JP3223583B2 - マイクロマニピュレータ用操作装置 - Google Patents

マイクロマニピュレータ用操作装置

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    • G05B2219/45182Microscope, micromanipulator for microscope

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、操作装置、特に、空間
内の3軸方向に移動可能な移動手段を有するマイクロマ
ニピュレータの操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】たとえば細胞にDNA溶液の注入処理を
施す場合、一方に微小針をまた他方に捕捉針を配置した
マイクロマニピュレータが用いられる。一般的なマイク
ロマニピュレータでは、顕微鏡視野内で微小針や捕捉針
等の微小器具を操作して、シャーレ等の容器内に入れら
れた細胞等の微小な処理物に所定の処理を施すようにな
っている。
【0003】この種のマイクロマニピュレータでは、た
とえば上下に傾動可能なZ軸用のスティックと、前後左
右に傾動可能なXY軸用のスティックとを用い、それら
を両手で操作して空間内の3軸方向(上下前後左右方
向)に駆動している。また、片手で操作するマイクロマ
ニピュレータでは、前後左右に傾動するスティックの先
端にZ軸用のダイヤルを設けたり、固定スティック上に
3軸方向用の3つのダイヤルを設けたりして、片手で上
下前後左右方向に駆動できるようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】両手で操作する前記従
来の構成では、マイクロマニピュレータが対向配置され
ている場合に2つのマイクロマニピュレータを同時に操
作することができない。また片手で操作する前記従来の
構成では、平面上での曲線的又は直線的な動きが必要な
場合に、操作が困難である。特に、Z軸上とX軸または
Y軸上とでマニピュレータを同時に動かす場合には、Z
軸用のダイヤルを回してスティックを前後または左右に
動かしたり、Z軸用のダイヤルを回しながらX軸または
Y軸のダイヤルを回さなければならず、高度な指先の熟
練性が要求される。たとえば、細胞へ斜め上方から針を
刺してそれを斜め上方に持ち上げる場合に、その動作を
片手で行うのが困難である。
【0005】本発明の目的は、マイクロマニピュレータ
の操作性を向上することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のマイクロマニピ
ュレータの操作装置は、空間内の3軸方向に移動可能な
移動手段を有するマイクロマニピュレータの操作装置で
あって、平面内を2軸方向に移動可能であり、2軸に関
する移動指令を入力するための操作手段と、前記3軸の
うちの2軸を選択するための軸選択手段と、前記操作手
段の移動量に応じて、前記軸選択手段で選択された2軸
上で移動させる指令を前記移動手段に出力する指令出力
手段とを備え、前記軸選択手段は、前記操作手段の操作
を行う側の手で操作可能に前記操作手段に設けられてお
り、前記3軸から選択される複数の2軸を所定の順に循
環させて切替可能である。
【0007】
【作用】発明1に係るマイクロマニピュレータ用操作装
置では、軸選択手段により空間内の3軸のうちの2軸が
選択される。指令出力手段は、選択された2軸上で移動
する指令を操作手段の2軸方向の移動量に応じて移動手
段に対して出力する。ここでは、選択する2軸を変更し
ながら操作を行えるので、複雑なマニピュレータの動き
を容易に制御できるようになる。この結果、マニピュレ
ータの操作性が向上する。また、指令出力手段による指
令は操作手段の2軸方向の移動量に応じて出力されるの
で、例えば操作手段から入力されるトルクに応じて出力
する構成に比べ、操作装置全体の構成を簡単にすること
ができる。 発明2に係るマイクロマニピュレータ用操作
装置では、操作手段の操作と軸選択手段の操作とが同じ
側の手で行われる。このため、操作手段と軸選択手段と
を持ち変えることなく両操作をスムーズに行うことがで
き、迅速な操作が可能となる。また、選択される複数の
2軸は循環させて切替可能であるため、例えばボタンを
1回押すごとに2軸が切り替わるよう構成することによ
り、複雑なマニピュレータの動きを簡単に行えるように
なる。
【0008】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を採用したマイク
ロマニピュレータシステムを示している。図において、
マイクロマニピュレータシステムは、ベース1に載置さ
れた顕微鏡2と、顕微鏡2の両側方に配置された1対の
マイクロマニピュレータ3,4と、顕微鏡2及びマイク
ロマニピュレータ3,4を制御するための制御装置5と
を有している。
【0009】顕微鏡2は、その中央部に操作台6を有し
ており、操作台6には細胞等の被処理物が載置される試
料台7が配置されている。操作台6の下方には対物レン
ズ8が配置されており、対物レンズ8の下端部にはテレ
ビカメラ9が接続されている。操作台6は、図示しない
駆動機構によって水平面方向及び上下方向に駆動され得
る。
【0010】マイクロマニピュレータ3,4は、ベース
1上に載置されており、台10,11と、台10,11
上に別々に取り付けられた駆動部12,13と主に有し
ている。駆動部12,13は、それぞれステッピングモ
ータ40,41,42(図2)により、台10,11に
対して1μm又は数十μm単位の動き(微動又は粗動)
を垂直方向及び水平方向に行い得る。駆動部12,13
の顕微鏡2側端部には、微小器具であるガラスキャピラ
リ14,15が取り付けられている。これらのキャピラ
リ14,15は、その先端部が試料台7側に延びてい
る。
【0011】制御装置5は、図1に示すように、CRT
20と、操作パネル21と、制御ユニット22と、マウ
ス23,24とを主に有している。マウス23,24
は、2つのクリックボタン(CB1)25,27と、ク
リックボタン(CB2)26,28をそれぞれ有してい
る。クリックボタン(CB1)25,27は、駆動部1
2,13の粗動,微動を切り換えるためのものである。
クリックボタン(CB2)26,28は、前後左右及び
上下(XYZ軸)の3軸のうちの2軸を選択するために
用いられる。ここでは、クリックボタン25,27を操
作する都度粗動と微動とが切り換わり、クリックボタン
26,28を操作する都度XY→YZ→ZX→XY軸の
順に選択軸が切り換わる。
【0012】マウス23は、図2に示すように、平面内
の2方向の動きを検出するための2つのエンコーダ(E
N1,EN2)31,32を有している。エンコーダ3
1,32の出力はそれぞれカウンタ33,34に与えら
れる。エンコーダ31,32は、それぞれ図4に示すよ
うに、基準パルスと、回転方向に応じた回転パルスとを
出力する。カウンタ33,34は、回転パルスの数をカ
ウントする。カウンタ33,34には位相検出回路3
5,36が接続されている。位相検出回路35,36
は、回転パルスと基準パルスとの位相Dを検出する。
【0013】カウンタ33,34のカウント出力及び位
相検出結果は制御部30に与えられる。制御ユニット2
2を構成する制御部30は、マイクロコンピュータから
なっている。制御部30には、マウス23のクリックボ
タン25,26の出力も与えられる。なお図2では、一
方のマウス23のみ図示しているが、他方のマウス24
も同様な構成となっている。
【0014】制御部30には、テレビカメラ9、CRT
20、3軸のモータ40,41,42を制御するための
モータドライバ37、メモリ38、操作部21及び他の
入出力部が接続されている。メモリ38には、制御プロ
グラムやクリックボタン25,26で選択された選択結
果が記憶される。モータドライバ37には、駆動部12
を3軸方向に移動させるためのステッピングモータ(M
x ,My ,Mz )40,41,42が接続されている。
【0015】次に上述の実施例の動作について説明す
る。制御部30では、図3に示すように、まずステップ
S1で、初期設定を行う。ここでは、たとえば、粗動の
選択結果をメモリ38に記憶するとともに、XYZ軸の
うちのXY軸の選択結果をメモリ38に記憶する。ステ
ップS2では、CRT20に、テレビカメラ9で撮像し
た情報を表示させる。ステップS3では、クリックボタ
ン25のクリックにより粗動が指定されたか否かを判断
する。ここでクリックボタン25をクリックするごとに
粗動と微動とが繰り返されるので、現在粗動である場合
にクリックボタン25が押されると、微動になり、現在
微動である場合にクリックボタン25が押されると粗動
になる。この微動及び粗動の選択結果については、CR
T20に表示される。
【0016】粗動であると判断するとステップS4に移
行する。ステップS4では、モータドライバ37から各
モータ40,41,42に出力するパルス速度をP1
セットする。このパルス速度P1 は粗動用の速い速度で
ある。また、クリックボタン25により微動が指定され
たと判断するとステップS5に移行する。ステップS5
では出力パルス速度をP2 にセットする。このパルス速
度P2 は、パルス速度P1 より遅い、微動用の速度であ
る。
【0017】ステップS4またはステップS5でパルス
速度が設定されるとステップS6に移行する。ステップ
S6では、クリックボタン26の操作によりXY軸が選
択されたか否かを判断する。ステップS7では、YZ軸
が選択されたか否かを判断する。ステップS8ではZX
軸が選択されたか否かを判断する。ステップS9では、
マウス23,24が操作され、カウンタ33,34及び
位相検出回路35,36から制御部に入力があったか否
かを判断する。ステップS10では、他の処理を行う。
他の処理が終了するとステップS2に戻る。
【0018】ステップS6でクリックボタン26により
XY軸が選択されたと判断するとステップS11に移行
する。ステップS11では、ステッピングモータ40,
41だけを制御するように選択結果をメモリ38に記憶
する。同様に、ステップS7またはステップS8でYZ
軸またはZX軸が選択されたと判断すると、ステップS
12またはステップS13に移行して選択結果をメモリ
38に記憶する。
【0019】ステップS9でパルス入力があったと判断
するとステップS14に移行する。ステップS14で
は、カウンタ33及びカウンタ34のカウント結果によ
り、選択された2軸の移動距離を演算する。ここで操作
者はCRT20の画面を見ながらマウス23を操作し、
処理物に対する処理を行う。ここではマウス23の2軸
方向の動きをエンコーダ31,32で捕らえ、その距離
を算出する。ステップS16では、位相検出回路35,
36の出力により、選択された2軸の正負の方向を検出
する。ここでは位相差が正であれば正方向に、負であれ
ば負方向に移動したと判断する。ステップS16では、
ステップS14で演算された距離及びステップS15で
検出された方向に、選択された2軸用のモータを駆動す
る。これにより、駆動部12,13がマウス23,24
で指示された方向及び距離に移動する。
【0020】ここでは、マウス23,24はそれぞれ片
手で操作可能であり、粗動,微動の選択及び2軸の選択
をマウス上のクリックボタン25,26、27,28で
選択可能である。また、片手でマウスを動かすだけで、
選択された2軸の動作を簡単に行える。たとえば、図5
(A)に実線で示すZY軸上の動作は、マウス23,2
4を実線で示す曲線のように動かせば簡単に実現でき
る。また、この状態からZY軸上で操作する場合には、
クリックボタン26,28を操作してZY軸を選択すれ
ば(ステップS13)、図5(B)に示すような、ZY
軸上の操作に容易に移行できる。
【0021】〔他の実施例〕 (a) 操作手段としては、マウスに代えて、前後及び
左右に傾動可能なジョイスティックやトラックボール等
の2軸を同時操作可能な他の手段を採用してもよい。 (b) 前記実施例では、微動及び粗動を双方ともマウ
スで操作するようにしたが、微動または粗動だけをマウ
スで操作するようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】本発明に係るマイクロマニピュレータ用
操作装置では、3軸のうちの2軸を軸選択手段により選
択し、選択された2軸に関する移動指令を操作手段によ
り入力し、操作手段の操作に応じて、選択手段で選択さ
れた2軸上で移動手段を移動させるので、マイクロマニ
ピュレータの操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を採用したマイクロマニピュ
レータシステムの概略図。
【図2】その制御ユニットのブロック構成図。
【図3】制御ユニットの制御フローチャート。
【図4】エンコーダのタイミングチャート。
【図5】操作内容を説明する図。
【符号の説明】 3,4 マイクロマニピュレータ 12,13 駆動部 23,24 マウス 26,28 クリックボタン 30 制御部 37 モータドライバ 40,41,42 ステッピングモータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B25J 13/06 B25J 7/00 B25J 13/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】空間内の3軸方向に移動可能な移動手段を
    有するマイクロマニピュレータの操作装置であって、平
    面内を2軸方向に移動可能であり、2軸に関する移動指
    令を入力するための操作手段と、前記3軸のうちの2軸
    を選択するための軸選択手段と、前記操作手段の移動量
    に応じて、前記軸選択手段で選択された2軸上で移動さ
    せる指令を前記移動手段に出力する指令出力手段とを備
    え、前記軸選択手段は、前記操作手段の操作を行う側の
    手で操作可能に前記操作手段に設けられており、前記3
    軸から選択される複数の2軸を所定の順に循環させて切
    替可能である、マイクロマニピュレータの操作装置。
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