METODO Y APARATO DE MEDIDA DE LAS FUERZAS OPTICAS QUE ACTUAN SOBRE UNA PARTICULA.
Método y aparato de medida de las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula.
Aparato y método para medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula atrapada. En una realización, el aparato y método son adaptables para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico configurado para atrapar, con un único haz de luz, una partícula suspendida en un medio de suspensión, entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara dispuesta sobre o dentro del microscopio. El aparato y métodos implican la utilización de un único sistema de lentes colector, teniendo éste una apertura numérica seleccionada de modo que sea mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, y situándose cerca o en contacto con la cara de salida de la cámara de suspensión. Un dispositivo sensor de luz se coloca en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o en un equivalente óptico del mismo, siendo éste capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz por la lente colectora.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200901259.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE BARCELONA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: MONTES USATEGUI,MARIO, FARRÉ FLAQUER,ARNAU.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01L1/25 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01L MEDIDA DE FUERZAS, TENSIONES, PARES, TRABAJO, POTENCIA MECANICA, RENDIMIENTO MECANICO O DE LA PRESION DE LOS FLUIDOS (pesado G01G). › G01L 1/00 Medida de fuerzas o tensiones, en general (medida de la fuerza producida por un choque G01L 5/00). › por utilización de radiaciones (ondas o partículas), p. ej. rayos X, neutrones (G01L 1/24 tiene prioridad).
- G02B21/32 G […] › G02 OPTICA. › G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 21/00 Microscopios (oculares G02B 25/00; sistemas polarizantes G02B 27/28; microscopios de medida G01B 9/04; micrótomos G01N 1/06; técnicas o aparatos de sonda de barrido G01Q). › Micromanipuladores combinados por construcción con microscopios.
- G21K1/06 G […] › G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR. › G21K TECNICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR PARA MANIPULAR PARTICULAS O RADIACIONES ELECTROMAGNETICAS; DISPOSITIVOS DE IRRADIACION; MICROSCOPIOS DE RAYOS GAMMA O DE RAYOS X. › G21K 1/00 Disposiciones para manipular las radiaciones ionizantes o las partículas, p. ej. para enfocar, para moderar (filtros de radiaciones ionizantes G21K 3/00; producción o aceleración de neutrones, partículas cargadas eléctricamente, haces de moléculas neutras o haces de átomos neutros H05H 3/00 - H05H 15/00). › que utilizan la difracción, la refracción o la reflexión, p. ej. monocromadores (G21K 1/10, G21K 7/00 tienen prioridad).
Fragmento de la descripción:
Reivindicaciones:
proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución
de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones. 5 8. Sistema según la reivindicación 1, que además comprende un filtro colocado entre la lente frontal del sistema de lentes colector y el dispositivo sensor de luz para impedir la saturación del dispositivo sensor de luz. 1º 9. Sistema según la reivindicación 1, donde la cámara posee una cara de salida, el aparato además comprende una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cara de salida. 15 1O. Sistema según la reivindicación 1, que demás comprende una lente auxiliar o de relé para generar una copia de la distribución de luz en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora sobre el dispositivo sensor de luz. 2 o 11. Sistema según la reivindicación 1, donde la lente objetivo de atrapamiento tiene una pupila de entrada, el aparato además comprende una o más lentes colocadas entre la fuente de luz y la pupila de entrada, dicha lente o lentes configuradas para modificar el diámetro del haz de luz para cubrir exactamente o rebasar ligeramente el diámetro de la pupila de entrada de la lente objetivo de atrapamiento. 2 5 12. Sistema según la reivindicación 1, donde la cámara posee una cara de salida con una propiedad antireflejante que minimiza las reflexiones de los fotones luminosos en dicha cara de salida. 3 o 13. Sistema según la reivindicación 12, donde la propiedad antireflejante hace que la pérdida de fotones debida a la reflexión en la cara de salida permanezca constante en cualquier punto de dicha cara de salida, independientemente del ángulo de incidencia de los fotones que llegan a ese punto. 35 14. Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo sensor de luz es capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz. 15. Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo sensor de luz es capaz de generar una imagen computerizada correspondiente a la imagen óptica del plano focal trasero de la lente colectora, siendo esta imagen 5 procesable para obtener medidas de fuerza óptica sobre la partícula. 16. Sistema según la reivindicación 1 que además comprende un espaciador dispuesto para mantener una distancia de trabajo particular entre la muestra y la lente frontal del sistema de lentes colector. 10 17. Método para medir las fuerzas ópticas que actúan sobre una partícula que comprende: suspender la partícula en un medio de suspensión dentro de una cámara, focalizar un haz único de luz sobre la partícula de tal manera que se consiga 15 que los fotones del haz de luz atrapen la partícula mediante el uso de fuerzas de gradiente elevadas, capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula por una única lente o sistema de lentes colectoras, teniendo el sistema colector una apertura 2 o numérica mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión; y dirigir los fotones recogidos hacia un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo. 25 18. Método según la reivindicación 17 que además comprende generar señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz. 30 19. Método según la reivindicación 17, donde al haz de luz focalizado sobre la partícula se le induce una polarización circular o sustancialmente circular. 20. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de entrada y una cara de salida, estando la partícula suspendida más cerca de 3 5 la cara de salida que de la de entrada. 21. Método según la reivindicación 17, donde el equivalente óptico del plano focal trasero es generado por una lente auxiliar o de relé colocada entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz. 5 22. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de salida, comprendiendo el método además la compensación de las pérdidas por reflexión en la cara de salida, mediante una máscara de transmisión no uniforme colocada en o cerca del plano focal trasero o en un equivalente del mismo. 10 23. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de salida, el método además comprende la compensación de las pérdidas por reflexión en la cara de salida, mediante el uso de un material antireflejante fijado o incorporado a la cara de salida. 15 24. Método según la reivindicación 17, donde la cámara posee una cara de salida, el método además comprende la provisión de que la pérdida de fotones debida a la reflexión en la cara de salida permanezca constante en cualquier punto de dicha cara de salida, independientemente del ángulo de 2º incidencia de los fotones que llegan a ese punto. 25. Método según la reivindicación 17, donde la lente objetivo de atrapamiento tiene una pupila de entrada, el método además comprende la provisión de cubrir exactamente o rebasar ligeramente el diámetro de la 2 5 pupila de entrada de la lente objetivo de atrapamiento, modificando el diámetro del haz de luz dirigido a dicha pupila de entrada. 26. Método según la reivindicación 17, donde los fotones recogidos se dirigen a un dispositivo sensor de posiciones o a una cámara, formando una imagen 3 o óptica en el dispositivo sensor de luz que corresponde con la imagen óptica en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora. 27. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula 35 suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema: 5 1º una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara; y un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz. 15 28. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es capaz de generar señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones. 2 o 29. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es capaz de generar una imagen computerizada correspondiente a la imagen óptica del plano focal trasero de la lente colectora, siendo esta imagen procesable para obtener medidas de fuerza óptica sobre la partícula. 2 5 30. Sistema según la reivindicación 27, donde el dispositivo sensor de luz es un dispositivo sensor de posiciones o una cámara. 30 31. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende una lente auxiliar o de relé colocada entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para generar un equivalente óptico del plano focal trasero. 32. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende un filtro colocado entre la lente frontal del sistema de lentes colector y el dispositivo sensor de luz para impedir la saturación del dispositivo sensor de luz. 3 5 33. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora tiene una apertura numérica entre aproximadamente 1.32 y aproximadamente 1.40. 5 10 34. Sistema según la reivindicación 27, que además comprende una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cara de salida. 35. Sistema según la reivindicación 30, donde el dispositivo sensor de posiciones es del tipo duolateral, generando dos señales eléctricas proporcionales a las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada en el dispositivo sensor de posiciones. 36. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora es una lente de inmersión en aceite o una lente de inmersión en agua. 15 37.Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 38. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, la lente de relé y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 20 39. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 2 5 40. Sistema según la reivindicación 27, donde la lente colectora, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 3º 41. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema: 3 5 una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del 5 centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal trasero; y 1º un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz. 42. Sistema según la reivindicación 41, donde la lente colectora, la lente de relé, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único 15 dispositivo. 43. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de 2 o salida de una cámara, comprendiendo el sistema: una única lente o sistema de lentes colectora que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por 2 5 la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo 3 o sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el 3 5 dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal trasero; y una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cámara. 5 44. Sistema según la reivindicación 43, donde la lente colectora, la lente de relé, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 45. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio 1º óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema: una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de 15 la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, 2 o un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, o de un equivalente óptico del mismo, siendo el dispositivo sensor de luz capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo 2 5 sensor de luz, una lente auxiliar o de relé, posicionada entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para crear el equivalente óptico del plano focal trasero un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para 3 o prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz; y una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cámara. 3 5 46. Sistema según la reivindicación 45, donde la lente colectora, la lente de relé, el filtro, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 47. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de 5 salida de una cámara, comprendiendo el sistema: una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por 1º la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o 15 indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz. 20 48. Sistema según la reivindicación 47, donde la lente colectora, el filtro y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 49. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio 2 5 óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema: una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de 3º la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, 3 5 un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz; y una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en 5 la cámara. 50. Sistema según la reivindicación 49, donde la lente colectora, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están integrados en un único dispositivo. 10 51. Sistema adaptable para su inserción en el tren óptico de un microscopio óptico, configurado para atrapar con un único haz de luz una partícula suspendida en un medio de suspensión entre la cara de entrada y la cara de salida de una cámara, comprendiendo el sistema: 15 una única lente o sistema de lentes colectoras que se emplaza en o cerca de la cara de salida de la cámara de suspensión para capturar en la semiesfera superior de la partícula tanto los fotones deflectados como no deflectados por la partícula, siendo la apertura numérica de la lente colectora mayor o igual 2 o que el índice de refracción del medio de suspensión destinado a suspender la partícula en la cámara, un dispositivo sensor de luz posicionado en o cerca del plano focal trasero de la lente colectora, siendo el dispositivo sensor capaz, directa o indirectamente, de producir medidas de la fuerza óptica que actúa sobre la 25 partícula, derivadas de las coordenadas x e y del centro de masas de la distribución de luz proyectada sobre el dispositivo sensor de luz un filtro posicionado entre la lente colectora y el dispositivo sensor de luz para prevenir la saturación del dispositivo sensor de luz; y una máscara que, actuando por transmisión, y colocada cerca o pegada al 3 o dispositivo sensor de luz, compensa las pérdidas por reflexión producidas en la cámara. 52. Sistema según la reivindicación 51, donde la lente colectora, el filtro, la máscara que actúa por transmisión y el dispositivo sensor de luz están 35 integrados en un único dispositivo.
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