JP3219470B2 - 光操作型マニピュレータ - Google Patents

光操作型マニピュレータ

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JP3219470B2
JP3219470B2 JP19259892A JP19259892A JP3219470B2 JP 3219470 B2 JP3219470 B2 JP 3219470B2 JP 19259892 A JP19259892 A JP 19259892A JP 19259892 A JP19259892 A JP 19259892A JP 3219470 B2 JP3219470 B2 JP 3219470B2
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俊郎 樋口
靖人 柳田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微粒子や細胞等の微小
観察対象物を破壊することなく、非接触でハンドリング
することができる光操作型マニピュレータに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来、静電アクチュエータは固定子(ま
たは移動子)に電極を持ち、この電極に所定の高電圧を
印加し、それによって発生する固定子と移動子間の電荷
の吸引力もしくは反発力を利用して移動子を駆動するよ
うになっている(例えば、特開平4−50787号参
照)。
【0003】また、細胞等の微小なものをハンドリング
する方法としては、レーザートラップがある。これは微
粒子にエネルギー密度の高いレーザー光を照射すると、
光電界中の微粒子が誘電分極を起こし、双極子モーメン
トが発生することにより、電場の最大の点(レーザー強
度が最大の点)に引き寄せられ、レーザー光に微粒子が
引っ掛かったような効果が発生する。この効果を利用し
て細胞等の微粒子のハンドリングを行うようにしてい
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た電極に高電圧を印加して静電力を発生する場合、より
大きな静電力を得るには、電極のピッチを小さくする必
要がある。しかし、電極ピッチが小さいものに高電圧を
印加すると、電極間で短絡又は放電が容易に起こってし
まう。また、移動子の形状、移動方向等で電極の構成を
変える必要があり不便であった。
【0005】一方、レーザートラップの場合、移動対象
の大きさが限定され、通常、微粒子1つに対して、レー
ザーが1本必要であり、複数の粒子を同時に駆動するに
は複数本のレーザーが必要になる。また、レーザーの波
長・パワーによっては対象物の性質が変化したり、破壊
される場合がある。本発明は、上記問題点を除去し、予
め電極間の印加電圧により観察対象物が固定部に保持さ
れ、光を照射しないエリアに観察対象物を位置決めして
光を照射しないエリアを移動して、観察対象物を操作す
ることにより、従来の静電アクチュエータのような微細
な電極形成構造を必要とせず、また、電極に伴う複雑な
配線が不要であり、隔離された環境において、的確なハ
ンドリングが可能である光操作型マニピュレータを提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、光操作型マニピュレータにおいて、第1
の透光性板と、この第1の透光性板上に設けられる第1
の透明電極と、この第1の透明電極上に設けられるとと
もに、光導電性膜を有する誘電体からなる固定部と、こ
の固定部に設けられる溶液溜めと、前記第1の透明電極
と対向して配置される第2の透明電極と、この第2の透
明電極上に設けられる第2の透光性板と、前記溶液溜め
内に収容される観察対象物と、前記第1の透明電極と第
2の透明電極間に接続される電源と、前記固定部に光を
照射する光源と、この光源を遮光する遮光パターンを有
するマスクと、このマスクの遮光パターンを移動させる
シフト手段を設け、前記固定部の光が照射されるエリア
は前記電源による電荷が弱められ、前記マスクにより遮
られる前記固定部のエリアに前記観察対象物を捕捉して
移動させるようにしたものである。
【0007】また、前記観察対象物に代えて表面に抵抗
体薄膜を有する絶縁性フィルムからなる移動子を用いる
ようにしてもよい。
【0008】
【作用】本発明によれば、上記のように、まず、光を照
射せずに電極間に電圧を印加すると、電極間には電界が
発生し、この時、誘電体からなる固定部は分極して観察
対象物としての微粒子に電荷を帯電させ、微粒子は固定
部に保持される。そこで、微粒子に光が照射しないよう
にマスキングし、微粒子の存在しないエリアに光を照射
すると、微粒子は光が照射されていないエリアに捕捉さ
れたような状態になり、光が照射されないエリアに観察
対象物としての微粒子を位置決めすることができる。し
たがって、その光を照射しないエリアを移動して、微粒
子をハンドリングすることができる。
【0009】したがって、印加される電極間の電圧によ
り、予め観察対象物を固定部上に保持することができ、
その後、観察対象物を光の非照射部に位置決めすること
ができ、その非照射部の移動により自在な観察対象物の
ハンドリングを行うことができる。なお、従来の静電ア
クチュエータのような微細な電極形成構造を必要とせ
ず、また、電極に伴う複雑な配線が不要であり、隔離さ
れた環境において、的確なハンドリングが可能である。
【0010】更に、光走査にマスクや透過型液晶などを
使用することにより、その光の非照射位置・形状(範
囲)等を任意に設定することができる。また、固定子上
に複数の観察対象物をセットして同時にハンドリングす
ることが可能となる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す光操
作型マニピュレータの概略構成図である。この図におい
て、1は第1の透光性板としてのガラス板、2はそのガ
ラス板1上に設けられる第1の透明電極、3はその第1
の透明電極2上に設けられる誘電体からなる固定部、4
はその固定部3上に設けられる溶液5を収容する溶液溜
め、6はその溶液溜め4の上方で第1の透明電極2に対
向する第2の透明電極、7はその第2の透明電極6上に
設けられる第2の透光性板としてのガラス板、8は第1
の透明電極2と第2の透明電極6間に接続される電源と
しての電池、9は微小観察対象物としての微粒子、10
はガラス板1の下方に設けられる遮光部10aと非遮光
部10bを有するマスク、11はそのマスク10に照射
される光源である。
【0012】そこで、第1の透明電極2と第2の透明電
極6間に電池8より電圧を印加すると、両電極2と6間
には電界が発生する。その電界により微粒子9には、図
示されるように、電荷が発生する。微粒子9のエリアを
光が照射されないようにマスクし、全体に光を照射する
と、固定部3の光導電性膜の光が照射されないエリアは
誘電体として分極されて微粒子9を吸着するが、固定部
3の光導電性膜の光が照射されたエリアは電荷が打ち消
されて電荷密度は弱くなる。つまり、微粒子9は、光が
照射されないエリアに捕捉されたような状態になり、マ
スク10を移動させると、それにより、電界に捕捉され
ている微粒子9をハンドリングすることができる。
【0013】ここで、溶液5としては電界でイオン化し
ない、不活性溶液、例えばフッ素系不活性液体を用いる
ことができる。また、誘電体からなる固定部3には強誘
電体、般的な誘電体の他に光感度の良好なOPC(Or
ganic・Photo・Conductor)膜、例
えば、有機物であるPVK(ポリビニルカルバゾール)
等を用いることができる。
【0014】これにより、複数個の微粒子を同時にハン
ドリングすることが可能となる。図2は本発明の第2の
実施例を示す光操作型マニピュレータの概略構成図であ
る。この実施例においては、光源のスキャニングに透過
型液晶を用いた例を示している。この実施例では、第1
の実施例で用いたマスクを透過型液晶21に置き換えた
もので、誘電体からなる固定部3に照射する光の範囲・
位置を透過型液晶21に外部より印加される駆動信号に
より任意に設定することができる。つまり、遮光パター
ンの位置を変化させたり、光の透過形状を任意に変更さ
せることができる。
【0015】更に、これにより、光導電性膜からなる固
定部3上で複数個の微粒子や細胞や微生物等の生体関連
物質を同時にハンドリングすることも可能である。例え
ば、透過型液晶21を用いて照射光のマスキングをする
場合、図3に示すように、同じ溶液中に種類の違う微粒
子が存在しても、図3(a)に示すように、非光照射エ
リアAには微粒子31を、非光照射エリアBには微粒子
32をそれぞれ選択することができ、更に、図3(b)
に示すように、非光照射エリアA′と非光照射エリア
B′へと縮小することにより、収集することができる。
なお、30はマスクエリアを示している。
【0016】また、溶液溜め4の第2の透光性板として
のガラス板7の上方に、顕微鏡又はCCDカメラ等の観
察装置40(図4参照)を配置して、この観察装置40
でモニタしながら、ハンドリングすることも可能であ
る。更に、上記実施例では、観察対象物としては、微粒
子について述べたが、細胞,微生物などの生体関連物質
の観察を行うことができることは言うまでもない。
【0017】生体関連物質を取り扱う場合は、溶液とし
ては、フッ素系不活性溶液に代えて、それに適した水な
どを用いることが望ましい。また、電源としては電池に
代えて、交流電源を用いるようにしてもよい。更に、観
察対象物に対応して、電源の電圧の調整及び光照射強度
を行うことが望ましい。
【0018】次に、図4は本発明の第3実施例を示す光
操作型マニピュレータの概略構成図である。この実施例
においては、溶液内の固定部上に表面に抵抗体薄膜を有
する絶縁性フィルムからなる移動子をセットして、この
移動子をハンドリングするようにしたものである。ここ
で、前記実施例と同様の部分については、同じ番号を付
してその説明を省略する。
【0019】まず、誘電体からなる固定部3上に、絶縁
性フィルム51に抵抗体薄膜52を塗布した移動子50
を載置する。そこで、透明電極2と間に電源8より電
圧を印加して、固定部3上に移動子50を保持し、そこ
で、移動子50をマスク53により、光源11からの光
を照射すると、マスクされた個所に移動子50を位置決
めすることができる。
【0020】そこで、マスクされた個所を移動させるこ
とにより、移動子50をハンドリングすることができ
る。なお、移動子は、固定部の分極速度より、帯電速度
が遅いものであれば何でもよく形状などは問わない。ま
た、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これら
を本発明の範囲から排除するものではない。
【0021】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、印加される電極間の電圧により、予め観察対象
物を固定部上に保持することができ、その後、観察対象
物を光の非照射部に位置決めすることができ、その非照
射部の移動により、自在な観察対象物のハンドリングを
行うことができる。
【0022】また、従来の静電アクチュエータのような
微細な電極形成構造を必要とせず、また、電極に伴う複
雑な配線が不要であり、隔離された環境において、的確
なハンドリングが可能である。更に、光走査にマスクや
透過型液晶などを使用することにより、その光の照射範
囲・位置等を任意に設定することができる。
【0023】なお、固定部上に複数の観察対象物をセッ
トして同時にハンドリングすることも可能である。ま
た、前記観察対象物に代えて表面に抵抗体薄膜を有する
絶縁性フィルムからなる移動子を用いることにより、光
操作によるアクチュエータ機能を持たせることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す光操作型マニピュ
レータの概略構成図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す光操作型マニピュ
レータの概略構成図である。
【図3】本発明の光操作型マニピュレータのハンドリン
グ例を示す図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示す光操作型マニピュ
レータの概略構成図である。
【符号の説明】
1,7 ガラス板 2 第1の透明電極 3 誘電体からなる固定部 4 溶液溜め 5 溶液 6 第2の透明電極 8 電池 9 観察対象物 10,53 マスク 10a 遮光部 10b 非遮光部 11 光源 21 透過型液晶 30 マスクエリア 31,32 微粒子 40 観察装置 50 移動子 51 絶縁性フィルム 52 抵抗体薄膜
フロントページの続き (72)発明者 柳田 靖人 神奈川県横浜市緑区池辺町2627 ポレー ルYABE401 (56)参考文献 特開 昭62−121418(JP,A) 特開 平3−134608(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 19/00 - 21/00 G02B 21/06 - 21/36 B25J 7/00 G01N 33/48 C12M 1/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)第1の透光性板と、 (b)該第1の透光性板上に設けられる第1の透明電極
    と、 (c)該第1の透明電極上に設けられるとともに、光導
    電性膜を有する誘電体からなる固定部と、 (d)該固定部に設けられる溶液溜めと、 (e)前記第1の透明電極と対向して配置される第2の
    透明電極と、 (f)該第2の透明電極上に設けられる第2の透光性板
    と、 (g)前記溶液溜め内に収容される観察対象物と、 (h)前記第1の透明電極と第2の透明電極間に接続さ
    れる電源と、 (i)前記固定部に光を照射する光源と、 (j)該光源を遮光する遮光パターンを有するマスク
    と、 (k)該マスクの遮光パターンを移動させるシフト手段
    を設け、 (l)前記固定部の光が照射されるエリアは前記電源に
    よる電荷が弱められ、前記マスクにより遮られる前記固
    定部のエリアに前記観察対象物を捕捉して移動させるこ
    とを特徴とする光操作型マニピュレータ。
  2. 【請求項2】 前記観察対象物は微粒子である請求項1
    記載の光操作型マニピュレータ。
  3. 【請求項3】 前記観察対象物は生体関連物質である請
    求項1記載の光操作型マニピュレータ。
  4. 【請求項4】 前記マスクは透光性フィルムに遮光部を
    有することを特徴とする請求項1記載の光操作型マニピ
    ュレータ。
  5. 【請求項5】 前記マスクは透過型液晶からなることを
    特徴とする請求項1記載の光操作型マニピュレータ。
  6. 【請求項6】 前記透過型液晶は遮光パターンの位置を
    変化させてなる請求項5記載の光操作型マニピュレー
    タ。
  7. 【請求項7】 前記透過型液晶は遮光パターンの形状を
    変化させてなる請求項5記載の光操作型マニピュレー
    タ。
  8. 【請求項8】 前記第2の透光性板の上方に観察装置を
    具備する請求項1記載の光操作型マニピュレータ。
  9. 【請求項9】(a)第1の透光性板と、(b)該第1の
    透光性板上に設けられる第1の透明電極と、(c)該第
    1の透明電極上に設けられる誘電体からなる固定部と、
    (d)該固定部に設けられる溶液溜めと、(e)前記第
    1の透明電極と対向して配置される第2の透明電極と、
    (f)該第2の透明電極上に設けられる第2の透光性板
    と、(g)前記溶液溜め内に収容される移動子と、
    (h)前記第1の透明電極と第2の透明電極間に接続さ
    れる電源と、(i)前記固定部に光を照射する光源と、
    (j)該光源を遮光する遮光パターンを有するマスク
    と、(k)該マスクの遮光パターンを移動させるシフト
    手段を設け、(l)前記固定部の光が照射されるエリア
    は前記電源による電荷が弱められ、前記マスクにより遮
    られる前記固定部のエリアに前記移動子を捕捉して移動
    させることを特徴とする光操作型マニピュレータ。
  10. 【請求項10】 前記移動子は表面に抵抗体薄膜を有す
    る絶縁性フィルムからなる請求項9記載の光操作型マニ
    ピュレータ。
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JP5360823B2 (ja) * 2009-09-14 2013-12-04 国立大学法人横浜国立大学 光電駆動マイクロマシン及び微小可動部材の駆動方法

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