JP2023013030A - ステージ装置及びマニピュレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な制御を必要とせず、顕微鏡視野内で試料の体勢を変更することができるステージ装置及びマニピュレーションシステムを提供する。
【解決手段】ステージ装置は、顕微鏡２２の観察方向に垂直な保持面３０ａに試料が支持される試料ステージ３０と、試料ステージ３０を保持面３０ａに平行な方向に移動可能な面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）と、顕微鏡２２に対して試料ステージ３０及び面方向移動ユニットを顕微鏡２２の視野中心（光軸２６）に一致する回転軸回りに回転させることが可能な回転ユニット５０と、を備える。マニピュレーションシステム１０は、ステージ装置と、視野中心が回転軸に一致する顕微鏡２２を含む顕微鏡ユニット２０と、試料を操作するための治具６４を含むマニピュレータ６０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステージ装置及びマニピュレーションシステムに関する。

例えば細胞等の微細物質に対して微細操作を実施するために、マニピュレーションシステムが用いられる。一般的に、マニピュレーションシステムは、水平方向に移動可能なＸＹステージと、微細物質を操作するマニピュレータと、を備え、ＸＹステージ上に載置された微細物質を顕微鏡視野内に移動させ、顕微鏡観察下でマニピュレータを移動制御することが可能である（例えば、特許文献１）。

また、特許文献２には、水平方向に移動可能なＸＹステージ上に回転機構を備えるマニピュレーションシステムが開示されている。回転機構を備えることにより、微細物質の観察方向が適していない場合であって、微細物質が液状に近い、又はマニピュレータが微細物質の体勢変更に適していない等の場合であっても微細物質の観察方向の変更が可能である。

特開２０１５－２０５３７０号公報 特許第５７８８７１９号公報

ところで、特許文献２のマニピュレーションシステムは、ＸＹステージの移動に伴い回転機構の回転軸も移動する。したがって、回転機構の回転によって微細物質が顕微鏡視野外へ移動しないように、ＸＹステージの位置に応じて回転に加えてＸＹステージを移動させるという複雑な制御が必要である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複雑な制御を必要とせず、顕微鏡視野内で試料の体勢を変更することができるステージ装置及びマニピュレーションシステムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るステージ装置は、顕微鏡の観察方向に垂直な保持面に試料が支持される試料ステージと、前記試料ステージを前記保持面に平行な方向に移動可能な面方向移動ユニットと、前記顕微鏡に対して前記試料ステージ及び前記面方向移動ユニットを前記顕微鏡に対して前記顕微鏡の視野中心に一致する回転軸回りに回転させることが可能な回転ユニットと、を備える。

このようなステージ装置によれば、視野中心回りに試料を回転させることができる。すなわち、面方向移動ユニットによって試料を顕微鏡の視野中心に移動させた後、試料が所望の体勢になるように回転ユニットで視野中心回りに回転させることで、回転させた後も視野内に試料を存在させ続けることができる。また、面方向の位置に応じて回転に加えて面方向へも変位させるような複雑な制御を必要とせず、顕微鏡視野内での試料の体勢変更を単純な構造で実現できる。

本発明の一態様に係るステージ装置において、前記回転ユニットは、前記顕微鏡が固定される基台に対して前記回転軸回りに回動可能に支持されかつ前記面方向移動ユニットを介して前記試料ステージを支持する円板体と、軸回りの回転に伴って前記円板体を回転させる回転作動軸部と、を含む。

このようなステージ装置によれば、回転作動軸部の回転方向及び回転量に対応して、円板体を所定方向に所定回転量で回転させることができる。したがって、単純な構造で、所望の回転量で試料ステージ及び試料を視野中心回りに回転させることができる。

本発明の一態様に係るステージ装置において、前記面方向移動ユニットは、前記円板体に対して前記保持面に平行な第一方向に前記試料ステージを移動可能な第一方向移動ユニットと、前記円板体に対して前記保持面に平行かつ前記第一方向に直交する第二方向に前記試料ステージを移動可能な第二方向移動ユニットと、を含む。

このようなステージ装置によれば、保持面に平行な平面上の二軸で試料ステージを移動させることができる。したがって、単純な構造で、試料ステージを面方向に移動させることができるので、試料を視野中心まで容易に移動させることができる。

本発明の一態様に係るステージ装置において、前記面方向移動ユニットは、前記円板体の上面側に取り付けられる。

このようなステージ装置によれば、試料を顕微鏡の視野中心に移動させた後の面方向移動ユニットを、円板体が面方向移動ユニットを下方から支持した状態で、容易に顕微鏡の視野中心回りに回転させることができる。

本発明の一態様に係るマニピュレーションシステムは、前記ステージ装置と、視野中心が前記回転軸に一致する前記顕微鏡を含む顕微鏡ユニットと、前記試料を操作するための治具を含むマニピュレータと、を備える。

このようなマニピュレーションシステムによれば、マニピュレータの操作対象である試料を視野中心回りに回転させることができる。したがって、試料の観察方向が適しておらず、姿勢変更を必要とする際、試料が液状に近い、又はマニピュレータの治具が試料の体勢変更に適していない場合であっても、試料を顕微鏡視野内に存在させ続けた状態で体勢変更させることができる。

本発明によれば、複雑な制御を必要とせず、顕微鏡視野内で試料の体勢を変更することができるステージ装置及びマニピュレーションシステムを提供することができる。

図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステムの物理構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示すマニピュレーションシステムの制御ブロック図である。 図３は、図１に示すマニピュレーションシステムの操作方法を説明するための平面図である。 図４は、図３の要部拡大図である。 図５は、図１に示すマニピュレーションシステムの操作方法を説明するための平面図である。 図６は、図５の要部拡大図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態）
［システムの構成］
まず、本実施形態に係るマニピュレーションシステム１０の物理構成及びシステム構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係るマニピュレーションシステム１０の物理構成を模式的に示す図である。図２は、図１に示すマニピュレーションシステム１０の制御ブロック図である。なお、図１は、一部の構成を断面で示している。マニピュレーションシステム１０は、顕微鏡観察下で細胞等の微細物質を操作するためのシステムである。マニピュレーションシステム１０は、例えば、微細物質である試料１００（図４等参照）の一部を切断する。

図１及び図２に示すように、実施形態のマニピュレーションシステム１０は、基台１２と、基台１２の片側から立設した柱部１４と、顕微鏡ユニット２０と、試料ステージ３０と、水平移動ユニット４０と、回転ユニット５０と、マニピュレータ６０と、コントローラ８０と、を備える。顕微鏡ユニット２０は、基台１２に固定して設けられる。マニピュレータ６０は、柱部１４に固定して設けられる。試料ステージ３０と、水平移動ユニット４０と、回転ユニット５０とは、顕微鏡視野に対する試料１００の位置及び体勢を変更可能なステージ装置を構成する。試料ステージ３０は、水平移動ユニット４０及び回転ユニット５０を介して、基台１２に設けられる。

顕微鏡ユニット２０は、顕微鏡２２と、撮像素子を含むカメラ２４と、備える。顕微鏡ユニット２０は、顕微鏡２２とカメラ２４とが一体構造となっている、例えば、マイクロスコープである。顕微鏡２２及びカメラ２４は、実施形態において、試料ステージ３０に支持される試料保持部材３２の直下において、基台１２の内部に配置され、試料保持部材３２に収容された試料１００（図３等参照）等を下方から、基台１２の上面に形成された開口１２ａを通して平面視可能である。顕微鏡２２及びカメラ２４の光軸２６は、試料１００等に対して垂直方向に入射する。光軸２６は、顕微鏡２２及びカメラ２４の視野中心に一致する。

顕微鏡ユニット２０は、さらに、試料保持部材３２に向けて光を照射する不図示の光源と、焦点合わせ機構２８（図２参照）と、を備えている。実施形態のように顕微鏡２２及びカメラ２４が試料保持部材３２の直下に配置される場合、光源は、例えば、試料保持部材３２の直上に配置される。試料保持部材３２の試料１００（図３等参照）に光源から光が照射されると、試料保持部材３２の試料１００で反射した光が顕微鏡２２に入射する。試料１００に関する光学像は、顕微鏡２２で拡大された後、カメラ２４で撮像される。光学像は、焦点合わせ機構２８によって、顕微鏡２２及びカメラ２４のレンズの位置及びレンズ間の距離を調整して顕微鏡２２及びカメラ２４の焦点合わせを行うことで明瞭に投影される。顕微鏡ユニット２０は、カメラ２４で撮像された画像を基に試料１００の観察が可能となっている。カメラ２４及び焦点合わせ機構２８は、実施形態において、後述のコントローラ８０に電気的に接続されている。

試料ステージ３０は、シャーレ又はウェルプレート等の試料保持部材３２を支持可能な保持面３０ａを有する台座である。保持面３０ａは、顕微鏡２２及びカメラ２４の観察方向に垂直な平面であり、実施形態において、水平面である。顕微鏡２２及びカメラ２４の観察方向とは、試料１００等に対して入射する光軸２６の方向である。試料ステージ３０は、実施形態において、顕微鏡２２及びカメラ２４の上方に配置される。試料ステージ３０は、水平移動ユニット４０及び回転ユニット５０を介して、基台１２に対して水平方向に移動可能かつ光軸２６に一致する回転軸回りに回動可能に設けられる。なお、ここで「光軸２６に一致する」とは、少なくとも光軸２６と平行かつ顕微鏡２２の視野内に回転軸が位置することを含み、好ましくは、光軸２６を中心とし視野幅の１／５を直径とする円内に回転軸が位置することを示す。また、ここで「平行」とは、寸法誤差、設計誤差等によって、両者が理論的な平行関係とならない場合も含む。

また、試料ステージ３０は、水平移動ユニット４０を介して、回転ユニット５０に対して水平方向に移動可能に設けられる。試料ステージ３０は、実施形態において、第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２にそれぞれ移動可能である。第一方向Ｄ１は、水平方向かつ回転ユニット５０を基準とする一方向である。第二方向Ｄ２は、水平方向かつ第一方向Ｄ１に直交する方向である。試料ステージ３０は、後述の水平移動ユニット４０の第一方向移動ユニット４２の移動部４２ｂに固定される。

水平移動ユニット４０は、試料ステージ３０を保持面３０ａに平行な方向、すなわち実施形態では水平方向に移動可能である。水平移動ユニット４０は、試料ステージ３０を回転ユニット５０に対して第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２にそれぞれ移動させる。水平移動ユニット４０は、例えば、二軸アクチュエータを含む。水平移動ユニット４０は、実施形態において、第一方向移動ユニット４２と、第二方向移動ユニット４４と、を含む。

第一方向移動ユニット４２は、第二方向移動ユニット４４に対して試料ステージ３０を第一方向Ｄ１に移動させる。第一方向移動ユニット４２は、固定部４２ａと、移動部４２ｂと、を含む。固定部４２ａは、第二方向移動ユニット４４の移動部４４ｂに固定される。固定部４２ａは、実施形態において、移動部４４ｂの上面側に取り付けられる。固定部４２ａは、移動部４２ｂを第一方向Ｄ１に移動可能に支持する。移動部４２ｂは、試料ステージ３０に固定される。移動部４４ｂは、実施形態において、上面側に試料ステージ３０の下面側が固定される。第一方向移動ユニット４２は、例えば、第一方向Ｄ１に沿って設けられる周知のボールねじ４２ｃと、ボールねじ４２ｃを軸回りに回転させる回転駆動源（不図示）と、を含む。移動部４２ｂには、ボールねじ４２ｃが挿通し、内周面に雌ねじを有する貫通孔が形成される。移動部４２ｂは、ボールねじ４２ｃと螺合し、ボールねじ４２ｃの軸回りの回転に伴って、第一方向Ｄ１に移動する。ボールねじ４２ｃを軸回りに回転させる不図示の回転駆動源は、実施形態において、後述のコントローラ８０に電気的に接続されている。

第二方向移動ユニット４４は、回転ユニット５０に対して第一方向移動ユニット４２を第二方向Ｄ２に移動させる。第二方向移動ユニット４４は、固定部４４ａと、移動部４４ｂと、を含む。固定部４４ａは、回転ユニット５０に固定される。固定部４４ａは、実施形態において、円板体５２の上面側に取り付けられる。固定部４４ａは、移動部４４ｂを第二方向Ｄ２に移動可能に支持する。移動部４４ｂは、第一方向移動ユニット４２の固定部４２ａに固定される。第二方向移動ユニット４４は、例えば、第二方向Ｄ２に沿って設けられる周知のボールねじ４４ｃと、ボールねじ４４ｃを軸回りに回転させる回転駆動源（不図示）と、を含む。移動部４４ｂには、ボールねじ４４ｃが挿通し、内周面に雌ねじを有する貫通孔が形成される。移動部４４ｂは、ボールねじ４４ｃと螺合し、ボールねじ４４ｃの軸回りの回転に伴って、第一方向Ｄ１に移動する。ボールねじ４４ｃを軸回りに回転させる不図示の回転駆動源は、実施形態において、後述のコントローラ８０に電気的に接続されている。

回転ユニット５０は、試料ステージ３０及び水平移動ユニット４０を、顕微鏡２２及びカメラ２４の視野中心、すなわち光軸２６に一致する回転軸回りに顕微鏡２２及びカメラ２４に対して回転可能である。回転ユニット５０は、実施形態において、円板体５２と、回転作動軸部５４と、軸受５６と、回転作動軸部５４を軸回りに回転させる回転駆動源（不図示）と、を含む。

円板体５２は、実施形態において、中空のウォームホイールである。円板体５２は、光軸２６に一致する回転軸回りに回動可能であるように軸受５６を介して基台１２の上面に支持される。円板体５２の直径は、基台１２の開口１２ａの直径より大きい。円板体５２は、基台１２の内部に設けられる顕微鏡２２及びカメラ２４の視野を遮らないように回転軸周りが中空に設けられる環形状である。円板体５２は、外周面に回転作動軸部５４の歯部５４ａと噛み合う歯部５２ａを有する。円板体５２には、第二方向移動ユニット４４の固定部４４ａが固定される。円板体５２は、回転作動軸部５４の軸回りの回転に伴って、光軸２６に一致する回転軸回りに回転する。

回転作動軸部５４は、実施形態において、ウォームである。回転作動軸部５４は、水平な軸回りに回動可能であるように、基台１２の支持部（不図示）に支持される。回転作動軸部５４は、外周面に円板体５２の歯部５２ａと噛み合う歯部５４ａを有する。回転作動軸部５４は、軸回りに回転することによって、円板体５２を、光軸２６に一致する回転軸回りに回転させる。回転作動軸部５４を軸回りに回転させる不図示の回転駆動源は、実施形態において、後述のコントローラ８０に電気的に接続されている。

軸受５６は、基台１２の上面に対して円板体５２を光軸に一致する回転軸回りに回動可能に支持する。軸受５６の内径は、基台１２の開口１２ａより大きい。軸受５６は、基台１２の内部に設けられる顕微鏡２２及びカメラ２４の視野を遮らないように回転軸周りが中空に設けられる環形状である。軸受５６は、実施形態において、スラスト玉軸受である。軸受５６は、ハウジング軌道盤５６ａと、複数の玉５６ｂと、保持器（不図示）と、軸軌道盤５６ｃと、を含む。

ハウジング軌道盤５６ａは、軸心が光軸２６に一致するように、下面が基台１２の上面の開口１２ａの周りに固定される環形状である。ハウジング軌道盤５６ａの上面には、軸心を中心とする環状の溝が設けられる。複数の玉５６ｂは、ハウジング軌道盤５６ａの溝に配置される。複数の玉５６ｂは、溝内を転動可能である。不図示の保持器は、複数の玉５６ｂがハウジング軌道盤５６ａの軸心回りに均等に配置されるように複数の玉５６ｂを保持する。軸軌道盤５６ｃは、軸心が光軸２６に一致するように複数の玉５６ｂを介して、ハウジング軌道盤５６ａに支持される環形状である。軸軌道盤５６ｃの下面には、軸心を中心とし、複数の玉５６ｂが転動可能な環状の溝が設けられる。軸軌道盤５６ｃは、複数の玉５６ｂがハウジング軌道盤５６ａに対して転動することによって、ハウジング軌道盤５６ａに対して軸心回りに回転可能である。軸軌道盤５６ｃの上面には、円板体５２の下面が固定される。

マニピュレータ６０は、Ｘ軸－Ｙ軸－Ｚ軸の３軸構成のマニピュレータである。なお、実施形態において、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と交差する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと交差する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。マニピュレータ６０は、保持部材６２と、治具６４と、三軸移動ユニット７０と、駆動装置（不図示）と、を備える。

保持部材６２は、保持部材６２は、一方の端部から他方の端部に向かって下方に傾斜し、かつ平面視で長手方向がＸ軸方向に平行であるように、一方の端部が三軸移動ユニット７０の移動部７０ｂに連結される。保持部材６２は、三軸移動ユニット７０によって、三次元空間を移動領域として移動する。保持部材６２は、他方の端部に治具６４が取り付け可能である。治具６４は、実施形態において、微細物質である試料１００（図４等参照）の一部を切断可能なカッターである。実施形態の治具６４は、保持部材６２に装着されている状態において、上方から下方に移動することで切断可能であるように、刃がＸ軸方向に平行に形成される。

三軸移動ユニット７０は、基台１２に固定される固定部７０ａと、固定部７０ａに対してＸ軸－Ｙ軸－Ｚ軸の３軸方向に移動可能な移動部７０ｂと、を有する。移動部７０ｂは、不図示の駆動装置の駆動により、基台１２に対してＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動する。三軸移動ユニット７０は、後述のコントローラ８０に電気的に接続されている。

三軸移動ユニット７０は、例えば、Ｚ軸方向移動ユニット７２と、Ｘ軸方向移動ユニット７４と、Ｙ軸方向移動ユニット７６と、を含む。Ｚ軸方向移動ユニット７２は、移動部７０ｂを含み、移動部７０ｂをＸ軸方向移動ユニット７４に対してＺ軸方向に移動可能である。Ｘ軸方向移動ユニット７４は、Ｚ軸方向移動ユニット７２をＹ軸方向移動ユニット７６に対してＸ軸方向に移動可能である。Ｙ軸方向移動ユニット７６は、固定部７０ａを含み、Ｘ軸方向移動ユニット７４を基台１２に対してＹ軸方向に移動可能である。

コントローラ８０は、マニピュレーションシステム１０の各部を制御する制御装置である。コントローラ８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを有する演算処理装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する記憶装置、及び入出力インターフェース装置等のハードウェア資源を備える。コントローラ８０の機能は、記憶装置に格納された所定のプログラムを演算処理装置が実行することで実現される。コントローラ８０は、演算処理装置による演算結果に従って、各構成要素に各種機能を実行させる制御信号を出力する。

コントローラ８０は、顕微鏡ユニット２０の焦点合わせ機構２８、水平移動ユニット４０、回転ユニット５０、及びマニピュレータ６０の、それぞれの駆動装置を制御し、必要に応じて設けられたドライバやアンプ等（不図示）を介してそれぞれに制御信号を出力する。コントローラ８０は、顕微鏡ユニット２０のカメラ２４が取得した顕微鏡画像の映像信号を取得する。コントローラ８０には、情報入力手段としての操作部８２及び入力部８４と、情報取得手段としての表示部８６と、が接続されている。

操作者は、操作部８２及び入力部８４を介して、コントローラ８０にコマンドを入力することができる。操作部８２は、例えば、ジョイスティック又はダイヤル等を含む。入力部８４は、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等を含む。

操作部８２が、例えば、マニピュレータ６０の三次元移動を操作する三軸ジョイスティック等を含む場合、三軸ジョイスティックには、例えば、基台と、基台から直立するハンドル部と、を備える公知のものを用いることができる。三軸ジョイスティックは、例えば、ハンドル部を傾斜させるように操作することでマニピュレータ６０のＸ－Ｙ駆動を行うことができ、ハンドル部をねじることでマニピュレータ６０のＺ駆動を行うことができる。

また、操作部８２が、例えば、試料ステージ３０の水平移動を操作する二軸ジョイスティックと、試料ステージ３０の回転を操作するダイヤル等を含む場合、二軸ジョイスティックには、例えば、基台と、基台から直立するハンドル部と、を備える公知のものを用いることができる。二軸ジョイスティックは、例えば、ハンドル部を傾斜させるように操作することで水平移動ユニット４０の第一方向Ｄ１及び第二方向Ｄ２への駆動を行うことができる。また、ダイヤルは、回転させることで、回転方向及び回転変位量に対応して円板体５２の回転変位量を調整することができる。

表示部８６は、例えば、液晶パネル等の表示画面を含む。表示部８６には、例えば、カメラ２４で取得した顕微鏡画像や各種制御用画面が表示されるようになっている。なお、入力部８４としてタッチパネルが用いられる場合には、表示部８６の表示画面にタッチパネルを重ねて用い、操作者が表示部８６の表示画像を確認しつつ入力操作を行うようにしてもよい。

［システムの操作方法］
次に、本実施形態に係るマニピュレーションシステム１０において、顕微鏡２２の視野に対して試料１００の位置及び体勢を変更させる操作方法について、図３から図６までを参照して説明する。図３は、図１に示すマニピュレーションシステム１０の操作方法を説明するための平面図である。図４は、図３の要部拡大図である。図５は、図１に示すマニピュレーションシステム１０の操作方法を説明するための平面図である。図６は、図５の要部拡大図である。

以下に示す一例では、試料１００を図４及び図６に示す切断予定ラインＣＬに沿ってマニピュレータ６０の治具６４で切断するために最適であるように、試料１００の位置及び体勢を変更させる操作を行うものとする。操作者は、マニピュレーションシステム１０において、まず、試料１００が収容された試料保持部材３２を、試料ステージ３０の中央部に支持する。操作者は、次に、水平移動ユニット４０を駆動させて、試料１００を顕微鏡２２及びカメラ２４の視野内に移動させる。

図３及び図４は、試料１００を、顕微鏡２２及びカメラ２４の視野内に移動させた後の状態を示している。この際、試料１００が顕微鏡２２及びカメラ２４の視野中心である光軸２６に重なるように移動させることが好ましい。図３及び図４に示す一例では、試料１００が試料ステージ３０の中心３０ｂからずれた位置で試料保持部材３２に収容されているので、図３に示すように、試料ステージ３０の中心３０ｂは、光軸２６からずれた位置に移動する。また、図４に示すように、顕微鏡２２及びカメラ２４の視野内に移動させた後の試料１００は、切断予定ラインＣＬが治具６４の刃の方向であるＸ軸方向に対して傾いている状態である。

操作者は、次に、回転ユニット５０を駆動させて、試料ステージ３０を回転ユニット５０の回転軸回りに回転させる。すなわち、試料１００を光軸２６回りに回転させて、試料１００の体勢を変更させる。すなわち、試料１００の切断予定ラインＣＬが治具６４の刃の方向であるＸ軸方向に平行になるように、試料ステージ３０を回転させる。

図５及び図６は、図３及び図４に示す状態の後、さらに試料１００の体勢を、マニピュレータ６０によって操作可能な方向に変更させた後の状態を示している。ここで、試料１００は、顕微鏡２２及びカメラ２４の視野中心である光軸２６上にある。したがって、図３及び図４に示す状態から図５及び図６に示す状態に試料１００の体勢を変更させる際、試料ステージ３０を光軸２６と一致する回転ユニット５０の回転軸回りに回転させることによって、試料１００を顕微鏡２２及びカメラ２４の視野の範囲内で光軸２６回りに回転させることができる。

以上説明したように、本実施形態のステージ装置は、顕微鏡２２の観察方向に垂直な保持面３０ａに試料が支持される試料ステージ３０と、試料ステージ３０を保持面３０ａに平行な方向に移動可能な面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）と、顕微鏡２２に対して試料ステージ３０及び面方向移動ユニットを顕微鏡２２の視野中心に一致する回転軸回りに回転させることが可能な回転ユニット５０と、を備える。

このようなステージ装置によれば、視野中心（光軸２６）回りに試料１００を回転させることができる。すなわち、面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）によって試料１００を顕微鏡２２の視野中心に移動させた後、試料１００が所望の体勢になるように回転ユニット５０で視野中心回りに回転させることで、回転させた後も視野内に試料１００を存在させ続けることができる。また、面方向（実施形態では、水平方向）の位置に応じて回転に加えて面方向へも変位させるような複雑な制御を必要とせず、顕微鏡２２視野内での試料１００の体勢変更を単純な構造で実現できる。

また、本実施形態のステージ装置において、回転ユニット５０は、顕微鏡２２が固定される基台１２に対して回転軸回りに回動可能に支持されかつ面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）を介して試料ステージ３０を支持する円板体５２と、軸回りの回転に伴って円板体５２を回転させる回転作動軸部５４と、を含む。

このようなステージ装置によれば、回転作動軸部５４の回転方向及び回転量に対応して、円板体５２を所定方向に所定回転量で回転させることができる。したがって、単純な構造で、所望の回転量で試料ステージ３０及び試料１００を視野中心（光軸２６）回りに回転させることができる。

また、本実施形態のステージ装置において、面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）は、円板体５２に対して保持面３０ａに平行な第一方向Ｄ１に試料ステージ３０を移動可能な第一方向移動ユニット４２と、円板体５２に対して保持面３０ａに平行かつ第一方向Ｄ１に直交する第二方向Ｄ２に試料ステージ３０を移動可能な第二方向移動ユニット４４と、を含む。

このようなステージ装置によれば、保持面３０ａに平行な平面上の二軸で試料ステージ３０を移動させることができる。したがって、単純な構造で、試料ステージ３０を面方向（実施形態では、水平方向）に移動させることができるので、試料１００を視野中心まで容易に移動させることができる。

また、本実施形態のステージ装置において、面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）は、円板体５２の上面側に取り付けられる。

このようなステージ装置によれば、試料１００を顕微鏡２２の視野中心に移動させた後の面方向移動ユニットを、円板体５２が面方向移動ユニット（水平移動ユニット４０）を下方から支持した状態で、容易に顕微鏡２２の視野中心回りに回転させることができる。

また、本実施形態のマニピュレーションシステム１０は、ステージ装置と、視野中心（光軸２６）が回転軸に一致する顕微鏡２２を含む顕微鏡ユニット２０と、試料を操作するための治具６４を含むマニピュレータ６０と、を備える。

このようなマニピュレーションシステム１０によれば、マニピュレータ６０の操作対象である試料１００を視野中心（光軸２６）回りに回転させることができる。したがって、試料１００の観察方向が適しておらず、姿勢変更を必要とする際、試料が液状に近い、又はマニピュレータ６０の治具６４が試料１００の体勢変更に適していない場合であっても、試料１００を顕微鏡２２視野内に存在させ続けた状態で体勢変更させることができる。

なお、本実施形態は、上記態様に限定されるものではない。即ち、本実施形態の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、図１に示す実施形態では、顕微鏡２２及びカメラ２４は、試料保持部材３２の下方に配置されているが、試料保持部材３２の上方に配置してもよい。また、顕微鏡ユニット２０において、カメラ２４は、顕微鏡２２と別体に設けてもよい。

また、実施形態の試料ステージ３０は、平面視で矩形状であるが、円形であってもよい。また、試料ステージ３０の保持面３０ａは、実施形態において水平面であるが、顕微鏡２２及びカメラ２４の光軸２６の試料１００に対する入射方向に対して垂直な面であればよい。

なお、顕微鏡２２及びカメラ２４の光軸２６の試料１００に対する入射方向が垂直軸から傾いている場合、すなわち、試料ステージ３０の保持面３０ａが水平面に対して傾いている場合、マニピュレーションシステム１０は、水平移動ユニット４０の代わりに試料ステージ３０を面方向に移動可能な面方向移動ユニットを備える。

また、実施形態の水平移動ユニット４０及び回転ユニット５０は、コントローラ８０に電気的に接続され、操作部８２からコントローラ８０に入力されたコマンドに対応して出力された制御信号に基づいて駆動するが、機械的に接続して設けられる操作部への操作者による操作によって駆動してもよい。

１０ マニピュレーションシステム
１２ 基台
２０ 顕微鏡ユニット
２２ 顕微鏡
２４ カメラ
２６ 光軸
２８ 焦点合わせ機構
３０ 試料ステージ
３０ａ 保持面
３０ｂ 中心
３２ 試料保持部材
４０ 水平移動ユニット（面方向移動ユニット）
４２ 第一方向移動ユニット
４４ 第二方向移動ユニット
５０ 回転ユニット
５２ 円板体
５４ 回転作動軸部
５６ 軸受
６０ マニピュレータ
６２ 保持部材
６４ 治具
７０ 三軸移動ユニット
８０ コントローラ
１００ 試料
Ｄ１ 第一方向
Ｄ２ 第二方向

Claims (5)

1. 顕微鏡の観察方向に垂直な保持面に試料が支持される試料ステージと、
   前記試料ステージを前記保持面に平行な方向に移動可能な面方向移動ユニットと、
   前記顕微鏡に対して前記試料ステージ及び前記面方向移動ユニットを前記顕微鏡の視野中心に一致する回転軸回りに回転させることが可能な回転ユニットと、
   を備える、ステージ装置。
2. 前記回転ユニットは、
   前記顕微鏡が固定される基台に対して前記回転軸回りに回動可能に支持されかつ前記面方向移動ユニットを介して前記試料ステージを支持する円板体と、
   軸回りの回転に伴って前記円板体を回転させる回転作動軸部と、
   を含む、請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記面方向移動ユニットは、
   前記円板体に対して前記保持面に平行な第一方向に前記試料ステージを移動可能な第一方向移動ユニットと、
   前記円板体に対して前記保持面に平行かつ前記第一方向に直交する第二方向に前記試料ステージを移動可能な第二方向移動ユニットと、
   を含む、請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記面方向移動ユニットは、前記円板体の上面側に取り付けられる、
   請求項２又は３に記載のステージ装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のステージ装置と、
   視野中心が前記回転軸に一致する前記顕微鏡を含む顕微鏡ユニットと、
   前記試料を操作するための治具を含むマニピュレータと、
   を備える、マニピュレーションシステム。

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