(57)【要約】【課題】捕捉精度を向上させる光ピンセット装置を提供することを目的とする。【解決手段】レーザ光を集光させて集光点を形成させるための位相パターンを生成する位相パターン生成器と、位相パターンに応じてレーザ光の位相を変調する変調器と、レーザ光の照射中に撮像部による撮像画像から物体の現在位置を特定する制御部と、を備え、位相パターン生成器は、集光点を終点に向けて連続的に遷移する複数の位相パターンを含む第１位相パターン群を生成し、制御部は、特定された物体の現在位置と、レーザ光の集光点とがずれているかどうかを判断し、制御部が物体の現在位置とレーザ光の集光点とがずれていると判断した場合、位相パターン生成器は、物体の現在位置にレーザ光を集光させる第２位相パターンを生成する、光ピンセット装置である。【選択図】図１
2020204735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する光源と、
捕捉対象である物体を含む試料を保持するステージと、
前記物体を撮像する撮像部と、
前記物体の移動先の終点を設定する入力部と、
前記レーザ光を集光させて集光点を形成させるための位相パターンを生成する位相パターン生成器と、
前記位相パターンに応じて前記レーザ光の位相を変調する変調器と、
前記レーザ光の照射中に前記撮像部による撮像画像から前記物体の現在位置を特定する制御部と、
を備え、
前記位相パターン生成器は、前記集光点を前記終点に向けて連続的に遷移する複数の位相パターンを含む第１位相パターン群を生成し、
前記制御部は、特定された前記物体の現在位置と、前記レーザ光の集光点とがずれているかどうかを判断し、
前記制御部が前記物体の現在位置と前記レーザ光の集光点とがずれていると判断した場合、前記位相パターン生成器は、前記物体の前記現在位置に前記レーザ光を集光させる第２位相パターンを生成する、
光ピンセット装置。
【請求項２】
前記第１位相パターン群は、前記入力部によって入力された前記物体の移動経路の始点から前記終点まで、前記レーザ光の集光点が連続的に遷移する複数の位相パターンを含む、
請求項１に記載の光ピンセット装置。
【請求項３】
前記第２位相パターンは、始点としての前記物体の現在位置から前記入力部によって入力された前記終点まで、前記レーザ光の集光点が連続的に遷移する複数の位相パターンを含む第２位相パターン群である、
請求項２に記載の光ピンセット装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記物体の重心が前記レーザ光の集光点の半径よりも外側にある場合に、前記物体と前記レーザ光の集光点とがずれていると判断する、
請求項１から３のいずれか１つに記載の光ピンセット装置。
【請求項５】
前記位相パターン生成器は、前記集光点と前記位相パターンとのデータセットを教師データとして予め学習させた学習装置である、
請求項１から４のいずれか１つに記載の光ピンセット装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記レーザ光の照射中に前記物体の大きさを特定し、
前記特定された前記物体の大きさと、予め定められた大きさとを比較し、
前記制御部は、前記特定された前記物体の大きさが前記予め定められた大きさより大きいと判断した場合、前記位相パターン生成器は、前記レーザ光のエネルギを増加させた位相パターンを生成する、
請求項１から５のいずれか１つに記載の光ピンセット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光の圧力を利用して微粒子を捕捉し移動させる光ピンセット装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、下記の特許文献１（特許第４７８６２９１号）には、複数の捕捉位置に光を集光させて、光の圧力によってそれらの捕捉位置に物体を捕捉する光ピンセット装置が開示されている。この光ピンセット装置では、空間変調器の変調面を複数に分割し、その中の複数個の領域を一つの捕捉位置に対応する領域として配置している。分割された変調面におけるそれらの配置を適切に配置することで、集光に寄与する開口数（ＮＡ）を小さくすることなく、分岐された光ビームの集光点において高い捕捉力を発揮する光ピンセット装置を提供することができる。
【０００３】
特許文献１における光ピンセット装置では、複数の捕捉位置に光を集束させ、その光の圧力によって複数の捕捉位置の各々に物体を捕捉することが可能な光ピンセット装置に関する。この光ピンセット装置は、読出し光を発する発光手段と、複数の捕捉位置の各々に対して一つ以上の部分位相パターンを用意し、これらの部分位相パターンを２次元的に配列して出力位相パターンを作成する位相パターン生成手段と、出力位相パターンに応じて読出し光の位相を変調する空間光変調器とを備えている。位相パターン生成手段は、複数の捕捉位置の一つに光を集束させるために複数の部分位相パターンを用意し、当該複数の部分位相パターンの一つが当該複数の部分位相パターンの他の部分位相パターンの少なくとも一つと離間するように、当該複数の部分位相パターンを配列する。
【０００４】
読出し光が空間光変調器に入射すると、読出し光に含まれる複数の光ビームが複数の部分位相パターンによってそれぞれ変調され、対応する捕捉位置に集束する。一つの捕捉位置に光を集束させるために用意された複数の部分位相パターンのうち一の部分位相パターンが他の部分位相パターンの少なくとも一つから離間しているので、広範囲に分布した位置から発する光が一つの捕捉位置に集束することになる。これにより、当該捕捉位置に集束する光の開口数が増大するので、この光ピンセット装置は当該捕捉位置において高い捕捉力を発揮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７８６２９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成では、物体の位置が外乱などによって捕捉位置からずれた場合には、捕捉することができなくなる。
【０００７】
本開示は、従来の課題を解決するもので、捕捉精度を向上させる光ピンセット装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示の光ピンセット装置は、レーザ光を照射する光源と、
捕捉対象である物体を含む試料を保持するステージと、
前記物体を撮像する撮像部と、
前記物体の移動先の終点を設定する入力部と、
前記レーザ光を集光させて集光点を形成させるための位相パターンを生成する位相パターン生成器と、
前記位相パターンに応じて前記レーザ光の位相を変調する変調器と、
前記レーザ光の照射中に前記撮像部による撮像画像から前記物体の現在位置を特定する制御部と、
を備え、
前記位相パターン生成器は、前記集光点を前記終点に向けて連続的に遷移する複数の位相パターンを含む第１位相パターン群を生成し、
前記制御部は、特定された前記物体の現在位置と、前記レーザ光の集光点とがずれているかどうかを判断し、
前記制御部が前記物体の現在位置と前記レーザ光の集光点とがずれていると判断した場合、前記位相パターン生成器は、前記物体の前記現在位置に前記レーザ光を集光させる第２位相パターンを生成する。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本開示の構成によって、微粒子の移動経路をモニタリングし微粒子位置と捕捉位置にずれが生じた場合に位相パターンを再生成することで所望の位置に微粒子を誘導することができ、捕捉精度の高い光ピンセット装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の光ピンセット装置の構成図
【図２】実施の形態１における光ピンセット装置の動作の流れを示すフローチャート
【図３】捕捉ビームの集光点と微粒子の位置とを示す説明図であり、（ａ）は、第１位相パターン群による微粒子の移動経路を示し、（ｂ）は微粒子の位置と捕捉ビームがずれた場合を示し、（ｃ）は捕捉ビームの位置を補正した場合を示す
【図４】捕捉ビームの集光点と微粒子との位置ずれを示す説明図であり、（ａ）は、微粒子の位置と捕捉ビームとの一致を示し、（ｂ）は、微粒子の位置と捕捉ビームが許容範囲内である状態を示し、（ｃ）は、微粒子の位置と捕捉ビームがずれた場合を示す
【図５】捕捉ビームの集光点と微粒子の位置とを示す説明図であり、（ａ）は、第１位相パターン群による微粒子の移動経路を示し、（ｂ）は微粒子の位置と捕捉ビームがずれた場合を示し、（ｃ）は捕捉ビームの位置を補正した場合を示す
【図６】レーザ光の集光点にある微粒子の説明図
【図７】レーザ光の集光点にある微粒子の説明図
【図８】実施の形態２における光ピンセット装置の動作の流れを示すフローチャート
【図９】複数の微粒子を移動させる際の模式図
【図１０】複数の微粒子をそれぞれの終点に移動させた説明図
【図１１】学習装置の模式図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１における光ピンセット装置Ｄｐの構成図である。光ピンセット装置Ｄｐは、光源１、撮像部３、変調器６、ステージ７、位相パターン生成器５０、制御部６０、及び、入力部７０を備える。光ピンセット装置Ｄｐは、さらに、コリメータ５、複数のミラー４、及び、ダイクロイックミラー４１を備える。
【００１３】
図１において、光源１から照射されたレーザ光２は、焦点距離の異なるレンズ５ａ、５ｂからなるコリメータ５によって、拡大または縮小されて変調器６に適した直径に調整される。光源１は、例えば、レーザ発振器である。コリメータ５によって光径が調整されたレーザ光２は、ミラー４を介して変調器６に入射する。
【００１４】
変調器６は、例えば、液晶パネル６ａを有し、この液晶パネル６ａに位相パターン生成器５０により生成された位相パターンを表示させる。変調器６は、位相パターンが表示された液晶パネル６ａの面にレーザ光２を反射させることによって、レーザ光２に位相差をつけることができる。変調器６は、この位相差による回折現象を利用することで、試料８に照射されるレーザ光２の様態、例えば、集光点２１や集光点２１におけるレーザ光２のエネルギを制御する。位相パターンは、例えば、特許文献１に開示されている計算機ホログラム（ＣＧＨ）である。
【００１５】
位相パターン生成器５０は、変調器６で表示する位相パターンを生成する。生成した位相パターンは、制御部６０の指示により変調器６へ送信する。位相パターン生成器５０及び制御部６０は、例えば、マイコン、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣで構成することができる。また、位相パターン生成器５０及び制御部６０は、例えば、ハードディスク（ＨＤＤ）、ＳＳＤ、メモリ又はこれらの組み合わせによって構成される記憶部を備える。
【００１６】
変調器６で反射したレーザ光２は、ミラー４およびダイクロイックミラー４１を介してレンズ５ｃによって集光され、ステージ７の下面から試料８に照射される。試料８は、例えば、液体８１ａと液体８１ａに漂う観察対象の物体としての微粒子８１ｂとを含む。なお、以下の説明において、捕捉ビーム２ａとは、変調器６で反射してレンズ５ｃによって集光されて試料８に向けられたレーザ光２のことである。
【００１７】
ステージ７の上面には、試料８が載置されている。ステージ７は、３軸方向に位置調整可能であり、ステージ７に接続されたアクチュエータを用いて制御部６０により駆動制御可能である。
【００１８】
微粒子８１ｂは、例えば、細胞または脂肪の小さな塊である。なお、本開示における微粒子とは、１０μｍ〜５００μｍ程度の大きさを有する。集光されたレーザ光２の集光位置では光圧力が生じ、微粒子８１ｂが集光部分に捕捉される。
【００１９】
図１において、撮像部３はダイクロイックミラー４１の裏面からステージ７の上の液体８１ａ中の微粒子８１ｂを観察できるように配置されている。撮像部３は、例えば、カメラである。撮像部３の映像は、制御部６０に取り込まれ、制御部６０は、微粒子８１ｂの位置及び捕捉ビーム２ａの集光位置を画像処理により特定することができる。制御部６０は、液晶表示装置などのモニタを備え、撮像部３の映像がモニタに表示される。
【００２０】
制御部６０は、微粒子８１ｂの位置及び捕捉ビーム２ａの集光位置を含むデータから、位相パターンの修正が必要であると判断した際には、位相パターン生成器５０に対して新たな位相パターンの計算を指示し、修正後の位相パターンを用いて変調器６へ位相データを出力する。
【００２１】
入力部７０は、ユーザが制御部６０に指示するための入力機器であり、例えば、ポインティングデバイスやキーボードを含む。ポインティングデバイスは、例えば、マウスやタッチパッドである。
【００２２】
次に、図２及び図３を参照して、光ピンセット装置の動作を説明する。図２は、光ピンセット装置の動作の流れを示すフローチャートである。図３は、捕捉ビームの集光点と微粒子の位置とを示す説明図であり、（ａ）は、第１位相パターン群による微粒子の移動経路を示し、（ｂ）は微粒子の位置と捕捉ビームがずれた場合を示し、（ｃ）は捕捉ビームの位置を補正した場合を示す。
【００２３】
撮像部３により撮像された試料８の画像は、制御部６０のモニタに表示される。この試料８の画像において、ユーザは、入力部７０を用いて観察対象とする微粒子８１ｂを特定する。これにより、微粒子８１ｂの移動経路の始点１３が設定される。次に、ユーザは試料８の画像において、特定した微粒子８１ｂの移動先の終点１４を設定する（Ｓ１１）。なお、観察対象とする微粒子８１ｂの特定は、画像処理により制御部６０が実施してもよい。
【００２４】
位相パターン生成器５０は、試料８の画像において、設定された始点１３及び終点１４を基に、始点１３から終点１４まで捕捉ビーム２ａの集光点２１が連続的に遷移する第１位相パターン群を生成する。集光点２１を遷移させるごとに位相パターンが必要であり、第１位相パターン群は、これらの複数の位相パターンを含む。位相パターン生成器５０は、始点１３に集光点２１が位置するように捕捉ビーム２ａを集光させる位相パターンを制御部６０を介して変調器６に送る（Ｓ１３）。これにより、始点１３を中心として捕捉ビーム２ａが集光する集光点２１が形成される。
【００２５】
撮像部３は、常時、試料８を撮像しており、制御部６０は、撮像部３の画像を取得する（Ｓ１４）。制御部６０は、取得した撮像画像を基に、画像処理により、微粒子８１ｂの現在位置と集光点２１とがずれているか否かを判断する。図２Ａ（ａ）に示すように、集光点２１内に微粒子８１ｂが含まれる場合、制御部６０は、微粒子８１ｂの現在位置と集光点２１とがずれていないと判断し（Ｓ１５でＮｏ）、続いて、微粒子８１ｂが終点１４に到着しているか否かを判断する（Ｓ１６）。制御部６０は、微粒子８１ｂが終点１４に到着していないと判断すると（Ｓ１６でＮｏ）、ステップＳ１３に戻り、位相パターン生成器５０は、集光点２１を次の遷移先に形成させる位相パターンを変調器６に送る。
【００２６】
捕捉ビーム２ａの集光点２１と微粒子８１ｂとの位置関係について図４を参照して説明する。図４は捕捉ビームの集光点２１と微粒子８１ｂの位置関係を説明する説明図である。
【００２７】
捕捉ビーム２ａの集光点２１の内側に微粒子８１ｂが存在する場合、光圧力によって微粒子８１ｂは捕捉ビーム２ａの中心に向かう力を受けそこで安定する。光ピンセット装置Ｄｐにおいて通常の状態では、図４（ａ）に示されるように微粒子８１ｂの重心と捕捉ビームの集光点２１の中心とがほぼ一致した状態にある。なお、図３において、微粒子８１ｂの重心８２は、その中心と一致している。
【００２８】
しかしながら、移動経路の始点１３の初期位置の入力ミスや、外乱などによって微粒子８１ｂの位置が捕捉ビーム２ａの集光点２１の位置とは異なる場合が発生する。このような場合に、撮像部３で撮像した画像から微粒子８１ｂの重心８２と捕捉ビーム２ａの集光点２１の中心２２の間の距離を比較し、ズレが大きい場合には、捕捉ビーム２ａの照射位置を修正する。このとき、例えば、図４（ｂ）に示すように、微粒子８１ｂの重心８２と捕捉ビームの集光点２１の中心２２との距離３１が捕捉ビームの半径２３よりも小さい場合は修正を行わず、図４（ｃ）に示すように、微粒子８１ｂの重心８２と捕捉ビーム２ａの集光点２１の中心２２との距離３１が捕捉ビームの半径２３よりも大きくなる場合に修正を行う。
【００２９】
再び、図２及び図３を参照する。ステップＳ１３からステップＳ１６の処理を繰り返し、集光点２１が終点１４に向けて移動するのに伴って、微粒子８１ｂも徐々に終点１４に向けて移動する。ここで、外乱により液体８１ａが流動し、図３（ｂ）に示すように微粒子８１ｂが移動経路１１からずれたとする。
【００３０】
このような状態の撮像画像が制御部６０へ送られ、制御部６０は微粒子８１ｂの現在位置と集光点２１とがずれていると判断する。制御部６０は、例えば、上述したように、微粒子８１ｂの重心８２と捕捉ビーム２ａの集光点２１の中心２２との距離３１が捕捉ビームの半径２３よりも大きい場合にずれていると判断する（Ｓ１５でＹｅｓ）。
【００３１】
この場合、制御部６０は、位相パターン生成器５０に微粒子８１ｂの現在位置に捕捉ビーム２ａの集光点２１を形成する第２位相パターンを生成するように指示する。位相パターン生成器５０は、制御部６０からの指示にしたがって、微粒子８１ｂの現在位置に捕捉ビーム２ａの集光点２１を形成する第２位相パターンを生成する（Ｓ１７）。第２位相パターンは、例えば、移動経路１１からずれた微粒子８１ｂの現在位置を始点として、既に算出された移動経路１１までの最短距離を遷移する移動経路１２上の複数の位相パターンを含む位相パターン群として構成されてもよい。
【００３２】
位相パターン生成器５０は、図３（ｃ）に示すように、生成された第２位相パターンを既に算出された第１位相パターンの経路１１と組み合わせて、第１位相パターンを更新する。
【００３３】
その後、制御部６０は、微粒子８１ｂが終点１４に到着したかどうかを判断する。制御部６０は、微粒子８１ｂが終点１４に到着していないと判断すると（Ｓ１６でＮｏ）、ステップＳ１３に戻り、位相パターン生成器５０は、更新された第１位相パターン群における次の位相パターンを変調器６に送る。このようにして、微粒子８１ｂが当初の移動経路である第１位相パターンの移動経路１１に対して位置が離れたとしても、第１位相パターンの移動経路１１の終点１４の位置まで移動させることができる。微粒子８１ｂが終点１４の位置まで移動すると、ステップＳ１６において、制御部６０が微粒子８１ｂは終点１４に到着したと判断し（Ｓ１６でＹｅｓ）、集光点の移動の制御を終了する。
【００３４】
次に、実施の形態１の変形例を説明する。上述した実施の形態１では、図５（ａ）に示すように、第１位相パターン群は、入力部７０によって入力された第１位相パターンの経路の始点１３を始点とし、第１位相パターン群の経路の終点１４を終点として捕捉ビーム２ａの集光点２１が連続的に遷移する位相パターンである。微粒子８１ｂは、第１位相パターンの経路１１に沿って移動する捕捉ビームの集光点２１の移動に伴って、第１位相パターンの経路の終点１４に向かって移動する。
【００３５】
ここで、図５（ｂ）に示す様に、外乱などによって微粒子８１と捕捉ビームの集光点２１の位置が離れた場合は、捕捉ビームの集光点２１のみが移動し、微粒子８１はその場に取り残される。そこで、移動経路１１までの第２位相パターンを生成していた。変形例においては、例えば、初期位置の段階でずれている場合、移動経路１１から大きくずれた場合など、現在位置を新たな始点１５として、図５（ｃ）に示すように、終点１４まで新しい移動経路を設定し、第１位相パターン群を新たに生成してもよい。
【００３６】
撮像部３によって撮像された映像を基に、微粒子８１と捕捉ビーム２ａの集光点２１の間隔が一定距離よりも大きくなった場合に、図５（ｃ）に示すように捕捉ビーム２ａの集光点２１を第１位相パターン群の移動経路１１の始点１３から第２位相パターン群による移動経路１２の始点１５へ移動させる。ここで、第２位相パターン群による移動経路の始点１５とは、捕捉ビームの集光点２１と一定距離の間隔を有する微粒子８１ｂの現在位置と一致する。そして、第２位相パターン群とは、第２位相パターンによる移動経路１２の始点１５を始点とし、第１位相パターンの経路の終点１４を終点として、捕捉ビーム２ａの集光点２１が連続的に遷移する複数の位相パターンを含む。
【００３７】
実施の形態１の光ピンセット装置Ｄｐによれば、レーザ光２を照射する光源１と、捕捉対象である微粒子８１ｂを含む試料８を保持するステージ７と、微粒子８１ｂを撮像する撮像部３と、微粒子８１ｂの移動先の終点１４を設定する入力部７０と、を備える。光ピンセット装置Ｄｐは、さらに、レーザ光２を集光させて集光点２１を形成させるための位相パターンを生成する位相パターン生成器５０と、位相パターンに応じてレーザ光２の位相を変調する変調器６と、制御部６０と、を備える。位相パターン生成器５０は、集光点２１を終点１４に向けて連続的に遷移する複数の位相パターンを含む第１位相パターン群を生成する。制御部６０は、レーザ光２の照射中に撮像部３による撮像画像から微粒子８１ｂの現在位置を特定し、特定された微粒子８１ｂの現在位置と、レーザ光２の集光点２１とがずれているかどうかを判断する。制御部６０が微粒子８１ｂの現在位置とレーザ光２の集光点２１とがずれていると判断した場合、位相パターン生成器５０は、微粒子８１ｂの現在位置にレーザ光２を集光させる第２位相パターンを生成する。
【００３８】
この構成により、微粒子８１ｂが終点１４までの経路から離れたとしても、第２位相パターンを生成するので、捕捉位置を補正することができ、微粒子８１ｂを終点１４まで移動することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１の光ピンセット装置Ｄｐの機能に加えて、位相パターン生成器５０は、微粒子の大きさに応じて、エネルギ分配を調整するために位相パターンを生成する。実施の形態２における光ピンセット装置の構成は、実施の形態１の光ピンセット装置Ｄｐと同様であり、以下に説明する機能が実施の形態１の光ピンセット装置Ｄｐに追加されている。
【００４０】
図６、７を参照して、微粒子８１ｂの大きさと光の集光点２１との関係を説明する。図６、７はレーザ光２の集光点２１にある微粒子の説明図である。
【００４１】
位相パターンを用いてレーザ光２を複数の分岐した捕捉ビームに分けることで、エネルギ配分を変化させることも可能である。図６において、集光点２１に微粒子８１ｂをトラップするために、微粒子８１ｂを捕捉するのに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｂがレーザ光２から分岐されている。ここで、微粒子８１ｂを捕捉するのに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｂは、予め設定された微粒子８１ｂのサイズに応じて定められる。微粒子８１ｂの撮像画像を基に、画像処理により、制御部６０が微粒子８１ｂのサイズを算出する。算出された微粒子８１ｂのサイズを基に、位相パターン生成器５０が微粒子８１ｂのサイズに応じた位相パターンを生成する。
【００４２】
一方、図７のように、設定された微粒子８１ｂを捕捉するのに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｂの捕捉最適サイズより大きな大微粒子８３ｂに対しては、大微粒子８３ｂを捕捉するのに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｃがレーザ光２から分岐されるように位相パターンを生成している。このときの大微粒子８３ｂを捕捉するのに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｃは、微粒子８１ｂを補足するに必要なエネルギを有する捕捉ビーム２ｂよりもレーザ光の分配される強度を増加させている。
【００４３】
図８を参照して、実施の形態２における光ピンセット装置Ｄｐの動作について説明する。図８は、実施の形態２における光ピンセット装置Ｄｐの動作の流れを示すフローチャートである。実施の形態２において、ステップＳ１１からステップＳ１８までは実施の形態１と同様である。
【００４４】
実施の形態１と同様に、制御部６０は微粒子８１ｂの現在位置と集光点２１とがずれているか否かを判断する（Ｓ１５）。次に、制御部６０は、撮像部３による微粒子８１ｂの撮像画像を基に、画像処理により微粒子８１ｂの大きさを特定する。制御部６０は、例えば、撮像画像における微粒子８１ｂの占めるドット数から微粒子８１ｂの２次元サイズを算出する。制御部６０は、特定された微粒子８１ｂの大きさと予め定められた閾値Ｌとを比較する（Ｓ２１）。微粒子８１ｂの大きさが閾値Ｌ以下の場合、制御部６０が微粒子８１ｂは終点１４に到着したか否かを判断し（Ｓ１６）、微粒子８１ｂが終点１４に到着していない場合は、位相パターン生成器５０が既に生成された第１位相パターン群の次の位相パターンを変調器に送ることで集光点２１を遷移させる。
【００４５】
制御部６０は、微粒子８１ｂの大きさが閾値Ｌよりも大きいと判断すると（Ｓ２１でＹｅｓ）、位相パターン生成器５０は、捕捉ビーム２ａへ分配されるレーザ光のエネルギを増加させた位相パターンを生成する（Ｓ２２）。位相パターン生成器５０は、エネルギを増加させた位相パターンにより第１位相パターン群を更新する（Ｓ２３）。このあと、制御部６０が微粒子８１ｂは終点１４に到着したか否かを判断し（Ｓ１６）、微粒子８１ｂが終点１４に到着していない場合は、位相パターン生成器５０が更新された第１位相パターン群の次の位相パターンを変調器６に送ることで集光点２１を遷移させる。
【００４６】
このように、実施の形態２の光ピンセット装置Ｄｐによれば、制御部６０は、レーザ光の照射中に微粒子の大きさを特定し、特定された微粒子の大きさと、予め定められた閾値とを比較する。制御部６０は、特定された微粒子の大きさが予め定められた閾値より大きいと判断した場合、位相パターン生成器５０は、レーザ光のエネルギを増加させた位相パターンを生成する。これにより、微粒子８１ｂの大きさに適したレーザ光のエネルギを分配することができるので、微粒子８１ｂの捕捉精度を向上させることができる。
【００４７】
次に、図９、１０を参照して実施の形態２の変形例を説明する。図９は、複数の微粒子８１ｃ−８１ｆを移動させることを説明する説明図である。図１０は、複数の微粒子８１ｃ−８１ｆをそれぞれの終点に移動させた説明図である。上述した実施の形態２では、実施の形態１と同様に１つの微粒子８１ｂを終点１４へ移動していたが、複数の微粒子８１ｃ−８１ｆを終点１４ｃ−１４ｆまで移動させてもよい。
【００４８】
本実施の形態では、１つの位相パターンによってレーザ光２を複数の捕捉ビームに分割することができる。本実施の形態ではレーザ光２を４分岐させており、複数の微粒子の各々の現在位置を始点とし、各々の微粒子を配置したい場所を終点１４ｃ−１４ｆとして、第３位相パターン群による経路１６、第４位相パターン群による経路１７、第５位相パターン群による経路１８、第６位相パターン群による経路１９までを対応させている。予め設定された微粒子８１ｂのサイズより大きな大微粒子８３ｂや微粒子８１ｂのサイズより小さな小微粒子８４ｂには、それぞれに割り当てられるレーザエネルギが最適になるように分岐エネルギを配分している。このときの小微粒子８４ｂを補足するに必要なエネルギを有する捕捉ビームは、基準となる大きさの微粒子８１ｂを補足するのに必要なエネルギを有するレーザ光２４よりもレーザ光の分配される強度を減衰させている。このように、本実施の形態によれば、複数分岐した捕捉ビームのエネルギを個別に変更することが可能であり、大きさの異なる細胞などの微粒子を同じ様に動かすことができる。
【００４９】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態１の構成に加えて、位相パターンの再生成速度を速めるために学習装置を利用する。図１１は、本実施形態における学習部を有する位相パターン生成器５０Ａの模式図である。実施の形態３の光ピンセット装置Ｄｐは、実施の形態１の光ピンセット装置Ｄｐの位相パターン生成器５０に代えて、位相パターン生成器５０Ａを備える。この点及び以下の説明以外の点については、実施の形態３の光ピンセット装置Ｄｐは、実施の形態１と同様である。
【００５０】
本実施の形態では、位相パターンの再生成速度を速めるために学習部を利用する。位相パターン生成器５０Ａは、教師データ生成部５１、教師データ記憶部５２、位相パターン学習部５３、記憶部５４、及び位相パターン生成部５５を備える。教師データ生成部５１は、ビームの集光点２１の位置や個数および分配エネルギがそれぞれ異なる、学習用の代表的な複数の分岐条件を入力データとして、理論をもとにした数値計算によって位相パターンを生成する。教師データ生成部５１は、学習用の分岐条件とその計算結果である位相パターンとをセットにした教師データセットを生成し、教師データ記憶部５２へ教師データセットを記憶する。
【００５１】
位相パターン学習部５３は、教師データ記憶部５２に記憶されている教師データを基に、集光点２１の位置や個数および分配エネルギといったパラメータが異なると、代表的な分岐条件の位相パターンのどれを用いて再計算すればよいかを学習する。教師データセットに含まれる代表的な分岐条件から変化した分岐条件から得られる位相パターンは、例えば、波状の様態の間隔が大小したり、形状が単純な線形からより複雑な形状に変化したりといったことが考えられる。このように、代表的な分岐条件とそれらの位相パターン及び分岐条件が異なる場合に、異なる分岐条件に対してどの位相パターンを再計算のベースに用いるかの学習データが記憶部５４に記憶される。
【００５２】
実際の位相パターンを生成する際には、所望の分岐パターンを学習済みの位相パターン生成器５０Ａに入力することによって、位相パターン生成部５５が記憶部５４に記憶された学習データを用いて近似された位相パターンを直ちに取り出す。この近似された位相パターンを用いて精度を高めるための再計算をすることで、最初から位相パターンを生成するよりも生成時間を大幅に短縮して位相パターンを得ることができる。このようにして得られた位相パターンを制御部６０に送信することで、変調器６が駆動され、所望の捕捉ビーム２ａを得ることができる。
【００５３】
学習データを用いない場合、所望の分岐パターンを入力として理論をもとにした数値計算を行うことによって位相パターンを生成する。位相パターンを制御部６０によって変調器６を駆動することによって所望の分岐パターンを得ることができる。ただし、理論をもとにした数値計算は比較的時間の掛かる工程のため、捕捉ビームの移動の経路に含まれる複数の位相パターンを予め計算しておき、位相パターンをストックした記憶部に貯め込むなどして実用的な移動速度を確保している。しかし、このような運用の場合、想定済みの経路でしか捕捉ビームを動かすことができないので、微粒子の位置がずれてしまった場合には光ピンセットとしての機能が低下する。特に分岐された複数の捕捉ビームがある場合やそれぞれの捕捉ビームに対するエネルギ分配が異なる場合には、位相パターンの再生成が必要になり、実用的な速度確保が困難になる。
【００５４】
実施の形態３においては、捕捉ビーム２ａの位置を修正する際の位相パターンの再生成時に理論計算を少なくて済むので、実用的な位相パターン生成速度の光ピンセット装置Ｄｐを得ることができる。
【００５５】
（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。そこで、以下、他の実施の形態を例示する。
【００５６】
上記実施の形態では、微粒子８１ｂを細胞または脂肪の塊としたが、それに限られることはない。流体中に漂う、かつ光圧力による捕捉の可能な固形物であれば材質は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本開示の光ピンセット装置は、光の圧力を利用して微粒子を捕捉し移動させる光ピンセット装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１    光源
２    レーザ光
３    撮像部
４    ミラー
５    コリメータ
５ａ、５ｂ、５ｃ  レンズ
６    変調器
７    ステージ
８    試料
１１  第１位相パターン群の経路
１２  第２位相パターン群の経路
１３  第１位相パターン群の経路の始点
１４  第１位相パターン群の経路の終点
１５  第２位相パターン群の経路の始点
１６  第３位相パターン群の経路
１７  第４位相パターン群の経路
１８  第５位相パターン群の経路
１９  第６位相パターン群の経路
２１  集光点
２２  集光点の中心
２３  捕捉ビームの半径
２４、２５  レーザ光
４１  ダイクロイックミラー
５０、５０Ａ  位相パターン生成器
５１  教師データ生成部
５２  教師データ記憶部
５３  位相パターン学習部
５４  記憶部
５５  位相パターン生成部
６０  制御部
７０  入力部
８０ａ  液体
８１ｂ  微粒子
８２  微粒子の重心
８３ｂ  大微粒子
８４ｂ  小微粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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