(57)【要約】この発明は、粒子、微小構成部品、生物細胞、細菌、ナノチューブおよび原子の集合体などのような極微小物体を含む微小物体の、電磁放射力を使用する操作に関するものである。すなわち、この発明は、微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のために複数の光学トラップを生成する光学的操作システムであって、このシステムは、空間的に変調された強度プロフィールによって、強度変調ずみの第２光ビームおよび第３光ビームを生成するために調節可能な第１空間光変調器へ向かって伝搬される第１光ビームの放出のための空間的に変調された光源を備えてなり、上記の強度変調ずみ第２光ビームは、この第２光ビームを上記微小物体操作対象へ偏向させるための第１偏向器へ向かって伝搬され、かつ、上記の強度変調ずみ第３光ビームは、この第３光ビームを上記微小物体操作対象へ偏向させるための第２偏向器へ向かって伝搬される。
2008533531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のために複数の光学トラップを生成する光学的操作システムであって、このシステムは、
空間的に変調された強度プロフィールによって、強度変調ずみの第２光ビームおよび第３光ビームを生成するために調節可能な第１空間光変調器へ向かって伝搬される第１光ビームの放出のための空間的に変調された光源を備えてなり、
前記の強度変調ずみ第２光ビームは、この第２光ビームを前記微小物体操作対象へ偏向させるための第１偏向器へ向かって伝搬され、かつ、
前記の強度変調ずみ第３光ビームは、この第３光ビームを前記微小物体操作対象へ偏向させるための第２偏向器へ向かって伝搬される
光学的操作システム。
【請求項２】
前記空間光変調器は、時間多重化偏向を実行する、請求項１に記載の光学的操作システム。
【請求項３】
前記の空間的に変調された光源は、空間的に変調された強度プロフィールによって前記第１光ビームを放出するための調節可能な強度がある一列の光源からなっている、請求項１または２に記載の光学的操作システム。
【請求項４】
前記の空間的に変調された光源は、一列の垂直キャビティ面放射レーザ、ＶＣＳＥＬからなっている、請求項３に記載の光学的操作システム。
【請求項５】
前記の空間的に変調された光源は、ある光源から上記の強度変調ずみ第１光ビームへの光ビームの変調のための調節可能な第２空間光変調器へ伝搬される光ビームの放出のための光源からなっている、請求項１または２に記載の光学的操作システム。
【請求項６】
前記空間光変調器は、ディジタル型微小ミラー装置（ＤＭＤ）のような微小光電子機構システム（ＭＯＥＭＳ）からなっている、請求項５に記載の光学的操作システム。
【請求項７】
前記の空間的に変調された光源は、光ビームを複数の方向へ連続的に偏向させるために制御されたビーム偏向器へ向かって伝搬し、それによって、前記の強度変調ずみ第１光ビームを形成する、光ビームの放出のための光源からなっている、請求項１または２に記載の光学的操作システム。
【請求項８】
前記の第２光ビームおよび第３光ビームは、交差している光ビームの中へ偏向される、請求項１〜７のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項９】
前記の第２光ビームおよび第３光ビームは、逆伝搬用光ビームの中へ偏向される、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項１０】
前記の偏向された光ビームを前記微小物体操作対象の上に合焦させるための顕微鏡対物レンズをさらに備えている、請求項１〜９のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項１１】
前記微小物体操作対象を複数の方向から同時に観察するための観察システムをさらに備えている、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項１２】
前記微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のユーザー制御および前記微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の同時表示のために適合されたコンピュータをさらに備えている、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、粒子、微小構成部品、生物細胞、細菌、ナノチューブおよび原子の集合体などのような極微小物体（nano-object）を含む微小物体（micro-object）の、電磁放射力を使用する操作（manipulation）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ほぼガウス状の強度プロフィール、放射圧、散乱力および勾配力がある強く合焦されたレーザビームでは、構成部品は、レーザビームの焦点の近くに配置された安定平衡の箇所をもたらすために組み合わされることが広く知られている。散乱力は、光強度に比例するものであり、また、入射するレーザ光線の方向において作用する。勾配力は、光強度に比例するものであり、また、強度勾配の方向に向いている。
【０００３】
この効果は、合焦した光ビームにおける光の勾配力がこの光ビームの焦点で小さい微小物体を捕捉するので、いわゆる光学ピンセット（optical tweezer）あるいは光学トラップ（optical trap）において利用される。微小物体は典型的には、屈折率がこの微小物体の屈折率よりも小さい液状媒体の中に浸漬される。光学ピンセット技術は、反射、吸収および低誘電率微小物体の操作を可能にするために一般化されてきた。典型的には、周囲の屈折率よりも高い屈折率を有する微小物体の捕捉のためにはガウス状ビームが使用され、一方、周囲の屈折率よりも低い屈折率を有する微小物体の捕捉のためにはドーナツ状ビームが使用されている。
【０００４】
米国特許第４，８９３，８８６号公報には、生物学的微小物体のための光学トラップが開示されており、ここでは、生物学的微小物体は赤外線レーザを使用する単一ビーム勾配力の中に維持される。
【０００５】
米国特許第６，０５５，１０６号公報には微小物体を操作するための装置が開示され、この装置には、光ビームを受けるとともに個別の光学トラップあるいは光学ピンセットを形成するために、それぞれが合焦されて複数の個々の光ビームを形成する回折光学素子が備わっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、複数の微小物体の位置および速度を同時制御するとともに個別制御する簡略化された装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、上記の目的および他の目的は、微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のために複数の光学トラップを生成する光学的操作システムであって、このシステムが、空間的に変調された強度プロフィールによって、強度変調ずみの第２光ビームおよび第３光ビームを生成するために調節可能な第１空間光変調器へ向かって伝搬される第１光ビームの放出のための空間的に変調された光源を備えてなり、上記の強度変調ずみ第２光ビームが、この第２光ビームを上記微小物体操作対象へ偏向させるための第１偏向器へ向かって伝搬され、かつ、上記の強度変調ずみ第３光ビームが、この第３光ビームを上記微小物体操作対象へ偏向させるための第２偏向器へ向かって伝搬される光学的操作システムによって、満たされる。
【０００８】
この発明はこれから、この発明の代表的な実施形態が示されている添付図面を参照して、以下においていっそう充分に説明される。しかしながら、この発明は、異なった形態に具体化することができ、また、この明細書に述べられた実施形態に限定されるように解釈すべきではない。それどころか、これらの実施形態は、この開示が、障害のないかつ完全なものであるように、また、当業者にこの発明の範囲を充分に伝えるように、設けられている。類似した参照符号は、全体を通して類似した要素を意味する。
【０００９】
この発明の基本原理は一般に、可視光線、赤外線、紫外線、Ｘ線、電波などのような任意の種類の電磁放射線のビームに適用される。
【００１０】
この発明の１つの実施形態では、２本以上のビームが、微小物体の捕捉のために選定された交差角で互いに交差する。微小物体が複数本のビームの交差箇所で捕捉されると、個々のビームの合焦要件は緩和される。
【００１１】
この発明のある実施形態では、この光学的操作システムは、実質的に同じ伝搬軸であるがその反対方向に沿って伝搬するビーム、いわゆる逆伝搬用ビームの複数組を提供し、それによって、微小物体の捕捉のためのビームの上記伝搬軸に沿って顕著な捕捉力を形成する。
【００１２】
この発明のある実施形態では、捕捉された微小物体の制御された動きを、隣接する光ビームの制御された入・切操作によって得ることができる。
【００１３】
充分に近接したいくつかの伝搬用ビームについては、捕捉された微小物体が、現在捕捉中のビームの切操作と隣接ビームの入操作とによって、隣接ビームまで動くことになるが、その理由は、結果として生じる捕捉力がこの微小物体を入操作により生じたビームまで引き寄せるからである。ビームの適切な連続的入・切操作によって、微小物体は要望どおりに動くことができる。個々の微小物体についての運動の経路は、監視システムによる観察に基づいて、例えば血球計算法については例えば目視検査、蛍光発光などに基づいて、決定することができる。
【００１４】
空間的に変調された光源は、それぞれの光源の放射光強度を空間的に変調された強度プロフィールによって第１光ビームを放出するために個々に制御することができる一列の光源からなるものでもよい。
【００１５】
例えば、空間的に変調された光源は、垂直キャビティ面放射レーザ（vertical cavity surface emitting laser）、ＶＣＳＥＬからなるものでもよい。典型的には、一列のＶＣＳＥＬは実質的に円形の複数本のレーザビームを放出する。１次元列あるいは２次元列を利用することができ、また、生成されたビームは、モード競合がないために低い発散性と低い相対強度ノイズとが備わった強度プロフィールを有している。
【００１６】
別の実施形態では、空間的に変調された光源は、光ビームを複数の方向へ連続的に偏向させるために制御されたビーム偏向器へ向かって伝搬し、それによって、特定の平均光強度のあるビームの生成のために相異なる方向の間における時間多重化により、強度変調ずみ第１光ビームを形成する、光ビームの放出のための光源からなっている。このビーム偏向器は例えば、入射ビームの偏向のための第１軸の周りでアジマス方向に回転することのできる第１ミラーと、入射ビームの偏向のための上記第１軸に対して垂直である第２軸の周りで高さ方向に回転することのできる第２ミラーとを備えていてもよい。
【００１７】
この発明のさらに別の実施形態では、空間的に変調された光源は、ある光源から上記強度変調ずみ第１光ビームへの光ビームの変調のための調節可能な第２空間光変調器へ向かって伝搬される光ビームの放出のための光源からなっている。
【００１８】
これらの偏向器は、電磁ビームの反射、屈折、吸収、回折、散乱などに基づくものである。
【００１９】
第１および／または第２の調節可能な空間光変調器は、一列の調節可能な微小ミラー、例えばディジタル型微小ミラー装置（Digital Micro-mirror Device）（ＤＭＤ）のような微小光電子機構システム（Micro-Opto-Electro-Mechanical System）（ＭＯＥＭＳ）からなっていてもよい。
【００２０】
このＤＭＤは、ミラーの列にわたって高いスペクトル均一性および空間的均一性を有している。このＤＭＤは、高い変調速度を有しており、それぞれのミラーは、最高の精度でマイクロ秒の間に切り換わることができ、また、新しいページのデータを１００マイクロ秒未満の間に処理することができる。現在のＤＭＤは、±２０°までの偏向光ビームの角度分離をもたらす。マイクロメートルよりも小さいことによって、隣接するミラーを分離することができる。さらに、このＤＭＤは、入射する光ビームの波長および偏光からはほとんど独立している。
【００２１】
この発明の重要な利点は、好ましい実施形態の操作が光源の干渉特性あるいは偏光特性に依存しないことである。従って、例えばレーザ光放射あるいはメーザ放射のような電磁放射は、空間的にかつ／または一時的に干渉性のものあるいは非干渉性のものであるが、しかしながら、超連続光源のような白色光源もまた利用することができる。
【００２２】
調節可能な空間光変調器は、時間多重化偏向を利用して入射光ビームを２本の発散ビームに分離することができる。例えば、この調節可能な空間光変調器がディジタル型微小ミラー装置であって、それぞれのミラーが２つの角度位置の間で移動することができるときには、それぞれのミラーはこれら２つの位置の間において選定周波数および選定デューティサイクルで切り換わることができる。このデューティサイクルが５０％であるときには、入射光ビームは、完全な光偏向が予測される入射光ビームの強度の平均強度の半分がある、偏向された２本の光ビームに分離される。このデューティサイクルが変更されると、対応して、偏向された光ビームの一方の平均強度が増大するとともに、偏向された光ビームの他方の平均強度が減少するであろう。
【００２３】
時間多重化偏向によって、微小物体操作対象（micro-object manipulation volume）における干渉を回避することができるが、その理由は、第２および第３の強度変調ずみ光ビームが同じ対象において同時に存在することが決してないからである。
【００２４】
さらに、第１および第２のＤＭＤを正確に位置合わせする必要がまったくないことに留意すべきである。
【００２５】
第２および第３の光ビームは、交差している光ビームの中へさらに偏向させることができる。
【００２６】
第２および第３の光ビームは、逆伝搬用光ビームの中へ偏向させることができる。
【００２７】
この光学的操作システムは、偏向された光ビームを微小物体操作対象の上に合焦させるための顕微鏡対物レンズをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００２８】
この発明による、逆伝搬用ビームを使用する光学的操作システムの重要な利点は、微小物体の位置決めを、大きい距離、逆伝搬用ビームの伝搬の方向に沿った例えば５０μｍよりも大きい距離、また、逆伝搬用ビームの伝搬の方向に対して垂直な方向に沿った例えば１００μｍよりも大きい距離の範囲内で制御できることである。従って、微小物体は顕微鏡対物レンズの焦点面の外側で充分に移動させることができる。焦点が合っていない微小物体はほとんど見ることができず、また、粒子位置および速度ベクトルの測定は従来の光学ピンセットシステムではきわめて困難であろう。さらに、従来の光学ピンセットシステムでは、球面収差によっていくつかの問題が引き起こされるであろう。これらの問題は、以下に説明するように、この発明によって解決される。
【００２９】
逆伝搬用ビームを使用する光学的操作システムの緩和された合焦条件によって、このシステムのある好ましい実施形態では、極微小物体を含む微小物体を３次元でかつリアルタイムで制御的に捕捉するための、低い開口数（ＮＡ）であって液浸が不要である対物レンズが備わっている。この実施形態では、このシステムは、長い作動距離、例えば、光学部品と操作対象（manipulation volume）との間で数ミリメートルよりも大きい距離をもたらすことができる。さらに、このシステムは、特に逆伝搬用ビームの伝搬の方向に沿って、幅の広い操作対象をもたらすことができる。またさらに、このシステムは、例えば２つの対向状対物レンズのそれぞれを通る、結像のための大きい視野をもたらすことができる。従って、微小物体操作対象の形状および寸法に関する制限は、従来の光学ピンセットについてのものよりもきわめて少ない。これによって、コンパクトディスクリーダーの挿入・排出システムに類似している試料挿入・排出システムが可能になる。
【００３０】
この発明によって可能になった上記の大きい作動距離のさらに別の結果として、さまざまな任意の立体角から観察されたような捕捉ずみ粒子の同時監視が可能である。例えば、捕捉ずみ微小物体を上記対物レンズの一方を通してＸ−Ｙ平面において観察することは別として、微小物体は、逆伝搬用ビームに対して垂直である方向から観察することもできる。
【００３１】
３次元における捕捉ずみ微小物体の位置に関する改善された情報は、この操作の改善された精度について、かつ／または、捕捉ずみ微小物体の位置および／または速度に関する改善された情報について、この光学的操作システムへフィードバックするために使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
この発明の上記特徴、他の特徴および利点は、添付された図面を参照して代表的な実施形態を詳細に説明することによって、当業者にいっそう明らかになる。
【００３３】
図１は、光学的操作システム１０の好ましい第１の実施形態を模式的に示しており、この光学的操作システム１０は、微小物体操作対象１４の中における微小物体（図示略）の操作のために複数の光学トラップを生成する。このシステム１０には空間的に変調された光源１６があり、この光源１６には、調節可能な空間光変調器２２へ向かって伝搬される光ビーム２０を放出させるための光源１８が備わっているが、変調器２２は、図示された実施形態では、光ビーム２０を強度変調ずみ第１ビーム２４に変調するためのディジタル型微小ミラー装置（ＤＭＤ）２２である。この強度変調は図４を参照してさらに説明される。
【００３４】
空間的に変調された強度プロフィールによって、第１光ビーム２４はさらに調節可能な空間光変調器２６へ向かって伝搬されるが、変調器２６は、図示された実施形態では、強度変調ずみ第１光ビーム２４を相異なる方向に伝搬される第２および第３の強度変調ずみ光ビーム２８，３０に分離するためのＤＭＤ２６でもある。強度変調ずみ第２光ビーム２８は、微小物体操作対象１４への第２光ビーム２８の偏向のための第１偏向器３２、例えばミラーへ向かって伝搬され、強度変調ずみ第３光ビーム３０は、微小物体操作対象１４への第３光ビーム３０の偏向のための第２偏向器３４へ向かって伝搬される。
【００３５】
ＤＭＤ２６は、時間多重化偏向を利用して入射光ビーム２４を２本の発散ビームに分離する。それぞれのミラー４０，４２は、ミラー４０およびミラー４２について模式的に表示されたような２つの角度位置の間で移動することができる。それぞれのミラー４０，４２はこれら２つの位置の間において選定周波数および選定デューティサイクルで切り換わることができる。このデューティサイクルが５０％であるときには、入射光ビーム２４は、入射光ビーム２４の強度の平均強度の半分がある、偏向された２本の光ビーム２８，３０に分離される。このデューティサイクルが変更されると、対応して、偏向された光ビーム２８，３０の一方の平均強度が増大するとともに、偏向された光ビーム２８，３０の他方の平均強度が減少するであろう。
【００３６】
従って、図示されたこの実施形態では、光学的操作システム１０によって、伝搬の軸と実質的に同一であるが反対方向に沿って伝搬され、それによって、微小物体の捕捉のためのビームの上記伝搬軸に沿って顕著な平均捕捉力が形成される、一組のビーム１２がもたらされる。
【００３７】
逆伝搬用光照射野によって、ブラウン粒子についての静止した光学電位が良好にもたらされる。逆伝搬用ビームの相対強度に変動性を導入することによって、微小物体が安定した平衡位置を得る電位が最小である軸方向箇所の動的制御がもたらされる。
【００３８】
粒子の上への入射光学野が高程度に合焦されないときには、発散力が支配的になる。この状況では、上記粒子はポインティング（Ｐｏｙｎｔｉｎｇ）ベクトルの方向に正味軸力を受ける。１９７０年に、アスキン（Ａｓｈｋｉｎ）は、光軸に沿ってわずかに隔てられた腰部がある等しい２本の対向状ＴＥＭ00ビームの間において光指数の球体が対称点で捕捉されることを示した。この捕捉位置では、物体における正味軸力はゼロであって元に戻されている。それゆえ、一対の非平行ビームが、誘電性粒子のための３次元光学電位を良好に形成し、また、これは、上記文献において、逆伝搬用ビームあるいは２重ビームトラップとして知られている。
【００３９】
逆伝搬用ビームを使用するこの発明の好ましい実施形態では、光学的に捕捉された複数の微小物体の調整可能な軸安定平衡の位置決めがもたらされる。光軸に沿った粒子変位のための機構は、光学電位が良好に最小である軸方向箇所の変動を伴う、引き起こされた微分平均力による。捕捉された物体の軸方向位置の動的かつ非機構的な制御は、微生物のような微小物体と機能的に変調表面との間における相互作用力の研究のために、また、光学ガイドおよび搬送を通して仕分けられる粒子のために、適用することができる。
【００４０】
図示された実施形態によれば、粒子、生体細胞などのような複数の微小物体の同時３次元捕捉および独立操作のための、３次元かつリアルタイムでの制御的微小物体位置決め性能がある光学トラップの列が提供される。
【００４１】
図示された実施形態では、捕捉された微小物体は、逆伝搬用光ビームを操作対象１４へ向けて出力する光学部品４４，４６の視野の内部で捕捉用光ビーム３６，３８に対して横断状に独立して操作することができるとともに、例えば１００μｍの距離にわたって光ビーム３６，３８の軸方向に沿って同時に操作することができる。
【００４２】
ＤＭＤのいくつかの特徴構成は、この発明の図示された実施形態において有利に利用される。ＤＭＤは波長から独立したものであるので、広い出力スペクトルが備わった光源は、例えば多レーザ波長をこのシステムにおいて同時に利用することができ、あるいは超連続光源のような白色光源を利用することができる。ＤＭＤは偏光から独立したものであるので、例えばファイバーレーザをこのシステムに利用することができる。さらにまた、ＤＭＤは、高い精度、高い充填比、高い反射率、および高い変調速度、例えば８０００フレーム／秒までのような変調速度を有している。
【００４３】
図示された光学的操作システム１０には、偏向された光ビーム３６，３８を微小物体操作対象１４の上へ合焦させるための顕微鏡対物レンズ４８，５０がさらに備わっている。
【００４４】
図２に示された実施形態１０は、図２の実施形態には顕微鏡対物レンズがないという事実を除けば、図１の実施形態と同一である。これによって、大きい視野が得られており、すなわち、微小物体操作対象１４の断面積が増大している。
【００４５】
図３に示された実施形態１０は、図３の実施形態には強度変調ずみ第１光ビーム２４の伝搬路においてだけ単一の結像レンズがあるという事実を除けば、図１の実施形態と同一である。
【００４６】
図４は、ＤＭＤによって実行された光ビームの空間強度変調を示している。ＤＭＤ２２のミラー列の一部５２が図４の左部に示されている。その位置の１つではミラー５４が光を強度変調ずみ光ビーム２４の伝搬路の中へ反射させ、他の位置ではミラー５６が光を光ビーム２４の伝搬路から離れるように反射させる。従って、光ビーム２４の断面の対応部分が強度プロフィール５８を得る。同様に、ＤＭＤ２６のミラー列の一部６０が図４の中央部に示されている。すでに言及したように、その位置の１つではミラー４０，４２が入射ビームを強度変調ずみ第２光ビーム２８の中へ反射させ、他の位置では強度変調ずみ第３光ビーム３０の中へ反射させ、このようにして、２つのビーム２８，３０が時間多重化偏向によって生成される。例として、４０および５０％のデューティサイクルがいくつかのミラーについて表示され、これは逆伝搬用光ビーム３６，３８の強度プロフィールにつながる。デューティサイクルの調節は、微小物体の一方側面に作用する平均放射力が結果的に増大することと微小物体の反対側面に作用する平均放射力が結果的に減少することとによって、光ビーム３６，３８の伝搬の方向に沿う捕捉微小物体の移動につながる。
【００４７】
図５に示された実施形態１０は、図５の実施形態には、微小物体操作対象１４における微小物体の観察のための、例えば血球計算については例えば目視検査、蛍光発光などに基づいて、例えば個々の微小物体の移動路を監視するための光学的監視システム５２，５４があるという事実を除けば、図１の実施形態と同一である。
【００４８】
図１、図２、図３および図５に示された光学的操作システム１０は、コンピュータ７０（図５においてだけ示されている）によって制御されるが、このコンピュータ７０には、このコンピュータがＤＭＤ２２，２６の中におけるそれぞれのミラー４０，４２の個々の位置決めを制御するように、ＤＭＤ２２，２６のそれぞれのミラー４０，４２を取り扱うためのインターフェイス７２が備わっている。さらに、このコンピュータは、光源を、例えば光源の出力強度を制御することができる。コンピュータ７０には、ユーザーのコマンド、ソフトウェア更新処理などを受けるためのキーボード、マウス、ディスケット駆動装置、光ディスク駆動装置、ネットワークインターフェイス、モデムなども備わっている。図５に示されたような監視システム５２，５４が備わった実施形態では、コンピュータ７０は、例えば微小物体操作対象１４の中における微小物体を表示する画像捕捉のために、さらに監視システム５２，５４に接続されている。監視システム５２については、逆伝搬用ビームに対して垂直な方向から操作対象１４を観察することは従来のピンセットシステムではきわめて困難である、ということに留意すべきである。従来のピンセットシステムでは強く合焦したビームが必要であり、このことによって、高い開口数の顕微鏡対物レンズを油あるいは水の中へ浸漬することが必要であり、それゆえ、上記操作対象に近接して配置された上記対物レンズによって、側方からの観察、すなわち光学ピンセットに対して垂直な方向からの観察は、きわめて困難になる。
【００４９】
このシステムでは、ビームを強く合焦させる必要がないので、長い作動距離、例えば、光学部品と上記操作対象との間で数ミリメートルよりも大きい距離をもたらすことができ、また、特に逆伝搬用ビームの伝搬の方向に沿って、幅の広い操作対象をもたらすことができ、さらに、例えば顕微鏡対物レンズ４８，５０の一方を通して、画像形成のための大きい視野ももたらすことができる。このシステム５２は、上記操作対象を側方から観察するように図示されているが、任意のさまざまな立体角から観察されたような捕捉ずみ粒子の同時監視が可能である。
【００５０】
このシステムのユーザーはマウスを使用して、例えば、移動されるこの微小物体の画像の上にカーソルを動かすとともにマウスクリックによってその微小物体を選択することで、個々の微小物体を方々に移動させることができる。選択された微小物体は、マウスの左ボタンを押しながらマウスをドラッグさせることで、例えば逆伝搬用ビーム３６，３８の伝搬方向に対して垂直な平面で移動させることができ、また、選択された微小物体は、マウスの右ボタンを押しながらマウスをドラッグさせることで、逆伝搬用ビーム３６，３８の伝搬方向に移動させることができる。
【００５１】
図６は、微小物体操作対象１４の中における微小物体（図示略）の操作のために複数の光学トラップを生成する光学的操作システム１０のさらに別の実施形態を模式的に示している。このシステム１０は、調節可能な空間光変調器２６へ向かって伝搬される光ビーム２４の放出のための空間的に変調された光源１６を備えてなり、この空間光変調器２６は、図示されたこの実施形態では、第２および第３の強度変調ずみ光ビーム２８，３０を生成するためのディジタル型微小ミラー装置（ＤＭＤ）２６であり、強度変調ずみ第２光ビーム２８は、この第２光ビーム２８を微小物体操作対象１４へ偏向させるための第１偏向器３１，３２、例えばミラーへ向かって伝搬され、かつ、強度変調ずみ第３光ビーム３０は、この第３光ビーム３０を第２光ビーム２８の反対方向にある微小物体操作対象１４へ偏向させるための第２偏向器３３，３４へ向かって伝搬される。従って、強度変調ずみ第２光ビーム２８はＤＭＤ２６の一方の半体６０によって形成され、強度変調ずみ第３光ビーム３０はＤＭＤ２６の他方の半体６１によって形成され、その結果、図１〜図３に示された実施形態の対応ビームの解像度がＤＭＤ２６の解像度に等しいのに対し、強度変調ずみ光ビーム２８，３０の解像度はＤＭＤ２６の解像度の半分である。これに代えて、さらに別の実施形態では、図６のＤＭＤ２６は２つのＤＭＤによって置き換えることができ、その一方によって強度変調ずみ第２光ビーム２８が形成され、他方によって強度変調ずみ第３光ビーム３０が形成され、その結果、これらのビームの解像度はそれぞれのＤＭＤの解像度に等しい。
【００５２】
図６のＤＭＤ２６によって行われる強度変調は、図４を参照してさらに説明される。
【００５３】
図４はまた、図６のＤＭＤ２６によって行われた光ビームの空間強度変調を模式的に示している。ＤＭＤ２６の上記ミラー列の２つの半体６０，６１は図４の中央部に示されている。ＤＭＤ２６の一方の半体６０は強度変調ずみ第２光ビーム２８を変調し、ＤＭＤ２６の他方の半体６１は強度変調ずみ第３光ビーム３０を変調する。ミラー４０，４２が、その位置の一方において、入射ビーム２４を強度変調ずみ第２光ビーム２８の中へ反射させ、他方の位置における、強度変調ずみ第２光ビーム２８から遠ざける。同様に、ＤＭＤ２６の他方の半体６１については、ミラーが、その位置の一方において、入射ビーム２４を強度変調ずみ第３光ビーム３０の中へ反射させ、他方の位置において、強度変調ずみ第３光ビーム３０から遠ざける。従って、これら２つのビーム２８，３０は時間多重化偏向によって生成される。例として、４０、５０および６０％のデューティサイクルがいくつかのミラーについて表示され、これは逆伝搬用光ビーム３６，３８の強度プロフィール６２，６４につながる。２つの半体６０，６１のミラーにおけるデューティサイクルの協同的調節は、微小物体の一方側面に作用する平均放射力が結果的に増大することと微小物体の反対側面に作用する平均放射力が結果的に減少することとによって、光ビーム３６，３８の伝搬の方向に沿う捕捉微小物体の移動につながる。
【００５４】
従って、図示されたこの実施形態では、光学的操作システム１０によって、伝搬の軸と実質的に同一であるが反対方向に沿って伝搬され、それによって、微小物体の捕捉のためのビームの上記伝搬軸に沿って顕著な平均捕捉力が形成される、一組のビーム１２がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、この発明の第１実施形態を模式的に示している。
【図２】図２は、この発明の第２実施形態を模式的に示している。
【図３】図３は、この発明の第３実施形態を模式的に示している。
【図４】図４は、この発明の操作を模式的に示している。
【図５】図５は、監視システムが含まれているこの発明の第４実施形態を模式的に示している。
【図６】図６は、この発明の第５実施形態を模式的に示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年1月17日(2007.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル型第１微小ミラー装置の照射のための光源であって、時間多重化偏向によって入射光ビームを偏向された２本の光ビームに分離するために、それぞれのミラーが、選定周波数および選定デューティサイクルで２つの位置の間において、このデューティサイクルが変更されると、対応して、前記の偏向された光ビームの一方の平均強度が増大するとともに、前記の偏向された光ビームの他方の平均強度が減少するように、切り換わることができる光源を備えてなり、
時間多重化で偏向された光ビームは、微小物体操作対象における交差あるいは逆伝搬のためにそれぞれの光ビームを偏向させる第１偏向器および第２偏向器のそれぞれへ向かって伝搬される、
微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のために複数の光学トラップを生成する光学的操作システム。
【請求項２】
前記光源は、空間的に変調された強度プロフィールによってディジタル型第１微小ミラー装置の照射のために強度を調節することのできる１列の光源からなっている、請求項１に記載の光学的操作システム。
【請求項３】
前記の空間的に変調された光源は、一列の垂直キャビティ面放射レーザ、ＶＣＳＥＬからなっている、請求項２に記載の光学的操作システム。
【請求項４】
前記ディジタル型第１微小ミラー装置を照射する光の変調のために前記光源によって照射されるディジタル型第２微小ミラー装置をさらに備えている、請求項１に記載の光学的操作システム。
【請求項５】
前記の偏向された光ビームを前記微小物体操作対象の上に合焦させるための顕微鏡対物レンズをさらに備えている、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項６】
前記微小物体操作対象を複数の方向から同時に観察するための観察システムをさらに備えている、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【請求項７】
前記微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の操作のユーザー制御および前記微小物体操作対象における極微小物体を含む微小物体の同時表示のために適合されたコンピュータをさらに備えている、請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学的操作システム。
【国際調査報告】
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