(57)【要約】【課題】従来、光トラップ力を所望の値にする照明光の径については検討されていなかった。【解決手段】本開示による光トラップ装置は、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、記憶デバイスに格納されたビーム径情報を参照して、捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと光トラップ装置で用いられる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を取得したビーム径に調整するプロセッサと、を備える。【選択図】図４
2019033688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、
前記記憶デバイスに格納された前記ビーム径情報を参照して、捕捉対象の前記サンプルのサンプルサイズと前記光トラップ装置で用いられる前記対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を前記取得したビーム径に調整するプロセッサと、
を備える、光トラップ装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記サンプルに観察用照明光を照らす観察用光学系と、
前記観察用照明光に照らされた前記サンプルを撮像する撮像部と、
を備える、光トラップ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記プロセッサは、前記撮像部によって撮像された前記サンプルの画像に基づいて算出された前記捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと前記対物レンズの開口数を前記ビーム径情報に適用し、前記捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと前記対物レンズの開口数に対応する前記ビーム径の値を取得する、光トラップ装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項において、
さらに、前記サンプルを載置するサンプル載置部を移動させる第一駆動部を備え、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記第一駆動部を制御し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの前記サンプル載置部における位置を移動させる、光トラップ装置。
【請求項５】
請求項１から３の何れか１項において、
さらに、前記光源と、前記ビーム径調整光学系と、前記対物レンズと、を含む光照射光学系を載置し、当該光照射光学系による光の照射位置を移動させる移動ステージを含み、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記移動ステージを制御し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの位置を移動させる、光トラップ装置。
【請求項６】
請求項１から３の何れか１項において、
さらに、回転軸を中心に回転し、前記光源から発せられる前記光の進行方向を変更する光照射位置調整用ミラーと、
前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更する第二駆動部と、を備え、
前記プロセッサは、入力される指示に応答して、前記第二駆動部を制御して前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更して光の照射位置を変更し、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルの位置を移動させる、光トラップ装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記光照射位置調整用ミラーは、前記対物レンズの瞳面に共役な位置に配置されている、光トラップ装置。
【請求項８】
請求項１から７の何れか１項において、
前記対物レンズは、開口数が１未満のドライレンズである、光トラップ装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項において、
前記ビーム径調整光学系は、ズームビームエキスパンダーで構成される、光トラップ装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項において、
前記記憶デバイスは、前記ビーム径情報として、前記サンプルを捕捉してＸＹ平面内で移動させる際に用いる第一ビーム径情報と、前記サンプルを捕捉してＺ方向に移動させる際に用いる第二ビーム径情報と、を格納する、光トラップ装置。
【請求項１１】
光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＸＹ平面内で前記サンプルに適用する場合には、瞳充填率が０．４３以上０．９３以下となるように、前記ビーム径調整光学系によって前記光のビーム径が調整されている、光トラップ装置。
【請求項１２】
光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＺ方向で前記サンプルに適用する場合には、瞳充填率が０．５６以上０．９６以下となるように、前記ビーム径調整光学系によって前記光のビーム径が調整されている、光トラップ装置。
【請求項１３】
流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、
前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射を制御して、前記流路における所望の方向に前記サンプルを分別するプロセッサと、を備え、
前記プロセッサは、前記記憶デバイスに格納された前記ビーム径情報を参照して、分別対象の前記サンプルのサンプルサイズと前記サンプル分別装置で用いられる前記対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を前記取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
さらに、前記サンプルの特徴を検出する検出部を備え、
前記プロセッサは、前記検出部によって検出された前記サンプルの特徴に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に応じて前記ビーム径が調整された光の照射を制御する、サンプル分別装置。
【請求項１５】
請求項１３において、さらに、
前記サンプルに観察用照明光を照らす観察用光学系と、
前記観察用照明光に照らされた前記サンプルを撮像する撮像部と、を備え、
前記プロセッサは、前記撮像部によって撮像された前記サンプルの画像に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に応じて前記ビーム径が調整された光の照射を制御する、サンプル分別装置。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記プロセッサは、前記サンプルの画像に基づいて算出される前記サンプルのサンプルサイズの情報から前記サンプルの種類を特定する、サンプル分別装置。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記プロセッサは、前記ビーム径情報を参照し、前記サンプルのサンプルサイズに応じた前記ビーム径の値を取得し、前記ビーム径調整光学系を制御して前記取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置。
【請求項１８】
請求項１３から１７の何れか１項において、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類の情報に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射量を制御し、前記流路における所望の方向に前記サンプルを誘導することにより前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類の情報に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射をＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
【請求項２０】
請求項１４から１６の何れか１項において、
さらに、回転軸を中心に回転し、前記ビーム径が調整された光の進行方向を変更する光照射位置調整用ミラーと、
前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更するミラー駆動部と、を備え、
前記プロセッサは、前記サンプルの種類に応じて、前記ミラー駆動部を制御して前記光照射位置調整用ミラーの角度を変更して光の照射位置を変更することにより、前記光の照射によって捕捉された前記サンプルを前記所望の方向に誘導して前記サンプルを分別する、サンプル分別装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記光照射位置調整用ミラーは、前記対物レンズの瞳面に共役な位置に配置されている、サンプル分別装置。
【請求項２２】
流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、
光源と、
前記光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、
ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射する対物レンズと、
前記流路を流れる前記サンプルを検出する検出部と、
前記検出部による前記サンプルの検出結果に基づいて、前記サンプルに対する、前記ビーム径が調整された光の照射を制御して、前記流路における所望の方向に前記サンプルを分別するプロセッサと、を備え、
前記光を前記サンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＸＹ平面内で前記サンプルに適用する場合、前記プロセッサは、瞳充填率が０．４３以上０．９３以下となるように、前記ビーム径調整光学系を制御して前記光のビーム径を調整する、サンプル分別装置。
【請求項２３】
請求項２２において、
前記検出部は、検出光を前記サンプルに照射する際に生じる散乱光或いは蛍光を、前記サンプルの特徴として検出し、
前記プロセッサは、前記サンプルの特徴に基づいて前記サンプルの種類を特定し、当該特定されたサンプルの種類に基づいて前記ビーム径調整光学系を制御して前記ビーム径を調整し、分別対象の前記サンプルに照射する、サンプル分別装置。
【請求項２４】
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
プロセッサが、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を参照して、捕捉対象の前記サンプルのサンプルサイズと実際に用いる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して前記取得したビーム径に光源からの光のビーム径を調整することと、
前記実際に用いる対物レンズで、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
【請求項２５】
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＸＹ平面内で前記サンプルに適用する場合に、瞳充填率が０．４３以上０．９３以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、
対物レンズによって、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
【請求項２６】
光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、
光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＺ方向で前記サンプルに適用する場合に、瞳充填率が０．５６以上０．９６以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、
対物レンズによって、前記ビーム径が調整された光を前記サンプルに照射することと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光トラップ装置、サンプル分別装置、及び光をサンプルに照射して捕捉する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、媒質中の微粒子を捕捉し操作する際には光トラップ（光ピンセットとも呼ぶ）が用いられている。この光トラップは、光が周辺媒質と異なる屈折率を持つ物体（微粒子）を通過するときに屈折して得られる運動量変化に対する反作用を利用して物体を補足する技術である。
【０００３】
このような光トラップ技術を用いて微小物体を移動させる装置がこれまでも開発されてきている。例えば、特許文献１には、照射する光の最小スポット位置、及び最小スポット径をそれぞれ調整することによって、移動の対象となっている微小物体にあわせた最適条件を作りだすことが開示されている。また、特許文献１には、集光光学系へ入射する光の径が大きいほど微小物体への光の入射角が大きくなり、スポット径が小さくなるため、好ましいことが示唆されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１４５９号公報
【発明の概要】
【０００５】
しかしながら、様々な物体の大きさを考慮すると、必ずしも対物レンズの入射瞳に入射する照明光（以下「照明光」という）の径が大きいほどトラップ力が強くなる訳ではないことが本発明者によって明らかにされた。つまり、今回、本発明者は、照明光の径が極めて大きいと対物レンズの入射瞳を通過することができる光量が減って逆にトラップ力が弱くなってしまうこと、及び照明光の径が極めて細いと焦点位置での光スポットが大きくなりトラップ力が弱くなることを見出した。
【０００６】
また、特許文献１では、照明光の径（ビーム径）を変化させるとトラップ力が変化すると述べられているが、どのようにトラップ力が変化するのかについては全く触れられていない。さらに、特許文献１をより詳細に検証してみると、「照明光の径が大きいほどトラップ力が強くなる」のは、対物レンズの入射瞳径が照明光の径に比べて十分に大きい場合だけであることが判明した。従って、実際の光トラップ装置では、特許文献１が開示する条件（具体的には数式２）は成立しない。
【０００７】
本発明者は、上述のような状況に鑑み、被トラップ物（以下、「サンプル」と称する場合がある）の直径と対物レンズのＮＡ（開口数）とによって最適な照明光の径が決定されること、さらには、最適な照明光の径の範囲について見出した。
【０００８】
本実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光の対物レンズの入射瞳位置でのビーム径（以下「ビーム径」という）を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、記憶デバイスに格納されたビーム径情報を参照して、捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと光トラップ装置で用いられる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を取得したビーム径に調整するプロセッサと、を備える、光トラップ装置が提供される。
なお、ここでサンプルサイズとは、光によりトラップされるサンプルが球形であればその直径、多面体や楕円体であれば体積平均径を表す。
【０００９】
別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力を対物レンズの光軸に垂直な面（以下「ＸＹ平面」という）内でサンプルに加える場合には、強度が最大値に対して1/e2となる直径としてのビーム径と対物レンズの入射瞳径との比（以下、「瞳充填率」と呼ぶ）が０．４３以上０．９３以下となるように、ビーム径調整光学系によって光のビーム径が調整されている、光トラップ装置が提供される。
【００１０】
別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する光トラップ装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力を対物レンズの光軸方向（以下「Ｚ方向」という）でサンプルに適用する場合には、瞳充填率が０．５６以上０．９６以下となるように、ビーム径調整光学系によって光のビーム径が調整されている、光トラップ装置が提供される。
【００１１】
別の実施形態によれば、流路を流れるサンプルを分別するサンプル分別装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する記憶デバイスと、サンプルに対する、ビーム径が調整された光の照射を制御して、流路における所望の方向にサンプルを分別するプロセッサと、を備え、プロセッサは、記憶デバイスに格納されたビーム径情報を参照して、分別対象のサンプルのサンプルサイズとサンプル分別装置で用いられる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を取得したビーム径に調整する、サンプル分別装置が提供される。
【００１２】
別の実施形態によれば、流路を流れる複数種類のサンプルを分別するサンプル分別装置であって、光源と、光源からの光のビーム径を調整するビーム径調整光学系と、ビーム径が調整された光をサンプルに照射する対物レンズと、流路を流れるサンプルを検出する検出部と、検出部によるサンプルの検出結果に基づいて、サンプルに対する、ビーム径が調整された光の照射を制御して、流路における所望の方向にサンプルを分別するプロセッサと、を備え、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＸＹ平面内でサンプルに適用する場合、プロセッサは、瞳充填率が０．４３以上０．９３以下となるように、ビーム径調整光学系を制御して光のビーム径を調整する、サンプル分別装置が提供される。
【００１３】
別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、プロセッサが、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいて光トラップ力を与えるビーム径の値を示すビーム径情報を参照して、捕捉対象のサンプルのサンプルサイズと実際に用いる対物レンズの開口数との組み合わせに対応するビーム径の値を取得し、ビーム径調整光学系を制御して取得したビーム径を調整することと、実際に用いる対物レンズで、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。
【００１４】
別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＸＹ平面内でサンプルに適用する場合に、瞳充填率が０．４３以上０．９３以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、対物レンズによって、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。
【００１５】
別の実施形態によれば、光をサンプルに照射して捕捉する方法であって、光をサンプルに照射することによって発生する光トラップ力をＺ方向でサンプルに適用する場合に、瞳充填率が０．５６以上０．９６以下となるように、ビーム径調整光学系によって光源からの光のビーム径を調整することと、対物レンズによって、ビーム径が調整された光をサンプルに照射することと、を含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ＸＹ面内における、サンプルサイズ（例えば、図１では直径）及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係を示す図である。
【図２】Ｚ方向における、サンプルサイズ（例えば、図２では直径）及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係を示す図である。
【図３】図１及び２から読み取ることができる最適なビーム径（最適な瞳充填率）の範囲を示す図である。
【図４】本開示の第１の実施形態による光トラップ装置１の概略構成例を示す図である。
【図５】本開示の第１の実施形態による光トラップ装置１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本開示の第２の実施形態による光トラップ装置２の概略構成例を示す図である。
【図７】本開示の第３の実施形態によるセルソータ装置３の概略構成を示す図である。
【図８】本開示の第３の実施形態によるセルソータ装置３で用いられるソーティング流路３００を真上から見たときの構成例を示す図である。
【図９】本開示の第３の実施形態によるセルソータ装置３の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本開示の第４の実施形態による光トラップシステム４の概略構成例を示す図である。
【図１１】本開示の第３の実施形態の変形例によるセルソータ装置５の概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。
【００１８】
本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
【００１９】
更に、本実施形態は、後述されるように、汎用コンピュータ上で稼動するソフトウェアで実装しても良いし専用ハードウェア又はソフトウェアとハードウェアの組み合わせで実装しても良い。
【００２０】
（１）最適ビーム径についての考察
＜最適ビーム径の存在の有無について＞
光トラップの原理については従来から良く知られているが、対物レンズの入射瞳に入射させるレーザ光（レーザ光でないと十分なトラップ（捕捉）力を生じさせるのに強度が足らない）の最適なビーム径については検討されていなかった。ここで、「最適ビーム径」とは、光トラップ力が最大となるビーム径を意味する。この点に関して様々な光学理論計算を行った結果、次のことが判明した。
【００２１】
（i）対物レンズでレーザ光のスポットを絞って被トラップ物に対する照明ビームを生成するという関係上、ビーム径が極めて細いと実効的な開口数が小さくなるため対物レンズの焦点位置で強く集光できないため焦点位置での光スポット径が小さくならず、トラップ力が弱くなってしまう。
【００２２】
（ii）一方、一般に光トラップに利用されるビームはその伝播方向に垂直な断面の強度分布がガウス分布となっているレーザービームが使われるため、ビーム径が極めて大きいと対物レンズの入射瞳を通過できる光量が減ってしまい、やはりトラップ力は弱くなってしまう。トラップ力は、レーザ光のスポット径が同じであれば、照明ビームの強度に比例するため、対物レンズに光が入って来なければトラップ力も弱くなる。
【００２３】
以上の検証結果を踏まえると、レーザ光が対物レンズに入射する際のビームの径（照明ビーム径）には強いトラップ力を発生させるための最適な値が存在すると考えられる。
【００２４】
＜ビーム径とサンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡとの関係について＞
光トラップ力については、大まかに次のことが言える。つまり、被トラップ物（一例として、ビーズなどの球体）に光が入射すると、被トラップ物には屈折率があるため、入射光は屈折する。光が屈折するということは、被トラップ物への入射光の運動量と被トラップ物からの出射光の運動量とが異なることを意味する。また、被トラップ物に入射した光の一部は散乱する場合もある。光の散乱によっても運動量は変化するため、被トラップ物に入射してきて透過した光、及び散乱した光の全運動量の変化が伝えられる力として被トラップ物に働く。このことを利用して光トラップ力が算出される。このような光トラップ力の大きさは、"Optical trapping of dielectric particles in arbitrary fields", A. Rohrbach and E. H. K. Stelzer, Opt. Soc. Am. A, Vol. 18, No. 4, (2001) 839〜853（以下、参考文献と言う）に示される計算式に基づいて算出することが可能である。具体的には、入射ビームの電場振幅を表す下記数式１（参考文献中では式（３））において、
【数１】
2019033688.tif 000003
Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ）をガウスビームが対物レンズ瞳に入射したことを考慮した電場振幅分布として、光トラップ力を数式２（参考文献における式（４４））により、
【数２】
2019033688.tif 000004
光が被トラップ物で屈折することによる勾配力とＦｇｒａｄ（ｒ）と光が被トラップ物表面で散乱することによる散乱力Ｆｓｃａｔ（ｒ）との和で計算することができる。
【００２５】
光トラップ力は、被トラップ物に対する光の損失を極力少なくすることにより、効率的に生じさせることが可能となる。対物レンズの開口数ＮＡが大きい際には被トラップ物で屈折される光の効果は大きい。これは、ビーム径が大きいほど角度を持った光が被トラップ物に入射するので、被トラップ物の大きさにあまり依存せず被トラップ物に入射した光は大きく曲げられるために光トラップ力が大きくなるためである。一方で、対物レンズの開口数ＮＡが大きい際の被トラップ物の表面で散乱する光の効果は、ビーム径が大きいほど光スポット径が小さくなるために、被トラップ物が大きい場合には入射位置で入射と逆方向に反射・散乱することが多く、光軸に垂直なＸＹ面内のトラップには寄与しなくなる。これでは照明光を効率的に用いて光トラップ力を発生させることができない。被トラップ物が比較的大きい場合には、以上２つの力のうち散乱による効果が上回るので、ビーム径を細く絞り、対物レンズによって生成される照明光のスポット径を大きくすることにより、当該被トラップ物に対してなるべく広範囲に照明光が照射されるようにする方が良い。以上から、光トラップ力を強くするための最適なビーム径は、被トラップ物の大きさに対する依存性が強いと言える。
【００２６】
また、検証の結果、例えば、対物レンズの開口数ＮＡが大きい場合、ビーム径を細めにして対物レンズに入射させた方が良好な結果（より強い光トラップ力が発生）が得られることが判明した。これは、最大のトラップ力を発生させる角度を持った光よりも外側の光はそれほど光トラップ力の強さに影響を与えないためである。つまり、対物レンズの開口数ＮＡが大きい場合には対物レンズの外周までいっぱいに光を入れるよりは少し細めに光を入れ、絞りで光があまりカットされないようにした方が良い。一方、対物レンズの開口数ＮＡが小さい場合、対物レンズの外周部までいっぱいに光を入れた方が良い。以上のように、光トラップ力を強くするための最適なビーム径は、対物レンズの開口数ＮＡにも依存している。
【００２７】
以上のべたように光トラップ力には、ＸＹ面内のトラップ力とＺ方向のトラップ力の２つが存在する。よって、これら２つのトラップ力を別々に考察する必要がある。図１は、ＸＹ面内における、サンプルサイズ（例えば、図１では直径）及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係を示す図である。図２は、Ｚ方向における、サンプルサイズ（例えば、図２では直径）及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係を示す図である。ここで、瞳充填率は、入射ビーム径／対物レンズの瞳直径によって定義される。また、入射ビーム径は、入射レーザ光の１／ｅ２の直径によって定義される。図１及び図２の瞳充填率の曲面（サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係）は、トラップ力が理論上最大となる最適な関係を示している。この理論上最大となるトラップ力を「最大トラップ力」とよぶ。実際にサンプルをトラップする際には、最大トラップ力の９０％以上のトラップ力までが許容される。最大トラップ力の９０％以上の値を与える瞳充填率の範囲は、図１及び図２の瞳充填率の曲面から８０％−１３０％の範囲である。後述する「記憶デバイス」は、サンプルサイズと対物レンズの開口数との組み合わせにおいてトラップ力が理論上最大となるビーム径の値を示すビーム径情報とともに、最大トラップ力の９０％以上となるビーム径の値を示すビーム径情報を格納する。
【００２８】
図１及び図２に示されるグラフ（サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係）は、サンプルサイズと対物レンズの開口数ＮＡのペアを複数与え、それぞれのペアにおける最大トラップ力を上記参考文献に基づいて算出し、そのときの瞳充填率の値を求めることによって得られるものである。
【００２９】
光は電磁波の一種であるため、電場方向の成分と磁場方向の成分を有している。図１では、電場方向（E field）における「被トラップ物（サンプル）の大きさ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係」と磁場方向（H field）における「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係」とが示されている。図１から分かるように、ＸＹ平面内においては、最適な瞳充填率は、電場方向と磁場方向とでほとんど差がない。従って、最適な瞳充填率は、照射するレーザ光における電場方向の成分と磁場方向の成分とを別々に検証して決定する必要がないということになる。ＸＹ平面についての計算の結果、電場方向と磁場方向とでは最適な瞳充填率にほとんど差がないことが分かったため、図２（Ｚ方向）では一方向のみ（例えば、電場方向のみ）の特性を示すこととした。
【００３０】
ＸＹ平面内の特性（図１）とＺ方向の特性（図２）を比較すると、サンプルサイズ（例えば、直径）が小さい場合両者はほぼ同じ値を示しているが、サンプルサイズが大きくなってくると両者の乖離が大きくなってくることが分かる。つまり、サンプルサイズが小さい場合を除き、一般には、ＸＹ平面内で最大となる光トラップ力を与える瞳充填率とＺ方向で最大となる光トラップ力を与える瞳充填率とは異なり、それぞれ独立に制御する必要があると言える。ただし、両者の特性に乖離がある場合であっても、それぞれ最大の光トラップ力を与えるわけではないが、ＸＹ平面内及びＺ方向の両方において良好な光トラップ力を与える瞳充填率を求めることは可能である。また、サンプルサイズが大きくなればなるほど、光トラップ力は弱くなり、被トラップ物自体も重くなるため、被トラップ物をトラップできなくなることに注意すべきである。例えば、トラップ可能なサンプルサイズは、直径で１０μｍ程度以下であることが好ましい。
【００３１】
なお、図１及び２においては、上記参考文献に基づいて求められた最適な瞳充填率（最適ビーム径）を示す各点をフィッティング処理し、最適な瞳充填率がパラメータ（サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡ）変化によってどのような曲面を構成するか示されている。ここではフィッティング処理を用いて演算量を削減しているが、サンプルサイズと対物レンズの開口数ＮＡの全ての組み合わせに対する最適な瞳充填率を演算してもよい。
【００３２】
＜最適なビーム径（最適な瞳充填率）についての結論＞
以上の考察から、光トラップ力を最大にするための最適なビーム径（最適な瞳充填率）が存在することが分かった。また、この最適なビーム径の値は、サンプルサイズ、及び対物レンズの開口数ＮＡに影響される（依存性がある）ことも確認された。特に、サンプルサイズ、及び対物レンズの開口数ＮＡとは高い依存性を有している。また、ＸＹ平面内で最大の光トラップ力を与えるビーム径（瞳充填率）とＺ方向で最大の光トラップ力を与えるビーム径（瞳充填率）とは、必ずしも一致せず、独立にコントロールが必要であることも分かった。つまり、ＸＹ平面内とＺ方向とでは、光トラップ力の挙動が異なっているため、ＸＹ平面内で光トラップを用いる場合とＺ方向で光トラップを用いる場合とでは選択するビーム径（瞳充填率）を変える必要があるということである。例えば、ビーズを光トラップし、基板上を転がすような操作をする場合には、ＸＹ平面内で光トラップ力を最大にする最適なビーム径を選択することが重要である。一方、例えば、基板からビーズをＺ方向持ち上げて操作するような場合には、Ｚ方向で光トラップ力を最大にする最適なビーム径を選択することが重要となる。
【００３３】
図１及び２に示されるグラフからは、最適なビーム径（最適な瞳充填率）を一見して判断することは難しい。そこで、図１及び２から読み取ることができる最適なビーム径（最適な瞳充填率）の範囲を図３に示す。図３Ａは、ＸＹ平面内における最適なビーム径（最適な瞳充填率）の範囲を示す表である。図３Ｂは、Ｚ方向における最適なビーム径（最適な瞳充填率）の範囲を示す表である。図３では、実用上、サイズ（径）が１μｍ未満の被トラップ物（ビーズ）或いは１μｍ以上の被トラップ物（ビーズ）という使い分けになる。また、実際には、液浸対物レンズのように比較的大きな開口数ＮＡを持つ対物レンズを用いる場合（液浸対物レンズの場合にはＮＡを１以上にすることが可能）と、ドライ対物レンズのように比較的小さな開口数ＮＡを持つ対物レンズを用いる場合（ドライ対物レンズの場合にはＮＡを１以上にすることはできない）とがあるため、それらで場合分けしている。ドライ対物レンズにおける最適ビーム径の範囲を挙げているのは、被トラップ物を広範囲（対物レンズの径よりも大きく）に動かしたいとき、液浸対物レンズを用いると液浸状態を保ったまま対物レンズ、もしくは、被トラップ物を含む容器を動かすことが困難だからである。図３Ａ及びＢから分かることは、ＸＹ方向における最適な瞳充填率は４３〜９３％（０．４３〜０．９３）であり、Ｚ方向における最適な瞳充填率は５６〜９６％（０．５６〜０．９６）ということである。つまり、対物レンズの入射瞳に対して比較的細くビーム径を絞って対物レンズにレーザ光を入射させた方が光トラップ力を大きくすることができるということである。
【００３４】
図３Ｃは、ＸＹ平面内における許容範囲のビーム径（最大トラップ力の９０％以上の値を与える瞳充填率）の範囲の例を示す表である。図３Ｄは、Ｚ方向における許容範囲のビーム径（最大トラップ力の９０％以上の値を与える瞳充填率）の範囲の例を示す表である。図３Ｃ及びＤから分かることは、ＸＹ方向における許容可能な瞳充填率は３４．４〜１２０．９％（０．３４４〜１．２０９）であり、Ｚ方向における許容可能な瞳充填率は４４．８〜１２４．８％（０．４４８〜１．２４８）ということである。ここでは、最大トラップ力の９０％以上の値を与える瞳充填率を示しているが、任意の割合にすることが可能である。例えば、最大トラップ力の８０％の値まで許容すれば、瞳充填率はトラップ力が最大となる場合（最適な瞳充填率の場合）に対して７０％〜１５０％程度の範囲の値を用いることも可能である。
【００３５】
以上のように、「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係」（図１及び２）を予め求めておけば（例えば、テーブルとして記憶デバイス（メモリ）に保持することが可能）、サンプルサイズ（例えば、直径）と対物レンズの開口数ＮＡを決めることにより、最適な瞳充填率（ビーム径）を一意に決めることができるようになる。
【００３６】
（２）第１の実施形態
＜光トラップ装置の構成＞
図４は、本開示の第１の実施形態による光トラップ装置１の概略構成例を示す図である。光トラップ装置１は、例えば、光源１０と、ズームビームエキスパンダー（ビーム径調整光学系）２０と、ダイクロイックミラー３０と、対物レンズ４０と、サンプル載置部（サンプル載置面）５０と、観察用光学系６０と、結像レンズ７０と、撮像部８０と、制御装置９０と、サンプル載置面駆動部１００と、を備えている。
光源１０は、コヒーレントな光を発する光源であり、一例としてレーザ光源を用いることができる。
【００３７】
ズームビームエキスパンダー２０は、例えば制御装置９０からの指令に応答して、光源１０から発せられた光の径（ビーム径）を変更するものであり、複数のレンズによって構成される。ズームビームエキスパンダー２０においては、例えば、レンズ２１及びレンズ２２によってビームエキスパンダーが構成され、レンズ２３、レンズ２４、及びレンズ２５によってズーム光学系が構成される。ズーム光学系では、入射してくるビーム径は充分に大きい方が良いため、ビームエキスパンダー（レンズ２１及びレンズ２２）によって光を十分に広げておき、それをズーム光学系でほぼ等倍、若しくは縮小することにより、対物レンズ４０に入射するビーム径が生成される。なお、レーザ光のビーム径は１ｍｍ程度であるのに対し、対物レンズ４０の瞳位置で所望されるビーム径は数ｍｍから十数ｍｍ程度となるため、レンズ構成次第では、ビームエキスパンダーは必須の構成ではない。
【００３８】
ダイクロイックミラー３０は、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過する作用を有する光学素子（ミラー）である。これにより、光源（例：レーザ光源）１０からの光を反射させて対物レンズに入射させる一方で、サンプル載置部５０に載置された被トラップ物からの光を透過させて撮像部８０に導くことが可能となる。
【００３９】
対物レンズ４０は、照射する光をサンプル載置部５０に載置されているサンプル（被トラップ物）に集光する。集光された光（レーザ光）が被トラップ物に照射されると、上述したような原理により光トラップ力が発生する。当該光トラップ力が被トラップ物に作用すると、例えば特定の被トラップ物を移動させたり、捕捉したりすることが可能となる。
【００４０】
観察用光学系６０は、例えば、観察用照明光を発する照明部６０１と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ６０２と、を備える。例えば、被トラップ物の座標位置を確認したり、被トラップ物がトラップされる様子を観察したりするために設置されたものである。
結像レンズ７０は、対物レンズ４０を通過し、さらにダイクロイックミラー３０を反射することなく通過した観察用照明光を像面に結像する。
撮像部８０は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどで構成され、像面に結像された被トラップ物を撮像する。撮像された画像は、制御装置９０に送信される。
【００４１】
制御装置９０は、通常のコンピュータと同様に、例えば、プロセッサ９１と、入力デバイス９２と、出力デバイス９３と、通信デバイス９４と、記憶デバイス９５と、を備えている。
【００４２】
記憶デバイス９５は、例えば、図１及び２の「サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係」によって与えられる各値を保持するビーム径テーブル９５１と、ビーム径テーブル９５１を用いて最適なビーム径を取得するための制御プログラム９５２と、を少なくとも格納している。
【００４３】
入力デバイス９２は、例えば切替スイッチ、マウス、キーボート、タッチパネル式ポインティングデバイス（スタイラスペンや指で操作）やマイク等で構成され、設定情報、指示やデータを入力するために用いられる。本実施形態による光トラップ装置１の場合、例えば、オペレータが入力デバイス９２を用いて、被トラップ物（サンプル）のサイズと対物レンズ４０の加工数ＮＡとを制御装置９０に入力する。なお、被トラップ物（サンプル）のサイズが不知の場合には、光（レーザ光）を被トラップ物に照射して操作する前に、撮像部８０によって被トラップ物を撮像して被トラップ物（サンプル）のサイズを特定し、その特定されたサイズと既知の対物レンズ４０の開口数ＮＡとによって最適なビーム径を取得することが可能となる。当該処理の詳細については後述する。
出力デバイス９３は、例えば表示装置、プリンタやスピーカ等で構成され、データや情報を出力するために用いられる。
【００４４】
プロセッサ９１は、例えば、ＣＰＵやＭＰＵなどで構成され、記憶デバイス９５に格納された制御プログラム９５２を読み込み、ビーム径テーブル９５１を参照して、サンプルサイズ及び対物レンズ４０の開口数ＮＡに対応する瞳充填率を取得し、当該瞳充填率から最適なビーム径を算出する。プロセッサ９１は、算出した最適なビーム径の値に基づいて、ズームビームエキスパンダー２０の駆動部（図示せず）を制御し、レンズ２５から出射されるレーザ光の径（ビーム径）を調整する。また、例えば、オペレータが入力デバイス９２を用いてサンプル載置部５０に載置されているサンプル（被トラップ物）の移動、移動距離、及び移動方向を指示すると、プロセッサ９１は、その入力された指示に応答して、サンプル載置面駆動部１００を制御し、被トラップ物を移動させる。サンプル載置面駆動部１００は、サンプル載置部５０をＸＹ平面内、及びＺ方向に移動させることができるように構成されている。
【００４５】
通信デバイス９４は、外部機器やネットワークと通信をするデバイスであるが、本実施形態の場合、例えば、撮像部８０からのデータや情報を受信したり、ズームビームエキスパンダー２０の駆動部（図示せず）に指示を送信したり、サンプル載置面駆動部１００に指示を送信したりするために用いられる。
【００４６】
＜光トラップ装置の動作＞
図５は、本開示の第１の実施形態による光トラップ装置１の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置９０のプロセッサ９１は、例えば、記憶デバイス（例えばＲＯＭ（Read Only Memory））から制御プログラム９５２をプロセッサ９１内に設けられている内部メモリ（図示せず）に読み込み、制御プログラム９５２を実行する。以下、図５を参照して、光トラップ装置１の動作について説明する。
【００４７】
（i）ステップ９０１
撮像部８０は、観察用光学系６０の照明部６０１からの観察用照明光で照らされた、サンプル載置部５０の画像を取得する。例えば、撮像部８０は、取得したサンプル載置部５０の画像から、サンプル載置部５０に載置された各被トラップ物（例えば、１つ以上の被トラップ物が載置されている）の座標位置を算出する。本実施形態では、対物レンズ４０の視野はサンプル載置部５０の全領域をカバーせず、サンプル載置面駆動部１００によってサンプル載置部５０を動かしてサンプル載置部５０の全領域をカバーするようにしている。そのため、撮像部８０も一度の撮像でサンプル載置部５０に載置された全ての被トラップ物の座標位置を算出することができない可能性がある。そこで、例えば、サンプル載置部５０の全領域を予め複数に分割（例えば、一分割領域を対物レンズ４０の視野よりも小さい任意の大きさとすることができるが、ほぼ同じ大きさにするとより効率が良い）し、撮像部８０によって各分割領域における座標位置を算出し、それらを結合して全ての被トラップ物の絶対座標を算出するようにする。
撮像部８０は、取得したサンプル載置部５０の画像と、算出した各被トラップ物の座標位置の情報とを制御装置９０に送信する。
【００４８】
被トラップ物の座標位置の算出は、例えば、制御装置９０のプロセッサ９１によって実行するようにしても良い。この場合、撮像部８０は、例えば、サンプル載置部５０の画像をそのまま制御装置９０に送信することになる。
【００４９】
なお、撮像部８０が算出する座標の基準位置（原点位置）は、サンプル載置面駆動部１００がサンプル載置部５０を移動させる際の座標系の基準位置（原点位置）やレーザ光照射の際の座標系（原点位置）と同じであることが好ましい。ただし、これらの座標系が異なっている場合には、例えば、プロセッサ９１が適宜調整することが好ましい。
【００５０】
（ii）ステップ９０２
プロセッサ９１は、例えば、所定のルールに従って、各被トラップ物に対して操作の順番を付す。ここで、所定のルールとしては、例えば、取得したサンプル載置部５０の画像の一番左上の被トラップ物を一番目の操作対象とし、当該画像の一番右下の被トラップ物を最後の操作対象とすることを採用することができる。
【００５１】
そして、プロセッサ９１は、一番目の被トラップ物の位置にレーザ光の照射位置を合わせるために、サンプル載置面駆動部１００に位置合わせの指示を送信する。位置合わせの指示を受信したサンプル載置面駆動部１００は、当該指示に応答してサンプル載置部５０を移動させ、トラップ対象の被トラップ物の位置とレーザ光の照射位置を合致させる。
【００５２】
（iii）ステップ９０３
プロセッサ９１は、被トラップ物（サンプル）のサイズ算出の指示がオペレータによって入力デバイスから入力されているか判断する。被トラップ物（サンプル）のサイズ算出の指示が入力されている場合（ステップ９０３でＹＥＳの場合）、処理はステップ９０４に移行する。当該指示が入力されていない場合（ステップ９０３でＮＯの場合：例えば、サンプルサイズの値が既に入力されている場合、或いは、被トラップ物（サンプル）のサイズが別の工程で既に算出されている場合）、処理はステップ９０５に移行する。
【００５３】
なお、被トラップ物（サンプル）のサイズ算出の指示が入力されておらず、かつオペレータによって被トラップ物（サンプル）のサイズの値が入力されていない場合には、プロセッサ９１は、被トラップ物（サンプル）のサイズ算出のステップに処理を移行させても良いし、或いは、被トラップ物（サンプル）のサイズの値を入力するか、被トラップ物（サンプル）のサイズ算出の指示を入力するようにアラートを出力デバイス９３から出力するようにしても良い。
【００５４】
（iv）ステップ９０４
プロセッサ９１は、例えば、撮像部８０からトラップ対象の被トラップ物の画像と撮像倍率の情報とを取得し、取得した被トラップ物の画像と撮像倍率から被トラップ物（サンプル）のサイズ（例えば、被トラップ物が球形状の場合には直径、被トラップ物が横長形状をなす場合には短辺及び長辺の長さ）を算出する。
【００５５】
（v）ステップ９０５
プロセッサ９１は、まず、オペレータによって入力された、ＸＹ面内での光トラップ力の適用かＺ方向での光トラップ力の適用かについての指示に基づいて、ビーム径テーブル９５１の種類を特定する。ＸＹ平面内での光トラップ力の適用が指示されている場合には、例えば図１のテーブルが選択され、Ｚ方向の光トラップ力の適用が指示されている場合には、例えば図２のテーブルが選択される。
【００５６】
そして、プロセッサ９１は、選択したビーム径テーブル９５１を参照し、オペレータによって予め入力された、対物レンズ４０の開口数ＮＡ及び対物レンズ４０の瞳直径と、オペレータによって予め入力された被トラップ物（サンプル）のサイズ或いはステップ９０４で算出した被トラップ物（サンプル）のサイズとに基づいて、レーザ光の照射ビーム径を算出する。つまり、上述のように、ビーム径テーブル９５１は、サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係（例えば、図１及び図２の情報）を格納しているので、サンプルサイズと対物レンズの開口数ＮＡが分かれば瞳充填率（＝（照射レーザ光の１／ｅ２の直径）／（対物レンズの瞳直径））が分かり、照射レーザ光のビーム径（照射レーザ光の１／ｅ２の直径）を求めることができる。
【００５７】
（vi）ステップ９０６
プロセッサ９１は、一例として、ステップ９０５で算出したビーム径の値に基づいて、ズームビームエキスパンダー２０の駆動部（図示せず）によってズームビームエキスパンダー２０のレンズ２３及びレンズ２４を動かし、照射レーザ光のビーム径が算出した値になるように調整する。
【００５８】
（vii）ステップ９０７
プロセッサ９１は、光源（レーザ光源）１０に対してレーザ光の被トラップ物（トラップ対象）への照射を開始するように指示する。レーザ光が被トラップ物に照射されると、与えられたサンプルサイズ及び対物レンズ４０の開口数ＮＡの値の条件の下で、最大のトラップ力が発生し、被トラップ物をトラップすることができるようになる。
【００５９】
（viii）ステップ９０８
プロセッサ９１は、オペレータが入力デバイスを用いて入力した移動方向及び移動距離の情報を取得し、サンプル載置部５０を入力された移動方向に移動距離分だけ移動させるようにサンプル載置面駆動部１００を制御する。すると、光トラップ力によって照射レーザ光に保持された被トラップ物の位置は、サンプル載置部５０の中で相対的に変化することになる。図４で例示する光トラップ装置１では、レーザ光の照射光学系の位置が固定されているため、サンプル載置部５０を動かすことにより、相対的に被トラップ物の位置を変えるように構成されているが、例えば、光トラップ装置１がマイクロマニュピュレーターで操作できるような形状（例えば、ペン型の光トラップ装置やマイクロピペットマニュピレータのような装置につけられるような形態）である場合には、光トラップ装置１で被トラップ物を保持しながらレーザ光の照射位置を変更させれば被トラップ物の位置を移動させることができるようになる。ペン型の光トラップ装置については第４の実施形態でさらに説明する。
【００６０】
（ix）ステップ９０９
プロセッサ９１は、例えば、撮像部８０を制御し、被トラップ物が光トラップ力により保持され、移動する様子を撮像し、撮像した映像を出力デバイス（例えば、ディスプレイ）の表示画面上に表示すると共に、記憶デバイス９５に撮像した映像を格納する。
【００６１】
（x）ステップ９１０
プロセッサ９１０は、例えば、ステップ９０２で付与した処理順番の情報を参照し、未処理の被トラップ物があるか否か判断する。未処理の被トラップ物がある場合（ステップ９１０でＹＥＳの場合）、処理はステップ９０７に戻る。トラップ対象の全ての被トラップ物が操作されている場合（ステップ９１０でＮＯの場合）、処理はステップ９１１に移行する。
【００６２】
（xi）ステップ９１１
プロセッサ９１１は、光源（例えば、レーザ光源）１０によるレーザ光の照射を停止する。
【００６３】
＜第１の実施形態のまとめ＞
第１の実施形態による光トラップ装置１においては、一例として、最適ビーム径情報（ビーム径テーブル９５１に相当）を参照して、光トラップ装置１で用いられる対物レンズ４０の開口数と対象の被トラップ物（サンプル）のサイズ（例えば、直径）との組み合わせに対応するビーム径の情報が取得される。取得されたビーム径で光（例えば、レーザ光）を被トラップ物に照射すると、適切なトラップ力（例えば、最大値）で被トラップ物を捕捉することができる。このように予め用意された最適ビーム径情報を用いてビーム径を決定しているので、様々な対物レンズ４０の開口数と被トラップ物（サンプル）のサイズの組み合わせに対応して最適なビーム径を決定することができるようになる。
【００６４】
例えば、サンプルサイズが既知であれば、オペレータが、入力デバイス９２からサンプルサイズと対物レンズ４０の開口数の情報を光トラップ装置１に入力し、それらの組み合わせに対応するビーム径をビーム径テーブル９５１に基づいて予め求めておくようにしても良い。サンプルサイズがほぼ均一であれば、一度最適なビーム径を求めておけば良いので、オペレータは、効率的に適切なトラップ力で被トラップ物を操作することができるようになる。一方、例えば、サンプルサイズが不知の場合、或いは、複数のサイズの被トラップ物が混在している場合、操作の度に、撮像部８０によって撮像した被トラップ物の画像からサイズを特定し、ビーム径テーブルに基づいて、特定されたサンプルサイズと対物レンズ４０の開口数に対応する最適なビーム径を求めるようにしても良い。これにより、様々な種類の被トラップ物が混在していても自動で最適なビーム径を取得することができるようになる。
【００６５】
第１の実施形態では、例えば、サンプル載置部（サンプル載置面）５０を移動させることにより、サンプル載置面での被トラップ物の位置を変更する。この場合、観察用光学系６０のコンデンサレンズ６０２のサイズを小さくすることができる。なお、対物レンズ４０としては、液浸対物レンズ及びドライ対物レンズの両方を採用することができるが、例えば、サンプル載置部（サンプル載置面）５０を広範囲に（例えば、対物レンズの先端レンズ径程度の範囲よりも広範囲に）動かす場合には、浸液の液切れが生じるおそれがあるため、ドライ対物レンズを用いる方が好ましい。
【００６６】
（３）第２の実施形態
第１の実施形態では、サンプル載置部５０をサンプル載置面駆動部１００によって動かすことにより、被トラップ物をサンプル載置部５０内で移動させているが、第２の実施形態では、サンプル載置部５０を固定し、レーザ光の照射光学系２００をステージ２１０によって動かすことにより、被トラップ物をサンプル載置部５０内で移動させるものである。
【００６７】
図６は、本開示の第２の実施形態による光トラップ装置２の概略構成例を示す図である。図６Ａは、光トラップ装置２の全体構成例を示している。図６Ｂは、レーザ光の照射光学系２００の構成例を示している。図６において、第１の実施形態による光トラップ装置１（図４参照）と同一の構成要素については同一の参照番号を付している。
【００６８】
図６Ａを参照すると、光トラップ装置２は、例えば、照射光学系２００と、照射光学系２００をＸＹ平面内及びＺ方向に移動させるためのステージ２１０と、観察用光学系６０と、制御装置９０と、を備えている。
【００６９】
観察用光学系６０は、第１の実施形態と同様に、例えば、観察用照明光を発する照明部６０１と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ６０２と、を備える。観察用光学系６０は、ステージ２１０による照射光学系２００の移動動作と同期させて移動させるように構成しても良いが、ここでは、例えば、観察照明光をサンプル載置部５０の全領域を照らすことができるように観察用光学系６０を構成している。このため、例えば、コンデンサレンズ６０２としては第１の実施形態におけるそれよりも大きい径を有するものが用いられている。このようにすることにより、観察用光学系６０を固定することができ、観察用光学系６０を移動させるための駆動系を設ける必要がなくなるため、コスト的な利点を享受することができる。
【００７０】
第２の実施形態における制御装置９０の構成及び動作は、第１の実施形態の場合とほぼ同様であるが、第２の実施形態では、第１の実施形態におけるサンプル載置面駆動部１００の代わりにステージ２１０の動作を制御する。その他の動作は第１の実施形態における制御装置９０と同様であるため説明は省略する。なお、第２の実施形態では、図５のステップ９０８における「サンプル載置面駆動部」（サンプル載置面駆動部１００に対応）をステージ（ステージ２１０に対応）と読み替えるものとする。
【００７１】
＜第２の実施形態のまとめ＞
第１の実施形態と同様に、予め用意された最適ビーム径情報を用いてビーム径を決定しているので、様々な対物レンズ４０の開口数とサンプルサイズの組み合わせに対応して最適なビーム径を決定することができるようになる。
サンプルサイズが既知の場合、サンプルサイズが不知の場合、或いは、複数のサイズの被トラップ物が混在している場合における最適ビーム径の決定についても第１の実施形態と同様である。
【００７２】
一方、第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なり、例えば、レーザ光の照射光学系２００を動かすことにより、サンプル載置面での被トラップ物の位置を変更する。この場合、観察用光学系６０のコンデンサレンズ６０２のサイズを大きくすることが好ましいが、例えば、観察用光学系６０も照射光学系２００と連動させることにより、コンデンサレンズ６０２を第１の実施形態の場合と同じサイズにすることができる。なお、第１の実施形態と同様に、対物レンズ４０としては、液浸対物レンズ及びドライ対物レンズの両方を採用することができる。例えば、レーザ光の照射光学系２００を広範囲に（例えば、対物レンズの瞳径で確定される範囲よりも広範囲に）動かす場合には、ドライ対物レンズを用いる方が好ましい。
【００７３】
（４）第３の実施形態
本開示の第３の実施形態は、第１の実施形態による光トラップ装置１、或いは第２の実施形態による光トラップ装置２を用いたセルソータ装置（サンプル分別装置）３について開示する。
【００７４】
＜セルソータ装置の構成＞
図７は、第３の実施形態によるセルソータ装置３の概略構成を示す図である。セルソータ装置３は、例えば、光源１０と、ズームビームエキスパンダー２０と、位置調整用ミラー対３１１と、リレーレンズ３１３と、ダイクロイックミラー３０と、対物レンズ４０と、ソーティング流路３００と、観察用光学系６０と、結像レンズ７０と、ミラー駆動部３１０と、撮像部３２０と、制御装置３３０と、を備えている。
【００７５】
位置調整用ミラー対３１１は、レーザ光の照射位置を変更するために設けられたものであり、一例として、Ｘ方向位置調整用ミラー３１１１と、Ｙ方向位置調整用ミラー３１１２と、によって構成されている。ただし、ミラー３１１２をＸ方向調整用として、ミラー３１１１をＹ方向調整用として用いても良い。
【００７６】
リレーレンズ３１３は、Ｘ方向位置調整用ミラー３１１１とＹ方向位置調整用ミラー３１１２とのほぼ中央の位置に対物レンズ４０の瞳共役面３１２を置くために設置されている。
【００７７】
図７に示される構成の場合、対物レンズ４０の瞳面上でビーム（照射されるレーザ光）の中心位置がＸＹ方向に動いてしまうが、Ｘ方向位置調整用ミラー３１１１とＹ方向位置調整用ミラー３１１２とをできるだけ近接させることで、ビームの中心位置のずれを小さく抑えることができ、事実上問題ないレベルに抑えることができる。
【００７８】
なお、リレーレンズ系３１３を構成する２つのレンズの焦点距離を対物レンズ４０の側からそれぞれｆ１、ｆ２とすると、対物レンズ４０の瞳面からｆ１の距離と２ｆ１＋ｆ２の位置にそれぞれレンズを設置する。この場合、対物レンズ４０の瞳面から測って２ｆ１＋２ｆ２の位置に瞳共役面３１２が生成される。最も単純なのはｆ１＝ｆ２とする場合であるが、ｆ１≠ｆ２の場合には対物レンズ４０の瞳に入射するビーム径がｆ１／ｆ２倍となる。このため、それを考慮したビーム径をズームビームエキスパンダー２０で生成する必要がある。
【００７９】
光源１０、ズームビームエキスパンダー２０、ダイクロイックミラー３０、対物レンズ４０、観察用光学系６０、及び結像レンズ７０の構成及び機能については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００８０】
セルソータ装置３では、第１の実施形態におけるサンプル載置部５０の代わりにソーティング流路３００が設けられている。ソーティング流路３００は、例えば、複数種類の細胞（例えば、血液中の赤血球、白血球、及び血小板）を選別し、同一種類の細胞を収集するためのデバイスである。選別や分離の対象としては、例えば、細胞（正常細胞と異常細胞）、精子、ウイルス、細菌、細胞小器官又は小部分、球状構造、コロイド懸濁液、脂質及び脂肪球、ゲル、不混和粒子、割球、細胞の凝集体、微生物及び他の生体物質等を挙げることができる。
【００８１】
セルソータ装置３において、位置調整用ミラー対３１１の各ミラーは、例えば、制御装置３３０の指示によって駆動するミラー駆動部３１０によって角度が調整可能なように構成されている。位置調整用ミラー対３１１の各ミラーの角度は独立に調整することができ、各ミラーの角度が変化すると、ソーティング流路３００に対して照射されるレーザ光の位置が変化する。これによって、ソーティング流路３００の流路分岐部３０７に到達した被トラップ物（サンプル（細胞等））をレーザ光による光トラップ力によってトラップし、所望の選別先の流路に選別することが可能となる。ソーティング流路３００の構成については後述する（図８参照）。
【００８２】
撮像部３２０は、例えば、第１の実施形態による撮像部８０の動作に加えて、ソーティング流路３００を流れるサンプルを撮像し、撮像した画像に基づいてサンプルのサイズ（形状を含む）、及びサンプルの流路における位置を算出して、当該算出した情報を制御装置３３０に送信する。なお、サンプルのサイズ（形状を含む）の算出、及びサンプルの位置の算出は、プロセッサ９１によって実行しても良い。この場合、撮像部３２０は、撮像したサンプルの画像を制御装置３３０に送信するだけである。
【００８３】
制御装置３３０は、第１の実施形態における制御装置９０とほぼ同様の構成を備えるが、例えば、記憶デバイス９５内に制御プログラム９５２の代わりに、ソーティングプログラム３３０１をさらに保持している点で制御装置９０とは異なっている。このソーティングプログラム３３０１は、プロセッサ９１によって実行されるが、例えば、撮像部３２０から受信したサンプルのサイズ（形状を含む）及び位置の情報に基づいて、ソーティング流路３００における流路分岐部３０７から先のどの流路に流すべきサンプルであるか判断（選別判断結果）する。そして、ソーティングプログラム３３０１は、当該選別判断結果に基づいて、レーザ光が照射される位置を決定し、かつトラップしたサンプルの所望の方向に誘導するようにミラー駆動部３１０を制御し、位置調整用ミラー対３１１の各ミラーの角度を調整する。
【００８４】
＜ソーティング流路の構成＞
図８は、第３の実施形態によるセルソータ装置３で用いられるソーティング流路３００を真上から見たときの構成例を示す図である。
ソーティング流路３００は、例えば、選別前の混合液（例えば、複数種類の細胞を含む液）を溜める液溜部３０１と、主流路３０２と、主流路３０２から分岐した第１の分岐流路３０３及び第２の分岐流路３０４と、ソーティングされた第一種サンプル（例えば、第一種細胞）３０８を溜め、取り出すための部位である第一の出力部３０５と、ソーティングされた第二種サンプル（例えば、第二種細胞）３０９を溜め、取り出すための部位である第二の出力部３０６と、を備えている。図８では、混合液を２つに分離して取り出す場合の例を示しているが、分離の数（つまり、分岐流路の数）は２つに限定される物ではなく、用途に応じてそれより多く設定することも可能である。
【００８５】
ソーティング流路３００における流路分岐部３０７は、例えば、主流路３０２から各分岐流路３０３及び３０４に分かれる部分であると同時に、光源１０から発せられたレーザ光がサンプル（例えば、第一種細胞及び第二種細胞）に照射され、光トラップ力が当該サンプルに提供される箇所となっている。
【００８６】
液溜部３０１から主流路３０２を介して各出力部３０５及び３０６へのサンプル（第一種細胞及び第二種細胞）の移動は、例えば、シース液を液溜部３０１から主流路３０２に流したり、各サンプルを帯電させ、液溜部３０１に電場を印加して各サンプルを液溜部３０１から主流路３０２に出力したりすることにより実現することができる。また、例えば、電気浸透流を利用してサンプルを導入することも可能である。この場合、ソーティング流路３００の材料としてはガラスなどの親水性材料を用いるのが好ましい。ガラスはマイナスに帯電しているため、サンプル中のプラスイオンがガラスのマイナス電荷に引っ張られ、電気二重層が形成される。ここに電圧を印加すると、サンプル中の荷電部分が動き、これに引かれてサンプルの溶液全体が液溜部３０１から主流路３０２に流れ出す。これが電気浸透流を用いたサンプル導入の原理である。
【００８７】
＜セルソータ装置の動作＞
図９は、本開示の第３の実施形態によるセルソータ装置３の動作を説明するためのフローチャートである。制御装置３３０のプロセッサ９１は、例えば、記憶デバイス（例えばＲＯＭ（Read Only Memory））９５からソーティングプログラム３３０１をプロセッサ９１内に設けられている内部メモリ（図示せず）に読み込み、ソーティングプログラム３３０１を実行する。以下、図９を参照して、セルソータ装置３の動作について説明する。
【００８８】
（i）ステップ１３０１
プロセッサ９１は、オペレータによって入力された、各種サンプル（例えば、混合液に含まれる複数種類の細胞）のサイズ（例えば、サンプルが球形状の場合には直径、サンプルが横長形状をなす場合には短辺及び長辺の長さ）の情報とセルソータ装置３で用いられている対物レンズ４０の開口数ＮＡの情報とを、例えば記憶デバイス９５から読み込み、各種サンプルに対応する最適なビーム径を算出する。最適なビーム径はサンプルのサイズに応じて変化するものであるが、例えば、各種サンプルのサイズの差異が所定値以下である場合にはビーム径の値を１つのみ用意し、それを用いるようにしても良い。さらに、例えば、ｎ（ｎ≧３の整数）種類あるサンプルのうちｋ（２≦ｋ＜ｎの整数）種類のサンプルのサイズの差異が所定値以下であり、残りの種類のサンプルのサイズの差異が所定値より大きい場合には、サイズの差異が所定値以下のｋ種類のサンプルに対してのみ共通のビーム径を適用するようにしても良い。
【００８９】
セルソータ装置３の場合、光トラップ力はＸＹ面内で適用されるため、ビーム径テーブル９５１としては、例えば図１のテーブルが選択される。プロセッサ９１は、選択されたビーム径テーブル９５１を参照し、オペレータによって予め入力された、対物レンズ４０の開口数ＮＡ及び対物レンズ４０の瞳直径と各種サンプルのサンプルサイズとに基づいて、各種サンプルに対応するレーザ光の最適な照射ビーム径を算出する。つまり、上述のように、ビーム径テーブル９５１は、サンプルサイズ及び対物レンズの開口数ＮＡと瞳充填率との関係（図１参照）を格納しているので、サンプルサイズと対物レンズの開口数ＮＡが分かれば瞳充填率（＝（照射レーザ光の１／ｅ２の直径）／（対物レンズの瞳直径））が分かり、照射レーザ光のビーム径（照射レーザ光の１／ｅ２の直径）を求めることができる。
【００９０】
（ii）ステップ１３０２
プロセッサ９１は、撮像部３２０にソーティング流路３００の流路分岐部３０７を通過中のサンプルを撮像するように指示し、撮像部３２０から流路分岐部３０７を通過中のサンプルの画像を取得する。
【００９１】
例えば、取得したサンプルの画像から当該サンプルのサイズを撮像部３２０で算出するようにしても良い。この場合、プロセッサ９１は、撮像部３２０からサンプルのサイズの情報も取得する。また、例えば、プロセッサ９１が撮像部３２０から取得した画像と撮像倍率からサンプルのサイズを算出するようにしても良い。
【００９２】
（iii）ステップ１３０３
プロセッサ９１は、撮像部３２０から取得したサンプルの画像に基づいて、流路分岐部３０７を通過中のサンプルの種類を特定する。例えば、プロセッサ９１は、取得したサンプルの画像から特徴点を抽出し、当該抽出した特徴点の情報と、予め記憶デイバス９５に格納しておいた各種サンプルの特徴点の情報とを比較・照合してサンプルの種類を特定することができる。その際、サンプルのサイズの情報をさらに用いても良い。
【００９３】
（iv）ステップ１３０４
プロセッサ９１は、ステップ１３０３で特定されたサンプルの種類に基づいて、当該サンプルをソーティングする際に用いるビーム径の値（ステップ１３０１で算出済）を取得し、ズームビームエキスパンダー２０の駆動部（図示せず）を制御し、レーザ光のビーム径を最適なビーム径に調整する。
【００９４】
（v）ステップ１３０５
プロセッサ９１は、流路分岐部３０７において、ステップ１３０４で調整したビーム径のレーザ光をソーティング対象のサンプルに照射し、光トラップ力を発生させ、当該サンプルをトラップする。例えば、この時点で、プロセッサ９１は、トラップしたサンプルの種類を認識しているので、流路分岐部３０７から延設される複数の分岐流路のうちどの分岐流路にトラップしたサンプルを誘導すれば良いか判断することができる。
【００９５】
（vi）ステップ１３０６
プロセッサ９１は、ミラー駆動部３１０を制御して対物レンズ４０の瞳面に共役な位置に置かれた位置調製用ミラー対３１１の少なくとも一方のミラーの角度を変化させ、ステップ１３０５でトラップしたサンプルを所望の分岐流路（分別対象のサンプルを収集するための出力部につながる分岐流路）に誘導する。例えば、誘導されたサンプルは、当該所望の分岐流路（第１の分岐流路３０３或いは第２の分岐流路３０４）を通過し、第一の出力部３０５或いは第二の出力部３０６に到着し、収集される。
【００９６】
（vii）ステップ１３０７
プロセッサ９１は、撮像部３２０からサンプルのソーティングの様子を撮像した画像（動画或いは静止画）を取得し、出力デバイスに出力（例えば、表示装置の画面上に表示）するとともに、記憶デバイス９５に格納する。
なお、必要が無い場合には、ステップ１３０７に対応する処理は実行しなくても良い。
【００９７】
（viii）ステップ１３０８
プロセッサ９１は、液溜部３０１に保持されていた全てのサンプルについてソーティング処理が終了したか否か判断する。全てのサンプルについてソーティング処理が終了している場合（ステップ１３０８でＹＥＳの場合）、処理はステップ１３０９に移行する。ソーティング処理していないサンプルが残っている場合（ステップ１３０８でＮＯの場合）、処理はステップ１３０２に移行する（戻る）。
【００９８】
（ix）ステップ１３０９
プロセッサ９１は、光源（例えば、レーザ光源）１０を制御し、レーザ光の照射を停止する。
【００９９】
＜第３の実施形態のまとめ＞
第１の実施形態や第２の実施形態で説明した光トラップ装置の原理はセルソータ装置（サンプル分別装置）３にも応用することができる。セルソータ装置３では、例えば、主流路３０２の出力側に複数の分岐流路３０３〜３０４が設けられているようなソーティング流路３００を設置し、主流路３０２から何れかの分岐流路３０３〜３０４に分別する際に、光トラップ力が用いられる。この場合にも、適切なトラップ力（最大トラップ力）を発生させるために、最適なビーム径が決定される。最適なビーム径は、例えば、第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、ビーム径テーブル９５１を参照して、分別対象のセル（サンプル）のサイズとレーザ光をセルに照射して分別するのに用いる対物レンズ４０の開口数との組み合わせから一意に求めることができる。
【０１００】
第３の実施形態では、例えば、複数種類のサンプルを撮像部３２０で撮像して得られた各画像から各種サンプルのサイズを特定し、これに基づいて、流路分岐部３０７を通過するサンプルに適用するレーザ光の最適ビーム径を決定している。例えば、流路分岐部３０７を通過するサンプルが変われば（サンプル毎にサイズが異なることが前提となるが）、最適なビーム径も変化するため、ビーム径を切り替えながらレーザ光の照射が行われる。このようにすることにより、各種サンプルに対して最適なビーム径でレーザ光を照射し、光トラップ力を適用してサンプルを分別することができるようになる。
【０１０１】
一方、図１１に示す変形例で後述するように、例えば、各種サンプルにラベリング（蛍光ラベリング）して、サンプルを分別する前に、少なくとも１つの検出光源１５０１〜１５０２から特定波長のレーザ光を発して流路を流れる各サンプルに照射して各サンプルからの散乱光や蛍光を検出し、この検出結果に基づいて各種サンプルを特定するようにしても良い。最適なビーム径は、上述と同様に、特定された各種サンプルのサイズと照射光学系２００の対物レンズ４０の開口数との組み合わせに対応して決定される。
【０１０２】
（５）第４の実施形態
図１０は、本開示の第４の実施形態による光トラップシステム４の概略構成例を示す図である。図１０Ａは、光トラップシステム４の全体構成を示している。図１０Ｂは、光トラップシステム４のレーザ光照射光学系４１０の構成例を示している。
【０１０３】
図１０Ａを参照すると、光トラップシステム４は、例えば、ペン型形状をなすレーザ光照射デバイス４００と、被トラップ物を載置するサンプル載置部５０と、観察用光学系６０と、観察用対物レンズ４２０と、結像レンズ７０と、撮像部８０と、制御装置９０と、マイクロピペットマニュピレータ（図示せず）と、を備えている。レーザ光照射デバイス４００、及び観察用対物レンズ４２０以外は、第１の実施形態による光トラップ装置１と同様の構成及び機能を有する構成要素である。
【０１０４】
ペン型形状をなすレーザ光照射デバイス４００は、内部にレーザ光照射光学系４１０を収容し、マイクロピペットマニュピレータによって保持される。マイクロピペットマニュピレータは、オペレータがコンピュータを介して入力する指示に従って動作するように構成されている。レーザ光照射光学系４１０は、ダイクロイックミラー３０を持たない点以外は、第１の光トラップ装置１のレーザ光の照射光学系と同一の構成を備えており、光源（例えば、レーザ光源）１０と、ズームビームエキスパンダー２０と、対物レンズ４０と、を備えている。
観察用対物レンズ４２０と結像レンズ７０とによって、被トラップ物の像が撮像部８０の像面に結像される。
【０１０５】
観察用光学系６０を構成する照明部６０１及びコンデンサレンズ６０２は、例えば、観察用照明光をサンプル載置部５０の全域に照射できるようなサイズで構成されている。また、観察用対物レンズ４２０及び結像レンズ７０も、サンプル載置部５０の全域の画像を撮像できるようなサイズで構成されている。このように第１の実施形態による光トラップ装置１よりも観察用光学系６０、観察用対物レンズ４２０及び結像レンズ７０のサイズを大きくすることにより、光トラップ力を適用して被トラップ物を操作する位置の画像を撮像するためにサンプル載置部５０、観察用光学系６０や撮像部８０を動かす必要がないという利点が得られる。
【０１０６】
光トラップシステム４の動作については、第１の実施形態による光トラップ装置１の動作を説明するためのフローチャート（図５）におけるステップ９０８が不要である点を除いて同一であるため、説明は省略する。
【０１０７】
＜第４の実施形態のまとめ＞
第４の実施形態による光トラップシステム４によれば、レーザ光のペン型形状をなすレーザ光照射デバイス４００を採用し、オペレータがマイクロピペットマニュピレータを操作するので、より繊細な動作によって被トラップ物を取り扱うことができるようになる。
【０１０８】
（６）光トラップ装置の用途について
（i）各実施形態による光トラップ装置は、例えば、多数のサンプル（例えば、ビーズ）を並べてある状態で、所定の評価方法を用いて最適であると評価されたサンプルを取り出すときに用いることができる。この場合、サンプルはサンプル載置面に広げられるため、特定のサンプルを取り出す際には、レーザ光の照射位置を広範囲に移動（サンプル載置面駆動部１００やステージ２１０を広範囲に動かす）させなければならない。このため、液浸対物レンズ（水浸対物レンズや液浸対物レンズ）を用いると、液切れを起こしてしまう可能性がある。そこで、このような用途の場合には、ドライ対物レンズを用いて光トラップ装置を構成するのが好ましい。
【０１０９】
ただし、一般的に、液浸対物レンズを用いた方がドライ対物レンズを用いるよりも光トラップ力そのものは大きくなることが知られているため、ドライ対物レンズを用いる場合にはできる限り効率の良い光学系を構成することが望ましい。効率の良い光学系を構成しようとすると、光源側の設計の余裕がなくなるので、光源の光量を有効に利用するべく、本開示では、照射するレーザ光のビーム径を最適なサイズにして最大トラップ力を生むようにしている。
【０１１０】
（ii）各実施形態による光トラップ装置は、例えば、タンパク質とタンパク質との間の相互作用を計測するために用いることができる（生物研究の用途）。この場合には、液浸対物レンズも用いることができる。
【０１１１】
例えば、細胞の表面からは様々なタンパク質が出ているが、それがどのようなタンパク質か、或いはペプチド（アミノ酸）が短くつながっているような物質と結合する際の親和力がどの程度か、を計測するために、予め識別されたペプチドを球体に付着させておく。細胞をこの球体に近づけると細胞が球体にくっつく。そして、光トラップ力を用いてこれらを引き離すとき、どれ位の力（光トラップ力を発生させる際の照射光量から換算できる）で引き離すことができたかを計測することによって、タンパク質同士の相互作用を測ることができる。簡単に（弱い力で）引き離すことができればそれらのタンパク質は単に吸着していただけであり、一方なかなか引き離すことができなければそれらのタンパク質には相互作用があり、細胞表面にどのようなタンパク質が出ているかを知ることができるようになる。
【０１１２】
（７）変形例
（i）第１及び第２の実施形態では、サンプル面駆動部１００やステージ２１０を動かすことにより、光（例えば、レーザ光）の照射位置を変化させているが、例えば、第３の実施形態のように、位置調整用ミラー対を設け、その角度を変更することによって光の照射位置を変更するようにしても良い。ただし、この場合、ステージ２１０等を動かす形態よりも光の照射位置の範囲が小さくなるため、ステージ２１０等を動かす場合よりも用途が限定される可能性がある。
【０１１３】
（ii）第１乃至第４の実施形態では、プロセッサ９１がビーム径テーブル９５１を参照して最適なビーム径の値を決定しているが、サンプルサイズが既知の場合には、予めサンプルサイズに対応して最適なビーム径の値を決定しておいても良い。例えば、図３で示されるように、ＸＹ平面内での光トラップ力を適用する場合には瞳充填率が０．４３以上０．９３以下の範囲内、Ｚ方向で光トラップ力を適用する場合には瞳充填率が０．５６以上０．９６以下の範囲内となるように、オペレータは、制御装置９０を用いてズームビームエキスパンダー２０を調整し、レーザ光のビーム径を予め設定することができる。
【０１１４】
（iii）第３の実施形態によるセルソータ装置３では、位置調整用ミラー対３１１の角度を変更し、捕捉されたサンプルを移動させて所望の分岐流路に誘導しているが、例えば、レーザ光の照射量を制御し、発生する光トラップ力を変化させる（サンプルの種別に応じて強弱をつける）ことによってサンプルを所望の分岐流路に誘導し、ソーティングしても良い。また、例えば、レーザ光の照射のＯＮ／ＯＦＦを制御することによって、サンプルをソーティングしても良い。
【０１１５】
（iv）第３の実施形態によるセルソータ装置３では、流路分岐部３０７を通過するサンプルの画像に基づいてサンプルのサイズを特定し、レーザ光のビーム径を決定しているが、別の方法を採用してサンプルの種類を特定してビーム径を決定しても良い。例えば、各種サンプルに予めラベリング（例えば、蛍光ラベリング）しておき、ソーティング流路３００を流れるサンプルに特定波長のレーザ光（光トラップのためのレーザ光とは異なる）を照射することにより得られる散乱光や蛍光を検出部によって検出する。検出部によって検出された散乱光や蛍光は、サンプル毎に異なる特徴を示すため、この散乱光や蛍光を分析することにより、サンプルの種類を特定することができるようになる。以下、このようなセルソーティングを実現するためのセルソータ装置５について簡単に説明する。なお、既出の構成要素と同じものについては同一の参照番号を付していることに注意されたい。
【０１１６】
図１１は、第３の実施形態の変形例によるセルソータ装置５の概略構成例を示す図である。セルソータ装置５は、例えば、照射光学系１５００と、図１１に図示しない観察用光学系及び撮像部（上述の観察用光学系６０及び撮像部８０に相当）と、制御装置９０と、複数の検出光源１５０１〜１５０２と、複数の検出器１５０３〜１５０４と、を備え、例えば、着脱可能なソーティング流路３００を設置し、光トラップ力をサンプルに適用してサンプル（例えば、細胞等）を分別するものである。
【０１１７】
照射光学系１５００は、第２の実施形態で説明した照射光学系２００と同様の構成をなしている。例えば、第３の実施形態のように、位置調整用ミラー対３１１の角度を変更することにより、レーザ光照射によってトラップ（捕捉）したサンプルを所望の第１の分岐流路３０３又は第２の分岐流路３０４に誘導しても良いし、第２の実施形態のように、ステージ２１０を動かすことにより、トラップしたサンプルを所望の第１の分岐流路３０３又は第２の分岐流路３０４に誘導しても良い。
【０１１８】
観察用光学系６０は、第１の実施形態と同様に、例えば、観察用照明光を発する照明部６０１と、観察用照明光を有効にサンプル面に集光するためのコンデンサレンズ６０２と、を備える。観察用光学系６０は、第２の実施形態と同様に、例えば、観察照明光をサンプル載置部５０の全領域を照らすことができるように構成することができる。
【０１１９】
ソーティング流路３００において、液溜部３０１には、複数種類のサンプル（細胞等）が混合されたサンプル液が収容されている。例えば、各サンプルは、蛍光ラベリングされており、特定の波長の光を当てると散乱したり、蛍光を発したりする。一例として、複数の蛍光色素を用いて多重染色することも可能である。
【０１２０】
セルソータ装置５では、一例として複数の検出光源１５０１〜１５０２が設けられているが、これは、多重染色した場合に対応するためである。各検出光源は波長の異なる光（例えば、レーザ光）を発する。検出光源が複数設けられているため、ここでは、検出器も複数設けられている。
【０１２１】
検出器１５０３〜１５０４は、各検出光源１５０１〜１５０２から光が各サンプルに照射されることによって発生する散乱光や蛍光を検出する。検出された散乱光や蛍光は、例えば、光学信号に比例した電気信号に変換され、制御装置９０に送信される。
【０１２２】
制御装置９０は、例えば、各サンプルについて検出された散乱光や蛍光に対応する電気信号に基づいて各サンプルのサイズを算出し、当該サイズの情報に基づいて各サンプルの種類を特定する。これにより、例えば、制御装置９０は、何番目のサンプルがどの種類かを認識することができるので、サンプルが流路分岐部３０７に進入した際にどの分岐流路に分別すれば良いか決定することができる。制御装置９０は、照射光学系２００のレーザ光源１０からのレーザ光の照射を制御して対象のサンプルをトラップする。そして、制御装置９０は、ミラー駆動部３１０を制御してダイクロイックミラー３０の角度を変更したり、或いは、ステージ２１０を移動させたりすることにより、光トラップ力でトラップされたサンプルを所望の分岐流路（種類に対応した分岐流路）に誘導する。制御装置９０のその他の動作及び処理については、第１の実施形態における制御装置９０の動作及び処理と同様である。つまり、当該変形例においても、最適なビーム径は同様に決定される。また、各サンプルのサイズが既知の場合には、例えば、予めビーム径を算出（瞳充填率が０．４３〜０．９３の範囲内で算出）し、どの種類のサンプルが流路を流れているかによって、ビーム径を単に切り替えるようにズームビームエキスパンダー２０を制御するようにしても良い。
【０１２３】
（８）その他の実施形態
各実施形態の機能は、ソフトウェアのプログラムコードによっても実現することができる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或は装置に提供し、そのシステム或は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本実施形態に含まれる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどが用いられる。
【０１２４】
また、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施の形態の機能が実現されるようにしてもよい。さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータ上のメモリに書きこまれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータのＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって前述した実施形態の機能が実現されるようにしてもよい。
【０１２５】
さらに、実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することにより、それをシステム又は装置のハードディスクやメモリ等の記憶手段又はＣＤ−ＲＷ、ＣＤ−Ｒ等の記憶媒体に格納し、使用時にそのシステム又は装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしても良い。
【０１２６】
ここで述べたプロセス及び技術は本質的に如何なる特定の装置に関連することはなく、コンポーネントの如何なる相応しい組み合わせによってでも実装できる。更に、汎用目的の多様なタイプのデバイスがここで記述した方法に従って使用可能である。ここで述べた方法のステップを実行するのに、専用の装置を構築するのが有益である場合もある。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【０１２７】
本技術分野の通常の知識を有する者には、本開示のその他の実装がここに開示された本開示の明細書及び実施形態の考察から明らかになる。記述された実施形態の多様な態様及び／又はコンポーネントは、単独又は如何なる組み合わせでも使用することが出来る。
【符号の説明】
【０１２８】
１，２  光トラップ装置
３，５  セルソータ装置
４  光トラップシステム
１０  光源
２０  ズームビームエキスパンダー
３０  ダイクロイックミラー
４０  対物レンズ
５０  サンプル載置部
６０  観察用光学系
７０  結像レンズ
８０，３２０  撮像部
９０，３３０  制御装置
１００  サンプル載置面駆動部
２００，１５００  照射光学系
２１０  ステージ
３００  ソーティング流路
３０１  液溜部
３０２  主流路
３０３  第１の分岐流路
３０４  第２の分岐流路
３０５  第一の出力部
３０６  第二の出力部
３０７  流路分岐部
３０８  第一種サンプル
３０９  第二種サンプル
３１０  ミラー駆動部
３１１  位置調整用ミラー対
３１３  リレーレンズ
４００  レーザ光照射デバイス
４１０  レーザ光照射光学系
４２０  観察用対物レンズ
１５０１，１５０２  検出光源
１５０３，１５０４  検出部
【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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