JP4327035B2 - Optical tweezers - Google Patents

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Description

本発明は微小な物体の位置を光の放射圧で制御する光ピンセット装置に関する。   The present invention relates to an optical tweezer device that controls the position of a minute object by the radiation pressure of light.

微小な物体の位置を光の放射圧で制御する光ピンセットは、生物学や医療の分野では生体細胞の非接触操作や細胞融合、あるいは機械分野では微粒子の配列や微小物体の回転駆動など様々な分野で応用範囲が広がっており、さらなる発展が期待されている。   Optical tweezers that control the position of minute objects with the radiation pressure of light are various, such as non-contact manipulation and cell fusion of living cells in the fields of biology and medicine, or array of fine particles and rotational driving of minute objects in the mechanical field. The range of application is expanding in the field, and further development is expected.

従来の光ピンセット装置の構成を図19に示す。
図19に示すように、従来の光ピンセット装置は、光源191と、レンズ192、ピンホール193、レンズ194からなる空間モードフィルタと、光路を切り替えるためのミラー195と、高NAレンズ196と、ステージ197から構成されている。
また、ステージ197の上にはサンプル198がおかれている。
The configuration of a conventional optical tweezer device is shown in FIG.
As shown in FIG. 19, a conventional optical tweezer device includes a light source 191, a spatial mode filter including a lens 192, a pinhole 193, and a lens 194, a mirror 195 for switching an optical path, a high NA lens 196, a stage. 197.
A sample 198 is placed on the stage 197.

この構成で、光源191からの光を急激に絞り込んでサンプル198に照射すると、光の放射圧により、サンプル198には光の焦点位置付近へと向かう力が働く。
例えばサンプル198を生体として、光源191の波長を生体による吸収が少ない波長と設定すれば、サンプル198の位置を非接触に移動させることができ、これを利用してサンプル198の位置を制御したり、力学的な特性を評価したりすることが可能となる。
With this configuration, when the light from the light source 191 is rapidly narrowed down and applied to the sample 198, a force toward the focal position of the light acts on the sample 198 due to the radiation pressure of the light.
For example, if the sample 198 is a living body and the wavelength of the light source 191 is set to a wavelength with less absorption by the living body, the position of the sample 198 can be moved in a non-contact manner, and the position of the sample 198 can be controlled using this. It is possible to evaluate mechanical characteristics.

このような光ピンセット装置は既に市販されており、利用が広がりつつある(非特許文献1参照)。
「シリーズ・光が拓く生命科学 第7巻 生命科学を拓く新しい光技術」日本光生物学協会編 担当編集委員:船津高志 共立出版1999/12
Such optical tweezers are already on the market and are increasingly used (see Non-Patent Document 1).
"Series: Life Science Opened by Light" Vol.7: New Photonics Technology that Opens Life Science "Japan Photobiology Association Editor-in-Chief: Takashi Funatsu Kyoritsu Shuppan 1999/12

しかしながら、従来の光ピンセット装置には以下に述べる問題があった。
第一に、従来の光ピンセット装置は光学系が複雑であるために機械的振動などがある場所では使用できず、また価格も高くなるために、応用先が限定される問題があった。
However, the conventional optical tweezers have the following problems.
First, the conventional optical tweezers cannot be used in places where there are mechanical vibrations due to the complexity of the optical system, and the price is high.

第二に、従来の光ピンセット装置で複数のサンプルを同時に制御しようとすると、光源を複数用意する必要があり、また光学系も煩雑になる問題があった。   Second, when trying to control a plurality of samples at the same time with the conventional optical tweezers, it is necessary to prepare a plurality of light sources, and the optical system becomes complicated.

第三に、従来の光ピンセット装置では、ステージを動かすための機械的可動部が必要であり、また移動速度がステージの機械的速度に制限される問題があった。   Third, the conventional optical tweezers device requires a mechanical movable part for moving the stage, and has a problem that the moving speed is limited to the mechanical speed of the stage.

上記課題を解決するための、本発明の請求項1に係る光ピンセット装置は、制御光発生源と平面光導波回路とを備え、前記平面光導波回路は、光を焦点に集める導波路型集光手段と、当該平面光導波回路に対して垂直方向に形成された試料挿入用溝とを備え、前記試料挿入用溝は前記導波路型集光手段による集光位置に沿って設けられ、更に、該集光位置を前記試料挿入用溝に沿って移動させる集光位置可変機構を設けたことを特徴とする。このような構成にすることで複雑な光学系が不要な、安価な光ピンセット装置を提供することができる。   In order to solve the above problems, an optical tweezer device according to claim 1 of the present invention includes a control light generation source and a planar optical waveguide circuit, and the planar optical waveguide circuit collects light at a focal point. An optical means and a sample insertion groove formed in a direction perpendicular to the planar optical waveguide circuit, wherein the sample insertion groove is provided along a condensing position by the waveguide type condensing means, Further, a condensing position variable mechanism for moving the condensing position along the sample insertion groove is provided. With such a configuration, an inexpensive optical tweezer device that does not require a complicated optical system can be provided.

また、本発明の請求項2に係る光ピンセット装置は、請求項1の構成に加えて、前記導波路型集光手段が、前記集光位置可変機構を有する位相変調器アレイと、該位相変調器アレイに光学的に接続されたスラブ光導波路とを備えることを特徴とする。このような構成とすることで、機械的可動部が不要な光ピンセット装置を提供することができる。   According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the optical tweezer device includes a phase modulator array in which the waveguide type condensing means includes the condensing position varying mechanism, and the phase modulation. And a slab optical waveguide optically connected to the vessel array. With such a configuration, it is possible to provide an optical tweezer device that does not require a mechanically movable portion.

また、本発明の請求項3に係る光ピンセット装置は、請求項1の構成に加えて、前記導波路型集光手段が、入力用光導波路と、第一のスラブ光導波路と、該第一のスラブ光導波路に光学的に接続された複数のチャネル光導波路と、該複数のチャネル光導波路に光学的に接続された第二のスラブ光導波路からなることを特徴とする。このような構成としても、機械的可動部が不要な光ピンセット装置を提供することができる。   According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the optical tweezer device includes: an optical waveguide for input; a first slab optical waveguide; A plurality of channel optical waveguides optically connected to the slab optical waveguide and a second slab optical waveguide optically connected to the plurality of channel optical waveguides. Even with such a configuration, it is possible to provide an optical tweezer device that does not require a mechanical movable portion.

また、本発明の請求項4に係る光ピンセット装置は、請求項3の構成に加えて、前記複数のチャネル光導波路を一端から順に1,2、、、N(Nは2以上の整数)と番号を付けたとき、n番目のチャネル光導波路の光学的長さがL0+nΔL(L0、ΔLはともに正の実数、nは1以上N以下の整数)を満たすことを特徴とする。このような構成とすることで、集光位置を波長あるいは温度などで制御できる光ピンセット装置を提供できる。   According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, in addition to the configuration of the third aspect, the plurality of channel optical waveguides are sequentially numbered from one end to 1, 2, and N (N is an integer of 2 or more). When numbered, the optical length of the n-th channel optical waveguide satisfies L0 + nΔL (L0 and ΔL are both positive real numbers and n is an integer of 1 to N). With such a configuration, it is possible to provide an optical tweezers device that can control the condensing position by wavelength or temperature.

また、本発明の請求項5に係る光ピンセット装置は、請求項3の構成に加えて、前記複数のチャネル光導波路を一端から順に1,2、、、N(Nは2以上の整数)と番号を付けたとき、n番目のチャネル光導波路の光学的長さが、nが偶数のときにはLo0+nΔLo/2(Lo0、ΔLoはともに正の実数、nは1以上N以下の偶数)を満たし、nが奇数のときにはLe0+(n+1)ΔLe/2(Le0、ΔLeはともに正の実数、nは1以上N以下の奇数)を満たし、Lo0とLe0が異なることを特徴とする。このような構成とすることで、集光プロファイルを双方にすることができ、媒質よりも屈折率の低いサンプルをトラップすることが可能となる。 An optical tweezers device according to a fifth aspect of the present invention includes, in addition to the configuration of the third aspect, the plurality of channel optical waveguides in order from one end, 1, 2, and N (N is an integer of 2 or more). When the numbers are assigned, the optical length of the nth channel optical waveguide is L o 0 + nΔL o / 2 (L o 0, ΔL o are both positive real numbers, and n is 1 or more and N or less when n is an even number. met even), n is L e 0+ when the odd (n + 1) ΔL e / 2 (L e 0, ΔL e are both positive real numbers, n represents meets the following odd) 1 or more n, L o 0 and L e 0 is different. With such a configuration, it is possible to make the light collection profile both, and it is possible to trap a sample having a refractive index lower than that of the medium.

また、本発明の請求項6に係る光ピンセット装置は、請求項5に記載の構成に加えて、ΔLoとΔLeが等しいことを特徴とする。このような構成とすることで、波長を変化させてもトラップ特性が変化しない光ピンセット装置を提供できる。 Further, the optical tweezer device according to claim 6 of the present invention, in addition to the arrangement of claim 5, wherein the [Delta] L o and [Delta] L e are equal. With such a configuration, it is possible to provide an optical tweezer device in which the trap characteristic does not change even when the wavelength is changed.

また、本発明の請求項7に係る光ピンセット装置は、請求項3乃至6の構成に加えて、前記集光位置可変機構が前記平面光導波回路の温度調整により実現されることを特徴とする。このような構成とすることで、機械的可動部を全く必要としない光ピンセット装置を提供できる。   The optical tweezer device according to claim 7 of the present invention is characterized in that, in addition to the configurations of claims 3 to 6, the converging position varying mechanism is realized by temperature adjustment of the planar optical waveguide circuit. . With such a configuration, it is possible to provide an optical tweezer device that does not require any mechanical movable part.

また、本発明の請求項8に係る光ピンセット装置は、請求項3乃至7の構成に加えて、前記制御光発生源は、前記集光位置可変機構を実現する波長可変手段を有することを特徴とする。このような構成とすることで、波長によりトラップ位置を変化できる光ピンセット装置を提供できる。   According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the configurations of the third to seventh aspects, the control light generation source includes a wavelength variable means for realizing the condensing position variable mechanism. And By setting it as such a structure, the optical tweezers apparatus which can change a trap position with a wavelength can be provided.

また、本発明の請求項9に係る光ピンセット装置は、請求項3乃至8の構成に加えて、前記制御光発生源が波長の異なる複数の光源と、該複数の光源を多重化する合波手段を備えることを特徴とする。このような構成とすることで、複数のサンプルを同時に独立に制御できる光ピンセット装置を提供できる。   According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third to eighth aspects, the optical tweezer device includes a plurality of light sources having different wavelengths by the control light generation source and a multiplexing unit that multiplexes the plurality of light sources. Means are provided. With such a configuration, it is possible to provide an optical tweezer device capable of independently controlling a plurality of samples simultaneously.

また、本発明の請求項10に係る光ピンセット装置は、請求項3の構成に加えて、前記複数のチャネル光導波路の光学的長さが全て等しく設定されていることを特徴とする。   The optical tweezer device according to claim 10 of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration of claim 3, the optical lengths of the plurality of channel optical waveguides are all set equal.

また、本発明の請求項11に係る光ピンセット装置は、請求項3乃至10の構成に加えて、前記複数のチャネル光導波路が位相可変調整手段を備えることを特徴とする。このような構成をとることで、サンプル位置を機械的可動部によらず調整することができる。   According to an eleventh aspect of the present invention, in addition to the configurations of the third to tenth aspects, the plurality of channel optical waveguides include a phase variable adjusting means. By adopting such a configuration, the sample position can be adjusted regardless of the mechanical movable part.

また、本発明の請求項12に係る光ピンセット装置は、請求項3乃至11の構成に加えて、前記入力用光導波路と前記第一のスラブ光導波路との間に、光を二分岐する光分岐手段を備えることを特徴とする。このような構成をとることで、集光プロファイルを双方にすることができ、媒質よりも屈折率の低いサンプルをトラップすることが可能となる。   An optical tweezer device according to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the configurations of the third to eleventh aspects, is a light that bifurcates light between the input optical waveguide and the first slab optical waveguide. A branching means is provided. By adopting such a configuration, it is possible to make the light collection profile both, and it is possible to trap a sample having a refractive index lower than that of the medium.

また、本発明の請求項13に係る光ピンセット装置は、請求項1乃至12の構成に加えて、前記平面光導波回路がシリコン基板あるいは石英基板上に形成された石英系ガラス光導波路であることを特徴とする。このような構成をとることで、信頼性に優れた光ピンセット装置が提供できる。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first to twelfth aspects, the planar optical waveguide circuit is a silica glass optical waveguide formed on a silicon substrate or a quartz substrate. It is characterized by. By adopting such a configuration, an optical tweezer device having excellent reliability can be provided.

また、本発明の請求項14に係る光ピンセット装置は、請求項11の構成に加えて、前記位相可変調整手段が薄膜ヒータであることを特徴とする。このような構成をとることで、信頼性に優れた光ピンセット装置が提供できる。   The optical tweezers according to claim 14 of the present invention is characterized in that, in addition to the configuration of claim 11, the phase variable adjustment means is a thin film heater. By adopting such a configuration, an optical tweezer device having excellent reliability can be provided.

また、本発明の請求項15に係る光ピンセット装置は、請求項1の構成に加えて、前記試料挿入用溝は複数の試料室を有することを特徴とする。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in addition to the structure of the first aspect, the sample insertion groove has a plurality of sample chambers.

本発明の光ピンセット装置を用いれば、安価で簡易で機械的可動部分が不要な光ピンセット装置を提供することができる。   By using the optical tweezers of the present invention, it is possible to provide an optical tweezers that is inexpensive and simple and does not require mechanically movable parts.

本発明を実施するための最良の形態として、以下の実施形態が挙げられる。
なお、本実施形態において、同一機能を有する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
さらに、以下の実施形態では平面光導波回路はシリコン基板上に形成された石英系ガラス光導波路であるとした。
The following embodiment is mentioned as the best form for implementing this invention.
In the present embodiment, parts having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
Furthermore, in the following embodiments, the planar optical waveguide circuit is a silica glass optical waveguide formed on a silicon substrate.

これは、このような組合せにすると、安定で加工性に優れた光導波路を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの組合せに限定されるものではなく、これ以外の基板およびガラス膜を用いてももちろん構わない。
This is because such a combination can provide an optical waveguide that is stable and excellent in workability.
However, the present invention is not limited to this combination. Of course, other substrates and glass films may be used.

本発明の第一実施形態にかかる光ピンセット装置の構成を図1に示す。
本実施形態は、請求項1,2,13に係るものである。
即ち、図1に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源11と、制御光発生源11からの光を導く光伝送路12と、光伝送路12に光学的に接続された平面光導波回路13から構成されており、平面光導波回路13は導波路型集光手段14と試料挿入用溝15を備えている。
ここで、光伝送路12としては、光ファイバを用いることができる。
The structure of the optical tweezers according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to claims 1, 2, and 13.
That is, as shown in FIG. 1, the optical tweezer device according to the present embodiment is optically connected to the control light generation source 11, the optical transmission path 12 that guides light from the control light generation source 11, and the optical transmission path 12. The planar optical waveguide circuit 13 includes a waveguide type condensing means 14 and a sample insertion groove 15.
Here, an optical fiber can be used as the optical transmission line 12.

ただし、本発明はこの例に限定されるものではなく、フレキシブル光導波路など他の光伝送路を用いても、勿論構わない。
また、制御光発生源11としては、Nd:YへGレーザからの波長1.06ミクロンの光を用いることができる。これは、この構成を用いると、生体あるいは水による吸収が少なく、効率的に試料をトラップできるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、光源として光ファイバレーザなど他の構成を用いても構わない。
また、波長も1.55ミクロンなど別の波長を用いても勿論構わない。
However, the present invention is not limited to this example, and other optical transmission lines such as a flexible optical waveguide may be used.
As the control light source 11, light having a wavelength of 1.06 microns from the G laser to Nd: Y can be used. This is because, when this configuration is used, the sample can be trapped efficiently with little absorption by the living body or water.
However, the present invention is not limited to this example, and other configurations such as an optical fiber laser may be used as the light source.
Of course, other wavelengths such as 1.55 microns may be used.

本実施形態にかかる光ピンセット装置の平面光導波回路13の構成を図2に示す。
平面光導波回路13の入力部にはシリンドリカルレンズ21が設けられており、これにより光を上下方向に集光して平面光導波路13に入力される。
広げられた光は位相変調器アレイ22によって空間的に変調され、スラブ光導波路23を通って当該平面光導波回路13に垂直方向に形成された試料挿入用溝24付近に集光される。
試料挿入用溝24には試料25が溶媒とともに入っている。
FIG. 2 shows the configuration of the planar optical waveguide circuit 13 of the optical tweezer device according to the present embodiment.
A cylindrical lens 21 is provided at the input portion of the planar optical waveguide circuit 13, whereby light is condensed in the vertical direction and input to the planar optical waveguide 13.
The spread light is spatially modulated by the phase modulator array 22, passes through the slab optical waveguide 23, and is condensed in the vicinity of the sample insertion groove 24 formed in the vertical direction in the planar optical waveguide circuit 13.
The sample insertion groove 24 contains a sample 25 together with a solvent.

ここで、図2の本実施形態にかかる光ピンセット装置の平面光導波回路13では、入力部にシリンドリカルレンズ21を用いるとした。これは、この構成が光を上下方向だけに集光する簡易な手段を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、このようなシリンドリカルレンズ21を用いなくても勿論構わない。
Here, in the planar optical waveguide circuit 13 of the optical tweezer device according to the present embodiment in FIG. 2, the cylindrical lens 21 is used as the input unit. This is because this configuration can provide a simple means for condensing light only in the vertical direction.
However, the present invention is not limited to this example, and it goes without saying that such a cylindrical lens 21 may not be used.

また、位相変調器アレイ22は、例えば液晶空間変調器によって実現することができる。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、例えば平面光導波回路13上に薄膜ヒータを設けるなど、別の方法によっても勿論実現することができる。
続いて、本発明の第一実施形態にかかる光ピンセット装置の動作について説明する。
制御光発生源11から出力された光は、シリンドリカルレンズ21により上下方向に集光される。
これにより試料25は集光位置へと引き寄せられてトラップされる。
The phase modulator array 22 can be realized by a liquid crystal spatial modulator, for example.
However, the present invention is not limited to this example, and can of course be realized by another method such as providing a thin film heater on the planar optical waveguide circuit 13.
Next, the operation of the optical tweezer device according to the first embodiment of the present invention will be described.
The light output from the control light generation source 11 is condensed in the vertical direction by the cylindrical lens 21.
As a result, the sample 25 is attracted to the condensing position and trapped.

ここで、位相変調器アレイ22での空間的な光プロファイルと、集光位置での空間的な光プロファイルは互いにフーリエ変換の関係にある。
したがって、位相変調器アレイ22に空間的に線形な位相シフトを与えると、集光位置での光プロファイルは平行移動する。
Here, the spatial light profile at the phase modulator array 22 and the spatial light profile at the condensing position are in a Fourier transform relationship.
Therefore, when a spatially linear phase shift is given to the phase modulator array 22, the light profile at the condensing position moves in parallel.

すなわち、試料25のトラップされる位置を、位相変調器アレイ22に与える位相変化だけで調整できることになる。
このように、本発明の第一実施形態にかかる光ピンセット装置を用いると、光によりトラップされるサンプル位置を、機械的可動部分なしに調整できるので、堅牢な光ピンセット装置を提供することができる。
That is, the position where the sample 25 is trapped can be adjusted only by the phase change applied to the phase modulator array 22.
As described above, when the optical tweezer device according to the first embodiment of the present invention is used, the position of the sample trapped by the light can be adjusted without a mechanically movable part, so that a robust optical tweezer device can be provided. .

本発明の第二実施形態に係る光ピンセット装置の構成を図3に示す。
本実施形態は、請求項1,3,4,8,13に係るものである。
即ち、図3に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源として波長可変レーザ31を用いており、また、平面光導波回路13は、入力用光導波路32と、第一のスラブ光導波路33と、複数のチャネル光導波路34と、第二のスラブ光導波路35と、試料挿入用溝24を備えている。
The structure of the optical tweezers according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to claims 1, 3, 4, 8, and 13.
That is, as shown in FIG. 3, the optical tweezer device according to the present embodiment uses a wavelength tunable laser 31 as a control light generation source, and the planar optical waveguide circuit 13 includes an input optical waveguide 32 and a first optical waveguide 32. One slab optical waveguide 33, a plurality of channel optical waveguides 34, a second slab optical waveguide 35, and a sample insertion groove 24 are provided.

さらに、複数のチャネル光導波路34の光学的な長さは、最内側のチャネル光導波路から1,2、、、Nと番号を付けたときに、n番目のチャネル光導波路の長さLnがLn=L0+nΔLを満たすように設定した。
ここでL0およびΔLは正の実数である。
Further, the optical length of the plurality of channel optical waveguides 34 is such that the length Ln of the nth channel optical waveguide is Ln when numbered 1, 2,..., N from the innermost channel optical waveguide. = L0 + nΔL was set.
Here, L0 and ΔL are positive real numbers.

本実施形態に係る光ピンセット装置の試料挿入溝24の断面図を図4に示す。
図4に示すように、シリコン基板41上に形成されたクラッド42には、第二のスラブ光導波路35を横切るように試料挿入用溝24が設けられている。
試料挿入用溝24には、試料25が水26に浮かぶ形で準備されている。
A cross-sectional view of the sample insertion groove 24 of the optical tweezers according to the present embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the clad 42 formed on the silicon substrate 41 is provided with a sample insertion groove 24 so as to cross the second slab optical waveguide 35.
A sample 25 is prepared in the sample insertion groove 24 so that the sample 25 floats on the water 26.

ここで、図4の本実施形態に係る光ピンセット装置の試料挿入溝24の断面図では試料25が水26に浮かんでいるとしたが、本発明はこの例に限定されるものではなく、溶媒は何でも構わないし、なくても構わない。
続いて、本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置の動作について図を用いて説明する。
Here, in the cross-sectional view of the sample insertion groove 24 of the optical tweezer device according to the present embodiment in FIG. 4, the sample 25 floats on the water 26, but the present invention is not limited to this example, and the solvent Can be anything.
Next, the operation of the optical tweezer device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図3に示した本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置では、波長可変レーザ31から出力した制御光は、入力用光導波路32を経て、第一のスラブ光導波路33で広げられる。
広げられた光フィールドは、チャネル光導波路34によって運ばれて第二のスラブ光導波路35に至る。
第二のスラブ光導波路35で光フィールドは狭められ、試料挿入用溝24付近で集光する。
In the optical tweezer device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3, the control light output from the wavelength tunable laser 31 is spread by the first slab optical waveguide 33 through the input optical waveguide 32.
The expanded optical field is carried by the channel optical waveguide 34 and reaches the second slab optical waveguide 35.
The optical field is narrowed by the second slab optical waveguide 35 and condensed near the sample insertion groove 24.

さて、このときの集光位置は、第二のスラブ光導波路35入口での位相(波面)の傾きにより平行移動する。
位相の傾きは、波長によって異なるので、波長可変レーザ31の発振波長を変えれば、集光位置が平行移動することになる。
Now, the condensing position at this time is translated by the inclination of the phase (wavefront) at the entrance of the second slab optical waveguide 35.
Since the inclination of the phase varies depending on the wavelength, if the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser 31 is changed, the condensing position is translated.

本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置における、1粒子トラップの様子を図5に示す。ここで粒子である試料25の屈折率は、水26の屈折率より高いとした。
このとき、上記説明したように波長可変レーザ31の発振波長を変化させると、トラップ位置を変化することができる。
FIG. 5 shows a state of the single particle trap in the optical tweezers according to the second embodiment of the present invention. Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be higher than the refractive index of the water 26.
At this time, when the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser 31 is changed as described above, the trap position can be changed.

本発明の第二実施形態の変形にかかる光ピンセット装置の構成を図6に示す。
本実施形態の変形は、請求項1,3,4,8,9,13に係るものである。
即ち、図6に示すように、本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置の構成に加えて、二つの波長可変光源31a,31bと、二つの可変波長光源31a,31bからの光を合波する波長多重光カプラ61を備えている。
FIG. 6 shows a configuration of an optical tweezer device according to a modification of the second embodiment of the present invention.
The modification of the present embodiment relates to claims 1, 3, 4, 8, 9, and 13.
That is, as shown in FIG. 6, in addition to the configuration of the optical tweezers according to the second embodiment of the present invention, the light from the two variable wavelength light sources 31a and 31b and the light from the two variable wavelength light sources 31a and 31b are combined. A wavelength division multiplexing optical coupler 61 is provided.

ここで、図6では、可変波長光源31の数を2としたが、これは説明の簡単のためであり、可変波長光源31の数では3でも4でも他の数でも勿論構わないし、本発明はこの例に限定されるものではない。
また、図6では、二つの可変波長光源31a,31bからの光を合波するのに波長多重光カプラ61を用いるとしたが、これはこの構成が損失の少ない合波手段を提供できるからである。
Here, in FIG. 6, the number of variable wavelength light sources 31 is two, but this is for the sake of simplicity of explanation, and the number of variable wavelength light sources 31 may be three, four, or any other number. Is not limited to this example.
In FIG. 6, the wavelength multiplexing optical coupler 61 is used to multiplex the light from the two variable wavelength light sources 31a and 31b. This is because this configuration can provide a multiplexing means with little loss. is there.

しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、波長無依存の光カプラを用いても良い。
本発明の第二実施形態の変形にかかる光ピンセット装置における、2粒子とラップの様子を図7に示す。
ここで粒子である試料25の屈折率は、水26の屈折率より高いとした。
図5に示した本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置における1粒子トラップの場合と同じく、それぞれのトラップ位置は波長によって変化できるので、二つの粒子をそれぞれ独立に位置制御することができる。
However, the present invention is not limited to this example, and a wavelength-independent optical coupler may be used.
FIG. 7 shows the state of two particles and wrapping in the optical tweezer device according to the modification of the second embodiment of the present invention.
Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be higher than the refractive index of the water 26.
As in the case of the single particle trap in the optical tweezers device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5, each trap position can be changed depending on the wavelength, so that the positions of the two particles can be controlled independently. .

このような特性は、例えば2つの物質を接合させるときなどに重要である。
また、本発明の第二実施形態の変形にかかる光ピンセット装置における、1粒子トラップの様子を図8に示す。
ここで粒子である試料25の屈折率は、溶媒81の屈折率より低いとした。
Such characteristics are important, for example, when two materials are joined.
FIG. 8 shows a state of a single particle trap in the optical tweezers according to the modification of the second embodiment of the present invention.
Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be lower than the refractive index of the solvent 81.

このように試料25の屈折率が周囲の屈折率より低いときには、試料は光強度が小さなところにトラップされる。
図6に示したように、本発明の第二実施形態の変形にかかる光ピンセット装置では、2つの集光点を自由に制御できるので、このように低屈折率の試料25をトラップすることも可能となる。
Thus, when the refractive index of the sample 25 is lower than the surrounding refractive index, the sample is trapped where the light intensity is low.
As shown in FIG. 6, in the optical tweezer device according to the modification of the second embodiment of the present invention, the two condensing points can be freely controlled, and thus the low-refractive-index sample 25 can be trapped in this way. It becomes possible.

本発明の第二実施形態の第二の変形にかかる光ピンセット装置の構成を図9に示す。
本実施形態の変形は、請求項1,3,4,8,13に係るものである。
FIG. 9 shows a configuration of an optical tweezer device according to a second modification of the second embodiment of the present invention.
The modification of the present embodiment relates to claims 1, 3, 4, 8, and 13.

即ち、図9に示すように、本発明の第二実施形態にかかる光ピンセット装置の構成に加えて、試料挿入用溝24が複数の試料室91を有している。
試料挿入用溝24は等幅でなくても、このように複雑な形状をしていても良い。
このように試料室91を設けると、試料25をトラップして試料室91に分別するといった使い方が可能となる。
That is, as shown in FIG. 9, in addition to the configuration of the optical tweezer device according to the second embodiment of the present invention, the sample insertion groove 24 has a plurality of sample chambers 91.
The sample insertion groove 24 may not have a uniform width and may have such a complicated shape.
When the sample chamber 91 is provided in this way, the sample 25 can be trapped and separated into the sample chamber 91.

本発明の第三実施形態にかかる光ピンセット装置の構成を図10に示す。
本実施形態は、請求項1,3,4,7,13に係るものである。
即ち、図10に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源として狭線幅レーザ101を用いており、また、平面光導波回路13は、入力用光導波路32と、第一のスラブ光導波路33と、複数のチャネル光導波路34と、第二のスラブ光導波路35と、試料挿入用溝24を備えている。
The structure of the optical tweezers according to the third embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to claims 1, 3, 4, 7, and 13.
That is, as shown in FIG. 10, the optical tweezer device according to the present embodiment uses a narrow linewidth laser 101 as a control light generation source, and the planar optical waveguide circuit 13 includes an input optical waveguide 32, A first slab optical waveguide 33, a plurality of channel optical waveguides 34, a second slab optical waveguide 35, and a sample insertion groove 24 are provided.

さらに、平面光導波回路13の下部には、温度制御手段102が設けられている。
さらに、複数のチャネル光導波路34の光学的な長さは、最内側のチャネル光導波路から1,2、、、Nと番号を付けたときに、n番目のチャネル光導波路の長さLnがLn=L0+nΔLを満たすように設定した。
ここでL0およびΔLは正の実数である。
Furthermore, a temperature control means 102 is provided below the planar optical waveguide circuit 13.
Further, the optical length of the plurality of channel optical waveguides 34 is such that the length Ln of the nth channel optical waveguide is Ln when numbered 1, 2,..., N from the innermost channel optical waveguide. = L0 + nΔL was set.
Here, L0 and ΔL are positive real numbers.

ここで、図10に示した本発明の第三実施形態にかかる光ピンセット装置では、平面光導波回路13の下部に温度制御手段102があるとしたが、これは下部でなくとも、上部でも勿論構わない。
さて、このときの集光位置は、第二のスラブ光導波路35入口での位相(波面)の傾きにより平行移動する。
温度制御手段102によって平面光導波回路13の温度を変化させれば複数のチャネル光導波路34の光学的長さが熱光学効果によって変化するので、位相の傾きが変わり、集光位置が平行移動することになる。
Here, in the optical tweezers device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 10, the temperature control means 102 is provided at the lower part of the planar optical waveguide circuit 13. I do not care.
Now, the condensing position at this time is translated by the inclination of the phase (wavefront) at the entrance of the second slab optical waveguide 35.
If the temperature of the planar optical waveguide circuit 13 is changed by the temperature control means 102, the optical length of the plurality of channel optical waveguides 34 changes due to the thermo-optic effect, so that the phase gradient changes and the condensing position moves in parallel. It will be.

本発明の第三実施形態にかかる光ピンセット装置における、1粒子トラップの様子を図11に示す。
ここで粒子である試料25の屈折率は、水26の屈折率より高いとした。
このとき、上記説明したように温度制御手段102によって平面光導波回路13の温度を変化させると、トラップ位置を変化することができる。
FIG. 11 shows a state of one particle trap in the optical tweezers according to the third embodiment of the present invention.
Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be higher than the refractive index of the water 26.
At this time, if the temperature of the planar optical waveguide circuit 13 is changed by the temperature control means 102 as described above, the trap position can be changed.

本発明の第四実施形態にかかる光ピンセット装置の構成を図12に示す。
本実施形態は、請求項1,3,5,8,13に係るものである。
即ち、図12に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源として可変波長レーザ31を用いており、また、平面光導波回路13は、入力用光導波路32と、第一のスラブ光導波路33と、複数のチャネル光導波路34と、第二のスラブ光導波路35と、試料挿入用溝24を備えている。
FIG. 12 shows the configuration of an optical tweezer device according to a fourth embodiment of the present invention.
The present embodiment relates to claims 1, 3, 5, 8, and 13.
That is, as shown in FIG. 12, the optical tweezers device according to the present embodiment uses a variable wavelength laser 31 as a control light generation source, and the planar optical waveguide circuit 13 includes an input optical waveguide 32, a first optical waveguide, One slab optical waveguide 33, a plurality of channel optical waveguides 34, a second slab optical waveguide 35, and a sample insertion groove 24 are provided.

さらに、平面光導波回路13の下部には、温度制御手段102が設けられている。
第四実施形態に係る光ピンセット装置のアレイ導波路の光学的長さを図13に示す。
図13に示すように、複数のチャネル光導波路34の光学的な長さは、最内側のチャネル光導波路から1,2、、、Nと番号を付けたときに、n番目のチャネル光導波路の長さLnが、nが偶数のときには
o0+nΔLo/2
nが奇数のときには
e0+(n+1)ΔLe/2
を満たすように設定されている。ここで、Lo0,ΔLo,Le0,ΔLeはともに正の実数である。
Furthermore, a temperature control means 102 is provided below the planar optical waveguide circuit 13.
The optical length of the arrayed waveguide of the optical tweezer device according to the fourth embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 13, the optical lengths of the plurality of channel optical waveguides 34 are those of the nth channel optical waveguide when numbered 1, 2,... N from the innermost channel optical waveguide. length Ln is, when n is an even number L o 0 + nΔL o / 2
When n is an odd number, L e 0+ (n + 1) ΔL e / 2
It is set to satisfy. Here, L o 0, ΔL o, L e 0, ΔL e are both positive real number.

また、本発明の第四実施形態にかかる光ピンセット装置では、ΔLoとΔLeは等しいとした。
これは、この構成が可変波長光源31の発振波長を変化させたときに、二つの集光スポットの距離が変化しない光ピンセット装置を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、ΔLoとΔLeは異なっていても勿論構わない。
In the optical tweezer device according to a fourth embodiment of the present invention, [Delta] L o and [Delta] L e was equal.
This is because this configuration can provide an optical tweezer device in which the distance between the two focused spots does not change when the oscillation wavelength of the variable wavelength light source 31 is changed.
However, the present invention is not limited to this example. Of course, ΔL o and ΔL e may be different.

本発明の第四実施形態にかかる光ピンセット装置の、1粒子トラップの様子を図14に示す。
図13を用いて説明したように、本発明の第四実施形態にかかる光ピンセット装置では、偶数番目と奇数番目とのチャネル光導波路が、異なる波面を創出するので、試料挿入用溝24付近には二つの集光スポットが生じる。
したがって、試料25の屈折率が溶媒81の屈折率よりも低いとすると、この二つの集光スポットで挟み込むように試料をトラップすることができる。
FIG. 14 shows a state of the single particle trap of the optical tweezers according to the fourth embodiment of the present invention.
As described with reference to FIG. 13, in the optical tweezer device according to the fourth embodiment of the present invention, the even-numbered and odd-numbered channel optical waveguides create different wavefronts. Produces two focused spots.
Therefore, if the refractive index of the sample 25 is lower than the refractive index of the solvent 81, the sample can be trapped so as to be sandwiched between the two focused spots.

本発明の第五実施形態に係る光ピンセット装置の構成を図15に示す。
本実施形態は、請求項1,3,4,8,12,13に係るものである。
即ち、図15に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源として波長可変レーザ31を用いており、また、平面光導波回路13は、入力用光導波路32と、光分岐回路151と、第一のスラブ光導波路33と、複数のチャネル光導波路34と、第二のスラブ光導波路35と、試料挿入用溝24を備えている。
The structure of the optical tweezers according to the fifth embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to claims 1, 3, 4, 8, 12, and 13.
That is, as shown in FIG. 15, the optical tweezers according to the present embodiment uses a wavelength tunable laser 31 as a control light generation source, and the planar optical waveguide circuit 13 includes an input optical waveguide 32, an optical waveguide, A branch circuit 151, a first slab optical waveguide 33, a plurality of channel optical waveguides 34, a second slab optical waveguide 35, and a sample insertion groove 24 are provided.

ここで、本発明の第五実施形態に係る光ピンセット装置では、光分岐回路151はY分岐光回路であるとした。これは、この構成が波長依存性の少ない光分岐回路を提供できるからである。
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、多モード干渉光カプラや方向性結合器など、他の手段を用いて光分岐回路を実現しても、勿論構わない。
Here, in the optical tweezers according to the fifth embodiment of the present invention, the optical branch circuit 151 is a Y branch optical circuit. This is because this configuration can provide an optical branch circuit with less wavelength dependency.
However, the present invention is not limited to this example. Of course, the optical branch circuit may be realized by using other means such as a multimode interference optical coupler and a directional coupler.

さらに、複数のチャネル光導波路34の光学的な長さは、最内側のチャネル光導波路から1,2、、、Nと番号を付けたときに、n番目のチャネル光導波路の長さLnが
Ln=L0+nΔL
を満たすように設定した。ここでL0およびΔLは正の実数である。
Further, the optical length of the plurality of channel optical waveguides 34 is such that the length Ln of the nth channel optical waveguide is Ln when numbered 1, 2,..., N from the innermost channel optical waveguide. = L0 + nΔL
It was set to satisfy. Here, L0 and ΔL are positive real numbers.

このように設定されると、第一のスラブ光導波路33の入力側には、光分岐回路151によって、二つのスポットを持つ光フィールドが生成される。
この二つのスポットの空間分布は、複数のチャネル光導波路34により導かれ、第二のスラブ光導波路35の出力端にコピーされる。
したがって、この構成により、二つの集光スポットを実現することができる。
本発明の第五実施形態にかかる光ピンセット装置における、1粒子トラップの様子を図16に示す。
With this setting, an optical field having two spots is generated by the optical branching circuit 151 on the input side of the first slab optical waveguide 33.
The spatial distribution of these two spots is guided by a plurality of channel optical waveguides 34 and copied to the output end of the second slab optical waveguide 35.
Therefore, two condensing spots can be realized with this configuration.
FIG. 16 shows a state of the single particle trap in the optical tweezers according to the fifth embodiment of the present invention.

ここで粒子である試料25の屈折率は、溶媒81の屈折率より低いとした。
このとき、上記説明したように二つの集光スポットが第二のスラブ光導波路35の出力端に生成されるので、試料25をトラップすることができる。
また、波長可変レーザ31の発振波長を変化させると、トラップ位置を変化することができる。
Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be lower than the refractive index of the solvent 81.
At this time, as described above, two focused spots are generated at the output end of the second slab optical waveguide 35, so that the sample 25 can be trapped.
Further, when the oscillation wavelength of the wavelength tunable laser 31 is changed, the trap position can be changed.

本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置の構成を図17に示す。
本実施形態は、請求項1,3,10,11,13,14に係るものである。
即ち、図17に示すように、本実施形態にかかる光ピンセット装置は、制御光発生源として狭線幅レーザ101を用いており、また、平面光導波回路13は、入力用光導波路32と、第一のスラブ光導波路33と、複数のチャネル光導波路34と、第二のスラブ光導波路35と、試料挿入用溝24を備えている。
The configuration of the optical tweezers according to the sixth embodiment of the present invention is shown in FIG.
The present embodiment relates to claims 1, 3, 10, 11, 13, and 14.
That is, as shown in FIG. 17, the optical tweezer device according to the present embodiment uses a narrow linewidth laser 101 as a control light generation source, and the planar optical waveguide circuit 13 includes an input optical waveguide 32, A first slab optical waveguide 33, a plurality of channel optical waveguides 34, a second slab optical waveguide 35, and a sample insertion groove 24 are provided.

また、複数のチャネル光導波路34は、位相変調器アレイ171を各々備えている。
ここで、図17の本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置では、複数のチャネル光導波路34は位相変調器アレイ171として薄膜ヒータを平面光導波路13の上に備えて熱光学効果により位相変調を行うとものした。これは、この構成が信頼性に優れた光ピンセット装置を提供できるからである。
Each of the plurality of channel optical waveguides 34 includes a phase modulator array 171.
Here, in the optical tweezers device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 17, the plurality of channel optical waveguides 34 are provided with a thin film heater as the phase modulator array 171 on the planar optical waveguide 13 and are phased by the thermo-optic effect. I did modulation. This is because this configuration can provide an optical tweezer device with excellent reliability.

しかしながら本発明はこの例に限定されるものではなく、電気光学効果など他の原理を用いた位相変調器アレイを用いても、もちろん構わない。
また、図17の本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置では、複数のチャネル光導波路34の長さは互いに等しいものとした。これは、この構成が波長依存性の少ない光ピンセット装置を提供できるからである。
However, the present invention is not limited to this example, and it is needless to say that a phase modulator array using another principle such as an electro-optic effect may be used.
In the optical tweezer device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 17, the lengths of the plurality of channel optical waveguides 34 are equal to each other. This is because this configuration can provide an optical tweezer device with little wavelength dependency.

しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、複数のチャネル光導波路34の長さは互いに異なっていてももちろん構わない。
このように、複数のチャネル光導波路34に位相変調器アレイ171を備えると、第二のスラブ光導波路32の入口側での光の波面を自由に制御できるので、第二のスラブ光導波路32の出口側でのスポット形状やスポットの数を制御できる。
However, the present invention is not limited to this example, and the lengths of the plurality of channel optical waveguides 34 may of course be different from each other.
As described above, when the plurality of channel optical waveguides 34 are provided with the phase modulator array 171, the wavefront of light on the entrance side of the second slab optical waveguide 32 can be freely controlled. The spot shape and the number of spots on the exit side can be controlled.

本発明の第六実施形態にかかる光ピンセット装置における、1粒子トラップの様子を図18に示す。
ここで粒子である試料25の屈折率は、水26の屈折率より高いとした。
このとき、上記説明したように集光スポットの位置は、複数のチャネル光導波路34の位相変調器アレイ171の制御状態によって制御できるので、試料25をトラップし、またトラップした位置を変化することができる。
なお、図17に示した本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置では、スポットの位置を変化するだけではなく、複数のスポットを生成したりすることもできるので、例えば図16に示したような溶媒よりも低い屈折率を持つ試料のトラップも可能である。
FIG. 18 shows a state of one particle trap in the optical tweezers according to the sixth embodiment of the present invention.
Here, the refractive index of the sample 25 which is a particle is assumed to be higher than the refractive index of the water 26.
At this time, as described above, since the position of the focused spot can be controlled by the control state of the phase modulator array 171 of the plurality of channel optical waveguides 34, the sample 25 can be trapped and the trapped position can be changed. it can.
Note that the optical tweezer device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 17 can generate not only the spot position but also a plurality of spots. Sample traps with a lower refractive index than such solvents are also possible.

このように説明したように、本発明は、微小な物体の位置を光の放射圧で制御する光ピンセット装置に関するもので、平面光導波回路上に集光手段とその集光位置に沿って試料挿入用の溝を形成した構成に特徴がある。
そして、この集光手段を可変させることにより試料(物体)の位置の制御ができ、さらに、スラブ型光導波路を用いる等により、機械可動部が不要となるなどのさまざまな機能の光ピンセット装置を実現している。
As described above, the present invention relates to an optical tweezers device that controls the position of a minute object by the radiation pressure of light, and a focusing means on a planar optical waveguide circuit and a sample along the focusing position. There is a characteristic in the structure which formed the groove | channel for insertion.
The position of the sample (object) can be controlled by varying this condensing means, and an optical tweezer device having various functions such as eliminating the need for a mechanical movable part by using a slab type optical waveguide, etc. Realized.

本発明の光ピンセット装置は、生物学や医療の分野では生体細胞の非接触操作や細胞融合、あるいは機械分野では微粒子の配列や微小物体の回転駆動など様々な分野で広く利用可能なものである。   The optical tweezers of the present invention can be widely used in various fields such as non-contact manipulation and cell fusion of living cells in the fields of biology and medicine, or in the mechanical field such as arrangement of microparticles and rotational driving of minute objects. .

本発明の第一実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical tweezers device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係る光ピンセット装置の平面光導波路を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the planar optical waveguide of the optical tweezers apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers apparatus which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る光ピンセット装置の平面光導波路の断面図である。It is sectional drawing of the planar optical waveguide of the optical tweezers device concerning 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係る光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle trap in the optical tweezers which concern on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の変形の光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers of the deformation | transformation of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の変形の光ピンセット装置における2粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of the two-particle trap in the optical tweezers of the deformation | transformation of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の変形の光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle | grain trap in the optical tweezers of the deformation | transformation of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態の第二の変形の光ピンセット装置における試料挿入用溝の構成図である。It is a block diagram of the groove | channel for sample insertion in the optical tweezers apparatus of the 2nd deformation | transformation of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers apparatus which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係る光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle trap in the optical tweezers which concern on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers apparatus which concerns on 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係る光ピンセット装置のアレイ導波路の光学的長さを表すグラフである。It is a graph showing the optical length of the arrayed waveguide of the optical tweezers device concerning a fourth embodiment of the present invention. 第四実施形態に係る光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle | grain trap in the optical tweezers which concern on 4th embodiment. 本発明の第五実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers which concern on 5th embodiment of this invention. 本発明の第五実施形態に係る光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle | grain trap in the optical tweezers which concern on 5th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the optical tweezers apparatus which concerns on 6th embodiment of this invention. 本発明の第六実施形態に係る光ピンセット装置における1粒子トラップの例を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the example of 1 particle | grain trap in the optical tweezers apparatus which concerns on 6th embodiment of this invention. 従来の光ピンセット装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional optical tweezers.

符号の説明Explanation of symbols

11 制御光発生源
12 光伝送路
13 平面光導波回路
14 導波路型集光手段
15 試料挿入用溝
21 シリンドリカルレンズ
22 位相変調器アレイ
23 スラブ光導波路
24 試料挿入用溝
25 試料
31 可変波長レーザ
32 入力用光導波路
33 第一のスラブ光導波路
34 チャネル光導波路
35 第二のスラブ光導波路
41 シリコン基板
42 クラッド
61 波長多重光カプラ
81 溶媒
91 試料室
101 狭線幅レーザ
102 温度制御手段
151 光分岐回路
171 位相変調器アレイ
191 光源
192 レンズ
193 ピンホール
194 レンズ
195 ミラー
196 高NAレンズ
197 ステージ
198 サンプル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Control light generation source 12 Optical transmission path 13 Planar optical waveguide circuit 14 Waveguide type condensing means 15 Sample insertion groove 21 Cylindrical lens 22 Phase modulator array 23 Slab optical waveguide 24 Sample insertion groove 25 Sample 31 Variable wavelength laser 32 Input optical waveguide 33 First slab optical waveguide 34 Channel optical waveguide 35 Second slab optical waveguide 41 Silicon substrate 42 Clad 61 Wavelength multiplexing optical coupler 81 Solvent 91 Sample chamber 101 Narrow linewidth laser 102 Temperature control means 151 Optical branch circuit 171 Phase modulator array 191 Light source 192 Lens 193 Pinhole 194 Lens 195 Mirror 196 High NA lens 197 Stage 198 Sample

Claims (15)

制御光発生源と平面光導波回路とを備え、前記平面光導波回路は、光を焦点に集める導波路型集光手段と、当該平面光導波回路に対して垂直方向に形成された試料挿入用溝とを備え、前記試料挿入用溝は前記導波路型集光手段による集光位置に沿って設けられ、更に、該集光位置を前記試料挿入用溝に沿って移動させる集光位置可変機構を設けたことを特徴とする光ピンセット装置。 A control light generation source and a planar light waveguide circuit, the planar light waveguide circuit being a waveguide type condensing means for collecting light at a focal point, and a sample insertion formed in a direction perpendicular to the planar light waveguide circuit The sample insertion groove is provided along the light collection position by the waveguide type light collection means, and further, the light collection position variable mechanism for moving the light collection position along the sample insertion groove An optical tweezer device characterized by comprising: 請求項1に記載の光ピンセット装置であり、前記導波路型集光手段が、前記集光位置可変機構を有する位相変調器アレイと、該位相変調器アレイに光学的に接続されたスラブ光導波路とを備えることを特徴とする光ピンセット装置。 2. The optical tweezer device according to claim 1, wherein said waveguide type condensing means includes a phase modulator array having said condensing position variable mechanism, and a slab optical waveguide optically connected to said phase modulator array An optical tweezers device comprising: 請求項1に記載の光ピンセット装置であり、前記導波路型集光手段が、入力用光導波路と、第一のスラブ光導波路と、該第一のスラブ光導波路に光学的に接続された複数のチャネル光導波路と、該複数のチャネル光導波路に光学的に接続された第二のスラブ光導波路からなることを特徴とする光ピンセット装置。 2. The optical tweezer device according to claim 1, wherein the waveguide type condensing means includes an input optical waveguide, a first slab optical waveguide, and a plurality of optically connected to the first slab optical waveguide. And an optical tweezers device comprising: a second slab optical waveguide optically connected to the plurality of channel optical waveguides. 請求項3に記載の光ピンセット装置であり、前記複数のチャネル光導波路を一端から順に1,2、、、N(Nは2以上の整数)と番号を付けたとき、n番目のチャネル光導波路の光学的長さがL0+n△L(L0、△Lはともに正の実数、nは1以上N以下の整数)を満たすことを特徴とする光ピンセット装置。 4. The optical tweezer device according to claim 3, wherein when the plurality of channel optical waveguides are numbered 1, 2,..., N (N is an integer of 2 or more) in order from one end, the nth channel optical waveguide. Of the optical tweezers satisfying L0 + nΔL (L0 and ΔL are both positive real numbers and n is an integer of 1 to N). 請求項3に記載の光ピンセット装置であり、前記複数のチャネル光導波路を一端から順に1,2、、、N(Nは2以上の整数)と番号を付けたとき、n番目のチャネル光導波路の光学的長さが、nが偶数のときにはLo0+n△Lo/2(Lo0、△Loはともに正の実数、nは1以上N以下の偶数)を満たし、nが奇数のときにはLe0+(n+1)△Le/2(Le0、△Leはともに正の実数、nは1以上N以下の奇数)を満たし、Lo0とLe0が異なることを特徴とする光ピンセット装置。 4. The optical tweezer device according to claim 3, wherein when the plurality of channel optical waveguides are numbered 1, 2,..., N (N is an integer of 2 or more) in order from one end, the nth channel optical waveguide. When n is an even number, it satisfies L o 0 + nΔL o / 2 (L o 0, ΔL o are both positive real numbers, n is an even number between 1 and N), and n is an odd number sometimes L e 0+ (n + 1) △ L e / 2 (L e 0, △ L e are both positive real numbers, n represents the following odd one or more n) satisfies the, characterized in that L o 0 and L e 0 is different Optical tweezers. 請求項5に記載の光ピンセット装置であり、△Loと△Leが等しいことを特徴とする光ピンセット装置。 An optical tweezer device according to claim 5, △ L o and △ L e optical tweezers and wherein the equal. 請求項3,4,5又は6に記載の光ピンセット装置であり、前記集光位置可変機構が前記平面光導波回路の温度調整により実現されることを特徴とする光ピンセット装置。 7. The optical tweezers device according to claim 3, 4, 5, or 6, wherein the condensing position varying mechanism is realized by adjusting a temperature of the planar optical waveguide circuit. 請求項3,4,5,6又は7に記載の光ピンセット装置であり、前記制御光発生源は、前記集光位置可変機構を実現する波長可変手段を有することを特徴とする光ピンセット装置。 8. The optical tweezers device according to claim 3, 4, 5, 6, or 7, wherein the control light generation source has wavelength variable means for realizing the condensing position variable mechanism. 請求項3,4,5,6,7又は8に記載の光ピンセット装置であり、前記制御光発生源が波長の異なる複数の光源と、該複数の光源を多重化する合波手段を備えることを特徴とする光ピンセット装置。 9. The optical tweezer device according to claim 3, 4, 5, 6, 7, or 8, wherein the control light generation source includes a plurality of light sources having different wavelengths and a multiplexing unit that multiplexes the plurality of light sources. An optical tweezer device characterized by. 請求項3に記載の光ピンセット装置であり、前記複数のチャネル光導波路の光学的長さが全て等しく設定されていることを特徴とする光ピンセット装置。 4. The optical tweezer device according to claim 3, wherein the optical lengths of the plurality of channel optical waveguides are all set equal. 請求項3,4,5,6,7,8,9又は10に記載の光ピンセット装置であり、前記複数のチャネル光導波路が位相可変調整手段を備えることを特徴とする光ピンセット装置。 11. The optical tweezers device according to claim 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, wherein the plurality of channel optical waveguides are provided with phase variable adjustment means. 請求項3,4,5,6,7,8,9,10又は11に記載の光ピンセット装置であり、前記入力用光導波路と前記第一のスラブ光導波路との間に、光を二分岐する光分岐手段を備えることを特徴とする光ピンセット装置。 12. The optical tweezer device according to claim 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 or 11, wherein light is bifurcated between the input optical waveguide and the first slab optical waveguide. An optical tweezer device comprising optical branching means for performing 請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11又は12に記載の光ピンセット装置であり、前記平面光導波回路がシリコン基板あるいは石英基板上に形成された石英系ガラス光導波路であることを特徴とする光ピンセット装置。 13. The optical tweezer device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or 12, wherein the planar optical waveguide circuit is formed on a silicon substrate or a quartz substrate. An optical tweezer device characterized by being a silica-based glass optical waveguide. 請求項11に記載の光ピンセット装置であり、前記位相可変調整手段が薄膜ヒータであることを特徴とする光ピンセット装置。 12. The optical tweezer device according to claim 11, wherein the phase variable adjusting means is a thin film heater. 請求項1に記載の光ピンセット装置であり、前記試料挿入用溝は複数の試料室を有することを特徴とする光ピンセット装置。 2. The optical tweezers device according to claim 1, wherein the sample insertion groove has a plurality of sample chambers.
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