JP2002516409A - 立体顕微鏡のための照明装置 - Google Patents

立体顕微鏡のための照明装置

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JP2002516409A JP2000549995A JP2000549995A JP2002516409A JP 2002516409 A JP2002516409 A JP 2002516409A JP 2000549995 A JP2000549995 A JP 2000549995A JP 2000549995 A JP2000549995 A JP 2000549995A JP 2002516409 A JP2002516409 A JP 2002516409A
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クノブリッヒ (原語表記)KNOBLICH,Johannes ヨハネス
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カール ツァイス イエナ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 少なくとも一つの照明管路から成る、好ましくは両観察管路の面を通ってそれらとほぼ垂直な位置関係に配置された二つの照明管路から成る、特に顕微鏡ケーシング内部の観察光路外に二つの光管路を有していて、その場合光管路の誘導が観察光学系の周りを巡って行われる、特にグリノータイプの立体顕微鏡のための照明装置

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 顕微鏡本体の外部に直接的照明装置を配置する外部配置投射照明法は現技術水
準に属している。反射鏡付きハロゲンランプがこれに当たり、立体顕微鏡支持体
、台架柱または立体顕微鏡本体そのものに取り付けられ、傾斜照明が可能である
。 例えば台架柱または立体顕微鏡支持体に固定されていて、例えば可撓性または
半硬性の集束光学系付き単腕型または複腕型光導体として構成されている冷光線
照明装置が知られている。また、立体顕微鏡本体や台架に固定せずに、専ら冷光
源に固定し、空間中自由に位置設定ができるいわゆるS字型管も存在する。
【0002】 さらに、例えば4点リング光としてまたはスリットリング光として、様々な直
径、放射角度のものが提供されている立体顕微鏡正面固定式冷光線リング状投射
照明装置も知られている。これらの外部型投射照明装置は、いずれも非常にきめ
細かな投射照明、即ち立体顕微鏡検査対象物の表面構造および立体的大きさに応
じて最適の「照明」を提供する。これら外部型投射照明装置の欠点は、一部には
対象物領域の構造部が大きくなる点にある。即ち、対象物の直接的観察および操
作のための自由空間が一部かなり制限されている。
【0003】 これら外部型照明装置では、さらに立体顕微鏡を特殊な台架(例えば機械保持
用の床台架や壁台架)に固定するという場合、つまり立体顕微鏡を空間内自由に
位置設定する場合には(照明装置が立体顕微鏡本体そのものに固定されていない
限り)、「照明」手段は常に別途切り離して「後から配置」しなければならない
という欠点もある。以上のような欠点は、適当な方法により照明装置自体をでき
る限りコンパクト化した上で立体顕微鏡本体に統合することによって避けられる
【0004】 国際レベルで見れば、照明システムを適当な方法により光学器械(例えば、撮
影カメラ、ビデオカメラ、カメラレコーダー、顕微鏡、立体顕微鏡、操作顕微鏡
)に直接組み込むという解決方法が種々様々な形態で実施されており、一部には
既に公開され公知になっている。
【0005】 顕微鏡本体内で適当な光線分離素子(プリズム、分離鏡)を通じて光を観察管
路に誘導する方式(同軸照明原理)の内部型投射照明装置は顕微鏡検査の分野で
は現技術水準の枠内にある。その場合、光は従来型顕微鏡照明装置または冷光源
と光導体を通じて生成、転送され、やがては様々な箇所(例えば立体顕微鏡ズー
ムシステムの上方または下方)に設置された前記光線分離素子を通じて観察管路
に誘導される。
【0006】 立体顕微鏡本体に組み込まれ、固定された前記同軸照明装置のほか、例えば立
体顕微鏡ズームシステムと主要対物レンズとの間に分離可能なように配置された
構成要素ユニットもある(例えばZeiss望遠鏡型式立体顕微鏡における同軸
照明装置、可撓性光導体連結装置、SCHOTT冷光源KL 1500への光導
体連結管)。
【0007】 同軸照明装置の有利な点は、立体顕微鏡本体による光の「誘導」および立体顕
微鏡ズームシステム上方での内部組込におけるズームレンズ適用時の対象物への
正確なセッティングである。立体顕微鏡ズームシステム下方における内部組込の
場合では照明を受けた対象物フィールドは一定の大きさであり、ズームシステム
により最高度の対象物フィールドになるよう決定される。 同軸投射照明原理に記載の前記いずれのシステムの場合でも強い反射の発生―
特に対象物が強反射性表面の場合―およびそれに伴う観察管路への光の流入を原
因とする画像コントラストの低下が欠点となっている。
【0008】 偏光光学手段による反射抑制用として考えられた各種装置(例えば望遠鏡型式
のZeiss社製立体顕微鏡における「反射防止装置」)も現技術のレベルに属
するものである。偏光光学手段による公知の反射抑制法にしても、偏光フィルタ
ーが少なくとも二つ必要であるために、その高い吸収力によって照明強度がかな
り低下するという欠点がある。
【0009】 この基本原理から変更の加えられたその他内部型投射照明装置では、望遠鏡型
の立体顕微鏡について言えば、観察光路への光の誘導に、または観察管路とは別
な方位の入射平面における光の誘導に、主要対物レンズだけが前置接続という形
式で利用されている。基本原理から変更されたこれら装置の場合でも反射発生お
よび偏光光学手段による反射除去の問題が依然として存在する。
【0010】 同軸投射照明原理は、立体顕微鏡では主に平たく薄いプレパラート(深みのな
いプレパラート)にしか適用されない。深みのある対象物や表面起伏のある対象
物ではこの垂直照明によると劣悪なコントラスト、劣悪な立体視覚印象しか得ら
れないからである。コントラストおよび立体印象の大幅な改善は傾斜照明で現れ
るシャドー効果によって達成できる。同軸投射照明原理によって作動する前記の
各種内部型照明装置は従来型立体顕微鏡(望遠鏡型式)、操作顕微鏡、立体顕微
鏡観察のできる医療機器(膣鏡、スリットランプ)あるいは一部には内視鏡に使
用されている。
【0011】 特許公開公報 DE 196 40 352 A1 「内部型照明装置およびビデオ
顕微鏡システム」には、従来型の投射配光ライトフィールド鏡検で知られている
光線分離器を通じての光導システムが記述されている。そのほか、直接照明用装
置(反射鏡付きランプ)のビデオ装置への統合のことも記載されている。この場
合、光導体を通じての対象物空間への光の転送は傾斜照明によって行なわれ、ま
た、光導体は光線分離器を通じて観察管路(同軸投射照明原理)にも繋がれてい
る。提案されている統合型照明装置は一部現技術レベルのものであって、ビデオ
顕微鏡システムとビデオ装置との単なる組み合わせに過ぎない。
【0012】 特許公報 US 4,783,159 「操作顕微鏡」には望遠鏡型式の操作顕微
鏡のことが書かれており、それによれば操作フィールドの照明用として内部に照
明装置が組み込まれ統合されている。この場合では光は原則としてズームシステ
ム(パンシステム)と主要対物レンズ間に誘導される。操作顕微鏡内に別途構成
されている照明システムが光学素子光導体、セパレートズームシステム、投射レ
ンズ、主要対物レンズを通じて操作フィールドを照らし出す。各種光学転向素子
(反射プリズム)の使用により主要対物レンズを通じての操作フィールド照明が
様々な部分(軸上または軸外を選択)で行えるようになる。それにより操作領域
(例えば目)の綿密な照明が可能となる。
【0013】 特許公報 EP 0 793 128 A1 「顕微鏡の照明構造」には対物レンズ
の後方に内部組込照明システムの配置されている顕微鏡(平行構造の立体顕微鏡
/巨視鏡)のことが説明されている。対物レンズ後方、例えば対物レンズ光軸上
にある観察管路(2ペア)間で一つの照明管路を、ペアの観察管路間で2つまた
はそれ以上の照明管路を、あるいは接続管で分離された観察光学系を利用した集
光装置を光路連結させ得る様々な装置が紹介されている。
【0014】 特許公報 DE 39 06 555 A1 「対象物照明のための投射装置」には
観察装置に設置された(外部)照明装置のことが書かれている。それはいくつか
の個別光源あるいは個々に切り換え可能な光源(例えば自己発光照明器、ガラス
ファイバーまたは後方配置調整投射装置)からなっており、それには中心が観察
用結像光学系の光学軸に一致する少なくとも一つの二次元アレーが配置されてい
る。
【0015】 特許公報 DE 32 29 768 A1 「超ダークフィールド照明システム」
には主として投射照明顕微鏡用の超ダークフィールド照明システムのことが記載
されており、これでは光源から出た光は対象物の照明のためにケースと対物レン
ズとの間に通される(配置はダークフィールド投射照明装置と同様)。このリン
グ状照明装置により対象物フィールドに対して傾斜のない極めて平坦な照明が達
成できる。
【0016】 特許公報 EP 0 504 940 A2 「顕微鏡照明装置」には、照明光学シ
ステムへの光の誘導に、特に光ファイバー手段を用いた明暗反射照明用および明
暗透過照明用の各種顕微鏡照明装置が紹介されている。
【0017】 特許公報 DE 19523712 A1 「立体顕微鏡」では互いに分離された
観察用フロントレンズおよび照明レンズを有している立体顕微鏡(望遠鏡型式)
のことが書かれている。集束調整用観察フロントレンズは対象物の一点から放出
された観察光線を平行に整列させる。照明レンズは、照明光源からの光線を対象
物の点に投射する。観察レンズおよび照明レンズの配置/集束調整により照明ポ
ジションを対象物ポイントの移動に対応して変化させることができる。この特殊
配置の目的はできる限り同軸照明を達成すること、即ち照明光の光学軸と観察光
の光学軸との角度をできる限り小さくすること(反射の回避)である。
【0018】 本発明の課題は立体顕微鏡用の照明装置を、その設置場所ができるだけ小さく
なるように、しかしそれによる光学機械的基本構造への影響は最小限になるよう
に、また立体顕微鏡の位置および観察方向に関わりなく対象物への視野が最大に
なり、明るく均質で反射のない照明が得られるように構成することである。 この課題は独立請求項の特徴によって解消される。その他主な態様は従属請求項
の対象として表している。
【0019】 観察光路から完全に切り離された集束光学系付き光ファイバー照明装置、特に
観察平面に垂直な平面上の二つの「スポット」装置の立体顕微鏡本体への統合に
よって、前記課題に十分対応できる装置が得られる。 図1のB1、B2はグリノー立体顕微鏡M1における二観察管路の対象物側出
口と対物レンズ末端である。 顕微鏡M1は顕微鏡支持体MTを媒介として台架Sと結合している。観察管路
間の結合軸に垂直に二光源の出口BL1、BL2が配置されている。
【0020】 照明管路のこの直交配置により、対象物平面での反射後に照明光路が第二観察
管路へ妨害結像したり(強反射対象物の場合に問題発生)、それに伴ってコント
ラストが低下するということは避けられる。さらに、高反射性対象物の場合では
立体顕微鏡のズーム全域での反射を避けるためにおよび「立体顕微鏡でのコント
ラスト」の改善のために、図4、5表示の照明装置を顕微鏡の光軸に対して角度
≠0で、即ち約10°〜12°の角度(ほぼ中心までの半角)で配置するのが好
ましい。光導体の前に設置され、対象物平面を照らし出す集束光学系FOは固定
システム(対象物フィールド最大直径の投射照明用)として、また基本的には対
象物画像直径可変型ズームシステム(例えば観察用ズームシステムと機械的に連
結)として構成することができる。
【0021】 対象物平面での照明強度を最高にするためには、集束光学系FO付き双子光導
体LL(図2参照)を通じて照射し、両「単一スポット」が対象物面上で重なる
ようにすれば効果的である。可撓性双子光導体LLにおける分岐部Vの両単一繊
維束は立体顕微鏡本体内ではまだ合体しており、十分な長さを持った連続式(光
損失の回避)一腕型可撓性光導体として適当な場所にある引込口ZEを通じて顕
微鏡本体から離れ出ている。光導体は標準型末端部STを通じて外部冷光源LQ
に結合させる。可撓性光導体としてはガラス製光導体および合成樹脂製光導体の
ほかにリキッド光導体も使用できる(特に蛍光照明装置の場合有利、図6参照)
【0022】 図3にはグリノー型式の立体顕微鏡に統合された光ファイバー照明装置につい
て、観察管路の平面(照明管路による切断面)に平行な平面における配置可能性
が示されている。 顕微鏡は点線により表されているだけで、鏡胴は示されていない。 光導体LLは上方から顕微鏡ケーシングに連結され、引込ZEを有している。
光導体の分岐部Vは全体が顕微鏡ケーシング内にあって、ガイドF上で可動式、
また一部固定式の顕微鏡ズームシステム用レンズ群Lの間を通すのが好ましく、
それによって観察光路がぼやけるということもない。
【0023】 図4には集束光学系FOを有する二つの光導体末端部が示されている。それら
は顕微鏡光学軸に対し角度を持たせて配置されており、それにより好ましくも照
明スポットBSが重なり合って、対象物面OEにおける照明が明るく均一になり
、それが対象物フィールドOFの全体に最大限及ぶことになる。
【0024】 この照明原理はグリノー型式の立体顕微鏡のほか原則として望遠鏡型式の立体
顕微鏡にも適している。反射(公知の同軸型立体顕微鏡用照明装置の欠点)回避
のため、アタッチメント(グリノーシステムの場合)や対物レンズ(望遠鏡型式
の場合―操作顕微鏡の典型的な照明装置)の外からの照明も実施可能である。
【0025】 照明光集束光学系を固定設置すると、アタッチメントなしの立体顕微鏡(グリ
ノー型式)の場合や、あるいはアタッチメント/対物レンズ組み合わせの場合に
しか対象物フィールドを最高の照明状態にすることかできない。様々な対物レン
ズ/アタッチメントに適合させるには、機械的操作ガイドおよび調整素子による
照明光集束光学系の移動および旋回が必要である。
【0026】 それは5図に表している。 そこには操作素子を通じて様々な方向に旋回でき、放射状に移動させることの
できる集束作用のある照明光学系FOが描かれている。照明光の集束、即ち対象
物フィールドの観察直径に対応させた照明スポットの調整適合化は、観察ズーム
システムと機械的に連結している、またはモーター操作を通じて電子工学的に作
動する集束制御装置FSにより実現される。
【0027】 以下では有利なバリエーションをいくつか挙げておく。 A − 適当な外部操作素子の作動による照明光集束光学系の旋回(Bとの組
み合わせによる光線スポット入射角度のバリエーション) B − 適当な外部操作素子の作動による照明光集束光学系の放射状移動(A
との組み合わせによる光線スポット入射角度のバリエーション) C − 集束調整による対象物照明直径のバリエーション:
【0028】 光導体出口と手動操作式集束調整光学系との距離、または光導体出口と観察用
ズームに機械的に強制連結されている、あるいはモーター駆動の外部制御装置F
Sによって作動するセパレート式照明光ズームシステムに連結されている光導体
連結部との距離の変更
【0029】 この場合、照明光集束システムが立体顕微鏡のズーム作動装置と機械的にまた
は電気的に連結していて有利である。即ち、観察用ズームシステムの作動により
、対象物フィールドの照明直径が自動的に調整され、適合化される。
【0030】 この照明原理はさらに顕微鏡コントラスト法にも適している。 図6にはスポット照明装置を通じての蛍光励起システムが例示されている。図
4または図5の装置でフィルターの収容、取り替えに、蛍光励起の場合では励起
フィルターAの収容、取り替えに光導体末端部STと光源LQとの間にフィルタ
ー収容部FAAを設ければ(このフィルター交換部は市販の多くの光源、特に冷
光源の場合では元々付いている)、スポット光集束光学系FOを通じて蛍光励起
が可能である。
【0031】 さらに、観察管路の中に遮断フィルターSの切換のためのフィルター収容部F
ASを設けておけば立体顕微鏡において非常に良好な蛍光コントラストが観察で
きる。即ち、照明管路と観察管路を完全に連結することにより傾斜照明でコント
ラストの豊富な反射のない観察が可能になる。
【0032】 光源としては可視スペクトル域での蛍光励起にはハロゲン冷光源(例えばSC
HOTT冷光源 KL 1500)またはXBO(キセノン極高圧ランプ、例えば
XBO 75 W)が、紫外線蛍光励起には HBO(水銀極高圧ランプ、例えば
HBO 50 W または HBO 100 W)が適している。
【0033】 蛍光立体顕微鏡検査における様々な適用課題にはフィルターメーカーや立体顕
微鏡メーカーから各種一連のフィルターセット(励起フィルター、遮断フィルタ
ーから構成)が提供されている。蛍光励起による任意の空間方向(例えば修正用
特殊台架)における立体顕微鏡観察には光導体を通じて光線を結合させるのが有
利である。というのは、前記の極高圧ランプを光導体なしで立体顕微鏡に連結固
定させると相当な放熱があり(接触すると燃焼の危険性あり)、観察者に危害を
与え、しかも極高圧ランプはメーカーの表示によると常に垂直な組込位置でしか
作動させることはできないからである(当ランプは大きく傾斜すると破壊に到る
)。 図6に描かれた本発明に記載の装置では光源は固定位置(例えば特殊台架に固
定)のままにしておくことが可能であり、立体顕微鏡は光源と連結した光導体を
通じて空間内任意の方向に定めることができる。
【0034】 検査結果 : 図1〜図4に描かれているような投射照明装置を作業幅4インチ(110mm)
を維持したままZEISS社製Stemi 1000に統合させた。 南北方向に配置した二つの照明光学系の位置は、観察管路からほぼ完全に切り
離して傾斜投射照明を実現するために2×8度の角度に設定した。この配置によ
り、高コストの同軸配光照明装置(偏光光学手段を持つ反射極小化装置)の場合
より良質な画像(上方のズーム領域において支障となる照射光の反射なし)が達
成された。
【0035】 性能面で下記の特徴が原型モデルで実証された : a) SCHOTT KL 1500e冷光源による明るく均一明度の照明、原型モデ
ルで2×8度の照明角度が実現した。それにより傾斜入光の外部設置照明装置(
例えばSCHOTT点ライトまたはリングライト:18度、ライト10:35度
)の場合よりはるかに小さな照明角度が達成できた。 b) 観察光路と照明光路の完全な分離により、光線分離を伴う旧来の同軸照明装置
(照明角度0度、抗反射装置であるにも拘わらず完全には排除し得ない明化作用
を来す単純反射の問題がある)の場合より照明コントラストがはるかに豊富であ
る。 c) 照明装置を立体顕微鏡本体に完全に統合することにより十分な作業幅(Ste
mi 1000の場合4インチ)が確保される。これは、作業幅を制限し、対象
物を直接、自由に観察するのを阻害する外部設置冷光源素子に比較して有利な点
である。 d) 立体顕微鏡用外部インターフェースは全てそのまま保持される(国際標準規格
では収容部直径76mm、この対象になるのは外部冷光素子、アタッチメント用連
結ねじ)。従って、従来のバリエーションから何ら制限が生じることはない。 e)
【0036】 統合化により、観察場所を変える場合でも(例えばMEG適用のための特殊台
架の場合、例えばテキスタイル分野での陳列台における大きな対象物のサンプリ
ングの場合、顕微鏡本体の任意空間方向での修正用台架の場合)照明はそれに追
従する必要はなく、対象物に対しては自由な視角が維持されている。
【0037】 立体顕微鏡の基本構造の見直しが緊急課題となっているため、前記実施例(図
1〜図4)に変更を加えて下記の案が出されているが、スポット照明の点で構造
上必然的に制限が生じてくる: − 照明管路の省略、「北または南方向からのスポット」だけによる照明 − 可撓性光導体の代わりに、光収量が十分な場合でも上端部で取り換え可能
なように(透過損失がある程度以上になると取り換えたほうが有利)可撓性標準
光導体(例えばKL 200用)の連結できる光導桿または内部反射光導管を使
用することができる。
【0038】 − 集束光学系の省略、即ち光導体の窓が高い位置(ファイバー タイプA2
の場合A=約0.66)にあるため自由作業幅90mmの場合では約160mmの対
象物フィールドが照らし出され(相対的均一照明:直径約100mm)、視野で確
認できる照明強度は特にズーム上方領域では対象物視野が適合している時の照明
よりはっきり低いが、それでも尚十分であると評価される(裸眼での対象物操作
および位置設定の場合対象物フィールドにおいて広い面積で照明できるのが利点
である。即ち、Stemiでは常時「光」が供給されている)。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に記載の立体顕微鏡の下面図
【図2】 本発明に基づき使用される光導体
【図3】 縦断側面略図
【図4】 図3の側面図に垂直な側面図
【図5】 有用な照明調整システム
【図6】 コントラスト調整装置、例えばスポット照明装置上方の蛍光発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H040 BA03 BA09 CA02 CA11 CA22 CA29 2H052 AA09 AA13 AB05 AB18 AB22 AC04 AC09 AC17 AC23 AC26 AC30 AD34

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一つの照明管路から成る、好ましくは両観察管路の
    面を通ってそれらとほぼ垂直な位置関係に配置された二つの照明管路から成る、
    特にグリノータイプの立体顕微鏡のための照明装置
  2. 【請求項2】 グリノータイプの立体顕微鏡であって、顕微鏡ケーシング内部
    の観察光路外に二つの光管路を有している、請求項1に記載の照明装置
  3. 【請求項3】 光管路の誘導が観察光学系の周りを巡って行われる、前記請求
    項の少なくとも一つに記載の照明装置
  4. 【請求項4】 照明方向を顕微鏡光学軸に対して角度が出るように設定し、観
    察管路に直接光が当たらないようにした、請求項1〜3の少なくとも一つに記載
    の照明装置
  5. 【請求項5】 照明が少なくとも一つの光導体を通じて行われる、前記請求項
    の少なくとも一つに記載の照明装置
  6. 【請求項6】 光導体が可撓性のガラス光導体および/または合成樹脂製光導
    体および/またはリキッド光導体である、前記請求項の少なくとも一つに記載の
    照明装置
  7. 【請求項7】 光導体が少なくとも部分的には顕微鏡ケーシングの内部を通っ
    ている、前記請求項の少なくとも一つに記載の照明装置
  8. 【請求項8】 照明が光導体末端から行われる、前記請求項の少なくとも一つ
    に記載の照明装置
  9. 【請求項9】 照明が光導体末端の先に配置された照明光学系を通じて行われ
    る、前記請求項の少なくとも一つに記載の照明装置
  10. 【請求項10】 照明光学系がズームシステムとして、形成された像を調整お
    よび/または移動および/または旋回できるように配置されている、前記請求項
    の少なくとも一つに記載の照明装置
  11. 【請求項11】 照明光学系の調整に手動式および/またはモーター駆動式制
    御装置が備わっている、前記請求項の少なくとも一つに記載の照明装置
  12. 【請求項12】 ズームシステムとしての照明光学系の調整が顕微鏡ズームシ
    ステムの調整と連動して行われる、前記請求項の少なくとも一つに記載の照明装
  13. 【請求項13】 照明が、二つの光管路を構成するために分岐している光導体
    を通じてなされる、前記請求項の少なくとも一つに記載の照明装置
  14. 【請求項14】 分岐構成物の全体が顕微鏡ケーシングの内部にある、請求項
    13に記載の照明装置
  15. 【請求項15】 光導体の分岐構成物が観察管路の周りを巡って配置されてい
    る、請求項13または14のうちの一つに記載の照明装置
  16. 【請求項16】 光導体が顕微鏡外部に配置された冷光源と結合している、前
    記請求項の少なくとも一つに記載の照明装置
  17. 【請求項17】 蛍光励起が照明管路を通じて行われる、前記請求項の少なく
    とも一つに記載の照明装置
  18. 【請求項18】 少なくとも一つの光導体が、取り換え可能な励起用フィルタ
    ーとの組み合わせでの蛍光励起に適している顕微鏡外部配置の光源と結合してい
    る、請求項17に記載の照明装置
  19. 【請求項19】 光源と光導体の間に励起用フィルターの収容部が、観察光路
    には遮断フィルター用収容部が設けられている、請求項17または18に記載の
    照明装置
JP2000549995A 1998-05-18 1999-05-05 立体顕微鏡のための照明装置 Pending JP2002516409A (ja)

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