JPH0861218A - Aeolotropic shape micro rotational body - Google Patents
Aeolotropic shape micro rotational bodyInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光圧を駆動源とする形
状異方性マイクロ回転体に係り、特にその立体形状に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape-anisotropic micro-rotating body driven by light pressure as a driving source, and more particularly to a three-dimensional shape thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光圧により、任意の方向に回転できるマ
イクロ回転体の形状に関しては以下の報告がある。 文献１：「日暮、浮田、田中、大口、春季応用物理学会
講演予稿集、２９ｐ−ＺＡ−２，ｐ．８５９（１９９
３）．」 文献２：「Ｅ．Ｈigurashi, Ｈ．Ｕkita, Ｈ．Ｔanaka,
Ｏ．Ｏhguchi, Ｐroc. ＩＥＥＥ Ｍicro Ｅlectro
Ｍechanical Ｓystems '94, Ｏiso, １９９４，ｐ．
２９１」 これらの光圧回転体は、外側の側面に形状異方性を付与
することにより、光圧トルクを発生させている。しか
し、マイクロ回転体外側の形状効果を利用しているた
め、（１）外部流体との粘性摩擦が大きい、（２）回転
力を伝達するなどの目的には外側形状を利用できないの
で応用範囲が制限されるなどの欠点があった。2. Description of the Related Art The following reports have been made on the shape of a micro-rotating body that can be rotated in an arbitrary direction by light pressure. Reference 1: "Higurashi, Ukita, Tanaka, Oguchi, Spring Proceedings of Applied Physics, 29p-ZA-2, p.859 (199).
3). Reference 2: “E. Higurashi, H. Ukita, H. Tanaka,
O. Ohguchi, Proc. IEEE Micro Electro
Mechanical Systems '94, Oiso, 1994, p.
291 ”These light pressure rotating bodies generate light pressure torque by imparting shape anisotropy to the outer side surface. However, since the shape effect on the outside of the micro-rotating body is used, (1) the viscous friction with the external fluid is large, and (2) the outside shape cannot be used for the purpose of transmitting the rotational force, so the application range is There were drawbacks such as being limited.
【０００３】さらに、マイクロ回転体の屈折率が周囲の
媒質の屈折率より低い場合や金属などの高反射率物質の
場合は、光の反発力（斥力）のためマイクロ回転体を光
トラップ（捕捉）できないので、材料面からも応用範囲
を制限するという欠点があった。Further, when the refractive index of the micro-rotating body is lower than that of the surrounding medium or in the case of a material having a high reflectance such as metal, the micro-rotating body is optically trapped (trapped) due to the repulsive force (repulsive force) of light. ), There is a drawback that the application range is limited from the viewpoint of materials.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
光圧回転体は、（１）粘性摩擦が大きく、回転スピード
が制限される、（２）回転体外側の形状が制限される、
（３）回転体材料が制限されるという欠点があった。As described above, the conventional light pressure rotating body has (1) large viscous friction and limited rotation speed, and (2) limited outer shape of the rotating body.
(3) There is a drawback that the material of the rotating body is limited.
【０００５】本発明は、上記問題点を解消するために成
されたものであり、光圧を駆動源とする非接触、遠隔操
作が可能で、かつ任意の材料で高速回転可能な形状異方
性マイクロ回転体を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and is non-contact using a light pressure as a driving source, remote control is possible, and an anisotropic shape which can be rotated at a high speed with an arbitrary material. It aims at providing a sex micro rotating body.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、光圧により回転トルクを発生するマイクロ
回転体において、該マイクロ回転体の内部に断面形状が
互いに鏡面対称性を持たない穴を有することを特徴とす
るものである。In order to achieve the above object, the present invention provides a micro-rotating body which generates a rotating torque by light pressure, and the cross-sectional shapes of the micro-rotating body do not have mirror symmetry with each other. It is characterized by having a hole.
【０００７】[0007]
【作用】上記手段により、本発明では、マイクロ回転体
内部を断面形状が互いに鏡面対称性を持たない異方性形
状の穴に加工することにより、光圧で光トラップし、さ
らに回転トルクを発生させ、高速回転させる。尚、従来
の光圧回転体の材料制限・応用制限は除去される。By the above means, in the present invention, the inside of the micro-rotating body is processed into holes having an anisotropic shape whose cross-sectional shapes do not have mirror symmetry with each other, so that the light is optically trapped by the light pressure and further the rotation torque is generated. And rotate at high speed. The material restrictions and application restrictions of the conventional light pressure rotating body are removed.
【０００８】この回転体内部に形状異方性を有するマイ
クロ回転体の回転駆動には、まず、レーザー光を集光
し、マイクロ回転体断面の中心部に照射する。このマイ
クロ回転体は物体内部に形状異方性を有するため、媒質
と回転体内部側面で屈折率差により光の反射・屈折が生
じ、回転体内部側面に光圧が発生する。光圧は、媒質と
回転体の屈折率の大小によりレーザー光焦点に引き寄せ
られる方向、またはレーザー光焦点から反発する方向に
なる。従来、微小物体の屈折率が周囲の媒質の屈折率よ
り低い場合や金属などの高反射率物質の場合は、後者の
レーザー光焦点から反発する力が発生し、斥力のため微
小物体を光トラップすることができなかった。しかし、
本発明の物体内部に形状異方性を有するマイクロ回転体
では、回転体の屈折率が周囲の媒質の屈折率より低い場
合あるいは金属などの高反射率媒質の場合であってもす
べての回転体内部側面で斥力を受けるため、回転体はレ
ーザー光から逃れられず、焦点付近に捕捉することが可
能になる。次に、これらの力総和は、物体断面の内側形
状が、鏡面対称性を持たない形状異方性を有するため、
マイクロ回転体に回転トルクを発生させる。なお、回転
方向は付与する異方性形状によって制御することが可能
である。In order to rotationally drive the micro rotating body having the shape anisotropy inside the rotating body, first, laser light is condensed and applied to the central portion of the cross section of the micro rotating body. Since the micro rotator has shape anisotropy inside the object, light reflection / refraction occurs due to the difference in refractive index between the medium and the inner side surface of the rotator, and light pressure is generated on the inner side surface of the rotator. The light pressure is in the direction of being attracted to the laser light focus or in the direction of repelling from the laser light focus depending on the magnitude of the refractive index of the medium and the rotating body. Conventionally, when the refractive index of a minute object is lower than the refractive index of the surrounding medium or in the case of a high-reflectance material such as metal, a force repulsive from the laser beam focus of the latter is generated, and the minute object is optically trapped due to repulsive force. I couldn't. But,
In the micro-rotating body having shape anisotropy inside the object of the present invention, all the rotating bodies even if the refractive index of the rotating body is lower than the refractive index of the surrounding medium or in the case of a high reflectance medium such as metal. Since the internal side surface receives the repulsive force, the rotating body cannot escape from the laser beam and can be captured near the focal point. Next, the sum of these forces is because the inner shape of the object cross section has shape anisotropy that does not have mirror symmetry.
Rotating torque is generated in the micro rotating body. The rotation direction can be controlled by the anisotropic shape applied.
【０００９】[0009]
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。 （実施例１）図１は、この発明の第１の実施例の形状異
方性マイクロ回転体１の立体形状、図２は形状異方性マ
イクロ回転体１を光圧により回転するための実験装置構
成図、図３は光圧回転駆動原理図、図４は形状異方性マ
イクロ回転体製造方法を示す工程図である。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a three-dimensional shape of a shape anisotropic micro-rotating body 1 according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an experiment for rotating the shape anisotropic micro-rotating body 1 by light pressure. FIG. 3 is an apparatus configuration diagram, FIG. 3 is a light pressure rotary driving principle diagram, and FIG. 4 is a process diagram showing a shape anisotropic micro-rotating body manufacturing method.
【００１０】図１（ａ）は円柱状の回転体内部に断面形
状が互いに鏡面対称性を持たない複数の異方性形状の穴
２を付与することにより、微小物体の内側で回転トルク
を発生する形状異方性マイクロ回転体１の斜視図、図１
（ｂ）は同じく正面図、図１（ｃ）は同じく平面図であ
る。In FIG. 1 (a), a rotating torque is generated inside a minute object by providing a plurality of anisotropically shaped holes 2 whose cross-sectional shapes do not have mirror symmetry with each other inside a cylindrical rotating body. 1 is a perspective view of a shape-anisotropic micro-rotating body 1.
1B is a front view and FIG. 1C is a plan view.
【００１１】実際にこの形状異方性マイクロ回転体１に
回転を生じさせるためには、図２に示すような実験装置
を使用し、以下のように動作する。同図において、３は
液体、４はレーザーを集光する対物レンズ、５は回転ト
ルクを発生させるレーザー光発生装置、５′はレーザー
光、６はサンプルセル、７は顕微鏡ステージ、８は照明
ランプ、９はダイクロイックミラー、１０はＣＣＤカメ
ラ、１１はモニターである。前記液体３は、通常、水ま
たはアルコールである。液体３の選択には、（ａ）回転
体１と屈折率（実施例では大きい場合と小さい場合を記
載）、（ｂ）粘性率（粘性が高いと低速回転）、（ｃ）
使用するレーザー光５′の波長に対して吸収が小さい、
ことが重要である。In order to actually cause the shape-anisotropic micro rotary body 1 to rotate, an experimental apparatus as shown in FIG. 2 is used, and it operates as follows. In the figure, 3 is a liquid, 4 is an objective lens for condensing a laser, 5 is a laser beam generator for generating a rotating torque, 5'is a laser beam, 6 is a sample cell, 7 is a microscope stage, 8 is an illumination lamp. , 9 are dichroic mirrors, 10 is a CCD camera, and 11 is a monitor. The liquid 3 is usually water or alcohol. The liquid 3 is selected by (a) the rotating body 1 and the refractive index (in the examples, the case where it is large and the case where it is small), (b) the viscosity (the speed is low when the viscosity is high), and (c)
Small absorption for the wavelength of the laser light 5'used,
This is very important.
【００１２】まず最初に、作製した形状異方性マイクロ
回転体１を使用する液体３中に分散し、この状態でレー
ザー光発生装置５から発生したレーザー光５′を対物レ
ンズ４、ダイクロイックミラー９等の光学系を通して形
状異方性マイクロ回転体１に集光照射する。実際の回転
駆動の様子は、ＣＣＤカメラ１０等で撮像しモニター１
１で観察する。図２の実験装置で、レーザー光５′をで
きるだけ集光した方が高速で回転する。例えば、ＹＡＧ
レーザー（波長１．０６ミクロン）を使用すると、約１
ミクロンくらいに集光させているので、回転体１の寸法
（数十ミクロン以下）より小さくなる。First, the produced shape-anisotropic micro-rotating body 1 is dispersed in a liquid 3 and a laser beam 5'generated from a laser beam generator 5 in this state is used as an objective lens 4 and a dichroic mirror 9. The shape-anisotropic micro rotating body 1 is focused and irradiated through an optical system such as. An image of the actual rotation drive is taken by the CCD camera 10 or the like and the monitor 1
Observe at 1. In the experimental device shown in FIG. 2, the laser beam 5'is rotated at a higher speed when it is focused as much as possible. For example, YAG
Using a laser (wavelength 1.06 micron), about 1
Since the light is condensed to about a micron, the size is smaller than the size of the rotating body 1 (several tens of microns or less).
【００１３】次に、図３に光圧による形状異方性マイク
ロ回転体１の回転駆動原理を示す。ここでは、図１に示
す形状異方性マイクロ回転体１に対して回転原理を説明
する。図３（ａ）にはマイクロ回転体１の正面図、図３
（ｂ）にはマイクロ回転体１の平面図を示す。ここで、
形状異方性マイクロ回転体１の屈折率は、周りの液体３
の屈折率よりも少し大きいものとする。また、形状異方
性マイクロ回転体１の寸法は数十ミクロン以下とする。
形状異方性マイクロ回転体１を図３（ａ）のように配置
すると、形状異方性マイクロ回転体１のＰ点より入射す
るレーザー光５′は、Ｑ点で屈折して液体３に入射し、
再びＲ点で形状異方性マイクロ回転体１に入射してＳ点
で出射する。このとき、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ各点において光
圧１２が発生する。Ｐ点で発生した光圧１２は鉛直上方
を向き、その他の点で発生する光圧１２は光軸に垂直方
向を向く。光圧１２を形状異方性マイクロ回転体１の上
面から見た状態を示したのが図３（ｂ）である。なお、
形状異方性マイクロ回転体１の形状は回転対称な形状の
ため、図３（ｂ）では右下９０°の一部にのみ光圧１２
を図示する。Ｒ点、Ｓ点では光圧１２がすべて放射状
（半径方向）に働くため、回転トルクには寄与しない
が、Ｑ点では断面形状が鏡面対称性を持たない異方性形
状２を有するため、同図から明らかなように、Ｑ点に生
じる光圧１２の総和は回転トルクを発生する。形状異方
性マイクロ回転体１は左回りに回転する。また、レーザ
ービームを走査することにより、任意の位置での回転駆
動が可能である。なお、この形状異方性マイクロ回転体
１を分散する媒質は液体３中だけでなく、空中や真空中
でも可能である。Next, FIG. 3 shows the principle of rotational driving of the shape-anisotropic micro-rotating body 1 by light pressure. Here, the principle of rotation of the shape-anisotropic micro rotary body 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3A is a front view of the micro rotary body 1, and FIG.
A plan view of the micro rotating body 1 is shown in (b). here,
The refractive index of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is determined by the liquid 3
It should be slightly larger than the refractive index of. Further, the dimension of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is set to several tens of microns or less.
When the shape-anisotropic micro-rotating body 1 is arranged as shown in FIG. 3A, the laser beam 5 ′ incident from the point P of the shape-anisotropic micro-rotating body 1 is refracted at the point Q and is incident on the liquid 3. Then
It again enters the shape-anisotropic micro rotating body 1 at point R and exits at point S. At this time, the light pressure 12 is generated at each point of P, Q, R, and S. The light pressure 12 generated at the point P is directed vertically upward, and the light pressure 12 generated at the other points is perpendicular to the optical axis. FIG. 3B shows a state in which the light pressure 12 is viewed from the upper surface of the shape-anisotropic micro rotating body 1. In addition,
Since the shape-anisotropic micro-rotating body 1 has a rotationally symmetric shape, in FIG.
Is illustrated. At point R and point S, all the light pressure 12 acts radially (in the radial direction) and therefore does not contribute to the rotation torque, but at point Q, the cross-sectional shape has an anisotropic shape 2 that does not have mirror symmetry. As is clear from the figure, the total sum of the light pressures 12 generated at the point Q generates a rotational torque. The shape-anisotropic micro rotating body 1 rotates counterclockwise. Further, by scanning the laser beam, it can be rotationally driven at an arbitrary position. The medium in which the shape-anisotropic micro rotating body 1 is dispersed can be not only in the liquid 3 but also in the air or in vacuum.
【００１４】次に、このような形状異方性マイクロ回転
体１の作製方法例を説明する。この作製方法は、回転体
材料にポリイミドを使用することにより、（１）物体の
重さが軽くなり、低パワーのレーザー光で回転駆動でき
る、（２）加工しやすい材料のため加工精度が上がり、
高速回転が可能になる、（３）レジストをマスクにエッ
チングできるので、プロセス工程が簡略化できる、とい
う利点がある。Next, an example of a method of manufacturing such a shape-anisotropic micro rotating body 1 will be described. In this manufacturing method, by using polyimide as the material of the rotating body, (1) the weight of the object is light and the laser light of low power can be rotationally driven, and (2) the processing accuracy is increased because the material is easily processed. ,
High speed rotation is possible, and (3) the resist can be used as a mask for etching, so that the process steps can be simplified.
【００１５】作製方法は、図４（ａ）に示すように、シ
リコン（Ｓｉ）基板１３上にスピンコートにより、形状
異方性マイクロ回転体の材料となるポリイミド１４を塗
布する。次に図４（ｂ）に示すように、フォトリソグラ
フィ工程により、形状異方性マイクロ回転体１の断面形
状をしたフォトレジストマスク１５を形成し、図４
（ｃ）に示すように、酸素ガスを用いた反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）でポリイミド１４をシリコン基板１
３が現れるまでエッチングする。図４（ｄ）に示すよう
に、マスク１５を除去したのち、実験する液体３に浸漬
し、超音波により、形状異方性マイクロ回転体１を基板
１３より剥離させる。さらに、上記のようなフォトリソ
グラフィでは、光回折の限度内での加工が可能である
が、さらに細かいパターンの場合には、電子線（ＥＢ）
でレジストを直接描画することによりマスク１５を作製
すれば、より寸法精度を保ち、小型の形状異方性マイク
ロ回転体１を作製することが可能となる。As a manufacturing method, as shown in FIG. 4A, a silicon (Si) substrate 13 is spin-coated with a polyimide 14 which is a material of a shape-anisotropic micro rotary body. Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist mask 15 having a cross-sectional shape of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is formed by a photolithography process.
As shown in (c), the polyimide 14 is formed on the silicon substrate 1 by reactive ion etching (RIE) using oxygen gas.
Etch until 3 appears. As shown in FIG. 4D, after the mask 15 is removed, the mask 3 is immersed in the liquid 3 to be tested, and the shape-anisotropic micro rotating body 1 is separated from the substrate 13 by ultrasonic waves. Further, in the photolithography as described above, processing within the limit of light diffraction is possible, but in the case of a finer pattern, electron beam (EB)
If the mask 15 is manufactured by directly drawing the resist with, the dimensional accuracy can be maintained and a small shape anisotropic micro-rotating body 1 can be manufactured.
【００１６】なお、本実施例はすべて形状異方性マイク
ロ回転体１の材料をポリイミド１４とし、ポリイミド１
４と異なるシリコン基板１３を基板材料として用いてい
るが、形状異方性マイクロ回転体１が用いるレーザー光
５′に対して透明で、屈折率も周りの液体３の屈折率よ
りも少し大きければ他の組み合わせでもよい。In this embodiment, the material of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is polyimide 14, and the polyimide 1
Although a silicon substrate 13 different from that of No. 4 is used as a substrate material, it is transparent to the laser beam 5'used by the shape anisotropic micro-rotating body 1 and has a refractive index slightly larger than that of the surrounding liquid 3. Other combinations may be used.
【００１７】断面形状が互いに鏡面対称性を持たない異
方性形状は図１に示す形状以外にも、図５に示すような
形状ももちろん可能である。これらに共通する形状は、
面２−１は回転中心から放射状に出る面になるので光圧
トルクを発生しない。面２−２は回転軸を中心とする円
周上にあるので光圧トルクを発生しない。しかし、面２
−３が図３の説明にあるように光圧トルクを発生すると
いうことである。 （実施例２）図６は、この発明の第２の実施例である外
側形状をギヤ形状に加工した形状異方性マイクロ回転体
１の回転駆動原理図である。この実施例では、回転体内
部側面で回転トルクを発生し、回転体外側側面を力伝達
部に利用した例である。形状異方性マイクロ回転体１の
屈折率は、実施例１と同様周りの液体３の屈折率よりも
少し大きいものとする。まず最初に、作製した形状異方
性マイクロ回転体１を使用する液体３中に分散し、この
状態でレーザー光５′を対物レンズ４を通して形状異方
性マイクロ回転体１の互いに鏡面対称性を持たない複数
の異方性形状の穴２の中心部に集光照射する。このとき
実施例１と同様、Ｐ点で発生する光圧１２は鉛直上方を
向き、その他の点で発生する光圧１２は光軸に垂直方向
を向く。光圧１２を形状異方性マイクロ回転体１の上面
から見た状態を示したのが図６である。なお、形状異方
性マイクロ回転体１の形状は回転対称な形状のため、右
下９０°の一部にのみ光圧１２を図示する。Ｒ点に働く
光圧１２は、すべて放射状方向（半径方向）に働くた
め、回転トルクには寄与しない。また、Ｓ点に働く光圧
１２は、半径方向以外の成分を有するが、対称形状のた
め光圧の総和は０である。Ｑ点では断面形状が鏡面対称
性を持たないため、同図から明らかなように、Ｑ点に生
じる光圧１２の総和は回転トルクを発生する。形状異方
性マイクロ回転体１は、左回りに回転し、外側側面を駆
動力の伝達に応用することが可能になる。作製方法は、
実施例１と同じである。 （実施例３）図７は、この発明の第３の実施例の形状異
方性マイクロ回転体１の平面図である。周辺の媒質より
も屈折率が小さい。図７（ａ）から図７（ｃ）に示すよ
うに形状異方性マイクロ回転体１の内部には、互いに鏡
面対称性を持たない異方性形状の穴２を持つ。図８に図
７（ａ）の回転体の回転駆動原理図を示す。図８（ａ）
には正面図、図８（ｂ）には平面図を示す。The anisotropic shapes whose cross-sectional shapes do not have mirror symmetry with each other are not limited to the shapes shown in FIG. 1, but of course the shapes shown in FIG. 5 are possible. The shape common to these is
Since the surface 2-1 is a surface radially extending from the center of rotation, no light pressure torque is generated. Since the surface 2-2 is on the circumference around the rotation axis, the light pressure torque is not generated. But face 2
-3 is to generate the light pressure torque as described in FIG. (Embodiment 2) FIG. 6 is a rotation driving principle diagram of a shape-anisotropic micro rotary body 1 in which an outer shape according to a second embodiment of the present invention is processed into a gear shape. In this embodiment, a rotational torque is generated on the inner side surface of the rotating body, and the outer side surface of the rotating body is used as the force transmitting portion. The refractive index of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is set to be slightly larger than the refractive index of the surrounding liquid 3 as in the first embodiment. First, the manufactured shape-anisotropic micro rotating body 1 is dispersed in the liquid 3 to be used, and in this state, the laser light 5'is passed through the objective lens 4 to make the shape-anisotropic micro rotating body 1 mirror-symmetric to each other. The central portion of the plurality of anisotropically shaped holes 2 that do not have the light is focused and irradiated. At this time, as in the first embodiment, the light pressure 12 generated at the point P faces vertically upward, and the light pressure 12 generated at other points faces the direction perpendicular to the optical axis. FIG. 6 shows a state in which the light pressure 12 is viewed from the upper surface of the shape-anisotropic micro rotating body 1. Since the shape-anisotropic micro rotary body 1 has a rotationally symmetrical shape, the light pressure 12 is shown only in a part of the lower right 90 °. The light pressure 12 acting on the point R acts in the radial direction (radial direction), and therefore does not contribute to the rotational torque. Further, the light pressure 12 acting on the point S has a component other than the radial direction, but the sum of the light pressure is 0 due to the symmetrical shape. Since the cross-sectional shape at point Q does not have mirror symmetry, the sum of the light pressures 12 generated at point Q produces rotational torque, as is apparent from FIG. The shape-anisotropic micro rotating body 1 rotates counterclockwise, and the outer side surface can be applied to the transmission of driving force. The manufacturing method is
This is the same as in the first embodiment. (Embodiment 3) FIG. 7 is a plan view of a shape-anisotropic micro rotary body 1 according to a third embodiment of the present invention. It has a smaller refractive index than the surrounding medium. As shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c), the shape-anisotropic micro rotating body 1 has an anisotropic hole 2 having no mirror symmetry. FIG. 8 shows a rotation driving principle diagram of the rotating body of FIG. Figure 8 (a)
FIG. 8 shows a front view and FIG. 8 (b) shows a plan view.
【００１８】形状異方性マイクロ回転体１の屈折率は、
周りの媒質の屈折率よりも低いものとする。まず最初
に、形状異方性マイクロ回転体１を使用する液体３中に
分散し、この状態でレーザー光５′を対物レンズ４を通
して形状異方性マイクロ回転体１に集光照射する。互い
に鏡面対称性を持たない形状異方性形状の穴２の中心部
にレーザー光５′の焦点を配置する。形状異方性マイク
ロ回転体１の内側の面のＰ点より入射するレーザー光
５′はＰ点で屈折してマイクロ回転体１に入射し、外側
の面Ｑ点で屈折して出射されるが、このときＰ点および
Ｑ点において光圧１２が発生する。レーザー光５′によ
って発生した光圧１２を形状異方性マイクロ回転体１の
上面から見た状態を示したのが図８（ｂ）である。図８
（ｂ）に示すように互いに鏡面対称性を持たない異方性
形状の穴２の側面部分ではレーザー光５′のすべての方
向から斥力を受けるため、形状異方性マイクロ回転体１
は焦点付近でレーザー光５′の光軸と形状異方性マイク
ロ回転体１の回転軸（中心軸）が一致するように光トラ
ップされる。一方、互いに鏡面対称性を持たない異方性
形状の穴２の側面では、同図から明らかなように、光圧
１２の総和は回転トルクを発生しマイクロ回転体１を左
回りに回転する。もちろん、レーザー光５′が形状異方
性マイクロ回転体１から出射する際にも光圧が生じるた
め、形状異方性マイクロ回転体１の外側にも異方性を付
与しておけば、ここでも回転力を発生することが可能で
ある。ビームを走査することにより、任意の位置で回転
駆動が可能である。 （実施例４）図９は、この発明の第５の実施例である金
属材料などの高反射率形状異方性マイクロ回転体１の回
転駆動原理図である。図９（ａ）には正面図、図９
（ｂ）には平面図を示す。互いに鏡面対称性を持たない
異方性形状の穴２としては、実施例３の図７（ａ）〜
（ｃ）に示すような形状が挙げられるが、ここでは図７
（ａ）について回転駆動の原理を説明する。The refractive index of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is
It should be lower than the refractive index of the surrounding medium. First, the shape-anisotropic micro rotating body 1 is dispersed in the liquid 3 to be used, and in this state, the laser light 5 ′ is focused and irradiated onto the shape-anisotropic micro rotating body 1 through the objective lens 4. The focal point of the laser beam 5'is arranged at the center of the hole 2 having a shape anisotropic shape having no mirror symmetry. The laser light 5'incident from the point P on the inner surface of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is refracted at the point P to enter the micro rotating body 1, and is refracted at the outer surface Q point to be emitted. At this time, the light pressure 12 is generated at the points P and Q. FIG. 8B shows a state in which the light pressure 12 generated by the laser beam 5'is viewed from the upper surface of the shape-anisotropic micro-rotating body 1. FIG.
As shown in (b), the side surface of the anisotropically shaped hole 2 having no mirror symmetry receives repulsive force from all directions of the laser beam 5 ', so that the shape-anisotropic micro-rotator 1
Is optically trapped so that the optical axis of the laser beam 5 ′ and the rotation axis (center axis) of the shape-anisotropic micro-rotating body 1 coincide with each other near the focal point. On the other hand, on the side surfaces of the anisotropically shaped holes 2 that do not have mirror symmetry with each other, as is clear from the figure, the total sum of the light pressures 12 generates a rotational torque to rotate the micro rotator 1 counterclockwise. Of course, when the laser beam 5'is emitted from the shape-anisotropic micro rotating body 1, a light pressure is generated. However, it is possible to generate a rotational force. By scanning the beam, it can be rotationally driven at an arbitrary position. (Embodiment 4) FIG. 9 is a rotation driving principle diagram of a highly reflective shape anisotropic micro rotating body 1 made of a metal material or the like according to a fifth embodiment of the present invention. 9 (a) is a front view, FIG.
A plan view is shown in FIG. Anisotropic holes 2 that do not have mirror symmetry with each other are shown in FIG.
The shape as shown in FIG.
The principle of rotational drive will be described with respect to (a).
【００１９】形状異方性マイクロ回転体１の内部には、
互いに鏡面対称性を持たない異方性形状の穴２を持つ。
形状異方性マイクロ回転体１の材料は、金属など大きな
反射率をもつ材料とする。Inside the shape-anisotropic micro rotary body 1,
It has anisotropically shaped holes 2 that do not have mirror symmetry with each other.
The material of the shape-anisotropic micro rotating body 1 is a material having a large reflectance such as metal.
【００２０】まず最初に、形状異方性マイクロ回転体１
を使用する液体３中に分散し、この状態でレーザー光
５′を対物レンズ４を通して形状異方性マイクロ回転体
１に集光照射する。互いに鏡面対称性を持たない異方性
形状の穴２の中心部にレーザー光５′の焦点を配置す
る。形状異方性マイクロ回転体１の内側の面のＰ点より
入射するレーザー光５′はＰ点で反射するが、このとき
Ｐ点において光圧１２が発生する。形状異方性マイクロ
回転体１の互いに鏡面対称性を持たない異方性形状の穴
２の側面部分ではレーザー光５′のすべての方向から斥
力を受けるため、形状異方性マイクロ回転体１は焦点付
近でレーザー光５′の光軸と形状異方性マイクロ回転体
１の回転軸（中心軸）が一致するように光トラップされ
る。一方、互いに鏡面対称性を持たない異方性形状の穴
２の側面部では、図９（ｂ）から明らかなように、内側
の面に生じる光圧１２の総和は回転トルクを発生し形状
異方性マイクロ回転体１を左回りに回転する。この形状
異方性マイクロ回転体１は光が透過しないため、形状異
方性マイクロ回転体１の外側の形状は用途により任意に
選択できる。また、この回転原理から形状異方性マイク
ロ回転体１の反射率は大きい程、大きな回転力を得られ
る。レーザービームを走査することにより、任意の位置
で回転駆動が可能である。このような金属材料などの高
反射率形状異方性マイクロ回転体１は、レジスト鋳型を
用いためっき技術やＬＩＧＡプロセスなどで作製が可能
である。First, the shape-anisotropic micro rotary body 1
Is dispersed in the liquid 3 to be used, and in this state, the laser light 5'is focused and irradiated onto the shape-anisotropic micro rotating body 1 through the objective lens 4. The focal point of the laser beam 5'is arranged at the center of the anisotropically shaped hole 2 having no mirror symmetry. The laser light 5'incident from the point P on the inner surface of the shape-anisotropic micro rotary body 1 is reflected at the point P, but at this time, the light pressure 12 is generated at the point P. Since the side surface of the anisotropically shaped hole 2 of the shape-anisotropic micro-rotating body 1 which does not have mirror symmetry with each other receives repulsive force from all directions of the laser beam 5 ′, the shape-anisotropic micro-rotating body 1 is The light is trapped so that the optical axis of the laser beam 5 ′ and the rotation axis (center axis) of the shape anisotropic micro-rotating body 1 coincide with each other near the focal point. On the other hand, as is clear from FIG. 9B, at the side surface portions of the anisotropically shaped holes 2 that do not have mirror symmetry with each other, the sum of the light pressures 12 generated on the inner surface generates a rotational torque and causes a shape difference. The isotropic micro rotating body 1 is rotated counterclockwise. Since the shape-anisotropic micro rotating body 1 does not transmit light, the shape outside the shape-anisotropic micro rotating body 1 can be arbitrarily selected according to the application. Further, according to this rotation principle, the larger the reflectance of the shape-anisotropic micro rotary body 1, the larger the rotational force can be obtained. By scanning the laser beam, it can be rotationally driven at an arbitrary position. The high reflectance shape anisotropic micro rotating body 1 made of such a metal material can be produced by a plating technique using a resist mold, a LIGA process, or the like.
【００２１】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、互いに鏡面対称性を持たない異方性形状の穴を回転
体内部に付与することにより、任意材料で作製された数
十ミクロン以下の形状異方性マイクロ回転体を光トラッ
プでき、任意の方向に高速に回転駆動できる。この形状
異方性マイクロ回転体は、非接触、遠隔操作が可能の
他、外側形状の自由度が大きくなり、マイクロモータ
ー、マイクロアクチュエータなどの応用が可能となる。As described above, according to the present invention, holes of anisotropic shape having no mirror symmetry with each other are provided inside the rotating body, so that the material is made of an arbitrary material and has a size of several tens of microns or less. The shape-anisotropic micro rotating body can be optically trapped and can be driven to rotate in any direction at high speed. This shape-anisotropic micro-rotating body can be operated in a non-contact manner or remotely, and has a large degree of freedom in its outer shape, and can be applied to micromotors, microactuators, and the like.
【図１】この発明の第１の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の立体形状を示す、斜視図、正面図、平面図
である。FIG. 1 is a perspective view, a front view, and a plan view showing a three-dimensional shape of a shape-anisotropic micro rotating body according to a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の第１の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体を光圧により回転するための実験装置構成図
である。FIG. 2 is a configuration diagram of an experimental apparatus for rotating the shape anisotropic micro-rotating body according to the first embodiment of the present invention by light pressure.
【図３】この発明の第１の実施例である図１に示す形状
異方性マイクロ回転体の動作原理を示す、正面図、平面
図である。3A and 3B are a front view and a plan view showing the operating principle of the shape-anisotropic micro-rotating body shown in FIG. 1, which is the first embodiment of the present invention.
【図４】この発明の形状異方性マイクロ回転体の製造方
法の一例を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing an example of a method for producing a shape-anisotropic micro rotating body of the present invention.
【図５】この発明の第１の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の他の例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing another example of the shape-anisotropic micro rotating body according to the first embodiment of the present invention.
【図６】この発明の第２の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の動作原理を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing the operating principle of a shape-anisotropic micro rotary body according to a second embodiment of the invention.
【図７】この発明の第３の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a shape-anisotropic micro rotary body according to a third embodiment of the invention.
【図８】この発明の第３の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の動作原理を示す、正面図、平面図である。8A and 8B are a front view and a plan view showing the operating principle of a shape-anisotropic micro rotary body according to a third embodiment of the invention.
【図９】この発明の第４の実施例である形状異方性マイ
クロ回転体の動作原理を示す、正面図、平面図である。9A and 9B are a front view and a plan view showing the operating principle of a shape-anisotropic micro rotary body according to a fourth embodiment of the invention.
１…形状異方性マイクロ回転体、２…互いに鏡面対称性
を持たない異方性形状の穴、３…液体、４…対物レン
ズ、５…レーザー光発生装置、５′…レーザー光、６…
サンプルセル、７…ステージ、８…照明ランプ、９…ダ
イクロイックミラー、１０…ＣＣＤカメラ、１１…モニ
ター、１２…光圧、１３…シリコン（Ｓｉ）基板、１４
…ポリイミド、１５…マスク。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Micro-rotation body with shape anisotropy, 2 ... Holes having anisotropic shapes that do not have mirror symmetry with each other, 3 ... Liquid, 4 ... Objective lens, 5 ... Laser light generator, 5 '... Laser light, 6 ...
Sample cell, 7 ... Stage, 8 ... Illumination lamp, 9 ... Dichroic mirror, 10 ... CCD camera, 11 ... Monitor, 12 ... Light pressure, 13 ... Silicon (Si) substrate, 14
… Polyimide, 15… Mask.
Claims (5)
ロ回転体において、該マイクロ回転体の内部に断面形状
が互いに鏡面対称性を持たない穴を有することを特徴と
する形状異方性マイクロ回転体。1. A shape-anisotropic micro-rotating body, characterized in that in a micro-rotating body that generates a rotational torque by light pressure, the micro-rotating body has holes inside whose cross-sectional shapes do not have mirror symmetry with each other. .
に鏡面対称性を持たない複数の穴を有することを特徴と
する請求項１記載の形状異方性マイクロ回転体。2. The shape-anisotropic micro-rotating body according to claim 1, wherein the micro-rotating body has a plurality of holes whose cross-sectional shapes do not have mirror symmetry with each other.
加工したことを特徴とする請求項１又は２記載の形状異
方性マイクロ回転体。3. The shape-anisotropic micro rotating body according to claim 1, wherein the outer shape of the micro rotating body is processed into a gear shape.
屈折率より低いことを特徴とする請求項１又は２記載の
形状異方性マイクロ回転体。4. The shape-anisotropic micro rotating body according to claim 1, wherein the micro rotating body has a refractive index lower than that of a surrounding medium.
質であることを特徴とする請求項１又は２記載の形状異
方性マイクロ回転体。5. The shape-anisotropic micro-rotating body according to claim 1, wherein the micro-rotating body is a high reflectance material such as metal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19316894A JPH0861218A (en) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Aeolotropic shape micro rotational body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19316894A JPH0861218A (en) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Aeolotropic shape micro rotational body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0861218A true JPH0861218A (en) | 1996-03-08 |
Family
ID=16303430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19316894A Pending JPH0861218A (en) | 1994-08-17 | 1994-08-17 | Aeolotropic shape micro rotational body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0861218A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7444817B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same |
| US7530795B2 (en) | 2003-06-13 | 2009-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Fluid control mechanism |
-
1994
- 1994-08-17 JP JP19316894A patent/JPH0861218A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7444817B2 (en) | 2003-06-13 | 2008-11-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Optical micromotor, micropump using same and microvalve using same |
| US7530795B2 (en) | 2003-06-13 | 2009-05-12 | Canon Kabushiki Kaisha | Fluid control mechanism |
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