JPH09164331A - ２ビームトラッピング方法及び装置 - Google Patents
２ビームトラッピング方法及び装置Info
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- JPH09164331A JPH09164331A JP32895795A JP32895795A JPH09164331A JP H09164331 A JPH09164331 A JP H09164331A JP 32895795 A JP32895795 A JP 32895795A JP 32895795 A JP32895795 A JP 32895795A JP H09164331 A JPH09164331 A JP H09164331A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２ビームトラッピング装置において、レーザ
光源に大きな出力を要さず、装置構造が単純で、しかも
重量の異なる微粒子を２つのレーザビームで各々独立し
て効率よく捕捉できるようにする。 【解決手段】 レーザ発振器１から出射したレーザビー
ムを偏波面保存ファイバ４で伝送してλ／２波長板６に
導き、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分岐する。λ／２波長板６の回転
によりＳ偏光成分とＰ偏光成分の光量分割比が変えられ
る。分割ビームは２軸あおり機能をもつ偏向ミラー８、
９により偏向され、第２の偏光ビームスプリッタ１０に
より同一光路にもどされる。戻された２本のビームは１
組の瞳転送レンズ１１、１２により対物レンズ１４の瞳
位置２５に集光されるので、大きな角度でビーム１９、
２０を偏向させても顕微鏡１７の対物レンズ１４に入射
させることができる。
光源に大きな出力を要さず、装置構造が単純で、しかも
重量の異なる微粒子を２つのレーザビームで各々独立し
て効率よく捕捉できるようにする。 【解決手段】 レーザ発振器１から出射したレーザビー
ムを偏波面保存ファイバ４で伝送してλ／２波長板６に
導き、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分岐する。λ／２波長板６の回転
によりＳ偏光成分とＰ偏光成分の光量分割比が変えられ
る。分割ビームは２軸あおり機能をもつ偏向ミラー８、
９により偏向され、第２の偏光ビームスプリッタ１０に
より同一光路にもどされる。戻された２本のビームは１
組の瞳転送レンズ１１、１２により対物レンズ１４の瞳
位置２５に集光されるので、大きな角度でビーム１９、
２０を偏向させても顕微鏡１７の対物レンズ１４に入射
させることができる。
Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
トラッピング装置には、次のような問題点があった。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
に本発明は次のように構成したものである。
【００１６】第１の発明は、複数の光ビームを相互に異
なる微粒子に照射し、これらの微粒子を各々独立して捕
捉する２ビームトラッピング方法において、１本の光ビ
ームを各微粒子を各々独立して捕捉するために各微粒子
の重量に応じた光量比に２分割して、２分割した光ビー
ムをさらに合成して前記微粒子に照射することにより、
相互に異なる重量をもつ微粒子を各々独立して捕捉でき
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。
なる微粒子に照射し、これらの微粒子を各々独立して捕
捉する２ビームトラッピング方法において、１本の光ビ
ームを各微粒子を各々独立して捕捉するために各微粒子
の重量に応じた光量比に２分割して、２分割した光ビー
ムをさらに合成して前記微粒子に照射することにより、
相互に異なる重量をもつ微粒子を各々独立して捕捉でき
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
１、図３を用いて説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００２９】瞳転送レンズ１１、１２の焦点距離を
ｆ1 、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。
ｆ1 、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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
レンビーズの２ビームトラッピングを行なった。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ピング装置の全体構成図である。
【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。
ム分岐・合成部の説明図である。
【図３】本実施の形態の瞳転送部の説明図である。
【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。
ーの概略構成図である。
【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。
合成部の説明図である。
【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。
レンズを使用したビーム分岐・合成部の説明図である。
【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。
レンズを使用したビーム分岐・合成部の説明図である。
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
Claims (4)
- 【請求項１】２つの光ビームを相互に異なる微粒子に照
射し、これらの微粒子を各々独立して捕捉する２ビーム
トラッピング方法において、 １本の光ビームを、各微粒子を各々独立して捕捉するた
めに各微粒子の重量に応じた光量比に２分割し、２分割
した光ビームをさらに合成して前記微粒子に照射するこ
とにより、相互に異なる重量をもつ微粒子を各々独立し
て捕捉できるようにした２ビームトラッピング方法。 - 【請求項２】２つの光ビームを相互に異なる微粒子に照
射し、これらの微粒子を各々独立して捕捉する２ビーム
トラッピング装置において、 光源と、 光源からの光ビームを２分岐するための第１の偏光ビー
ムスプリッタと、 分岐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岐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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32895795A JP3386643B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | ２ビームトラッピング方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32895795A JP3386643B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | ２ビームトラッピング方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09164331A true JPH09164331A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3386643B2 JP3386643B2 (ja) | 2003-03-17 |
Family
ID=18216008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32895795A Expired - Lifetime JP3386643B2 (ja) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | ２ビームトラッピング方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3386643B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000241310A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微細物体の操作装置および操作方法 |
| WO2005114151A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | National University Corporation NARA Institute of Science and Technology | 測定システム |
| JP2011099986A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Olympus Corp | 位相変調型空間光変調器を用いたレーザ顕微鏡 |
| WO2015002041A1 (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 国立大学法人東京大学 | 視線方向制御装置 |
| JP2019503506A (ja) * | 2015-12-23 | 2019-02-07 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＬｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＣＭＳ ＧｍｂＨ | 走査顕微鏡における使用のための、対象物を走査する走査装置 |
| CN114414552A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-04-29 | 之江实验室 | 一种微粒光散射谱分析装置及其应用方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104049324B (zh) * | 2014-07-04 | 2016-01-20 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种高功率半导体激光光纤耦合系统及其装调方法 |
-
1995
- 1995-12-18 JP JP32895795A patent/JP3386643B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000241310A (ja) * | 1999-02-19 | 2000-09-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 微細物体の操作装置および操作方法 |
| WO2005114151A1 (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-01 | National University Corporation NARA Institute of Science and Technology | 測定システム |
| JP2005337730A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Nara Institute Of Science & Technology | 測定システム |
| JP2011099986A (ja) * | 2009-11-06 | 2011-05-19 | Olympus Corp | 位相変調型空間光変調器を用いたレーザ顕微鏡 |
| US9158100B2 (en) | 2009-11-06 | 2015-10-13 | Olympus Corporation | Laser microscope using phase-modulation type spatial light modulator |
| WO2015002041A1 (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-08 | 国立大学法人東京大学 | 視線方向制御装置 |
| JP2015014731A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 国立大学法人 東京大学 | 視線方向制御装置 |
| US10481381B2 (en) | 2013-07-05 | 2019-11-19 | The University Of Tokyo | Line-of-sight direction control device |
| JP2019503506A (ja) * | 2015-12-23 | 2019-02-07 | ライカ マイクロシステムズ シーエムエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングＬｅｉｃａ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ ＣＭＳ ＧｍｂＨ | 走査顕微鏡における使用のための、対象物を走査する走査装置 |
| US11150453B2 (en) | 2015-12-23 | 2021-10-19 | Leica Microsystems Cms Gmbh | Scanning device for scanning an object for use in a scanning microscope |
| CN114414552A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-04-29 | 之江实验室 | 一种微粒光散射谱分析装置及其应用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3386643B2 (ja) | 2003-03-17 |
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