入力されると、該画像データに基づいてＤＭＤ１１０の各マイクロミラーの反射面の角度が制御される。光源１１２からレンズ系１１４を介してＤＭＤ１１０に照射された照明光は、各マイクロミラーの反射面の角度に応じて所定方向に反射されて変調され、変調された光が拡大レンズ系１２６，１２８により拡大されて、近接場アレイヘッド１４４のマイクロレンズアレイ１４６に設けられたマイクロレンズの各々に入射される。マイクロレンズアレイ１４６に入射された光は、遮光膜１４８に形成された微小開口１５０の近傍に集光される。
【００７８】
微小開口１５０からは、エバネッセント光が滲み出してくる。微小開口１５０は、ＤＭＤ１１０の複数の画素部に対応して２次元的に配列されているので、近接場アレイヘッド１４４からはＤＭＤ１１０のオンオフパターンに応じたエバネッセント光が出射される。これにより、ステージ１３４上に存在する微小物体がパターンに応じて捕捉される。
【００７９】
以上説明した通り、本実施の形態の光ピンセット装置では、ＤＭＤの各画素部に対応させてマイクロレンズアレイのマイクロレンズが配列されると共に、このマイクロレンズアレイを近接場アレイヘッドの一部として用いているため、近接場アレイヘッドからはＤＭＤのオンオフパターンに応じたレーザ光が出射される。これにより、ステージ上に存在する微小物体を、パターンに応じて捕捉することができる。
【００８０】
特に、本実施の形態では、近接場光を用いることで、光の波長以下の径で且つ局在化した高強度の光エネルギーを形成することができ、光の波長以下（例えば、１００ｎｍ以下）の微小物体を捕捉することが可能となる。
【００８１】
また、高出力且つ高輝度な光源を用いているので、結合効率が高くなると共にアレイヘッドを高出力化することができ、微小物体のトラップ力を向上させることができる。
【００８２】
更に、本実施の形態の近接場アレイヘッドは、構成が簡単で製造が容易であり、また、マイクロレンズアレイと一体化されているので、部品点数を減らすことができる。
【００８３】
なお、上記の近接場アレイヘッドに代えて、遮光膜や微小開口を有していない通常のマイクロレンズアレイを用いることもできる。この場合は、マイクロレンズアレイにより集光された光で、ステージ上に存在する微小物体を捕捉する。例えば、図９に示すように、フレネルレンズ１５６をアレイ状に配列したマイクロレンズアレイ１５８を用いることができる。
【００８４】
また、上記の近接場アレイヘッドに代えて、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ１６０の光出射側の表面に、窒化ガリウム（ＧａＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）の結晶成長により六角錐状の突起１６２がアレイ状に形成された近接場アレイヘッド１６８を用いることもできる。図１０（Ｃ）に示すように、六角錐状の突起１６２は、銀等の金属薄膜からなる遮光膜１６４で被覆されており、突起１６２の先端部分の遮光膜１６４が除去されて微小開口１６６が形成されている。微小開口１６６の径は、１０〜２００ｎｍである。この近接場アレイヘッド１６８では、マイクロレンズアレイ１６０にレーザ光を入射させると、微小開口１６６からエバネッセント光が滲み出してくる。なお、突起１６２の最先端は微視的に見れば平坦である。
【００８５】
ＧａＮやＳｉＣは、波長４００ｎｍの光に対し透明であり、光吸収が無い。また、ＧａＮやＳｉＣは屈折率が大きく、エバネッセント光の滲み出しを抑制することができ、光利用効率が向上する。更に、光損失が少ないことから、開口径を小さくすることができ、より小さなスポットを形成することができる。
【００８６】
六角錐状の突起を備えた上記構造の近接場アレイヘッドは、例えば、以下の方法により作製することができる。まず、サファイヤ基板に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を堆積した後、その表面に直径５μｍ、周期１０μｍのドットパターンを予め形成しておく。次に、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法を用いて、ＧａＮバッファ層を低温にて成長させた後、このＧａＮバッファ層上にＧａＮ単結晶を高温にて六角錐状に成長させる。
【００８７】
但し、六角錐の先端部分はプローブ面として平坦に形成する。結晶成長にてプローブ面を形成するので、プローブ面を原子オーダの精度で平坦化することができる。
【００８８】
ＧａＮ単結晶の形成ピッチは、例えば１０μｍである。発振波長が４００ｎｍ付近のＧａＮ半導体レーザを光源として用いる場合は、ＧａＮ単結晶の形成ピッチを０．４μｍ〜１μｍとしても、十分集光することができる。
【００８９】
六角錐状のＧａＮ単結晶の表面を、銀薄膜でコーティングする。銀薄膜は、表面プラズモンを最も効率良く発生することができ、遮光膜として好適である。次に、ドライエッチングにより六角錐状のＧａＮ単結晶の先端部分を除去して、開口径が約１００ｎｍの微小開口を形成する。
【００９０】
最後に、サファイヤ基板の裏面に、ＧａＮ単結晶の位置に対応させてマイクロレンズを形成する。マイクロレンズは、グレースケールマスクを用いたプラズマドライエッチングにより形成することができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明の光ピンセット装置によれば、制御信号に応じて空間的に変調されたパターン光を照射する際に、多チャンネル化が可能で、複数の微小物体を高精細なパターンに応じて確実に捕捉することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図２】図１に示す露光装置に用いられる近接場アレイヘッドの構成を示す斜視図である。
【図３】ＤＭＤの構成を示す部分拡大図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図５】（Ａ）はファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）のレーザ出射部における発光点の配列を示す平面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係る露光装置の構成を示す光軸に沿った断面図である。
【図８】（Ａ）は図１に示す露光装置に用いられる近接場アレイヘッドの構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の光軸に沿った断面図である。
【図９】近接場アレイヘッドに代えて使用することができるマイクロレンズアレイの構成を示す斜視図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、近接場アレイヘッドの変形例を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１２に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【符号の説明】
１１０ デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）
１１２ ファイバアレイ光源
１１４ レンズ系
１２６，１２８ 拡大レンズ系
１３０，１４６，１５８，１６０ マイクロレンズアレイ
１３２，１３２Ａ アレイヘッド
１３４ ステージ
１３６，１３６Ａ 光ファイバ
１３８ 端部
１４０ コア
１４２ クラッド
１４４，１６８ 近接場アレイヘッド
１４８，１６４ 遮光膜
１５０，１６６ 微小開口
１５６ フレネルレンズ
１６２ 突起
Claims (9)
- 出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記画素部により変調された光ビームに対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、
を備え、
前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉する光ピンセット装置。 - 出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の光ファイバの入射端が２次元的に配列され、前記複数の光ファイバの出射端の各々が球面化された光ファイバアレイと、
を備え、
前記複数の光ファイバの出射端の各々から光ビームを微小物体に照射し、光ファイバ毎に前記微小物体を捕捉する光ピンセット装置。 - 前記複数の光ファイバの入射端を固定配置すると共に、前記複数の光ファイバの出射端を移動可能とした請求項２に記載の光ピンセット装置。
- 出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
を備え、
前記複数のマイクロレンズ毎に集光された光ビームの各々を微小物体に照射し、マイクロレンズ毎に前記微小物体を捕捉する光ピンセット装置。 - 前記マイクロレンズが、フレネルレンズである請求項４に記載の光ピンセット装置。
- 出射端が束ねられた複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの入射端の各々にレーザ光を結合する半導体レーザと、を備えた照明用の光源と、
各々制御信号に応じて光変調状態が変化する複数の画素部が２次元的に配列され、前記光源から前記複数の画素部に入射した光ビームを、前記画素部毎に変調する空間光変調素子と、
前記複数の画素部に対応するピッチで複数のマイクロレンズが２次元的に配列され、前記画素部により変調された光ビームを、前記マイクロレンズ毎に集光するマイクロレンズアレイと、
前記マイクロレンズアレイの光出射面に設けられ、前記複数のマイクロレンズの集光位置に対応するピッチで複数の微小開口が２次元的に配列された遮光膜と、
を備え、
前記複数の微小開口の各々から漏れ出す近接場光を微小物体に照射し、微小開口毎に前記微小物体を捕捉する光ピンセット装置。 - 前記光源として、複数の半導体レーザの各々から出射された複数のレーザ光を合波して照明用の光ビームを出射する合波レーザ光源を用いた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピンセット装置。
- 前記光源として、コア径が均一で出射端のクラッド径が入射端のクラッド径より小さい光ファイバと、前記光ファイバの入射端にレーザ光を結合する半導体レーザとを備え、前記光ファイバの出射端を複数本束ねたファイバ光源を用いた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光ピンセット装置。
- 前記レーザ光の波長が約４００ｎｍである請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光ピンセット装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175160A JP2005007530A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ピンセット装置 |
| US10/869,077 US20040256542A1 (en) | 2003-06-19 | 2004-06-17 | Optical tweezer device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003175160A JP2005007530A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ピンセット装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005007530A true JP2005007530A (ja) | 2005-01-13 |
Family
ID=33516222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003175160A Pending JP2005007530A (ja) | 2003-06-19 | 2003-06-19 | 光ピンセット装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040256542A1 (ja) |
| JP (1) | JP2005007530A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011141510A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-07-21 | Kinki Univ | 量子計算機及び複数量子ビット形成方法 |
| JP2016082219A (ja) * | 2014-10-15 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | 半導体レーザ発振器 |
| JP2016218282A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 微粒子配列の作成および配向制御方法 |
| CN109001903A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-12-14 | 西安石油大学 | 基于双锥形四模光纤的高阶模光镊及其测试方法 |
| CN111653379A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-11 | 桂林电子科技大学 | 基于多光纤光镊的纳米粒子输送器 |
Families Citing this family (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100347577C (zh) * | 2005-08-26 | 2007-11-07 | 清华大学 | 光波导光钳系统 |
| EP1934645B1 (en) * | 2005-10-11 | 2011-08-17 | Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL-SRI | Miniaturized optical tweezer array with an array of reflective elements for reflecting the light back to a focal area |
| US7628865B2 (en) * | 2006-04-28 | 2009-12-08 | Asml Netherlands B.V. | Methods to clean a surface, a device manufacturing method, a cleaning assembly, cleaning apparatus, and lithographic apparatus |
| CN100406374C (zh) * | 2006-04-29 | 2008-07-30 | 北京工业大学 | 一种用于金属微粒的激光光镊微细操控方法及装置 |
| US7843635B2 (en) * | 2007-06-18 | 2010-11-30 | National Yang-Ming University | Device for trapping or stretching microscopic substance and method thereof |
| JP6308523B2 (ja) * | 2014-03-11 | 2018-04-11 | 株式会社ブイ・テクノロジー | ビーム露光装置 |
| WO2016156516A2 (en) | 2015-03-31 | 2016-10-06 | Samantree Medical Sa | Systems and methods for in-operating-theatre imaging of fresh tissue resected during surgery for pathology assessment |
| CN104949755B (zh) * | 2015-06-02 | 2017-02-01 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种成像光谱系统中多通道孔径编码方法 |
| US10845558B2 (en) * | 2017-02-07 | 2020-11-24 | Ofs Fitel, Llc | High count optical fiber cable configuration |
| US10539776B2 (en) | 2017-10-31 | 2020-01-21 | Samantree Medical Sa | Imaging systems with micro optical element arrays and methods of specimen imaging |
| US10928621B2 (en) | 2017-10-31 | 2021-02-23 | Samantree Medical Sa | Sample dishes for use in microscopy and methods of their use |
| US11747603B2 (en) | 2017-10-31 | 2023-09-05 | Samantree Medical Sa | Imaging systems with micro optical element arrays and methods of specimen imaging |
| CN109830325B (zh) * | 2017-11-23 | 2020-08-07 | 桂林电子科技大学 | 可编程多芯光纤微光手 |
| CN108732694A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-02 | 南京邮电大学 | 一种光纤耦合输出系统 |
| CN109581652A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-04-05 | 上海大学 | 一种基于磁液变形镜的光镊系统 |
| US11145427B2 (en) * | 2019-07-31 | 2021-10-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Tool and method for particle removal |
| CN111653378B (zh) * | 2020-06-05 | 2022-06-07 | 桂林电子科技大学 | 基于多光纤光镊的sted超分辨显微成像装置 |
| CN112071462B (zh) * | 2020-06-05 | 2022-06-07 | 桂林电子科技大学 | 一种可调单光纤微粒输送器 |
| CN111653380B (zh) * | 2020-06-05 | 2022-09-30 | 桂林电子科技大学 | 基于单光纤光镊的sted超分辨显微成像装置 |
| CN113189709A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-30 | 之江实验室 | 一种用于光纤阵列的输入光信号发生装置及光刻系统 |
| CN113568279B (zh) * | 2021-07-15 | 2024-01-02 | 之江实验室 | 基于多模光纤阵列输入光场调制的超分辨直写式光刻系统 |
| CN113707356B (zh) * | 2021-08-26 | 2023-07-21 | 桂林电子科技大学 | 一种灵活的光学微手系统及粒子操控方法 |
| CN116909117B (zh) * | 2023-09-11 | 2023-11-24 | 成都理工大学工程技术学院 | 一种可变距光镊立体成像装置及成像方法 |
-
2003
- 2003-06-19 JP JP2003175160A patent/JP2005007530A/ja active Pending
-
2004
- 2004-06-17 US US10/869,077 patent/US20040256542A1/en not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011141510A (ja) * | 2009-12-11 | 2011-07-21 | Kinki Univ | 量子計算機及び複数量子ビット形成方法 |
| JP2016082219A (ja) * | 2014-10-15 | 2016-05-16 | 株式会社アマダホールディングス | 半導体レーザ発振器 |
| JP2016218282A (ja) * | 2015-05-21 | 2016-12-22 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | 微粒子配列の作成および配向制御方法 |
| CN109001903A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-12-14 | 西安石油大学 | 基于双锥形四模光纤的高阶模光镊及其测试方法 |
| CN111653379A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-11 | 桂林电子科技大学 | 基于多光纤光镊的纳米粒子输送器 |
| CN111653379B (zh) * | 2020-06-05 | 2023-07-25 | 桂林电子科技大学 | 基于多光纤光镊的纳米粒子输送器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20040256542A1 (en) | 2004-12-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005007530A (ja) | 光ピンセット装置 | |
| US7133122B2 (en) | Exposure method | |
| JP4731787B2 (ja) | 露光ヘッド及び露光装置 | |
| US7259830B2 (en) | Image exposure device | |
| JP2004006440A (ja) | レーザ装置、露光ヘッド、及び露光装置 | |
| JP2003340924A (ja) | 積層造形装置 | |
| JP2003345030A (ja) | 露光装置 | |
| JP2005032909A (ja) | 照明光学系およびそれを用いた露光装置 | |
| JP2003340923A (ja) | 光造形装置 | |
| JP2004310081A (ja) | 合波レーザ光調芯方法、レーザ光合波光源、および露光装置 | |
| JP2006337528A (ja) | 画像露光装置 | |
| JP2006195166A (ja) | 画像露光装置およびマイクロレンズアレイユニット | |
| JP4524213B2 (ja) | 露光装置及び方法 | |
| JP2006163102A (ja) | 画像露光方法および装置 | |
| JP2005275325A (ja) | 画像露光装置 | |
| JP4749682B2 (ja) | 露光装置 | |
| JP2005277153A (ja) | 画像露光装置 | |
| JP2004126034A (ja) | 画像形成装置 | |
| KR100760253B1 (ko) | 화상 노광장치 | |
| JP4208141B2 (ja) | 画像露光方法および装置 | |
| JP2006171426A (ja) | 照明光学系及びそれを用いた露光装置 | |
| JP2006221068A (ja) | 露光装置及び方法 | |
| JP4014990B2 (ja) | 光ファイバの接続方法 | |
| JP4104949B2 (ja) | 画像形成装置 | |
| JP2005049491A (ja) | 照明光学系 |