特許ウォッチ

公開番号2024126995
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035808
出願日2023-03-08
発明の名称顕微鏡システム、補助装置及びその制御方法とプログラム
出願人キヤノン株式会社
代理人個人
主分類G02B 21/32 20060101AFI20240912BHJP(光学)
要約【課題】顕微鏡による観察下での対象物に対する操作器具による作業性を向上させる。
【解決手段】補助装置は、顕微鏡100による観察下にある対象物103を保持する保持ピペット11Sと、穿刺ピペット11Mを駆動する主マニピュレータ可動部1Mと、穿刺ピペット11Mを動かすための指令を入力する主ジョイスティック20Mと、観察視野を撮像した視野画像から対象物103と保持ピペット11Sを抽出する画像処理回路2dと、PC40を備える。PC40のCPU400は、保持ピペット11Sの外形と入力された指令に基づき、穿刺ピペット11Mの先端が対象物103の外形の内側を移動する際の経路の設定を補助する領域を演算し、穿刺ピペット11Mの動作を補助する。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
顕微鏡による観察下にある対象物を操作する操作器具の動作を補助する顕微鏡補助装置であって、
先端部で前記対象物を保持する保持手段と、
前記操作器具を駆動する駆動手段と、
前記操作器具を動かすための指令を入力する入力手段と、
前記顕微鏡での観察視野を撮像した視野画像から画像処理により前記対象物と前記先端部を抽出する画像処理手段と、
前記先端部の外形と前記指令に基づき、前記操作器具の先端が前記対象物の外形の内側を移動する際の経路の設定を補助する演算を行う制御手段と、を備えることを特徴とする顕微鏡補助装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記制御手段は、前記対象物の外形の内側の領域であって、前記操作器具の先端を前記対象物の内部へ進入させる穿刺に適した第１の領域を前記演算により求めることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記操作器具の先端が、前記対象物の内部において前記第１の領域を除く領域を通らずに前記第１の領域に進入するように、前記操作器具を移動させる速度と目標位置または前記操作器具を移動させる速度と方向を求めることを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項４】
前記操作器具は、透光性材料で形成され、内部において流体の吸引と排出が可能な管形状を有し、
前記視野画像から前記画像処理手段により、前記対象物、前記先端部および前記操作器具が検出され、且つ、前記操作器具の内部に所定の物質が検出された場合に、前記制御手段は、前記穿刺が行われると判断して前記演算により前記第１の領域を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項５】
前記操作器具は、内部において流体の吸引と排出が可能な管形状を有し、
前記操作器具の内部への所定の物質の吸引が行われたか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記判定手段により前記操作器具の内部への前記物質の吸引が行われたと判定され、且つ、前記画像処理手段により前記視野画像から前記対象物、前記先端部および前記操作器具が検出された場合に、前記制御手段は前記穿刺が行われると判断して前記演算により前記第１の領域を求めることを特徴とする請求項２又は３に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項６】
使用者からの指示を受け付ける受け付け手段を有し、
前記制御手段は、前記入力手段からの入力にしたがって前記駆動手段を制御する際に、前記受け付け手段が前記操作器具の先端の前記対象物の内部への進入を許可する指示を受けている場合と前記穿刺が行われると判断した場合を除いて、前記対象物の内部への前記操作器具の先端の進入を制限する第２の領域を前記対象物の内部に設定して、前記操作器具の先端の前記第２の領域の通過を制限することを特徴とする請求項４又は５に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項７】
前記第１の領域は、前記対象物の外形の内側の領域において前記先端部を前記対象物へ延長した領域であることを特徴とする請求項２又は３に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項８】
前記制御手段は、表示装置に前記視野画像を表示して、前記表示装置に表示された視野画像における前記対象物に前記第１の領域を表示すると共に、前記第１の領域へ前記操作器具が進入するように前記操作器具の動作経路を設定するよう使用者に促すメッセージを表示することを特徴とする請求項２又は３に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記対象物の外形の内側の領域であって、前記対象物の内部への前記操作器具の先端の進入を制限する第２の領域を前記演算により求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡補助装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記操作器具の先端が前記第２の領域を通過しないように、前記操作器具を移動させる速度と目標位置または前記操作器具を移動させる速度と方向を求めることを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡補助装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システム、補助装置及びその制御方法とプログラムに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ライフサイエンス分野や微細加工分野では、微小な細胞や半導体素子等の操作対象物（以下、「対象物」という）を顕微鏡で観察しながら、対象物に対して種々の機械的操作が行われる。このような機械的操作としては、例えば、細胞を選り分ける、細胞内に機械的に外部から物質を挿入する、プローブにより微小部分の電位を測定する、半導体素子に混入した異物をピックアップする等の操作が挙げられる。また、不妊治療の一手段である、卵子の中に精子を外部から機械的に注入する作業を行う顕微授精も、その代表的な例である。
【０００３】
顕微鏡による観察下で対象物に機械的操作を行うためには、ピペットやプローブ、ピンセット等の操作器具を三次元方向に移動させる必要がある。そのため、操作器具の着脱を可能とし、装着された操作器具を駆動する補助装置が顕微鏡に取り付けられて使用されることが多い。三次元方向とは、対象物に対するフォーカス調整のための光軸方向と、光軸方向と直交する平面内の任意の方向を指す。
【０００４】
このような補助装置は、装着された操作器具を三次元方向に移動可能とするアクチュエータを組み合わせることによって構成されており、一般的に「マイクロマニピュレータ」又は単に「マニピュレータ」と称呼されている。補助装置において操作器具を駆動する可動部には、使用者がコントローラ等を操作することによる手動入力により発生する信号に基づいてモータ等を駆動する電動式のものと、使用者による手動入力をギアや流体を用いて機械的な動作に変換する機械式のものがある。
【０００５】
ここで、細胞にピペットを刺して所定の物質を注入する作業について検証する。細胞に対して穿刺を行う場面では、穿刺対象の細胞の内部深くにピペット先端を導き、穿刺を行わない場面では細胞を回転させる等の操作が行われる。その際、低倍率から高倍率までの様々な観察視野で補助装置を動作させるが、このとき、観察視野の倍率によって操作器具の移動量が変化して見えるため、操作に慎重を期する必要がある。また、光軸方向ではピントの合う範囲（以降「被写界深度」と言う）が狭いため、光軸方向において操作器具や対象物にピントを合わせることは容易ではない。
【０００６】
このような問題に対して、例えば、特許文献１は、対象物を操作する操作器具を微動させる微動機構（ナノポジショナ）と、微動機構を伴って三次元空間を移動させて微動機構の位置を制御する粗動機構を有するマニピュレータシステムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００８－２２１４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１に開示された技術では、観察倍率に応じて微動機構と粗動機構の駆動を切り替えることにより、操作器具を対象物に対して移動させている。しかしながら、上記特許文献１には、対象物を保持した状態で操作器具を移動させる制御については検討されていない。そのため、操作器具を対象物に接触させた際に対象物が変形する等して操作器具による処理に失敗し、或いは、操作器具を移動させた際に操作器具で対象物に意図しない処理をしてしまう可能性がある。
【０００９】
本発明は、顕微鏡による観察下での対象物に対する操作器具による作業性を向上させる顕微鏡補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る顕微鏡補助装置は、顕微鏡による観察下にある対象物を操作する操作器具の動作を補助する顕微鏡補助装置であって、先端部で前記対象物を保持する保持手段と、前記操作器具を駆動する駆動手段と、前記操作器具を動かすための指令を入力する入力手段と、前記顕微鏡での観察視野を撮像した視野画像から画像処理により前記対象物と前記先端部を抽出する画像処理手段と、前記先端部の外形と前記指令に基づき、前記操作器具の先端が前記対象物の外形の内側を移動する際の経路の設定を補助する演算を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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