JP2831124B2 - １つのフォトメーターを有する分光顕微鏡 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特許請求の範囲第１項上部概念記載の顕微鏡
に関する。

１つのフォトメーター並びに１つのモノクロメーター
を有する顕微鏡（マイクロ分光フォトメーター）は１つ
の光線の分光的分布を検出するために用いられる。その
際検出される対象物は１つの光源を用いて照明されそし
て対象物によって変化させられた光線が測定される。こ
の様なマイクロ分光フォトメーターは西ドイツ国特許公
開第2542731号公報によって公知になっている。この公
報において、選択的に後で顕微鏡に連結取り付け可能な
別の付加装置を有する１つの顕微鏡が記載されている。
この様な付加装置の１つは、１つの入射スリット、１つ
の凹面鏡並びに１つの光学格子を有する１つの格子モノ
クロメーターを有している。フォトメーターは１つの付
加装置の中に配置されそしてもう１つ別の取り付け可能
な付加物を介してモノクロメーターと結合している。格
子を１つの平面鏡と交換することによってこの顕微鏡は
分光フォトメーターとしても純粋なフォトメーターとし
ても用いられる。この様な装置は、取り付け可能な構成
単位又は機能単位の間の調整の費用が高いため非常に高
価なものになる。さらにこの様な装置では、前以て選択
可能な対象物点の濃度の測定並びに分光光度測定を同時
に実施することが不可能である。

西ドイツ国特許公開第3432252号公報によれば１つの
測定顕微鏡が公知になっており、この顕微鏡は、対象物
から来る光線について濃度測定及び分光光度測定のため
の装着可能な１つの構成単位を有している。このため構
成単位の中には、対象物の中間像面に１つの光学的スリ
ットが設けられている。このスリットの後方には１つの
半透明鏡が配置され、分割された２つの光路が形成され
ている。これらの光路のうちの１つにはフォトマルチプ
ライヤーを有する１つのフォトメーターが含まれ、一方
別の光路には１つの凹面反射格子並びに、分光光度測定
のためのダイオードの１つの列が配置されている。この
顕微鏡は、高価な構造を持っていながら、光軸上におい
てのみ測定が可能であり、斯くして対象物の測定面は対
象物を１つの走査テーブルを用いて推進させることによ
ってのみ測定可能になっている。さらにこの顕微鏡にお
いてはスリットの像及びそれらのスペクトル線を接眼鏡
の中で見ることが不可能である。

本発明の課題は、従来の顕微鏡に対象物の濃度測定と
分光光度測定のための簡単な手段を装備すること、そし
てその際、両方の測定を同時に行うことを可能ならしめ
ることである。

上記の課題は、本発明により、特許請求の範囲第１項
の特徴ある構成により達成される。

この装置により、特に、平坦な１つのセンサーを用い
ることによって零次及び１次の回折の回折像が同時に捉
えられている。モノクロメーターの入射スリットに依存
して対象物点のそれぞれには１つのスペクトル並びにフ
ォトメーターによって検出される光学技術量が付設され
ている。斯くして例えば１つの対象物の構造が、フォト
メーターによってそれの幅をそしてそれと同時にスペク
トルによってその都度の対象物構造の高さが検出され
る。従ってそれぞれの対象物点は捉えられる２つの情報
（面と高さ）を同時に包含している。

顕微鏡において１つの走査テーブルが用いられるなら
ば、さらに時間低減された（zeitaufgelste）スペク
トル測定（Spektralmessung）又は時間低減された（zei
taufgelste）濃度測定（densitometrische Messung）
が実施される。斯くして例えば一度刺激された粒子のル
ミネセンス漸減時間（Lumineszenz−Abklingzeiten）が
検出可能である。

極端に簡単な構造により、既に存在している顕微鏡が
改装され（nachrsten）、その際この種の顕微鏡は、
煩わしい改造なしに従来の観察のために使用可能であ
る。

本発明は次の記述において、略図によって示された実
施例を用いて詳細に説明される。添付図中 第１図:1つの顕微鏡の光路、 第２図：表面に配置された透過光学格子を有する１つの
光学くさび、 第2b図：表面に配置された透過光学格子を有する１つの
光学くさび、 第３図：落下照明光線路、 第４図：光学くさびと透過光学格子とを有するフィルタ
ー円板、 第５図：付設された回転プリズムを有する光学くさび、 第６図：共役な２つの明視野絞り面の間に配置された１
つの像導体を示している。

第１図は、詳細に示されていない１つの顕微鏡の１つ
の照明光路１並びにこの光路に直角に配置された１つの
観察／測定光路２を示している。照明光路１は１つの光
源３から出発して１つの収斂レンズ４並びに１つの開口
絞り面APを有し、開口絞り面には調節可能な絞り５が配
置されている。照明光路１の先方には、その照明光路に
配置され調節可能な１つの光学入射スリット６を有する
１つの明視野絞り面LP並びに１つのレンズ系７が設けら
れている。次に配置された１つの半透明鏡８によって光
源３の照明光線は観察／測定光路２の中に反射導入され
そして対物レンズの開口AP′と対物レンズ９を介して対
象物10a上に結像される。対物レンズ９は無限遠に結像
する１つの光学系であり、斯くして観察／測定光路２の
一部分は無限遠に結像する光路17として形成されてい
る。この光路の中で半透明鏡８の後に１つの光学くさび
11、１つの光学透過格子12並びに１つのチューブレンズ
19が配置されている。チューブレンズ19によって対象物
10aの１つの像が中間像面LF′に形成される。この中間
像面LF′には１つのセンサー13が配置されている。顕微
鏡の接眼鏡が第１図には示されていない。しかし対象物
の観察はセンサー13の後方に配置されているモニターに
よって行うことが可能である。さらに１つの別の分割反
射鏡を観察／測定光路２の中に設けることが可能であ
り、これが対象物面10からの光線の一部を１つの接眼鏡
の中に反射して取り出す（図示されていない）。

第１図に示されている照明光路１は１つのケーラー照
明系を示している、何故ならば、収斂レンズ４によって
光源３は開口絞り面APに、開口絞り５はレンズ系７並び
に対物レンズ９を介して無限遠に、そして明視野絞り
（入射スリット６）は対物レンズ９によって対象物面10
にそれぞれ結像されているからである。

光学的な入射スリット６及び光学的透過格子12は１つ
のモノクロメーターを構成している。零次及び１次の回
折像の間の角度は光学くさび11によって正確に補償され
そして回折像は中間像面LF′上で互いに分離されて結像
される。この際１次の回折像は個々のスペクトル線を包
含しそして零次の回折像はスリットの像である。双方の
像を空間的に分離することによって、１次の回折像から
はスペクトルが得られそして零次の回折像からはその都
度の濃度の分布が同時に捉えられる。

第2aおよび2b図は光学くさび11と透過格子12との実施
形態の変形を示している。この際双方の実施形態は一体
の構成部材として形成されている。第2a図においては対
象物面10から発する光が最初に、零次と１次の間の角度
だけ曲げられ、それから透過格子12の所でスペクトルに
分割される。第2b図においては最初にスペクトルに分割
されそして光学くさび11によってスペクトルが回折角度
だけ推移させられる。

第３図は、スリット６と透過格子12から成り立ってい
るモノクロメターの配置の１つの変形を示している。こ
の２つは分離した１つの光路に配置されており、斯くし
て、第１図の説明の所で述べたように、対象物10aを接
眼鏡18を介して観察することが可能になっている。この
図において示されている照明光路１は、第１図と同様
に、１つの光源３、１つの収斂レンズ４、１つの開口絞
り５、１つの明視野絞りLF及１つのレンズ系７を有して
いる。半透明鏡８を介して、明視野絞り面LFは、詳細に
説明されていないケーラーの照明によって対物レンズ９
を介して対象物面10に結像されている。第１図に示した
実施例と異なり観察／測定光路２は付加的光線分割鏡14
を有し、この分割鏡は対象面10から来る光線の一部を外
側に反射する。チューブレンズ19を介して対象物10aの
１つの中間像又は明視野絞り面LFの中間像が形成され
る。この面LF′に光学入射スリット６が配置されてい
る。後方に配置されたレンズ系15、16を介して中間像面
LF′の１つの像がもう１つの面LF″に形成される。この
面LF″には面センサー13が設けられている。レンズ系1
5、16はこれらのレンズの間に少なくとも近似的に平行
な光路が存在するように形成されている。この平行な光
路17には光学的くさび11を有する透過格子12が設けられ
ている。モノクロメーターの光学スリット６にはモータ
ー駆動の調節手段26が付設されている。この調節手段26
を介してスリットの高さばかりでなく幅も変化させられ
ることが可能である。さらに透過格子12並びに光学くさ
び11には１つの別のモーター駆動の調節手段27が付設さ
れている。この調節手段は、組み合わせられたくさびと
透過格子11、12とを観察／測定光路２又は平行な光路17
に正確に出し入れする（Ein−/Ausbringen）のに役立っ
ている。２つの調節手段26、27は１つの操作装置28に電
気的に連結され、この装置はまた１つの組合わされた計
数／評価回路23に接続されている。ここに図示されてい
る面センサー13には１つの像増幅器29が付設されてい
る。これら双方は計数／評価回路23に電気的に接続され
ている。さらに詳細に示されていない顕微鏡は、ｘ−、
ｙ−及びｚ−方向に変位可能な１つの走査テーブル24を
有している。このテーブル24を制御（Ansteuerung）す
るためもう１つ別の制御装置25が設けられており、この
制御装置は組合わせられた計数／評価回路23に電気的に
接続されている。

第３図に示されている実施例の特徴は特に、１つの接
眼鏡18を介して行われる観察方法が維持されておりそし
てそれと同時に分光光度測定及び／又は濃度測定を行う
ことが可能になっていることである。さらにこの図に示
された光路を見れば、モノクロメーターは、改装可能な
構成部材として簡単な方法で既に存在している顕微鏡に
適用することが可能であることが判明する。入射スリッ
ト６はそれの調節手段26と共に明視野絞り面LFに配置さ
れることも可能であることは明らかである。

第４図は光学くさび11と透過格子12との組合わされた
実施形態の１つの変形を示している。２つの構成部材は
この際回転可能に配置された１つのフィルターレボルバ
ー20（２重矢印参照）上に設けられており、その際別の
顕微鏡作業に素早く切り変えるため、その他のフィルタ
ー21a〜21cが設けられている。存在している位置の１つ
は光線の自由通過路21dとして形成されているのが合目
的である。個々の位置21a〜21dに種々異なる透過格子12
を配置することも可能であることは明らかである。その
際相異なる格子定数ばかりでなく、種々異なる格子の向
き及び格子形状も用いられることが可能である。さらに
このような交換装置20は調節可能な光学入射スリット６
と連結しており、斯くしてこのスリットは古典的な顕微
鏡作業の場合には自動的に光路の外に旋回して除外され
る。

第５図は光学透過格子12を有する光学くさび11の１つ
の別の変形を示す。この２つの光学構成要素にはこの際
１つのプリズム22が付設されている。このプリズムは、
平行な光路17の中で回転するように（２重矢印）配置さ
れることが可能である。斯くしてスペクトル（１次の回
折像）がセンサー13上に正確に合わせられる。このよう
な配置によって等しい格子定数ばかりを有し種々の方向
を向いた透過格子に置き替えることが可能である。

第６図は第３図の一部分を示している。レンズ15と19
との間に１つの像導体30が設けられており、この像導体
は、明視野絞り面LFに共役な面LF及びLF′の間に正確
に配置されている。機械的に安定させるため像第体30は
保護管として形成された被覆31を有している。像導体30
は像を大なる距離を介して伝達するのに用いられそして
相互に位置確定した光導繊維を有している。しかし像導
体30の内部で光導繊維をねじって配置し、斯くして像全
体が、光線射出面LF′で一定の角度（例えば90゜又は18
0゜）だけ回転させるようにすることも可能である。明
らかに、個々の繊維の相互の順序又は位置は光線入射面
LFから光線射出面LF′まで変化しないで維持されてい
なければならない。さらに像導体30の光線入射面LF及
び／又は光線射出面LF′は既にスリット絞り６として形
成されていることが可能である。

実現されたケーラーの照明によって１つのスリットの
像が対象物10a上に又は対象物面10に結像されるか（第
１図）又は観察／測定光路２から１つのスリットの像が
取り出される。このスリットの像の背後には１つの光学
透過格子12が配置され、この格子は常に１つの少なくと
も近似的に平行な光路17の中に設けられている。このこ
とによって得られる光線のスペクトル分解は、さらに後
方に配置されているレンズ（第１図では19、第３図では
16）によって、対象物面10に共役な１つの面LF′;LF″
に結像される。この際零次の回折像は濃度測定の情報を
担持しそして１次の回折像はスペクトルの情報を担持し
ている。濃度測定は組織の幅を定めるために実施される
ことが可能である。それと同時にスペクトルからその都
度の高さの情報が得られる。何故ならばスリット６の内
部のそれぞれの点に対して１つのスペクトルが発生する
からである。しかし高さと幅の情報を探求するために
は、１つの検定過程を実施し、全体の高さをその都度の
スペクトルで捉えておくことが必要である。

観察点毎のスペクトル及び濃度測定値を同時に定める
ためには、センサーをCCD面アレーとして形成すること
が必要である。スペクトル分析のためセンサーは全ての
色調を捉える特性を有していなければならない。しかし
又直線状に並んだ個々のダイオードの列、１つのビデオ
カメラ或いは又１つの像増幅器と１つのカメラとの組合
わせも考慮される。

静止している対象物点を測定する場合に、透過格子12
及び光学くさび11を、或いは光学くさび11だけを観察／
測定光路２から抜き出し、斯くして濃度測定及び分光光
度測定を相前後して実施することも可能である。このこ
とは特に、くさび11が零次及び１次の回折の間の回折角
度を正確に補償していることによって可能になる。

上記した測定装置の感度及び分解力は、透過格子、セ
ンサー及び顕微鏡の中で与えられている焦点距離の関数
になっている。これらのパラメーターを変化すれば特殊
の用途に対する条件が変化することは明らかである。上
記した装置は透過照明ばかりでなくその他の総ての照明
の種類にも使用可能である。例えば１度刺激された粒子
のルミネセンスの減衰時間又は時間に依存する分光光度
測定も可能である。このことは次のことが前提になるの
みである。即ち通常の螢光フィルターの他に１つの走査
テーブル24又は粒子の流動装置が用いられる。走査テー
ブル24又は粒子の流動装置により、螢光照明によって刺
激された粒子は一定の速さで移動する。このことによ
り、その都度のスペクトルが相前後して測定され、推移
運動に付設されそしてその都度の螢光減衰時間が探求さ
れる。

以下に、本発明の実施態様を列記しておく。

（１）センサー13がCCD面アレーとして形成されてい
る、特許請求の範囲第１項に記載の顕微鏡。

（２）センサー13がダイオードの列として形成されてい
る、特許請求の範囲第１項に記載の顕微鏡。

（３）センサー13に１つの像増幅器29が付設されてい
る、特許請求の範囲第１項あるいは上記第１項または第
２項に記載の顕微鏡。

（４）センサー13がすべての色調を捉える特性を有して
いる、特許請求の範囲第１項あるいは上記第１項から第
３項のいずれか一項に記載の顕微鏡。

（５）センサー13に計数／評価装置の１つの組み合わせ
23が付設されている、特許請求の範囲第１項あるいは上
記第１項から第４項のいずれか一項に記載の顕微鏡。

（６）光学格子12及びくさび11に、回転可能に配置され
た１つのプリズム22が付設されている、特許請求の範囲
第１項あるいは上記第１項から第５項のいずれか一項に
記載の顕微鏡。

（７）平行な光路17の中に、レボルバー20として形成さ
れた１つのフィルター交換装置が配置され、そしてこの
装置が少なくとも１つの光学格子12を有している、特許
請求の範囲第１項あるいは上記第１項から第６項のいず
れか一項に記載の顕微鏡。

（８）レボルバー20が、種々異なる格子定数及び／又は
種々異なる格子方向をもつ数個の格子12を有している、
上記第７項に記載の顕微鏡。

（９）計数／評価装置の組み合わせ23が数個の回折像を
同時に捉えそして評価するために形成されそしてセンサ
ー13と電気的に接続されている、上記第５項に記載の顕
微鏡。

（10）数個の回折像を同時に捉えるためのセンサー13が
形成されている、特許請求の範囲第１項あるいは上記第
１項から第９項のいずれか一項に記載の顕微鏡。

（11）顕微鏡が自動的に制御可能な１つの走査テーブル
24を有している、特許請求の範囲第１項あるいは上記第
１項から第10項のいずれか一項に記載の顕微鏡。

（12）顕微鏡が１つの粒子流動装置を有している、特許
請求の範囲第１項あるいは上記第１項から第11項のいず
れか一項に記載の顕微鏡。

（13）顕微鏡が１つの螢光装置を有している、上記第11
項または第12項に記載の顕微鏡。

（14）計数／評価装置23に１つの制御装置25が付設され
ておりそしてこの装置が走査テーブル24又は粒子流動装
置と電気的に接続されている、上記第11項に記載の顕微
鏡。

（15）光学スリット６に、スリットの幅及びスリットの
高さを変化させるための調節手段26が付設されている、
特許請求の範囲第１項あるいは上記第１項から第14項の
いずれか一項に記載の顕微鏡。

（16）光学格子12及び／又はくさび11は、平行な光路17
の中に挿入し又は取り出すための１つの調節手段27が付
設されている、特許請求の範囲第１項あるいは上記第１
項から第15項のいずれか一項に記載の顕微鏡。

（17）調節手段26、27が１つの制御装置28と電気的に結
合している、上記第15項または第16項に記載の顕微鏡。

（18）モノクロメーター６、11及びセンサー13が別の容
器の中に配置されている、特許請求の範囲第１項あるい
は上記第１項から第17項のいずれか一項に記載の顕微
鏡。

（19）当該容器が後で取り付け可能な構成単位として形
成されそしてそれ自体公知の連結要素を介して顕微鏡と
結合されている、上記第18項に記載の顕微鏡。

（20）同時に位置と面積とを変化することが可能な数個
の光学スリット６が設けられている、特許請求の範囲第
１項あるいは上記第１項から第19項のいずれか一項に記
載の顕微鏡。

（21）明視野絞りの共役な２つの面LF′、LFの間に１
つの像導体30が配置されている、特許請求の範囲第１項
あるいは上記第１項から第20項のいずれか一項に記載の
顕微鏡。

（22）像導体30が、それの光入射面LFから光射出面L
F′までの内部に正確に整頓された光導繊維を有してい
る、上記第21項に記載の顕微鏡。

（23）像導体30の光入射面LF及び／又は光射出面LF′
がスリットとして形成されている、上記第21項または第
22項に記載の顕微鏡。

（24）像導体30が、機械的に安定させるため１つの被覆
31を有している、上記第21項から第23項のいずれか一項
に記載の顕微鏡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 21/00 - 21/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対象物面（10）に共役な面（LF;LF′;L
   F″）に設けた入射スリット（６）と、格子モノクロメ
   ーターと、零次の回折像において強度分布を記録し且つ
   より高次の回折像においてスリット（６）によって発生
   する光条のスペクトルを記録するセンサー（13）とを有
   する、照明装置を備える顕微鏡において、当該顕微鏡の
   レンズ系（9;15）が対象物（10a）から来る光を平行に
   方向付けし、且つこの平行な光路（17）中に光学透過回
   折格子（12）が配置されており、当該光学格子（12）に
   平行な光路（17）中へ出し入れ可能なくさびとして形成
   された光学要素（11）が付設されており、且つ当該光学
   要素（11）が挿入された状態で零次の回折像とより高次
   の回折像との間の回折角度を補償することを特徴とする
   顕微鏡。