マニピュレータ、マニピュレータシステム、マニピュレータ用画像表示装置及びマニピュレーションシステム
【課題】細胞等の微小微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のための動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供する。
【解決手段】このマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能であって、キャピラリの動作を制御する制御部４３と、制御部に対しキャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部４７，４９と、を備え、操作部が、その指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部４７ａ，４７ｂを有し、ボタン操作部を押すことで、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われる。
【解決手段】このマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能であって、キャピラリの動作を制御する制御部４３と、制御部に対しキャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部４７，４９と、を備え、操作部が、その指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部４７ａ，４７ｂを有し、ボタン操作部を押すことで、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞等の微小な対象物を操作するマニピュレータ、マニピュレータシステム、マニピュレータ用画像表示装置及びマニピュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵細胞に核や精子を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。特許文献１に開示のマイクロマニピュレータ１０００は、図７に示すように、ホルダブロック１３００と、移動テーブル１４００と、圧電素子１５００と、移動ステージ１６００と、ステッピングモータ１７００と、を有する。ピペット１１００がピペットホルダ１２００に装着され、ピペット１１００の先端に卵子等の細胞に核や精子を注入するガラス製のインジェクションキャピラリ１１１０が接続されている。
【０００３】
ホルダブロック１３００は移動テーブル１４００に取り付けられ、移動テーブル１４００は、移動ステージ１６００に設けられたガイドレール１９００に沿って直線移動可能である。移動ステージ１６００にはステッピングモータ１７００が取り付けられ、ステッピングモータ１７００の駆動力が図示しないネジ機構等を介して移動テーブル１４００へ伝達される。これにより、移動テーブル１４００は、ガイドレール１９００に沿って直線移動されてホルダブロック１３００を移動させ、ホルダブロック１３００及びピペットホルダ１２００を介して、ピペット１１００，キャピラリ１１１０を所望位置まで直線移動させる。圧電素子１５００は、電圧の印加でひずみを生じるピエゾ素子からなり、ホルダブロック１３００に直接取り付けられている。圧電素子１５００にパルス電圧を加えることでホルダブロック１３００が振動することにより、ピペットホルダ１２００、ピペット１１００を介してインジェクションキャピラリ１１１０が微小振動する。
【０００４】
マイクロマニピュレータ１０００によるインジェクションキャピラリ１１１０の動作について図８を参照して説明する。インジェクションキャピラリ１１１０を移動テーブル１４００により方向ＡＡに移動させ、圧電素子１５００によりインジェクションキャピラリ１１１０を微小振動させる。これにより、図８のように、細胞３０００の細胞質３１００を覆う細胞膜３２００及び細胞膜３２００の周囲で細胞３０００を保護する透明帯３３００に穿孔３４００が形成される。次に、インジェクションキャピラリ１１１０を穿孔３４００を通過させて移動テーブル１４００により細胞３０００内に進入させ、インジェクションキャピラリ１１１０から細胞３０００内へ核または精子を注入する。注入後、移動テーブル１４００を方向ＡＡと反対の方向Ａ’に移動させることで、インジェクションキャピラリ１１１０を細胞３０００から抜く。なお、上記動作の際に、ホールディングキャピラリ２１００により細胞３０００が保持される。
【０００５】
上述のインジェクションキャピラリ１１１０による穿孔動作は圧電素子１５００を駆動することで行い、インジェクションキャピラリ１１１０を細胞３０００から抜く動作はマニピュレータ１０００を駆動して行う。
【０００６】
また、上述のような細胞等の微小な対象物に微細な操作を行うマニピュレータを使用する際には、顕微鏡画像を集録し、パソコン（ＰＣ）等のディスプレイ上に表示し、ディスプレイ上の顕微鏡画像を観察しながら操作を行っている。または、作業者が顕微鏡の接眼レンズから対象試料を観察しながら操作を行っている。
【０００７】
また、特許文献２は、顕微鏡下で硝子電極等のマイクロツールを操作者がダイヤルで油圧等の液圧により微動的に遠隔操作できるようにした液圧遠隔操作型マイクロマニピュレータ装置を開示する。また、特許文献３は、細胞操作用途のマニピュレータションシステムであって、作業者が顕微鏡接眼レンズを見ながらジョイスティックを操作するものを開示する。
【特許文献１】特開２００４−３２５８３６号公報
【特許文献２】特許３３４１１５１号公報
【特許文献３】国際公開公報ＷＯ２００４／０１５０５５Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、インジェクションキャピラリを卵子等の細胞から抜く動作は、人的操作であり、す早くインジェクション方法とは逆方向へ行う必要があるが、このような速い動作は操作者の技量に依存するため、インジェクションキャピラリを細胞から抜く動作に人為的な誤差が生じ易い問題があった。また、インジェクションキャピラリによる穿孔・インジェクションの各動作にも同様の問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のための動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することを第１の目的とする。
【００１０】
また、上述のＰＣディスプレイ上に表示される顕微鏡画像の表示倍率や顕微鏡倍率を変更するとき、ディスプレイ上の表示設定を変更するか、または、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えなければならない。このため、倍率変更の必要が生じる度に、倍率変更のための操作が必要となり、マニピュレータによる迅速な操作処理の支障となってしまう。
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能なマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
また、特許文献２のように、液圧や空圧により駆動されるアクチュエータを有するマニピュレータを操作する場合、マニピュレータと操作するインターフェイスとがホースで接続されて圧力を伝達するが、圧力を伝達するホースが長くなると動作に不具合が生じる可能性があるため遠隔操作が困難であった。また、距離的に遠く離れた場合は遠隔操作は不可能となる。また、クリーンベンチ内にマニピュレータを設置する必要がある場合、マニピュレータを遠隔操作できないため、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作しなければならず、操作者に対する負担が大きい。また、従来の多くのマニピュレータは、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行うので、使用するには熟練した技術が必要となり、また、ジョイステック操作時の顕微鏡へ伝わる振動も操作する上で問題となる。
【００１３】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能なマニピュレーションシステムを提供することを第３の目的とする。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記第１の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とする。
【００１５】
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作がボタン操作部を押すことで行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００１６】
上記マニピュレータにおいて、前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる。例えば、ボタン操作部を押すことで微小対象物からキャピラリを抜く動作が行われるようにすることで、キャピラリを抜く動作において人為的な誤差が抑えられて確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００１７】
また、前記ボタン操作部を少なくとも２つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われるように構成することが好ましい。なお、少なくとも２つボタン操作部は並んで配置することで操作性が向上する。
【００１８】
上記第１の目的を達成するために、別の実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とする。
【００１９】
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の一連の動作がボタン操作部を押すことで自動的に連続して行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００２０】
上記各マニピュレータにおいて、前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されていることが好ましい。操作部を操作しながらボタン操作部を簡単に押すことができ、操作性が向上する。
【００２１】
また、前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換えるように構成できる。
【００２２】
なお、上述の操作部はポインティングデバイスから構成することができ、このポインティングデバイスの操作によりキャピラリの動作を指示することができる。
【００２３】
さらに別の実施形態によるマニピュレータシステムは、上述のマニピュレータと、前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備える。
【００２４】
このマニピュレータシステムによれば、卵子や細胞等の微小対象物を別のキャピラリで保持しながらインジェクション操作を確実に行うことができ、このときのインジェクション操作による動作がボタン操作部を押すことで行われるので、微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００２５】
なお、上記マニピュレータシステムは、さらに、前記各キャピラリの先端と前記微小対象物とを観察可能な顕微鏡と、前記顕微鏡からの画像信号に基づいて顕微鏡画像を表示するＣＲＴや液晶パネル等からなる表示部（ディスプレイ）と、を備え、前記表示部に上述のボタン操作部を表示させて、前記表示部の画面上でマウス等のポインティングデバイスを操作してボタン操作部を押すように構成することができる。
【００２６】
上記第２の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、微小な対象物を操作するマニピュレータと、前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とする。
【００２７】
このマニピュレータシステムによれば、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも２画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００２８】
上記マニピュレータシステムにおいて前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なるようにできる。これにより、低倍率による顕微鏡画像で顕微鏡下の細胞等の微小な対象物の状態を把握しながら高倍率による顕微鏡画像で細胞等に対する微細な操作を行うことができる。
【００２９】
また、前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものであり、１つの撮像部で各顕微鏡画像を集録する。
【００３０】
また、前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得ることができる。
【００３１】
また、マニピュレータ用画像表示装置は、上述のマニピュレータシステムに使用されるものである。これにより、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも２画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００３２】
上記第３の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレーションシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とする。
【００３３】
このマニピュレーションシステムによれば、ネットワークを介して接続した情報端末装置からの情報入力に基づいてアクチュエータを電動駆動することでマニピュレータにより微小対象物に対する操作を行うことが可能となるので、情報端末装置により離れた位置でマニピュレータを遠隔操作することができる。
【００３４】
上記マニピュレーションシステムにおいて前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作することができる。なお、一対のマニピュレータの他方に微小対象物を陰圧で保持するキャピラリが取り付けられる場合には、陰圧が電動で調整可能に構成され、そのキャピラリの陰圧を遠隔操作で調整可能である。
【００３５】
上記第４の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とする。
【００３６】
このマニピュレータシステムによれば、マニピュレータを操作手段によりワイヤレスで操作できるので、机上及び空中の双方の任意の位置で操作が可能であり、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作することができる。
【００３７】
上記マニピュレータシステムにおいて前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作することができる。これにより、表示手段上に表示された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢でマニピュレータを操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡への悪影響を抑えることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のためのキャピラリの動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能となる。
【００３９】
本発明のマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置によれば、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００４０】
本発明のマニピュレーションシステムによれば、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能となる。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００４２】
〈第１の実施形態〉
図１は第１の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
【００４３】
図１において、マニピュレータシステム１０は、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、ホールディング用マニピュレータ１４と、インジェクション用マニピュレータ１６とを備え、顕微鏡ユニット１２の左右にマニピュレータ１４，１６が配置されている。
【００４４】
顕微鏡ユニット１２は、カメラ１８、顕微鏡２０、ベース２２を備え、ベース２２の上方に顕微鏡２０が配置され、顕微鏡２０にはカメラ１８が連結されている。ベース２２上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース２２上の細胞（図示せず）に顕微鏡２０から光が照射される。ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像され、カメラ１８の撮像による画像を表示部４５に表示し、細胞を観察できる。
【００４５】
ホールディング用マニピュレータ１４は、直交３軸構成のマニピュレータとして、ホールディングピペット２４、ＸＹ軸テーブル２６、Ｚ軸テーブル２８、ＸＹ軸テーブル２６を駆動する駆動装置３０、Ｚ軸テーブル２８を駆動する駆動装置３２を備えている。ホールディングピペット２４は、Ｚ軸テーブル２８に連結され、Ｚ軸テーブル２８はＸＹ軸テーブル２６上に上下動自在に配置されている。ＸＹ軸テーブル２６は、駆動装置３０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル２８は、駆動装置３２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。
【００４６】
Ｚ軸テーブル２８に連結されたホールディングピペット２４は、その先端にホールディングキャピラリ２５が装着されており、ＸＹ軸テーブル２６とＺ軸テーブル２８の移動に従って三次元空間を移動領域として移動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の細胞等を保持するように構成されている。
【００４７】
インジェクション用マニピュレータ１６は、直交３軸構成のマニピュレータとして、インジェクションピペット３４、ＸＹ軸テーブル３６、Ｚ軸テーブル３８、ＸＹ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２を備え、インジェクションピペット３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、Ｚ軸テーブル３８はＸＹ軸テーブル３６上に上下動自在に配置され、駆動装置４０、４２はコントローラ４３に接続されている。
【００４８】
なお、図１では、マニピュレータ１４，１６は下方からＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の順で駆動する構成であるが、この構成順序（配置方法）に限定されるものではなく、他の順序で構成してもよく、例えば、ピペット２４，３４をＸ軸やＹ軸のテーブルに連結する構成であってもよい。
【００４９】
ＸＹ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。Ｚ軸テーブル３８に連結されたインジェクションピペット３４は、その先端にインジェクションキャピラリ３５が装着され、インジェクションキャピラリ３５は、針状になっており、ベース２２上の細胞等に挿入される。
【００５０】
ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、駆動装置４０、４２の駆動により、ベース２２上の細胞等を含む三次元空間を移動領域として移動し、インジェクションピペット３４を、例えば、インジェクションキャピラリ３５がベース２２上の細胞に挿入される挿入位置まで粗動駆動する粗動機構（三次元軸移動テーブル）として構成されている。
【００５１】
また、これらテーブル３６，３８は、移動テーブルとしての機能の他に、ナノポジショナとしての機能を備え、インジェクションピペット３４を往復動自在に支持するととともに、インジェクションピペット３４をその長手方向（軸方向）に沿って微動駆動するように構成されている。
【００５２】
具体的には、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８には、ナノポジショナとして、図２に示す微動機構４４が付加（内蔵）されている。図２は、図１のＸＹ軸テーブル３６，Ｚ軸テーブル３８に付加される微動機構の例を示す断面図である。
【００５３】
図２の微動機構４４は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング４８を備え、略円筒状に形成されたハウジング４８内には、ねじ軸５０が挿通されているとともに、円筒状の圧電素子５４、円筒状の間座５６がねじ軸５０の外周側に収納されており、軸受５８、６０が内輪間座６２を間にしてねじ軸５０にロックナット６６により固定されて収納されている。
【００５４】
軸受５８、６０は、それぞれ内輪５８ａ、６０ａと、外輪５８ｂ、６０ｂと、内輪５８ａ、６０ａと外輪５８ｂ、６０ｂ間に挿入されたボール５８ｃ、６０ｃを備え、各内輪５８ａ、６０ａがねじ軸５０の外周面に内輪間座６２を介して嵌合され、各外輪５８ｂ、６０ｂがハウジング４８の内周面に嵌合され、ねじ軸５０を回転可能に支持する。軸受５８は、ハウジング４８の内周面に嵌合された間座５６との当接により、圧電素子を介して蓋６４を締め付けることによって予圧が付与される。ハウジング４８の一端側には圧電素子に電圧を印加するための信号線を通すための孔４８ａ、４８ｂが形成されている。予圧調整は間座５６の長さを調整することによって押圧力を調整させ、軸受５８、６０へ適切な予圧力を与える。これにより、軸受５８、６０に所定の予圧が付与され、軸受５８、６０の外輪間に軸方向間距離としての間隙６３が形成される。
【００５５】
圧電素子５４は、孔４８ａ、４８ｂ内にそれぞれ挿入されたリード線７０、７２を介して図１のコントローラ４３に接続されており、コントローラ４３からの電圧に応じてインジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。
【００５６】
圧電素子５４は、コントローラ４３からインジェクション用電圧が印加されると、インジェクションキャピラリ３５に対しベース２２上の細胞に挿入するための穿孔動作を行うようになっており、また、コントローラ４３から微動用電圧が印加されると、ねじ軸５０をその長手方向（軸方向）に沿って微動させて、インジェクションキャピラリ３５の位置を微調整するようになっている。
【００５７】
なお、圧電素子５４に対するインジェクション用電圧を設定するに際しては、操作対象の細胞の性質等に合わせて、電圧の振幅や電圧の波形を調整できるようになっている。また、図２では円筒型の圧電素子を使用しているが、これに限定されず、例えば角筒型であってもよい。
【００５８】
コントローラ４３は、インジェクション用マニピュレータ１６を駆動するときには、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８を粗動駆動して、インジェクションピペット３４の先端に装着されたインジェクションキャピラリ３５をベース２２上の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構４４を用いてインジェクションキャピラリ３５を微動駆動するようになっている。
【００５９】
図１のコントローラ４３は、例えば、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）及び記憶手段としてのＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウエア資源を備えたマイクロコンピュータで構成されており、所定のプログラムを基に各種の演算を行い、演算結果に従って駆動装置４０、４２に駆動指令を出力するとともに、カメラ１８で撮像した細胞の画像や演算結果に関する情報などをＣＲＴや液晶パネルからなる表示部（パソコンディスプレイ）４５の画面上に表示させる制御手段として構成されている。
【００６０】
図３は図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。図４は図１，図３のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【００６１】
図１のマニピュレータ１６の駆動装置４０、４２には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ４６（図３）が内蔵されており、ステッピングモータ４６の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図３のように、コントローラ４３のＣＰＵ４４は、粗動時にステッピングモータ４６に対してドライバを介して（図示省略）駆動を指令し、また、微動時に圧電素子５４に対してアンプ（図示省略）を介して駆動を指令する。
【００６２】
図１のマニピュレータ１６における粗動と微動の駆動を切り換えるために、図１、図３のように、コントローラ４３に接続されたジョイスティック４７を用いる。
【００６３】
図３のコントローラ４３のＣＰＵ４４は、ジョイスティック４７から操作方向に関する信号が入力すると、ジョイスティック４７の操作方向を判別し、例えば、図４のようにジョイスティック４７が中立位置でインジェクション用マニピュレータ１６が停止した状態から、本体部（ハンドル）４７ｅが操作者により掴まれて右側Ｒに操作されたとき、ステッピングモータ４６を駆動しインジェクションキャピラリ３５を粗動駆動する。
【００６４】
また、図４のように、ジョイスティック４７は、その上部に並んで配置された第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ，４７ｂを備えている。図３において、第１押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、圧電素子５４を駆動し、インジェクションキャピラリ３５が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行うようになっている。また、第２押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５を細胞内の位置から抜くように後退方向Ｃ（図５）に駆動するようになっている。
【００６５】
次に、図１〜図４のマニピュレータシステム１０の動作について図１〜図５を参照して説明する。図５は、図１の顕微鏡ユニット１２による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。
【００６６】
図５（ａ）のように、ホールディング用マニピュレータ１４を駆動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の卵子Ｄを保持した状態で、図３，図４のジョイスティック４７を右側Ｒに操作し、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。
【００６７】
次に、図５（ｂ）のように、ジョイスティック４７を左側Ｌに操作し、コントローラ４３でステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００６８】
次に、図５（ｃ）のように、図３，図４のジョイスティック４７の上部の第１押しボタンスイッチ４７ａを押すと、コントローラ４３からインジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子５４によりインジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａが前進方向Ｂに卵子Ｄの透明帯を通して卵子Ｄ内へと挿入され、インジェクションキャピラリ３５から精子の入った溶液を注入する。
【００６９】
なお、圧電素子５４による穿孔動作は、圧電素子５４の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ４７ａを押している間に継続して圧電素子５４を駆動し、押しボタンスイッチ４７ａを離すと圧電素子５４がオフとなる構成とすることが好ましい。
【００７０】
次に、上述のインジェクション動作の後、図５（ｄ）のように、図３，図４のジョイスティック４７の上部の第２押しボタンスイッチ４７ｂを押すと、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Ｃにインジェクションキャピラリ３５を駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００７１】
上述のように、図１〜図５の本実施形態によれば、圧電素子５４による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ３５を細胞（卵子Ｄ）から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
【００７２】
また、第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂがジョイスティック４７の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
【００７３】
次に、上述のジョイスティック４７による操作の代わりに、図１のマウス４９を用いて表示部４５の画面上で操作するように構成してもよい。すなわち、図６の表示部４５の画面４５ａ上に、例えば、図５のような顕微鏡視野の画像を表示するとともに、図１のマウス４９でクリックすることでスイッチと同様の動作をする押しボタン４１ａ〜４１ｅを表示する。これらの押しボタン４１ａ〜４１ｅをマウス４９で操作することで、図５（ａ）〜（ｄ）と同様の操作を行うことができる。
【００７４】
すなわち、画面４５ａ上に表示された粗動ボタン４１ａをマウス４９でクリックすることで、ステッピングモータ４６を駆動し、図５（ａ）のように、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。ここで、停止ボタン４１ｂをクリックし停止してもよい。
【００７５】
次に、粗動ボタン４１ａをクリックしてステッピングモータ４６を駆動し、図５（ｂ）のように、インジェクションキャピラリ３５を移動させて先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００７６】
次に、注入ボタン４１ｄをクリックすると、インジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、図５（ｃ）のように、インジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、注入を行う。
【００７７】
次に、上述のインジェクション動作の後、後退ボタン４１ｅをクリックすると、ステッピングモータ４６を駆動し、図５（ｄ）のように、インジェクションキャピラリ３５を後退方向Ｃに駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００７８】
なお、上述の図３〜図５及び図６では、穿孔動作・インジェクション動作と、インジェクションキャピラリを抜く動作と、を２つの押しボタンにより別々に行うようにしたが、１つの押しボタンを押すことで、穿孔動作・インジェクション動作からインジェクションキャピラリを抜く動作まで自動的に連続して行うようにしてもよい。
【００７９】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４では押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを例にして説明したが、他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振ることができる。
【００８０】
また、図１のマウス４９として押しボタンスイッチを有するマウスを用いて、かかるマウス４９に付属した押しボタンスイッチを押すことでジョイスティック４７の第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂと同様の操作を行わせるように構成してもよい。この場合、粗動と微動の切り換えは、例えば、図６と同様の押しボタン４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより行うようにしてもよい。
【００８１】
また、ジョイスティックやマウス以外のポインティングデバイスを用いてもよく、例えば、ペンタブレット等を使用してもよく、押しボタンが不足するときは、画面上にクリック可能な押しボタンを設置することが好ましい。
【００８２】
〈第２の実施形態〉
【００８３】
第２の実施形態によるマニピュレータシステム１０は図１と同様の構成である。すなわち、マニピュレータシステム１０は、図１のように、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に微細な人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、ホールディング用マニピュレータ１４と、インジェクション用マニピュレータ１６とを備え、顕微鏡ユニット１２の左右にマニピュレータ１４，１６が配置されている。顕微鏡ユニット１２は、カメラ１８、顕微鏡２０、ベース２２を備え、ベース２２の上方に顕微鏡２０が配置され、顕微鏡２０にはＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたカメラ１８が連結されている。ベース２２上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース２２上の細胞（図示せず）に顕微鏡２０から光が照射される。ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像され、カメラ１８の撮像による画像を表示部４５に表示し、細胞を観察できる。
【００８４】
なお、マニピュレータシステム１０の各部は、図１と同様であるので、その説明は省略する。また、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８には、ナノポジショナとして、微動機構４４が付加（内蔵）されているが、この微動機構４４は図２に示すものと同様であるので、その説明は省略する。
【００８５】
図９は第２の実施形態による図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。図４は図９の表示部の分割された画面の例を示す図である。
【００８６】
図１のマニピュレータ１６の駆動装置４０、４２には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ４６（図３）が内蔵されており、ステッピングモータ４６の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図９のように、コントローラ４３のＣＰＵ４４は、粗動時にステッピングモータ４６に対してドライバ（図示省略）を介して駆動を指令し、また、微動時に圧電素子５４に対してアンプ（図示省略）を介して駆動を指令する。
【００８７】
図９の表示部４５と、画像処理部８０と、表示部４５と画像処理部８０とを制御するＣＰＵ４４とにより、画像表示装置が構成される。すなわち、図９のＣＰＵ４４は表示部４５の画面表示形態を制御し、図１０のように表示部４５の画面４５ａを例えば画面８１，８２の二画面に分割する。図１の顕微鏡２０に設けられたカメラ１８で撮像された顕微鏡画像が、各分割画面８１，８２に細胞等の微小対象物の画像としてそれぞれ表示される。
【００８８】
カメラ１８からの画像は、図９の画像処理部８０で各種の画像処理が施されるが、例えば、微小対象物の顕微鏡画像を所望の倍率に縮小・拡大処理することができる。すなわち、画像処理部８０は、入力画像について所定のアルゴリズムでソフト的に縮小処理または拡大処理を行い、縮小または拡大された出力画像とするようになっている。
【００８９】
図１０のように、画像処理部８０で拡大処理された例えば表示倍率１０倍（×１０）の顕微鏡画像が画面８１に表示され、表示倍率４０倍（×４０）の同一の顕微鏡画像が画面８２に表示される。
【００９０】
図１１に図９のジョイスティックの具体例を示す斜視図を示す。図１，図９のようにコントローラ４３に接続されたジョイスティック４７を用いて、例えば、図１０のようにジョイスティック４７が中立位置でインジェクション用マニピュレータ１６が停止した状態から、本体部４７ｅが操作者により掴まれて右側Ｒまたは左側Ｌに操作されたとき、ステッピングモータ４６を駆動しインジェクションキャピラリ３５を粗動駆動する。
【００９１】
また、図１１のように、ジョイスティック４７は、その上部に並んで配置された第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ，４７ｂを備え、第１押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、圧電素子５４を駆動し、インジェクションキャピラリ３５が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行う。また、第２押しボタンスイッチ４７ｂが押されてオンになると、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５を細胞内の位置から抜くように後退方向Ｃ（図６）に駆動する。
【００９２】
なお、図１１のようにジョイスティック４７の上部に設置されたハットスイッチ４７ｄを用いて、第２押しボタンスイッチ４７ｂの上記ボタン操作を代用するように構成してもよい。また、図１１の押しボタンスイッチ４７ａの隣の第３押しボタンスイッチ４７ｃ等の他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振るようにしてもよい。
【００９３】
次に、本実施形態のマニピュレータシステム１０の動作について図９〜図１１、さらに上述の図５を参照して説明する。
【００９４】
図５（ａ）のように、ホールディング用マニピュレータ１４を駆動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の卵子Ｄを保持した状態で、図９，図１１のジョイスティック４７を右側Ｒに操作し、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。
【００９５】
次に、図５（ｂ）のように、ジョイスティック４７を左側Ｌに操作し、コントローラ４３でステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００９６】
次に、図５（ｃ）のように、図１１のジョイスティック４７の上部の第１押しボタンスイッチ４７ａを押すと、コントローラ４３からインジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子５４によりインジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａが前進方向Ｂに卵子Ｄの透明帯を通して卵子Ｄ内へと挿入され、インジェクションキャピラリ３５から精子の入った溶液を注入する。
【００９７】
なお、圧電素子５４による穿孔動作は、圧電素子５４の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ４７ａを押している間に継続して圧電素子５４を駆動し、押しボタンスイッチ４７ａを離すと圧電素子５４がオフとなる構成とすることが好ましい。
【００９８】
次に、上述のインジェクション動作の後、図５（ｄ）のように、図１１のジョイスティック４７の上部の第２押しボタンスイッチ４７ｂを押すと、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Ｃにインジェクションキャピラリ３５を駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００９９】
上述のように、本実施形態によれば、圧電素子５４による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ３５を細胞（卵子Ｄ）から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
【０１００】
また、第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂがジョイスティック４７の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
【０１０１】
上述の図５（ａ）〜（ｄ）の各操作の際に、図１０のように、表示部４５の２分割された画面８１，８２に、同一の顕微鏡画像について低倍率の画像と高倍率の画像を表示しながら、低倍率画像で細胞Ｄの状態を把握しながら高倍率画像で細胞Ｄに対する微細な各操作を実行できる。例えば、図５（ｂ）の操作の際に、図１０のように２分割された画面８１，８２に低倍率画像と高倍率画像を表示し、ジョイスティック４７を操作して、画面８１の低倍率画像で細胞Ｄの全体を把握し、画面８２の高倍率画像をみながらインジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させることができる。
【０１０２】
以上のように、本実施形態のマニピュレータシステム１０によれば、マニピュレータ１４，１６で細胞等の微小対象物を操作する際、顕微鏡画像の集録を１つのカメラ１８で行い、例えば、ＰＣ（パソコン）等に集録することができる。集録した顕微鏡画像を表示部４５の２画面８１，８２に分けて異なる表示倍率で表示でき、例えば、画面８１では表示倍率が１０倍であり、画面８２では表示倍率が４０倍である。これにより、常に低倍率画像で顕微鏡下の試料状態を把握しながら高倍率画像での微細な操作が可能になる。また、顕微鏡の対物レンズを交換する手間が省略できるとともに、高倍率の対物レンズが不要となる。さらに、顕微鏡で電動レボルバ等の高価な製品を使用しなくてもよく、マニピュレータシステム全体のコスト減に寄与できる。
【０１０３】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４の画面８１，８２における表示倍率は、変更可能であり、例えば、一方をほぼ等倍とし、他方をデジタルズームによる所望の倍率にできる。また、表示部４５の分割画面は、２画面に限定されず、さらに、３画面、４画面、・・・のように増やしてもよい。
【０１０４】
〈第３の実施形態〉
図１２は第５の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。図１３は図１２のインジェクション用電動３軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
【０１０５】
図１２は、図１のマニピュレータシステム１０をより具体化したマニピュレータシステム５００を示している。すなわち、図１２のように、本実施形態によるマニピュレータシステム５００は、ホールディング用の電動３軸（ＸＹＺ）マニピュレータ１４０と、インジェクション用の電動３軸（ＸＹＺ）マニピュレータ１６０と、倒立顕微鏡１２０と、電動の試料ステージ１１０と、を備え、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０は倒立顕微鏡１２０と一体になるように取り付けられている。なお、電動３軸マニピュレータ１４０，１６０は、試料ステージ１１０と一体構造となるように取り付けてもよく、これにより外部からの振動等の影響が受け難くなる。
【０１０６】
インジェクション用の電動３軸マニピュレータ１６０には、電動で圧力調整可能なインジェクタ３４０を設置軸方向に往復運動するようにモータ駆動及び圧電素子駆動が可能なナット回転型アクチュエータ１７０が取り付けられている。ホールディング用の電動３軸マニピュレータ１４０にも同様のナット回転型アクチュエータ１９１が取り付けられている。
【０１０７】
倒立顕微鏡１２０は電動焦点合わせアクチュエータ、対物レンズを切り替えるレボルバ部及び観察対象物への光照射のための光源を有する。
【０１０８】
また、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０の設置時の安定性を向上するため、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０を重力方向に支持するための脚１４９，１６９を設置している。各脚１４９，１６９は、図１２では各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０に対しそれぞれ１箇所しか配置していないが、複数でもよい。
【０１０９】
図１３のように、電動３軸マニピュレータ１６０は、３つの１軸アクチュエータ１６１，１６２，１６３を３軸（ＸＹＺ）方向に組み合わせて構成されている。各１軸アクチュエータ１６１〜１６３は、ステッピングモータとカップリングとＢＳ（ボールねじ）と案内要素とスライダとから構成され、オーバーストロークを防止するために駆動軸方向の両端にリミットスイッチが設置されている。また、各１軸アクチュエータ１６１〜１６３のステッピングモータの励磁を切ることにより、各１軸アクチュエータ１６１〜１６３の各手動ノブ１６１ａ，１６２ａ，１６３ａによりマニピュレータ１６０を各軸方向に手動操作することも可能な構成となっている。電動３軸マニピュレータ１４０も同様に構成されている。
【０１１０】
１軸アクチュエータ１６３をＺ軸方向の駆動用とし、そのＺ軸スライダ１６３ｂ上にはθステージ１６４が配置され、さらにθステージ１６４上にはナット回転型アクチュエータ１７０が配置されている。θステージ１６４は、ナット回転型アクチュエータ１７０の設置角度を調整するためのものであり、手動タイプであるが、電動タイプに構成してもよい。θステージ１６４の設置角度は、インジェクタ３４０に装着されるガラス製のインジェクションキャピラリ３４１の折れ曲がり角度またはインジェクション角度と一致するよう設定される。
【０１１１】
次に、図１２，図１３のナット回転型アクチュエータ１７０について図１４，図１５を参照して説明する。図１４は図１３のナット回転型アクチュエータ１７０をθステージ１６４の平面と平行な方向に切断してみた断面図である。図１５は図１３，図１４のナット回転型アクチュエータ１７０の斜視図である。
【０１１２】
図１４，図１５に示すように、ナット回転型アクチュエータ１７０は、圧電アクチュエータとしての本体を構成するハウジング４８０を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング４８０内には、ピペット状のインジェクタ３４０を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸５２０と、ねじ軸５２０を囲む中空状の回転軸５４０が挿通されている。ハウジング４８０はその底部がベース５６０に固定されており、微動機構、ナノポジショナとして構成されている。
【０１１３】
ねじ軸５２０の先端側には、治具５８０を介してピペット状のインジェクタ３４０の根元側が連結されており、ねじ軸５２０の中程には、ねじ軸５２０外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット（ＢＳナット）６００が装着され、治具５８０とねじ軸５２０との間にはスライダ６２０が連結されている。スライダ６２０はベース５６０とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き６４０を間にしてリニアガイド６６０に連結されている。リニアガイド６６０はベース５６０底部側に配置され、ベアリング６８０を介して、ねじ軸５２０の軸方向に沿って移動自在にベース５６０に連結されている。
【０１１４】
すなわち、リニアガイド６６０は、ねじ軸５２０の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸５２０の先端側を支持したスライダ６２０を、ベース５６０に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸５２０のうちボールねじナット６００よりもインジェクタ３４０側の部位が、スライダ６２０を介してリニアガイド６６０でスライド自在に支持されるので、ねじ軸５２０の直線運動をインジェクタ３４０へ伝達することができる。
【０１１５】
ボールねじナット６００は、回転軸５４０の軸方向一端側（先端側）の段部５４０ａに固定されているとともに、ねじ軸５２０外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸５２０がその軸方向に沿って往復動（直線運動）するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット６００は、回転軸５４０の回転運動をねじ軸５２０の直線運動に変換するための要素として構成されている。
【０１１６】
回転軸５４０の軸方向他端側は、中空モータ７００内の回転部に連結している。中空モータ７００のハウジング７４０は、その底部側がベース５６０に弾性体としてのゴムワッシャ７６０を介してボルト７８０が固定されている。中空モータ７００が駆動されると回転軸５４０が回転し、回転軸５４０の回転運動がボールねじナット６００を介してねじ軸５２０に伝達され、ねじ軸５２０がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
【０１１７】
一方、回転軸５４０の段部５４０ａに隣接して、軸受８００、８２０が内輪間座８４０を間にして収納されている。軸受８００、８２０は、それぞれ内輪８００ａ、８２０ａと、外輪８００ｂ、８２０ｂと、内輪と外輪間に挿入されたボール８００ｃ、８２０ｃを備え、各内輪８００ａ、８２０ａが回転軸５４０の外周面に嵌合され、各外輪８００ｂ、８２０ｂがハウジング４８０の内周面に嵌合され、回転軸５４０を回転自在に支持するようになっている。軸受８００、８２０は、内輪間座８４０を間にし、回転軸５４０にロックナット８６０により固定されている。軸受８００は、ハウジング４８０内の段部５４０ａと円環状のスペーサ９２０と当接することにより、回転軸５４０の軸方向への移動が規制されるようになっている。軸受８２０の外輪８２０ｂとハウジング４８０の蓋８８０との間に、円環状の圧電素子９２０と円環状のスペーサ９００が圧入されている。
【０１１８】
また、各軸受８００、８２０、圧電素子９２０は、スペーサ９００の長さを調節し、蓋８８０を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ９００の長さを調整し、蓋８８０を閉めると、その位置に応じた締結力が軸受８２０と軸受８００の外輪８２０ｂ、８００ｂに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子９２０にも予圧が付与される。これにより、軸受８００、８２０および圧電素子９２０に所定の予圧が付与され、軸受８００、８２０の外輪間に軸方向間の距離としての間隙９４０が形成される。
【０１１９】
圧電素子９２０は、リード線（図示せず）を介してコントローラとしてのパソコン（ＰＣ）４３０（図１７参照）に接続されており、パソコン４３０からの電圧に応じて回転軸５４０の長手方向（軸方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子９２０は、パソコン４３０からの印加電圧に応答して、回転軸５４０の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４０をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸５４０が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸５２０を介してインジェクタ３４０に伝達され、インジェクタ３４０の位置が微調整されることになる。
【０１２０】
上述のように、ナット回転型アクチュエータ１７０は、中空モータ７００によりボールねじナット６００の回転運動をねじ軸５２０の直線運動に変換しねじ軸５２０を直動するが、ねじ軸５２０取り付けられたインジェクタ３４０は、中空モータ７００の駆動時にリニアガイド６６０により回転せず、回り止めの機能を有している。このため、中空モータ７００の駆動によりインジェクタ３４０が直線往復運動できる。
【０１２１】
図１４，図１５のナット回転型アクチュエータ１７０は、中空モータ７００を駆動することで、インジェクタ３４０を駆動し顕微鏡視野中央部ヘセットし、また、顕微鏡視野中央部から退避する機能を有し、圧電素子９２０を駆動することで、インジェクタ３４０の先端に取り付けたガラスキャピラリ３４１（図１３）による細胞（卵）に対する穿孔動作をアシストすることができる。
【０１２２】
次に、図１２の試料ステージ１１０について図１６を参照して説明する。図１６は、図１２の試料ステージ１１０を示す斜視図である。図１６のように、試料ステージ１１０は、２つの１軸アクチュエータ１１１，１１２が２軸方向に配置され、試料台１１３を２軸方向に移動させるように構成され、図１２の倒立顕微鏡１２０に取り付けられている。試料ステージ１１０を駆動する各アクチュエータ１１１，１１２の各モータの軸端には手動ノブ１１１ａ，１１２ａがそれぞれ取り付けられており、各モータの励磁を切ることにより手動操作も可能となっている。
【０１２３】
次に、図１２のマニピュレータシステム５００を制御するコントローラとしてのパソコンについて図１７を参照して説明する。図１７は、図１２〜図１６のマニピュレータシステム５００についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。
【０１２４】
図１７のパソコン（パーソナルコンピュータ）４３０は、各種制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４３１と、記憶装置に格納されておりマニピュレータシステム５００の使用時に読み出されるプログラム４３２と、液晶パネルやＣＲＴ等からなる表示部４３３と、ハードディスクや光ディスク等の記録媒体に顕微鏡画像等を保存可能な記憶部４３０ａと、インターネット等のネットワークを介して外部との通信のインターフェースである通信部４３０ｂと、を備える。また、操作者により操作されるジョイスティック４７０及びマウス４７０ａは、パソコン４３０にネットワークを介して接続可能な別のパソコンへの入力手段である。パソコン４３０は、ＣＰＵ４３１によりプログラム４３２の動作及びネットワークを介して外部から通信部４３０ｂで受信したジョイスティック４７０やマウス４７０ａの各操作による操作信号に基づいてマニピュレータシステム５００の各部分を制御する。
【０１２５】
すなわち、パソコン４３０は、信号発生器４３８を駆動し、その信号によりピエゾアンプ４３４を介してナット回転型アクチュエータ１７０のピエゾ素子からなる圧電素子９２０を駆動する。また、パソコン４３０は、端子台ボックス４３５を介してナット回転型アクチュエータ１７０と電動３軸マニピュレータ１４０，１６０と試料ステージ１１０と顕微鏡１２０のハンドルを電動で回転させる焦点合わせアクチュエータ４３６とにそれぞれ電気的に接続されており、ナット回転型アクチュエータ１７０の中空モータ７００、電動３軸マニピュレータ１６０の各１軸アクチュエータ１６１〜１６３、試料ステージ１１０の各１軸アクチュエータ１１１，１１２及び焦点合わせアクチュエータ４３６がそれぞれ駆動されるようになっている。また、顕微鏡１２０に関し、対物レンズのレボルバ部や光源の光量調整も電動駆動するようにしてもよい。
【０１２６】
また、マニピュレータ１６０には、インジェクタ３４０の圧力調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力を調整することができる。また、顕微鏡１２０には撮像素子から構成されたカメラ４３７が配置されており、カメラ４３７により撮像された顕微鏡画像がパソコン４３０の表示部４３３に表示される。
【０１２７】
また、ホールディング用のマニピュレータ１４０も同様に駆動されるが、マニピュレータ１４０にはホールディングキャピラリの圧力（陰圧）調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力（陰圧）を調整することができる。
【０１２８】
次に、図１７のジョイスティックについて図１８を参照して説明する。図１８は、図１７のジョイスティックの例を示す斜視図である。
【０１２９】
上述のマニピュレータシステム５００は、少なくとも２つのジョイスティック４７０を使用して操作される。ジョイスティック４７０は、一例として図１８に示すようなハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７が配置されたものを使用する。
【０１３０】
図１８のジョイスティック４７０のハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７によりマニピュレータシステム５００において次の表１のような操作を実行できるようになっている。ハンドル４７９は、右方向Ｒ、左方向Ｌに傾斜させる（倒す）ことでマニュピレータ１４０，１６０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動でき、回転させる（ひねる）ことでＺ軸方向に駆動できる。なお、表１において、４方向のハットスイッチ４７７の「⇔」は、左右方向の２つのスイッチであり、同じく「↓↑」は、上下方向の２つのスイッチである。また、陰圧＋、圧力＋は各シリンジモータによる圧力絶対値の増加、陰圧−、圧力−は圧力絶対値の減少である。微動駆動Ｚ＋、−は、Ｚ軸方向に対する移動量の増加、減少である。
【０１３１】
【表１】
【０１３２】
なお、表１のようなハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７の各操作に対するレイアウトは、操作者が使い易いように適宜変更が可能である。また、細胞操作で圧電素子９２０を駆動する際、複数のパラメータで駆動する必要が生じる可能性があるが、その場合は、同様のボタンを追加等することにより対応できる。
【０１３３】
また、使用するジョイスティック４７０は、ハンドル４７９を倒す（傾斜させる）度合いに応じて速度調整し、離すとマニピュレータ１４０，１６０の駆動を停止するタイプでもよいし（速度指令型）、ハンドル４７９を倒した分だけマニピュレータ１４０，１６０を駆動するタイプでもよい（位置制御型）。また、上述のような操作に用いるインターフェイスは、ジョイスティック以外に、例えば、図１７のマウス４７０ａとして複数ボタンが存在する２次元または３次元マウスを使用してもよい。
【０１３４】
次に、パソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面について図１９を参照して説明する。図１９は図１７のパソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。
【０１３５】
パソコン４３０の表示部４３３のコントローラ画面上には、上述の図１０と同様にカメラ４３７による顕微鏡画像を少なくとも２画面で表示するようになっており、例えば、図１９のように、顕微鏡画像を第１表示画面４３３ａに標準倍率で、第２表示画面４３３ｂに拡大倍率でそれぞれ表示できるようになっている。図１９の例では、マニピュレータシステム５００で卵Ｄが操作され、ガラス製のホールディングキャピラリ３４２に陰圧で保持された卵Ｄに対しインジェクタ３４０の先端のインジェクションキャピラリ３４１が穿孔動作した状態を第１表示画面４３３ａに標準倍率で表示し、第２表示画面４３３ｂに拡大倍率で表示している。これにより、図１０と同様に低倍率の顕微鏡画像と高倍率の顕微鏡画像とを参照するとき、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータシステム５００による迅速な操作処理が可能となるとともに、常に標準倍率の画像で顕微鏡下の細胞（卵）等の試料の状態を把握しながら、拡大倍率の画像で微細な操作を行うことができる。
【０１３６】
表示部４３３のコントローラ画面には、図１９に示すように、略中央左右に第１，第２表示画面４３３ａ，４３３ｂが配置されるとともに、その下側に動作状態表示パネル４３３ｃが配置され、その上側には、画像操作パネル４３３ｄ，試料ステージ操作パネル４３３ｅ及びマニピュレータ操作パネル４３３ｆが配置されており、マウス４７０ａによりそれぞれ操作が可能になっている。
【０１３７】
動作状態表示パネル４３３ｃには、マニピュレータ１４０，１６０の実際のＸＹＺ位置座標等が表示部４３３ｇに表示され、また、ジョイスティック４７０のボタン操作時に、どのボタンを押しているかを認識可能な表示部４３３ｈが配置されており、画像をみながら操作状態を把握することができ、さらに、マニピュレータ１４０，１６０の電動・手動の切り替え部４３３ｉ及び休止ボタン４３３ｊが配置されている。
【０１３８】
また、画像操作パネル４３３ｄには、第１，第２表示画面４３３ａ，４３３ｂにおける画像の倍率メニュー４３３ｋ及び画像の表示位置メニュー４３３ｍが配置されており、操作者が画像の倍率や表示位置を調整可能となっている。また、顕微鏡画像はコントローラ画面上でのマウス４７０ａによる操作で記憶部４３０ａに保存でき、また、コントローラ画面上のボタンを押すことで、動画保存も可能である。
【０１３９】
また、試料ステージ操作パネル４３３ｅには、試料ステージ１１０の駆動パラメータを調整するメニュー４３３ｎに加えて、ＸＹ駆動、原点復帰等操作が可能なボタンが配置されている。試料ステージ１１０は表示画面４３３ａ，４３３ｂ上の顕微鏡画像を見ながらボタン操作により駆動できる。例えば、ボタンを押している間だけ＋Ｘ方向に動かすことができる。
【０１４０】
また、マニピュレータ操作パネル４３３ｆには、マニピュレータ１４０，１６０の駆動パラメータを調整するメニュー４３３ｐがあり、操作者が好みのパラメータに設定して使用することができる。また、マニピュレータ操作パネル４３３ｆには、図１３〜図１５のナット回転型アクチュエータ１７０を駆動するボタン４３３ｑが配置されている。このボタン４３３ｑを押すことで、予め設定したストロークでナット回転型アクチュエータ１７０が駆動し、インジェクタ３４０を顕微鏡中心部ヘセットし、また、退避させることができる。
【０１４１】
なお、ナット回転型アクチュエータ１７０及び試料ステージ１１０は、上述のように図１９のコントローラ画面上のボタン操作により行うことができるが、ジョイスティック４７０等で行うようにしてもよい。
【０１４２】
特許文献３のような従来のマニピュレータシステムによれば、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行わざるを得ないので、使用するには熟練した技術が必要となるのに対し、上述のマニピュレータシステム５００によれば、表示部４３３のコントローラ画面をみながらジョイスティック４７０の操作も目視できるとともに、コントローラ画面にもジョイスティック４７０の操作状態が表示されるので、マニピュレータシステム５００を簡単かつ確実に使用することができる。
【０１４３】
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムについて図２０を参照して説明する。図２０は、第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【０１４４】
図２０に示すように、本実施形態によるマニピュレーションシステム９０１は、ネットワーク通信により上述のマニピュレータシステム５００を遠隔操作可能に構成したものである。
【０１４５】
マニピュレーションシステム９０１では、マニピュレータシステム５００及びコントローラとしてのパソコンＰＣ１を端子台ボックス４３５の各コネクタに接続する。ＰＣ１は、図１７のパソコン４３０と同じであってよいが、図２０ではマニピュレータシステム５００の制御のためのプログラム（１）がインストールされている。
【０１４６】
さらに、マニピュレーションシステム９０１では、図２０のように、遠隔操作のためのパソコンＰＣ２を別途用意し、ＰＣ１とともにネットワークＮに接続可能にする。ネットワークＮとしては、インターネットであってよいが、専用回線や特定領域に設けられたネットワーク等であってもよい。
【０１４７】
遠隔操作のためのパソコンＰＣ２は、インターネット等のネットワークＮを介して外部との通信のインターフェースである通信部ＰＣ２１と、液晶パネルやＣＲＴ等からなり顕微鏡画像や制御プログラムとしてのコントロール画面をＷｅｂページで表示可能な表示部ＰＣ２２と、各種制御を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）ＰＣ２３と、を備え、操作者により操作されるインターフェイスＰＣ２４が指令入力手段として接続されている。
【０１４８】
パソコンＰＣ２は、ネットワークＮを介してＰＣ１と接続し、図２０の通信ＡによりＰＣ１から送信された画像情報及びコントローラ情報を受信し、表示部ＰＣ２２に顕微鏡画像や制御プログラム画面を表示するとともに、通信ＢによりＰＣ１に対しインターフェイスＰＣ２４から入力されたインターフェイス情報を送信し、ＰＣ１は受信したインターフェイス情報に基づいてマニピュレータシステム５００を操作する。
【０１４９】
インターフェイスＰＣ２４は、例えば、ジョイスティック４７０（図１７，図１８）やマウス４７０ａ（図１７）であってよく、ジョイスティック４７０の場合は、図１８のハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７を上述の表１と同様の操作に割り当てることができる。
【０１５０】
図２０のマニピュレーションシステム９０１における遠隔操作について説明する。まず、図１２のマニピュレータシステム５００に、マニピュレータ操作に必要なインジェクションキャピラリ３４１（図１３，図１９）、ホールディングキャピラリ３４２（図１９）やサンプルの入ったシャーレ等をセッティングすることで、マニピュレーションを実行できる状態とする。
【０１５１】
次に、ＰＣ１及びＰＣ２を起動しネットワークＮを介して接続するとともに、図２０のＰＣ１でマニピュレータシステム５００を駆動するためのプログラム（１）を起動する。起動したプログラム（１）自体を遠隔操作するため、ＰＣ１からネットワークＮを介してＰＣ２にコントローラ情報が送信されると、ＰＣ２の表示部ＰＣ２２にＷｅｂページによる制御プログラム画面が表示される。また、カメラ４３７で撮像した顕微鏡画像情報がＰＣ１からネットワークＮを介してＰＣ２に送信されて表示部ＰＣ２２に表示される。このような構成でプログラム（１）を実行すると、ＰＣ２に接続しているインターフェイスＰＣ２４からの指令入力信号によりマニピュレータシステム５００を制御でき、かつ、ＰＣ１上で起動しているプログラム（１）はＰＣ２上に開いたＷｅｂページ内に表示されて制御可能となっているため、マニピュレータシステム５００の全ての操作をＰＣ２上で行うことができる。このようにして、ＰＣ２によりマニピュレータシステム５００を遠隔操作することができる。なお、ＰＣ２の表示部ＰＣ２２の制御プログラム画面（コントローラ画面）は図１９のような画面表示の構成であってよいが、図１９の例に限定されるものではない。
【０１５２】
図２１により図２０の変形例を説明する。図２１のように、ＰＣ２にはインターフェイスＰＣ２４からの信号でマニピュレータシステム５００を制御するためのプログラム（２）がインストールされており、プログラム（２）を起動し、ＰＣ２でインターフェイスＰＣ２４から指令入力信号を入力すると、プログラム（２）でインターフェイス情報をＰＣ１に送信し、ＰＣ１のプログラム（１）がネットワークＮ経由でプログラム（２）から送信されたインターフェイス情報を読み取ることで、マニピュレータシステム５００の全ての操作をＰＣ２上で行うことができる。
【０１５３】
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例について図２２を参照して説明する。図２２は、第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。
【０１５４】
図２２に示すマニピュレーションシステム９０２は、図２０と比べて、画像情報通信のために別のプログラムにより通信するものである。すなわち、上述の図２０では、プログラム（１）に顕微鏡からの顕微鏡画像を表示するプログラムが内蔵された構成であるため、ネットワーク通信の方法等によっては、プログラム（１）によるコントロール画面（制御プログラム画面）をＷｅｂページで表示しコントロール画面上で制御し画像情報を転送する際に、通信するデータ容量が大きくなってしまう。そこで、図２２のように、画像情報通信用にＰＣ１，ＰＣ２に別途ポートを設置し、画像情報をＰＣ１にインストールしたプログラム（３−１）及びＰＣ２にインストールしたプログラム（３−２）によりネットワーク通信Ｆにより通信する。また、ＰＣ２からＰＣ１へのインターフェイス情報及びＰＣ１からＰＣ２へのコントローラ情報はネットワーク通信Ｇにより図２０と同様に通信する。
【０１５５】
図２２のマニピュレーションシステム９０２によれば、ＰＣ２でマニピュレータシステム５００を遠隔操作する際に、画像情報の通信が円滑になり、かつ、マニピュレータ操作時の通信におけるタイムラグを低減することができる。
【０１５６】
図２３により図２２の変形例を説明する。図２３の例は、図２２においてＰＣ２にインターフェイスＰＣ２４からの信号でマニピュレータシステム５００を制御するためのプログラム（２）を図２１と同様にインストールしたものである。本実施形態のその他の例として、図２１のプログラム（２）内に画像情報通信のためのプログラムを挿入し使用するようにしてもよく、これによって、マニピュレータシステム５００を駆動するためのＷｅｂページ上の操作に対する負荷を低減することができる。
【０１５７】
以上のように、図２０〜図２３のマニピュレーションシステム９０１，９０２によれば、マニピュレータシステム５００を遠隔操作することができるので、マニピュレータシステム５００をクリーンベンチ内で使用する場合に、操作者は、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作する必要がなくなり、また、クリーンルームで作業する必要がある場合に、操作者はクリーンスーツを着てインジェクション作業する必要がなくなり、このため、操作者に対する負担を軽減できる。また、制約された環境下でマニピュレータシステム５００を使用して作業する場合にも、マニピュレータシステム５００を遠隔操作することで、かかる制約された環境下でもマニピュレータシステム５００を使用できる。また、距離的に遠く離れた場合でもＰＣ１，ＰＣ２がネットワークに接続可能であれば、遠隔操作が可能となる。
【０１５８】
また、熟練した技術者がマニピュレータシステム５００の傍にいなくてもインジェクション操作することが可能になり、マニピュレータシステム５００が設置されている場所に操作者がいる必要がなく、他の者がインジェクションキャピラリ３４１やホールディングキャピラリ３４２やサンプルの入ったシャーレ等の準備のみすれば、操作可能となる。
【０１５９】
〈第４の実施形態〉
図２４は第４の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。図２５は図２４のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
【０１６０】
第４の実施形態によるマニピュレータシステムは、図１２〜図１６と同様の構成であるが、マニュピレータの操作手段としてワイヤレスのインターフェイスを用いたものである。すなわち、図２４のように、本実施形態によるマニピュレータシステム５０１は、インジェクション用マニピュレータ１６０を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及びホールディング用マニピュレータ１４０を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第２ワイヤレス操作部４３０ｅを備える。パソコン４３０は、第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅからの操作信号を受信する受信部４３０ｃを備え、かかる受信した操作信号に基づいてマニピュレータシステム５０１の各部分を制御する。各ワイヤレス操作部４３０ｄ，４３０ｅは電波や赤外線により無線で操作信号を送信する。
【０１６１】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅとして、例えば、図２５のようなワイヤレスのポインタ及びマウスが一体となったワイヤレスインターフェイスを使用する。図２５のワイヤレスインターフェイスは、マウス機能とポインタ機能とを有し、手動されるクリック部ＫＲと複数のボタン部ＢＴとを備え、机上で使用するときにはマウス機能を有し、空中で操作してもポインタ機能を有するようになっている。マウス機能時は光学センサで機能し、空中操作時はワイヤレスインターフェイス中のジャイロセンサ等が機能し操作可能となる。マニピュレータ１４０，１６０を使用するときは、ポインタ機能により手動で発生する操作信号をパソコン４３０が受信し検知し、マニピュレータ１４０，１６０を操作する。試料ステージ１１０を駆動する場合は、図２５のワイヤレスインターフェイスを机上に置き、マウス機能を使用し操作する。その他のマニピュレータシステム５０１内のアクチュエータやインジェクタは複数のボタン部ＢＵを用いて操作する。
【０１６２】
パソコン４３０は、図２５のワイヤレスインターフェイスの使用状態を検知し、現状どちらのモード（机上、空中）で操作しているかを判断し、また、ポインタ機能によるポインタの位置を認識しその位置に従ってマニピュレータシステム５０１を駆動する。操作者はポインタを表示部４３に表示された画像上に置き、任意に動かして操作する。
【０１６３】
なお、ポインタの小さな動きを検知し、誤動作を招く可能性があるため、操作時は、ワイヤレスインターフェイス中のボタンを押している間だけ、マニピュレータシステム５０１を駆動可能にして操作することが好ましい。また、図２５のワイヤレスインターフェイスにおいてボタン部ＢＵの個数を必要に応じて増やすことで、マニピュレータシステム５０１における各種の操作が可能となる。また、図２５のワイヤレスインターフェイスは一例であり、インターフェイスの形状、種類は問わず、他の形状・種類のものを使用できる。
【０１６４】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅを図２５のワイヤレスインターフェイス１個で構成してもよく、この場合、図２５のワイヤレスインターフェイスを空中で操作する場合はインジェクション用マニピュレータ１６０を駆動し、机上で操作する場合はホールディング用マニピュレータ１４０を駆動するように使用してもよい（逆でもよい）。
【０１６５】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅを２個のワイヤレスインターフェイスから構成した場合、各ワイヤレスインターフェイスをインジェクション用、ホールディング用として使用するが、折衷で操作するようにしてもよく、この場合は空中で使用する場合はマニピュレータ駆動、机上で使用する場合は試料ステージ１１０等のアクチュエータを駆動するように使用してもよい（逆でもよい）。
【０１６６】
また、顕微鏡画像を表示部４３３上に映し出し、図１０や図１９のように、顕微鏡画像を標準倍率、拡大倍率の２種類を表示し、各画像上にポインタを当てて操作する際、各画像に対するマニピュレーションシステムの速度ゲインを設定するようにしてもよい。その結果、標準倍率の画像上にポインタを当てたときのマニピュレータの駆動よりも、拡大倍率の画像上にポインタを当てたとのマニピュレータの駆動を細かく操作できる。
【０１６７】
本実施形態によれば、表示部４３３上に映し出された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢・位置でマニピュレータシステム５０１を操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡１２０の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡１２０への悪影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】第１の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
【図２】図１のＸＹ軸テーブル３６，Ｚ軸テーブル３８に付加される微動機構の例を示す断面図である。
【図３】図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。
【図４】図１，図３のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【図５】図１の顕微鏡ユニット１２による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。
【図６】図３，図４のジョイスティックの代わりにマウスを用いた例を説明するために図１の表示部４５の画面を模式的に示す図である。
【図７】従来のマニピュレータの構成を示す側面図である。
【図８】図７のマニピュレータの操作を説明するための図である。
【図９】第２の実施形態による図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。
【図１０】図９の表示部の分割された画面の例を示す図である。
【図１１】図９のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【図１２】第３の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２のインジェクション用電動３軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３のナット回転型アクチュエータ１７０をθステージ１６４の平面と平行な面で切断してみた断面図である。
【図１５】図１３，図１４のナット回転型アクチュエータ１７０の斜視図である。
【図１６】図１２の試料ステージ１１０を示す斜視図である。
【図１７】図１２〜図１６のマニピュレータシステム５００についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。
【図１８】図１７のジョイスティックの例を示す斜視図である。
【図１９】図１７のパソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。
【図２０】第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２１】図２０の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２２】第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。
【図２３】図２２の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２４】第４の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。
【図２５】図２４のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１０ マニピュレータシステム、１２ 顕微鏡ユニット、１４ ホールディング用マニピュレータ、１６ インジェクション用マニピュレータ、１８ カメラ、２０ 顕微鏡、２５ ホールディングキャピラリ、３５ インジェクションキャピラリ、４３ コントローラ、制御部、４４ 微動機構、４５ 表示部、４７ ジョイスティック、１２０ 倒立顕微鏡、顕微鏡、１４０ ホールディング用マニピュレータ、マニピュレータ、１５０ 圧電素子、１６０ インジェクション用マニピュレータ、マニピュレータ、１７０ ナット回転型アクチュエータ、３４０ インジェクタ、３４１ インジェクションキャピラリ、３４２ ホールディングキャピラリ、４３０ パソコン、コントローラ、４３３ 表示部、４３７ カメラ、４７０ ジョイスティック、５００，５０１ マニピュレータシステム、７００ 中空モータ、９２０ 圧電素子、９０１，９０２ マニピュレーションシステム、Ｄ 卵子、細胞
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細胞等の微小な対象物を操作するマニピュレータ、マニピュレータシステム、マニピュレータ用画像表示装置及びマニピュレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオテクノロジ分野において顕微鏡観察下で卵細胞に核や精子を注入するなどのように細胞等の微小な対象物に操作を行うマニピュレータが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。特許文献１に開示のマイクロマニピュレータ１０００は、図７に示すように、ホルダブロック１３００と、移動テーブル１４００と、圧電素子１５００と、移動ステージ１６００と、ステッピングモータ１７００と、を有する。ピペット１１００がピペットホルダ１２００に装着され、ピペット１１００の先端に卵子等の細胞に核や精子を注入するガラス製のインジェクションキャピラリ１１１０が接続されている。
【０００３】
ホルダブロック１３００は移動テーブル１４００に取り付けられ、移動テーブル１４００は、移動ステージ１６００に設けられたガイドレール１９００に沿って直線移動可能である。移動ステージ１６００にはステッピングモータ１７００が取り付けられ、ステッピングモータ１７００の駆動力が図示しないネジ機構等を介して移動テーブル１４００へ伝達される。これにより、移動テーブル１４００は、ガイドレール１９００に沿って直線移動されてホルダブロック１３００を移動させ、ホルダブロック１３００及びピペットホルダ１２００を介して、ピペット１１００，キャピラリ１１１０を所望位置まで直線移動させる。圧電素子１５００は、電圧の印加でひずみを生じるピエゾ素子からなり、ホルダブロック１３００に直接取り付けられている。圧電素子１５００にパルス電圧を加えることでホルダブロック１３００が振動することにより、ピペットホルダ１２００、ピペット１１００を介してインジェクションキャピラリ１１１０が微小振動する。
【０００４】
マイクロマニピュレータ１０００によるインジェクションキャピラリ１１１０の動作について図８を参照して説明する。インジェクションキャピラリ１１１０を移動テーブル１４００により方向ＡＡに移動させ、圧電素子１５００によりインジェクションキャピラリ１１１０を微小振動させる。これにより、図８のように、細胞３０００の細胞質３１００を覆う細胞膜３２００及び細胞膜３２００の周囲で細胞３０００を保護する透明帯３３００に穿孔３４００が形成される。次に、インジェクションキャピラリ１１１０を穿孔３４００を通過させて移動テーブル１４００により細胞３０００内に進入させ、インジェクションキャピラリ１１１０から細胞３０００内へ核または精子を注入する。注入後、移動テーブル１４００を方向ＡＡと反対の方向Ａ’に移動させることで、インジェクションキャピラリ１１１０を細胞３０００から抜く。なお、上記動作の際に、ホールディングキャピラリ２１００により細胞３０００が保持される。
【０００５】
上述のインジェクションキャピラリ１１１０による穿孔動作は圧電素子１５００を駆動することで行い、インジェクションキャピラリ１１１０を細胞３０００から抜く動作はマニピュレータ１０００を駆動して行う。
【０００６】
また、上述のような細胞等の微小な対象物に微細な操作を行うマニピュレータを使用する際には、顕微鏡画像を集録し、パソコン（ＰＣ）等のディスプレイ上に表示し、ディスプレイ上の顕微鏡画像を観察しながら操作を行っている。または、作業者が顕微鏡の接眼レンズから対象試料を観察しながら操作を行っている。
【０００７】
また、特許文献２は、顕微鏡下で硝子電極等のマイクロツールを操作者がダイヤルで油圧等の液圧により微動的に遠隔操作できるようにした液圧遠隔操作型マイクロマニピュレータ装置を開示する。また、特許文献３は、細胞操作用途のマニピュレータションシステムであって、作業者が顕微鏡接眼レンズを見ながらジョイスティックを操作するものを開示する。
【特許文献１】特開２００４−３２５８３６号公報
【特許文献２】特許３３４１１５１号公報
【特許文献３】国際公開公報ＷＯ２００４／０１５０５５Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、インジェクションキャピラリを卵子等の細胞から抜く動作は、人的操作であり、す早くインジェクション方法とは逆方向へ行う必要があるが、このような速い動作は操作者の技量に依存するため、インジェクションキャピラリを細胞から抜く動作に人為的な誤差が生じ易い問題があった。また、インジェクションキャピラリによる穿孔・インジェクションの各動作にも同様の問題があった。
【０００９】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のための動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能なマニピュレータ及びマニピュレータシステムを提供することを第１の目的とする。
【００１０】
また、上述のＰＣディスプレイ上に表示される顕微鏡画像の表示倍率や顕微鏡倍率を変更するとき、ディスプレイ上の表示設定を変更するか、または、顕微鏡の対物レンズの倍率を変えなければならない。このため、倍率変更の必要が生じる度に、倍率変更のための操作が必要となり、マニピュレータによる迅速な操作処理の支障となってしまう。
【００１１】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能なマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置を提供することを第２の目的とする。
【００１２】
また、特許文献２のように、液圧や空圧により駆動されるアクチュエータを有するマニピュレータを操作する場合、マニピュレータと操作するインターフェイスとがホースで接続されて圧力を伝達するが、圧力を伝達するホースが長くなると動作に不具合が生じる可能性があるため遠隔操作が困難であった。また、距離的に遠く離れた場合は遠隔操作は不可能となる。また、クリーンベンチ内にマニピュレータを設置する必要がある場合、マニピュレータを遠隔操作できないため、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作しなければならず、操作者に対する負担が大きい。また、従来の多くのマニピュレータは、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行うので、使用するには熟練した技術が必要となり、また、ジョイステック操作時の顕微鏡へ伝わる振動も操作する上で問題となる。
【００１３】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能なマニピュレーションシステムを提供することを第３の目的とする。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供することを第４の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記第１の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とする。
【００１５】
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作がボタン操作部を押すことで行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００１６】
上記マニピュレータにおいて、前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる。例えば、ボタン操作部を押すことで微小対象物からキャピラリを抜く動作が行われるようにすることで、キャピラリを抜く動作において人為的な誤差が抑えられて確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００１７】
また、前記ボタン操作部を少なくとも２つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われるように構成することが好ましい。なお、少なくとも２つボタン操作部は並んで配置することで操作性が向上する。
【００１８】
上記第１の目的を達成するために、別の実施形態によるマニピュレータは、ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、前記キャピラリの動作を制御する制御部と、前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とする。
【００１９】
このマニピュレータによれば、キャピラリの動作を指示する操作部にボタン操作部を設け、キャピラリによるインジェクション操作の一連の動作がボタン操作部を押すことで自動的に連続して行われるので、細胞や卵子等の微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００２０】
上記各マニピュレータにおいて、前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されていることが好ましい。操作部を操作しながらボタン操作部を簡単に押すことができ、操作性が向上する。
【００２１】
また、前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換えるように構成できる。
【００２２】
なお、上述の操作部はポインティングデバイスから構成することができ、このポインティングデバイスの操作によりキャピラリの動作を指示することができる。
【００２３】
さらに別の実施形態によるマニピュレータシステムは、上述のマニピュレータと、前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備える。
【００２４】
このマニピュレータシステムによれば、卵子や細胞等の微小対象物を別のキャピラリで保持しながらインジェクション操作を確実に行うことができ、このときのインジェクション操作による動作がボタン操作部を押すことで行われるので、微小対象物に対するインジェクションのための動作を、人為的な誤差の発生が抑えられて、確実に精度よく繰り返して行うことができる。
【００２５】
なお、上記マニピュレータシステムは、さらに、前記各キャピラリの先端と前記微小対象物とを観察可能な顕微鏡と、前記顕微鏡からの画像信号に基づいて顕微鏡画像を表示するＣＲＴや液晶パネル等からなる表示部（ディスプレイ）と、を備え、前記表示部に上述のボタン操作部を表示させて、前記表示部の画面上でマウス等のポインティングデバイスを操作してボタン操作部を押すように構成することができる。
【００２６】
上記第２の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、微小な対象物を操作するマニピュレータと、前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とする。
【００２７】
このマニピュレータシステムによれば、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも２画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００２８】
上記マニピュレータシステムにおいて前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なるようにできる。これにより、低倍率による顕微鏡画像で顕微鏡下の細胞等の微小な対象物の状態を把握しながら高倍率による顕微鏡画像で細胞等に対する微細な操作を行うことができる。
【００２９】
また、前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものであり、１つの撮像部で各顕微鏡画像を集録する。
【００３０】
また、前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得ることができる。
【００３１】
また、マニピュレータ用画像表示装置は、上述のマニピュレータシステムに使用されるものである。これにより、分割された画面に微小な対象物の顕微鏡画像を表示するので、少なくとも２画面に同一対象物の顕微鏡画像を表示でき、例えば、表示倍率を変えて表示することが可能となる。このため、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００３２】
上記第３の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレーションシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とする。
【００３３】
このマニピュレーションシステムによれば、ネットワークを介して接続した情報端末装置からの情報入力に基づいてアクチュエータを電動駆動することでマニピュレータにより微小対象物に対する操作を行うことが可能となるので、情報端末装置により離れた位置でマニピュレータを遠隔操作することができる。
【００３４】
上記マニピュレーションシステムにおいて前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作することができる。なお、一対のマニピュレータの他方に微小対象物を陰圧で保持するキャピラリが取り付けられる場合には、陰圧が電動で調整可能に構成され、そのキャピラリの陰圧を遠隔操作で調整可能である。
【００３５】
上記第４の目的を達成するために、本実施形態によるマニピュレータシステムは、電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とする。
【００３６】
このマニピュレータシステムによれば、マニピュレータを操作手段によりワイヤレスで操作できるので、机上及び空中の双方の任意の位置で操作が可能であり、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作することができる。
【００３７】
上記マニピュレータシステムにおいて前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作することができる。これにより、表示手段上に表示された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢でマニピュレータを操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡への悪影響を抑えることができる。
【発明の効果】
【００３８】
本発明のマニピュレータ及びマニピュレータシステムによれば、細胞等の微小対象物に対しキャピラリによるインジェクション操作を行う際に、かかる操作のためのキャピラリの動作を確実に精度よく繰り返して行うことが可能となる。
【００３９】
本発明のマニピュレータシステム及びマニピュレータ用画像表示装置によれば、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータによる迅速な操作処理が可能となる。
【００４０】
本発明のマニピュレーションシステムによれば、電動操作可能なマニピュレータシステムを使用して遠隔操作が可能となる。また、操作者が操作し易い姿勢・位置で自由に操作可能なマニピュレータシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。
【００４２】
〈第１の実施形態〉
図１は第１の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
【００４３】
図１において、マニピュレータシステム１０は、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、ホールディング用マニピュレータ１４と、インジェクション用マニピュレータ１６とを備え、顕微鏡ユニット１２の左右にマニピュレータ１４，１６が配置されている。
【００４４】
顕微鏡ユニット１２は、カメラ１８、顕微鏡２０、ベース２２を備え、ベース２２の上方に顕微鏡２０が配置され、顕微鏡２０にはカメラ１８が連結されている。ベース２２上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース２２上の細胞（図示せず）に顕微鏡２０から光が照射される。ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像され、カメラ１８の撮像による画像を表示部４５に表示し、細胞を観察できる。
【００４５】
ホールディング用マニピュレータ１４は、直交３軸構成のマニピュレータとして、ホールディングピペット２４、ＸＹ軸テーブル２６、Ｚ軸テーブル２８、ＸＹ軸テーブル２６を駆動する駆動装置３０、Ｚ軸テーブル２８を駆動する駆動装置３２を備えている。ホールディングピペット２４は、Ｚ軸テーブル２８に連結され、Ｚ軸テーブル２８はＸＹ軸テーブル２６上に上下動自在に配置されている。ＸＹ軸テーブル２６は、駆動装置３０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル２８は、駆動装置３２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。
【００４６】
Ｚ軸テーブル２８に連結されたホールディングピペット２４は、その先端にホールディングキャピラリ２５が装着されており、ＸＹ軸テーブル２６とＺ軸テーブル２８の移動に従って三次元空間を移動領域として移動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の細胞等を保持するように構成されている。
【００４７】
インジェクション用マニピュレータ１６は、直交３軸構成のマニピュレータとして、インジェクションピペット３４、ＸＹ軸テーブル３６、Ｚ軸テーブル３８、ＸＹ軸テーブル３６を駆動する駆動装置４０、Ｚ軸テーブル３８を駆動する駆動装置４２を備え、インジェクションピペット３４は、Ｚ軸テーブル３８に連結され、Ｚ軸テーブル３８はＸＹ軸テーブル３６上に上下動自在に配置され、駆動装置４０、４２はコントローラ４３に接続されている。
【００４８】
なお、図１では、マニピュレータ１４，１６は下方からＸ軸Ｙ軸Ｚ軸の順で駆動する構成であるが、この構成順序（配置方法）に限定されるものではなく、他の順序で構成してもよく、例えば、ピペット２４，３４をＸ軸やＹ軸のテーブルに連結する構成であってもよい。
【００４９】
ＸＹ軸テーブル３６は、駆動装置４０の駆動により、Ｘ軸またはＹ軸に沿って移動するように構成され、Ｚ軸テーブル３８は、駆動装置４２の駆動により、Ｚ軸に沿って（鉛直軸方向に沿って）移動するように構成されている。Ｚ軸テーブル３８に連結されたインジェクションピペット３４は、その先端にインジェクションキャピラリ３５が装着され、インジェクションキャピラリ３５は、針状になっており、ベース２２上の細胞等に挿入される。
【００５０】
ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８は、駆動装置４０、４２の駆動により、ベース２２上の細胞等を含む三次元空間を移動領域として移動し、インジェクションピペット３４を、例えば、インジェクションキャピラリ３５がベース２２上の細胞に挿入される挿入位置まで粗動駆動する粗動機構（三次元軸移動テーブル）として構成されている。
【００５１】
また、これらテーブル３６，３８は、移動テーブルとしての機能の他に、ナノポジショナとしての機能を備え、インジェクションピペット３４を往復動自在に支持するととともに、インジェクションピペット３４をその長手方向（軸方向）に沿って微動駆動するように構成されている。
【００５２】
具体的には、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８には、ナノポジショナとして、図２に示す微動機構４４が付加（内蔵）されている。図２は、図１のＸＹ軸テーブル３６，Ｚ軸テーブル３８に付加される微動機構の例を示す断面図である。
【００５３】
図２の微動機構４４は、圧電アクチュエータの本体を構成するハウジング４８を備え、略円筒状に形成されたハウジング４８内には、ねじ軸５０が挿通されているとともに、円筒状の圧電素子５４、円筒状の間座５６がねじ軸５０の外周側に収納されており、軸受５８、６０が内輪間座６２を間にしてねじ軸５０にロックナット６６により固定されて収納されている。
【００５４】
軸受５８、６０は、それぞれ内輪５８ａ、６０ａと、外輪５８ｂ、６０ｂと、内輪５８ａ、６０ａと外輪５８ｂ、６０ｂ間に挿入されたボール５８ｃ、６０ｃを備え、各内輪５８ａ、６０ａがねじ軸５０の外周面に内輪間座６２を介して嵌合され、各外輪５８ｂ、６０ｂがハウジング４８の内周面に嵌合され、ねじ軸５０を回転可能に支持する。軸受５８は、ハウジング４８の内周面に嵌合された間座５６との当接により、圧電素子を介して蓋６４を締め付けることによって予圧が付与される。ハウジング４８の一端側には圧電素子に電圧を印加するための信号線を通すための孔４８ａ、４８ｂが形成されている。予圧調整は間座５６の長さを調整することによって押圧力を調整させ、軸受５８、６０へ適切な予圧力を与える。これにより、軸受５８、６０に所定の予圧が付与され、軸受５８、６０の外輪間に軸方向間距離としての間隙６３が形成される。
【００５５】
圧電素子５４は、孔４８ａ、４８ｂ内にそれぞれ挿入されたリード線７０、７２を介して図１のコントローラ４３に接続されており、コントローラ４３からの電圧に応じてインジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。
【００５６】
圧電素子５４は、コントローラ４３からインジェクション用電圧が印加されると、インジェクションキャピラリ３５に対しベース２２上の細胞に挿入するための穿孔動作を行うようになっており、また、コントローラ４３から微動用電圧が印加されると、ねじ軸５０をその長手方向（軸方向）に沿って微動させて、インジェクションキャピラリ３５の位置を微調整するようになっている。
【００５７】
なお、圧電素子５４に対するインジェクション用電圧を設定するに際しては、操作対象の細胞の性質等に合わせて、電圧の振幅や電圧の波形を調整できるようになっている。また、図２では円筒型の圧電素子を使用しているが、これに限定されず、例えば角筒型であってもよい。
【００５８】
コントローラ４３は、インジェクション用マニピュレータ１６を駆動するときには、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８を粗動駆動して、インジェクションピペット３４の先端に装着されたインジェクションキャピラリ３５をベース２２上の細胞に近づけて位置決めした後、微動機構４４を用いてインジェクションキャピラリ３５を微動駆動するようになっている。
【００５９】
図１のコントローラ４３は、例えば、演算手段としてのＣＰＵ（中央演算処理装置）及び記憶手段としてのＲＡＭ、ＲＯＭなどのハードウエア資源を備えたマイクロコンピュータで構成されており、所定のプログラムを基に各種の演算を行い、演算結果に従って駆動装置４０、４２に駆動指令を出力するとともに、カメラ１８で撮像した細胞の画像や演算結果に関する情報などをＣＲＴや液晶パネルからなる表示部（パソコンディスプレイ）４５の画面上に表示させる制御手段として構成されている。
【００６０】
図３は図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。図４は図１，図３のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【００６１】
図１のマニピュレータ１６の駆動装置４０、４２には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ４６（図３）が内蔵されており、ステッピングモータ４６の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図３のように、コントローラ４３のＣＰＵ４４は、粗動時にステッピングモータ４６に対してドライバを介して（図示省略）駆動を指令し、また、微動時に圧電素子５４に対してアンプ（図示省略）を介して駆動を指令する。
【００６２】
図１のマニピュレータ１６における粗動と微動の駆動を切り換えるために、図１、図３のように、コントローラ４３に接続されたジョイスティック４７を用いる。
【００６３】
図３のコントローラ４３のＣＰＵ４４は、ジョイスティック４７から操作方向に関する信号が入力すると、ジョイスティック４７の操作方向を判別し、例えば、図４のようにジョイスティック４７が中立位置でインジェクション用マニピュレータ１６が停止した状態から、本体部（ハンドル）４７ｅが操作者により掴まれて右側Ｒに操作されたとき、ステッピングモータ４６を駆動しインジェクションキャピラリ３５を粗動駆動する。
【００６４】
また、図４のように、ジョイスティック４７は、その上部に並んで配置された第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ，４７ｂを備えている。図３において、第１押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、圧電素子５４を駆動し、インジェクションキャピラリ３５が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行うようになっている。また、第２押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５を細胞内の位置から抜くように後退方向Ｃ（図５）に駆動するようになっている。
【００６５】
次に、図１〜図４のマニピュレータシステム１０の動作について図１〜図５を参照して説明する。図５は、図１の顕微鏡ユニット１２による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。
【００６６】
図５（ａ）のように、ホールディング用マニピュレータ１４を駆動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の卵子Ｄを保持した状態で、図３，図４のジョイスティック４７を右側Ｒに操作し、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。
【００６７】
次に、図５（ｂ）のように、ジョイスティック４７を左側Ｌに操作し、コントローラ４３でステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００６８】
次に、図５（ｃ）のように、図３，図４のジョイスティック４７の上部の第１押しボタンスイッチ４７ａを押すと、コントローラ４３からインジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子５４によりインジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａが前進方向Ｂに卵子Ｄの透明帯を通して卵子Ｄ内へと挿入され、インジェクションキャピラリ３５から精子の入った溶液を注入する。
【００６９】
なお、圧電素子５４による穿孔動作は、圧電素子５４の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ４７ａを押している間に継続して圧電素子５４を駆動し、押しボタンスイッチ４７ａを離すと圧電素子５４がオフとなる構成とすることが好ましい。
【００７０】
次に、上述のインジェクション動作の後、図５（ｄ）のように、図３，図４のジョイスティック４７の上部の第２押しボタンスイッチ４７ｂを押すと、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Ｃにインジェクションキャピラリ３５を駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００７１】
上述のように、図１〜図５の本実施形態によれば、圧電素子５４による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ３５を細胞（卵子Ｄ）から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
【００７２】
また、第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂがジョイスティック４７の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
【００７３】
次に、上述のジョイスティック４７による操作の代わりに、図１のマウス４９を用いて表示部４５の画面上で操作するように構成してもよい。すなわち、図６の表示部４５の画面４５ａ上に、例えば、図５のような顕微鏡視野の画像を表示するとともに、図１のマウス４９でクリックすることでスイッチと同様の動作をする押しボタン４１ａ〜４１ｅを表示する。これらの押しボタン４１ａ〜４１ｅをマウス４９で操作することで、図５（ａ）〜（ｄ）と同様の操作を行うことができる。
【００７４】
すなわち、画面４５ａ上に表示された粗動ボタン４１ａをマウス４９でクリックすることで、ステッピングモータ４６を駆動し、図５（ａ）のように、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。ここで、停止ボタン４１ｂをクリックし停止してもよい。
【００７５】
次に、粗動ボタン４１ａをクリックしてステッピングモータ４６を駆動し、図５（ｂ）のように、インジェクションキャピラリ３５を移動させて先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００７６】
次に、注入ボタン４１ｄをクリックすると、インジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、図５（ｃ）のように、インジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、注入を行う。
【００７７】
次に、上述のインジェクション動作の後、後退ボタン４１ｅをクリックすると、ステッピングモータ４６を駆動し、図５（ｄ）のように、インジェクションキャピラリ３５を後退方向Ｃに駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００７８】
なお、上述の図３〜図５及び図６では、穿孔動作・インジェクション動作と、インジェクションキャピラリを抜く動作と、を２つの押しボタンにより別々に行うようにしたが、１つの押しボタンを押すことで、穿孔動作・インジェクション動作からインジェクションキャピラリを抜く動作まで自動的に連続して行うようにしてもよい。
【００７９】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４では押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを例にして説明したが、他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振ることができる。
【００８０】
また、図１のマウス４９として押しボタンスイッチを有するマウスを用いて、かかるマウス４９に付属した押しボタンスイッチを押すことでジョイスティック４７の第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂと同様の操作を行わせるように構成してもよい。この場合、粗動と微動の切り換えは、例えば、図６と同様の押しボタン４１ａ，４１ｂ，４１ｃにより行うようにしてもよい。
【００８１】
また、ジョイスティックやマウス以外のポインティングデバイスを用いてもよく、例えば、ペンタブレット等を使用してもよく、押しボタンが不足するときは、画面上にクリック可能な押しボタンを設置することが好ましい。
【００８２】
〈第２の実施形態〉
【００８３】
第２の実施形態によるマニピュレータシステム１０は図１と同様の構成である。すなわち、マニピュレータシステム１０は、図１のように、顕微鏡観察下で細胞等の微小対象物に微細な人工操作を実施するためのシステムとして、顕微鏡ユニット１２と、ホールディング用マニピュレータ１４と、インジェクション用マニピュレータ１６とを備え、顕微鏡ユニット１２の左右にマニピュレータ１４，１６が配置されている。顕微鏡ユニット１２は、カメラ１８、顕微鏡２０、ベース２２を備え、ベース２２の上方に顕微鏡２０が配置され、顕微鏡２０にはＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を用いたカメラ１８が連結されている。ベース２２上には細胞等の微小対象物が載置可能であり、ベース２２上の細胞（図示せず）に顕微鏡２０から光が照射される。ベース２２上の細胞で反射した光が顕微鏡２０に入射すると、細胞に関する光学像は、顕微鏡２０で拡大された後、カメラ１８で撮像され、カメラ１８の撮像による画像を表示部４５に表示し、細胞を観察できる。
【００８４】
なお、マニピュレータシステム１０の各部は、図１と同様であるので、その説明は省略する。また、ＸＹ軸テーブル３６とＺ軸テーブル３８には、ナノポジショナとして、微動機構４４が付加（内蔵）されているが、この微動機構４４は図２に示すものと同様であるので、その説明は省略する。
【００８５】
図９は第２の実施形態による図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。図４は図９の表示部の分割された画面の例を示す図である。
【００８６】
図１のマニピュレータ１６の駆動装置４０、４２には、粗動用モータとして、例えばステッピングモータ４６（図３）が内蔵されており、ステッピングモータ４６の回転がリニアガイドやボールねじ等により直線運動に変換されるように構成されている。図９のように、コントローラ４３のＣＰＵ４４は、粗動時にステッピングモータ４６に対してドライバ（図示省略）を介して駆動を指令し、また、微動時に圧電素子５４に対してアンプ（図示省略）を介して駆動を指令する。
【００８７】
図９の表示部４５と、画像処理部８０と、表示部４５と画像処理部８０とを制御するＣＰＵ４４とにより、画像表示装置が構成される。すなわち、図９のＣＰＵ４４は表示部４５の画面表示形態を制御し、図１０のように表示部４５の画面４５ａを例えば画面８１，８２の二画面に分割する。図１の顕微鏡２０に設けられたカメラ１８で撮像された顕微鏡画像が、各分割画面８１，８２に細胞等の微小対象物の画像としてそれぞれ表示される。
【００８８】
カメラ１８からの画像は、図９の画像処理部８０で各種の画像処理が施されるが、例えば、微小対象物の顕微鏡画像を所望の倍率に縮小・拡大処理することができる。すなわち、画像処理部８０は、入力画像について所定のアルゴリズムでソフト的に縮小処理または拡大処理を行い、縮小または拡大された出力画像とするようになっている。
【００８９】
図１０のように、画像処理部８０で拡大処理された例えば表示倍率１０倍（×１０）の顕微鏡画像が画面８１に表示され、表示倍率４０倍（×４０）の同一の顕微鏡画像が画面８２に表示される。
【００９０】
図１１に図９のジョイスティックの具体例を示す斜視図を示す。図１，図９のようにコントローラ４３に接続されたジョイスティック４７を用いて、例えば、図１０のようにジョイスティック４７が中立位置でインジェクション用マニピュレータ１６が停止した状態から、本体部４７ｅが操作者により掴まれて右側Ｒまたは左側Ｌに操作されたとき、ステッピングモータ４６を駆動しインジェクションキャピラリ３５を粗動駆動する。
【００９１】
また、図１１のように、ジョイスティック４７は、その上部に並んで配置された第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ，４７ｂを備え、第１押しボタンスイッチ４７ａが押されてオンになると、圧電素子５４を駆動し、インジェクションキャピラリ３５が細胞に接近した位置で微小量の移動を行うことで細胞に対する穿孔動作を行う。また、第２押しボタンスイッチ４７ｂが押されてオンになると、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５を細胞内の位置から抜くように後退方向Ｃ（図６）に駆動する。
【００９２】
なお、図１１のようにジョイスティック４７の上部に設置されたハットスイッチ４７ｄを用いて、第２押しボタンスイッチ４７ｂの上記ボタン操作を代用するように構成してもよい。また、図１１の押しボタンスイッチ４７ａの隣の第３押しボタンスイッチ４７ｃ等の他の押しボタンスイッチに同様の機能を備えさることが可能であり、操作者が操作し易い他の押しボタンスイッチに同様の機能を割り振るようにしてもよい。
【００９３】
次に、本実施形態のマニピュレータシステム１０の動作について図９〜図１１、さらに上述の図５を参照して説明する。
【００９４】
図５（ａ）のように、ホールディング用マニピュレータ１４を駆動し、ホールディングキャピラリ２５によりベース２２上の卵子Ｄを保持した状態で、図９，図１１のジョイスティック４７を右側Ｒに操作し、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに接近させる。
【００９５】
次に、図５（ｂ）のように、ジョイスティック４７を左側Ｌに操作し、コントローラ４３でステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させる。
【００９６】
次に、図５（ｃ）のように、図１１のジョイスティック４７の上部の第１押しボタンスイッチ４７ａを押すと、コントローラ４３からインジェクション用電圧を印加して圧電素子５４を駆動し、初期設定されたインジェクション用電圧の信号波形に基づいて圧電素子５４によりインジェクションキャピラリ３５が先端３５ａで穿孔動作を行い、インジェクションキャピラリ３５の先端３５ａが前進方向Ｂに卵子Ｄの透明帯を通して卵子Ｄ内へと挿入され、インジェクションキャピラリ３５から精子の入った溶液を注入する。
【００９７】
なお、圧電素子５４による穿孔動作は、圧電素子５４の駆動時間が卵子の個体差により異なるため、押しボタンスイッチ４７ａを押している間に継続して圧電素子５４を駆動し、押しボタンスイッチ４７ａを離すと圧電素子５４がオフとなる構成とすることが好ましい。
【００９８】
次に、上述のインジェクション動作の後、図５（ｄ）のように、図１１のジョイスティック４７の上部の第２押しボタンスイッチ４７ｂを押すと、ステッピングモータ４６を駆動し、インジェクションピペット３４の軸長手方向に沿って駆動して、後退方向Ｃにインジェクションキャピラリ３５を駆動することで細胞Ｄ内から抜く。
【００９９】
上述のように、本実施形態によれば、圧電素子５４による穿孔動作・インジェクション開始からインジェクションキャピラリ３５を細胞（卵子Ｄ）から抜くまでの操作を押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂの押す動作だけで実行することができ、ジョイスティックのレバー操作の必要がなくなり、操作がが容易になる。また、上記操作をボタン操作とすることで、初期設定した動作を安定して実行させることができ、このため、人為的な誤差が少なくなるとともに、各操作を安定して繰り返し行うことが可能となる。
【０１００】
また、第１及び第２押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂがジョイスティック４７の上部に並んでいるので、押しボタンスイッチ４７ａ、４７ｂを続けて押すことが簡単にでき、穿孔動作・インジェクション動作及びインジェクションキャピラリを抜く動作を連続的に正確かつ容易に行うことができる。
【０１０１】
上述の図５（ａ）〜（ｄ）の各操作の際に、図１０のように、表示部４５の２分割された画面８１，８２に、同一の顕微鏡画像について低倍率の画像と高倍率の画像を表示しながら、低倍率画像で細胞Ｄの状態を把握しながら高倍率画像で細胞Ｄに対する微細な各操作を実行できる。例えば、図５（ｂ）の操作の際に、図１０のように２分割された画面８１，８２に低倍率画像と高倍率画像を表示し、ジョイスティック４７を操作して、画面８１の低倍率画像で細胞Ｄの全体を把握し、画面８２の高倍率画像をみながらインジェクションキャピラリ３５の先端３５ａを卵子Ｄに当接させることができる。
【０１０２】
以上のように、本実施形態のマニピュレータシステム１０によれば、マニピュレータ１４，１６で細胞等の微小対象物を操作する際、顕微鏡画像の集録を１つのカメラ１８で行い、例えば、ＰＣ（パソコン）等に集録することができる。集録した顕微鏡画像を表示部４５の２画面８１，８２に分けて異なる表示倍率で表示でき、例えば、画面８１では表示倍率が１０倍であり、画面８２では表示倍率が４０倍である。これにより、常に低倍率画像で顕微鏡下の試料状態を把握しながら高倍率画像での微細な操作が可能になる。また、顕微鏡の対物レンズを交換する手間が省略できるとともに、高倍率の対物レンズが不要となる。さらに、顕微鏡で電動レボルバ等の高価な製品を使用しなくてもよく、マニピュレータシステム全体のコスト減に寄与できる。
【０１０３】
以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図４の画面８１，８２における表示倍率は、変更可能であり、例えば、一方をほぼ等倍とし、他方をデジタルズームによる所望の倍率にできる。また、表示部４５の分割画面は、２画面に限定されず、さらに、３画面、４画面、・・・のように増やしてもよい。
【０１０４】
〈第３の実施形態〉
図１２は第５の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。図１３は図１２のインジェクション用電動３軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
【０１０５】
図１２は、図１のマニピュレータシステム１０をより具体化したマニピュレータシステム５００を示している。すなわち、図１２のように、本実施形態によるマニピュレータシステム５００は、ホールディング用の電動３軸（ＸＹＺ）マニピュレータ１４０と、インジェクション用の電動３軸（ＸＹＺ）マニピュレータ１６０と、倒立顕微鏡１２０と、電動の試料ステージ１１０と、を備え、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０は倒立顕微鏡１２０と一体になるように取り付けられている。なお、電動３軸マニピュレータ１４０，１６０は、試料ステージ１１０と一体構造となるように取り付けてもよく、これにより外部からの振動等の影響が受け難くなる。
【０１０６】
インジェクション用の電動３軸マニピュレータ１６０には、電動で圧力調整可能なインジェクタ３４０を設置軸方向に往復運動するようにモータ駆動及び圧電素子駆動が可能なナット回転型アクチュエータ１７０が取り付けられている。ホールディング用の電動３軸マニピュレータ１４０にも同様のナット回転型アクチュエータ１９１が取り付けられている。
【０１０７】
倒立顕微鏡１２０は電動焦点合わせアクチュエータ、対物レンズを切り替えるレボルバ部及び観察対象物への光照射のための光源を有する。
【０１０８】
また、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０の設置時の安定性を向上するため、各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０を重力方向に支持するための脚１４９，１６９を設置している。各脚１４９，１６９は、図１２では各電動３軸マニピュレータ１４０，１６０に対しそれぞれ１箇所しか配置していないが、複数でもよい。
【０１０９】
図１３のように、電動３軸マニピュレータ１６０は、３つの１軸アクチュエータ１６１，１６２，１６３を３軸（ＸＹＺ）方向に組み合わせて構成されている。各１軸アクチュエータ１６１〜１６３は、ステッピングモータとカップリングとＢＳ（ボールねじ）と案内要素とスライダとから構成され、オーバーストロークを防止するために駆動軸方向の両端にリミットスイッチが設置されている。また、各１軸アクチュエータ１６１〜１６３のステッピングモータの励磁を切ることにより、各１軸アクチュエータ１６１〜１６３の各手動ノブ１６１ａ，１６２ａ，１６３ａによりマニピュレータ１６０を各軸方向に手動操作することも可能な構成となっている。電動３軸マニピュレータ１４０も同様に構成されている。
【０１１０】
１軸アクチュエータ１６３をＺ軸方向の駆動用とし、そのＺ軸スライダ１６３ｂ上にはθステージ１６４が配置され、さらにθステージ１６４上にはナット回転型アクチュエータ１７０が配置されている。θステージ１６４は、ナット回転型アクチュエータ１７０の設置角度を調整するためのものであり、手動タイプであるが、電動タイプに構成してもよい。θステージ１６４の設置角度は、インジェクタ３４０に装着されるガラス製のインジェクションキャピラリ３４１の折れ曲がり角度またはインジェクション角度と一致するよう設定される。
【０１１１】
次に、図１２，図１３のナット回転型アクチュエータ１７０について図１４，図１５を参照して説明する。図１４は図１３のナット回転型アクチュエータ１７０をθステージ１６４の平面と平行な方向に切断してみた断面図である。図１５は図１３，図１４のナット回転型アクチュエータ１７０の斜視図である。
【０１１２】
図１４，図１５に示すように、ナット回転型アクチュエータ１７０は、圧電アクチュエータとしての本体を構成するハウジング４８０を備えており、ほぼ筒状に形成されたハウジング４８０内には、ピペット状のインジェクタ３４０を駆動対象として、外周側にねじ部を有するねじ軸５２０と、ねじ軸５２０を囲む中空状の回転軸５４０が挿通されている。ハウジング４８０はその底部がベース５６０に固定されており、微動機構、ナノポジショナとして構成されている。
【０１１３】
ねじ軸５２０の先端側には、治具５８０を介してピペット状のインジェクタ３４０の根元側が連結されており、ねじ軸５２０の中程には、ねじ軸５２０外周のねじ部とねじ結合されるねじ要素としてのボールねじナット（ＢＳナット）６００が装着され、治具５８０とねじ軸５２０との間にはスライダ６２０が連結されている。スライダ６２０はベース５６０とほぼ直交する方向に配置され、切り欠き６４０を間にしてリニアガイド６６０に連結されている。リニアガイド６６０はベース５６０底部側に配置され、ベアリング６８０を介して、ねじ軸５２０の軸方向に沿って移動自在にベース５６０に連結されている。
【０１１４】
すなわち、リニアガイド６６０は、ねじ軸５２０の軸方向の移動に合わせて、ねじ軸５２０の先端側を支持したスライダ６２０を、ベース５６０に沿って往復動させるようになっている。この際、ねじ軸５２０のうちボールねじナット６００よりもインジェクタ３４０側の部位が、スライダ６２０を介してリニアガイド６６０でスライド自在に支持されるので、ねじ軸５２０の直線運動をインジェクタ３４０へ伝達することができる。
【０１１５】
ボールねじナット６００は、回転軸５４０の軸方向一端側（先端側）の段部５４０ａに固定されているとともに、ねじ軸５２０外周のねじ部とねじ結合され、ねじ軸５２０がその軸方向に沿って往復動（直線運動）するのを自在に支持するようになっている。すなわち、ボールねじナット６００は、回転軸５４０の回転運動をねじ軸５２０の直線運動に変換するための要素として構成されている。
【０１１６】
回転軸５４０の軸方向他端側は、中空モータ７００内の回転部に連結している。中空モータ７００のハウジング７４０は、その底部側がベース５６０に弾性体としてのゴムワッシャ７６０を介してボルト７８０が固定されている。中空モータ７００が駆動されると回転軸５４０が回転し、回転軸５４０の回転運動がボールねじナット６００を介してねじ軸５２０に伝達され、ねじ軸５２０がその軸方向に沿って直線運動するようになっている。
【０１１７】
一方、回転軸５４０の段部５４０ａに隣接して、軸受８００、８２０が内輪間座８４０を間にして収納されている。軸受８００、８２０は、それぞれ内輪８００ａ、８２０ａと、外輪８００ｂ、８２０ｂと、内輪と外輪間に挿入されたボール８００ｃ、８２０ｃを備え、各内輪８００ａ、８２０ａが回転軸５４０の外周面に嵌合され、各外輪８００ｂ、８２０ｂがハウジング４８０の内周面に嵌合され、回転軸５４０を回転自在に支持するようになっている。軸受８００、８２０は、内輪間座８４０を間にし、回転軸５４０にロックナット８６０により固定されている。軸受８００は、ハウジング４８０内の段部５４０ａと円環状のスペーサ９２０と当接することにより、回転軸５４０の軸方向への移動が規制されるようになっている。軸受８２０の外輪８２０ｂとハウジング４８０の蓋８８０との間に、円環状の圧電素子９２０と円環状のスペーサ９００が圧入されている。
【０１１８】
また、各軸受８００、８２０、圧電素子９２０は、スペーサ９００の長さを調節し、蓋８８０を閉めることにより、予圧が付与される。具体的には、スペーサ９００の長さを調整し、蓋８８０を閉めると、その位置に応じた締結力が軸受８２０と軸受８００の外輪８２０ｂ、８００ｂに、軸方向に沿った押圧力として予圧が付与されるとともに、同時に圧電素子９２０にも予圧が付与される。これにより、軸受８００、８２０および圧電素子９２０に所定の予圧が付与され、軸受８００、８２０の外輪間に軸方向間の距離としての間隙９４０が形成される。
【０１１９】
圧電素子９２０は、リード線（図示せず）を介してコントローラとしてのパソコン（ＰＣ）４３０（図１７参照）に接続されており、パソコン４３０からの電圧に応じて回転軸５４０の長手方向（軸方向）に沿って伸縮する圧電アクチュエータの一要素として構成されている。すなわち、圧電素子９２０は、パソコン４３０からの印加電圧に応答して、回転軸５４０の軸方向に沿って伸縮し、回転軸５４０をその軸方向に沿って微動させるようになっている。回転軸５４０が軸方向に沿って微動すると、この微動がねじ軸５２０を介してインジェクタ３４０に伝達され、インジェクタ３４０の位置が微調整されることになる。
【０１２０】
上述のように、ナット回転型アクチュエータ１７０は、中空モータ７００によりボールねじナット６００の回転運動をねじ軸５２０の直線運動に変換しねじ軸５２０を直動するが、ねじ軸５２０取り付けられたインジェクタ３４０は、中空モータ７００の駆動時にリニアガイド６６０により回転せず、回り止めの機能を有している。このため、中空モータ７００の駆動によりインジェクタ３４０が直線往復運動できる。
【０１２１】
図１４，図１５のナット回転型アクチュエータ１７０は、中空モータ７００を駆動することで、インジェクタ３４０を駆動し顕微鏡視野中央部ヘセットし、また、顕微鏡視野中央部から退避する機能を有し、圧電素子９２０を駆動することで、インジェクタ３４０の先端に取り付けたガラスキャピラリ３４１（図１３）による細胞（卵）に対する穿孔動作をアシストすることができる。
【０１２２】
次に、図１２の試料ステージ１１０について図１６を参照して説明する。図１６は、図１２の試料ステージ１１０を示す斜視図である。図１６のように、試料ステージ１１０は、２つの１軸アクチュエータ１１１，１１２が２軸方向に配置され、試料台１１３を２軸方向に移動させるように構成され、図１２の倒立顕微鏡１２０に取り付けられている。試料ステージ１１０を駆動する各アクチュエータ１１１，１１２の各モータの軸端には手動ノブ１１１ａ，１１２ａがそれぞれ取り付けられており、各モータの励磁を切ることにより手動操作も可能となっている。
【０１２３】
次に、図１２のマニピュレータシステム５００を制御するコントローラとしてのパソコンについて図１７を参照して説明する。図１７は、図１２〜図１６のマニピュレータシステム５００についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。
【０１２４】
図１７のパソコン（パーソナルコンピュータ）４３０は、各種制御を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）４３１と、記憶装置に格納されておりマニピュレータシステム５００の使用時に読み出されるプログラム４３２と、液晶パネルやＣＲＴ等からなる表示部４３３と、ハードディスクや光ディスク等の記録媒体に顕微鏡画像等を保存可能な記憶部４３０ａと、インターネット等のネットワークを介して外部との通信のインターフェースである通信部４３０ｂと、を備える。また、操作者により操作されるジョイスティック４７０及びマウス４７０ａは、パソコン４３０にネットワークを介して接続可能な別のパソコンへの入力手段である。パソコン４３０は、ＣＰＵ４３１によりプログラム４３２の動作及びネットワークを介して外部から通信部４３０ｂで受信したジョイスティック４７０やマウス４７０ａの各操作による操作信号に基づいてマニピュレータシステム５００の各部分を制御する。
【０１２５】
すなわち、パソコン４３０は、信号発生器４３８を駆動し、その信号によりピエゾアンプ４３４を介してナット回転型アクチュエータ１７０のピエゾ素子からなる圧電素子９２０を駆動する。また、パソコン４３０は、端子台ボックス４３５を介してナット回転型アクチュエータ１７０と電動３軸マニピュレータ１４０，１６０と試料ステージ１１０と顕微鏡１２０のハンドルを電動で回転させる焦点合わせアクチュエータ４３６とにそれぞれ電気的に接続されており、ナット回転型アクチュエータ１７０の中空モータ７００、電動３軸マニピュレータ１６０の各１軸アクチュエータ１６１〜１６３、試料ステージ１１０の各１軸アクチュエータ１１１，１１２及び焦点合わせアクチュエータ４３６がそれぞれ駆動されるようになっている。また、顕微鏡１２０に関し、対物レンズのレボルバ部や光源の光量調整も電動駆動するようにしてもよい。
【０１２６】
また、マニピュレータ１６０には、インジェクタ３４０の圧力調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力を調整することができる。また、顕微鏡１２０には撮像素子から構成されたカメラ４３７が配置されており、カメラ４３７により撮像された顕微鏡画像がパソコン４３０の表示部４３３に表示される。
【０１２７】
また、ホールディング用のマニピュレータ１４０も同様に駆動されるが、マニピュレータ１４０にはホールディングキャピラリの圧力（陰圧）調整を行うシリンジモータが含まれ、そのモータが同様に駆動制御されることでシリンジの圧力（陰圧）を調整することができる。
【０１２８】
次に、図１７のジョイスティックについて図１８を参照して説明する。図１８は、図１７のジョイスティックの例を示す斜視図である。
【０１２９】
上述のマニピュレータシステム５００は、少なくとも２つのジョイスティック４７０を使用して操作される。ジョイスティック４７０は、一例として図１８に示すようなハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７が配置されたものを使用する。
【０１３０】
図１８のジョイスティック４７０のハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７によりマニピュレータシステム５００において次の表１のような操作を実行できるようになっている。ハンドル４７９は、右方向Ｒ、左方向Ｌに傾斜させる（倒す）ことでマニュピレータ１４０，１６０をＸ軸方向、Ｙ軸方向に駆動でき、回転させる（ひねる）ことでＺ軸方向に駆動できる。なお、表１において、４方向のハットスイッチ４７７の「⇔」は、左右方向の２つのスイッチであり、同じく「↓↑」は、上下方向の２つのスイッチである。また、陰圧＋、圧力＋は各シリンジモータによる圧力絶対値の増加、陰圧−、圧力−は圧力絶対値の減少である。微動駆動Ｚ＋、−は、Ｚ軸方向に対する移動量の増加、減少である。
【０１３１】
【表１】
【０１３２】
なお、表１のようなハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７の各操作に対するレイアウトは、操作者が使い易いように適宜変更が可能である。また、細胞操作で圧電素子９２０を駆動する際、複数のパラメータで駆動する必要が生じる可能性があるが、その場合は、同様のボタンを追加等することにより対応できる。
【０１３３】
また、使用するジョイスティック４７０は、ハンドル４７９を倒す（傾斜させる）度合いに応じて速度調整し、離すとマニピュレータ１４０，１６０の駆動を停止するタイプでもよいし（速度指令型）、ハンドル４７９を倒した分だけマニピュレータ１４０，１６０を駆動するタイプでもよい（位置制御型）。また、上述のような操作に用いるインターフェイスは、ジョイスティック以外に、例えば、図１７のマウス４７０ａとして複数ボタンが存在する２次元または３次元マウスを使用してもよい。
【０１３４】
次に、パソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面について図１９を参照して説明する。図１９は図１７のパソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。
【０１３５】
パソコン４３０の表示部４３３のコントローラ画面上には、上述の図１０と同様にカメラ４３７による顕微鏡画像を少なくとも２画面で表示するようになっており、例えば、図１９のように、顕微鏡画像を第１表示画面４３３ａに標準倍率で、第２表示画面４３３ｂに拡大倍率でそれぞれ表示できるようになっている。図１９の例では、マニピュレータシステム５００で卵Ｄが操作され、ガラス製のホールディングキャピラリ３４２に陰圧で保持された卵Ｄに対しインジェクタ３４０の先端のインジェクションキャピラリ３４１が穿孔動作した状態を第１表示画面４３３ａに標準倍率で表示し、第２表示画面４３３ｂに拡大倍率で表示している。これにより、図１０と同様に低倍率の顕微鏡画像と高倍率の顕微鏡画像とを参照するとき、顕微鏡画像の表示倍率の変更の必要性がなくマニピュレータシステム５００による迅速な操作処理が可能となるとともに、常に標準倍率の画像で顕微鏡下の細胞（卵）等の試料の状態を把握しながら、拡大倍率の画像で微細な操作を行うことができる。
【０１３６】
表示部４３３のコントローラ画面には、図１９に示すように、略中央左右に第１，第２表示画面４３３ａ，４３３ｂが配置されるとともに、その下側に動作状態表示パネル４３３ｃが配置され、その上側には、画像操作パネル４３３ｄ，試料ステージ操作パネル４３３ｅ及びマニピュレータ操作パネル４３３ｆが配置されており、マウス４７０ａによりそれぞれ操作が可能になっている。
【０１３７】
動作状態表示パネル４３３ｃには、マニピュレータ１４０，１６０の実際のＸＹＺ位置座標等が表示部４３３ｇに表示され、また、ジョイスティック４７０のボタン操作時に、どのボタンを押しているかを認識可能な表示部４３３ｈが配置されており、画像をみながら操作状態を把握することができ、さらに、マニピュレータ１４０，１６０の電動・手動の切り替え部４３３ｉ及び休止ボタン４３３ｊが配置されている。
【０１３８】
また、画像操作パネル４３３ｄには、第１，第２表示画面４３３ａ，４３３ｂにおける画像の倍率メニュー４３３ｋ及び画像の表示位置メニュー４３３ｍが配置されており、操作者が画像の倍率や表示位置を調整可能となっている。また、顕微鏡画像はコントローラ画面上でのマウス４７０ａによる操作で記憶部４３０ａに保存でき、また、コントローラ画面上のボタンを押すことで、動画保存も可能である。
【０１３９】
また、試料ステージ操作パネル４３３ｅには、試料ステージ１１０の駆動パラメータを調整するメニュー４３３ｎに加えて、ＸＹ駆動、原点復帰等操作が可能なボタンが配置されている。試料ステージ１１０は表示画面４３３ａ，４３３ｂ上の顕微鏡画像を見ながらボタン操作により駆動できる。例えば、ボタンを押している間だけ＋Ｘ方向に動かすことができる。
【０１４０】
また、マニピュレータ操作パネル４３３ｆには、マニピュレータ１４０，１６０の駆動パラメータを調整するメニュー４３３ｐがあり、操作者が好みのパラメータに設定して使用することができる。また、マニピュレータ操作パネル４３３ｆには、図１３〜図１５のナット回転型アクチュエータ１７０を駆動するボタン４３３ｑが配置されている。このボタン４３３ｑを押すことで、予め設定したストロークでナット回転型アクチュエータ１７０が駆動し、インジェクタ３４０を顕微鏡中心部ヘセットし、また、退避させることができる。
【０１４１】
なお、ナット回転型アクチュエータ１７０及び試料ステージ１１０は、上述のように図１９のコントローラ画面上のボタン操作により行うことができるが、ジョイスティック４７０等で行うようにしてもよい。
【０１４２】
特許文献３のような従来のマニピュレータシステムによれば、顕微鏡設置場所にジョイスティック等を設置し、接眼レンズを操作者がのぞきながら操作するが、このような操作では、ジョイスティックの操作を目視しないまま行わざるを得ないので、使用するには熟練した技術が必要となるのに対し、上述のマニピュレータシステム５００によれば、表示部４３３のコントローラ画面をみながらジョイスティック４７０の操作も目視できるとともに、コントローラ画面にもジョイスティック４７０の操作状態が表示されるので、マニピュレータシステム５００を簡単かつ確実に使用することができる。
【０１４３】
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムについて図２０を参照して説明する。図２０は、第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【０１４４】
図２０に示すように、本実施形態によるマニピュレーションシステム９０１は、ネットワーク通信により上述のマニピュレータシステム５００を遠隔操作可能に構成したものである。
【０１４５】
マニピュレーションシステム９０１では、マニピュレータシステム５００及びコントローラとしてのパソコンＰＣ１を端子台ボックス４３５の各コネクタに接続する。ＰＣ１は、図１７のパソコン４３０と同じであってよいが、図２０ではマニピュレータシステム５００の制御のためのプログラム（１）がインストールされている。
【０１４６】
さらに、マニピュレーションシステム９０１では、図２０のように、遠隔操作のためのパソコンＰＣ２を別途用意し、ＰＣ１とともにネットワークＮに接続可能にする。ネットワークＮとしては、インターネットであってよいが、専用回線や特定領域に設けられたネットワーク等であってもよい。
【０１４７】
遠隔操作のためのパソコンＰＣ２は、インターネット等のネットワークＮを介して外部との通信のインターフェースである通信部ＰＣ２１と、液晶パネルやＣＲＴ等からなり顕微鏡画像や制御プログラムとしてのコントロール画面をＷｅｂページで表示可能な表示部ＰＣ２２と、各種制御を行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）ＰＣ２３と、を備え、操作者により操作されるインターフェイスＰＣ２４が指令入力手段として接続されている。
【０１４８】
パソコンＰＣ２は、ネットワークＮを介してＰＣ１と接続し、図２０の通信ＡによりＰＣ１から送信された画像情報及びコントローラ情報を受信し、表示部ＰＣ２２に顕微鏡画像や制御プログラム画面を表示するとともに、通信ＢによりＰＣ１に対しインターフェイスＰＣ２４から入力されたインターフェイス情報を送信し、ＰＣ１は受信したインターフェイス情報に基づいてマニピュレータシステム５００を操作する。
【０１４９】
インターフェイスＰＣ２４は、例えば、ジョイスティック４７０（図１７，図１８）やマウス４７０ａ（図１７）であってよく、ジョイスティック４７０の場合は、図１８のハンドル４７９と複数のボタン４７１〜４７７を上述の表１と同様の操作に割り当てることができる。
【０１５０】
図２０のマニピュレーションシステム９０１における遠隔操作について説明する。まず、図１２のマニピュレータシステム５００に、マニピュレータ操作に必要なインジェクションキャピラリ３４１（図１３，図１９）、ホールディングキャピラリ３４２（図１９）やサンプルの入ったシャーレ等をセッティングすることで、マニピュレーションを実行できる状態とする。
【０１５１】
次に、ＰＣ１及びＰＣ２を起動しネットワークＮを介して接続するとともに、図２０のＰＣ１でマニピュレータシステム５００を駆動するためのプログラム（１）を起動する。起動したプログラム（１）自体を遠隔操作するため、ＰＣ１からネットワークＮを介してＰＣ２にコントローラ情報が送信されると、ＰＣ２の表示部ＰＣ２２にＷｅｂページによる制御プログラム画面が表示される。また、カメラ４３７で撮像した顕微鏡画像情報がＰＣ１からネットワークＮを介してＰＣ２に送信されて表示部ＰＣ２２に表示される。このような構成でプログラム（１）を実行すると、ＰＣ２に接続しているインターフェイスＰＣ２４からの指令入力信号によりマニピュレータシステム５００を制御でき、かつ、ＰＣ１上で起動しているプログラム（１）はＰＣ２上に開いたＷｅｂページ内に表示されて制御可能となっているため、マニピュレータシステム５００の全ての操作をＰＣ２上で行うことができる。このようにして、ＰＣ２によりマニピュレータシステム５００を遠隔操作することができる。なお、ＰＣ２の表示部ＰＣ２２の制御プログラム画面（コントローラ画面）は図１９のような画面表示の構成であってよいが、図１９の例に限定されるものではない。
【０１５２】
図２１により図２０の変形例を説明する。図２１のように、ＰＣ２にはインターフェイスＰＣ２４からの信号でマニピュレータシステム５００を制御するためのプログラム（２）がインストールされており、プログラム（２）を起動し、ＰＣ２でインターフェイスＰＣ２４から指令入力信号を入力すると、プログラム（２）でインターフェイス情報をＰＣ１に送信し、ＰＣ１のプログラム（１）がネットワークＮ経由でプログラム（２）から送信されたインターフェイス情報を読み取ることで、マニピュレータシステム５００の全ての操作をＰＣ２上で行うことができる。
【０１５３】
次に、本実施形態による遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例について図２２を参照して説明する。図２２は、第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。
【０１５４】
図２２に示すマニピュレーションシステム９０２は、図２０と比べて、画像情報通信のために別のプログラムにより通信するものである。すなわち、上述の図２０では、プログラム（１）に顕微鏡からの顕微鏡画像を表示するプログラムが内蔵された構成であるため、ネットワーク通信の方法等によっては、プログラム（１）によるコントロール画面（制御プログラム画面）をＷｅｂページで表示しコントロール画面上で制御し画像情報を転送する際に、通信するデータ容量が大きくなってしまう。そこで、図２２のように、画像情報通信用にＰＣ１，ＰＣ２に別途ポートを設置し、画像情報をＰＣ１にインストールしたプログラム（３−１）及びＰＣ２にインストールしたプログラム（３−２）によりネットワーク通信Ｆにより通信する。また、ＰＣ２からＰＣ１へのインターフェイス情報及びＰＣ１からＰＣ２へのコントローラ情報はネットワーク通信Ｇにより図２０と同様に通信する。
【０１５５】
図２２のマニピュレーションシステム９０２によれば、ＰＣ２でマニピュレータシステム５００を遠隔操作する際に、画像情報の通信が円滑になり、かつ、マニピュレータ操作時の通信におけるタイムラグを低減することができる。
【０１５６】
図２３により図２２の変形例を説明する。図２３の例は、図２２においてＰＣ２にインターフェイスＰＣ２４からの信号でマニピュレータシステム５００を制御するためのプログラム（２）を図２１と同様にインストールしたものである。本実施形態のその他の例として、図２１のプログラム（２）内に画像情報通信のためのプログラムを挿入し使用するようにしてもよく、これによって、マニピュレータシステム５００を駆動するためのＷｅｂページ上の操作に対する負荷を低減することができる。
【０１５７】
以上のように、図２０〜図２３のマニピュレーションシステム９０１，９０２によれば、マニピュレータシステム５００を遠隔操作することができるので、マニピュレータシステム５００をクリーンベンチ内で使用する場合に、操作者は、操作者の上肢をクリーンベンチ内に入れて操作する必要がなくなり、また、クリーンルームで作業する必要がある場合に、操作者はクリーンスーツを着てインジェクション作業する必要がなくなり、このため、操作者に対する負担を軽減できる。また、制約された環境下でマニピュレータシステム５００を使用して作業する場合にも、マニピュレータシステム５００を遠隔操作することで、かかる制約された環境下でもマニピュレータシステム５００を使用できる。また、距離的に遠く離れた場合でもＰＣ１，ＰＣ２がネットワークに接続可能であれば、遠隔操作が可能となる。
【０１５８】
また、熟練した技術者がマニピュレータシステム５００の傍にいなくてもインジェクション操作することが可能になり、マニピュレータシステム５００が設置されている場所に操作者がいる必要がなく、他の者がインジェクションキャピラリ３４１やホールディングキャピラリ３４２やサンプルの入ったシャーレ等の準備のみすれば、操作可能となる。
【０１５９】
〈第４の実施形態〉
図２４は第４の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。図２５は図２４のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
【０１６０】
第４の実施形態によるマニピュレータシステムは、図１２〜図１６と同様の構成であるが、マニュピレータの操作手段としてワイヤレスのインターフェイスを用いたものである。すなわち、図２４のように、本実施形態によるマニピュレータシステム５０１は、インジェクション用マニピュレータ１６０を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及びホールディング用マニピュレータ１４０を主に操作するための操作信号をワイヤレスで送信する第２ワイヤレス操作部４３０ｅを備える。パソコン４３０は、第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅからの操作信号を受信する受信部４３０ｃを備え、かかる受信した操作信号に基づいてマニピュレータシステム５０１の各部分を制御する。各ワイヤレス操作部４３０ｄ，４３０ｅは電波や赤外線により無線で操作信号を送信する。
【０１６１】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅとして、例えば、図２５のようなワイヤレスのポインタ及びマウスが一体となったワイヤレスインターフェイスを使用する。図２５のワイヤレスインターフェイスは、マウス機能とポインタ機能とを有し、手動されるクリック部ＫＲと複数のボタン部ＢＴとを備え、机上で使用するときにはマウス機能を有し、空中で操作してもポインタ機能を有するようになっている。マウス機能時は光学センサで機能し、空中操作時はワイヤレスインターフェイス中のジャイロセンサ等が機能し操作可能となる。マニピュレータ１４０，１６０を使用するときは、ポインタ機能により手動で発生する操作信号をパソコン４３０が受信し検知し、マニピュレータ１４０，１６０を操作する。試料ステージ１１０を駆動する場合は、図２５のワイヤレスインターフェイスを机上に置き、マウス機能を使用し操作する。その他のマニピュレータシステム５０１内のアクチュエータやインジェクタは複数のボタン部ＢＵを用いて操作する。
【０１６２】
パソコン４３０は、図２５のワイヤレスインターフェイスの使用状態を検知し、現状どちらのモード（机上、空中）で操作しているかを判断し、また、ポインタ機能によるポインタの位置を認識しその位置に従ってマニピュレータシステム５０１を駆動する。操作者はポインタを表示部４３に表示された画像上に置き、任意に動かして操作する。
【０１６３】
なお、ポインタの小さな動きを検知し、誤動作を招く可能性があるため、操作時は、ワイヤレスインターフェイス中のボタンを押している間だけ、マニピュレータシステム５０１を駆動可能にして操作することが好ましい。また、図２５のワイヤレスインターフェイスにおいてボタン部ＢＵの個数を必要に応じて増やすことで、マニピュレータシステム５０１における各種の操作が可能となる。また、図２５のワイヤレスインターフェイスは一例であり、インターフェイスの形状、種類は問わず、他の形状・種類のものを使用できる。
【０１６４】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅを図２５のワイヤレスインターフェイス１個で構成してもよく、この場合、図２５のワイヤレスインターフェイスを空中で操作する場合はインジェクション用マニピュレータ１６０を駆動し、机上で操作する場合はホールディング用マニピュレータ１４０を駆動するように使用してもよい（逆でもよい）。
【０１６５】
第１ワイヤレス操作部４３０ｄ及び第２ワイヤレス操作部４３０ｅを２個のワイヤレスインターフェイスから構成した場合、各ワイヤレスインターフェイスをインジェクション用、ホールディング用として使用するが、折衷で操作するようにしてもよく、この場合は空中で使用する場合はマニピュレータ駆動、机上で使用する場合は試料ステージ１１０等のアクチュエータを駆動するように使用してもよい（逆でもよい）。
【０１６６】
また、顕微鏡画像を表示部４３３上に映し出し、図１０や図１９のように、顕微鏡画像を標準倍率、拡大倍率の２種類を表示し、各画像上にポインタを当てて操作する際、各画像に対するマニピュレーションシステムの速度ゲインを設定するようにしてもよい。その結果、標準倍率の画像上にポインタを当てたときのマニピュレータの駆動よりも、拡大倍率の画像上にポインタを当てたとのマニピュレータの駆動を細かく操作できる。
【０１６７】
本実施形態によれば、表示部４３３上に映し出された顕微鏡画像を見ながら、操作者が操作し易い姿勢・位置でマニピュレータシステム５０１を操作することができ、操作者への負担を軽減できる。また、顕微鏡１２０の近くで操作する必要がないため、操作者が操作する際に顕微鏡へ伝わる振動を軽減でき、振動に起因する顕微鏡１２０への悪影響を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６８】
【図１】第１の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す図である。
【図２】図１のＸＹ軸テーブル３６，Ｚ軸テーブル３８に付加される微動機構の例を示す断面図である。
【図３】図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。
【図４】図１，図３のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【図５】図１の顕微鏡ユニット１２による顕微鏡視野を模式的に示し、卵子に対するインジェクションのための各ステップ（ａ）〜（ｄ）を説明するための図である。
【図６】図３，図４のジョイスティックの代わりにマウスを用いた例を説明するために図１の表示部４５の画面を模式的に示す図である。
【図７】従来のマニピュレータの構成を示す側面図である。
【図８】図７のマニピュレータの操作を説明するための図である。
【図９】第２の実施形態による図１のコントローラ４３の制御系要部を示すブロック図である。
【図１０】図９の表示部の分割された画面の例を示す図である。
【図１１】図９のジョイスティックの具体例を示す斜視図である。
【図１２】第３の実施形態によるマニピュレータシステムの概略的構成を示す斜視図である。
【図１３】図１２のインジェクション用電動３軸マニピュレータの概略的構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３のナット回転型アクチュエータ１７０をθステージ１６４の平面と平行な面で切断してみた断面図である。
【図１５】図１３，図１４のナット回転型アクチュエータ１７０の斜視図である。
【図１６】図１２の試料ステージ１１０を示す斜視図である。
【図１７】図１２〜図１６のマニピュレータシステム５００についてのパソコンによる制御系を説明するための要部ブロック図である。
【図１８】図１７のジョイスティックの例を示す斜視図である。
【図１９】図１７のパソコン４３０の表示部４３３に表示されるコントローラ画面の一例を示す図である。
【図２０】第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２１】図２０の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２２】第３の実施形態によるネットワークを介して遠隔操作可能なマニピュレーションシステムの別の例を説明するための概念図である。
【図２３】図２２の変形例のマニピュレーションシステムを説明するための概念図である。
【図２４】第４の実施形態によるマニピュレータシステムについての制御系を説明するための要部ブロック図である。
【図２５】図２４のマニピュレータシステムで使用可能なワイヤレスインターフェイスの例を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１６９】
１０ マニピュレータシステム、１２ 顕微鏡ユニット、１４ ホールディング用マニピュレータ、１６ インジェクション用マニピュレータ、１８ カメラ、２０ 顕微鏡、２５ ホールディングキャピラリ、３５ インジェクションキャピラリ、４３ コントローラ、制御部、４４ 微動機構、４５ 表示部、４７ ジョイスティック、１２０ 倒立顕微鏡、顕微鏡、１４０ ホールディング用マニピュレータ、マニピュレータ、１５０ 圧電素子、１６０ インジェクション用マニピュレータ、マニピュレータ、１７０ ナット回転型アクチュエータ、３４０ インジェクタ、３４１ インジェクションキャピラリ、３４２ ホールディングキャピラリ、４３０ パソコン、コントローラ、４３３ 表示部、４３７ カメラ、４７０ ジョイスティック、５００，５０１ マニピュレータシステム、７００ 中空モータ、９２０ 圧電素子、９０１，９０２ マニピュレーションシステム、Ｄ 卵子、細胞
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記ボタン操作部を少なくとも２つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われる請求項１または２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、
前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマニピュレータと、
前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備えるマニピュレータシステム。
【請求項８】
微小な対象物を操作するマニピュレータと、
前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、
前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、
前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項９】
前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なる請求項８に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１０】
前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものである請求項９に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１１】
前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得られる請求項９または１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムに使用されるマニピュレータ用画像表示装置。
【請求項１３】
電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とするマニピュレーションシステム。
【請求項１４】
前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、
前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作する請求項１３に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１５】
電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項１６】
前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作する請求項１５に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１】
ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによるインジェクション操作の少なくとも一部の動作が行われることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項２】
前記キャピラリによるインジェクション操作には、前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が含まれる請求項１に記載のマニピュレータ。
【請求項３】
前記ボタン操作部を少なくとも２つ備え、前記微小対象物に対する穿孔動作及び前記微小対象物内へのインジェクション動作と、前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作と、が異なる前記ボタン操作部を別々に押すことで行われる請求項１または２に記載のマニピュレータ。
【請求項４】
ナノポジショナの構造を有し、キャピラリの微動動作を行うことで微小対象物に対するインジェクションが可能なマニピュレータであって、
前記キャピラリの動作を制御する制御部と、
前記制御部に対し前記キャピラリの動作を指示するために操作者により操作される操作部と、を備え、
前記操作部が、前記指示の少なくとも一部を押されることで実行するボタン操作部を有し、前記ボタン操作部を押すことで、前記キャピラリによる前記微小対象物に対する穿孔動作、前記微小対象物内へのインジェクション動作及び前記微小対象物から前記キャピラリを抜く動作が自動的に連続して行われることを特徴とするマニピュレータ。
【請求項５】
前記ボタン操作部は前記操作部の近傍に配置されている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項６】
前記キャピラリを粗動駆動する粗動部と、前記キャピラリを微動駆動する微動部と、を備え、
前記操作部の操作に基づいて前記制御部が前記キャピラリの粗動と微動を切り換える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマニピュレータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマニピュレータと、
前記微小対象物を保持するキャピラリの動作を行う別のマニピュレータと、を備えるマニピュレータシステム。
【請求項８】
微小な対象物を操作するマニピュレータと、
前記操作される微小な対象物の拡大像を観察する顕微鏡と、
前記顕微鏡による拡大像を撮像する撮像部と、
前記撮像部で得た前記対象物の顕微鏡画像を表示する表示部を有する画像表示装置と、を備え、
前記表示部の画面を分割し、各分割された画面に前記対象物の顕微鏡画像を表示することを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項９】
前記表示部に分割して表示される各顕微鏡画像は表示倍率が異なる請求項８に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１０】
前記各顕微鏡画像は同一の前記撮像部で撮像したものである請求項９に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１１】
前記表示倍率の異なる各顕微鏡画像は前記画像表示装置における画像処理により得られる請求項９または１０に記載のマニピュレータシステム。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のマニピュレータシステムに使用されるマニピュレータ用画像表示装置。
【請求項１３】
電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータを備えるマニピュレータシステムと、前記マニピュレータシステムから離れて設置された情報端末装置と、がネットワークを介して接続可能であり、前記情報端末装置からの情報入力に基づいて前記マニピュレータシステムが遠隔操作されることを特徴とするマニピュレーションシステム。
【請求項１４】
前記マニピュレータシステムは、前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、を備え、
前記情報端末装置は、前記情報入力のための情報入力手段と、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記マニピュレータシステムからネットワークを介して得た顕微鏡画像を前記表示部に表示するとともに前記情報入力手段からの情報入力に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを遠隔操作する請求項１３に記載のマニピュレーションシステム。
【請求項１５】
電動駆動可能なアクチュエータにより微動動作を行うことで微小対象物に対する操作が可能な一対のマニピュレータと、前記マニピュレータを制御する制御手段と、前記制御手段を介して前記マニピュレータを操作する操作手段と、を備え、 前記操作手段が前記マニピュレータをワイヤレスで操作するように構成されていることを特徴とするマニピュレータシステム。
【請求項１６】
前記微小対象物を撮像し顕微鏡画像を得るとともに電動焦点合わせアクチュエータを有する顕微鏡と、前記微小対象物を電動アクチュエータにより移動可能な試料ステージと、前記マニピュレータの一方に取り付けられて前記微小対象物に対するインジェクションが可能なように電動で圧力調整可能なインジェクタと、前記顕微鏡画像を表示可能な表示手段と、を備え、前記操作手段のワイヤレス操作に基づいて前記各アクチュエータ及び前記インジェクタを操作する請求項１５に記載のマニピュレータシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００９−７８３４５（Ｐ２００９−７８３４５Ａ）
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２７２７６（Ｐ２００８−１２７２７６）
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１４日（２００８．５．１４）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]