JP3888429B2 - マイクロマニピュレータ、マイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法およびマイクロマニピュレータの駆動制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマニピュレータ、マイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法およびマイクロマニピュレータの駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、細胞にＤＮＡ溶液を注入する場合、左右の一方にマイクロインジェクタに接続されたマイクロマニピュレータ用微小器具である微小針を配置し、他方に別のマイクロマニピュレータ用微小器具である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。利用者は、顕微鏡視野内を視認しながら微小針と捕捉針とを移動させる装置に対して両手を使用して操作することにより微小針と捕捉針とを別々に移動させるとともに、マイクロインジェクタも手で操作し、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対して注入を行っている。同マイクロマニピュレータは電圧パルスにより伸縮する圧電素子を備えており、電圧パルスを発生させて圧電素子を伸縮させ、生じる衝撃力をマイクロマニピュレータ用微小器具に伝達させている。
ここで、マイクロマニピュレータ用微小器具により細胞等に孔を開ける際、細胞等を壊さないようにするため、マイクロマニピュレータ用微小器具の位置に応じて圧電素子に与える電圧パルスの条件を変化させる操作を行う必要がある。この操作も手で行うが、手の操作を軽減させるため、複数の足踏み式操作スイッチのオンオフに応じて、操作モードを切り替えることも行われている（例えば、特公平６−１０２３０９号公報）。この技術では、足踏み式操作スイッチを足で操作することにより、圧電素子に与える電圧パルスの条件の操作を行うモードとマイクロインジェクタの操作を行うモードとを切り替えたり、マイクロインジェクタの注入モードと吸引モードとを切り替えたり等している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のマイクロマニピュレータにおいては、足踏み式操作スイッチを足で操作することにより操作モードを切り替えることができるものの、細胞等を壊さないようにマイクロマニピュレータ用微小器具を微小駆動させるためには手できめ細やかな操作を行う必要がある。その結果、左右のマイクロマニピュレータ用微小器具を両手の操作で移動させ、さらに圧電素子に与える電圧パルスの条件を手の操作で変えながらマイクロインジェクタも手で操作しなければならず、操作の煩わしさは十分には解消されていなかった。また、高度な指先の熟練性も要求されていた。
本発明は、上記課題にかんがみてなされたもので、操作性を向上させることが可能なマイクロマニピュレータ、マイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法およびマイクロマニピュレータの駆動制御方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータであって、電圧パルスを連続して発生させるにあたり、電圧パルスを１パルス発生させた後、基準のウエイト時間が経過してから連続して電圧パルスを発生させる電圧パルス発生手段と、上記電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する衝撃力伝達手段とを具備する構成としてある。すなわち、電圧パルスを連続して発生させるときでも、衝撃力伝達手段に電圧パルスを１パルスだけ与えることができる。
【０００５】
ここで、上記ウエイト時間を使用した構成の一例として、請求項２にかかる発明は、上記電圧パルス発生手段は、上記ウエイト時間を変更する入力を受け付け、入力されたウエイト時間に基づいて上記電圧パルスを連続して発生させる構成としてある。すなわち、電圧パルスを１パルス発生させてから連続したパルスを発生させるまでのタイミングを変えることができ、さらに操作性が向上する。
また、上記ウエイト時間は、複数設けられ、上記電圧パルス発生手段は、上記複数のウエイト時間のいずれかを選択する入力を受け付け、入力されたウエイト時間に基づいて上記電圧パルスを連続して発生させる構成としてもよい。すなわち、ウエイト時間を選択することができ、さらに操作性が向上する。
むろん、上記ウエイト時間は、予め設定された所定のウエイト時間であってもよい。
【０００６】
なお、請求項３にかかる発明のように、上記衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を表示可能な電圧パルス表示手段が設けられている構成としてもよい。すなわち、電圧パルスの条件が表示されるので、さらに操作性が向上する。ここで、電圧パルス表示手段は様々な構成が可能であり、例えば、所定のディスプレイに電圧パルスの条件を表示してもよいし、発光ダイオードを使用して電圧パルスの条件を表示してもよい。
【０００７】
ところで、マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示してもよい。その一例として、請求項４にかかる発明は、互いに倍率の異なるレンズを選択操作可能であるとともに、選択されたレンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示する拡大表示手段と、上記レンズの倍率を検出する倍率検出手段と、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記倍率検出手段にて検出された上記レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行する駆動制御手段とが設けられている構成としてある。すなわち、マイクロマニピュレータ用微小器具をレンズの倍率に合った駆動制御により移動させることができ、さらに操作性が向上する。
【０００８】
また、請求項５にかかる発明は、マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータであって、互いに倍率の異なる対物レンズを選択操作可能であるとともに、選択された対物レンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示する拡大表示手段と、上記対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされるとともに同対物レンズに装着された複数の反射体と、同反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を検知する光センサとを有し、同光センサにて検知された反射光に応じて上記対物レンズの倍率を検出する倍率検出手段と、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記倍率検出手段にて検出された上記対物レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行する駆動制御手段とを具備する構成としてある。すなわち、マイクロマニピュレータ用微小器具を対物レンズの倍率に合った駆動制御により移動させることができ、操作性が向上する。
【０００９】
また、上記倍率検出手段は、上記対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされるとともに同対物レンズに装着された複数の反射体と、同反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を検知する光センサとを有し、同光センサにて検知された反射光に応じて上記対物レンズの倍率を検出する。すなわち、反射体は対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされているので、反射体からの反射光は対物レンズの倍率に応じて異なる。したがっ て、同反射光に応じて対物レンズの倍率を検出することができる。
【００１０】
ここで、レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を行う構成の一例として、請求項６にかかる発明は、上記駆動制御手段は、上記倍率検出手段にて検出された上記レンズの倍率に応じた移動速度で上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行する構成としてある。すなわち、マイクロマニピュレータ用微小器具をレンズの倍率に合った移動速度で移動させることができるので、操作が容易となる。
その際、上記駆動制御手段は、上記レンズの倍率の逆数に比例した移動速度で上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行する構成としてもよい。すなわち、表示画面上でのマイクロマニピュレータ用微小器具の移動速度が同じとなるので、同マイクロマニピュレータ用微小器具を移動させやすくなる。
また、請求項７にかかる発明のように、上記拡大表示手段は、互いに倍率の異なる複数の対物レンズのいずれかを選択操作可能であるとともに選択された対物レンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態についての映像を拡大する顕微鏡と、この顕微鏡にて拡大された同映像を撮影するビデオカメラと、このビデオカメラが撮影した映像を画面表示するディスプレイとを備える構成としてもよい。すなわち、汎用品を利用してマイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態についての映像を拡大して画面表示することができる。
【００１１】
上記光センサは、複数設けられてもよい。そこで、請求項８にかかる発明は、上記光センサは、複数設けられるとともに選択操作された上記対物レンズに対して互いに異なる方向から光を照射し、上記反射体は、上記光センサから光を照射される複数の方向に対する部位を互いに異なる形状とされている構成としてある。すなわち、対物レンズの数が多いときでも確実に同対物レンズの倍率を検出することができる。
【００１２】
ところで、マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動指令をマウスから操作入力するようにしてもよく、その一例として、請求項９にかかる発明は、ＸＹＺの軸に対する駆動指令を操作入力可能なマウスと、肘と膝と足のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能であるとともに、押圧操作に応じて上記マウスに駆動指令を操作入力させる上記軸を選択する軸選択手段とが設けられ、上記マイクロマニピュレータ用微小器具は、上記ＸＹＺの三軸方向に移動可能であり、上記駆動制御手段は、上記軸選択手段にて選択された上記軸について、上記マウスから上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行する構成としてある。すなわち、マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動指令を操作入力する際の軸の選択が肘や膝や足にてできるので、さらに操作性が向上する。
なお、ＸＹＺの軸の選択は、一つであってもよいし、二つであってもよい。
【００１３】
ここで、請求項１０にかかる発明のように、上記軸選択手段は、肘と膝と足のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能な押圧スイッチを有し、この押圧スイッチの押圧操作に応じて上記マウスに駆動指令を操作入力させる上記軸を切り替えて選択する構成としてもよい。すなわち、肘や膝や足にて押圧スイッチを押圧することにより、手を使用せずに上記軸を切り替える操作を行うことができる。
【００１４】
また、マイクロマニピュレータ用微小器具の移動速度を調節可能とする構成の一例として、請求項１１にかかる発明は、上記駆動制御手段は、足で踏み込み操作可能であるとともに、踏み込み量に応じた移動速度で上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行する構成としてある。すなわち、マイクロマニピュレータ用微小器具の移動速度を足での踏み込み量にて調節することができるので、さらに操作性が向上する。ここで、足で踏み込み操作可能な駆動制御手段は様々な構成が可能であり、例えば、フットボリュームを使用して足での踏み込み量を検出することによりマイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行することができる。
【００１５】
ところで、請求項１２にかかる発明は、電圧パルスを発生させる電圧パルス発生手段と、上記電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する衝撃力伝達手段とが設けられている構成としてある。
また、請求項１３にかかる発明は、足で踏み込み操作可能であるとともに、踏み込み量に応じて上記衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を変更可能な足踏み手段が設けられている構成としてある。
【００１６】
すなわち、電圧パルス発生手段が電圧パルスを発生させると、衝撃力伝達手段は同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力をマイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する。その際、足で踏み込み操作可能な足踏み手段は、踏み込み量に応じて衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を変更させる。すると、マイクロマニピュレータ用微小器具に伝達される衝撃力は、足踏み手段の踏み込み量に応じて変化する。したがって、マイクロマニピュレータ用微小器具に対して手を使用せずにきめ細やかな操作を行うことができ、操作性を向上させることが可能となってマイクロマニピュレータ用微小器具を扱う作業が容易となる。
【００１７】
ここで、足踏み手段は、足での踏み込み量に応じて衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を変更可能であればよく、様々な構成が可能である。その一例として、上記足踏み手段は、足で踏み込み操作可能であるとともに、上記電圧パルス発生手段に接続されたフットボリュームを備える構成としてもよい。すなわち、電圧パルス発生手段にて発生した電圧パルスは、フットボリュームの踏み込み量に応じて変化する。したがって、マイクロマニピュレータ用微小器具に対して手を使用せずにきめ細やかな操作を行うことができる。
【００１８】
また、電圧パルスの条件としては様々なものが考えられる。その一例として、上記足踏み手段は、足での踏み込み量に応じて上記電圧パルスの周波数を変化させる構成としてもよい。すなわち、足踏み手段の踏み込み量に応じて圧電効果により生ずる衝撃力が変化するので、マイクロマニピュレータ用微小器具に伝達される衝撃力を調節することが可能となる。
むろん、上記足踏み手段は、足での踏み込み量に応じて上記電圧パルスの電圧を変化させる構成としてもよい。この構成でも、足踏み手段の踏み込み量に応じて圧電効果により生ずる衝撃力が変化するので、マイクロマニピュレータ用微小器具に伝達される衝撃力を調節することが可能となる。ここで、電圧パルスの周波数を変化させるための足踏み手段と同電圧パルスの電圧を変化させるための足踏み手段の両方を設けてもよい。
【００１９】
さらに、上記足踏み手段は、足での踏み込み量に応じて上記電圧パルスの周波数と電圧とを互いに関連させながら同時に変化させる構成としてもよい。すなわち、電圧パルスの周波数と電圧を片足で操作して変化させることができるので、さらに操作性を向上させることが可能となる。
【００２０】
衝撃力伝達手段は、電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力をマイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達することができればよく、様々な構成が可能である。その一例として、上記衝撃力伝達手段は、上記電圧パルスを与えることにより伸縮する圧電素子を有し、この圧電素子にて生じる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に伝達する構成としてもよい。すなわち、圧電素子は電圧パルスが入力されると圧電効果により伸縮するので、圧電素子によりマイクロマニピュレータ用微小器具に伝達させる衝撃力を発生させることができる。
【００２１】
ところで、足踏み手段以外に電圧パルスに関する操作を行うことができると便利である。そこで、上記電圧パルス発生手段に対して上記電圧パルスを発生させるか否かを切り替え可能な電圧パルススイッチ手段が設けられている構成としてもよい。すなわち、電圧パルススイッチ手段により電圧パルスを発生させるか否かを操作することができるので、利便性が向上する。足踏み手段以外にて電圧パルスを発生させるか否かを操作することが可能となるので、さらに操作性を向上させることができる。
電圧パルススイッチ手段の構成の一例として、上記電圧パルススイッチ手段は、肘と膝のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能な押圧スイッチを有し、この押圧スイッチの押圧操作に応じて上記電圧パルス発生手段に対して上記電圧パルスを発生させるか否かを切り替える構成としてもよい。すなわち、肘や膝にて押圧スイッチを押圧することにより、手を使用せずに電圧パルスを発生させるか否かを切り替える操作を行うことができる。その結果、両手が塞がっているときでも電圧パルスを発生させるか否かを切り替えることが可能となる。手を使用せずに電圧パルスを発生させるか否かを切り替えることができるので、操作性を向上させることが可能になる。
【００２２】
ここで、押圧スイッチは、肘や膝にて押圧操作可能であればよく、様々な構成が可能である。その一例として、上記押圧スイッチは、押圧面とは反対側の面に磁石を備える構成としてもよい。すなわち、磁石により押圧スイッチを磁性体に吸着固定することができるので、押圧スイッチの設置が容易となる。
【００２３】
ところで、電圧パルスを発生させ、同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力をマイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する手法は、必ずしも実体のあるマイクロマニピュレータに限られる必要はなく、その根底にはその手順に発明が存在する。したがって、本発明はマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法としても適用可能であり、請求項１５にかかる発明においても、基本的には同様の作用となる。
【００２４】
すなわち、請求項１に対応して、
マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付けて入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するとともに、電圧パルスを発生させ、同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を同マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達するマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法であって、上記電圧パルスを連続して発生させるにあたり、電圧パルスを１パルス発生させた後、所定のウエイト時間が経過してから連続して電圧パルスを発生させ、同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達することを特徴とするマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法
としても適用可能である。
【００２５】
さらに、マイクロマニピュレータの駆動制御方法として、請求項５に対応して、
マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータの駆動制御方法であって、互いに倍率の異なる選択操作可能な対物レンズから選択された対物レンズを使用してマイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示するとともに、上記対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされるとともに同対物レンズに装着された反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を光センサにて検知し、同光センサにて検知した反射光に応じて上記対物レンズの倍率を検出し、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、検出した上記対物レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行することを特徴とするマイクロマニピュレータの駆動制御方法
としても適用可能である。
【００２６】
むろん、他の請求項に記載したマイクロマニピュレータについても、上述した方法に対応させることが可能であることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、請求項１５にかかる発明によれば、電圧パルスを連続して発生させるときでも衝撃力伝達手段に電圧パルスを１パルスだけ与えることができるので、操作性を向上させることが可能なマイクロマニピュレータおよびマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法を提供することができる。
【００２８】
また、請求項２にかかる発明によれば、電圧パルスを１パルス発生させてから連続したパルスを発生させるまでのタイミングを変えることができるので、さらに操作性を向上させることが可能となる。
さらに、請求項３にかかる発明によれば、電圧パルスの条件が表示されるので、さらに操作性を向上させることが可能となる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、マイクロマニピュレータ用微小器具をレンズの倍率に合った駆動制御により移動させることができるので、操作性を向上させることが可能になる。
【００２９】
さらに、請求項５、請求項１２、請求項１６にかかる発明によれば、マイクロマニピュレータ用微小器具を対物レンズの倍率に合った駆動制御により移動させることができるので、操作性を向上させることが可能なマイクロマニピュレータおよびマイクロマニピュレータの駆動制御方法を提供することができる。
【００３０】
さらに、請求項６にかかる発明によれば、マイクロマニピュレータ用微小器具の移動を容易にさせることができる。
さらに、請求項７にかかる発明によれば、汎用品を利用することにより拡大表示手段の具体例を提供することができる。
【００３１】
さらに、請求項８にかかる発明によれば、対物レンズの数が多いときでも確実に同対物レンズの倍率を検出することが可能となる。
【００３２】
さらに、請求項９にかかる発明によれば、マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動指令を操作入力する際の軸の選択が肘や膝や足にてできるので、操作性を向上させることが可能になる。
さらに、請求項１０にかかる発明によれば、手を使用せずに上記軸を切り替える操作を行うことが可能となる。
さらに、請求項１１にかかる発明によれば、手を使用せずにマイクロマニピュレータ用微小器具の移動速度をきめ細やかに変えることができ、操作性を向上させることが可能となる。
【００３３】
さらに、請求項１３にかかる発明によれば、マイクロマニピュレータ用微小器具に対して手を使用せずにきめ細やかな操作を行うことができ、操作性を向上させることが可能になる。
【００３４】
さらに、請求項１４にかかる発明によれば、手を使用せずに電圧パルスを発生させるか否かを切り替えることができるので、操作性を向上させることが可能になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態について説明する。
（１）マイクロマニピュレータシステムの概略構成：
（２）マイクロマニピュレータシステムの各部の説明：
（３）フットボリューム操作時の本マイクロマニピュレータの作用：
（４）肘スイッチ、膝スイッチ操作時の本マイクロマニピュレータの作用：
（５）電圧パルスを連続して発生させる変形例の説明：
（６）ピペットの駆動制御時の動作：
（７）駆動制御の軸を切り替える変形例の説明：
【００３６】
（１）マイクロマニピュレータシステムの概略構成：
図１は、本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマニピュレータを適用したマイクロマニピュレータシステムの概略構成図である。
マイクロマニピュレータシステム１００は、磁性体とされたベース６０上に、本発明にいうマイクロマニピュレータ用微小器具であるピペット１１，２１、本発明にいう衝撃力伝達手段である圧電駆動部１２、ピペット装着部２２、駆動部１３，２３、マイクロインジェクタ１４、コントロールユニット３０、顕微鏡４１、本発明にいうビデオカメラであるＣＣＤカメラ４５、光センサ４６、コンピュータシステム５０を備えている。また、ベース６０の上面には、肘で押圧操作可能な押圧スイッチである肘スイッチ３３が設置されている。一方、ベース６０の下側では、足で踏み込み操作可能な左フットボリューム３１、右フットボリューム３２が床面に設置されるとともに、膝で押圧操作可能な押圧スイッチである膝スイッチ３４がベース６０の脚に取り付けられている。これらのフットボリューム３１，３２、スイッチ３３，３４は、コントロールユニット３０に接続されている。
ここで、肘スイッチ３３は、上面が押圧面とされるとともに、押圧面とは反対側の下面３３ａに磁石が設けられている。そして、同下面３３ａにて磁性体とされたベース６０に吸着固定されている。また、膝スイッチ３４は、図の左側を押圧面とされるとともに、押圧面とは反対側の右面３４ａに磁石が設けられている。そして、同右面３４ａにてベース６０の脚に吸着固定されている。このように、スイッチ３３，３４は磁石を有しているので、設置が容易である。
【００３７】
顕微鏡４１は本体中央部に操作テーブル４３を有しており、この操作テーブル４３には細胞等の被処理物が収容されるシャーレ４４が載置される。また、顕微鏡４１は、操作テーブル４３の下方に複数の対物レンズ４２が設けられている。本実施形態では、対物レンズ４２の下方にＣＣＤカメラ４５が配設されている。したがって、同対物レンズ４２を介してＣＣＤカメラ４５にてシャーレ４４上でのピペット１１，２１の駆動状態についての映像を拡大して撮影することができる。操作テーブル４３には図示しない二台のステッピングモータが配設されており、操作テーブル４３は同ステッピングモータの回転動作に基づいて水平面方向（ＸＹ軸）の二軸方向に駆動可能になっている。
【００３８】
顕微鏡４１の両側方には、駆動部１３，２３が配設されている。顕微鏡４１の右側では、駆動部１３に圧電駆動部１２が取り付けられ、この圧電駆動部１２に右ピペット１１が微小針として装着されている。圧電駆動部１２は、圧電素子を有するとともにコントロールユニット３０に接続され、同コントロールユニット３０から電圧パルスを入力して圧電素子を急激に伸縮させ、生じる衝撃力を右ピペット１１に伝達するようになっている。また、右ピペット１１には、細胞等の被処理物に対してＤＮＡ溶液等を注入するマイクロインジェクタ１４が接続されている。
同顕微鏡４１の左側では、駆動部２３にピペット装着部２２が取り付けられ、このピペット装着部２２に左ピペット２１が捕捉針として装着されている。
【００３９】
駆動部１３，２３にはそれぞれ図示しない三台のステッピングモータが内蔵されており、各々のステッピングモータによって、ピペット１１，２１を水平面方向（ＸＹ軸）および上下方向（Ｚ軸）の三軸方向に駆動可能になっている。このとき、ピペット１１，２１は顕微鏡４１本体に対して、１μｍまたは数十μｍ単位（微動または粗動）でＸＹＺ軸方向に移動可能になっている。ピペット１１，２１は、その先端部が操作テーブル４３上に載置されたシャーレ４４側に延びている。したがって、ピペット１１，２１をＸＹＺ軸方向に動かすと、同ピペット１１，２１の先端部はシャーレ４４上にてＸＹＺ軸方向に動作し、シャーレ４４に収容されている細胞等の被処理物に対する微小処理が実施可能になっている。
【００４０】
コンピュータシステム５０は、コンピュータ本体５１に出力デバイスとしてディスプレイ５２が接続されるとともに、入力デバイスとしてキーボード５３と、マウス５４とが接続されている。このマウス５４は、左右のクリックボタン部５４ａ，５４ｂ何れか一方のクリック操作によって、駆動部１３，２３の粗動と微動とを切り替えてピペット１１，２１の駆動倍率を切り替えることが可能になっている。また、クリックボタン部５４ａ，５４ｂのクリック操作によって所定の選択画面をディスプレイ５２上に表示させるとともに、この選択画面から所望の選択を実施可能になっている。
【００４１】
コンピュータ本体５１には、コントロールユニット３０やＣＣＤカメラ４５や光センサ４６が所定のインターフェイスにて接続されている。コントロールユニット３０は、上述した操作テーブル４３をＸＹ各軸方向に駆動させるステッピングモータを動作させるためのモータドライバや、ピペット１１，２１をＸＹＺ各軸方向に駆動させるステッピングモータを動作させるためのモータドライバが内蔵されている。これらのモータドライバは、コンピュータ本体５１からの駆動指令に基づいて接続された各ステッピングモータを動作させる。
また、コントロールユニット３０は、フットボリューム３１，３２、スイッチ３３，３４の状態を検出し、検出した状態に応じて電圧パルスを圧電駆動部１２に対して出力することが可能である。
【００４２】
（２）マイクロマニピュレータシステムの各部の説明：
図２は、コンピュータシステム５０の構成を、外部に接続された一部の機器の構成とともに示すブロック構成図である。
コンピュータ本体５１では、システムバス５１ａにＣＰＵ５１ｂ、ＲＯＭ５１ｃ、ＲＡＭ５１ｄ、ＣＲＴインターフェイス（ＣＲＴＩ／Ｆ）５１ｆ、入力インターフェイス（入力Ｉ／Ｆ）５１ｇ、Ｉ／Ｏボード５１ｈ〜５１ｊ等が接続されている。また、ハードディスクドライブを介してハードディスク５１ｅも接続されている。そして、ＲＡＭ５１ｄをワークエリアとして利用しながらＲＯＭ５１ｃやハードディスク５１ｅに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵ５１ｂがコンピュータシステム５０全体の制御を行う。
ディスプレイ５２は、ＣＲＴＩ／Ｆ５１ｆに接続されて、ピペット１１，２１の駆動状態や所定の選択画面を画面表示可能となっている。キーボード５３とマウス５４は、入力Ｉ／Ｆ５１ｇに接続されて、操作入力可能となっている。また、Ｉ／Ｏボード５１ｈ〜５１ｊには、それぞれコントロールユニット３０、ＣＣＤカメラ４５、光センサ４６が接続されている。本実施形態では、光センサ４６は二つの光センサ４６ａ，４６ｂから構成されている。
【００４３】
マウス５４内部には、平面上を転動する図示しないボール部の転動度合いに基づいて平面内のＸＹ軸方向の動きを検出するＸ方向検出部５４ｃとＹ方向検出部５４ｄ、左クリックボタン部５４ａの押し下げ状態を検知して検知状況を出力する左クリック検出部５４ｅ、右クリックボタン部５４ｂの押し下げ状態を検知して検知状況を出力する右クリック検出部５４ｆとが設けられている。
マウス５４には図示しないエンコーダが内蔵されており、エンコーダはボール部の転動度合いを検出し、検出した転動度合いに基づいて転動方向に応じた回転転動パルスを外部に出力する。このとき同時に転動度合いを計測する場合の基準となる基準パルスを外部に出力する。コンピュータ本体の入力Ｉ／Ｆ５１ｇは、カウンタ回路や位相検出回路を備えており、マウス５４から出力された回転転動パルスと基準パルスのパルス数をカウントするとともに、位相差を検出する。そして、コンピュータ本体５１にインストールされているオペレーティングシステム（ＯＳ）の機能によって、マウス５４のボール部やクリックボタン部５４ａ，５４ｂに対する操作内容を検出可能になっている。
【００４４】
コンピュータ本体５１には、本システム１００の機能を実現するためのアプリケーションであるマイクロマニピュレータ制御プログラムがインストールされている。この制御プログラムが起動されると、マイクロマニピュレータ操作に関するインターフェイス画面がディスプレイ５２に表示され、利用者は同画面を通して本システム１００の操作が可能となる。
同制御プログラムは、マウス５４の操作内容をＯＳを介して取得し、取得した操作内容に基づいて、適宜、Ｉ／Ｏボード５１ｈからステッピングモータを駆動するための制御パルスを生成させたり、圧電駆動部１２に供給する電圧パルスを発生させる制御信号を生成させたりする。これらの制御パルスや制御信号は、Ｉ／Ｏボード５１ｈからコントロールユニット３０に入力される。
【００４５】
図３は、コントロールユニット３０と周辺機器の電気系統の概略構成を示すブロック構成図である。実際には、圧電駆動部１２は駆動部１３に取り付けられているが、わかりやすく説明するため、これらを別々に記載している。
Ｉ／Ｏボード５１ｈから入力される制御パルスは、モータコントローラ３８に入力される。モータコントローラ３８には、各ＸＹＺ軸モータドライバが内蔵された右ピペット駆動ユニット３８ａと、各ＸＹＺ軸モータドライバが内蔵された左ピペット駆動ユニット３８ｂと、各ＸＹ軸モータドライバが内蔵されたシャーレ駆動ユニット３８ｃとが接続されている。モータコントローラ３８は、各駆動ユニット３８ａ〜３８ｃに対してコンピュータ本体５１から入力された制御パルスに基づく駆動パルスを生成して出力する。
【００４６】
両ピペット駆動ユニット３８ａ，３８ｂには、それぞれ駆動部１３，２３が接続される。駆動部１３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向駆動用として、それぞれステッピングモータＲ−Ｍｘ，Ｒ−Ｍｙ，Ｒ−Ｍｚを備えている。また、駆動部２３は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向駆動用として、それぞれステッピングモータＬ−Ｍｘ，Ｌ−Ｍｙ，Ｌ−Ｍｚを備えている。シャーレ駆動ユニット３８ｃには、シャーレ４４をＸ、Ｙ軸方向に駆動させるためのステッピングモータＣ−Ｍｘ，Ｃ−Ｍｙが接続される。各駆動ユニット３８ａ〜３８ｃは、モータコントローラ３８から入力される駆動パルスに基づいて駆動電流を発生させ、同駆動電流に基づいて各ステッピングモータを駆動させることにより、ステッピングモータの駆動制御を実現している。
【００４７】
一方、コンピュータ本体のＩ／Ｏボード５１ｈから入力される制御信号は、電圧パルス発生手段であるパルス発生回路３５に入力される。パルス発生回路３５には、外部の左フットボリューム３１、右フットボリューム３２、肘スイッチ３３、膝スイッチ３４が接続されるとともに、一対のリード線により圧電駆動部１２内の圧電素子１２ａが接続されている。パルス発生回路３５には所定の直流電源が接続されており、同直流電源から電力供給を受けて圧電素子１２ａに供給する電圧パルスを発生する。
図４は、パルス発生回路３５の概略ブロック構成を、外部のフットボリューム３１，３２、スイッチ３３，３４の回路とともに示すブロック構成図である。図に示すように、パルス発生回路３５は、制御回路３５ａ、ＶＣＯ（Voltage Controled Oscillator）３５ｂ、スイッチング回路３５ｃ、等を備えている。
【００４８】
制御回路３５ａには、上記ＶＣＯ３５ｂ、スイッチング回路３５ｃが接続されている。本実施形態の制御回路３５ａは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ回路、Ｉ／Ｏポート等を内蔵するマイコン３５ａ１を備えている。そして、制御回路３５ａは、Ｉ／Ｏボード５１ｈから制御信号を入力してこれらの回路に対して所定の制御を行う。具体的には、入力される制御信号に基づいて、これらの回路への電力供給をオンオフさせる電力オンオフ信号を所定のスイッチングトランジスタに対して出力したり、ＶＣＯ３５ｂに対して入力切り替え信号を出力したり、スイッチング回路３５ｃに対してスイッチ素子をオンオフさせる信号を出力したり等する。
【００４９】
ＶＣＯ３５ｂは、シュミットトリガ回路や分周回路等から構成され、周波数制御信号の電圧に応じた周波数のパルスを発生する電圧制御発振回路である。また、回路内部に設けられた可変コンデンサの容量を変更することにより、発生するパルスのパルス幅を調節可能となっている。
同ＶＣＯ３５ｂには、右フットボリューム３２の出力側のリード線が接続されている。なお、右フットボリューム３２の入力側の一対のリード線は、それぞれパルス発生回路３５内の電源ライン（＋Ｅ１）とグランドとに接続されている。本実施形態の右フットボリューム３２は可変抵抗器３２ａを内蔵しており、足での踏み込み量が大きくなるほど同可変抵抗器３２ａの抵抗値は大きくなる。ここで、可変抵抗器３２ａの一端は、グランドに接地された入力側のリード線に接続され、他端は、電源ライン（＋Ｅ１）に接続された入力側のリード線に接続されている。そして、足での踏み込み量に応じて、出力側の他方のリード線は可変抵抗器３２ａにより電源電圧Ｅ１から分圧された電圧とされ、同踏み込み量が大きくなるほど電圧は大きくなる。したがって、ＶＣＯ３５ｂは、可変抵抗器３２ａにより分圧された電圧を周波数制御信号として、同電圧に応じた周波数のパルスを発生する。
また、内蔵する分周回路は、同パルスの周波数を設定された分周比、例えば２のｎ乗分の１にする分周を行い、スイッチング回路３５ｃに対して出力する。同分周回路は、制御回路３５ａからの分周比切り替え信号により分周比を切り替え可能である。
【００５０】
なお、ＶＣＯ３５ｂには制御回路３５ａから入力切り替え信号が入力されるようになっており、右フットボリューム３２からの周波数制御信号の有効／無効が切り替え可能となっている。また、右フットボリューム３２からの周波数制御信号が無効とされたときには、ＶＣＯ３５ｂにはコンピュータ本体５１から制御回路３５ａを介して周波数制御信号が入力可能となっている。
ＶＣＯ３５ｂからのパルスが入力されるスイッチング回路３５ｃには、スイッチ３３，３４が接続されるとともに、左フットボリューム３１の出力側のリード線が接続されている。なお、左フットボリューム３１の入力側の一対のリード線は、それぞれパルス発生回路３５内の別の電源ライン（＋Ｅ２）とグランドとに接続されている。ここで、電圧Ｅ２は電圧Ｅ１よりも大きくしてある。左フットボリューム３１も可変抵抗器３１ａを内蔵しており、足での踏み込み量が大きくなるほど同可変抵抗器３１ａの抵抗値は大きくなる。ここで、可変抵抗器３１ａの一端は、グランドに接地された入力側のリード線に接続され、他端は、電源ライン（＋Ｅ２）に接続された入力側のリード線に接続されている。そして、足での踏み込み量に応じて、出力側の他方のリード線は可変抵抗器３１ａにより電源電圧Ｅ２から分圧された電圧とされ、同踏み込み量が大きくなるほど電圧は大きくなる。したがって、スイッチング回路３５ｃは、可変抵抗器３１ａにより分圧された電圧を利用して、圧電素子１２ａに供給する電圧パルスを生成する。
【００５１】
スイッチング回路３５ｃはスイッチ素子３５ｃ１（例えば、スイッチングトランジスタ）を備えており、同スイッチ素子３５ｃ１はＶＣＯ３５ｂからのパルスがハイレベルであるとき導通状態となって左フットボリューム３１からの出力電圧を圧電素子１２ａに対して供給し、同パルスがローレベルであるとき遮断状態となって左フットボリューム３１からの出力電圧を遮断する。したがって、スイッチング回路３５ｃから出力される電圧はパルスとなり、圧電素子１２ａには左フットボリューム３１の踏み込み量に応じた電圧の電圧パルスが供給されることになる。
また、スイッチング回路３５ｃには、並列接続されたスイッチ３３，３４に接続されたプルアップ抵抗３５ｃ２やＴ−フリップフロップ（Ｔ−ＦＦ）３５ｃ３や同Ｔ−ＦＦ３５ｃ３に接続された別のスイッチ素子３５ｃ４も備えており、いずれか一方のスイッチが押圧されるとＴ−ＦＦ３５ｃ３の出力（ハイレベルまたはローレベル）が切り替わり、スイッチ素子３５ｃ４の導通／遮断が切り替わる。ここで、左フットボリューム３１からの出力電圧は、スイッチ素子３５ｃ４，３５ｃ１を介して圧電素子１２ａに供給されるようになっている。したがって、肘や膝でスイッチ３３，３４を押圧操作すると、圧電素子１２ａへの電圧パルスの供給／遮断を切り替えることができる。
なお、右フットボリューム３２から入力される周波数制御信号の電圧や左フットボリューム３１から入力される電圧は制御回路３５ａを介してコンピュータ本体５１に対しても出力されるようになっており、Ｉ／Ｏボード５１ｈに設けられたＡ／Ｄコンバータ５１ｈ１にてデジタル変換され、コンピュータ本体５１にて周波数制御信号の電圧値や圧電素子１２ａに供給する電圧パルスの電圧値を読み込むことが可能となっている。
このように、パルス発生回路３５は、利用者が意図する周波数と電圧になるように電圧パルスを発生して圧電駆動部内の圧電素子１２ａに供給することができる。
【００５２】
なお、フットボリューム３１，３２の出力特性を逆にしてもよい。この場合、左フットボリューム３１の踏み込み量が大きくなるほど電圧パルスの電圧は小さくなり、右フットボリューム３２の踏み込み量が大きくなるほど電圧パルスの周波数は小さくなる。
また、上述したＶＣＯ３５ｂ、スイッチング回路３５ｃは、従来から採用されている種々の回路を適用することができる。
むろん、パルス発生回路３５は種々の態様が可能であり、例えば、水晶発振回路の発振信号を使用したり、所定の交流信号波形を使用したりして電圧パルスを発生させることも可能である。また、フットボリューム３１，３２、スイッチ３３，３４の状態を制御回路で検出し、同制御回路が検出したフットボリューム等の状態に基づいてパルス発生回路内の各種回路の動作を制御するようにしてもよい。さらに、フットボリューム等をコンピュータ本体のＩ／Ｏボードに接続し、同コンピュータ本体がパルス発生回路に対して直接制御を行うようにしてもよい。
【００５３】
図５は、パルス発生回路３５にて発生した電圧パルスが入力される圧電駆動部１２を右ピペット１１と駆動部１３とともに前面から見て示す前面図である。なお、これらの部位は、顕微鏡４１の右側に配置されるようになっている。
圧電駆動部１２は、圧電素子１２ａ、一対のつる巻きばね１２ｂ，１２ｂ、圧電素子取付部材１２ｃ、ピペット装着部材１２ｄを備えている。圧電駆動部１２は、駆動部１３の前面側において、圧電素子取付部材１２ｃにより同駆動部１３に取り付けられている。ピペット装着部材１２ｄは、ピペットを挟持するクリップ１２ｄ１を有しており、このクリップ１２ｄ１により右ピペット１１を挟持して圧電駆動部１２に装着することができる。圧電素子１２ａは、右端が圧電素子取付部材１２ｃに支持され、左端がピペット装着部材１２ｄに取り付けられている。また、つる巻きばね１２ｂ，１２ｂも圧電素子取付部材１２ｃとピペット装着部材１２ｄとの間に介装されており、右端が圧電素子取付部材１２ｃに取り付けられ、左端がピペット装着部材１２ｄに取り付けられている。同つる巻きばね１２ｂ，１２ｂは、ピペット装着部材１２ｄを圧電素子取付部材１２ｃ側に引っ張るように付勢している。
【００５４】
圧電素子１２ａは、電圧を与えることによりピエゾ効果とも呼ばれる圧電効果により同電圧に応じて伸縮する素子である。そして、電圧パルスが入力されることにより、急激に伸縮して衝撃力を発生する。同衝撃力を生じさせるために、圧電素子１２ａには図示しない一対のリード線が接続されており、同一対のリード線は圧電素子取付部材１２ｃと駆動部１３の内部を通してパルス発生回路３５に接続されている。なお、同リード線の一方がスイッチ素子３５ｃ１に接続され、他方はグランドに接続されている。ここで、スイッチ素子３５ｃ１から入力される電圧パルスの電圧が大きくなると、生じる衝撃力は大きくなる。また、同電圧パルスの周波数が大きくなると、生じる衝撃力の頻度が多くなることになる。そして、生じた衝撃力は、ピペット装着部材１２ｄを介して右ピペット１１に伝達される。
本実施形態では、顕微鏡４１の左側に配置されるピペット装着部２２には圧電素子が設けられていない。むろん、ピペット装着部２２に圧電素子を設けて左ピペット２１に対して衝撃力を伝達する構成とすることも可能である。また、左右の配置を変え、左側の駆動部２３に圧電駆動部を取り付け、右側の駆動部１３にピペット装着部を取り付けてもよいことは言うまでもない。
【００５５】
コンピュータ本体のＩ／Ｏボード５１ｉは、画像入力ボードであり、ＣＣＤカメラ４５が接続されている。ＣＣＤカメラ４５は、光学レンズ系、マトリクス状に配置されたＣＣＤ撮像素子、Ａ／Ｄコンバータ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、コントロール回路、通信Ｉ／Ｏ、等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに書き込まれたプログラムに従ってシャーレ４４上の画像をデジタルの画像データに変換し、通信Ｉ／Ｏを介して同画像データをＩ／Ｏボード５１ｉに対して出力する。
【００５６】
また、Ｉ／Ｏボード５１ｊには、顕微鏡４１に取り付けられた光センサ４６ａ，４６ｂが接続されている。図６は、顕微鏡４１に取り付けられた光センサ４６ａ，４６ｂを対物レンズ４２とともに示す上面図である。図に示すように、本発明にいうレンズである四種類の対物レンズ４２ａ〜４２ｄが設けられており、これらを取り付けた回転動可能な基台４２ｅを手で回転させることにより、同対物レンズ４２ａ〜４２ｄのいずれかを選択操作可能である。すなわち、顕微鏡４１は、選択された対物レンズを使用してピペット１１，２１の駆動状態についての映像を拡大することができる。そして、ＣＣＤカメラ４５が顕微鏡４１にて拡大された同映像を撮影し、ディスプレイ５２はＣＣＤカメラ４５が撮影した映像を画面表示することになる。ここで、対物レンズ４２ａ〜４２ｄは互いに倍率が異なっており、それぞれ４倍用、１０倍用、２０倍用、４０倍用のレンズとされている。
光センサ４６ａ，４６ｂは、それぞれ一対のＬＥＤ（発光ダイオード）と受光素子とを備えており、一対のＬＥＤによる照射面４６ａ１，４６ｂ１に受光素子が設けられている。なお、受光素子としては、例えば、フォトトランジスタを採用することができる。そして、光センサ４６ａ，４６ｂは、選択された対物レンズ（図では、対物レンズ４２ｄ）に照射面４６ａ１，４６ｂ１を向けて、互いに異なる方向から光を照射する。ここで、一対のＬＥＤは若干照射方向が異なっており、近距離にある物体からの反射光のみを検知して検知状況に応じてハイレベル（反射光検知）またはローレベル（反射光非検知）の電圧信号を外部に出力可能となっている。すると、コンピュータ本体５１はＩ／Ｏボード５１ｊを介して光センサ４６ａ，４６ｂの検知信号を取得することができる。
【００５７】
対物レンズ４２ａ〜４２ｄには、それぞれリング状の反射体４７ａ〜４７ｄが外嵌されて装着されている。図７は、反射体４７ａ〜４７ｄの形状を示す上面図である。なお、図７には示されていないが、反射体４７ａ〜４７ｄは上下方向（図７において見る方向）に厚みが設けられている。
同反射体４７ａ〜４７ｄは、対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされている。例えば、４倍用の対物レンズ４２ａに装着される反射体４７ａは、光センサ４６ａ，４６ｂの照射方向に対する部位４７ａ１，４７ａ２がともに光の照射方向に対して略垂直に切り落とされた垂直面とされている。したがって、光センサ４６ａ，４６ｂは、同部位４７ａ１，４７ａ２からの反射光を検知（ハイレベルを出力）することになる。これに対し、１０倍用の対物レンズ４２ｂに装着される反射体４７ｂは、光センサ４６ａの照射方向に対する部位４７ｂ１が光の照射方向に対して略垂直に切り落とされた垂直面とされているものの、光センサ４６ｂの照射方向に対する部位４７ｂ２は光の照射方向に対する垂直面とはされていない。なお、本実施形態では、角を落とすため、同部位４７ｂ２は光の照射方向に対して略垂直ではない面とされている。すると、光センサ４６ａが反射光を検知し（ハイレベルを出力）、光センサ４６ｂは反射光を検知しない（ローレベルを出力）。
【００５８】
また、対物レンズ４２ｃに装着される反射体４７ｃには、光センサ４６ｂの照射方向に対する部位４７ｃ２のみが光の照射方向に対する垂直面とされている。対物レンズ４２ｄに装着される反射体４７ｄには、このような垂直面は形成されていない。このように、反射体４７ａ〜４７ｄは、光センサから光を照射される複数の方向に対する部位を互いに異なる形状とされている。光センサ４６ａ，４７ａは、対物レンズに装着された反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を検知する。
一方、ＣＣＤカメラ４５は、選択された対物レンズを介してピペット１１，２１の先端部の駆動状態の拡大画像を取得するので、コンピュータ本体５１では、ＣＣＤカメラ４５から画像データを入手してピペット１１，２１の駆動状態の拡大画面をディスプレイ５２に表示させる。
【００５９】
以上の構成において、コンピュータ本体５１にてマイクロマニピュレータ制御プログラムが実行する駆動制御処理を図８に示すフローチャートに基づいて説明する。同制御プログラムが起動され、マウスの右クリックボタン５４ｂが押し下げられると、ディスプレイ５２に図９に示す選択画面を表示させる（ステップＳ１００）。この画面にて駆動９１ａまたは非駆動９１ｂの選択入力や、左ピペットまたはシャーレまたは右ピペットの駆動対象の選択入力等、操作入力が行われると、その操作内容をＲＡＭ５１ｄに格納する（ステップＳ１０５）。次に、駆動９１ａが選択されているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。非駆動９１ｂが選択されている場合はステップＳ１４５に進み、操作入力に応じて操作入力別の処理を行う。そして、図示しない終了ボタンが選択入力される等、終了条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１５０）。終了条件が成立しているときには本フローを終了し、終了条件が成立していないときにはステップＳ１００に戻る。
一方、駆動９１ａが選択されている場合は、モータコントローラ３８に初期駆動指令を出力し、各ステッピングモータ移動速度を０にリセットするとともに、各ステッピングモータを駆動可能状態とする（ステップＳ１１５）。
【００６０】
その後、マウス５４の現在値を取得して初期位置をメモリし（ステップＳ１２０）、上記回転転動パルスが入力されているか否かを判断する（ステップＳ１２５）。マウス５４が操作されていない場合、回転転動パルスが入力されないので、繰り返しステップＳ１２５の判断処理を行う。マウスが操作された場合は、回転転動パルスが入力されるので条件成立となり、回転転動パルスと上記基準パルスとを入力する（ステップＳ１３０）。この処理は、回転転動パルスと基準パルスとが所定時間以上入力されなくなるまで行う。次に、入力されたこれらのパルスに基づいて、ピペットまたはシャーレの移動方向、移動量、移動速度を算出する（ステップＳ１３５）。その後、算出した移動方向、移動量、移動速度に基づいて、モータコントローラ３８に制御パルスを出力し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１００に戻る。モータコントローラ３８は同制御パルスに基づいて駆動パルスを発生させて、駆動対象になっている駆動ユニット３８ａ〜３８ｃのいずれかのモータドライバに出力し、モータドライバは駆動パルスに基づいて駆動電流をステッピングモータに対して出力する。これにより、ステッピングモータは駆動し、マウス５４の操作に応じた駆動制御が実現されることになる。
【００６１】
ここで、駆動対象とする駆動ユニット３８ａ〜３８ｃの選択は、モータコントローラ３８に所定のスイッチを設けて適宜スイッチを切り替える簡易な構成にて実施可能である。むろん、駆動対象を選択する手法は様々考えられ、マイクロマニピュレータ制御プログラムにて駆動対象となる駆動ユニット３８ａ〜３８ｃを選択するようにしてもよい。
【００６２】
（３）フットボリューム操作時の本マイクロマニピュレータの作用：
以下、フットボリューム３１，３２を足で踏み込み操作するときの作用を説明する。なお、左足で左フットボリューム３１を踏み込み操作することにより発生させる電圧パルスの電圧を調節するとともに、右足で右フットボリューム３２を踏み込み操作することにより同電圧パルスの周波数を調節するものとする。また、スイッチ３３，３４は押圧されておらず、スイッチング回路３５ｃのスイッチ素子は同スイッチ３３，３４によっては遮断状態とされていないものとする。さらに、シャーレ４４上の細胞に対して右ピペット１１の先端部１１ａにより穿孔する場合に、コンピュータ本体５１とコントロールユニット３０の制御により駆動部１３，２３を駆動して両ピペット１１，２１の先端部を細胞の近傍にまで移動させているものとする。
【００６３】
コンピュータシステム５０とコントロールユニット３０の電源をオンにした状態において、両フットボリューム３１，３２を両足で踏み込み操作すると、右フットボリューム３２はＶＣＯ３５ｂに対して踏み込み量に応じた周波数制御信号を出力するとともに、左フットボリューム３１はスイッチング回路３５ｃに対して踏み込み量に応じた電圧を出力する。ここで、右フットボリューム３２の踏み込み量が大きくなるほど周波数制御信号の電圧は大きくなり、左フットボリューム３１の踏み込み量が大きくなるほどスイッチング回路３５ｃに入力される電圧は大きくなる。
すると、ＶＣＯ３５ｂは、周波数制御信号の電圧に応じた周波数のパルスを発生し、スイッチング回路３５ｃに対して出力する。ここで、パルスの周波数は、周波数制御信号の電圧に応じて大きくなるので、右フットボリューム３２の踏み込み量が大きくなるほど大きくなる。
【００６４】
スイッチング回路３５ｃは、ＶＣＯ３５ｂから入力されるパルスがハイレベルであるときスイッチ素子を導通状態にさせて左フットボリューム３１からの出力電圧を圧電駆動部の圧電素子１２ａに対して供給し、同パルスがローレベルであるときスイッチ素子を遮断状態にさせて左フットボリューム３１からの出力電圧を遮断する。その結果、圧電素子１２ａに供給する電圧パルスが発生する。図１０に示すように、スイッチング回路３５ｃは、右フットボリューム３２の踏み込み量に応じた周波数の電圧パルスを、左フットボリューム３１の踏み込み量に応じた出力電圧として、圧電素子１２ａに対して出力する。なお、図の右側の電圧パルスは右フットボリューム３２の踏み込みが大きい場合を示しており、図の下側の電圧パルスは左フットボリューム３１の踏み込みが大きい場合を示している。
【００６５】
電圧パルスが入力された圧電素子１２ａは、圧電効果により衝撃力を発生する。ここで、圧電素子１２ａは、駆動部１３に取り付けられた圧電素子取付部材１２ｃに一端を支持され、他端がピペット装着部材１２ｄに取り付けられているので、生じた衝撃力をピペット装着部材１２ｄを介して右ピペット１１に伝達する。また、電圧パルスの電圧が大きくなるほど生じる衝撃力は大きくなり、同電圧パルスの周波数が大きくなるほど衝撃力が生じる回数は増加する。すなわち、左フットボリューム３１の踏み込み量が大きくなるほど右ピペット１１に伝達される衝撃力は大きくなり、右フットボリューム３２の踏み込み量が大きくなるほど同衝撃力の生じる回数が増加する。言い換えると、フットボリューム３１，３２の踏み込み量に応じて電圧パルスの周波数や電圧が変化するので、右ピペット１１に伝達させる衝撃力を調節することが可能となる。
【００６６】
このように、フットボリューム３１，３２は、足で踏み込み操作可能であるとともに踏み込み量に応じて圧電駆動部１２に入力される電圧パルスの周波数や電圧といった電圧パルスの条件を変更させる足踏み手段を構成している。そして、フットボリュームを足で踏み込み操作することにより、右ピペットのようなマイクロマニピュレータ用微小器具に対して手を使用せずにきめ細やかな操作を行うことができるので、操作性を向上させることが可能となってマイクロマニピュレータ用微小器具を扱う作業が容易となる。
【００６７】
例えば、卵細胞を穿孔する場合、卵細胞を覆う透明体を穿孔するときには右ピペット１１に対して比較的強い衝撃力を短い周期で与える必要がある。このときは、両フットボリューム３１，３２ともに深めに踏み込むことにより、図１０の右下部分に示すように電圧が大きく周波数も大きい電圧パルスを発生させ、比較的強い衝撃力を短い周期で与えることができる。その際、右ピペット１１の駆動状態の拡大画面をディスプレイ５２にて確認し、衝撃力の強さを変えたいときには左フットボリューム３１の踏み込み量を調節し、衝撃力の周期を変えたいときには右フットボリューム３２の踏み込み量を調節すればよい。
一方、透明体の内側にある細胞膜を穿孔するときには、右ピペット１１に対して弱い衝撃力を１パルスずつ与える必要がある。このときは、両フットボリューム３１，３２ともに浅めに踏み込むことにより、図１０の左上部分に示すように電圧が小さく周波数も小さい電圧パルスを発生させ、弱い衝撃力を長い周期で与えることができる。
【００６８】
なお、図８で示したステップＳ１００の処理において、図９で示した表示画面に電圧パルスの周波数と電圧とを電圧パルス条件表示欄９１ｃに表示させることが可能となっている。
図１１は、上記ステップＳ１００中に行われる電圧パルス条件表示処理を示すフローチャートである。右フットボリューム３２の出力電圧は制御回路３５ａを介してＩ／Ｏボード５１ｈのＡ／Ｄコンバータ５１ｈ１に入力されているので、コンピュータ本体５１では、同Ａ／Ｄコンバータ５１ｈ１から、右フットボリューム３２の出力電圧、すなわち、周波数制御信号の電圧のデジタル値を読み込む（ステップＳ２００）。そして、読み込んだデジタル値を所定の換算式により換算し、電圧パルスの周波数を算出する（ステップＳ２０５）。
【００６９】
また、左フットボリューム３１の出力電圧は制御回路３５ａにて例えば分圧回路により降圧されてＩ／Ｏボード５１ｈのＡ／Ｄコンバータ５１ｈ１に入力されているので、同Ａ／Ｄコンバータ５１ｈ１から、左フットボリューム３１の出力電圧のデジタル値を読み込む（ステップＳ２１０）。そして、読み込んだデジタル値を別の換算式により換算し、電圧パルスの電圧を算出する（ステップＳ２１５）。
その後、算出した周波数と電圧とを、電圧パルス条件表示欄９１ｃに表示し（ステップＳ２２０）、本フローを終了する。
このように、図１１で示したフローは、上記制御回路３５ａやＡ／Ｄコンバータ５１ｈ１とともに、圧電駆動部に入力される電圧パルスの条件を表示可能な電圧パルス表示手段を構成する。その結果、ディスプレイにて電圧パルスの条件を確認しながらフットボリュームの踏み込み操作を行うことができ、操作性が向上する。
【００７０】
なお、本実施形態では、左フットボリュームと右フットボリュームの両方を設けているが、いずれか一方のみ設ける構成としてもよい。むろん、一つのフットボリューム踏み込み操作することにより、電圧パルスの複数の条件を変更させるようにしてもよい。
図１２は、変形例にかかるマイクロマニピュレータのパルス発生回路３５の概略ブロック構成を、外部のフットボリューム３２、スイッチ３３，３４の回路とともに示すブロック構成図である。なお、図４と構成の同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
図において、左フットボリューム３１は設けられておらず、右フットボリューム３２のみで電圧パルスの周波数と電圧とを変化させるようにしている。このため、制御回路３５ａに、マイコン３５ａ１、同マイコン３５ａ１に接続されたＡ／Ｄコンバータ３５ａ２とＤ／Ａコンバータ３５ａ３が設けられているとともに、同Ｄ／Ａコンバータ３５ａ３とスイッチング回路３５ｃとの間に接続された増幅回路３５ｄが設けられている。Ａ／Ｄコンバータ３５ａ２は、ＶＣＯ３５ｂに入力される周波数制御信号の信号線に接続されており、同周波数制御信号の電圧を取り込み可能である。マイコン３５ａ１は、内蔵するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマ回路等により、増幅回路３５ｄに対して出力する電圧を生成する処理を行う。増幅回路３５ｄは、Ｄ／Ａコンバータ３５ａ３から入力される電圧を所定の増幅率で増幅し、スイッチング回路３５ｃに対して出力する。
【００７１】
図１３は、マイコン３５ａ１が行う電圧生成処理を示すフローチャートである。本フローは、タイマ回路からの割り込み信号により、定期的に実行されるようになっている。
Ａ／Ｄコンバータ３５ａ２は周波数制御信号を入力して同周波数制御信号のデジタルの電圧値に変換しているので、周波数制御信号の電圧値をＡ／Ｄコンバータ３５ａ２から読み込む（ステップＳ３００）。次に、Ｄ／Ａコンバータ３５ａ３に対して書き込むための電圧値に変換する（ステップＳ３０５）。この電圧値は、パルス発生回路３５が電圧パルスとして出力する電圧に対応するものであるが、増幅回路３５ｄにて増幅する前の電圧のデジタル値である。マイコン３５ａ１内のＲＯＭには周波数制御信号の電圧値と増幅回路３５ｄに対して出力する電圧のデジタル値とを対応させた対応テーブルが記憶されており、マイコン３５ａ１は同対応テーブルを参照して電圧値を変換する。むろん、対応テーブルを使用せず、所定の変換式を用いて電圧値を変換してもよい。また、コンピュータ本体５１から対応テーブルのデータを入手してマイコン３５ａ１内のＲＡＭに記憶しておき、ＲＡＭに記憶された対応テーブルを参照して電圧値を変換してもよい。
【００７２】
そして、変換した電圧値をＤ／Ａコンバータ３５ａ３に書き込み（ステップＳ３１０）、本フローを終了する。すると、Ｄ／Ａコンバータ３５ａ３は書き込まれた電圧値に対応する電圧を増幅回路３５ｄに対して出力し、増幅回路３５ｄは同電圧を増幅してスイッチング回路３５ｃに対して出力する。スイッチング回路３５ｃは、右フットボリューム３２の踏み込み量に応じた周波数の電圧パルスを増幅回路３５ｄからの出力電圧として、圧電素子１２ａに対して出力する。ここで、発生する電圧パルスは、同電圧パルスの周波数を変化させる右フットボリューム３２の踏み込み量に応じてマイコン３５ａ１により変換された電圧とされる。
このように、一つのフットボリュームに対する足での踏み込み量に応じて、電圧パルスの周波数と電圧とを互いに関連させながら同時に変化させることができる。したがって、電圧パルスの周波数と電圧を片足で操作して変化させることができ、さらに操作性を向上させることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、フットボリュームをコントロールユニットに接続して電圧パルスの条件を変更するようにしたが、フットボリュームをコンピュータ本体に直接接続して電圧パルスの条件を変更するようにしてもよい。この場合、コンピュータ本体のＩ／Ｏボードからコントロールユニットに対して電圧パルスの条件を変更する信号を出力し、パルス発生回路の制御回路が同信号を入力して電圧パルスの条件を変更するようにすればよい。
【００７３】
（４）肘スイッチ、膝スイッチ操作時の本マイクロマニピュレータの作用：
次に、スイッチ３３，３４を操作するときの作用を説明する。なお、パルス発生回路３５からは電圧パルスが連続して発生しているものとする。
コンピュータシステム５０とコントロールユニット３０の電源をオンにした状態において、スイッチ３３，３４が押圧操作されていないときには、スイッチング回路３５ｃに設けられたＴ−ＦＦ３５ｃ３に入力される電圧レベルはプルアップ抵抗３５ｃ２によりハイレベルとされている。ここで、肘スイッチ３３を肘にて押圧操作すると、同スイッチ３３の接点が導通し、Ｔ−ＦＦ３５ｃ３に入力される電圧レベルはローレベルに変化する。すると、Ｔ−ＦＦ３５ｃ３からスイッチ素子３５ｃ４に入力される電圧レベル（ハイレベルまたはローレベル）が切り替わり、同スイッチ素子３５ｃ４の導通／遮断が切り替わる。
また、膝スイッチ３４を膝にて押圧操作すると、同スイッチ３４の接点が導通し、Ｔ−ＦＦ３５ｃ３に入力される電圧レベルはローレベルに変化する。すると、Ｔ−ＦＦ３５ｃ３からスイッチ素子３５ｃ４に入力される電圧レベル（ハイレベルまたはローレベル）が切り替わり、同スイッチ素子３５ｃ４の導通／遮断が切り替わる。
【００７４】
そして、スイッチ素子３５ｃ４が導通状態であるとき、左フットボリューム３１からの出力電圧はスイッチ素子３５ｃ１に供給され、ＶＣＯ３５ｂからのパルスに応じて電圧パルスを生成することができる。
このように、肘や膝にて押圧スイッチを押圧することにより、パルス発生回路３５から電圧パルスを発生させるか否かを切り替えることが可能である。すなわち、スイッチ３３，３４、抵抗３５ｃ２、Ｔ−ＦＦ３５ｃ３、スイッチ素子３５ｃ４は、同押圧スイッチ３３，３４の押圧操作に応じてパルス発生回路に対して電圧パルスを発生させるか否かを切り替え可能な電圧パルススイッチ手段を構成している。その結果、肘や膝にて押圧スイッチを押圧することにより、手を使用せずに電圧パルスを発生させるか否かを切り替える操作を行うことができ、両手が塞がっているときでも電圧パルスを発生させるか否かを切り替えることが可能となる。
なお、本実施形態では、肘スイッチと膝スイッチの両方を設けているが、いずれか一方のみ設ける構成としてもよい。
また、上述した実施形態では、肘スイッチや膝スイッチをコントロールユニットに接続して電圧パルス発生のオンオフを切り替えるようにしたが、肘スイッチや膝スイッチをコンピュータ本体に直接接続して電圧パルス発生のオンオフの切り替えを行うようにしてもよい。この場合、コンピュータ本体のＩ／Ｏボードからコントロールユニットに対して電圧パルス発生のオンオフを切り替える信号を出力し、パルス発生回路の制御回路が同信号を入力して電圧パルス発生のオンオフを切り替えるようにすればよい。
【００７５】
（５）電圧パルスを連続して発生させる変形例の説明：
電圧パルスを連続して発生させる際でも、圧電駆動部に電圧パルスを１パルスずつ与えたいこともある。そこで、本システム１００は、電圧パルスを連続して発生させるにあたり、電圧パルスを１パルス発生させた後、基準のウエイト時間が経過してから連続して電圧パルスを発生させることを可能にしている。なお、ウエイト時間として所定の５００ミリ秒が設けられているが、このウエイト時間を変更することも可能となっている。
図８で示したステップＳ１００の処理において図９で示した表示画面中の連続パルス設定ボタン９１ｄがクリック操作されると、コンピュータ本体５１はステップＳ１４５の処理において図１４に示すフローチャートに従ってウエイト時間設定処理を行う。
【００７６】
まず、ディスプレイ５２に、ウエイト時間入力欄を表示する（ステップＳ４００）。なお、同入力欄の表示例をフロー中に記載している。同入力欄では、ウエイト時間として所定の５００ミリ秒を選択入力することもできるし、設定入力することもできる。このようなウエイト時間の操作入力を受け付け（ステップＳ４０５）、ウエイト時間を取得する（ステップＳ４１０）。また、取得したウエイト時間をコントロールユニット３０に対して出力し（ステップＳ４１５）、本フローを終了する。
すると、コントロールユニット３０では、制御回路のマイコン３５ａ１が同ウエイト時間を入手し、内部のＲＡＭに記憶する。そして、図示しないスタートスイッチがオンにされると、パルス発生回路３５が図１５に示すタイミングチャートに従って電圧パルスを発生する。なお、マイコン３５ａ１は、ＶＣＯ３５ｂに対して入力切り替え信号を出力して右フットボリューム３２からの周波数制御信号を無効とし、周波数を一定とする周波数制御信号を生成してＶＣＯ３５ｂに供給しているものとする。また、図に示すように、電圧パルスのパルスの間隔は、時間Ｔ１とされているものとする。
【００７７】
スタートスイッチオン時には、マイコン３５ａ１がＩ／Ｏポートからスイッチ素子３５ｃ４をオンにさせる信号を出力するので、スイッチ素子３５ｃ４は導通状態となり（タイミングt1）、パルス発生回路３５から電圧パルスが発生する。ここで、マイコン３５ａ１は、内蔵するタイマ回路を使用して電圧パルスが１パルスのみ発生する時間Ｔ２の間のみスイッチ素子３５ｃ４をオンにさせるので、タイミングt1〜t2の間に電圧パルスが１パルスだけ発生する。なお、時間Ｔ２は、例えば電圧パルスのパルス間隔Ｔ１と略同じにすることができる。
タイミングt2の後、マイコン３５ａ１は、タイマ回路を使用して内蔵するＲＡＭに記憶されたウエイト時間Ｔ３の間、スイッチ素子３５ｃ４をオフにさせる信号を出力する。すると、スイッチ素子３５ｃ４は遮断状態となり、タイミングt2〜t3の間には電圧パルスは発生しない。なお、図には、スイッチ素子３５ｃ４がオンであれば発生するパルスを点線で示している。
【００７８】
タイミングt3の後、マイコン３５ａ１はスイッチ素子３５ｃ４を再びオンにさせる信号を出力するので、スイッチ素子３５ｃ４は導通状態となり、以後、スタートスイッチがオフにされるまでパルス発生回路３５から連続して電圧パルスが発生する。
このように、電圧パルスを連続して発生させるときでも、まず圧電駆動部に電圧パルスが１パルス与えられてからウエイト時間が経過するまで次のパルスが与えられないので、圧電駆動部に電圧パルスを１パルス与えた後のウエイト時間の間にスタートスイッチをオフにしたり、電圧パルスの条件を変更したりすることが可能となる。例えば壊れやすい細胞膜を穿孔する際でも、スタートスイッチオン時に電圧パルスが２パルス以上与えられることがないので、操作性を向上させることができる。
【００７９】
なお、ウエイト時間を変更する際には、予め設けられた複数のウエイト時間のいずれかを選択入力させるようにしてもよい。この場合、上記ステップＳ４００にてウエイト時間のリストをウエイト時間入力欄に表示し、ステップＳ４０５にてマウス５４によるウエイト時間の選択入力を受け付けることにより、ステップＳ４１０にてウエイト時間を取得することができる。
【００８０】
（６）ピペットの駆動制御時の動作：
上述したように、本システム１００はマウス５４の操作に基づいてピペットを駆動制御する。その際、対物レンズの倍率を検出して検出した倍率に応じた移動速度でピペットに対して駆動制御を実行して、対物レンズの倍率によらずディスプレイ５２上での見かけ上の移動速度が同じになるようにしている。
図８で示したステップＳ１００の処理において、図９で示した表示画面にＣＣＤカメラ４５にて撮影した拡大映像を映像表示欄９１ｅに表示可能となっているとともに、検出した対物レンズの倍率を同映像表示欄９１ｅ内の倍率表示欄９１ｆに表示させることが可能となっている。
図１６は、上記ステップＳ１００中に行われる拡大表示処理を示している。顕微鏡４１にて拡大されたピペット１１，２１の駆動状態についての映像はＣＣＤカメラ４５にて撮影されるので、コンピュータ本体５１では、Ｉ／Ｏボード５１ｉを介してＣＣＤカメラ４５からの画像データを入手する（ステップＳ５００）。次に、入手した画像データに基づいて、映像表示欄９１ｅにピペット１１，２１の駆動状態についての拡大映像を画面表示する（ステップＳ５０５）。すなわち、ステップＳ５００〜Ｓ５０５の処理は、顕微鏡４１、ＣＣＤカメラ４５、ディスプレイ５２とともに拡大表示手段を構成する。
【００８１】
また、光センサ４６ａ，４６ｂは対物レンズに装着された反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光の検知信号を出力するので、コンピュータ本体５１では、Ｉ／Ｏボード５１ｊを介して光センサ４６ａ，４６ｂからの検知信号を読み込む（ステップＳ５１０）。次に、ハードディスク５１ｅに記憶された所定の倍率対応テーブルを参照して、読み込んだ検知信号に基づいて対物レンズの倍率を取得して、ハードディスク５１ｅに記憶させる（ステップＳ５１５）。ここで、光センサ４６ａ，４６ｂからの検知信号はそれぞれハイレベルまたはローレベルの電圧信号であるため、倍率対応テーブルは同ハイレベル／ローレベルの組み合わせと対物レンズ４２ａ〜４２ｄの倍率とを対応させたテーブルとしている。上述した例では、４０倍の対物レンズ４２ｄに装着される反射体４７ｄに対応した検知信号は両光センサ４６ａ，４６ｂともにローレベル（反射光非検知）であるので、倍率対応テーブルには「ローレベル，ローレベル」の組み合わせに対応して「４０倍」を格納しておく。選択操作された対物レンズが同対物レンズ４２ｄである場合、コンピュータ本体５１は光センサ４６ａ，４６ｂからの検知信号「ローレベル，ローレベル」を読み込んで、対物レンズの倍率は「４０倍」と検出する。
すなわち、ステップＳ５１０〜Ｓ５１５の処理は、反射体４７ａ〜４７ｄ、光センサ４６ａ，４６ｂとともにレンズの倍率を検出する倍率検出手段を構成する。
そして、検出した倍率を倍率表示欄９１ｆに表示し（ステップＳ５２０）、本フローを終了する。
【００８２】
また、本システム１００は、図８で示したステップＳ１００〜Ｓ１３０の処理によりピペット１１，２１に対する駆動指令の入力を受け付けた後、入力された駆動指令に基づいて検出した対物レンズの倍率に応じて異なる駆動制御をピペット１１，２１に対して実行可能となっている。
図１７は、上記ステップＳ１３５中に実行される移動設定処理を示している。
上記ステップＳ５１５にて対物レンズの倍率がハードディスク５１ｅに記憶されているので、記憶されている同倍率を読み出す（ステップＳ６００）。また、上記ステップＳ１３０にて入力される回転転動パルスと基準パルスとに基づいて、ピペット１１，２１の移動方向を算出する（ステップＳ６０５）。次に、マウス５４の移動量に対して、読み出した倍率を乗算し（ステップＳ６１０）、さらに所定の移動量補正係数を乗算してピペット１１，２１の移動量を算出する（ステップＳ６１５）。その後、マウス５４の移動速度に対して、読み出した倍率を乗算し（ステップＳ６２０）、さらに所定の移動速度補正係数を乗算してピペット１１，２１の移動速度を算出し（ステップＳ６２５）、本フローを終了する。
【００８３】
すると、上記ステップＳ１４０にて、算出されたピペット１１，２１の移動方向、移動量、移動速度に対応した制御パルスがモータコントローラ３８に対して出力されるので、ピペット１１，２１は、対物レンズの倍率の逆数に比例した移動量だけ移動するとともに、同対物レンズの倍率の逆数に比例した移動速度で移動する。
すなわち、上記ステップＳ１１５〜Ｓ１４０，Ｓ６００〜Ｓ６２５の処理は、マウス５４、コントロールユニット３０、駆動部１３，２３とともに駆動制御手段を構成する。その結果、マイクロマニピュレータ用微小器具をレンズの倍率に合った移動速度で移動させることができるので、マイクロマニピュレータの操作が容易となる。その際、マウス操作に対して表示画面上でのマイクロマニピュレータ用微小器具の移動速度が同じとなるので、同マイクロマニピュレータ用微小器具の移動が容易である。
【００８４】
（７）駆動制御の軸を切り替える変形例の説明：
ところで、ディスプレイ画面上でマウス操作によりピペット１１，２１に対してＸＹＺの三方向の軸に駆動指令を操作入力する場合、肘や膝や足で入力対象の軸を切り替えることができると便利である。
図１８は、肘や膝や足で駆動指令の入力対象の軸を切り替え可能なマイクロマニピュレータシステムに使用されるコンピュータ本体５１の要部を、外部の押圧スイッチやフットボリュームとともに示すブロック構成図である。なお、図２と構成が同じものには同じ符号を付して説明を省略する。
図において、システムバス５１ａには新たにＩ／Ｏボード５１ｋが接続されている。このＩ／Ｏボード５１ｋには、肘にて押圧操作可能な押圧スイッチである肘スイッチ５５ａ、膝にて押圧操作可能な押圧スイッチである膝スイッチ５５ｂ、足にて押圧操作可能な押圧スイッチであるフットスイッチ５５ｃ、足で踏み込み操作可能なフットボリューム５５ｄが接続されている。
【００８５】
押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃにはＩ／Ｏボード５１ｋ内でそれぞれ別のプルアップ抵抗が接続されており、肘や膝や足にて押圧操作されていないときには押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃの出力はハイレベルとなる。一方、肘や膝や足にて押圧操作されると、Ｉ／Ｏボード５１ｋ内でグランドに引き込まれてローレベルとなる。ＣＰＵ５１ｂは、Ｉ／Ｏボード５１ｋから押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃの出力を読み込み可能となっている。
フットボリューム５５ｄには、Ｉ／Ｏボード５１ｋ内でＡ／Ｄコンバータ５１ｋ１が接続されている。同フットボリューム５５ｄは、踏み込み量に応じて出力電圧が大きくなるようになっている。ＣＰＵ５１ｂは、同Ａ／Ｄコンバータ５１ｋ１からフットボリューム５５ｄの出力電圧のデジタル値を読み込み可能となっている。
【００８６】
図１９は、上記構成を有するコンピュータ本体５１にて実行される駆動制御処理を示すフローチャートである。
マイクロマニピュレータ制御プログラムが起動され、マウスの右クリックボタン５４ｂが押し下げられると、図９で示したような選択画面を表示させる（ステップＳ７００）。この画面にて左ピペットまたはシャーレまたは右ピペットの駆動対象の選択入力等、操作入力が行われると、その操作内容をＲＡＭ５１ｄに格納する（ステップＳ７０５）。次に、「駆動」が選択されているか否かを判断する（ステップＳ７１０）。「非駆動」が選択されている場合は、図示していないが、上記ステップＳ１４５〜Ｓ１５０と同様の処理を行う。
一方、「駆動」が選択されている場合は、上記ステップＳ１１５〜Ｓ１２０と同様にモータコントローラ３８に初期駆動指令を出力するとともにマウス５４の現在値を取得して初期位置をメモリした後、図２０に示す駆動画面をディスプレイ５２に表示する（ステップＳ７１５）。同画面には軸選択欄９２ａが設けられており、マウスにピペット１１，２１の駆動指令を操作入力させる軸が一覧表示されている。ここで、操作入力させる軸としては、Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみ、Ｚ軸のみ、Ｘ軸とＹ軸、Ｘ軸とＺ軸、Ｙ軸とＺ軸、のいずれかを選択可能である。コンピュータ本体５１は、上記押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃの押圧操作に基づいて軸の切り替えを行うようになっている。
【００８７】
ステップＳ７２０では、押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃのいずれかが押圧されたかどうかを判断する。肘や膝や足にて押圧操作されると、押圧操作された押圧スイッチの出力がローレベルとなるので、コンピュータ本体５１はＩ／Ｏボード５１ｋを介して押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃのいずれかの出力がローレベルとなっているかどうかにより判断処理を行うことができる。押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃのいずれかが押圧されると、軸選択欄９２ａ内で選択される軸を切り替え（ステップＳ７２５）、ステップＳ７２０に戻る。
押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃのいずれかが押圧されていないときには、マウス５４にて操作入力が行われたか否か、すなわち、マウス５４から回転転動パルスが入力されているか否かを判断する（ステップＳ７３０）。マウス５４にて操作入力が行われていないときには、ステップＳ７２０に戻る。
上記ステップＳ７１５〜Ｓ７２５の処理により、マウスにて操作入力する際の軸の選択が肘や膝や足にてできることになる。すなわち、同ステップＳ７１５〜Ｓ７２５の処理は、押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃとともに軸選択手段を構成する。そして、駆動画面中に設けられた駆動操作入力領域９２ｂにマウス５４にてＸＹＺの軸に対する駆動指令を操作入力することができる。
【００８８】
マウス５４にて操作入力が行われたときには、上記ステップＳ１３０と同様に回転転動パルスと基準パルスとを入力し、これらのパルスに基づいてピペット１１，２１の移動方向と移動量とを算出する（ステップＳ７３５）。
フットボリューム５５ｄからは踏み込み量に応じた電圧が出力されているので、ステップＳ７４０では、Ａ／Ｄコンバータ５１ｋ１を介してフットボリューム５５ｄの出力電圧のデジタル値を読み込み、フットボリューム５５ｄの踏み込み量を検出する。次に、検出した踏み込み量に基づいて、ピペット１１，２１の移動速度を算出する（ステップＳ７４５）。その後、算出したピペット１１，２１の移動方向、移動量、移動速度に基づいて、モータコントローラ３８に制御パルスを出力し（ステップＳ７５０）、ステップＳ７００に戻る。すると、選択された駆動対象における選択された軸に対応するステッピングモータが駆動し、マウス５４の操作に応じた駆動制御が実現されることになる。ここで、ピペット１１，２１の移動速度を足での踏み込み量にて調節することができるので、操作性が向上する。
このように、ステップＳ７３０〜Ｓ７５０の処理は、マウス５４、コントロールユニット３０、駆動部１３，２３とともに駆動制御手段を構成する。その結果、マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動指令を操作入力する際の軸の選択が手を使用せずにできるので、操作性が向上する。
【００８９】
なお、上述した押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃを全て設ける必要はなく、同押圧スイッチ５５ａ〜５５ｃのいずれかのみを備える構成とすることもできる。
また、上述した実施形態ではコンピュータシステムを利用して本発明のマイクロマニピュレータを構成したが、コンピュータシステムを用いない構成も可能である。この場合、例えばコントロールユニットにマイコン等を有する制御回路を設け、同制御回路にてマイクロマニピュレータ全体を制御するようにすることができる。
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により操作性を向上させることが可能なマイクロマニピュレータを提供することができる。むろん、本発明は、マイクロマニピュレータ微小器具に対して衝撃力を伝達する方法としても有効であるし、マイクロマニピュレータを駆動制御する方法としても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態にかかるマイクロマニピュレータを適用したマイクロマニピュレータシステムの概略構成図である。
【図２】 コンピュータシステムの構成を、外部に接続された一部の機器の構成とともに示すブロック構成図である。
【図３】 コントロールユニットと周辺機器の電気系統の概略構成を示すブロック構成図である。
【図４】 パルス発生回路の概略ブロック構成を、フットボリューム、押圧スイッチの回路とともに示すブロック構成図である。
【図５】 圧電駆動部を右ピペットと駆動部とともに前面から見て示す前面図である。
【図６】 光センサを対物レンズとともに示す上面図である。
【図７】 反射体の形状を示す上面図である。
【図８】 駆動制御処理を示すフローチャートである。
【図９】 選択画面の表示画面例を示す図である。
【図１０】 パルス発生回路から発生する電圧パルスの周波数と電圧を示す模式図である。
【図１１】 電圧パルス条件表示処理を示すフローチャートである。
【図１２】 変形例において、パルス発生回路の概略ブロック構成を、フットボリューム、スイッチの回路とともに示すブロック構成図である。
【図１３】 マイコンが行う電圧生成処理を示すフローチャートである。
【図１４】 変形例において、ウエイト時間設定処理を示すフローチャートである。
【図１５】 パルス発生回路から発生する電圧パルスを示すタイミングチャートである。
【図１６】 拡大表示処理を示すフローチャートである。
【図１７】 移動設定処理を示すフローチャートである。
【図１８】 変形例において、コンピュータ本体の要部を、押圧スイッチやフットボリュームとともに示すブロック構成図である。
【図１９】 駆動制御処理を示すフローチャートである。
【図２０】 駆動画面の表示画面例を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１…ピペット
１２…圧電駆動部
１２ａ…圧電素子
１３，２３…駆動部
１４…マイクロインジェクタ
２２…ピペット装着部
３０…コントロールユニット
３１，３２…フットボリューム
３３…肘スイッチ（押圧スイッチ）
３４…膝スイッチ（押圧スイッチ）
３５…パルス発生回路
３８…モータコントローラ
４１…顕微鏡
４２（４２ａ〜４２ｄ）…対物レンズ
４３…操作テーブル
４４…シャーレ
４５…ＣＣＤカメラ
４６（４６ａ，４６ｂ）…光センサ
４７ａ〜４７ｄ…反射体
５０…コンピュータシステム
５１…コンピュータ本体
５２…ディスプレイ
５３…キーボード
５４…マウス
５５ａ…肘スイッチ（押圧スイッチ）
５５ｂ…膝スイッチ（押圧スイッチ）
５５ｃ…フットスイッチ（押圧スイッチ）
５５ｄ…フットボリューム
１００…マイクロマニピュレータシステム

Claims (16)

1. マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータであって、
   電圧パルスを連続して発生させるにあたり、電圧パルスを１パルス発生させた後、基準のウエイト時間が経過してから連続して電圧パルスを発生させる電圧パルス発生手段と、
   上記電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する衝撃力伝達手段とを具備することを特徴とするマイクロマニピュレータ。
2. 上記電圧パルス発生手段は、上記ウエイト時間を変更する入力を受け付け、入力されたウエイト時間に基づいて上記電圧パルスを連続して発生させることを特徴とする請求項１に記載のマイクロマニピュレータ。
3. 上記衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を表示可能な電圧パルス表示手段が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマイクロマニピュレータ。
4. 互いに倍率の異なるレンズを選択操作可能であるとともに、選択されたレンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示する拡大表示手段と、
   上記レンズの倍率を検出する倍率検出手段と、
   上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記倍率検出手段にて検出された上記レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行する駆動制御手段とが設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
5. マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータであって、
   互いに倍率の異なる対物レンズを選択操作可能であるとともに、選択された対物レンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示する拡大表示手段と、
   上記対物レンズの倍率に応じて異なる形状とされるとともに同対物レンズに装着された複数の反射体と、同反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を検知する光センサとを有し、同光センサにて検知された反射光に応じて上記対物レンズの倍率を検出する倍率検出手段と、
   上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記倍率検出手段にて検出された上記対物レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行する駆動制御手段とを具備することを特徴とするマイクロマニピュレータ。
6. 上記駆動制御手段は、上記倍率検出手段にて検出された上記レンズの倍率に応じた移動速度で上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行することを特徴とする請求項５に記載のマイクロマニピュレータ。
7. 上記拡大表示手段は、互いに倍率の異なる複数の対物レンズのいずれかを選択操作可能であるとともに選択された対物レンズを使用して上記マイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態についての映像を拡大する顕微鏡と、この顕微鏡にて拡大された同映像を撮影するビデオカメラと、このビデオカメラが撮影した映像を画面表示するディスプレイとを備えることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のマイクロマニピュレータ。
8. 上記光センサは、複数設けられるとともに選択操作された上記対物レンズに対して互いに異なる方向から光を照射し、
   上記反射体は、上記光センサから光を照射される複数の方向に対する部位を互いに異なる形状とされていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
9. ＸＹＺの軸に対する駆動指令を操作入力可能なマウスと、
   肘と膝と足のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能であるとともに、押圧操作に応じて上記マウスに駆動指令を操作入力させる上記軸を選択する軸選択手段とが設けられ、
   上記マイクロマニピュレータ用微小器具は、上記ＸＹＺの三軸方向に移動可能であり、
   上記駆動制御手段は、上記軸選択手段にて選択された上記軸について、上記マウスから上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行することを特徴とする請求項４〜請求項８のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
10. 上記軸選択手段は、肘と膝と足のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能な押圧スイッチを有し、この押圧スイッチの押圧操作に応じて上記マウスに駆動指令を操作入力させる上記軸を切り替えて選択することを特徴とする請求項９に記載のマイクロマニピュレータ。
11. 上記駆動制御手段は、足で踏み込み操作可能であるとともに、踏み込み量に応じた移動速度で上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して駆動制御を実行することを特徴とする請求項４〜請求項１０のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
12. 電圧パルスを発生させる電圧パルス発生手段と、
    上記電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達する衝撃力伝達手段とが設けられていることを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載のマイクロマニピュレータ。
13. 足で踏み込み操作可能であるとともに、踏み込み量に応じて上記衝撃力伝達手段に入力される上記電圧パルスの条件を変更可能な足踏み手段が設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、または、請求項１２に記載のマイクロマニピュレータ。
14. 肘と膝のいずれかまたは組み合わせにて押圧操作可能な押圧スイッチを有し、この押圧スイッチの押圧操作に応じて上記電圧パルス発生手段に対して上記電圧パルスを発生させるか否かを切り替える電圧パルススイッチ手段が設けられていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項１２、または、請求項１３に記載のマイクロマニピュレータ。
15. マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付けて入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するとともに、電圧パルスを発生させ、同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を同マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達するマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法であって、
    上記電圧パルスを連続して発生させるにあたり、電圧パルスを１パルス発生させた後、所定のウエイト時間が経過してから連続して電圧パルスを発生させ、同電圧パルスを入力して圧電効果により生ずる衝撃力を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して伝達することを特徴とするマイクロマニピュレータの衝撃力伝達方法。
16. マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいてマイクロマニピュレータ用微小器具を駆動制御するマイクロマニピュレータの駆動制御方法であって、
    互いに倍率の異なる選択操作可能な対物レンズから選択された対物レンズを使用してマイクロマニピュレータ用微小器具の駆動状態を拡大して画面表示するとともに、上記対物 レンズの倍率に応じて異なる形状とされるとともに同対物レンズに装着された反射体に光を照射するとともに同反射体からの反射光を光センサにて検知し、同光センサにて検知した反射光に応じて上記対物レンズの倍率を検出し、上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対する駆動指令の入力を受け付け、入力された駆動指令に基づいて、検出した上記対物レンズの倍率に応じて異なる駆動制御を上記マイクロマニピュレータ用微小器具に対して実行することを特徴とするマイクロマニピュレータの駆動制御方法。

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