JPH0678572A - Optical micromotor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a micromotor having a small size and excellent durability. CONSTITUTION:A refracting member 1 is mounted at a shaft 5 to be rotated and a board 6 and irradiated from above with a laser light 3. The light incident to the member 1 is refracted to apply a rotary force to a rotor 2 as a power source. Simultaneously, a micromotor is optically trapped by the light 3 and positioned.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロモータに関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromotor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のマイクロモータには、シリコン等
で作製されたものが知られている。これらのマイクロモ
ータは、静電力や空気圧により回転を行なうため、電
極、空気伝達用のパイプなどが取り付けられている。ま
た、安定に回転させるための軸受けが設けられている。2. Description of the Related Art Conventional micromotors made of silicon or the like are known. Since these micromotors rotate by electrostatic force or air pressure, electrodes, air transmission pipes, etc. are attached. Further, a bearing for stable rotation is provided.

【０００３】[0003]

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
のマイクロモータは、静電力や空気圧により回転を行な
いこれを動力源とするものであるため、モータ近傍に電
極、空気伝達用のパイプなどが必要でありマイクロモー
タを構成するエネルギー伝達系を含めると大きなものに
なってしまうという問題があった。However, since the conventional micromotor rotates by electrostatic force or air pressure and uses this as a power source, an electrode, a pipe for air transmission, etc. are required near the motor. Therefore, there is a problem that the size becomes large when the energy transfer system that constitutes the micromotor is included.

【０００４】また、静電力、空気圧を用いたマイクロモ
ータには軸が必要であるが、高速で長時間の回転を行な
うと軸や軸受けが磨耗してしまうという問題があった。
本発明は、このような問題を解決し、小型で、耐久性に
優れたマイクロモータを提供することを目的とする。Further, a micromotor using electrostatic force or air pressure requires a shaft, but there is a problem that the shaft and the bearing are worn when rotating at a high speed for a long time.
It is an object of the present invention to solve such a problem and provide a micro motor having a small size and excellent durability.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
鋭意研究した結果、光の屈折による運動量の変化を動力
源として用いることによって上記問題を解決できること
を見い出し、本発明を成すに至った。よって、本発明
は、回転体及びこれに取り付けられた屈折部材からなる
光マイクロモータを提供するものである。Therefore, the present inventors have
As a result of diligent research, they have found that the above problem can be solved by using a change in momentum due to refraction of light as a power source, and have completed the present invention. Therefore, the present invention provides an optical micromotor including a rotating body and a refraction member attached to the rotating body.

【０００６】[0006]

【作用】本発明では、モータ近傍に電極、空気伝達用パ
イプなどが必要ないマイクロモータを形成するために、
光の屈折による運動量の変化を用いて回転体の回転を行
なうことを特徴とする。また、請求項３及び４において
は、軸受けのないモータを形成するために、レーザ光に
よる光トラッピングを用いて光マイクロモータの移動ま
たは固定を行なうことを特徴とする。In the present invention, in order to form a micromotor which does not require electrodes, air transmission pipes, etc. near the motor,
It is characterized in that the rotating body is rotated by using a change in momentum due to refraction of light. Further, in claims 3 and 4, the optical micromotor is moved or fixed by using optical trapping with laser light in order to form a motor having no bearing.

【０００７】本発明においては、光の屈折のときの運動
量の変化を動力源としている。そのため、光をレンズ等
で絞り込めばモータから遠く離れた位置よりエネルギー
の供給が可能である。従って、モータ近傍に電極、空気
伝達用パイプなどが必要のないマイクロモータを形成で
きる。また、レーザ光による光トラッピングを用いて光
マイクロモータの移動または固定を行ない、三次元的に
位置決めを行なうことにより軸受けが不要となる。従っ
て、長時間の高速回転が可能となり、また、生体細胞内
のように軸受けの形成が困難なところにもモータを導入
することが可能である。In the present invention, the change in momentum during refraction of light is used as the power source. Therefore, if the light is narrowed down by a lens or the like, energy can be supplied from a position far away from the motor. Therefore, it is possible to form a micromotor that does not require electrodes, air transmission pipes, etc. near the motor. Further, the optical micromotor is moved or fixed by optical trapping using laser light, and the bearing is not required by performing three-dimensional positioning. Therefore, high-speed rotation for a long time becomes possible, and the motor can be introduced into a place where it is difficult to form a bearing, such as in a living cell.

【０００８】次に、図を用いて光の運動量変化に伴う力
の発生と光トラッピングについて説明する。図５は、光
の運動量変化とそれにより生ずる力の関係を示したもの
である。屈折率が異なる境界面１２１に入射した光１２
０は屈折の法則に従って１２３のようにその進行方向を
変える。従って、光は１２２に示すような波数スペクト
の変化Δｋを受けることになり、このことは光の運動量
変化としてΔｐ＝（ｈ／２π）Δｋ（ｈはプランク定
数）の変化を受けたことになる。従って、この反作用と
して境界面は境界面に垂直な上向きの力を受けることに
なる。図４は、光トラッピングの原理を示した模式図で
ある。図４（ａ）は上下方向の光トラップ力、図４
（ｂ）は左右方向の光トラップ力の発生の仕方を示して
いる。１０７および１０８は、球形の透明誘電体粒子を
示しており、それらは屈折率のより低い媒体の中に置か
れている。図４（ａ）中の１０１、１０２の光線で示さ
れるように、光は屈折率の異なる面を通過するごとに屈
折し、波数スペクトルが変化する。このスペクトルの変
化に比例して光の運動量が変化し、その際、粒子に１０
５、１０６等の力ベクトルが作用する。Next, generation of force and light trapping due to a change in momentum of light will be described with reference to the drawings. FIG. 5 shows the relationship between the change in the momentum of light and the resulting force. Light 12 incident on a boundary surface 121 having a different refractive index
0 changes its traveling direction like 123 according to the law of refraction. Therefore, the light undergoes the change Δk of the wave number spectrum as shown by 122, which means that the light momentum changes by Δp = (h / 2π) Δk (h is Planck's constant). . Therefore, as a reaction, the boundary surface receives an upward force perpendicular to the boundary surface. FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of optical trapping. 4 (a) is a vertical optical trapping force, FIG.
(B) shows how to generate the optical trapping force in the left-right direction. 107 and 108 represent spherical transparent dielectric particles, which are placed in a medium of lower refractive index. As shown by the light rays 101 and 102 in FIG. 4A, the light is refracted every time it passes through a surface having a different refractive index, and the wave number spectrum changes. The momentum of light changes in proportion to this change in the spectrum, and at this time, 10
Force vectors such as 5 and 106 act.

【０００９】このように、粒子の屈折率が媒質の屈折率
よりも高い場合、粒子は光の焦点の方向に力を受ける。
図４（ａ）の場合、左右方向の力は打ち消し合い、結
局、粒子は上向きの力を受ける。また、図４（ｂ）の１
０９、１１０のように光の強さが左右で異なる場合に
は、左右方向の力も同時に発生する。図４（ｂ）では、
光線１１０の方が光線１０９よりも強い。そのため、発
生する力も、力ベクトル１１４の方が力ベクトル１１３
よりも大きくなるために、粒子は右側に力を受ける。Thus, when the refractive index of the particles is higher than that of the medium, the particles receive a force in the direction of the focal point of light.
In the case of FIG. 4A, the forces in the left and right directions cancel each other out, and the particles eventually receive an upward force. In addition, 1 in FIG.
When the light intensity is different between the left and right, as in 09 and 110, a horizontal force is also generated at the same time. In FIG. 4 (b),
Ray 110 is stronger than ray 109. Therefore, as for the generated force, the force vector 114 is stronger than the force vector 113.
The particles are forced to the right to become larger than.

【００１０】[0010]

【実施例】図１は、本発明の請求項１の一実施例であ
る。図１（ａ）の１は、屈折部材であり、ポリスチレン
等の屈折率が周囲より高い材料でできている。前記屈折
部材を図１（ｂ）のように回転を受ける軸５、基盤６に
取付け、上方よりレーザ光を照射する。屈折部材に入射
した光は、図２の８のように屈折し、回転体に図１
（ａ）の回転力を与え、モータがＡ方向に回転する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an embodiment of claim 1 of the present invention. Reference numeral 1 in FIG. 1A is a refraction member, which is made of a material such as polystyrene having a higher refractive index than the surroundings. The refraction member is attached to a shaft 5 and a base 6 which are rotated as shown in FIG. 1 (b), and laser light is irradiated from above. Light incident on the refracting member is refracted as indicated by 8 in FIG.
The motor rotates in the direction A by applying the rotational force of (a).

【００１１】図２は本発明の請求項２の一実施例であ
る。図３の１２は、モータであり、１１は集光用レンズ
である。レーザ光を上方から入射し、集光用レンズで絞
り、回転体を光トラッピングすることによりマイクロモ
ータの位置決めと回転体の回転を同時に行っている。FIG. 2 shows an embodiment of claim 2 of the present invention. In FIG. 3, 12 is a motor, and 11 is a condenser lens. Laser light is incident from above, the condenser lens is used to stop the light, and the rotating body is optically trapped to simultaneously position the micromotor and rotate the rotating body.

【００１２】[0012]

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、モータ近
傍に電極、空気伝達用のパイプなどが必要のない小型の
マイクロモータを形成できる。また、、光トラッピング
によりマイクロモータを移動または固定させれば、軸受
け（穴）が必要ないため高速で長時間の回転が可能で耐
久性に優れ、また細胞内等の閉じられた場所にもモータ
を形成することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to form a small-sized micromotor that does not require electrodes, air transmission pipes, etc. near the motor. Also, if the micromotor is moved or fixed by optical trapping, it does not require a bearing (hole), so it can be rotated at high speed for a long time and has excellent durability. Can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 （ａ）はモータと回転方向を示した模式図、
図１（ｂ）はモータを軸に取付け、レーザを入射し回転
させる模式図である。FIG. 1A is a schematic diagram showing a motor and a rotation direction,
FIG. 1B is a schematic diagram in which a motor is attached to a shaft and a laser is made incident and rotated.

【図２】 屈折部材に入射した光が屈折する模式図であ
る。FIG. 2 is a schematic diagram in which light incident on a refracting member is refracted.

【図３】 モータをレーザー光により光トラッピングす
ることにより、回転体の回転とマイクロモータの位置決
めを同時に行っているところの模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing that the rotation of the rotating body and the positioning of the micromotor are simultaneously performed by optically trapping the motor with laser light.

【図４】 光トラッピングの原理を示した模式図であ
る。FIG. 4 is a schematic diagram showing the principle of optical trapping.

【図５】 光の運動量変化とそれにより生ずる力の関係
を示した模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a relationship between a momentum change of light and a force generated thereby.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 屈折部材 ２ 回転体 Ａ 回転方向 ３ レーザ光線 ４ 軸受け（穴） ５ 回転を受ける軸 ６ 基盤 ８ レーザ光線 ９ レーザ光線 １１ 集光用レンズ １０１ １０２ １０３ １０４ １０９ １１０ １
１１ １１２ 光線 １０５ １０６ １１３ １１４ 力ベクトル １０７ １０８ 透明誘電体粒子 １２０ 入射光 １２１ 境界面 １２２ 光の運動量変化 １２３ 屈折光DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Refraction member 2 Rotating body A Rotational direction 3 Laser beam 4 Bearing (hole) 5 Shaft for receiving rotation 6 Base 8 Laser beam 9 Laser beam 11 Condensing lens 101 102 103 103 104 109 109 110 1
11 112 Rays 105 106 113 113 114 Force vector 107 108 108 Transparent dielectric particles 120 Incident light 121 Boundary surface 122 Light momentum change 123 Refraction light

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】回転体及びこれに取り付けられた屈折部材
からなる光マイクロモータ。1. An optical micromotor comprising a rotating body and a refraction member attached to the rotating body. 【請求項２】光の屈折による運動量の変化を動力源とし
て用いたことを特徴とする光マイクロモータ。2. An optical micromotor, wherein a change in momentum due to refraction of light is used as a power source. 【請求項３】光トラッピングにより、請求項１に記載の
光マイクロモータを移動又は固定させる方法。3. A method for moving or fixing the optical micromotor according to claim 1, by optical trapping. 【請求項４】光トラッピングにより移動または固定させ
た請求項１に記載の光マイクロモータ。4. The optical micromotor according to claim 1, which is moved or fixed by optical trapping.