JPS62257115A - マイクロマニピユレ−タのオ−トフオ−カス装置 - Google Patents

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、顕微鏡の視野下において微小操作子により細
胞等の被処理物に所定の処理を施すマイクロマニピュレ
ータにおいて、微小操作子を自動的に顕微鏡の焦点に合
わせるための装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、マイクロマニピュレータにより上述の処理等を施
す場合には、まず、顕微鏡のｔ＞ｆ筒もしくはステージ
を上下して細胞等に顕微鏡の焦点を合わせ、次にマイク
ロマニピュレータを上下方向に駆動しで、装着された微
小操作子を焦点位置に移動させていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 マイクロマニピュレータの駆動による微小傑作子の焦点
合わせは、μｍ単位の移動が必要であって、通常、その
駆動は手動操作で行うため、その作業が困難かつ繁雑で
あった。

本発明の目的は、顕微鏡のステージ等の移動による細胞
等の焦点合わせが完了した後の、微小傑作子の焦点合わ
せを自動的に行うことができる装置を提供することにあ
る。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の構成を、第１図に示す基本概念図を参照しつつ
説明すると、本発明は、顕微鏡ａの視野下で微小操作子
すを駆動して細胞等の被処理物に所定の処理を施す装置
において、入力された操作信号に応じて微小操作子すを
上下方向に駆動する駆動機構Ｃと、顕微鏡ａに装着され
、その顕微鏡像を写しとるためのＴＶカメラｄとそのＴ
Ｖカメラｄからの映像信号を当該ＴＶカメラｄによる画
像上の行列座標点での輝度情報サンプル値に変換して採
り込む画像データ入力手段ｅと、その入力手段ｅにより
採り込まれた画像データからＴＶカメラｄによる微小傑
作子すの像の鮮明度に係る情報を算出する演算手段ｒと
、そのｉＡ算手段ｆからの情報に基づいて駆動機構Ｃに
操作信号を供給する駆動制御手段ｇを備えたことにより
特徴づけられる。

く作用〉 ＴＶカメラｄからの映像信号を、その両（↑上の行列座
標点での輝度情報に変換して画像データとして採り込み
、その画像データからＴＶカメラｄによる画像上におけ
る微小操作子すの像の鮮明度を評価し、最も鮮明となる
よう駆動機構Ｃへの操作信号を供給することにより、微
小操作子すを自動的に焦点位置へ移動させることができ
る。

〈実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本発明実施例の構成を示すブロック図である。

細胞等の被処理物は顕微１１１のステージ上に置かれ、
マイクロマニピュレータ２に装着された微小操作子３に
より、所定の処理が加えられる９顕微鏡１には、被処理
物近傍の顕微鏡像を写しとるためのＴＶカメラ４が装着
されている。このＴＶカメラ４の映像信号はＡ−Ｄ変換
器５を介してコンピュータ６に採り込まれる。コンピュ
ータ６では、ＲＯＭ６２に書き込まれたプログラムに基
づいて、ＣＰＵ６１からの指令によって、後述するよう
にＴＶカメラ４の映像信号から、その画像上の全部もし
くは、一部における行列座標点での各輝度データをデジ
タル化して、画像入出力部６４から採り込み、ＲＡＭ６
３内に格納する。そして、この格納されているデータか
ら、後述する手法により、ＴＶカメラ４による顕微鏡画
像中の微小操作子３の像の鮮明度を評価する。なお、Ｔ
Ｖカメラ４による画像は画像入出力部６４に接続された
ＣＲＴＴ上に表示される。

コンピュータ６の出力ポートロ５からはマイクロマニピ
ュレータ２を上下方向に微動させるための操作信号が出
力され、その操作信号はＤ−Ａ変換器８によってアナロ
グ化された後、後述する駆動制御回路９に供給される。

マイクロマニピュレータ２：ま、微小操作子３をｘ、ｙ
、ｚ軸方向に独立的に微動させることができるが、この
うち少なくともｚ軸方向（上下方向）は駆動制御回路９
からの信号によって電気的に駆動可能となっている。

第３図および第４図はそれぞれマイクロマニピュレータ
２の２軸方向の駆動機構を示す正面図およびその右側面
図である。ｘ、　　ｙ方向に摺動変位自在のテーブル２
１上に、２本のガイド２２．２２が直立して設けられて
おり、このガイド２２．２２には、転動体を介してスラ
イダ２３が摺りｊ自在に支承されている。このスライダ
２３の頂部には微小操作子３を保持するためのボルダ２
４が装着されている。

テーブル２１の上面には、電磁力発生装置２５の磁気回
路２５ａを形成するヨークが固着されており、この磁気
回路２５ａの内部に配設されている可動コイル２５ｂは
、スライダ２３に固着されている。電磁力発生装置２５
は、第５図にその構造説明図を示すように、コ字形ヨー
ク２５１の内側に２個の永久磁石２５２を貼着したもの
を・互いの磁場の方向が逆向きとなるように２個組み合
わせた磁気回路２５ａと、その内部に配設され、長方形
状に巻回されてなる可動コイル２５ｂとで構成されてい
る。可動コイル２５ｂの巻数をＮ。

これに流れる電流をｉ、磁気回路２５ａ中のコイルの長
さく１ターン当り）を’＋Ｍ気回路２５ａの磁束密度を
Ｂとすると、 Ｆ＝Ｂ／Ｎｉ なる力Ｆが、電流および磁場の方向のいずれとも垂直な
方向に発生する。その向きは、電流ｉの流れる向きによ
って決定する。

従って、この電磁力発生装置２５に所定の向きの電流を
供給することによって、スライダ２３はテーブル２１に
対してｚ軸方向所定の向きに変位されることになる。こ
の変位は変位検出器２６によって検出される。この変位
検出器２６は、テーブル２１に固着された互いに平行な
平板状の固定電極２６ａ、２６ａと、スライダ２３に固
着され、固定電極２６ａ、２６ａ間に平行に挿入された
可動電極２６ｂとによって形成される平行平板コンデン
サで構成されており、可動電極２６ｂの２軸方向への変
位による静電容量の変化により、その変位を検出するこ
とができる。

第６図は以上のマイクロマニピュレータ２の駆動機構と
駆動制御回路９との接続関係を示すブロック図である。

すなわち、駆動制御回路９は、Ｐ、１．Ｄ回路９１．電
流供給回路９２．および静電容量検出回路９３を含み、
コンピュータ６から供給される操作信号に、変位検出器
２６の出力を静電容量検出回路９３を介して形成される
変位検出信号をフィードバックする。そしてその差信号
を、Ｐ、１．Ｄ回路９１を介して、電磁力発生装置２５
の可動コイル２５ｂに供給すべき電流を発生する電流供
給回路９２に動作信号として供給している。従って、微
小操作子３は、コンピュータ６から出力される操作信号
に基づいて、上下方向任意の向きに所望の量だけ微動さ
れることになる。

次に、コンピュータ６による微小操作子３の像の鮮明度
の評価手法と、各部の動作を第７図に示すＴＶカメラ４
による顕微鏡画像例を参照しつつ説明する。

オペレータはまず、顕微鏡１のステージや鏡筒を上下さ
せて焦点を細胞Ｗに合わせる。このとき、マイクロマニ
ピュレータ２の微小操作子３は、ステージとは独立して
いるので、通常、焦点は合っていない状態となっている
。コンピュータ６は次の手法によって微小操作子３の像
の鮮明度を評価し、マイクロマニピュレータ２に操作信
号を供給して微小操作子３を顕微鏡ｌの焦点に合わせる
。

ＲＡＭ６３内に採り込まれた画像データから、微小操作
子付近の画像、例えば第７図のＤの領域の画像を抽出す
る。この抽出方法としては、微小操作子３は画面の右あ
るいは左からほぼ水平に一定長さ以上が見えていると仮
定すると容易となる。

次に、抽出した画面内の画像データ、すなわちその画面
内の行列座標点における輝度データを、第８図に示すよ
うに、Ａｉｊ　（ｉ＝０〜ｎ、ｊ＝Ｏ〜ｍ）としたとき
、次のＦｓを求める。

Ｆ　ｓ　＝、Σ　（ｍａに（Ａｘ、ｊ　−Ａ＋ｕｔ　、
ｊ）＋　　ｍａｘ　　　（Ａｘｉｓ　　、ｊ　　−Ａｘ
、ｊ）　　　）次に、あらかじめ設定されている所定の
微小量だけ微小操作子３を上もしくは下に段階的に変位
させるべく、出力ポートロ５から操作信号を出力する。

そして同様にＦｓを算出する。

以上の操作を繰り返し、Ｆｓが最大となった位装置に微
小操作子３を停止させる。これにより、顕微鏡１の焦点
位置に微小操作子３が位置決めされたことになる。すな
わち、Ｆｓは微小操作子３の像の近傍の画像において各
座標点での輝度の差、つまりコントラストの大小を評価
する値であるから、このＦｓが最大となるよう微小操作
子３を位置決めすることにより、焦点を合せることがで
きる。

ここで、出力ポートロ５からの操作信号による微小操作
子３の段階的変位量は、焦点深度の関係から顕微鏡１の
対物レンズの倍率に応じて適宜に変化させる必要がある
。

なお、コンピュータ６による微小操作子３の像の鮮明度
の評価手法は、上述のような像の輪郭部分の輝度データ
の差の大小により、すなわち微分値や差分値の大小によ
り行うことに限られることなく、例えば次の手法によっ
ても行うことができる。

すなわち、第８図におけるｊ列についてデータをみたと
き、微小操作子３の像の輪郭となる部分の画素を抽出し
、その画素数を巳ｊとして、ＦＳ′＝ΣＥｊ を算出する。このＦｓ′は、例えば第９図においてＡ　
Ｌ　−Ａ　Ｈ間を輪郭部分とすると、この間の画素数に
対応することになり、焦点が合った状態で最小値をとる
。従って、このＦｓ′が最小となる位置を探し出すこと
によって、焦点を合わせることができる。

また、微小操作子３・を上下方向に微動させるための駆
動機構は上述の例に限られることなく、他の機構を採用
し得ることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、顕微鏡像を写し
とるためのＴＶカメラによる画像データから、微小操作
子の像を抽出してその鮮明度を評価し、最も鮮明となる
ように微小操作子を自動的に位置決めするので、オペレ
ータは顕微鏡のステージ等を移動させて細胞等の被処理
物にその焦点を合わせるだけで、微小操作子の焦点合わ
せが自動的に行われることになり、マイクロマニピュレ
ータの操作が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す基本概念図、第２図は本発
明実施例の構成を示すブロック図、第３図および第４図
はそれぞれその微小操作子３の上下方向の駆動機構の正
面図およびその右側面図、第５図はその電磁力発生装置
２５の措造説明図、第６図は微小操作子３の上下方向の
駆動機構と駆動制御回路９との接続関係を示すブロック
図、第７図はＴＶカメラ４による顕微鏡像の例を示す図
、第８図はその画像上における画像データの説明図であ
る。第９図は本発明の他の実施例による微小操作子像の
鮮明度の評価手法の説明図である。 １−顕微鏡 ２−マイクロマニピュレータ ３・−・微小操作子 ４−・ＴＶカメラ ６−コンピュータ ７−・−ＣＲＴ ９−駆動制御回路 ２２−ガイド ２３・−・スライダ ２５・−電磁力発生装置 ２６・−変位検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）顕微鏡の視野下で微小操作子を駆動して細胞等の
   被処理物に所定の処理を施す装置において、入力された
   操作信号に応じて上記微小操作子を上下方向に駆動する
   駆動機構と、上記顕微鏡に装着され、その顕微鏡像を写
   しとるためのＴＶカメラと、そのＴＶカメラからの映像
   信号を当該ＴＶカメラによる画像上の行列座標点での輝
   度情報サンプル値に変換して採り込む画像データ入力手
   段と、その入力手段により採り込まれた画像データから
   上記ＴＶカメラによる上記微小操作子の像の鮮明度に係
   る情報を算出する演算手段と、その演算手段からの情報
   に基づいて上記微小操作子の像が最も鮮明となるよう、
   上記駆動機構に操作信号を供給する駆動制御手段を備え
   たことを特徴とする、マイクロマニピュレータのオート
   フォーカス装置。
2. （２）上記入力手段により採り込まれた画像データから
   、上記微小操作子の輪郭部分の微分値もしくは差分値を
   算出し、その値が最大となる位置に上記微小操作子を移
   動させるよう構成したことを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項記載のマイクロマニピュレータのオートフォー
   カス装置。