JP2023032674A - Microscope auxiliary device, control method of the same and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡補助装置及びその制御方法とプログラムに関する。 The present invention relates to a microscope assisting device and its control method and program.
ライフサイエンス分野では、例えば、顕微鏡の視野下で、細胞を選り分ける作業や、体外授精のために卵子の中に精子を注入する作業等が行われている。また、微細加工分野では、顕微鏡の視野下で、半導体基板に混入した異物をピックアップする作業や、プローブにより微小部分の電位を測定する作業等が行われている。これらの作業は、一般的に、顕微鏡補助装置が取り付けられた顕微鏡を用いて行われる。顕微鏡補助装置は、操作対象物を機械的に操作するピペットやプローブ、ピンセット等の操作手段を移動させる可動部を備えており、一般的に「マイクロマニピュレータ」又は単に「マニピュレータ」と称呼されている。 In the field of life science, for example, operations such as sorting cells under a microscope field and injecting sperm into an egg for in vitro fertilization are performed. Further, in the field of microfabrication, operations such as picking up foreign matter mixed in a semiconductor substrate and measuring the potential of a minute portion with a probe under the field of view of a microscope are performed. These tasks are generally performed using a microscope fitted with microscope aids. A microscope auxiliary device includes a movable part that moves an operating means such as a pipette, a probe, or tweezers that mechanically manipulates an object to be manipulated, and is generally called a "micromanipulator" or simply a "manipulator." .
顕微鏡補助装置の可動部には、手動操作を機械機構や流体圧力によって機械的な動力に変換する機構や、電力で駆動するモータ等が用いられている。また、Z方向を顕微鏡の光軸方向とし、X方向を使用者から見た場合の左右方向とし、Y方向を使用者から見た場合の奥行方向として、可動部により操作手段をX方向、Y方向及びZ方向に独立して移動可能に構成されている顕微鏡補助装置がある。 The movable portion of the microscope auxiliary device uses a mechanical mechanism, a mechanism that converts manual operation into mechanical power by fluid pressure, a motor that is driven by electric power, and the like. Further, the Z direction is defined as the optical axis direction of the microscope, the X direction is defined as the horizontal direction when viewed from the user, and the Y direction is defined as the depth direction when viewed from the user. There is a microscope auxiliary device that is configured to be independently movable in the direction and the Z direction.
顕微鏡補助装置を用いた作業は、シャーレや半導体基板の表面(以下「作業面」という)の近傍で行われることが多いため、特に顕微鏡の光軸方向(Z方向)における操作手段の先端位置を高い精度で制御する必要がある。しかし、作業ごとに操作手段の先端や操作手段自体の交換が必要な場合、取り付け誤差や交換した操作手段の個体間製造誤差によって、操作手段の先端位置が一定しない。そのため、エンコーダを備えた電動の顕微鏡補助装置であっても、操作手段を作業面近傍に移動させることは容易でない。 Since work using the microscope auxiliary device is often performed near the surface of a petri dish or semiconductor substrate (hereinafter referred to as the "work surface"), the tip position of the operating means in the optical axis direction (Z direction) of the microscope must be adjusted. It must be controlled with high precision. However, when the tip of the operating means or the operating means itself needs to be replaced for each task, the position of the tip of the operating means is not constant due to mounting errors or manufacturing errors between individual pieces of the replaced operating means. Therefore, it is not easy to move the operation means to the vicinity of the work surface even with an electric microscope auxiliary device having an encoder.
そのため、従来は、操作手段の先端又は操作手段自体を交換した際には、顕微鏡の焦点を微小に下げた後に操作手段の先端の位置を焦点に合わせる作業を繰り返して、作業面近傍に操作手段の先端を導いている。しかし、このような手法では、作業の終了までに長い時間を要してしまう。例えば、細胞を取り扱う分野では、短時間で作業を完了したいため、操作手段を作業面に移動させる時間の短縮が求められている。 Therefore, conventionally, when the tip of the operating means or the operating means itself is replaced, the work of adjusting the position of the tip of the operating means to the focus after slightly lowering the focus of the microscope is repeated, and the operating means is placed near the work surface. leading the way. However, such a method takes a long time to complete the work. For example, in the field of handling cells, there is a demand for shortening the time required to move the operating means to the work surface in order to complete the work in a short time.
この問題に対して、特許文献1は、操作手段を保持する保持部材の一部を顕微鏡の視野内に移動させることで、操作手段の位置を推定する技術を開示している。また、特許文献2は、操作手段の先端を顕微鏡の視野内に位置決めするための基準点や基準線を有するマーク、基準点に対する所定位置に設けられた設定ポイント等を有する位置決め用プレートを開示している。
In response to this problem,
例えば、半導体基板上の作業や細胞操作等の高倍率で対象物を観察しながら行う作業の場合、被写界深度が浅く、焦点を作業面である半導体基板やシャーレに合わせる必要がある。このような場合、上記特許文献1に開示された技術では、操作手段の保持部材であっても顕微鏡の視野内に移動させることは容易ではなく、よって、操作手段の位置の推定結果が得られるまでに時間を要する。また、上記特許文献2に開示された技術では、X方向及びY方向の作業を改善することは可能であるが、Z方向の作業を改善することは容易ではない。
For example, in the case of working on a semiconductor substrate or working while observing an object at high magnification, such as cell manipulation, the depth of field is shallow and it is necessary to focus on the semiconductor substrate or Petri dish, which is the work surface. In such a case, with the technique disclosed in
上記課題を解決する別の手法として、操作手段をZ方向以外のX方向やY方向から観察するカメラを追加して、操作手段のZ方向の位置を計測する手法が考えられる。しかし、例えば、幅が数マイクロメートルの操作手段を高倍率で観察しようとすると、被写界深度が浅くなってしまい、容易には焦点が合わない。また、カメラには、半導体基板や細胞を操作するスケールを撮像することが可能な高倍率で、且つ、対象物及びその周辺器具を避けた位置から観察可能な長焦点距離のレンズが必要となるため、カメラの大型化は避けられない。そのため、顕微鏡補助装置が設置された状態で新たに操作手段をZ方向以外から観察するカメラを設置することが困難な場合があり、また、カメラを装備することによるコストアップも問題となる。 As another method for solving the above problem, a method of measuring the position of the operation means in the Z direction by adding a camera for observing the operation means from the X direction and the Y direction other than the Z direction is conceivable. However, for example, when trying to observe an operating means with a width of several micrometers at high magnification, the depth of field becomes shallow and it is not easy to focus. In addition, the camera requires a high-magnification lens capable of imaging semiconductor substrates and scales for manipulating cells, and a long-focal-length lens that enables observation from a position that avoids the object and its peripheral equipment. Therefore, an increase in the size of the camera is inevitable. Therefore, it may be difficult to newly install a camera for observing the operating means from a direction other than the Z direction in a state where the microscope auxiliary device is installed, and the installation of the camera also poses a problem of cost increase.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、操作手段を観察するための別段の手段を必要とすることなく、操作手段を作業面近傍に配置させる作業に要する時間を短縮することを可能とする顕微鏡補助装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and is intended to shorten the time required for the work of placing an operating means near a work surface without requiring a separate means for observing the operating means. It is an object of the present invention to provide a microscope assisting device that makes it possible.
本発明に係る顕微鏡補助装置は、顕微鏡の視野下で対象物を操作する少なくとも1つの主操作部および少なくとも1つの従操作部と、前記主操作部と前記従操作部を駆動する駆動手段と、前記顕微鏡での観察範囲を撮像して得られる画像を解析する解析手段と、前記解析手段が前記画像を解析した結果を用いて前記駆動手段の駆動を制御することにより、第1工程、第2工程および第3工程をこの順序で行う制御手段と、を備え、前記第1工程は、前記観察範囲において前記主操作部と前記従操作部を前記顕微鏡の合焦領域に合焦させた状態とする工程であり、前記第2工程は、前記対象物がある作業面またはその近傍に前記顕微鏡の焦点を合わせた状態で、前記主操作部が前記作業面に接触しまたはその近傍に位置するように、前記主操作部を前記顕微鏡の光軸方向に移動させる工程であり、前記第3工程は、前記主操作部または前記対象物の位置に応じた所定の位置へ前記従操作部を前記光軸方向に移動させる工程であることを特徴とする。 A microscope assisting device according to the present invention comprises at least one main operating section and at least one secondary operating section for manipulating an object under the field of view of a microscope, driving means for driving the main operating section and the secondary operating section, Analysis means for analyzing an image obtained by capturing an observation range of the microscope; and a control means for performing the step and the third step in this order, wherein the first step includes a state in which the main operation section and the secondary operation section are focused on the focus area of the microscope in the observation range. and the second step is such that, with the microscope focused on or near a work surface on which the object is located, the main operation unit is in contact with or is positioned near the work surface. and a step of moving the main operation section in the direction of the optical axis of the microscope. It is characterized by being a step of moving in the axial direction.
本発明によれば、操作手段を観察するための別段の手段を必要とすることなく、操作手段を作業面近傍に配置させる作業に要する時間を短縮することを可能とする顕微鏡補助装置を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a microscope assisting device that does not require a separate means for observing the operating means, and can shorten the time required for the work of placing the operating means near the work surface. be able to.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る顕微鏡補助装置は、例えば、微小な細胞や半導体素子に付着する異物等の操作対象物に対して機械的な操作を行うために顕微鏡に取り付けて使用される。ここでは、主にライフサイエンス分野における細胞の操作に使用される顕微鏡システムを取り上げて、本発明を説明する。但し、顕微鏡システムの作業対象は、背景技術でも説明したように細胞に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. INDUSTRIAL APPLICABILITY A microscope assisting device according to the present invention is attached to a microscope and used to mechanically manipulate an object to be manipulated such as, for example, minute cells or foreign matter adhering to a semiconductor element. Here, the present invention will be described primarily with reference to microscope systems used for cell manipulation in the life science field. However, the work target of the microscope system is not limited to cells as described in the background art.
<第1実施形態>
図1は、本発明の実施形態に係る顕微鏡システムの概略構成を示す図である。顕微鏡システムは、顕微鏡補助装置(以下「補助装置」と記す)、顕微鏡100、パーソナルコンピュータ40(以下「PC40」と記す)及びモニタ200を有する。図2(a)は、顕微鏡システムの概略構成を示す側面図である。図2(b)は、PC40のブロック図である。なお、説明の便宜のため、図1及び図2に示すように、顕微鏡システムに対して三次元直交座標系を設定する。顕微鏡100の光軸方向と平行な方向をZ方向とし、使用者から見て上方向を正方向(+Z方向)と規定する。また、光軸方向(Z方向)と直交し、使用者(観察者、ユーザ)から顕微鏡100を見た場合の左右方向をX方向とし、使用者から見て右方向を正方向(+X方向)と規定する。更に、X方向及びZ方向と直交する方向をY方向とする。Y方向は、使用者から顕微鏡100を見た場合の前後方向となり、奥方向を正方向(+Y方向)と規定する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a microscope system according to an embodiment of the invention. The microscope system has a microscope auxiliary device (hereinafter referred to as "auxiliary device"), a
補助装置は、主操作可動部1Mと、従操作可動部1Sと、PC40と接続されたコントローラ30(駆動回路)を有する。第1実施形態では、補助装置は、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sを1台ずつで備えているものとするが、複数を備えていてもよい。コントローラ30は、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sの駆動を制御する制御部2を含む。また、補助装置は、主操作可動部1Mの駆動方向及び駆動量をコントローラ30に入力するための主入力操作部20Mと、従操作可動部1Sの駆動方向及び駆動量をコントローラ30に入力するための従入力操作部20Sを有する。
The auxiliary device has a main operation
顕微鏡100は、透明のシャーレ102に置かれた作業対象物103(以下「対象物103」と記す)を、上部に配置された照明光学系101から照明し、下部の観察光学系104で観察する。観察光学系104は、対物レンズ104aを透過した光学像を、不図示の他のレンズや屈折光学系を経由して、接眼レンズ104bに導き、接眼レンズ104bを覗き込む使用者の肉眼による観察を可能にする。対象物103に対する焦点位置は、対物レンズ104aをZ方向で移動させることにより調整することができる。対物レンズ104aの移動は、顕微鏡100に設けられたノブ105を操作する(ここでは、回転させる)ことにより行われる。ノブ105の回転操作は、不図示の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となっている。
A
なお、不図示であるが、顕微鏡100は、低倍率から高倍率までの複数の対物レンズ104aを備えており、適宜、所望の倍率のものをセットすることができるよう構成されている。また、顕微鏡100には、顕微鏡100の視野(観察範囲)を撮像可能なカメラ106が装備されている。観察光学系104には、不図示の分光手段が設けられており、その分光手段によって顕微鏡100で観察している範囲をカメラ106で撮像し、画像や映像として保存することが可能となっている。
Although not shown, the
補助装置を構成する主操作可動部1Mと従操作可動部1Sは、一般的に、一方が顕微鏡100の左側(-X側)に、他方が顕微鏡100の右側(+X側)に配置される。顕微鏡100の視野下で対象物103を操作するために、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sはそれぞれ、主操作部10Mと従操作部10SをX方向、Y方向及びZ方向に移動させる。主操作部10Mと従操作部10Sの詳細については後述する。
One of the main operation
なお、主操作部10Mは所定の軸を中心として主操作可動部1Mにより回転可能に構成されていてもよく、従操作可動部1Sについても同様である。また、主操作可動部1Mは、粗動用の高速駆動機構と微動用の高分解能駆動機構とを別々に備えていてもよく、従操作可動部1Sについても同様である。
The
コントローラ30は、制御部2、画像処理回路2d、メモリ2f及び入力読取回路2eを有し、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sの駆動を制御する。制御部2は、制御量演算部2a、M駆動回路2b及びS駆動回路2cを有する。
The
画像処理回路2dは、カメラ106で撮像された画像信号を入手して画像処理を行い、対象物103をモニタ200に映像(画像)として表示させる。また、画像処理回路2dは、主操作部10Mと従操作部10Sの各先端部や対象物103に対して合焦しているか否かを判断する機能を有する。メモリ2fは、コントローラ30の動作に必要な各種のデータを保持しており、また、コントローラ30内で生成される各種のデータを一時的に保持する。
The
入力読取回路2eは、主入力操作部20Mと従入力操作部20Sそれぞれの操作量(動作量)を読み取り、制御量演算部2aへ伝達する。制御量演算部2aは、入力読取回路2eからの入力に基づいて、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sそれぞれの制御量を演算する。そして、制御量演算部2aは、演算結果である主操作可動部1Mの制御量をM駆動回路2bへ送り、従操作可動部1Sの制御量をS駆動回路2cへ送る。M駆動回路2bとS駆動回路2cはそれぞれ、制御量演算部2aから取得した制御量で主操作可動部1Mと従操作可動部1Sの駆動を制御する。なお、主操作可動部1MとM駆動回路2bは主駆動手段を構成し、従操作可動部1SとS駆動回路2cは従駆動手段を構成する。
The
なお、第1実施形態では、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sのそれぞれに駆動回路が設けられた構成となっているが、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sを独立して駆動することができれば、1つの回路であってもよい。
In the first embodiment, the main operation
主入力操作部20Mと従入力操作部20Sはそれぞれ、使用者が主操作部10Mと従操作部10Sを動かすために移動方向と移動量を入力するための部材であり、例えば、ジョイスティック等と称呼される形態を採っている。例えば、主入力操作部20Mの上端を前後左右に変位させることで主操作部10Mの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主操作部10MのZ方向の移動量を入力することができ、従入力操作部20Sについても同様である。
The main
この動作例は下端が支持されて上端が操作される構造物を前提としているが、主入力操作部20Mと従入力操作部20Sは、これに限られず、上端が支持されて下端を操作するように吊り下げられた構造物であってもよい。また、主入力操作部20Mと従入力操作部20Sは、ボタンやダイヤル、タッチパネル等で構成されていてもよい。更に、コントローラ30、主入力操作部20M及び従入力操作部20Sの機能の全部又は一部をPC40やPC操作部403で代用する構成としてもよい。例えば、画像処理回路2dが実行する画像処理をPC40のアプリケーションで実行してモニタ200に表示すると共に、対象物103に対する合焦/非合焦の判断をPC40で行うようにしてもよい。また、制御量演算部2aが実行する処理をPC40のアプリケーションで実行し、その実行結果をM駆動回路2bとS駆動回路2cへ送る構成としてもよい。
This operation example assumes a structure whose lower end is supported and whose upper end is operated. It may be a structure suspended from Further, the main
PC40は、図2(b)に示されるように、CPU400、一次記憶装置401及び二次記憶装置402を有する。PC40は、コントローラ30、モニタ200及びPC操作部403と通信可能に接続されている。PC40は、補助装置と連携して動作する演算装置である。一次記憶装置401は、RAMを含む。CPU400は、二次記憶装置402から読み出したプログラムをRAMに展開する。また、RAMには、CPU400による演算結果等が一時的に保持される。二次記憶装置402は、例えばハードディスクドライブであり、CPU400が実行可能なプログラム等を記憶している。
The
モニタ200は、PC40の表示装置であり、PC40で実行されるアプリケーションの表示や対話的操作のための文字表示等を行う。また、モニタ200には、対象物103の観察画像を表示させることができる。PC操作部403は、キーボードやマウス、タッチパネル等であり、PC40に対する使用者の操作を受け付ける。
The
PC40は、コントローラ30からデータを受信し、画像処理やデータ解析、判定処理等を行って、その結果をコントローラ30へ戻す。なお、第1実施形態では、カメラ106から出力される画像データや主入力操作部20Mと従入力操作部20Sの操作量をコントローラ30で受け取る構成としているが、PC40で直接受け取る構成としても構わない。また、PC40の機能を制御部2とメモリ2fで実行可能な構成としてもよく、逆に、コントローラ30がCPUを有する(PC40の機能を有する)構成としてもよい。
The
以上の構成により、使用者は接眼レンズ104bを覗きながら(又はモニタ200の表示を見ながら)、主入力操作部20Mと従入力操作部20Sを操作して、主操作部10Mと従操作部10Sを所望の位置へ移動させることができる。なお、所定のプログラムを実行して主操作可動部1Mと従操作可動部1Sを自動で駆動することにより、主操作部10Mと従操作部10Sを三次元的に所定の位置へ移動させる等の自動動作を行うことも可能である。
With the above configuration, the user can operate the main
図3(a)は、主操作部10Mの構造を示す図である。図3(b)は、図3(a)中のA部(先端部)の拡大図である。主操作部10Mは、主操作ピペット11Mと、主操作ピペット11Mを保持する操作ピペット保持部12(以下「保持部12」と記す)と、主操作可動部1Mに連結される軸部13を有する。主操作可動部1Mは、軸部13を動かすことにより、主操作部10M全体を動かす。
FIG. 3(a) is a diagram showing the structure of the
図4(a)は、従操作部10Sの構造を示す図である。図4(b)は、図4(a)中のB部(先端部)の拡大図である。従操作部10Sは、従操作ピペット11Sと、従操作ピペット11Sを保持する保持部12と、従操作可動部1Sに連結される軸部13を有する。従操作可動部1Sは、軸部13を動かすことにより、従操作部10S全体を動かす。
FIG. 4(a) is a diagram showing the structure of the
なお、第1実施形態では、主操作部10Mと従操作部10Sとで保持部12及び軸部13に同等のものを用いているが、主操作部10Mと従操作部10Sとで保持部12及び軸部13に異なる構成のものを用いてもよい。
In the first embodiment, the holding
主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sはそれぞれ、ガラス管で製造されている。主操作ピペット11Mは、先端部で外径が‘DM’に絞られ、直径DMの部分で屈曲している。同様に、従操作ピペット11Sは、先端部で外径が‘DS’に絞られ、外径DSの部分で屈曲している。第1実施形態では、直径DMは直径DSより小さい(DM<DS)ものとする。
The
主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sの各先端部を屈曲させているのは、図1(a)に示したように主操作部10Mと従操作部10Sを水平面に対して斜めに保持した際に、先端屈曲部11Mt,11Stが水平面と略平行になるようにするためである。先端屈曲部11Mt,11Stが水平面と略平行な状態における、顕微鏡100の光軸方向での主操作部10Mと従操作部10Sの先端の外径をそれぞれdM,dSと定義すると、dM≒DM、dS≒DS、となる。なお、主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sには、用途に応じて先端が屈曲していないものが用いられる場合もある。
The tip portions of the
主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sはそれぞれ、前述したようにガラス管を加工して製造されているため、外径dM,dSには、個体ごとに顕微鏡100の被写界深度に対して無視することのできない製造誤差がある。ここで、被写界深度は、コントローラ30が有する画像処理回路2dによって合焦していると判断されるZ方向の距離であると定義する。被写界深度は、対物レンズ104aの焦点位置を中心として正方向と負方向とで幅を有しており、対物レンズ104aの種類によって変化する。
Since the
外径dM,dSの個体間の製造誤差に加えて、主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sをそれぞれの保持部12へ取り付けた際に、保持部12に対する取り付け誤差が生じる。そのため、軸部13に対する主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sの各先端位置は、主操作ピペット11Mと従操作ピペット11Sを交換する度に異なってしまうことが多い。第1実施形態では、後述するように、主操作部10Mと従操作部10Sの移動時にこのような製造誤差や個体間誤差の影響を小さくすることを可能としている。
In addition to the manufacturing error between individual pipettes with outer diameters dM and dS, when the
図5は、対象物103に対する作業開始前の主操作部10M(主操作ピペット11M)と従操作部10S(従操作ピペット11S)の配置例を示す図である。図5(a)は、カメラ106による撮像領域Cを説明する図である。前述したように、顕微鏡システムでは、観察光学系104を分光してカメラ106による撮影を可能としている。そのため、撮像領域Cは、カメラ106のセンサと拡大倍率次第で、使用者が接眼レンズ104bを通じて対象物103等を観察することができる範囲(顕微鏡100の視野)と同じとすることができる。図5(b)は、対象物103を使用者から見た図(正面図)である。
FIG. 5 is a diagram showing an arrangement example of the
対象物103は、作業面102f上に載置されている。第1実施形態では、対象物103は細胞であるとし、作業面102fはシャーレ102の表面であるとする。対象物103が細胞である場合には、通常、対象物103の周囲は媒質で満たされる。その際、対象物103の密度よりも小さい密度の媒質を用いることにより、対象物103を媒質に沈めて作業面102fに接触させることができる。図5では、媒質の図示は省略している。
An
図5(b)には、合焦領域Fが二点鎖線で簡易的且つ模式的に示されている。合焦領域FのZ方向幅は、被写界深度を模式的に表している。なお、高倍率の対物レンズ104aの被写界深度は、数ミクロンからサブミクロンオーダーになる場合があり、対象物103や主操作部10M及び従操作部10Sよりも極めて小さい。図5(b)において一定のZ方向幅を持たせて合焦領域Fを描画しているのは、説明の便宜上であり、実寸を反映したものではない。
In FIG. 5B, the focus area F is simply and schematically shown by a chain double-dashed line. The Z-direction width of the focus area F schematically represents the depth of field. Note that the depth of field of the high-
また、図5(b)では、便宜上、先端屈曲部11Mt,11Stが作業面102fと平行な状態で描画されているが、実際には先端屈曲部11Mt,11Stは作業面102fに対して傾いた状態となることがある。その場合には、先端屈曲部11Mt,11Stの先端が先端屈曲部11Mt,11Stの根元よりも作業面102fに近付くように、主操作部10Mと従操作部10Sは配置される。なお、これ以降に参照する図面であって、図5(b)と同様に主操作部10Mと従操作部10Sの位置関係を示す正面図については、図5(b)と同様に、先端屈曲部11Mt,11Stを作業面102fと平行な状態で描画する。
In addition, in FIG. 5B, for the sake of convenience, the bent tip portions 11Mt and 11St are drawn parallel to the working
主操作部10Mの先端中心の作業面102fからの距離を‘hM’、従操作部10Sの先端中心の作業面102fからの距離を‘hS’、対象物103の作業面102fからのZ方向の最大距離(Z方向高さ)を‘hC’とする。なお、「主操作部10Mの先端中心」とは主操作ピペット11Mの先端屈曲部11Mtの先端の中心であり、「従操作部10Sの先端中心」とは従操作ピペット11Sの先端屈曲部11Stの先端の中心であり、以下の説明でも同じ表現を用いる。
'hM' is the distance from the
対象物103が細胞の場合には、対象物103に対する作業開始前には、図5(b)に示されるように、hM=hS=hC/2、となるように対象物103に対して主操作部10Mと従操作部10Sが配置されることが一般的である。対象物103が細胞の場合のZ方向高さhCは数μm~100μm程度であるので、対象物103に対して主操作部10Mと従操作部10Sを配置する際には、距離hM,hSをそれぞれ10μm程度又はそれ以下のオーダーで制御する必要がある。
When the
次に、図6乃至図14を参照して、主操作部10Mと従操作部10S(先端屈曲部11Mt,11St)を対象物103に対する作業開始前に対象物103に対して所定の位置に配置する工程(以下「準備工程」という)について説明する。
Next, with reference to FIGS. 6 to 14, the
図6は、第1実施形態での準備工程の第1工程を説明する模式図であり、図6(a)はカメラ106による撮像が可能な領域を示す図であり、図5(b)は対象物103を使用者から見た正面図である。
6A and 6B are schematic diagrams for explaining the first step of the preparatory steps in the first embodiment, FIG. 2 is a front view of the
第1工程では、主操作部10Mと従操作部10Sを撮像領域C内(顕微鏡100の視野内)で合焦した状態にする。主操作部10M(先端屈曲部11Mt)の距離hMを‘hM1’とし、従操作部10S(先端屈曲部11St)の距離hSを‘hS1’とする。第1工程では、主操作部10Mと従操作部10SをZ方向において作業面102fから略同じ距離(hM1≒hS1)に配置する。なお、一般的に顕微鏡100の対物レンズ104aは被写界深度が浅いため、数十倍の倍率の対物レンズ104aを用いれば、距離hM1,hS1間の差を数μm以下とすることができる。
In the first step, the
Y方向では、主操作部10Mと従操作部10Sは、撮像領域Cの中心からそれぞれ距離yM1,yS1だけ離れている。但し、第1実施形態では、第1工程において、yM1=yS1=0、とし、この状態が図6(a)に示されている。X方向では、主操作部10Mと従操作部10Sは、撮像領域Cの中心から画像の中心からそれぞれ距離xS1,xM1だけ離れている。
In the Y direction, the
入力読取回路2eは、主操作可動部1Mに設けられた不図示のエンコーダから、主操作可動部1MのX位置情報QM、Y位置情報RM及びZ位置情報PMを取得する。また、入力読取回路2eは、従操作可動部1Sに設けられた不図示のエンコーダから、従操作可動部1SのX位置情報QS、Y位置情報RS及びZ位置情報PSを取得する。第1工程での主操作可動部1Mの位置情報を、X位置情報QM1、Y位置情報RM1及びZ位置情報PM1とする。また、第1工程での従操作可動部1Sの位置情報をX位置情報QS1、Y位置情報RS1及びZ位置情報PS1とする。
The
なお、主操作可動部1M及び従操作可動部1Sをステッピングモータ等によりオープンループ制御で駆動する場合には、エンコーダで位置情報を取得しなくともよい。但し、第1実施形態では、前記の通りに、主操作可動部1M及び従操作可動部1SのX方向、Y方向及びZ方向での各位置情報をエンコーダから取得する構成で説明する。
It should be noted that when the main operation
上記の第1工程に続いて行われる第2工程では、焦点を作業面102f又はその近傍に合わせた状態で、主操作部10M(先端屈曲部11Mt)を作業面102fに接触させるか又はその近傍へ移動させる。図7は、準備工程の第2工程を説明する模式図である。図7(a)は第2工程の途中の状態を示す正面図であり、図7(b)は第2工程が完了した状態を示す正面図である。
In the second step that follows the first step, the
前述したように、対象物103に対する焦点位置は、使用者が顕微鏡100に設けられたノブ105を操作して、対物レンズ104aをZ方向に移動させることにより調整することができる。使用者が対物レンズ104aを移動させて合焦領域Fを作業面102fに向けて移動させる動作に合わせて、コントローラ30は、主操作部10Mが合焦領域Fに追従して移動するように、主操作可動部1Mを制御する。主操作部10Mを合焦領域Fに追従させる動作は、撮像領域Cにおける主操作部10Mのコントラスト値を算出し、コントラスト値が高くなるように主操作部10Mの位置を制御することによって行うことができる。このような技術は公知であるため、詳細な説明は省略する。
As described above, the focal position with respect to the
なお、コントラスト値を用いずに、例えばカメラ106の撮像センサに設けられた位相差測距手段による測距結果に基づいて主操作部10Mを移動させてもよい。また、従操作部10Sを主操作部10Mに追従させて移動させることもできるが、その手法については、後述の第2実施形態で説明する。
Instead of using the contrast value, for example, the
図7(b)の第2工程完了時では、主操作部10Mの先端は作業面102fと接触している。例えば、主操作部10Mを作業面102fに向けて移動させている間、主操作部10MをY方向に低周期で振動させ、主操作部10Mの運動をカメラ106で観察する。主操作部10Mの先端が作業面102fに接触すると、主操作部10Mの振動(運動)に変化が生じるため、主操作部10Mの振動が変化したことをもって、主操作部10Mが作業面102fに接触したと判定することができる。主操作部10Mの先端が作業面102fに接触した状態で、主操作部10Mの先端中心と作業面102fの距離を‘hM2’とすると、hM2=dM/2、となる。
When the second step shown in FIG. 7B is completed, the tip of the
なお、第1実施形態では、主操作部10Mの先端を作業面102fに接触させたが、作業面102fが半導体基板等である場合には、主操作部10Mを作業面102fに接触させてはならない。その場合、作業面102fに焦点を合わせた状態で、合焦領域Fよりも+Z方向の位置で主操作部10Mの像が所定のコントラスト値になるように主操作部10Mの移動を制御し、所定のコントラスト値から距離hM2を推定する手法等を用いる。その際、距離hM2を推定する手段は限定されない。第2工程が完了した状態での主操作可動部1Mのエンコーダが示す主操作部10MのZ位置情報を‘PM2’とする。
In the first embodiment, the tip of the
図8は、第2工程が完了した後に、主操作部10Mを任意のZ方向位置に移動させた状態を示す正面図である。三次元空間での部品間の距離は、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sの各エンコーダの位置情報を用いて算出することができる。
FIG. 8 is a front view showing a state in which the
図8に示されるように、主操作部10Mの先端中心の作業面102fからの高さhMは下記式1により表される。ここで、前述したように図7(b)から下記式2が成り立っているため、下記式1は下記式3の通りに書き換えられる。また、従操作部10Sの先端中心の作業面102fからのZ方向の距離hSは下記式4で表される。下記式4と下記式2から下記式5が得られ、更に、従操作部10Sに対する主操作部10MのZ方向の距離hM-hSは、下記式3,5から下記式6で表される。
As shown in FIG. 8, the height hM of the center of the tip of the
このように、第2工程において、従操作部10Sの先端中心の作業面102fからのZ方向距離hS及び主操作部10Mとの間のZ方向距離hM-hSは、エンコーダのZ位置情報PM1,PM2,PM,PS1,PSと定数である外径dMで表すことができる。その結果、従操作部10Sを作業面102fに接触させなくても、第1工程と第2工程を実行することで、従操作部10Sの作業面102fからのZ方向距離と、従操作部10Sから主操作部10MまでのZ方向距離を取得することができる。
Thus, in the second step, the Z-direction distance hS from the
第1実施形態では、補助装置は主操作部10Mと従操作部10Sをそれぞれ1つずつ備える構成としているが、複数の主操作部10Mと従操作部10Sを備える構成であってもよい。その場合、各操作部について、各操作可動部のエンコーダから位置情報を取得することにより、第1工程と第2工程を上記の通りに行うことができる。
In the first embodiment, the auxiliary device has one
図9は、第2工程完了後の主操作部10Mの先端と従操作部10Sの先端部位のXY平面での位置関係の一例を示す平面図である。図7を参照して説明したように、第1実施形態において第2工程では従操作部10Sを移動させていないが、説明の便宜上、ここでは従操作部10SをY方向に距離ySだけ移動させた位置に示している。
FIG. 9 is a plan view showing an example of the positional relationship on the XY plane between the distal end portion of the
主操作部10Mの先端中心の画像中心OからのX方向での距離xMは、前述した主操作可動部1Mに設けられたエンコーダによるX位置情報QMを用いて下記式7で表される。同様に、主操作部10Mの先端中心の画像中心からのY方向での距離yMは、主操作可動部1Mに設けられたエンコーダによるY位置情報RMを用いて下記式8で表される。なお、第1実施形態では、下記式8において、距離yM1=0、であるが、距離xM1,yM1の値は、公知の技術(詳細な説明は省略する)を用いて、カメラ106のセンササイズと対物レンズ104aの倍率等から容易に算出することができる。
The distance xM in the X direction from the image center O of the tip center of the
また、従操作部10Sの先端中心の画像中心からのX方向での距離xSは、前述した従操作可動部1Sに設けられたエンコーダによるX位置情報QSを用いて下記式9で表される。同様に、従操作部10Sの先端中心の画像中心からのY方向での距離ySは、前述した従操作可動部1Sに設けられたエンコーダによるY位置情報RSを用いて下記式10で表される。なお、第1実施形態では、下記式10において、距離yS1=0、であるが、距離xS1,yS1の値は、詳細な説明は省略するが公知の技術を用いて、カメラ106のセンササイズと対物レンズ104aの倍率等の容易に算出することができる。
Further, the distance xS in the X direction from the center of the tip of the
このように、主操作部10Mと従操作部10Sの、第1工程でのX位置情報QM1,QS1と及びY位置情報RM1,RS1と、第2工程でのX位置情報QM,QS及びY位置情報RM,RSを取得する。これにより、主操作部10Mと従操作部10Sの各先端中心の画像中心OからのX方向での距離xM,xS及びY方向での距離yM,ySを求めることができる。
In this way, X position information QM1, QS1 and Y position information RM1, RS1 in the first step and X position information QM, QS and Y position in the second step of the
図10は、準備工程の第3工程を説明する正面図である。第3工程では、従操作部10Sの先端中心の少なくともZ方向位置を主操作部10Mの先端中心のZ方向位置又はその近傍の位置に移動させる。図10に示した状態では対象物103は作業面102fに接触しており、対象物103の中心付近に焦点が合っている。主操作部10M(先端屈曲部11Mt)の先端は、合焦領域F(対象物103の中心と略同じ高さ)に配置されている。図10では、第3工程実施前の従操作部10S(先端屈曲部11St)の先端中心のZ方向位置は、実線で示されるように第1工程後の状態(作業面102fから距離hS1の位置)としているが、別の位置に配置されていてもよい。
FIG. 10 is a front view for explaining the third step of the preparatory steps. In the third step, at least the Z-direction position of the tip center of the
ここで、従操作部10Sの先端中心のZ方向位置を主操作部10Mの先端中心のZ方向位置と同じ位置へ移動させるために必要な移動量である‘hM-hS’は、上記式6において、PS=PS1、とすることにより下記式11で表される。
Here, 'hM-hS', which is the amount of movement required to move the Z-direction position of the tip center of the
よって、コントローラ30は、従操作可動部1Sに対して-Z方向に‘PM1-PM’だけ動作するように制御すれば、従操作部10Sの先端中心のZ方向位置を主操作部10Mの先端中心のZ方向位置と同じ位置又はその近傍の位置に移動させることができる。
Therefore, if the
従来は、従操作部10Sの先端中心を顕微鏡100の合焦領域に移動させる際に、微小にZ方向に移動させているため、移動が完了するまでに長い時間を要していた。これに対して第1実施形態では、上記説明の通りに第1工程、第2工程、第3工程をこの順序で行うことにより、従操作部10Sを合焦領域F内の主操作部10Mの先端中心と略同じZ方向位置に移動させる時間を短縮することが可能となる。また、第1実施形態では、X方向及びY方向から主操作部10Mと従操作部10Sを撮像するためのカメラを必要とせず、よって、コストアップの問題は発生しない。更に、作業面102fから従操作部10Sの先端中心までの距離hSを取得することができるため、従操作部10Sのみを作業面102fの近傍の任意の位置に移動させる場合も、時間を短縮することが可能になる。
Conventionally, when the center of the tip of the
次に、図10乃至図14を参照して、第3工程での従操作部10Sの駆動態様について詳細に説明する。図10乃至図14では、説明の便宜上、従操作部10S(先端屈曲部11St)の径dSを大きくして描画している。
Next, with reference to FIGS. 10 to 14, the manner in which the
コントローラ30が、第3工程において、主操作部10M及び/又は対象物103の位置に応じて従操作部10Sが所定の位置に自動で配置されるように従操作可動部1Sを動作させる機能を「配置機能」と定義する。配置機能の第1の駆動態様は、図10を参照して説明したように、主操作部10Mに対して従操作部10Sを、hM≒hS≒hC/2、の関係となるように配置する態様である。続いて、第2及び第3の駆動態様について説明する。
In the third step, the
図11(a),(b)は、配置機能の第2の駆動態様を説明する平面図と正面図である。配置機能の第2の駆動態様では、対象物103が撮像領域Cの外側にある場合に、従操作部10Sを対象物103と接触しない位置に移動させる。なお、図11(b)において破線で示す従操作部10Sの位置は、Z方向において作業面102fから従操作部10Sの先端中心までの距離が作業面102fから主操作部10Mの先端中心までの距離と略同じとなる位置である。図11(b)には、配置機能の第2の駆動態様の実行後の従操作部10Sの位置が実線で示されている。
11(a) and 11(b) are a plan view and a front view for explaining the second driving mode of the placement function. In the second driving mode of the placement function, when the
図11(a)に破線で示されるように撮像領域Cの外側に対象物103があり、且つ、図11(b)に示すように作業面102fから主操作部10Mの先端中心までの距離が対象物103のZ方向高さよりも小さい場合がある。この場合に、Z方向において従操作部10Sの先端中心の位置を主操作部10Mの先端中心の位置に合わせると、従操作部10Sが対象物103に接触する可能性がある。この問題を回避するために、対象物103が撮像領域C外にある場合には、従操作部10Sが対象物103に接触することのないよう、従操作部10Sの先端中心のZ方向位置を作業面102fから距離H1だけ離した位置とする。
As indicated by the dashed line in FIG. 11(a), the
距離H1は、‘H1>hC+(dS/2)’の条件を満たす必要がある。なお、図5を参照して説明したように、‘hC’は対象物103の作業面102fからのZ方向高さであり、‘dS’は顕微鏡100の光軸方向(Z方向)での従操作部10Sの先端の外径である。
The distance H1 must satisfy the condition 'H1>hC+(dS/2)'. As described with reference to FIG. 5, 'hC' is the Z-direction height of the
なお、‘H1>hC+(dS/2)’の関係が満たされる位置は無限にある。そこで、定数αを用いて、‘H1=α+hC+(dS/2)’の関係が満たされる位置へ従操作部10Sを移動させる。ここで、定数αは、従操作部10Sを対象物103に近接させたい場合にはゼロ(0)に近い値に設定すればよい。また、図11では、対象物103が撮像領域Cの外側にある例を取り上げたが、配置機能の第2の駆動態様は、対象物103が撮像領域C内にあって、Z方向から見た場合に対象物103と従操作部10Sとが重なる場合にも適用することができる。
Note that there are an infinite number of positions where the relationship 'H1>hC+(dS/2)' is satisfied. Therefore, using the constant α, the
図12(a),(b)は、配置機能の第2の駆動態様を説明する平面図と正面図である。配置機能の第2の駆動態様では、主操作部10Mの先端中心が作業面102fの近傍にある場合に、従操作部10Sを作業面102fと接触しない位置へ移動させる。図13は、主操作部10Mの先端中心が作業面102fの近傍にあり、且つ、Z方向において従操作部10Sの先端中心の位置を主操作部10Mの先端中心の位置に合わせた場合の参考例を示す正面図である。
12(a) and 12(b) are a plan view and a front view for explaining the second driving mode of the placement function. In the second driving mode of the placement function, when the center of the tip of the
図13に示したように、作業面102fから主操作部10Mの先端中心までの距離hMが、従操作部10Sの先端の外径dSの1/2よりも小さい場合(hM<dS/2)がある。この場合に、従操作部10Sを実線位置から破線位置へ向けて、Z方向において従操作部10Sの先端中心の位置を主操作部10Mの先端中心の位置に合わせるように移動させると、従操作部10Sが作業面102fに接触してしまう。
As shown in FIG. 13, when the distance hM from the working
そこで、図12(b)に示すように配置機能の第2の駆動態様では、作業面102fから従操作部10Sの先端中心までの距離H2がdS/2よりも大きくなる位置(H2>dS/2)へ従操作部10Sを移動させる。これにより、従操作部10Sの作業面102fへの接触を回避することができる。
Therefore, as shown in FIG. 12B, in the second driving mode of the arrangement function, the distance H2 from the working
なお、‘H2>dS/2’の関係が満たされる位置は無限にある。そこで、定数βを用いて、‘H2=β+(dS/2)’となる位置へ従操作部10Sを移動させる。定数βは、従操作部10Sを作業面102fに近接させたい場合にはゼロ(0)に近い値に設定すればよい。
Note that there are an infinite number of positions where the relationship 'H2>dS/2' is satisfied. Therefore, using the constant β, the
次に、上述した準備工程をフローチャートを参照して説明する。図14は、準備工程を説明するフローチャートである。図14にS番号で示す各処理(ステップ)は、CPU400が二次記憶装置402から読み出したプログラムを一次記憶装置401に展開してコントローラ30を制御することにより主操作可動部1Mと従操作可動部1Sの駆動が制御されることで実現される。但し、S104の処理を除く。
Next, the preparation process described above will be described with reference to a flow chart. FIG. 14 is a flow chart explaining the preparation process. Each processing (step) indicated by S number in FIG. This is realized by controlling the driving of the
S101でCPU400は、主操作部10Mと従操作部10Sを合焦領域Fの方向に移動させるようコントローラ30に指示する。コントローラ30はCPU400からの指示に応じて主操作可動部1Mと従操作可動部1Sを駆動し、これにより主操作部10Mと従操作部10Sは合焦領域Fへ向けて移動する。なお、ここではCPU400の指示で主操作部10Mと従操作部10Sを移動させているが、使用者が主入力操作部20Mと従入力操作部20Sを操作して移動させてもよい。
In S101, the
S102でCPU400は、画像処理回路2dにより、主操作部10Mと従操作部10Sが共に合焦領域Fで合焦しているか否かを判定する。S102の判定は、カメラ106から得られる画像を公知の方向で解析することによって行うことができ、詳細な説明は省略する。CPU400は、合焦していると判定した場合(S102でYes)、処理をS103へ進め、合焦していないと判定した場合(S102でNo)、処理をS101へ戻す。S103でCPU400は、主操作可動部1Mと従操作可動部1Sのそれぞれに設けられたエンコーダが検出した主操作部10Mと従操作部10SのX方向、Y方向及びZ方向の各位置情報をコントローラ30を介して取得し、一次記憶装置401に記憶する。
In S102, the
S104では、使用者が作業面102f又はその近傍に焦点を合わせる。使用者が所望の位置に焦点を合わせられたと判断してS104の処理が終了したことを示す信号をPC操作部403からPC40に入力をすると、CPU400は処理をS105へ進める。なお、作業面102f又はその近傍に合焦したか否かの判定は、CPU400がカメラ106から得られる画像を解析して行うようにしてもよい。S101~S104が上述した第1工程での処理となる。
In S104, the user focuses on or near the
S105でCPU400は、主操作部10Mを作業面102fに向けて移動させるようコントローラ30に指示する。コントローラ30がCPU400からの指示に応じて主操作可動部1Mを駆動することにより、主操作部10Mは作業面102fへ向けて移動する。なお、ここでは、主操作部10Mの移動をCPU400がコントローラ30に指示するとしたが、これに代えて、使用者による主入力操作部20Mの操作入力に従ってコントローラ30が主操作可動部1Mを駆動することで、S105の処理が行われてもよい。
In S105, the
S106でCPU400は、主操作部10Mが作業面102fに接触し又はその近傍へ移動したか否かを判定する。CPU400は、主操作部10Mの移動が完了したと判定した場合(S106でYes)、処理をS107へ進め、主操作部10Mの移動が完了していないと判定した場合(S106でNo)、処理をS105へ戻す。S107でCPU400は、主操作可動部1Mに設けられたエンコーダが検出した主操作部10MのX方向、Y方向及びZ方向の各位置情報をコントローラ30を介して取得し、一次記憶装置401に記憶する。なお、この時点では、従操作部10SはS103の処理後の位置から移動していないため、従操作部10Sの位置情報を取得する必要はない。S105~S107が上述した第2工程での処理となる。
In S106, the
S108でCPU400は、CPU400が顕微鏡100の焦点を作業位置に合わせる。なお、S108の処理は使用者が行っても構わない。S109でCPU400は、撮像領域Cに対象物103があるか否かを判定する。S109の判定は、撮像領域Cの画像解析により行うことができる。CPU400は、撮像領域Cに対象物103がないと判定した場合(S109でNo)、処理をS110へ進める。S110でCPU400は、‘hS>hC+(dS/2)’となる位置へ従操作部10Sを移動させる指示をコントローラ30に送る。なお、既に説明したように、‘dS’は従操作部10Sの先端の外径であり、‘hC’は、対象物103のZ方向高さである。コントローラ30は、CPU400からの指示を受けて従操作可動部1Sを動作させる。S110の処理の終了により、本処理は終了する。
In S108, the
CPU400は、S109において撮像領域Cに対象物103があると判定した場合(S109でYes)、処理をS111へ進める。S111でCPU400は、‘hM>dS/2’の関係が成り立っているか否かを判定する。なお、既に説明したように、‘dS’は従操作部10Sの先端の外径であり、‘hM’は作業面102fから主操作部10Mの先端中心までの距離である。CPU400は、‘hM>dS/2’の関係が成り立っていると判定した場合(S111でYes)、処理をS112へ進める。
When the
S112でCPU400は、‘hS=hM’となる位置へ従操作部10Sを移動させる指示をコントローラ30に送る。なお、既に説明したように、‘hS’は作業面102fから従操作部10Sの先端中心までの距離である。コントローラ30は、CPU400からの指示を受けて従操作可動部1Sを動作させる。S112の処理の終了により、本処理は終了する。
In S112, the
CPU400は、S111において‘hM>dS/2’の関係が成り立っていないと判定した場合(S111でNo)、処理をS113へ進める。S113でCPU400は、‘hS>dS/2’となる位置へ従操作部10Sを移動させる指示をコントローラ30に送る。コントローラ30は、CPU400からの指示を受けて従操作可動部1Sを動作させる。S113の処理の終了により、本処理は終了する。S109~S113が上述した第3工程での処理である。
When the
なお、第1実施形態では、判定処理をCPU400が実行するとしているが、判定処理は、コントローラ30にCPUを設けて実行するようにしてもよいし、制御量演算部2aや画像処理回路2dに判定機能を持たせて実行させてもよい。
In the first embodiment, the determination processing is executed by the
<第2実施形態>
第2実施形態では、上述した準備工程での第2工程及び第3工程における主操作部10Mと従操作部10Sの別の移動方法について説明する。
<Second embodiment>
In the second embodiment, another method of moving the
図15は、第2工程において主操作部10Mを作業面102fに向けて移動させる途中の状態を示す正面図である。第1実施形態では、第1工程後にZ方向において従操作部10Sを動かしていない。これに対して、第2実施形態では、コントローラ30により、従操作部10Sの先端中心のZ方向位置が主操作部10Mの先端中心のZ方向位置に追従するように、主操作部10Mと従操作部10Sを移動させる。
FIG. 15 is a front view showing a state in the middle of moving the
図16(a)は、第2工程において主操作部10Mの先端が作業面102fに接触した状態(第2工程が完了した状態)を示す正面図である。図16(b)は、図16(a)中の領域Dの拡大図である。図16(a),(b)では、従操作部10Sの対象物103への接触を回避する目的で後述する追従距離Lを設定するため、従操作部10Sの直下に対象物103を破線で示している。
FIG. 16(a) is a front view showing a state in which the tip of the
作業面102fから従操作部10Sの先端中心までのZ方向での距離hSを‘hS2’とし、従操作可動部1Sのエンコーダが検出した従操作部10SのZ位置情報PSを‘PS2’とする。従操作部10Sは、主操作部10Mに対して追従距離Lを保って移動する。その際、従操作部10Sの対象物103に対する接触を回避することが望ましい。そこで、主操作部10MのZ方向位置にかかわらず従操作部10Sが対象物103に接触することのないように、追従距離Lに追従隙間δを含ませる。
Let 'hS2' be the distance hS in the Z direction from the
追従距離Lは、主操作部10Mの先端中心のZ方向位置から従操作部10Sの外周下端までの距離である。追従隙間δには、ゼロ(0)より大きい任意の値を設定することができるが、その際に主操作部10Mと従操作部10Sの各先端径の個体間での誤差と対象物103の大きさのばらつきを考慮することが望ましい。
The follow-up distance L is the distance from the Z-direction position of the center of the tip of the
図16(b)に示されるように、追従距離Lは、hC、dS、dMを用いて下記式12で表される。なお、既に説明したように、‘hC’は、対象物103の作業面102fから光軸方向(Z方向)の最大距離である。‘dM’は主操作部10Mの先端の外径であり、‘dS’は従操作部10Sの先端の外径である。コントローラ30は、第2工程の実行時に追従距離Lを保って従操作部10Sを移動させる。これにより、第2工程の実行時に従操作部10Sが対象物103と接触することを防止することができる。
As shown in FIG. 16(b), the follow-up distance L is expressed by
図17は、第3工程の実施時の状態を示す正面図である。第3工程の実施時には、従操作部10Sの先端中心と主操作部10Mの先端中心とはZ方向において追従距離Lだけ離されている。よって、従操作部10Sを作業面102fに向けてZ方向に追従距離Lだけ動かせば、Z方向における従操作部10Sの先端中心の位置と主操作部10Mの先端中心の位置と一致するように、主操作部10Mと従操作部10Sを配置することができる。
FIG. 17 is a front view showing a state during execution of the third step. When the third step is performed, the center of the tip of the
図17において、作業面102fから従操作部10Sの先端中心までの距離hSが距離hS1(図6参照)より小さい場合(hS<S1)には、第3工程で従操作部10Sを動かす距離を第1実施形態よりも短くすることができる。よって、第3工程に要する時間を短縮することが可能となる。第2工程において従操作部10Sが対象物103に接触するのを防止しながら、第3工程に要する時間を最小化するためには、追従距離Lに含まれる追従隙間δをできる限りゼロ(0)に近付ければよい。一方、図17において‘hS<hS1’となっている場合には、第3工程で従操作部10Sを移動させる距離は第2実施形態で第1実施形態よりも長くなるが、対象物103と従操作部10Sの接触を防止することができる点で有利である。
In FIG. 17, when the distance hS from the
更に、第2実施形態での従操作部10Sの移動方法を用いることで、合焦領域Fを微小に動かしながら従操作部10Sを微小に動かして合焦させていくことを繰り返す従来の手法よりも、従操作部10Sを所定位置に配置するまでの時間を短縮することができる。なお、顕微鏡システムは、使用者が第1実施形態と第2実施形態とを、適宜、選択することができるよう構成されていてもよい。第1実施形態と第2実施形態の選択(切り替え)は、PC40に対する操作(入力)により行うことができる。
Furthermore, by using the method of moving the
<第3実施形態>
前述の第1工程、第2工程を実施した後に、操作手段だけで作業する工程があった場合、従操作手段が視野外に外れることがありうる。図18は、第3実施形態に係る従操作部10Sの駆動方法を示す模式図である。図18(a)は、主操作部10Mと従操作部10Sの第1工程前の配置を示す平面図であり、顕微鏡100の視野内に従操作部10Sが入っていない状態を示している。この状態では、使用者は接眼レンズ104bを通して従操作部10Sを視認することはできず、また、カメラ106により撮像される画像を通じても従操作部10Sを視認することができない。
<Third Embodiment>
After performing the first and second steps described above, if there is a step of working only with the operating means, the slave operating means may be out of the field of view. 18A and 18B are schematic diagrams showing a method of driving the
図18(a)の状態では、接眼レンズ104bを通して顕微鏡100の視野を観察しても、また、カメラ106により得られる撮影画像を解析することによっても、第1実施形態で説明した第1工程を実行することができない。そこで、図18(b)に示すように、最初に、従操作部10Sの少なくとも先端が撮像領域C内に入るように、従操作部10SをXY平面内で移動させる。従操作部10Sの少なくとも先端が撮像領域Cに入れば、撮影画像や視野に変化が現れるため、この変化を検出することで、従操作部10Sの少なくとも先端を撮像領域Cに入れることができる。その際、従操作可動部1Sに設けられたエンコーダから取得した従操作部10Sの位置情報を用いて、従操作部10Sと主操作部10MのZ方向位置を合わせておくと、従操作部10Sの先端が撮像領域Cに入ったか否かの確認が容易となる。こうして、従操作部10Sの先端が撮像領域Cに入ると、第1工程を行うことが可能となる。
In the state of FIG. 18A, the first step described in the first embodiment can be performed by observing the field of view of the
なお、図18(a)には対象物103が示されているが、使用者が対象物103を視認することができているか否かは、ここではどちらであっても構わない。図18(b)では、Z方向から見た場合に対象物103と重ならない位置へ従操作部10Sを移動させた状態を示している。
Although the
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。 Although the present invention has been described in detail based on its preferred embodiments, the present invention is not limited to these specific embodiments, and various forms without departing from the gist of the present invention can be applied to the present invention. included. Furthermore, each embodiment described above merely shows one embodiment of the present invention, and it is also possible to combine each embodiment as appropriate.
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that implements one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus reads and executes the program. It can also be realized by processing to It can also be implemented by a circuit (for example, ASIC) that implements one or more functions.
1M 主操作可動部
1S 従操作可動部
2 制御部
2a 制御量演算部
2b M駆動回路
2c S駆動回路
2d 画像処理回路
10M 主操作部
10S 従操作部
30 コントローラ
40 PC
100 顕微鏡
106 カメラ
400 CPU
1M Main operation
100
Claims (10)
前記顕微鏡での観察範囲を撮像して得られる画像を解析する解析手段が前記画像を解析した結果を用いて前記駆動手段の駆動を制御することにより、第1工程、第2工程および第3工程をこの順序で行う制御手段と、を備え、
前記第1工程は、前記観察範囲において前記主操作部と前記従操作部を前記顕微鏡の合焦領域に合焦させた状態とする工程であり、
前記第2工程は、前記対象物がある作業面またはその近傍に前記顕微鏡の焦点を合わせた状態で、前記主操作部が前記作業面に接触しまたはその近傍に位置するように、前記主操作部を前記顕微鏡の光軸方向に移動させる工程であり、
前記第3工程は、前記主操作部または前記対象物の位置に応じた所定の位置へ前記従操作部を前記光軸方向に移動させる工程であることを特徴とする顕微鏡補助装置。 driving means for driving at least one main operating section and at least one secondary operating section for manipulating an object under the field of view of the microscope;
The first step, the second step and the third step are performed by the analysis means for analyzing the image obtained by imaging the observation range with the microscope by controlling the driving of the driving means using the analysis result of the image. in that order;
The first step is a step of bringing the main operation section and the secondary operation section into a state in which the focus region of the microscope is focused in the observation range,
In the second step, with the microscope focused on or near a work surface on which the object is located, the main operation unit is positioned in contact with or near the work surface. A step of moving the part in the optical axis direction of the microscope,
The microscope assisting apparatus, wherein the third step is a step of moving the secondary operation section to a predetermined position corresponding to the position of the main operation section or the object in the direction of the optical axis.
前記光軸方向において、前記追従距離をL、前記対象物の前記作業面からの最大距離をhC、前記主操作部の先端の幅をdM、前記従操作部の先端の幅をdS、ゼロより大きい任意の値をδとして、前記追従距離が、L=hC+δ+(dS/2)-(dM/2)、で表されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の顕微鏡補助装置。 In the second step, the control means adjusts the movement of the main operation section so that the center of the tip of the secondary operation section and the center of the tip of the main operation section in the optical axis direction maintain a predetermined follow-up distance. Move the slave operation part,
In the optical axis direction, L is the follow-up distance, hC is the maximum distance of the object from the working surface, dM is the width of the tip of the main operation section, dS is the width of the tip of the secondary operation section, and is less than zero. The follow-up distance is expressed by L=hC+δ+(dS/2)−(dM/2), where δ is an arbitrary large value. microscope auxiliary equipment.
前記顕微鏡での観察範囲を撮像して得られる画像を解析するステップと、
前記画像を解析した結果を用いて前記主操作部と前記従操作部を第1工程、第2工程、第3工程の順で駆動するステップと、を有し、
前記第1工程では、前記観察範囲において前記主操作部と前記従操作部を前記顕微鏡の合焦領域に合焦させた状態とし、
前記第2工程では、前記対象物がある作業面またはその近傍に前記顕微鏡の焦点を合わせた状態で、前記主操作部が前記作業面に接触しまたはその近傍に位置するように、前記主操作部を前記顕微鏡の光軸方向に移動させ、
前記第3工程では、前記主操作部または前記対象物の位置に応じた所定の位置へ前記従操作部を前記光軸方向に移動させることを特徴とする顕微鏡補助装置の制御方法。 A control method for a microscope auxiliary device comprising at least one main operating section and at least one secondary operating section for manipulating an object under the field of view of a microscope, comprising:
a step of analyzing an image obtained by imaging an observation range with the microscope;
a step of driving the main operation unit and the secondary operation unit in order of a first step, a second step, and a third step using the result of analyzing the image;
In the first step, the main operation section and the secondary operation section are brought into focus in the focus area of the microscope in the observation range,
In the second step, with the microscope focused on or near a work surface on which the object is located, the main operation unit is positioned in contact with or near the work surface. moving the unit in the direction of the optical axis of the microscope,
In the third step, the auxiliary operation section is moved in the direction of the optical axis to a predetermined position corresponding to the position of the main operation section or the object.
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JP2021138950A JP2023032674A (en) | 2021-08-27 | 2021-08-27 | Microscope auxiliary device, control method of the same and program |
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