JPH09281404A - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置の小型化とと共に操作性の向上が図られ、
目的に応じた操作が容易にでき、操作性のよいマイクロ
マニピュレータを得ることにある。 【解決手段】顕微鏡の視野下で操作針１を使用して被検
物を微細操作するものであり、１が移動方向や移動距離
等の動作内容を入力するジョグ３１と、ジョグ３１から
入力された前記動作内容に応じた動作指令信号を出力す
るジョグユニット３３と、３３から出力された動作指令
信号に応じた加速度制御が加わった制御信号を発生する
加速度制御手段３２と、３２で出力された加速度制御が
加わった制御信号に応じた駆動信号を発生する駆動制御
手段１４と、１４で発生した駆動信号を動作内容に対応
した機械的な運動エネルギーに変換するアクチュエータ
と、前記アクチュエータから運動エネルギーを受けて前
記操作針を幾何学的に変位させる操作針用可動体３０を
具備したマイクロマニピュレータ。

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５は、従来のマイクロマニピュレータの
概略構成を示すもの（特開平２ー１１０４１５号公報）
で、これは操作針１を広範囲に移動させる粗動機構２
と、操作針１を精密に動作させるための微動機構３を備
えている。粗動機構２は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向
にコンピュータ制御部４のキー群５によって制御され、
また微動機構３はコンピュータ制御部４のジョイスティ
ック６によってＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に移動す
る。このように従来のマイクロマニピュレータでは粗動
機構２と微動機構３を備え、また操作手段を２種類備え
ている。

【０００４】図６は、本出願人が先に出願したマイクロ
マニピュレータの全体構成を示したもの（特開平６ー３
４２１２１号公報）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７には、支柱８により支持された
サブステージ９がステージ近傍に水平に付設されてい
る。サブステージ９には、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の直交座標
系を備えた可動機構１０が設けられている。

【０００５】マイクロマニピュレータの本体の構成とし
て、可動機構１０、入力手段１２（動作指令発生手段を
含む）、制御手段１３、駆動制御手段１４、アクチュエ
ータ（不図示）、操作針１から構成されている。入力手
段１２は、ジョイスティック１６、トラックボール１
７、キーボード１８、プログラムを格納したメモリ１
９、モニタ手段２０、ライトペン２１からなり、操作者
から入力される操作針１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。

【０００６】入力手段１２を構成するジョイスティック
１６やトラックボール１７はパーソナルコンピュータ２
２に接続されている。パーソナルコンピュータ２２は、
入力手段１２からの動作内容を示す入力情報を電気的な
動作指令信号変換して制御手段１３へ出力する。

【０００７】操作針１の動作内容が入力手段１２から指
示されると、その指示された動作内容に応じた動作指令
信号が制御手段１３を介して駆動制御手段１４へ送出さ
れる。駆動制御手段１４で駆動指令信号に応じた生成さ
れた駆動信号が超音波アクチュエータ等の可動体へ印加
されることにより、入力手段１２から指示された動作内
容に対応して操作針１が移動を行う。

【０００８】可動機構１０は、図７に示すように、サブ
ステージ９に固定された機構固定部２３にＸ軸方向のＸ
軸ガイドが形成され、Ｘステージ２４が機構固定部２３
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２３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２４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２４の反対面にはＹ軸アクチュ
エータ保持部材２５が固定されている。Ｙ軸アクチュエ
ータ保持部材２５にはＹステージ２６との対向面にＹ軸
ガイドが形成されており、Ｙステージ２６がＹ軸アクチ
ュエータ保持部材２５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。Ｙ軸アクチュエータ保持部
材２５には、機構固定部２３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２６の対向面に所定の力で接触させ
ている。Ｙステージ２６の反対面にはＬ字形をなすＬ金
具２７が固定されており、そのＬ金具２７にＺ軸アクチ
ュエータ保持部材３１が固定されている。Ｚ軸アクチュ
エータ保持部材３１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２８はＺ軸アクチュエータ保持
部材３１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。Ｚ軸アクチュエータ保持部材３１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２８をＺ軸方向へ変位させる
変位力を発生する。Ｚステージ２８の反対面には可動体
基板２９が固定されており、その可動体基板２９に形成
されたＤ軸ガイドに操作針用可動体３０がＤ軸方向へ摺
動自在に保持されている。

【００１１】可動体基板２９には、操作針用可動体３０
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３０に操作針１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。Ｘ
ステージ２４，Ｙステージ２６，Ｚステージ２８及び操
作針用可動体３０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１３へフィードバックされる。

【００１２】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）２４、Ｙステージ（Ｙ軸可動台）
２６およびＺステージ（Ｚ軸可動台）２８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１の長手方向への移
動のみならず、操作針１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。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】マイクロマニピュレー
タにおいては、操作針１の顕微鏡視野下または視野外へ
の素早い粗動動作と被検物の微操作に必要、精密な微動
動作が求められる。前述した従来の技術では、大まかな
位置合わせを行う粗動装置と微動操作を行う微動装置と
がそれぞれ別個の機構により構成されているため、これ
らの機構が複雑になりマイクロマニピュレータが大型化
する。

【００１４】また、操作においてもそれぞれの操作装置
に手を差し替える動作を伴うので、面倒になる欠点があ
る。本発明は、以上のような欠点を除去するためなされ
たもので、操作針を移動させる際の移動速度を目的に応
じて容易に調節して操作可能なマイクロマニピュレータ
を提供することを目的とする。

【００１５】

【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、前記操作針の移動方向や移動距離等の動作内容を入
力する入力手段と、前記入力手段から入力された動作内
容に応じた動作指令信号を出力する動作指令発生手段
と、前記動作指令発生手段から出力された動作指令信号
に応じて移動速度の異なる制御信号を発生する速度制御
手段と、前記速度制御手段で出力された制御信号に応じ
た駆動信号を発生する駆動制御手段と、前記駆動制御手
段で発生した駆動信号を前記動作内容に対応した機械的
な運動エネルギーに変換するアクチュエータと、前記ア
クチュエータから運動エネルギーを受けて前記操作針を
幾何学的に変位させる可動体と、を具備したことを特徴
とするマイクロマニピュレータである。

【００１６】請求項１に対応する発明によれば、操作針
の動作内容が入力手段から指示されると、その指示され
た動作内容に応じた動作指令信号は速度制御手段へと送
出される。速度制御手段は入力手段から指示された動作
指令信号に対し、加（減）速度制御を加えた制御信号を
駆動制御手段へ送出する。駆動制御手段で制御信号に応
じて生成された駆動信号が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、
入力手段からの動作内容によって可動機構の該当する可
動部とと共に、操作針は速度変化をしながら移動する。

【００１７】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、前記操作針の移動方向や移動距
離等の動作内容を入力する入力手段と、前記操作針の移
動速度を変化させる速度切り換え信号を出力する切り換
え手段と、前記入力手段から入力された動作内容に応じ
た動作指令信号を出力する動作指令発生手段と、前記動
作指令発生手段から出力された動作指令信号と、前記切
り換え手段から出力された速度切り換え信号に応じて移
動速度の異なる制御信号を発生する速度制御手段と、前
記速度制御手段で出力された制御信号に応じた駆動信号
を発生する駆動制御手段と、前記駆動制御手段で発生し
た駆動信号を前記動作内容に対応した機械的な運動エネ
ルギーに変換するアクチュエータと、前記アクチュエー
タから運動エネルギーを受けて前記操作針を幾何学的に
変位させる可動体と、を具備したことを特徴とするマイ
クロマニピュレータである。

【００１８】請求項２に対応する発明によれば、操作針
の動作内容が入力手段から指示されると、その指示され
た動作内容に応じた動作指令信号と操作針の移動速度を
変化させる速度切り換え信号が速度制御手段へと送出さ
れる。速度制御手段は入力された動作指令信号と速度切
り換え信号に対し、速度制御を加えた制御信号を駆動制
御手段へ送出する。駆動制御手段で制御信号に応じて生
成された駆動信号が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、入力手
段からの動作内容によって可動機構の該当する可動部と
共に、操作針は速度変化をしながら移動する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。 ＜第１の実施形態＞図１は、本発明のマイクロマニピュ
レータの第１の実施形態を示すブロック図であり、入力
手段の一例であるジョグ３１を有するジョグユニット３
３と、速度制御手段３２と、駆動制御手段１４から構成
されている。

【００２０】ジョグユニット３３は、操作針可動体であ
るＤ軸の移動を指示するためのものであり、ジョグ３１
の回転速度ｖ（ｒｏｔ／ｓｅｃ）及び移動方向のデータ
を持った動作指令信号が速度制御手段３２に出力され
る。

【００２１】速度制御手段３２は、図２に示すように、
ＣＰＵ３６を有しており、ＣＰＵ３６には制御プログラ
ム等が格納されたＲＯＭ３４、処理データを記憶するＲ
ＡＭ３５、またＤＩＰＳＷ３７が接続されている。

【００２２】ＲＯＭ３４内の制御プログラムには、ジョ
グ３１の回転速度ｖからジョグ一回転当りの制御パルス
ｐを算出するための計算式またはテーブルも含まれてい
る。この計算式またはテーブルは、例えば図３に示すよ
うな特性のものである。なお、図３では横軸は回転数
ｖ、縦軸はジョグ一回転当りの制御パルスｐを表してい
る。 ＣＰＵ３６は、ジョグユニット３３から送出され
た回転速度ｖに対して、図３の特性に従ってジョグ一回
転当りの制御パルスｐを算出し、これに基づいて制御信
号を生成して駆動制御手段１４に出力する。

【００２３】駆動制御手段１４では、加速度制御手段３
２から伝送されてくる制御信号に基づいて駆動電圧を生
成し、生成された駆動電圧を超音波アクチュエータへ印
加する。その結果、可動体が移動する。

【００２４】このような構成により、ジョグ３１を速く
回転させると操作針１は移動量の大きな粗動動作とな
り、ゆっくり回転させると移動量の小さな微動動作とな
る。また、図３に示すように、ある所定の回転速度ｖ１
までは制御パルスｐは出力されない。このようにするこ
とにより、振動などによる誤った動作指令信号の入力を
キャンセルすることができる。

【００２５】また、制御パルス数ｐを算出する計算式ま
たはテーブルをＲＯＭ３４に複数種格納し、ＤＩＰＳＷ
３７により任意の変換式またはテーブルを選択できるよ
うに構成することにより、ＤＩＰＳＷ３７を切り換えて
入力手段としてのジョグ３１の回転に対する操作針の移
動特性を変更することができる。

【００２６】以上述べた実施形態によれば、以下のよう
な作用効果が得られる。すなわち、目的に応じた微粗動
動作が同一の操作部にて容易に行え、人間の感覚に即し
た操作が行える。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向において
も、同様な機能を持たせることが可能である。

【００２７】＜第２の実施形態＞図４は、第２の実施形
態の構成を示すブロック図である。本実施形態では第１
の実施形態と同様のジョグユニット３３に、さらに速度
切換え手段としての押しボタンスイッチ３９が備えられ
ている。この押しボタンスイッチ３９のＯＮ／ＯＦＦの
状態は、速度切換え信号として速度制御手段３８に送ら
れる。

【００２８】速度制御手段３８は、第１の実施形態と同
様に、ＣＰＵ３６を備えており、ＣＰＵ３６には制御プ
ログラム等を格納されたＲＯＭ３４、処理データを記憶
するＲＡＭ３５、またＤＩＰＳＷ３７が接続されてい
る。ＣＰＵ３６は、粗微動制御信号によりジョグユニッ
ト３３の表面に設けられている押しボタンＳＷ３７が押
されたことを認識すると、通常の微動動作において出力
される制御パルスｐのｎ倍（ｎ＞１）の制御パルスｐを
駆動手段１４へ出力する。また、ＤＩＰＳＷ３７の設定
により粗動動作の倍率ｎを任意に変えることができるよ
うになっている。

【００２９】このような構成の実施形態によれば、ジョ
グ３１からは移動量として回転速度ｖ（ｒｏｔ／ｓｅ
ｃ）及び移動方向のデータを持った動作指令信号と共
に、押しボタンスイッチ３９のＯＮ／ＯＦＦが制御手段
３８へ出力される。速度制御手段３８では、押しボタン
スイッチ３９の信号に応じて粗動動作、または微動動作
に対応する制御信号を駆動制御手段１４へ出力する。そ
して、駆動制御手段１４では、制御手段３８から伝送さ
れてくる制御信号に基づき、駆動電圧を発生し、生成さ
れた駆動電圧を超音波アクチュエータヘ印加する。その
結果、図７の操作針用可動体３０が移動する。

【００３０】この方法により、微粗動の切り換えが一カ
所の操作部にて容易に操作することができ、粗動動作の
調整も可能となる。本実施形態にあっても、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸方向においても同様の機能を持たせることが可
能である。

【００３１】＜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、アクチュエータ
として超音波アクチュエータを使用しているが、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る。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、操作針を
移動させる際の移動速度を目的に応じて容易に調節して
操作可能なマイクロマニピュレータを提供することマイ
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】本発明のマイクロマニピュレータの第１の実施
形態を示すブロック図。

【図２】図１の速度制御手段３２の構成を説明するため
の図。

【図３】図１の速度制御手段３２の機能を説明するため
の特性図。

【図４】本発明のマイクロマニピュレータの第２の実施
形態を示すブロック図。

【図５】従来のマイクロマニピュレータの全体構成図。

【図６】図５のマイクロマニピュレータの外観図。

【図７】図５に示す操作針を可動するための可動機構を
説明するための図。

【符号の説明】

１４…駆動制御手段、 ３１…ジョグ、 ３２…速度制御手段、 ３３…ジョグユニット、 ３４…ＲＯＭ、 ３５…ＲＡＭ、 ３６…ＣＰＵ、 ３７…ＤＩＰＳＷ、 ３８…速度制御手段、 ３９…押しボタンスイッチ。

Claims (2)

【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、 前記操作針の移動方向や移動距離等の動作内容を入力す
   る入力手段と、 前記入力手段から入力された動作内容に応じた動作指令
   信号を出力する動作指令発生手段と、 前記動作指令発生手段から出力された動作指令信号に応
   じて移動速度の異なる制御信号を発生する速度制御手段
   と、 前記速度制御手段で出力された制御信号に応じた駆動信
   号を発生する駆動制御手段と、 前記駆動制御手段で発生した駆動信号を前記動作内容に
   対応した機械的な運動エネルギーに変換するアクチュエ
   ータと、 前記アクチュエータから運動エネルギーを受けて前記操
   作針を幾何学的に変位させる可動体と、 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、 前記操作針の移動方向や移動距離等の動作内容を入力す
   る入力手段と、 前記操作針の移動速度を変化させる速度切り換え信号を
   出力する切り換え手段と、 前記入力手段から入力された動作内容に応じた動作指令
   信号を出力する動作指令発生手段と、 前記動作指令発生手段から出力された動作指令信号と、
   前記切り換え手段から出力された速度切り換え信号に応
   じて移動速度の異なる制御信号を発生する速度制御手段
   と、 前記速度制御手段で出力された制御信号に応じた駆動信
   号を発生する駆動制御手段と、 前記駆動制御手段で発生した駆動信号を前記動作内容に
   対応した機械的な運動エネルギーに変換するアクチュエ
   ータと、 前記アクチュエータから運動エネルギーを受けて前記操
   作針を幾何学的に変位させる可動体と、 を具備したことを特徴とするマイクロマニピュレータ。