JP4720141B2 - マニピュレータシステム及び顕微鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡の被観察物体に対して微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能なマニピュレータを備えた顕微鏡システムに関する。

従来、倒立顕微鏡において油圧制御可能なマニピュレータを用いて顕微鏡のステージに載置された標本に操作針の針先を位置決めし、プリッキングを行うマニピュレータ付き顕微鏡が知られている。このマニピュレータ付き顕微鏡では、ステージに配設された標本に４Ｘ〜１０Ｘの対物レンズを用いて焦点を合わせた後、顕微鏡の微動焦準ハンドルにマニピュレータを駆動する第１油圧操作部を連結し、更に標本の上方に設けられたニードルホルダに操作針（ガラス針）を取り付けニードルホルダの操作部及びマニピュレータを操作する第２油圧操作部を操作して対物レンズの焦点位置近傍に操作針の針先を位置決めする。その後は微動焦準ハンドルを回動することによって対物レンズの上下動とマニピュレータの上下動とが同じ移動量で連動し標本の観察場所にプリッキングしている（例えば、特許文献１参照。）。
特公平７−６０２２０号公報

しかし、特許文献１の開示例では、操作針を標本に近づける際、標本や操作針を破損し易く、破損等を起こすことなく容易に操作針を観察位置に配置することが難しいと言う問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みて行われたものであり、針先や標本を損傷することなく操作針の針先を標本の観察位置に容易にセットすることが可能なマニピュレータシステム及び顕微鏡システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、顕微鏡のステージに載置された標本に微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能な少なくとも１つのマニピュレータと、前記マニピュレータの駆動を制御するマニピュレータ制御手段と、観察前に前記標本の観察位置に対して前記操作針の針先を前記観察位置から離れた位置に停止させるオフセットを設定するオフセット設定手段を備える制御手段を有し、前記制御手段は、前記顕微鏡の対物レンズと前記マニピュレータの移動連動及び非連動の少なくとも一方を電気的に切換える切換手段を有し、観察時、前記制御手段が、前記切換手段からの信号を受け、前記対物レンズと前記操作針の針先の位置関係を維持した状態で両者の上下動を連動可能にし、前記対物レンズを前記観察位置に合焦し、かつ前記針先を前記オフセット位置に位置決めし、前記マニピュレータ制御手段を介して前記マニピュレータを駆動し、前記操作針の針先を前記オフセットされた量だけ標本側に移動し位置決めすることを特徴とするマニピュレータシステムを提供する。

また、本発明は、顕微鏡のステージに載置された標本に微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能な少なくとも１つのマニピュレータと、前記マニピュレータの駆動を制御するマニピュレータ制御手段と、観察前に前記標本の観察位置に対して前記操作針の針先を前記観察位置から離れた位置に停止させるオフセットを設定するオフセット設定手段を備える制御手段と、前記顕微鏡の対物レンズと前記マニピュレータの移動連動及び非連動の少なくとも一方を電気的に切換える切換手段を有し、前記制御手段が、前記切換手段からの連動信号を受け、前記対物レンズと前記操作針の針先の位置関係を維持した状態で両者の上下動を連動して前記対物レンズを前記標本の観察位置に合焦し、かつ前記操作針の針先を前記オフセット位置に位置決めすることを特徴とする顕微鏡システムを提供する。

また、本発明は、前記顕微鏡のステージに載置された標本に微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能な少なくとも１つのマニピュレータと、前記マニピュレータの駆動を制御するマニピュレータ制御手段と、観察前に前記標本の観察位置に対して前記操作針の針先を前記観察位置から離れた位置に停止させるオフセットを設定するオフセット設定手段を備える制御手段と、前記対物レンズを前記標本の観察位置に合焦させた時の対物レンズの位置を記憶する合焦位置記憶手段と、前記マニピュレータの移動開始信号を発するマニピュレータ移動開始手段と、前記対物レンズの移動開始信号を発する対物レンズ合焦手段と、前記操作針の針先の位置決め開始信号を発する針先セット手段を有し、前記制御手段が、前記マニピュレータ移動開始手段からの信号により前記マニピュレータ制御手段を介して前記マニピュレータを駆動して、前記操作針の針先を前記オフセットされた位置に位置決めし、前記対物レンズ合焦手段からの信号により前記対物レンズの退避位置から前記合焦させた時の対物レンズ位置に移動して前記対物レンズを前記標本の観察位置に合焦し、前記針先セット手段からの信号により前記マニピュレータ制御手段を介して前記マニピュレータを駆動して前記操作針の針先を前記オフセット位置から前記標本の観察位置に位置決めすることを特徴とする顕微鏡システムを提供する。

本発明によれば、針先や標本を損傷することなく操作針の針先を標本の観察位置に容易にセットすることが可能なマニピュレータシステム及び顕微鏡システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの正面図である。図２は、第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの機能ブロック図を示す。図３は、第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作フローチャートを示す。図４は、第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作説明図である。図５は、本発明の第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの正面図である。図６は、第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの機能ブロック図を示す。図７は、第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作フローチャートを示す。図８は、第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作説明図である。図９は、本発明かかる顕微鏡システムの一変形例の機能ブロック図である。

（第１実施の形態）
図１、図２において、電動顕微鏡１（以後、顕微鏡と記す）と顕微鏡１のステージ３に載置された標本５に微細な操作を行う操作針７−１・・７−Ｎ（以後、代表して７と記す）を有する電動制御可能な複数のマニピュレータ９−１・・９−Ｎ（以後、代表して９と記す）と、複数のマニピュレータ９をそれぞれ制御するマニピュレータ制御部１３−１・・１３−Ｎ（以後、代表して１３と記す）と、それぞれのマニピュレータ９をマニピュレータ制御部１３を介して操作するマニピュレータ操作部１５−１・・１５−Ｎ（以後、代表して１５と記す）と、顕微鏡１に内蔵されて顕微鏡１及びマニピュレータ制御部１３の動作を制御する制御部１１とから顕微鏡システムが構成されている。そして顕微鏡１と複数のマニピュレータ９は防振のための不図示のテーブル上に載置されている。

顕微鏡１は正立型顕微鏡であり、標本５の上方に対物レンズ１７がレボルバ１９に配置され、ステージ３の下方に配置された照明系２１を介して標本５が照明され、標本５からの光は、対物レンズ１７で集光され、結像系２３を介して接眼レンズ２５で観察者に観察される。

顕微鏡１には、対物レンズ１７を光軸方向（Ｚ方向）に移動するための焦準ハンドル２７と、焦準ハンドル２７に内蔵され焦準ハンドル２７の回転量を検出する不図示の検出手段と、焦準ハンドル２７の１回転当たりの対物レンズ１７の移動量ΔＺと、対物レンズ１７の焦点位置に対する操作針７の針先のオフセットΔＺｅ（これは標本５の観察位置に対する操作針７の針先のオフセットにもなる）を設定する設定手段２９と、対物レンズ１７の移動に操作針７の針先の移動を同期させるようにマニピュレータ９の駆動をセットする連動スイッチ３１が設けられている。

制御部１１は、顕微鏡１の操作部Ａ（ＸＹステージ３のＸＹ操作ハンドル３２、焦準ハンドル２７等）から入力される操作信号に応じて、顕微鏡駆動部Ｂ（ＸＹステージ３、対物レンズ１７等）に駆動信号を出力する。顕微鏡駆動部Ｂからは各駆動部に設けられた位置検出器から各部の位置情報が制御部１１に入力される。

マニピュレータ制御部１３は、それぞれのマニピュレータ操作部１５（例えば、ジョイスティック（ＸＹ方向）やＺ軸操作ダイヤル）から入力される操作信号に応じて、それぞれのマニピュレータ９に駆動信号をそれぞれ出力し、それぞれのマニピュレータ９を駆動する。マニピュレータ９には不図示の位置検出手段（Ｘ，Ｙ，Ｚ，θ方向）が設けられ、それぞれのマニピュレータ９の位置情報がマニピュレータ制御部１３に入力される。それぞれのマニピュレータ９の位置情報は、マニピュレータ制御部１３を介して制御部１１に入力され各種の制御情報として用いられる。

対物レンズ１７とマニピュレータ９を連動して駆動する場合、制御手段１１は、対物レンズ１７の移動量に対応する同期信号を形成し、制御信号としてマニピュレータ制御部１３に出力する。マニピュレータ制御部１３は、入力された制御信号に同期するようにマニピュレータ９を駆動する。対物レンズ１７とマニピュレータ９の同期駆動は、制御部１１で対物レンズ１７からの位置情報とマニピュレータ９からの位置情報とが検出されこれらの情報から両者が同期して駆動されるようにフィードバック制御されている。この様にして、本第１実施の形態にかかる顕微鏡システムが構成されている。

次に、本第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作に関し図３、図４を参照し動作ステップ毎に説明する。

（１）ステップＳ１
制御部１１の初期化を行う。制御部１１の初期化は顕微鏡１の不図示の電源スイッチ、または不図示のリセットスイッチにより行われる。初期化により対物レンズ１７とステージ３が所定の位置に移動してセットされる。また、焦準ハンドル２７の１回転当たりの対物レンズ１７の光軸方向（Ｚ軸方向とする）の移動量ΔＺ、操作針７の針先のオフセットΔＺｅが制御部１１にセットされる。なお、移動量ΔＺとオフセットΔＺｅは、顕微鏡１に設けられた設定手段２９で適宜変更したり、再設定したりすることができ、また、セットする時期はＳ１に限定されるものではない。

（２）ステップＳ２
マニピュレータ制御部１３の初期化をマニピュレータ制御部１３の電源スイッチ１３ａまたは不図示のリセットスイッチにより行う。初期化によりマニピュレータ９が所定の位置に移動してセットされる。マニピュレータ９が所定位置に移動した後、マニピュレータ９に操作針７を取り付ける。

（３）ステップＳ３
標本５をステージ３に載置する。

（４）ステップＳ４
焦準ハンドル２７を回動して対物レンズ１７をＺ軸方向に移動し観察したい標本５位置に合焦する。そして、標本５を視野内に入れるために標本５に合焦した後、ステージ３をＸＹ操作ハンドル３２を用いて標本５をＸＹ方向に移動して標本５の観察位置に対物レンズ１７の焦点位置をセットする。なお、この際、十字マーク入りの接眼レンズ２５を用い、十字マークのクロス部に標本５の観察位置をセットすることで後述する操作針７の針先の位置合わせが容易になる。標本５の観察位置に対物レンズ１７を合焦した後、対物レンズ１７が標本５から離れる方向（上方）に焦準ハンドル２７を回動し、標本５から対物レンズ１７を退避する。対物レンズ１７は、操作針７の針先をセットする際に、操作針７の針先を十分操作できる距離（凡そ、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度）に退避する（図４（ａ）参照）。

（５）ステップＳ５
マニピュレータ操作部１５を操作して、マニピュレータ制御部１３を介してマニピュレータ９を移動し、図４（ａ）の破線で示すように、操作針７の針先を対物レンズ１７の焦点位置にセットする。この際、十字マーク入りの接眼レンズ２５を用い、十字マークのクロス部に針先をセットすることで、標本５の観察位置に針先を容易に位置決めすることができる。

（６）ステップＳ６
顕微鏡１に設けられている連動スイッチ３１をＯＮにする。連動スイッチ３１をＯＮにすると、制御手段１１に前もって設定されているオフセットΔＺｅに基づき、制御部１１からマニピュレータ制御部１３に制御信号が伝達され、マニピュレータ９が駆動され操作針７の針先を対物レンズ７側にΔＺｅ分オフセットして位置決めする（図４（ａ）実線の操作針７参照）。また、対物レンズ１７とマニピュレータ９が連動され制御部１１からの対物レンズ１７の移動量による制御信号に基づき操作針７の針先が対物レンズ１７の移動に同期してマニピュレータ９が移動するように設定される。その後、図４（ｂ）に示すように、焦準ハンドル２７を回動して対物レンズ１７を退避位置から標本５の観察位置に合焦する位置まで移動させると、制御部１１からの制御信号に基づきマニピュレータ制御部１３を介してマニピュレータ９が駆動され操作針７の針先が対物レンズ１７の移動に同期して移動する。これにより、対物レンズ１７に対して操作針７の針先位置を維持した状態で両者を移動することが可能になる。

対物レンズ１７とマニピュレータ９とが連動して移動され対物レンズ１７が標本５の観察位置に合焦した時（図４（ｂ）参照）、操作針７の針先は標本５の観察位置から上方にΔＺｅオフセットした位置に位置決めされている。このΔＺｅは対物レンズ１７が標本５の観察位置にセットされた際に、針先が標本５に接触しない位置に設定されている。なお、連動スイッチ３１がＯＮの時には、マニピュレータ操作部１５を操作してもマニピュレータ９が移動することは無い。

（７）ステップＳ７
対物レンズ１７を標本５の観察位置に合焦した後、操作針７の針先を標本５の観察位置にセットする為、連動スイッチ３１をＯＦＦにし対物レンズ１７とマニピュレータ９の連動を解除し、対物レンズ１７とマニピュレータ９を独立に操作可能にする。

（８）ステップＳ８
マニピュレータ操作部１５を操作してマニピュレータ制御部１３を介してマニピュレータ９を駆動し、操作針７の針先を標本５の観察位置に移動する（図４（ｃ）参照）。この際、操作針７の針先が対物レンズ１７の焦点位置からΔＺｅ分オフセットしているので、対物レンズ１７の焦点深度から外れているが、操作針７の針先は対物レンズ１７の焦点位置（例えば、十字マークのクロス位置）に前もって設定されているので、マニピュレータ操作部１５の不図示のＺ操作ダイヤルのみを操作することで容易に標本５の観察位置に操作針７の針先を位置決めすることができる。

（９）ステップＳ９
その後、必要であれば対物レンズ１７の合焦状態と操作針７の針先位置の微調整を行う。

（１０）ステップＳ１０
操作針７の針先が観察位置にセットできたので生理実験を行う。

（１１）ステップ１１
必要な生理実験が終了した後、本実施の形態では操作針７の針先を標本５から退避させ、操作を終了（ステップ１２）させる
なお、ステップＳ８において、操作針７の針先を標本５の観察位置にセットする際、ステップＳ７で連動を解除しマニピュレータ操作部１５を手動で操作してマニピュレータ９を駆動して操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めしたが、不図示のスイッチで制御部１１にマニピュレータ制御部１３を介してマニピュレータ９をΔＺｅ分駆動する指示を送り、操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めすることを自動的に行うことも可能である。

この際、ステップＳ５における対物レンズ１７の焦点位置への操作針７の針先の位置決めを空気中で設定した場合には、オフセットΔＺｅを培養液の屈折率ｎを考慮した値ΔＺｅ’（ΔＺｅ’＝１／ｎ×ΔＺｅ）に変換してマニピュレータ９を駆動すれば良い。なお、ステップＳ５における操作針７の針先の位置決めを培養液中で行った場合にはオフセットの変換はしなくても良い。

また、連動スイッチ３１がＯＮされた際に、ステップＳ６、ステップＳ８、ステップＳ７と連続して自動的に実行して、操作針７の針先を標本５の観察位置にセットすることもできる。この場合、ステップＳ４で対物レンズ１７の標本５に対する退避距離（Ｚ値）を制御部１１が記憶しておき、ステップＳ６における対物レンズ１７の移動距離として退避距離（Ｚ値）用いることで実現できる。連動スイッチ３１をＯＮにした時、操作針７の針先をΔＺｅ分オフセットさせた後、標本５に向かって対物レンズ１７とマニピュレータ９とを連動して退避距離分（Ｚ値）移動する。対物レンズ１７とマニピュレータ９とが退避距離分（Ｚ値）移動した時点で、対物レンズ１７は標本５の観察位置に合焦している。ここから、マニピュレータ９のみをオフセットΔＺｅ分移動させることで操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めすることができる。そしてマニピュレータ９をΔＺｅ分移動した時点で連動スイッチ３１を自動でＯＦＦすることで、その後、対物レンズ１７とマニピュレータ９を独立に操作可能となり、それぞれの微調整（Ｓ９）が可能になる。なお、自動で行う際も、オフセットΔＺｅに対する培養液の屈折率ｎの補正が必要であればオフセットΔＺｅ’に変換して用いれば良い。

本第１実施の形態によれば、退避した対物レンズ１７の焦点位置に操作針７の針先をセットし、連動スイッチ３１をＯＮすることで、オフセットΔＺｅ（または、ΔＺｅ’）が自動的に設定され操作針７の針先が対物レンズ１７の方向に自動的にオフセットするため、その後対物レンズ１７とマニピュレータ９とが連動して移動し対物レンズ１７が標本５に合焦しても、操作針７の針先が標本５に接触することが無く、標本５や操作針７の針先の損傷を防止すると共に、操作針７の針先の迅速な位置再現性、及び操作性良く標本５の観察位置に操作針７の針先を位置決めすることが可能になる。

なお、本第１実施の形態では、対物レンズ１７やマニピュレータ９の位置情報を制御部１１が入手しているので、これらの情報を用いて対物レンズ１７の焦点位置に操作針７の針先をセットしてから対物レンズ１７と操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めする動作を自動的に連続して実行することも可能である。

また、制御部１１は、顕微鏡１と別体に設け接続ケーブル等で顕微鏡１及びマニピュレータ制御部１３と接続しても良い。この際、設定手段２９と連動スイッチ３１を制御部１１に配置することも可能である。

（第２実施の形態）
次に、本発明の第２実施の形態にかかる顕微鏡システムに関し図５から図８を参照しつつ説明する。第１実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明する。

図５において、電動顕微鏡１００（以後、顕微鏡と記す）と顕微鏡１００のステージ３に載置された標本５に微細な操作を行う操作針７−１・・７−Ｎ（以後、代表して７と記す）を有する電動制御可能な複数のマニピュレータ９−１・・９−Ｎ（以後、代表して９と記す）と、複数のマニピュレータ９をそれぞれ制御するマニピュレータ制御部１３−１・・１３−Ｎ（以後、代表して１３と記す）と、それぞれのマニピュレータ９をマニピュレータ制御部１３を介して操作するマニピュレータ操作部１５−１・・１５−Ｎ（以後、代表して１５と記す）と、顕微鏡１００に内蔵されて顕微鏡１００及びマニピュレータ制御部１３の動作を制御する制御部１１１とから顕微鏡システムが構成されている。そして顕微鏡１００と複数のマニピュレータ９は防振のための不図示のテーブル上に載置されている。

顕微鏡１００は正立型顕微鏡であり、標本５の上方に対物レンズ１７がレボルバ１９に配置され、ステージ３の下方に配置された照明光学系２１を介して標本５が照明され、標本５からの光は、対物レンズ１７で集光され、結像光学系２３を介して接眼レンズ２５で観察者に観察される。

顕微鏡１００には、対物レンズ１７を光軸方向（Ｚ方向）に移動するための焦準ハンドル２７と、焦準ハンドル２７に内蔵され焦準ハンドル２７の回転量を検出する不図示の検出手段と、焦準ハンドル２７の１回転当たりの対物レンズ１７の移動量ΔＺと、対物レンズ１７の焦点位置に対する操作針７の針先のオフセットΔＺｅ（これは標本５の観察位置に対するオフセットにもなる）を設定する設定手段２９と、対物レンズ１７が標本５の観察位置に合焦したときのＺ軸方向の位置Ｚ０を記憶させるための合焦位置記憶スイッチ４１と、マニピュレータ９の移動開始信号を発するマニピュレータ移動開始スイッチ４３と、対物レンズ１７を標本５の観察位置に合焦させるための移動開始信号を発する対物レンズ合焦スイッチ４５と、オフセットΔＺｅにセットされた操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めするための開始信号を発する針先セットスイッチ４７が設けられている。

制御部１１１は、顕微鏡１００の操作部Ａ（ＸＹステージ３のＸＹ操作ハンドル３２、焦準ハンドル２７等）から入力される操作信号に応じて、顕微鏡駆動部Ｂ（ＸＹステージ３、対物レンズ１７等）に駆動信号を出力する。顕微鏡駆動部Ｂからは各駆動部に設けられた位置検出器から各部の位置情報が制御部１１１に入力される。また、合焦位置記憶スイッチ４１、マニピュレータ移動開始スイッチ４３、対物レンズ合焦スイッチ４５、および針先セットスイッチ４７からのそれぞれの信号が制御部１１１に入力されてそれぞれの制御信号が制御部１１１から出力される。

マニピュレータ制御部１３は、それぞれのマニピュレータ操作部１５（例えば、ジョイスティック（ＸＹ方向）やＺ軸操作ダイヤル）から入力される操作信号に応じて、それぞれのマニピュレータ９に駆動信号をそれぞれ出力し、それぞれのマニピュレータ９を駆動する。マニピュレータ９には不図示の位置検出手段（Ｘ，Ｙ、Ｚ、θ方向）が設けられ、それぞれのマニピュレータ９の位置情報がマニピュレータ制御部１３に入力される。それぞれのマニピュレータ９の位置情報は、マニピュレータ制御部１３を介して制御部１１１に入力され各種の制御情報として用いられる。この様にして、本第２実施の形態にかかる顕微鏡システムが構成されている。

次に、本第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作に関し図７、図８を参照し動作ステップ毎に説明する。

（１）ステップＳ２１
制御部１１１の初期化を行う。制御部１１１の初期化は顕微鏡１００の不図示の電源スイッチ、または不図示のリセットスイッチにより行われる。初期化により対物レンズ１７とステージ３が所定の位置に移動してセットされる。また、焦準ハンドル２７の１回転当たりの対物レンズ１７の光軸方向（Ｚ軸方向とする）の移動量ΔＺ、操作針７の針先のオフセットΔＺｅが制御部１１１にセットされる。なお、移動量ΔＺとオフセットΔＺｅは、顕微鏡１００に設けられた設定手段２９で適宜変更したり、再設定したりすることができる。

（２）ステップＳ２２
マニピュレータ制御部１３の初期化をマニピュレータ制御部１３の電源スイッチ１３ａまたは不図示のリセットスイッチにより行う。初期化によりマニピュレータ９が所定の位置に移動してセットされる。マニピュレータ９が所定位置に移動した後、マニピュレータ９に操作針７を取り付ける。

（３）ステップＳ２３
標本５をステージ３に載置する。

（４）ステップＳ２４
焦準ハンドル２７を回動して対物レンズ１７をＺ軸方向に移動し標本５に合焦する。そして、標本５を視野内に入れるために、標本５に合焦した後、ステージ３をＸＹ方向に移動して標本５の観察位置に対物レンズ１７の焦点位置をセットする。対物レンズ１７が標本５の観察位置に合焦した時点で、合焦位置記憶スイッチ４１を操作し対物レンズ１７のＺ軸位置Ｚ０を記憶する。なお、この際、十字マーク入りの接眼レンズ２５を用い、十字マークのクロス部に観察位置をセットすることで後述する操作針７の針先の位置合わせが容易になる。標本５の観察位置に対物レンズ１７をセットした後、対物レンズ１７が標本５から離れる方向（上方）に焦準ハンドル２７を回動し、標本５から対物レンズ１７を退避する（図８（ａ）参照）。対物レンズ１７の退避位置Ｚｐは、焦準ハンドル２７に設けられている不図示の位置検出手段により検出されて制御部１１１に保存される。対物レンズ１７の退避位置Ｚｐと合焦位置Ｚｏとから対物レンズ１７の退避距離ＺＬが算出できる。なお、退避距離Ｚｐは、操作針７の針先をセットする際に針先を十分操作できる距離（凡そ、数ｍｍ〜１０ｍｍ程度）確保する。

（５）ステップＳ２５
マニピュレータ操作部１５を操作して、マニピュレータ制御部１３を介してマニピュレータ９を駆動し、図７（ａ）の実線で示すように、操作針７の針先を対物レンズ１７の焦点位置にセットする。この際、十字マーク入りの接眼レンズ２５を用い、接眼レンズを通して針先を見ながら十字マークのクロス部に針先をセットすることで、標本５の観察位置に針先を容易に位置決めすることができる。

（６）ステップＳ２６
顕微鏡１００に設けられているマニピュレータ移動開始スイッチ４３をＯＮにする。マニピュレータ移動開始スイッチ４１をＯＮにすると、制御部１１１に設定されているオフセットΔＺｅ、対物レンズ１７の合焦位置Ｚｏ、退避距離Ｚｐとから針先の移動距離が算出されて、制御部１１１からマニピュレータ制御部１３に制御信号が伝達され、マニピュレータ９が駆動され操作針７の針先を標本５から対物レンズ７側にΔＺｅオフセットした位置に移動し、移動が完了するとスイッチ４３をＯＦＦにする（図８（ｂ）参照）。なお、マニピュレータ移動開始スイッチ４３がＯＮの間は、マニピュレータ操作部１５でマニピュレータ９を操作することはできない。

（７）ステップＳ２７
続いて、対物レンズ合焦スイッチ４５をＯＮにする。対物レンズ合焦スイッチ４５をＯＮにすることで、制御部１１１は顕微鏡駆動部Ｂの対物レンズ駆動部に信号を送り対物レンズ１７を合焦位置Ｚ０まで移動して標本５の観察位置に合焦しスイッチ４５をＯＦＦにする（図８（ｃ）参照）。

（８）ステップＳ２８
次に、針先セットスイッチ４７をＯＮにして操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めする。スイッチ４７がＯＮされると、制御部１１１からオフセットΔＺｅ分針先を移動する制御信号がマニピュレータ制御部１３に伝達され、マニピュレータ制御部１３からマニピュレータ９に駆動信号が送られてオフセットΔＺｅ分針先が移動されて標本５の観察位置に位置決めされ、位置決めされた後スイッチ４７がＯＦＦされる（図８（ｄ）参照）。この際、操作針７の針先が対物レンズ１７の焦点位置からΔＺｅ分オフセットしているので、対物レンズ１７の焦点深度から外れているが、操作針７の針先は対物レンズ１７の焦点位置（例えば、十字マークのクロス位置）に前もって設定されているので、マニピュレータ操作部１５の不図示のＺ操作ダイヤルのみを操作することで容易に標本５の観察位置に操作針７の針先を位置決めすることができる。

（９）ステップＳ２９
その後、必要であれば対物レンズ１７の合焦状態と操作針７の針先位置の微調整を行う。

（１０）ステップＳ３０
操作針７の針先が観察位置にセットできたので生理実験を行う。

（１１）ステップ３１
必要な生理実験が終了した後、操作針７の針先を標本５から退避する。

なお、ステップ２６、ステップ２７、及びステップ２８を連続して自動的に実行することも可能である。連続して自動的に実行することで退避した対物レンズ１７の焦点位置に操作針７の針先をセットするだけで、操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めすることが可能である。

この際、ステップＳ２５における対物レンズ１７の焦点位置への操作針７の針先の位置決めを空気中で設定した場合には、オフセットΔＺｅを培養液の屈折率ｎを考慮した値ΔＺｅ’（ΔＺｅ’＝１／ｎ×ΔＺｅ）に変換してマニピュレータ９を駆動すれば良い。なお、ステップＳ５における操作針７の針先の位置決めを培養液中で行った場合にはオフセットの変換はしなくても良い。

本第２実施の形態によれば、退避した対物レンズ１７の焦点位置に操作針７の針先をセットし、対物レンズ１７とマニピュレータ９をスイッチ４３、４５、４７をそれぞれ順番に操作することで、オフセット位置ΔＺｅ（または、ΔＺｅ’）が自動的に設定され操作針７の針先が標本５に対してΔＺｅ分オフセットした位置にセットされた後、対物レンズ１７が移動し標本５に合焦し、更に針先をオフセットΔＺｅ分移動して標本５の観察位置にセットすることができる。このため、標本５や操作針７の針先の損傷を防止すると共に、操作針７の針先の迅速な位置再現性、及び操作性良く標本５の観察位置に操作針７の針先を位置決めすることが可能になる。

なお、本第２実施の形態では、対物レンズ１７やマニピュレータ９の位置情報を制御部１１１が入手しているので、これらの情報を用いて対物レンズ１７の焦点位置に操作針７の針先をセットしてから対物レンズ１７と操作針７の針先を標本５の観察位置に位置決めするまでの動作を連続して自動で実行することも可能である。

また、制御部１１１は、顕微鏡１００と別体に設け接続ケーブル等で顕微鏡１００及びマニピュレータ制御部１３と接続しても良い。この際、設定手段２９、合焦位置記憶スイッチ４１、マニピュレータ移動開始スイッチ４３、対物レンズ合焦スイッチ４５、針先セットスイッチ４７の全て又は一部を制御部１１１に配置することも可能である。

（一変形例）
図９は、本発明にかかる顕微鏡システムの一変形例の機能ブロック図である。本変形例は第１、第２実施の形態において制御部の一部の機能をＰＣで実行できるように構成したものであり、第１及び第２実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。

図９において、第１及び第２実施の形態における制御部（１１、１１１）の一部の機能（例えば、オフセット等の条件設定、駆動制御情報の伝達、位置情報の入手及び処理等）を実行するＰＣ制御部２０１が制御部２１１とマニピュレータ制御部１３との間に設けられている。ＰＣ制御部２０１にはＰＣ制御部２０１に操作信号を入力するＰＣ操作部２０３が接続されている。ＰＣ操作部２０３は、第１及び第２実施の形態における各種スイッチ作用あるいはオフセット値等のパラメータの入力に用いられる。その他の構成、作用、及び効果は、第１、第２実施の形態と同様であり詳細な説明を省略する。

本変形例では、制御部の一部の機能をＰＣで実行させるため、パラメータの設定や動作シーケンスの設定などの設定を容易に行うことが可能になる。また、顕微鏡の駆動やマニピュレータ駆動の一部の動作や顕微鏡システム全体の動作を自動制御することも可能になる。また、使用する顕微鏡やマニピュレータなどに応じて制御条件を最適化することも可能になる。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

本発明の第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの正面図である。 第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの機能ブロック図を示す。 第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作フローチャートを示す。 第１実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作説明図である。 本発明の第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの正面図である。 第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの機能ブロック図を示す。 第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作フローチャートを示す。 第２実施の形態にかかる顕微鏡システムの動作説明図である。 本発明にかかる顕微鏡システムの一変形例の機能ブロック図である。

符号の説明

１、１００ 顕微鏡（電動顕微鏡）
３ ステージ（ＸＹステージ）
５ 標本
７ 操作針
９ マニピュレータ
１１、１１１ 制御部
１３ マニピュレータ制御部
１５ マニピュレータ操作部
１７ 対物レンズ
１９ レボルバ
２１ 照明系
２３ 結像系
２５ 接眼レンズ
２７ 焦準ハンドル
２９ 設定手段
３１ 連動スイッチ
４１ 合焦位置記憶スイッチ
４３ マニピュレータ移動開始スイッチ
４５ 対物レンズ合焦スイッチ
４７ 針先セットスイッチ

Claims (2)

1. 顕微鏡のステージに載置された標本に微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能な少なくとも１つのマニピュレータと、
   前記マニピュレータの駆動を制御するマニピュレータ制御手段と、
   観察前に前記標本の観察位置に対して前記操作針の針先を前記観察位置から離れた位置に停止させるオフセットを設定するオフセット設定手段を備える制御手段を有し、
   前記制御手段は、前記顕微鏡の対物レンズと前記マニピュレータの移動連動及び非連動の少なくとも一方を電気的に切換える切換手段を有し、
   観察時、前記制御手段が、前記切換手段からの信号を受け、前記対物レンズと前記操作針の針先の位置関係を維持した状態で両者の上下動を連動可能にし、前記対物レンズを前記観察位置に合焦し、かつ前記針先を前記オフセット位置に位置決めし、前記マニピュレータ制御手段を介して前記マニピュレータを駆動し、前記操作針の針先を前記オフセットされた量だけ標本側に移動し位置決めすることを特徴とするマニピュレータシステム。
2. 顕微鏡のステージに載置された標本に微細な操作を行うための操作針を有する電気制御可能な少なくとも１つのマニピュレータと、
   前記マニピュレータの駆動を制御するマニピュレータ制御手段と、
   観察前に前記標本の観察位置に対して前記操作針の針先を前記観察位置から離れた位置に停止させるオフセットを設定するオフセット設定手段を備える制御手段と、前記顕微鏡の対物レンズと前記マニピュレータの移動連動及び非連動の少なくとも一方を電気的に切換える切換手段を有し、
   前記制御手段が、前記切換手段からの連動信号を受け、前記対物レンズと前記操作針の針先の位置関係を維持した状態で両者の上下動を連動して前記対物レンズを前記標本の観察位置に合焦し、かつ前記操作針の針先を前記オフセット位置に位置決めすることを特徴とする顕微鏡システム。

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