JPS6162015A - マイクロマニピユレ−シヨン装置 - Google Patents

マイクロマニピユレ−シヨン装置

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JPS6162015A
JPS6162015A JP18496884A JP18496884A JPS6162015A JP S6162015 A JPS6162015 A JP S6162015A JP 18496884 A JP18496884 A JP 18496884A JP 18496884 A JP18496884 A JP 18496884A JP S6162015 A JPS6162015 A JP S6162015A
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JP
Japan
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image
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sample
photocathode
micromanipulator
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JP18496884A
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Takeshi Hayakawa
毅 早川
Katsuyuki Kinoshita
勝之 木下
Hideji Fujiwake
秀司 藤分
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は物体像を電子光学的に拡大しつつ、マイクロマ
ニピュレータで物体に微細な操作を行うマイクロマニピ
ユレーション装置に関する。
(従来の技術) 生体のもっている機能を研究する生物科学の分野におい
て生きたままで実験操作を加えることは最も重要な研究
の一つである。
そのため微細な生体の観察試料を拡大観察中に、その観
察試料に外部からの操作を加′えたいと言う強い要請が
ある。
倒立および生体顕微鏡の本体のステージにマイクロマニ
ピュレータの棒状の操作部の基部を取り付けるシステム
が株式会社成茂科学機械研究所により形式MO−102
Nとして販売されている。
マイクロマニピュレータの棒状の操作部の先端は前記顕
微鏡の載置された机の上等に配置された油圧駆動部を操
作することにより先端部を微細に移動することができる
培養液中の試料を光学顕微鏡で拡大観察しながら前記微
細な試料に前記マイクロマニピュレータにより操作を加
える例について説明する。
このように液体中に存在する試料、または液体の試料を
観察する場合には光学顕微鏡の鏡筒を倒立させて、対物
レンズが上側になる状態で使用する特殊な顕微鏡が使用
される。
そして、前記マイクロマニピュレータの操作部を試料と
前記試料を照射するコンデンサレンズ(集光用のレンズ
)との間に配置する。
この空間を確保するためには、長焦点距離のコンデンサ
レンズを使用することが絶対的に必要となる。
この長焦点距離コンデンサレンズを使用してもコンデン
サの存在が種々の制約となり、マイクロマニピュレータ
の操作は制限を受け、高度の熟練を有する者しか操作は
不可能であった。
さらに、この長焦点距離コンデンサではレンズのN、A
値が低いため、高分解能での微細な操作は不可能となる
(発明の目的) 本発明の主目的は前述のような光学顕微鏡と異なる像拡
大装置を用いて、前述の問題を解決したマイクロマニピ
ユレーション装置を提供することにある。
本発明の第2の目的はマイクロマニピュレータからの信
号により関心部分を決定して、その部分を拡大観察する
ことができるマイクロマニピュレ−ション装置を提供す
ることにある。
(発明の構成) 前記第1の目的を達成するために本発明によるマイクロ
マニピユレーション装置は、上面に試料を載置する透明
試料台と、前記試料台に載置された試料を上側から照明
する照明手段と、前記試料台上の試料を操作するマイク
ロマニピュレータと、気密容器、前記容器の第1の底面
に形成された光電面、前記第1の底面に対向する第2の
底面に形成された螢光面、前記光電面に被写体の像を形
成する光学レンズ、前記円筒気密容器の外周に配置され
た第1および第2の集束コイル、前記光電面の発生した
電子を前記螢光面方向に加速する電界発生手段、前記第
1および第2の集束コイルからなる像拡大管、および入
力された拡大率にしたがって前記第1および第2の集束
コイルの電流間に前記拡大率において結像位置を変更さ
せない一定の関係を保って電流を供給する拡大率制御回
路からなる像拡大装置と、前記像拡大管の光電面に被写
体像を形成する光学手段と、前記像拡大装置の出力を再
生するテレビジョン再生装置とからなり、前記テレビジ
ョン再生装置を観察しながら前記マイクロマニピュレー
タを操作するように構成されている。
また前記第2の目的を達成するために本発明によるマイ
クロマニピユレーション装置は、上面に試料を載置する
透明試料台と、前記試料台に載置された試料を上側から
照明する照明手段と、前記試料台上の試料を試料台の上
側から操作し、操作端の位置に関する信号を出力するマ
イクロマニピュレータと、気密容器、前記容器の第1の
底面に形成された光電面、前記第1の底面に対向する第
2の底面に形成された螢光面、前記光電面に被写体の像
を形成する光学レンズ、前記円筒気密容器の外周に配置
された第1および第2の集束コイル。
前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加速する
電界発生手段、前記第1および第2の集束コイルからな
る像拡大管、および入力された拡大率および拡大中心位
置にしたがって前記第1および第2の集束コイルの電流
間に前記拡大率において結像位置を変更させない一定の
関係を保って電流を供給し、前記拡大率によって変わる
像の回転量を考慮して拡大した像部分を前記螢光面の中
心に形成する偏向信号を前記像拡大管の偏向装置に供給
する拡大率および位置制御回路からなる像拡大装置と、
前記像拡大管の光電面に被写体像を形成する光学手段と
、前記像拡大装置の出力を再生するテレビジョン再生装
置と、前記マイクロマニピュレータからの操作端の情報
にしたがって前記拡大率および位置制御回路に拡大位置
と倍率を入力して前記マイクロマニピュレータの操作端
と試料部分を拡大観察するように構成されている。
(実施例) 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
第1図は前記第1の発明によるマイクロマニピユレーシ
ョン装置の実施例を示すブロック図、第2図は前記第2
の発明の実施例を示すブロック図である。
これらの説明の前に本発明で使用する像拡大装置の構成
を第3図以下を参照して説明する。
第3図は前記像拡大装置の実施例を示すブロック図であ
る。
像拡大装置の本体を形成するガラス容器は、直径5Qm
m、長さ300mmの円筒状の容器である。
前記ガラス気密容器の第1の底面は、内面にS −20
(米国電子機械工業会EIA規格)と呼ぼれる高感度の
光電面7が形成されている。
前記容器内には前記光電面7に対向するように網目状電
極9.容器内周面に円筒状電極10が設けられている。
網目状電極9は光電面7と間隔5mmを保って平行に配
置されている。円筒電極10は気密容器の円筒状の側面
の内壁で、網目状電極9と螢光面8の間の部分にアルミ
ニュウムの薄膜を形成したものである。螢光面8は、前
記ガラス気密容器の第2の底面の内壁にP−1)(米国
電子機械工業会EIA規格)と呼ばれる螢光体を塗布し
て形成したものである。
また電界発生手段16は各電極等に以下の電位を与えて
、前記光電面7の発生した電子を螢光面8方向に加速す
る。
光電面7には一7KV、螢光面8.網目状電極9゜円筒
電極10にはO■が与えられている。
前記円筒気密容器の外周には、第1および第2の集束コ
イル1).12が配置されている。第1集束コイル1)
は光電面7から20mmだけ螢光面8に寄った気密容器
の外側に配置され、第2集束コイル12は光電面7から
150mmだけ螢光面8によった気密容器の外側に配置
されている。
第4図は前記像拡大装置の第1および第2の集束コイル
の電流と拡大率との関係を示すグラフである。
前記構成において各集束コイルに集束電流発生回路13
から、第4図に示す一定の関係を持つ電流を供給するこ
とにより、結像面を移動させることなく、螢光面8に形
成される像の倍率を変更することができる。
第4図から、第1の集束コイル1)に電流を流さないで
、第2の集束コイルに170mAの電流を流すと像の倍
率は1倍であることが理解できる。
同様に、第1の集束コイル1)に700mA、、f1%
2の集束コイルに150mAの電流を流すと像の倍率は
2倍となる。
第1の集束コイル1)に105 OmA、第2の集束コ
イルに]OOmAの電流を流すと像の倍率は5倍となる
第1の集束コイル1)に1200mA、第2の集束コイ
ルに46 m Aの電流を流すと像の倍率は8倍となる
第1の集束コイルの電流を130 OmA、第2の集束
コイルの電流をOmAにすると像の拡大倍率は10倍と
なる。
第4図に示す関係を保って各コイルの電流を変化させる
と、1〜10倍の間で電子光学的に倍率を連続的に変化
させることができる。
前記気密容器の外周はさらに、前記電子を偏向する2対
の偏向コイル】4が設けられている。前記2対のコイル
にO〜500mAの電流を提供することにより光電面7
の任意の点から放出した光電子を螢光面8の任意の点に
入射させることができる。
偏向電流電源15は前記2対のコイルに所望の偏向が得
られる電流を提供する。
第5図は前記像拡大装置を用いて関心部分と拡大率を指
定して当該部分を螢光面の中心に拡大するように構成し
たシステムの実施例を示すブロック図である。
第5図において、第1図と同一の部分には、同一の番号
を付してそれらの説明は省略する。
手動入力装置17は、希望する拡大率Mと、拡大して螢
光面上に形成される像の中心P(以下拡大の中心という
)を入力する入力装置である。
螢光面上の像の中心Pは、あらかじめ所定の拡大率M(
通常1)で、光電面の中心に投影された像が螢光面の中
心になるように像を形成しておき、前記像の螢光面上で
の座標で指定する。
前記拡大率と拡大の中心をキーインすると出力端子17
1から拡大率Mを表す信号が出力され、出力端子172
からは拡大の中心Pを表す信号が出力される。
拡大率信号変換回路18には前記手動入力装置17で入
力された拡大率に関するデータが接続されている。この
回1i!818は指定された拡大率に対して、第4図に
示すような拡大率Mの各館の点における横軸座標(第1
の集束コイルの電流)に相当する信号を出力端子181
から、縦軸座標(第2の東京コイルの電流)に相当する
信号を出力端子182から送出する。
集束コイルの電源13は、拡大率信号変換回路18の信
号に従って、第1象束コイル電流と、第2隼束コイル電
流を各コイルに送出する。
この集束コイル電流によって光電面の電子像は螢光面で
指定された倍率Mに拡大される。
偏向信号発生回路19には拡大率信号と位置信号が接続
されている。
偏向信号発4ト回路19は、前記M倍に拡大された像の
拡大の中心点Pが螢光面の中心になるように偏向するた
めの偏向コイル電流を送出する。
第6図に偏向信号発生回路の実施例を示す。
希望する拡大率を得るために集束コイルに電流を流すと
、前記電流によって光電面上の電子像が螢光面上に拡大
されるが、その中心のまわりに回転させられる。
この角度を回転角ということにする。拡大率と回転角の
間には一定の関係がある。
拡大の中心を決定する場合にこの回転角が問題となる。
通常電子光学的拡大率1のときに螢光面上の任意の点を
指定し、これを拡大すると拡大像は、その拡大率に対応
して回転し、前の画面と角度がずれる。偏向信号発生回
1i81.9の関数変換回路192は拡大率を回転角に
変換する回路である。
なお、第7図の縦軸の目盛はM=1のときの回転角との
差を示している。
偏向信号発生回路19の演算回路193は拡大率M9回
転角θおよびP、螢光面中心を原点としたPの座標を(
Xo、)’o)とするからXI =M (XOcosθ
−yosinθ))J =M (xOSInθ−3’Q
CO3θ)なる演算を行い、xlおよびylを出力する
演算回路である。
座標(X+、)’+)で表される点Q(x+、y+)は
拡大率Mを(qるための集束コイルに電流を流したとき
螢光面」二でP点が移動した点である。
さらに偏向方向は、偏向磁界と集束磁界の管軸に垂直な
成分との合成磁界によって決まる。また拡大率Mを変え
るために集束磁界を変化させている。
これらを考慮すると偏向磁界によって偏向しようとする
方向と結果として偏向される方向との間に方向のずれ(
差)が生しる。
拡大率M=1のとき集束磁界の管軸に垂直な成分ば0で
ある。
この偏向方向のずれと拡大率との関係を第8図に示す。
拡大率1回転角変換回路194は拡大率を偏向方向のず
れαの角度に変換する関数変換回路である。
回173195は前記偏向方向のずれαと、前記Q(X
+、y+)を入力し X2”’XICO3α」l’+sinαy2=XISi
n  α+y1 cos  αなる演算を行い、Q(x
+、y+)点を螢光面の中心である原点まで偏向すると
きに考慮する補正した仮の点Q ’  (x2 、  
y 2 )を出力する。
偏向感度の補正回路196は偏向感度の補正をする回路
である。偏向感度は拡大率Mによって第9図のように変
化する。
回路196は拡大率Mを入力して偏向感度りを出力する
演算回路197は前記偏向感度りと前記板の点Q′(X
2.y2)の座標から 1x=x2/D iy=y2/D を演算してix、iyを出力する演算回路である。
ix、iyはQ(X+、3’+)点を螢光面の中心に移
動するのに必要な偏向電流である。
ixはX方向に偏向する偏向コイルの駆動電源15Xに
接続され、iyはy方向に偏向するコイルの駆動電源1
5Yに接続されている。
これらの回路により偏向信号発生回路19は前記M倍に
拡大された像の所望の部分が螢光面の中心になるように
偏向コイル電流を制御する。
以上説明したように、像拡大装置は光電面に形成された
像を電子光学的な倍率lの状態で螢光面に形成し、拡大
率入力手段により拡大率を入力ずれば、所望の拡大像を
得ることができる。
また偏向装置と、拡大中心入力手段からの信号と前記拡
大率入力手段からの拡大率を示す信号が接続されている
偏向信号発生回路とを有するから拡大率によって変わる
像の回転を考慮して、拡大像の所望の部分を螢光面の中
心に形成することができる。
第1図は第1の発明によるマイクロマニピユレーション
装置の実施例を示すブロック図である。
透明な試料台5の上に試料3が配置され上側に配置され
た光源1により照射される。
マイクロマニピュレータ2A、2Bは前記透明試料台5
の両側から前記試料を操作できるように配置されている
。試料3の透過像はレンズ6により像増倍装置100の
光電面に結像させられる。
この増倍装置の拡大率は拡大率制御回路101により入
力され希望する任意の倍率が選ばれる。
像増倍装置100の螢光面に現れた拡大された試料の像
は、撮像装置102により撮像され、テレビジョン信号
処理回路103を介してテレビジョン再生装置104に
再生される。
オペレータはこのテレビジョン再生装置104の像を観
察しながら前記マイクロマニピュレータ2A、2Bを操
作する入力をする。
より高分解能下でのマイクロマニピユレーションを行う
時には試料3を直接撮像面上に設置し、像拡大装置の入
力面板を試料台として直接利用しても良い。
撮像面上の分解能は0.2μm程度であり、試料と撮像
面との距離が短いため、光の回折の影響を軽減すること
ができる。
第2図は第2の発明によるマイクロマニピユレーション
装置の実施例を示すブロック図である。
この実施例装置で使用する像増倍装置100は拡大位置
入力機能をもつ像増倍装置である。
また1)0ば拡大率および位置制御回路であって、後述
するように拡大率および位置制御回路駆動回路105か
ら入力された信号により、像増倍装置100の光電面の
像の指定された拡大位置を指定された拡大率で増倍する
マイクロマニピュレータ2A、2Bは前記実施例同様に
透明試料台5の両側から前記試料を操作できるように配
置されている。
マイクロマニピュレータ2八、2Bにはそれぞれ、マイ
クロマニピュレータ制御装置107,108が接続され
ており、マイクロマニピュレータ制御装置107.10
8を介してマイクロマニピュレータ2A、2Bを駆動す
る信号が供給されている。
またマイクロマニピュレータ2Aはボテンシオメーク2
a、2b、マイクロマニピュレータ2Bは、ポテンシオ
メータ2c、2dを持ちマイクロマニピュレータの位置
の情報をマイクロマニピュレータ制御装置107,10
8を介して出力している。
この位置の情報むま演算装置106に入力され、予め入
力されているマイクロマニピュレータの諸元(マイクロ
マニピュレータの各アームの長さ等)からマイクロマニ
ピュレータの先端位置や、2つのマイクロマニピュレー
タの先端間の位置を算出して拡大率および位置制御回路
駆動回路105に入力する。拡大率および位置制御回路
駆動回路105はこの点を拡大の中心位置データとし、
外部入力装置109から入力された拡大率の情報と一緒
に拡大率および位置制御回路1)0に入力する。
これにより拡大装置100は光電面に形成された像を螢
光面に拡大投影する。
像増倍装置100の螢光面に現れた拡大された試料の像
は、撮像装置102により撮像され、テレビジョン信号
処理回路103を介してテレビジョン再生装置104に
再生される。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、光学顕微鏡を使用
しないから、光学顕微鏡使用時におけるマイクロマニピ
ュレータの受ける種々の制限を解消することができる。
第1の発明では、オペレータはテレビジョン再生装置1
04を見ながら、試料に自由に操作を加えることができ
マイクロマニピユレーションが極めて容易となる。
第2の発明では、拡大すべき位置をマイクロマニピュレ
ータからの信号により決定が可能であり、その部分を希
望する拡大率で拡大観察することができる。
さらに他の部分についてマイクロマニピユレーションを
行いその部分を希望する拡大率で拡大観察することがで
きる。拡大率が変わっても像の回転はないので、マイク
ロマニピユレーションが容易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の発明によるマイクロマニピユレーション
装置の実施例を示すブロック図である。 第2図は第2の発明によるマイクロマニピユレーション
装置の実施例を示すブロック図である。 第3図は前記像拡大装置の実施例を示すブロック図であ
る。 第4図は前記像拡大装置の第1および第2の集束コイル
の電流と拡大率との関係を示すグラフである。 第5図は前記像拡大装置を用いて関心部分と拡大率を指
定して当該部分を螢光面の中心に拡大するように構成し
たシステムの実施例を示すブロック図である。 第6図は偏向信号発生回路の実施例を示すブロック図で
ある。 第8図は拡大率と偏向方向の角度の関係を示すグラフ図
である。 第9図は拡大率と偏向感度の関係を示すグラフである。 1・・・光源 2A、2B・旧・・マイクロマニピュレータ3・・・試
料       5・・・試料台6・・・光学レンズ 
   7・・・光電面9・・・網目状電極    10
・・・円筒状電極1)・・・第1の集束コイル 12・・・第2の集束コイル 13・・・集束コイルの電源 16・・・電界発生手段 17・・・手動入力装置 18・・・拡大率信号変換回路 19・・・偏向信号発生回路 100・・・像増倍装置 101・・・拡大率制御回路 102・・・撮像装置 103・・・テレビジョン信号処理回路104・・・テ
レビジョン再生装置 105・・・拡大率および位置制御回路駆動回路106
・・・演算装置 107.108・・・マイクロマニピュレータ制御装置 109・・・入力装置(キーボード) 特許出願人 浜松ホトニクス株式会社 代理人 弁理士  井 ノ ロ  壽 (23〉 第1図 第5図 16図 オフ図 オ8図 手続補正書(浮) 昭和60年 2月 8日 ■計口59年特 許 願第184968号2、発明の名
称 マイクロマニピユレーション装置 3、補正をする者 事件との1■系   特許出願人 4、代 理 人 明細書第22頁第8行目の「・・・図である。」の次の
行に[第7図は拡大率と回転角の関係を示すグラフであ
る。」を加入する。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上面に試料を載置する透明試料台と、前記試料台
    に載置された試料を上側から照明する照明手段と、前記
    試料台上の試料を操作するマイクロマニピュレータと、
    気密容器、前記容器の第1の底面に形成された光電面、
    前記第1の底面に対向する第2の底面に形成された螢光
    面、前記光電面に被写体の像を形成する光学レンズ、前
    記気密容器の外周に配置された第1および第2の集束コ
    イル、前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加
    速する電界発生手段、前記第1および第2の集束コイル
    からなる像拡大管、および入力された拡大率にしたがっ
    て前記第1および第2の集束コイルの電流間に前記拡大
    率において結像位置を変更させない一定の関係を保って
    電流を供給する拡大率制御回路からなる像拡大装置と、
    前記像拡大管の光電面に被写体像を形成する光学手段と
    、前記像拡大装置の出力を撮像再生するテレビジョン再
    生装置とからなり、前記テレビジョン再生装置を観察し
    ながら前記マイクロマニピュレータを操作するように構
    成したマイクロマニピュレーション装置。
  2. (2)上面に試料を載置する透明試料台と、前記試料台
    に載置された試料を上側から照明する照明手段と、前記
    試料台上の試料を試料台の上側から操作し、操作端の位
    置に関する信号を出力するマイクロマニピュレータと、
    気密容器、前記容器の第1の底面に形成された光電面、
    前記第1の底面に対向する第2の底面に形成された螢光
    面、前記光電面に被写体の像を形成する光学レンズ、前
    記気密容器の外周に配置された第1および第2の集束コ
    イル、前記光電面の発生した電子を前記螢光面方向に加
    速する電界発生手段、前記第1および第2の集束コイル
    からなる像拡大管、および入力された拡大率および拡大
    中心位置にしたがって前記第1および第2の集束コイル
    の電流間に前記拡大率において結像位置を変更させない
    一定の関係を保って電流を供給し、前記拡大率によって
    変わる像の回転量を考慮して拡大した像部分を前記螢光
    面の中心に形成する偏向信号を前記像拡大管の偏向装置
    に供給する拡大率および位置制御回路からなる像拡大装
    置と、前記像拡大間の光電面に被写体像を形成する光学
    手段と、前記像拡大装置の出力を撮像再生するテレビジ
    ョン再生装置と、前記マイクロマニピュレータからの操
    作端の情報にしたがって前記拡大率および位置制御回路
    に拡大位置と倍率を入力して前記マイクロマニピュレー
    タの操作端と試料部分を拡大観察するように構成したマ
    イクロマニピュレーション装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0728385A (ja) * 1993-07-09 1995-01-31 Ikusaburou Kurimoto 実体顕微鏡下において仮想臨場感再現機構によって作業する作業装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0728385A (ja) * 1993-07-09 1995-01-31 Ikusaburou Kurimoto 実体顕微鏡下において仮想臨場感再現機構によって作業する作業装置

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