JPH04331487A - オプティカルモーター - Google Patents
オプティカルモーターInfo
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- JPH04331487A JPH04331487A JP12846591A JP12846591A JPH04331487A JP H04331487 A JPH04331487 A JP H04331487A JP 12846591 A JP12846591 A JP 12846591A JP 12846591 A JP12846591 A JP 12846591A JP H04331487 A JPH04331487 A JP H04331487A
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- electric field
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- optical motor
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
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- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、対向する２本の直線偏
光または円偏光レーザービームを用いてローターを構成
する微小物体に回転動作を与えるオプティカルモーター
に関するものであり、さらに具体的には、例えば、マイ
クロマシン等の分野でのモーター、ロータリーポンプな
ど、回転機構に駆動力が必要となる微小装置において利
用するのに適したオプティカルモーターに関するもので
ある。
光または円偏光レーザービームを用いてローターを構成
する微小物体に回転動作を与えるオプティカルモーター
に関するものであり、さらに具体的には、例えば、マイ
クロマシン等の分野でのモーター、ロータリーポンプな
ど、回転機構に駆動力が必要となる微小装置において利
用するのに適したオプティカルモーターに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】マイクロマシン等の分野で利用するマイ
クロモーターとしては、水車状のものを物体の流れによ
り回したり、多極モーターのように、多数の極がある微
小電極を作り、電場を掛ける電極を一つずつずらして、
駆動力を発生させるなどの手段が考慮されているが、こ
れらは、通常サイズのモーターをそのまま小さくすると
いう手法に基づくものであり、技術的に多くの困難性を
伴うばかりでなく、回転軸に関して機械的な抵抗をでき
るだけ小さくした簡易な軸支を考慮するなどの必要があ
る。
クロモーターとしては、水車状のものを物体の流れによ
り回したり、多極モーターのように、多数の極がある微
小電極を作り、電場を掛ける電極を一つずつずらして、
駆動力を発生させるなどの手段が考慮されているが、こ
れらは、通常サイズのモーターをそのまま小さくすると
いう手法に基づくものであり、技術的に多くの困難性を
伴うばかりでなく、回転軸に関して機械的な抵抗をでき
るだけ小さくした簡易な軸支を考慮するなどの必要があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題は
、レーザービームを用いて微小物体を捕獲、固定できる
と共に、電場の回転によりその微小物体に回転動作を与
え得ることに着目し、微小物体を機械的な抵抗をなくし
て高速回転できるようにしたオプティカルモーターを得
ることにある。
、レーザービームを用いて微小物体を捕獲、固定できる
と共に、電場の回転によりその微小物体に回転動作を与
え得ることに着目し、微小物体を機械的な抵抗をなくし
て高速回転できるようにしたオプティカルモーターを得
ることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明のオプティカルモーターは、電気双極子を誘起
または保有する物質によりローターとなる微小物体を構
成し、この微小物体を浮かせて保持するための対向する
２本の直線偏光または円偏光レーザービームの投射手段
を備え、それらの投射手段におけるレーザービームの直
線偏光の方向または円偏光の回転方向を、微小物体が保
持される場所で所要の回転電場が発生するように設定し
たことを特徴とするものである。
、本発明のオプティカルモーターは、電気双極子を誘起
または保有する物質によりローターとなる微小物体を構
成し、この微小物体を浮かせて保持するための対向する
２本の直線偏光または円偏光レーザービームの投射手段
を備え、それらの投射手段におけるレーザービームの直
線偏光の方向または円偏光の回転方向を、微小物体が保
持される場所で所要の回転電場が発生するように設定し
たことを特徴とするものである。
【０００５】
【作用】対向する２本の直線偏光または円偏光レーザー
ビームを微小物体に投射すると、それらの間の中間位置
で微小物体が捕獲され、また、その位置で回転電場を発
生させるため、微小物体は非接触で保持されて回転し、
回転の際の抵抗が極端に少なくなる。
ビームを微小物体に投射すると、それらの間の中間位置
で微小物体が捕獲され、また、その位置で回転電場を発
生させるため、微小物体は非接触で保持されて回転し、
回転の際の抵抗が極端に少なくなる。
【０００６】
【実施例】図面を参照して本発明の実施例について詳細
に説明するに、本発明にかかるオプティカルモーターは
、マイクロマシン等の分野で利用されるモーター、ロー
タリーポンプなど、回転機構に駆動力が必要となる微小
装置において利用するのに適したものである。
に説明するに、本発明にかかるオプティカルモーターは
、マイクロマシン等の分野で利用されるモーター、ロー
タリーポンプなど、回転機構に駆動力が必要となる微小
装置において利用するのに適したものである。
【０００７】このオプティカルモーターにおいて、ロー
ターとして回転動作が与えられる微小物体は、電場によ
り電気双極子を誘起せしめられる物質、あるいは永久電
気双極子を持つ物質で作られる微細な粒子状物体であり
、その大きさは、通常、数十ｎｍから数十μｍの径を有
するもので、形状は特に限定されるものではない。例え
ば、上記物質により水車状のものを作り、これを回転さ
せてマイクロポンプを作ったり、モーターの回転子のよ
うな形状のものを作り、これを回転させてシャフトから
回転力を取り出すなどの利用が考えられる。
ターとして回転動作が与えられる微小物体は、電場によ
り電気双極子を誘起せしめられる物質、あるいは永久電
気双極子を持つ物質で作られる微細な粒子状物体であり
、その大きさは、通常、数十ｎｍから数十μｍの径を有
するもので、形状は特に限定されるものではない。例え
ば、上記物質により水車状のものを作り、これを回転さ
せてマイクロポンプを作ったり、モーターの回転子のよ
うな形状のものを作り、これを回転させてシャフトから
回転力を取り出すなどの利用が考えられる。
【０００８】図１は、本発明に係るオプティカルモータ
ーの第１実施例を示すものであり、この実施例としては
、２本の直線偏光の対向型レーザービームを用いる場合
の基本的構成を示している。このオプティカルモーター
においては、上述したような微小物体を浮かせて保持す
るための対向する２本の直線偏光レーザービームＢ１及
びＢ２の投射手段として、レーザー１，２が対向配置さ
れる。これらのレーザー１，２は、直線偏光レーザービ
ームＢ１及びＢ２を投射するものであるが、それらのビ
ームにより、後述する原理に基づいて微小物体が中間位
置Ｐ１に捕獲、固定される。これにより微小物体は非接
触で保持されるので、回転の際の抵抗が極端に少なくな
る。
ーの第１実施例を示すものであり、この実施例としては
、２本の直線偏光の対向型レーザービームを用いる場合
の基本的構成を示している。このオプティカルモーター
においては、上述したような微小物体を浮かせて保持す
るための対向する２本の直線偏光レーザービームＢ１及
びＢ２の投射手段として、レーザー１，２が対向配置さ
れる。これらのレーザー１，２は、直線偏光レーザービ
ームＢ１及びＢ２を投射するものであるが、それらのビ
ームにより、後述する原理に基づいて微小物体が中間位
置Ｐ１に捕獲、固定される。これにより微小物体は非接
触で保持されるので、回転の際の抵抗が極端に少なくな
る。
【０００９】また、上記微小物体を、それが捕獲、固定
された位置Ｐ１で回転させるため、レーザー１，２にお
いては、その微小物体の位置で回転電場を発生するよう
に、それぞれのレーザービームの直線偏光の方向が設定
される。即ち、円偏光とは、２本の直交する直線偏光の
和であるから、微小物体が捕獲されている領域で、対向
するレーザービームの直線偏光が直交していれば、そこ
で円偏光を得ることができる。
された位置Ｐ１で回転させるため、レーザー１，２にお
いては、その微小物体の位置で回転電場を発生するよう
に、それぞれのレーザービームの直線偏光の方向が設定
される。即ち、円偏光とは、２本の直交する直線偏光の
和であるから、微小物体が捕獲されている領域で、対向
するレーザービームの直線偏光が直交していれば、そこ
で円偏光を得ることができる。
【００１０】微小物体は、上記回転電場により力を受け
て回転するが、電場の回転は非常に早いので、電場の作
るトルクと微小物体の回転に対する抵抗がつり合った回
転数で、微小物体は回転する。この回転数を上げるには
、電場を強くすればよい。
て回転するが、電場の回転は非常に早いので、電場の作
るトルクと微小物体の回転に対する抵抗がつり合った回
転数で、微小物体は回転する。この回転数を上げるには
、電場を強くすればよい。
【００１１】図２は、本発明に係るオプティカルモータ
ーの第２実施例を示すものであり、この実施例では、２
本の円偏光の対向型レーザービームを用いている。この
オプティカルモーターにおいては、上記第１実施例と同
様に、微小物体を浮かせて保持するため、レーザー３，
４が対向配置されるが、それらは、対向する２本の円偏
光レーザービームＢ３及びＢ４を投射するもので、それ
らのビームにより、後述する原理に基づいて微小物体が
中間位置Ｐ２に捕獲、固定される。また、上記微小物体
を捕獲、固定された場所で回転させるため、レーザー３
，４においては、その微小物体の位置で同じ方向に電場
が回転するように、それぞれのレーザービームの円偏光
の回転方向が設定される。
ーの第２実施例を示すものであり、この実施例では、２
本の円偏光の対向型レーザービームを用いている。この
オプティカルモーターにおいては、上記第１実施例と同
様に、微小物体を浮かせて保持するため、レーザー３，
４が対向配置されるが、それらは、対向する２本の円偏
光レーザービームＢ３及びＢ４を投射するもので、それ
らのビームにより、後述する原理に基づいて微小物体が
中間位置Ｐ２に捕獲、固定される。また、上記微小物体
を捕獲、固定された場所で回転させるため、レーザー３
，４においては、その微小物体の位置で同じ方向に電場
が回転するように、それぞれのレーザービームの円偏光
の回転方向が設定される。
【００１２】レーザービームによる微小物体の捕獲、固
定は、次のような原理に基づいている。レーザービーム
が微小粒子に対して与える力としては、■．光が粒子の
中を通る時に屈折して運動量が移行することにより起き
る力、■．電気双極子が電場と相互作用して起こす力、
■．光が粒子を押す力、の三つが考えられる。上記■と
■は、微小物体をレーザービームの軸上に引き込めよう
とする力として作用し、■と■は、微小物体をレーザー
ビームの軸方向に押す力として作用するものである。
定は、次のような原理に基づいている。レーザービーム
が微小粒子に対して与える力としては、■．光が粒子の
中を通る時に屈折して運動量が移行することにより起き
る力、■．電気双極子が電場と相互作用して起こす力、
■．光が粒子を押す力、の三つが考えられる。上記■と
■は、微小物体をレーザービームの軸上に引き込めよう
とする力として作用し、■と■は、微小物体をレーザー
ビームの軸方向に押す力として作用するものである。
【００１３】従って、前者の力により粒子をレーザービ
ームの軸上に閉じ込めることができる。また、後者の力
により、レーザービームの軸上に閉じ込められた粒子を
レーザービームの進行方向に押すことができる。さらに
、２本のビームを同軸上で互いに逆方向に照射すると、
粒子を前後から押すことにより、それを３次元的に捕獲
、固定することができる。この時、２本の対向するレー
ザービームをそれぞれ長焦点のレンズを用いて鋭角に焦
点を結ばせると、お互いの焦点の間に粒子が捕獲、固定
される。
ームの軸上に閉じ込めることができる。また、後者の力
により、レーザービームの軸上に閉じ込められた粒子を
レーザービームの進行方向に押すことができる。さらに
、２本のビームを同軸上で互いに逆方向に照射すると、
粒子を前後から押すことにより、それを３次元的に捕獲
、固定することができる。この時、２本の対向するレー
ザービームをそれぞれ長焦点のレンズを用いて鋭角に焦
点を結ばせると、お互いの焦点の間に粒子が捕獲、固定
される。
【００１４】ここで、図３を参照して、さらに具体的に
説明すると、同図に示すように、レーザービーム１０が
球状の粒子１１の表面で屈曲する時、運動量の移行が起
き、力ＦＤｉ１，ＦＤｉ２，ＦＤｏ１，ＦＤｏ２が発生
する。図中のＦ１，Ｆ２は、粒子２のそれぞれの半球で
発生した力の積分を表す。
説明すると、同図に示すように、レーザービーム１０が
球状の粒子１１の表面で屈曲する時、運動量の移行が起
き、力ＦＤｉ１，ＦＤｉ２，ＦＤｏ１，ＦＤｏ２が発生
する。図中のＦ１，Ｆ２は、粒子２のそれぞれの半球で
発生した力の積分を表す。
【００１５】いま、粒子１１の中心がビーム１０の軸上
からずれたとすると、ビームの軸に近い位置の方が電場
が強く、粒子１１の軸に近い部分に作用する力が強いの
で、結果的に、Ｆ１とＦ２のビームの軸と垂直の方向の
力の和がビームの中心方向を向く。そのため、粒子１１
には、ビーム１０の中心方向へ引き込まれる力が作用す
る。
からずれたとすると、ビームの軸に近い位置の方が電場
が強く、粒子１１の軸に近い部分に作用する力が強いの
で、結果的に、Ｆ１とＦ２のビームの軸と垂直の方向の
力の和がビームの中心方向を向く。そのため、粒子１１
には、ビーム１０の中心方向へ引き込まれる力が作用す
る。
【００１６】また、Ｆ１，Ｆ２の力は、ビームの軸方向
への力ＦＦをも発生する。レーザービーム１０が平行ビ
ームあるいは鋭角に焦点を結ぶビームの場合、Ｆ１，Ｆ
２の合力ＦＦはビームの進行方向に粒子１１を押す。従
って、右からのビームと左からのビームのＦＦが釣り合
う点で粒子がトラップされる。鋭角に焦点を結ぶビーム
の場合、この釣り合う点は、通常２つのビームのそれぞ
れの焦点の間に位置している。このレーザーによる捕獲
、固定の原理は、対向する２本の直線偏光及び円偏光レ
ーザービームを用いる場合に共通である。
への力ＦＦをも発生する。レーザービーム１０が平行ビ
ームあるいは鋭角に焦点を結ぶビームの場合、Ｆ１，Ｆ
２の合力ＦＦはビームの進行方向に粒子１１を押す。従
って、右からのビームと左からのビームのＦＦが釣り合
う点で粒子がトラップされる。鋭角に焦点を結ぶビーム
の場合、この釣り合う点は、通常２つのビームのそれぞ
れの焦点の間に位置している。このレーザーによる捕獲
、固定の原理は、対向する２本の直線偏光及び円偏光レ
ーザービームを用いる場合に共通である。
【００１７】前記微小物体は、電気双極子を誘起または
保有する物質により形成しているため、次のような原理
により回転させることができる。即ち、電気双極子は、
電場の方向を向こうとする力を電場から受けるが、電場
が回転すれば、双極子もそれを追いかけて回転しようと
する。双極子が物体内部で回転するとき、物体のこの回
転面内での断面が円でなければ、双極子が物体にストレ
スをかけ、回転トルクを発生する。ここでいう「円でな
い」というのは、外形的に円でないということに限らず
、外形が円でも誘電率の分布が円対称でなければよい。 微小物体がこのような電気双極子を持てば、その微小物
体に回転を与えることができる。
保有する物質により形成しているため、次のような原理
により回転させることができる。即ち、電気双極子は、
電場の方向を向こうとする力を電場から受けるが、電場
が回転すれば、双極子もそれを追いかけて回転しようと
する。双極子が物体内部で回転するとき、物体のこの回
転面内での断面が円でなければ、双極子が物体にストレ
スをかけ、回転トルクを発生する。ここでいう「円でな
い」というのは、外形的に円でないということに限らず
、外形が円でも誘電率の分布が円対称でなければよい。 微小物体がこのような電気双極子を持てば、その微小物
体に回転を与えることができる。
【００１８】直線偏光を用いるか、円偏光を用いるかは
、そこまで光をどのようにして導いていくかにより、直
線偏光を用いるほうが効率がよいか、円偏光を用いるほ
うが効率がよいかにより判断する。これは、実際に装置
を組み上げるときに考えることである。
、そこまで光をどのようにして導いていくかにより、直
線偏光を用いるほうが効率がよいか、円偏光を用いるほ
うが効率がよいかにより判断する。これは、実際に装置
を組み上げるときに考えることである。
【００１９】
【発明の効果】このような本発明のオプティカルモータ
ーによれば、ローターを構成する微小物体の保持をオプ
ティカルトラップにより行うため、機械的な抵抗をなく
すことができ、またトルクの発生を光の回転電場によっ
て行うので、超高回転を行わせることができる。
ーによれば、ローターを構成する微小物体の保持をオプ
ティカルトラップにより行うため、機械的な抵抗をなく
すことができ、またトルクの発生を光の回転電場によっ
て行うので、超高回転を行わせることができる。
【図１】本発明の第１実施例の基本的構成を示す構成図
である。
である。
【図２】本発明の第２実施例の基本的構成を示す構成図
である。
である。
【図３】本発明に基づいて微小物体を保持するための原
理を説明するための説明図である。
理を説明するための説明図である。
１，２，３，４ レーザー、Ｂ１，Ｂ２
直線偏光レーザービーム、Ｂ３，Ｂ４ 円偏光レ
ーザービーム。
直線偏光レーザービーム、Ｂ３，Ｂ４ 円偏光レ
ーザービーム。
Claims (2)
- 【請求項１】電気双極子を誘起または保有する物質によ
り、ローターとなる微小物体を構成し、この微小物体を
浮かせて保持するための対向する２本の直線偏光レーザ
ービームの投射手段を備え、それらの投射手段における
レーザービームの直線偏光の方向を、微小物体が保持さ
れる場所で回転電場が発生するように設定したことを特
徴とするオプティカルモーター。 - 【請求項２】電気双極子を誘起または保有する物質によ
り、ローターとなる微小物体を構成し、この微小物体を
浮かせて保持するための対向する２本の円偏光レーザー
ビームの投射手段を備え、それらの投射手段におけるレ
ーザービームの円偏光の回転方向を、微小物体が保持さ
れる場所で同じ方向に電場が回転するように設定したこ
とを特徴とするオプティカルモーター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128465A JPH072034B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | オプティカルモーター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128465A JPH072034B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | オプティカルモーター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331487A true JPH04331487A (ja) | 1992-11-19 |
| JPH072034B2 JPH072034B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14985396
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3128465A Expired - Lifetime JPH072034B2 (ja) | 1991-04-30 | 1991-04-30 | オプティカルモーター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH072034B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7444817B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same |
| US7530795B2 (en) | 2003-06-13 | 2009-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Fluid control mechanism |
-
1991
- 1991-04-30 JP JP3128465A patent/JPH072034B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7444817B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same |
| US7530795B2 (en) | 2003-06-13 | 2009-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Fluid control mechanism |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH072034B2 (ja) | 1995-01-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |