JP2006146243A - 顕微鏡用の透過光ベースおよび透過光ベースの照明強度を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光源が組み込まれた、ズーム顕微鏡用の透過光ベースにおいて、照明強度を制御できるようにし、ひいては色温度を一定にして明度を制御することができ、かつ所定の色温度を調整できるように構成する。
【解決手段】光源は反射器ランプ（3）として構成されており、反射器ランプ（3）の光出口側に密に、連続的に調整可能な機械的明度調整器（4）が配置されており、該機械的明度調整器には明度制御装置（41）が配属されており、該明度制御装置を介して明度調整器（4）は、スペクトル強度分布を変化させることなしに透過光ベース（1）の照明強度が調整可能であるように制御可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は顕微鏡用の組み込み光源を備える透過光ベース（透過照明装置）に関するものであり、この顕微鏡はとりわけ倍率が連続的に可変であり、ズーム顕微鏡と称せられ、例えば高性能立体ズーム顕微鏡である。さらに本発明は、透過光ベースの照明強度を制御する方法に関する。より詳細には本発明は、ズーム顕微鏡により結像するために対象物を照明する透過光ベースに関するものである。この透過光ベースは光源を有し、この光源は適切なビーム束を形成するための電力制御部と、所定のスペクトル強度分布を形成するために後置された手段とを備える。本発明の方法は、透過光ベースの照明強度およびスペクトル強度分布を、ズーム顕微鏡を用いた対象物の結像による対象物探査のために変更または制御することに関する。

透過光ベースは、対象物を顕微鏡による観察に適したやり方で照明するために用いられる。この目的のために透過光ベースにより対象物に向けられた光は、照明される対象野のいずれの点でもビームを立体角で形成する。対象野の1つの点から無限小の立体角へ発するビーム束はビーム強度と称される。

ここで透過光ベースの照明強度の制御とは、ビーム強度の制御であると理解されたい。例えば照明野直径または照明の開口数の変化とは異なり（これらはビーム強度分布に、位置または角度に依存して影響する）、透過光ベースの照明強度の制御では単にビーム強度だけが位置および角度に依存しないで制御される。

光源が組み込まれたこの種の透過光ベースは公知である。光源には通常、電力制御部が配属されており、この電力制御部により光源の電流または電圧を調整することができる。通常、照明強度の制御は光源での電圧の変化によって行われる。さらにこれらに代わってかまたは付加的に中性グレーフィルタを使用することができる。

照明強度の制御は種々の理由から必要である。１つには、公知の透過光ベースは種々の照明形式で対象物を照明することができる。例えば透過光−明視野、斜め照明、またはレリーフ・コントラストである。これらの照明形式は、対象物に依存する被検試料の透過特性と同じように画像明度に大きく影響する。さらに所望の画像明度はユ―ザ個人にも依存する。ズーム顕微鏡による対象物探査の際には照明強度の制御も必要である。なぜなら、ズームの操作の際に画像側のアパーチャ、およびひいては画像明度が変化するからである。しかし対象物探査は画像明度を一定にして行う必要があり、または少なくとも画像明度を一定にするよう努めるべきである。これはカメラを使用する場合には誤露光を回避し、一連の探査画像を相互に比較できるようにすることを保証するためである。

画像明度に影響を及ぼし得る上記の要因は、すべての観察形式または照明形式、および機器構成を利用できるようにするためには、照明強度に大きなダイナミックスが必要であることを示している。

さらに特別の適用に対しては、所定の画像明度だけでなく、所定の色温度またはスペクトル強度分布が必要である。色温度とは、照明源のスペクトル分布と（近似的に）同じスペクトル強度分布を備える黒体放射の温度である。一般的に色温度は電気照明源の場合、光源に供給される電力が変化すると変化する。黒体放射に類似する光放射特性を有する白熱ランプまたはハロゲンランプの場合、光源から放射されるスペクトルの色温度は、供給される電力の低下と共に青スペクトル領域から赤スペクトル領域に偏移する（赤方偏移とも称される）。

このような色温度偏移は対象物結像の色印象を変化させ、異なる照明形式の結果の比較を困難にする。このことは、特別の適用に対しては画像明度を（ほぼ）一定に保つだけでなく、色温度も（ほぼ）一定に保つべきことを意味する。

EP1418454A2から、対象物結像の明度と色印象を一定に保つことのできる顕微鏡および方法が公知である。この刊行物の技術思想は、顕微鏡の解像度およびコントラストに関する調整の変化が顕微鏡画像の明度変化に重畳されているという問題から出発している。同時に、上に述べたように明度補正は通常の光源の場合、色温度変化につながる。解決手段として前記の刊行物では、スペクトル補正手段を照明ビーム路または結像ビーム路に配置することが提案されている。この補正手段によって、光源から放射された光の生じたスペクトル強度分布（色温度）の変化が、対象物に向けられた光のスペクトル強度分布が少なくとも十分（weitgehend）に不変に留まるように補正される。このスペクトル補正手段は色フィルタを有しており、この色フィルタは円板状の干渉フィルタとして構成されている。ここで種々異なるフィルタ面は種々異なるスペクトル干渉能力（特性）を有し、これに結び付いた透過能（特性）を有する。円板状のフィルタの回転に応じて相応のフィルタ面を照明装置のアパーチャに部分的に挿入することにより、電圧降下により発生する色温度低下を補償することができる。別の適切なスペクトル補正手段は吸収フィルタまたは反射フィルタを含む。自動化された方法では、例えば照明ビーム路のアパーチャが画像コントラストの増大のために絞られる。このため他方において解像度の低下および明度の減少が生じる。減少した画像明度は、制御コンピュータにより自動的に、透過光ベースの光源に供給すべき電力を上昇することによって調整される。同様に制御コンピュータは同時に色フィルタの所要の位置を計算し、対象物に向けられた光のスペクトル強度分布がほぼ不変であるようにする。

ＥＰ１４１８４５４Ａ２

EP1418454A2に記載された技術思想は複合式（コンパウンド）顕微鏡に使用することができ、照明のアパーチャ装置への介入手段（例えば絞り）を必要とする。ここでアパーチャと、照明コンデンサレンズにより形成された画像は、対物レンズ入射瞳に相当する。高いズーム係数を備えるズーム顕微鏡では、直径および位置に関してのズーム操作の際に変化するアパーチャが対物レンズ入射瞳に相当する。とりわけ高いズーム係数を備える顕微鏡では、ズーミングの際にアパーチャ、およびひいては色温度の補正に用いるフィルタ面積の変化が顕著である。立体ズーム顕微鏡では2つのアパーチャが2つの入射瞳に相当する。一方のアパーチャは立体顕微鏡ビーム路の右側に対するものであり、他方は左側に対するものである。これらのアパーチャは、その直径およびその位置に関してズームの操作の際に変化する。前記刊行物で提案されているように、色フィルタを照明ビーム路に挿入しても、ズーミングの際に2つの立体チャネルに対して一定の同じ色温度が得られることは期待できない。

光源が組み込まれていない透過光ベースには光導体により光が供給され、光導体にはランプケーシング（Lampenhaeuser）が設けられている。ここでは色温度が一定の場合に画像明度を制御することができ、所定の色温度を調整することもできる。このことは機械的弓形刈り鎌状絞り（Sichelblende）とランプケーシングでの電圧制御によって行われる。しかしファイバ照明に対するランプケーシングから公知のようなこの種の装置は、照明が組み込まれている透過光ベースでは実現されていない。このランプケーシングでは反射器ランプの光が光導体入口の小さな直径に収束され、そこで場合により鎌形絞りによって切断される。ファイバ入口での照明の不均質性は、光導体でファイバを混合することによりほぼ除去され、光導体出口を対象物の均質な照明に使用することができる。ランプケーシングでのこの有利な構成は光導体の使用を前提にしており、従って光源が組み込まれた透過光ベースに適用することはできない。

本発明の課題は、光源が組み込まれた、ズーム顕微鏡用の透過光ベースにおいて、照明強度を制御できるようにし、ひいては色温度を一定にして明度を制御することができ、かつ所定の色温度を調整できるように構成することである。

前記課題は本発明により、請求項1または2の構成を有する透過光ベースによって解決される。本発明の第1の構成では、透過光ベースの光源が反射器ランプとして構成されており、連続的に制御可能な機械的明度調整器が反射器ランプの光出口側に近接して（dicht）配置されており、この明度調整器は配属された明度制御装置によって、スペクトル強度分布が変化しないよう透過光ベースの照明強度が調整可能であるように制御可能である。

反射器ランプに後置接続されたこのような明度調整器により、透過光ベースの照明強度を所定の領域内で制御または調整することができ、その際に光源の電力を変更する必要がなく、かつこれによりスペクトル強度分布(色温度)も変化しない。従って本発明により、光源が組み込まれた、とりわけズーム顕微鏡用の透過光ベースにおいて、画像明度を機械的明度調整器により設定された所定の領域内で適合または追従制御することのできる理想的な装置が得られる。

本発明の別の構成では、透過光ベースの光源が、後置された集光レンズを備えるランプとして構成されており、連続的に制御可能な機械的明度調整器が集光レンズに近接して配置されており、この明度調整器には明度制御装置が配属されており、この明度制御装置を介して明度調整器は、スペクトル強度分布の変化なしで透過光ベースの照明強度が調整可能であるように制御可能である。光源をこのように構成すれば、明度調整器を照明装置で集光レンズの前方にも、後方にも配置することができる。

透過光ベースの対象面を均質に照明するためには、明度調整器を反射器ランプないし集光レンズに近接して（dicht）配置する必要のあることが示された。このとき明度調整器は好ましくは、反射器出口側ないし集光レンズにその直後から最大でも反射器直径の半分ないしは集光レンズ直径の半分以内までの間隔の領域に配置される。驚くべきことには、本発明の透過光ベースと明度調整器の前記構成によって十分な画像均質性が保証される。さらにこの構成では、照明アパーチャが照明野にも格段の影響を及ぼさない。この点で、機械的明度調整器は従来公知の絞りとは全く別のものである。従来の絞りの場合、ビーム強度が対象野内において位置と角度に依存して影響を及ぼす。

本発明の機械的明度調整器は、ズーム過程での明度変化の比較的小さなダイナミクスに適合することができる。従って一般的に、ズーム過程中の対象物探査の際に画像明度変化をまず第一に機械的明度調整器によって、またはもっぱら機械的明度調整器によって補償することができる。

透過光ベースの照明強度は好ましくは機械的明度調整器によって1:5の領域で調整可能とする。この関連から、機械的明度調整器を一般的にダイナミクスの小さな明度調整に使用できることを述べておく。これはすでに述べたズーム過程の他に、ユーザに依存する所望の明度変化または対象物に依存する明度変化の場合もありうる。透過光ベースの照明形式におけるある種の変化が僅かな明度変化を引き起こしても、これを機械的明度調整器により平衡調整することができる。

機械的明度調整器は有利には薄片（Lamellen）を備えるジャロジーとして構成されている。このような構成によって、光源の放射面を完全にカバーすることができ、この面内で明度を変化することができる。すなわち光源から放射された光のビーム束を変化することができる。この構成では、薄片の位置を明度調整器に配属された明度制御装置によって変化することができる。

ジャロジーが少なくとも４つの薄片を有すると有利であり、６つまたは８つの薄片を有すると更に有利である。薄片の正確な数はまず第一に光源の直径、個々の薄片の大きさ、並びに明度調整の所望の精度に依存する。薄片は偶数であると有利である。なぜならその場合に同数の薄片を光軸の上方と下方に配置することができるからである。さらに薄片が相互に平行に、かつ１つの軸を中心に１つの面において照明方向に対して垂直に傾斜可能にそれぞれ配置されていると有利である。ジャロジーが開放されている位置では、薄片面が照明方向に対して平行に配向され、これにより照明強度の減衰は最小となる。一方、ジャロジーが閉鎖された位置では、薄片面が照明方向に対して角度を有する（極端な場合には照明方向に対して垂直）。これにより照明強度の減衰は最大となる。

さらにジャロジーの薄片が金属から作製されていると有利である。とりわけ反射器ランプを使用する場合には金属ストライプを薄片として使用するのが有利である。なぜなら温度耐性のある材料でなければならないからである。使用される光源に応じて、別の薄片材料を使用することもできる。薄片の調整により照明強度の所望のダイナミクスが達成されるなら半透明材料を使用することも考えられる。

光軸の上方にある薄片も、光軸の下方にある薄片も相互に連結すると有利であることが示された。この場合、ジャロジーの閉鎖の際には上方の薄片と下方の薄片とが反対方向に移動され、中央の薄片は（光）軸上で（互いに）当接する。ジャロジーの開放と閉鎖は、配属された明度制御装置によって行われる。明度制御装置は手動で操作される簡単なレバー、または電気的に制御される制御要素とすることができる。ジャロジーの調整は公知の形式とやり方で行われる。

さらに薄片が少なくともその長手エッジに沿って、とりわけ鋸歯状のプロフィールを有すると有利であることが示された。ジャロジーが部分的にまたは完全に閉鎖される際に、薄片の長手エッジがこの種のプロフィールを有していれば、長手エッジが直線である場合と比較して照明の均質性が向上する。なぜなら薄片のエッジ形状が直線である場合よりも全体として多くの点が照明に寄与するからである。ここでは、薄片の２つの長手エッジが鋸歯プロフィールを有し、ジャロジーが閉鎖位置にあるとき、鋸歯プロフィールは相互に対称に（すなわち入り組んで歯合する）配され、場合により相互に間隔をおいて配される。

平行に配置された薄片を備えるジャロジーを使用すると、回転対称性がなくても対象面の照明、およびひいては画像明度に許容できる均質性が得られることが示された。

照明された対象野の大きさ、および照明の開口数を変化しない機械的明度調整器として、ジャロジーに代わって、順次配置された２つの同形のチェス盤状のメッシュ板を使用することができる。ここでの明度調整は、メッシュ板が相互に横方向にスライドされることにより行われる。この代替的構成では、（各メッシュの）桝幅による光損失が「開放」調整の場合にも不利に作用する。

本発明の透過光ベースの適切な構成は、前記の組み込み光源、機械的明度調整器、所定のスペクトル強度分布を形成するための（有利には後置される）手段の他に、照明光学系および場合によりアパーチャ装置を有する。照明光学系は有利には集光レンズを有し、この集光レンズは光源から放射された光を曇りガラスに集束する。さらに照明光学系は有利にはフレンネルレンズを有し、このフレンネルレンズは曇りガラスから放射された光を集束する。さらに偏向ミラーを設けることができ、この偏向ミラーはフレンネルレンズにより集束された光を被検対象物へ、およびひいては顕微鏡の対称軸の方向へ偏向する。さらにアパーチャ装置として絞りを設けることができ、この絞りは照明アパーチャを調整し、画像コントラストを増大する。さらに偏向ミラーの位置が可変であると有利である。このような透過光ベースと所属の照明形式の詳細な説明は実施例に記載されている。

さらに本発明の対象は、顕微鏡および本発明の透過光ベースからなる全体構成であり、ここで顕微鏡はズームシステムを有する。すでに冒頭に述べたように、機械的明度調整器を備える本発明の透過光ベースはズーム顕微鏡に最も適する。なぜなら、機械的明度調整器のダイナミクスを明度変化のダイナミクスに、ズーム過程時に理想的に適合することができるからである。とりわけ右と左の立体顕微鏡ビーム路に２つのズームシステムを含む立体顕微鏡に対して、ズーミングの際に明度変化を簡単に補償することができ、２つの立体顕微鏡チャネルのそれぞれ、ないしその明度補償のそれぞれを調整する必要がなく、これらのチャネルに操作介入する必要もない。本発明の透過光ベースはとりわけ高いズームファクタ（典型的にはｚ＞１５、ズームファクタ（ないしズーム比）は最大ズーム倍率の最小ズーム倍率に対する比を表す）を備える立体顕微鏡に適する。

さらにこの関連から、機械的明度調整器を備える本発明の透過光ベースは一般的に、ズーム過程（だけ）に起因しない、ダイナミクスの小さい明度変化も補償することができることを述べておく。このような明度変化の例は上にすでに記載した。

本発明の顕微鏡では、画像明度を検出するためのセンサが画像側に設けられており、さらに透過光ベースの機械的明度調整器を、センサによって検出された画像明度に依存して操作するための制御ユニットが設けられていると有利である。このような構成によって、画像明度の変化を、透過光ベースの機械的明度調整器の相応の調整によって自動的に補正することができる。この画像明度補正はすでに述べたように、明度調整器により設定された領域内でだけ可能である。従って制御ユニットを設け、この制御ユニットが光源の電力制御部と、透過光ベース内で所定のスペクトル強度分布を形成するための手段とを、センサにより検出された画像明度に依存して操作するとさらに有利である。このような構成により、明度変化が光源の電力を相応に適合することによって補償される。このことは色温度の変化を伴うから、所定のスペクトル強度分布を形成するための手段も同時に制御し、色温度変化を補償する。この形式の画像明度補正は、機械的明度調整器の操作によって可能になる画像明度補正がその限界に達したときに初めて行われると有利である。これについては前記の制御ユニットが３つの要素（機械的明度調整器、光源の電力制御部、色温度変更手段）と作用接続されていると有利である。

本発明はさらに、照明強度と透過光ベースのスペクトル強度分布を、ズーム顕微鏡を用いた対象物結像による対象物探査のために制御する方法に関する。ここで透過光ベースは電力制御部を備える光源、機械的明度調整器、並びに所定のスペクトル強度分布を形成するための後置接続可能な手段を有する。ここに提案された方法はとりわけ、所望の画像明度を予調整する手段、および対象物探査中に画像明度を後から補正する手段に関する。

有利にはまず一度、透過光ベースの前記３つの要素、すなわち光源の電力制御部、所定の色温度を調整するための手段、および機械的明度調整器を相互に独立して操作し、これにより所望の画像明度とスペクトル強度分布を、顕微鏡による対象物探査のために調整する。このことはとりわけ前記パラメータの予調整に有利である。予調整を行った後では、画像明度を対象物探査中にまず第一に機械的明度調整器の調整によって、または機械的明度調整器の調整だけによって一定に維持することができる。

前記のジャロジーを機械的明度調整器として使用する場合には、予調整をジャロジーの開放位置（または閉鎖位置）で行うと有利である。これにより対象物探査中のジャロジーの操作により画像明度が減少（または増大）する。

次のステップA)〜E)を備える方法が特に有利であることが判明した。ここでステップA)〜D)は予調整を表す。

A) 透過光ベースおよび顕微鏡において、必要最大の照明強度における探査条件を調整する。ここでの調整とは、透過光ベースの照明形式をビーム束が最も強く減衰されるようにすることであり、同じことが顕微鏡、とりわけズームシステムでの調整に対しても当てはまる。従ってこれらが以下で、ビーム束または画像明度が最も強く減衰されるような状態（ないし位置）にもたらされる。

B) 機械的明度調整器が、照明強度の減衰が最も小さい位置に調整される。すなわち前記のジャロジーを使用する場合、このジャロジーは上記の開放位置にもたらされる。同時に所定のスペクトル強度分布を形成するための手段が除去されるか、または色温度の変化を生じさせない状態（ないし位置）にもたらされる。

C) 続いて所望の画像明度が光源の相応の電力制御によって調整される。ここでの調整では、光源の電力の比較的に高い領域で調整することであり、これにより必要最大の明度をカバーできるようにする。

D) スペクトル強度分布が不所望の場合、すなわち色温度が不所望の場合、色温度変化を所期のようにするための手段が透過光ベースに導入されるか、ないしは相応の状態（ないし位置）にもたらされ、新たに所望の明度が光源の電力制御により調整される。この措置は、光源の電力制御可能性が不十分な場合にも取られる。これは例えば、電力制御部のポテンシオメータの制御領域が、過度に大きな赤方偏移（または青方偏移）のため限界に達する場合である。この場合、所期のように色温度変化させた後、制御領域がさらに拡張される。画像明度とスペクトル強度分布を所望のように予調整した後、以下のステップが続く。

E) 有利には機械的明度調整器だけを操作して、対象物探査中、とりわけズーム過程中に画像明度を、調整されたスペクトル強度分布の下で一定に維持する。

前記方法は、ステップA)で対象物をすでに載置しておき、顕微鏡を焦点合わせしておくと有利である。画像明度を機械的明度調整器だけによっては一定に維持できない場合、光源の電力を新たに調整することができる。このとき通常は所望の色温度の新たな調整も伴うことになる。

予調整のための上記の照明強度の制御（ステップA）からステップD））および対象物探査（ステップE））は逆の場合から出発して行うこともできる。すなわち透過光ベースと顕微鏡において、最小必要な照明強度で探査条件が調整される。この場合、ジャロジーは閉鎖位置にもたらさなければならない。さらなる予調整は同じように行われ、後続の対象物探査のために有利には機械的明度調整器だけが操作される。すなわちジャロジーは開とされる。一般性への制限なしで、以下にステップA)からE)に示した方法だけをまず参照する。

上記方法を自動化するために、ステップD)にさらなるステップD1)を続けると有利である。このステップD1)では、ステップA)からD)により操作された予調整（の結果）が制御ユニットに伝達される。

この制御ユニットは、画像明度を対象物探査中に一定に維持するよう少なくとも機械的明度調整器ないしはその明度制御装置を制御する。さらに、制御ユニットが、光源の電力制御部と、所定のスペクトル強度分布を形成するための手段を、とりわけ機械的明度調整器の制御領域を使い果たしたときに、画像明度を対象物探査中に、色温度を変化させることなしに一定に維持するよう制御すると有利である。

実際にはスペクトル強度分布を絶対的に一定に維持することはほとんど不可能であり、スペクトル強度分布が少なくとも観察可能なスペクトル領域で実質的に不変に留まれば十分であることを述べておく。この要求はもちろん観察の形式に向けられたものであり、従って画像を観察ないし評価するのが操作者であるのか、またはデジタルカメラであるのかに依存する。

以下、図面に示された実施例に基づいて本発明およびその利点を詳細に説明する。

図1は本発明の透過光ベースを示す。光軸は2により示されている。反射器ランプ3は光源として、所定のスペクトル組成の拡散光を放射する。通常は電圧制御器である電力制御部31によって、ランプの光出力が手動で、または電子制御される制御要素により公知のように調整される。

反射器出口に近接してジャロジー4が配置されている。この構成では、照明アパーチャおよび対象面14の照明野は機械的明度調整器によって実質的に不変に留まる。ジャロジー4はレバー（図示せず）を介して手動で、または電子制御される（明度）制御装置41により操作される。

所定のスペクトル強度分布を形成するための手段として、ジャロジーにはフィルタ挿入部5が後置されている。このフィルタ挿入部を用いて、色変換フィルタ6、例えばショットBG34 1mmを必要に応じて完全にビーム路に挿入することも、またビーム路から完全に取り出すこともできる。フィルタ挿入部5は公知のように手動で、または電子制御される制御要素51により操作される。或いは、寸法ないしスペースが許容するならば、色変換フィルタホイールを少なくとも部分的にビーム路に導入することができ、これによりビーム路に導入されたフィルタホイールのフィルタ面によって、色温度をほぼ連続的に適合することができる。

フィルタ挿入部には集光レンズ7が後置されており、この集光レンズは反射器ランプから放射された光を曇りガラス8に集束する。

曇りガラス8から発した光はフレンネルレンズ10と12により集束され、偏向ミラー13によって対象面14に偏向される。偏向ミラー13が45°の位置にあるとき、偏向ミラー13は光を顕微鏡21の対称軸の方向に偏向する（図6参照）。

フレンネルレンズ10と12の間には、ディフューザ11が配置されており、フレンネルレンズにより惹起されるモアレ（Moire）効果を抑圧する。

さらにフレンネルレンズ10に近接して、曇りガラス８の側に旋回可能な2つの絞り9a、9bが取り付けられている。これらの絞りは、絞り9または一般的にアパーチャ装置を形成する。

まず対象物探査のための偏向ミラー13の意味を説明する。偏向ミラー13が45°の角度で配置されていると、対象面14に存在する対象物15は急峻に透過照明される。連続的に調整することにより、偏向ミラーを破線で示した別の位置13aまでもたらすことができる。この別の位置では対象物15が一方（側方）から平坦に照明される。この照明形式は、構造および輪郭を識別するのに有利であるが、比較的に高い照明強度を必要とする。なぜなら多くの光が対象物23の脇を通過するからである。偏向ミラーの種々異なる位置により可能となる種々の透過光形式の他に、旋回可能な絞り9a、9bによって付加的に、無色透明な試料に対するコントラスト法（いわゆるロッターマンRottermann・コントラスト技術）も可能である。このコントラスト法も比較的高い照明強度を必要とする。なぜなら、多くの光が絞りにより遮閉されるからである。このコントラスト法により、試料中での屈折率の変化が明度差として表示される。位相構造は典型的にはレリーフ状の画像を生じさせる。偏向ミラー13を微細に傾斜することにより、組み込まれた絞り9a、9bによって形成されたレリーフ効果を付加的に弱から強まで調整することができる。このコントラスト法により、直接的な透過光明視野ではほとんど識別することのできない透明対象物を探査することができる。従ってこの適用はとりわけ分子生物学、発生学、微生物学、および遺伝学に適する。十分なコントラストを備える対象物（着色された増幅試料）では、直接的な透過光明視野で作業することができる。偏向ミラー13を調整することにより光ビームは対象物15を「急峻に」から「平坦に」までで通過するように偏向され、これにより最大明度での厳密な明視野から、明度の小さい暗視野に似た透過光での明視野までで作業することができる。明度の小さい透過光では、微細な構造が明りょうに際だつ。前記説明した照明形式についてのより詳細な情報は本出願人の次の刊行物に記載されている。文書番号M1-216-2de（英語バージョンに対しては-2en）-VIII 2003（2003年8月）。そこに使用された透過光ベースはアパーチャ装置と偏向ミラーのスライドおよび旋回可能性については図1に示されたものに相当する。しかし本発明の対象である組み込まれた光源および後置された機械的明度調整器とフィルタ挿入部に関しては相当しない。種々の探査方法および透過光ベースの種々の調整可能性については本出願人の前記刊行物を参照されたい。

以下、ジャロジー4の構造と機能を詳細に説明する。薄片4a、4b、4c、4e、4fは、図平面（または透過光ベースを通る長手断面）に対して垂直な軸を中心に回転可能または傾斜可能である。薄片4a〜4fが水平位置にあるとき、ジャロジーの光透過率は最大であり、薄片が垂直位置にあるときジャロジーは反射器ランプ３からの光出射を覆い隠す。この実施例では、薄片4a、4b、4cが光軸2の上方で相互に連結されており、同様に薄片4d、4e、4fが光軸2の下方で相互に連結されている。しかしジャロジー4が閉鎖するとき、上方と下方の薄片は互いに反対方向に運動する。これにより中央の薄片4cと4dは軸上で当接する。ジャロジーにより光束をできるだけ微細に調整することができるように、4つまたはそれ以上の薄片が有利である。この実施例に示された6つの薄片ではなく、反射器ランプ3の大きさに応じて8つまたはそれ以上の薄片を使用することもできる。

図1に示した透過光ベースの構造では曇りガラス8が面状ビーム発生器の機能を有する。試料観察に用いられるビーム束の延長部分は対象面14を通って透過光ベース1の内側に入り込む。この延長部分は、立体顕微鏡が使用される場合には右と左の立体顕微鏡ビーム路ごとに、使用される対物レンズおよび選択されたズーム位置に依存して曇りガラス8の異なる面に衝突する。曇りガラス8を均質に照明することは、使用されるすべての対物レンズおよびズーム位置に対して均質な画像明度を得るために必要なことである。光源3の反射器ミラーの大きさと集光レンズ7の屈折率は、上記の観察ビーム路の延長部分が曇りガラス8を通り、実質的に反射器面に衝突するよう選択される。この理由から大きな散乱作用は必要なく、これに付随する曇りガラスでの光損失も大きくない。

さらにジャロジー4は反射器出口に近接して、かつ曇りガラス8から十分に離れて配置されている。これは閉鎖の際に曇りガラス上に、ひいては試料の画像中に許容できる均質性を形成するためである。薄片4a〜4fがほぼ閉鎖されているとき、その歯部（図3参照）は曇りガラス8上で薄片構造をぼやけさせ、ひいては均質な照明を支援する。

図2は、本発明の透過光ベースの別の実施形態を示す。この透過光ベースは光源を除いて図1の透過光ベースと同じ要素を有する。同じ要素には相応して同じ参照符号が付してある。図2の透過光ベースの光源としてランプ17と集光レンズ18の組み合わせを用いる。ランプ17として通常はハロゲン低電圧ランプが使用される。後置された集光レンズは、ランプから発する光円錐の大部分が含まれ、後置された照明光学系に偏向されるよう作用する。ランプ17の出力は電力制御器（電圧制御器）31を介して制御または調整可能である。これによりビーム束とひいては対象面14上でのビーム密度が調整される。集光レンズ18に近接して、明度調整器としてこの実施形態でもジャロジー4が配置されている。図2に示された透過光ベース1のその他の構造および機能は図1のものに相当するから、図1の説明を参照されたい。

ジャロジー4は図2に示した透過光ベースでも集光レンズ18に前置して使用することができる。両者の場合とも、ジャロジー4と集光レンズ18の頂点との間隔が集光レンズ18の直径の半分よりも大きくならないよう注意しなければならない。図1と図2に示された光源とジャロジー4の構成では照明される対象野が不均質であることが予想されるが、驚くべきことには対象野の照明に、絶対的に十分な均質性を達成することができた。

図3には、ジャロジー4が平面図に概略的に示されている。ここでは薄片エッジの構造を分かりやすくするために、閉鎖位置が示されており、薄片4a、4b、4c、4d、4e、4fの相互間隔は拡大して示されている。図3から分かるように、薄片の長手エッジは鋸歯プロフィール20の形態を有する。ここで最外の薄片4aと4fはこのプロフィールを内側の長手エッジにだけ有し、他のすべての薄片4b、4c、4d、4eは両側の長手エッジに鋸歯プロフィール20を有する。従ってジャロジー4の閉鎖位置では、隣接する薄片4a、4b並びに4b、4c等の鋸歯プロフィール20が相互に噛合する。薄片4a、4b、4c等間の間隔は実際には閉鎖位置では、図3に示したものより格段に小さい。もちろん完全に閉鎖した位置を選択することもでき、この場合、光はジャロジー4を通過しない。鋸歯プロフィールの利点は、薄板の長手エッジが直線であることと比較して、光源の光がより多くの点で空間的に比較的に強く拡散されてジャロジー4を通過することである。これにより照明の均質性が、プロフィールのない長手（直線状）エッジの場合と比較して改善される。図3に示されたジャロジー4を図1または図2の透過光ベースに使用することにより、薄片構造が対象野でぼやけ、ひいては許容可能な照明均質性および画像均質性が得られる。図3に示されたジャロジー4を操作するための機能については上記説明を参照されたい。

立体顕微鏡で倍率の大きな対物レンズ23を使用する場合には、図平面に対して垂直な大きい照明角が必要である。フレンネルレンズ10，12と曇りガラス8の幅が過度に大きくなるのを回避するため、傾斜およびスライド可能な偏向ミラー13が平面ミラーではなく、円筒中空ミラーとして構成できると有利である。ここでこのミラーの円筒軸は図平面にある。偏向ミラー13は一方の側に平面ミラーとして、また裏面に円筒ミラーとして構成し、反転可能に支承することができる。この場合、倍率の大きな対物レンズ23に対しては円筒ミラーが使用され、倍率の高くない対物レンズ23に対しては平面ミラーを使用することができる。

この実施例で取り扱われる透過光ベース1はとりわけ、ズームファクタの大きさが種々異なり、対物レンズ23の倍率も種々異なる立体顕微鏡21に使用するためのものである。ここでは対物レンズ23の選択と観察方法（上記参照：急峻な照明、平坦な照明、コントラスト法）が、対象物を照明するために種々異なる大きさの光出力を必要とする。対物レンズ23と観察方法が選択されれば、画像明度はさらにズームシステム22のズーム位置によって調整される。従って、すべての観察形式ないし照明形式、および機器構成を使用できるようにするためには、照明強度に大きなダイナミクスが必要である。その上、ズーミングの際に光の色温度を一定に保持して照明強度を調整することが所望される。この調整のためには小さなダイナミクスしか必要ない。

2つの要求を本発明の透過光ベース1は満たす。照明の大きなダイナミクスに対する要求は光源3の電力制御部31と、色変換フィルタ6の選択的な挿入によって満たされる。照明強度のこのダイナミクスは機械的明度調整、すなわちここではジャルジー4の操作によってさらに高めることができる。このことによって色温度は、ビーム強度が変化しても一定に留まる。ジャロジー４の操作は単独で行われれば、ズーム過程の際に色温度を一定にして照明強度の調整を小さなダイナミクスで行うという要求を満たすことができる。

図4には、光源の色温度がケルビンで、反射器ランプの光束の関数（ルーメン（ｌｍ）の対数）としてプロットされている。色温度とは、観察するスペクトル領域において該当する光源と同じスペクトル強度分布を有する黒体放射の温度である。曲線F1は、反射器ランプ単独での種々異なる電圧（6V,8V,10Vおよび12V）に対する関係性を表す。曲線F2は、反射器ランプと色変換フィルタ6との組み合わせに対する関係を示す。図示の曲線は概略的なものである。色変換フィルタ6は明らかに色温度を上昇させ、従ってスペクトル強度分布の青方偏移を引き起こす。これまで通常であった透過光ベースでは、色温度と光束の調整可能範囲が2つの曲線F1とF2に制限されていた。機械的明度調整器4を備える本発明の透過光ベース1では、曲線F1とF2が機械的明度調整器4の開放位置で得られる。機械的明度調整器4が閉鎖されると、画像明度は色温度の変化なしで減少する。曲線F1とF2からこのようにして面A1ないしA2が得られ、調整のために使用することができる。従って面A1とA2は、照明が組み込まれた従来の透過光ベースに対する本発明の透過光ベースの利点を表す。従来の透過光ベースは曲線F1とF2だけを有する。

図4は、単に例として概略的特性を示すものであることを述べておく。とりわけ赤方偏移を引き起こす他の色変換フィルタを使用することもできる。ランプと集光レンズを備えるシステムを使用する場合には、図4と図5に示したのに類似の曲線および面が得られる。

図5は図4に類似するものであるが、ここでは画像明度が光束に基づいて顕微鏡の出射瞳で測定されており、これは典型的な適用を示すものである。この適用で垂線F3は適切な画像明度の場所を表す。試料の密度（Dichte）、すなわち対象物15の特性、透過光ベース1の照明形式および顕微鏡21の倍率に応じて、右縁部F1を備える面A1並びに右縁部F2を備える面A2は、F3に対して右または左にシフトする。F3の位置は使用者に依存することができる。

透過光ベースの照明強度を制御するための方法では、ジャロジーが開放している際のランプ電圧調整および/またはフィルタ選択によって、必要最大の照明強度における画像明度が次のように選択される。すなわち、曲線F1（色変換フィルタなし）またはF2（色変換フィルタあり）が垂線F3と交差するように選択される（このことは所要の大きなダイナミクスを保証する）。試料探査中にはジャロジー4だけが操作される。予調整はジャロジーが開放している際に、必要最大の照明強度で行われているから、ジャロジーの操作は光束とビーム強度の減少だけを引き起こす。照明調整の所要の小さなダイナミクスはジャロジーの操作によって満たすことができる。ここでジャロジーが閉鎖されるときには、垂線F3と曲線F1ないしF2との交点に相応する色温度において、図5の面A1またはA2内の水平部により表される領域が使用される。

図6は、立体顕微鏡21による試料探査のための可能な構造を示す。ここにも本発明の透過光ベース1が概略的に図示されており、この透過光ベースの構造は図1に示したものに相当する。透過光ベース1の対象面14には被検対象物15が配置されている。それ自体公知の立体顕微鏡21は概略的にのみ示されている。ここで顕微鏡対物レンズは23により、右と左の立体顕微鏡チャネルに対するズームシステムは22により示されている。立体顕微鏡21は側面図であるので、2つの立体チャネルのうちの1つだけ、および1つのズームシステム22だけが示されている。なぜならこれらは側面図では相互に重なるからである。操作者は接眼レンズ24を通して、対象物の大きく拡大した3次元画像を観察することができる。しかし拡大した画像をデジタルカメラ（図示せず）により撮影することもできる。画像側にこの実施例では、画像明度を検出するためにセンサ25が設けられている。光学要素、例えば半透明ミラー19によって光の一部が立体チャネルから分岐出射され、センサ25に導かれる。センサ25の出力端は制御ユニット26と接続されている。制御ユニット26はジャロジー4の明度制御装置41と、反射器ランプ3の電力制御部31と、色変換フィルタ6を備えるフィルタ挿入部5の制御要素51を制御する。

図6に示された構造により、透過光ベース1の照明強度およびスペクトル強度分布を、明度を一定にした立体顕微鏡21による対象物15の結像による対象物探査のために、
完全自動制御することができる。デジタルカメラも同様にセンサ25として使用することができる（およびセンサの代替として）。

準備としてまず対象物15を載置し、適切な対物レンズ23を選択し、焦点合わせし、透過光ベースの照明形式（急峻または平坦な照明またはコントラスト法）を調整し、機械的明度調整器（ここではジャロジー）を完全に開放する。必要最大な照明強度での調整を見つけ出す。このことは、ズーム22を、試料（対象物15）で適切な最大倍率に調整し、照明を適切な程度に平坦に調整し、および/または絞り9a、9bを試料に対して適切である程度に大きく閉じることにより行われる。次に電力制御部31により、および/または色変換フィルタ6をフィルタ挿入部5に挿入することにより、画像明度を適切な明度F3（図5参照）の近傍に調整する。求められた動作点は、面A1またはA2の右側の位置にある。なぜなら機械的明度調整器（ジャロジー）4が完全に開放しているからである。引き続き試料を探査する際に、透過光ベース1での照明形式の変更により、またはズーム2の操作により画像明度を高める。その結果、機械的明度調整器4を閉める方向に制御することにより、色温度を変化させることなしに明度変化を補償することができる。

図6に示された制御装置26によって、適切な明度F3の近傍での動作点の予選択を行うことができ、引き続いての明度調整を試料探査中に完全に自動的に行うことができる。このためにセンサ25は画像明度の所要のデータを制御ユニット26に出力する。動作点を検出するために、必要最大照明強度と機械的明度調整器を完全に開放した上での前記調整後に、制御ユニット26により反射器ランプ3の電力制御部31が制御され、これにより所望の画像明度が調整され、センサ25から制御ユニット26に通知される。スペクトル強度分布（色温度）の、使用されるランプ形式の電圧（電力）への関係性は通常既知であるか、または検出される。従って制御ユニット26は電力制御部31の調整された値に基づいて、自動的にスペクトル強度分布（色温度）の偏移を検出することができる。この場合、制御ユニット26はフィルタ挿入部5の制御要素51を、所定のスペクトル強度分布が形成される（再び得られる）ように制御することができる。図5から分かるように、所定のランプ電圧の下で色温度を補正することにより、適切な画像明度F3の位置を離れることもできる。この場合は、所望の画像明度を光源3の電力制御により新たに調整することが必要である。

予調整の終了後、制御ユニット26は画像明度を試料探査中に追従制御する。試料探査中に透過光ベース1の照明形式が不変に留まり、顕微鏡ズーム22のズーム調整だけが変化される場合、制御ユニットは機械的明度調整器の明度制御装置41の制御による明度制御をまず第一（優先的）に、またはそれだけを行うことができる。これだけによっては画像明度変化が補償されない場合、制御ユニット26は電力制御部31および/または制御要素51に介入操作することが必要である。本発明により、高性能立体ズーム顕微鏡および光源が組み込まれた透過光ベースによる対象物探査のために最適に画像明度を制御することができる。

本発明の透過光ベースの第１実施例の概略的縦断面図である。 本発明の透過光ベースの第２実施例の概略的縦断面図である。 機械的明度調整器の概略的平面図である。 顕微鏡の出射瞳で測定された、図1の透過光ベースの種々の要素およびそれらの組み合わせに対する、色温度と光束との関係性を示す線図である。 図4の線図に適切な画像明度を記入した線図である。 本発明の透過光ベースを備える対象物探査のための立体顕微鏡の概略図である。

符号の説明

１ 透過光ベース
２ 光軸
３ 反射器ランプ
４ 機械的明度調整器、ジャロジー
４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ 薄片
５ フィルタ挿入部
６ 色変換フィルタ
７ 集光レンズ
８ 曇りガラス
９ アパーチャ装置、絞り
９ａ，ｂ 絞り
１０ フレンネルレンズ
１１ ディフューザ
１２ フレンネルレンズ
１３ 偏向ミラー
１４ 対象面
１５ 対象物
１６ 照明方向
１７ ランプ
１８ 集光レンズ
１９ 半透明ミラー
２０ 薄片のプロフィール、鋸歯プロフィール
２１ ズーム顕微鏡、立体ズーム顕微鏡
２２ ズームシステム
２３ 顕微鏡対物レンズ
２４ 接眼レンズ
２５ 画像明度に対するセンサ
２６ 制御ユニット
３１ 電力制御部
４１ 明度制御装置
５１ （5）の制御要素

Claims (20)

1. ズーム顕微鏡（21）により結像する対象物（15）を照明するための透過光ベースであって、
   該透過光ベース（1）は、組み込まれた光源（3；17，18）と、所定のスペクトル強度分布を形成するための後置可能な手段（5，6）を有し、
   前記光源には、適切なビーム流を形成する形成するために電力制御部（31）が配属されている形式の透過光ベースにおいて、
   光源は反射器ランプ（3）として構成されており、
   反射器ランプ（3）の光出口側に近接して、連続的に調整可能な機械的明度調整器（4）が配置されており、
   該機械的明度調整器には明度制御装置（41）が配属されており、
   該明度制御装置を介して明度調整器（4）は、スペクトル強度分布を変化させることなしに透過光ベース（1）の照明強度が調整可能であるように制御可能である、
   ことを特徴とする透過光ベース。
2. ズーム顕微鏡（21）により結像する対象物（15）を照明するための透過光ベースであって、
   該透過光ベース（1）は、組み込まれた光源（3；17，18）と、所定のスペクトル強度分布を形成するための後置可能な手段（5，6）を有し、
   前記光源には、適切なビーム流を形成する形成するために電力制御部（31）が配属されている形式の透過光ベースにおいて、
   光源は、後置された集光レンズ（18）を備えるランプ（17）として構成されており、
   集光レンズ（18）に近接して連続的に調整可能な機械的明度調整器が配置されており、
   該機械的明度調整器には明度制御装置（41）が配属されており、
   該明度制御装置を介して明度調整器（4）は、スペクトル強度分布を変化させることなしに透過光ベース（1）の照明強度が調整可能であるように制御可能である、
   ことを特徴とする透過光ベース。
3. 請求項1記載の透過光ベースにおいて、機械的明度調整器（4）と反射器ランプ（3）の光出口側との間隔は、反射器ランプ（3）の反射器直径の半分以下に相当する透過光ベース。
4. 請求項2記載の透過光ベースにおいて、機械的明度調整器（4）と集光レンズ（17）の頂点との間隔は、集光レンズ（17）の直径の半分以下に相当する透過光ベース。
5. 請求項1から4までのいずれか一項記載の透過光ベースにおいて、透過光ベース（1）の照明強度は、機械的明度調整器（4）によって少なくとも1：5の領域内で調整可能である透過光ベース。
6. 請求項1から5までのいずれか一項記載の透過光ベースにおいて、機械的明度調整器（4）は、薄片(4a〜4f)を備えるジャロジー（4）として構成されている透過光ベース。
7. 請求項6記載の透過光ベースにおいて、ジャロジー（4）は少なくとも4つの薄片（4a〜4f）を有する透過光ベース。
8. 請求項6または7記載の透過光ベースにおいて、薄片（4a〜4f）は、相互に平行に、かつ照明方向（16）に対して垂直な面内に配した軸を中心にそれぞれ傾斜可能に配置されている透過光ベース。
9. 請求項6から8までのずれか一項記載の透過光ベースにおいて、ジャロジー（4）の薄片（4a〜4f）は金属から作製されている透過光ベース。
10. 請求項6から9までのいずれか一項記載の透過光ベースにおいて、薄片（4a〜4f）は少なくともその長手エッジに沿ってプロフィール（20）を有する透過光ベース。
11. 請求項10記載の透過光ベースにおいて、前記プロフィール（20）は鋸歯プロフィール（20）の形態を有する透過光ベース。
12. 対象物（15）を結像するためのズームシステム（22）と、対象物（15）を照明するために請求項1から11までのいずれか一項記載の透過光ベース（1）とを有するズーム顕微鏡。
13. 請求項12記載のズーム顕微鏡において、ズーム顕微鏡は立体ズーム顕微鏡（21）として構成されているズーム顕微鏡。
14. 請求項12または13記載のズーム顕微鏡において、画像明度を検出するためのセンサ（25）が画像側に設けられており、
    さらに透過光ベース（1）の機械的明度調整器（4）を、センサ（25）によって検出された画像明度に依存して操作するために制御ユニット（26）が設けられているズーム顕微鏡。
15. 請求項12から14までのいずれか一項記載のズーム顕微鏡において、画像明度を検出するためのセンサ（25）が画像側に設けられており、
    さらに光源（3；17，18）の電力制御部（31）と、透過光ベース（1）の所定のスペクトル強度分布を形成するための手段（5，6）を、センサ（25）によって検出された画像明度に依存して操作するために制御ユニット（26）が設けられているズーム顕微鏡。
16. 透過光ベース（1）の照明強度とスペクトル強度分布を、ズ―ム顕微鏡（21）を用いた対象物（15）の結像による対象物探査のために制御する方法において、
    前記透過光ベース（1）は、組み込まれた光源（3；17，18）と、所定のスペクトル強度分布を形成するための後置可能な手段（5，6）と、連続的に調整可能な機械的明度調整器（4）とを有し、
    前記光源には適切なビーム束を形成するために電力制御部（31）が配属されており、
    光源（3；17，18）の電力制御部（31）、または所定のスペクトル強度分布を形成するための手段（5，6）、または機械的明度調整器（4）は、相互に依存せずに所望の画像明度および所望のスペクトル強度分布を調整するために操作される、ことを特徴とする方法。
17. 請求項16記載の方法において、所望の画像明度とスペクトル強度分布を予調整した後、対象物探査中に画像明度を、まず第１に機械的明度調整器（4）の調整により、または当該調整だけにより一定に維持する方法。
18. 請求項16または17記載の方法において、
    A) 透過光ベース（1）およびズーム顕微鏡（21）において、必要最大の照明強度における探査条件を調整するステップ、
    B) 機械的明度調整器（4）を、照明強度の減衰が最も小さい位置に調整し、所定のスペクトル強度分布を形成するための手段（5，6）を除去するステップ、
    C) 所望の画像明度を光源（3；17，18）の電力制御によって調整するステップ、
    D) スペクトル強度分布が不所望の場合、または電力制御部（31）の制御が不十分な場合、所定のスペクトル強度分布を形成するための手段（5，6）を挿入し、或いはさらに所望の画像明度を光源（3；17，18）の電力制御により新たに調整するステップ、
    E)機械的明度調整器をまず第１に、またはこれだけを操作して、対象物探査中、とりわけズーム過程中に画像明度を、調整されたスペクトル強度分布の下で一定に維持するステップ、
    を有し、ステップA)〜D)は予調整を表し、ステップE)は探査フェーズを表す方法。
19. 請求項18記載の方法において、ステップD)に続くさらなるステップD1)を有し、
    該ステップD1)は、ステップA)〜D)により操作された予調整の各設定を制御ユニット（26）に伝達することを含む方法。
20. 請求項19記載の方法において、スペクトル強度分布と所望の画像明度を設定した後、制御ユニット（26）は光源（3）の電力制御部（31）、機械的明度調整器（4）および所定のスペクトル強度分布を形成するための手段（5，6）を次のように操作する、すなわち、対象物探査中に所定のスペクトル強度分布および所定の画像明度がほぼ一定に維持されるように操作し、このためにまず優先的に機械的明度調整器を制御する方法。

Images