JP3688748B2

JP3688748B2 - レーザトラッピング装置

Info

Publication number: JP3688748B2
Application number: JP06275995A
Authority: JP
Inventors: 田明久坂; 野修司鹿
Original assignee: Moritex Corp; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Moritex Corp; Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1995-03-22
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-08-31
Also published as: JPH08262329A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、真空中又は媒質中の粒子にレーザ光を照射して、当該粒子を捕捉するレーザトラッピング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
媒質中の微粒子を非接触，非破壊で捕捉したり、任意の位置へ転送する等のマニュピレーションを行う手法としてレーザトラッピングが知られている。
これは、レーザ光を顕微鏡内に導いて対物レンズで集光し、捕捉しようとする粒子に照射することにより光の放射圧を生じさせ、その圧力により当該粒子を捕捉するものである。
【０００３】
ところで、このレーザトラッピングにおいては、まず、任意の粒子を捕捉するために、その粒子の位置までレーザスポットを移動しなければならず、また、捕捉した粒子を任意の位置まで転送するために、当該レーザスポットを任意の位置に移動させることができなければらない。
このため、レーザ光の光路中に、レーザスポットの照射位置をＸ方向に移動させるＸ方向移動ミラーとＹ方向に移動させるＹ方向移動ミラーを配し、各ミラーの反射角度を調整することにより、レーザスポットを任意の位置に照射するとこができるように成されている。
【０００４】
そして、各ミラーの反射角度を調整する場合、その角度は極めて微量であるため、これを制御するために精密モータにより各ミラーの角度を微妙に調節するようにしている。
この場合に、例えば、顕微鏡の像をＣＣＤカメラで撮影し、その画像をみながらＸ方向移動ミラー駆動用の精密モータと及びＹ方向移動ミラー駆動用の精密モータのスイッチとなるジョイステック等を操作して各モータをオンオフさせることにより移動している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばジョイスティック等で各精密モータのオンオフ操作をする場合、レーザスポットが移動終点に達するまで画面を見続けなければならないという面倒があるだけでなく、また、レーザスポットが移動終点に達したことを目で見て認識したときと、これに基づいて行うジョイスティックのスイッチ操作と、ジョイスティックのスイッチ操作に応動する各精密モータのオンオフのタイミングとの間に夫々タイムラグがあるので、レーザスポットを正確に位置決めするのが非常に面倒であるという問題があった。
【０００６】
このため、本発明者は、画面上で任意の点を指示するだけで、その点にレーザスポットを照射できるレーザトラッピング装置を開発した。
しかし、レーザトラッピング装置はレーザ光の光軸とＣＣＤカメラの光軸を完全に一致させなければ、正確に制御することかできないため、装置の組立の際に精度よく組み込んでいかなければならず、組立作業に多大な労力とコストがかかる。
【０００７】
また、精度よく組み立てることができたとしても、レーザトラッピング装置は周囲の振動等の影響を受けて光軸がずれやすいため、画面上で任意の点を指定したときに、当初はその位置にレーザスポットを正確に照射させることができても、経時的に光軸ずれを起こして正確な位置に照射することができなくなったり、また、光軸ずれを起こさなくても、レンズの倍率を変更したとき等にやはり指定した位置にレーザスポットを照射することができなくなるという新たな問題を生じた。
【０００８】
そこで、本発明は、画面上で任意の点を指示するだけで、その点にレーザスポットを照射できるようにすることを第一の技術的課題とし、装置組立時や外部からの振動による光軸ずれやレンズ交換したとき等に、指示点とレーザスポットの照射位置がずれても、正確な位置に照射できるように簡単に調整できるようにすることを第二の技術的課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本願発明は、真空中又は媒質中の粒子を捕捉するレーザ光の光路中に、レーザスポットの照射位置をＸ方向に移動させるＸ方向移動ミラーとＹ方向に移動させるＹ方向移動ミラーが配設され、各ミラーを所定の反射角度に傾斜させることにより、レーザスポットを媒質中の任意の位置に照射させるようになされたレーザトラッピング装置において、
前記粒子を撮影する撮像装置の画面上でレーザスポットを照射しようとする位置にマウスのマーカを位置させてマウスのスイッチボタンをクリックすることによりその位置を指示するレーザスポット照射位置設定手段と、
指示された位置のＸ−Ｙ座標を検出するＸ−Ｙ座標検出手段と、
検出されたＸ−Ｙ座標に応じて画面上で指示された位置にレースポットが照射されるように前記各ミラーを所定の反射角度に傾斜させるレーザスポット照射手段と、
前記レーザスポット照射位置設定手段により画面上の原点を指示したときに前記レーザスポット照射手段により照射されたレーザスポットが原点位置からずれていた場合に、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、Ｘ方向移動ミラー及びＹ方向移動ミラーの反射角度を調整し、または、撮像装置の撮影範囲をＸ方向及びＹ方向に夫々移動させて当該レーザスポットを画面上の原点に一致させる原点調整手段と、
前記原点調整手段により原点を一致させた状態で、前記レーザスポット照射位置設定手段により画面上の原点以外の点を指示したときに前記レーザスポット照射手段により照射されるレーザスポットが指示点位置からずれていた場合に、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、前記レーザスポット照射手段におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラーの反射角度のゲインを調整し、レーザスポットを指示点に一致させるＸ方向ゲイン調整手段及びＹ方向ゲイン調整手段を備えたことを特徴としている。
【００１０】
【作用】
本願発明によれば、レーザスポット照射位置設定手段により画面上でレーザスポットを照射しようとする位置を指示すると、Ｘ−Ｙ座標検出手段によりその位置のＸ−Ｙ座標が検出され、レーザスポット照射手段により前記Ｘ−Ｙ座標に応じて前記各ミラーが所定の反射角度に傾斜されるので、画面上で指示された位置に正確にレーザスポットが照射される。
そして、レーザ光と撮像装置の光軸等がずれて、レーザスポット照射位置設定手段により指示したレーザスポット照射位置と、実際に照射された位置が異なる場合に、これらを一致させる補正を行うことができる。
【００１１】
この場合、まず、レーザスポット照射位置設定手段により画面上の原点を指示したときに前記レーザスポット照射手段により照射されたレーザスポットが原点位置からずれていた場合、原点調整手段により、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、Ｘ方向移動ミラー及びＹ方向移動ミラーの反射角度を調整し、または、撮像装置の撮影範囲をＸ方向及びＹ方向に夫々移動させ、当該レーザスポットを画面上の原点に一致させ、これにより光軸のズレが補正される。
【００１２】
次いで、レーザスポット照射位置設定手段により画面上の原点以外の点を指示したときに前記レーザスポット照射手段により照射されるレーザスポットが指示点位置からずれていれば、Ｘ方向ゲイン調整手段及びＹ方向ゲイン調整手段により、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、前記レーザスポット照射手段におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラーの反射角度のゲインを調整し、レーザスポットを指示点に一致させ、これにより、画面上の長さと各ミラーの反射角度の関係が補正される。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係るレーザトラッピング装置を示すフローシート、図２は画面を示す概略説明図である。
【００１４】
図中１は、真空又は媒質中の粒子にレーザ光源２からレーザ光を照射してその粒子を捕捉するレーザトラッピング装置であって、レーザ光の光路中に、レーザスポットの照射位置をＸ方向に移動させるＸ方向移動ミラー３ｘとＹ方向に移動させるＹ方向移動ミラー３ｙが配設されており、媒質及び粒子の入った容器４の上方には、当該容器４内を所定の倍率で拡大撮影するＣＣＤカメラ（撮像装置）５が配設されている。
【００１５】
６は、指示された任意の位置にレーザスポットを照射させるための制御装置であって、その入出力ポート７に、ＣＣＤカメラ５と、当該カメラ５で撮影された画面を表示するＣＲＴディスプレイ８と、種々の操作を行うマウス９と、前記各ミラー３ｘ，３ｙを所定角度傾斜させるための精密モータ１０ｘ，１０ｙが接続されている。
【００１６】
この制御装置６には、前記ＣＲＴディスプレイ８に表示された前記ＣＣＤカメラ５の画面上でレーザスポットを照射しようとする位置にマウス９でマーカを移動させて、任意の位置でマウス９のスイッチボタンをクリックすることによりその位置を指示するレーザスポット照射位置設定手段１１と、当該レーザスポット照射位置設定手段１１で指示された位置のＸ−Ｙ座標を検出するＸ−Ｙ座標検出手段１２と、検出されたＸ−Ｙ座標に応じて前記各ミラー３ｘ，３ｙを所定の反射角度に傾斜させ、画面上で指示された位置にレーザスポットを照射させるレーザスポット照射手段１３とを備えている。
【００１７】
また、１４は、レーザスポット照射位置設定手段１１により画面上の原点を指示したときにレーザスポット照射手段１３により照射されたレーザスポットが原点位置からずれていた場合に、その原点を一致させる原点調整手段である。
レーザスポット照射位置設定手段１１により原点を指示すると、Ｘ方向移動ミラー３ｘ及びＹ方向移動ミラー３ｙはどちらも中立位置（例えば反射角度４５°）に設定されるので、レーザ光の光軸とＣＣＤカメラ５の光軸が一致していれば、レーザスポットは原点に照射されるが、光軸がずれている場合は、原点と異なる位置に照射される。
【００１８】
したがって、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、反射角度調整器１５ｘ，１５ｙにより、Ｘ方向移動ミラー３ｘ及びＹ方向移動ミラー３ｙを所定の反射角度（例えばＸ方向移動ミラー３ｘを４７°，Ｙ方向移動ミラー３ｙを４４°）に夫々調整すれば、光軸のずれが補正される。
なお、この場合に、Ｘ方向移動ミラー３ｘ及びＹ方向移動ミラー３ｙの反射角度はそのままにして、ＣＣＤカメラ５で撮影している範囲をＸ方向及びＹ方向に夫々移動させることにより、レーザスポットを画面上の原点に一致させてもよい。
【００１９】
また、１６は、前記原点調整手段１４により原点を一致させた状態で、前記レーザスポット照射位置設定手段１１により画面上の原点以外の点を指示したときにレーザスポット照射手段１３により照射されるレーザスポットが指示点位置からずれていた場合に、前記レーザスポット照射手段１３におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度のゲインを調整するゲイン調整手段であって、Ｘ方向ゲイン調整器１７ｘ及びＹ方向ゲイン調整器１７ｙを備えている。
【００２０】
そして、各調整器１７ｘ，１７ｙにより、レーザスポット照射手段１３におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度のゲインを設定し直すことにより、レーザスポットを指示点に一致させ、これにより、画面上の長さと各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度の関係を補正する。
【００２１】
以上が本発明の構成例であって、次にその作用について説明する。
装置を組み立てた時に、レーザ光とＣＣＤカメラ５の光軸合わせ，ＣＣＤカメラ５の取付角度調整，Ｘ方向及びＹ方向のゲイン調整を行う。
まず、図２（ａ）に示すように、レーザスポット照射位置設定手段１１により画面上の原点Ｐ₀（０，０）と、Ｘ軸上の点Ｐ₁（ｘ₁，０）と，Ｙ軸上の点Ｐ₂（０，ｙ₂）を指示し、レーザスポット照射手段１３によりレーザスポットを照射させる。
【００２２】
このとき、レーザスポットが夫々Ｑ₀，Ｑ₁，Ｑ₂に照射された場合、原点Ｐ₀とレーザスポットＱ₀の不一致は、ＣＣＤカメラ５の取付角度やＸ方向及びＹ方向のゲインとは全く関係なく、光軸のずれのみに影響するので、まず、レーザ光の光軸とＣＣＤカメラ５の光軸を一致させる。
具体的には、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、Ｘ方向移動ミラー３ｘ及びＹ方向移動ミラー３ｙの反射角度を調整することにより行う。
【００２３】
これは、例えば、原点位置に対応する各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度が４５°である場合に、ＣＲＴディスプレイ８の画面を見ながら、原点位置調整手段１４の反射角度調整器１５ｘ，１５ｙにより夫々の反射角度を変化させ、レーザスポットが画面上の原点Ｐ₀と一致したときの、各ミラーの反射角度（例えばＸ方向移動ミラー３ｘを４７°，Ｙ方向移動ミラー３ｙを４４°）を中立位置として設定しなおせばよい。
なお、Ｘ方向移動ミラー３ｘ及びＹ方向移動ミラー３ｙの反射角度を調整することに替えて、ＣＣＤカメラ５の撮影範囲を、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて移動させることにより、原点を一致させてもよい。
【００２４】
一方、指示点Ｐ₁はＸ軸上の点であるからＹ方向のゲインに影響されず、また、指示点Ｐ₂はＹ軸上の点であるからＸ方向のゲインには影響されないので、ＣＣＤカメラ５の取付角度が適正であれば、レーザスポットＱ₁はＸ軸上に位置する筈であり、レーザスポットＱ₂はＹ軸上に位置する筈である。
したがって、原点を一致させた時点で、図２（ｂ）に示すように、レーザスポットＱ₁及びＱ₂が、画面上のＸ軸上及びＹ軸上にない場合は、ＣＣＤカメラ５の取付角度が適正でないことがわかる。
この場合は、画面を見ながら、各レーザスポットＱ₁及びＱ₂が図２（ｃ）に示すように夫々Ｘ軸上及びＹ軸上に位置するように、ＣＣＤカメラ５をその光軸回りに回転させて取付角度を調整すればよい。
【００２５】
そして、図２（ｃ）に示すように、レーザスポットＱ₁及びＱ₂が夫々Ｘ軸上及びＹ軸上に位置したら、今度は、画面を見ながらゲイン調整手段１６のＸ方向ゲイン調整器１７ｘによりＸ方向のゲインを調整すると、レーザスポットＱ₁がＸ軸上を移動するので、指示点Ｐ₁と一致したところで止め、また、Ｙ方向ゲイン調整器１７ｙによりＹ方向のゲインを調整すると、レーザスポットＱ₂がＹ軸上を移動するので、指示点Ｐ₂と一致したところで止める。
これにより、レーザスポット照射手段１３の
画面上の長さと各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度の関係が補正される。
【００２６】
以上の手順により、レーザ光の光軸とＣＣＤカメラ５の光軸が一致し、ＣＣＤカメラ５の取付角度が調整され、さらに、レーザスポット照射手段１３におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度のゲインが適正に調整される。
【００２７】
そして、任意の位置にレーザスポットを照射させる場合は、上述の調整作業が終了した後、図３に示すように、まず、ＣＲＴディスプレイ８の画面上に表示されたマーカＭをマウス９により移動させ、マウス９のスイッチボタンをクリックすることによりレーザスポット照射位置設定手段１１で所望の位置Ｐ₃をレーザスポット照射位置として設定する。
次いで、Ｘ−Ｙ座標検出手段１２により、そのレーザスポット照射位置Ｐ₃（ｘ₃，ｙ₃）のＸ−Ｙ座標が検出され、レーザスポット照射手段１３により前記Ｘ−Ｙ座標に基づいて精密モータ１０ｘ，１０ｙが駆動される。
レーザスポット照射手段１３には、画面上の長さに対応するミラーの反射角度のゲインが設定されているので、検出されたＸ−Ｙ座標Ｐ₃（ｘ₃，ｙ₃）に基づいて、各ミラー３ｘ，３ｙの反射角度が決定され、その位置にレーザ光が正確に照射され、位置ずれを起こすことがない。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように、本願発明によれば、レーザスポット照射位置設定手段により画面上でレーザスポットを照射しようとする位置を指示すると、Ｘ−Ｙ座標検出手段によりその位置のＸ−Ｙ座標が検出され、レーザスポット照射手段により前記Ｘ−Ｙ座標に応じて前記各ミラーが所定の反射角度に傾斜されるので、画面上で任意の点を指示するだけで、その点にレーザスポットを正確に照射することができるという優れた効果を有する。
【００２９】
また、レーザ光と撮像装置の光軸のずれや、Ｘ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラーの反射角度のゲインを簡単に調整することができるので、装置組立時や外部からの振動による光軸ずれを起こしたり、レンズ交換することによりＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラーの反射角度のゲインが変化しても、これらを簡単に補正して、指示した点にレーザスポットを正確に照射することができるという大変優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザトラッピング装置を示すフローシート。
【図２】調整中の画面を表す説明図。
【図３】調整済の画面を表す説明図。
【符号の説明】
１・・・レーザトラッピング装置
２・・・レーザ光源
３ｘ・・Ｘ方向移動ミラー
３ｙ・・Ｙ方向移動ミラー
５・・・ＣＣＤカメラ（撮像装置）
６・・・制御装置
８・・・ＣＲＴディスプレイ
９・・・マウス
１０ｘ，１０ｙ・・・精密モータ
１１・・・レーザスポット照射位置設定手段
１２・・・Ｘ−Ｙ座標検出手段
１３・・・レーザスポット照射手段
１４・・・原点調整手段
１７ｘ・・Ｘ方向ゲイン調整器
１７ｙ・・Ｙ方向ゲイン調整器

Claims

真空中又は媒質中の粒子を捕捉するレーザ光の光路中に、レーザスポットの照射位置をＸ方向に移動させるＸ方向移動ミラー（３ｘ）とＹ方向に移動させるＹ方向移動ミラー（３ｙ）が配設され、各ミラー（３ｘ、３ｙ）を所定の反射角度に傾斜させることにより、レーザスポットを媒質中の任意の位置に照射させるようになされたレーザトラッピング装置において、
前記粒子を撮影する撮像装置（５）の画面上でレーザスポットを照射しようとする位置にマウス（９）のマーカを位置させてマウス（９）のスイッチボタンをクリックすることによりその位置を指示するレーザスポット照射位置設定手段（１１）と、
指示された位置のＸ−Ｙ座標を検出するＸ−Ｙ座標検出手段（１２）と、
検出されたＸ−Ｙ座標に応じて画面上で指示された位置にレーザスポットが照射されるように前記各ミラー（３ｘ、３ｙ）を所定の反射角度に傾斜させるレーザスポット照射手段（１３）と、
前記レーザスポット照射位置設定手段（１１）により画面上の原点（Ｐ_０）を指示したときに前記レーザスポット照射手段（１３）により照射されたレーザスポット（Ｑ_０）が原点位置からずれていた場合に、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、Ｘ方向移動ミラー（３ｘ）及びＹ方向移動ミラー（３ｙ）の反射角度を調整し、または、撮像装置の撮影範囲をＸ方向及びＹ方向に夫々移動させて当該レーザスポット（Ｑ_０）を画面上の原点（Ｐ_０）に一致させる原点調整手段（１４）と、
前記原点調整手段（１４）により原点を一致させた状態で、前記レーザスポット照射位置設定手段（１１）により画面上の原点以外の点（Ｐ_１、Ｐ_２）を指示したときに前記レーザスポット照射手段（１３）により照射されるレーザスポット（Ｑ_１、Ｑ_２）が指示点位置からずれていた場合に、Ｘ方向及びＹ方向の偏差分に応じて、前記レーザスポット照射手段（１３）におけるＸ方向及びＹ方向の長さに対する各ミラー（３ｘ、３ｙ）の反射角度のゲインを調整し、レーザスポット（Ｑ_１、Ｑ_２）を指示点（Ｐ_１、Ｐ_２）に一致させるＸ方向ゲイン調整手段（１７ｘ）及びＹ方向ゲイン調整手段（１７ｙ）を備えたことを特徴とするレーザトラッピング装置。