JP2023108619A - 顕微鏡用の光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光源から放出された照明光の強度を容易かつ正確に検出可能とする、顕微鏡用の光源モジュールおよび方法を提供する。【解決手段】顕微鏡（１００）用の光源モジュール（１５０）は、照明光路（１０６）に沿って照明光（１０４）を放出するように構成された光源ユニット（１０２）と、照明光路（１０６）内へかつ照明光路（１０６）外へ移動されるように構成された少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）と、照明光路（１０６）に沿って伝搬する照明光（１０４）の強度を検出するように構成された少なくとも１つの光センサ（１２２）と、を含む。少なくとも１つの光センサ（１２２）は、少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）と一体化されており、光遮断シャッタ（１１８）と共に照明光路（１０６）内へかつ照明光路（１０６）外へ移動される。【選択図】図１

Description

本発明は、照明光路に沿って照明光を放出するように構成された光源ユニットと、照明光路内へかつ照明光路外へ移動されるように構成された少なくとも１つの光遮断シャッタと、照明光路に沿って伝搬する照明光の強度を検出するように構成された少なくとも１つの光センサと、を備える、顕微鏡用の光源モジュールに関する。

顕微鏡検査の分野では、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源が、撮像すべき試料を照明するために使用されている。光源がオンであるときに試料を照明光から遮蔽する目的で、光源の下流には、多くの場合に、照明光路内へと移動可能でありかつ照明光路から後退可能である光遮断シャッタが設けられている。

多くの理由から、試料に適用される照明光の強度の測定が重要でありうる。例えば、感受性の高い生体試料を過度の露光から保護する必要がある場合、照明光の強度を既知とすることが重要である。さらに、照明光の強度を使用して、予防的保守の文脈における光源の経時劣化状態を決定することができる。

従来の顕微鏡における照明強度を検出するために、フォトダイオードなどの光センサが使用されている。通常、光センサは、試料へ向かって伝搬する光を光センサが阻止してしまうことを防止するために、照明光路の近傍ではあるがその外側に配置されている。したがって、光センサは、散乱光などの軸外光のみを測定している。結果として、照明光強度の僅かな部分のみが測定されるので、高い光強度に対しては良好に機能することができる。しかし、低い光強度は正確に測定することができない。

別の代替的な解決手段として、顕微鏡が、照明光路内へ移動可能であって照明光路の外側に位置する光センサ上へ照明光を偏向させる偏向ミラーのような機械的光学部品を含むことが挙げられる。しかし、付加的な機械的光学素子を設けることは技術的に煩雑であり、コストおよび設置スペースの点で不利である。

したがって、目的は、光源から放出された照明光の強度を容易かつ正確に検出可能とする、顕微鏡用の光源モジュールおよび方法を提供することである。

上記の目的は、各独立請求項の主題によって達成される。有利な実施形態は、各従属請求項および以下の説明に規定される。

顕微鏡用の光源モジュールは、照明光路に沿って照明光を放出するように構成された光源ユニットと、照明光路内へかつ照明光路外へ移動されるように構成された少なくとも１つの光遮断シャッタと、照明光路に沿って伝搬する照明光の強度を検出するように構成された少なくとも１つの光センサと、を備える。少なくとも１つの光センサは少なくとも１つの光遮断シャッタと一体化されており、少なくとも１つの光遮断シャッタと共に照明光路内へかつ照明光路外へと移動される。

本明細書に提示する解決手段によれば、フォトダイオードなどの光センサに、照明光路内へ挿入可能でありかつ照明光路から後退可能である光遮断シャッタが組み込まれている。したがって、光源ユニットが放出する照明光の強度が低くても、照明光の強度を高精度に検出することができる。これは、光センサが照明光路の外部に固定的に配置されていることで光センサが散乱光のような軸外光しか検出することができず、よって低強度での測定が不正確となる既存の解決手段とは対照的である。照明光路内へ挿入された光センサは、その受光面が照明光路を規定する光軸上に位置するように配置されることが好ましい。

さらに、光センサは、いずれにせよ顕微鏡に含まれている可動の光遮断シャッタの一部分である。したがって、高精度の強度測定を可能にするために特別に設計された付加的な構成要素を設ける必要はない。このことは、コストおよび設置スペースの観点から有利である。

光遮断シャッタは、特に光センサが組み込まれた回路板の形態のプレート状の部品から形成されていてよい。例えば、いずれにせよ必要とされる制御素子をプリント回路板上に収容して、スペースを節約することができる。

好ましい実施形態では、光源ユニットは、複数の光成分を放出するように構成された複数の光源を含み、光源モジュールはさらに、複数の光成分を照明光へと合成するように構成されたビーム合成装置を含む。好ましくは、光源は、それぞれ異なる波長を有する複数の光成分を放出するように構成されている。ビーム合成装置は、所望に応じてそれぞれ異なる光成分を統合するように構成されたミラーおよび／またはダイクロイックミラーを含むことができる。

少なくとも１つの光遮断シャッタは、照明光路に沿ってビーム合成装置の下流に配置された単一の光遮断シャッタを含むことができる。単一のシャッタを使用して、複数の光成分から合成された照明光ビームの強度を効率的に測定することができる。

これに加えてまたはこれに代えて、少なくとも１つの光遮断シャッタは、複数の光源に対応する複数の光遮断シャッタを含むことができ、各光遮断シャッタは、照明光路に沿って、ビーム合成装置の上流にありかつこれに関連付けられた光源の直接下流に配置されている。複数のシャッタを使用することによって、複数の光源からそれぞれ独立して効率的に光強度を放出させることができる。

顕微鏡は、少なくとも１つの光遮断シャッタを照明光路内へかつ照明光路外へ移動させるように構成された少なくとも１つの駆動ユニットを含みうる。駆動ユニットを用いて光遮断シャッタを照明光路内へ挿入しかつ照明光路から後退させることにより、光源モジュールの動作が容易となる。例えば、駆動ユニットは、ステップモータなどのモータを含みうるが、これに限定されない。例示的な代替手段として、ソレノイドのような電気機械式アクチュエータを使用して、光遮断シャッタを照明光路内へかつ照明光路外へ移動させることができる。

顕微鏡はさらに、光遮断シャッタおよび／または光源ユニットと一体化された光センサを制御するように構成されたコントローラを含みうる。光遮断シャッタが回路板によって形成されている場合、コントローラは回路板に組み込まれていてよく、このことはコストおよび設置スペースの点で有利である。

好ましい実施形態では、コントローラは、光センサに、照明光路に沿って伝搬する照明光の強度を検出させ、当該検出された強度に依存して、光源ユニットに、放出される照明光の強度を調整させるように構成されている。この実施形態は、有利には、光感受性の高い試料を過度の露光から保護するために使用可能である。

コントローラはさらに、較正データを取得し、当該較正データに基づいて、光源ユニットに、放出される照明光の強度を調整させるように構成されうる。

別の態様によれば、顕微鏡において光源モジュールにより試料を照明する方法が提供される。方法は、光源モジュールの光源ユニットにより、照明光路に沿って試料上へ照明光を放出させるステップと、光源モジュールの少なくとも１つの光遮断シャッタと一体化された少なくとも１つの光センサにより、照明光路に沿って伝搬する照明光の強度を検出するステップであって、少なくとも１つの光遮断シャッタは光路内へかつ光路外へ移動されるように構成されているステップと、を含む。

照明光の強度の検出を、次のステップシーケンスに従って制御することができる。すなわち、第１のステップにおいて、光源ユニットがオフである状態で、光遮断シャッタが照明光路内へ移動される。第２のステップにおいて、光源ユニットがオンにされて照明光路に沿って照明光が放出される。第３のステップにおいて、光遮断シャッタと一体化された光センサにより、照明光の強度が検出される。第４のステップにおいて、光源ユニットがオフにされて照明光の放出が停止される。第５のステップにおいて、光遮断シャッタが光路外へ移動される。

好ましい実施形態では、予防的保守手順を、光源ユニットを制御して照明光を最大強度で放出させ、光センサにより検出された強度と予め記憶されている公称強度とを比較し、当該比較の結果に基づいて予防的保守情報を生成することによって実行することができる。例えば、検出された光強度が予め記憶されている公称強度よりも著しく低い場合には、光源ユニットに関する予防的保守情報、特に経時劣化現象に関する情報を取得することができる。

別の態様によれば、光源モジュールを較正する方法が提供される。較正する方法は、少なくとも１つの光遮断シャッタが照明光路外へ移動された状態で、光源ユニットにより、照明光路に沿って照明光を放出させるステップと、参照光センサデバイスにより、照明光路に沿って伝搬する照明光の強度を検出するステップと、参照光センサデバイスにより検出された照明光の強度が予め定められた参照強度に等しくなるまで、光源ユニットに供給される電力を変化させるステップと、参照光センサデバイスにより検出された照明光が参照強度に等しくなる電力の値を参照電力値として記憶するステップと、光遮断シャッタを照明光路内へ移動させ、光遮断シャッタと一体化された光センサにより、光源ユニットから参照電力値で放出された照明光の強度を参照強度値として測定するステップと、参照電力値および参照強度値に基づいて較正特性を決定するステップと、を含む。

取得される較正特性は、特性が多くの場合に非線形であることが判明している低い光強度の範囲において光源モジュールを制御する際に特に有利である。当該較正は、製造ライン全体での各光源モジュールに対して実行可能である。較正特性は、それぞれの光源モジュールに記憶することができ、また後に光源モジュールを動作させる際に使用することもできる。

以下では、特定の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

照明光路内に配置されている、光センサが組み込まれた光遮断シャッタを含む、一実施形態による光源モジュールを備えた顕微鏡を示すブロック図である。 光遮断シャッタが照明光路から後退している状態の図１の顕微鏡を示すブロック図である。 複数の光源およびこれに関連付けられた光遮断シャッタを備えた光源モジュールの一実施形態を示すブロック図である。 図３の光源モジュールの構造を示す平面図である。 一実施形態による組み込まれた光センサを備えた光遮断シャッタを示す斜視図である。 図５に示されている光遮断シャッタを示す別の斜視図である。 図５に示されている光遮断シャッタを示す上面図である。 一実施形態による光遮断シャッタ上に形成された光センサにより照明光の強度を検出する方法を示すフローチャートである。

図１および図２は、一実施形態による顕微鏡１００を示すブロック図である。顕微鏡１００は、倒立型顕微鏡として実現可能であるが、これに限定されているわけではない。図１および図２には、本明細書に提示する解決手段の動作方式の理解に役立つ顕微鏡１００の構成要素のみが示されていることに留意されたい。言うまでもないが、顕微鏡１００は、図１および図２のブロック図には明示的に示されていない付加的な構成要素を含んでいてもよい。

図１および図２に示されているように、顕微鏡１００は、照明光路１０６を規定する光軸Ｏに沿って照明光１０４を放出する光源ユニット１０２を含む。光源ユニット１０２は、図３および図４を参照して以下で説明するように、単一の光源または複数の別個の光源を含むことができる。例えば、光源はＬＥＤとして実現されうる。照明光路１０６は、顕微鏡ステージ１１２上に配置された透明な試料キャリア１１０によって保持されている試料１０８へ向かって配向されている。倒立型の構成によれば、顕微鏡１００は、顕微鏡ステージ１１２の下方からステージ開口部１１６を通してイメージセンサ（図１および図２には図示せず）上に試料１０８を結像する対物レンズ１１４を含む。

顕微鏡１００はさらに、照明光路１０６内へかつ照明光路１０６外へ移動されるように構成された光遮断シャッタ１１８を有する。光遮断シャッタ１１８の移動方向は、それぞれ図１および図２に双方向矢印で示されているように、光軸Ｏに対して垂直であってよい。顕微鏡１００は、モータのような駆動ユニット１２０を有していてよく、例えばステップモータが光遮断シャッタ１１８を照明光路１０６内へかつ照明光路１０６外へ移動させる。代替的に、駆動ユニット１２０は、ソレノイドのような電気機械式アクチュエータによって形成されていてもよい。光遮断シャッタ１１８は、光源ユニット１０２がオンにされて照明光１０４が照明光路１０６に沿って放出されるときに試料１０８を照明光１０４から遮蔽するように機能する。したがって、図１は、光遮断シャッタ１１８により、作動された光源ユニット１０２から放出された照明光１０４の試料１０８への到達が阻止される第１の動作状態を示している。一方、図２は、光遮断シャッタ１１８が照明光路１０６から退避していることで光源ユニット１０２から放出された照明光１０４が試料１０８へ入射する第２の動作状態を示している。

顕微鏡１００は、照明光路１０６に沿って伝搬する照明光１０４の強度を検出するように適応化された光センサ１２２を含む。より具体的には、光センサ１２２は、光遮断シャッタ１１８と一体化されているかまたは光遮断シャッタ１１８に接して配置されており、よって光遮断シャッタと共に照明光路１０６内へかつ照明光路１０６外へ移動可能である。したがって、光遮断シャッタ１１８と光センサ１２２とは一体型のユニットを形成しており、照明光路１０６へ挿入可能であって、照明光１０４が試料１０８に到達することを選択的に阻止し、さらに同時に照明光１０４の強度を測定する。例えば、光遮断シャッタ１１８は回路板によって形成することができ、光センサ１２２は、照明光１０４を放出する光源ユニット１０２に面した回路板の表面に取り付けることができる。これにより、光センサ１２２の感光面は、照明光路１０６から光遮断シャッタ１１８を退避させることにより照明光路１０６が解放された場合に、試料１０８に入射する照明光１０４の大部分を検出することができる。

その結果、照明光１０４の強度が低くてもこの強度を高精度に測定することができる。これにより、本明細書で提示される解決手段は、光センサが照明光路の外側に固定されていることから散乱光などの軸外光の検出のみに依存しており、このために低い強度での測定が不正確となる従来のシステムとは区別される。

さらに、光センサ１２２は、顕微鏡１００に既に存在する部品である光遮断シャッタ１１８と一体化されているので、既存の顕微鏡で使用される機械的光学部品などの付加的な部品を設ける必要なく、高精度の強度測定を達成することができる。このことは、コストおよび設置スペースの観点から有利である。

光遮断シャッタ１１８は、図１および図２には単一のシャッタとして示されているが、顕微鏡１００は、特に光源ユニット１０２が複数の光源を含む場合、複数の、好ましくは同一の光遮断シャッタを有してもよいことに留意されたい。この場合、各光遮断シャッタは、１対１の構成で特定の光源に割り当てられうる。特に、本明細書に開示する全ての実施形態は、明示的に別段のことわりがない限り、単一の光源構成および複数の光源構成の双方に関することに留意されたい。このことは特に、以下で説明する較正方法に当てはまる。

図１および図２に示されている実施形態によれば、顕微鏡１００は、光源ユニット１０２、モータ１２０および光センサ１２２の動作を制御するように適応化されたコントローラ１２４を含み、ここで、モータ１２０および光センサ１２２は光遮断シャッタ１１８と一体化されている。特に、コントローラ１２４は、光センサ１２２に照明光１０４の強度を測定させることができる。このために、コントローラ１２４は、モータ１２０のための駆動信号を出力する。当該駆動信号に基づいて、モータ１２０は、図２に示されている光遮断シャッタ１１８が照明光路１０６から後退している非動作位置から、図１に示されている光遮断シャッタ１１８が照明光路１０６に挿入される動作位置へ、光センサ１２２と共に光遮断シャッタ１１８を移動させる。その後、コントローラ１２４は、まだ行われていない場合、光源ユニット１０２をオンにし、光センサ１２２に、光源ユニット１０２から放出された照明光１０４の強度の測定を実行させる。さらに、コントローラ１２４は、光センサ１２２からの検出信号を受信する。

光源ユニット１０２、光センサ１２２が組み込まれた光遮断シャッタ１１８、モータ１２０およびコントローラ１２４は、光源モジュール１５０内に含まれている。光源モジュール１５０は、顕微鏡１００の実質的に独立したユニットとして構成することができる。例えば、光源モジュール１５０から出力された照明光１０４は、光ファイバを通って試料１０８へ伝送されうる。

図３は、光源ユニット１０２が複数の光源１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄを備えている、光源モジュール１５０の一実施形態を示すブロック図である。簡明性のために、照明光路１０６において照明モジュール１５０の下流に配置されている顕微鏡１００の部品については、図３では省略する。

複数の光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、それぞれ複数の光成分１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを放出するように構成可能である。光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄはそれぞれ異なる色のＬＥＤであってよい。特に、ＬＥＤは、試料に含まれる種々の蛍光体を励起して蛍光を放出させるように適応化されたそれぞれ異なる波長の照明光を生成することができる。図３に示されている実施形態によれば、光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄから放出された複数の光成分１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄは、共線状に合成光ビームへと合成され、最終的に試料を照明する。このために、光源モジュール１５０は、光成分１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを統合して試料へと照射される光ビームを形成するように適応化されたビーム合成装置３２６を含みうる。ビーム合成装置３２６は、それぞれ異なる光成分１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを順次に照明光路１０６へと結合し、この照明光路１０６において合成された光ビームを最終的に試料へ伝搬させるように機能する、複数の部品を含みうる。

より具体的には、ビーム合成装置３２６は、第１の光源１０２ａに面しておりかつ第１の光源１０２ａから放出された第１の光成分１０４ａを照明光路１０６へと反射する偏向ミラー３２６ａを含む。さらに、ビーム合成装置３２６は、第２の光源１０２ｂに面している第１のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｂを含む。第１のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｂは、第２の光源１０２ｂから放出された第２の光成分１０４ｂを照明光路１０６へ反射させ、この照明光路１０６に沿って既に伝搬している第１の光成分１０４ａを透過させる。さらに、ビーム合成装置３２６は、第３の光源１０２ｃに面する第２のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｃを含む。第２のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｃは、第３の光源１０２ｃから放出された光成分１０４ｃを照明光路１０６へ反射させ、照明光路１０６に沿って既に伝搬している光成分１０４ａおよび１０４ｂを透過させる。さらに、ビーム合成装置３２６は、第４の光源１０２ｄに面している第３のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｄを含む。第３のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｄは、第４の光源１０２ｄから放出された光成分１０４ｄを照明光路１０６へ反射させ、照明光路１０６に沿って既に伝搬している光成分１０４ａ，１０４ｂおよび１０４ｃを透過させる。

図３に示されている実施形態によれば、光遮断シャッタ１１８は単一のシャッタによって形成されており、この単一のシャッタは、照明光路１０６において、ビーム合成装置３２６の下流、特に最後のダイクロイックビームスプリッタ３２６ｄの下流に配置されている。図１および図２を参照して上述したように、光センサ１２２を含む光遮断シャッタ１１８は、コントローラ１２４により駆動されるモータ１２０によって、照明光路１０６内へかつ照明光路１０６外へ移動可能である。マイクロコントローラ（μＣ）３２８に加え、コントローラ１２４は、モータ１２０に接続されたモータドライバ３３０を含むこともできる。

単一の光遮断シャッタ１１８に代えてまたはこれに加えて、図３に破線で示されているように、複数の光遮断シャッタ３１８ａ、３１８ｂ、３１８ｃおよび３１８ｄを組み込まれた光センサと共に設けることもできる。この場合、各光遮断シャッタ３１８ａ、３１８ｂ、３１８ｃおよび３１８ｄは、複数の光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄのうちの１つに割り当てられうる。特に、各光遮断シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄは、照明光路１０６に沿って、ビーム合成装置３２６の上流かつ各光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄの直接下流に配置することができる。換言すれば、各光遮断シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄは、各光源から放出された照明光のみが検出されるよう、自身の光センサの受光面が関連付けられた光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄに面するように位置決めされている。上述したように、光遮断シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄは、好ましくは実質的に同一の部品であってよい。

コントローラ１２４はさらに、それぞれ複数の光源１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄのうちの１つに結合されている複数の光源ドライバ（増幅器）３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃおよび３３２ｄを備えていてよい。したがって、各光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄは、マイクロコントローラ３２８およびこれに関連付けられた光源ドライバにより制御される。さらにパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３３４を設けることができ、これにより、ユーザが図３に示されている構成を操作することができる。例えば、ＰＣ３３４を介してユーザが入力した所望の照明光強度に基づき、マイクロコントローラ３２８は、光源ドライバ３３２ａ，３３２ｂ，３３２ｃ，３３２ｄに制御信号を出力する。次いで、光源ドライバ３３２ａ，３３２ｂ，３３２ｃ，３３２ｄは、光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄに、所望の光強度で、それぞれ異なる光成分１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄを放出させる。さらに、光遮断シャッタ１１８と一体化された光センサおよび／または光遮断シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄと一体化された光センサは、各光強度を検出し、受信された検出信号を処理するマイクロコントローラ３２８に検出信号を出力する。

上述したように、光源１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄを同時に使用して、光源により形成された全ての波長を含む合成光ビームを生成することができる。代替的に、１回では光源１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄのうちの１つもしくは複数のみを使用することもできる。

図４は、図３に示されている光源モジュール１５０の構造的な実現形態を示す平面図である。特に、図４は、光源モジュール１５０内の、光源１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄと、ビーム合成装置３２６と、光センサ１２２が組み込まれた光遮断シャッタ１１８と、の位置関係を示すために用いられる。言うまでもなく、図４に示されている構成は、単なる例示として理解されるべきである。さまざまな他の構造的な実施形態が考えられる。

光源モジュール１５０は、上述したモジュールの構成要素を収容するモジュールケーシング４４０を含む。図４から見て取れるように、ビーム合成装置３２６の偏向ミラー３２６ａおよびダイクロイックビームスプリッタ３２６ｂ，３２６ｃ，３２６ｄは、それぞれ、関連付けられた光源１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび１０２ｄに正対するように配置されている。ビーム合成装置３２６のこれらの構成要素３２６ａ，３２６ｂ，３２６ｃ，３２６ｄのそれぞれは、各構成要素によって反射された照明光が照明光路１０６を規定する光軸Ｏに沿って伝搬するよう、光軸Ｏに対して所定の角度で配置されている。図４には、光遮断シャッタ１１８がその動作状態にあるとき、光遮断シャッタ１１８上に形成されている光センサ１２２が好ましくは光軸Ｏ上に位置することも示されており、このことは、光センサ１２２が照明光路１０６に挿入されることを意味する。当該状態では、光遮断シャッタ１１８は、出力レンズ４４４への照明光の到達が阻止されるよう、光ファイバ４４２に光学的に結合された出力レンズ４４４を覆っている。光遮断シャッタ１１８が照明光路１０６から後退している場合、照明光が出力レンズ４４４に到達し、光ファイバ４４２を通って試料に向かって送光される。

図５～図７は、一実施形態による光遮断シャッタ１１８のそれぞれ異なる図である。光遮断シャッタ１１８は、既に上述したように、プレート状の構成要素、特に回路板５５４により形成することができる。

図５の斜視図に示されているように、光センサ１２２は、光遮断シャッタ１１８の、光源ユニット１０２に面する前面５６０に取り付けられている。反対側の後面５６２には、モータ１２０が、図６に示されているように光遮断シャッタ１１８に結合されている。回路板として形成されているので、光遮断シャッタ１１８は、複数の電子回路部品５６６、例えば図６に示されているようなＩＣを含みうる。モータ１２０は、図７に示されているごとく、光遮断シャッタ１１８の後面５６２に配置された取り付け部５６８に結合されている回転可能なシャフト５６４を介して、光遮断シャッタ１１８を照明光路内へかつ照明光路外へ旋回させるように構成可能である。

図８は、一実施形態による、照明光１０４の強度を検出する方法を示すフローチャートである。図８を参照するにあたり、ここでは、照明光１０４の強度が単一の光遮断シャッタ、例えば図１～図３に示されているシャッタ１１８によって測定されるものとする。ただし、方法は、複数の光源から放出された複数の照明成分の強度の測定にも適用することができる。この場合、シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄによって図３に示されているように、複数の光遮断シャッタを備えた構成を使用することができる。

以下では、光源ユニット１０２が、図８に示されている方法の開始時にオフであると仮定する。したがって、Ｓ１では、コントローラ１２４が、組み込まれている光センサ１２２がオフである状態で、モータ１２０に、光遮断シャッタ１１８を後退位置から照明光路１０６内へ移動させる。

続いて、ステップＳ２で、コントローラ１２４は、光源ユニット１０２をオンにして照明光路１０６に沿って照明光１０４を放出させ、ここで、光遮断シャッタ１１８上に形成されている光センサ１２２が、放出された照明光１０４を受光する。

ステップＳ３で、コントローラ１２４は、光源ユニット１０２に、ユーザが例えばＰＣ３３４への相応の入力によって指定することのできる所望の強度で、照明光１０４を放出させる。

ステップＳ４で、コントローラ１２４は、光遮断シャッタ１１８と一体化された光センサ１２２に、当該光センサ１２２の受光面に入射する照明光の強度を測定させる。

ステップＳ５で、コントローラ１２４は、光源ユニット１０２をオフにする。最後に、ステップＳ６で、コントローラ１２４は、モータ１２０に、光遮断シャッタ１１８を照明光路１０６から後退させる。

上述した方法は、有利には、例えば光への感受性が高いことが知られている生体試料に関する実験において重要な、過度の露光からの試料１０８の保護のために使用することができる。特に、光源ユニット１０２は、実験中、光センサ１２２によって測定された強度に依存して制御可能である。

さらに、光遮断シャッタ１１８に組み込まれた光強度測定を、予防的保守のために使用することができる。例えば、図８に示されている方法のステップＳ３で、光源ユニット１０２を、照明光１０４が最大強度で放出されるように制御することができる。次いで、ステップＳ４において光センサ１２２によって検出された照明光１０４の強度が、光源ユニット１０２の耐用期間の開始時に決定されて予め記憶されている公称強度と比較されうる。このようにして、光源ユニット１０２に関する予防的保守情報、特に経時劣化現象に関する情報を得ることができる。光センサ１２２によって検出された光強度と予め記憶されている公称強度との比較は、単一の強度値の対に限定されないことに留意されたい。むしろ、図８のステップＳ３とステップＳ４との間の破線のループによって示されているように、例えば予防的保守の文脈において、また以下で説明する較正の文脈において、複数回の比較測定を実行することができる。

光源ユニット１０２の較正は、図８のステップＳ３およびステップＳ４を繰り返し実行することによって確立される一連の光強度測定に基づいて実行することができる。例えば、ＬＥＤ１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄのうちの１つが、光センサが組み込まれた、関連付けられた光遮断シャッタ３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄを使用して較正されることが想定される。

一例として、製造段階において較正される、上記のＬＥＤなどの製品を含む製造ラインが想定される。なお、当該ＬＥＤタイプについては、放出される照明光の最大許容可能強度が指定されているものとする。ＬＥＤタイプの全動作範囲は０％～１００％であると仮定され、ここでは、値１００％が最大許容可能光強度に対して正規化される。この場合、製造ラインの全てのＬＥＤが少なくとも１つの同じ参照点を取得するように較正されれば、製造ライン全体への１００％の値の転送を達成することができる。

こうした較正のために、図３に破線で示されているように、製造中、外部参照センサデバイス３３８を使用することができる。外部参照センサデバイス３３８は、ＬＥＤから放出された光の強度を絶対精度で測定するように構成されている。例えば、外部参照センサデバイス３３８は、ＬＥＤから放出された照明光強度を絶対精度で測定するために較正されるＬＥＤを含むＬＥＤシャッタモジュール１５０の出力部に結合可能である。

まず、光センサを含む光遮断シャッタが照明光路１０６から後退される。その後、照明光の放出のためにＬＥＤに通電されるＬＥＤ電力が調整され、ＬＥＤから放出された照明光の対応する強度が外部参照センサデバイス３３８により測定される。当該調整プロセスは、外部参照センサデバイス３３８が第１のＬＥＤ電力に対応する最大許容可能光強度を測定するまで行われる。その後、光センサを含む光遮断シャッタが照明光路１０６内へ移動され、ＬＥＤから放出された照明光の強度が光センサによって測定される。測定された光強度は記憶される。その結果、上述した第１のＬＥＤ電力と１００％で光遮断シャッタと一体化された光センサにより測定された光強度とから成る第１の測定値の対が取得される。特定の光源モジュール１５０の較正について、外部参照センサデバイス３３８を用いたさらなる光強度測定は不要である。

続いて、照明光強度を所望の粒度に設定して得られたＬＥＤ電力を記憶する測定シーケンスが繰り返し実行される。したがって、測定シーケンスにより、照明光の強度の測定値に対するＬＥＤ電力の調整値が設定される。これにより、調整可能なＬＥＤ電力を所望の光強度に正確に割り当てることのできる特性が得られ、これは、特性曲線が線形でない低い光強度の範囲において特に有利である。当該較正プロセスは、製造ラインの各光源モジュールに対して実行され、当該光源モジュールに固有の較正特性が作成される。較正特性はそれぞれの光源モジュールに記憶され、後に光源モジュールの動作の際に使用することができる。その結果、製造ラインの全てのモジュールが較正される。

こうした較正プロセスにより、再現可能な光強度で照明を放出することのできる光源モジュールが得られる。したがって、ユーザは、いつでも確実に実験を繰り返すことができる。また、特定の光源モジュールだけでなく、生産ライン全体に再現性を与えることができる。したがって、ユーザは、それぞれ異なる位置において同じ光強度で同じ実験を実行することができる。このことは、顕微鏡撮像における再現性が多くの要因に依存しているため、研究分野における重要な側面となる。

本明細書で使用されるように、用語「および／または（かつ／または）」は、関連する記載項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる全ての組み合わせを含んでおり、「／」として略記されることがある。

いくつかの態様を装置の文脈において説明してきたが、これらの態様が、対応する方法の説明も表していることが明らかであり、ここではブロックまたは装置がステップまたはステップの特徴に対応している。同様に、ステップの文脈において説明された態様は、対応する装置の対応するブロックまたは項目または特徴の説明も表している。

１００ 顕微鏡
１０２ 光源ユニット
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ 複数の光源
１０４ 照明光
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ 複数の光成分
１０６ 照明光路
１０８ 試料
１１０ 試料キャリア
１１２ 顕微鏡ステージ
１１４ 対物レンズ
１１６ ステージ開口部
１１８ 光遮断シャッタ
１２０ モータ
１２２ 光センサ
１２４ コントローラ
１５０ 光源モジュール
３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄ 光遮断シャッタ
３２６ ビーム合成装置
３２６ａ 偏向ミラー
３２６ｂ，３２６ｃ，３２６ｄ ダイクロイックビームスプリッタ
３２８ マイクロコントローラ
３３０ モータドライバ
３３２ａ，３３２ｂ，３３２ｃ，３３２ｄ 光源ドライバ
３３４ パーソナルコンピュータ
３３８ 外部参照光センサ
４４０ モジュールケーシング
４４２ 光ファイバ
４４４ 出力レンズ
５５４ 回路板
５６０ 前面
５６２ 後面
５６４ シャフト
５６６ 電子回路部品
５６８ 取り付け部

Claims (15)

1. 顕微鏡（１００）用の光源モジュール（１５０）であって、前記光源モジュール（１５０）は、
   照明光路（１０６）に沿って照明光（１０４）を放出するように構成された光源ユニット（１０２）と、
   前記照明光路（１０６）内へかつ前記照明光路（１０６）外へ移動されるように構成された少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）と、
   前記照明光路（１０６）に沿って伝搬する照明光（１０４）の強度を検出するように構成された少なくとも１つの光センサ（１２２）と、
   を備え、
   前記少なくとも１つの光センサ（１２２）は、前記少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）と一体化されており、前記光遮断シャッタ（１１８）と共に前記照明光路（１０６）内へかつ前記照明光路（１０６）外へ移動される、
   光源モジュール（１５０）。
2. 前記光遮断シャッタ（１１８）は、前記光センサ（１２２）が一体化された回路板（５５４）として設計されている、
   請求項１記載の光源モジュール（１５０）。
3. 前記光源ユニット（１０２）は、複数の光成分（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ）を放出するように構成された複数の光源（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ）を含み、
   前記光源モジュール（１５０）は、前記複数の光成分（１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ）を照明光（１０４）へと合成するように構成されたビーム合成装置（３２６）をさらに含む、
   請求項１または２記載の光源モジュール（１５０）。
4. 前記少なくとも１つの光遮断シャッタは、前記照明光路（１０６）に沿って前記ビーム合成装置（３２６）の下流に配置された単一の光遮断シャッタ（１１８）を含む、
   請求項３記載の光源モジュール（１５０）。
5. 前記少なくとも１つの光遮断シャッタは、前記複数の光源（１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０２ｄ）に対応する複数の光遮断シャッタ（３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄ）を含み、各光遮断シャッタ（３１８ａ，３１８ｂ，３１８ｃ，３１８ｄ）は、前記照明光路（１０６）に沿って、前記ビーム合成装置（３２６）の上流にありかつこれに関連付けられた光源の直接下流に配置されている、
   請求項３記載の光源モジュール（１５０）。
6. 前記光源モジュール（１５０）は、前記少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）を前記照明光路（１０６）内へかつ前記照明光路（１０６）外へ移動させるように構成された少なくとも１つの駆動ユニット（１２０）を含む、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の光源モジュール（１５０）。
7. 前記光源モジュール（１５０）は、前記光遮断シャッタ（１１８）および／または前記光源ユニット（１０２）と一体化された前記光センサ（１２２）を制御するように構成されたコントローラ（１２４）を含む、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の光源モジュール（１５０）。
8. 前記コントローラ（１２４）は、前記光センサ（１２２）に、前記照明光路（１０６）に沿って伝搬する照明光（１０４）の強度を検出させ、検出された強度に依存して、前記光源ユニット（１０２）に、放出される照明光（１０４）の強度を調整させるように構成されている、
   請求項７記載の光源モジュール（１５０）。
9. 前記コントローラ（１２４）は、較正データを取得し、前記較正データに基づいて、前記光源ユニット（１０２）に、放出される照明光（１０４）の強度を調整させるように構成されている、
   請求項７または８記載の光源モジュール（１５０）。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の光源モジュール（１５０）を含む、顕微鏡（１００）。
11. 顕微鏡（１００）において光源モジュール（１５０）により試料を照明する方法であって、前記方法は、
    光源モジュール（１５０）の光源ユニット（１０２）により、照明光路（１０６）に沿って試料上へ照明光を放出するステップと、
    前記光源モジュール（１５０）の少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）と一体化された少なくとも１つの光センサ（１２２）により、前記照明光路（１０６）に沿って伝搬する照明光の強度を検出するステップを、
    を含み、
    前記少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）は、前記照明光路（１０６）内へかつ前記照明光路（１０６）外へ移動されるように構成されている、
    方法。
12. 前記光源ユニット（１０２）は、前記試料を過度の露光から保護するために、前記光センサ（１２２）により検出された強度に依存して制御される、
    請求項１１記載の方法。
13. 照明光（１０４）の強度の検出は、次のステップシーケンスに従って制御される、すなわち、
    第１のステップにおいて、前記光源ユニット（１０２）がオフである状態で、前記光遮断シャッタ（１１８）が前記照明光路（１０６）内へ移動され、
    第２のステップにおいて、前記光源ユニット（１０２）がオンにされて前記照明光路（１０６）に沿って照明光（１０４）が放出され、
    第３のステップにおいて、前記光遮断シャッタ（１１８）と一体化された前記光センサ（１２２）により、照明光（１０４）の強度が検出され、
    第４のステップにおいて、前記光源ユニット（１０２）がオフにされて照明光（１０４）の放出が停止され、
    第５のステップにおいて、前記光遮断シャッタ（１１８）が光路外へ移動される、
    請求項１１または１２記載の方法。
14. 予防的保守手順は、
    前記光源ユニット（１０２）を制御して、照明光（１０４）を最大強度で放出させ、
    前記光センサ（１２２）により検出された強度と予め記憶されている公称強度とを比較し、
    比較の結果に基づいて予防的保守情報を生成する、
    ことによって実行する、
    請求項１１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 請求項１から９までのいずれか１項記載の光源モジュール（１５０）を較正する方法であって、前記方法は、
    少なくとも１つの光遮断シャッタ（１１８）が照明光路（１０６）外へ移動された状態で、光源ユニット（１０２）により、前記照明光路（１０６）に沿って照明光（１０４）を放出させるステップと、
    参照光センサデバイス（３３８）により、前記照明光路（１０６）に沿って伝搬する照明光（１０４）の強度を検出するステップと、
    前記参照光センサデバイス（３３８）により検出された照明光（１０４）の強度が予め定められた参照強度に等しくなるまで、前記光源ユニット（１０２）に供給される電力を変化させるステップと、
    前記参照光センサデバイス（３３８）により検出された照明光（１０４）が前記参照強度に等しくなる電力の値を参照電力値として記憶するステップと、
    前記光遮断シャッタ（１１８）を前記照明光路（１０６）内へ移動させ、前記光遮断シャッタ（１１８）と一体化された前記光センサ（１２２）により、前記光源ユニット（１０２）から前記参照電力値で放出された照明光（１０４）の強度を参照強度値として測定するステップと、
    前記参照電力値および前記参照強度値に基づいて較正特性を決定するステップと、
    を含む方法。