JP7525835B2

JP7525835B2 - マイクロマニピュレータ並びにマイクロマニピュレータによる観察・操作方法

Info

Publication number: JP7525835B2
Application number: JP2020095498A
Authority: JP
Inventors: 泰治松本; 光太浜野
Original assignee: 株式会社マイクロサポート
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2020-06-01
Publication date: 2024-07-31
Anticipated expiration: 2040-06-01
Also published as: JP2021189338A

Description

特許法第３０条第２項適用令和２年３月２日に、「ミリングスコープＭＳ－１」を掲載した総合カタログの頒布、および、郵送の受付けを開始した。

本発明は、ステージ上に載置された対象物たる試料を拡大視する顕微鏡本体と、当該試料に微細な作業を行うマニピュレータ本体とを具え、例えばマイクロマシン、微細加工、細胞操作等のバイオニクス技術、半導体等の微小部品の組み立てへの利用に適したマイクロマニピュレータ並びにマイクロマニピュレータによる観察・操作方法に関するものである。

例えば、ステージ上に載置された対象物たる試料から極小サイズの異物を採取する等、微細な作業を試料に施すにあたり、顕微鏡（顕微鏡本体）とマニピュレータ（マニピュレータ本体）とを具えたマイクロマニピュレータが知られている。
このマイクロマニピュレータの基本的な構造は、ステージに載置された試料の真上方向に顕微鏡が保持される一方、当該顕微鏡に対しマニピュレータを傾斜状態に配置する構造が多い。

このようなマニピュレータにあっては、試料に微細な作業を施す実操作において、顕微鏡でステージ上に載置された試料を真上から覗くように観察しながら、この試料に対し斜め上方からマニピュレータに取り付けられたアクセスツールによって、試料にアクセスすることがあった。この場合、顕微鏡による観察時には試料の真上方向から覗く平面視状態であり（これを観察姿勢とする）、一方、試料へのアクセス時にはマニピュレータによって試料の斜め上方からアクセスする状態となり（これを操作姿勢とする）、これら観察姿勢と操作姿勢とが異なるものであった（例えば特許文献１・２参照）。
なお、顕微鏡を垂直姿勢とし、試料を真上から観察する理由は、以下のような理由が挙げられる。すなわち、例えば試料中の異物を採取する場合、その位置が明確に測定でき、また試料の外形や中心位置も真上からの観察により正確に割り出すことができるものである。更に、試料の奥行き寸法も真上から観察した方が正確に計測することができるものである。

しかしながら、顕微鏡による観察姿勢と、マニピュレータによる操作姿勢とが異なると、試料に対し微細な操作を目的とするマイクロマニピュレータにおいては、姿勢の相違に起因する微妙なズレが生じ、マニピュレータによるアクセス時、試料の所望位置に正確にアクセスすることが極めて難しく、これが問題となっていた。換言すれば、マイクロマニピュレータ関連技術では、このような姿勢の相違に起因する微妙なズレも無視できないほど、微細且つ精密な作業が要求されてきており、これを根本的に且つシンプルな構造で解決することが大きな課題となっていた。

もちろんステージ上に載置された試料にアクセスするにあたっては、試料の真上方向にマニピュレータを位置させた垂直姿勢（鉛直姿勢）として、試料の真上方向からアクセスしなければならない作業もある。具体的には、例えば試料に対し真っ直ぐな孔を開ける場合や、圧子（針）を試料に接触させて、硬さ（軟らかさ）を計測するような場合等が挙げられる。
このような場合、垂直姿勢とした顕微鏡で試料を観察した際に、つまり試料を真上方向から観察した際に、その後に操作するアクセスツールの位置や移動量・加工量等を事前に記憶しておき、そのデータに基づいて垂直姿勢としたマニピュレータで試料にアクセスすることも行われている。
しかしながら、このような手法でマニピュレータにより試料にアクセスする際には、その様子を画像で確認できないため、精度的な問題、心理的な心配、難しい操作となること等が問題であり、試料を観察しながら、操作を行いたいという要望があった。

また、試料の観察と、試料へのアクセス（操作）とは、一回ずつ行ったらサンプリング等の全体作業が終了するということはほとんどなく、実際には、例えばこれらを交互に複数回、繰り返すことが求められる。具体的には、サンプリングでは、サンプリング数が一つではなく、その後の検査の正確性を期すために何回か繰り返してサンプリングするのが一般的である。このような場合、試料の観察と、試料へのアクセスとの切り替えが、ピント合わせも含めてスムーズに行えないと、トータルの作業時間が過大となってしまい、極めて煩わしい作業となってしまう。そのため、このような観察とアクセスとの切り替えが、簡易な構造で且つスムーズに行えるマイクロマニピュレータの開発も極めて大きな要望としてあった。

特開平１１－１０５６４号公報特開２００８－５２２３２号公報

本発明は、このような背景を認識してなされたものであって、シンプルな構造でマニピュレータによる操作姿勢を、顕微鏡による観察姿勢、例えば垂直姿勢に合致させ得るようにして、マニピュレータによって試料にアクセスする際には、観察状態とズレが生じないようにし、且つ顕微鏡による観察を行いながらマニピュレータによって試料にアクセスすることができ、更にはマニピュレータの操作姿勢または顕微鏡の観察姿勢への切り替えが簡易に行えるようにした新規なマイクロマニピュレータ並びにマイクロマニピュレータによる観察・操作方法の開発を技術課題としたものである。

まず請求項１記載のマイクロマニピュレータは、
ステージ上に載置された対象物たる試料を拡大視する顕微鏡本体と、
この試料に微細な操作を施すためのアクセスツールを有したマニピュレータ本体とを具えて成るマイクロマニピュレータであって、
前記顕微鏡本体とマニピュレータ本体とは、同一の支持機構によって台座部の上方に取り付けられて成り、
且つこの支持機構による顕微鏡本体とマニピュレータ本体との支持は、顕微鏡本体の中心線に対して、所定の角度でマニピュレータ本体を取り付けて成る支持構造であり、
更に前記支持機構は、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体が試料にアクセスする操作姿勢を、顕微鏡本体で試料を観察する観察姿勢に変更する構成であり、
更に前記顕微鏡本体の観察姿勢と、マニピュレータ本体の操作姿勢との各姿勢は、各々ロックされるものであり、
且つ前記マニピュレータ本体の操作姿勢を、試料の真上方向に位置させた垂直姿勢とした際、試料の真上方向でない傾斜姿勢をとった顕微鏡本体によって試料が観察できるように、
前記顕微鏡本体とマニピュレータ本体との取付角度の中心位置は、顕微鏡本体の実用焦点範囲に設定されることを特徴として成るものである。

また請求項２記載のマイクロマニピュレータは、請求項１記載の要件に加え、
前記支持機構は、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に回動させる際の持ち手となる操作部材を具えることを特徴として成るものである。

また請求項３記載のマイクロマニピュレータによる観察・操作方法は、
顕微鏡本体の中心線に対してマニピュレータ本体が所定の角度で取り付けられ、試料を載置するステージに対し、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とが全体的に回動自在に構成されたマイクロマニピュレータによる観察・操作方法であって、
前記ステージ上の試料を顕微鏡本体で観察する観察姿勢は、顕微鏡本体を試料の真上方向に位置させる垂直姿勢であり、その後、マニピュレータ本体によって当該試料にアクセスするには、前記顕微鏡本体と前記マニピュレータ本体とを全体的に適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体を、前記ステージ上の試料に対し真上方向からアクセスする垂直姿勢に姿勢変更するものであり、また当該姿勢変更に伴い傾斜姿勢となった前記顕微鏡本体により試料を観察しながら、垂直姿勢の前記マニピュレータ本体のアクセスツールによって試料への操作を行うことを特徴として成るものである。

また請求項４記載のマイクロマニピュレータによる観察・操作方法は、請求項３記載の要件に加え、
前記傾斜姿勢となった顕微鏡本体による試料の観察は、当該顕微鏡本体からの出力により表示されるモニター画面で前記ステージ上の試料を映し出して観察することを特徴として成るものである。

また請求項５記載のマイクロマニピュレータによる観察・操作方法は、請求項３または４記載の要件に加え、
前記マニピュレータ本体のアクセスツールは圧子であり、この圧子を試料に押し込んで、試料の硬さを計測することを特徴として成るものである。

これら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
まず請求項１記載の発明によれば、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とが、同一の支持機構に一体状態で取り付けられ、またこの支持機構を適宜の角度、回動させることによって、マニピュレータ本体の操作姿勢を、顕微鏡本体の観察姿勢に姿勢変更させるものであるから、極めてシンプルな構造の下に姿勢の切り替えが行える。また顕微鏡本体によって試料を観察した姿勢で、マニピュレータ本体による試料へのアクセス操作が行え、操作姿勢を観察姿勢と一致させることができるため、試料にアクセスする際、観察状態とのズレがなく、正確に試料にアクセスすることができる。
また本発明によれば、顕微鏡本体とマニピュレータ本体との取付角度の中心位置が、顕微鏡本体の実用焦点範囲に設定されるため、例えば試料の真上方向でない傾斜姿勢をとった顕微鏡本体によって試料を観察しながら、垂直姿勢をとったマニピュレータ本体によって真上方向から試料にアクセスすることができる。より詳細には、例えば試料の軟らかさ（硬さ）を接触式の圧子（針）で計測する場合には、圧子が試料に接触したときの微妙な抵抗変化を数値だけで判断することは難しく、そのためこのような場合には顕微鏡本体で試料を観察しながら、圧子による接触時点を判別する必要があり、このような作業、すなわち試料を観察しながら同時に真上方向から試料にアクセスする作業が極めて行い易くなる。
また顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを、ともに回動させている間は、顕微鏡本体の焦点位置は実用焦点範囲に維持されるため、例えばマニピュレータ本体による操作終了後、顕微鏡本体を観察姿勢に切り替えて再度、試料を観察する際にも、作業者の手動操作による微調整だけで焦点を合わせることができ、より一層、使い勝手の良いマイクロマニピュレータを提供し得る。

また請求項２記載の発明によれば、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に回動させるために、レバー等の操作部材を具えるから、正確に且つ確実にこれら二つの本体を一緒に回動させることができ、回動作業が極めて行い易くなる。

また請求項３または５記載の発明によれば、試料の真上方向でない傾斜姿勢をとった顕微鏡本体によって試料を観察しながら、垂直姿勢をとったマニピュレータ本体によって真上方向から試料にアクセスすることができる。より詳細には、例えば試料の軟らかさ（硬さ）を接触式の圧子（針）で計測する場合には、圧子が試料に接触したときの微妙な抵抗変化を数値だけで判断することは難しく、そのためこのような場合には顕微鏡本体で試料を観察しながら、圧子による接触時点を判別する必要があり、このような作業、すなわち試料を観察しながら同時に真上方向から試料にアクセスする作業が極めて行い易くなる。

また請求項４記載の発明によれば、垂直姿勢とは異なる画像にはなるものの、試料をモニター画像で明確に観察しながら、マニピュレータ本体による操作を確認することができ、アクセスツールによる操作の進行や完了の確認・観察が同時に且つ確実に行える。

顕微鏡本体をステージ上に載置された試料の真上方向に位置させた垂直姿勢（観察姿勢）で示す本発明のマイクロマニピュレータの斜視図（ａ）、並びに顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に回動させて、観察姿勢（顕微鏡本体の観察姿勢）または操作姿勢（マニピュレータ本体の操作姿勢）に変更するようにした様子を示す説明図（ｂ）である。顕微鏡本体を、試料の真上方向から観る垂直姿勢（観察姿勢）に設定したマイクロマニピュレータを示す右側面図（ａ）、並びに左側面図（ｂ）である。マニピュレータ本体を垂直姿勢（操作姿勢）に設定したマイクロマニピュレータを示す右側面図（ａ）、並びに左側面図（ｂ）である。マニピュレータ本体を垂直姿勢（操作姿勢）に設定したマイクロマニピュレータを示す斜視図である。一基の顕微鏡本体と、二基のマニピュレータ本体とを設けたマイクロマニピュレータの改変例を示す右側面図である。顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に回動させるにあたり、円弧状のレールを適用するようにしたマイクロマニピュレータの改変例を示す斜視図である。顕微鏡本体とマニピュレータ本体との姿勢切り替えをレボルバータイプの旋回方式としたマイクロマニピュレータの参考例（本発明に関連する参考例）を示す説明図（ａ）・（ｂ）である。

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に述べるものをその一つとするとともに、更にその技術思想内において改良し得る種々の手法をも含むものである。

本発明のマイクロマニピュレータ１は、一例として図１～図４に示すように、顕微鏡本体２０（顕微鏡２）とマニピュレータ本体３０（マニピュレータ３）とを、架台（顕微鏡での鏡台）となる台座部４に設けて成るものである。ここで「顕微鏡」や「マニピュレータ」について「本体」と称したのは、例えば顕微鏡であれば、通常、鏡筒部分などの鏡基のみならず、鏡台部分までをも含めた全体を指すが、本発明では、顕微鏡２とマニピュレータ３の台座部４が共通となっており、そのため台座部４を除いた顕微鏡部位を顕微鏡本体２０と称したものである。また同様に、台座部４を除いたマニピュレータ部位をマニピュレータ本体３０と称したものである。
また本明細書に記載する「マニピュレータ（マイクロマニピュレータ）」とは、例えば試料Ｗにドリル（ミリングドリル）によって微細な孔を開ける作業、試料Ｗから微細な分析片や異物を採取する（取り出す）サンプリング作業、試料Ｗに圧子を接触させて硬さ（軟らかさ）を計測する作業など、試料Ｗに微細な操作を施す作業を行う装置を指すが、幾らか離れた位置から試料Ｗにレーザーを照射して微細なマーキングを施す作業、試料Ｗの一部に超音波などを照射する作業など、試料Ｗに直接接触しない微細な作業も行い得る装置も想定され得る。

また顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とは、同一の支持機構５によって台座部４の上方に保持されている。この支持機構５による各本体の支持は、顕微鏡本体２０の中心線Ｌ２に対して、所定の角度でマニピュレータ本体３０を取り付けるようにした支持形態を採る。
更に当該支持機構５は、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを、一体状態で適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体３０が試料Ｗにアクセスする操作姿勢を、顕微鏡本体２０が試料Ｗを観察する観察姿勢、特に本実施例では試料Ｗの真上方向に位置する垂直姿勢に変更し、両姿勢を一致させるように構成している。

以下、顕微鏡本体２０について説明する。
顕微鏡本体２０は、台座部４のステージ４２上に載置された試料Ｗを拡大視するものであり、鏡筒を主な構成部材として成る。ここで図中符号「Ｌ２」は、上述したように顕微鏡本体２０の中心線（光軸）である。また図中符号「Ｆ」は、顕微鏡本体２０の焦点である。
なお、通常、顕微鏡に関する技術分野で「焦点（が合う）」と言えば、観察した顕微鏡画像がぼやけることなく明確に見え、画像のピントが厳密に合うことを指すが（極めて狭い範囲）、本発明においては、ここまでの厳密な意味での焦点Ｆではなく、実用上、支障がない程度にピントを合わせることができ、最終的にピントを厳密に合わせるには、作業者の手動操作による微調整によって容易にピント合わせができることを指しており、これを「実用焦点範囲」と称している。特に、ここでは顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体で回動させており、回動後も顕微鏡本体２０の焦点Ｆが実用焦点範囲に収まるように構成されている。

次に、マニピュレータ本体３０について説明する。
マニピュレータ本体３０は、台座部４のステージ４２上に載置された試料Ｗに、上述したような微細な操作（作業）を施すものであり、実際には本体先端部に具えたアクセスツール３１によって試料Ｗに微細な操作を施すものである。
ここでマニピュレータ本体３０が試料Ｗに施す微細な操作としては、上述したように必ずしもアクセスツール３１が試料Ｗに直接接触する操作に限定されるものではなく、試料Ｗに対し幾らか離れた位置から、超音波、紫外線、赤外線等を照射するような非接触式の操作も含まれる。
また、このようなことから、アクセスツール３１についても、試料Ｗに直接接触するドリルや、試料Ｗに触れてマーキングや硬度を計測する圧子の他、非接触式の計測器や上記のような照射機器も含まれる。
なお、図中符号「Ｌ３」は、マニピュレータ本体３０の中心線である。

次に、台座部４について説明する。
台座部４は、上述したように顕微鏡本体２０やマニピュレータ本体３０の取り付けベースとなる架台であり、本実施例では、ほぼ直方体状に形成され、ここを台座部本体４１とする。
台座部本体４１は、顕微鏡本体２０による観察や、マニピュレータ本体３０による微細な操作が安定して行えるように、丈夫で且つ優れた耐久性・耐震性を有するように、また相応の重量を有するように形成される。また、台座部本体４１には、光源装置や電源ユニットも内蔵される。
そして、この台座部本体４１の上部に、試料Ｗを載置するためのステージ４２が設けられており、本実施例ではステージ４２が台座部本体４１から上方に突出した円柱状に形成される。なお、このステージ４２自体は、台座部本体４１に対して上下昇降自在に形成される。

次に、支持機構５について説明する。
支持機構５は、上述したように顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体状態で取り付け、これらを台座部４のステージ４２上に保持する機構である。
支持機構５は、一例として上記図１～図４に示すように、台座部本体４１の外周端縁から固定状態に立ち上げられた保持ステー５１と、例えば概ね扇形の板状を成す回動自在の取付体５２とを具えて成り、この取付体５２に対し、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とが固定される。
各本体の固定状況について更に説明すると、顕微鏡本体２０の中心線Ｌ２に対して、マニピュレータ本体３０を所定の角度で取り付け（一例として３５度前後）、この所定の角度を確保するために、前記取付体５２が略扇形状に形成されている。
また、本実施例では、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０との取付角度の中心位置は、顕微鏡本体２０の焦点Ｆに設定されている。なお、この焦点Ｆとは、上述したように顕微鏡本体２０の実用焦点範囲を指す。

更に、当該支持機構５は、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体で適宜の角度（前記取付体５２に固定された取付角度）回動させる姿勢変更構造６を具えるものであり、これによりマニピュレータ本体３０が試料Ｗにアクセスする操作姿勢を、顕微鏡本体２０の観察姿勢、特に本実施例では垂直姿勢に変更し、合致させるように構成される。
すなわち、姿勢変更構造６は、台座部本体４１から立ち上げられた保持ステー５１に対し、支持機構５を構成する取付体５２を全体的に回動自在として構成される。ここで本実施例では、マニピュレータ本体３０の操作姿勢及び顕微鏡本体２０の観察姿勢は、上述したように、ともに試料Ｗを真上方向から観る垂直姿勢としている。このため観察時にはステージ４２上に載置された試料Ｗの真上方向に顕微鏡本体２０が位置し、これが観察姿勢となる。因みに、このときマニピュレータ本体３０は、適宜の角度、傾斜した姿勢をとる。
一方、ステージ４２上の試料Ｗにマニピュレータ本体３０がアクセスする、ツール使用時には、支持機構５すなわち顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体で適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体３０をステージ４２の真上方向に位置する垂直姿勢に位置させるように姿勢変更するものであり、これがマニピュレータ本体３０の操作姿勢となる。因みに、このとき顕微鏡本体２０が、適宜の角度、傾斜した姿勢をとる。

次に、姿勢変更構造６において、顕微鏡本体２０の観察姿勢やマニピュレータ本体３０の操作姿勢で各本体の姿勢をロックするための一構成例について説明する。
まず図中符号５３は、取付体５２の回動中心となる回動軸であり（図２（ｂ）・図３（ｂ）参照）、台座部４に固定された保持ステー５１から略扇形状の取付体５２に達するように設けられる。
この回動軸５３には、外方端部に適宜の距離、引き出すことができるノブ５４が設けられており、ノブ５４の奥側には、図示は省略するが、前記回動軸５３に噛み合い、このものの回転を止めるクラッチが設けられている（いわゆるクラッチ機構）。
これによりノブ５４を奥側、つまり回動軸５３側に押し込むと、クラッチ機構が噛み合って、回動軸５３が回転しないようにロックされる。一方、ノブ５４を外側に引き出すと、前記噛み合い状態のクラッチ機構を解除することができ、回動軸５３が回転自在となるものである。

また、図中符号５５は、支持機構５に設けられた操作部材たるレバーであり、この操作部材５５は、作業者が顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体で回動させる際の持ち手となる。すなわち、顕微鏡本体２０またはマニピュレータ本体３０の姿勢を変更する場合、作業者は、上記レバーなどの操作部材５５を握った後、回動軸５３を中心として取付体５２を全体的に回動させることで、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを、ともに適宜の角度、回動させることができる。もちろん回動時には、上記クラッチ機構は、ノブ５４を引き出すことで解除しておくものである。
なお、本実施例では操作部材５５として、持ち手の片側のみが支持された、いわゆる片持ちタイプのレバーが図示されているが、操作部材５５は、必ずしもこれに限定されるものではなく、いわゆる両支持タイプのバー状のものでも構わない。要は操作部材５５として、作業者がホールドし易いものであればよく、種々の形状・形態が採り得る。
因みに、姿勢変更構造６を構成する部材としては、上述した取付体５２、回動軸５３、ノブ５４、操作部材５５が挙げられる。

またマイクロマニピュレータ１は、既に述べたように対象物となる試料Ｗに微細な操作を施すことを目的としており、これに因み、図示は省略するものの、モニターを具えたコンピュータ装置と接続されており、実作業においては顕微鏡本体２０で観察した画像をモニター上に拡大状態で映し出し、観察されるのが一般的である。
また、マニピュレータ本体３０のアクセスツール３１によって試料Ｗにアクセスする際にも、アクセスツール３１を試料Ｗに接触させる指令やその移動量等は、モニター画面上に表示されるマウスポインタや、コンピュータ装置のキーボード操作等によって制御し得るように構成されている。

本発明のマイクロマニピュレータ１は、以上のような基本構造を有するものであり、以下、このマイクロマニピュレータ１によって試料Ｗに微細な操作を行う際の作動態様について説明する。なお、以下の説明においては、一例として図１（ａ）・図２に示すように、当初、顕微鏡本体２０が観察姿勢、すなわちステージ４２上に載置された試料Ｗを真上方向から観る垂直姿勢に設定されているものとする。もちろん、この状態では、マニピュレータ本体３０は、斜めになった傾斜姿勢（例えば鉛直方向から３５度前後傾いた姿勢）をとることになる。
（１）試料のセッティング
まず、ステージ４２上に対象物となる試料Ｗを載置し、セッティングを行う。

（２）顕微鏡本体による観察
ステージ４２上に試料Ｗをセッティングしたら、ここでは上述したように、あらかじめ顕微鏡本体２０が観察姿勢つまり垂直姿勢に設定されているため、ステージ４２を上昇（または下降）させ、試料Ｗの高さ位置を、顕微鏡本体２０の焦点Ｆつまり実用焦点範囲に設定する。
なお、本実施例では保持ステー５１が、台座部本体４１から固定状態に立ち上げられているため、ステージ４２を上下動させるように説明したが、保持ステー５１が上下動できるように構成されている場合には、この保持ステー５１を上昇または下降させることも可能である。
もちろん、マニピュレータ本体３０による試料Ｗへの操作内容によっては、ステージ４２と保持ステー５１との双方を上下動自在に構成することもある。具体的には、アクセスツール３１として圧子の押し込みによって試料Ｗの硬さを計測する場合等には、圧子を試料Ｗに接触させた段階で０点を設定しておいてから、その圧子を試料Ｗに適宜の距離押し込むようにする。従って、このような場合には０点設定時にステージ４２を上昇させ、その後、圧子を押し込む際に保持ステー５１を下降させるために、ステージ４２と保持ステー５１との双方を上下動自在に構成する。
因みに、顕微鏡本体２０で観察している試料Ｗの画像は、上述したように例えばコンピュータ装置のモニター画面に拡大状態で表示される。
その後、例えばマニピュレータ本体３０による操作に備え、操作のためのアクセス量、すなわちアクセスツール３１の移動量を算出・決定する。ここで試料Ｗは、顕微鏡本体２０の観察姿勢において焦点Ｆに位置しているため、この焦点距離を基準としてアクセスツール３１の移動量を容易に且つ正確に算出・決定することができる。

（３）操作姿勢に姿勢変更
次いで、マニピュレータ本体３０を、一例として図１（ｂ）に示すように操作姿勢、すなわちステージ４２上に載置された試料Ｗに対し真上方向からアクセスする垂直姿勢に姿勢変更する。
これには、まず回動軸５３に噛み合っているノブ５４を外側に引き出すように引っ張り、クラッチ機構を解除する。その後、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とが一体状態で取り付けられている取付体５２を、全体的に適宜の角度回動させて（本実施例では３５度前後のスイング回動）、図３・図４に示すようにマニピュレータ本体３０を垂直姿勢に設定する。もちろん、この状態では、今度は顕微鏡本体２０が、斜めになった傾斜姿勢を呈することになる。なお、この際の顕微鏡本体２０の傾斜姿勢は、鉛直方向から３５度前後傾いた姿勢であるが、当初のマニピュレータ本体３０の傾斜姿勢とは反対側に傾いた傾斜姿勢となる（図１（ｂ）参照）。
このようにして姿勢変更が終了したら、ノブ５４を回動軸５３側に押し込み、クラッチ機構によるロックを行い、取付体５２が回転しないようにする。これによりマニピュレータ本体３０の操作姿勢が、顕微鏡本体２０の観察姿勢、特に本実施例では垂直姿勢に維持される。

（４）試料への操作
このようにしてマニピュレータ本体３０を、顕微鏡本体２０の観察姿勢に変更した後、マニピュレータ本体３０のアクセスツール３１によって試料Ｗにアクセスする。
ここで本発明では、顕微鏡本体２０によって試料Ｗを観察した観察姿勢、特に本実施例では垂直姿勢で、マニピュレータ本体３０による操作を行うものである。すなわちツール使用時のマニピュレータ本体３０の操作姿勢を、試料観察時と同じ姿勢（顕微鏡本体２０の観察姿勢）で行うものであり、このため試料Ｗを操作する際に、観察状態とのズレが生じることがなく、正確に且つ確実に試料Ｗにアクセスすることができる。
また、このとき傾斜姿勢となった顕微鏡本体２０は、焦点Ｆが実用焦点範囲に維持されるため、適宜、作業者が手動でピント合わせの微調整を行うことにより、垂直姿勢とは異なる画像にはなるものの、試料Ｗをモニター画像で明確に観察しながら、マニピュレータ本体３０による操作を確認することができる。つまり、傾斜姿勢となった顕微鏡本体２０によって、アクセスツール３１による操作の進行や完了の確認・観察が同時に且つ確実に行えるものである。

（５）操作の確認
その後、例えば再度、取付体５２を全体的に回動させ、顕微鏡本体２０を当初の観察姿勢である垂直姿勢に戻し、マニピュレータ本体３０による操作が間違いなく行われたことを確認する。
もちろん、ここでも取付体５２の回動中、顕微鏡本体２０の焦点Ｆの位置が実用焦点範囲に維持されるため、適宜、作業者が手動でピント合わせの微調整を行うことにより、最終的なピント合わせが容易に且つ確実に行え、スムーズにピント合わせを行うことができる。
その後、更にマニピュレータ本体３０による操作が必要であれば、再度、次の操作に備えてマニピュレータ本体３０のアクセス量、すなわちアクセスツール３１の移動量を算出・決定する。その後、マニピュレータ本体３０を、操作姿勢である垂直姿勢に姿勢変更し、試料Ｗにアクセスするという作業を繰り返し行う。すなわち一般的には、顕微鏡本体２０による観察、姿勢切り替え、マニピュレータ本体３０による操作、姿勢切り替え、・・・という操作を繰り返し行うものであり、顕微鏡本体２０の焦点Ｆが実用焦点範囲に維持されている本実施例のマイクロマニピュレータ１にあっては、姿勢切り替えに伴う、ピント合わせが容易に且つ短時間で行え、一連の作業をスムーズに行うことができる。

〔他の実施例〕
本発明は以上述べた実施例を一つの基本的な技術思想とするものであるが、更に次のような改変が考えられる。
まず、上述した基本の実施例では、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とが一体に取り付けられた取付体５２の回動角度は３５度前後であった。また、この取付体５２において、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０との成す角度（離開角度）も３５度前後であった。しかしながら、これらの角度そのものは適宜変更可能である。もちろん、取付体５２の回動角度と上記離開角度とは、一致させることが望ましい。

また、上述した基本の実施例では、マニピュレータ本体３０（アクセスツール３１）を一基のみ設けたが、例えば図５に示すように、マニピュレータ本体３０は、二基以上の複数基、設けることが可能である。具体的には、例えば径寸法の異なる複数のドリル（ミリングドリル）をアクセスツール３１として装着しておくこと等が想定される。

また、上述した基本の実施例では、台座部４から固定状態に立ち上げた保持ステー５１に対し、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを取り付けた取付体５２を回動自在に設置して、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを全体的に回動させる構成とした。また、このような構成上、取付体５２を概ね扇形の板状に形成した。
しかしながら、取付体５２の形状・形態や、取付体５２を回動させるにあたっては、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば図６に示すように、保持ステー５１の上部に円弧状のレール５７を形成しておくとともに、取付体５２を、この円弧状のレール５７に沿って摺動するようなブロック状に形成しておくことも可能である。すなわち、図６に示す改変例は、円弧状のレール５７を、ブロック状に形成された取付体５２を回動させるためのガイドウェイとして利用するものであり、このような形態でも取付体５２を適宜の角度、回動させることができる。

また、先に述べた実施例では、顕微鏡本体２０の観察姿勢と、マニピュレータ本体３０の操作姿勢との切り替えは、台座部本体４１から立設された取付体５２の垂直平面上において、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを回動させる形態であったが、上記切り替えにおいては、他の形態も考えられる。具体的には、例えば図７に示すように、側面から視て顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０との取り付け角度の中心線を回転軸（旋回軸）Ｌ５として、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを回転自在とする、いわゆるレボルバー式の回動形態が考えられるが、これは本発明に関連する参考例である。なお、図中符号５９は、顕微鏡本体２０とマニピュレータ本体３０とを一体で取り付けて成る取付体５２を、保持ステー５１に対し回転軸Ｌ５を中心として旋回自在とするための軸受である。

１マイクロマニピュレータ
２顕微鏡
３マニピュレータ
４台座部
５支持機構
６姿勢変更構造

２０顕微鏡本体
Ｌ２中心線
Ｆ焦点（実用焦点範囲）

３０マニピュレータ本体
３１アクセスツール
Ｌ３中心線

４１台座部本体
４２ステージ

５１保持ステー
５２取付体
５３回動軸
５４ノブ
５５操作部材
５７レール
５９軸受

Ｗ試料
Ｌ５回転軸（旋回軸）

Claims

ステージ上に載置された対象物たる試料を拡大視する顕微鏡本体と、
この試料に微細な操作を施すためのアクセスツールを有したマニピュレータ本体とを具えて成るマイクロマニピュレータであって、
前記顕微鏡本体とマニピュレータ本体とは、同一の支持機構によって台座部の上方に取り付けられて成り、
且つこの支持機構による顕微鏡本体とマニピュレータ本体との支持は、顕微鏡本体の中心線に対して、所定の角度でマニピュレータ本体を取り付けて成る支持構造であり、
更に前記支持機構は、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体が試料にアクセスする操作姿勢を、顕微鏡本体で試料を観察する観察姿勢に変更する構成であり、
更に前記顕微鏡本体の観察姿勢と、マニピュレータ本体の操作姿勢との各姿勢は、各々ロックされるものであり、
且つ前記マニピュレータ本体の操作姿勢を、試料の真上方向に位置させた垂直姿勢とした際、試料の真上方向でない傾斜姿勢をとった顕微鏡本体によって試料が観察できるように、
前記顕微鏡本体とマニピュレータ本体との取付角度の中心位置は、顕微鏡本体の実用焦点範囲に設定されることを特徴とするマイクロマニピュレータ。
前記支持機構は、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とを全体的に回動させる際の持ち手となる操作部材を具えることを特徴とする請求項１記載のマイクロマニピュレータ。
顕微鏡本体の中心線に対してマニピュレータ本体が所定の角度で取り付けられ、試料を載置するステージに対し、顕微鏡本体とマニピュレータ本体とが全体的に回動自在に構成されたマイクロマニピュレータによる観察・操作方法であって、
前記ステージ上の試料を顕微鏡本体で観察する観察姿勢は、顕微鏡本体を試料の真上方向に位置させる垂直姿勢であり、その後、マニピュレータ本体によって当該試料にアクセスするには、前記顕微鏡本体と前記マニピュレータ本体とを全体的に適宜の角度回動させて、マニピュレータ本体を、前記ステージ上の試料に対し真上方向からアクセスする垂直姿勢に姿勢変更するものであり、また当該姿勢変更に伴い傾斜姿勢となった前記顕微鏡本体により試料を観察しながら、垂直姿勢の前記マニピュレータ本体のアクセスツールによって試料への操作を行うことを特徴とする、マイクロマニピュレータによる観察・操作方法。
前記傾斜姿勢となった顕微鏡本体による試料の観察は、当該顕微鏡本体からの出力により表示されるモニター画面で前記ステージ上の試料を映し出して観察することを特徴とする請求項３記載の、マイクロマニピュレータによる観察・操作方法。
前記マニピュレータ本体のアクセスツールは圧子であり、この圧子を試料に押し込んで、試料の硬さを計測することを特徴とする請求項３または４記載の、マイクロマニピュレータによる観察・操作方法。