JP2019033688A - Optical trapping device, sample sorting device, and method of trapping sample by irradiation with light - Google Patents

Optical trapping device, sample sorting device, and method of trapping sample by irradiation with light Download PDF

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Hisao Osawa
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Abstract

To provide an optical trapping device with which the diameter of illumination light is adjusted to a value suited for obtaining a desired optical trapping force.SOLUTION: An optical trapping device according to the present invention comprises: a light source; a beam diameter adjusting optical system for adjusting the beam diameter of the light from the light source; an objective lens for projecting the beam diameter-adjusted light onto a sample; a storage device which stores beam diameter information indicating the value of a beam diameter which gives an optical trapping force with respect to combinations of sample sizes and the number of apertures of the objective lens; and a processor which refers to the beam diameter information stored in the storage device to acquire the value of a beam diameter corresponding to a combination of the sample size of the sample to be trapped and the number of apertures of the objective lens used in the optical trapping device, and controls the beam diameter adjusting optical system to adjust the light beam diameter to the acquired beam diameter.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、光トラップ装置、サンプル分別装置、及び光をサンプルに照射して捕捉する方法に関する。   The present disclosure relates to an optical trap device, a sample sorting device, and a method for irradiating and capturing light on a sample.

従来から、媒質中の微粒子を捕捉し操作する際には光トラップ(光ピンセットとも呼ぶ)が用いられている。この光トラップは、光が周辺媒質と異なる屈折率を持つ物体(微粒子)を通過するときに屈折して得られる運動量変化に対する反作用を利用して物体を補足する技術である。   Conventionally, an optical trap (also called optical tweezers) has been used when capturing and manipulating fine particles in a medium. This light trap is a technique for supplementing an object by utilizing a reaction against a change in momentum obtained by refraction when light passes through an object (fine particle) having a refractive index different from that of the surrounding medium.

このような光トラップ技術を用いて微小物体を移動させる装置がこれまでも開発されてきている。例えば、特許文献1には、照射する光の最小スポット位置、及び最小スポット径をそれぞれ調整することによって、移動の対象となっている微小物体にあわせた最適条件を作りだすことが開示されている。また、特許文献1には、集光光学系へ入射する光の径が大きいほど微小物体への光の入射角が大きくなり、スポット径が小さくなるため、好ましいことが示唆されている。   An apparatus for moving a minute object using such an optical trap technology has been developed. For example, Patent Document 1 discloses that an optimum condition according to a minute object to be moved is created by adjusting a minimum spot position and a minimum spot diameter of light to be irradiated. Patent Document 1 suggests that the larger the diameter of the light incident on the condensing optical system, the larger the incident angle of the light on the minute object and the smaller the spot diameter, which is preferable.

特開平7−31459号公報JP 7-31459 A

しかしながら、様々な物体の大きさを考慮すると、必ずしも対物レンズの入射瞳に入射する照明光(以下「照明光」という)の径が大きいほどトラップ力が強くなる訳ではないことが本発明者によって明らかにされた。つまり、今回、本発明者は、照明光の径が極めて大きいと対物レンズの入射瞳を通過することができる光量が減って逆にトラップ力が弱くなってしまうこと、及び照明光の径が極めて細いと焦点位置での光スポットが大きくなりトラップ力が弱くなることを見出した。   However, in consideration of the size of various objects, the inventor does not necessarily increase the trapping force as the diameter of illumination light (hereinafter referred to as “illumination light”) incident on the entrance pupil of the objective lens increases. It was revealed. That is, this time, the present inventor has found that if the diameter of the illumination light is extremely large, the amount of light that can pass through the entrance pupil of the objective lens decreases, and conversely the trapping force becomes weak, and the diameter of the illumination light is extremely large. It was found that if it is thin, the light spot at the focal position becomes large and the trapping force becomes weak.

また、特許文献1では、照明光の径(ビーム径)を変化させるとトラップ力が変化すると述べられているが、どのようにトラップ力が変化するのかについては全く触れられていない。さらに、特許文献1をより詳細に検証してみると、「照明光の径が大きいほどトラップ力が強くなる」のは、対物レンズの入射瞳径が照明光の径に比べて十分に大きい場合だけであることが判明した。従って、実際の光トラップ装置では、特許文献1が開示する条件(具体的には数式2)は成立しない。   Further, in Patent Document 1, it is stated that the trapping force changes when the diameter of the illumination light (beam diameter) is changed, but there is no mention of how the trapping force changes. Furthermore, when examining Patent Document 1 in more detail, “the larger the diameter of the illumination light, the stronger the trapping force” is when the entrance pupil diameter of the objective lens is sufficiently larger than the diameter of the illumination light. Just turned out to be. Therefore, in an actual optical trap device, the condition disclosed in Patent Document 1 (specifically, Formula 2) is not satisfied.

本発明者は、上述のような状況に鑑み、被トラップ物(以下、「サンプル」と称する場合がある)の直径と対物レンズのNA(開口数)とによって最適な照明光の径が決定されること、さらには、最適な照明光の径の範囲について見出した。   In view of the above situation, the present inventor determines the optimal illumination light diameter based on the diameter of the trapped object (hereinafter sometimes referred to as “sample”) and the NA (numerical aperture) of the objective lens. Furthermore, the present inventors have found out the optimum range of the diameter of illumination light.

本実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光の対物レンズの入射瞳位置でのビーム径(以下「ビーム径」という)を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、記憶デバイスに格納されたビーム径情報を参照して、捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと光トラップ装置で用いられる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を取得したビーム径に調整するプロセッサと、を備える、光トラップ装置が提供される。
なお、ここでサンプルサイズとは、光によりトラップされるサンプルが球形であればその直径、多面体や楕円体であれば体積平均径を表す。
According to the present embodiment, an optical trap device that irradiates a sample with light and captures the light, and the beam diameter (hereinafter referred to as “beam diameter”) at the entrance pupil position of the objective lens of the light source and the light from the light source. Beam diameter adjustment optical system to be adjusted, objective lens that irradiates the sample with light having the adjusted beam diameter, and a beam diameter that indicates a beam diameter value that gives a light trapping force in combination of the sample size and the numerical aperture of the objective lens With reference to the storage device for storing information and the beam diameter information stored in the storage device, the beam diameter corresponding to the combination of the sample size of the sample to be captured and the numerical aperture of the objective lens used in the optical trap device And a processor that acquires a value and controls the beam diameter adjusting optical system to adjust the beam diameter of the light to the acquired beam diameter. .
Here, the sample size represents the diameter when the sample trapped by light is spherical, and the volume average diameter when the sample is a polyhedron or ellipsoid.

別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力を対物レンズの光軸に垂直な面(以下「XY平面」という)内でサンプルに加える場合には、強度が最大値に対して1/e2となる直径としてのビーム径と対物レンズの入射瞳径との比(以下、「瞳充填率」と呼ぶ)が0.43以上0.93以下となるように、ビーム径調整光学系によって光のビーム径が調整されている、光トラップ装置が提供される。 According to another embodiment, an optical trap device that irradiates and captures light on a sample, the light source, a beam diameter adjusting optical system that adjusts the beam diameter of light from the light source, and the beam diameter are adjusted An objective lens that irradiates the sample with light, and a light trapping force generated by irradiating the sample with light is applied to the sample in a plane perpendicular to the optical axis of the objective lens (hereinafter referred to as the “XY plane”) The ratio of the beam diameter as the diameter at which the intensity becomes 1 / e 2 with respect to the maximum value and the entrance pupil diameter of the objective lens (hereinafter referred to as “pupil filling factor”) is 0.43 or more and 0.93. An optical trap device in which the beam diameter of light is adjusted by a beam diameter adjusting optical system is provided as follows.

別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力を対物レンズの光軸方向(以下「Z方向」という)でサンプルに適用する場合には、瞳充填率が0.56以上0.96以下となるように、ビーム径調整光学系によって光のビーム径が調整されている、光トラップ装置が提供される。   According to another embodiment, an optical trap device that irradiates and captures light on a sample, the light source, a beam diameter adjusting optical system that adjusts the beam diameter of light from the light source, and the beam diameter are adjusted An objective lens that irradiates the sample with light, and when the optical trapping force generated by irradiating the sample with light is applied to the sample in the optical axis direction of the objective lens (hereinafter referred to as “Z direction”), There is provided an optical trap device in which the beam diameter of light is adjusted by a beam diameter adjusting optical system so that the pupil filling factor is 0.56 or more and 0.96 or less.

別の実施形態によれば、流路を流れるサンプルを分別するサンプル分別装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、サンプルに対する、ビーム径が調整された光の照射を制御して、流路における所望の方向にサンプルを分別するプロセッサと、を備え、プロセッサは、記憶デバイスに格納されたビーム径情報を参照して、分別対象のサンプルのサンプルサイズとサンプル分別装置で用いられる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置が提供される。   According to another embodiment, there is provided a sample separation device for separating a sample flowing in a flow path, a light source, a beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source, and light with adjusted beam diameter. An objective lens that irradiates the sample, a storage device that stores beam diameter information indicating a beam diameter value that gives an optical trapping force in a combination of the sample size and the numerical aperture of the objective lens, and the beam diameter for the sample is adjusted A processor that controls the irradiation of the light and sorts the sample in a desired direction in the flow path, and the processor refers to the beam diameter information stored in the storage device, and the sample size of the sample to be sorted And the beam diameter value corresponding to the combination of the numerical aperture of the objective lens used in the sample fractionator and the beam diameter adjustment optical system is controlled. Adjusting the beam diameter obtained a beam diameter of the light, the sample separation device is provided.

別の実施形態によれば、流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、流路を流れるサンプルを検出する検出部と、検出部によるサンプルの検出結果に基づいて、サンプルに対する、ビーム径が調整された光の照射を制御して、流路における所望の方向にサンプルを分別するプロセッサと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をXY平面内でサンプルに適用する場合、プロセッサは、瞳充填率が0.43以上0.93以下となるように、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を調整する、サンプル分別装置が提供される。   According to another embodiment, a sample separation device that separates a plurality of types of samples flowing in a flow path, the light source, a beam diameter adjustment optical system that adjusts the beam diameter of light from the light source, and the beam diameter adjustment Based on the objective lens that irradiates the sample with the sampled light, the detection unit that detects the sample flowing through the flow path, and the detection result of the sample by the detection unit, it controls the irradiation of the sample with the beam diameter adjusted. A processor for separating the sample in a desired direction in the flow path, and applying a light trapping force generated by irradiating the sample with light to the sample in the XY plane, the processor has a pupil filling factor of There is provided a sample sorting device for controlling a beam diameter adjusting optical system to adjust a beam diameter of light so that it becomes 0.43 or more and 0.93 or less.

別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、プロセッサが、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を参照して、捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと実際に用いる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して取得したビーム径を調整することと、実際に用いる対物レンズで、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。   According to another embodiment, a method of irradiating a sample with light and capturing the beam, wherein the processor indicates a beam diameter value that provides a light trapping force in a combination of sample size and objective lens numerical aperture. Referring to the information, obtain the value of the beam diameter corresponding to the combination of the sample size of the sample to be captured and the numerical aperture of the objective lens actually used, and control the beam diameter adjustment optical system to obtain the acquired beam diameter. A method is provided that includes adjusting and irradiating the sample with light having an adjusted beam diameter with an objective lens actually used.

別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をXY平面内でサンプルに適用する場合に、瞳充填率が0.43以上0.93以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、対物レンズによって、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。   According to another embodiment, a method of capturing light by irradiating a sample with a sample, the optical filling force generated by irradiating the sample with light being applied to the sample in the XY plane, the pupil filling factor The beam diameter of the light from the light source is adjusted by the beam diameter adjusting optical system so that the light is adjusted to 0.43 or more and 0.93 or less, and the sample is irradiated with the light having the adjusted beam diameter by the objective lens. And a method is provided.

別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をZ方向でサンプルに適用する場合に、瞳充填率が0.56以上0.96以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、対物レンズによって、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。   According to another embodiment, a method of capturing light by irradiating a sample with a sample, wherein when the light trapping force generated by irradiating the sample with light is applied to the sample in the Z direction, the pupil filling factor is Adjusting the beam diameter of the light from the light source by the beam diameter adjusting optical system so as to be 0.56 or more and 0.96 or less, irradiating the sample with the light whose beam diameter has been adjusted by the objective lens, A method is provided.

XY面内における、サンプルサイズ(例えば、図1では直径)及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sample size (for example, diameter in FIG. 1), the numerical aperture NA of an objective lens, and the pupil filling factor in the XY plane. Z方向における、サンプルサイズ(例えば、図2では直径)及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sample size (for example, diameter in FIG. 2) and the numerical aperture NA of an objective lens, and a pupil filling factor in a Z direction. 図1及び2から読み取ることができる最適なビーム径(最適な瞳充填率)の範囲を示す図である。It is a figure which shows the range of the optimal beam diameter (optimal pupil filling factor) which can be read from FIG. 本開示の第1の実施形態による光トラップ装置1の概略構成例を示す図である。It is a figure showing an example of schematic structure of optical trap device 1 by a 1st embodiment of this indication. 本開示の第1の実施形態による光トラップ装置1の動作を説明するためのフローチャートである。5 is a flowchart for explaining an operation of the optical trap device 1 according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の第2の実施形態による光トラップ装置2の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the optical trap apparatus 2 by 2nd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態によるセルソータ装置3の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the cell sorter apparatus 3 by 3rd Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態によるセルソータ装置3で用いられるソーティング流路300を真上から見たときの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example when the sorting flow path 300 used with the cell sorter apparatus 3 by 3rd Embodiment of this indication is seen from right above. 本開示の第3の実施形態によるセルソータ装置3の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the cell sorter apparatus 3 by 3rd Embodiment of this indication. 本開示の第4の実施形態による光トラップシステム4の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the optical trap system 4 by 4th Embodiment of this indication. 本開示の第3の実施形態の変形例によるセルソータ装置5の概略構成例を示す図である。It is a figure which shows the schematic structural example of the cell sorter apparatus 5 by the modification of 3rd Embodiment of this indication.

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the accompanying drawings, functionally identical elements may be denoted by the same numbers. Note that the attached drawings show an embodiment and an implementation example according to the principle of the present disclosure, but these are for understanding the present disclosure and are never used to interpret the present disclosure in a limited manner. is not. The descriptions in this specification are merely exemplary, and are not intended to limit the scope of the claims or the application in any way whatsoever.

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。   This embodiment has been described in sufficient detail for those skilled in the art to implement the present disclosure, but other implementations and forms are possible, without departing from the scope and spirit of the technical idea of the present disclosure. It is necessary to understand that the configuration and structure can be changed and various elements can be replaced. Therefore, the following description should not be interpreted as being limited to this.

更に、本実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。   Further, as will be described later, the present embodiment may be implemented by software running on a general-purpose computer, or may be implemented by dedicated hardware or a combination of software and hardware.

(1)最適ビーム径についての考察
<最適ビーム径の存在の有無について>
光トラップの原理については従来から良く知られているが、対物レンズの入射瞳に入射させるレーザ光(レーザ光でないと十分なトラップ(捕捉)力を生じさせるのに強度が足らない)の最適なビーム径については検討されていなかった。ここで、「最適ビーム径」とは、光トラップ力が最大となるビーム径を意味する。この点に関して様々な光学理論計算を行った結果、次のことが判明した。
(1) Consideration of optimum beam diameter <Presence / absence of optimum beam diameter>
The principle of optical traps has been well known in the past, but the optimum of laser light that is incident on the entrance pupil of the objective lens (the intensity of the laser light is insufficient to generate sufficient trapping force). The beam diameter has not been studied. Here, the “optimal beam diameter” means a beam diameter that maximizes the optical trapping force. As a result of various optical theoretical calculations regarding this point, the following was found.

(i)対物レンズでレーザ光のスポットを絞って被トラップ物に対する照明ビームを生成するという関係上、ビーム径が極めて細いと実効的な開口数が小さくなるため対物レンズの焦点位置で強く集光できないため焦点位置での光スポット径が小さくならず、トラップ力が弱くなってしまう。 (I) Due to the fact that the laser beam is focused by the objective lens to generate an illumination beam for the trapped object, if the beam diameter is very thin, the effective numerical aperture will be small, so it will be strongly focused at the focal position of the objective lens. Since this is not possible, the diameter of the light spot at the focal position is not reduced, and the trapping force is weakened.

(ii)一方、一般に光トラップに利用されるビームはその伝播方向に垂直な断面の強度分布がガウス分布となっているレーザービームが使われるため、ビーム径が極めて大きいと対物レンズの入射瞳を通過できる光量が減ってしまい、やはりトラップ力は弱くなってしまう。トラップ力は、レーザ光のスポット径が同じであれば、照明ビームの強度に比例するため、対物レンズに光が入って来なければトラップ力も弱くなる。 (Ii) On the other hand, a laser beam generally used for an optical trap uses a laser beam whose intensity distribution in the cross section perpendicular to the propagation direction is a Gaussian distribution. The amount of light that can pass is reduced, and the trapping power is also weakened. If the spot diameter of the laser beam is the same, the trapping force is proportional to the intensity of the illumination beam. Therefore, if the light does not enter the objective lens, the trapping force becomes weak.

以上の検証結果を踏まえると、レーザ光が対物レンズに入射する際のビームの径(照明ビーム径)には強いトラップ力を発生させるための最適な値が存在すると考えられる。   Based on the above verification results, it is considered that there is an optimum value for generating a strong trapping force in the beam diameter (illumination beam diameter) when laser light is incident on the objective lens.

<ビーム径とサンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAとの関係について>
光トラップ力については、大まかに次のことが言える。つまり、被トラップ物(一例として、ビーズなどの球体)に光が入射すると、被トラップ物には屈折率があるため、入射光は屈折する。光が屈折するということは、被トラップ物への入射光の運動量と被トラップ物からの出射光の運動量とが異なることを意味する。また、被トラップ物に入射した光の一部は散乱する場合もある。光の散乱によっても運動量は変化するため、被トラップ物に入射してきて透過した光、及び散乱した光の全運動量の変化が伝えられる力として被トラップ物に働く。このことを利用して光トラップ力が算出される。このような光トラップ力の大きさは、"Optical trapping of dielectric particles in arbitrary fields", A. Rohrbach and E. H. K. Stelzer, Opt. Soc. Am. A, Vol. 18, No. 4, (2001) 839〜853(以下、参考文献と言う)に示される計算式に基づいて算出することが可能である。具体的には、入射ビームの電場振幅を表す下記数式1(参考文献中では式(3))において、

Figure 2019033688
E(x,y,z)をガウスビームが対物レンズ瞳に入射したことを考慮した電場振幅分布として、光トラップ力を数式2(参考文献における式(44))により、
Figure 2019033688
光が被トラップ物で屈折することによる勾配力とFgrad(r)と光が被トラップ物表面で散乱することによる散乱力Fscat(r)との和で計算することができる。 <Relationship between beam diameter, sample size and numerical aperture NA of objective lens>
Regarding the optical trapping force, the following can be said roughly. That is, when light enters a trapped object (for example, a sphere such as a bead), the incident light is refracted because the trapped object has a refractive index. The fact that light is refracted means that the momentum of incident light to the trapped object is different from the momentum of light emitted from the trapped object. In addition, part of the light incident on the trapped object may be scattered. Since the momentum also changes due to the scattering of light, it acts on the trapped object as a force that transmits the change in the total momentum of the light incident on the trapped object and transmitted and the scattered light. Using this fact, the optical trapping force is calculated. The magnitude of such an optical trapping force is "Optical trapping of dielectric particles in arbitrary fields", A. Rohrbach and EHK Stelzer, Opt. Soc. Am. A, Vol. 18, No. 4, (2001) 839- It can be calculated based on a calculation formula shown in 853 (hereinafter referred to as a reference). Specifically, in the following formula 1 (the formula (3) in the reference) representing the electric field amplitude of the incident beam,
Figure 2019033688
Assuming that E (x, y, z) is an electric field amplitude distribution considering that the Gaussian beam is incident on the objective lens pupil, the optical trapping force is expressed by Equation 2 (Equation (44) in the reference).
Figure 2019033688
Light can be calculated by the sum of the scattering power F scat due to the gradient force and F grad (r) and light due to refraction in the trap object is scattered by the trap piece surface (r).

光トラップ力は、被トラップ物に対する光の損失を極力少なくすることにより、効率的に生じさせることが可能となる。対物レンズの開口数NAが大きい際には被トラップ物で屈折される光の効果は大きい。これは、ビーム径が大きいほど角度を持った光が被トラップ物に入射するので、被トラップ物の大きさにあまり依存せず被トラップ物に入射した光は大きく曲げられるために光トラップ力が大きくなるためである。一方で、対物レンズの開口数NAが大きい際の被トラップ物の表面で散乱する光の効果は、ビーム径が大きいほど光スポット径が小さくなるために、被トラップ物が大きい場合には入射位置で入射と逆方向に反射・散乱することが多く、光軸に垂直なXY面内のトラップには寄与しなくなる。これでは照明光を効率的に用いて光トラップ力を発生させることができない。被トラップ物が比較的大きい場合には、以上2つの力のうち散乱による効果が上回るので、ビーム径を細く絞り、対物レンズによって生成される照明光のスポット径を大きくすることにより、当該被トラップ物に対してなるべく広範囲に照明光が照射されるようにする方が良い。以上から、光トラップ力を強くするための最適なビーム径は、被トラップ物の大きさに対する依存性が強いと言える。   The light trapping force can be generated efficiently by minimizing the loss of light to the trapped object. When the numerical aperture NA of the objective lens is large, the effect of light refracted by the trapped object is large. This is because, as the beam diameter is larger, light with an angle is incident on the trapped object, so the light trapping force is not greatly dependent on the size of the trapped object and the light incident on the trapped object is greatly bent. This is because it becomes larger. On the other hand, the effect of light scattered on the surface of the trapped object when the numerical aperture NA of the objective lens is large is that the light spot diameter decreases as the beam diameter increases. In many cases, the light is reflected and scattered in the direction opposite to the incident direction, and does not contribute to traps in the XY plane perpendicular to the optical axis. With this, it is impossible to generate the light trapping force by using the illumination light efficiently. If the object to be trapped is relatively large, the effect of scattering exceeds the above two forces. Therefore, by narrowing the beam diameter and increasing the spot diameter of the illumination light generated by the objective lens, It is better to illuminate the object with illumination light as widely as possible. From the above, it can be said that the optimum beam diameter for increasing the optical trapping force strongly depends on the size of the trapped object.

また、検証の結果、例えば、対物レンズの開口数NAが大きい場合、ビーム径を細めにして対物レンズに入射させた方が良好な結果(より強い光トラップ力が発生)が得られることが判明した。これは、最大のトラップ力を発生させる角度を持った光よりも外側の光はそれほど光トラップ力の強さに影響を与えないためである。つまり、対物レンズの開口数NAが大きい場合には対物レンズの外周までいっぱいに光を入れるよりは少し細めに光を入れ、絞りで光があまりカットされないようにした方が良い。一方、対物レンズの開口数NAが小さい場合、対物レンズの外周部までいっぱいに光を入れた方が良い。以上のように、光トラップ力を強くするための最適なビーム径は、対物レンズの開口数NAにも依存している。   Also, as a result of verification, for example, when the numerical aperture NA of the objective lens is large, it is found that it is better to make the beam diameter narrower and enter the objective lens (a stronger optical trapping force is generated). did. This is because light outside the light having an angle that generates the maximum trapping force does not affect the strength of the optical trapping force so much. In other words, when the numerical aperture NA of the objective lens is large, it is better to put light a little thinner than to fill the outer circumference of the objective lens so that the light is not cut much by the diaphragm. On the other hand, when the numerical aperture NA of the objective lens is small, it is better to put light into the entire outer periphery of the objective lens. As described above, the optimum beam diameter for increasing the optical trapping force also depends on the numerical aperture NA of the objective lens.

以上のべたように光トラップ力には、XY面内のトラップ力とZ方向のトラップ力の2つが存在する。よって、これら2つのトラップ力を別々に考察する必要がある。図1は、XY面内における、サンプルサイズ(例えば、図1では直径)及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係を示す図である。図2は、Z方向における、サンプルサイズ(例えば、図2では直径)及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係を示す図である。ここで、瞳充填率は、入射ビーム径/対物レンズの瞳直径によって定義される。また、入射ビーム径は、入射レーザ光の1/eの直径によって定義される。図1及び図2の瞳充填率の曲面(サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係)は、トラップ力が理論上最大となる最適な関係を示している。この理論上最大となるトラップ力を「最大トラップ力」とよぶ。実際にサンプルをトラップする際には、最大トラップ力の90%以上のトラップ力までが許容される。最大トラップ力の90%以上の値を与える瞳充填率の範囲は、図1及び図2の瞳充填率の曲面から80%−130%の範囲である。後述する「記憶デバイス」は、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいてトラップ力が理論上最大となるビーム径の値を示すビーム径情報とともに、最大トラップ力の90%以上となるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する。 As described above, there are two optical trapping forces: the trapping force in the XY plane and the trapping force in the Z direction. Therefore, it is necessary to consider these two trapping forces separately. FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the sample size (for example, the diameter in FIG. 1), the numerical aperture NA of the objective lens, and the pupil filling factor in the XY plane. FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the sample size (for example, the diameter in FIG. 2), the numerical aperture NA of the objective lens, and the pupil filling factor in the Z direction. Here, the pupil filling factor is defined by the incident beam diameter / the pupil diameter of the objective lens. The incident beam diameter is defined by the diameter of 1 / e 2 of the incident laser light. The curved surface of the pupil filling factor in FIGS. 1 and 2 (the relationship between the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor) shows an optimum relationship in which the trapping force is theoretically maximum. This theoretically maximum trapping force is called "maximum trapping force". When the sample is actually trapped, a trapping force of 90% or more of the maximum trapping force is allowed. The range of the pupil filling factor that gives a value of 90% or more of the maximum trapping force is in the range of 80% to 130% from the curved surface of the pupil filling factor of FIGS. The “storage device” described later is a beam diameter that is 90% or more of the maximum trapping force, together with beam diameter information indicating the value of the beam diameter at which the trapping force is theoretically maximum in the combination of the sample size and the numerical aperture of the objective lens. The beam diameter information indicating the value of is stored.

図1及び図2に示されるグラフ(サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係)は、サンプルサイズと対物レンズの開口数NAのペアを複数与え、それぞれのペアにおける最大トラップ力を上記参考文献に基づいて算出し、そのときの瞳充填率の値を求めることによって得られるものである。   The graphs shown in FIGS. 1 and 2 (the relationship between the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor) give a plurality of pairs of the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens, and the maximum trap in each pair. It is obtained by calculating the force based on the above-mentioned reference and obtaining the value of the pupil filling rate at that time.

光は電磁波の一種であるため、電場方向の成分と磁場方向の成分を有している。図1では、電場方向(E field)における「被トラップ物(サンプル)の大きさ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係」と磁場方向(H field)における「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係」とが示されている。図1から分かるように、XY平面内においては、最適な瞳充填率は、電場方向と磁場方向とでほとんど差がない。従って、最適な瞳充填率は、照射するレーザ光における電場方向の成分と磁場方向の成分とを別々に検証して決定する必要がないということになる。XY平面についての計算の結果、電場方向と磁場方向とでは最適な瞳充填率にほとんど差がないことが分かったため、図2(Z方向)では一方向のみ(例えば、電場方向のみ)の特性を示すこととした。   Since light is a kind of electromagnetic wave, it has an electric field direction component and a magnetic field direction component. In FIG. 1, “the relationship between the size of the trapped object (sample) and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor” in the electric field direction (E field) and the “sample size and objective lens in the magnetic field direction (H field)”. The relationship between the numerical aperture NA and the pupil filling factor "is shown. As can be seen from FIG. 1, in the XY plane, there is almost no difference in the optimum pupil filling rate between the electric field direction and the magnetic field direction. Therefore, the optimum pupil filling rate does not need to be determined by separately verifying the electric field direction component and the magnetic field direction component in the laser light to be irradiated. As a result of calculation with respect to the XY plane, it has been found that there is almost no difference in the optimal pupil filling rate between the electric field direction and the magnetic field direction, so in FIG. 2 (Z direction), the characteristic of only one direction (for example, only the electric field direction) is I decided to show.

XY平面内の特性(図1)とZ方向の特性(図2)を比較すると、サンプルサイズ(例えば、直径)が小さい場合両者はほぼ同じ値を示しているが、サンプルサイズが大きくなってくると両者の乖離が大きくなってくることが分かる。つまり、サンプルサイズが小さい場合を除き、一般には、XY平面内で最大となる光トラップ力を与える瞳充填率とZ方向で最大となる光トラップ力を与える瞳充填率とは異なり、それぞれ独立に制御する必要があると言える。ただし、両者の特性に乖離がある場合であっても、それぞれ最大の光トラップ力を与えるわけではないが、XY平面内及びZ方向の両方において良好な光トラップ力を与える瞳充填率を求めることは可能である。また、サンプルサイズが大きくなればなるほど、光トラップ力は弱くなり、被トラップ物自体も重くなるため、被トラップ物をトラップできなくなることに注意すべきである。例えば、トラップ可能なサンプルサイズは、直径で10μm程度以下であることが好ましい。   Comparing the characteristics in the XY plane (FIG. 1) and the characteristics in the Z direction (FIG. 2), when the sample size (for example, diameter) is small, both show almost the same value, but the sample size increases. It can be seen that the gap between the two increases. That is, except when the sample size is small, in general, the pupil filling rate that gives the maximum optical trapping force in the XY plane is different from the pupil filling rate that gives the maximum optical trapping force in the Z direction. It can be said that it is necessary to control. However, even if there is a discrepancy between the two characteristics, the maximum optical trapping force is not given, but the pupil filling rate that gives a good optical trapping force both in the XY plane and in the Z direction is obtained. Is possible. It should be noted that the larger the sample size, the weaker the optical trapping force and the heavier the trapped object itself, so that the trapped object cannot be trapped. For example, the trappable sample size is preferably about 10 μm or less in diameter.

なお、図1及び2においては、上記参考文献に基づいて求められた最適な瞳充填率(最適ビーム径)を示す各点をフィッティング処理し、最適な瞳充填率がパラメータ(サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NA)変化によってどのような曲面を構成するか示されている。ここではフィッティング処理を用いて演算量を削減しているが、サンプルサイズと対物レンズの開口数NAの全ての組み合わせに対する最適な瞳充填率を演算してもよい。   1 and 2, fitting processing is performed on each point indicating the optimal pupil filling rate (optimal beam diameter) obtained based on the above-mentioned reference, and the optimal pupil filling rate is set as a parameter (sample size and objective lens). It shows what kind of curved surface is constituted by the change in the numerical aperture NA). Here, the amount of calculation is reduced using fitting processing, but an optimal pupil filling rate may be calculated for all combinations of the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens.

<最適なビーム径(最適な瞳充填率)についての結論>
以上の考察から、光トラップ力を最大にするための最適なビーム径(最適な瞳充填率)が存在することが分かった。また、この最適なビーム径の値は、サンプルサイズ、及び対物レンズの開口数NAに影響される(依存性がある)ことも確認された。特に、サンプルサイズ、及び対物レンズの開口数NAとは高い依存性を有している。また、XY平面内で最大の光トラップ力を与えるビーム径(瞳充填率)とZ方向で最大の光トラップ力を与えるビーム径(瞳充填率)とは、必ずしも一致せず、独立にコントロールが必要であることも分かった。つまり、XY平面内とZ方向とでは、光トラップ力の挙動が異なっているため、XY平面内で光トラップを用いる場合とZ方向で光トラップを用いる場合とでは選択するビーム径(瞳充填率)を変える必要があるということである。例えば、ビーズを光トラップし、基板上を転がすような操作をする場合には、XY平面内で光トラップ力を最大にする最適なビーム径を選択することが重要である。一方、例えば、基板からビーズをZ方向持ち上げて操作するような場合には、Z方向で光トラップ力を最大にする最適なビーム径を選択することが重要となる。
<Conclusion about optimal beam diameter (optimal pupil filling factor)>
From the above consideration, it has been found that there is an optimum beam diameter (optimum pupil filling factor) for maximizing the optical trapping force. It was also confirmed that the optimum beam diameter value is affected (dependent) by the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens. In particular, the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens are highly dependent. In addition, the beam diameter (pupil filling factor) that gives the maximum optical trapping force in the XY plane and the beam diameter (pupil filling factor) that gives the maximum optical trapping force in the Z direction do not necessarily match and can be controlled independently. I also found it necessary. That is, since the behavior of the optical trapping force is different between the XY plane and the Z direction, the beam diameter (pupil filling factor) to be selected is selected between the case where the optical trap is used in the XY plane and the case where the optical trap is used in the Z direction. ) Needs to be changed. For example, when performing an operation of optically trapping beads and rolling on a substrate, it is important to select an optimum beam diameter that maximizes the optical trapping force in the XY plane. On the other hand, for example, when a bead is lifted from the substrate in the Z direction, it is important to select an optimum beam diameter that maximizes the optical trapping force in the Z direction.

図1及び2に示されるグラフからは、最適なビーム径(最適な瞳充填率)を一見して判断することは難しい。そこで、図1及び2から読み取ることができる最適なビーム径(最適な瞳充填率)の範囲を図3に示す。図3Aは、XY平面内における最適なビーム径(最適な瞳充填率)の範囲を示す表である。図3Bは、Z方向における最適なビーム径(最適な瞳充填率)の範囲を示す表である。図3では、実用上、サイズ(径)が1μm未満の被トラップ物(ビーズ)或いは1μm以上の被トラップ物(ビーズ)という使い分けになる。また、実際には、液浸対物レンズのように比較的大きな開口数NAを持つ対物レンズを用いる場合(液浸対物レンズの場合にはNAを1以上にすることが可能)と、ドライ対物レンズのように比較的小さな開口数NAを持つ対物レンズを用いる場合(ドライ対物レンズの場合にはNAを1以上にすることはできない)とがあるため、それらで場合分けしている。ドライ対物レンズにおける最適ビーム径の範囲を挙げているのは、被トラップ物を広範囲(対物レンズの径よりも大きく)に動かしたいとき、液浸対物レンズを用いると液浸状態を保ったまま対物レンズ、もしくは、被トラップ物を含む容器を動かすことが困難だからである。図3A及びBから分かることは、XY方向における最適な瞳充填率は43〜93%(0.43〜0.93)であり、Z方向における最適な瞳充填率は56〜96%(0.56〜0.96)ということである。つまり、対物レンズの入射瞳に対して比較的細くビーム径を絞って対物レンズにレーザ光を入射させた方が光トラップ力を大きくすることができるということである。   From the graphs shown in FIGS. 1 and 2, it is difficult to determine the optimum beam diameter (optimum pupil filling factor) at a glance. Therefore, FIG. 3 shows the range of the optimum beam diameter (optimum pupil filling factor) that can be read from FIGS. FIG. 3A is a table showing the range of the optimum beam diameter (optimum pupil filling factor) in the XY plane. FIG. 3B is a table showing the range of the optimum beam diameter (optimum pupil filling factor) in the Z direction. In FIG. 3, a trapped object (bead) having a size (diameter) of less than 1 μm or a trapped object (bead) having a size of 1 μm or more is used in practice. Actually, an objective lens having a relatively large numerical aperture NA such as an immersion objective lens is used (in the case of an immersion objective lens, the NA can be 1 or more), and a dry objective lens. In some cases, an objective lens having a relatively small numerical aperture NA is used (in the case of a dry objective lens, the NA cannot be 1 or more). The range of the optimum beam diameter in the dry objective lens is listed as follows. When the object to be trapped is moved in a wide range (larger than the diameter of the objective lens), the immersion objective lens can be used while maintaining the immersion state. This is because it is difficult to move the lens or the container containing the trapped object. It can be seen from FIGS. 3A and B that the optimum pupil filling factor in the XY direction is 43 to 93% (0.43 to 0.93), and the optimum pupil filling factor in the Z direction is 56 to 96% (0. 56 to 0.96). In other words, the light trapping force can be increased by making the beam diameter relatively narrow with respect to the entrance pupil of the objective lens and making the laser light enter the objective lens.

図3Cは、XY平面内における許容範囲のビーム径(最大トラップ力の90%以上の値を与える瞳充填率)の範囲の例を示す表である。図3Dは、Z方向における許容範囲のビーム径(最大トラップ力の90%以上の値を与える瞳充填率)の範囲の例を示す表である。図3C及びDから分かることは、XY方向における許容可能な瞳充填率は34.4〜120.9%(0.344〜1.209)であり、Z方向における許容可能な瞳充填率は44.8〜124.8%(0.448〜1.248)ということである。ここでは、最大トラップ力の90%以上の値を与える瞳充填率を示しているが、任意の割合にすることが可能である。例えば、最大トラップ力の80%の値まで許容すれば、瞳充填率はトラップ力が最大となる場合(最適な瞳充填率の場合)に対して70%〜150%程度の範囲の値を用いることも可能である。   FIG. 3C is a table showing an example of the range of the allowable beam diameter (pupil filling rate giving a value of 90% or more of the maximum trapping force) in the XY plane. FIG. 3D is a table showing an example of the range of the allowable beam diameter in the Z direction (pupil filling rate that gives a value of 90% or more of the maximum trapping force). It can be seen from FIGS. 3C and D that the acceptable pupil filling factor in the XY direction is 34.4-120.9% (0.344-1.209) and the acceptable pupil filling factor in the Z direction is 44. .8 to 124.8% (0.448 to 1.248). Here, the pupil filling rate that gives a value of 90% or more of the maximum trapping force is shown, but it is possible to make it an arbitrary ratio. For example, if a value up to 80% of the maximum trapping force is allowed, a value in the range of about 70% to 150% is used for the pupil filling rate when the trapping force is maximum (in the case of an optimal pupil filling rate). It is also possible.

以上のように、「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係」(図1及び2)を予め求めておけば(例えば、テーブルとして記憶デバイス(メモリ)に保持することが可能)、サンプルサイズ(例えば、直径)と対物レンズの開口数NAを決めることにより、最適な瞳充填率(ビーム径)を一意に決めることができるようになる。   As described above, if “the relationship between the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor” (FIGS. 1 and 2) is obtained in advance (for example, stored in a storage device (memory) as a table). Possible), by determining the sample size (for example, diameter) and the numerical aperture NA of the objective lens, the optimum pupil filling rate (beam diameter) can be uniquely determined.

(2)第1の実施形態
<光トラップ装置の構成>
図4は、本開示の第1の実施形態による光トラップ装置1の概略構成例を示す図である。光トラップ装置1は、例えば、光源10と、ズームビームエキスパンダー(ビーム径調整光学系)20と、ダイクロイックミラー30と、対物レンズ40と、サンプル載置部(サンプル載置面)50と、観察用光学系60と、結像レンズ70と、撮像部80と、制御装置90と、サンプル載置面駆動部100と、を備えている。
光源10は、コヒーレントな光を発する光源であり、一例としてレーザ光源を用いることができる。
(2) First Embodiment <Configuration of Optical Trap Device>
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration example of the optical trap device 1 according to the first embodiment of the present disclosure. The optical trap device 1 includes, for example, a light source 10, a zoom beam expander (beam diameter adjusting optical system) 20, a dichroic mirror 30, an objective lens 40, a sample mounting portion (sample mounting surface) 50, and an observation device. The optical system 60, the imaging lens 70, the imaging part 80, the control apparatus 90, and the sample mounting surface drive part 100 are provided.
The light source 10 is a light source that emits coherent light, and a laser light source can be used as an example.

ズームビームエキスパンダー20は、例えば制御装置90からの指令に応答して、光源10から発せられた光の径(ビーム径)を変更するものであり、複数のレンズによって構成される。ズームビームエキスパンダー20においては、例えば、レンズ21及びレンズ22によってビームエキスパンダーが構成され、レンズ23、レンズ24、及びレンズ25によってズーム光学系が構成される。ズーム光学系では、入射してくるビーム径は充分に大きい方が良いため、ビームエキスパンダー(レンズ21及びレンズ22)によって光を十分に広げておき、それをズーム光学系でほぼ等倍、若しくは縮小することにより、対物レンズ40に入射するビーム径が生成される。なお、レーザ光のビーム径は1mm程度であるのに対し、対物レンズ40の瞳位置で所望されるビーム径は数mmから十数mm程度となるため、レンズ構成次第では、ビームエキスパンダーは必須の構成ではない。   The zoom beam expander 20 changes the diameter (beam diameter) of the light emitted from the light source 10 in response to, for example, a command from the control device 90, and includes a plurality of lenses. In the zoom beam expander 20, for example, the lens 21 and the lens 22 constitute a beam expander, and the lens 23, the lens 24, and the lens 25 constitute a zoom optical system. In the zoom optical system, it is better that the incident beam diameter is sufficiently large. Therefore, the light is sufficiently expanded by the beam expander (the lens 21 and the lens 22), and the zoom optical system substantially reduces or reduces the light. As a result, a beam diameter incident on the objective lens 40 is generated. The beam diameter of the laser beam is about 1 mm, whereas the desired beam diameter at the pupil position of the objective lens 40 is about several mm to several tens of mm. Therefore, the beam expander is indispensable depending on the lens configuration. It is not a configuration.

ダイクロイックミラー30は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する作用を有する光学素子(ミラー)である。これにより、光源(例:レーザ光源)10からの光を反射させて対物レンズに入射させる一方で、サンプル載置部50に載置された被トラップ物からの光を透過させて撮像部80に導くことが可能となる。   The dichroic mirror 30 is an optical element (mirror) having an action of reflecting light of a specific wavelength and transmitting light of other wavelengths. Thereby, the light from the light source (eg, laser light source) 10 is reflected and incident on the objective lens, while the light from the trapped object placed on the sample placement unit 50 is transmitted to the imaging unit 80. It becomes possible to guide.

対物レンズ40は、照射する光をサンプル載置部50に載置されているサンプル(被トラップ物)に集光する。集光された光(レーザ光)が被トラップ物に照射されると、上述したような原理により光トラップ力が発生する。当該光トラップ力が被トラップ物に作用すると、例えば特定の被トラップ物を移動させたり、捕捉したりすることが可能となる。   The objective lens 40 condenses the light to be irradiated on the sample (the trapped object) placed on the sample placement unit 50. When the collected light (laser light) is irradiated to the trapped object, an optical trapping force is generated according to the principle described above. When the optical trapping force acts on the trapped object, for example, a specific trapped object can be moved or captured.

観察用光学系60は、例えば、観察用照明光を発する照明部601と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ602と、を備える。例えば、被トラップ物の座標位置を確認したり、被トラップ物がトラップされる様子を観察したりするために設置されたものである。
結像レンズ70は、対物レンズ40を通過し、さらにダイクロイックミラー30を反射することなく通過した観察用照明光を像面に結像する。
撮像部80は、例えばCCDやCMOSなどで構成され、像面に結像された被トラップ物を撮像する。撮像された画像は、制御装置90に送信される。
The observation optical system 60 includes, for example, an illumination unit 601 that emits observation illumination light, and a condenser lens 602 for effectively condensing the observation illumination light on the sample surface. For example, it is installed to confirm the coordinate position of the trapped object or to observe how the trapped object is trapped.
The imaging lens 70 forms an image of the observation illumination light that has passed through the objective lens 40 and has not passed through the dichroic mirror 30 on the image plane.
The imaging unit 80 is configured by, for example, a CCD or a CMOS, and images a trapped object imaged on the image plane. The captured image is transmitted to the control device 90.

制御装置90は、通常のコンピュータと同様に、例えば、プロセッサ91と、入力デバイス92と、出力デバイス93と、通信デバイス94と、記憶デバイス95と、を備えている。   The control device 90 includes, for example, a processor 91, an input device 92, an output device 93, a communication device 94, and a storage device 95, as in a normal computer.

記憶デバイス95は、例えば、図1及び2の「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係」によって与えられる各値を保持するビーム径テーブル951と、ビーム径テーブル951を用いて最適なビーム径を取得するための制御プログラム952と、を少なくとも格納している。   The storage device 95 uses, for example, a beam diameter table 951 that holds values given by “relationship between sample size and numerical aperture NA of the objective lens and pupil filling factor” in FIGS. 1 and 2, and a beam diameter table 951. And at least a control program 952 for acquiring an optimum beam diameter.

入力デバイス92は、例えば切替スイッチ、マウス、キーボート、タッチパネル式ポインティングデバイス(スタイラスペンや指で操作)やマイク等で構成され、設定情報、指示やデータを入力するために用いられる。本実施形態による光トラップ装置1の場合、例えば、オペレータが入力デバイス92を用いて、被トラップ物(サンプル)のサイズと対物レンズ40の加工数NAとを制御装置90に入力する。なお、被トラップ物(サンプル)のサイズが不知の場合には、光(レーザ光)を被トラップ物に照射して操作する前に、撮像部80によって被トラップ物を撮像して被トラップ物(サンプル)のサイズを特定し、その特定されたサイズと既知の対物レンズ40の開口数NAとによって最適なビーム径を取得することが可能となる。当該処理の詳細については後述する。
出力デバイス93は、例えば表示装置、プリンタやスピーカ等で構成され、データや情報を出力するために用いられる。
The input device 92 includes, for example, a changeover switch, a mouse, a keyboard, a touch panel type pointing device (operated with a stylus pen or a finger), a microphone, and the like, and is used to input setting information, instructions, and data. In the case of the optical trap device 1 according to the present embodiment, for example, the operator uses the input device 92 to input the size of the trapped object (sample) and the processing number NA of the objective lens 40 to the control device 90. When the size of the trapped object (sample) is unknown, the trapped object is imaged by the imaging unit 80 before being operated by irradiating the trapped object with light (laser light). The size of the sample) is specified, and an optimum beam diameter can be acquired based on the specified size and the known numerical aperture NA of the objective lens 40. Details of this processing will be described later.
The output device 93 includes, for example, a display device, a printer, a speaker, and the like, and is used for outputting data and information.

プロセッサ91は、例えば、CPUやMPUなどで構成され、記憶デバイス95に格納された制御プログラム952を読み込み、ビーム径テーブル951を参照して、サンプルサイズ及び対物レンズ40の開口数NAに対応する瞳充填率を取得し、当該瞳充填率から最適なビーム径を算出する。プロセッサ91は、算出した最適なビーム径の値に基づいて、ズームビームエキスパンダー20の駆動部(図示せず)を制御し、レンズ25から出射されるレーザ光の径(ビーム径)を調整する。また、例えば、オペレータが入力デバイス92を用いてサンプル載置部50に載置されているサンプル(被トラップ物)の移動、移動距離、及び移動方向を指示すると、プロセッサ91は、その入力された指示に応答して、サンプル載置面駆動部100を制御し、被トラップ物を移動させる。サンプル載置面駆動部100は、サンプル載置部50をXY平面内、及びZ方向に移動させることができるように構成されている。   The processor 91 is composed of, for example, a CPU, an MPU, and the like, reads a control program 952 stored in the storage device 95, refers to the beam diameter table 951, and corresponds to the pupil corresponding to the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens 40. A filling factor is acquired, and an optimum beam diameter is calculated from the pupil filling factor. The processor 91 controls the drive unit (not shown) of the zoom beam expander 20 based on the calculated optimum beam diameter value, and adjusts the diameter (beam diameter) of the laser light emitted from the lens 25. Further, for example, when the operator instructs the movement, movement distance, and movement direction of the sample (target object) placed on the sample placement unit 50 using the input device 92, the processor 91 receives the input. In response to the instruction, the sample placement surface driving unit 100 is controlled to move the trapped object. The sample placement surface driving unit 100 is configured to be able to move the sample placement unit 50 in the XY plane and in the Z direction.

通信デバイス94は、外部機器やネットワークと通信をするデバイスであるが、本実施形態の場合、例えば、撮像部80からのデータや情報を受信したり、ズームビームエキスパンダー20の駆動部(図示せず)に指示を送信したり、サンプル載置面駆動部100に指示を送信したりするために用いられる。   The communication device 94 is a device that communicates with an external device or a network. In the case of this embodiment, for example, the communication device 94 receives data and information from the imaging unit 80, or drives the zoom beam expander 20 (not shown). ) Or an instruction to the sample placement surface driving unit 100.

<光トラップ装置の動作>
図5は、本開示の第1の実施形態による光トラップ装置1の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置90のプロセッサ91は、例えば、記憶デバイス(例えばROM(Read Only Memory))から制御プログラム952をプロセッサ91内に設けられている内部メモリ(図示せず)に読み込み、制御プログラム952を実行する。以下、図5を参照して、光トラップ装置1の動作について説明する。
<Operation of optical trap device>
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the optical trap device 1 according to the first embodiment of the present disclosure. The processor 91 of the control device 90 reads, for example, a control program 952 from a storage device (eg, ROM (Read Only Memory)) into an internal memory (not shown) provided in the processor 91, and executes the control program 952. . Hereinafter, the operation of the optical trap device 1 will be described with reference to FIG.

(i)ステップ901
撮像部80は、観察用光学系60の照明部601からの観察用照明光で照らされた、サンプル載置部50の画像を取得する。例えば、撮像部80は、取得したサンプル載置部50の画像から、サンプル載置部50に載置された各被トラップ物(例えば、1つ以上の被トラップ物が載置されている)の座標位置を算出する。本実施形態では、対物レンズ40の視野はサンプル載置部50の全領域をカバーせず、サンプル載置面駆動部100によってサンプル載置部50を動かしてサンプル載置部50の全領域をカバーするようにしている。そのため、撮像部80も一度の撮像でサンプル載置部50に載置された全ての被トラップ物の座標位置を算出することができない可能性がある。そこで、例えば、サンプル載置部50の全領域を予め複数に分割(例えば、一分割領域を対物レンズ40の視野よりも小さい任意の大きさとすることができるが、ほぼ同じ大きさにするとより効率が良い)し、撮像部80によって各分割領域における座標位置を算出し、それらを結合して全ての被トラップ物の絶対座標を算出するようにする。
撮像部80は、取得したサンプル載置部50の画像と、算出した各被トラップ物の座標位置の情報とを制御装置90に送信する。
(I) Step 901
The imaging unit 80 acquires an image of the sample placement unit 50 that is illuminated with the observation illumination light from the illumination unit 601 of the observation optical system 60. For example, the image capturing unit 80 acquires each trapped object (for example, one or more trapped objects are placed) placed on the sample placing unit 50 from the acquired image of the sample placing unit 50. Calculate the coordinate position. In the present embodiment, the field of view of the objective lens 40 does not cover the entire area of the sample mounting section 50, but covers the entire area of the sample mounting section 50 by moving the sample mounting section 50 by the sample mounting surface driving section 100. Like to do. Therefore, the imaging unit 80 may not be able to calculate the coordinate positions of all the trapped objects placed on the sample placement unit 50 by one imaging. Therefore, for example, the entire area of the sample mounting unit 50 is divided into a plurality of parts in advance (for example, one divided area can be set to an arbitrary size smaller than the field of view of the objective lens 40. Then, the coordinate position in each divided region is calculated by the imaging unit 80, and these are combined to calculate the absolute coordinates of all trapped objects.
The imaging unit 80 transmits the acquired image of the sample placement unit 50 and information on the calculated coordinate position of each trapped object to the control device 90.

被トラップ物の座標位置の算出は、例えば、制御装置90のプロセッサ91によって実行するようにしても良い。この場合、撮像部80は、例えば、サンプル載置部50の画像をそのまま制御装置90に送信することになる。   The calculation of the coordinate position of the trapped object may be executed by the processor 91 of the control device 90, for example. In this case, for example, the imaging unit 80 transmits the image of the sample placement unit 50 to the control device 90 as it is.

なお、撮像部80が算出する座標の基準位置(原点位置)は、サンプル載置面駆動部100がサンプル載置部50を移動させる際の座標系の基準位置(原点位置)やレーザ光照射の際の座標系(原点位置)と同じであることが好ましい。ただし、これらの座標系が異なっている場合には、例えば、プロセッサ91が適宜調整することが好ましい。   Note that the reference position (origin position) of the coordinates calculated by the imaging unit 80 is the reference position (origin position) of the coordinate system when the sample placement surface driving unit 100 moves the sample placement part 50 or the laser beam irradiation. It is preferable that the same coordinate system (origin position) is used. However, when these coordinate systems are different, for example, the processor 91 preferably adjusts appropriately.

(ii)ステップ902
プロセッサ91は、例えば、所定のルールに従って、各被トラップ物に対して操作の順番を付す。ここで、所定のルールとしては、例えば、取得したサンプル載置部50の画像の一番左上の被トラップ物を一番目の操作対象とし、当該画像の一番右下の被トラップ物を最後の操作対象とすることを採用することができる。
(Ii) Step 902
For example, the processor 91 gives an operation order to each trapped object according to a predetermined rule. Here, as the predetermined rule, for example, the top left trapped object of the acquired image of the sample placement unit 50 is set as the first operation target, and the bottom right trapped object of the image is the last trapped object. It is possible to adopt the operation target.

そして、プロセッサ91は、一番目の被トラップ物の位置にレーザ光の照射位置を合わせるために、サンプル載置面駆動部100に位置合わせの指示を送信する。位置合わせの指示を受信したサンプル載置面駆動部100は、当該指示に応答してサンプル載置部50を移動させ、トラップ対象の被トラップ物の位置とレーザ光の照射位置を合致させる。   Then, the processor 91 transmits an alignment instruction to the sample placement surface driving unit 100 in order to align the irradiation position of the laser light with the position of the first trapped object. The sample placement surface driving unit 100 that has received the alignment instruction moves the sample placement unit 50 in response to the instruction, and matches the position of the trapped object to be trapped with the irradiation position of the laser beam.

(iii)ステップ903
プロセッサ91は、被トラップ物(サンプル)のサイズ算出の指示がオペレータによって入力デバイスから入力されているか判断する。被トラップ物(サンプル)のサイズ算出の指示が入力されている場合(ステップ903でYESの場合)、処理はステップ904に移行する。当該指示が入力されていない場合(ステップ903でNOの場合:例えば、サンプルサイズの値が既に入力されている場合、或いは、被トラップ物(サンプル)のサイズが別の工程で既に算出されている場合)、処理はステップ905に移行する。
(Iii) Step 903
The processor 91 determines whether an instruction to calculate the size of the trapped object (sample) is input from the input device by the operator. If an instruction to calculate the size of the trapped object (sample) is input (YES in step 903), the process proceeds to step 904. When the instruction is not input (NO in Step 903: For example, when the value of the sample size has already been input, or the size of the trapped object (sample) has already been calculated in another process) ), The process proceeds to step 905.

なお、被トラップ物(サンプル)のサイズ算出の指示が入力されておらず、かつオペレータによって被トラップ物(サンプル)のサイズの値が入力されていない場合には、プロセッサ91は、被トラップ物(サンプル)のサイズ算出のステップに処理を移行させても良いし、或いは、被トラップ物(サンプル)のサイズの値を入力するか、被トラップ物(サンプル)のサイズ算出の指示を入力するようにアラートを出力デバイス93から出力するようにしても良い。   If the instruction for calculating the size of the trapped object (sample) is not input and the value of the size of the trapped object (sample) is not input by the operator, the processor 91 The processing may be shifted to the step of calculating the size of the sample), or the value of the size of the trapped object (sample) may be input, or the instruction for calculating the size of the trapped object (sample) may be input An alert may be output from the output device 93.

(iv)ステップ904
プロセッサ91は、例えば、撮像部80からトラップ対象の被トラップ物の画像と撮像倍率の情報とを取得し、取得した被トラップ物の画像と撮像倍率から被トラップ物(サンプル)のサイズ(例えば、被トラップ物が球形状の場合には直径、被トラップ物が横長形状をなす場合には短辺及び長辺の長さ)を算出する。
(Iv) Step 904
The processor 91 acquires, for example, an image of the trap target to be trapped and information on the imaging magnification from the imaging unit 80, and the size (for example, sample) of the trap target (sample) from the acquired image of the trap target and the imaging magnification. The diameter is calculated when the trapped object is spherical, and the short side and the long side length are calculated when the trapped object is horizontally long.

(v)ステップ905
プロセッサ91は、まず、オペレータによって入力された、XY面内での光トラップ力の適用かZ方向での光トラップ力の適用かについての指示に基づいて、ビーム径テーブル951の種類を特定する。XY平面内での光トラップ力の適用が指示されている場合には、例えば図1のテーブルが選択され、Z方向の光トラップ力の適用が指示されている場合には、例えば図2のテーブルが選択される。
(V) Step 905
First, the processor 91 specifies the type of the beam diameter table 951 based on an instruction input by the operator regarding whether to apply the optical trapping force in the XY plane or to apply the optical trapping force in the Z direction. When the application of the optical trapping force in the XY plane is instructed, for example, the table of FIG. 1 is selected, and when the application of the optical trapping force in the Z direction is instructed, for example, the table of FIG. Is selected.

そして、プロセッサ91は、選択したビーム径テーブル951を参照し、オペレータによって予め入力された、対物レンズ40の開口数NA及び対物レンズ40の瞳直径と、オペレータによって予め入力された被トラップ物(サンプル)のサイズ或いはステップ904で算出した被トラップ物(サンプル)のサイズとに基づいて、レーザ光の照射ビーム径を算出する。つまり、上述のように、ビーム径テーブル951は、サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係(例えば、図1及び図2の情報)を格納しているので、サンプルサイズと対物レンズの開口数NAが分かれば瞳充填率(=(照射レーザ光の1/eの直径)/(対物レンズの瞳直径))が分かり、照射レーザ光のビーム径(照射レーザ光の1/eの直径)を求めることができる。 The processor 91 refers to the selected beam diameter table 951, and the numerical aperture NA of the objective lens 40 and the pupil diameter of the objective lens 40, which are input in advance by the operator, and the trapped object (sample) that is input in advance by the operator. ) Or the size of the trapped object (sample) calculated in step 904, the irradiation beam diameter of the laser light is calculated. That is, as described above, the beam diameter table 951 stores the relationship between the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor (for example, information in FIGS. 1 and 2). If the numerical aperture NA of the objective lens is known, the pupil filling factor (= (diameter of 1 / e 2 of the irradiation laser beam) / (pupil diameter of the objective lens)) can be known, and the beam diameter of the irradiation laser beam (1 of the irradiation laser beam). / E 2 diameter).

(vi)ステップ906
プロセッサ91は、一例として、ステップ905で算出したビーム径の値に基づいて、ズームビームエキスパンダー20の駆動部(図示せず)によってズームビームエキスパンダー20のレンズ23及びレンズ24を動かし、照射レーザ光のビーム径が算出した値になるように調整する。
(Vi) Step 906
As an example, the processor 91 moves the lens 23 and the lens 24 of the zoom beam expander 20 by a drive unit (not shown) of the zoom beam expander 20 based on the value of the beam diameter calculated in step 905, and Adjust the beam diameter to the calculated value.

(vii)ステップ907
プロセッサ91は、光源(レーザ光源)10に対してレーザ光の被トラップ物(トラップ対象)への照射を開始するように指示する。レーザ光が被トラップ物に照射されると、与えられたサンプルサイズ及び対物レンズ40の開口数NAの値の条件の下で、最大のトラップ力が発生し、被トラップ物をトラップすることができるようになる。
(Vii) Step 907
The processor 91 instructs the light source (laser light source) 10 to start irradiating the trapped object (trap target) with laser light. When the object to be trapped is irradiated with the laser beam, the maximum trapping force is generated under the condition of the given sample size and the numerical aperture NA of the objective lens 40, and the object to be trapped can be trapped. It becomes like this.

(viii)ステップ908
プロセッサ91は、オペレータが入力デバイスを用いて入力した移動方向及び移動距離の情報を取得し、サンプル載置部50を入力された移動方向に移動距離分だけ移動させるようにサンプル載置面駆動部100を制御する。すると、光トラップ力によって照射レーザ光に保持された被トラップ物の位置は、サンプル載置部50の中で相対的に変化することになる。図4で例示する光トラップ装置1では、レーザ光の照射光学系の位置が固定されているため、サンプル載置部50を動かすことにより、相対的に被トラップ物の位置を変えるように構成されているが、例えば、光トラップ装置1がマイクロマニュピュレーターで操作できるような形状(例えば、ペン型の光トラップ装置やマイクロピペットマニュピレータのような装置につけられるような形態)である場合には、光トラップ装置1で被トラップ物を保持しながらレーザ光の照射位置を変更させれば被トラップ物の位置を移動させることができるようになる。ペン型の光トラップ装置については第4の実施形態でさらに説明する。
(Viii) Step 908
The processor 91 acquires information on the moving direction and moving distance input by the operator using the input device, and moves the sample mounting unit 50 in the input moving direction by the moving distance. 100 is controlled. Then, the position of the trapped object held by the irradiation laser beam by the optical trapping force relatively changes in the sample placement unit 50. The optical trap device 1 illustrated in FIG. 4 is configured to relatively change the position of the trapped object by moving the sample mounting unit 50 because the position of the laser light irradiation optical system is fixed. However, for example, when the optical trap device 1 has a shape that can be operated by a micromanipulator (for example, a configuration that can be attached to a device such as a pen-type optical trap device or a micropipette manipulator) If the irradiation position of the laser beam is changed while holding the trapped object by the optical trap device 1, the position of the trapped object can be moved. The pen-type optical trap device will be further described in the fourth embodiment.

(ix)ステップ909
プロセッサ91は、例えば、撮像部80を制御し、被トラップ物が光トラップ力により保持され、移動する様子を撮像し、撮像した映像を出力デバイス(例えば、ディスプレイ)の表示画面上に表示すると共に、記憶デバイス95に撮像した映像を格納する。
(Ix) Step 909
For example, the processor 91 controls the imaging unit 80, captures an image of how the object to be trapped is held and moved by the optical trapping force, and displays the captured image on a display screen of an output device (for example, a display). The captured video is stored in the storage device 95.

(x)ステップ910
プロセッサ910は、例えば、ステップ902で付与した処理順番の情報を参照し、未処理の被トラップ物があるか否か判断する。未処理の被トラップ物がある場合(ステップ910でYESの場合)、処理はステップ907に戻る。トラップ対象の全ての被トラップ物が操作されている場合(ステップ910でNOの場合)、処理はステップ911に移行する。
(X) Step 910
For example, the processor 910 refers to the processing order information given in step 902 and determines whether there is an unprocessed trapped object. If there is an unprocessed trapped object (YES in step 910), the process returns to step 907. If all trapped objects to be trapped have been operated (NO in step 910), the process proceeds to step 911.

(xi)ステップ911
プロセッサ911は、光源(例えば、レーザ光源)10によるレーザ光の照射を停止する。
(Xi) Step 911
The processor 911 stops the irradiation of laser light from the light source (for example, laser light source) 10.

<第1の実施形態のまとめ>
第1の実施形態による光トラップ装置1においては、一例として、最適ビーム径情報(ビーム径テーブル951に相当)を参照して、光トラップ装置1で用いられる対物レンズ40の開口数と対象の被トラップ物(サンプル)のサイズ(例えば、直径)との組み合わせに対応するビーム径の情報が取得される。取得されたビーム径で光(例えば、レーザ光)を被トラップ物に照射すると、適切なトラップ力(例えば、最大値)で被トラップ物を捕捉することができる。このように予め用意された最適ビーム径情報を用いてビーム径を決定しているので、様々な対物レンズ40の開口数と被トラップ物(サンプル)のサイズの組み合わせに対応して最適なビーム径を決定することができるようになる。
<Summary of First Embodiment>
In the optical trap device 1 according to the first embodiment, as an example, referring to the optimum beam diameter information (corresponding to the beam diameter table 951), the numerical aperture of the objective lens 40 used in the optical trap device 1 and the target coverage Information on the beam diameter corresponding to the combination with the size (for example, diameter) of the trapped object (sample) is acquired. When the trapped object is irradiated with light (for example, laser light) with the acquired beam diameter, the trapped object can be captured with an appropriate trapping force (for example, maximum value). Since the beam diameter is determined using the optimum beam diameter information prepared in advance as described above, the optimum beam diameter corresponding to the combination of the numerical aperture of various objective lenses 40 and the size of the trapped object (sample). Will be able to determine.

例えば、サンプルサイズが既知であれば、オペレータが、入力デバイス92からサンプルサイズと対物レンズ40の開口数の情報を光トラップ装置1に入力し、それらの組み合わせに対応するビーム径をビーム径テーブル951に基づいて予め求めておくようにしても良い。サンプルサイズがほぼ均一であれば、一度最適なビーム径を求めておけば良いので、オペレータは、効率的に適切なトラップ力で被トラップ物を操作することができるようになる。一方、例えば、サンプルサイズが不知の場合、或いは、複数のサイズの被トラップ物が混在している場合、操作の度に、撮像部80によって撮像した被トラップ物の画像からサイズを特定し、ビーム径テーブルに基づいて、特定されたサンプルサイズと対物レンズ40の開口数に対応する最適なビーム径を求めるようにしても良い。これにより、様々な種類の被トラップ物が混在していても自動で最適なビーム径を取得することができるようになる。   For example, if the sample size is known, the operator inputs information about the sample size and the numerical aperture of the objective lens 40 from the input device 92 to the optical trap device 1, and sets the beam diameter corresponding to the combination to the beam diameter table 951. It may be determined in advance based on the above. If the sample size is almost uniform, the optimum beam diameter has only to be obtained once, so that the operator can efficiently operate the trapped object with an appropriate trapping force. On the other hand, for example, when the sample size is unknown or when trapped objects of a plurality of sizes are mixed, the size is specified from the image of the trapped object captured by the imaging unit 80 each time the operation is performed, and the beam Based on the diameter table, an optimum beam diameter corresponding to the specified sample size and the numerical aperture of the objective lens 40 may be obtained. As a result, even when various types of trapped objects are mixed, the optimum beam diameter can be automatically acquired.

第1の実施形態では、例えば、サンプル載置部(サンプル載置面)50を移動させることにより、サンプル載置面での被トラップ物の位置を変更する。この場合、観察用光学系60のコンデンサレンズ602のサイズを小さくすることができる。なお、対物レンズ40としては、液浸対物レンズ及びドライ対物レンズの両方を採用することができるが、例えば、サンプル載置部(サンプル載置面)50を広範囲に(例えば、対物レンズの先端レンズ径程度の範囲よりも広範囲に)動かす場合には、浸液の液切れが生じるおそれがあるため、ドライ対物レンズを用いる方が好ましい。   In the first embodiment, for example, the position of the object to be trapped on the sample placement surface is changed by moving the sample placement portion (sample placement surface) 50. In this case, the size of the condenser lens 602 of the observation optical system 60 can be reduced. As the objective lens 40, both an immersion objective lens and a dry objective lens can be used. For example, the sample placement portion (sample placement surface) 50 can be used in a wide range (for example, the tip lens of the objective lens). When moving it over a wider range than the range of the diameter, it is preferable to use a dry objective because there is a risk that the immersion liquid may run out.

(3)第2の実施形態
第1の実施形態では、サンプル載置部50をサンプル載置面駆動部100によって動かすことにより、被トラップ物をサンプル載置部50内で移動させているが、第2の実施形態では、サンプル載置部50を固定し、レーザ光の照射光学系200をステージ210によって動かすことにより、被トラップ物をサンプル載置部50内で移動させるものである。
(3) Second Embodiment In the first embodiment, the object to be trapped is moved in the sample mounting unit 50 by moving the sample mounting unit 50 by the sample mounting surface driving unit 100. In the second embodiment, the sample placement unit 50 is fixed, and the laser beam irradiation optical system 200 is moved by the stage 210 to move the trapped object in the sample placement unit 50.

図6は、本開示の第2の実施形態による光トラップ装置2の概略構成例を示す図である。図6Aは、光トラップ装置2の全体構成例を示している。図6Bは、レーザ光の照射光学系200の構成例を示している。図6において、第1の実施形態による光トラップ装置1(図4参照)と同一の構成要素については同一の参照番号を付している。   FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration example of the optical trap device 2 according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 6A shows an example of the overall configuration of the optical trap device 2. FIG. 6B shows a configuration example of the laser light irradiation optical system 200. In FIG. 6, the same components as those of the optical trap device 1 (see FIG. 4) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

図6Aを参照すると、光トラップ装置2は、例えば、照射光学系200と、照射光学系200をXY平面内及びZ方向に移動させるためのステージ210と、観察用光学系60と、制御装置90と、を備えている。   6A, the optical trap device 2 includes, for example, an irradiation optical system 200, a stage 210 for moving the irradiation optical system 200 in the XY plane and in the Z direction, an observation optical system 60, and a control device 90. And.

観察用光学系60は、第1の実施形態と同様に、例えば、観察用照明光を発する照明部601と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ602と、を備える。観察用光学系60は、ステージ210による照射光学系200の移動動作と同期させて移動させるように構成しても良いが、ここでは、例えば、観察照明光をサンプル載置部50の全領域を照らすことができるように観察用光学系60を構成している。このため、例えば、コンデンサレンズ602としては第1の実施形態におけるそれよりも大きい径を有するものが用いられている。このようにすることにより、観察用光学系60を固定することができ、観察用光学系60を移動させるための駆動系を設ける必要がなくなるため、コスト的な利点を享受することができる。   As in the first embodiment, the observation optical system 60 includes, for example, an illumination unit 601 that emits observation illumination light, and a condenser lens 602 that effectively collects the observation illumination light on the sample surface. Prepare. The observation optical system 60 may be configured to move in synchronization with the movement operation of the irradiation optical system 200 by the stage 210, but here, for example, the observation illumination light is applied to the entire region of the sample placement unit 50. The observation optical system 60 is configured so that it can be illuminated. For this reason, for example, a condenser lens 602 having a larger diameter than that in the first embodiment is used. By doing so, the observation optical system 60 can be fixed, and it is not necessary to provide a drive system for moving the observation optical system 60, so that a cost advantage can be obtained.

第2の実施形態における制御装置90の構成及び動作は、第1の実施形態の場合とほぼ同様であるが、第2の実施形態では、第1の実施形態におけるサンプル載置面駆動部100の代わりにステージ210の動作を制御する。その他の動作は第1の実施形態における制御装置90と同様であるため説明は省略する。なお、第2の実施形態では、図5のステップ908における「サンプル載置面駆動部」(サンプル載置面駆動部100に対応)をステージ(ステージ210に対応)と読み替えるものとする。   The configuration and operation of the control device 90 in the second embodiment are substantially the same as in the case of the first embodiment, but in the second embodiment, the sample placement surface driving unit 100 of the first embodiment is configured. Instead, the operation of the stage 210 is controlled. Since other operations are the same as those of the control device 90 in the first embodiment, a description thereof will be omitted. In the second embodiment, the “sample placement surface drive unit” (corresponding to the sample placement surface drive unit 100) in Step 908 of FIG. 5 is read as a stage (corresponding to the stage 210).

<第2の実施形態のまとめ>
第1の実施形態と同様に、予め用意された最適ビーム径情報を用いてビーム径を決定しているので、様々な対物レンズ40の開口数とサンプルサイズの組み合わせに対応して最適なビーム径を決定することができるようになる。
サンプルサイズが既知の場合、サンプルサイズが不知の場合、或いは、複数のサイズの被トラップ物が混在している場合における最適ビーム径の決定についても第1の実施形態と同様である。
<Summary of Second Embodiment>
Similar to the first embodiment, since the beam diameter is determined using the optimum beam diameter information prepared in advance, the optimum beam diameter corresponding to various combinations of numerical apertures and sample sizes of the objective lens 40 is used. Will be able to determine.
The determination of the optimum beam diameter when the sample size is known, when the sample size is unknown, or when trapped objects of a plurality of sizes are mixed is the same as in the first embodiment.

一方、第2の実施形態では、第1の実施形態とは異なり、例えば、レーザ光の照射光学系200を動かすことにより、サンプル載置面での被トラップ物の位置を変更する。この場合、観察用光学系60のコンデンサレンズ602のサイズを大きくすることが好ましいが、例えば、観察用光学系60も照射光学系200と連動させることにより、コンデンサレンズ602を第1の実施形態の場合と同じサイズにすることができる。なお、第1の実施形態と同様に、対物レンズ40としては、液浸対物レンズ及びドライ対物レンズの両方を採用することができる。例えば、レーザ光の照射光学系200を広範囲に(例えば、対物レンズの瞳径で確定される範囲よりも広範囲に)動かす場合には、ドライ対物レンズを用いる方が好ましい。   On the other hand, in the second embodiment, unlike the first embodiment, for example, the position of the trapped object on the sample mounting surface is changed by moving the laser light irradiation optical system 200. In this case, it is preferable to increase the size of the condenser lens 602 of the observation optical system 60. For example, by linking the observation optical system 60 with the irradiation optical system 200, the condenser lens 602 is made to be the same as that of the first embodiment. Can be the same size as the case. As in the first embodiment, as the objective lens 40, both an immersion objective lens and a dry objective lens can be employed. For example, when the laser light irradiation optical system 200 is moved over a wide range (for example, over a wide range than the range determined by the pupil diameter of the objective lens), it is preferable to use a dry objective lens.

(4)第3の実施形態
本開示の第3の実施形態は、第1の実施形態による光トラップ装置1、或いは第2の実施形態による光トラップ装置2を用いたセルソータ装置(サンプル分別装置)3について開示する。
(4) Third Embodiment The third embodiment of the present disclosure is a cell sorter device (sample sorting device) using the optical trap device 1 according to the first embodiment or the optical trap device 2 according to the second embodiment. 3 is disclosed.

<セルソータ装置の構成>
図7は、第3の実施形態によるセルソータ装置3の概略構成を示す図である。セルソータ装置3は、例えば、光源10と、ズームビームエキスパンダー20と、位置調整用ミラー対311と、リレーレンズ313と、ダイクロイックミラー30と、対物レンズ40と、ソーティング流路300と、観察用光学系60と、結像レンズ70と、ミラー駆動部310と、撮像部320と、制御装置330と、を備えている。
<Configuration of cell sorter>
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the cell sorter device 3 according to the third embodiment. The cell sorter device 3 includes, for example, a light source 10, a zoom beam expander 20, a position adjusting mirror pair 311, a relay lens 313, a dichroic mirror 30, an objective lens 40, a sorting channel 300, and an observation optical system. 60, an imaging lens 70, a mirror driving unit 310, an imaging unit 320, and a control device 330.

位置調整用ミラー対311は、レーザ光の照射位置を変更するために設けられたものであり、一例として、X方向位置調整用ミラー3111と、Y方向位置調整用ミラー3112と、によって構成されている。ただし、ミラー3112をX方向調整用として、ミラー3111をY方向調整用として用いても良い。   The position adjustment mirror pair 311 is provided to change the irradiation position of the laser beam, and is configured by an X direction position adjustment mirror 3111 and a Y direction position adjustment mirror 3112 as an example. Yes. However, the mirror 3112 may be used for X direction adjustment, and the mirror 3111 may be used for Y direction adjustment.

リレーレンズ313は、X方向位置調整用ミラー3111とY方向位置調整用ミラー3112とのほぼ中央の位置に対物レンズ40の瞳共役面312を置くために設置されている。   The relay lens 313 is installed to place the pupil conjugate plane 312 of the objective lens 40 at a substantially central position between the X-direction position adjustment mirror 3111 and the Y-direction position adjustment mirror 3112.

図7に示される構成の場合、対物レンズ40の瞳面上でビーム(照射されるレーザ光)の中心位置がXY方向に動いてしまうが、X方向位置調整用ミラー3111とY方向位置調整用ミラー3112とをできるだけ近接させることで、ビームの中心位置のずれを小さく抑えることができ、事実上問題ないレベルに抑えることができる。   In the case of the configuration shown in FIG. 7, the center position of the beam (irradiated laser light) moves in the XY direction on the pupil plane of the objective lens 40, but the X-direction position adjustment mirror 3111 and the Y-direction position adjustment By making the mirror 3112 as close as possible, the shift of the center position of the beam can be suppressed to a small level, which can be suppressed to a level that is practically no problem.

なお、リレーレンズ系313を構成する2つのレンズの焦点距離を対物レンズ40の側からそれぞれf1、f2とすると、対物レンズ40の瞳面からf1の距離と2f1+f2の位置にそれぞれレンズを設置する。この場合、対物レンズ40の瞳面から測って2f1+2f2の位置に瞳共役面312が生成される。最も単純なのはf1=f2とする場合であるが、f1≠f2の場合には対物レンズ40の瞳に入射するビーム径がf1/f2倍となる。このため、それを考慮したビーム径をズームビームエキスパンダー20で生成する必要がある。   If the focal lengths of the two lenses constituting the relay lens system 313 are f1 and f2, respectively, from the objective lens 40 side, the lenses are respectively installed at a distance of f1 and a position of 2f1 + f2 from the pupil plane of the objective lens 40. In this case, a pupil conjugate plane 312 is generated at a position 2f1 + 2f2 measured from the pupil plane of the objective lens 40. The simplest case is when f1 = f2, but when f1 ≠ f2, the diameter of the beam incident on the pupil of the objective lens 40 is f1 / f2 times. For this reason, it is necessary to generate a beam diameter in consideration of this with the zoom beam expander 20.

光源10、ズームビームエキスパンダー20、ダイクロイックミラー30、対物レンズ40、観察用光学系60、及び結像レンズ70の構成及び機能については、第1の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Since the configurations and functions of the light source 10, the zoom beam expander 20, the dichroic mirror 30, the objective lens 40, the observation optical system 60, and the imaging lens 70 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted. To do.

セルソータ装置3では、第1の実施形態におけるサンプル載置部50の代わりにソーティング流路300が設けられている。ソーティング流路300は、例えば、複数種類の細胞(例えば、血液中の赤血球、白血球、及び血小板)を選別し、同一種類の細胞を収集するためのデバイスである。選別や分離の対象としては、例えば、細胞(正常細胞と異常細胞)、精子、ウイルス、細菌、細胞小器官又は小部分、球状構造、コロイド懸濁液、脂質及び脂肪球、ゲル、不混和粒子、割球、細胞の凝集体、微生物及び他の生体物質等を挙げることができる。   In the cell sorter device 3, a sorting flow path 300 is provided instead of the sample placement unit 50 in the first embodiment. The sorting flow path 300 is a device for selecting a plurality of types of cells (for example, red blood cells, white blood cells, and platelets in blood) and collecting the same type of cells. Examples of selection and separation targets include cells (normal and abnormal cells), sperm, viruses, bacteria, organelles or small parts, spherical structures, colloidal suspensions, lipids and fat globules, gels, immiscible particles , Blastomeres, cell aggregates, microorganisms and other biological materials.

セルソータ装置3において、位置調整用ミラー対311の各ミラーは、例えば、制御装置330の指示によって駆動するミラー駆動部310によって角度が調整可能なように構成されている。位置調整用ミラー対311の各ミラーの角度は独立に調整することができ、各ミラーの角度が変化すると、ソーティング流路300に対して照射されるレーザ光の位置が変化する。これによって、ソーティング流路300の流路分岐部307に到達した被トラップ物(サンプル(細胞等))をレーザ光による光トラップ力によってトラップし、所望の選別先の流路に選別することが可能となる。ソーティング流路300の構成については後述する(図8参照)。   In the cell sorter device 3, each mirror of the position adjustment mirror pair 311 is configured such that the angle can be adjusted by, for example, a mirror driving unit 310 driven by an instruction from the control device 330. The angle of each mirror of the position adjustment mirror pair 311 can be adjusted independently. When the angle of each mirror changes, the position of the laser beam irradiated to the sorting flow path 300 changes. As a result, an object to be trapped (sample (cells, etc.)) that has reached the flow path branching portion 307 of the sorting flow path 300 can be trapped by the optical trapping force of the laser light and sorted into a desired sorting destination flow path. It becomes. The configuration of the sorting channel 300 will be described later (see FIG. 8).

撮像部320は、例えば、第1の実施形態による撮像部80の動作に加えて、ソーティング流路300を流れるサンプルを撮像し、撮像した画像に基づいてサンプルのサイズ(形状を含む)、及びサンプルの流路における位置を算出して、当該算出した情報を制御装置330に送信する。なお、サンプルのサイズ(形状を含む)の算出、及びサンプルの位置の算出は、プロセッサ91によって実行しても良い。この場合、撮像部320は、撮像したサンプルの画像を制御装置330に送信するだけである。   For example, in addition to the operation of the imaging unit 80 according to the first embodiment, the imaging unit 320 images a sample flowing through the sorting channel 300, and based on the captured image, the sample size (including shape), and the sample The position in the flow path is calculated, and the calculated information is transmitted to the control device 330. The calculation of the sample size (including the shape) and the calculation of the position of the sample may be executed by the processor 91. In this case, the imaging unit 320 only transmits the captured sample image to the control device 330.

制御装置330は、第1の実施形態における制御装置90とほぼ同様の構成を備えるが、例えば、記憶デバイス95内に制御プログラム952の代わりに、ソーティングプログラム3301をさらに保持している点で制御装置90とは異なっている。このソーティングプログラム3301は、プロセッサ91によって実行されるが、例えば、撮像部320から受信したサンプルのサイズ(形状を含む)及び位置の情報に基づいて、ソーティング流路300における流路分岐部307から先のどの流路に流すべきサンプルであるか判断(選別判断結果)する。そして、ソーティングプログラム3301は、当該選別判断結果に基づいて、レーザ光が照射される位置を決定し、かつトラップしたサンプルの所望の方向に誘導するようにミラー駆動部310を制御し、位置調整用ミラー対311の各ミラーの角度を調整する。   The control device 330 has substantially the same configuration as that of the control device 90 in the first embodiment. For example, the control device 330 is further provided with a sorting program 3301 instead of the control program 952 in the storage device 95. It is different from 90. The sorting program 3301 is executed by the processor 91. For example, based on the sample size (including shape) and position information received from the imaging unit 320, the sorting program 3301 is provided at the end of the sorting channel 300 from the channel branching unit 307. It is judged (selection judgment result) which sample channel should flow through. Then, the sorting program 3301 determines the position where the laser beam is irradiated based on the sorting determination result, and controls the mirror driving unit 310 so as to guide the trapped sample in a desired direction, thereby adjusting the position. The angle of each mirror of the mirror pair 311 is adjusted.

<ソーティング流路の構成>
図8は、第3の実施形態によるセルソータ装置3で用いられるソーティング流路300を真上から見たときの構成例を示す図である。
ソーティング流路300は、例えば、選別前の混合液(例えば、複数種類の細胞を含む液)を溜める液溜部301と、主流路302と、主流路302から分岐した第1の分岐流路303及び第2の分岐流路304と、ソーティングされた第一種サンプル(例えば、第一種細胞)308を溜め、取り出すための部位である第一の出力部305と、ソーティングされた第二種サンプル(例えば、第二種細胞)309を溜め、取り出すための部位である第二の出力部306と、を備えている。図8では、混合液を2つに分離して取り出す場合の例を示しているが、分離の数(つまり、分岐流路の数)は2つに限定される物ではなく、用途に応じてそれより多く設定することも可能である。
<Configuration of sorting flow path>
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example when the sorting flow path 300 used in the cell sorter device 3 according to the third embodiment is viewed from directly above.
The sorting channel 300 includes, for example, a liquid reservoir 301 that stores a mixed solution (for example, a liquid containing a plurality of types of cells) before sorting, a main channel 302, and a first branch channel 303 branched from the main channel 302. And the second branch flow channel 304, the first output unit 305 that is a part for collecting and taking out the sorted first type sample (for example, first type cell) 308, and the sorted second type sample. A second output unit 306 which is a part for storing and taking out (for example, second type cells) 309. FIG. 8 shows an example in which the mixed liquid is separated into two and taken out. However, the number of separations (that is, the number of branch channels) is not limited to two, depending on the application. It is possible to set more than that.

ソーティング流路300における流路分岐部307は、例えば、主流路302から各分岐流路303及び304に分かれる部分であると同時に、光源10から発せられたレーザ光がサンプル(例えば、第一種細胞及び第二種細胞)に照射され、光トラップ力が当該サンプルに提供される箇所となっている。   The flow path branching portion 307 in the sorting flow path 300 is, for example, a portion that is divided into the branch flow paths 303 and 304 from the main flow path 302, and at the same time, the laser light emitted from the light source 10 is a sample (for example, a first type cell). And a second type cell), and the light trapping force is provided to the sample.

液溜部301から主流路302を介して各出力部305及び306へのサンプル(第一種細胞及び第二種細胞)の移動は、例えば、シース液を液溜部301から主流路302に流したり、各サンプルを帯電させ、液溜部301に電場を印加して各サンプルを液溜部301から主流路302に出力したりすることにより実現することができる。また、例えば、電気浸透流を利用してサンプルを導入することも可能である。この場合、ソーティング流路300の材料としてはガラスなどの親水性材料を用いるのが好ましい。ガラスはマイナスに帯電しているため、サンプル中のプラスイオンがガラスのマイナス電荷に引っ張られ、電気二重層が形成される。ここに電圧を印加すると、サンプル中の荷電部分が動き、これに引かれてサンプルの溶液全体が液溜部301から主流路302に流れ出す。これが電気浸透流を用いたサンプル導入の原理である。   The movement of the sample (the first type cell and the second type cell) from the liquid reservoir 301 to the output units 305 and 306 via the main flow path 302 is performed by, for example, flowing sheath liquid from the liquid reservoir 301 to the main flow path 302. Or by charging each sample and applying an electric field to the liquid reservoir 301 to output each sample from the liquid reservoir 301 to the main flow path 302. For example, it is also possible to introduce a sample using an electroosmotic flow. In this case, it is preferable to use a hydrophilic material such as glass as the material of the sorting channel 300. Since the glass is negatively charged, positive ions in the sample are pulled by the negative charge of the glass, and an electric double layer is formed. When a voltage is applied here, the charged portion in the sample moves, and the entire sample solution flows from the liquid reservoir 301 to the main flow path 302 by being pulled by this. This is the principle of sample introduction using electroosmotic flow.

<セルソータ装置の動作>
図9は、本開示の第3の実施形態によるセルソータ装置3の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置330のプロセッサ91は、例えば、記憶デバイス(例えばROM(Read Only Memory))95からソーティングプログラム3301をプロセッサ91内に設けられている内部メモリ(図示せず)に読み込み、ソーティングプログラム3301を実行する。以下、図9を参照して、セルソータ装置3の動作について説明する。
<Operation of cell sorter>
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the cell sorter device 3 according to the third embodiment of the present disclosure. For example, the processor 91 of the control device 330 reads a sorting program 3301 from a storage device (for example, ROM (Read Only Memory)) 95 into an internal memory (not shown) provided in the processor 91 and executes the sorting program 3301. To do. Hereinafter, the operation of the cell sorter apparatus 3 will be described with reference to FIG.

(i)ステップ1301
プロセッサ91は、オペレータによって入力された、各種サンプル(例えば、混合液に含まれる複数種類の細胞)のサイズ(例えば、サンプルが球形状の場合には直径、サンプルが横長形状をなす場合には短辺及び長辺の長さ)の情報とセルソータ装置3で用いられている対物レンズ40の開口数NAの情報とを、例えば記憶デバイス95から読み込み、各種サンプルに対応する最適なビーム径を算出する。最適なビーム径はサンプルのサイズに応じて変化するものであるが、例えば、各種サンプルのサイズの差異が所定値以下である場合にはビーム径の値を1つのみ用意し、それを用いるようにしても良い。さらに、例えば、n(n≧3の整数)種類あるサンプルのうちk(2≦k<nの整数)種類のサンプルのサイズの差異が所定値以下であり、残りの種類のサンプルのサイズの差異が所定値より大きい場合には、サイズの差異が所定値以下のk種類のサンプルに対してのみ共通のビーム径を適用するようにしても良い。
(I) Step 1301
The processor 91 inputs the size of various samples (for example, a plurality of types of cells contained in the mixed solution) input by an operator (for example, the diameter is a sample when the sample is spherical, and the size is short when the sample is a horizontally long shape). Information on the numerical aperture NA of the objective lens 40 used in the cell sorter device 3 is read from, for example, the storage device 95, and the optimum beam diameter corresponding to various samples is calculated. . The optimum beam diameter varies depending on the sample size. For example, when the difference in the size of various samples is less than or equal to a predetermined value, only one beam diameter value is prepared and used. Anyway. Furthermore, for example, the difference in size of k (2 ≦ k <n) integer samples among n (n ≧ 3) types of samples is less than a predetermined value, and the difference in size of the remaining types of samples. Is larger than a predetermined value, a common beam diameter may be applied only to k types of samples whose size difference is equal to or smaller than the predetermined value.

セルソータ装置3の場合、光トラップ力はXY面内で適用されるため、ビーム径テーブル951としては、例えば図1のテーブルが選択される。プロセッサ91は、選択されたビーム径テーブル951を参照し、オペレータによって予め入力された、対物レンズ40の開口数NA及び対物レンズ40の瞳直径と各種サンプルのサンプルサイズとに基づいて、各種サンプルに対応するレーザ光の最適な照射ビーム径を算出する。つまり、上述のように、ビーム径テーブル951は、サンプルサイズ及び対物レンズの開口数NAと瞳充填率との関係(図1参照)を格納しているので、サンプルサイズと対物レンズの開口数NAが分かれば瞳充填率(=(照射レーザ光の1/eの直径)/(対物レンズの瞳直径))が分かり、照射レーザ光のビーム径(照射レーザ光の1/eの直径)を求めることができる。 In the case of the cell sorter apparatus 3, since the optical trapping force is applied in the XY plane, for example, the table of FIG. 1 is selected as the beam diameter table 951. The processor 91 refers to the selected beam diameter table 951, and sets various samples based on the numerical aperture NA of the objective lens 40, the pupil diameter of the objective lens 40, and the sample sizes of the various samples, which are input in advance by the operator. The optimum irradiation beam diameter of the corresponding laser beam is calculated. That is, as described above, since the beam diameter table 951 stores the relationship between the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens and the pupil filling factor (see FIG. 1), the sample size and the numerical aperture NA of the objective lens are stored. Is known, the pupil filling factor (= (diameter of 1 / e 2 of the irradiation laser light) / (pupil diameter of the objective lens)) is known, and the beam diameter of the irradiation laser light (1 / e 2 of the irradiation laser light). Can be requested.

(ii)ステップ1302
プロセッサ91は、撮像部320にソーティング流路300の流路分岐部307を通過中のサンプルを撮像するように指示し、撮像部320から流路分岐部307を通過中のサンプルの画像を取得する。
(Ii) Step 1302
The processor 91 instructs the imaging unit 320 to image the sample passing through the flow path branching unit 307 of the sorting flow channel 300, and acquires an image of the sample passing through the flow path branching unit 307 from the imaging unit 320. .

例えば、取得したサンプルの画像から当該サンプルのサイズを撮像部320で算出するようにしても良い。この場合、プロセッサ91は、撮像部320からサンプルのサイズの情報も取得する。また、例えば、プロセッサ91が撮像部320から取得した画像と撮像倍率からサンプルのサイズを算出するようにしても良い。   For example, the imaging unit 320 may calculate the size of the sample from the acquired sample image. In this case, the processor 91 also acquires sample size information from the imaging unit 320. For example, the size of the sample may be calculated from the image acquired by the processor 91 from the imaging unit 320 and the imaging magnification.

(iii)ステップ1303
プロセッサ91は、撮像部320から取得したサンプルの画像に基づいて、流路分岐部307を通過中のサンプルの種類を特定する。例えば、プロセッサ91は、取得したサンプルの画像から特徴点を抽出し、当該抽出した特徴点の情報と、予め記憶デイバス95に格納しておいた各種サンプルの特徴点の情報とを比較・照合してサンプルの種類を特定することができる。その際、サンプルのサイズの情報をさらに用いても良い。
(Iii) Step 1303
Based on the sample image acquired from the imaging unit 320, the processor 91 identifies the type of sample that is passing through the flow path branching unit 307. For example, the processor 91 extracts feature points from the acquired sample image, and compares and collates the extracted feature point information with the feature point information of various samples stored in the storage device 95 in advance. The type of sample can be specified. At that time, information on the size of the sample may be further used.

(iv)ステップ1304
プロセッサ91は、ステップ1303で特定されたサンプルの種類に基づいて、当該サンプルをソーティングする際に用いるビーム径の値(ステップ1301で算出済)を取得し、ズームビームエキスパンダー20の駆動部(図示せず)を制御し、レーザ光のビーム径を最適なビーム径に調整する。
(Iv) Step 1304
Based on the type of sample specified in step 1303, the processor 91 obtains a beam diameter value (calculated in step 1301) used when sorting the sample, and drives the zoom beam expander 20 (not shown). To adjust the beam diameter of the laser beam to an optimum beam diameter.

(v)ステップ1305
プロセッサ91は、流路分岐部307において、ステップ1304で調整したビーム径のレーザ光をソーティング対象のサンプルに照射し、光トラップ力を発生させ、当該サンプルをトラップする。例えば、この時点で、プロセッサ91は、トラップしたサンプルの種類を認識しているので、流路分岐部307から延設される複数の分岐流路のうちどの分岐流路にトラップしたサンプルを誘導すれば良いか判断することができる。
(V) Step 1305
In the flow path branching unit 307, the processor 91 irradiates the sample to be sorted with the laser beam having the beam diameter adjusted in step 1304, generates an optical trapping force, and traps the sample. For example, since the processor 91 recognizes the type of the trapped sample at this point, the sample trapped in which branch flow path among the plurality of branch flow paths extending from the flow path branching unit 307 can be guided. You can judge whether it is okay.

(vi)ステップ1306
プロセッサ91は、ミラー駆動部310を制御して対物レンズ40の瞳面に共役な位置に置かれた位置調製用ミラー対311の少なくとも一方のミラーの角度を変化させ、ステップ1305でトラップしたサンプルを所望の分岐流路(分別対象のサンプルを収集するための出力部につながる分岐流路)に誘導する。例えば、誘導されたサンプルは、当該所望の分岐流路(第1の分岐流路303或いは第2の分岐流路304)を通過し、第一の出力部305或いは第二の出力部306に到着し、収集される。
(Vi) Step 1306
The processor 91 controls the mirror driving unit 310 to change the angle of at least one of the position adjusting mirror pair 311 placed at a position conjugate to the pupil plane of the objective lens 40, and the sample trapped in step 1305 is changed. It guides to a desired branch channel (a branch channel connected to an output unit for collecting a sample to be sorted). For example, the induced sample passes through the desired branch channel (the first branch channel 303 or the second branch channel 304) and arrives at the first output unit 305 or the second output unit 306. And collected.

(vii)ステップ1307
プロセッサ91は、撮像部320からサンプルのソーティングの様子を撮像した画像(動画或いは静止画)を取得し、出力デバイスに出力(例えば、表示装置の画面上に表示)するとともに、記憶デバイス95に格納する。
なお、必要が無い場合には、ステップ1307に対応する処理は実行しなくても良い。
(Vii) Step 1307
The processor 91 acquires an image (moving image or still image) obtained by imaging the sample sorting state from the imaging unit 320, outputs the image to the output device (for example, displays on the screen of the display device), and stores the image in the storage device 95. To do.
If there is no need, the processing corresponding to step 1307 may not be executed.

(viii)ステップ1308
プロセッサ91は、液溜部301に保持されていた全てのサンプルについてソーティング処理が終了したか否か判断する。全てのサンプルについてソーティング処理が終了している場合(ステップ1308でYESの場合)、処理はステップ1309に移行する。ソーティング処理していないサンプルが残っている場合(ステップ1308でNOの場合)、処理はステップ1302に移行する(戻る)。
(Viii) Step 1308
The processor 91 determines whether or not the sorting process has been completed for all the samples held in the liquid reservoir 301. If the sorting process has been completed for all samples (YES in step 1308), the process proceeds to step 1309. If a sample that has not been sorted remains (NO in step 1308), the process proceeds to step 1302 (returns).

(ix)ステップ1309
プロセッサ91は、光源(例えば、レーザ光源)10を制御し、レーザ光の照射を停止する。
(Ix) Step 1309
The processor 91 controls the light source (for example, laser light source) 10 and stops the irradiation of the laser light.

<第3の実施形態のまとめ>
第1の実施形態や第2の実施形態で説明した光トラップ装置の原理はセルソータ装置(サンプル分別装置)3にも応用することができる。セルソータ装置3では、例えば、主流路302の出力側に複数の分岐流路303〜304が設けられているようなソーティング流路300を設置し、主流路302から何れかの分岐流路303〜304に分別する際に、光トラップ力が用いられる。この場合にも、適切なトラップ力(最大トラップ力)を発生させるために、最適なビーム径が決定される。最適なビーム径は、例えば、第1の実施形態や第2の実施形態と同様に、ビーム径テーブル951を参照して、分別対象のセル(サンプル)のサイズとレーザ光をセルに照射して分別するのに用いる対物レンズ40の開口数との組み合わせから一意に求めることができる。
<Summary of Third Embodiment>
The principle of the optical trap apparatus described in the first embodiment and the second embodiment can be applied to a cell sorter apparatus (sample sorting apparatus) 3. In the cell sorter device 3, for example, a sorting flow path 300 in which a plurality of branch flow paths 303 to 304 are provided on the output side of the main flow path 302 is installed, and any of the branch flow paths 303 to 304 extends from the main flow path 302. The optical trapping force is used when sorting into two. Also in this case, an optimum beam diameter is determined in order to generate an appropriate trapping force (maximum trapping force). The optimum beam diameter is determined by, for example, referring to the beam diameter table 951 and irradiating the cell with the size of the cell (sample) to be sorted and the laser light, as in the first and second embodiments. It can be uniquely determined from the combination with the numerical aperture of the objective lens 40 used for classification.

第3の実施形態では、例えば、複数種類のサンプルを撮像部320で撮像して得られた各画像から各種サンプルのサイズを特定し、これに基づいて、流路分岐部307を通過するサンプルに適用するレーザ光の最適ビーム径を決定している。例えば、流路分岐部307を通過するサンプルが変われば(サンプル毎にサイズが異なることが前提となるが)、最適なビーム径も変化するため、ビーム径を切り替えながらレーザ光の照射が行われる。このようにすることにより、各種サンプルに対して最適なビーム径でレーザ光を照射し、光トラップ力を適用してサンプルを分別することができるようになる。   In the third embodiment, for example, the size of each sample is specified from each image obtained by imaging a plurality of types of samples with the imaging unit 320, and based on this, the sample passing through the flow path branching unit 307 is determined. The optimum beam diameter of the laser beam to be applied is determined. For example, if the sample passing through the flow path branching portion 307 changes (assuming that the size is different for each sample), the optimum beam diameter also changes, so that laser beam irradiation is performed while switching the beam diameter. . By doing so, it becomes possible to divide the sample by irradiating laser beams with an optimum beam diameter to various samples and applying an optical trapping force.

一方、図11に示す変形例で後述するように、例えば、各種サンプルにラベリング(蛍光ラベリング)して、サンプルを分別する前に、少なくとも1つの検出光源1501〜1502から特定波長のレーザ光を発して流路を流れる各サンプルに照射して各サンプルからの散乱光や蛍光を検出し、この検出結果に基づいて各種サンプルを特定するようにしても良い。最適なビーム径は、上述と同様に、特定された各種サンプルのサイズと照射光学系200の対物レンズ40の開口数との組み合わせに対応して決定される。   On the other hand, as will be described later in the modification shown in FIG. 11, for example, before labeling (fluorescent labeling) various samples and sorting the samples, laser light having a specific wavelength is emitted from at least one detection light source 1501 to 1502. Then, each sample flowing through the flow path may be irradiated to detect scattered light and fluorescence from each sample, and various samples may be specified based on the detection result. The optimum beam diameter is determined in accordance with the combination of the specified various sample sizes and the numerical aperture of the objective lens 40 of the irradiation optical system 200, as described above.

(5)第4の実施形態
図10は、本開示の第4の実施形態による光トラップシステム4の概略構成例を示す図である。図10Aは、光トラップシステム4の全体構成を示している。図10Bは、光トラップシステム4のレーザ光照射光学系410の構成例を示している。
(5) Fourth Embodiment FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration example of an optical trap system 4 according to a fourth embodiment of the present disclosure. FIG. 10A shows the overall configuration of the optical trap system 4. FIG. 10B shows a configuration example of the laser light irradiation optical system 410 of the optical trap system 4.

図10Aを参照すると、光トラップシステム4は、例えば、ペン型形状をなすレーザ光照射デバイス400と、被トラップ物を載置するサンプル載置部50と、観察用光学系60と、観察用対物レンズ420と、結像レンズ70と、撮像部80と、制御装置90と、マイクロピペットマニュピレータ(図示せず)と、を備えている。レーザ光照射デバイス400、及び観察用対物レンズ420以外は、第1の実施形態による光トラップ装置1と同様の構成及び機能を有する構成要素である。   Referring to FIG. 10A, an optical trap system 4 includes, for example, a pen-shaped laser light irradiation device 400, a sample placement unit 50 on which an object to be trapped is placed, an observation optical system 60, and an observation objective. A lens 420, an imaging lens 70, an imaging unit 80, a control device 90, and a micropipette manipulator (not shown) are provided. Except for the laser light irradiation device 400 and the observation objective lens 420, they are components having the same configuration and function as the optical trap device 1 according to the first embodiment.

ペン型形状をなすレーザ光照射デバイス400は、内部にレーザ光照射光学系410を収容し、マイクロピペットマニュピレータによって保持される。マイクロピペットマニュピレータは、オペレータがコンピュータを介して入力する指示に従って動作するように構成されている。レーザ光照射光学系410は、ダイクロイックミラー30を持たない点以外は、第1の光トラップ装置1のレーザ光の照射光学系と同一の構成を備えており、光源(例えば、レーザ光源)10と、ズームビームエキスパンダー20と、対物レンズ40と、を備えている。
観察用対物レンズ420と結像レンズ70とによって、被トラップ物の像が撮像部80の像面に結像される。
The laser light irradiation device 400 having a pen shape accommodates a laser light irradiation optical system 410 inside and is held by a micropipette manipulator. The micropipette manipulator is configured to operate in accordance with instructions input by an operator via a computer. The laser light irradiation optical system 410 has the same configuration as the laser light irradiation optical system of the first optical trap device 1 except that it does not have the dichroic mirror 30, and has a light source (for example, a laser light source) 10. The zoom beam expander 20 and the objective lens 40 are provided.
An image of the trapped object is formed on the image plane of the imaging unit 80 by the observation objective lens 420 and the imaging lens 70.

観察用光学系60を構成する照明部601及びコンデンサレンズ602は、例えば、観察用照明光をサンプル載置部50の全域に照射できるようなサイズで構成されている。また、観察用対物レンズ420及び結像レンズ70も、サンプル載置部50の全域の画像を撮像できるようなサイズで構成されている。このように第1の実施形態による光トラップ装置1よりも観察用光学系60、観察用対物レンズ420及び結像レンズ70のサイズを大きくすることにより、光トラップ力を適用して被トラップ物を操作する位置の画像を撮像するためにサンプル載置部50、観察用光学系60や撮像部80を動かす必要がないという利点が得られる。   The illumination unit 601 and the condenser lens 602 constituting the observation optical system 60 are configured to have a size that can irradiate observation illumination light over the entire area of the sample placement unit 50, for example. In addition, the observation objective lens 420 and the imaging lens 70 are also sized to capture an image of the entire area of the sample placement unit 50. As described above, by increasing the size of the observation optical system 60, the observation objective lens 420, and the imaging lens 70 as compared with the optical trap device 1 according to the first embodiment, the optical trapping force is applied and the trapped object is removed. There is an advantage that it is not necessary to move the sample mounting unit 50, the observation optical system 60, or the imaging unit 80 in order to capture an image of the position to be operated.

光トラップシステム4の動作については、第1の実施形態による光トラップ装置1の動作を説明するためのフローチャート(図5)におけるステップ908が不要である点を除いて同一であるため、説明は省略する。   The operation of the optical trap system 4 is the same except that step 908 in the flowchart (FIG. 5) for explaining the operation of the optical trap device 1 according to the first embodiment is not necessary, and the description thereof is omitted. To do.

<第4の実施形態のまとめ>
第4の実施形態による光トラップシステム4によれば、レーザ光のペン型形状をなすレーザ光照射デバイス400を採用し、オペレータがマイクロピペットマニュピレータを操作するので、より繊細な動作によって被トラップ物を取り扱うことができるようになる。
<Summary of Fourth Embodiment>
According to the optical trap system 4 according to the fourth embodiment, the laser beam irradiation device 400 having a laser beam pen shape is adopted, and the operator operates the micropipette manipulator. It becomes possible to handle.

(6)光トラップ装置の用途について
(i)各実施形態による光トラップ装置は、例えば、多数のサンプル(例えば、ビーズ)を並べてある状態で、所定の評価方法を用いて最適であると評価されたサンプルを取り出すときに用いることができる。この場合、サンプルはサンプル載置面に広げられるため、特定のサンプルを取り出す際には、レーザ光の照射位置を広範囲に移動(サンプル載置面駆動部100やステージ210を広範囲に動かす)させなければならない。このため、液浸対物レンズ(水浸対物レンズや液浸対物レンズ)を用いると、液切れを起こしてしまう可能性がある。そこで、このような用途の場合には、ドライ対物レンズを用いて光トラップ装置を構成するのが好ましい。
(6) Application of optical trap device (i) The optical trap device according to each embodiment is evaluated to be optimal using a predetermined evaluation method in a state where a large number of samples (for example, beads) are arranged, for example. This can be used when removing a sample. In this case, since the sample is spread on the sample mounting surface, the laser beam irradiation position must be moved over a wide range (the sample mounting surface drive unit 100 and the stage 210 are moved over a wide range) when taking out a specific sample. I must. For this reason, when an immersion objective lens (a water immersion objective lens or an immersion objective lens) is used, there is a possibility that the liquid will run out. Therefore, in such an application, it is preferable to configure the optical trap device using a dry objective lens.

ただし、一般的に、液浸対物レンズを用いた方がドライ対物レンズを用いるよりも光トラップ力そのものは大きくなることが知られているため、ドライ対物レンズを用いる場合にはできる限り効率の良い光学系を構成することが望ましい。効率の良い光学系を構成しようとすると、光源側の設計の余裕がなくなるので、光源の光量を有効に利用するべく、本開示では、照射するレーザ光のビーム径を最適なサイズにして最大トラップ力を生むようにしている。   However, in general, it is known that the optical trapping force itself is larger when the immersion objective lens is used than when the dry objective lens is used. Therefore, when using the dry objective lens, it is as efficient as possible. It is desirable to construct an optical system. If an efficient optical system is configured, there is no room for design on the light source side. Therefore, in order to effectively use the light amount of the light source, in this disclosure, the beam diameter of the irradiated laser beam is set to an optimal size and the maximum trap I try to produce power.

(ii)各実施形態による光トラップ装置は、例えば、タンパク質とタンパク質との間の相互作用を計測するために用いることができる(生物研究の用途)。この場合には、液浸対物レンズも用いることができる。 (Ii) The optical trap device according to each embodiment can be used, for example, for measuring an interaction between proteins (use for biological research). In this case, an immersion objective lens can also be used.

例えば、細胞の表面からは様々なタンパク質が出ているが、それがどのようなタンパク質か、或いはペプチド(アミノ酸)が短くつながっているような物質と結合する際の親和力がどの程度か、を計測するために、予め識別されたペプチドを球体に付着させておく。細胞をこの球体に近づけると細胞が球体にくっつく。そして、光トラップ力を用いてこれらを引き離すとき、どれ位の力(光トラップ力を発生させる際の照射光量から換算できる)で引き離すことができたかを計測することによって、タンパク質同士の相互作用を測ることができる。簡単に(弱い力で)引き離すことができればそれらのタンパク質は単に吸着していただけであり、一方なかなか引き離すことができなければそれらのタンパク質には相互作用があり、細胞表面にどのようなタンパク質が出ているかを知ることができるようになる。   For example, various proteins appear on the surface of cells, but what kind of protein it is, or how much affinity it binds to substances that have short peptides (amino acids). In order to do this, a previously identified peptide is attached to the sphere. When a cell is brought close to this sphere, the cell sticks to the sphere. And when these are separated using optical trapping force, the interaction between proteins can be determined by measuring how much force (which can be converted from the amount of irradiation light when generating optical trapping force) can be separated. Can be measured. If they can be separated easily (with a weak force), they will simply adsorb, and if they cannot be separated easily, they will interact, and what kind of protein will appear on the cell surface. You will be able to know if you are.

(7)変形例
(i)第1及び第2の実施形態では、サンプル面駆動部100やステージ210を動かすことにより、光(例えば、レーザ光)の照射位置を変化させているが、例えば、第3の実施形態のように、位置調整用ミラー対を設け、その角度を変更することによって光の照射位置を変更するようにしても良い。ただし、この場合、ステージ210等を動かす形態よりも光の照射位置の範囲が小さくなるため、ステージ210等を動かす場合よりも用途が限定される可能性がある。
(7) Modification (i) In the first and second embodiments, the irradiation position of light (for example, laser light) is changed by moving the sample surface driving unit 100 and the stage 210. For example, As in the third embodiment, a position adjustment mirror pair may be provided, and the light irradiation position may be changed by changing the angle. However, in this case, since the range of the light irradiation position is smaller than in the form in which the stage 210 or the like is moved, the application may be limited as compared with the case where the stage 210 or the like is moved.

(ii)第1乃至第4の実施形態では、プロセッサ91がビーム径テーブル951を参照して最適なビーム径の値を決定しているが、サンプルサイズが既知の場合には、予めサンプルサイズに対応して最適なビーム径の値を決定しておいても良い。例えば、図3で示されるように、XY平面内での光トラップ力を適用する場合には瞳充填率が0.43以上0.93以下の範囲内、Z方向で光トラップ力を適用する場合には瞳充填率が0.56以上0.96以下の範囲内となるように、オペレータは、制御装置90を用いてズームビームエキスパンダー20を調整し、レーザ光のビーム径を予め設定することができる。 (Ii) In the first to fourth embodiments, the processor 91 determines the optimum beam diameter value by referring to the beam diameter table 951. If the sample size is known, the processor 91 sets the sample size in advance. Correspondingly, an optimum beam diameter value may be determined. For example, as shown in FIG. 3, when applying the optical trapping force in the XY plane, applying the optical trapping force in the Z direction within a range where the pupil filling factor is 0.43 or more and 0.93 or less. The operator may adjust the zoom beam expander 20 using the control device 90 and set the beam diameter of the laser beam in advance so that the pupil filling factor is in the range of 0.56 to 0.96. it can.

(iii)第3の実施形態によるセルソータ装置3では、位置調整用ミラー対311の角度を変更し、捕捉されたサンプルを移動させて所望の分岐流路に誘導しているが、例えば、レーザ光の照射量を制御し、発生する光トラップ力を変化させる(サンプルの種別に応じて強弱をつける)ことによってサンプルを所望の分岐流路に誘導し、ソーティングしても良い。また、例えば、レーザ光の照射のON/OFFを制御することによって、サンプルをソーティングしても良い。 (Iii) In the cell sorter device 3 according to the third embodiment, the angle of the position adjusting mirror pair 311 is changed, and the captured sample is moved and guided to a desired branch flow path. The sample may be guided to a desired branch flow path by changing the amount of light irradiation and changing the generated optical trapping force (by changing the intensity according to the type of sample) and sorting. Further, for example, the sample may be sorted by controlling ON / OFF of laser light irradiation.

(iv)第3の実施形態によるセルソータ装置3では、流路分岐部307を通過するサンプルの画像に基づいてサンプルのサイズを特定し、レーザ光のビーム径を決定しているが、別の方法を採用してサンプルの種類を特定してビーム径を決定しても良い。例えば、各種サンプルに予めラベリング(例えば、蛍光ラベリング)しておき、ソーティング流路300を流れるサンプルに特定波長のレーザ光(光トラップのためのレーザ光とは異なる)を照射することにより得られる散乱光や蛍光を検出部によって検出する。検出部によって検出された散乱光や蛍光は、サンプル毎に異なる特徴を示すため、この散乱光や蛍光を分析することにより、サンプルの種類を特定することができるようになる。以下、このようなセルソーティングを実現するためのセルソータ装置5について簡単に説明する。なお、既出の構成要素と同じものについては同一の参照番号を付していることに注意されたい。 (Iv) In the cell sorter device 3 according to the third embodiment, the sample size is specified based on the image of the sample passing through the flow path branching unit 307 and the beam diameter of the laser light is determined. May be used to determine the beam diameter by specifying the type of sample. For example, scattering obtained by labeling various samples in advance (for example, fluorescent labeling) and irradiating the sample flowing through the sorting flow path 300 with laser light of a specific wavelength (different from laser light for optical trapping). Light or fluorescence is detected by the detection unit. Since the scattered light and fluorescence detected by the detection unit exhibit different characteristics for each sample, the type of sample can be specified by analyzing the scattered light and fluorescence. Hereinafter, the cell sorter device 5 for realizing such cell sorting will be briefly described. It should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as those already described.

図11は、第3の実施形態の変形例によるセルソータ装置5の概略構成例を示す図である。セルソータ装置5は、例えば、照射光学系1500と、図11に図示しない観察用光学系及び撮像部(上述の観察用光学系60及び撮像部80に相当)と、制御装置90と、複数の検出光源1501〜1502と、複数の検出器1503〜1504と、を備え、例えば、着脱可能なソーティング流路300を設置し、光トラップ力をサンプルに適用してサンプル(例えば、細胞等)を分別するものである。   FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration example of a cell sorter device 5 according to a modification of the third embodiment. The cell sorter device 5 includes, for example, an irradiation optical system 1500, an observation optical system and an imaging unit (not shown in FIG. 11) (corresponding to the observation optical system 60 and the imaging unit 80 described above), a control device 90, and a plurality of detections. Light sources 1501 to 1502 and a plurality of detectors 1503 to 1504, for example, a removable sorting channel 300 is installed, and a light trapping force is applied to the sample to sort the sample (for example, cells). Is.

照射光学系1500は、第2の実施形態で説明した照射光学系200と同様の構成をなしている。例えば、第3の実施形態のように、位置調整用ミラー対311の角度を変更することにより、レーザ光照射によってトラップ(捕捉)したサンプルを所望の第1の分岐流路303又は第2の分岐流路304に誘導しても良いし、第2の実施形態のように、ステージ210を動かすことにより、トラップしたサンプルを所望の第1の分岐流路303又は第2の分岐流路304に誘導しても良い。   The irradiation optical system 1500 has the same configuration as that of the irradiation optical system 200 described in the second embodiment. For example, as in the third embodiment, by changing the angle of the position adjustment mirror pair 311, the sample trapped (captured) by laser light irradiation can be obtained in the desired first branch flow path 303 or the second branch. The trapped sample may be guided to the desired first branch channel 303 or the second branch channel 304 by moving the stage 210 as in the second embodiment. You may do it.

観察用光学系60は、第1の実施形態と同様に、例えば、観察用照明光を発する照明部601と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ602と、を備える。観察用光学系60は、第2の実施形態と同様に、例えば、観察照明光をサンプル載置部50の全領域を照らすことができるように構成することができる。   As in the first embodiment, the observation optical system 60 includes, for example, an illumination unit 601 that emits observation illumination light, and a condenser lens 602 that effectively collects the observation illumination light on the sample surface. Prepare. As in the second embodiment, the observation optical system 60 can be configured so that, for example, the observation illumination light can illuminate the entire region of the sample placement unit 50.

ソーティング流路300において、液溜部301には、複数種類のサンプル(細胞等)が混合されたサンプル液が収容されている。例えば、各サンプルは、蛍光ラベリングされており、特定の波長の光を当てると散乱したり、蛍光を発したりする。一例として、複数の蛍光色素を用いて多重染色することも可能である。   In the sorting channel 300, the liquid reservoir 301 stores a sample liquid in which a plurality of types of samples (cells and the like) are mixed. For example, each sample is fluorescently labeled and scatters or emits fluorescence when irradiated with light of a specific wavelength. As an example, multiple staining using a plurality of fluorescent dyes is also possible.

セルソータ装置5では、一例として複数の検出光源1501〜1502が設けられているが、これは、多重染色した場合に対応するためである。各検出光源は波長の異なる光(例えば、レーザ光)を発する。検出光源が複数設けられているため、ここでは、検出器も複数設けられている。   In the cell sorter device 5, a plurality of detection light sources 1501 to 1502 are provided as an example. This is to cope with multiple staining. Each detection light source emits light having a different wavelength (for example, laser light). Since a plurality of detection light sources are provided, a plurality of detectors are also provided here.

検出器1503〜1504は、各検出光源1501〜1502から光が各サンプルに照射されることによって発生する散乱光や蛍光を検出する。検出された散乱光や蛍光は、例えば、光学信号に比例した電気信号に変換され、制御装置90に送信される。   Detectors 1503 to 1504 detect scattered light and fluorescence generated when each sample is irradiated with light from each of the detection light sources 1501 to 1502. The detected scattered light and fluorescence are converted into an electrical signal proportional to the optical signal, for example, and transmitted to the control device 90.

制御装置90は、例えば、各サンプルについて検出された散乱光や蛍光に対応する電気信号に基づいて各サンプルのサイズを算出し、当該サイズの情報に基づいて各サンプルの種類を特定する。これにより、例えば、制御装置90は、何番目のサンプルがどの種類かを認識することができるので、サンプルが流路分岐部307に進入した際にどの分岐流路に分別すれば良いか決定することができる。制御装置90は、照射光学系200のレーザ光源10からのレーザ光の照射を制御して対象のサンプルをトラップする。そして、制御装置90は、ミラー駆動部310を制御してダイクロイックミラー30の角度を変更したり、或いは、ステージ210を移動させたりすることにより、光トラップ力でトラップされたサンプルを所望の分岐流路(種類に対応した分岐流路)に誘導する。制御装置90のその他の動作及び処理については、第1の実施形態における制御装置90の動作及び処理と同様である。つまり、当該変形例においても、最適なビーム径は同様に決定される。また、各サンプルのサイズが既知の場合には、例えば、予めビーム径を算出(瞳充填率が0.43〜0.93の範囲内で算出)し、どの種類のサンプルが流路を流れているかによって、ビーム径を単に切り替えるようにズームビームエキスパンダー20を制御するようにしても良い。   For example, the control device 90 calculates the size of each sample based on the electrical signal corresponding to the scattered light or fluorescence detected for each sample, and identifies the type of each sample based on the information on the size. Thereby, for example, since the control device 90 can recognize what kind of sample and what kind of sample, when the sample enters the flow path branching unit 307, it is determined which branch flow path should be sorted. be able to. The control device 90 traps the target sample by controlling the irradiation of the laser light from the laser light source 10 of the irradiation optical system 200. Then, the control device 90 controls the mirror driving unit 310 to change the angle of the dichroic mirror 30 or to move the stage 210 so that the sample trapped by the optical trapping force is a desired branch flow. Guide to the path (branch flow path corresponding to the type). Other operations and processes of the control device 90 are the same as the operations and processes of the control device 90 in the first embodiment. That is, the optimum beam diameter is determined in the same way in the modification. In addition, when the size of each sample is known, for example, the beam diameter is calculated in advance (the pupil filling rate is calculated within the range of 0.43 to 0.93), and which kind of sample flows through the flow path. Depending on the situation, the zoom beam expander 20 may be controlled so as to simply switch the beam diameter.

(8)その他の実施形態
各実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現することができる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本実施形態に含まれる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD−ROM、DVD−ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。
(8) Other Embodiments The functions of the embodiments can also be realized by software program codes. In this case, a storage medium in which the program code is recorded is provided to the system or apparatus, and the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the program code itself and the storage medium storing it are included in this embodiment. As a storage medium for supplying such program code, for example, a flexible disk, CD-ROM, DVD-ROM, hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-R, magnetic tape, nonvolatile memory card, ROM Etc. are used.

また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現されるようにしてもよい。   Also, based on the instruction of the program code, an OS (operating system) running on the computer performs part or all of the actual processing, and the functions of the above-described embodiments are realized by the processing. May be. Further, after the program code read from the storage medium is written in the memory on the computer, the computer CPU or the like performs part or all of the actual processing based on the instruction of the program code. Thus, the functions of the above-described embodiments may be realized.

さらに、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD−RW、CD−R等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ(又はCPUやMPU)が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。   Furthermore, by distributing the program code of the software that realizes the functions of the embodiments via a network, it is stored in a storage means such as a hard disk or memory of a system or apparatus or a storage medium such as a CD-RW or CD-R. The program code stored in the storage means or the storage medium may be read out and executed by the computer (or CPU or MPU) of the system or apparatus during storage.

ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した方法に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   The processes and techniques described herein are not inherently related to any particular apparatus and can be implemented by any suitable combination of components. In addition, various types of devices for general purpose can be used in accordance with the methods described herein. It may be beneficial to build a dedicated device to perform the method steps described herein. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

本技術分野の通常の知識を有する者には、本開示のその他の実装がここに開示された本開示の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び/又はコンポーネントは、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。   Other implementations of the present disclosure will become apparent to those having ordinary skill in the art from consideration of the specification and embodiments of the present disclosure disclosed herein. Various aspects and / or components of the described embodiments can be used singly or in any combination.

1,2 光トラップ装置
3,5 セルソータ装置
4 光トラップシステム
10 光源
20 ズームビームエキスパンダー
30 ダイクロイックミラー
40 対物レンズ
50 サンプル載置部
60 観察用光学系
70 結像レンズ
80,320 撮像部
90,330 制御装置
100 サンプル載置面駆動部
200,1500 照射光学系
210 ステージ
300 ソーティング流路
301 液溜部
302 主流路
303 第1の分岐流路
304 第2の分岐流路
305 第一の出力部
306 第二の出力部
307 流路分岐部
308 第一種サンプル
309 第二種サンプル
310 ミラー駆動部
311 位置調整用ミラー対
313 リレーレンズ
400 レーザ光照射デバイス
410 レーザ光照射光学系
420 観察用対物レンズ
1501,1502 検出光源
1503,1504 検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Optical trap apparatus 3, 5 Cell sorter apparatus 4 Optical trap system 10 Light source 20 Zoom beam expander 30 Dichroic mirror 40 Objective lens 50 Sample mounting part 60 Observation optical system 70 Imaging lens 80, 320 Imaging part 90, 330 Control Apparatus 100 Sample placement surface drive unit 200, 1500 Irradiation optical system 210 Stage 300 Sorting channel 301 Liquid reservoir 302 Main channel 303 First branch channel 304 Second branch channel 305 First output unit 306 Second Output section 307 Flow path branching section 308 First kind sample 309 Second kind sample 310 Mirror driving section 311 Position adjustment mirror pair 313 Relay lens 400 Laser light irradiation device 410 Laser light irradiation optical system 420 Observation objective lenses 1501 and 1502 Detection light source 1503, 1504 Part

Claims (26)

光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、
前記記憶デバイスに格納された前記ビーム径情報を参照して、捕捉対象の前記サンプルのサンプルサイズと前記光トラップ装置で用いられる前記対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を前記取得したビーム径に調整するプロセッサと、
を備える、光トラップ装置。
An optical trap device for irradiating and capturing light on a sample,
A light source;
A beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source;
An objective lens for irradiating the sample with light having an adjusted beam diameter;
A storage device for storing beam diameter information indicating a value of a beam diameter that gives an optical trapping force in a combination of a sample size and a numerical aperture of an objective lens;
By referring to the beam diameter information stored in the storage device, a beam diameter value corresponding to a combination of the sample size of the sample to be captured and the numerical aperture of the objective lens used in the optical trap device is obtained. A processor that controls the beam diameter adjusting optical system to adjust the beam diameter of the light to the acquired beam diameter;
An optical trap device.
請求項1において、さらに、
前記サンプルに観察用照明光を照らす観察用光学系と、
前記観察用照明光に照らされた前記サンプルを撮像する撮像部と、
を備える、光トラップ装置。
The claim 1, further comprising:
An observation optical system for illuminating the sample with illumination light for observation;
An imaging unit that images the sample illuminated by the observation illumination light;
An optical trap device.
請求項2において、
前記プロセッサは、前記撮像部によって撮像された前記サンプルの画像に基づいて算出された前記捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと前記対物レンズの開口数を前記ビーム径情報に適用し、前記捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと前記対物レンズの開口数に対応する前記ビーム径の値を取得する、光トラップ装置。
In claim 2,
The processor applies the sample size of the sample to be captured and the numerical aperture of the objective lens calculated based on the image of the sample captured by the imaging unit to the beam diameter information, and the sample to be captured An optical trap device that obtains the value of the beam diameter corresponding to the sample size and the numerical aperture of the objective lens.
請求項1から3の何れか1項において、
さらに、前記サンプルを載置するサンプル載置部を移動させる第一駆動部を備え、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記第一駆動部を制御し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの前記サンプル載置部における位置を移動させる、光トラップ装置。
In any one of Claims 1-3,
Furthermore, the first drive unit for moving the sample mounting unit for mounting the sample,
In response to the input instruction, the processor controls the first driving unit to move the position of the sample captured by the light irradiation on the sample mounting unit.
請求項1から3の何れか1項において、
さらに、前記光源と、前記ビーム径調整光学系と、前記対物レンズと、を含む光照射光学系を載置し、当該光照射光学系による光の照射位置を移動させる移動ステージを含み、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記移動ステージを制御し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの位置を移動させる、光トラップ装置。
In any one of Claims 1-3,
In addition, a light irradiation optical system including the light source, the beam diameter adjustment optical system, and the objective lens is mounted, and includes a moving stage that moves a light irradiation position by the light irradiation optical system,
In response to an input instruction, the processor controls the moving stage to move the position of the sample captured by the light irradiation.
請求項1から3の何れか1項において、
さらに、回転軸を中心に回転し、前記光源から発せられる前記光の進行方向を変更する光照射位置調整用ミラーと、
前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更する第二駆動部と、を備え、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記第二駆動部を制御して前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更して光の照射位置を変更し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの位置を移動させる、光トラップ装置。
In any one of Claims 1-3,
Further, a light irradiation position adjusting mirror that rotates around a rotation axis and changes a traveling direction of the light emitted from the light source;
A second drive unit that changes the angle of the light irradiation position adjusting mirror,
In response to the input instruction, the processor controls the second drive unit to change the angle of the light irradiation position adjusting mirror to change the light irradiation position, and is captured by the light irradiation. An optical trap device for moving the position of the sample.
請求項6において、
前記光照射位置調整用ミラーは、前記対物レンズの瞳面に共役な位置に配置されている、光トラップ装置。
In claim 6,
The light irradiation position adjusting mirror is an optical trap device arranged at a position conjugate with the pupil plane of the objective lens.
請求項1から7の何れか1項において、
前記対物レンズは、開口数が1未満のドライレンズである、光トラップ装置。
In any one of Claims 1-7,
The objective lens is an optical trap device, which is a dry lens having a numerical aperture of less than one.
請求項1から8の何れか1項において、
前記ビーム径調整光学系は、ズームビームエキスパンダーで構成される、光トラップ装置。
In any one of Claim 1 to 8,
The beam diameter adjusting optical system is an optical trap device including a zoom beam expander.
請求項1から9の何れか1項において、
前記記憶デバイスは、前記ビーム径情報として、前記サンプルを捕捉してXY平面内で移動させる際に用いる第一ビーム径情報と、前記サンプルを捕捉してZ方向に移動させる際に用いる第二ビーム径情報と、を格納する、光トラップ装置。
In any one of Claim 1 to 9,
The storage device includes, as the beam diameter information, first beam diameter information used when the sample is captured and moved in the XY plane, and a second beam used when the sample is captured and moved in the Z direction. An optical trap device for storing diameter information.
光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をXY平面内で前記サンプルに適用する場合には、瞳充填率が0.43以上0.93以下となるように、前記ビーム径調整光学系によって前記光のビーム径が調整されている、光トラップ装置。
An optical trap device for irradiating and capturing light on a sample,
A light source;
A beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source;
An objective lens that irradiates the sample with light having an adjusted beam diameter,
When the light trapping force generated by irradiating the sample with the light is applied to the sample in the XY plane, the beam diameter adjustment is performed so that the pupil filling factor is 0.43 or more and 0.93 or less. An optical trap device in which a beam diameter of the light is adjusted by an optical system.
光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をZ方向で前記サンプルに適用する場合には、瞳充填率が0.56以上0.96以下となるように、前記ビーム径調整光学系によって前記光のビーム径が調整されている、光トラップ装置。
An optical trap device for irradiating and capturing light on a sample,
A light source;
A beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source;
An objective lens that irradiates the sample with light having an adjusted beam diameter,
When the optical trapping force generated by irradiating the sample with the light is applied to the sample in the Z direction, the beam diameter adjusting optics is set so that the pupil filling factor is 0.56 or more and 0.96 or less. An optical trap device in which a beam diameter of the light is adjusted by a system.
流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、
前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射を制御して、前記流路における所望の方向に前記サンプルを分別するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記記憶デバイスに格納された前記ビーム径情報を参照して、分別対象の前記サンプルのサンプルサイズと前記サンプル分別装置で用いられる前記対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を前記取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置。
A sample separation device for separating a plurality of types of samples flowing in a flow path,
A light source;
A beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source;
An objective lens for irradiating the sample with light having an adjusted beam diameter;
A storage device for storing beam diameter information indicating a value of a beam diameter that gives an optical trapping force in a combination of a sample size and a numerical aperture of an objective lens;
A processor for controlling the irradiation of light with the beam diameter adjusted to the sample, and sorting the sample in a desired direction in the flow path,
The processor refers to the beam diameter information stored in the storage device, and the beam diameter corresponding to the combination of the sample size of the sample to be sorted and the numerical aperture of the objective lens used in the sample sorting device And a beam size adjusting optical system to adjust the beam diameter of the light to the acquired beam diameter.
請求項13において、
さらに、前記サンプルの特徴を検出する検出部を備え、
前記プロセッサは、前記検出部によって検出された前記サンプルの特徴に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に応じて前記ビーム径が調整された光の照射を制御する、サンプル分別装置。
In claim 13,
Furthermore, a detection unit for detecting the characteristics of the sample,
The processor identifies the type of the sample based on the characteristics of the sample detected by the detection unit, and controls the irradiation of light having the beam diameter adjusted according to the identified sample type. Sample sorting device.
請求項13において、さらに、
前記サンプルに観察用照明光を照らす観察用光学系と、
前記観察用照明光に照らされた前記サンプルを撮像する撮像部と、を備え、
前記プロセッサは、前記撮像部によって撮像された前記サンプルの画像に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に応じて前記ビーム径が調整された光の照射を制御する、サンプル分別装置。
The claim 13, further comprising:
An observation optical system for illuminating the sample with illumination light for observation;
An imaging unit that images the sample illuminated by the observation illumination light; and
The processor specifies the type of the sample based on the image of the sample imaged by the imaging unit, and controls the irradiation of the light whose beam diameter is adjusted according to the type of the specified sample. Sample sorting device.
請求項15において、
前記プロセッサは、前記サンプルの画像に基づいて算出される前記サンプルのサンプルサイズの情報から前記サンプルの種類を特定する、サンプル分別装置。
In claim 15,
The sample sorting device, wherein the processor identifies the type of the sample from information on a sample size of the sample calculated based on an image of the sample.
請求項16において、
前記プロセッサは、前記ビーム径情報を参照し、前記サンプルのサンプルサイズに応じた前記ビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置。
In claim 16,
The processor refers to the beam diameter information, acquires the value of the beam diameter according to the sample size of the sample, and controls the beam diameter adjustment optical system to adjust to the acquired beam diameter. apparatus.
請求項13から17の何れか1項において、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類の情報に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射量を制御し、前記流路における所望の方向に前記サンプルを誘導することにより前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
In any one of Claims 13 to 17,
The processor controls the amount of light with the beam diameter adjusted for the sample based on the sample type information, and guides the sample in a desired direction in the flow path. Sorting, sample sorting device.
請求項18において、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類の情報に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射をON/OFF制御することにより、前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
In claim 18,
The processor separates the sample by controlling ON / OFF the irradiation of the light with the beam diameter adjusted to the sample based on the information on the type of the sample.
請求項14から16の何れか1項において、
さらに、回転軸を中心に回転し、前記ビーム径が調整された光の進行方向を変更する光照射位置調整用ミラーと、
前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更するミラー駆動部と、を備え、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類に応じて、前記ミラー駆動部を制御して前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更して光の照射位置を変更することにより、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルを前記所望の方向に誘導して前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
In any one of Claims 14 to 16,
Furthermore, a light irradiation position adjusting mirror that rotates around the rotation axis and changes the traveling direction of the light whose beam diameter is adjusted,
A mirror driving unit that changes an angle of the light irradiation position adjusting mirror, and
The processor is captured by the light irradiation by controlling the mirror driving unit according to the type of the sample to change the light irradiation position by changing the angle of the light irradiation position adjusting mirror. A sample separation device for separating the sample by guiding the sample in the desired direction.
請求項20において、
前記光照射位置調整用ミラーは、前記対物レンズの瞳面に共役な位置に配置されている、サンプル分別装置。
In claim 20,
The light irradiation position adjusting mirror is a sample sorting device arranged at a position conjugate with the pupil plane of the objective lens.
流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
前記流路を流れる前記サンプルを検出する検出部と、
前記検出部による前記サンプルの検出結果に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射を制御して、前記流路における所望の方向に前記サンプルを分別するプロセッサと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をXY平面内で前記サンプルに適用する場合、前記プロセッサは、瞳充填率が0.43以上0.93以下となるように、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を調整する、サンプル分別装置。
A sample separation device for separating a plurality of types of samples flowing in a flow path,
A light source;
A beam diameter adjusting optical system for adjusting a beam diameter of light from the light source;
An objective lens for irradiating the sample with light having an adjusted beam diameter;
A detection unit for detecting the sample flowing through the flow path;
A processor that controls irradiation of the light with the beam diameter adjusted to the sample based on a detection result of the sample by the detection unit, and sorts the sample in a desired direction in the flow path. ,
When an optical trapping force generated by irradiating the sample with the light is applied to the sample in the XY plane, the processor is configured so that the pupil filling factor is 0.43 or more and 0.93 or less. A sample sorting device for controlling a diameter adjusting optical system to adjust a beam diameter of the light.
請求項22において、
前記検出部は、検出光を前記サンプルに照射する際に生じる散乱光或いは蛍光を、前記サンプルの特徴として検出し、
前記プロセッサは、前記サンプルの特徴に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に基づいて前記ビーム径調整光学系を制御して前記ビーム径を調整し、分別対象の前記サンプルに照射する、サンプル分別装置。
In claim 22,
The detection unit detects scattered light or fluorescence generated when the sample is irradiated with detection light as a feature of the sample,
The processor identifies the type of the sample based on the characteristics of the sample, controls the beam diameter adjustment optical system based on the identified sample type, adjusts the beam diameter, and the classification target Sample sorting device that irradiates the sample.
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
プロセッサが、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を参照して、捕捉対象の前記サンプルのサンプルサイズと実際に用いる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して前記取得したビーム径に光源からの光のビーム径を調整することと、
前記実際に用いる対物レンズで、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
A method of irradiating and capturing light on a sample,
The processor refers to the beam diameter information indicating the value of the beam diameter that gives the optical trapping force in the combination of the sample size and the numerical aperture of the objective lens, and refers to the sample size of the sample to be captured and the actual aperture of the objective lens used. Obtaining a beam diameter value corresponding to the combination with the number, controlling the beam diameter adjusting optical system to adjust the beam diameter of the light from the light source to the acquired beam diameter;
Irradiating the sample with light having the beam diameter adjusted with the objective lens actually used;
Including a method.
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をXY平面内で前記サンプルに適用する場合に、瞳充填率が0.43以上0.93以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、
対物レンズによって、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
A method of irradiating and capturing light on a sample,
When the optical trapping force generated by irradiating the sample with light is applied to the sample in the XY plane, the light source is adjusted by the beam diameter adjusting optical system so that the pupil filling factor is 0.43 or more and 0.93 or less. Adjusting the beam diameter of the light from
Irradiating the sample with light having the beam diameter adjusted by an objective lens;
Including a method.
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をZ方向で前記サンプルに適用する場合に、瞳充填率が0.56以上0.96以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、
対物レンズによって、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
A method of irradiating and capturing light on a sample,
When the light trapping force generated by irradiating the sample with light is applied to the sample in the Z direction, the beam diameter adjustment optical system is used to adjust the pupil filling rate from 0.56 to 0.96 from the light source. Adjusting the beam diameter of
Irradiating the sample with light having the beam diameter adjusted by an objective lens;
Including a method.
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