JP6606975B2 - 光ピンセット装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ピンセット装置に関する。

例えば１μｍ程度の微粒子を捕捉し、更には移動させる技術として光ピンセット技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。光ピンセット技術は、レーザー光をレンズにより集光させ、集光点に近づけた微粒子に作用する光圧力によってこの微粒子を捕捉することができる。この光ピンセット技術では、例えば微粒子を液体中に存在させ、この微粒子とその周囲の液体との間に屈折率の差を設け、微粒子に作用する光圧力の合力が集光点に向くことで微粒子を捕捉し続けることが可能となる。

このような光ピンセット技術によって微粒子を捕捉するためには、微粒子が光透過性（レーザー光透過性）を有しており、また、微粒子の屈折率（ｎ２）がその周囲の液体の屈折率（ｎ１）よりも大きい（ｎ２＞ｎ１）ことが必要とされている。

特開２００６−２３５３１９号公報

光ピンセット技術では、レーザー光の集光点、つまり、レーザー光を集光させるレンズの焦点と、微粒子を含むサンプルとを相対的に移動させることで、微粒子は集光点に追従するようにして周囲の液体に対して移動することができる。また、微粒子の捕捉力はレーザー光の光圧力に起因しており、この捕捉力と、微粒子とレンズの焦点（集光点）との距離とは線形関係にあることが知られている。

更に、光ピンセット技術により捕捉した微粒子を、サンプル内に存在させた対象物の表面から離れた領域で移動させる場合は、前記のように捕捉力と、微粒子と焦点との距離との関係は線形にあるが、対象物の表面に近い領域で微粒子を移動させる場合、捕捉力と前記距離との関係が非線形になってしまうことが知られている。その原因としては、静電気、レーザー光の反射による定在波等が挙げられる。このため、捕捉した微粒子を移動させようとしても、対象物の表面付近では、それ以外の領域と異なる挙動を示し、また、その挙動は予測不能である。

そして、光ピンセット技術を用いて、対象物との間の表面力や表面形状の計測等を行うことがあるが、この場合、微粒子を捕捉して対象物の表面付近を移動させる必要がある。しかし、前記のとおり、対象物の表面に近い領域では、微粒子の捕捉力と前記距離との関係が非線形であることから、表面と離れた領域の場合と同様に線形条件に基づいて光ピンセット装置を制御しても、微粒子が意図せぬ挙動を示し、微粒子を逸脱してしまうことがある。

そこで、本発明は、対象物の表面に近い領域で捕捉した微粒子を移動させる場合であっても、その微粒子を安定して捕捉し移動させることを可能とする光ピンセット装置を提供することを目的とする。

本発明の光ピンセット装置は、レーザー光を出射する光源と、前記光源からのレーザー光を集光させるレンズと、前記レンズによりレーザー光を集光させて捕捉した微粒子と当該微粒子の近傍に位置する対象物とを相対的に移動させる駆動手段と、捕捉した前記微粒子と前記レンズの焦点との距離を求めるための検出信号を出力する検出器と、前記検出信号から求められた前記距離に基づいて前記微粒子の捕捉力を示す捕捉力データを求める捕捉力演算部と、捕捉した微粒子と前記レンズの焦点との距離と、当該微粒子の捕捉力との間で成り立つ線形関係に基づいて推定される捕捉力の理論値と、前記捕捉力データが示す捕捉力との差を求める差演算部と、前記捕捉力の差に基づいて前記光源のレーザー出力を制御する出力制御部と、を備えている。

捕捉している微粒子の捕捉力と、微粒子とレンズの焦点との距離との関係は、対象物の表面から離れた領域では線形であるのに対して、表面付近では非線形であり予測不能であるが、前記光ピンセット装置によれば、対象物の表面に近い領域で捕捉した微粒子を移動させる場合であっても、光源のレーザー出力を制御して、微粒子の捕捉力を、微粒子とレンズの焦点との距離との関係が線形に近づくように補うことができ、この結果、微粒子を安定して捕捉し移動させることが可能となる。

また、前記差演算部は、前記差を、前記光源からのレーザー光の出力と相関がある当該光源に入力する電流値に変換し、前記出力制御部は、前記電流値を加減するフィードバック制御を行うのが好ましい。この構成によれば、光源のレーザー光の出力を調整して所望の捕捉力を得ることが容易となり、微粒子をより一層安定して捕捉し移動させることが可能となる。

本発明によれば、対象物の表面に近い領域で捕捉した微粒子を移動させる場合であっても、その微粒子を安定して捕捉し移動させ、微粒子の逸脱を防止することが可能となる。

光ピンセット装置の全体構成を説明する説明図である。 検出器の機能を説明するためのイメージ図である。 捕捉する微粒子及びレンズ等を示す説明図である。 微粒子の捕捉力と、微粒子−焦点間の距離との関係を示す説明図である。 光源に入力する電流値と、光源からのレーザー光の出力（パワー）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、光ピンセット装置１の全体構成を説明する説明図である。光ピンセット装置１は、レーザー光用の光源１０、導光手段(２１〜２７)、第一レンズ２８、照明用の光源３０、第二レンズ３１、ミラー（第三ミラー）３３、検出器４０、装置ベース４５、ステージ４６、駆動手段４８、撮像手段５０、及び制御手段６０を含む。

この光ピンセット装置１では、後にも説明するが、作業床に固定状態にある装置ベース４５に対してステージ４６が駆動手段４８によって移動可能として構成されており、その他の機器である光源１０、レンズ２８，３１、検出器４０、撮像手段５０等は装置ベース４５に固定状態として設けられており、これらは装置ベース４５に対して移動しない。

レーザー光用の光源１０は、レーザー光（レーザービーム）Ｌを出射するレーザー装置であり、制御手段６０からの制御信号に基づいて第一波長のレーザー光Ｌを出射する。このレーザー光Ｌに基づく光ピンセット技術によって、ステージ４６に搭載されている保持部材（例えばプレパラート）４７に保持されている微粒子が捕捉される（光トラップされる）。

導光手段(２１〜２７)は、光源１０から出射させたレーザー光Ｌを、第一レンズ２８へと導くためのものである。導光手段(２１〜２７)を順に説明する。
第一反射ミラー２１は、光源１０からのレーザー光Ｌを反射して第一絞り２２へ入射させる。第一絞り２２は、入射したレーザー光Ｌの径を絞って第一コリメートレンズ２３へ出射する。第一コリメートレンズ２３は、レーザー光Ｌの径を拡大して第二コリメートレンズ２４へ出射する。第二コリメートレンズ２４は、径が拡大されたレーザー光Ｌを平行光に変換して第二絞り２５へ出射する。第二絞り２５は、平行光とされたレーザー光Ｌの径を絞って第一ミラー２６に向けて出射する。第一ミラー２６は、入射するレーザー光Ｌを第二ミラー２７に向けて反射する。第二ミラー２７は、入射するレーザー光Ｌを第一レンズ２８に向けて反射する。

第一レンズ２８は、第二ミラー２７から入射するレーザー光Ｌを保持部材４７に設定した焦点位置に向けて集光する。このレンズ２８により集光させたレーザー光Ｌによって、その集光点（レンズ２８の焦点）に近づけた微粒子を捕捉することができる。また、集光させたレーザー光Ｌは、微粒子を透過して第二レンズ３１に入射する。微粒子を透過して第二レンズ３１に入射したレーザー光Ｌは、第三ミラー３３に向けて出射され、第三ミラー３３によって反射され、検出器４０に入射する。また、ミラー３３，２６は、照明用の光源３０からの照明光Ｓを透過させる。

照明用の光源３０は例えばＬＥＤ照明であり、制御手段６０からの制御信号に基づいて第二波長の照明光Ｓを出射する。この照明光Ｓは、保持部材４７に保持されている微粒子の状態を観測する撮像手段５０のための照明となる。照明光Ｓは、第三ミラー３３を透過し、第二レンズ３１によって集光され、その後、第一レンズ２８を透過し、第二ミラー２７によって反射され、第一ミラー２６を透過し、撮像手段５０に到達する。

ステージ４６は、微粒子を保持する保持部材４７を搭載する。保持部材４７には（図３参照）、流体Ｗ、及び、この流体Ｗに含まれ捕捉の対象とする微粒子Ｃが保持されている。また、保持部材４７には、レーザー光Ｌによって捕捉されない対象物Ｂが保持されている。この対象物Ｂと捕捉した微粒子Ｃとが相対的に移動することとなる。また、この流体Ｗには、捕捉の対象としない微粒子（図示せず）が含まれていてもよい。本実施形態では、前記流体Ｗは液体である。なお、この流体Ｗの屈折率（ｎ１）は、微粒子の屈折率（ｎ２）よりも小さい（ｎ１＜ｎ２）。

ステージ４６は、前後、左右、上下に移動可能として支持されており、駆動手段４８がステージ４６を前後、左右、上下に移動させる。図１では、前後方向、左右方向、及び上下方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向として示している。駆動手段４８は、制御手段６０からの制御信号に基づいて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の少なくとも一方向にステージ４６を移動させることで、保持部材４７を同方向に移動させる。駆動手段４８は、例えばピエゾ素子を用いたアクチュエータからなる。本実施形態では、Ｘ−Ｙ平面に沿ってＸ軸方向にステージ４６を移動させる場合について説明する。

このように、図１に示す光ピンセット装置１では、駆動手段４８によって集光点（レンズ２８の焦点）は移動せず、この結果、この集光点（焦点）に近づいて捕捉される微粒子は、駆動手段４８によって移動しない。これに対して、駆動手段４８によってステージ４６が保持部材４７と共に移動することから、前記集光点に近づいて捕捉される微粒子Ｃに対して（図３参照）、その周囲の流体Ｗ、前記対象物Ｂ（及び、流体Ｗに含まれる捕捉されていない微粒子）が移動することとなる。また、以下では、保持部材４７（図３参照）内の前記対象物Ｂの表面付近を、この表面に沿って微粒子Ｃが相対的に移動する場合について説明する。
なお、図１に示す形態とは異なって、ステージ４６は固定であり、集光点（レンズ２８）が移動する構成であってもよい。

検出器４０は、基準位置に対するレーザー光Ｌの入射位置を検出する位置検出器からなり、本実施形態の検出器４０は四分割光検出器である。図２は、検出器４０の機能を説明するためのイメージ図である。検出器４０は、平面部を複数（四つ）に分割して得られた受光部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を有している。図３は、捕捉する微粒子Ｃ及びレンズ２８等を示す説明図である。レンズ２８（図３参照）の焦点Ｑを含むＸ−Ｙ平面座標と、受光部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４（図２参照）におけるＸ−Ｙ平面座標とが対応付けられており、レンズ２８の焦点Ｑの位置が、受光部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の中央の基準位置Ｎに対応している。そして、受光部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４それぞれは、レーザー光Ｌの受光位置Ｊに応じた検出信号（電圧信号）を出力する。

ここで、前記のとおり、レンズ２８（図３参照）に対して、捕捉している微粒子Ｃを含む保持部材４７がＸ軸方向に移動することから、この微粒子Ｃは、レンズ２８の焦点Ｑに追従するようにしてＸ軸方向（移動方向の反対向き）に移動する。
したがって、光源１０側からのレーザー光Ｌが捕捉対象の微粒子Ｃを通過し、受光部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に到達するレーザー光Ｌは、レンズ２８の焦点Ｑの位置に対応している前記基準位置Ｎ（図２参照）から、Ｘ軸方向に距離ｄ０について離れた位置で受光される。検出器４０は四分割光検出器であるため、距離ｄ０は電圧（電圧信号）［Ｖ］として出力される。

この距離ｄ０［Ｖ］は、レーザー光Ｌにより捕捉している微粒子Ｃ（微粒子Ｃの中心位置）とレンズ２８の焦点Ｑとの間の距離ｄ［ｍ］（図３参照）と相関があり、距離ｄ０［Ｖ］が刻々と出力される。つまり、検出器４０からは、捕捉した微粒子Ｃとレンズ２８の焦点Ｑとの距離ｄを求めるための検出信号（電圧信号）［Ｖ］が刻々と出力される。
この検出信号は、後に説明する制御手段（コンピュータ装置）６０に入力され、この制御手段６０が備えている距離演算部６１（図１参照）によって処理され、捕捉している微粒子Ｃの中心とレンズ２８の焦点Ｑとの距離ｄが刻々と求められる。なお、この距離ｄは、Ｘ−Ｙ平面における値となる。また、前記距離ｄ０は、ステージ４６の移動速度によって変動することから、前記距離ｄも変動する。

図１において、撮像手段５０は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラであり、集光点及びその周囲を含む領域を撮像する。撮像手段５０は、撮像して得た画像データを制御手段６０に出力する。

制御手段６０は、例えばコンピュータ装置であり、前記のとおり各制御信号を出力し、また、撮像手段５０から画像データを取り込む。また、制御手段６０は、コンピュータ装置に記憶されているコンピュータプログラムが実行されることで実現される機能部として、距離演算部６１、捕捉力演算部６２、差演算部６３、及び出力制御部６４を備えている。

距離演算部６１は、検出器４０からの前記検出信号（電圧信号）に基づいて、捕捉した微粒子Ｃとレンズ２８の焦点Ｑとの距離ｄ（図３参照）を演算により求める。なお、以下において、捕捉した微粒子Ｃとレンズ２８の焦点Ｑとの距離ｄを「微粒子−焦点間の距離ｄ」と呼ぶ。検出器４０及び距離演算部６１による前記距離ｄの演算は、光ピンセット技術において従来用いられている手段により行うことが可能であるが、前記距離ｄの演算処理の一例を説明する。前記のとおり検出器４０からは距離ｄ０［Ｖ］が刻々と検出される。そこで距離演算部６１は、検出された距離ｄ０［Ｖ］を、微粒子−焦点間の距離ｄ［ｍ］に校正する（変換する）。つまり、距離演算部６１は、式〔ｄ０＝−Ｒ×ｄ〕を用いて、各時刻における距離ｄ０［Ｖ］から距離ｄ［ｍ］を求める。
なお、この式中の「Ｒ」は、別の処理により予め求めた値である。「Ｒ」は次のようにして求められる。例えば、レーザー光（焦点）に対して、保持部４７に固定の微粒子を等速で横切らせる（通過させる）。この際、微粒子はレーザー光により捕捉されない。この等速による操作は、駆動手段４８が有するピエゾ素子に与える電圧Ｖによって行われる。そこで、この電圧Ｖに対応する距離ｄ０［Ｖ］を検出（非線形）し、式〔Ｖ＝ｈ×ｄ〕により校正を行う。なお、前記式中の「ｈ」は検出器４０の特性により既知である。そして、求められた距離ｄ［ｍ］に対応する距離ｄ０［Ｖ］の線形部分を抽出することで、式〔ｄ０＝−Ｒ×ｄ〕の係数「Ｒ」が求められる。

捕捉力演算部６２は、検出器４０の前記検出信号から距離演算部６１が求めた微粒子−焦点間の距離ｄに基づいて、微粒子Ｃの捕捉力を示す捕捉力データを求める。この捕捉力データを求める処理については、後に説明する。

ここで、図４は、微粒子Ｃの捕捉力Ｔｘと、微粒子−焦点間の距離ｄとの関係を示す説明図である。図４のグラフの縦軸が微粒子Ｃの捕捉力Ｔｘを示し、横軸が微粒子−焦点間の距離ｄを示す。また、図４（Ａ）は、捕捉する微粒子Ｃが対象物Ｂの表面から離れた領域を移動する場合を示しており、図４（Ｂ）は、捕捉する微粒子Ｃが対象物Ｂの表面に接近した領域を移動する場合を示している。図４（Ａ）のグラフに示すように、対象物Ｂの表面から離れた領域を微粒子Ｃが移動する場合、距離ｄと捕捉力Ｔｘとは線形関係（比例関係）を有する。これに対して、図４（Ｂ）のグラフに示すように、対象物Ｂの表面の近傍を微粒子Ｃが移動する場合、距離ｄと捕捉力Ｔｘとは、距離ｄが小さい範囲では線形関係を有するが、距離ｄが大きくなると非線形の関係になり、また、相互の関係が不規則である。

一般的に、捕捉力Ｔｘは、ばね力と同じように線形であり（図４（Ａ）参照）、その線形関係は、式「Ｔｘ＝ｋ×ｄ＋ｆ」で表現される。この式におけるｋは定数（光トラップのばね定数）であり、ｆは外力である。

そこで、捕捉力演算部６２は、距離演算部６１が求めた微粒子−焦点間の距離ｄに基づいて、式〔Ｔｘ＝ｋ×ｄ＋ｆ〕により、前記捕捉力データを求める。つまり、定数ｋが定まれば、距離ｄ（ｄ０）を検出することで、捕捉力Ｔｘを刻々と求めることができる。
定数ｋの定め方の一例について説明する。レーザー光によって捕捉した微粒子を等速運動させ、この場合における前記距離ｄ［ｍ］を、距離演算部６１による前記の方法で求める。ここで、距離ｄ［ｍ］が一定となっている部分（つまり、加速、減速部分を除いた部分）が存在することから、この際の、距離ｄ［ｍ］をｄ′［ｍ］とすると、等速であるためＴｘ＝０となるため、前記式により式〔ｋ＝ｆ／ｄ′〕となり、定数ｋを求めることができる。この定数ｋを用いて、式〔Ｔｘ＝ｋ×ｄ＋ｆ〕により、前記捕捉力データが求められる。

そして、差演算部６３は、微粒子−焦点間の距離ｄと、微粒子Ｃの捕捉力Ｔｘとの間で成り立つ（対象物Ｂの表面から離れた領域で得られる）線形関係に基づいて推定される捕捉力の理論値Ｔｘｉと、前記捕捉力演算部６２が求めた前記捕捉力データが示す捕捉力Ｔｘａとの差（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）を求める。捕捉力の理論値Ｔｘｉは、式〔Ｔｘｉ＝ｋ×ｄ＋ｆ〕で求められる。なお、図４（Ｂ）中の二点鎖線は、図４（Ａ）の線形関係を示す直線（Ｔｘ＝ｋ×ｄ＋ｆ）であり、差演算部６３は、前記差（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）として、図４（Ｂ）に示すΔＴの値を求める。

ここで、対象物Ｂ（図３参照）の表面近傍の微粒子Ｃに関して、捕捉力演算部６２が求める捕捉力Ｔｘａは、式〔Ｔｘａ＝ｋ×ｄ＋ｆ−β〕で表される。この式中の「β」は、対象物Ｂに起因する、静電気、レーザー光の反射による定在波等の影響部分であり、変数となる。前記のとおり、差演算部６３が差（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）＝ΔＴを求めるということは、この影響部分であるβ（＝ΔＴ）を求めることであり、後にも説明するが、本実施形態の光ピンセット装置１では、このΔＴ（β）に基づいて、出力制御部６４によるレーザー出力の制御が刻々と繰り返されるフィードバック制御が行われる。

なお、捕捉する微粒子Ｃ（図３参照）が対象物Ｂの表面に接近した領域を移動する場合であっても、距離ｄが小さい場合（図４（Ｂ）参照）、微粒子−焦点間の距離ｄと、微粒子Ｃの捕捉力Ｔｘとの間で線形関係が成り立ち、前記差ΔＴの値はゼロとなる。距離ｄは、例えば捕捉する微粒子Ｃとの相対的な移動が低速である場合に小さくなり、これとは反対に、移動が高速である場合に大きくなる。

そこで、差演算部６３は、前記のとおり、対象物Ｂの表面から離れた領域で得られるはずである線形関係の式に基づいて差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）を求めてもよいが、対象物Ｂの表面の近傍を微粒子Ｃが移動する場合であって距離ｄが小さい範囲（図４（Ｂ）のｋの領域）の線形関係を延長して設定した式に基づいて、差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）を求めてもよい。なお、図４（Ａ）に示す直線と（Ｂ）に示す直線とで定数ｋは同じとなる。また、図４（Ａ）（Ｂ）に示す関係（データ）は、実験値や計算値から求めることができる。

出力制御部６４は、前記差演算部６３が求めた捕捉力ＴＸの差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）に基づいて、光源１０のレーザー出力を制御する。すなわち、図４（Ｂ）において、微粒子−焦点間の距離ｄと微粒子の捕捉力Ｔｘとが、図４（Ａ）の場合と同様に、全領域で線形関係を得るためには、出力制御部６４は、求められた前記捕捉力Ｔｘの差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）を補うように光源１０のレーザー出力を制御する。具体的に説明すると、本実施形態では、捕捉力の差（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）が正の値であり、線形関係を確保するためには捕捉力が不足していることから、差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）について捕捉力を増加させるために、光源１０のレーザー出力を増やす制御を行う。なお、差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）が負の値である場合、レーザー出力を下げる制御が行われる。

本実施形態の光源１０は、半導体レーザーを用いたものであり、図５に示すように、この半導体レーザーに入力する電流値Ｉと、光源１０からのレーザー光Ｌの出力（パワー）Ｐとは比例関係にある。さらに、レーザー光Ｌの出力Ｐと、レーザー光Ｌによる微粒子の捕捉力Ｔとは、次の式（１）に示すように比例関係にある。なお、式（１）中のαは、微粒子の屈折率、透過率、周囲の液体（溶媒）の屈折率、レーザー光Ｌのビームウエストに起因する係数である。

図５に示す電流値Ｉと出力Ｐとの比例関係、及び前記式（１）に示す出力Ｐと捕捉力Ｔとの比例関係により、電流値Ｉと捕捉力Ｔとの間においても比例関係がある。そこで、この対応関係についての情報が、出力制御部６４の内部メモリに記憶されており、出力制御部６４は、この情報に基づいて、前記差演算部６３が求めた捕捉力の差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）に相当する電流値（ΔＩ）を求め、この電流値（ΔＩ）を増加（又は減少）させる信号を生成し、この信号により光源１０の出力を制御する。

そして、これまで説明した、検出器４０による距離ｄ０（図２参照）の検出、この距離ｄ０に基づく距離演算部６１による微粒子−焦点間の距離ｄ（図３参照）の取得、この距離ｄに基づく捕捉力演算部６２による捕捉力データの取得、この捕捉力データに基づく捕捉力の差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）の取得、及び、この差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）に基づく出力制御部６４によるレーザー出力の制御が刻々と繰り返されるフィードバック制御が、光ピンセット装置１によって行われる。これにより、微粒子Ｃが対象物Ｂの表面の近傍を移動する場合であっても、微粒子−焦点間の距離ｄと捕捉力Ｔとの関係を、比例関係に近づけることができる。この結果、微粒子−焦点間の距離ｄとの関係で捕捉力Ｔを適切に確保して、微粒子Ｃを逸脱させないようにすることが可能となる。

以上、本実施形態の光ピンセット装置１は前記のように構成されているが、例えば図１示す導光手段(２１〜２７)は他の構成であってもよい。すなわち、光ピンセット装置１は、レーザー光Ｌを出射する光源１０と、この光源１０からのレーザー光Ｌを集光させるレンズ２８と、捕捉する対象となる微粒子Ｃを含む保持部材４７を搭載するステージ４６とレンズ２８とを相対的に移動させる駆動手段４８と、捕捉した微粒子Ｃとレンズ２８の焦点Ｑとの距離ｄを求めるための検出信号を出力する検出器４０と、各種の処理を行うコンピュータ装置からなる制御手段６０とを備えている。

そして、保持部材４７には（図３参照）、液体Ｗの他に、捕捉する微粒子Ｃとの関係を調べる対象となる対象物Ｂが設けられている。したがって、駆動手段４８によれば、レンズ２８によりレーザー光Ｌを集光させて捕捉した微粒子Ｃと、この微粒子Ｃの近傍に位置する対象物Ｂとを相対的に移動させることができる。特に本実施形態では、対象物Ｂの表面付近をこの表面に沿って微粒子Ｃを移動させる。

以上より、捕捉している微粒子Ｃの捕捉力Ｔと、微粒子−焦点間の距離ｄとの関係は、対象物Ｂの表面から離れた領域では線形であるのに対して、表面付近では非線形であり予測不能であるが、前記構成を備えている光ピンセット装置１によれば、対象物Ｂの表面に近い領域で捕捉した微粒子Ｃを移動させる場合であっても、光源１０のレーザー出力を制御して、微粒子Ｃの捕捉力Ｔを、微粒子−焦点間の距離ｄとの関係が線形に近づくように補うことができる。この結果、微粒子Ｃを安定して捕捉し移動させることが可能となる。つまり、対象物Ｂの表面に近い領域で微粒子Ｃを捕捉し移動させる場合であっても、その微粒子Ｃの逸脱を防止することが可能となる。

また、本実施形態では、差演算部６３は、前記捕捉力Ｔの差ΔＴ（Ｔｘｉ−Ｔｘａ）を、光源１０からのレーザー光Ｌの出力と相関がある（比例関係にある）光源１０に入力する電流値Ｉに変換し、出力制御部６４は、この電流値Ｉを加減するフィードバック制御を行う。この構成によれば、光源１０のレーザー光Ｌの出力を調整して所望の捕捉力Ｔを得ることが容易となり、微粒子Ｃをより一層安定して捕捉し移動させることが可能となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の光ピンセット装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
また、前記光ピンセット装置１を用いて、微粒子を捕捉して対象物との間で相対的に移動させることで、対象物の表面形状を計測したり、対象物との間の表面力を計測したり、対象物に対してマイクロ加工することができる。また、微粒子の捕捉力を求めることで、対象物Ｂ周囲の液体Ｗの粘性等の検出を行うことが可能となる。

１：光ピンセット装置 １０：レーザー光用の光源 ２８：レンズ
４０：検出器 ４８：駆動手段 ６２：捕捉力演算部
６３：差演算部 ６４：出力制御部 Ｌ：レーザー光
Ｑ：焦点 ｄ：距離 Ｃ：微粒子
Ｂ：対象物

Claims (2)

1. レーザー光を出射する光源と、
   前記光源からのレーザー光を集光させるレンズと、
   前記レンズによりレーザー光を集光させて捕捉した微粒子と当該微粒子の近傍に位置する対象物とを相対的に移動させる駆動手段と、
   捕捉した前記微粒子と前記レンズの焦点との距離を求めるための検出信号を出力する検出器と、
   前記検出信号から求められた前記距離に基づいて前記微粒子の捕捉力を示す捕捉力データを求める捕捉力演算部と、
   捕捉した微粒子と前記レンズの焦点との距離と、当該微粒子の捕捉力との間で成り立つ線形関係に基づいて推定される捕捉力の理論値と、前記捕捉力データが示す捕捉力との差を求める差演算部と、
   前記捕捉力の差に基づいて前記光源のレーザー出力を制御する出力制御部と、
   を備えている、光ピンセット装置。
2. 前記差演算部は、前記差を、前記光源からのレーザー光の出力と相関がある当該光源に入力する電流値に変換し、
   前記出力制御部は、前記電流値を加減するフィードバック制御を行う、請求項１に記載の光ピンセット装置。