JP3868024B2 - マイクロマニピュレータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学顕微鏡の周辺機器に係り、さらに詳しくは光学顕微鏡下で行う細胞等の被検物を微細操作するマイクロマニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡の視野下においた細胞を遠隔から微細操作する装置としてマイクロマニピュレータが知られている。一般に、マイクロマニピュレータにおける細胞操作は操作部を介して行われるが、操作部の操作性を改善した種々のマイクロマニピュレータが提案されている。
【０００３】
この種従来のマイクロマニピュレータには、駆動方式として油圧式、水圧式等のメカ方式と、電気方式（モータライズ化方式）のものがある。このうちのメカ方式のものは、当然のことながら位置決めは微動も粗動もいずれも手動操作で行っていた。
【０００４】
また、電気方式のものとして、本出願人が先に出願した特開平６−３４２１２１号公報（特願平６−６８５３１号）に示すように構成したものがあり、これは空間座標で規定されるＸ，Ｙ，Ｚ軸および任意のＤ軸の各々が独立の超音波モータで駆動され、各軸毎の動作許容範囲を規定するために各軸毎に２個のリミットスイッチがそれぞれ配設されており、ジョイスティックやトラックボールで操作ができ、さらにキーボードから目標位置を座標入力することが可能に構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上述べた従来のものはいずれも次のような問題点を有している。すなわち、メカ方式のものでは、特に微動操作時のフィーリングが非常に難しく、職人芸的な技能が要求されてしまう。
【０００６】
また、電気方式のものにあっては、操作針の位置に着目したとき、Ｄ軸駆動は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の同時駆動と等価になるが、座標指定時など、どちらをどれだけ動かすかの判断は明確になっていない。ここで、余分な振動等を避けるため、細胞にアクセスする操作はＤ軸で行う必要があり、このため細胞表面付近までジョグ等でＤ軸を操作して操作針を移動させた場合、いざ細胞にアクセスしようとしたら、丁度Ｄ軸に配設されているリミットスイッチによりリミット位置が検出されるため、それ以上Ｄ軸を移動させることができないという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、前記問題点を除去するためなされたもので、微細操作を行う場合に被検物表面にて、Ｄ軸がリミット位置になってしまい、位置再調整が必要になることを防止し、Ｄ軸方向の駆動を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動で行う時も、初心者でも容易に操作可能なマイクロマニピュレータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成したものである。請求項１に対応する発明は、顕微鏡の視野下で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及びＤ軸方向にそれぞれ移動可能に構成した操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、およびＤ軸方向にそれぞれ変位し、このうちのいずれかであって前記Ｄ軸に対して平行に前記操作針が固定された４つの可動体と、電流を入力することにより得られる電気エネルギーを、機械的な運動エネルギーに変換し、前記各可動体をそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータと、
前記各可動体の位置をそれぞれ検出し、この検出した位置情報を出力する位置検出手段と、前記操作針の移動方向、移動距離および微細操作時であるか否かに応じた動作指令信号を出力する動作指令発生手段と、前記微細操作しないときは前記動作指令発生手段から出力された動作指令信号に応じて、前記Ｄ軸の移動範囲を制限する制限手段と、前記動作指令発生手段から出力される動作指令信号と前記位置検出手段からの位置情報に基づきそれぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生し、かつ前記制限手段により制限されるＤ軸方向指令に対しては、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を同時駆動することで対応し、微細操作時にはＤ軸の制限を加えないように、それぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生する制御手段と、前記制御手段で発生した各軸の駆動信号に対応する電流を、前記各アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動手段とを備えたマイクロマニピュレータである。
【０００９】
請求項２に対応する発明は、顕微鏡の視野下で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及びＤ軸方向にそれぞれ移動可能に構成した操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、およびＤ軸方向にそれぞれ変位し、このうちのいずれかであって前記Ｄ軸に対して平行に前記操作針が固定された４つの可動体と、電流を入力することにより得られる電気エネルギーを、機械的な運動エネルギーに変換し、前記各可動体をそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータと、前記各可動体の位置をそれぞれ検出し、この検出した位置情報を出力する位置検出手段と、前記操作針の駆動指令時に操作対象が細胞か細胞以外かを選択する選択手段と、この選択に対応して動作指令信号を出力する動作指令発生手段と、前記選択手段の選択が細胞であるときには、Ｄ軸に対するアクチュエータを駆動して前記動作指令を実行し、前記選択手段の選択が細胞以外であって前記動作指令による移動範囲が所定の範囲内である場合にはＤ軸に対するアクチュエータを駆動して前記動作指令を実行し、前記選択手段の選択が細胞以外であって前記動作指令による移動範囲が所定の範囲外である場合には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対するアクチュエータを同時駆動して前記動作指令を実行する制御手段と、前記制御手段で発生した各軸の駆動信号に対応する電流を、前記各アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動手段とを備えたマイクロマニピュレータである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のマイクロマニピュレータ（顕微鏡の視野下で操作針を使用して被検物を微細操作するためのもの）の全体の概略構成を示すブロック図である。具体的には、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向、および後述する操作針２と同方向のＤ軸方向の４方向にそれぞれ変位する４つの可動体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄと、可動体１Ａ〜１Ｄのいずれか例えばここでは可動体１Ａに固定された操作針２と、可動体１Ａ〜１Ｄの位置をそれぞれ検出し、位置情報を後述する制御手段５に出力する位置検出器３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄと、操作針２の移動方向、移動距離およびＤ軸方向移動時にＸ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動とＤ軸駆動のどちらかを選択したとき、この選択に対応して動作指令信号を出力する動作指令発生手段４と、動作指令発生手段４から出力される動作指令信号に応じてそれぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生する制御手段５と、制御手段５で発生した各軸の駆動信号を増幅し、対応するアクチュエータに電流を供給するアクチュエータ駆動手段６と、アクチュエータ駆動手段６からの電流を入力することにより得られる電気エネルギーを機械的な運動エネルギーに変換し、前記可動体１Ａ〜１Ｄをそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータ７Ａ〜７Ｄ例えば圧電体が付着された弾性体からなる超音波モータで構成されている。
【００１２】
このような構成のものにおいて、請求項１に対応する発明の実施形態は、操作針２に対して該操作針２をＤ軸方向またはＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に同時に駆動するための駆動指令を与えることが可能な手段を備えたものである。具体的には動作指令発生手段４で選択された信号に基づき制御手段５は駆動軸Ｘ，Ｙ，Ｚ軸が同時あるいはＤ軸のみを駆動するための駆動指令を、駆動手段６に与えるように構成したものである。
【００１３】
また、請求項２に対応する発明の実施形態は、互いに直交するＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸方向、およびＤ軸方向にそれぞれ変位し、このうちのいずれかであってＤ軸に対して平行に操作針２が固定された４つの可動体１Ａ〜１Ｄと、電流を入力することにより得られる電気エネルギーを、機械的な運動エネルギーに変換し、可動体１Ａ〜１Ｄをそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータ例えば超音波モータ７Ａ〜７Ｄと、各可動体１Ａ〜１Ｄの位置をそれぞれ検出し、この検出した位置情報を出力する位置検出手段例えば光学式リニアスケール３Ａ〜３Ｄと、操作針２の移動方向、移動距離およびＤ軸方向移動時にＸ，Ｙ，Ｚ軸同時あるいはＤ軸のどちらかを選択したとき、この選択に対応して動作指令信号を出力する動作指令発生手段４と、動作指令発生手段４から出力される動作指令信号と光学式リニアスケール３Ａ〜３Ｄからの位置情報に基づきそれぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生する制御手段５と、制御手段５で発生した各軸の駆動信号に対応する電流を、各超音波モータ７Ａ〜７Ｄに供給するアクチュエータ駆動手段６とを備えたものである。
【００１４】
さらに、請求項３に対応する発明の実施形態は、請求項２に対応する発明の実施形態とは、次の点が異なる。すなわち、制限手段と、制御手段５であり、制限手段は、微細操作しないときは動作指令発生手段４から出力された動作指令信号に応じて、Ｄ軸の移動範囲を制限するものである。制御手段５は動作指令発生手段４から出力される動作指令信号と位置検出手段例えば光学式リニアスケール３Ａ〜３Ｄからの位置情報に基づきそれぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生し、かつ前記制限手段により制限されるＤ軸方向指令に対しては、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を同時駆動することで対応し、微細操作時にはＤ軸の制限を加えないように、それぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生するものである。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図２は第１実施形態の全体構成を説明するための図で、倒立顕微鏡８は微細操作の対象である被検物例えば細胞９が配置されるステージ１０を備える。倒立顕微鏡８の本体には、レボルバ１１が自転自在に取り付けられている。レボルバ１１は、各々所定の倍率を有する複数の対物レンズ１２が取り付け可能となっており、レボルバ１１が自転することにより所定倍率の対物レンズ１２を光軸上に配置できる様になっている。
【００１６】
倒立顕微鏡８は光軸上に対物レンズ１２に入射する観察光を接眼レンズ１３へ導き、被検物像（標本像）を肉眼観察可能とし、またステージ１０上の細胞９を照明する照明装置１４を備えている。
【００１７】
一方、本発明のマイクロマニピュレータの概略構成として、図３に示すように細胞９を操作する操作針２は、後述するマニピュレータ本体１７に移動可能に支持されたＤ軸方向移動用の可動体１Ｄに固定されている。可動体１Ｄは、超音波モータ７ＤでＤ軸方向に駆動される様になっている。また、この可動体１Ｄの位置検出を行なうための位置検出手段、例えば、光学式のリニアスケール３Ｄが取り付けられ、９Ｏ度位相のずれたＡ，Ｂ相の信号を制御手段５に出力する。
【００１８】
図３にこの超音波モータ周辺の斜視図を示す。マニピュレータ本体１７は、断面がコの字型をなす枠体１８の対向する一方の面が、その正面側から背面側に向けて超音波モータ７Ｄの横幅より若干大きな幅で切りかかれており、その切欠部に超音波モータ７Ｄが挿入されている。
【００１９】
超音波モータ７Ｄの側面図を図４に示す。超音波モータ７Ｄは、弾性体２３と、その弾性体２３に固設され電気エネルギーを幾何学的な変位に変換する積層圧電体２４とから構成されている。弾性体２３の両側面であって、該弾性体２３に生じる弾性波の振動の節となる位置に支持ピン２５が設けられている。弾性体２３、積層体２４の伸縮振動から楕円振動をつくるものであって、２種の弾性波が定在する様になる。
【００２０】
この弾性体２３における積層圧電体２４の取り付け面と対向する面に１対の摺動部材２６が設けられている。弾性波の振動の節となる位置に支持ピン２５が設けられていることから、超音波モータ７Ｄの２つの摺動部材２６に押圧力が均等に付加されこととなっている。
【００２１】
このマニピュレータ本体１７は顕微鏡ステージ１０上における細胞９を操作可能な位置に、図示しない固定治具を介して固定されている。なお、Ｄ軸以外にＸ，Ｙ，Ｚ軸も同様に、各軸毎に可動体、超音波モータ、光学式リニアスケールからなるをとなっており、各駆動軸の位置関係は図５に示す通りで、Ｘ，Ｙ，Ｚの３方向も操作針を駆動可能となっている。ここで、２７Ａ〜２７ＤはそれぞれＸ，Ｙ，Ｚ，Ｄ軸のガイド部である。なお、２７Ａは図５には図示されていない。
【００２２】
図２に示すように、動作指令発生手段４には、操作針２を移動させるためのロータリエンコーダ１５Ａ〜１５Ｄがそれぞれ方向別に取り付けられている。
また、同じく動作指令発生手段４にはＤ方向移動時に、Ｄ軸を駆動するか、それともＸ，・Ｙ，Ｚ軸を同時に駆動するかの選択手段例えは選択スイッチ１６が設けられている。
【００２３】
このロータリーエンコーダ１５Ａ〜１５Ｄの回転信号と選択スイッチ１６の信号は動作指令信号として制御手段５に出力される。
制御手段５では、位置検出手段例えば光学式リニアスケール３Ａ〜３Ｄからの各軸の位置検出信号（位置情報）と動作指令発生手段４例えば操作部から送られる動作指令信号に基ずき、逐次、次に行なうべき動作内容を実時間的に決定して、これに対応する制御信号を生成し、アクチュエータ駆動手段６に出力する。
【００２４】
また同時に選択スイッチ１６の信号に基ずきＤ方向移動時の駆動軸を判断する。駆動手段６はアクチュエータ例えば超音波モータ７Ａ〜７Ｄが変位を発生するに要するエネルギーを、駆動電力という形態で超音波モータ７Ａ〜７Ｄに供給する。
【００２５】
以上の構成において、動作指令発生手段４で例えばＸ方向移動用のロータリーエンコーダ１５Ａが回されると、ロータリエンコーダの回転信号が制御手段５に送られる。
【００２６】
図６は、制御手段５の１軸分の内部構成を示している。制御手段５は、図中破線で示され、比較器１９１，積分演算器１９２，比例演算器１９３からなる位置制御ループ１９及び比較器２００，積分演算器２０１，微分演算器２０２，比例演算器２０３からなる速度制御ループ２０により構成されている。この制御手段５は、ロータリエンコーダ１５の回転信号を指令値として入力し、光学式リニアスケール３Ａからの位置信号との偏差を比較・積分演算した後、光学式リニアスケールの変位信号を微分して得られる速度信号との偏差・微分・積分演算により制御信号を生成される。
【００２７】
この様なフィードバックループにより、ロータリーエンコーダの回転信号を、駆動手段６へ超音波モータ（Ｘ軸）駆動信号として、出力する。駆動手段６では、この駆動信号を増幅し超音波モータ７Ａに電流を供給する。超音波モータは、供給された電力を、機械的なエネルギーに変換し可動体１Ａを変位させ、同時に操作針２もＸ軸方向に移動する。
【００２８】
この様にして、Ｘ軸方向移動用のロータリーエンコーダ１５Ａを回すことにより、操作針２がＸ方向に駆動され、同様に、ロータリーエンコーダ１５Ｂ，１５Ｃを回すことにより、操作針２がＹ方向、Ｚ方向に駆動される。
【００２９】
次に、Ｄ軸方向移動用のロータリーエンコーダ１５Ｄが回された時について説明する。この時、選択スイッチ１６がどちらの状態になっているかにより、制御方法が異なる。まず、Ｄ軸が選択されている場合は前述したＸ方向駆動と同様の制御シーケンスでＤ軸が駆動され操作針２もＤ軸方向に移動する。
【００３０】
逆に、選択スイッチ１６が、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動状態になっている場合、この選択スイッチ１６の状態を認識した制御手段５では、Ｄ軸の駆動は行なわずＸ，Ｙ，Ｚ軸を同時に駆動し、操作針２の動きとしてはＤ軸の駆動と等価の動作になる様にする。
【００３１】
この時、制御手段５では、Ｄ軸方向移動用のロータリーエンコーダ１５ＤがＲパルス回転したとすると、Ｘ方向移動用のロータリーエンコーダ１５ＡがＫＩＲパルス、同じくＹ方向がＫ２Ｒパルス、Ｚ方向がＫ３Ｒパルス回転したのと等価と考え、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を同時に駆動する。
【００３２】
ここで、Ｋｌ．Ｋ２、Ｋ３はＤ軸（操作針２）がおおよそどの方向を向くかにより、あらかじめ設定されている係数である。
実際には、マニピュレータ本体１７の取り付け方法（位置、角度）や、細胞９の位置、高さなどにより操作針２の角度はある程度ばらつくが、細胞９の表面まで操作針２を持っていく動作に関してはそれほど気にならない場合も多いと思われる（この角度を補正する方法については後に述べる）。
【００３３】
この第１実施形態によれば、細胞９の表面まで操作針２を移動する場合には、まずＤ軸を中央付近にしておき、選択スイッチ１６をＸ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動側に切替え、各ロー夕リーエンコーダ１５Ａ〜１５Ｄを操作することにより操作針２を細胞９の表面に持っていく。
【００３４】
続いて、細胞９を操作する場合には、選択スイッチ１６を逆にＤ軸駆動側に選択することにより、Ｄ軸駆動により細胞９をアクセスできる。この時Ｄ軸がリミット位置にあり、細胞９側にこれ以上進まないなどという心配は本実施形態ではない。
【００３５】
また、選択スイッチ１６をＸ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動側を選択時（指定時）は制御手段５において、自動的にＤ軸を常に中央に固定してしまうこともできる。
このようにすれば、上記に述べた、細胞９の表面まで操作針２を持っていく前にＤ軸を中央付近にあわせる手間は省くことができる。
【００３６】
次に、第２実施形態について、図７を参照して説明する。第１実施形態と構成において、異なる部分は、動作指令発生手段４の操作スイッチ２８が、Ｘ，Ｙ、Ｚ軸同時駆動側とＤ軸駆動側の選択ではなく、細胞９の操作時か、細胞９以外の操作時の選択を行う選択手段例えば選択スイッチとしたものである。
【００３７】
このように構成した第２実施形態において、制御手段５の制御が以下のようになる。Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のロータリーエンコーダ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが回された時は、それぞれ対応する軸の駆動が行なわれる。
【００３８】
ところが、Ｄ軸方向のロータリーエンコーダ１５Ｄを回された場合には次のような作用となる。
まず、動作指令発生手段４例えば操作部の選択スイッチ２８が細胞操作以外となっていると次の制御を行なう。
【００３９】
基本的には対応するＤ軸を駆動するわけであるが、Ｄ軸の移動範囲のリミット側１０％（両側）は駆動範囲外とし、８０％の範囲内でＤ軸駆動を行なう。この８Ｏ％の範囲を越えた指令が動作指令発生手段４（ロータリーエンコーダ１５Ｄ）からきた場合は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を同時駆動する。
【００４０】
また、動作指令発生手段４の選択スイッチ２８が細胞操作時となっている場合は、純粋にＤ軸の駆動を行なう。この場合、特に駆動範囲の制限はない。つまり、操作者は細胞表面付近まで操作針２を持っていく場合には、動作指令発生手段４の選択スイッチ２８を細胞操作以外と設定しておき、細胞９の表面まで操作針２を持ってきた時点で選択スイッチ２８を細胞操作時選択と切り換えて、ひき続いて細胞操作を行なう。
【００４１】
この様な操作手順によれば、細胞操作時にＤ軸がリミット位置に対して最低１０％の余裕があり、かつ細胞表面付近まで操作針２を持っていく場合は制限範囲内ではＤ軸駆動となるため、操作性が非常に良いマイクロマニピュレータとなる。
【００４２】
次に、第３の実施形態について、図８を参照して説明する。この実施形態は、第２実施形態と比較し動作指令発生手段４が異なる。すなわち、選択スイッチ２８に加えて例えば押しボタンスイッチからなるセットスイッチＡ２１と、例えば押しボタンスイッチからなるセットスイッチＢ２２を追加したものである。
【００４３】
このような実施形態にあっては、第１実施形態において、Ｄ軸駆動の代わりにＸ，Ｙ，Ｚ軸同時に駆動を行なう場合があるが、この時の駆動方向をＤ軸と同方向に調整する機能をもたせたものである。
【００４４】
セットスイッチＡ２１が押されたことを制御手段５０を認識すると、Ｄ軸を一定量、細胞とは反対方向に駆動し、現在のＸ，Ｙ，Ｚ軸の位置を記憶する。また、セットスイッチＢ２２が押されたことを制御手段５で認識すると、記憶されているＸ，Ｙ，Ｚ軸位置と現在位置とを比較し、それぞれの差分Ｋｌ．Ｋ２、Ｋ３を記憶する。
【００４５】
第１実施形態で説明した様に、この記憶されたＫ１．Ｋ２、Ｋ３は、次にＸ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動する場合に各軸を駆動する係数として用いられる。
操作上は下記の示す通りである。まず操作者が動作指令発生手段４のロータリーエンコーダ１５Ａ〜１５Ｄを回転させ、操作針２を視野内の中心位置まで持ってくる。ここで、セットスイッチＡ２１を押すと、Ｄ軸が一定量動き中心位置から操作針２が移動する。
【００４６】
続いて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向移動用のロータリーエンコーダ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを操作し、元の視野内の中心位置まで操作針を移動させ、セットスイッチＢ２２を押す。
【００４７】
以上の手順で操作を行うことにより、前述したように制御手段５でＤ軸の傾きを検出することができ、次回のＸ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動からはＤ軸と同方向での操作針２の駆動が可能となる。
【００４８】
この調整作業は、マニピュレータ本体１７を手動操作した後（取付をやり直した場合）などに再調整が必要であるが、各軸を電動機で駆動している場合には、１度だけ行えばよい。
【００４９】
また、操作針２を視野中心にあわせる例をあげたが、特に中心でなくとも再現できる位置であればフレームレチクル周辺などでもよい。
＜変形例＞
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施可能である。前述の第２の実施形態では、Ｄ軸の制限を移動範囲の両側各１Ｏ％としたが、これは実際に細胞をアクセスするのに必要なストロークがあればよく、別の値でも、片側だけとしても良い。
【００５０】
また、前述した実施形態ではアクチュエータとして超音波モータを使用した場合について説明したが、これに限らず、ステッピングモータ等を使用した電動マニピュレータでも使用可能である。
【００５１】
さらに前述の実施形態において、操作針２を顕微鏡の視野内の第１の位置に駆動し、Ｄ軸を一定量駆動し第２の位置に移動させた後、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を駆動し再び第１の位置まで操作針２を移動し、この時のＤ軸及びＸ、Ｙ、Ｚ軸の変位量により、制御手段５でＤ軸の傾きを算出し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動時に前記傾きを元に、Ｄ軸と平行になる様各軸に重みずけを行い、それぞれの駆動軸に対応する駆動信号を出力するように構成してもよい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、微細操作を行う場合に被検物表面にて、Ｄ軸がリミット位置になってしまい、位置再調整が必要になることを防止し、Ｄ軸方向の駆動を、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸同時駆動で行う時も、Ｄ軸と同方向の駆動を行うことができ、初心者でも容易に操作可能なマイクロマニピュレータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロマニピュレータの概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明のマイクロマニピュレータの第１の実施形態を説明するための図。
【図３】図２の超音波モータを説明するための斜視図。
【図４】図２の超音波モータを説明するための側面図。
【図５】図２の可動体と操作針の関係を説明するための斜視図。
【図６】図２の制御手段を説明するためのブロック図。
【図７】本発明のマイクロマニピュレータの第２の実施形態を説明するための図。
【図８】本発明のマイクロマニピュレータの第３の実施形態を説明するための図。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｃ…可動体、
２…操作針、
３Ａ〜３Ｄ…位置検出器、
４…動作指令発生手段、
５…制御手段、
６…アクチュエータ駆動手段、
７Ａ〜７Ｄ…超音波モータ、
１５Ａ〜１５Ｄ…ロータリコーダ、
１６，２８…選択スイッチ、
２１，２２…セットスイッチ。

Claims (2)

1. 顕微鏡の視野下で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及びＤ軸方向にそれぞれ移動可能に構成した操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、
   互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、およびＤ軸方向にそれぞれ変位し、このうちのいずれかであって前記Ｄ軸に対して平行に前記操作針が固定された４つの可動体と、
   電流を入力することにより得られる電気エネルギーを、機械的な運動エネルギーに変換し、前記各可動体をそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータと、
   前記各可動体の位置をそれぞれ検出し、この検出した位置情報を出力する位置検出手段と、
   前記操作針の移動方向、移動距離および微細操作時であるか否かに応じた動作指令信号を出力する動作指令発生手段と、
   前記微細操作しないときは前記動作指令発生手段から出力された動作指令信号に応じて、前記Ｄ軸の移動範囲を制限する制限手段と、
   前記動作指令発生手段から出力される動作指令信号と前記位置検出手段からの位置情報に基づきそれぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生し、かつ前記制限手段により制限されるＤ軸方向指令に対しては、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を同時駆動することで対応し、微細操作時にはＤ軸の制限を加えないように、それぞれの駆動軸に対応する駆動信号を発生する制御手段と、
   前記制御手段で発生した各軸の駆動信号に対応する電流を、前記各アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動手段とを備えたマイクロマニピュレータ。
2. 顕微鏡の視野下で、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向及びＤ軸方向にそれぞれ移動可能に構成した操作針を使用して被検物を微細操作するマイクロマニピュレータにおいて、
   互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向、およびＤ軸方向にそれぞれ変位し、このうちのいずれかであって前記Ｄ軸に対して平行に前記操作針が固定された４つの可動体と、
   電流を入力することにより得られる電気エネルギーを、機械的な運動エネルギーに変換し、前記各可動体をそれぞれ直線移動させる４つのアクチュエータと、
   前記各可動体の位置をそれぞれ検出し、この検出した位置情報を出力する位置検出手段と、
   前記操作針の駆動指令時に操作対象が細胞か細胞以外かを選択する選択手段と、
   この選択に対応して動作指令信号を出力する動作指令発生手段と、
   前記選択手段の選択が細胞であるときには、Ｄ軸に対するアクチュエータを駆動して前記動作指令を実行し、前記選択手段の選択が細胞以外であって前記動作指令による移動範囲が所定の範囲内である場合にはＤ軸に対するアクチュエータを駆動して前記動作指令を実行し、前記選択手段の選択が細胞以外であって前記動作指令による移動範囲が所定の範囲外である場合には、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対するアクチュエータを同時駆動して前記動作指令を実行する制御手段と、
   前記制御手段で発生した各軸の駆動信号に対応する電流を、前記各アクチュエータに供給するアクチュエータ駆動手段とを備えたマイクロマニピュレータ。

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