JP2008229837A - 光勾配力を印加する改良された装置、システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、レーザ光をビームレットに回折することと、(レーザ光に関して仮想のレンズとして働いて)ビームレットを収束させることとの両方が可能であり、それによって回折されたレーザビームをフォーカスレンズに転送するための複数の物理的なレンズの必要をなくす二重の機能を有する光学素子に関連する。本発明はまた、回折されないレーザ光から生じる反射・散乱の雑音の量を制限することによって、光トラップのモニタリングをより向上させることにも関連する。
【選択図】 図1
Description
ジェイ アールト 及びエム ジェイ パジェット「高輝度領域に囲われた暗焦点を伴うビームの発生・光学ボトルビーム」オプティカルレター 25、191−193ページ。2000年。 エル パターソン、エムピー マクドナルド、ジェイ アールト、ダブリュ シベット、ピーイー ブライアンド、及びケイ ドラリア 「光学的にトラップされた微細粒子の制御された回転」サイエンス 292巻、912−914ペイジ。2001年。
前記光学表面を変えることによって前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットのうちの少なくとも一つの前記位相プロファイルを変化させることをさらに包含してもよい。
前記光トラップで生物学的な材料を操作することをさらに包含してもよい。
前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして可動ミラーで操縦することをさらに包含してもよい。
前記集光されたエネルギービームは電磁波エネルギーであってもよい。
前記方法は、前記光学データストリームをコンピュータで受け取ることをさらに包含してもよい。前記光学表面を変えることは、コンピュータによって指示されてもよい。
前記方法は、前記光学データストリームの解析された前記スペクトルに応じて、前記光学表面を変えて少なくとも一つの光トラップの配置を変化させることをさらに包含してもよい。
前記方法は、前記光学データストリームから、1つ以上の予め選択された光の波長を除去することをさらに包含してもよい。
前記位相パターニング光学素子は動的であってもよい。前記エンコードされた仮想レンズを選択的に変えることは、それから発するビームレットの数を変化させてもよい。
前記位相パターニング光学素子を選択的に変えることは、それから発する前記ビームレットのうちの少なくとも一つの前記位相プロファイルを変化させてもよい。
前記動的な位相パターニング光学素子は選択的に可変であり、それによりそれから発する各別個のビームレットの収束位置を変化させることが可能であってもよい。
前記動的な位相パターニング光学素子は選択的に変えることが可能であり、それによりそれから発する各別個のビームレットの前記位相プロファイルを変化させることが可能であってもよい。
前記可動ミラーと前記フォーカスレンズとの間に望遠鏡レンズシステムをさらに備えていてもよい。
前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは、約400nmから約1060nmの範囲から選択される波長を有するレーザビームであってもよい。
前記位相パターニング光学素子は動的であってもよい。
前記位相パターニング光学素子は、コンピュータで生成された可変回折パターン、可変位相シフト材料、可変液晶位相シフトアレイ、マイクロミラーアレイ、ピストンモードマイクロミラーアレイ、空間光変調器、電子光学偏向器、音響光学変調器、変形可能ミラーおよび反射MEMSアレイからなる群のうちの少なくとも一つから選択されていてもよい。
前記動的な位相パターニング光学素子を選択的に制御するためのコンピュータをさらに備えていてもよい。
前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは緑のスペクトルの波長を有するレーザビームであってもよい。
前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは、約400nmから約1060nmの範囲から選択された波長を有するレーザビームであってもよい。
前記フォーカスレンズの後ろの開口部に前記ビームレットを重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして操縦するための可動ミラーをさらに備えていてもよい。
前記モニタは人間のモニタであってもよい。前記モニタはビデオモニタであってもよい。
前記光学データストリームをデジタルデータストリームに変換する手段をさらに備えていてもよい。前記光学データストリームのスペクトルを生成する分光計をさらに備えていてもよい。
前記光学データストリームをデジタルデータストリームに変換することによってデジタルデータストリームを受け取るコンピュータをさらに備えていてもよい。
前記光学データストリームを受け取ってデジタルデータストリームに処理し、前記光学データストリームにおける情報に基づいて前記光トラップの少なくとも一つの配置を変化させるコンピュータをさらに備えていてもよい。
前記スペクトルを解析するコンピュータと、前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、前記可動ミラーに、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを操縦させるためのコンピュータとをさら備えていてもよい。
前記集光された光ビームがオンであるときには前記光学データストリームを選択的にブロックし、前記集光された光ビームがオフであるときには前記光学データストリームをブロックしないシャッタをさらに備えていてもよい。
前記光学データストリームがモニタされているときには前記集光された光ビームを選択的にブロックするシャッタをさらに備えていてもよい。
前記光学データストリームがモニタされているときには前記レーザビームを選択的にブロックする第一のシャッタと、前記レーザビームがオンであるときに前記光学データストリームを選択的にブロックし、前記レーザビームがオフである時に前記光学データストリームをブロックしない第二のシャッタとをさらに備えていてもよい。
前記集光された光ビームは電磁波エネルギーであってもよい。前記光トラップは、前記単一レンズの動きに対応して動いてもよい。前記光トラップの配置の変化は、前記光学素子における少なくとも一つの変化によってもたらされてもよい。
各トラップの配置は、エンコードされた回折光学素子によって選択的に制御される。各トラップの動きが、固定された位置における回転、固定されていない位置における回転、二次元と三次元、ならびに連続的と段階的は選択的に制御可能であるということが本発明の重要な特徴である。制御は、ビームが通過する回折光学素子の表面を変えることによって実現され、それにより、エンコードされた回折光学素子から発するビームレットの収束位置を変更する。
光トラップのアレイを生成するために、レーザビーム10は回折光学素子12を通過して、エンコードされた回折光学素子12の前面13上の領域Aから発し、その後領域Cへと達するビームレット32を生成する。領域Cは対物レンズ18の前にあるビームスプリッタ51の表面上の中心の領域である。ビームスプリッタ51は、静的あるいは可動のダイクロイックミラー、静的あるいは可動の光バンドギャップミラー、静的あるいは可動の全方向性ミラー、または他の同様な装置から構成される。図2に示されているビームスプリッタは可動であり、それゆえに、可動ミラーとビームスプリッタとの二つの機能を果たす。図3に示す代わりの実施形態においては、ビームスプリッタ51は固定されている。
Claims (119)
- 複数の可動光トラップを形成する方法であって、
集光された光ビームを発生し、
前記集光された光ビームを、可変光学表面を有する位相パターニング光学素子に導いて、前記位相パターニング光学素子から発する複数のビームレットを形成し、各ビームレットは位相プロファイルを有しており、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを前記位相パターニング光学素子で前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させ、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを、前記単一のトランスファーレンズに通して、フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ね、
前記フォーカスレンズから発する前記ビームレットを収束させて複数の光トラップを形成することを包含する方法。 - 前記方法は、前記光学表面を変えることによって前記位相パターニング光学素子から発する少なくとも一つのビームレットの収束位置を変更して、少なくとも一つの光トラップの配置を変えることをさらに包含する請求項1に記載の方法。
- 前記光トラップは、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、光ケージ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項1に記載の方法。
- 前記光学表面を変えることによって前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットのうちの少なくとも一つの前記位相プロファイルを変化させることをさらに包含する請求項3に記載の方法。
- 前記光トラップで生物学的な材料を操作することをさらに包含する請求項1に記載の方法。
- 前記集光された光ビームはレーザビームである請求項1に記載の方法。
- 前記レーザビームの波長は緑のスペクトルである請求項6に記載の方法。
- 前記レーザビームの波長は約400nmから約1060nmの範囲から選択される請求項6に記載の方法。
- 前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして可動ミラーで操縦することをさらに包含する請求項1に記載の方法。
- 複数の可動光トラップを形成する方法であって、
集光されたエネルギービームを発生し、
前記集光されたエネルギービームを、可変光学表面を有する位相パターニング光学素子に導いて複数のビームレットを形成し、
前記ビームレットを前記位相パターニング光学素子で収束させ、
前記ビームレットを単一のトランスファーレンズに通して、フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ね、
前記フォーカスレンズから発する前記ビームレットを収束させて複数の光トラップを形成することを包含する方法。 - 前記方法は、前記光学表面を変えることによって前記位相パターニング光学素子から発する少なくとも一つのビームレットの収束を変更して、少なくとも一つの光トラップの配置を変えることをさらに包含する請求項10に記載の方法。
- 前記方法は、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、および光ケージから選択される光トラップの2つ以上の異なる種類を形成することをさらに包含する請求項10に記載の方法。
- 前記方法は、前記位相パターニング光学素子で、前記ビームレットのうちの少なくとも一つの前記位相プロファイルを変化させることをさらに包含する請求項12に記載の方法。
- 前記集光されたエネルギービームは電磁波エネルギーである請求項10に記載の方法。
- 複数の可動光トラップを形成し、モニタする方法であって、
集光された光ビームを発生し、
前記集光された光ビームを位相パターニング光学素子に導いて、可変光学表面を有する前記位相パターニング光学素子から発する複数のビームレットを形成し、各ビームレットは位相プロファイルを有しており、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを前記位相パターニング光学素子で前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させ、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを単一のトランスファーレンズに通して、ビームスプリッタの表面で前記ビームレットを重ね、ビームレットの2つのストリームを生成し、前記ビームスプリッタはビームレットの第一のストリームをフォーカスレンズの後ろの開口部に反射し、ビームレットの第二のストリームを反射して光学データストリームを形成し、
前記フォーカスレンズから発する前記ビームレットを収束させて複数の光トラップを形成することを包含する方法。 - 前記方法は、前記位相パターニング光学素子から発する少なくとも一つのビームレットの収束を変更して、少なくとも一つの光トラップの配置を変化させることをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、および光ケージからなる群から選択される2つ以上の異なる種類の光トラップを形成することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記ビームレットの少なくとも一つの前記位相プロファイルを前記位相パターニング光学素子で変化させることをさらに包含する請求項17に記載の方法。
- 前記方法は、前記光トラップで生物学的材料を操作することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記集光された光ビームはレーザビームである請求項15に記載の方法。
- 前記レーザビームの波長は緑のスペクトルである請求項20に記載の方法。
- 前記単一のレーザビームの波長は約400nmから約1060nmの範囲から選択される請求項20に記載の方法。
- 前記方法は、前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして可動ミラーで操縦することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームをビデオ信号に変換することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームのスペクトルを得て解析することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームをコンピュータで受け取ることをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記光学表面を変えることは、コンピュータによって指示される請求項16に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームの解析された前記スペクトルに応じて、前記光学表面を変えて少なくとも一つの光トラップの配置を変化させることをさらに包含する請求項25に記載の方法。
- 前記方法は、前記ビデオ信号に応じて、前記光学表面を変えて少なくとも一つの光トラップの配置を変化させることをさらに包含する請求項24に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームから光の予め選択された波長以外の全てを除去することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記光学データストリームから、1つ以上の予め選択された光の波長を除去することをさらに包含する請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、前記集光された光ビームが発生されていないときには前記光学データストリームがブロックされ、前記集光された光ビームが発生されているときには前記光学データストリームはブロックされないように、前記集光された光ビームを選択的に発生し、前記光学データストリームを選択的にブロックしたり、ブロックしなかったりすることをさらに包含している請求項15に記載の方法。
- 前記方法は、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットが前記ビームスプリッタに通ることを選択的にブロックしたり、ブロックしなかったりし、
前記ビームレットをブロックするときに、前記光学データストリームを選択的にモニタすることをさらに包含する請求項15に記載の方法。 - 少なくとも2つの光トラップを生成する装置であって、
集光された光ビームを受け取り、それを、それぞれが位相プロファイルを有する少なくとも2つのビームレットに回折する位相パターニング光学素子と、
前記位相パターニング光学素子から発する各ビームレットを前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させる、前記位相パターニング光学素子内に変換された仮想レンズと、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを導いてフォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前記単一のトランスファーレンズと、
前記トランスファーレンズから発する各ビームレットを収束させて前記光トラップを形成する前記フォーカスレンズと、
前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる、前記位相パターニング光学素子と前記フォーカスレンズとの間の単一のトランスファーレンズと
を備えている装置。 - 前記単一のトランスファーレンズは可動である請求項34に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は静的な表面を有している請求項34に記載の装置。
- 前記静的な表面は、前記静的な表面の異なる部分を前記光ビームを受けるように並べるために再配置可能である請求項36に記載の装置。
- 前記静的な表面は2つ以上の不連続な、不均質の領域からなる請求項37に記載の装置。
- 前記静的な表面は実質的に連続的に変化している請求項37に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は、格子、回折格子、反射格子、透過格子、ホログラム、ステンシル、光整形ホログラフィックフィルタ、多色ホログラム、レンズ、ミラー、プリズム、波長板およびホログラムからなる群の少なくとも一つから選択されている請求項36に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は動的である請求項34に記載の装置。
- 前記変換された仮想レンズを選択的に変えることは、それから発するビームレットの数を変化させる請求項41に記載の装置。
- 前記変換された仮想レンズを選択的に変えることは、それから発する前記ビームレットのうちの少なくとも一つの収束位置を変化させる請求項41に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子を選択的に変えることは、それから発する前記ビームレットのうちの少なくとも一つの前記位相プロファイルを変化させる請求項41に記載の装置。
- 少なくとも2つの光トラップを生成し、モニタする装置であって、
集光された光ビームを受け、それを、それぞれが位相プロファイルを有する少なくとも2つのビームレットに回折する位相パターニング光学素子と、
前記位相パターニング光学素子から発する各ビームレットを前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させる、前記位相パターニング光学素子において変換された仮想レンズと、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを導いて、ビームスプリッタの表面で重ねる前記単一のトランスファーレンズと、
前記単一のトランスファーレンズから発する前記ビームレットを受け取ってビームレットの2つのストリームを作り出し、その後ビームレットの第一のストリームをフォーカスレンズの後ろの開口部に反射し、ビームレットの第二のストリームを光学データストリームを形成するように反射する前記ビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから発する各ビームレットを収束させて、少なくとも2つの光トラップを形成する前記フォーカスレンズと
を備えている装置。 - 前記単一のトランスファーレンズは可動である請求項45に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は静的な表面を有している請求項45に記載の装置。
- 前記静的な表面は、前記光ビームを受けるように前記静的な表面の異なる部分を並べるために再配置可能である請求項47に記載の装置。
- 前記静的な表面は、2つ以上の不連続な、不均質の領域からなる請求項48に記載の装置。
- 前記静的な表面は実質的に連続的に変化している請求項48に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は、格子、回折格子、反射格子、透過格子、ホログラム、ステンシル、光整形ホログラフィックフィルタ、多色ホログラム、レンズ、ミラー、プリズム、波長板およびホログラムからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項47に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は動的である請求項45に記載の装置。
- 前記動的な位相パターニング光学素子は選択的に可変であり、それによりそれから発するビームレットの数を変化させることが可能である請求項52に記載の装置。
- 前記動的な位相パターニング光学素子は選択的に可変であり、それによりそれから発する各別個のビームレットの収束位置を変化させることが可能である請求項52に記載の装置。
- 前記動的な位相パターニング光学素子は選択的に変えることが可能であり、それによりそれから発する各別個のビームレットの前記位相プロファイルを変化させることが可能である請求項52に記載の装置。
- 前記位相パターニング光学素子は、コンピュータにより生成された可変回折パターン、可変位相シフト材料、可変液晶位相シフトアレイ、マイクロミラーアレイ、ピストンモードマイクロミラーアレイ、空間光変調器、電子光学偏向器、音響光学変調器、変形可能ミラーおよび反射MEMSアレイからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項52に記載の装置。
- 前記ビームスプリッタは、静止している全方向ミラー、静止している光バンドギャップミラー、静止しているダイクロイックミラー、可動全方向ミラー、可動光バンドギャップミラー、および可動ダイクロイックミラーからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項45に記載の装置。
- 前記トランスファーレンズの上流に配置されており、前記ビームレットを前記フォーカスレンズの後ろの開口部で重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして操縦する可動ミラーをさらに備えている請求項45に記載の装置。
- 前記可動ミラーと前記フォーカスレンズとの間に望遠鏡レンズシステムをさらに備えている請求項58に記載の装置。
- 複数の光トラップを生成し、モニタする装置であって、
単一のレーザビームを受け取って、それを、それぞれが位相プロファイルを有する少なくとも2つのビームレットに回折する動的な回折光学素子と、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させる、前記回折光学素子において変換された仮想レンズと、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを導いて、ビームスプリッタの表面で重ねる前記単一のトランスファーレンズと、
前記単一のトランスファーレンズから発する前記ビームレットを受け取ってビームレットの2つのストリームを作り出し、そしてビームレットの第一のストリームをフォーカスレンズの後ろの開口部に反射し、ビームレットの第二のストリームを光学データストリームを形成するように反射する前記ビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタから発する各ビームレットを収束させて少なくとも2つの光トラップを形成する前記フォーカスレンズと
を備えている装置。 - 微小粒子を操作するための複数の光トラップを生成するシステムであって、
複数の微小粒子と、
集光された光ビームを生成する光源と、
集光された光ビームと、
前記集光された光ビームを受け取って、それを、それぞれが位相プロファイルを有する少なくとも2つのビームレットに回折する位相パターニング光学素子と、
前記位相パターニング光学素子から発する各ビームレットを前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させる、前記位相パターニング光学素子内に変換された仮想レンズと、
前記位相パターニング光学素子と、各ビームレットが通過するフォーカスレンズとの間に配置された前記単一のトランスファーレンズであって、各ビームレットは前記フォーカスレンズの後ろの開口部で重ねられるような単一のトランスファーレンズと、
それぞれが複数の微小粒子のうちの一つを操作することが可能である少なくとも2つの光トラップを形成するように、前記トランスファーレンズから発する各ビームレットを収束させる前記フォーカスレンズと
を備えているシステム。 - 前記単一のトランスファーレンズは可動である請求項61に記載のシステム。
- 前記光トラップは、前記単一のトランスファーレンズの動きに対応して動く請求項61に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は可変光学表面を有している請求項61に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は、静的な表面を有している請求項64に記載のシステム。
- 前記静的な表面は、前記集光された光ビームを前記静的な表面の選択された領域に合わせるように移動可能である請求項65に記載のシステム。
- 前記静的な表面は2つ以上の不連続な、不均質の領域からなる請求項66に記載のシステム。
- 前記静的な表面は、実質的に連続的に変化している請求項67に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は、格子、回折格子、反射格子、透過格子、ホログラム、ステンシル、光整形ホログラフィックフィルタ、多色ホログラム、レンズ、ミラー、プリズム、波長板およびホログラムからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項67に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は動的である請求項61に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は、コンピュータで生成された可変回折パターン、可変位相シフト材料、可変液晶位相シフトアレイ、マイクロミラーアレイ、ピストンモードマイクロミラーアレイ、空間光変調器、電子光学偏向器、音響光学変調器、変形可能ミラーおよび反射MEMSアレイからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項70に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子を選択的に変えるためのコンピュータをさらに備えている請求項70に記載のシステム。
- 前記複数の微小粒子の少なくともいくつかは、生物学的な材料である請求項61に記載のシステム。
- 前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは、緑のスペクトルの波長を有するレーザビームである請求項61に記載のシステム。
- 前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは、約400nmから約1060nmの範囲から選択される波長を有するレーザビームである請求項61に記載のシステム。
- 前記ビームレットを前記フォーカスレンズの後ろの開口部で重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして操縦するための可動ミラーをさらに備えている請求項61に記載のシステム。
- 前記単一のレンズから下流で前記フォーカスレンズより前に望遠鏡レンズ系をさらに備えている請求項61に記載のシステム。
- 光トラップを用いて微小粒子を操作するシステムであって、
複数の微小粒子と、
集光された光ビームを生成する光源と、
集光された光ビームと、
前記集光された光ビームを受け取り、それを、それぞれが位相プロファイルを有する少なくとも2つのビームレットに回折する位相パターニング光学素子と、
前記位相パターニング光学素子から発する各ビームレットを前記位相パターニング光学素子と単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させる、前記位相パターニング光学素子内に変換された仮想レンズと、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを受け取ってビームレットの2つのストリームを作り出し、ビームレットの第一のストリームをフォーカスレンズの後ろの開口部に重ねるように反射し、ビームレットの第二のストリームを光学データストリームを形成するように反射するビームスプリッタと、
前記位相パターニング光学素子と、各ビームレットが通過する前記フォーカスレンズとの間に配置された単一のトランスファーレンズであって、各ビームレットは前記フォーカスレンズの後ろの開口部で重ねられるようなトランスファーレンズと、
それぞれが、前記複数の微小粒子のうちの一つを操作することができる少なくとも2つの光トラップと、
前記光学データストリームのモニタと
を備えているシステム。 - 前記単一のトランスファーレンズは可動である請求項78に記載のシステム。
- 前記光トラップは、前記単一のトランスファーレンズの動きに対応して動く請求項79に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は可変光学表面を有している請求項80に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は静的な表面を有している請求項78に記載のシステム。
- 前記静的な表面は、前記静的な表面の選択された領域に前記集光された光ビームを選択的に合わせるように動かすことができる請求項78に記載のシステム。
- 前記静的な表面は不連続な、不均質の領域からなる請求項78に記載のシステム。
- 前記静的な表面は実質的に連続的に変化している請求項78に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は、格子、回折格子、反射格子、透過格子、ホログラム、ステンシル、光整形ホログラフィックフィルタ、多色ホログラム、レンズ、ミラー、プリズム、波長板、およびホログラムからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項78に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は動的である請求項78に記載のシステム。
- 前記位相パターニング光学素子は、コンピュータで生成された可変回折パターン、可変位相シフト材料、可変液晶位相シフトアレイ、マイクロミラーアレイ、ピストンモードマイクロミラーアレイ、空間光変調器、電子光学偏向器、音響光学変調器、変形可能ミラーおよび反射MEMSアレイからなる群のうちの少なくとも一つから選択されている請求項87に記載のシステム。
- 前記動的な位相パターニング光学素子を選択的に制御するためのコンピュータをさらに備えている請求項88に記載のシステム。
- 前記複数の微小粒子の少なくともいくつかは、生物学的な材料である請求項80に記載のシステム。
- 前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは緑のスペクトルの波長を有するレーザビームである請求項80に記載のシステム。
- 前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームは、約400nmから約1060nmの範囲から選択された波長を有するレーザビームである請求項80に記載のシステム。
- 前記フォーカスレンズの後ろの開口部に前記ビームレットを重ねる前に、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして操縦するための可動ミラーをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記単一のレンズから下流に、かつ前記フォーカスレンズより前に望遠鏡レンズ系をさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記モニタは人間のモニタである請求項80に記載のシステム。
- 前記モニタはビデオモニタである請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームをデジタルデータストリームに変換する手段をさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームのスペクトルを生成する分光計をさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームをデジタルデータストリームに変換することによってデジタルデータストリームを受け取るコンピュータをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームを受け取ってデジタルデータストリームに処理し、前記光学データストリームにおける情報に基づいて前記光トラップの少なくとも一つの配置を変化させるコンピュータをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、可動ミラーに、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを一つのグループとして操縦させるためのコンピュータをさらに備えている請求項100に記載のシステム。
- 前記スペクトルを解析するコンピュータと、
前記フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ねる前に、前記可動ミラーに、前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを操縦させるためのコンピュータと
をさら備えている請求項100に記載のシステム。 - 前記光学データストリームの通路内に配置された偏光フィルタあるいはバンドパスフィルタをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記集光された光ビームがオンであるときには前記光学データストリームを選択的にブロックし、前記集光された光ビームがオフであるときには前記光学データストリームをブロックしないシャッタをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームがモニタされているときには前記集光された光ビームを選択的にブロックするシャッタをさらに備えている請求項80に記載のシステム。
- 集光された光ビームを生成する前記光源はレーザであり、前記集光された光ビームはレーザビームである請求項80に記載のシステム。
- 前記光学データストリームがモニタされているときには前記レーザビームを選択的にブロックする第一のシャッタと、
前記レーザビームがオンであるときに前記光学データストリームを選択的にブロックし、前記レーザビームがオフである時に前記光学データストリームをブロックしない第二のシャッタと
をさらに備えている請求項106に記載のシステム。 - 微小粒子をモニタし、操作する光学システムであって、
集光されたエネルギーの単一のビームの源と、
集光されたエネルギーの単一のビームと、
動的な回折光学素子と、
前記光学素子に前記単一のビームを導くことによって生成される複数の収束されたビームレットと、
フォーカスレンズと、
前記収束されたビームレットの光路に配置されており、ビームレットの2つのストリームを作り出して、ビームレットの第一のストリームを前記フォーカスレンズの後ろの開口部で重ねるように反射し、ビームレットの第二のストリームを光学データストリームを形成するように反射するビームスプリッタと、
前記光学素子と前記ビームスプリッタとの間に配置された、それらのビームレットを前記ビームスプリッタに導く可動単一レンズと、
前記フォーカスレンズを通る前記ビームレットの収束によって形成される少なくとも2つの光トラップと、
前記光学データストリームのためのモニタと
を備えている光学システム。 - 前記集光されたエネルギーの単一のビームの源は、固体レーザ、ダイオード励起レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、アレキサンドライトレーザ、自由電子レーザ、VCSELレーザ、ダイオードレーザ、Ti−サファイアレーザ、ドープYAGレーザ、ドープYLFレーザ、ダイオード励起YAGレーザ、フラッシュランプ励起YAGレーザ、発光ダイオードおよび一体化された平行化素子を有する発光ダイオードからなる群から選択されている請求項108に記載の光学システム。
- 前記集光された光ビームは電磁波エネルギーである請求項109に記載のシステム。
- 前記光トラップは、前記単一レンズの動きに対応して動く請求項109に記載のシステム。
- 前記光トラップの配置の変化は、前記光学素子における少なくとも一つの変化によってもたらされる請求項109に記載のシステム。
- 各光トラップは、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、および光ケージからなる群から選択される請求項112に記載のシステム。
- 各光トラップは、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、および光ケージからなる群から選択される請求項61に記載のシステム。
- 各光トラップは、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、および光ケージからなる群から選択される請求項80に記載のシステム。
- 複数の可動光トラップを形成する方法であって、
集光された光ビームを発生し、
前記集光された光ビームを位相パターニング光学素子に導いて、前記位相パターニング光学素子から発する複数のビームレットを形成し、各ビームレットは位相プロファイルを有しており、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを前記位相パターニング光学素子で前記位相パターニング光学素子と前記単一のトランスファーレンズとの間の位置で収束させ、
前記位相パターニング光学素子から発する前記ビームレットを、可動ミラーによって前記単一のトランスファーレンズを通過させて、フォーカスレンズの後ろの開口部で前記ビームレットを重ね、
前記フォーカスレンズから発する前記ビームレットを収束させて複数の光トラップを形成する方法。 - 前記方法は、前記ミラーを動かして少なくとも一つの光トラップの配置を変化させることをさらに包含する請求項116に記載の方法。
- 前記光トラップは、光ピンセット、オプティカルボルテックス、オプティカルボトル、オプティカルローテータ、光ケージおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項116に記載の方法。
- 前記方法は、前記光トラップで生物学的な材料を操作することをさらに包含する請求項116に記載の方法。
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