JP2009078345A - Manipulator, manipulator system, and image display device for manipulator, and manipulation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、細胞等の微小な対象物を操作するマニピュレータ、マニピュレータシステム、マニピュレータ用画像表示装置及びマニピュレーションシステムに関する。 The present invention relates to a manipulator, a manipulator system, an image display device for a manipulator, and a manipulation system that operate a minute object such as a cell.
バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵細胞に核や精子を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている(例えば、下記特許文献1参照)。特許文献1に開示のマイクロマニピュレータ1000は、図7に示すように、ホルダブロック1300と、移動テーブル1400と、圧電素子1500と、移動ステージ1600と、ステッピングモータ1700と、を有する。ピペット1100がピペットホルダ1200に装着され、ピペット1100の先端に卵子等の細胞に核や精子を注入するガラス製のインジェクションキャピラリ1110が接続されている。
In the biotechnology field, a manipulator is known that operates on a minute object such as a cell such as injecting a nucleus or sperm into an egg cell under a microscope (see, for example, Patent Document 1 below). As shown in FIG. 7, the
ホルダブロック1300は移動テーブル1400に取り付けられ、移動テーブル1400は、移動ステージ1600に設けられたガイドレール1900に沿って直線移動可能である。移動ステージ1600にはステッピングモータ1700が取り付けられ、ステッピングモータ1700の駆動力が図示しないネジ機構等を介して移動テーブル1400へ伝達される。これにより、移動テーブル1400は、ガイドレール1900に沿って直線移動されてホルダブロック1300を移動させ、ホルダブロック1300及びピペットホルダ1200を介して、ピペット1100,キャピラリ1110を所望位置まで直線移動させる。圧電素子1500は、電圧の印加でひずみを生じるピエゾ素子からなり、ホルダブロック1300に直接取り付けられている。圧電素子1500にパルス電圧を加えることでホルダブロック1300が振動することにより、ピペットホルダ1200、ピペット1100を介してインジェクションキャピラリ1110が微小振動する。
The
マイクロマニピュレータ1000によるインジェクションキャピラリ1110の動作について図8を参照して説明する。インジェクションキャピラリ1110を移動テーブル1400により方向AAに移動させ、圧電素子1500によりインジェクションキャピラリ1110を微小振動させる。これにより、図8のように、細胞3000の細胞質3100を覆う細胞膜3200及び細胞膜3200の周囲で細胞3000を保護する透明帯3300に穿孔3400が形成される。次に、インジェクションキャピラリ1110を穿孔3400を通過させて移動テーブル1400により細胞3000内に進入させ、インジェクションキャピラリ1110から細胞3000内へ核または精子を注入する。注入後、移動テーブル1400を方向AAと反対の方向A’に移動させることで、インジェクションキャピラリ1110を細胞3000から抜く。なお、上記動作の際に、ホールディングキャピラリ2100により細胞3000が保持される。
The operation of the
上述のインジェクションキャピラリ1110による穿孔動作は圧電素子1500を駆動することで行い、インジェクションキャピラリ1110を細胞3000から抜く動作はマニピュレータ1000を駆動して行う。
The above-described piercing operation by the
また、上述のような細胞等の微小な対象物に微細な操作を行うマニピュレータを使用する際には、顕微鏡画像を集録し、パソコン(PC)等のディスプレイ上に表示し、ディスプレイ上の顕微鏡画像を観察しながら操作を行っている。または、作業者が顕微鏡の接眼レンズから対象試料を観察しながら操作を行っている。 In addition, when using a manipulator that performs a fine operation on a minute object such as a cell as described above, a microscope image is acquired and displayed on a display such as a personal computer (PC), and the microscope image on the display is displayed. The operation is performed while observing. Alternatively, an operator performs an operation while observing a target sample from an eyepiece of a microscope.
また、特許文献2は、顕微鏡下で硝子電極等のマイクロツールを操作者がダイヤルで油圧等の液圧により微動的に遠隔操作できるようにした液圧遠隔操作型マイクロマニピュレータ装置を開示する。また、特許文献3は、細胞操作用途のマニピュレータションシステムであって、作業者が顕微鏡接眼レンズを見ながらジョイスティックを操作するものを開示する。
上述のように、インジェクションキャピラリを卵子等の細胞から抜く動作は、人的操作であり、す早くインジェクション方法とは逆方向へ行う必要があるが、このような速い動作は操作者の技量に依存するため、インジェクションキャピラリを細胞から抜く動作に人為的な誤差が生じ易い問題があった。また、インジェクションキャピラリによる穿孔・インジェクションの各動作にも同様の問題があった。 As described above, the operation of removing the injection capillary from the cell such as an ovum is a human operation, and it is necessary to quickly perform in the opposite direction to the injection method, but such a fast operation depends on the skill of the operator. For this reason, there is a problem that an artificial error is likely to occur in the operation of removing the injection capillary from the cell. In addition, there are similar problems in the drilling and injection operations using the injection capillary.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のための動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することを第1の目的とする。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention can reliably and accurately repeat the operation for such an operation when performing an injection operation with a capillary on a minute object such as a cell. It is a first object to provide a manipulator and a manipulator system.
また、上述のPCディスプレイ上に表示される顕微鏡画像の表示倍率や顕微鏡倍率を変更するとき、ディスプレイ上の表示設定を変更するか、または、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えなければならない。このため、倍率変更の必要が生じる度に、倍率変更のための操作が必要となり、マニピュレータによる迅速な操作処理の支障となってしまう。 Further, when changing the display magnification or microscope magnification of the microscope image displayed on the PC display described above, the display setting on the display must be changed or the magnification of the objective lens of the microscope must be changed. For this reason, every time it is necessary to change the magnification, an operation for changing the magnification is required, which hinders quick operation processing by the manipulator.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能なマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置を提供することを第2の目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides a manipulator system and a manipulator image display device that can perform rapid operation processing by a manipulator without the need to change the display magnification of a microscope image. The purpose of 2.
また、特許文献2のように、液圧や空圧により駆動されるアクチュエータを有するマニピュレータを操作する場合、マニピュレータと操作するインターフェイスとがホースで接続されて圧力を伝達するが、圧力を伝達するホースが長くなると動作に不具合が生じる可能性があるため遠隔操作が困難であった。また、距離的に遠く離れた場合は遠隔操作は不可能となる。また、クリーンベンチ内にマニピュレータを設置する必要がある場合、マニピュレータを遠隔操作できないため、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作しなければならず、操作者に対する負担が大きい。また、従来の多くのマニピュレータは、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行うので、使用するには熟練した技術が必要となり、また、ジョイステック操作時の顕微鏡へ伝わる振動も操作する上で問題となる。 Moreover, when operating the manipulator which has an actuator driven by hydraulic pressure or pneumatic pressure like patent document 2, the manipulator and the interface to operate are connected with a hose, and pressure is transmitted, but the hose which transmits pressure If the length of the switch becomes longer, it may be difficult to operate remotely because there is a possibility of malfunction. In addition, remote control is impossible when the distance is long. Further, when it is necessary to install a manipulator in the clean bench, the manipulator cannot be remotely operated. Therefore, the operator's upper limb must be put in the clean bench and operated, which places a heavy burden on the operator. In addition, many conventional manipulators have a joystick or the like installed at the microscope installation location, and the operator operates the eyepiece while looking through the eyepiece. In such an operation, the joystick is operated without visual observation. Requires skill, and also causes problems in operating vibrations transmitted to the microscope during joystick operation.
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能なマニピュレーションシステムを提供することを第3の目的とする。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供することを第4の目的とする。 A third object of the present invention is to provide a manipulation system that can be remotely operated using a manipulator system that can be electrically operated in view of the above-described problems of the prior art. It is a fourth object of the present invention to provide a manipulator system that can be freely operated in an attitude and position that can be easily operated by an operator.
上記第1の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とする。 In order to achieve the first object, the manipulator according to the present embodiment has a nanopositioner structure, and is a manipulator capable of injecting a minute object by performing a fine movement operation of the capillary. A control unit that controls the operation; and an operation unit that is operated by an operator to instruct the control unit to operate the capillary, wherein the operation unit is pressed at least partly of the instruction. And the button operation unit is executed, and at least a part of the injection operation by the capillary is performed by pressing the button operation unit.
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作がボタン操作部を押すことで行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。 According to this manipulator, a button operation unit is provided in the operation unit for instructing the operation of the capillary, and at least a part of the injection operation by the capillary is performed by pressing the button operation unit. The operation for injecting an object can be performed repeatedly with high accuracy, with the occurrence of artificial errors being suppressed.
上記マニピュレータにおいて、前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる。例えば、ボタン操作部を押すことで微小対象物からキャピラリを抜く動作が行われるようにすることで、キャピラリを抜く動作において人為的な誤差が抑えられて確実に精度よく繰り返して行うことができる。 In the manipulator, the injection operation using the capillary includes a drilling operation for the micro object, an injection operation into the micro object, and an operation for removing the capillary from the micro object. For example, by pushing the button operation unit, the operation of removing the capillary from the minute object is performed, so that an artificial error can be suppressed in the operation of removing the capillary, and the operation can be reliably and repeatedly performed.
また、前記ボタン操作部を少なくとも2つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われるように構成することが好ましい。なお、少なくとも2つボタン操作部は並んで配置することで操作性が向上する。 The button operation unit includes at least two button operation units, and the button operation unit is different from a drilling operation for the minute object and an injection operation into the minute object, and an operation for removing the capillary from the minute object. It is preferable to be configured to be performed by pressing separately. Note that the operability is improved by arranging at least two button operation units side by side.
上記第1の目的を達成するために、別の実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とする。 In order to achieve the first object, a manipulator according to another embodiment is a manipulator having a structure of a nanopositioner and capable of injecting a minute object by performing fine movement operation of the capillary, wherein the capillary And a control unit that is operated by an operator to instruct the control unit to operate the capillary, and the operation unit is pushed at least a part of the instruction. A button operation unit to be executed, and when the button operation unit is pressed, the capillary performs a punching operation on the micro object, an injection operation into the micro object, and the capillary is removed from the micro object. The operation is performed automatically and continuously.
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の一連の動作がボタン操作部を押すことで自動的に連続して行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。 According to this manipulator, a button operation unit is provided in the operation unit for instructing the operation of the capillary, and a series of injection operations by the capillary is automatically performed continuously by pressing the button operation unit. The operation for the injection of the minute object such as the above can be performed reliably and accurately with the occurrence of artificial errors being suppressed.
上記各マニピュレータにおいて、前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されていることが好ましい。操作部を操作しながらボタン操作部を簡単に押すことができ、操作性が向上する。 In each of the manipulators, it is preferable that the button operation unit is disposed in the vicinity of the operation unit. The button operation unit can be easily pushed while operating the operation unit, and the operability is improved.
また、前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換えるように構成できる。 In addition, a coarse movement unit that coarsely drives the capillary, and a fine movement unit that finely drives the capillary, and the control unit switches between the coarse movement and the fine movement of the capillary based on the operation of the operation unit. Can be configured.
なお、上述の操作部はポインティングデバイスから構成することができ、このポインティングデバイスの操作によりキャピラリの動作を指示することができる。 The operation unit described above can be configured by a pointing device, and the operation of the capillary can be instructed by operating the pointing device.
さらに別の実施形態によるマニピュレータシステムは、上述のマニピュレータと、前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備える。 A manipulator system according to another embodiment includes the above-described manipulator and another manipulator that operates a capillary that holds the micro object.
このマニピュレータシステムによれば、卵子や細胞等の微小対象物を別のキャピラリで保持しながらインジェクション操作を確実に行うことができ、このときのインジェクション操作による動作がボタン操作部を押すことで行われるので、微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。 According to this manipulator system, it is possible to reliably perform an injection operation while holding a micro object such as an egg or a cell with another capillary, and the operation by the injection operation at this time is performed by pressing a button operation unit. Therefore, the operation for the injection of the minute object can be reliably and accurately repeated with the occurrence of an artificial error being suppressed.
なお、上記マニピュレータシステムは、さらに、前記各キャピラリの先端と前記微小対象物とを観察可能な顕微鏡と、前記顕微鏡からの画像信号に基づいて顕微鏡画像を表示するCRTや液晶パネル等からなる表示部(ディスプレイ)と、を備え、前記表示部に上述のボタン操作部を表示させて、前記表示部の画面上でマウス等のポインティングデバイスを操作してボタン操作部を押すように構成することができる。 The manipulator system further includes a microscope that can observe the tip of each capillary and the minute object, and a display unit that includes a CRT, a liquid crystal panel, or the like that displays a microscope image based on an image signal from the microscope. (Display), and the above-described button operation unit is displayed on the display unit, and a pointing device such as a mouse is operated on the screen of the display unit to press the button operation unit. .
上記第2の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、微小な対象物を操作するマニピュレータと、前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とする。 In order to achieve the second object, the manipulator system according to the present embodiment includes a manipulator for manipulating a minute object, a microscope for observing an enlarged image of the minute object to be manipulated, and magnification using the microscope. An image display unit including an image pickup unit that picks up an image and a display unit that displays a microscopic image of the object obtained by the image pickup unit, and divides the screen of the display unit into each divided screen. A microscope image of the object is displayed.
このマニピュレータシステムによれば、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも2画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。 According to this manipulator system, a microscopic image of a minute target object is displayed on a divided screen, so that a microscopic image of the same target object can be displayed on at least two screens, for example, the display magnification can be changed and displayed. It becomes. For this reason, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.
上記マニピュレータシステムにおいて前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なるようにできる。これにより、低倍率による顕微鏡画像で顕微鏡下の細胞等の微小な対象物の状態を把握しながら高倍率による顕微鏡画像で細胞等に対する微細な操作を行うことができる。 In the above-described manipulator system, each microscope image divided and displayed on the display unit can have different display magnifications. Thereby, it is possible to perform fine operations on the cells and the like with the microscope image at the high magnification while grasping the state of the minute object such as the cells under the microscope with the microscope image at the low magnification.
また、前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものであり、1つの撮像部で各顕微鏡画像を集録する。 Each microscope image is taken by the same imaging unit, and each microscope image is acquired by one imaging unit.
また、前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得ることができる。 Further, each microscope image having a different display magnification can be obtained by image processing in the image display device.
また、マニピュレータ用画像表示装置は、上述のマニピュレータシステムに使用されるものである。これにより、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも2画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。 Moreover, the image display apparatus for manipulators is used for the above-mentioned manipulator system. Thereby, since the microscopic image of the minute target object is displayed on the divided screens, the microscopic image of the same target object can be displayed on at least two screens. For example, the display magnification can be changed and displayed. For this reason, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.
上記第3の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレーションシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とする。 In order to achieve the third object, the manipulation system according to the present embodiment includes a manipulator system including a pair of manipulators capable of operating a minute object by performing a fine movement operation by an electrically drivable actuator, and the manipulator An information terminal device installed remotely from the system is connectable via a network, and the manipulator system is remotely operated based on information input from the information terminal device.
このマニピュレーションシステムによれば、ネットワークを介して接続した情報端末装置からの情報入力に基づいてアクチュエータを電動駆動することでマニピュレータにより微小対象物に対する操作を行うことが可能となるので、情報端末装置により離れた位置でマニピュレータを遠隔操作することができる。 According to this manipulation system, since the actuator can be electrically driven based on information input from the information terminal device connected via the network, the manipulator can operate the minute object. The manipulator can be remotely operated at a remote position.
上記マニピュレーションシステムにおいて前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作することができる。なお、一対のマニピュレータの他方に微小対象物を陰圧で保持するキャピラリが取り付けられる場合には、陰圧が電動で調整可能に構成され、そのキャピラリの陰圧を遠隔操作で調整可能である。 In the above manipulation system, the manipulator system captures the micro object to obtain a microscope image, and has a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage capable of moving the micro object by the electric actuator, and one of the manipulators. And an injector that is electrically and pressure-adjustable so that the micro object can be injected, and the information terminal device can display the information input means for inputting the information and the microscope image. Display means for displaying a microscope image obtained from the manipulator system via a network on the display unit, and remotely operating each actuator and the injector based on information input from the information input means. it can. When a capillary for holding a minute object with negative pressure is attached to the other of the pair of manipulators, the negative pressure is configured to be adjustable electrically, and the negative pressure of the capillary can be adjusted remotely.
上記第4の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the fourth object, the manipulator system according to the present embodiment includes a pair of manipulators capable of operating a minute object by performing a fine movement operation by an electrically driven actuator, and a control for controlling the manipulator Means and an operation means for operating the manipulator via the control means, wherein the operation means is configured to operate the manipulator wirelessly.
このマニピュレータシステムによれば、マニピュレータを操作手段によりワイヤレスで操作できるので、机上及び空中の双方の任意の位置で操作が可能であり、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作することができる。 According to this manipulator system, since the manipulator can be operated wirelessly by the operating means, it can be operated at any position both on the desk and in the air, and can be freely operated in an attitude and position that is easy for the operator to operate. it can.
上記マニピュレータシステムにおいて前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作することができる。これにより、表示手段上に表示された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢でマニピュレータを操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡への悪影響を抑えることができる。 In the manipulator system, the micro object is imaged to obtain a microscopic image, and a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage in which the micro object can be moved by the electric actuator, and the micromanipulator attached to one of the manipulators. An injector capable of adjusting pressure electrically and so as to enable injection to an object; and a display unit capable of displaying the microscope image, and operating each actuator and the injector based on a wireless operation of the operation unit. be able to. As a result, the manipulator can be operated in a posture that is easy for the operator to operate while viewing the microscope image displayed on the display means, and the burden on the operator can be reduced. In addition, since there is no need to operate near the microscope, vibration transmitted to the microscope when the operator operates can be reduced, and adverse effects on the microscope due to vibration can be suppressed.
本発明のマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のためのキャピラリの動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能となる。 According to the manipulator and manipulator system of the present invention, when performing an injection operation with a capillary on a minute object such as a cell, the operation of the capillary for such operation can be reliably and accurately repeated.
本発明のマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置によれば、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。 According to the manipulator system and the image display device for a manipulator of the present invention, there is no need to change the display magnification of the microscope image, and quick operation processing by the manipulator becomes possible.
本発明のマニピュレーションシステムによれば、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能となる。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供できる。 According to the manipulation system of the present invention, remote operation is possible using a manipulator system that can be electrically operated. In addition, it is possible to provide a manipulator system that can be freely operated in an attitude and position that can be easily operated by the operator.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〈第1の実施形態〉
図1は第1の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a manipulator system according to a first embodiment.
図1において、マニピュレータシステム10は、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、ホールディング用マニピュレータ14と、インジェクション用マニピュレータ16とを備え、顕微鏡ユニット12の左右にマニピュレータ14,16が配置されている。
In FIG. 1, a
顕微鏡ユニット12は、カメラ18、顕微鏡20、ベース22を備え、ベース22の上方に顕微鏡20が配置され、顕微鏡20にはカメラ18が連結されている。ベース22上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース22上の細胞(図示せず)に顕微鏡20から光が照射される。ベース22上の細胞で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡20で拡大された後、カメラ18で撮像され、カメラ18の撮像による画像を表示部45に表示し、細胞を観察できる。
The
ホールディング用マニピュレータ14は、直交3軸構成のマニピュレータとして、ホールディングピペット24、XY軸テーブル26、Z軸テーブル28、XY軸テーブル26を駆動する駆動装置30、Z軸テーブル28を駆動する駆動装置32を備えている。ホールディングピペット24は、Z軸テーブル28に連結され、Z軸テーブル28はXY軸テーブル26上に上下動自在に配置されている。XY軸テーブル26は、駆動装置30の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル28は、駆動装置32の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。
The holding
Z軸テーブル28に連結されたホールディングピペット24は、その先端にホールディングキャピラリ25が装着されており、XY軸テーブル26とZ軸テーブル28の移動に従って三次元空間を移動領域として移動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の細胞等を保持するように構成されている。
A holding
インジェクション用マニピュレータ16は、直交3軸構成のマニピュレータとして、インジェクションピペット34、XY軸テーブル36、Z軸テーブル38、XY軸テーブル36を駆動する駆動装置40、Z軸テーブル38を駆動する駆動装置42を備え、インジェクションピペット34は、Z軸テーブル38に連結され、Z軸テーブル38はXY軸テーブル36上に上下動自在に配置され、駆動装置40、42はコントローラ43に接続されている。
The
なお、図1では、マニピュレータ14,16は下方からX軸Y軸Z軸の順で駆動する構成であるが、この構成順序(配置方法)に限定されるものではなく、他の順序で構成してもよく、例えば、ピペット24,34をX軸やY軸のテーブルに連結する構成であってもよい。
In FIG. 1, the
XY軸テーブル36は、駆動装置40の駆動により、X軸またはY軸に沿って移動するように構成され、Z軸テーブル38は、駆動装置42の駆動により、Z軸に沿って(鉛直軸方向に沿って)移動するように構成されている。Z軸テーブル38に連結されたインジェクションピペット34は、その先端にインジェクションキャピラリ35が装着され、インジェクションキャピラリ35は、針状になっており、ベース22上の細胞等に挿入される。
The XY axis table 36 is configured to move along the X axis or the Y axis by driving of the driving
XY軸テーブル36とZ軸テーブル38は、駆動装置40、42の駆動により、ベース22上の細胞等を含む三次元空間を移動領域として移動し、インジェクションピペット34を、例えば、インジェクションキャピラリ35がベース22上の細胞に挿入される挿入位置まで粗動駆動する粗動機構(三次元軸移動テーブル)として構成されている。
The XY-axis table 36 and the Z-axis table 38 are moved by moving the three-dimensional space including the cells on the base 22 as a moving area by driving the
また、これらテーブル36,38は、移動テーブルとしての機能の他に、ナノポジショナとしての機能を備え、インジェクションピペット34を往復動自在に支持するととともに、インジェクションピペット34をその長手方向(軸方向)に沿って微動駆動するように構成されている。
The tables 36 and 38 have a function as a nanopositioner in addition to a function as a moving table, and support the
具体的には、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38には、ナノポジショナとして、図2に示す微動機構44が付加(内蔵)されている。図2は、図1のXY軸テーブル36,Z軸テーブル38に付加される微動機構の例を示す断面図である。
Specifically, the
図2の微動機構44は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング48を備え、略円筒状に形成されたハウジング48内には、ねじ軸50が挿通されているとともに、円筒状の圧電素子54、円筒状の間座56がねじ軸50の外周側に収納されており、軸受58、60が内輪間座62を間にしてねじ軸50にロックナット66により固定されて収納されている。
The
軸受58、60は、それぞれ内輪58a、60aと、外輪58b、60bと、内輪58a、60aと外輪58b、60b間に挿入されたボール58c、60cを備え、各内輪58a、60aがねじ軸50の外周面に内輪間座62を介して嵌合され、各外輪58b、60bがハウジング48の内周面に嵌合され、ねじ軸50を回転可能に支持する。軸受58は、ハウジング48の内周面に嵌合された間座56との当接により、圧電素子を介して蓋64を締め付けることによって予圧が付与される。ハウジング48の一端側には圧電素子に電圧を印加するための信号線を通すための孔48a、48bが形成されている。予圧調整は間座56の長さを調整することによって押圧力を調整させ、軸受58、60へ適切な予圧力を与える。これにより、軸受58、60に所定の予圧が付与され、軸受58、60の外輪間に軸方向間距離としての間隙63が形成される。
The
圧電素子54は、孔48a、48b内にそれぞれ挿入されたリード線70、72を介して図1のコントローラ43に接続されており、コントローラ43からの電圧に応じてインジェクションピペット34の軸長手方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。
The
圧電素子54は、コントローラ43からインジェクション用電圧が印加されると、インジェクションキャピラリ35に対しベース22上の細胞に挿入するための穿孔動作を行うようになっており、また、コントローラ43から微動用電圧が印加されると、ねじ軸50をその長手方向(軸方向)に沿って微動させて、インジェクションキャピラリ35の位置を微調整するようになっている。
When an injection voltage is applied from the
なお、圧電素子54に対するインジェクション用電圧を設定するに際しては、操作対象の細胞の性質等に合わせて、電圧の振幅や電圧の波形を調整できるようになっている。また、図2では円筒型の圧電素子を使用しているが、これに限定されず、例えば角筒型であってもよい。
In setting the injection voltage for the
コントローラ43は、インジェクション用マニピュレータ16を駆動するときには、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38を粗動駆動して、インジェクションピペット34の先端に装着されたインジェクションキャピラリ35をベース22上の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構44を用いてインジェクションキャピラリ35を微動駆動するようになっている。
When the
図1のコントローラ43は、例えば、演算手段としてのCPU(中央演算処理装置)及び記憶手段としてのRAM、ROMなどのハードウエア資源を備えたマイクロコンピュータで構成されており、所定のプログラムを基に各種の演算を行い、演算結果に従って駆動装置40、42に駆動指令を出力するとともに、カメラ18で撮像した細胞の画像や演算結果に関する情報などをCRTや液晶パネルからなる表示部(パソコンディスプレイ)45の画面上に表示させる制御手段として構成されている。
The
図3は図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。図4は図1,図3のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a block diagram showing the main part of the control system of the
図1のマニピュレータ16の駆動装置40、42には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ46(図3)が内蔵されており、ステッピングモータ46の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図3のように、コントローラ43のCPU44は、粗動時にステッピングモータ46に対してドライバを介して(図示省略)駆動を指令し、また、微動時に圧電素子54に対してアンプ(図示省略)を介して駆動を指令する。
1 includes, for example, a stepping motor 46 (FIG. 3) as a coarse motor, and the rotation of the stepping
図1のマニピュレータ16における粗動と微動の駆動を切り換えるために、図1、図3のように、コントローラ43に接続されたジョイスティック47を用いる。
A
図3のコントローラ43のCPU44は、ジョイスティック47から操作方向に関する信号が入力すると、ジョイスティック47の操作方向を判別し、例えば、図4のようにジョイスティック47が中立位置でインジェクション用マニピュレータ16が停止した状態から、本体部(ハンドル)47eが操作者により掴まれて右側Rに操作されたとき、ステッピングモータ46を駆動しインジェクションキャピラリ35を粗動駆動する。
3 receives the operation direction signal from the
また、図4のように、ジョイスティック47は、その上部に並んで配置された第1及び第2押しボタンスイッチ47a,47bを備えている。図3において、第1押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、圧電素子54を駆動し、インジェクションキャピラリ35が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行うようになっている。また、第2押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35を細胞内の位置から抜くように後退方向C(図5)に駆動するようになっている。
As shown in FIG. 4, the
次に、図1〜図4のマニピュレータシステム10の動作について図1〜図5を参照して説明する。図5は、図1の顕微鏡ユニット12による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ(a)〜(d)を説明するための図である。
Next, the operation of the
図5(a)のように、ホールディング用マニピュレータ14を駆動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の卵子Dを保持した状態で、図3,図4のジョイスティック47を右側Rに操作し、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。
As shown in FIG. 5 (a), the holding
次に、図5(b)のように、ジョイスティック47を左側Lに操作し、コントローラ43でステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)のように、図3,図4のジョイスティック47の上部の第1押しボタンスイッチ47aを押すと、コントローラ43からインジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子54によりインジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ35の先端35aが前進方向Bに卵子Dの透明帯を通して卵子D内へと挿入され、インジェクションキャピラリ35から精子の入った溶液を注入する。
Next, as shown in FIG. 5C, when the first
なお、圧電素子54による穿孔動作は、圧電素子54の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ47aを押している間に継続して圧電素子54を駆動し、押しボタンスイッチ47aを離すと圧電素子54がオフとなる構成とすることが好ましい。
In the punching operation by the
次に、上述のインジェクション動作の後、図5(d)のように、図3,図4のジョイスティック47の上部の第2押しボタンスイッチ47bを押すと、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションピペット34の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Cにインジェクションキャピラリ35を駆動することで細胞D内から抜く。
Next, after the above-described injection operation, as shown in FIG. 5D, when the second
上述のように、図1〜図5の本実施形態によれば、圧電素子54による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ35を細胞(卵子D)から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ47a、47bの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 5, the operations from the start of the piercing operation / injection by the
また、第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bがジョイスティック47の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ47a、47bを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
Further, since the first and second
次に、上述のジョイスティック47による操作の代わりに、図1のマウス49を用いて表示部45の画面上で操作するように構成してもよい。すなわち、図6の表示部45の画面45a上に、例えば、図5のような顕微鏡視野の画像を表示するとともに、図1のマウス49でクリックすることでスイッチと同様の動作をする押しボタン41a〜41eを表示する。これらの押しボタン41a〜41eをマウス49で操作することで、図5(a)〜(d)と同様の操作を行うことができる。
Next, instead of the operation with the
すなわち、画面45a上に表示された粗動ボタン41aをマウス49でクリックすることで、ステッピングモータ46を駆動し、図5(a)のように、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。ここで、停止ボタン41bをクリックし停止してもよい。
That is, by clicking the
次に、粗動ボタン41aをクリックしてステッピングモータ46を駆動し、図5(b)のように、インジェクションキャピラリ35を移動させて先端35aを卵子Dに当接させる。
Next, the
次に、注入ボタン41dをクリックすると、インジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、図5(c)のように、インジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、注入を行う。
Next, when the
次に、上述のインジェクション動作の後、後退ボタン41eをクリックすると、ステッピングモータ46を駆動し、図5(d)のように、インジェクションキャピラリ35を後退方向Cに駆動することで細胞D内から抜く。
Next, when the
なお、上述の図3〜図5及び図6では、穿孔動作・インジェクション動作と、インジェクションキャピラリを抜く動作と、を2つの押しボタンにより別々に行うようにしたが、1つの押しボタンを押すことで、穿孔動作・インジェクション動作からインジェクションキャピラリを抜く動作まで自動的に連続して行うようにしてもよい。 In FIGS. 3 to 5 and 6 described above, the drilling operation / injection operation and the operation of removing the injection capillary are performed separately by two push buttons. However, by pressing one push button, Further, it may be carried out automatically and continuously from the drilling operation / injection operation to the operation of removing the injection capillary.
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図4では押しボタンスイッチ47a、47bを例にして説明したが、他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振ることができる。
As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, in FIG. 4, the
また、図1のマウス49として押しボタンスイッチを有するマウスを用いて、かかるマウス49に付属した押しボタンスイッチを押すことでジョイスティック47の第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bと同様の操作を行わせるように構成してもよい。この場合、粗動と微動の切り換えは、例えば、図6と同様の押しボタン41a,41b,41cにより行うようにしてもよい。
Further, by using a mouse having a push button switch as the
また、ジョイスティックやマウス以外のポインティングデバイスを用いてもよく、例えば、ペンタブレット等を使用してもよく、押しボタンが不足するときは、画面上にクリック可能な押しボタンを設置することが好ましい。 A pointing device other than a joystick or a mouse may be used. For example, a pen tablet or the like may be used. When there are not enough push buttons, it is preferable to install a clickable push button on the screen.
〈第2の実施形態〉 <Second Embodiment>
第2の実施形態によるマニピュレータシステム10は図1と同様の構成である。すなわち、マニピュレータシステム10は、図1のように、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に微細な人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット12と、ホールディング用マニピュレータ14と、インジェクション用マニピュレータ16とを備え、顕微鏡ユニット12の左右にマニピュレータ14,16が配置されている。顕微鏡ユニット12は、カメラ18、顕微鏡20、ベース22を備え、ベース22の上方に顕微鏡20が配置され、顕微鏡20にはCCDやCMOS等の撮像素子を用いたカメラ18が連結されている。ベース22上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース22上の細胞(図示せず)に顕微鏡20から光が照射される。ベース22上の細胞で反射した光が顕微鏡20に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡20で拡大された後、カメラ18で撮像され、カメラ18の撮像による画像を表示部45に表示し、細胞を観察できる。
The
なお、マニピュレータシステム10の各部は、図1と同様であるので、その説明は省略する。また、XY軸テーブル36とZ軸テーブル38には、ナノポジショナとして、微動機構44が付加(内蔵)されているが、この微動機構44は図2に示すものと同様であるので、その説明は省略する。
In addition, since each part of the
図9は第2の実施形態による図1のコントローラ43の制御系要部を示すブロック図である。図4は図9の表示部の分割された画面の例を示す図である。
FIG. 9 is a block diagram showing the main part of the control system of the
図1のマニピュレータ16の駆動装置40、42には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ46(図3)が内蔵されており、ステッピングモータ46の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図9のように、コントローラ43のCPU44は、粗動時にステッピングモータ46に対してドライバ(図示省略)を介して駆動を指令し、また、微動時に圧電素子54に対してアンプ(図示省略)を介して駆動を指令する。
1 includes, for example, a stepping motor 46 (FIG. 3) as a coarse motor, and the rotation of the stepping
図9の表示部45と、画像処理部80と、表示部45と画像処理部80とを制御するCPU44とにより、画像表示装置が構成される。すなわち、図9のCPU44は表示部45の画面表示形態を制御し、図10のように表示部45の画面45aを例えば画面81,82の二画面に分割する。図1の顕微鏡20に設けられたカメラ18で撮像された顕微鏡画像が、各分割画面81,82に細胞等の微小対象物の画像としてそれぞれ表示される。
An image display device is configured by the
カメラ18からの画像は、図9の画像処理部80で各種の画像処理が施されるが、例えば、微小対象物の顕微鏡画像を所望の倍率に縮小・拡大処理することができる。すなわち、画像処理部80は、入力画像について所定のアルゴリズムでソフト的に縮小処理または拡大処理を行い、縮小または拡大された出力画像とするようになっている。
The image from the
図10のように、画像処理部80で拡大処理された例えば表示倍率10倍(×10)の顕微鏡画像が画面81に表示され、表示倍率40倍(×40)の同一の顕微鏡画像が画面82に表示される。
As shown in FIG. 10, for example, a microscope image with a display magnification of 10 times (× 10) that has been enlarged by the
図11に図9のジョイスティックの具体例を示す斜視図を示す。図1,図9のようにコントローラ43に接続されたジョイスティック47を用いて、例えば、図10のようにジョイスティック47が中立位置でインジェクション用マニピュレータ16が停止した状態から、本体部47eが操作者により掴まれて右側Rまたは左側Lに操作されたとき、ステッピングモータ46を駆動しインジェクションキャピラリ35を粗動駆動する。
FIG. 11 is a perspective view showing a specific example of the joystick of FIG. The
また、図11のように、ジョイスティック47は、その上部に並んで配置された第1及び第2押しボタンスイッチ47a,47bを備え、第1押しボタンスイッチ47aが押されてオンになると、圧電素子54を駆動し、インジェクションキャピラリ35が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行う。また、第2押しボタンスイッチ47bが押されてオンになると、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35を細胞内の位置から抜くように後退方向C(図6)に駆動する。
Further, as shown in FIG. 11, the
なお、図11のようにジョイスティック47の上部に設置されたハットスイッチ47dを用いて、第2押しボタンスイッチ47bの上記ボタン操作を代用するように構成してもよい。また、図11の押しボタンスイッチ47aの隣の第3押しボタンスイッチ47c等の他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振るようにしてもよい。
In addition, you may comprise so that the said button operation of the
次に、本実施形態のマニピュレータシステム10の動作について図9〜図11、さらに上述の図5を参照して説明する。
Next, the operation of the
図5(a)のように、ホールディング用マニピュレータ14を駆動し、ホールディングキャピラリ25によりベース22上の卵子Dを保持した状態で、図9,図11のジョイスティック47を右側Rに操作し、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに接近させる。
As shown in FIG. 5A, the holding
次に、図5(b)のように、ジョイスティック47を左側Lに操作し、コントローラ43でステッピングモータ46を駆動し、インジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させる。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5(c)のように、図11のジョイスティック47の上部の第1押しボタンスイッチ47aを押すと、コントローラ43からインジェクション用電圧を印加して圧電素子54を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子54によりインジェクションキャピラリ35が先端35aで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ35の先端35aが前進方向Bに卵子Dの透明帯を通して卵子D内へと挿入され、インジェクションキャピラリ35から精子の入った溶液を注入する。
Next, as shown in FIG. 5C, when the first
なお、圧電素子54による穿孔動作は、圧電素子54の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ47aを押している間に継続して圧電素子54を駆動し、押しボタンスイッチ47aを離すと圧電素子54がオフとなる構成とすることが好ましい。
In the punching operation by the
次に、上述のインジェクション動作の後、図5(d)のように、図11のジョイスティック47の上部の第2押しボタンスイッチ47bを押すと、ステッピングモータ46を駆動し、インジェクションピペット34の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Cにインジェクションキャピラリ35を駆動することで細胞D内から抜く。
Next, after the above-described injection operation, as shown in FIG. 5D, when the second
上述のように、本実施形態によれば、圧電素子54による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ35を細胞(卵子D)から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ47a、47bの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the operations from the start of the piercing operation / injection by the
また、第1及び第2押しボタンスイッチ47a、47bがジョイスティック47の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ47a、47bを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
Further, since the first and second
上述の図5(a)〜(d)の各操作の際に、図10のように、表示部45の2分割された画面81,82に、同一の顕微鏡画像について低倍率の画像と高倍率の画像を表示しながら、低倍率画像で細胞Dの状態を把握しながら高倍率画像で細胞Dに対する微細な各操作を実行できる。例えば、図5(b)の操作の際に、図10のように2分割された画面81,82に低倍率画像と高倍率画像を表示し、ジョイスティック47を操作して、画面81の低倍率画像で細胞Dの全体を把握し、画面82の高倍率画像をみながらインジェクションキャピラリ35の先端35aを卵子Dに当接させることができる。
5A to 5D, the low-magnification image and the high-magnification image of the same microscope image are displayed on the two-divided
以上のように、本実施形態のマニピュレータシステム10によれば、マニピュレータ14,16で細胞等の微小対象物を操作する際、顕微鏡画像の集録を1つのカメラ18で行い、例えば、PC(パソコン)等に集録することができる。集録した顕微鏡画像を表示部45の2画面81,82に分けて異なる表示倍率で表示でき、例えば、画面81では表示倍率が10倍であり、画面82では表示倍率が40倍である。これにより、常に低倍率画像で顕微鏡下の試料状態を把握しながら高倍率画像での微細な操作が可能になる。また、顕微鏡の対物レンズを交換する手間が省略できるとともに、高倍率の対物レンズが不要となる。さらに、顕微鏡で電動レボルバ等の高価な製品を使用しなくてもよく、マニピュレータシステム全体のコスト減に寄与できる。
As described above, according to the
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図4の画面81,82における表示倍率は、変更可能であり、例えば、一方をほぼ等倍とし、他方をデジタルズームによる所望の倍率にできる。また、表示部45の分割画面は、2画面に限定されず、さらに、3画面、4画面、・・・のように増やしてもよい。
As described above, the best mode for carrying out the present invention has been described. However, the present invention is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the display magnification on the
〈第3の実施形態〉
図12は第5の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。図13は図12のインジェクション用電動3軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
<Third Embodiment>
FIG. 12 is a perspective view showing a schematic configuration of a manipulator system according to the fifth embodiment. FIG. 13 is a perspective view showing a schematic configuration of the electric triaxial manipulator for injection shown in FIG.
図12は、図1のマニピュレータシステム10をより具体化したマニピュレータシステム500を示している。すなわち、図12のように、本実施形態によるマニピュレータシステム500は、ホールディング用の電動3軸(XYZ)マニピュレータ140と、インジェクション用の電動3軸(XYZ)マニピュレータ160と、倒立顕微鏡120と、電動の試料ステージ110と、を備え、各電動3軸マニピュレータ140,160は倒立顕微鏡120と一体になるように取り付けられている。なお、電動3軸マニピュレータ140,160は、試料ステージ110と一体構造となるように取り付けてもよく、これにより外部からの振動等の影響が受け難くなる。
FIG. 12 shows a
インジェクション用の電動3軸マニピュレータ160には、電動で圧力調整可能なインジェクタ340を設置軸方向に往復運動するようにモータ駆動及び圧電素子駆動が可能なナット回転型アクチュエータ170が取り付けられている。ホールディング用の電動3軸マニピュレータ140にも同様のナット回転型アクチュエータ191が取り付けられている。
The electric
倒立顕微鏡120は電動焦点合わせアクチュエータ、対物レンズを切り替えるレボルバ部及び観察対象物への光照射のための光源を有する。
The
また、各電動3軸マニピュレータ140,160の設置時の安定性を向上するため、各電動3軸マニピュレータ140,160を重力方向に支持するための脚149,169を設置している。各脚149,169は、図12では各電動3軸マニピュレータ140,160に対しそれぞれ1箇所しか配置していないが、複数でもよい。
In addition,
図13のように、電動3軸マニピュレータ160は、3つの1軸アクチュエータ161,162,163を3軸(XYZ)方向に組み合わせて構成されている。各1軸アクチュエータ161〜163は、ステッピングモータとカップリングとBS(ボールねじ)と案内要素とスライダとから構成され、オーバーストロークを防止するために駆動軸方向の両端にリミットスイッチが設置されている。また、各1軸アクチュエータ161〜163のステッピングモータの励磁を切ることにより、各1軸アクチュエータ161〜163の各手動ノブ161a,162a,163aによりマニピュレータ160を各軸方向に手動操作することも可能な構成となっている。電動3軸マニピュレータ140も同様に構成されている。
As shown in FIG. 13, the electric
1軸アクチュエータ163をZ軸方向の駆動用とし、そのZ軸スライダ163b上にはθステージ164が配置され、さらにθステージ164上にはナット回転型アクチュエータ170が配置されている。θステージ164は、ナット回転型アクチュエータ170の設置角度を調整するためのものであり、手動タイプであるが、電動タイプに構成してもよい。θステージ164の設置角度は、インジェクタ340に装着されるガラス製のインジェクションキャピラリ341の折れ曲がり角度またはインジェクション角度と一致するよう設定される。
The single-
次に、図12,図13のナット回転型アクチュエータ170について図14,図15を参照して説明する。図14は図13のナット回転型アクチュエータ170をθステージ164の平面と平行な方向に切断してみた断面図である。図15は図13,図14のナット回転型アクチュエータ170の斜視図である。
Next, the
図14,図15に示すように、ナット回転型アクチュエータ170は、圧電アクチュエータとしての本体を構成するハウジング480を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング480内には、ピペット状のインジェクタ340を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸520と、ねじ軸520を囲む中空状の回転軸540が挿通されている。ハウジング480はその底部がベース560に固定されており、微動機構、ナノポジショナとして構成されている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
ねじ軸520の先端側には、治具580を介してピペット状のインジェクタ340の根元側が連結されており、ねじ軸520の中程には、ねじ軸520外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット(BSナット)600が装着され、治具580とねじ軸520との間にはスライダ620が連結されている。スライダ620はベース560とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き640を間にしてリニアガイド660に連結されている。リニアガイド660はベース560底部側に配置され、ベアリング680を介して、ねじ軸520の軸方向に沿って移動自在にベース560に連結されている。
The root side of the pipette-
すなわち、リニアガイド660は、ねじ軸520の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸520の先端側を支持したスライダ620を、ベース560に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸520のうちボールねじナット600よりもインジェクタ340側の部位が、スライダ620を介してリニアガイド660でスライド自在に支持されるので、ねじ軸520の直線運動をインジェクタ340へ伝達することができる。
That is, the
ボールねじナット600は、回転軸540の軸方向一端側(先端側)の段部540aに固定されているとともに、ねじ軸520外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸520がその軸方向に沿って往復動(直線運動)するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット600は、回転軸540の回転運動をねじ軸520の直線運動に変換するための要素として構成されている。
The
回転軸540の軸方向他端側は、中空モータ700内の回転部に連結している。中空モータ700のハウジング740は、その底部側がベース560に弾性体としてのゴムワッシャ760を介してボルト780が固定されている。中空モータ700が駆動されると回転軸540が回転し、回転軸540の回転運動がボールねじナット600を介してねじ軸520に伝達され、ねじ軸520がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
The other axial end of the
一方、回転軸540の段部540aに隣接して、軸受800、820が内輪間座840を間にして収納されている。軸受800、820は、それぞれ内輪800a、820aと、外輪800b、820bと、内輪と外輪間に挿入されたボール800c、820cを備え、各内輪800a、820aが回転軸540の外周面に嵌合され、各外輪800b、820bがハウジング480の内周面に嵌合され、回転軸540を回転自在に支持するようになっている。軸受800、820は、内輪間座840を間にし、回転軸540にロックナット860により固定されている。軸受800は、ハウジング480内の段部540aと円環状のスペーサ920と当接することにより、回転軸540の軸方向への移動が規制されるようになっている。軸受820の外輪820bとハウジング480の蓋880との間に、円環状の圧電素子920と円環状のスペーサ900が圧入されている。
On the other hand, the
また、各軸受800、820、圧電素子920は、スペーサ900の長さを調節し、蓋880を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ900の長さを調整し、蓋880を閉めると、その位置に応じた締結力が軸受820と軸受800の外輪820b、800bに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子920にも予圧が付与される。これにより、軸受800、820および圧電素子920に所定の予圧が付与され、軸受800、820の外輪間に軸方向間の距離としての間隙940が形成される。
The
圧電素子920は、リード線(図示せず)を介してコントローラとしてのパソコン(PC)430(図17参照)に接続されており、パソコン430からの電圧に応じて回転軸540の長手方向(軸方向)に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子920は、パソコン430からの印加電圧に応答して、回転軸540の軸方向に沿って伸縮し、回転軸540をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸540が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸520を介してインジェクタ340に伝達され、インジェクタ340の位置が微調整されることになる。
The
上述のように、ナット回転型アクチュエータ170は、中空モータ700によりボールねじナット600の回転運動をねじ軸520の直線運動に変換しねじ軸520を直動するが、ねじ軸520取り付けられたインジェクタ340は、中空モータ700の駆動時にリニアガイド660により回転せず、回り止めの機能を有している。このため、中空モータ700の駆動によりインジェクタ340が直線往復運動できる。
As described above, the
図14,図15のナット回転型アクチュエータ170は、中空モータ700を駆動することで、インジェクタ340を駆動し顕微鏡視野中央部ヘセットし、また、顕微鏡視野中央部から退避する機能を有し、圧電素子920を駆動することで、インジェクタ340の先端に取り付けたガラスキャピラリ341(図13)による細胞(卵)に対する穿孔動作をアシストすることができる。
14 and 15 has a function of driving the
次に、図12の試料ステージ110について図16を参照して説明する。図16は、図12の試料ステージ110を示す斜視図である。図16のように、試料ステージ110は、2つの1軸アクチュエータ111,112が2軸方向に配置され、試料台113を2軸方向に移動させるように構成され、図12の倒立顕微鏡120に取り付けられている。試料ステージ110を駆動する各アクチュエータ111,112の各モータの軸端には手動ノブ111a,112aがそれぞれ取り付けられており、各モータの励磁を切ることにより手動操作も可能となっている。
Next, the
次に、図12のマニピュレータシステム500を制御するコントローラとしてのパソコンについて図17を参照して説明する。図17は、図12〜図16のマニピュレータシステム500についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。
Next, a personal computer as a controller for controlling the
図17のパソコン(パーソナルコンピュータ)430は、各種制御を行うCPU(中央演算処理装置)431と、記憶装置に格納されておりマニピュレータシステム500の使用時に読み出されるプログラム432と、液晶パネルやCRT等からなる表示部433と、ハードディスクや光ディスク等の記録媒体に顕微鏡画像等を保存可能な記憶部430aと、インターネット等のネットワークを介して外部との通信のインターフェースである通信部430bと、を備える。また、操作者により操作されるジョイスティック470及びマウス470aは、パソコン430にネットワークを介して接続可能な別のパソコンへの入力手段である。パソコン430は、CPU431によりプログラム432の動作及びネットワークを介して外部から通信部430bで受信したジョイスティック470やマウス470aの各操作による操作信号に基づいてマニピュレータシステム500の各部分を制御する。
17 includes a CPU (Central Processing Unit) 431 that performs various controls, a program 432 that is stored in a storage device and that is read when the
すなわち、パソコン430は、信号発生器438を駆動し、その信号によりピエゾアンプ434を介してナット回転型アクチュエータ170のピエゾ素子からなる圧電素子920を駆動する。また、パソコン430は、端子台ボックス435を介してナット回転型アクチュエータ170と電動3軸マニピュレータ140,160と試料ステージ110と顕微鏡120のハンドルを電動で回転させる焦点合わせアクチュエータ436とにそれぞれ電気的に接続されており、ナット回転型アクチュエータ170の中空モータ700、電動3軸マニピュレータ160の各1軸アクチュエータ161〜163、試料ステージ110の各1軸アクチュエータ111,112及び焦点合わせアクチュエータ436がそれぞれ駆動されるようになっている。また、顕微鏡120に関し、対物レンズのレボルバ部や光源の光量調整も電動駆動するようにしてもよい。
That is, the
また、マニピュレータ160には、インジェクタ340の圧力調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力を調整することができる。また、顕微鏡120には撮像素子から構成されたカメラ437が配置されており、カメラ437により撮像された顕微鏡画像がパソコン430の表示部433に表示される。
Further, the
また、ホールディング用のマニピュレータ140も同様に駆動されるが、マニピュレータ140にはホールディングキャピラリの圧力(陰圧)調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力(陰圧)を調整することができる。
The holding
次に、図17のジョイスティックについて図18を参照して説明する。図18は、図17のジョイスティックの例を示す斜視図である。 Next, the joystick in FIG. 17 will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a perspective view showing an example of the joystick of FIG.
上述のマニピュレータシステム500は、少なくとも2つのジョイスティック470を使用して操作される。ジョイスティック470は、一例として図18に示すようなハンドル479と複数のボタン471〜477が配置されたものを使用する。
The
図18のジョイスティック470のハンドル479と複数のボタン471〜477によりマニピュレータシステム500において次の表1のような操作を実行できるようになっている。ハンドル479は、右方向R、左方向Lに傾斜させる(倒す)ことでマニュピレータ140,160をX軸方向、Y軸方向に駆動でき、回転させる(ひねる)ことでZ軸方向に駆動できる。なお、表1において、4方向のハットスイッチ477の「⇔」は、左右方向の2つのスイッチであり、同じく「↓↑」は、上下方向の2つのスイッチである。また、陰圧+、圧力+は各シリンジモータによる圧力絶対値の増加、陰圧−、圧力−は圧力絶対値の減少である。微動駆動Z+、−は、Z軸方向に対する移動量の増加、減少である。
The operation shown in Table 1 below can be executed in the
なお、表1のようなハンドル479と複数のボタン471〜477の各操作に対するレイアウトは、操作者が使い易いように適宜変更が可能である。また、細胞操作で圧電素子920を駆動する際、複数のパラメータで駆動する必要が生じる可能性があるが、その場合は、同様のボタンを追加等することにより対応できる。
Note that the layout for each operation of the
また、使用するジョイスティック470は、ハンドル479を倒す(傾斜させる)度合いに応じて速度調整し、離すとマニピュレータ140,160の駆動を停止するタイプでもよいし(速度指令型)、ハンドル479を倒した分だけマニピュレータ140,160を駆動するタイプでもよい(位置制御型)。また、上述のような操作に用いるインターフェイスは、ジョイスティック以外に、例えば、図17のマウス470aとして複数ボタンが存在する2次元または3次元マウスを使用してもよい。
The
次に、パソコン430の表示部433に表示されるコントローラ画面について図19を参照して説明する。図19は図17のパソコン430の表示部433に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。
Next, a controller screen displayed on the
パソコン430の表示部433のコントローラ画面上には、上述の図10と同様にカメラ437による顕微鏡画像を少なくとも2画面で表示するようになっており、例えば、図19のように、顕微鏡画像を第1表示画面433aに標準倍率で、第2表示画面433bに拡大倍率でそれぞれ表示できるようになっている。図19の例では、マニピュレータシステム500で卵Dが操作され、ガラス製のホールディングキャピラリ342に陰圧で保持された卵Dに対しインジェクタ340の先端のインジェクションキャピラリ341が穿孔動作した状態を第1表示画面433aに標準倍率で表示し、第2表示画面433bに拡大倍率で表示している。これにより、図10と同様に低倍率の顕微鏡画像と高倍率の顕微鏡画像とを参照するとき、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータシステム500による迅速な操作処理が可能となるとともに、常に標準倍率の画像で顕微鏡下の細胞(卵)等の試料の状態を把握しながら、拡大倍率の画像で微細な操作を行うことができる。
On the controller screen of the
表示部433のコントローラ画面には、図19に示すように、略中央左右に第1,第2表示画面433a,433bが配置されるとともに、その下側に動作状態表示パネル433cが配置され、その上側には、画像操作パネル433d,試料ステージ操作パネル433e及びマニピュレータ操作パネル433fが配置されており、マウス470aによりそれぞれ操作が可能になっている。
On the controller screen of the
動作状態表示パネル433cには、マニピュレータ140,160の実際のXYZ位置座標等が表示部433gに表示され、また、ジョイスティック470のボタン操作時に、どのボタンを押しているかを認識可能な表示部433hが配置されており、画像をみながら操作状態を把握することができ、さらに、マニピュレータ140,160の電動・手動の切り替え部433i及び休止ボタン433jが配置されている。
On the operation
また、画像操作パネル433dには、第1,第2表示画面433a,433bにおける画像の倍率メニュー433k及び画像の表示位置メニュー433mが配置されており、操作者が画像の倍率や表示位置を調整可能となっている。また、顕微鏡画像はコントローラ画面上でのマウス470aによる操作で記憶部430aに保存でき、また、コントローラ画面上のボタンを押すことで、動画保存も可能である。
The
また、試料ステージ操作パネル433eには、試料ステージ110の駆動パラメータを調整するメニュー433nに加えて、XY駆動、原点復帰等操作が可能なボタンが配置されている。試料ステージ110は表示画面433a,433b上の顕微鏡画像を見ながらボタン操作により駆動できる。例えば、ボタンを押している間だけ+X方向に動かすことができる。
In addition to the
また、マニピュレータ操作パネル433fには、マニピュレータ140,160の駆動パラメータを調整するメニュー433pがあり、操作者が好みのパラメータに設定して使用することができる。また、マニピュレータ操作パネル433fには、図13〜図15のナット回転型アクチュエータ170を駆動するボタン433qが配置されている。このボタン433qを押すことで、予め設定したストロークでナット回転型アクチュエータ170が駆動し、インジェクタ340を顕微鏡中心部ヘセットし、また、退避させることができる。
The
なお、ナット回転型アクチュエータ170及び試料ステージ110は、上述のように図19のコントローラ画面上のボタン操作により行うことができるが、ジョイスティック470等で行うようにしてもよい。
The
特許文献3のような従来のマニピュレータシステムによれば、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行わざるを得ないので、使用するには熟練した技術が必要となるのに対し、上述のマニピュレータシステム500によれば、表示部433のコントローラ画面をみながらジョイスティック470の操作も目視できるとともに、コントローラ画面にもジョイスティック470の操作状態が表示されるので、マニピュレータシステム500を簡単かつ確実に使用することができる。
According to a conventional manipulator system such as Patent Document 3, a joystick or the like is installed at a microscope installation location, and the operator operates while looking through the eyepiece lens. In such an operation, the operation of the joystick is performed without visual observation. In order to use it, a skilled technique is required. However, according to the above-described
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムについて図20を参照して説明する。図20は、第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。 Next, a remotely operable manipulation system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 20 is a conceptual diagram for explaining a manipulation system that can be remotely operated via a network according to the third embodiment.
図20に示すように、本実施形態によるマニピュレーションシステム901は、ネットワーク通信により上述のマニピュレータシステム500を遠隔操作可能に構成したものである。
As shown in FIG. 20, a
マニピュレーションシステム901では、マニピュレータシステム500及びコントローラとしてのパソコンPC1を端子台ボックス435の各コネクタに接続する。PC1は、図17のパソコン430と同じであってよいが、図20ではマニピュレータシステム500の制御のためのプログラム(1)がインストールされている。
In the
さらに、マニピュレーションシステム901では、図20のように、遠隔操作のためのパソコンPC2を別途用意し、PC1とともにネットワークNに接続可能にする。ネットワークNとしては、インターネットであってよいが、専用回線や特定領域に設けられたネットワーク等であってもよい。
Further, in the
遠隔操作のためのパソコンPC2は、インターネット等のネットワークNを介して外部との通信のインターフェースである通信部PC21と、液晶パネルやCRT等からなり顕微鏡画像や制御プログラムとしてのコントロール画面をWebページで表示可能な表示部PC22と、各種制御を行う中央演算処理装置(CPU)PC23と、を備え、操作者により操作されるインターフェイスPC24が指令入力手段として接続されている。 The personal computer PC2 for remote operation includes a communication unit PC21 which is an interface for communication with the outside via a network N such as the Internet, a liquid crystal panel, a CRT, etc., and a control screen as a microscope image and a control program on a Web page. A display unit PC22 that can be displayed and a central processing unit (CPU) PC23 that performs various controls, and an interface PC24 that is operated by an operator are connected as command input means.
パソコンPC2は、ネットワークNを介してPC1と接続し、図20の通信AによりPC1から送信された画像情報及びコントローラ情報を受信し、表示部PC22に顕微鏡画像や制御プログラム画面を表示するとともに、通信BによりPC1に対しインターフェイスPC24から入力されたインターフェイス情報を送信し、PC1は受信したインターフェイス情報に基づいてマニピュレータシステム500を操作する。
The personal computer PC2 is connected to the PC1 via the network N, receives image information and controller information transmitted from the PC1 by communication A in FIG. 20, displays a microscope image and a control program screen on the display unit PC22, and communicates with each other. The interface information input from the
インターフェイスPC24は、例えば、ジョイスティック470(図17,図18)やマウス470a(図17)であってよく、ジョイスティック470の場合は、図18のハンドル479と複数のボタン471〜477を上述の表1と同様の操作に割り当てることができる。
The
図20のマニピュレーションシステム901における遠隔操作について説明する。まず、図12のマニピュレータシステム500に、マニピュレータ操作に必要なインジェクションキャピラリ341(図13,図19)、ホールディングキャピラリ342(図19)やサンプルの入ったシャーレ等をセッティングすることで、マニピュレーションを実行できる状態とする。
The remote operation in the
次に、PC1及びPC2を起動しネットワークNを介して接続するとともに、図20のPC1でマニピュレータシステム500を駆動するためのプログラム(1)を起動する。起動したプログラム(1)自体を遠隔操作するため、PC1からネットワークNを介してPC2にコントローラ情報が送信されると、PC2の表示部PC22にWebページによる制御プログラム画面が表示される。また、カメラ437で撮像した顕微鏡画像情報がPC1からネットワークNを介してPC2に送信されて表示部PC22に表示される。このような構成でプログラム(1)を実行すると、PC2に接続しているインターフェイスPC24からの指令入力信号によりマニピュレータシステム500を制御でき、かつ、PC1上で起動しているプログラム(1)はPC2上に開いたWebページ内に表示されて制御可能となっているため、マニピュレータシステム500の全ての操作をPC2上で行うことができる。このようにして、PC2によりマニピュレータシステム500を遠隔操作することができる。なお、PC2の表示部PC22の制御プログラム画面(コントローラ画面)は図19のような画面表示の構成であってよいが、図19の例に限定されるものではない。
Next, PC1 and PC2 are activated and connected via the network N, and a program (1) for driving the
図21により図20の変形例を説明する。図21のように、PC2にはインターフェイスPC24からの信号でマニピュレータシステム500を制御するためのプログラム(2)がインストールされており、プログラム(2)を起動し、PC2でインターフェイスPC24から指令入力信号を入力すると、プログラム(2)でインターフェイス情報をPC1に送信し、PC1のプログラム(1)がネットワークN経由でプログラム(2)から送信されたインターフェイス情報を読み取ることで、マニピュレータシステム500の全ての操作をPC2上で行うことができる。
A modification of FIG. 20 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 21, a program (2) for controlling the
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例について図22を参照して説明する。図22は、第3の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。 Next, another example of a remotely operable manipulation system according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a conceptual diagram for explaining another example of a manipulation system that can be remotely operated via a network according to the third embodiment.
図22に示すマニピュレーションシステム902は、図20と比べて、画像情報通信のために別のプログラムにより通信するものである。すなわち、上述の図20では、プログラム(1)に顕微鏡からの顕微鏡画像を表示するプログラムが内蔵された構成であるため、ネットワーク通信の方法等によっては、プログラム(1)によるコントロール画面(制御プログラム画面)をWebページで表示しコントロール画面上で制御し画像情報を転送する際に、通信するデータ容量が大きくなってしまう。そこで、図22のように、画像情報通信用にPC1,PC2に別途ポートを設置し、画像情報をPC1にインストールしたプログラム(3−1)及びPC2にインストールしたプログラム(3−2)によりネットワーク通信Fにより通信する。また、PC2からPC1へのインターフェイス情報及びPC1からPC2へのコントローラ情報はネットワーク通信Gにより図20と同様に通信する。
The
図22のマニピュレーションシステム902によれば、PC2でマニピュレータシステム500を遠隔操作する際に、画像情報の通信が円滑になり、かつ、マニピュレータ操作時の通信におけるタイムラグを低減することができる。
According to the
図23により図22の変形例を説明する。図23の例は、図22においてPC2にインターフェイスPC24からの信号でマニピュレータシステム500を制御するためのプログラム(2)を図21と同様にインストールしたものである。本実施形態のその他の例として、図21のプログラム(2)内に画像情報通信のためのプログラムを挿入し使用するようにしてもよく、これによって、マニピュレータシステム500を駆動するためのWebページ上の操作に対する負荷を低減することができる。
A modification of FIG. 22 will be described with reference to FIG. The example of FIG. 23 is obtained by installing a program (2) for controlling the
以上のように、図20〜図23のマニピュレーションシステム901,902によれば、マニピュレータシステム500を遠隔操作することができるので、マニピュレータシステム500をクリーンベンチ内で使用する場合に、操作者は、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作する必要がなくなり、また、クリーンルームで作業する必要がある場合に、操作者はクリーンスーツを着てインジェクション作業する必要がなくなり、このため、操作者に対する負担を軽減できる。また、制約された環境下でマニピュレータシステム500を使用して作業する場合にも、マニピュレータシステム500を遠隔操作することで、かかる制約された環境下でもマニピュレータシステム500を使用できる。また、距離的に遠く離れた場合でもPC1,PC2がネットワークに接続可能であれば、遠隔操作が可能となる。
As described above, according to the
また、熟練した技術者がマニピュレータシステム500の傍にいなくてもインジェクション操作することが可能になり、マニピュレータシステム500が設置されている場所に操作者がいる必要がなく、他の者がインジェクションキャピラリ341やホールディングキャピラリ342やサンプルの入ったシャーレ等の準備のみすれば、操作可能となる。
Further, an injection operation can be performed even if a skilled engineer is not near the
〈第4の実施形態〉
図24は第4の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。図25は図24のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 24 is a principal block diagram for explaining a control system for the manipulator system according to the fourth embodiment. FIG. 25 is a plan view showing an example of a wireless interface that can be used in the manipulator system of FIG.
第4の実施形態によるマニピュレータシステムは、図12〜図16と同様の構成であるが、マニュピレータの操作手段としてワイヤレスのインターフェイスを用いたものである。すなわち、図24のように、本実施形態によるマニピュレータシステム501は、インジェクション用マニピュレータ160を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第1ワイヤレス操作部430d及びホールディング用マニピュレータ140を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第2ワイヤレス操作部430eを備える。パソコン430は、第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eからの操作信号を受信する受信部430cを備え、かかる受信した操作信号に基づいてマニピュレータシステム501の各部分を制御する。各ワイヤレス操作部430d,430eは電波や赤外線により無線で操作信号を送信する。
The manipulator system according to the fourth embodiment has the same configuration as that shown in FIGS. 12 to 16, but uses a wireless interface as the manipulator operation means. That is, as shown in FIG. 24, the
第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eとして、例えば、図25のようなワイヤレスのポインタ及びマウスが一体となったワイヤレスインターフェイスを使用する。図25のワイヤレスインターフェイスは、マウス機能とポインタ機能とを有し、手動されるクリック部KRと複数のボタン部BTとを備え、机上で使用するときにはマウス機能を有し、空中で操作してもポインタ機能を有するようになっている。マウス機能時は光学センサで機能し、空中操作時はワイヤレスインターフェイス中のジャイロセンサ等が機能し操作可能となる。マニピュレータ140,160を使用するときは、ポインタ機能により手動で発生する操作信号をパソコン430が受信し検知し、マニピュレータ140,160を操作する。試料ステージ110を駆動する場合は、図25のワイヤレスインターフェイスを机上に置き、マウス機能を使用し操作する。その他のマニピュレータシステム501内のアクチュエータやインジェクタは複数のボタン部BUを用いて操作する。
As the first
パソコン430は、図25のワイヤレスインターフェイスの使用状態を検知し、現状どちらのモード(机上、空中)で操作しているかを判断し、また、ポインタ機能によるポインタの位置を認識しその位置に従ってマニピュレータシステム501を駆動する。操作者はポインタを表示部43に表示された画像上に置き、任意に動かして操作する。
The
なお、ポインタの小さな動きを検知し、誤動作を招く可能性があるため、操作時は、ワイヤレスインターフェイス中のボタンを押している間だけ、マニピュレータシステム501を駆動可能にして操作することが好ましい。また、図25のワイヤレスインターフェイスにおいてボタン部BUの個数を必要に応じて増やすことで、マニピュレータシステム501における各種の操作が可能となる。また、図25のワイヤレスインターフェイスは一例であり、インターフェイスの形状、種類は問わず、他の形状・種類のものを使用できる。
In addition, since a small movement of the pointer may be detected and a malfunction may be caused, it is preferable to operate the
第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eを図25のワイヤレスインターフェイス1個で構成してもよく、この場合、図25のワイヤレスインターフェイスを空中で操作する場合はインジェクション用マニピュレータ160を駆動し、机上で操作する場合はホールディング用マニピュレータ140を駆動するように使用してもよい(逆でもよい)。
The first
第1ワイヤレス操作部430d及び第2ワイヤレス操作部430eを2個のワイヤレスインターフェイスから構成した場合、各ワイヤレスインターフェイスをインジェクション用、ホールディング用として使用するが、折衷で操作するようにしてもよく、この場合は空中で使用する場合はマニピュレータ駆動、机上で使用する場合は試料ステージ110等のアクチュエータを駆動するように使用してもよい(逆でもよい)。
When the first
また、顕微鏡画像を表示部433上に映し出し、図10や図19のように、顕微鏡画像を標準倍率、拡大倍率の2種類を表示し、各画像上にポインタを当てて操作する際、各画像に対するマニピュレーションシステムの速度ゲインを設定するようにしてもよい。その結果、標準倍率の画像上にポインタを当てたときのマニピュレータの駆動よりも、拡大倍率の画像上にポインタを当てたとのマニピュレータの駆動を細かく操作できる。
In addition, the microscope image is displayed on the
本実施形態によれば、表示部433上に映し出された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢・位置でマニピュレータシステム501を操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡120の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡120への悪影響を抑えることができる。
According to the present embodiment, the
10 マニピュレータシステム、12 顕微鏡ユニット、14 ホールディング用マニピュレータ、16 インジェクション用マニピュレータ、18 カメラ、20 顕微鏡、25 ホールディングキャピラリ、35 インジェクションキャピラリ、43 コントローラ、制御部、44 微動機構、45 表示部、47 ジョイスティック、120 倒立顕微鏡、顕微鏡、140 ホールディング用マニピュレータ、マニピュレータ、150 圧電素子、160 インジェクション用マニピュレータ、マニピュレータ、170 ナット回転型アクチュエータ、340 インジェクタ、341 インジェクションキャピラリ、342 ホールディングキャピラリ、430 パソコン、コントローラ、433 表示部、437 カメラ、470 ジョイスティック、500,501 マニピュレータシステム、700 中空モータ、920 圧電素子、901,902 マニピュレーションシステム、D 卵子、細胞
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とするマニピュレータ。 A manipulator having a nano-positioner structure and capable of injecting a minute object by finely moving a capillary,
A control unit for controlling the operation of the capillary;
An operation unit operated by an operator to instruct the controller to operate the capillary,
The operation unit has a button operation unit that is executed by pressing at least a part of the instruction, and pressing the button operation unit performs at least a part of the injection operation by the capillary. A characteristic manipulator.
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とするマニピュレータ。 A manipulator having a nano-positioner structure and capable of injecting a minute object by finely moving a capillary,
A control unit for controlling the operation of the capillary;
An operation unit operated by an operator to instruct the controller to operate the capillary,
The operation unit has a button operation unit that is executed by pressing at least a part of the instruction, and when the button operation unit is pressed, a drilling operation for the micro object by the capillary is performed in the micro object. The manipulator is characterized in that the injection operation into the micro object and the operation of removing the capillary from the minute object are automatically and continuously performed.
前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換える請求項1乃至5のいずれか1項に記載のマニピュレータ。 A coarse movement part for coarsely driving the capillary, and a fine movement part for finely driving the capillary,
The manipulator according to any one of claims 1 to 5, wherein the control unit switches between coarse movement and fine movement of the capillary based on an operation of the operation unit.
前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備えるマニピュレータシステム。 The manipulator according to any one of claims 1 to 6,
A manipulator system comprising: another manipulator that operates a capillary that holds the minute object.
前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、
前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、
前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とするマニピュレータシステム。 A manipulator that operates a minute object;
A microscope for observing an enlarged image of the manipulated minute object;
An imaging unit for capturing an enlarged image by the microscope;
An image display device having a display unit for displaying a microscopic image of the object obtained by the imaging unit,
A manipulator system characterized by dividing a screen of the display unit and displaying a microscope image of the object on each of the divided screens.
前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作する請求項13に記載のマニピュレーションシステム。 The manipulator system captures the micro object to obtain a microscope image, and has a microscope having an electric focusing actuator, a sample stage capable of moving the micro object by the electric actuator, and one of the manipulators attached to the manipulator An electric pressure adjustable injector so as to enable injection of a minute object;
The information terminal device includes information input means for inputting the information and display means capable of displaying the microscope image, and displays the microscope image obtained from the manipulator system via the network on the display unit. The manipulation system according to claim 13, wherein the actuator and the injector are remotely operated based on information input from the information input means.
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