JP7214489B2 - Stage device and micromanipulator - Google Patents

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本発明は、ステージ装置及び微小操作機器に関し、特に、生殖補助医療分野で有用なステージ装置及び微小操作機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a stage device and a micromanipulator, and more particularly to a stage device and a micromanipulator useful in the field of assisted reproductive medicine.

生殖補助医療の分野において、精子を卵子に直接注入する方法として、卵細胞質内精子注入法(Intracytoplasmic Sperm Injection(以下「ICSI」という)が知られている。非特許文献1に記載されているように、ICSIでは、精子を収容するインジェクションピペットと卵子を保持するホールディングピペットのそれぞれの中心軸を同一直線上に配置する必要がある。そのため、インジェクションピペットとホールディングピペット(以下、適宜、「2つのピペット」と言う)の取り付け角度を調整するための角度微調整作業が必要とされる。 In the field of assisted reproductive medicine, intracytoplasmic sperm injection (hereinafter referred to as "ICSI") is known as a method of directly injecting sperm into an egg. In addition, in ICSI, it is necessary to arrange the center axes of the injection pipette containing the sperm and the holding pipette holding the ovum on the same line. ”) is required to adjust the mounting angle.

この角度微調整作業は、微細作業が要求されるICSIでは非常に重要な作業である。2つのピペットの先端から所定距離だけ離れた固定部に設けられた角度調整ねじを手動で調整することにより、2つのピペットの角度微調整を行う方法が知られている。例えば、特許文献1には、並進方向の調整に油圧機構を有するステージ装置を用い、傾き調整を角度調整ねじによる手動機構を有する装置を用いて、マイクロツールを位置決めするマニピュレータ装置が記載されている。また、特許文献2には、2つのリニアモータを組み合わせて並進移動と回転移動を行うアライメントステージが記載されている。 This fine angle adjustment work is very important in ICSI, which requires fine work. A method is known for finely adjusting the angle of two pipettes by manually adjusting an angle adjusting screw provided on a fixed portion separated from the tips of the two pipettes by a predetermined distance. For example, Patent Document 1 describes a manipulator device that positions a microtool using a stage device having a hydraulic mechanism for adjustment in the translational direction and a device having a manual mechanism with an angle adjustment screw for tilt adjustment. . Further, Patent Document 2 describes an alignment stage that performs translational movement and rotational movement by combining two linear motors.

特許第6163260号公報Japanese Patent No. 6163260 特許第5887278号公報Japanese Patent No. 5887278

荒木康久、「生殖補助医療技術学テキスト」、医歯薬出版株式会社、2015年1 月10日、p.85―87Yasuhisa Araki, "Technical Text for Assisted Reproductive Medicine", Ishiyaku Publishing Co., Ltd., January 10, 2015, p. 85-87

通常、2つのピペットの角度微調整は、2つのピペットの先端部を顕微鏡の視野に納めた状態で、顕微鏡の視野を観察しながら行われる。しかしながら、特許文献1に記載されているような角度調整ねじを手動で調整する方法では、調整作業中にピペットが大きく振れて、ピペットの先端が顕微鏡視野から外れてしまうことがあるため、角度微調整作業が容易な方法とは言い難い。この問題は、角度調整ねじがピペットの先端から離れた位置にある場合に顕著に生じる。また、特許文献2に記載された構成では、無通電時にはピペットを保持する力がないために、電源が遮断された際にピペットが移動してしまうことで、ICSIでの作業を行う際の手技に不具合が生じる可能性がある。 Normally, the fine adjustment of the angles of the two pipettes is performed while observing the field of view of the microscope with the tips of the two pipettes placed within the field of view of the microscope. However, in the method of manually adjusting the angle adjustment screw as described in Patent Document 1, the pipette may shake greatly during the adjustment work, and the tip of the pipette may be out of the microscope's field of view. It is hard to say that the adjustment work is easy. This problem is noticeable when the angle adjustment screw is located far from the tip of the pipette. In addition, in the configuration described in Patent Document 2, since there is no force to hold the pipette when power is not supplied, the pipette moves when the power supply is cut off. may cause problems.

本発明は、顕微鏡視野内において駆動対象物先端の振れが小さく位置及び角度の調整を容易に行うことができ、無通電時にも位置及び角度が調整された状態を保持することを可能とする技術を提供することを目的とする。 The present invention is a technology that makes it possible to easily adjust the position and angle of the object to be driven in the field of view of the microscope with little deflection, and to maintain the adjusted state of the position and angle even when power is not supplied. intended to provide

本発明に係るステージ装置は、第1の直動手段と第2の直動手段を有する第1のステージと、第3の直動手段と第4の直動手段を有する第2のステージと、第5の直動手段を有する第3のステージと、を備え、前記第1の直動手段、第2の直動手段、第3の直動手段、第4の直動手段および第5の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備えるステージ装置であって、前記第1のステージは、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第1の方向へ駆動し、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と直交する第2の方向と平行な軸まわりに回転させ、前記第2のステージは、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第2の方向へ駆動し、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と平行な軸まわりに回転させ、前記第3のステージは、前記第5の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第1の方向および前記第2の方向と直交する第3の方向へ駆動し、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段はそれぞれ前記第2の方向に移動可能な可動部を有し、前記第1のステージは、互いに平行な第1のカム面と第2のカム面を有する第1の天板と、前記第2の方向に所定の間隔を持って2カ所で前記第1のカム面と摺動可能に当接し、前記第1の直動手段の可動部に固定されて前記第2の方向に進退するカムフォロアと、を有し、前記第1のカム面と前記第2のカム面の面内方向は前記第2の方向と鋭角をなし、前記第1のカム面と前記第2のカム面の法線方向は前記第1の方向と鋭角をなし、前記第2のカム面は前記第2の直動手段の可動部に摺動可能に支持されていることを特徴とする。 A stage apparatus according to the present invention comprises a first stage having first linear motion means and second linear motion means, a second stage having third linear motion means and fourth linear motion means, a third stage having a fifth linear motion means, wherein the first linear motion means, the second linear motion means, the third linear motion means, the fourth linear motion means and the fifth linear motion means; A stage device comprising a vibration type actuator having a vibrating body and a contact body capable of relative movement as drive sources, wherein the first stage comprises the first linear motion means and the second linear motion means. By setting the driving amount of the linear motion means to be the same, the object to be driven is driven in the first direction, and by providing a difference between the driving amounts of the first linear motion means and the second linear motion means, the above-mentioned The object to be driven is rotated around an axis parallel to a second direction orthogonal to the first direction, and the second stage controls the amount of driving of the third linear motion means and the fourth linear motion means. are the same to drive the object to be driven in the second direction. The third stage rotates the driven object in the first direction and the second direction by driving the fifth linear motion means. The first linear motion means and the second linear motion means each have a movable portion capable of moving in the second direction, and the first stages are driven in a third direction orthogonal to each other. A first top plate having a first cam surface and a second cam surface parallel to each other and slidably contacting the first cam surface at two locations with a predetermined interval in the second direction. and a cam follower fixed to the movable portion of the first direct acting means and moving forward and backward in the second direction, wherein the in-plane direction of the first cam surface and the second cam surface is the second cam surface. 2, the normal direction of the first cam surface and the second cam surface forms an acute angle with the first direction, and the second cam surface forms an acute angle with the second linear motion means. is slidably supported by the movable portion of the

本発明によれば、顕微鏡視野内において駆動対象物先端の振れが小さく位置及び角度の調整を容易に行うことができ、無通電時にも位置及び角度が調整された状態を保持することが可能となる。 According to the present invention, the deflection of the tip of the object to be driven is small within the field of view of the microscope, and the position and angle can be easily adjusted. Become.

本発明の実施形態に係るマニピュレータシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a manipulator system according to an embodiment of the invention; FIG. 図1のマニピュレータシステムが備えるステージ装置の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of a stage device included in the manipulator system of FIG. 1; 図2のステージ装置が備える直動ユニットの外観斜視図である。FIG. 3 is an external perspective view of a linear motion unit included in the stage device of FIG. 2; 図3の直動ユニットの分解斜視図である。FIG. 4 is an exploded perspective view of the linear motion unit of FIG. 3; 図2のステージ装置を構成するZステージの構成を示す図である。3 is a diagram showing the configuration of a Z stage that constitutes the stage device of FIG. 2; FIG. 図2のステージ装置を構成するYステージの構成を示す図である。3 is a diagram showing the configuration of a Y stage that constitutes the stage device of FIG. 2; FIG. ピペットをZ軸まわりに回転させる角度微調整の様子を表す図である。It is a figure showing the mode of the angle fine adjustment which rotates a pipette to the surroundings of the Z-axis. 図2のステージ装置を構成するXステージの構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an X stage that constitutes the stage device of FIG. 2; 角度調整ユニットの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of an angle adjustment unit. 回転駆動ユニットとその近傍を拡大して示す断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a rotary drive unit and its vicinity; インジェクションピペットの例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of an injection pipette; インジェクションピペットの角度微調整の様子を示す第1の模式図である。FIG. 4 is a first schematic diagram showing how the angle of the injection pipette is finely adjusted. インジェクションピペットの角度微調整の様子を示す第2の模式図である。FIG. 10 is a second schematic diagram showing how the angle of the injection pipette is finely adjusted.

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。ここでは、本発明に係るステージ装置を備える微小操作機器の一例として、生殖補助医療で用いられるマニピュレータシステムを取り上げる。但し、本発明に係るステージ装置及び微小操作機器は、これ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. Here, a manipulator system used in assisted reproductive medicine will be taken up as an example of a micromanipulator equipped with a stage device according to the present invention. However, the stage device and micromanipulation device according to the present invention are not limited to this.

図1は、本発明の実施形態に係るマニピュレータシステム1の概略構成を表したブロック図である。マニピュレータシステム1は、顕微鏡2、撮像ユニット3、ディスプレイ4、コントローラ100、第1のマニピュレータ200、第1のインジェクタ装置300、第2のマニピュレータ400及び第2のインジェクタ装置500を備える。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a manipulator system 1 according to an embodiment of the invention. The manipulator system 1 comprises a microscope 2 , an imaging unit 3 , a display 4 , a controller 100 , a first manipulator 200 , a first injector device 300 , a second manipulator 400 and a second injector device 500 .

顕微鏡2は、ICSI作業時の卵子や精子、第1のマニピュレータ200のインジェクションピペット203、第2のマニピュレータ400のホールディングピペット(不図示)等に焦点を合わせる合焦ユニット2aを有する。撮像ユニット3は、顕微鏡2の光学系を介して画像を取得するCMOSセンサ等の撮像素子を有し、卵子や精子、インジェクションピペット203、ホールディングピペット403等の画像を取得する。撮像ユニット3が取得した画像は、コントローラ100の画像入力部109に入力される。 The microscope 2 has a focusing unit 2a that focuses on ova and sperm during ICSI work, the injection pipette 203 of the first manipulator 200, the holding pipette (not shown) of the second manipulator 400, and the like. The imaging unit 3 has an imaging element such as a CMOS sensor that acquires images via the optical system of the microscope 2, and acquires images of ova, sperm, injection pipette 203, holding pipette 403, and the like. The image acquired by the imaging unit 3 is input to the image input section 109 of the controller 100 .

コントローラ100は、表示パネル101、操作パネル102、画像入力部109、画像解析部107、画像出力部108、変位検出部103、演算部104、記憶部105及び制御部106を有する。操作パネル102は、制御部106で用いられる制御パラメータを入力するための、例えば不図示のダイヤルやスイッチ、フットペダル等を含む。表示パネル101は、操作パネル102で設定する制御パラメータ等を表示する。なお、表示パネル101をタッチパネルとして構成することにより、操作パネル102を構成する1つの操作手段として表示パネル101を用いることができる。 Controller 100 has display panel 101 , operation panel 102 , image input section 109 , image analysis section 107 , image output section 108 , displacement detection section 103 , calculation section 104 , storage section 105 and control section 106 . The operation panel 102 includes, for example, dials, switches, and foot pedals (not shown) for inputting control parameters used by the control unit 106 . A display panel 101 displays control parameters and the like set by the operation panel 102 . In addition, by configuring the display panel 101 as a touch panel, the display panel 101 can be used as one operation means constituting the operation panel 102 .

画像入力部109へは、撮像ユニット3から送られてきた画像が入力される。画像入力部109へ入力された画像は、画像解析部107と画像出力部108へ送られる。画像解析部107は、撮像ユニット3で得られた画像を解析する。画像解析部107での解析結果は、演算部104と画像出力部108へ送られる。画像出力部108は、画像解析部107から送られてきた解析結果と画像入力部109から送られてきた画像をディスプレイ4へ出力する。ディスプレイ4は、画像出力部108から送られてきた画像を表示し、その際に画像解析部107から送られてきた解析結果を組み合わせて表示することにより、顕微鏡2での観察対象をより精密に表現することができる。なお、第1のマニピュレータ200等の操作を、ディスプレイ4を観察しながら遠隔で行うことも可能となる。 An image sent from the imaging unit 3 is input to the image input unit 109 . An image input to the image input unit 109 is sent to the image analysis unit 107 and the image output unit 108 . An image analysis unit 107 analyzes the image obtained by the imaging unit 3 . The analysis result of the image analysis unit 107 is sent to the calculation unit 104 and the image output unit 108 . The image output unit 108 outputs the analysis result sent from the image analysis unit 107 and the image sent from the image input unit 109 to the display 4 . The display 4 displays the image sent from the image output unit 108, and combines and displays the analysis result sent from the image analysis unit 107 at that time, so that the object to be observed with the microscope 2 can be displayed more precisely. can be expressed. It is also possible to remotely operate the first manipulator 200 and the like while observing the display 4 .

変位検出部103は、第1のマニピュレータ200の出力部201と入力部202の各変位、及び、第2のマニピュレータ400の出力部401と入力部402の各変位を検出する。変位検出部103で検出された変位検出結果は、演算部104へ送られる。演算部104は、画像解析部107から取得した解析結果と、変位検出部103から取得した変位検出結果と、記憶部105から読み出された情報とに基づく所定の演算を行う。演算部104による演算結果は、制御部106と記憶部105へ送られる。 The displacement detection unit 103 detects each displacement of the output unit 201 and the input unit 202 of the first manipulator 200 and each displacement of the output unit 401 and the input unit 402 of the second manipulator 400 . A displacement detection result detected by the displacement detection unit 103 is sent to the calculation unit 104 . The calculation unit 104 performs predetermined calculations based on the analysis result obtained from the image analysis unit 107 , the displacement detection result obtained from the displacement detection unit 103 , and the information read from the storage unit 105 . A calculation result by the calculation unit 104 is sent to the control unit 106 and the storage unit 105 .

制御部106は、演算部104での演算結果や記憶部105から読み出された情報に基づく制御量を、第1のマニピュレータ200の出力部201と第2のマニピュレータ400の出力部401へ出力する。記憶部105は、演算部104での演算結果と、制御部106で求められた制御量を記憶する。また、記憶部105は、画像入力部109に入力された画像や画像解析部107での解析結果、変位検出部103で検出された移動量、操作パネル102へ入力された入力量等の、演算部104及び制御部106以外の情報も記憶することができる。 The control unit 106 outputs the control amount based on the calculation result of the calculation unit 104 and the information read from the storage unit 105 to the output unit 201 of the first manipulator 200 and the output unit 401 of the second manipulator 400. . The storage unit 105 stores the calculation result of the calculation unit 104 and the control amount obtained by the control unit 106 . In addition, the storage unit 105 performs calculations of the image input to the image input unit 109, the analysis result of the image analysis unit 107, the movement amount detected by the displacement detection unit 103, the input amount input to the operation panel 102, and the like. Information other than unit 104 and control unit 106 can also be stored.

第1のマニピュレータ200は、出力部201と入力部202を有する。出力部201は、インジェクションピペット203(駆動対象物)、インジェクションピペット用ホルダ204(駆動対象物を保持する保持手段)及びステージ装置900を有する。なお、出力部201と詳細な構成については後述する。また、入力部202の構成については、出力部201の構成と動作について説明した後に説明する。 The first manipulator 200 has an output section 201 and an input section 202 . The output unit 201 has an injection pipette 203 (object to be driven), an injection pipette holder 204 (holding means for holding the object to be driven), and a stage device 900 . Note that the output unit 201 and its detailed configuration will be described later. Also, the configuration of the input unit 202 will be described after the configuration and operation of the output unit 201 are described.

ステージ装置900は、Zステージ800(第1のステージ)、Yステージ700(第2のステージ)、Xステージ600(第3のステージ)、角度調整ユニット2200及び回転駆動ユニット2300を有する。Zステージ800は、後述するように、インジェクションピペット203をZ軸方向(第1の方向)に移動させ、また、Y軸まわりに回転させることができる。Yステージ700は、後述するように、インジェクションピペット203をY軸方向(第2の方向)に移動させ、また、Z軸まわりに回転させることができる。Xステージ600は、後述するように、インジェクションピペット203をX軸方向(第3の方向)に移動させることができる。なお、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向は互いに直交しており、X軸方向はインジェクションピペット203の先端の軸方向と平行な方向であり、Z軸方向は顕微鏡2の光軸方向と平行な方向であり、Y軸方向はX軸方向及びZ軸方向と直交する方向である。 The stage device 900 has a Z stage 800 (first stage), a Y stage 700 (second stage), an X stage 600 (third stage), an angle adjustment unit 2200 and a rotation drive unit 2300 . As will be described later, the Z stage 800 can move the injection pipette 203 in the Z-axis direction (first direction) and rotate it around the Y-axis. As will be described later, the Y stage 700 can move the injection pipette 203 in the Y-axis direction (second direction) and rotate it around the Z-axis. The X stage 600 can move the injection pipette 203 in the X-axis direction (third direction), as will be described later. The X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are orthogonal to each other. The Y-axis direction is a direction perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction.

第1のインジェクタ装置300は、シリンダ301と、シリンダ301内を進退することによって容量を調整可能なピストン302と、ピストン302を進退駆動可能な操作部303を有する。チューブ304の一端は、シリンダ301に連結されている。また、チューブ304の他端は、第1のマニピュレータ200のインジェクションピペット用ホルダ204を介して、インジェクションピペット203に連結されている。これにより、第1のインジェクタ装置300は、操作部303を操作してピストン302を進退させることで、インジェクションピペット203内に充填された精子等の注入物を進退させることできる。 The first injector device 300 has a cylinder 301 , a piston 302 whose capacity can be adjusted by moving back and forth in the cylinder 301 , and an operating portion 303 which can drive the piston 302 back and forth. One end of the tube 304 is connected to the cylinder 301 . The other end of the tube 304 is connected to the injection pipette 203 via the injection pipette holder 204 of the first manipulator 200 . As a result, the first injector device 300 can advance and retreat an injectate such as sperm filled in the injection pipette 203 by operating the operation portion 303 to advance and retreat the piston 302 .

第2のマニピュレータ400は、出力部401と入力部402を有する。第2のマニピュレータ400は、第1のマニピュレータ200とは、インジェクションピペット203に代えてホールディングピペットを有する点で相違するが、その他の構成は同じであるため、図示と説明を省略する。ホールディングピペットは、例えば、卵子を保持する。インジェクションピペット203に対して実行可能な以下に説明する角度微調整や微細作業が、ホールディングピペットに対しても同様に実行可能である。 The second manipulator 400 has an output section 401 and an input section 402 . The second manipulator 400 differs from the first manipulator 200 in that it has a holding pipette in place of the injection pipette 203, but the rest of the configuration is the same, so illustration and description are omitted. A holding pipette holds, for example, an egg. Fine angle adjustments and fine manipulations described below that can be performed on the injection pipette 203 can be performed on the holding pipette as well.

第2のインジェクタ装置500は、第1のインジェクタ装置300と同様の構成を有するため、図示を省略する。なお、第2のインジェクタ装置500が備えるチューブ(不図示)は、シリンダ(不図示)と第2のマニピュレータ400のホールディングピペットとを連結しており、ホールディングピペットの内圧操作を可能としている。 Since the second injector device 500 has the same configuration as the first injector device 300, illustration thereof is omitted. A tube (not shown) provided in the second injector device 500 connects a cylinder (not shown) and a holding pipette of the second manipulator 400, and enables internal pressure operation of the holding pipette.

次に、第1のマニピュレータ200の出力部201の構成について詳細に説明する。図2は、ステージ装置900の概略構成を示す斜視図である。Zステージ800は、ステージ基部3000と、ステージ基部3000上に配置された2つの直動ユニット690(第1の直動ユニット及び第2の直動ユニット)と、これら2つの直動ユニット690に支持されたZ天板3100(第1の天板)を有する。Yステージ800は、Z天板3100上に配置された2つの直動ユニット690(第3の直動ユニット及び第4の直動ユニット)と、これら2つの直動ユニット690に支持されたY天板3200(第2の天板)を有する。Xステージ600は、Y天板3200上に配置された1つの直動ユニット690(第5の直動ユニット)を有する。Xステージ600上には角度調整ユニット2200がビス2201Lで固定されており、角度調整ユニット2200に回転駆動ユニット2300が配置されている。ステージ装置900、角度調整ユニット2200及び回転駆動ユニット2300の詳細な構成については後述する。 Next, the configuration of the output section 201 of the first manipulator 200 will be described in detail. FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of the stage device 900. As shown in FIG. The Z stage 800 includes a stage base portion 3000, two linear motion units 690 (a first linear motion unit and a second linear motion unit) arranged on the stage base portion 3000, and supported by these two linear motion units 690. Z top plate 3100 (first top plate). The Y stage 800 includes two linear motion units 690 (a third linear motion unit and a fourth linear motion unit) arranged on a Z top plate 3100 and a Y top plate supported by these two linear motion units 690. It has a plate 3200 (second top plate). The X stage 600 has one linear motion unit 690 (fifth linear motion unit) arranged on the Y top plate 3200 . An angle adjustment unit 2200 is fixed on the X stage 600 with screws 2201L, and a rotation drive unit 2300 is arranged on the angle adjustment unit 2200. As shown in FIG. Detailed configurations of the stage device 900, the angle adjustment unit 2200, and the rotation drive unit 2300 will be described later.

角度調整と軸方向移動の対象となるインジェクションピペット203は、保持される部分の中心軸がインジェクションピペット用ホルダ204の中心軸と同軸になるように、インジェクションピペット用ホルダ204に保持されている。インジェクションピペット用ホルダ204は、回転駆動ユニット2300に保持されている。 The injection pipette 203 to be subjected to angle adjustment and axial movement is held by the injection pipette holder 204 so that the central axis of the held portion is coaxial with the central axis of the injection pipette holder 204 . The injection pipette holder 204 is held by a rotary drive unit 2300 .

直動ユニット690について説明する。図3は、直動ユニット690の外観斜視図である。ここでは、便宜上、直動ユニット690の長手方向であって、後述するように可動部670が移動可能な方向をX軸方向とする。この場合に、Y軸方向は直動ユニット690の幅方向と、また、Z軸方向は直動ユニット690の高さ方向とそれぞれ定義することができる。図4は、直動ユニット690の分解斜視図である。 The linear motion unit 690 will be described. 3 is an external perspective view of the linear motion unit 690. FIG. Here, for convenience, the longitudinal direction of the linear motion unit 690 and the direction in which the movable portion 670 can move as described later is defined as the X-axis direction. In this case, the Y-axis direction can be defined as the width direction of the linear motion unit 690 , and the Z-axis direction can be defined as the height direction of the linear motion unit 690 . 4 is an exploded perspective view of the linear motion unit 690. FIG.

直動ユニット690は、固定部である不動の筐体部601及びカバー602を有し、カバー602はビス602Lで筐体部601に固定されている。筐体部601の内部には、駆動源としての振動型アクチュエータ680と、振動型アクチュエータ680に駆動される可動部670が配置されている。振動型アクチュエータ680は、接触体604、加圧部材608、加圧力伝達部材609、緩衝部材610、アクチュエータホルダ613、転動ローラ614、転動ローラ用ばね615及び振動体ホルダ616を有する。振動体660は、弾性体606と圧電素子607(電気-機械エネルギ変換素子)を有する。 The direct-acting unit 690 has a stationary housing portion 601 and a cover 602, which are fixed portions, and the cover 602 is fixed to the housing portion 601 with screws 602L. A vibration type actuator 680 as a drive source and a movable section 670 driven by the vibration type actuator 680 are arranged inside the housing section 601 . Vibration type actuator 680 has contact member 604 , pressure member 608 , pressure force transmission member 609 , buffer member 610 , actuator holder 613 , rolling roller 614 , rolling roller spring 615 and vibrating body holder 616 . The vibrating body 660 has an elastic body 606 and a piezoelectric element 607 (electro-mechanical energy conversion element).

アクチュエータホルダ613は、ビス613Lでカバー602に固定されている。振動体ホルダ616は、転動ローラ614と転動ローラ用ばね615を介してアクチュエータホルダ613に支持されている。これにより、アクチュエータホルダ613は、X軸方向にガタつくことなく振動体ホルダ616を支持すると共に、Z軸方向では移動可能となっている。 The actuator holder 613 is fixed to the cover 602 with screws 613L. The vibrating body holder 616 is supported by the actuator holder 613 via the rolling roller 614 and the rolling roller spring 615 . As a result, the actuator holder 613 supports the vibrating body holder 616 without rattling in the X-axis direction and is movable in the Z-axis direction.

振動体660は、弾性体606と圧電素子607とを有し、圧電素子607は例えば接着等の手段により弾性体606に固定されている。弾性体606は、ステンレス等の金属材料からなる薄板状の部品であり、接触体604側に突出した2つの突起部を有する。振動体660は、弾性体606の長手方向端(図4におけるX軸方向端)の一部が接着等の手段により振動体ホルダ616に固定されることにより、振動体ホルダ616に保持されている。 The vibrating body 660 has an elastic body 606 and a piezoelectric element 607, and the piezoelectric element 607 is fixed to the elastic body 606 by means such as adhesion. The elastic body 606 is a thin plate-like component made of a metal material such as stainless steel, and has two protrusions that protrude toward the contact body 604 . The vibrating body 660 is held by the vibrating body holder 616 by fixing a part of the longitudinal end (X-axis direction end in FIG. 4) of the elastic body 606 to the vibrating body holder 616 by means of adhesion or the like. .

接触体604は、長手方向端部においてビス604Lで可動基部603に固定されて、弾性体606に形成されている2つの突起の先端と接触している。加圧部材608は、振動体660を接触体604に接触させるための加圧力を発生させる。加圧力伝達部材609は、カバー602に設けられた穴部602cに対して摺動可能に挿通される2本の突起609aを有し、Z軸方向に案内される。加圧力伝達部材609は、振動体660と加圧部材608の間に配置され、加圧部材608からの加圧力を振動体660に伝達する。 The contact body 604 is fixed to the movable base 603 with screws 604L at the ends in the longitudinal direction, and is in contact with the tips of two projections formed on the elastic body 606. As shown in FIG. The pressing member 608 generates a pressing force for bringing the vibrating body 660 into contact with the contact body 604 . The pressure transmitting member 609 has two protrusions 609a that are slidably inserted into holes 602c provided in the cover 602, and is guided in the Z-axis direction. The pressing force transmission member 609 is arranged between the vibrating body 660 and the pressing member 608 and transmits the pressing force from the pressing member 608 to the vibrating body 660 .

緩衝部材610は、加圧力伝達部材609と圧電素子607の間に配置され、加圧部材608の力を振動体660に減衰することなく伝達する役割を担う。なお、緩衝部材610は、例えば接着等の手段で加圧力伝達部材609に固定されている。圧電素子607への2相の交流電圧618の印加は、配線基板611を介して行われる。配線基板611は、圧電素子607の緩衝部材610側の面に取り付けられており、カバー602に設けられた溝部602bから直動ユニット690の外側に引き出されている。 The cushioning member 610 is arranged between the pressing force transmission member 609 and the piezoelectric element 607 and plays a role of transmitting the force of the pressing member 608 to the vibrating body 660 without attenuation. It should be noted that the cushioning member 610 is fixed to the pressure transmitting member 609 by means such as adhesion. A two-phase AC voltage 618 is applied to the piezoelectric element 607 via the wiring board 611 . The wiring board 611 is attached to the surface of the piezoelectric element 607 on the cushioning member 610 side, and is drawn out of the direct-acting unit 690 through the groove 602 b provided in the cover 602 .

可動部670は、可動基部603と可動板605を有する。可動板605は、Z軸方向と平行な壁部がカバー602に設けられた開口部602aに挿入され、Z軸方向と直交する2つの壁部(以下「上面部」、「下面部」という)がカバー602を挟んで対面するように配置される。可動板605の下面部は、ビス605Lで可動基部603に固定される。可動基部603には、X軸方向に延在する3つ可動案内部603a,603b,603cが設けられている。これに対して、固定部である筐体部601には、可動案内部603a,603b,603cに対向するように固定案内部601a,601b,601cが設けられている。そして、可動基部603と可動板605が一体的にX軸方向に案内可能となるように、3つの転動ボール612が可動案内部603a,603b,603cと固定案内部601a,601b,601cの間に挟持されている。 The movable portion 670 has a movable base portion 603 and a movable plate 605 . The movable plate 605 has a wall portion parallel to the Z-axis direction inserted into an opening 602a provided in the cover 602, and two wall portions perpendicular to the Z-axis direction (hereinafter referred to as “upper surface portion” and “lower surface portion”). are arranged to face each other with the cover 602 interposed therebetween. The lower surface of the movable plate 605 is fixed to the movable base 603 with screws 605L. The movable base 603 is provided with three movable guides 603a, 603b, and 603c extending in the X-axis direction. On the other hand, fixed guide portions 601a, 601b, and 601c are provided on the housing portion 601, which is a fixed portion, so as to face the movable guide portions 603a, 603b, and 603c. Three rolling balls 612 are arranged between the movable guides 603a, 603b, 603c and the fixed guides 601a, 601b, 601c so that the movable base 603 and the movable plate 605 can be integrally guided in the X-axis direction. is sandwiched between

直動ユニット690を駆動した際の可動部670の移動量を「直動ユニット690の駆動量」と定義する。直動ユニット690は、可動部670の移動を検出するリニアエンコーダ等の不図示の変位センサを有しており、変位センサから出力される検出信号は変位検出部103に送られる。変位検出部103は、取得した検出信号から可動部670の移動量を求める。変位検出部103で求められた移動量は、後述するように、第1のマニピュレータ200の出力部201の駆動制御に用いられる。 The amount of movement of the movable portion 670 when the linear motion unit 690 is driven is defined as the "driving amount of the linear motion unit 690". The linear motion unit 690 has a displacement sensor (not shown) such as a linear encoder for detecting movement of the movable part 670 , and a detection signal output from the displacement sensor is sent to the displacement detection part 103 . The displacement detector 103 obtains the amount of movement of the movable part 670 from the acquired detection signal. The amount of movement obtained by the displacement detection unit 103 is used for drive control of the output unit 201 of the first manipulator 200, as will be described later.

次に、可動部670を駆動するための振動型アクチュエータ680の駆動方法について説明する。周波数と位相差を変更可能な2相の交流電圧618を圧電素子607に印加して振動体660に所定の振動を発生させると、振動体660が接触体604に対して摩擦駆動力(推力)を与える。ここで、振動体660はアクチュエータホルダ613等を介してカバー602に固定されている。一方、接触体604は、可動部670の可動基部603に固定されているため、可動部670と一体的に移動することができ、接触体604の移動量は可動部670の移動量となる。つまり、接触体604と可動部670は、固定された振動体660に対して一体的に相対移動する。その際の接触体604及び可動部670の移動方向は、可動案内部603a~603cと固定案内部601a~601cの延在方向であるX軸方向である。圧電素子607に印加する2相の交流電圧618の周波数と位相差を変化させることにより、可動部670の移動方向をX軸の負方向と正方向とで変更することができ、また、移動速度を調整することができる。 Next, a method of driving the vibration type actuator 680 for driving the movable portion 670 will be described. When a two-phase AC voltage 618 whose frequency and phase difference can be changed is applied to the piezoelectric element 607 to generate a predetermined vibration in the vibrating body 660 , the vibrating body 660 exerts a frictional driving force (thrust force) on the contact body 604 . give. Here, the vibrating body 660 is fixed to the cover 602 via the actuator holder 613 and the like. On the other hand, since the contact member 604 is fixed to the movable base portion 603 of the movable portion 670 , it can move integrally with the movable portion 670 , and the amount of movement of the contact member 604 is the amount of movement of the movable portion 670 . That is, the contact member 604 and the movable portion 670 integrally move relative to the fixed vibrating member 660 . The movement direction of the contact member 604 and the movable portion 670 at that time is the X-axis direction, which is the extending direction of the movable guide portions 603a to 603c and the fixed guide portions 601a to 601c. By changing the frequency and phase difference of the two-phase AC voltage 618 applied to the piezoelectric element 607, the movement direction of the movable part 670 can be changed between the negative direction and the positive direction of the X axis, and the movement speed can be changed. can be adjusted.

なお、このような振動型アクチュエータ680の制御方法は、特開2012-16107号公報等に記載されているため、詳細な説明を省略する。また、振動型アクチュエータ680では、圧電素子607への無通電時に、加圧部材608からの加圧力によって振動体660と接触体604の間に摩擦力が発生する。この摩擦力は、第1のマニピュレータ200ではインジェクションピペット203の位置と姿勢を保持する保持力として働き、第2のマニピュレータ400ではホールディングピペットの位置と姿勢を保持する保持力として働く。よって、圧電素子607への無通電時にも各ピペットが動くことがないため、ICSI作業に不具合を生じるという事態の発生を回避することができる。 Note that a method for controlling such a vibration type actuator 680 is described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2012-16107, etc., so detailed description thereof will be omitted. In the vibration type actuator 680 , frictional force is generated between the vibrating body 660 and the contact body 604 by the pressing force from the pressing member 608 when the piezoelectric element 607 is not energized. This frictional force acts as a holding force for holding the position and orientation of the injection pipette 203 in the first manipulator 200 and as a holding force for holding the position and orientation of the holding pipette in the second manipulator 400 . Therefore, since each pipette does not move even when the piezoelectric element 607 is not energized, it is possible to avoid the occurrence of a problem in the ICSI operation.

次に、ステージ装置900を構成する各ステージの構成について、Zステージ800、Yステージ700、Xステージ600の順に説明する。 Next, the configuration of each stage that constitutes stage device 900 will be described in the order of Z stage 800, Y stage 700, and X stage 600. FIG.

図5(a)はZステージ800の上面図、図5(b)はZステージ800の左側面図、図5(c)はZステージ800の正面図、図5(d)はZステージ800の右側面図である。説明の便宜上、Zステージ800を構成する2つの直動ユニット690をそれぞれ、直動ユニット690Z1、直動ユニット690Z2と称呼する。 5(a) is a top view of the Z stage 800, FIG. 5(b) is a left side view of the Z stage 800, FIG. 5(c) is a front view of the Z stage 800, and FIG. It is a right side view. For convenience of explanation, the two linear motion units 690 that constitute the Z stage 800 are referred to as a linear motion unit 690Z1 and a linear motion unit 690Z2, respectively.

直動ユニット690Z1,690Z2はそれぞれ、可動部670の移動方向がY軸方向となるように、ステージ基部3000上にビス(不図示)で固定されている。直動ユニット690Z1の可動板605には、Y軸方向に所定の間隔を持って離間し、且つ、Z軸の正方向に突出する2つの突起部801aを有する突起部材801が、ビス801Lで固定されている。 Linear motion units 690Z1 and 690Z2 are fixed on stage base 3000 with screws (not shown) so that the moving direction of movable part 670 is the Y-axis direction. A protruding member 801 having two protruding portions 801a that are spaced apart in the Y-axis direction at a predetermined distance and protrude in the positive direction of the Z-axis is fixed to the movable plate 605 of the linear motion unit 690Z1 with a screw 801L. It is

Z天板3100には、面内方向がY軸方向と鋭角をなし、法線方向がZ軸方向と鋭角をなす第1のカム面3100bと第2のカム面3100cが設けられている。第1のカム面3100bには、Y軸方向に延在するV溝形状のカム溝3100aが形成されており、突起部材801の2つの突起部801aは摺動自在にカム溝3100aと係合している。2つの突起部801aとカム溝3100aが摺動可能に係合することで、Z天板3100は、直動ユニット690Z1が駆動されても、X軸方向へ変位することなく支持される。 The Z top plate 3100 is provided with a first cam surface 3100b and a second cam surface 3100c whose in-plane direction forms an acute angle with the Y-axis direction and whose normal direction forms an acute angle with the Z-axis direction. A V-shaped cam groove 3100a extending in the Y-axis direction is formed on the first cam surface 3100b, and the two projections 801a of the projecting member 801 are slidably engaged with the cam groove 3100a. ing. By slidably engaging the two projections 801a with the cam groove 3100a, the Z top plate 3100 is supported without being displaced in the X-axis direction even when the linear motion unit 690Z1 is driven.

第2のカム面3100cは、第1のカム面3100bと平行に、且つ、第1のカム面3100bからX軸方向に離間した位置に形成されている。直動ユニット690Z2の可動板605には、Z軸の正方向に突出するように突起部605aが設けられており、この突起部605aは第2のカム面3100cに対して摺動自在に当接している。こうして、Z天板3100と当接する1カ所の突起部605aと2カ所の突起部801aは、Z軸方向と直交する一方向(具体的には、Y軸方向)に進退するカムフォロアとなって、Z天板3100に対して摺動可能に当接して、Z天板3100を支持している。 The second cam surface 3100c is formed parallel to the first cam surface 3100b and separated from the first cam surface 3100b in the X-axis direction. The movable plate 605 of the linear motion unit 690Z2 is provided with a protrusion 605a that protrudes in the positive direction of the Z-axis, and this protrusion 605a slidably contacts the second cam surface 3100c. ing. Thus, the one protrusion 605a and the two protrusions 801a that contact the Z top plate 3100 form cam followers that advance and retreat in one direction perpendicular to the Z-axis direction (specifically, the Y-axis direction). It is in slidable contact with the Z top plate 3100 and supports the Z top plate 3100 .

Zステージ800を構成するステージ基部3000のX軸方向端にはZ軸の正方向(+Z方向)に立設された壁部が設けられており、これら壁部のそれぞれに、Z軸方向に延在するZ案内部3000Zが設けられている。そして、Z天板3100には、Z案内部3000Zに係合する2つの軸部3100zが設けられている。これにより、Z天板3100は、Y軸方向への移動が規制された状態で、Z軸方向に案内される。 A wall portion erected in the positive direction of the Z axis (+Z direction) is provided at the end of the stage base portion 3000 constituting the Z stage 800 in the X axis direction. An existing Z guide portion 3000Z is provided. The Z top plate 3100 is provided with two shaft portions 3100z that engage with the Z guide portions 3000Z. As a result, the Z top plate 3100 is guided in the Z-axis direction while its movement in the Y-axis direction is restricted.

以上の構成により、直動ユニット690Z1,690Z2それぞれの駆動量(2つの可動部670の移動量)を同じとすることにより、Z天板3100をZ軸方向に変位させることができる。また、直動ユニット690Z1,690Z2それぞれの駆動量に差を設けて、カム溝3100aと第2のカム面3100cのZ軸方向での相対的な移動量に差を生じさせることにより、Z天板3100をY軸まわりに回転させることができる。つまり、Zステージ800の駆動制御により、インジェクションピペット203のZ軸方向での微小駆動とY軸まわりの回転角度の微調整を行うことができる。また、直動ユニット690Z1,690Z2が備える振動型アクチュエータ680に生じている保持力により、振動型アクチュエータ680への無通電時にもZ天板3100の位置及び姿勢を維持することができる。 With the above configuration, the Z top plate 3100 can be displaced in the Z-axis direction by making the driving amounts of the linear motion units 690Z1 and 690Z2 the same (moving amounts of the two movable parts 670). In addition, by providing a difference in the driving amount of each of the linear motion units 690Z1 and 690Z2 to generate a difference in the amount of relative movement in the Z-axis direction between the cam groove 3100a and the second cam surface 3100c, the Z top plate 3100 can be rotated around the Y axis. In other words, by controlling the driving of the Z stage 800, fine driving of the injection pipette 203 in the Z-axis direction and fine adjustment of the rotation angle around the Y-axis can be performed. Further, the holding force generated in the vibration type actuators 680 provided in the linear motion units 690Z1 and 690Z2 can maintain the position and orientation of the Z top plate 3100 even when the vibration type actuators 680 are not energized.

前述したように、直動ユニット690は可動部670の移動を検出する変位センサを有している。Zステージ800では、直動ユニット690Z1,690Z2それぞれの可動部670の移動が変位センサによって検出され、その検知信号が変位検出部103に送られる。変位検出部103は、移動量を求めて演算部104へ送る。演算部104は、取得した移動量に基づいてZ天板3100のZ軸方向での変位量とY軸まわりの回転角度を演算し、演算結果を制御部106へ出力する。制御部106は、演算部104から取得した演算結果に基づく制御量を第1のマニピュレータ200の出力部201へ出力することで、第1のマニピュレータ200の動作を制御する。なお、直動ユニット690Z1,690Z2に変位センサを設けず、ステージ基部3000とZ天板3100の相対位置と相対角度を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。 As described above, linear motion unit 690 has a displacement sensor that detects the movement of movable portion 670 . In the Z stage 800 , displacement sensors detect the movements of the movable parts 670 of the linear motion units 690 Z 1 and 690 Z 2 , and the detection signals are sent to the displacement detector 103 . The displacement detection unit 103 obtains the amount of movement and sends it to the calculation unit 104 . The computation unit 104 computes the displacement amount in the Z-axis direction and the rotation angle around the Y-axis of the Z top plate 3100 based on the acquired movement amount, and outputs the computation result to the control unit 106 . The control unit 106 controls the operation of the first manipulator 200 by outputting the control amount based on the calculation result obtained from the calculation unit 104 to the output unit 201 of the first manipulator 200 . Equivalent control can be executed by providing means for measuring the relative position and relative angle between the stage base 3000 and the Z top plate 3100 without providing displacement sensors to the linear motion units 690Z1 and 690Z2.

図6(a)はYステージ700の上面図、図6(b)はYステージ700の左側面図、図6(c)はYステージ700の正面図、図6(d)はYステージ700の右側面図である。以下では説明の便宜上、Yステージ800を構成する2つの直動ユニット690をそれぞれ、直動ユニット690Y1、直動ユニット690Y2と称呼する。 6(a) is a top view of the Y stage 700, FIG. 6(b) is a left side view of the Y stage 700, FIG. 6(c) is a front view of the Y stage 700, and FIG. It is a right side view. For convenience of explanation, the two linear motion units 690 constituting the Y stage 800 are hereinafter referred to as a linear motion unit 690Y1 and a linear motion unit 690Y2, respectively.

直動ユニット690Y1,690Y2はそれぞれ、可動部670の移動方向がY軸方向となるように、Z天板3100の上面(第1のカム面3100bと第2のカム面3100cが設けられている面の反対側の面)にビス(不図示)で固定されている。直動ユニット690Y2のカバー602には、転動ボール支持部材701がビス(不図示)で固定されている。転動ボール支持部材701の上面には、転動ボール702を支持する凹部701aが設けられている。Y天板3200において凹部701aと対面する部位には、凹部3200aが設けられている。こうして、転動ボール702は、転動可能な状態で、凹部701aと凹部3200aにZ軸方向で挟持されている。 The linear motion units 690Y1 and 690Y2 are arranged on the upper surface of the Z top plate 3100 (the surface on which the first cam surface 3100b and the second cam surface 3100c are provided) so that the moving direction of the movable portion 670 is the Y-axis direction. is fixed with screws (not shown). A rolling ball support member 701 is fixed to the cover 602 of the linear motion unit 690Y2 with screws (not shown). A concave portion 701 a for supporting the rolling ball 702 is provided on the upper surface of the rolling ball support member 701 . A concave portion 3200a is provided at a portion of the Y top plate 3200 that faces the concave portion 701a. Thus, the rolling ball 702 is sandwiched between the recess 701a and the recess 3200a in the Z-axis direction in a rollable state.

直動ユニット690Y2の突起部605aは、X軸方向に延在するようにY天板3200の直動ユニット690Y2側の面に形成されたV形状の溝部3200bと係合している。一方、直動ユニット690Y1の突起部605aは、Y天板3200における直動ユニット690Y1側の面に円錐状に掘り込まれて形成された突起受け部3200cと係合している。よって、Y天板3200は、直動ユニット690Y1,690Y2の2つの突起部605aと転動ボール702の3点で支持されている。 The protrusion 605a of the linear motion unit 690Y2 engages with a V-shaped groove 3200b formed on the surface of the Y top plate 3200 on the side of the linear motion unit 690Y2 so as to extend in the X-axis direction. On the other hand, the protrusion 605a of the linear motion unit 690Y1 engages with a protrusion receiving portion 3200c formed by digging into a conical shape in the surface of the Y top plate 3200 on the side of the linear motion unit 690Y1. Therefore, the Y top plate 3200 is supported by three points, the two protrusions 605a of the linear motion units 690Y1 and 690Y2 and the rolling balls 702. As shown in FIG.

このような構成では、直動ユニット690Y1,690Y2それぞれの駆動量(可動部670のY軸方向での移動量)を同じとした場合、転動ボール702が転動しながら、Y天板3200は2つの突起部605aの動きにしたがってY軸方向に変位する。また、直動ユニット690Y1,690Y2それぞれの駆動量に差を設けることで、Y天板3200を突起受け部3200cを支点としてZ軸まわりに回転させることができる。つまり、Yステージ700の駆動制御により、インジェクションピペット203のY軸方向での微小駆動とZ軸まわりの回転角度の微調整を行うことができる。また、直動ユニット690Y1,690Y2が備える振動型アクチュエータ680に生じている保持力により、振動型アクチュエータ680への無通電時にもY天板3200の位置及び姿勢を維持することができる。 In such a configuration, when the linear motion units 690Y1 and 690Y2 are driven by the same amount (the amount of movement of the movable portion 670 in the Y-axis direction), the Y top plate 3200 moves while the rolling balls 702 roll. It is displaced in the Y-axis direction according to the movement of the two protrusions 605a. Further, by providing a difference between the driving amounts of the linear motion units 690Y1 and 690Y2, the Y top plate 3200 can be rotated about the Z axis with the projection receiving portion 3200c as a fulcrum. In other words, by controlling the drive of the Y stage 700, fine driving of the injection pipette 203 in the Y-axis direction and fine adjustment of the rotational angle around the Z-axis can be performed. Further, the holding force generated in the vibration actuators 680 of the linear motion units 690Y1 and 690Y2 can maintain the position and orientation of the Y top plate 3200 even when the vibration actuators 680 are not energized.

一例として図7に、顕微鏡視野U内を中心としてインジェクションピペット203をZ軸まわりに回転させてインジェクションピペット203の角度を微調整する様子を示す。なお、Y天板3200のZ軸まわりの回転角度は、2つの可動部670(突起部605a)の移動量の差と2つの突起部605a間の距離から求めることができる。 As an example, FIG. 7 shows how the angle of the injection pipette 203 is finely adjusted by rotating the injection pipette 203 about the Z-axis centering on the field of view U of the microscope. Note that the rotation angle of the Y top plate 3200 about the Z axis can be obtained from the difference in the amount of movement of the two movable portions 670 (projections 605a) and the distance between the two projections 605a.

なお、直動ユニット690Y1,690Y2それぞれに設けられた変位センサが、直動ユニット690Y1,690Y2それぞれの可動部670の移動を検出し、検出信号を変位検出部103へ送る。変位検出部103は、検出信号に基づいて移動量を求めて、演算部104へ送る。演算部104は、取得した移動量に基づいてY天板3200のY軸方向での変位量とZ軸まわりの回転角度を演算し、演算結果を制御部106へ出力する。制御部106は、演算部104から取得した演算結果に基づく制御量を第1のマニピュレータ200の出力部201へ出力することで、第1のマニピュレータ200の動作を制御する。直動ユニット690Y1,690Y2に変位センサを設けず、Z天板3100とY天板3200の相対位置と相対角度を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。 A displacement sensor provided in each of the linear motion units 690Y1 and 690Y2 detects the movement of the movable portion 670 of each of the linear motion units 690Y1 and 690Y2 and sends a detection signal to the displacement detection portion 103 . The displacement detection unit 103 obtains the amount of movement based on the detection signal and sends it to the calculation unit 104 . The calculation unit 104 calculates the displacement amount of the Y top plate 3200 in the Y-axis direction and the rotation angle around the Z-axis based on the obtained movement amount, and outputs the calculation result to the control unit 106 . The control unit 106 controls the operation of the first manipulator 200 by outputting the control amount based on the calculation result obtained from the calculation unit 104 to the output unit 201 of the first manipulator 200 . Equivalent control can also be executed by providing means for measuring the relative position and relative angle of the Z top plate 3100 and the Y top plate 3200 without providing displacement sensors to the linear motion units 690Y1 and 690Y2.

図8(a)はXステージ600の左側面図、図8(b)はXステージ600の正面図、図8(c)はXステージ600の右側面図である。以下では説明の便宜上、Xステージ600を構成する1つの直動ユニット690を、直動ユニット690X1と称呼する。 8A is a left side view of the X stage 600, FIG. 8B is a front view of the X stage 600, and FIG. 8C is a right side view of the X stage 600. FIG. For convenience of explanation, one linear motion unit 690 constituting the X stage 600 is hereinafter referred to as a linear motion unit 690X1.

Xステージ600では、直動ユニット690X1は、可動部670の移動方向がX軸方向となるように、ビス(不図示)でY天板3200の上面(溝部3200bと突起受け部3200cが形成されて面の反対側の面)に固定されている。Xステージ600は、直動ユニット690X1のみで駆動される。つまり、Xステージ600の駆動制御により、ステージ装置900におけるX軸方向での微小駆動を行うことができる。また、直動ユニット690X1が備える振動型アクチュエータ680に生じている保持力により、振動型アクチュエータ680への無通電時にも角度調整ユニット2200のX軸方向での位置を維持することができる。 In the X stage 600, the linear motion unit 690X1 is formed with screws (not shown) on the upper surface of the Y top plate 3200 (groove portion 3200b and projection receiving portion 3200c) so that the moving direction of the movable portion 670 is the X-axis direction. surface opposite to the surface). The X stage 600 is driven only by the linear motion unit 690X1. That is, by controlling the drive of the X stage 600, the stage device 900 can be minutely driven in the X-axis direction. Further, the holding force generated in the vibration actuator 680 of the linear motion unit 690X1 can maintain the position of the angle adjustment unit 2200 in the X-axis direction even when the vibration actuator 680 is not energized.

なお、Xステージ600では、直動ユニット690X1に設けられた変位センサが、直動ユニット690X1の可動部670の移動を検出し、検出信号を変位検出部103へ送る。変位検出部103は、検出信号に基づいて移動量を求めて、演算部104へ送る。演算部104は、取得した移動量に基づいて角度調整ユニット2200のX軸方向での移動量を演算し、演算結果を制御部106へ出力する。制御部106は、演算部104から取得した演算結果に基づく制御量を、第1のマニピュレータ200の出力部201へ出力することで、第1のマニピュレータ200の動作を制御する。直動ユニット690X1に変位センサを設けず、Y天板3200と角度調整ユニット2200を構成する角度調整基部2201(図9参照)の相対位置を計測する手段を設けることによっても、同等の制御を実行することができる。 In the X stage 600, a displacement sensor provided in the linear motion unit 690X1 detects movement of the movable portion 670 of the linear motion unit 690X1 and sends a detection signal to the displacement detection portion 103. FIG. The displacement detection unit 103 obtains the amount of movement based on the detection signal and sends it to the calculation unit 104 . The calculation unit 104 calculates the amount of movement of the angle adjustment unit 2200 in the X-axis direction based on the acquired amount of movement, and outputs the calculation result to the control unit 106 . The control unit 106 controls the operation of the first manipulator 200 by outputting the control amount based on the calculation result acquired from the calculation unit 104 to the output unit 201 of the first manipulator 200 . Equivalent control can also be executed by providing a means for measuring the relative position of the Y top plate 3200 and the angle adjustment base 2201 (see FIG. 9) that constitutes the angle adjustment unit 2200 without providing the linear motion unit 690X1 with a displacement sensor. can do.

次に、角度調整ユニット2200と回転駆動ユニット2300について、第1のマニピュレータ200の出力部201を例にして説明する。図9(a)は、回転駆動ユニット2300を備えた角度調整ユニット2200の斜視図である。図9(b)は、回転駆動ユニット2300を備えた角度調整ユニット2200の断面図であり、インジェクションピペット203の中心軸がY軸と直交している状態でのZX断面で表されている。図10は、図9(b)の断面図での回転駆動ユニット2300とその近傍を拡大して示す図である。 Next, the angle adjustment unit 2200 and the rotation drive unit 2300 will be described using the output section 201 of the first manipulator 200 as an example. FIG. 9(a) is a perspective view of an angle adjustment unit 2200 having a rotation drive unit 2300. FIG. FIG. 9(b) is a cross-sectional view of the angle adjustment unit 2200 including the rotation drive unit 2300, and is represented by a ZX cross section in a state where the central axis of the injection pipette 203 is perpendicular to the Y axis. FIG. 10 is an enlarged view of the rotary drive unit 2300 and its vicinity in the cross-sectional view of FIG. 9(b).

角度調整ユニット2200は、X軸方向と回転駆動ユニット2300の回転中心軸とのなす角度Aを調整するための機構であり、角度調整基部2201、角度調整部2204、角度調整ねじ2203及び付勢ばね2202を有する。角度調整基部2201は、ビス2201LでXステージ600の可動板605に固定されている。また、角度調整基部2201はヒンジ部2201aを有しており、角度調整部2204はヒンジ部2201aにおいてY軸まわりに回転可能に角度調整基部2201と連結されている。角度調整基部2201には、角度調整ねじ2203と係合するめねじ部2201bが設けられている。付勢ばね2202は、角度調整部2204を角度調整ねじ2203に付勢するように、角度調整基部2201と角度調整部2204の間に架設されている。こうして角度調整ユニット2200では、角度調整ねじ2203を回してヒンジ部2201aを中心に角度調整部2204を回動させることにより、角度Aを調整することが可能となっている。 The angle adjustment unit 2200 is a mechanism for adjusting the angle A between the X-axis direction and the rotation center axis of the rotation drive unit 2300, and includes an angle adjustment base 2201, an angle adjustment portion 2204, an angle adjustment screw 2203, and a bias spring. 2202. The angle adjustment base 2201 is fixed to the movable plate 605 of the X stage 600 with screws 2201L. The angle adjustment base 2201 has a hinge portion 2201a, and the angle adjustment portion 2204 is connected to the angle adjustment base 2201 at the hinge portion 2201a so as to be rotatable about the Y axis. The angle adjusting base 2201 is provided with a female threaded portion 2201 b that engages with the angle adjusting screw 2203 . A biasing spring 2202 is provided between the angle adjusting base 2201 and the angle adjusting portion 2204 so as to bias the angle adjusting portion 2204 against the angle adjusting screw 2203 . Thus, in the angle adjustment unit 2200, the angle A can be adjusted by turning the angle adjustment screw 2203 to rotate the angle adjustment portion 2204 about the hinge portion 2201a.

なお、角度調整ユニット2200には、角度調整基部2201と角度調整部2204とがなす角を検出する角度センサ(角度計測手段)又は角度目盛り板が設けられてもよい。角度センサが設けられている場合、角度センサからの出力信号に基づいて変位検出部103が検出した角度が表示パネル101又はディスプレイ4に表示される構成とすることができる。 The angle adjustment unit 2200 may be provided with an angle sensor (angle measuring means) or an angle scale that detects the angle formed by the angle adjustment base 2201 and the angle adjustment section 2204 . When an angle sensor is provided, the angle detected by the displacement detection unit 103 based on the output signal from the angle sensor can be displayed on the display panel 101 or the display 4 .

第1のマニピュレータ200では、Zステージ800の直動ユニット690Z1,690Z2それぞれの駆動量に差を設けることでZ天板3100に生じるY軸まわりの回転角度は、角度調整ユニット2200で調整可能な角度Aと同一角度に設定されている。ここで、2つのピペット(インジェクションピペット203とホールディングピペット(不図示))の角度Aは、10°~50°(30°±20°)の範囲で、作業者毎に、その作業者にとって作業性のよい角度のものが使用される。 In the first manipulator 200, the rotation angle around the Y axis generated on the Z top plate 3100 by providing a difference in the driving amount of each of the linear motion units 690Z1 and 690Z2 of the Z stage 800 is an angle that can be adjusted by the angle adjustment unit 2200. It is set at the same angle as A. Here, the angle A of the two pipettes (the injection pipette 203 and the holding pipette (not shown)) is in the range of 10° to 50° (30°±20°), and the workability for each operator is A good angle is used.

図11は、角度Aに固有の角度が設定された3つのインジェクションピペット203を示す図であり、(a)では角度A=10°、(b)では角度A=30°、(c)では角度A=50°となっている。角度微調整に必要な角度を±10°とすると、合わせて0°~60°(30°±30°)の調整幅が必要となる。 FIG. 11 shows three injection pipettes 203 with angles specific to angle A, where angle A = 10° in (a), angle A = 30° in (b), and angle A = 30° in (c). A=50°. Assuming that the angle required for fine angle adjustment is ±10°, a total adjustment range of 0° to 60° (30°±30°) is required.

仮に、Zステージ800だけでこのような角度調整を可能とする場合には、直動ユニット690Z1,690Z2の駆動量が増大するため、ステージ装置900全体が大型化してしまう。一方、1人の作業者については、ピペットの固有の角度Aは1つの角度(例えば、30°)に特定されるため、作業者に固有の角度調整は、作業者が同じであれば、一度行えば再調整を行う必要はない。そこで、第1のマニピュレータ200は、角度調整ユニット2200による角度粗調整(例えば、30°±20°)を最初に行い、その後、Zステージ800による角度微調整±10°を行えばよいように構成されている。 If only the Z stage 800 were to enable such angle adjustment, the drive amount of the direct-acting units 690Z1 and 690Z2 would increase, resulting in an increase in the size of the entire stage device 900. FIG. On the other hand, for one operator, the unique angle A of the pipette is specified as one angle (e.g., 30°), so the operator-specific angle adjustment can be done once for the same operator. If you do, you don't need to readjust. Therefore, the first manipulator 200 is configured so that the angle adjustment unit 2200 performs rough angle adjustment (for example, 30°±20°) first, and then the Z stage 800 performs angle fine adjustment ±10°. It is

図12は、角度Aが30°のインジェクションピペット203を例にして、Y軸の負方向(-Y方向)から見たピペットの角度微調整±10°の様子を表した図である。作業者に固有の角度調整を行うための角度調整ユニット2200と、ピペットの取り付けばらつきを吸収する角度微調整を行うZステージ800とを備える構成とすることで、Zステージ800(第1のマニピュレータ200)を小型化することができる。なお、角度調整ユニット2200では、角度Aの調整を手動で行う構成としているが、例えば、角度調整ねじ2203をステッピングモータにより回転駆動可能な構成として、角度Aの調整を電動で行うことが可能な構成としてもよい。 FIG. 12 is a diagram showing fine angle adjustment of ±10° of the pipette viewed from the negative direction (−Y direction) of the Y-axis, taking the injection pipette 203 with the angle A of 30° as an example. The Z stage 800 (first manipulator 200 ) can be miniaturized. The angle adjustment unit 2200 is configured to manually adjust the angle A. For example, the angle adjustment screw 2203 can be configured to be rotationally driven by a stepping motor, and the angle A can be adjusted electrically. may be configured.

回転駆動ユニット2300は、振動型アクチュエータ2100、回転支持部2301及び回転部2303を有する。回転支持部2301は、角度調整部2204に対してビス2301Lで固定されており、軸受け2302(例えば、ベアリング)を介して回転部2303を回転可能に保持している。回転部2303は、インジェクションピペット用ホルダ204を位置がずれないようにセットビス等の保持部材(不図示)で保持しており、振動型アクチュエータ2100によって回転駆動される。回転部2303の回転中心軸は、保持するインジェクションピペット用ホルダ204の中心軸と同軸となっている。 The rotation drive unit 2300 has a vibration type actuator 2100 , a rotation support section 2301 and a rotation section 2303 . The rotation support portion 2301 is fixed to the angle adjustment portion 2204 with screws 2301L, and rotatably holds the rotation portion 2303 via bearings 2302 (for example, bearings). The rotating part 2303 holds the injection pipette holder 204 with a holding member (not shown) such as a set screw so that the position of the injection pipette holder 204 does not shift, and is rotated by the vibration actuator 2100 . The rotation center axis of the rotating part 2303 is coaxial with the center axis of the injection pipette holder 204 that it holds.

振動型アクチュエータ2100は、接触体2101と振動体660を備える。振動体660は、振動型アクチュエータ680を構成する振動体660と同じであるため、構造の詳細や駆動原理については説明を省略する。振動体660は振動体ホルダ616に支持され、振動体ホルダ616はアクチュエータホルダ613に保持され、アクチュエータホルダ613は、角度調整部2204にビス(不図示)で固定されている。 Vibration type actuator 2100 includes contact body 2101 and vibrating body 660 . Since the vibrating body 660 is the same as the vibrating body 660 that constitutes the vibration type actuator 680, description of the details of the structure and the driving principle will be omitted. The vibrating body 660 is supported by a vibrating body holder 616, the vibrating body holder 616 is held by an actuator holder 613, and the actuator holder 613 is fixed to the angle adjusting portion 2204 with screws (not shown).

接触体2101は、回転部2303の回転中心軸を中心とした円弧状に形成されており、回転部2303にビス(不図示)で固定されている。振動体660は、接触体2101に対して、回転部2303の回転中心軸を中心とした円弧の接線方向に駆動力(推力)を与える。これにより、回転部2303の回転中心軸を中心として、回転部2303と接触体2101は一体的に回転する。 The contact member 2101 is formed in an arc shape centering on the rotation center axis of the rotating portion 2303 and is fixed to the rotating portion 2303 with screws (not shown). The vibrating body 660 applies a driving force (thrust force) to the contact body 2101 in a tangential direction of an arc around the rotation center axis of the rotating part 2303 . As a result, the rotating portion 2303 and the contact member 2101 rotate integrally around the rotation center axis of the rotating portion 2303 .

ここで、振動体660と接触体2101との間には、加圧部材608の加圧力による摩擦力(保持力)が発生する。そのため、振動型アクチュエータ2100への電源供給が遮断された場合でもインジェクションピペット203は回転しない。よって、ICSI作業に不具合が生じる事態の発生を回避することができる。 Here, a frictional force (holding force) is generated between the vibrating body 660 and the contact body 2101 due to the pressing force of the pressing member 608 . Therefore, the injection pipette 203 does not rotate even when the power supply to the vibration type actuator 2100 is cut off. Therefore, it is possible to avoid the occurrence of a situation in which trouble occurs in the ICSI work.

なお、振動型アクチュエータ2100への2相の交流電圧の印加は、配線基板(不図示)を介して行われ、インジェクションピペット用ホルダ204と接触しないように引き出されている。また、回転駆動ユニット2300は、不図示の変位センサを有する。変位センサにより計測された変位は、変位検出部103に送られる。変位検出部103は、変位量を求めて演算部104へ送る。演算部104は、取得した変位量に基づいて回転部2303の変位量を演算し、演算結果を制御部106へ出力する。制御部106は、演算部104から取得した演算結果に基づく制御量を、第1のマニピュレータ200の出力部201へ出力することで、第1のマニピュレータ200の動作を制御する。 The two-phase AC voltage is applied to the vibration type actuator 2100 via a wiring board (not shown), which is drawn out so as not to come into contact with the injection pipette holder 204 . Further, the rotary drive unit 2300 has a displacement sensor (not shown). The displacement measured by the displacement sensor is sent to the displacement detector 103 . The displacement detection unit 103 obtains the amount of displacement and sends it to the calculation unit 104 . The calculation unit 104 calculates the displacement amount of the rotation unit 2303 based on the acquired displacement amount, and outputs the calculation result to the control unit 106 . The control unit 106 controls the operation of the first manipulator 200 by outputting the control amount based on the calculation result acquired from the calculation unit 104 to the output unit 201 of the first manipulator 200 .

このように、回転駆動ユニット2300を用いることで、インジェクションピペット用ホルダ204の中心軸を回転中心として、インジェクションピペット203の角度の微調整を行うことができる。図13は、顕微鏡視野U内で、インジェクションピペット203をインジェクションピペット用ホルダ204の中心軸まわりに角度微調整する様子を表した図である。 By using the rotation drive unit 2300 in this way, the angle of the injection pipette 203 can be finely adjusted around the central axis of the injection pipette holder 204 as the center of rotation. FIG. 13 is a diagram showing how the injection pipette 203 is finely adjusted about the central axis of the injection pipette holder 204 within the microscope visual field U. As shown in FIG.

次に、出力部201を駆動するための入力部202の構成について説明する。Xステージ600のX軸方向駆動、Yステージ700のY軸方向駆動及びZステージ800のZ軸方向駆動を行うための入力手段(例えば、ジョイスティック)を有する。入力部202はまた、Zステージ800をY軸まわりの回転(Pitch)、Yステージ700のZ軸まわりの回転(Yaw)、回転駆動ユニット2300の回転中心軸まわりの回転(Roll)を行うための入力手段(例えば、ダイヤル)を有する。こうして、入力部202を通じて、ステージ装置900を駆動するための操作量を連続的に変化する値として入力することが可能となっており、入力された操作量は変位検出部103によって検出される。連続的に変化する値の入力が可能な構成に代えて、性能上問題のない程度の分解を持った多段階の値の入力が可能な構成としてもよい。 Next, the configuration of the input section 202 for driving the output section 201 will be described. It has input means (for example, a joystick) for driving the X-stage 600 in the X-axis direction, the Y-stage 700 in the Y-axis direction, and the Z-stage 800 in the Z-axis direction. The input unit 202 is also used to rotate the Z stage 800 around the Y axis (Pitch), rotate the Y stage 700 around the Z axis (Yaw), and rotate the rotary drive unit 2300 around the rotation center axis (Roll). It has an input means (for example, a dial). In this way, the operation amount for driving the stage device 900 can be input as a continuously changing value through the input unit 202 , and the input operation amount is detected by the displacement detection unit 103 . Instead of the configuration that allows the input of values that change continuously, a configuration that allows the input of multi-step values having a degree of resolution that does not pose a problem in terms of performance may be employed.

上記説明の通り、回転駆動ユニット2300を備えた角度調整ユニット2200を搭載したステージ装置900を用いることで、図7,12,13に示したように、顕微鏡視野内においてインジェクションピペット203の各軸方向での角度微調整作業を電動化することができる。その際、インジェクションピペット203の先端での振れが小さく抑えられているため、角度微調整作業を容易に行うことが可能となる。なお、ここまでインジェクションピペット203を備える第1のマニピュレータ200について説明したが、同様の効果は、ホールディングピペットを備える第2のマニピュレータ400でも得ることができる。 As described above, by using the stage device 900 equipped with the angle adjustment unit 2200 having the rotation drive unit 2300, each axial direction of the injection pipette 203 can be adjusted within the microscope field of view as shown in FIGS. It is possible to motorize the fine adjustment work of the angle. At this time, since the deflection at the tip of the injection pipette 203 is suppressed, fine angle adjustment can be easily performed. Although the first manipulator 200 including the injection pipette 203 has been described so far, the same effect can be obtained with the second manipulator 400 including the holding pipette.

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。 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.

例えば、上記実施形態では、直動ユニット690として、板状の振動体660備える振動型アクチュエータ680を駆動源に用いたものを取り上げたが、直動ユニット690には、別の構造の振動型アクチュエータを用いることもできる。例えば、円環状の振動体と接触体とを有し、振動体に励起した振動により接触体を回転させ、接触体の回転運動をギア等により直線運動に変換した駆動源を備える直動ユニットを用いても、本発明に係るステージ装置を実現することができる。また、ステージ装置への無通電時における駆動対象物(ピペット)の位置及び姿勢の保持が不要である場合には、直動ユニットの駆動源として、ステッピングモータ等の電磁モータの回転出力を直線運動に変換したものを用いることも可能である。 For example, in the above-described embodiment, as the linear motion unit 690, the vibration type actuator 680 having the plate-like vibrating body 660 is used as the driving source. can also be used. For example, a linear motion unit has a ring-shaped vibrating body and a contact body, the contact body is rotated by vibration excited by the vibrating body, and the rotary motion of the contact body is converted into linear motion by a gear or the like. The stage apparatus according to the present invention can be realized even if it is used. In addition, when it is not necessary to maintain the position and posture of the driven object (pipette) when the stage device is not energized, the rotary output of an electromagnetic motor such as a stepping motor can be used as the drive source for the linear motion unit. It is also possible to use the one converted to

上記実施形態に係るステージ装置900は、下段にZステージ800を、中段にYステージ700を、上段にXステージ600を配した構成としたが、各ステージの配置はこれに限られるものではない。例えば、Yステージ700とZステージ800の位置を入れ替えた構成とすることも可能である。また、Xステージ600を中段又は下段に配した構成とすることも可能である。但し、その場合には、ステージ装置全体のバランスを保つために、X軸まわりの回転を抑制するためのガイドを設けるか、2つの直動ユニットを用いて3点以上でその上の機構を保持する等の対策が必要となる。 Although the stage apparatus 900 according to the above embodiment has the Z stage 800 in the lower stage, the Y stage 700 in the middle stage, and the X stage 600 in the upper stage, the arrangement of each stage is not limited to this. For example, a configuration in which the positions of the Y stage 700 and the Z stage 800 are exchanged is also possible. It is also possible to adopt a configuration in which the X stage 600 is arranged in the middle stage or the lower stage. However, in that case, in order to maintain the balance of the entire stage apparatus, either a guide for suppressing rotation around the X axis is provided, or two linear motion units are used to hold the mechanism above it at three or more points. It is necessary to take measures such as

1 マニピュレータシステム
106 制御部
200 第1のマニピュレータ
400 第2のマニピュレータ
600 Xステージ
604 接触体
660 振動体
670 可動部
680 振動型アクチュエータ
690,690X1 直動ユニット
690Y1,690Y2 直動ユニット
690Z1,690Z2 直動ユニット
800 Zステージ
900 ステージ装置
2100 振動型アクチュエータ
2200 角度調整ユニット
2300 回転駆動ユニット
3100 Z天板
3100b 第1のカム面
3100c 第2のカム面
3200 Y天板
1 manipulator system 106 control section 200 first manipulator 400 second manipulator 600 X stage 604 contact body 660 vibrating body 670 movable section 680 vibration type actuator 690, 690X1 linear motion unit 690Y1, 690Y2 linear motion unit 690Z1, 690Z2 linear motion unit 800 Z stage 900 Stage device 2100 Vibration type actuator 2200 Angle adjustment unit 2300 Rotation drive unit 3100 Z top plate 3100b First cam surface 3100c Second cam surface 3200 Y top plate

Claims (11)

第1の直動手段と第2の直動手段を有する第1のステージと、
第3の直動手段と第4の直動手段を有する第2のステージと、
第5の直動手段を有する第3のステージと、を備え、
前記第1の直動手段、第2の直動手段、第3の直動手段、第4の直動手段および第5の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備えるステージ装置であって、
前記第1のステージは、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第1の方向へ駆動し、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と直交する第2の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第2のステージは、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第2の方向へ駆動し、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第3のステージは、前記第5の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第1の方向および前記第2の方向と直交する第3の方向へ駆動し、
前記第1の直動手段と前記第2の直動手段はそれぞれ前記第2の方向に移動可能な可動部を有し、
前記第1のステージは、
互いに平行な第1のカム面と第2のカム面を有する第1の天板と、
前記第2の方向に所定の間隔を持って2カ所で前記第1のカム面と摺動可能に当接し、前記第1の直動手段の可動部に固定されて前記第2の方向に進退するカムフォロアと、を有し、
前記第1のカム面と前記第2のカム面の面内方向は前記第2の方向と鋭角をなし、
前記第1のカム面と前記第2のカム面の法線方向は前記第1の方向と鋭角をなし、
前記第2のカム面は前記第2の直動手段の可動部に摺動可能に支持されていることを特徴とするステージ装置。
a first stage having a first linear motion means and a second linear motion means;
a second stage having third linear motion means and fourth linear motion means;
a third stage having a fifth linear motion means;
The first direct-acting means, the second direct-acting means, the third direct-acting means, the fourth direct-acting means, and the fifth direct-acting means are each used as a driving source, and are in contact with a vibrating body capable of relative movement. A stage apparatus comprising a vibration type actuator having a body,
The first stage drives the object to be driven in a first direction by setting the driving amounts of the first linear motion means and the second linear motion means to be the same. and the second direct-acting means to rotate the driven object around an axis parallel to a second direction perpendicular to the first direction by providing a difference in the amount of driving,
The second stage drives the object to be driven in the second direction by setting the driving amounts of the third linear motion means and the fourth linear motion means to be the same. rotating the object to be driven about an axis parallel to the first direction by providing a difference between the driving amounts of the moving means and the fourth direct-acting means;
the third stage drives the driven object in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction by driving the fifth linear motion means ;
each of the first direct-acting means and the second direct-acting means has a movable portion capable of moving in the second direction;
The first stage includes:
a first top plate having a first cam surface and a second cam surface parallel to each other;
It slidably abuts on the first cam surface at two locations with a predetermined interval in the second direction, is fixed to the movable portion of the first direct-acting means, and advances and retreats in the second direction. and a cam follower for
In-plane directions of the first cam surface and the second cam surface form an acute angle with the second direction,
A normal direction of the first cam surface and the second cam surface forms an acute angle with the first direction,
A stage device , wherein the second cam surface is slidably supported by a movable portion of the second direct-acting means .
前記第3の方向に移動可能に前記ステージ装置に配置された角度調整ユニットを備えることを特徴とする請求項1に記載のステージ装置。 2. A stage apparatus according to claim 1, further comprising an angle adjustment unit arranged on said stage apparatus so as to be movable in said third direction. 前記角度調整ユニットに取り付けられた回転駆動ユニットを備え、
前記角度調整ユニットは、前記第3の方向と前記回転駆動ユニットの回転中心軸とのなす角を調整することを特徴とする請求項2に記載のステージ装置。
A rotary drive unit attached to the angle adjustment unit,
3. The stage device according to claim 2, wherein the angle adjustment unit adjusts an angle formed between the third direction and the rotation center axis of the rotation drive unit.
前記回転駆動ユニットは、
振動型アクチュエータと、
前記駆動対象物を保持する回転部と、
前記回転部を前記回転中心軸まわりに回転可能に支持する回転支持部と、を備え、
前記振動型アクチュエータは、
前記角度調整ユニットに保持された振動体と、
前記回転部に取り付けられ、前記振動体と接触する接触体と、を有し、
前記振動体に所定の振動が励起されることにより、前記振動体が前記回転中心軸を中心とした円弧の接線方向に駆動力を前記接触体に与えることで前記回転部が回転することを特徴とする請求項3に記載のステージ装置。
The rotary drive unit is
a vibration actuator;
a rotating part that holds the object to be driven;
a rotation support part that supports the rotation part so as to be rotatable around the rotation center axis;
The vibration type actuator is
a vibrating body held by the angle adjustment unit;
a contact body attached to the rotating part and in contact with the vibrating body,
When a predetermined vibration is excited in the vibrating body, the vibrating body applies a driving force to the contact body in a tangential direction of an arc centered on the rotation center axis, thereby rotating the rotating part. 4. The stage device according to claim 3.
前記第1のカム面は、前記カムフォロアの前記第2の方向への移動が可能となるように摺動自在に係合し、且つ、前記カムフォロアの前記第3の方向への移動を規制する溝部を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のステージ装置。 The first cam surface is slidably engaged to allow the cam follower to move in the second direction, and a groove portion that restricts movement of the cam follower in the third direction. 5. The stage device according to any one of claims 1 to 4 , characterized by: 前記第2のステージは、
前記第3の直動手段と前記第4の直動手段に支持された第2の天板と、
前記第4の直動手段と前記第2の天板の間に挟持された転動ボールと、を備え、
前記第3の直動手段と前記第4の直動手段はそれぞれ前記第2の方向に移動可能な可動部を有し、
前記第2の天板は、前記第3の直動手段の可動部と、前記第4の直動手段の可動部と、前記転動ボールとの3点で支持されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のステージ装置。
The second stage includes:
a second top plate supported by the third linear motion means and the fourth linear motion means;
a rolling ball sandwiched between the fourth direct-acting means and the second top plate;
each of the third linear motion means and the fourth linear motion means has a movable portion movable in the second direction;
The second top plate is supported by three points, that is, the movable portion of the third direct-acting means, the movable portion of the fourth direct-acting means, and the rolling balls. The stage device according to any one of claims 1 to 5 .
前記第3の直動手段の可動部と前記第4の直動手段の可動部はそれぞれ、前記第2の天板へ向けて突出した突起部を有し、
前記第2の天板は、
前記第3の直動手段の突起部と係合する円錐状の受け部と、
前記第3の方向へ延在し、前記第4の直動手段の突起部と係合する溝部と、を有することを特徴とする請求項に記載のステージ装置。
each of the movable portion of the third direct-acting means and the movable portion of the fourth direct-acting means has a projecting portion projecting toward the second top plate;
The second top plate is
a conical receiving portion that engages with the protrusion of the third linear motion means;
7. The stage device according to claim 6 , further comprising a groove portion extending in the third direction and engaged with the projection portion of the fourth direct-acting means.
前記第5の直動手段は、前記第2の天板において前記第3の直動手段および前記第4の直動手段と対面する面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項又はに記載のステージ装置。 The fifth direct-acting means is arranged on the surface of the second top plate opposite to the surface facing the third direct-acting means and the fourth direct-acting means. The stage device according to claim 6 or 7 . 前記第3の直動手段と前記第4の直動手段は、前記第1の天板において前記第1のカム面および前記第2のカム面が設けられている面の反対側の面に配置されていることを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のステージ装置。 The third direct-acting means and the fourth direct-acting means are arranged on the surface of the first top plate opposite to the surface on which the first cam surface and the second cam surface are provided. 9. The stage device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the stage device is ステージ装置と、
駆動対象物と、
前記駆動対象物を保持し、前記ステージ装置に固定される保持手段と、を備える微小操作機器であって、
前記ステージ装置は、
第1の直動手段と第2の直動手段を有する第1のステージと、
第3の直動手段と第4の直動手段を有する第2のステージと、
第5の直動手段を有する第3のステージと、を備え、
前記第1の直動手段、第2の直動手段、第3の直動手段、第4の直動手段および第5の直動手段はそれぞれ駆動源として、相対移動が可能な振動体と接触体を有する振動型アクチュエータを備え、
前記第1のステージは、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段の駆動量を同じとすることで駆動対象物を第1の方向へ駆動し、前記第1の直動手段と前記第2の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と直交する第2の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第2のステージは、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段の駆動量を同じとすることで前記駆動対象物を前記第2の方向へ駆動し、前記第3の直動手段と前記第4の直動手段での駆動量に差を設けることで前記駆動対象物を前記第1の方向と平行な軸まわりに回転させ、
前記第3のステージは、前記第5の直動手段を駆動することで前記駆動対象物を前記第1の方向および前記第2の方向と直交する第3の方向へ駆動し、
前記第1の直動手段と前記第2の直動手段はそれぞれ前記第2の方向に移動可能な可動部を有し、
前記第1のステージは、
互いに平行な第1のカム面と第2のカム面を有する第1の天板と、
前記第2の方向に所定の間隔を持って2カ所で前記第1のカム面と摺動可能に当接し、前記第1の直動手段の可動部に固定されて前記第2の方向に進退するカムフォロアと、を有し、
前記第1のカム面と前記第2のカム面の面内方向は前記第2の方向と鋭角をなし、
前記第1のカム面と前記第2のカム面の法線方向は前記第1の方向と鋭角をなし、
前記第2のカム面は前記第2の直動手段の可動部に摺動可能に支持されていることを特徴とする微小操作機器。
a stage device;
a driven object;
holding means for holding the object to be driven and fixed to the stage device, wherein
The stage device is
a first stage having a first linear motion means and a second linear motion means;
a second stage having third linear motion means and fourth linear motion means;
a third stage having a fifth linear motion means;
The first direct-acting means, the second direct-acting means, the third direct-acting means, the fourth direct-acting means, and the fifth direct-acting means are each used as a driving source, and are in contact with a vibrating body capable of relative movement. a vibrating actuator having a body;
The first stage drives the object to be driven in a first direction by setting the driving amounts of the first linear motion means and the second linear motion means to be the same. and the second direct-acting means to rotate the driven object about an axis parallel to a second direction orthogonal to the first direction by providing a difference in the amount of driving,
The second stage drives the object to be driven in the second direction by setting the driving amounts of the third linear motion means and the fourth linear motion means to be the same. rotating the object to be driven about an axis parallel to the first direction by providing a difference between the driving amounts of the moving means and the fourth direct-acting means;
the third stage drives the driven object in a third direction orthogonal to the first direction and the second direction by driving the fifth linear motion means ;
each of the first direct-acting means and the second direct-acting means has a movable portion capable of moving in the second direction;
The first stage includes:
a first top plate having a first cam surface and a second cam surface parallel to each other;
It slidably abuts on the first cam surface at two locations with a predetermined interval in the second direction, is fixed to the movable portion of the first direct-acting means, and advances and retreats in the second direction. and a cam follower for
In-plane directions of the first cam surface and the second cam surface form an acute angle with the second direction,
A normal direction of the first cam surface and the second cam surface forms an acute angle with the first direction,
A micromanipulator according to claim 1, wherein said second cam surface is slidably supported by a movable portion of said second direct-acting means .
前記保持手段は、
前記第3の方向に移動可能に前記ステージ装置に配置された角度調整ユニットと、
前記駆動対象物を保持し、前記角度調整ユニットに取り付けられた回転駆動ユニットと、を有し、
前記角度調整ユニットは、前記第3の方向と前記回転駆動ユニットの回転中心軸とのなす角を調整することで前記駆動対象物を前記第2の方向と直交する面内での角度を調整することを特徴とする請求項10に記載の微小操作機器。
The holding means are
an angle adjustment unit arranged on the stage device so as to be movable in the third direction;
a rotary drive unit that holds the object to be driven and is attached to the angle adjustment unit;
The angle adjusting unit adjusts the angle of the driven object in a plane orthogonal to the second direction by adjusting the angle formed by the third direction and the central axis of rotation of the rotary drive unit. 11. The micromanipulator according to claim 10 , characterized in that:
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