JP2023002240A - Microscope auxiliary device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小な細胞や半導体素子などの対象物(以下、単に対象物とする)を観察しながら、これらの対象物に対して注入、選り分け、切り分け、移動などの機械的操作をするために顕微鏡に取り付けて使用する顕微鏡補助装置に関する。 The present invention is intended for performing mechanical operations such as injection, sorting, cutting, and movement on objects such as minute cells and semiconductor elements (hereinafter simply referred to as objects) while observing them. It relates to a microscope auxiliary device attached to a microscope for use.
ライフサイエンス分野や微細加工分野では顕微鏡を用いた操作をすることが多い。例としては、細胞を選り分ける、プローブにより微小部分の電位を測定する、細胞内に機械的に外部から物質を挿入する、半導体素子に混入した異物をピックアップする、などの操作が挙げられる。不妊治療の手段として卵子の中に機械的に外部から精子を注入する作業を行う顕微授精もその代表的な例である。 In the field of life science and microfabrication, many operations are performed using a microscope. Examples include operations such as sorting cells, measuring the potential of a minute portion with a probe, mechanically inserting a substance into cells from the outside, and picking up contaminants mixed in a semiconductor device. A typical example is microinsemination, in which sperm is mechanically injected from the outside into an egg as a means of infertility treatment.
対象物に機械的操作をするためのピペット、プローブ、ピンセット等の操作手段(以下、単に操作手段とする)を三次元方向に移動させるために、操作手段可動部を含む顕微鏡補助装置が顕微鏡に取り付けられて使用される。この顕微鏡補助装置は一般に「マイクロマニピュレータ」または単に「マニピュレータ」などと呼ばれている。 A microscope auxiliary device including a movable portion of the operating means is attached to the microscope in order to move the operating means such as a pipette, probe, tweezers, etc. (hereinafter referred to simply as the operating means) for mechanically manipulating an object in three-dimensional directions. Installed and used. This microscope auxiliary device is generally called a "micromanipulator" or simply a "manipulator".
顕微鏡補助装置の操作手段可動部は、取り付けられた操作手段を三次元方向に移動可能に、アクチュエータを組み合わせて構成されている。三次元方向とは、フォーカス調整のための光軸方向と、光軸方向に直交する平面方向の移動を合わせていわゆるXYZの三次元方向である。 The operating means movable portion of the microscope auxiliary device is configured by combining actuators so that the attached operating means can be moved in three-dimensional directions. The three-dimensional direction is the so-called XYZ three-dimensional direction, which is a combination of the optical axis direction for focus adjustment and the movement in the plane direction orthogonal to the optical axis direction.
特許文献1には、撮像手段で取得した画像情報からマイクロマニピュレータを制御する例が開示されている。また、非特許文献1には、マイクロマニピュレータを用いた細胞操作について開示されている。
しかしながら、微細な対象物を観察するための対物レンズは倍率が高く、視野と焦点深度が狭い。なお、焦点深度とは、焦点が合っているように見える範囲のことをいう。 However, the objective lens for observing minute objects has a high magnification and a narrow field of view and a narrow depth of focus. Note that the depth of focus refers to the range in which an object appears to be in focus.
焦点深度の外側には、焦点が合ってはないが被写体が認識可能な範囲が存在し、更にその外側では被写体はまったく認識できない。以下、焦点が合っているように見える範囲である通常の「焦点深度」に対して、その外側の焦点が合ってはないが被写体が認識可能な範囲を「認識深度」と定義し、視野(XY方向)まで含めた3次元空間を「認識領域」と定義する。XYZの定義については各図に示されるように、顕微鏡の光軸方向をZとし、顕微鏡正面から向かって左右方向をXとし、奥行方向をYとし、それぞれの矢印方向をプラス方向とする。また、丸印の中央に点を記した記号は紙面手前がプラス方向で、丸印の中央に×を記した記号は紙面奥がプラス方向であることを意味する。 Outside the depth of focus, there is an out-of-focus range in which the subject can be recognized, and further outside the range, the subject cannot be recognized at all. In the following, we will define the range outside of the normal "depth of focus", which is the range that appears to be in focus, as the "perceived depth", which is the range that the subject can recognize even though it is out of focus. XY direction) is defined as a "recognition area". Regarding the definition of XYZ, as shown in each figure, Z is the optical axis direction of the microscope, X is the left-right direction when viewed from the front of the microscope, Y is the depth direction, and each arrow direction is the plus direction. A dot in the center of a circle means that the front side of the paper is in the positive direction, and a symbol with an X in the middle of the circle means that the back side of the paper is in the positive direction.
図16(a)は、顕微鏡100の正面方向から、操作手段10とそれに焦点を合わせる顕微鏡の対物レンズ400のイメージを示した図である。対象物が細胞などである場合、培養液中に対象物を浸す必要があり、その培養液を満たすシャーレの外壁を避けて対象物に操作手段10の先端を届かせる必要がある。そのため、操作手段10は顕微鏡の光軸方向に対して鋭角の角度をなす方向に延在している。図16(a)において、D1は顕微鏡視野、D2は認識深度を示しているが、操作手段10、D1、D2の寸法は非常に小さいので図を見やすくするため縮尺を無視して誇張して描かれている。
FIG. 16(a) is a diagram showing an image of the operation means 10 and the
図16(b)は、図16(a)のA領域を拡大し、操作手段10、顕微鏡視野D1、認識深度D2を同一の縮尺で描いた図である。ある40倍の対物レンズの例を挙げると、顕微鏡視野の認識領域16の直径D1が0.6mm、D2が0.2mm程度である。例えば、操作手段10の先端の寸法D3を0.01mmとすると、操作手段10の先端と、認識深度の光軸方向の中心との、光軸方向の距離LZが0.1mm以上になると、操作手段10を顕微鏡視野内で認識することができない。
FIG. 16(b) is an enlarged view of area A in FIG. 16(a), showing the operating means 10, the microscope visual field D1, and the recognition depth D2 on the same scale. To give an example of a 40× objective lens, the diameter D1 of the
図16(c)は、図16(a)のA領域を拡大し光軸方向から眺めた拡大図である。操作手段10の先端と、顕微鏡視野D1の中心との光軸に垂直な方向の距離LXYが0.3mm以上になると、操作手段10の先端を顕微鏡視野内で認識することができない場合がある。
FIG. 16(c) is an enlarged view of the area A in FIG. 16(a), viewed from the optical axis direction. If the distance LXY in the direction perpendicular to the optical axis between the tip of the operating means 10 and the center of the microscope visual field D1 is 0.3 mm or more, the tip of the
このように視野方向D1と光軸方向D2いずれも狭い認識領域16の中に、操作手段10の先端を入れることは極めて困難である。よって、通常、認識領域16の広い低倍率の対物レンズで、操作手段10の先端を認識領域16の中心に入れて、段階的に倍率を上げて最終的に観察に適した高倍率の対物レンズの認識領域16の中に、操作手段10の先端を導く。現状では、通常はこれらの作業を操作者が全て手動で行っているため、非常に時間がかかる。
Thus, it is extremely difficult to insert the tip of the operating means 10 into the
そこで本発明は、操作時間を短縮することが可能な顕微鏡補助装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a microscope auxiliary device capable of shortening the operation time.
本発明の一側面としての顕微鏡補助装置は、顕微鏡の視野内で対象物を操作するための操作手段を移動させることが可能な可動部と、前記顕微鏡から得られる画像を参照して前記可動部の移動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記顕微鏡の光軸方向の成分を含む方向であって走査開始位置に前記操作手段を移動させる第1の処理と、前記第1の処理における移動方向と平行でない軌跡を少なくとも一部は有するような軌跡を移動させる第2の処理とを、それぞれ行うことで、前記操作手段の一部を顕微鏡視野内に合焦させ、前記第2の処理における前記操作手段の移動量は、前記第1の処理における前記操作手段の移動方向における前記顕微鏡の認識領域の幅の最大値以上であることを特徴とする。 A microscope auxiliary device as one aspect of the present invention includes a movable part capable of moving an operation means for manipulating an object within a field of view of a microscope, and an image obtained from the microscope. a control means for controlling the movement of the control means, wherein the control means performs a first process of moving the operation means to a scanning start position in a direction including a component in the optical axis direction of the microscope; and a second process of moving a trajectory that has at least a part of the trajectory that is not parallel to the moving direction in the process of 1), thereby focusing a part of the operation means in the microscope field of view, and The amount of movement of the operating means in the second process is equal to or larger than the maximum width of the recognition area of the microscope in the moving direction of the operating means in the first process.
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。 Other objects and features of the invention are illustrated in the following examples.
本発明によれば、操作時間を短縮することが可能な顕微鏡補助装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microscope auxiliary device capable of shortening the operation time.
まず、図16(a)~(c)を用いて説明した視野方向D1と光軸方向D2いずれも狭い認識領域16の中に、操作手段10の先端を入れるための作業の一部を自動で行う場合について検討する。図17は、認識領域16の対物レンズ側に操作手段進入禁止領域PH(顕微鏡におけるステージや観察対象物、対物レンズなど)があるような系において、自動で操作手段10を認識領域16に導くための手順を示す図である。操作手段10は不図示の制御手段で制御されるものとする。制御手段は操作手段10の形状が所定の誤差を持つことを考慮して、認識領域16よりもZ方向でプラスの位置(操作手段進入禁止領域PHから、認識領域16をはさんで反対側)でXY方向に走査を行い、操作手段10を認識領域16に導けたかどうかの判定を行う。このように操作手段10をXY方向に移動させて認識領域16に導けたかどうかの判定を行う工程を走査工程と定義する。走査工程によって、操作手段10が認識領域16に導かれたと判断した場合、走査工程を停止する。走査工程によって操作手段10を認識領域16に導けなかった場合、制御手段はZ方向で操作手段10が認識深度16の範囲にないと判断し、Zマイナス方向にPだけ移動する。このように、前回の走査工程の終了位置から、次の走査工程の開始位置へと移動する工程を、走査開始位置移動工程と定義する。走査開始位置移動工程が終わると再度XY方向で走査工程を行う。この時、Pが認識深度D2より大きいと、走査開始位置移動工程によって認識深度D2を超えてしまう可能性が生じるため、Pは認識深度D2以内の値とする。すると、例えばある倒立顕微鏡の40倍の対物レンズの顕微鏡の視野では、認識深度D2が0.2mm程度であるため、約0.2mmごとに走査工程をすることになり、走査回数が増大してしまうことが考えられる。結果として、走査工程と走査開始位置移動工程をできるように装置を自動化したとしても、工程数が増えてしまい、結果として走査に時間がかかり、作業時間が増大してしまう可能性があった。
First, part of the work for inserting the tip of the operating means 10 into the
そこで、以下、高倍率の対物レンズの狭い認識領域の範囲内に自動で操作手段の先端を少ない工程で導くことで作業時間を短縮するための顕微鏡補助装置の構成と制御工程について説明する。 Therefore, the configuration and control process of a microscope auxiliary device for shortening the work time by automatically guiding the tip of the operating means within the narrow recognition area of the high-magnification objective lens in a small number of steps will be described below.
[実施例1]
図1は、本発明の顕微鏡補助装置の一例である操作手段可動部1L・1Rと、制御手段であるコントローラ2を倒立顕微鏡100に取り付けた状態の図である。図1(a)が顕微鏡補助装置全体を含む正面図で、図1(b)が顕微鏡の右側面図である。いずれも、図を見やすくするために、一部の寸法を誇張し、一部の部品を省略し、一部の内部の部品を点線ではなく実線で描いている。
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram of an
顕微鏡100は、上部の照明光学系101で、透明の観察皿102に置かれた対象物103を照明し、下部の観察光学系104で観察するものである。観察光学系104は対物レンズ104aを透過した光学像が、図示されていないその他のレンズや屈折光学系を経由して、接眼レンズ104bに導かれることで肉眼による観察を可能にしている。フォーカスは対物レンズ104aをZ方向に微小移動させることで調整できる。この微小移動は顕微鏡100に設けられたノブ105を回転することに連動して行われる。ノブ105の回転操作は図示されていない減速伝達機構を介して、対物レンズ104aの微小移動量に変換される仕組みになっている。図示されていないが対物レンズは低倍率から高倍率まで複数の対物レンズが切り替え可能に取り付けられている。観察光学系には図示されていない分光手段が設けられており、光学像を撮像手段106に結像できる。撮像手段106は専用機器でもよいし、一般のデジタルカメラを所定のマウントアダプタを介して取り付けてもよい。
A
顕微鏡補助装置の一部である操作手段可動部1L・1Rは、一般には「マイクロマニピュレータ」などと呼ばれ、顕微鏡100の左右に取り付けられる。操作手段可動部1L・1Rは、顕微鏡100の視野内で対象物103を操作するための操作手段10L・10Rを、顕微鏡100のXYZの三次元方向に移動させることができる。更に、ヨー、ピッチ、ロールの回転方向の軸を含んでいる場合もある。また、粗動用の高速駆動機構と微動用の高分解能駆動機構を個別に備えている場合もある。
The operation means
顕微鏡補助装置の一部であり、操作手段可動部1L・1Rの制御手段であるコントローラ2には、制御を行う要素として、全体を制御するCPU2aと、記憶部であるメモリ2fと、その他の周辺回路を備えている。その他の周辺回路として、左右の操作手段可動部1L・1Rの駆動機構を駆動する駆動回路L2bと駆動回路R2cや、撮像手段106で取得された画像を処理する画像処理回路2dが備えられている。画像処理回路2dは、撮像手段106で取得された画像に画像処理を施して、外部の表示装置200に映像として出力することもできる。顕微鏡補助装置は、これらの制御要素を有するコントローラ2を用いて、顕微鏡から得られる画像を参照して操作手段可動部1L・1Rの移動量を制御することができる。
The
駆動回路L2bと駆動回路R2cは、左右の操作手段可動部1L・1Rの三次元方向の移動を制御する機能を備えている。これによって、操作手段10L・10Rを三次元方向に移動させることで、操作手段10L・10Rの先端を認識領域16に誘導し、更に合焦させ、操作手段10L・10Rの先端を利用して対象物103を自在に操作することができる。
The driving circuit L2b and the driving circuit R2c have a function of controlling the movement of the left and right operation means
入力手段20L・20Rは、作業者が操作手段10L・10Rを動かすために、移動方向と移動量を入力する入力手段であり、一般には「ジョイスティック」などと呼ばれる。入力手段20L・20Rの上端を前後左右に変位させることでXY方向の移動量を入力することができ、上端を回転させることでZ方向の移動量を入力することができる。本実施例では、下端が支持され、上端を操作する構成となっているが、上端が支持され下端を操作するように吊り下げられた構成でもよいし、ボタンやダイヤルやタッチパネルなどと組み合わせても構成できる。コントローラ2には、入力手段20L・20Rから入力される各方向の移動量を読み取りCPU2aへ伝達する入力読取回路2eが設けられている。
The input means 20L and 20R are input means for inputting a movement direction and a movement amount in order for the operator to move the operation means 10L and 10R, and are generally called "joysticks" or the like. By displacing the upper ends of the input means 20L and 20R in the front, rear, left, and right directions, it is possible to input the amount of movement in the XY direction, and by rotating the upper end, it is possible to input the amount of movement in the Z direction. In this embodiment, the lower end is supported and the upper end is operated. However, the structure may be such that the upper end is supported and the lower end is hung so that the lower end can be operated. Configurable. The
以上の構成により、作業者は接眼レンズ104bを覗きながら、または、表示装置200の表示を見ながら、入力手段20L・20Rを操作して意図通りに操作手段10L・10Rを移動させることができる。また、設定されたプログラムに従い自動で三次元方向に移動するなどの自動動作も可能である。
With the above configuration, the operator can move the operating means 10L and 10R as intended by operating the input means 20L and 20R while looking through the
図2(a)は操作手段10Rの先端付近の外観図で、図2(b)は操作手段10Rの図2(a)の点線部の断面拡大図である。操作手段10R、10Lは構造が同一であるとし、以下動作の仕様に関しても10Rで説明するが、要件を満たす範囲内で10Lを10Rと別の構造としてもよく、本実施例において操作手段10Lの構造を特に限定するものではない。 FIG. 2(a) is an external view of the vicinity of the tip of the operating means 10R, and FIG. 2(b) is a cross-sectional enlarged view of the dotted line portion of FIG. 2(a) of the operating means 10R. The operation means 10R and 10L are assumed to have the same structure, and the operation specifications will be described below with reference to 10R. The structure is not particularly limited.
11は操作手段10Rの先端に着脱可能に装着されるピペットである。ピペット11は図2(a)に示されるように根本から所定の長さは、ストレート形状であるピペットストレート部11aを有する。そして、先端に近づくと徐々に細くなるテーパー部11bがあり、さらに所定の長さのピペット微細ストレート部11cがあり、ピペット屈曲部11dがあり、ピペット先端11eが形成されている。ピペットストレート部11aは図2(b)に示されるように中空形状となっており、ピペット先端11eまで連続して中空形状である。そのため、気体や液体などの流体を、ピペットストレート部11aの端の開口部から、ピペット先端11eに通過させることが可能となっている。
A
12はピペット固定部材である。13は主軸である。14は弾性保持部材である。15はインナーチューブである。弾性保持部材14はシリコーンゴムなどの弾性部材でチューブ状に形成されており、両端からインナーチューブ15とピペット11を差し込んで保持することが可能である。また、弾性保持部材14の内径はピペット11の外径およびインナーチューブ15の外径よりも小さくなっており、インナーチューブ15からピペット先端11eに流体を漏れなく通過させることが可能となっている。主軸13は不図示の後端まで中空となっており、インナーチューブを通すことが可能となっている。また、主軸13の先端には弾性保持部材14を保持する空間があり、ピペット11とインナーチューブ15を保持した状態で保持可能となっている。また、主軸13の外側には雄ネジ、固定部材12の内側には雌ねじがそれぞれ形成されており、十分な強度で固定することが可能である。固定部材12にはピペット11を通すための穴が開いており弾性保持部材14を固定してピペット11を保持可能な構成となっている。以上のように、ピペット11を弾性部材14に差し込んで保持しているため、取り付け誤差を持つ構成になっている。さらに、ピペット11の軸方向の寸法は、製造誤差が大きいため、ピペット先端11eの軸方向の位置については取り付け誤差が大きくなっている。
12 is a pipette fixing member. 13 is the main shaft. 14 is an elastic holding member. 15 is an inner tube. The elastic holding
図3(a)は操作手段10RをZプラス方向から眺めた図で、図3(b)は操作手段10RをYマイナス方向から眺めた図である。ピペット先端11eは、操作手段10Rと操作手段可動部1Rとの取り付け誤差、操作手段可動部1Rと顕微鏡100の取り付け誤差、操作手段可動部1Rそのものの機械的な誤差によって理想的な位置からずれが生じる。さらに、ピペット11の弾性保持部材14への前述した挿入量と、ピペット11の製造誤差によって、軸方向に大きな取り付け誤差を生じる。そのため、顕微鏡補助装置のコントローラ2がピペット先端11eを所望の位置(x、y、z)に移動できたと判断しても、所定の誤差が生じてしまい所望の位置(x、y、z)には存在しない可能性が高い。ここで、生じる誤差を盛り込んで、ピペット先端11eが存在する可能性のある領域を操作手段先端存在領域11fと定義する。また、この操作手段先端存在領域11fはコントローラ2に記憶されている。本実施例では操作手段先端存在領域11fは弾性保持部材14への挿入量の誤差が大きいことを考慮して、軸方向に長い形状の円筒形としている。操作手段先端存在領域11fは、操作手段可動部1Rの機械構成や操作手段10Rの機械構成によって様々な形状となる可能性があり、本実施例によってその形状は限定されない。装置を設計する際の誤差計算によって様々な形態を想定する必要がある。
FIG. 3(a) is a view of the operating means 10R viewed from the Z-plus direction, and FIG. 3(b) is a view of the operating means 10R viewed from the Y-minus direction. The
以下、顕微鏡補助装置の特徴である高倍率の対物レンズの狭い認識領域の範囲内に自動で短時間に操作手段10L・10Rの先端を導く動作について説明する。 The operation of automatically guiding the tips of the operating means 10L and 10R within a short period of time within the range of the narrow recognition area of the high-magnification objective lens, which is a feature of the microscope auxiliary device, will be described below.
図4は本実施例におけるピペット11を認識する方法を説明するための図である。発明を実施するための形態の最初の段落で述べたように、ピペット先端11eという微小な形状を、直接認識領域16に導くために、走査開始位置移動工程の移動量を細かくすると、時間がかかってしまう。そこで、本実施例においては、最終目標はピペット先端11eを認識領域16内に導くことであるが、はじめはピペット微細ストレート部11cまたは、ピペットテーパー部11bまたは、ピペットストレート部11aを認識領域16に導くことを目標にする。図4(a)にはピペット11が認識領域16のZプラス方向に逸脱した位置d、ピペット11が認識領域16のZプラス方向の端を通る位置e、ピペット11が認識領域16の中心を通る位置fが示されている。また、図4(a)にはピペット11が認識領域16のZマイナス方向の端を通る位置gが示されている。また、図4(a)にはピペット11が認識領域16のZマイナス方向に逸脱した位置h、位置hからX方向にピペット11を移動して認識領域16をピペット11の一部が通過する位置hhが示されている。図4(b)の(d)(e)(f)(g)(h)(hh)は、ピペット11が位置d~hhに存在する時の、顕微鏡視野の模式図である。図4(b)の(e)では、ピペット11が顕微鏡視野16のXマイナス端を通過しているので、顕微鏡視野では左端にピペット11の像を認識することが可能である。図4(b)の(f)では、ピペット11が顕微鏡視野16の中央を通過しているため、中央近傍に、X方向に伸長してピペット11の像を認識することが可能である。また、顕微鏡視野16の中央では一部が合焦するため、ピペット11のエッジが顕著に観察可能である。図4(b)の(g)では、ピペット11が顕微鏡視野16のXプラス端を通過しているので、顕微鏡視野には右端にピペット11の像を認識することが可能である。図4(b)の(h)では、ピペット11が認識領域16を通過していないため、顕微鏡視野でピペット11を認識することはできない。このとき、XY方向の走査を実行し、hhのような位置にピペット先端11eを移動させることで、図4(b)の(hh)のようにピペット11の像を認識することが可能となる。以上のように、ピペット11の一部を認識領域16に導くようにすることで、例えば、位置dから位置hへ認識深度D2より、明らかに長い距離の走査開始位置移動工程を行っても、ピペット11を認識領域16に導くことが可能となる。よって、走査工程の回数を減少させることが可能となる。本実施例における、「走査開始位置移動工程」はピペットの一部が光軸方向に関して認識領域16と同じ高さにあるようなhのような位置まで移動できればよい。よって、必ずしも光軸方向の移動だけに限らず、光軸方向の成分を含む方向に移動すればよく、例えばピペット11の軸方向に移動してもよい。本実施例における「走査工程」は、走査開始位置からXY方向に走査し、hhの位置へ至る工程のことである。ここで「走査工程」はピペットの一部を認識領域16に導けなければならないので、XY方向に限らず、「走査開始位置移動工程」の方向と平行でない軌跡を少なくとも一部は有することが必要である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a method of recognizing the
もしも発明を実施するための形態の最初の段落で述べたように、走査開始位置移動工程と走査工程を、認識深度D2以内の距離で繰り返してしまうと、工程数が増えてしまい、作業時間がかかってしまう。本実施例では、走査開始位置移動工程において、走査開始位置移動工程の方向における顕微鏡の認識領域の幅の最大値以上の距離を(図4のdからhまで)移動した後に、hからhhまで移動するような走査工程とする。これによって、大幅に工程数を削減し作業時間を短縮することが可能となる。 If, as described in the first paragraph of the mode for carrying out the invention, the scanning start position moving process and the scanning process are repeated at a distance within the recognition depth D2, the number of processes will increase, and the work time will be increased. It takes. In the present embodiment, in the scanning start position moving step, after moving a distance equal to or larger than the maximum width of the recognition area of the microscope in the direction of the scanning start position moving step (from d to h in FIG. 4), from h to hh The scanning process is such that it moves. This makes it possible to greatly reduce the number of processes and shorten the working time.
ここで、本実施例におけるワーキングディスタンスについて説明する。一般的に対物レンズから認識領域までの光軸方向の距離をワーキングディスタンスという。又、対物レンズの上部には対象物を設置するステージがあり、操作手段が干渉してしまうためステージ上面より下には操作手段は侵入できない。この領域を操作手段侵入禁止領域と定義する。操作手段侵入禁止領域から認識領域までの光軸方向距離は、対物レンズのワーキングディスタンスと、対物レンズの光軸方向の位置に依存して変化する。この距離を「対物レンズのワーキングディスタンス」と区別して、「ステージのワーキングディスタンス」と定義する。対物レンズがステージの下部にある限り、対物レンズのワーキングディスタンスよりステージのワーキングディスタンスの方が小さい。以下、ピペット11の先端を認識領域内に誘導する方法について操作手段先端存在領域11fの光軸方向の距離が、ステージのワーキングディスタンスより小さい場合と、大きい場合の二通りに場合分けして説明する。
Here, the working distance in this embodiment will be explained. Generally, the distance in the optical axis direction from the objective lens to the recognition area is called working distance. Moreover, there is a stage on which an object is placed above the objective lens, and the operating means cannot enter below the upper surface of the stage because the operating means interferes with the stage. This area is defined as an operating means intrusion prohibited area. The distance in the optical axis direction from the operating means intrusion prohibited area to the recognition area changes depending on the working distance of the objective lens and the position of the objective lens in the optical axis direction. This distance is defined as the "working distance of the stage" to distinguish it from the "working distance of the objective lens". As long as the objective lens is below the stage, the working distance of the stage is smaller than the working distance of the objective lens. The method for guiding the tip of the
まず、図5から図8を用いて、操作手段先端存在領域11fの光軸方向の距離が、ステージのワーキングディスタンスより小さい場合の動作方法について説明する。本実施例においては、走査工程はXY平面上での運動とし、走査開始位置移動工程を直線運動としているが、特に限定をするものではない。
First, with reference to FIGS. 5 to 8, a description will be given of an operation method when the distance in the optical axis direction of the
図5(a)は操作手段10Rが初期位置にあるときの、ピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図5(b)はYマイナス方向から眺めた図である。点線で示したピペット11は、コントローラ2が指示した、誤差がなかった場合にピペット11が存在する位置である。実線で示したピペット11rは、操作手段先端存在領域11fの範囲内でピペット11が誤差によりずれた位置に存在している例を示している。図5(a)において、操作手段先端存在領域11fのY方向の幅は認識領域の直径Dよりも大きい。また、図5(b)において、操作手段先端存在領域11fのZ方向の幅d2は、操作手段進入禁止領域PHと認識領域16との距離d1よりも小さい。図5(c)はこの時の顕微鏡視野の様子を示す。図5(c)においてはピペット11rが認識領域の外側にあるため、顕微鏡視野では確認ができない。
FIG. 5(a) is a view of the
図6は、ピペット11が図5の初期位置から1回目の走査開始位置移動工程によって1回目の走査工程を開始する位置まで移動した状態を示す。図6(a)はピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図6(b)はYマイナス方向から眺めた図である。図6(c)はこの時の顕微鏡視野の様子を示している。1回目の走査開始位置移動工程では、コントローラ2は操作手段先端存在領域11fがステージのワーキングディスタンスd1に内包され、誤差がなかった場合のピペット11が、認識領域16の中心を通過する位置にピペット11を移動するように指示をする。しかしながら、実線で示したピペット11rは、図5で説明した通り、ピペット11が誤差によりコントローラ2が指示した位置からずれて存在している。この時ピペット11rが認識領域16を通過していないため、図6(c)で示すように顕微鏡視野ではピペット11を確認できない。よってコントローラ2はピペット11を認識することができない。その場合、コントローラ2は操作手段可動部1Rに、ピペット11の1回目の走査工程をする指示を出す。ここで、1回目の走査開始位置移動工程で、ピペット11に誤差がなかった場合にピペット11が認識領域16の中心を通過する位置まで移動し、そこから1回目の走査運動を開始する。これは、この近傍にピペット11rが存在する存在確率が高く、少しでも時間を短縮するための配慮である。
FIG. 6 shows a state in which the
操作手段可動部1Rはコントローラ2の指示によってX方向および、Y方向に操作手段10Rを所定の動作で動かし、ピペット11rの一部が認識領域16に導けたと判断した場合、ピペット11rの一部を認識領域16の中央に移動させて走査を終了する。いずれの場合でも、操作手段先端存在領域11fは、操作手段進入禁止領域PHには進入しないため、ピペット11rが操作手段先端存在領域11fのどの位置に存在してもピペット11rが操作手段進入禁止領域PHに侵入することはない。
The operation means
図7(a)は1回目の走査工程終了後の、ピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図7(b)はYマイナス方向から眺めた図で、図7(c)はその時の顕微鏡視野を示す図である。図7(c)では顕微鏡視野で確認できるピペット11rの像を模式的に示している。ピペット11rの像は、中央付近では、実線で示したような位置で上下のエッジが結像してシャープネスが高くなっており、左右方向に徐々にぼやけた像となっている。コントローラ2はピペット11の像を認識領域16の中央付近に導けたと判断すると、走査工程を終了する。次に、コントローラ2は、前記操作手段の形状に沿って操作手段可動部1Rを動作させ、ピペット先端11eを認識領域16に導く「操作手段先端捕捉工程」を実行する。操作手段先端捕捉工程では、第1の動作として操作手段可動部1Rに図7(b)の矢印で示したピペット11rの軸方向に、ピペット11r動かす指示を出す。
FIG. 7(a) is a view of the
図8(a)はピペット屈曲部11dが認識領域16の中央付近に導かれた状態の図である。第1の動作によってピペット屈曲部11dが認識領域に導かれると、図8(c)のように、図7(c)と像の形状、が変化する。図8(c)では、ピペット屈曲部11dが略水平となっているため、上下のエッジが結像してシャープネスが高い領域が左右方向に延伸している。図7(c)と像の形状が変化したことによって、コントローラ2はピペット屈曲部11dが認識領域16に導かれたことが判断できる。コントローラ2は、ピペット屈曲部11dが認識領域に導かれると、第2の動作としてピペット先端11eが認識領域16の中央に位置するように操作手段可動部1Rに指示を出し、操作手段10Rを移動させ、ピペット先端11eを認識領域16の中央に導く。
FIG. 8(a) shows a state in which the pipette
図9はピペット先端11eが認識領域16の中央に導かれた状態を示す。ピペット先端11eが認識領域16中央付近にある場合、図9(c)のようにエッジのシャープネスが高い先端形状が出現する。コントローラ2は、ピペット11eを認識領域中央付近に導けたと判断すると、操作手段先端捕捉工程を終了する。以上説明した通りの手順でコントローラ2は、認識領域に操作手段の像があることを認識した場合、操作手段の形状に沿って操作手段可動部を動作させ、操作手段の先端を認識領域に導く。
FIG. 9 shows a state in which the
以上のように操作手段先端存在領域11fのZ方向の幅d2が、ステージのワーキングディスタンスd1よりも小さい場合、1回の走査開始位置移動工程と、1回の走査工程によってピペット先端11aを認識領域16に導くことが可能となる。これにより、発明を実施するための形態の最初の段落で述べたような走査方法だと、最大でd2÷D1回の走査をしなければ発見できなかったピペット先端11eを、1回の走査工程で認識領域16に導くことが可能となる。
As described above, when the width d2 in the Z direction of the operating means
次に、図10から図14を用いて、操作手段先端存在領域11fの光軸方向の距離d2が、ステージのワーキングディスタンスより大きい場合の動作方法について説明する。
Next, the operation method when the distance d2 in the optical axis direction of the operating tool
図10(a)はピペット11が初期位置にあるときの、ピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図10(b)はYマイナス方向から眺めた図である。点線で示したピペット11は、コントローラ2が指示した位置である。実線で示したピペット11rは、ピペット存在領域11fの範囲内で、ピペット11が誤差によりずれた位置に存在している。図10(a)において、操作手段先端存在領域11fのY方向の幅は認識領域の直径Dよりも大きい。また、図10(b)において、操作手段先端存在領域11fのZ方向の幅d2は、ステージのワーキングディスタンスd1よりも大きい。図10(c)はこの時の顕微鏡視野の様子を示す。図10(c)においてはピペット11rが認識領域の外側にあるため、コントローラ2はピペット11を認識することができない。
FIG. 10(a) is a view of the
図11は、ピペット11が図10の初期位置から1回目の走査開始位置移動工程によって1回目の走査工程を開始する位置まで移動した状態を示す。図11(a)はピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図11(b)はYマイナス方向から眺めた図である。1回目の走査位置移動工程では、コントローラ2は操作手段先端存在領域11fがZ方向で操作手段進入禁止領域PHに侵入しないかつ、誤差がない場合のピペット11が、認識領域16の中心を通過する位置にピペット11を移動するように指示をする。しかしながら、実線で示したピペット11rは、図10で説明したのと同様に、誤差によりコントローラ2が指示した位置からずれて存在している例を示している。図11(c)はこの時の顕微鏡視野を示している。この時も、認識領域16をピペット11rが通過していないため、コントローラ2はピペット11を認識できない。その場合、コントローラ2は操作手段可動部1Rに対して、ピペット11の1回目の走査工程をする指示を出す。ここで、ピペット11に誤差がなかった場合に、ピペット11が認識領域16の中心を通過する位置まで移動し、そこから1回目の走査運動を開始するのは、この近傍にピペット11rが存在する存在確率が高く、少しでも時間を短縮するための配慮である。
FIG. 11 shows a state in which the
操作手段可動部1Rはコントローラ2の指示によってX方向および、Y方向にピペット11を所定の動作で動かし、ピペット11rの一部が認識領域16に導けたと判断した場合、ピペット11rの一部を認識領域16の中央に移動させて走査を終了する。しかし、図11(b)に示すようにピペット11の全体が認識領域16に対してZプラス方向にずれた位置に存在した場合、XY方向に走査してもピペット11を認識領域16に導くことができない。このように1回の走査工程でピペット11を認識領域16に導けなかった場合、ピペット11rは操作手段先端存在領域11fのうち、ピペット11が走査工程によって認識領域16を通過しているとはいえない領域に存在していると判断できる。ここで、ピペット11が走査工程によって認識領域16を通過しているとはいえない領域を第1ピペット未走査領域11gとよぶ。そこで、コントローラ2は、第1ピペット未走査領域11gを走査するために、操作手段可動部1Rに2回目の走査開始位置移動工程を実行する指示をだす。
The operation means
図12は2回目の走査開始位置移動工程を実行した後の状態を示す。図12(a)はピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図12(b)はYマイナス方向から眺めた図である。図12(c)はこの時の顕微鏡視野の様子を示している。2回目の走査開始位置移動工程ではコントローラ2は、第1ピペット未走査領域11gがZ方向において、認識領域16と操作手段進入禁止領域PHの間に含まれ、ピペット先端11eが第1ピペット未走査領域11gの重心に存在した場合にピペット11が認識領域16の中心を通るような位置(図11bの2点鎖線)にピペット11を移動する。また、第1ピペット未走査領域は操作手段進入禁止領域PHに進入してはならない。つまり、2回目の走査開始位置移動工程の開始位置と終了位置の距離は、走査開始位置移動工程の開始位置と終了位置を結んだ方向における、認識領域16の幅と、認識領域と操作手段進入禁止領域PHの距離d1の和より小さい。第1ピペット未走査領域11gの重心を起点にするのは、2回目の走査開始位置移動工程が終了した時点でピペット11が認識領域16に導かれる可能性を高めるためと、2回目の走査工程の移動距離を短くするためで、少しでも時間を短縮するための配慮である。この時も図12(b)ではピペット11rは認識領域16を通過していない。その場合、コントローラ2は操作手段可動部1Rにピペット11の走査工程をする指示を出す。
FIG. 12 shows the state after the second scan start position movement process is executed. 12(a) is a view of the
操作手段可動部1Rはコントローラ2の指示によってX方向および、Y方向に操作手段10Rを所定の動作で動かす指示を出す。そして、ピペット11rの一部が認識領域16に導けたと判断した場合、ピペット11rの一部を認識領域16の中央に移動させて走査工程を終了する。いずれの場合でも、操作手段先端存在領域11fは、操作手段進入禁止領域PHには進入していないため、ピペット11rがピペット先端未走査領域11gのどの位置に存在しても、ピペット11rが操作手段進入禁止領域PHに侵入することはない。
The operation means
図13(a)は2回目の走査工程終了後のピペット11と認識領域16をZプラス方向から眺めた図で、図13(b)はYマイナス方向から眺めた図で、図13(c)はその時の顕微鏡視野を示す図である。図13(c)ではピペット11rの像を模式的に示している。ピペット11rの像は、中央付近では、実線で示したような位置で上下のエッジが結像してシャープネスが高くなっており、左右方向に徐々にぼやけた像となっている。認識領域16内のピペット11rの像が中央付近に導けたと判断すると、コントローラ2は操作手段可動部1Rに図13(b)の矢印で示したピペット11rの軸方向に、ピペット11r動かす指示を出す。以下、前述の図8から図9に至る方法と同じ方法で、ピペット先端11eを認識領域16に導くことが可能となる。これにより、発明を実施するための形態の最初の段落で述べたような走査方法だと、最大でd2÷D1回の走査をしなければ発見できなかったピペット先端11eを、2回の走査運動で認識領域16に導くことが可能となる。
FIG. 13(a) is a view of the
図14では、走査工程および、走査開始位置移動工程を模式的に示している。図14(a)はZプラス方向からみた走査工程の一例を示す図である。<2><3><4><5>については後述する。11fは操作手段先端存在領域をXY平面で切断した断面である。操作手段先端存在領域11fと、認識領域16が図14(a)のような関係であった場合、図の矢印で示されるような走査工程をすることによって、ピペット11fの全領域を走査することが可能となる。図14(b)は1回目の走査工程から2回目の走査工程までを立体的に示した図である。コントローラ2は1回目の走査開始位置移動工程により、ピペット11の誤差がなかった場合の位置を図14(b)点線の位置に移動する。次に、<1>から<5>のようにXY平面内で走査工程を開始する。この<2><3><4><5>は図14(a)の<2><3><4><5>と対応している。走査工程のうち<1>から<5>までの動作を実行してもピペット11が認識領域16に導けなかった場合、先に示したようにピペット11は2回目の走査開始位置移動工程<6>により2回目の走査工程を開始する位置まで移動する。次に2回目の走査工程のうち、<7>から<10>の動作を実行し、ピペット11を認識領域16に導くことを試みる。本実施例においては、2回の走査工程の、<2>と<7>、<3>と<8>、<4>と<9>、<5>と<10>を同一の運動で示しているが、ピペット存在領域11fの形状によって適宜変更しても構わない。コントローラ2はこの指示を、ピペット11が認識領域16に導けるか、ピペット未走査領域11gが0になるまで実行し、ピペット未走査領域11gが0になってもピペット11が認識領域16に導けない場合、作業者へのエラー通知処理を実行する。エラー通知処理は例えばピペット11を初期位置に移動したうえで、表示装置200にエラーが発生したことを表示し、作業者に知らせるといったことが考えられる。
FIG. 14 schematically shows the scanning process and the scanning start position moving process. FIG. 14(a) is a diagram showing an example of the scanning process viewed from the Z plus direction. <2><3><4><5> will be described later. 11f is a cross section obtained by cutting the operating means tip existing region along the XY plane. In the case where the
以上の通り、操作手段先端存在領域11fの光軸方向の距離が、ステージのワーキングディスタンスより小さい場合と大きい場合について場合分けして動作を説明した。前述の通り小さい場合の方が大きい場合より短時間で動作を終了することができる。従って、ステージのワーキングディスタンスは、可及的に大きい方がよい。この距離は対物レンズのワーキングディスタンスと、対物レンズの光軸方向の位置に依存する。対物レンズのワーキングディスタンスは対物レンズに固有の値であるが、対物レンズの光軸方向の位置は作業者が変化させることができ、通常の顕微鏡ではその位置を検知することはできない。従って、モニタなどのUIを介して作業者へ対物レンズを可及的に高い位置に移動させることを促し、ステージのワーキングディスタンスを可及的に大きくする配慮をする必要がある。対物レンズの光軸方向の位置を検出することができるセンサを顕微鏡側に設けることができれば、対物レンズの位置を更に高い位置に移動させるようにモニタなどのUIを介して作業者へ警告することも可能である。又、検出された対物レンズの光軸方向の位置と対物レンズのワーキングディスタンスからステージのワーキングディスタンスを計算し、操作手段先端存在領域11fの光軸方向の距離と大小を比較して動作を条件分岐することもできる。
As described above, the operation has been described separately for the case where the distance in the optical axis direction of the operating means
次に走査開始位置移動工程の移動距離Pの大きさについて、図14(c)および図14(d)を用いて説明する。走査開始位置移動工程の方向がXY平面となす角度をθとすると、通常ピペット先端11eを検出するためには、走査開始位置移動工程の移動距離Pを走査開始位置移動工程の方向θにおける認識領域16の幅の最大値δ以下に設定する。しかしながら、本実施例においてはピペット11の一部を走査開始位置移動工程と走査工程の組み合わせによって検出を行うため、最大で図14(d)のPMのとすることができる。ここで、PMとδの関係について説明する。図14(c)(d)の幾何的な計算により2式を得る。
Next, the size of the moving distance P in the scanning start position moving step will be described with reference to FIGS. 14(c) and 14(d). Assuming that the angle formed by the direction of the scanning start position moving step and the XY plane is θ, the moving distance P of the scanning starting position moving step is set to the recognition area in the direction θ of the scanning starting position moving step in order to normally detect the
ここで、0°≦θ≦90°より
0≦sin2θ≦1
-1≦cos2θ≦1
よって、
Here, 0 ≤ sin2θ ≤ 1 from 0° ≤ θ ≤ 90°
−1≦cos2θ≦1
Therefore,
以上より、認識領域16と操作手段進入禁止領域の距離d1の2倍と、認識距離16の厚みD1の和が認識領域16の直径D2より大きければ、走査開始位置移動工程の方向θに関わらずPM≧δとなる。つまり、走査開始位置移動工程の方向θによらず、走査開始位置移動工程の移動量の最大値PMを、前記走査開始位置移動工程の方向θにおける認識領域16の幅の最大値δ以上とすることが可能となっている。
From the above, if the sum of twice the distance d1 between the
以上より、本実施例では、発明を実施するための形態の最初の段落で述べたような方法でピペット先端11eを検出する場合よりも走査開始位置移動工程の距離を大きくとれるため、工程数を削減し作業時間の短縮に効果的である。例としてD1=0.2mm、D2=0.6mm、D1=3mm、θ=30°とした場合PM=6.4mmとなり、δ=0.62mmとなり、走査開始位置移動工程の最大値を約10倍大きく取れる。つまり、走査工程の回数を大きく削減することが可能となる。
As described above, in this embodiment, the distance of the scanning start position moving step can be set larger than in the case of detecting the
次に、図15を用いて走査位置移動工程と、走査工程を合成した場合の動作例を説明する。図15(a)は図14で示した動作と同様の走査開始位置移動工程と、走査工程を、3回目の走査開始位置移動工程終了するまで(動作<11>)示している。図15(b)は走査位置移動工程と、走査工程を合成した場合の動作を示している。1回目の走査開始位置移動工程の後、1回目の走査工程の内<1>の動作を実行する。次に1回目の走査工程の動作のうち<2>、<3>、<4>、<5>の運動と<6>の走査開始位置移動工程を合成した<2>b、<3>b、<4>b、<5>bの運動を実行する。さらに、2回目の走査工程の動作のうち<7>、<8>、<9>、<10>の運動と、<11>の走査開始位置移動工程を合成した<7>b、<8>b、<9>b、<10>bの運動を実行し、以降も同様に続けて実行する。このように走査工程と走査位置移動工程を合成した場合、図15(b)に示すような周期的な運動となる。1周期あたりの走査開始位置移動工程で移動する距離を、図15(b)に示すように、P1、P2・・・とする。発明を実施するための形態の最初の段落で述べたような方法では、ピペット11先端11eを直接認識領域16に導くためには、P1、P2・・・をそれぞれ認識領域16の幅よりも小さくする必要があった。本実施例においては、先に示した走査開始位置移動工程と走査工程を合成しない場合と同様に、走査開始位置移動工程の方向θによらず、走査開始位置移動工程により移動する距離P1、P2・・・が、認識領域16の幅の最大値δ以上とすることが可能となっている。本実施例では、<2>bから<5>bの運動と、<7>bから<10>bの運動が平行のため、全領域で上記のP1、P2・・・とδの関係(P≧δ)が成立可能であるが、必ずしも全領域で達成する必要はない。操作手段進入禁止領域PHの形状や、操作手段存在領域11fの形状によって、一部で不成立となっても構わない。このように、走査位置移動工程と走査工程の合成による運動により、ピペットが通過した箇所(例えば<2>b)を、再度平行移動したピペットが通過する(例えば<7>b)間に、ピペットが移動する距離(例えばP1)を、走査開始位置移動工程の方向における認識領域16の幅δ以上とする。これによって、従来の方法より大幅に工程数を削減し作業時間を短縮することが可能となる。走査開始位置移動工程と走査工程を合成した場合、空間内をより短距離で進むことになるため、走査開始位置移動工程と、走査工程を分離した場合よりも総移動距離は短くなる。
Next, an operation example when the scanning position moving process and the scanning process are combined will be described with reference to FIG. FIG. 15A shows a scanning start position moving step and a scanning step similar to the operation shown in FIG. 14 until the third scanning start position moving step is completed (operation <11>). FIG. 15B shows the operation when the scanning position moving process and the scanning process are combined. After the first scanning start position moving step, the operation <1> in the first scanning step is performed. Next, <2>b and <3>b that combine the movements of <2>, <3>, <4>, and <5> among the operations of the first scanning process and the scanning start position movement process of <6> , <4>b, and <5>b. Furthermore, <7>b and <8>, which combine the movements of <7>, <8>, <9>, and <10> among the operations of the second scanning process and the scanning start position moving process of <11> Exercises b, <9>b, and <10>b are executed, and the same continues thereafter. Combining the scanning process and the scanning position moving process in this way results in a periodic motion as shown in FIG. 15(b). As shown in FIG. 15B, let P1, P2, . . . In the method as described in the first paragraph of the mode for carrying out the invention, P1, P2, . . . I had to. In this embodiment, as in the case where the scanning start position moving process and the scanning process are not combined, the distances P1 and P2 moved by the scanning start position moving process are independent of the direction θ of the scanning start position moving process. . . can be equal to or greater than the maximum width .delta. In this embodiment, since the motion from <2>b to <5>b and the motion from <7>b to <10>b are parallel, the relationship between P1, P2, . P≧δ) can be established, but does not necessarily have to be achieved in all areas. Depending on the shape of the operating means entry prohibition area PH and the shape of the operating means existing
しかし、走査開始位置移動工程と走査工程を合成した場合、1周期目から光軸方向を含む方向にP1だけ動いてしまう。よって図15(c)に示すように、一回目の走査開始位置移動工程でピペット11を移動させる距離P1は、操作手段先端存在領域11fと操作手段進入禁止領域PHの距離以下となるようにする必要がある。よって、1回目の走査開始位置移動工程で操作手段先端存在領域11fを操作手段進入禁止領域PHに近づけるという点においては、走査開始位置移動工程と走査工程を分離した方が有利である。特に操作手段先端存在領域11fが、認識領域16と操作手段進入禁止領域PHの距離d1の間に収まるが、P1だけ操作手段進入禁止領域PHとの距離を離してしまうと収まらない場合は、走査開始位置移動工程と走査工程を分離した方が有利となる。一方で操作手段先端存在領域11fが長い場合は走査距離が短くなるため、走査開始位置移動工程と走査工程を合成した方が有利となる。2つの走査の考え方は、操作手段先端存在領域11fの形状や、認識領域16の形状、位置によって変更可能にしても良い。図15(d)は走査工程が2周期以上になる場合の2周期目の走査開始位置移動工程によってピペット11の軸方向へ移動できる距離P2の大きさを示す図である。1周期目の走査工程によって、ピペット先端11eが検出できなかった場合、ピペット先端11eが存在しないとわかっている領域と、ピペット先端11eを走査できていない第1ピペット未走査領域11g(斜線部)に分けることが可能である。図15(d)における第1ピペット未走査領域11gの形状は、走査工程および走査開始位置移動工程によって形状が様々異なり、本実施例では限定しない。1周期目の走査工程によって、認識領域16と操作手段進入禁止領域PHの間の大部分はピペット先端11eが存在しないことが明らかである。よって、2周期目の走査開始位置移動工程の距離の最大値P2は、第1ピペット未走査領域11gと操作手段進入禁止領域PHの走査開始位置移動工程方向の距離となる。以上のように走査工程と走査開始位置移動工程を合成する場合、1周期目の走査開始位置移動工程の距離より、2周期目以降の走査開始位置移動工程の距離を大きくとることで、より工程数を削減し作業時間を短縮することが可能となる。また、認識領域16内のピペット11rの像が中央付近に導けたと判断した場合の、コントローラ2の指示は、走査位置移動工程と、走査工程を分離した場合と同様で構わない。
However, when the scanning start position moving process and the scanning process are combined, the optical axis moves from the first cycle by P1 in the direction including the optical axis direction. Therefore, as shown in FIG. 15(c), the distance P1 by which the
以上のように操作手段先端存在領域11fのZ方向の幅d2が、操作手段進入禁止領域PHと認識領域との距離d1よりも大きい場合は、複数回の走査開始位置移動工程と、複数回の走査によってピペット先端11eを認識領域16に導くことが可能となる。もしくは複数回の走査開始位置移動工程と、複数回の走査の合成運動によってピペット先端11eを認識領域16に導くことが可能となる。また、通常の方法である走査開始位置移動工程の距離を、認識領域16における走査開始位置移動工程の幅δよりも大きくとれるため、走査開始位置移動工程や走査工程の回数を削減し、作業時間を短縮することが可能となる。
As described above, when the width d2 in the Z direction of the operating tool
いずれの場合でも、操作手段先端存在領域11fは、操作手段進入禁止領域PHには進入していないため、どのような誤差があってもピペット11は操作手段進入禁止領域PHに侵入することはない。
In either case, since the operating means
以上説明した通り、本実施例の顕微鏡補助装置によれば、高倍率の対物レンズの狭い認識領域の範囲内に自動で操作手段の先端を少ない工程で導くことで作業時間を短縮できる。 As described above, according to the microscope auxiliary device of the present embodiment, the work time can be shortened by automatically guiding the tip of the operating means within the range of the narrow recognition area of the high-magnification objective lens in a small number of steps.
[実施例2]
以下、本発明の第二の実施例の顕微鏡補助装置の特徴である高倍率の対物レンズの狭い認識領域の範囲内に自動で短時間に操作手段10L・10Rの先端を導く動作について説明する。なお、図1を用いて説明した顕微鏡補助装置と、それを取り付けた倒立顕微鏡を含む全体構成や、図2を用いて説明した操作手段10Rの構成は同一であるので説明を省略する。発明を実施するための形態の最初の段落で述べたように、ピペット先端11eという微小な形状を、直接認識領域に導くために、走査開始位置移動工程の移動量を細かくすると、時間がかかってしまう。そこで、最終目標はピペット先端11eを認識領域内に導くことであるが、本実施例においては着脱可能なピペットの先端部より寸法の大きい部分であるピペット固定部材12の周囲部を認識領域に導くことを最初の目標とする。
[Example 2]
The operation of automatically guiding the tips of the operating means 10L and 10R within a short period of time within the narrow recognition area of the high-magnification objective lens, which is the feature of the microscope auxiliary device of the second embodiment of the present invention, will be described below. The overall configuration including the microscope auxiliary device described with reference to FIG. 1 and the inverted microscope to which it is attached, and the configuration of the operating means 10R described with reference to FIG. As described in the first paragraph of the mode for carrying out the invention, if the amount of movement in the scanning start position movement process is made finer in order to directly guide the minute shape of the
最初に、図18を用いて本実施例における認識領域内に自動で操作手段10L・10Rの先端を導く動作の最初の工程である走査開始位置移動工程について説明する。 First, referring to FIG. 18, the scanning start position moving step, which is the first step of the operation of automatically guiding the tips of the operating means 10L and 10R into the recognition area in this embodiment, will be described.
図18において、図18(a)は顕微鏡光軸方向から見た図、図18(b)は顕微鏡光軸と直交する正面から見た図であり、操作手段10Rの一部であるペット11とピペット固定部材12と認識領域16の大きさをB1とB2で図示している。縮尺は図を見やすくするためやや誇張して描かれている。前述の通り、ピペット先端11eの位置は、操作手段10Rと操作手段可動部1Rとの取り付け誤差、操作手段可動部1Rと顕微鏡100の取り付け誤差、操作手段可動部1Rそのものの製造上の寸法誤差によって理想的な位置からずれが生じる。また、ピペットは先端11eだけでなく全体として細く、それに対して、高倍率の対物レンズは認識領域が狭いことも前述の通りである。
In FIG. 18, FIG. 18(a) is a diagram viewed from the direction of the optical axis of the microscope, and FIG. 18(b) is a diagram viewed from the front perpendicular to the optical axis of the microscope. The sizes of the
図18(a)(b)において、A0の太い実線は、ピペット11とピペット固定部材12が前述の誤差が全てばらつきの中心にあったとした場合の位置を示しており、このA0の位置が最も存在する確率が高い。又、A1~A6の細い点線は図示されたピペット11とピペット固定部材12が前述の誤差が+X、-X、+Y、-Y、+Z、-Zのそれぞれの方向にもっとも大きくばらついた場合の位置を示している。B1とB2はそれぞれ認識領域の大きさを示している。なお、実際には前述の通り、ピペット先端11eはピペット11のその他の部分より細いが、簡略化して均一な太さで描いている。ピペット11はピペット先端11eだけでなく全体としても認識領域B1の大きさに対して細い。従って、認識領域B1とA1~A6のピペット11の位置関係が示す通り、最も存在する確率が高いA0の位置へピペット11を移動させたとしても、前述の誤差を考慮すると認識領域16内にピペット11を必ず入れることができるとは限らない。しかし、ピペット固定部材12は認識領域B2の大きさに対して十分大きい。従って、まず、認識領域B2とA0~A6のピペット固定部材12の位置関係が示す通り、最も存在する確率が高いA0の位置を認識領域B2の中心に移動させる。そうすれば、結果的に前述の誤差を考慮してピペット固定部材12がA1~A6の範囲内のどの位置にあったとしても、認識領域B2内に必ずピペット固定部材12のいずれかの部分を入れることができる。
In FIGS. 18(a) and 18(b), the thick solid line of A0 indicates the position of the
以上の通り、例えばA0のように前述の誤差を考慮しても、ピペット固定部材12のいずれかの部分が認識領域B2内に必ず入るような位置へ、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを移動させる。この工程が、本実施例における走査開始位置移動工程である。なお、走査開始位置移動工程で移動が終了する位置は、A0のように前述の誤差が全てばらつきの中心にあったとした場合の位置と完全に一致していなかったとしてもよい。完全にA0に一致していなくても、前述の誤差を考慮しても認識領域B2内にピペット固定部材12のいずれかの部分を必ず入れることができる位置であればよい。走査開始位置移動工程で移動が終了する位置においては、認識領域B2にピペット固定部材12のいずれかの部分が入っているものの、勿論、焦点は合っているとは限らないし、場合によっては照明が対物レンズへ届かず、暗転状態で何も見えない場合もある。
As described above, the
以降は、実際の取り付け位置が、ばらつきの中心に対して-X方向、-Y方向、-Z方向の方向にずれている図19(a)(b)のA7のような取り付け位置である場合を例として説明する。この場合、図19(a)(b)のA7の太い実線の位置が、走査開始位置移動工程が終了した時点の位置となる。次に、図20以降を用いて本実施例における認識領域の範囲内に自動で操作手段10L・10Rの先端を導く動作の走査開始位置移動工程に続く工程である走査工程について説明する。 After that, when the actual mounting position is shifted in the -X direction, -Y direction, and -Z direction from the center of variation, as shown in A7 in FIGS. 19(a) and 19(b) will be described as an example. In this case, the position of the thick solid line A7 in FIGS. 19A and 19B is the position at the time when the scanning start position moving step is completed. Next, the scanning process, which follows the scanning start position moving process of the operation of automatically guiding the tips of the operating means 10L and 10R into the range of the recognition area in this embodiment, will be described with reference to FIG. 20 and subsequent figures.
図20(a)(b)は図18の走査開始位置移動工程が終了した位置が太い点線A7で示されており、点線A3とA4は図18と同じく+Y方向と-Y方向にもっとも大きくばらついた場合の位置を示している。 In FIGS. 20(a) and 20(b), the position where the scanning start position moving process of FIG. 18 is completed is indicated by a thick dotted line A7, and the dotted lines A3 and A4 show the greatest variation in the +Y direction and the −Y direction as in FIG. shows the position when
この走査工程では、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを、走査開始位置移動工程が終了した位置A7から+Y方向と-Y方向に図示Sの矢印の経路を移動させる。経路Sの振幅Asは前述の誤差のY方向の成分の合計以上の距離となっている。このため、経路Sのどこかで、図20(a)のA8のようにピペット固定部材12の外周のエッジ部を認識領域B2に入れることができる。ただし、この状態においては、ピペット固定部材12がある部分は暗く、ない部分が明るく認識されているが、焦点が合っているとは限らない。
In this scanning step, the operating means 10L and 10R including the
次の図21(a)(b)は図20の走査工程が終了した位置が太い点線A8で示されている。この走査工程で、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを、位置A8からZ方向に移動させと、図20(b)のA9のようにピペット固定部材12の外周のエッジ部を認識領域B2内で合焦させることができる。
21(a) and 21(b), the position where the scanning process of FIG. 20 is completed is indicated by a thick dotted line A8. In this scanning step, when the operating means 10L and 10R including the
次の図22(a)(b)は図21の走査工程が終了した位置が太い点線A9で示されている。この走査工程では、認識領域16内からピペット固定部材12の外周のエッジ部を外すことにないように画像からフィードバック制御をしながら認識領域B2をピペット11に近づける。この結果、図22(b)のA10のようにピペット11の根元部を認識領域B2内に入れることができる。
22(a) and 22(b), the position where the scanning process of FIG. 21 is completed is indicated by a thick dotted line A9. In this scanning step, the recognition area B2 is brought closer to the
次の図23(a)(b)は図22の走査工程が終了した位置が太い点線A10で示されている。この走査工程では、認識領域16内からピペット11を外すことにないように画像からフィードバック制御をしながら認識領域16をピペット先端11eに近づける。この結果、図23(a)(b)のA11のようにピペット先端11eを認識領域B2内に導くことができる。
Next, in FIGS. 23(a) and 23(b), the position where the scanning process of FIG. 22 is completed is indicated by a thick dotted line A10. In this scanning process, the
以上説明した通り、本実施例の顕微鏡補助装置は、まず、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを光軸方向(Z方向)に移動させる走査開始位置移動工程を行う。その後、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを光軸と直行する方向(Y方向)に移動させる走査工程を行う。これにより、操作手段10L、10Rの一部であって着脱可能な先端部より寸法の大きい部分であるピペット固定部材12を顕微鏡視野内に認識させている。更にその後、ピペット固定部材12とピペット11を認識領域16から外すことのないようにフィードバック制御することで、ピペット先端11eを認識領域16内に合焦させることができる。このように少ない工程でピペット先端11eを認識領域16内に合焦させることができるので、従来例のように細かい間隔で移動しながら走査を繰り返す方法に比べて、顕微鏡補助装置の合焦までの作業時間を短縮できる。
As described above, the microscope auxiliary device of the present embodiment first performs the scanning start position moving step of moving the operating means 10L and 10R including the
なお、本実施例の走査開始位置移動工程では、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを光軸方向(Z方向)に移動させた。しかし、操作手段10L,10Rを光軸方向(Z方向)を含む方向に移動すればよいので、その他の方向の成分を含んでいてもよい。
In the scanning start position moving step of this embodiment, the operating means 10L and 10R including the
なお、本実施例の走査工程では、ピペット11とピペット固定部材12を含む操作手段10L,10Rを光軸と直行する方向(Y方向)に移動させた。しかし、操作手段10L,10Rを光軸と直行する方向(Y方向)を含む方向に移動すればよいので、その他の方向の成分を含んでいてもよい。
In the scanning process of this example, the operating means 10L and 10R including the
本実施例では、図19の走査工程でY方向に移動させたのち、図20でZ方向に移動させ、直線的な移動でピペット固定部材12の外周のエッジ部へ合焦させる方法を示した。しかし、これに限定することなく、Y方向の移動とZ方向の移動を細かく繰り返しながら、ピペット固定部材12の外周に沿って曲線的な移動でピペット固定部材12の外周のエッジ部へ合焦させてもよい。又、Y方法とZ方向の成分だけでなく、X方向の成分を含んだ移動であっても、結果的にピペット固定部材12の外周のエッジ部へ合焦させることができればよい。
In this embodiment, after moving in the Y direction in the scanning process of FIG. 19, moving in the Z direction in FIG. . However, without being limited to this, while repeatedly moving in the Y direction and moving in the Z direction finely, the
本実施例では図20でピペット固定部材12の外周のエッジ部へ合焦させた後、ピペット固定部材12とピペット11を、認識領域16内から外すことにないように画像からフィードバック制御をしながら認識領域16にピペット先端11eを入れる例を示した。外周のエッジ部のように、コントラストが高い方が、認識領域16から外すことのないようにフィードバック制御することが容易となるからである。しかし、認識領域16から外すことのないようにフィードバック制御することができれば、必ずしも外周のエッジ部に合焦させることは必須ではなく、外周面に合焦させてもよいし、合焦まで至らなくても認識できる程度の結像程度でもよい。
In this embodiment, after focusing on the outer peripheral edge portion of the
図24はピペット11を操作手段10L,10Rに取り付ける作業を示した図である。なお、前述の通り、実際にはピペット先端11eはピペット11のその他の部分より細いが、簡略化して均一な太さで描いている。ピペット先端11eは非常に細いので触れると破損してしまう。このため、ピペット11のピペット先端eの反対側の端部には、少なくとも指でつまめる程度の範囲に指でつまめる程度の太さである部分が必要であり、この範囲はあまり短いとピペット11はつまみにくく作業性が悪くなる。
24A and 24B are diagrams showing the operation of attaching the
図25はピペット11と対物レンズと認識領域の光軸方向の寸法関係を示した図であり、図18~図23の例と比べて、対物レンズと認識領域の光軸方法の距離が相対的に短い例を示している。なお、寸法は誇張して描かれている。図25(a)のようにピペット11が短ければ、ピペット固定部材12を認識領域内に入れても、ピペット11と対物レンズを覆うステージSTと干渉することはない。従って、図24(a)の位置まで走査開始位置移動工程で移動させることができるが、ピペット11はつまみにくく作業性が悪い。
FIG. 25 is a diagram showing the dimensional relationship in the optical axis direction of the
逆に、図25(b)のようにピペット11が長ければ、ピペット11はつまみやすく作業性はよい。しかし、ピペット固定部材12を認識領域内に入れようとすると、ピペット11と対物レンズを覆うステージSTが干渉してしまうので、走査開始位置移動工程が実行できず本実施例は適用できない。
Conversely, if the
図26は、図25(b)のような場合であっても、走査開始位置移動工程が実行でき、本実施例が適用できるようにするために、操作手段10L,10Rに進退部材30を追加した例である。追加された進退部材30以外は、すでに説明した内容と同様であるので、説明を省略する。進退部材30は、操作手段10L、10Rの一部であって着脱可能なピペット11より寸法が大きいことは、固定部材12と同様である。よって、前述と同じ方法を使って、少ない走査工程でピペット先端11eを認識領域16内に合焦させることができる。更に、進退部材30は、図26(a)の通り、着脱可能なピペット11を覆わない位置から、図26(b)の通り、着脱可能なピペット11を覆う位置まで、操作手段10L、10Rの長手方向(図示矢印L1・L2方向)に移動可能である。このように移動することで、ピペット11と着脱する際は、進退部材30をL1方向に移動させ、作業性のよい十分長いピペット11を着脱可能にする。その後、L2方向に移動させて進退部材30がピペット11を覆う位置まで移動させる。このようにして、ピペット固定部材12の代わりに進退部材30を認識領域に入れることによって、ピペット11を対物レンズと干渉させることなく、走査開始位置移動工程を実行できるので、本実施例の適用が可能となる。この結果、ピペット11の着脱作業の作業性を損なうことなく、顕微鏡補助装置の合焦までの作業時間を短縮できる。
In FIG. 26, even in the case shown in FIG. 25(b), the scanning start position moving step can be executed, and the moving
本実施例では、ピペットに先立って、顕微鏡視野内に認識させる操作手段10L、10Rの一部であって着脱可能な先端部より寸法の大きい部分であるピペット固定部材12や進退部材30を円筒形の例を示したが。しかし、必ずしも円筒形である必要はなく、着脱可能な先端部より寸法の大きい部分であれば、その形状は問わない。
In this embodiment, prior to the pipette, the
1L・1R 操作手段可動部
2 コントローラ
2a CPU
2b 駆動回路L
2c 駆動回路R
2d 画像処理回路
2e 入力読取回路
2f メモリ
10L・10R 操作手段
20L・20R 入力手段
100 顕微鏡
200 表示手段
1L/1R operating means
2b drive circuit L
2c drive circuit R
2d
Claims (11)
前記顕微鏡から得られる画像を参照して前記可動部の移動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記顕微鏡の光軸方向の成分を含む方向であって走査開始位置に前記操作手段を移動させる第1の処理と、前記第1の処理における移動方向と平行でない軌跡を少なくとも一部は有するような軌跡を移動させる第2の処理とを、それぞれ行うことで、前記操作手段の一部を顕微鏡視野内に合焦させ、
前記第2の処理における前記操作手段の移動量は、前記第1の処理における前記操作手段の移動方向における前記顕微鏡の認識領域の幅の最大値以上であることを特徴とする顕微鏡補助装置。 a movable part capable of moving an operating means for operating an object within the field of view of the microscope;
a control means for controlling movement of the movable part with reference to an image obtained from the microscope;
The control means performs at least one of a first process of moving the operation means to a scanning start position in a direction including an optical axis direction component of the microscope, and a trajectory not parallel to the movement direction in the first process. by performing a second process of moving a trajectory such that the part has, respectively, a part of the operation means is focused in the microscope field of view,
A microscope assisting apparatus, wherein the amount of movement of the operating means in the second process is equal to or greater than the maximum width of the recognition area of the microscope in the moving direction of the operating means in the first process.
前記制御手段は、前記認識領域に前記操作手段の像があることを認識した場合、前記操作手段の形状に沿って前記可動部を動作させて前記操作手段の先端を前記認識領域に導く第3の処理を行うことを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡補助装置。 The control means defines a recognition region as a range in which the presence of the operation means can be recognized from the image obtained from the microscope,
When the control means recognizes that the image of the operation means is present in the recognition area, the control means operates the movable part along the shape of the operation means to guide the tip of the operation means to the recognition area. 2. The microscope auxiliary device according to claim 1, wherein the processing of .
1回目の前記第2の処理の後に実行する前記第1の処理における前記操作手段の移動の開始位置と終了位置の距離は、前記操作手段の移動の開始位置と終了位置を結んだ方向における前記認識領域の幅と、前記認識領域と前記禁止領域の距離の和よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡補助装置。 The control means stores a prohibited area for prohibiting entry of the operation means on the objective lens side when viewed from the recognition area,
The distance between the start position and the end position of the movement of the operation means in the first process executed after the second process for the first time is the distance in the direction connecting the start position and the end position of the movement of the operation means. 3. A microscope assisting apparatus according to claim 1, wherein the width of the recognition area is smaller than the sum of the distance between the recognition area and the prohibited area.
前記記憶部には生じる誤差を盛り込んで、前記操作手段の先端が存在する可能性のある操作手段存在領域を記憶しており、
前記第2の処理で前記操作手段の先端を前記認識領域に導けなかった場合、前記操作手段存在領域のうち、前記操作手段が前記第2の処理によって前記認識領域を通過しているとはいえない領域に前記操作手段が存在すると判断し、当該領域を走査するために前記第1の処理を実行した後に、前記第2の処理を実行することを特徴とする請求項1または2に記載の顕微鏡補助装置。 further comprising a storage unit,
The storage unit stores an operating means existence area in which the tip of the operating means may exist by incorporating the error that occurs,
If the tip of the operating tool cannot be guided to the recognition area in the second process, even though the operating tool has passed through the recognition area in the operating tool presence area by the second process, 3. The second process according to claim 1, wherein it is determined that the operating means exists in an area where there is no operating means, and after executing the first process to scan the area, the second process is executed. microscope auxiliary equipment.
前記顕微鏡から得られる画像を参照して前記可動部の移動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記顕微鏡の光軸方向の成分を含む方向であって走査開始位置に前記操作手段を移動させる第1の処理と、前記第1の処理における移動方向と平行でない軌跡を少なくとも一部は有するような軌跡を移動させる第2の処理の合成による運動を行うことで、前記操作手段の一部を顕微鏡視野内に合焦させ、
前記第2の処理の軌跡のいずれかの点において、前記第2の処理による運動で近傍を通過する間に、前記第1の処理により移動する距離が、前記第1の処理における移動方向における前記顕微鏡の認識領域の幅の最大値以上であることを特徴とする顕微鏡補助装置。 a movable part capable of moving an operation means for manipulating an object within the field of view of the microscope;
a control means for controlling movement of the movable part with reference to an image obtained from the microscope;
The control means performs at least one of a first process of moving the operation means to a scanning start position in a direction including an optical axis direction component of the microscope, and a trajectory not parallel to the movement direction in the first process. A part of the operation means is focused in the microscope field by performing a movement resulting from the synthesis of the second process of moving the trajectory such that the part has,
At any point on the trajectory of the second process, the distance moved by the first process while passing through the neighborhood by the motion by the second process is equal to the distance in the movement direction in the first process. A microscope auxiliary device characterized in that the width of a recognition area of a microscope is greater than or equal to the maximum value.
前記制御手段は、前記認識領域に前記操作手段の像があることを認識した場合、前記操作手段の形状に沿って前記可動部を動作させ、前記操作手段の先端を前記認識領域に導くことを特徴とする請求項5に記載の顕微鏡補助装置。 The control means defines a recognition region as a range in which the presence of the operation means can be recognized from the image obtained from the microscope,
The control means, when recognizing that the image of the operation means is present in the recognition area, operates the movable part along the shape of the operation means to guide the tip of the operation means to the recognition area. 6. A microscope auxiliary device according to claim 5.
前記顕微鏡から得られる画像を参照して前記可動部の移動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段が、前記顕微鏡の光軸方向の成分を含む方向であって走査開始位置に前記操作手段を移動させる第1の処理の後、前記操作手段を前記顕微鏡の光軸と直行する方向の成分を含む方向に移動させる第2の処理を行うことで、前記操作手段の一部であって着脱可能な先端部より寸法の大きい部分を顕微鏡視野内に認識させることを特徴とする顕微鏡補助装置。 a movable part capable of moving an operating means for operating an object within the field of view of the microscope;
a control means for controlling movement of the movable part with reference to an image obtained from the microscope;
After the first process of moving the operating means to a scanning start position in a direction including a component in the optical axis direction of the microscope, the control means moves the operating means in a direction orthogonal to the optical axis of the microscope. A microscope assisting device characterized in that by performing a second process of moving in a direction including a component, a part of the operation means and larger in size than the detachable tip is recognized within the microscope field of view. .
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