JP3386643B2 - Two beam trapping method and apparatus - Google Patents

Two beam trapping method and apparatus

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JP3386643B2
JP3386643B2 JP32895795A JP32895795A JP3386643B2 JP 3386643 B2 JP3386643 B2 JP 3386643B2 JP 32895795 A JP32895795 A JP 32895795A JP 32895795 A JP32895795 A JP 32895795A JP 3386643 B2 JP3386643 B2 JP 3386643B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はレーザトラッピング
装置に係り、特に複数の光ビームを用いて各々独立して
微粒子を捕捉する2ビームトラッピング方法及び装置に
関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser trapping device, and more particularly to a two-beam trapping method and device for independently trapping fine particles using a plurality of light beams.

【0002】[0002]

【従来の技術】顕微鏡対物レンズ等で集光したレーザビ
ームを微粒子に照射すると光の放射圧によって微粒子を
レーザビームのスポット付近で捕まえることができる。
この現象は1986年にBell研究所のAshkin
によって発見されたもので、レーザトラッピング法と呼
ばれており、細胞操作や細胞融合などの応用研究が活発
に行なわれている。このレーザトラッピング法では、1
本のレーザビームで1個の微粒子を捕捉することがで
き、複数本のレーザビームを使うと複数の微粒子を各々
独立に捕捉することができる。
2. Description of the Related Art When a fine particle is irradiated with a laser beam focused by a microscope objective lens or the like, the fine particle can be caught near the spot of the laser beam by the radiation pressure of light.
This phenomenon was introduced in 1986 by Ashkin at Bell Laboratories.
It was discovered by the company and is called the laser trapping method, and applied research such as cell manipulation and cell fusion is being actively conducted. In this laser trapping method, 1
One laser beam can capture one particle, and a plurality of laser beams can be used to independently capture a plurality of particles.

【0003】ここで対象とするレーザトラッピング方法
は、2本のレーザビームを使う2ビームトラッピング方
法である。2本のレーザビームを使用する場合、従来は
ハーフミラーにより1本のビームを分岐し、分岐された
それぞれのレーザビームを偏向ミラーにより偏向した
後、再びハーフミラーにより同一光路にもどし、捕捉状
況を観察する顕微鏡に導入していた。その構成を図5に
より説明する。
The laser trapping method of interest here is a two-beam trapping method using two laser beams. In the case of using two laser beams, conventionally, one beam is split by a half mirror, each split laser beam is deflected by a deflection mirror, and then the half mirror again returns the beam to the same optical path to capture the situation. It was introduced into the microscope for observation. The configuration will be described with reference to FIG.

【0004】レーザビーム45は、ハーフミラー41に
より2本のビーム46、47に分岐され、それらのレー
ザビーム46、47は偏向ミラー42、43によりそれ
ぞれ偏向され、再びハーフミラー44により同一光路に
戻されるが、その時、分岐された一方のレーザビーム4
6はハーフミラー44によりビーム48、49に分岐、
他方のレーザビーム47もレーザビーム50、51に分
岐される。これら分岐されたレーザビームのうち、顕微
鏡に導かれ、レーザトラッピングに使用されるのは、一
方のレーザビーム48、50のみであり、他方のレーザ
ビーム49、51は使用することができなかった。
The laser beam 45 is split into two beams 46 and 47 by the half mirror 41, these laser beams 46 and 47 are deflected by the deflection mirrors 42 and 43, respectively, and are returned to the same optical path by the half mirror 44 again. However, at that time, one of the branched laser beams 4
6 is split into beams 48 and 49 by the half mirror 44,
The other laser beam 47 is also split into laser beams 50 and 51. Of these branched laser beams, only one of the laser beams 48 and 50 was guided to the microscope and used for laser trapping, and the other laser beams 49 and 51 could not be used.

【0005】また、前述した偏向ミラー42、43は、
レーザトラッピングにおいてトラップ(捕捉)した微粒
子を顕微鏡視野内で移動させるときに使用するものであ
るが、視野内で自由に移動させるためには、1本のビー
ムに対して2軸(X軸、Y軸)の移動手段が必要にな
る。従来よく用いられていた方法にガルバノミラーによ
る方法があるが、1軸に取り付けられるガルバノミラー
の構造上、2軸の機能を1枚のミラーにもたせることは
できないので、2枚のガルバノミラーを使用していた。
その例を図6によって説明する。
Further, the above-mentioned deflection mirrors 42 and 43 are
It is used when moving trapped (trapped) particles in the microscope visual field during laser trapping, but in order to move freely in the visual field, two axes (X axis, Y axis) are used for one beam. A means for moving the shaft is required. There is a galvano-mirror method that has been often used in the past, but because of the structure of the galvano-mirror attached to one axis, it is not possible to give one mirror the functions of two axes, so two galvano-mirrors are used. Was.
An example thereof will be described with reference to FIG.

【0006】ガルバノミラー52によりレーザビーム4
0はX軸方向に偏向され、そのレーザビーム40は、1
組の瞳転送レンズ53、54によりガルバノミラー55
の回転中心(ミラー中心)に戻される。次にガルバノミ
ラー55によりY軸方向に偏光され、再びもう1組の瞳
転送レンズ56、57により対物レンズ59の瞳位置5
8に集められている。この方法は、1本のレーザビーム
に対して2組の瞳転送レンズを必要とするため、2ビー
ムトラッピング装置を構成するには4組の瞳転送レンズ
を必要とする他、レーザビームの分岐合成系等、複雑に
なる。
The laser beam 4 is transmitted by the galvano mirror 52.
0 is deflected in the X-axis direction, and its laser beam 40 is 1
Galvano mirror 55 with a pair of pupil transfer lenses 53 and 54
It is returned to the center of rotation (center of the mirror). Next, it is polarized in the Y-axis direction by the galvanometer mirror 55, and again by another pair of pupil transfer lenses 56 and 57, the pupil position 5 of the objective lens 59.
Collected in 8. This method requires two sets of pupil transfer lenses for one laser beam, so that four sets of pupil transfer lenses are required to form a two-beam trapping device, and laser beam splitting and combining are also required. The system becomes complicated.

【0007】なお、図6に説明した構成からガルバノミ
ラー52とガルバノミラー55の間にある1組の瞳転送
レンズ53、54を省略した構成もある。これを図7に
示す。この構成のものは、2ビームを構成するときもあ
まり複雑にならずにすむが、瞳転送レンズ56、57に
よって対物レンズ59の瞳位置58と共役となるのはガ
ルバノミラー52とガルバノミラー55の中間点60に
なる。ところが、実際にレーザビームが偏向されるのは
ガルバノミラー52とガルバノミラー55のミラー面な
ので、レーザビームが大きく偏向されると、瞳位置58
に集らず対物レンズ59に入射できない部分が生じる。
There is also a configuration in which the pair of pupil transfer lenses 53 and 54 between the galvano mirror 52 and the galvano mirror 55 are omitted from the configuration described in FIG. This is shown in FIG. This structure does not become so complicated when forming two beams, but it is the galvano-mirror 52 and the galvano-mirror 55 that are conjugate with the pupil position 58 of the objective lens 59 by the pupil transfer lenses 56 and 57. It becomes the midpoint 60. However, since the laser beam is actually deflected by the mirror surfaces of the galvano mirror 52 and the galvano mirror 55, when the laser beam is largely deflected, the pupil position 58
Therefore, there is a part that cannot be incident on the objective lens 59 because it is not collected.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のビーム
トラッピング装置には、次のような問題点があった。
The conventional beam trapping device described above has the following problems.

【0009】(1) 1本のレーザビームから2本のビーム
を得るために、ハーフミラーを使用しているため、半分
以上の光量は使用できず、その分大きな出力のレーザ光
源が必要になる。
(1) Since a half mirror is used to obtain two beams from one laser beam, more than half of the light amount cannot be used, and a laser light source with a large output is required accordingly. .

【0010】(2) 相互に重量の異なる微粒子を捕捉でき
ない。例えば生物工学等では、重量の異なる微粒子を捕
捉して操作したいという要請があるが、ハーフミラーに
よって分岐された2本のビームは光量分割比が一定で変
えられないため、重量の異なる微粒子を捕捉することが
できない。なお、従来、レーザビームをλ/4波長板を
通して偏光ビームスプリッタに入射させているものがあ
るが(特開平4−354532号公報)、λ/4波長板
を使用するとレーザビームは円偏向になるため、偏光ビ
ームスプリッタで分岐される光量が等分になってしま
い、分割比は変えられない。
(2) Fine particles having different weights cannot be captured. For example, in biotechnology, there is a demand for capturing and manipulating fine particles of different weights, but since the two beams split by the half mirror have a constant light amount division ratio and cannot be changed, they capture fine particles of different weights. Can not do it. Conventionally, a laser beam is incident on a polarizing beam splitter through a λ / 4 wavelength plate (Japanese Patent Laid-Open No. 4-354532). However, when a λ / 4 wavelength plate is used, the laser beam is circularly polarized. Therefore, the amount of light split by the polarization beam splitter becomes equal, and the split ratio cannot be changed.

【0011】(3) 1本のレーザビームに対してX軸、Y
軸の移動を行う2枚のガルバノミラーを使用するため、
2ビームトラッピング装置を構成すると、装置が複雑に
なったり、移動量の調整が難しくなって2ビームを顕微
鏡視野内で移動させると光量が低下することにより、微
粒子を捕捉できなくなる。
(3) X-axis and Y-axis for one laser beam
Since two galvanometer mirrors that move the axis are used,
When the two-beam trapping device is configured, the device becomes complicated, and it becomes difficult to adjust the movement amount, and when the two beams are moved within the microscope field, the light amount is reduced, so that the fine particles cannot be captured.

【0012】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点を解消して、相互に重量の異なる微粒子を各々独立し
て捕捉できる2ビームトラッピング方法を提供すること
にある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a two-beam trapping method capable of independently trapping fine particles having different weights.

【0013】また、本発明の他の目的は、レーザ光源に
大きな出力を要さず、相互に重量の異なる微粒子を各々
独立して捕捉できる2ビームトラッピング装置を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a two-beam trapping device which does not require a large output to a laser light source and can independently capture fine particles having different weights.

【0014】また本発明の他の目的は、装置が単純で、
対物レンズなどの光学系にレーザビームを効率よく導い
て複数の微粒子を同時捕捉できる2ビームトラッピング
装置を提供することにある。
Another object of the present invention is that the device is simple,
It is an object of the present invention to provide a two-beam trapping device capable of efficiently guiding a laser beam to an optical system such as an objective lens and simultaneously capturing a plurality of fine particles.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は次のように構成したものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

【0016】第1の発明は、相互に重量の異なる微粒子
を同時に捕捉できるようにするために、1本の光ビーム
を、各微粒子の重量に応じた光量比に2分割し、2分割
した光ビームで、各々独立に微粒子を捕捉するように
したものである。なお、光量比を等しくした場合には、
同一重量をもつ微粒子を各々独立して捕捉することがで
きる。
The first aspect of the present invention is that fine particles having different weights from each other.
A single light beam so that
The two divided into light intensity ratio according to the weight of each particle, at each light beam bisected, it is obtained so as to capture the fine particles independently. If the light intensity ratios are equal,
Fine particles having the same weight can be independently captured.

【0017】第2の発明は、2つの光ビームを微粒子に
照射し、各光ビームで各々独立に微粒子を捕捉する2ビ
ームトラッピング装置において、図2に示すように、光
源、例えばレーザ発振器1からの光ビーム15を2分岐
するための第1の偏光ビームスプリッタ7と、分岐され
たそれぞれの光ビーム19、20を偏向させるための2
枚の偏向ミラー8、9と、偏向された光ビームを再び合
成するための第2の偏光ビームスプリッタ10と、合成
された光ビームを微粒子に照射して微粒子を捕捉するた
めの光学系16と、光軸を回転させることにより第1の
偏光ビームスプリッタ7に入射される光ビーム15の偏
向方向を変えて、第1の偏光ビームスプリッタ7で分岐
される光ビームの光量分割比を調整するλ/2波長板6
とを備えたものである。
A second invention is a two-beam trapping device for irradiating two particles of light with fine particles and trapping the particles independently by each light beam, as shown in FIG. Of the first polarization beam splitter 7 for splitting the light beam 15 of the two light beams into two, and 2 for deflecting the respective split light beams 19 and 20.
A pair of deflection mirrors 8 and 9, a second polarization beam splitter 10 for combining the deflected light beams again, and an optical system 16 for irradiating the combined light beams to the particles to capture the particles. , By rotating the optical axis, the deflection direction of the light beam 15 incident on the first polarization beam splitter 7 is changed, and the light quantity division ratio of the light beam split by the first polarization beam splitter 7 is adjusted. / 2 wavelength plate 6
It is equipped with and.

【0018】光ビーム15は、まず第1の偏光ビームス
プリッタ7により反射側のS偏光ビーム19と透過側の
P偏光ビーム20に2分岐される。偏向ミラー8、9に
よりそれぞれのビームは偏向されるが、その時、偏光状
態は保存されるので、第2の偏光ビームスプリッタ10
によりS偏光ビーム19は全光量反射、P偏光ビーム2
0は全光量透過し、2本のビームを効率よく同一光路に
戻すことが可能になる。λ/2波長板6を光軸を中心に
回転させると、第1の偏光ビームスプリッタ7に入射さ
れる光ビーム15の偏光方向が変わるので、偏光ビーム
スプリッタ7におけるS偏光成分とP偏光成分の分割比
が変わり、分割比に応じた重量をもつ微粒子を各々独立
に捕捉することが可能になる。
The light beam 15 is first split into two by the first polarization beam splitter 7 into an S-polarized beam 19 on the reflecting side and a P-polarized beam 20 on the transmitting side. The respective beams are deflected by the deflecting mirrors 8 and 9, but the polarization state is preserved at that time, so that the second polarizing beam splitter 10 is used.
Causes the S-polarized beam 19 to be totally reflected and the P-polarized beam 2 to be reflected.
0 transmits the entire amount of light, and it becomes possible to efficiently return the two beams to the same optical path. When the λ / 2 wave plate 6 is rotated about the optical axis, the polarization direction of the light beam 15 incident on the first polarization beam splitter 7 changes, so that the S polarization component and the P polarization component in the polarization beam splitter 7 are changed. The division ratio changes, and it becomes possible to independently capture fine particles having a weight corresponding to the division ratio.

【0019】第3の発明は、第2の発明において、前記
2枚の偏向ミラーを、図3に示すように、1本の光ビー
ムに対してX軸及びY軸方向の偏向が可能な2軸あおり
機能をそれぞれ持っている偏向ミラー8、9から構成
し、第2の偏光ビームスプリッタ10と前記光学系、例
えば対物レンズ14との間に、前記2枚の偏向ミラー
8、9の2軸あおり機能によりX軸及びY軸方向に偏向
されて第2の偏光ビームスプリッタ10により合成され
た光ビームを、対物レンズ14の瞳位置25に集光させ
る瞳転送光学系、例えば瞳転送レンズ11、12を備え
たものである。ここに2軸あおり機能とは、1枚のミラ
ーで1本の光ビームをX軸方向にも、Y軸方向にも偏向
させることができる機能をいう。
In a third aspect of the present invention, in the second aspect, the two deflection mirrors can be deflected in the X-axis and Y-axis directions with respect to one light beam as shown in FIG. It is composed of deflection mirrors 8 and 9 each having an axial tilting function, and the two axes of the two deflection mirrors 8 and 9 are provided between the second polarization beam splitter 10 and the optical system, for example, the objective lens 14. A pupil transfer optical system, such as a pupil transfer lens 11, for condensing the light beam, which is deflected in the X-axis and Y-axis directions by the tilt function and synthesized by the second polarization beam splitter 10, at the pupil position 25 of the objective lens 14. It is equipped with 12. Here, the biaxial tilt function is a function capable of deflecting one light beam in the X-axis direction and the Y-axis direction by one mirror.

【0020】2枚の偏向ミラーを、1本の光ビームに対
してX軸及びY軸方向の偏向が可能な2軸あおり機能を
それぞれ持っている偏向ミラー8、9から構成したの
で、1枚の偏向ミラーで光ビームをX軸方向と、Y軸方
向に偏向することができ、1本の光ビームに対して1つ
の瞳転送レンズ11、12で済むため、2ビームトラッ
ピング装置を構成する場合、共通の瞳転送レンズ11、
12で足り、光ビームの分岐合成系等、構成が単純にな
る。
The two deflecting mirrors are composed of the deflecting mirrors 8 and 9 each having a biaxial tilt function capable of deflecting one light beam in the X-axis and Y-axis directions. In the case of configuring a two-beam trapping device, since the light beam can be deflected in the X-axis direction and the Y-axis direction by the deflecting mirror of 1 and one pupil transfer lens 11 and 12 is sufficient for one light beam. , The common pupil transfer lens 11,
12 is sufficient, and the configuration is simple, such as a light beam branching and combining system.

【0021】また、瞳転送レンズ11、12を使用する
ことにより偏向ミラー8により角度θ1 だけ傾いた光ビ
ーム21と偏向ミラー9により角度θ2 だけ傾いた光ビ
ーム22は対物レンズ14の瞳位置25に通すことがで
きるため、顕微鏡視野内で移動させても光量の低下がな
く、効率のよい光トラッピングが可能になる。
By using the pupil transfer lenses 11 and 12, the light beam 21 inclined by the deflection mirror 8 by the angle θ 1 and the light beam 22 inclined by the deflection mirror 9 by the angle θ 2 are positioned at the pupil position of the objective lens 14. Since it can be passed through 25, the amount of light does not decrease even if it is moved within the field of view of the microscope, and efficient light trapping is possible.

【0022】第4の発明は、第2及び第3の発明におい
て、光源から第1の偏光ビームスプリッタに入射させる
光ビームを偏波面保存ファイバ4により伝送するように
したものである。
In a fourth aspect of the invention, in the second and third aspects of the invention, the light beam to be incident on the first polarization beam splitter from the light source is transmitted by the polarization maintaining fiber 4.

【0023】偏光ビームスプリッタ7、10を使用した
2ビームトラッピング装置においては、偏波面を保存し
た状態で偏光ビームスプリッタ7に光ビームを導く必要
があるが、偏波面保存ファイバ4を用いて、偏波面を保
存した状態で偏光ビームスプリッタ7に光ビームを導く
ことができるようにしたので、光源系をλ/2波長板
6、偏光ビームスプリッタ7を含めた後段の光学部品か
ら構成される装置本体から分離することができ、装置の
取り回しが容易になる。
In the two-beam trapping device using the polarization beam splitters 7 and 10, it is necessary to guide the light beam to the polarization beam splitter 7 while preserving the polarization plane. Since the light beam can be guided to the polarization beam splitter 7 while the wavefront is preserved, the light source system is composed of the λ / 2 wavelength plate 6 and the polarization beam splitter 7, and the main body of the device is composed of the latter-stage optical components. The device can be easily handled.

【0024】なお、本発明において、相互に異なる微粒
子には微粒子群も含まれ、1ビームで複数の微粒子をま
とめて捕捉する場合も含まれる。
In the present invention, the mutually different fine particles include a fine particle group, and a case where a plurality of fine particles are collectively captured by one beam is also included.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図
1、図3を用いて説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0026】光源としてのレーザ発振器1より出射され
る直線偏光のかかったレーザビームは、λ/2波長板2
により偏光の向きが決められ無収差集光レンズ3により
ほぼ回折限界まで絞られる。その集光位置に偏波面保存
ファイバ4の入射側端面を正確に位置決めすることによ
りレーザビームをファイバ4内へ導入することができ
る。その時、レーザビームの偏光方向と偏波面保存ファ
イバ4の偏光軸とを合せる必要があるが、λ/2波長板
2を光軸を中心に回転させることによりレーザビームの
偏向方向は容易に調整が可能である。偏波面保存ファイ
バ4のコア径はほぼ回折限界に等しいので、出射される
レーザビームは理想的な点光源とみなすことができる。
A linearly polarized laser beam emitted from a laser oscillator 1 as a light source is a λ / 2 wave plate 2
The direction of the polarized light is determined by and is narrowed down to the diffraction limit by the aberrated condenser lens 3. The laser beam can be introduced into the fiber 4 by accurately positioning the end face of the polarization-preserving fiber 4 on the incident side at the converging position. At that time, it is necessary to match the polarization direction of the laser beam with the polarization axis of the polarization-maintaining fiber 4, but the polarization direction of the laser beam can be easily adjusted by rotating the λ / 2 wave plate 2 about the optical axis. It is possible. Since the core diameter of the polarization-maintaining fiber 4 is almost equal to the diffraction limit, the emitted laser beam can be regarded as an ideal point light source.

【0027】偏波面保存ファイバ4から出射されたレー
ザビームは無収差レンズ5によりコリメートされ、λ/
2波長板6を通り第1の偏光ビームスプリッタ7により
S偏光ビームとP偏光ビームに2分岐される。λ/2波
長板6は入射される直線偏光ビームの偏向方向を変える
(回転させる)機能を有し、入射する直線偏光ビームの
偏光方向とλ/2波長板の結晶光軸方向のなす角をθと
すると、出射する直線偏光ビームの偏向方向は入射直線
偏光ビームに対して2θとなる。このλ/2波長板6で
偏向方向を変えることにより第1の偏光ビームスプリッ
タ7におけるS偏光成分とP偏光成分の光量分割比を変
えることができる。光量分割比を変えることにより、相
互に異なる重さの微粒子を各々独立して捕捉することが
できるようになる。
The laser beam emitted from the polarization-maintaining fiber 4 is collimated by the aplanatic lens 5 to obtain λ /
The first polarization beam splitter 7 passes through the two-wave plate 6 and splits it into an S-polarized beam and a P-polarized beam. The λ / 2 wave plate 6 has a function of changing (rotating) the polarization direction of the incident linearly polarized light beam, and determines the angle between the polarization direction of the incident linearly polarized light beam and the crystal optical axis direction of the λ / 2 wave plate. When θ is set, the deflection direction of the outgoing linearly polarized beam is 2θ with respect to the incident linearly polarized beam. By changing the polarization direction with the λ / 2 wavelength plate 6, the light quantity division ratio of the S polarization component and the P polarization component in the first polarization beam splitter 7 can be changed. By changing the light quantity division ratio, it becomes possible to independently capture fine particles having different weights.

【0028】それぞれ分割されたビームはピエゾによる
2軸あおり機能を1枚のミラーにもたせた偏向ミラー
8、9により偏向され、第2の偏光ビームスプリッタ1
0により同一光路にもどされる。図3に示すように、2
本のレーザビームは偏向ミラー8、9により、それぞれ
角度θ1 、θ2 だけ傾いているため、ミラーからfの距
離では光軸からftanθの距離まで離れる。瞳転送レ
ンズ11により2本のレーザビームは光軸と平行にな
り、瞳転送レンズ12により顕微鏡17の対物レンズ1
4の瞳に向って集められる。瞳転送レンズ12と対物レ
ンズ14との間に介設したダイクロックミラー13は市
販の顕微鏡17の光路に導入されるために使用される。
Each of the divided beams is deflected by the deflecting mirrors 8 and 9 in which one mirror is provided with the biaxial tilt function by the piezo, and the second polarizing beam splitter 1
0 returns to the same optical path. As shown in FIG.
Since the laser beam of the book is tilted by the deflection mirrors 8 and 9 by the angles θ 1 and θ 2 , respectively, at a distance f from the mirror, the laser beam is separated from the optical axis to a distance ftan θ. The pupil transfer lens 11 makes the two laser beams parallel to the optical axis, and the pupil transfer lens 12 causes the objective lens 1 of the microscope 17 to move.
Collected towards the 4th pupil. The dichroic mirror 13 provided between the pupil transfer lens 12 and the objective lens 14 is used to be introduced into the optical path of the commercially available microscope 17.

【0029】瞳転送レンズ11、12の焦点距離を
1 、f2 とすると、偏向ミラー8、9からf1 の距離
に瞳転送レンズ11、さらにf1 +f2 の距離に瞳転送
レンズ12、さらにf2 の距離に対物レンズ14の瞳位
置25になるように配置される。この配置により偏向ミ
ラー8のビーム反射位置23と偏向ミラー9のビーム反
射位置24は対物レンズ14の瞳位置25と光学的に共
役の関係になる。このことにより偏向ミラー8、9を大
きな角度で振らしてビーム19、20を偏向させても、
瞳位置25に集めることができ、対物レンズ14に入射
させることができる。
[0029] When the focal length of the pupil transfer lenses 11 and 12 and f 1, f 2, pupil transfer lens 11 at a distance of f 1 from the deflection mirror 8 and 9, further pupil transfer lens at a distance of f 1 + f 2 12, Further, it is arranged so as to be at the pupil position 25 of the objective lens 14 at a distance of f 2 . With this arrangement, the beam reflecting position 23 of the deflecting mirror 8 and the beam reflecting position 24 of the deflecting mirror 9 are optically conjugate with the pupil position 25 of the objective lens 14. As a result, even if the deflection mirrors 8 and 9 are swung at a large angle to deflect the beams 19 and 20,
It can be collected at the pupil position 25 and can be made incident on the objective lens 14.

【0030】ところで、重量が互いに異なる微粒子を2
ビームで各々独立して捕捉する場合、例えば重い方の微
粒子を捕捉するために光量を合せたレーザビームと同一
光量のビームで軽い方の微粒子を捕捉しようとすると、
放射圧が大きくなりすぎて軽い方の微粒子は飛び散って
しまい、捕捉することができなくなる。逆に軽い方の微
粒子を捕捉するために光量を合せたレーザビームと同一
光量のビームで重い方の微粒子を捕捉しようとすると、
放射圧が小さいため、重い方の微粒子を捕捉することが
できない。この点で、本実施の形態では、λ/2波長板
6を回転させることにより、第1の偏光ビームスプリッ
タ7で分割される光量分割比を変えて微粒子の重さに合
せたビームを出すことができるようにしたので、相互に
重さが異なっていても、それらの微粒子を確実に捕捉す
ることができる。
By the way, two fine particles having different weights are used.
When capturing each independently with a beam, for example, when trying to capture the lighter fine particles with a beam having the same light amount as the laser beam in which the light amount is adjusted to capture the heavier fine particles,
The radiation pressure becomes too large, and the lighter particles are scattered and cannot be captured. On the contrary, if you try to capture the heavier particles with a beam of the same light quantity as the laser beam with the same light quantity to capture the lighter particles,
Since the radiation pressure is small, heavier particles cannot be captured. In this respect, in the present embodiment, by rotating the λ / 2 wavelength plate 6, the light quantity division ratio divided by the first polarization beam splitter 7 is changed to emit a beam matched to the weight of the fine particles. Therefore, even if the weights are different from each other, the fine particles can be reliably captured.

【0031】また、無収差レンズ5より後段の偏光ビー
ムスプリッタを含む光学部品で装置本体が構成される
が、この偏光を利用した装置本体に対して、レーザ発振
器1を偏波面保存ファイバ4を使って接続するようにし
たので、装置本体からレーザ発振器1を分離することが
可能となり、装置の取り回しが容易になる。
The device body is composed of optical components including the polarization beam splitter after the aplanatic lens 5. The laser oscillator 1 and the polarization-maintaining fiber 4 are used for the device body using this polarized light. Since the laser oscillator 1 can be separated from the main body of the device, the device can be easily handled.

【0032】図4は、上述したピエゾによる2軸あおり
機能を1枚のミラーにもたせた偏向ミラーの一例を示す
平面図である。内側、中央、外側の3重円構造になって
いる内側の円板がミラー31であり、このミラー31は
Y軸36を中心に回転する中央の円ホルダ32に支持さ
れ、中央の円ホルダ32の回転に伴って回転するように
なっている。中央の円ホルダ32は、さらにX軸37を
中心に回転する外側の円ホルダ33に支持され、外側の
円ホルダ33の回転に伴って回転するようになってい
る。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a deflecting mirror in which one mirror is provided with the above-mentioned biaxial tilt function by the piezo. An inner disk having a triple circular structure of an inner side, a center, and an outer side is a mirror 31, and this mirror 31 is supported by a central circle holder 32 that rotates around a Y axis 36, and the central circle holder 32. It is designed to rotate with the rotation of. The central circle holder 32 is further supported by an outer circle holder 33 that rotates around the X-axis 37, and rotates as the outer circle holder 33 rotates.

【0033】電流を流すと長さが変わるピエゾ34、3
5は2個設けられ、1個のピエゾ34は中央の円ホルダ
32に圧接され、長さが変わることにより中央の円ホル
ダ32を紙面に対して垂直方向に押して、中央の円ホル
ダ32をY軸36を中心に回転させる。他の1個のピエ
ゾ35は外側の円ホルダ33に圧接され、長さが変わる
ことにより外側の円ホルダ33を紙面に対して垂直方向
に押して、外側の円ホルダ33をX軸37を中心に回転
させるようになっている。各ピエゾ34、35に電流を
流すことにより、電流に応じてピエゾが伸びて、伸びた
分に対応する角度だけホルダ32、33がそれぞれの軸
を中心に回転することにより、1枚のミラーで2軸を移
動させることができる。なお、ホルダを回転させる手段
はピエゾに限定されない。ねじ、油圧シリンダ、エアシ
リンダなど任意の手段を採用することができる。
Piezos 34, 3 whose length changes when an electric current is applied
Two 5 are provided, and one piezo 34 is pressed against the central circle holder 32, and the central circle holder 32 is pushed in the direction perpendicular to the paper surface by changing the length, and the central circle holder 32 is moved to Y The shaft 36 is rotated. The other piezo 35 is pressed against the outer circle holder 33, and the length thereof changes to push the outer circle holder 33 in the direction perpendicular to the plane of the drawing, so that the outer circle holder 33 is centered on the X axis 37. It is designed to rotate. By applying an electric current to each piezo 34, 35, the piezo expands according to the electric current, and the holders 32, 33 rotate about their respective axes by an angle corresponding to the expanded amount. Two axes can be moved. The means for rotating the holder is not limited to the piezo. Any means such as screws, hydraulic cylinders and air cylinders can be adopted.

【0034】なお、上記実施の形態では、瞳転送レンズ
を2個1組のレンズで構成したが、3個以上のレンズま
たはレンズ以外の他の光学系を含んだ構成としてもよ
い。また光ビームはレーザビームに限定されず、微粒子
を放射圧で捕捉できるものであれば他の光ビームでもよ
い。
In the above embodiment, the pupil transfer lens is composed of a set of two lenses, but it may be composed of three or more lenses or an optical system other than the lenses. Further, the light beam is not limited to the laser beam, and any other light beam may be used as long as it can capture the particles by radiation pressure.

【0035】[0035]

【実施例】次のような条件で実際に、1μmのポリスチ
レンビーズの2ビームトラッピングを行なった。
EXAMPLE Two-beam trapping of 1 μm polystyrene beads was actually carried out under the following conditions.

【0036】 レーザ発振器:(CWNd YAGレーザ)製品名スペクトラ・フィジック ス製7910−Y3−106 波長1064nm 出力250mW 偏波面保存ファイバ:製品名( 株) フジクラ製0.85μm用偏波面保存フ ァイバ 偏向ミラー :製品名シグマ光機製TFM−20C03−1064 顕微鏡 :製品名ニコンダイアフォトTDM300 対物レンズ倍率:100× 瞳転送レンズの焦点距離:f1 =150 f2 =150 その結果、2本のレーザビームを顕微鏡視野内で移動さ
せても、2本のレーザビームで2個の微粒子を各々独立
して捕捉することができた。また、第1の偏光ビームス
プリッタの入射側に配置したλ/2波長板を回転するこ
とにより、光量分割比を0:100〜50:50に変え
ることができた。
Laser oscillator: (CWNd YAG laser) Product name Spectra Physics 7910-Y3-106 Wavelength 1064 nm Output 250 mW Polarization preserving fiber: Product name Fujikura 0.85 μm polarization preserving fiber deflection mirror : Product name Sigma Koki TFM-20C03-1064 Microscope: Product name Nikon Diaphoto TDM300 Objective lens magnification: 100 × Focal length of pupil transfer lens: f 1 = 150 f 2 = 150 As a result, two laser beams are used as a microscope Even if the particles were moved within the visual field, the two particles could be independently captured by the two laser beams. Further, by rotating the λ / 2 wavelength plate arranged on the incident side of the first polarization beam splitter, the light quantity division ratio could be changed to 0: 100 to 50:50.

【0037】[0037]

【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、1本の
光ビームを各微粒子の重量に応じた光量比に2分割でき
るようにしたので、相互に異なる重量をもつ微粒子を同
時に捕捉することができる。
According to the invention described in claim 1, since one light beam can be divided into two light amount ratios according to the weight of each fine particle, fine particles having mutually different weights are simultaneously captured. can do.

【0038】請求項2に記載の発明によれば、2ビーム
分岐合成に偏光ビームスプリッタを使用したことによ
り、従来のハーフミラーに対して理論的に2倍の光量が
確保できることになり、従来使用されていた1/2倍出
力のレーザで2ビームトラッピングが可能になった。ま
た偏光を利用したことによりλ/2波長板によるビーム
分割比の調整も可能になり、異なる重量をもつ微粒子を
同時に捕捉することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the polarization beam splitter is used for the two-beam splitting / combining, it is possible to theoretically secure twice the amount of light as compared with the conventional half mirror. It has become possible to perform two-beam trapping with the previously used laser with 1/2 output. Further, by utilizing the polarized light, the beam splitting ratio can be adjusted by the λ / 2 wavelength plate, and fine particles having different weights can be simultaneously captured.

【0039】請求項3に記載の発明によれば、瞳転送光
学系を有するとともに、2軸あおり機能を1枚の偏向ミ
ラーに持たせたことにより、単純な構成で効率のよい2
ビームトラッピングを行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, the pupil transfer optical system is provided and the biaxial tilting function is provided for one deflecting mirror.
Beam trapping can be performed.

【0040】請求項4に記載の発明によれば、偏波面保
存ファイバを使用することにより、光源を装置本体から
分離することができるので、装置の取り回しが容易にな
る。
According to the invention described in claim 4, since the light source can be separated from the main body of the device by using the polarization-maintaining fiber, the device can be easily handled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の形態を説明する2ビームトラッ
ピング装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a two-beam trapping device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の偏光ビームスプリッタを使用したビー
ム分岐・合成部の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a beam branching / combining unit using the polarization beam splitter of the present invention.

【図3】本実施の形態の瞳転送部の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a pupil transfer unit according to the present embodiment.

【図4】本実施の形態の2軸あおり機能をもつ偏向ミラ
ーの概略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a deflecting mirror having a biaxial tilt function according to the present embodiment.

【図5】従来例のハーフミラーを使用したビーム分岐・
合成部の説明図である。
FIG. 5: Beam splitting using a conventional half mirror
It is explanatory drawing of a synthetic | combination part.

【図6】従来例の2枚のガルバノミラーと2組の瞳転送
レンズを使用したビーム分岐・合成部の説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a beam branching / combining unit using two galvano mirrors and two sets of pupil transfer lenses of a conventional example.

【図7】従来例の2枚のガルバノミラーと1組の瞳転送
レンズを使用したビーム分岐・合成部の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a beam branching / combining unit using two galvano mirrors and a set of pupil transfer lenses of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ発振器 4 偏波面保存ファイバ 6 λ/2波長板 7 第1の偏光ビームスプリッタ 8 偏向ミラー 9 偏向ミラー 10 第2の偏光ビームスプリッタ 11 瞳転送レンズ 12 瞳転送レンズ 14 対物レンズ 25 瞳位置 1 Laser oscillator 4 Polarization maintaining fiber 6 λ / 2 wave plate 7 First polarization beam splitter 8 deflection mirror 9 Deflection mirror 10 Second polarization beam splitter 11 Pupil transfer lens 12 pupil transfer lens 14 Objective lens 25 pupil position

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】相互に重量の異なる微粒子を同時に捕捉で
きるようにするために、1本の光ビームを、各微粒子の
重量に応じた光量比に2分割し、2分割した光ビーム
で、各々独立に微粒子を捕捉するようにした2ビームト
ラッピング方法。
1. It is possible to simultaneously capture fine particles having different weights.
To kill manner, one light beam, and divided into two light quantity ratio according to the weight of each particle, 2 split the light beam
Then, a two-beam trapping method in which the particles are independently captured .
【請求項2】光源と、 光源からの光ビームを2分割するための第1の偏光ビー
ムスプリッタと、分割 されたそれぞれの光ビームを偏向させるための2枚
の偏向ミラーと、 偏向された光ビームを再び合成するための第2の偏光ビ
ームスプリッタと、 合成された光ビームを収束するための光学系と、 光軸を中心に回転させることにより、第1の偏光ビーム
スプリッタに入射される光ビームの偏光方向を変えて、
第1の偏光ビームスプリッタで分割される光ビームの光
量分割比を調整するλ/2波長板とを備えたことを特徴
とする2ビームトラッピング装置。
2. A light source, a first polarization beam splitter for splitting a light beam from the light source into two, two deflection mirrors for deflecting each of the split light beams, and the deflected light. A second polarization beam splitter for recombining the beams, an optical system for converging the combined light beam, and light incident on the first polarization beam splitter by rotating about the optical axis. Change the polarization direction of the beam,
A two-beam trapping device, comprising: a λ / 2 wavelength plate that adjusts a light amount division ratio of a light beam divided by a first polarization beam splitter.
【請求項3】前記2枚の偏向ミラーは、1本の光ビーム
に対してX軸及びY軸方向の偏向が可能な2軸あおり機
能をそれぞれ持っている偏向ミラーから構成され、 前記第2の偏光ビームスプリッタと前記光学系との間に
第2の偏光ビームスプリッタにより合成された光ビーム
を、前記光学系の瞳位置に集光させる瞳転送光学系を備
えた請求項2に記載の2ビームトラッピング装置。
3. The two deflecting mirrors are constituted by deflecting mirrors each having a biaxial tilting function capable of deflecting one light beam in the X-axis and Y-axis directions. 3. The pupil transfer optical system according to claim 2, further comprising a pupil transfer optical system for condensing a light beam synthesized by a second polarization beam splitter between the polarization beam splitter of 1) and the optical system at a pupil position of the optical system. Beam trapping device.
【請求項4】光源から前記λ/2波長板に入射させる光
ビームを偏波面保存ファイバにより伝送するようにした
請求項2または3に記載の2ビームトラッピング装置。
4. A two-beam trapping device according to claim 2, wherein a light beam made incident on said λ / 2 wave plate from a light source is transmitted by a polarization-maintaining fiber.
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