JPS6398620A - マイクロマニピユレ−タにおける微小器具の自動位置決め装置 - 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器具を操作して
、細胞等に所定の処理を施すマイクロマニピュレータに
おいて、処理前に微小器具の先端を自動的に顕微鏡の視
野下所定部位に位置決めするための装置に関する。

〈従来の技術〉 −ａに、マイクロマニピュレータで細胞等に処理を施す
場合、まずその細胞等の試料を保持している操作容器内
、かつ、顕微鏡の視野内へ微小器具を挿入する必要があ
る。

従来、この微小器具の挿入は、歯車機構等を備えてなる
伝達装置を介して、手動操作によって調整しながら行っ
ていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、微小器具の長さは、一定とは限られておらず
、また、その先端は直径数μｍ以下と極めて細く、何か
に接触しただけで容易に折損してしまう。従って、従来
のマイクロマニピュレータによって上述の挿入のための
手動操作を行う場合、作業に細心の注意が要求され、相
当の時間と労力を必要としていた。

本発明の目的は、微小器具を自動的に顕微鏡視野下所定
部位に移動させることのできる、マイクロマニピュレー
タにおける微小器具の自動位置決め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〉 上記の目的を達成するための構成を、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、制御信号に
基づいて微小器具１を水平方向（ｘ−ｙ方向）および鉛
直方向（Ｚ）に駆動する駆動手段ａと、顕微鏡２に対し
て所定の位置関係で配設され、顕微鏡２の視野外におい
て微小器具１の位置を検出する位置検出手段すと、その
位置検出手段すからの出力に基づいて微小器具１の先端
をあらかじめ設定された位置に位置決めすべく駆動手段
ａに制御信号を供給する第１の位置制御手段Ｃと、顕微
鏡２に装着されたＴＶカメラ３からの画像情報を用いた
画像処理に基づいて微小器具１の先端を当該画像内の所
定部位にまで変位させるべく駆動手段ａに制御信号を供
給する第２の位置制御手段ｄを備えたことによって、特
徴づけられる。

く作用〉 顕微鏡２に対して所定の位置関係で配設された位置検出
手段すを用いて、顕微鏡２の視野外で微小器具１の先端
をあらかじめ設定された位置に自動的に位置決めした後
、位置検出手段すと顕微鏡２との上述の位置関係に基づ
いて微小器具１を移動させると、微小器具１の先端は顕
微鏡２の視野近傍にまで概略位置決めされる。次いで顕
微鏡２の画像情報に基づ（画像処理により、微小器具１
の先端を精密位置決めをする。以上の動作を、顕微鏡２
のステージ上に被処理物を収容する容器等を配置せずに
実行し、次いで微小器具１を所定量移動させ、上述の容
器等をステージ上に配置し、再び精密位置決め位置に微
小器具１の先端を戻すことにより、微小器具１の先端を
手動操作によることなく、顕微鏡２の視野内の所望位置
に位置決めすることができる。

〈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。

微小器具１は駆動機構１０に装着される。駆動機構１０
は、装着された微小器具１をそれぞれＸ。

ｙ、ｚ方向に駆動するための３個のパルスモータを備え
ており、ＣＰＵ７１．ＲＯＭ７２．ＲＡＭ７３等を備え
たコンピュータ７からドライバ８に供給される制御信号
に基づくパルス信号によって、微小器具１をＸ＋　　ｙ
＋２方向に独立的に微小駆動することができる。

顕微鏡２にはＴＶカメラ３が装着されており、顕微鏡像
の映像信号をＡ−Ｄ変換器６を介してコンピュータ７に
供給することができ、そのデータは画像情報専門のＲＡ
Ｍ７４内に格納される。

−顕微鏡２のステージ２ａ上には、第３図に要部斜視図
を示すように、可倒式で不要時には撤去することので−
きる位置検出器４が配設されている。

この位置検出器４は、第４図にその拡大図を示すように
、発光ダイオード４ａと、その発光ダイオード４ａと所
定の空隙Ｓを介して対向する、第５図にＡ−Ａ矢視図で
示すような受光面を有する作動フォトダイオード４ｂの
組み合わせによって構成されており、空隙Ｓに挿入され
た微小器具１の位置を差動フォトダイオード４ｂの出力
信号によって検出することができる。この出力信号はＡ
−Ｄ゛　　　変換器５を介してコンピュータ７に採り込
まれる。

コンピュータ７では、ＲＯＭ７２に書き込まれた後述す
る初期位置設定プログラムに基づき、位置検出器４から
の信号によって微小器具１を顕微鏡２の視野外で概略位
置決めをし、また、顕微鏡２の視野下でＴＶカメラ３か
らの信号によって精密位置決めを行うべく、ドライバ８
に制御信号を供給する。なお、コンピュータ７にはテン
キーを含むキーボード９が接続されている。

第６図はＲＯＭ７２に書き込まれた初期位置設定プログ
ラムを示すフローチャートで、この図を参照しつつ、以
下、動作および作用を説明する。

このプログラムを実行する前に、被処理物を操作容器１
１内に入れてステージ２ａ上に載せ、顕微鏡２の焦点を
被処理物に合わせた後、ステージ２ａから操作容器１１
を除去しておく。また、位置検出器４をステージ２ａ上
に倒し、その状態で微小器具１をＸ方向に前進させるこ
とによってその先端が発光ダイオード４ａと差動フォト
ダイオード４ｂの間の空隙Ｓに侵入し、検出し得る程度
に、微小器具１を位置合わせして駆動機構１０に装着す
る。

更に、位置検出器４と顕微鏡２の光軸中心との位置関係
と、使用する操作容器１１の厚さくスライドグラス厚さ
）等の情報をキーボード９から入力しておく。

さて、初期位置設定プログラムをスタートさせると、ま
ず、駆動機構１０に駆動指令を与えて微小器具１を前進
させる門そして、位置検出器４の出力信号がスレッシュ
ホールドレベルを越えた時点で停止する（ＳＴＩ、５Ｔ
２）。このとき、微小器具１の先端は前述したように極
めて細（、通常、第７図（ａ）に示すように、微小器具
１の先端がある程度以上空隙Ｓ内に侵入した時点で停止
される。

すなわち、第８図は微小器具１のＸ方向位置と、その各
位置において微小器具１を２方向に移動させたときの差
動フォトダイオード４ｂの出力信号との関係を示すグラ
フで、Ｘ方向への侵入量がわずかな状態では、差動フォ
トダイオード４ｂの２方向位置における最も検出感度の
高い箇所近傍に微小器具１の先端ぶ来ていない限り、検
出されない。従って、通常は第７図（ａ）に示すような
Ｘ方向位置で停止されるわけである。なお、差動フォト
ダイオード４ｂの２方向位置における最も検出感度の高
い箇所は、２方向検出範囲上・下限から’Ａ　ｌ　ｌ（
２＋は受光面の２方向寸法、第５図参照）程度内方の位
置である。

第７図（ａｌの状態で停止した後、微小器具１を２方向
に１１だけ上昇させ、次いで２方向に徐々に下降させ、
差動フォトセンサ４ｂの出力信号のゼロクロス点を探し
出し、その点で停止する（ＳＴ３゜ＳＴ４．５Ｔ５）。

この状態を第７図（ｂｌに示す。

次に、微小器具１をＸ方向にβ２（第５図参照）だ後退
させる（ＳＴ６）。その結果、微小器具１の先端は第７
図（Ｃ）に示すように、差動フォトダイオード４ｂの検
出範囲外にずれる。この状態から微小器具１を２方向に
！、／４だけ上昇させる（ＳＴ７）。

これにより、微小器具１の２方向位置は、第７図（ｄ）
に示すように、差動フォトダイオード４ｂの２方向にお
ける最も検出感度の高い位置近傍に位置決めされたこと
になる。

次いで、微小器具１をＸ方向に徐々に前進させ、差動フ
ォトダイオード４ｂの出力信号がスレッシュホールドレ
ベルを越えた時点で停止する（ＳＴ８゜５Ｔ９）。この
場合、差動フォトダイオード４ｂは高感度で微小器具１
の先端を検出し得るので、第７図（ｅ）に示すように、
微小器具１の先端がわずかにＸ方向検出範囲内に侵入し
た状態で位置決めされることになる。

その状態から微小器具１を２方向に徐々に下降させ、差
動フォトダイオード４ｂの出力のゼロクロス点を探し出
して、その点で停止する（ＳＴＩＯ。

５ＴＩＩ）、その結果、微小器具１は第７図（「）に示
すように、その先端が差動フォトダイオード４ｂのＸ方
向検出範囲にわずかに侵入し、かつ、２方向検出範囲の
中央部に位置決めされる。

以上の動作により、微小器具１の先端が顕微鏡１の光軸
に対してあらかじめ設定された位置関係で確実に位置決
めされる。なお、第７図（ｂ）の状態で位置決めを完了
した場合、次のような誤差が生じる。すなわち、微小器
具１の先端は、例えば第９図に示すようにその中心が胴
部中心に対して△だけ先端が２方向にすれている場合も
あり、位置決め誤差となる。

さて、以上の顕微鏡１の視野外での位置決めを終えると
、位置検出器４を撤去しく５Ｔ１２）、次いで微小器具
１をキーボード９から入力されている、顕微鏡２の光軸
と位置検出器４との位置関係に基づいてｘ、　　ｚ方向
に一定量だけ移動させると、その先端は顕微鏡２の視野
近傍に概略位置決めされる（ＳＴ１３）。この状態では
、微小器具１の先端がｙ方向にのみ顕微鏡２の視野から
ずれている可能性があるので、ＴＶカメラ３からの画像
データが変化するまでｙ方向に駆動する（ＳＴ１４．　
５Ｔ１５）。これにより微小器具１の先端は顕微鏡２の
視野内に入る。

この状態でＴＶカメラ３からの映像信号に基づく画像処
理を行い、微小器具１の先端の水平方向の精密位置決め
を行う（ＳＴ１６）。その後、微小器具１を所定距離だ
け移動して、ステージ２ａ上から除去する（ＳＴ１７）
。そして２ステージ２ａ上に操作容器１１を載せた後、
再び先の精密位置決めされた位置へと微小器具１を移動
させて（ＳＴ１８゜５Ｔ１９）、プログラムを終了する
。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、顕微鏡に対して
所定の位置関係で配設された位置検出器の出力に基づい
て、微小器具の先端を顕微鏡の視野外において自動的に
概略位置決めし、次いで上述の位置関係に基づいて微小
器具の先端を顕微鏡の視野近傍に移動させた後、顕微鏡
像の画像処理によって微小器具先端を精密位置決めする
よう構成したから、微小器具先端を手動操作によること
なく自動的に所望の初期位置に移動させることができ、
作業能率を向上させることができる。

【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図はその位置検
出器４近傍の斜視図、第４図はその位置検出器４の拡大
図、 第５図はそのＡ−Ａ矢視図、 第６図はＲＯＭ７２に書き込まれた初期位置設定プログ
ラムを示すフローチャート、 第７図はそのプログラムによる動作手順の説明図、 第８図は差動フォトダイオード４ｂの特性図、第９図は
微小器具１の先端の形状説明図である。 １・・・微小器具 ２・・・顕微鏡 ２ａ・・・ステージ ３・・・ＴＶ左カメ ラ・・・位置検出器 ４ｂ・・・差動フォトダイオード ７・・・コンピュータ ８・・・ドライバ １０・・・駆動機構 １１・・・操作容器 特許出願人　　　　　株式会社島津製作所代　理　人　
　　　　　弁理士　西１）新第２０

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）顕微鏡の視野下で微小器具を操作することによっ
   て細胞等の被処理物に所定の処理を施す装置において、
   上記処理前に上記微小器具を自動的に顕微鏡視野下所定
   位置へ移動させるための装置であって、制御信号に基づ
   いて上記微小器具を水平方向および鉛直方向に駆動する
   駆動手段と、上記顕微鏡に対して所定の位置関係で配設
   され、上記顕微鏡の視野外において上記微小器具の位置
   を検出する位置検出手段と、その位置検出手段の出力に
   基づいて上記微小器具の先端をあらかじめ設定された位
   置に位置決めすべく上記駆動手段に制御信号を供給する
   第１の位置制御手段と、上記顕微鏡に装着されたＴＶカ
   メラからの画像情報を用いた画像処理に基づいて上記微
   小器具の先端を当該画像内の所定部位にまで変位させる
   べく上記駆動手段に制御信号を供給する第２の位置制御
   手段を備えたことを特徴とする、マイクロマニピュレー
   タにおける微小器具の自動位置決め装置。
2. （２）上記位置検出手段が、発光ダイオードとその発光
   ダイオードと所定の空隙を介して対向する差動フォトダ
   イオードによって構成され、上記空隙に挿入された微小
   器具の鉛直方向および長手水平方向の位置を非接触で検
   出し得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における微小器
   具の自動位置決め装置。