JPH08248325A - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作針を簡単かつ迅速にもとの位置へ復帰可能
で、操作性が改善されたマイクロマニピュレータを得る
こと。 【解決手段】操作針４が固定された可動体５を駆動信号
に応じて移動させる駆動部と、一軸回転式のダイヤルを
有し移動指令信号を発生するロータリエンコーダ７と、
可動体５の移動方向及び移動距離を検出する検出手段６
と、検出手段６の検出結果に基づいて可動体位置を認識
しスイッチボタン８ａから位置記憶指令信号が入力され
るとその時の可動体５の位置情報を記憶する記憶手段１
０と、スイッチボタン８ｂから位置復帰指令信号が入力
されると記憶手段１０に記憶されている位置情報を読出
し可動体５の現在位置との偏差に応じた移動指令信号を
発生する位置復帰手段と、エンコーダ７及び位置復帰手
段からそれぞれ入力される移動指令信号に応じて前記駆
動信号を発生する制御手段９とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学顕微鏡の周辺
機器に係り、さらに詳しくは光学顕微鏡下で行う細胞等
の被検物を微細操作するマイクロマニピュレータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡の視野下においた細胞を遠
隔から微細操作する装置としてマイクロマニピュレータ
が知られている。一般に、マイクロマニピュレータにお
ける細胞操作は操作部を介して行われるが、操作部の操
作性を改善した種々のマイクロマニピュレータが提案さ
れている。

【０００３】図１７は、本出願人が先に出願（特願平６
ー６８５３１号）したマイクロマニピュレータの概略的
な全体構成を示したものである。マイクロマニピュレー
タが装備される倒立顕微鏡１００は、微細操作の対象と
なる細胞等の被検物が配置されるステージ１を備える。
この倒立顕微鏡１００の本体にレボルバ３３が回転自在
に取付けられている。倒立顕微鏡１００は光軸上の対物
レンズ２に入射する観察光を接眼レンズ２５、およびＣ
ＣＤカメラ２６へ導き、被検物像を肉眼観察及び撮像可
能に構成されている。また、ステージ１上には細胞を照
明する照明装置３が配置されている。

【０００４】本実施形態のマイクロマニピュレータの構
成として、一対のマニピュレータ本体３０−１，３０−
２、例えば超音波アクチュエータからなる可動体５−
１，５−２、入力手段７（動作指令発生手段を含む）、
制御手段９、駆動制御手段３１、操作針４−１，４−２
等から構成されている。

【０００５】入力手段７は、ジョイスティック７４、ト
ラックボール７５、キーボード７６、プログラムを格納
したメモリ７７、モニタ手段７８、ライトペン７９から
なり、操作者から入力される操作針４−１，４−２の動
作内容に関する指示を電気的な入力信号に変換するもの
である。入力手段７を構成するジョイスティック７４や
トラックボール７５はパーソナルコンピュータ７０に接
続されている。パーソナルコンピュータ７０は、入力手
段７からの動作内容を示す入力情報を電気的な移動指令
信号に変換して制御手段９へ出力する。

【０００６】操作針４−１，４−２の動作内容が入力手
段７から指示されると、その指示された動作内容に応じ
た移動指令信号が制御手段９を介して駆動制御手段３１
へ送出される。駆動制御手段３１で駆動指令信号に応じ
た生成された駆動信号が可動体５−１，５−２等へ印加
されることにより、入力手段７から指示された動作内容
に対応して操作針４−１，４−２が移動を行う。

【０００７】図１８は、マニピュレーションシステムの
外観図が示されている。前述した倒立顕微鏡１００が用
いられ、支柱１０１によりサブステージ１０２が水平に
付設されている。サブステージ１０２には、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の直交座標系を備えた可動機構１１０が設けられてい
る。

【０００８】可動機構１１０は、図１９に示すように、
サブステージ１０２に固定された機構固定部１０７にＸ
軸方向のＸ軸ガイドが形成され、Ｘステージ１０３が機
構固定部１０７に対してＸ軸ガイドを介してＸ軸方向へ
摺動自在に保持されている。機構固定部１０７の内部に
は、超音波アクチュエータ（不図示）が保持されてお
り、超音波アクチュエータに備えられた摺動部材をＸス
テージ１０３の対向面に所定の押圧力で直接接触させて
いる。

【０００９】Ｘステージ１０３の反対面にはアクチュエ
ータ保持部材１０８が固定されている。アクチュエータ
保持部材１０８のＹステージ１０４との対向面にＹ軸ガ
イドが形成されており、Ｙステージ１０４がアクチュエ
ータ保持部材１０８にＹ軸ガイドを介してＹ軸方向へ摺
動自在に保持されている。アクチュエータ保持部材１０
８には、機構固定部１０７と同様にして超音波アクチュ
エータが保持されており、超音波アクチュエータの摺動
部材をＹステージ１０４の対向面に所定の力で接触させ
ている。Ｙステージ１０４の反対面にはＬ字形をなすＬ
金具１０９が固定されており、そのＬ金具１０９にアク
チュエータ保持部材１０８が固定されている。アクチュ
エータ保持部材１０８はＺ軸方向にＺ軸ガイドが形成さ
れている。

【００１０】Ｚステージ１０５はアクチュエータ保持部
材１０８のＺ軸ガイドを介してＺ軸方向へ摺動自在に保
持されている。アクチュエータ保持部材１０８には超音
波アクチュエータが保持されていて、前記各アクチュエ
ータと同様にＺステージ１０５をＺ軸方向へ変位させる
変位力を発生する。Ｚステージ１０５の反対面には可動
体基板１１１が固定されており、その可動体基板１１１
に形成されたＤ軸ガイドに操作針用可動体１０６がＤ軸
方向へ摺動自在に保持されている。

【００１１】可動体基板１１１には、操作針用可動体１
０６をＤ軸方向へ移動させるための超音波アクチュエー
タが保持されている。操作針用可動体１０６に操作針１
３がその長手方向をＤ軸方向へ向けた状態で固定されて
いる。

【００１２】Ｘステージ１０３，Ｙステージ１０４，Ｚ
ステージ１０５及び操作針用可動体１０６の各移動量は
それぞれ対応して設けられた変位検出手段により常に検
出され、その移動量は制御手段９へフィードバックされ
る。

【００１３】以上のような構成によって、互いに直交す
るＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向へ移動可能なＸス
テージ（Ｘ軸可動台）１０３、Ｙステージ（Ｙ軸可動
台）１０４およびＺステージ（Ｚ軸可動台）１０５とか
ら構成されているため、可動機構がＸ軸、Ｙ軸およびＺ
軸直交座標系を構成するものとなり、操作針４−１，４
−２の長手方向への移動のみならず、操作針４−１，４
−２をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３方向へ自在に移動でき
るものとなる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したマ
イクロマニピュレータにおける実際の細胞操作では、顕
微鏡による観察を行いながら、それと同時に操作盤上の
操作つまみ又はジョイスティックを手探りで操作するこ
とになる。

【００１５】しかしながら、操作針を交換した場合、操
作針の先端をもとの細胞位置、あるいは光軸位置へ戻す
必要があるが、ジョイスティック等を手探りで操作して
いたのでは操作針の先端を簡単又は迅速にもとの位置へ
復帰させるのは極めて困難である。

【００１６】また、操作盤上の操作つまみ又はジョイス
ティックは、手探りで操作するには非常に操作しずらい
ものであり迅速かつ確実な細胞操作が困難であった。特
に、ジョイスティックによる操作ではどの軸を動かすの
かわかりづらいため場合によっては操作者が顕微鏡から
目を離さなければならない事態となり、操作が不確実な
ものとなる可能性がある。

【００１７】さらに、現在使用されているキーボード状
の操作盤では占有スペースが大きく、試薬，試料等の種
々の物を顕微鏡付近に準備する必要のある顕微操作では
操作盤を設置する場所の確保が困難であった。

【００１８】本発明は、以上のような実情に基づいてな
されたもので、操作針を簡単かつ迅速にもとの位置へ復
帰させることができ、また顕微鏡観察を続けながら操作
部を正確に操作でき、操作性が大幅に改善されたマイク
ロマニピュレータを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のように構成したものである。請求項
１に対応する発明は、顕微鏡の視野下で操作針を使用し
て被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおい
て、前記操作針が固定された可動体を外部から印加され
る駆動信号に応じて移動させる駆動部と、一軸回転式の
ダイヤルを有し該ダイヤルの回転に応じて電気的な移動
指令信号を発生するロータリエンコーダと、前記可動体
の移動方向及び移動距離を検出する検出手段と、前記検
出手段の検出結果に基づいて前記可動体の現在位置を認
識し、外部から位置記憶指令信号が入力されると、その
時の前記可動体の位置情報を記憶する記憶手段と、外部
から位置復帰指令信号が入力されると、前記記憶手段に
記憶されている位置情報を読出し、該位置情報と前記可
動体の現在位置との偏差に応じた移動指令信号を発生す
る位置復帰手段と、前記ロータリエンコーダ及び前記位
置復帰手段からそれぞれ入力される移動指令信号に応じ
て前記駆動信号を発生する制御手段とを具備したもので
ある。

【００２０】請求項１に対応する発明によれば、ロータ
リーエンコーダのダイヤルが回転されると、その回転量
に応じて移動指令信号が制御手段に入力され、制御手段
から移動指令信号に対応して駆動信号が駆動部へ出力さ
れる。駆動信号が入力した駆動部では駆動信号に応じて
可動体及びそれに固定された操作針が移動されるものと
なる。一方、可動体の移動距離及び方向は常に検出手段
により検出されている。

【００２１】そして、外部から記憶手段に位置記憶指令
信号が入力されると検出手段で検出した現在の可動体の
位置情報が記憶される。次に、位置復帰手段に対して位
置復帰指令信号が入力されると、記憶手段に記憶された
可動体のもとの位置情報が読み出され、検出手段で検出
した現在の可動体の位置情報が取り込まれる。そして、
可動体のもとの位置情報と現在の位置情報とから求めた
移動方向及び移動距離とから移動指令信号が生成され制
御手段に入力される。その結果、制御手段から駆動信号
を受けた駆動部により可動体及び操作針がもとの位置へ
自動復帰する。

【００２２】請求項２に対応する発明は、顕微鏡の視野
下で操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマ
ニピュレータにおいて、前記操作針が固定された可動体
を外部から印加される駆動信号に応じて移動させる駆動
部と、一軸回転式のダイヤルを有し該ダイヤルの回転に
応じて電気的な移動指令信号を発生するロータリエンコ
ーダと、前記可動体の移動方向及び移動距離を検出する
検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて前記可
動体の現在位置を認識し、外部から位置記憶指令信号が
入力されると、その時の前記可動体の位置情報を記憶す
る記憶手段と、外部から位置復帰指令信号が入力される
と、前記記憶手段に記憶されている位置情報を読出し、
該位置情報と前記可動体の現在位置との偏差に応じた移
動指令信号を発生する位置復帰手段と、前記位置復帰指
令信号を存在したことを条件に得られる指令信号により
前記操作針の移動軸の駆動順番を切換える信号を出力す
る駆動順番切換手段と、前記ロータリエンコーダ及び前
記位置復帰手段ならびに前記駆動順番切換手段からそれ
ぞれ入力される移動指令信号に応じて前記駆動信号を発
生する制御手段とを具備したものである。

【００２３】請求項２に対応する発明によれば、簡単な
操作により所望の位置へ操作針を移動することが可能で
あり、操作針の移動に際し、操作針とシャーレ等の細胞
を固定する容器との接触に留意する必要がないから、本
来の微細操作に集中できる。

【００２４】請求項３に対応する発明は、顕微鏡の視野
下で操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマ
ニピュレータにおいて、前記操作針が固定された可動体
を外部から印加される駆動信号に応じて移動させる駆動
部と、前記操作針の移動方向および移動距離を表す移動
指令信号を出力する入力手段と、この入力手段からの移
動指令信号に応じて前記駆動信号を発生する制御手段
と、前記移動指令信号のうちの移動方向を示す信号に基
づいて、移動方向が所定方向のときのみを報知する報知
手段とを具備したものである。

【００２５】請求項３に対応する発明によれば、顕微鏡
視野下での微細操作において各軸の移動方向の識別が容
易にでき、この結果初心者でも容易に正確な微細操作が
可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。 ＜第１の実施形態＞図１には、本発明に係るマイクロマ
ニピュレータを倒立型光学顕微鏡に適用した実施例の概
略構成が示されている。倒立型光学顕微鏡は、被検物Ｓ
が配置されたステージ１の下側に対物レンズ２が配置さ
れ、ステージ１の上側に照明系３が配置されている。対
物レンズ２から取り込まれた被検体Ｓの像が不図示の光
学系を介して接眼レンズに導かれ目視観察される。ま
た、被検体像が撮像素子上に結像され、そこで電気信号
に変換された後、所定の画像処理回路を経由してディス
プレイに拡大表示される。

【００２７】一方、マイクロマニピュレータは、操作針
４の基端を固定した可動体５が、不図示の固定治具を介
してステージ１の近傍に配置されている。可動体５は固
定治具に固定された保持部材（不図示）により操作針４
の長手方向へ移動自在に支持されている。保持部材は駆
動部として超音波アクチュエータを内蔵しており、その
摺動子を可動体５の一側面に押圧接触させている。

【００２８】超音波アクチュエータにより移動される可
動体５の変位を測定するため可動体５に近接して測長セ
ンサ６が設けられている。測長センサ６は可動体５が所
定方向に移動すれば移動距離をパルス数に変換したアッ
プカウント信号を出力し、可動体５が逆方向に移動すれ
ば移動距離をパルス数に変換したダウンカウント信号を
出力する。

【００２９】また、本マイクロマニピュレータは、操作
針４の変位を制御系に対して指示するための操作部とし
てロータリエンコーダ７及びスイッチボックス８を備え
ている。図５は、ロータリエンコーダ７の外観図であ
る。ロータリエンコーダ７は、四角柱状のケース１１の
一側面に回転つまみ１２が回転自在に取り付けられ、ケ
ース１１の内部に回転つまみ１２の回転方向に応じた移
動指令信号を発生する信号発生部（不図示）が内蔵され
ている。ロータリエンコーダ７と制御手段９との間はリ
ード線１３にて接続されている。すなわち、ロータリエ
ンコーダ７は回転つまみ１２を所定方向に回転させると
アップカウント信号を発生し、逆方向に回転させるとダ
ウンカウント信号を発生し、それぞれ移動指令信号とし
て出力する。また、スイッチボックス８には２つのスイ
ッチボタン８ａ，８ｂが設けられている。一方のスイッ
チボタン８ａを押し下げると位置記憶指令信号が出力さ
れ、他方のスイッチボタン８ｂを押し下げると位置復帰
指令信号が出力される。

【００３０】マイクロマニピュレータは、制御手段９と
記憶手段１０とを有する制御系を備える。制御手段９
は、図２に示すように構成されている。制御手段９で
は、偏差カウンタ１４が測長センサ６から入力するアッ
プ／ダウンカウント信号と入力手段７から入力するアッ
プ／ダウンカウント信号との偏差をカウントし、また後
述する記憶手段１０から入力するアップ／ダウンカウン
ト信号と測長センサ６から入力するアップ／ダウン信号
との偏差をカウントする。この偏差カウンタ１４から出
力される偏差カウント値に応じた駆動信号を駆動信号発
生器１５で発生し、増幅器１６で所定レベルまで増幅し
てから駆動部へ供給する。

【００３１】また、記憶手段１０は、図３に示すように
構成されている。記憶手段１０では、偏差カウンタ１７
に測長センサ６からのアップ／ダウンカウント信号が常
に入力し、可動体５（操作針４）の現在位置を示すカウ
ント値が出力される。偏差カウンタ１７のカウント値は
メモリ１８および偏差カウンタ１９へ出力される。メモ
リ１８はスイッチボタン８ａに接続されており、位置記
憶指令信号が入力された時のカウント値を記憶する。ま
た、偏差カウンタ１９はスイッチボタン８ｂに接続され
ており、位置復帰指令信号が入力されるとその時の偏差
カウンタ１７のカウント値とメモリ１８に記憶されてい
るカウント値との偏差を計算してアップ／ダウンカウン
ト信号として出力する。

【００３２】次に、以上のように構成された本実施形態
の動作について説明する。ロータリーエンコーダ７の回
転つまみ１２が所定方向に回転されると、その回転方向
に対応したアップ／ダウンカウント信号が制御手段９の
偏差カウンタ１４へ入力される。操作開始時には、測長
センサ６の出力がゼロクリアされているので、アップ／
ダウンカウント信号のカウント値がそのまま駆動信号発
生器１５に与えられて駆動信号に変換される。この駆動
信号が駆動部に与えられ、回転つまみ１２の回転方向に
対応した方向へ、可動体５が操作針４と共に移動され
る。可動体５が移動すると、その移動方向及び移動距離
がアップ／ダウンカウント信号の状態で制御手段９の偏
差カウンタ１４にフィードバックされる。図４は、制御
手段９における基本動作のフローチャートを示してい
る。

【００３３】ここで、操作針４を交換する等所定の作業
後に操作針４を元の位置へ復帰させる必要性が生じた場
合は、スイッチボタン８ａから位置記憶指令信号を入力
することになる。記憶手段１０では、位置記憶指令信号
が入力すると偏差カウンタ１７のカウント値を読み込み
記憶する。上述したように偏差カウンタ１７のカウント
値は現在時刻における操作針４の位置情報を示してい
る。

【００３４】例えば、操作針の交換作業が終了すると、
スイッチボタン８ｂが押し下げられ位置復帰指令信号が
記憶手段１０に入力される。記憶手段１０では、位置復
帰指令信号が入力すると、偏差カウンタ１９に偏差カウ
ンタ１７から現在のカウント値を読み込むと共に、メモ
リ１８から記憶しておいたカウント値を読み込む。そし
て、両カウント値の偏差に応じたアップ／ダウンカウン
ト信号を送出する。両カウント値の偏差は、現在の操作
針４の位置から元の操作針の位置までの距離及び方向を
表しているので、制御手段９で記憶手段１０の偏差カウ
ンタ１９から入力するアップ／ダウンカウント信号のカ
ウント値を駆動信号に変換して駆動部へ与えることによ
り、可動体５が元の位置へ移動し同時に操作針４も元の
位置へ復帰する。

【００３５】この様に本実施形態によれば、操作針４の
移動方向及び移動距離をロータリーエンコーダ７の回転
つまみ１２の回転方向で移動方向を指示し回転角又は回
転時間で移動距離を指示するようにしたので、ジョイス
ティックやキーボード等からの指示入力に比べて簡単か
つ確実に操作針４の移動方向及び移動距離を指示するこ
とができる。

【００３６】本実施形態によれば、記憶手段１０の偏差
カウンタ１７で常に操作針４の現在位置を監視し、スイ
ッチボタン８ａから位置記憶指令信号が入力されたなら
ばそのときの位置情報を記憶し、スイッチボタン８ｂか
ら位置復帰指令信号が入力されたならばそのときの位置
情報と記憶した位置情報との偏差に基づいて駆動信号を
生成するようにしたので、簡単な操作でしかも確実に操
作針１４を元の位置へ自動復帰することができる。

【００３７】なお、上記した第１の実施形態ではロータ
リーエンコーダ７とスイッチボックス８とを別体に構成
していたが、図６に示すようにロータリーエンコーダ７
のケース１１に位置記憶指令信号を入力するスイッチボ
タン８ａ′と位置復帰指令信号を入力するスイッチボタ
ン８ｂ′とからなるスイッチ部８′を組み込むことがで
きる。この様な入力装置を用いれば片手で操作すること
ができ、しかも保管等が容易であるといった利点があ
る。

【００３８】＜第２の実施形態＞図７は、本発明の第２
の実施形態に係るマイクロマニピュレータの構成を示す
図である。なお、図７では顕微鏡側の構成は省略してい
るが、マイクロマニピュレータの可動体分の固定機構が
顕微鏡ステージの近傍に設置されているものとする。

【００３９】本実施形態は、操作針４が固定され一軸方
向に移動する可動体５を、さらに互いに直交する３軸の
移動軸（Ｘ可動軸２１，Ｙ可動軸２２，Ｚ可動軸２３）
にて各軸方向へ移動可能に構成している。各可動軸２１
〜２３は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）超音波アクチュエータ機
構にて可動体５を各軸方向へ駆動するものとする。各可
動軸２１〜２３には不図示の測長センサが組み込まれて
おり、それら各測長センサが検出する各軸方向の移動量
が制御手段９′及び記憶手段１０′に入力する。

【００４０】制御手段９′は、その４つの入力端子に切
換機２４の４つの出力端子が並列接続されていて、ロー
タリーエンコーダ７からの指示入力信号が切換機２４で
選択された入力端子から入力される。

【００４１】記憶手段１０′は、基本的には第１の実施
形態の記憶手段１０と同様に構成されているが、Ｘ可動
軸２１，Ｙ可動軸２２，Ｚ可動軸２３及び可動体（Ｄ
軸）５の４軸の座標を同時に記憶し、かつ４軸の座標値
を制御手段１０′へ入力する。なお、４軸座標の記憶及
び再生タイミングは第１実施例と同様にスイッチボック
ス８から与えられる。

【００４２】以上のように構成された本実施形態では、
可動体５及び各可動軸２１〜２３の変位量が常に測長セ
ンサで測定されて制御手段９′及び記憶手段１０′に入
力される。制御手段９′は切換機２４によりロータリー
エンコーダ７から入力される移動指令信号の入力端子が
切換えられると、切換機２４で切換えられた入力端子に
応じて駆動対象を決定する。その決定した駆動対象の変
位量（測長センサ出力のカウント値）とロータリーエン
コーダ７からの移動指令信号のカウント値との偏差がゼ
ロとなるような駆動信号を発生して当該制御対象の駆動
部に印加する。切換機２４により移動指令信号の入力端
子が切り換えられるとその切換えられた制御対象が上記
同様に駆動される。

【００４３】一方、記憶手段１０′では、スイッチボタ
ン８ａから位置記憶指令信号が入力すると、その時の可
動体５及び各可動軸２１〜２３の各変位量のカウント値
を現在の４軸の座標値として記憶する。そして、スイッ
チボタン８ｂから位置復帰指令信号が入力すると、それ
まで記憶していた４軸の座標値を制御手段９′に入力す
る。制御手段９′は、記憶手段１０′からの４軸の座標
値と４軸の測長センサからその時に入力している変位量
のカウント値とを、各軸毎に順次比較してその偏差に応
じた駆動信号を可動体５及び各可動軸２１〜２３毎に発
生させる。その結果、可動体５及び各可動軸２１〜２３
が各軸毎に順番に駆動制御されて座標記憶時の座標に自
動復帰する。

【００４４】この様に本実施形態によれば、互いに移動
方向の異なる複数の可動軸２１〜２３，可動体５を組み
合わせ、各可動軸等の座標を記憶手段１０′に一度に記
憶し、かつ必要な時に制御手段９′へ入力するようにし
たので、４軸方向の位置復帰が可能になり、操作針４の
より複雑な操作が可能になる。

【００４５】ところで、上記実施形態では４軸の移動軸
の組み合わせを例示したが、２軸，３軸、又は６軸等の
移動軸の組み合わせも可能である。また、入力手段７と
切換機２４とを別体に構成したが、一体型のものとする
こともできる。さらに、スイッチボタン８ａ，８ｂを各
可動軸（移動軸）毎に設けるようにしても良い。

【００４６】図８は、制御手段９′に各可動軸２１〜２
３及び可動体５に対応して複数のロータリエンコーダ７
−１〜７−４を直接接続し、切換幾を削除した構成例を
示している。他の部分の構成は図７に示すものと同様で
ある。

【００４７】この変形例では、各ロータリエンコーダ７
−１〜７−４を第１の実施形態と同様に操作することに
なる。 ＜第３の実施形態＞図９に示すように、図１のスイッチ
ボックス８に、第１および第２の入力手段例えばスイッ
チボタン８ａ，８ｂ以外に、新たに各軸の駆動順番を切
換える際に押圧操作する第３の入力手段例えばスイッチ
ボタン８ｃを設け、スイッチボタン８ｃからの指令信号
（各軸の駆動順番を切換える指令信号）を制御手段９に
入力されるように構成したものである。

【００４８】これ以外の構成は、前述の実施形態と同じ
で、スイッチボタン８ａ，８ｂからの信号は、制御手段
９に入力され、制御手段９では、位置検出手段３６Ｘ，
３６Ｙ，３６Ｚからの位置信号を入力し、スイッチボタ
ン８ａ，８ｂからの信号に基づき駆動制御手段３１へ駆
動信号を出力する。

【００４９】駆動制御手段３１は、制御手段９からの駆
動信号を増幅し、アクチュエータ３５Ｘ，３５Ｙ，３６
Ｚに電力を供給する。アクチュエータ３５Ｘ，３５Ｙ，
３６Ｚは、それぞれ直交する可動体５Ｘ，５Ｙ，５Ｚの
各々を一次元方向に駆動する。

【００５０】位置検出手段３６Ｘ，３６Ｙ，３６Ｚは、
それぞれ可動体５Ｘ，５Ｙ，５Ｚの位置検出を行い、位
置信号を制御手段９に出力する。なお、駆動制御手段３
１と、駆動機構（不図示）と、可動体５Ｘ，５Ｙ，５Ｚ
により本発明の駆動部を構成している。

【００５１】以上のような構成の実施形態の動作につい
て、図１０のフローチャートを参照して説明する。制御
手段９は、スイッチボタン８ａの信号を認識（入力）す
ると（Ｓ１）、その時の各位置検出手段３６Ｘ，３６
Ｙ，３６Ｚからの位置信号により、現在位置を認識（記
憶）する（Ｓ２）。

【００５２】そしてまた、制御手段９は、スイッチボタ
ン８ｂからの信号を認識（Ｓ３）、つまり、スイッチボ
タン８ｂを押圧操作することにより、スイッチボタン８
ｃを押圧操作することで（Ｓ４）、８ｃからの信号によ
って、制御手段９は駆動制御手段３１に対して各軸の駆
動順番を切換え、そして以前記憶された位置に可動体５
Ｘ，５Ｙ，５Ｚを復帰させるための駆動信号を駆動制御
手段３１に出力するものである（Ｓ４〜Ｓ１５）。

【００５３】すなわち、制御手段９はスイッチボタン８
ｂからの信号を認識した状態で（Ｓ３）、スイッチボタ
ン８ｃからの信号が入力されると（Ｓ４）、２つの状態
“０”または“１”の状態を保持する。該信号が“０”
であると、制御手段９は以前に記憶された位置に可動体
５Ｘ，５Ｙ，５Ｚを復帰させるための駆動信号を駆動制
御手段３１に出力し（Ｓ１４）、その後Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の
復帰完了したかを判定する（Ｓ１５）。

【００５４】一方、制御手段９はスイッチボタン８ｂか
らの信号を認識した状態で、スイッチボタン８ｃからの
信号が入力されると、２つの状態の信号が“１”である
と、引き続き以下のごとく制御を行う。まず、制御手段
９は復帰する方向が上方向か、下方向かを判定する（Ｓ
５）。この判定は、位置検出手段３６Ｚからの位置信号
による現Ｚ位置と、以前記憶された記憶Ｚ位置の比較に
より行う。具体的には、現Ｚ位置が記憶Ｚ位置と等しい
か、または小さい時は上方向と判定し、逆に現Ｚ位置
が、以前記憶された記憶Ｚ位置より大きい時は下方向と
判定する。

【００５５】Ｓ５において、上方向と判定された場合、
制御手段９は、以前記憶されたＺ位置に可動体５Ｚを復
帰させるための駆動信号を駆動制御手段３１に出力する
（Ｓ１０）。次いで、制御手段９は、位置検出手段３６
Ｚからの位置信号により、可動体５Ｚが以前記憶された
Ｚ位置に復帰完了したこと（Ｓ１１）を認識すると、こ
こで始めて可動体５Ｘ，５Ｙを復帰させるための駆動信
号を駆動制御手段３１に出力し（Ｓ１２）、Ｘ，Ｙ軸に
復帰完了したかを判定する（Ｓ１３）。

【００５６】Ｓ５において、下方向と判定された場合、
制御手段９は以前記憶されたＸ，Ｙ位置に可動体５Ｘ，
５Ｙを復帰させるための駆動信号を駆動制御手段３１に
出力する（Ｓ６）。次いで制御手段９は、位置検出手段
３６Ｘ，３６Ｙからの位置信号により、可動体５Ｘ，５
Ｙが、以前記憶されたＸ，Ｙ位置に復帰完了したことを
認識すると（Ｓ７）、ここで始めて可動体５Ｚを復帰さ
せるための駆動信号を駆動制御手段３１に出力し（Ｓ
８）、Ｚ軸に復帰完了したかを判定する（Ｓ９）。

【００５７】以上述べたことから、第３の実施形態によ
れば、簡単な操作で所望の位置へ操作針４を移動するこ
とができ、さらに移動に際し、操作針４と図示しないシ
ャーレ等の細胞を固定する容器との接触に留意する必要
がないことから、本来の細胞操作に集中でき、かつ、安
全なマイクロマニピュレータが得られる。

【００５８】図１２は、最初の設定で手動操作を行った
後の２回目以降の場合のフローチャートである。具体的
には、図１０のＳ４、Ｓ１４、Ｓ１５を省いた例であ
り、Ｓ３においてスイッチボタン８ｂからの信号がある
と判断したときには、Ｓ５に進み、復帰は下方向か上方
向かを判定し、前述と同様にＳ６またはＳ１０以降の処
理を行う。

【００５９】＜第４の実施形態＞前述した図１７〜図１
９に示すマイクロマニピュレータの入力手段７に、図１
２および図１３に示すように、操作針可動体であるＤ軸
（操作針の移動方向）を移動させるジョグ５０を有する
操作部内に、例えばスピーカ５１からなる発音部５２を
内蔵させたものである。この場合、ジョグ５０を図１３
の矢印方向に回転させることにより、対応する可動機構
（不図示）を介して操作針４が指示された方向へ移動す
る。

【００６０】そして、操作針４の進行方向が被検物Ｓ例
えば細胞５３に近付く方向（図１３の矢印方向）のとき
のみ、スピーカ５１から音が発せられるようになってい
る。そして、入力手段７からの移動量および移動方向の
データを持った移動指令信号を基に、発音部５２へ各超
音波アクチュエータの動作方向信号を出力する。駆動制
御手段３１は、各超音波アクチュエータに対応した数だ
け備えている。各駆動制御手段３１は、対応する制御手
段９から入力する制御信号に応じた値の駆動電圧を対応
する超音波アクチュエータへ印加する。

【００６１】以上述べた構成は、Ｄ軸に関してである
が、これをＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の全てに同様に構成し、各
軸毎に発音部５２から発生される音の音色を異ならせ、
各軸の操作が識別できるように構成する。この場合、Ｘ
軸、Ｙ軸にあっては、光軸方向に向かうときのみ発音部
５２から音が発生されるようにし、Ｚ軸にあってはＤ軸
と同様に操作針４の進行方向が細胞５３に近付く方向
（図１３の矢印方向）のときのみ、スピーカ５１から音
が発せられるようにする。

【００６２】以上のように構成された第４の実施形態に
よれば、以下のような作用効果が得られる。すなわち、
操作針４の動作内容が入力手段７すなわちジョグ５０か
ら指示されると、その指示された動作内容に応じた移動
指令信号（移動量・移動方向）が駆動制御手段３１へ送
出され、同時に駆動方向信号が発音部５２へ送出され
る。その移動指令信号に応じて該当する移動方向の駆動
信号が超音波アクチュエータへ印加され、可動体に対し
て軸方向に移動させるための運動エネルギーとして与え
られる。

【００６３】この場合、ジョグ５０を図１３の矢印方向
に回転させたときのみ、発音部５２であるスピーカ５１
から音が発生されるので、顕微鏡視野下での細胞操作に
おいて、Ｄ軸の移動方向の識別が容易にでき、熟練者で
なくて初心者であっても容易に細胞操作が可能となる。

【００６４】また、同様にＺ軸も図示しないジョグによ
り操作針４を細胞に近付く方向に操作したときのみスピ
ーカ５１から音が発せられ、さらにＸ軸，Ｙ軸にあって
も図示しないジョグにより操作針を光軸方向に近付く方
向に操作したときのみスピーカ５１から音が発せられる
ので、移動方向の識別が容易にでき、熟練者でなくて初
心者であっても容易に細胞操作が可能となる。

【００６５】さらに、スピーカ５１から発せられる音の
音色が各軸毎に異ならせてあるので、各軸における移動
方向の識別が容易にできる。 ＜第５の実施形態＞図１４および図１５に示すように、
マイクロマニピュレータの入力手段７に、操作針可動体
であるＤ軸（操作針４の移動方向）を移動させるジョグ
５０を有する操作部の表面に、発光ダイオードからなる
表示部５４を配設し、この表示部５４に操作針４の進行
方向が細胞５３に近づく方向（図１５の矢印方向）のと
きのみ点灯するように構成したものである。

【００６６】この場合、ジョグ５０を図１５の矢印方向
に回転させることにより、対応する可動機構（不図示）
を介して操作針４が細胞５３に近付く方向へ移動すると
共に、このときのみ表示部５４の発光ダイオードが発光
するように構成されている。

【００６７】以上述べた構成は、Ｄ軸の移動軸に関して
であるが、これをＺ軸、Ｘ軸、Ｙ軸の全ての移動軸に適
用し、各移動軸毎に表示部５４の発光ダイオードの発光
色を異ならせ、各軸の操作が識別できるように構成す
る。この場合、Ｘ軸、Ｙ軸にあっては、光軸方向に向か
うときのみ発光されるようにし、Ｚ軸にあってはＤ軸と
同様に操作針４の進行方向が細胞５３に近付く方向（図
１３の矢印方向）のときのみ、表示部５４の各発光ダイ
オードが発光されるようにする。

【００６８】以上のように構成された第５の実施形態に
よれば、以下のような作用効果が得られる。すなわち、
操作針４の動作内容が入力手段７すなわちジョグ５０か
ら指示されると、その指示された動作内容に応じた移動
指令信号（移動量・移動方向）が駆動制御手段３１へ送
出され、同時に駆動方向信号が表示部５４の発光ダイオ
ードへ送出される。その移動指令信号に応じて該当する
移動方向の駆動信号が超音波アクチュエータへ印加さ
れ、可動体に対して軸方向に移動させるための運動エネ
ルギーとして与えられる。

【００６９】この場合、ジョグ５０を図１５の矢印方向
に回転させたときのみ、表示部５４の発光ダイオードが
発光されるので、顕微鏡視野下での細胞操作において、
Ｄ軸の移動方向の識別が容易にでき、熟練者でなくて初
心者であっても容易に細胞操作が可能となる。

【００７０】また、同様にＺ軸も図示しないジョグによ
り操作針を細胞に近付く方向に操作したときのみ表示部
の発光ダイオードが点灯し、さらにＸ軸，Ｙ軸にあって
も図示しないジョグにより操作針を光軸方向に近付く方
向に操作したときのみ表示部の発光ダイオードが点灯す
るので、移動方向の識別が容易にでき、熟練者でなくて
初心者であっても容易に細胞操作が可能となる。

【００７１】さらに、表示部５４の発光ダイオードが発
光する光の色が異ならせてあるので、各軸における移動
方向の識別が容易にできる。すなわち、操作針４の動作
内容が入力手段７すなわちジョグ５０から指示される
と、その指示された動作内容に応じた移動指令信号が駆
動制御手段３１へ送出され、同時に駆動方向信号が表示
部５４へ送出される。

【００７２】その移動指令信号に応じて該当する移動方
向の駆動信号が超音波アクチュエータへ印加され、可動
体へ運動エネルギーとして与えられる。その結果、表示
部５４は駆動方向状態を表示しながら、可動機構の該当
する可動体と共に、操作針４が作動内容で指示された各
方向へ移動する。

【００７３】その結果、表示部５４の表示を見ながら、
可動機構の該当する可動体と共に、操作針４が作動内容
で指示された各方向へ移動することから、顕微鏡視野下
での細胞操作において、各軸の移動方向の識別が容易に
でき、熟練者でなくて初心者であっても容易に正確な細
胞操作ができる。

【００７４】＜第６の実施形態＞図１６に示すように、
図１２の実施の形態に新たに、変位検出手段５５と、リ
ミット設定手段５６を追加したものであり、これらは以
下のような機能を有する。変位検出手段５５は操作針４
が固定される可動体の移動量を検出するものであり、検
出結果は制御手段９に入力される。リミット設定手段５
６は、Ｄ軸，Ｘ軸，Ｙ軸およびＺ軸全てのリミット位置
または動作可能位置を設定可能なものであり、この設定
値は制御手段９に入力される。制御手段９においては、
変位検出手段５５により検出される可動体の移動量が、
リミット設定手段５６で設定した設定値を超えないかを
判断し、超えたとき発音部５２に対して鳴動指令を出力
するように構成されている。

【００７５】以上のように構成された第６の３実施形態
によれば、以下のような作用効果が得られる。すなわ
ち、操作針４の動作内容が入力手段７から指示される
と、その指示された動作内容に応じた移動指令信号が駆
動制御手段３１へ送出される。

【００７６】その時、変位検出手段５５により検出され
た変位量がリミット設定手段５６で設定された設定値を
超えたとき、警告音発生信号を発音部５２に出力する。
一方、駆動制御手段３１で移動指令信号に応じて生成さ
れた駆動信号が超音波アクチュエータへ印加され、可動
体へ運動エネルギーとして与えられる。その結果、細胞
操作可能範囲を認識しながら、可動機構の該当する可動
体と共に、操作針４が作動内容で指示された各方向へ移
動する。

【００７７】＜変形例＞本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で
種々変形して実施可能である。例えば、上記各実施形態
では可動体の駆動部として超音波アクチュエータを用い
たが、ステッピングモータやＡＣモータ等の電磁モータ
に回転運動を直線運動に変換する回転−直線運動変換機
構を組み合わせたものや、電磁式リニアモータを用いる
ことも可能である。

【００７８】また、前述の実施形態では、操作針の移動
方向（駆動方向）を識別するための構成として、発音部
５２、表示部５４を示したが、これに限らず音声認識
部、警報器等の報知手段ならば何でもよく、しかもこれ
らを任意に組み合わせてもよい。

【００７９】また、前述した実施例では可動体を駆動さ
せる駆動機構として、超音波アクチュエータを使用した
場合を例にあげたが、これに限らず、ステッピングモー
タ等を使用した電動マニピュレータでも使用可能であ
り、またリニアスケールや位置検出用の光学素子を搭載
した手動マニピュレータにも利用できる。

【００８０】さらに、前述した実施形態の制御手段９と
して発音部の音量調整機能を備えた構成とすることによ
り、使用用途に応じた音量が選択できるように構成して
もよい。

【００８１】以上本発明の実施の形態を参照して本発明
について説明したが、本発明は以下の発明を含むもので
ある。 （１）筐体の一側面に前記ロータリエンコーダのダイヤ
ルが設けられ、前記筐体の他の側面に前記位置記憶指令
信号及び前記位置復帰指令信号を夫々入力するためのス
イッチ群が設けられた操作部を備えたことを特徴とする
請求項１記載のマイクロマニピュレータ。

【００８２】（２）顕微鏡の視野下で操作針を使用して
被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおい
て、前記操作針が固定された第１の可動体と該第１の可
動体を移動させる第２の可動体とを前記各可動体に対し
外部から印加される駆動信号に応じて移動させる駆動部
と、一軸回転式のダイヤルを有し該ダイヤルの回転に応
じて電気的な移動指令信号を発生するロータリエンコー
ダと、前記第１，第２の可動体の移動方向及び移動距離
をそれぞれ検出する検出手段と、前記検出手段の検出結
果に基づいて前記第１，第２の可動体の現在位置を認識
し、外部から位置記憶指令信号が入力されると、その時
の前記第１，第２の可動体の位置情報を記憶する記憶手
段と、外部から位置復帰指令信号が入力されると、前記
記憶手段に記憶されている位置情報を読出し、該位置情
報と前記第１，第２の可動体の現在位置との偏差に応じ
た移動指令信号を可動体別に発生する位置復帰手段と、
前記ロータリエンコーダ及び前記位置復帰手段からそれ
ぞれ入力される移動指令信号に応じて可動体別に前記駆
動信号を発生する制御手段と、前記ロータリエンコーダ
の出力段と前記制御手段との間に設けられ前記ロータリ
エンコーダからの移動指令信号で駆動すべき可動体を切
換える切換手段とを具備したことを特徴とするマイクロ
マニピュレータ。

【００８３】（３）前記報知手段は、音声を出力するス
ピーカ、文字図形等を表示する表示器、警告音を発生す
る警報器の少なくとも一方で構成したことを特徴とする
請求項１記載のマイクロマニピュレータ。

【００８４】（４）顕微鏡の視野下で操作針を使用して
被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおい
て、前記操作針が固定された可動体を外部から印加され
る駆動信号に応じて移動させる駆動部と、前記操作針の
移動方向および移動距離を表す移動指令信号を出力する
入力手段と、この入力手段からの移動指令信号に応じて
前記駆動信号を発生する制御手段と、前記操作針の移動
軸のリミット位置または動作可能位置を設定する位置設
定手段と、前記可動体の移動量を検出する変位検出手段
と、前記変位検出手段により検出された可動体の移動量
が前記位置設定手段の設定位置を外れたことを報知する
報知手段と、を具備したことを特徴とするマイクロマニ
ピュレータ。

【００８５】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、操作針を
簡単かつ迅速にもとの位置へ復帰させることができ、ま
た顕微鏡観察を続けながら操作部を正確に操作でき、大
幅に操作性が改善されたマイクロマニピュレータを提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るマイクロマニピ
ュレータの構成図。

【図２】第１の実施形態のマイクロマニピュレータに備
えた制御手段の構成図。

【図３】第１の実施形態のマイクロマニピュレータに備
えた記憶手段の構成図。

【図４】第１の実施形態の動作説明図。

【図５】第１の実施形態のマイクロマニピュレータに備
えたロータリーエンコーダの外観図。

【図６】第１の実施形態のロータリーエンコーダの変形
例の外観図。

【図７】本発明の第２の実施形態に係るマイクロマニピ
ュレータの構成図。

【図８】本発明の第２の実施形態の変形例に係るマイク
ロマニピュレータの要部の構成図。

【図９】本発明の第３の実施形態に係るマイクロマニピ
ュレータのブロック図。

【図１０】本発明の第３の実施形態の動作説明図。

【図１１】本発明の第３の実施形態の変形例の動作説明
図。

【図１２】本発明の第４の実施形態に係るマイクロマニ
ピュレータのブロック図。

【図１３】本発明の第４の実施形態の入力手段であるジ
ョグを示す斜視図。

【図１４】本発明の第５の実施形態に係るマイクロマニ
ピュレータのブロック図。

【図１５】本発明の第５の実施形態に係るマイクロマニ
ピュレータのブロック図。

【図１６】本発明の第６の実施形態に係るマイクロマニ
ピュレータのブロック図。

【図１７】先願のマイクロマニピュレータの全体構成
図。

【図１８】図１７のマイクロマニピュレータの外観図。

【図１９】図１７に示すマイクロマニピュレータに備え
られた可動機構。

【符号の説明】

１…ステージ、２…対物レンズ、３…照明装置、４，４
ー１，４ー２…操作針、５，５Ｘ，５Ｙ，５Ｚ…可動
体、６…測長センサ、７…ロータリエンコーダ、８…ス
イッチボックス、８ａ，８ｂ，８ｃ…スイッチボタン、
９，９′…制御手段、１０，１０′…記憶手段、３１…
駆動制御手段、３５Ｘ，３５Ｙ，３５Ｚ…アクチュエー
タ、３６Ｘ，３６Ｙ，３６Ｚ…位置検出手段、５２…発
音部、５４…表示部、５５…変位検出部、５６…リミッ
ト設定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 粂井 一裕 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 山口 克能 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 斉藤 光彦 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 佐伯 由紀子 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕微鏡の視野下で操作針を使用して被検
   物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、 前記操作針が固定された可動体を外部から印加される駆
   動信号に応じて移動させる駆動部と、 一軸回転式のダイヤルを有し該ダイヤルの回転に応じて
   電気的な移動指令信号を発生するロータリエンコーダ
   と、 前記可動体の移動方向及び移動距離を検出する検出手段
   と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記可動体の現在位
   置を認識し、外部から位置記憶指令信号が入力される
   と、その時の前記可動体の位置情報を記憶する記憶手段
   と、 外部から位置復帰指令信号が入力されると、前記記憶手
   段に記憶されている位置情報を読出し、該位置情報と前
   記可動体の現在位置との偏差に応じた移動指令信号を発
   生する位置復帰手段と、 前記ロータリエンコーダ及び前記位置復帰手段からそれ
   ぞれ入力される移動指令信号に応じて前記駆動信号を発
   生する制御手段とを具備したことを特徴とするマイクロ
   マニピュレータ。
2. 【請求項２】 顕微鏡の視野下で操作針を使用して被検
   物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、 前記操作針が固定された可動体を外部から印加される駆
   動信号に応じて移動させる駆動部と、 一軸回転式のダイヤルを有し該ダイヤルの回転に応じて
   電気的な移動指令信号を発生するロータリエンコーダ
   と、 前記可動体の移動方向及び移動距離を検出する検出手段
   と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記可動体の現在位
   置を認識し、外部から位置記憶指令信号が入力される
   と、その時の前記可動体の位置情報を記憶する記憶手段
   と、 外部から位置復帰指令信号が入力されると、前記記憶手
   段に記憶されている位置情報を読出し、該位置情報と前
   記可動体の現在位置との偏差に応じた移動指令信号を発
   生する位置復帰手段と、 前記位置復帰指令信号を存在したことを条件に得られる
   指令信号により前記操作針の移動軸の駆動順番を切換え
   る信号を出力する駆動順番切換手段と、 前記ロータリエンコーダ及び前記位置復帰手段ならびに
   前記駆動順番切換手段からそれぞれ入力される移動指令
   信号に応じて前記駆動信号を発生する制御手段とを具備
   したことを特徴とするマイクロマニピュレータ。
3. 【請求項３】 顕微鏡の視野下で操作針を使用して被検
   物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、 前記操作針が固定された可動体を外部から印加される駆
   動信号に応じて移動させる駆動部と、 前記操作針の移動方向および移動距離を表す移動指令信
   号を出力する入力手段と、 この入力手段からの移動指令信号に応じて前記駆動信号
   を発生する制御手段と、 前記移動指令信号のうちの移動方向を示す信号に基づい
   て、移動方向が所定方向のときのみを報知する報知手段
   と、 を具備したことを特徴とするマイクロマニピュレータ。