JP6632662B2

JP6632662B2 - 照明システム、照明システムを含む顕微鏡および顕微鏡方法

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Description

本発明は、照明システム、顕微鏡および顕微鏡方法に関する。

例えば蛍光顕微鏡または蛍光内視鏡において使用されるような照明システムは、臨床イメージングおける蛍光の視覚的な観察のために適用される。典型的には、少なくとも１つの蛍光体を含むサンプルの照明、励起および観察のためにバンドパスフィルタが適用される。当技術分野で使用されるような照明および観察のための単一の通過帯域は、コントラストの増加をもたらすが、蛍光していない組織が黒色に見えるという欠点を有する。さらに、単一のバンドフィルタが使用されるので、単一の蛍光体の適用のみが可能であり、２つ以上の蛍光体を観察するには、ユーザによって複数のフィルタセットの間で切り替える必要がある。

したがって、本発明の課題は、対象物の画像の品質を改善する照明システム、顕微鏡および顕微鏡方法を提供することである。

少なくとも１つの蛍光体を含む対象物を観察するための、蛍光顕微鏡用の本発明による照明システムは、照明装置を含み、前記照明装置は、前記少なくとも１つの蛍光体の蛍光励起波長と、前記蛍光励起波長とは異なる可視光背景照明波長とを含む放射スペクトルを有し、前記照明システムはさらに、前記照明装置と前記対象物との間に配置するための照明フィルタを含み、前記照明フィルタは、少なくとも前記蛍光励起波長を含む少なくとも１つの蛍光励起通過帯域と、前記可視光背景照明波長を含む少なくとも１つの背景照明通過帯域とを有し、前記蛍光励起通過帯域の透過率は、前記背景照明通過帯域の透過率よりも高く、前記蛍光励起通過帯域の幅は、前記背景照明通過帯域の幅よりも狭い、ことによって上記の課題を解決する。

本発明による顕微鏡は、本発明による照明システムを含む、ことによって上記の問題を解決する。

少なくとも１つの蛍光体を含む対象物を照明するための本発明による顕微鏡方法は、前記対象物を、前記少なくとも１つの蛍光体の蛍光励起スペクトルにおける蛍光励起波長と、前記蛍光励起波長とは異なる可視光背景照明波長とを用いて照明するステップを含み、前記可視光背景照明波長を、前記対象物に到達する前に減衰させる、ことによって上記の課題を解決する。

本発明による照明システム、顕微鏡および顕微鏡方法は、蛍光励起波長と可視光背景照明波長とを用いてサンプルを同時に照明することを可能にし、この場合、可視光背景照明波長は、当該可視光背景照明波長の強度が、対象物の蛍光体から出射する蛍光放射波長の強度と同じ桁数の大きさになるように減衰される。

したがって、可視光背景照明波長の強度は、蛍光放射波長の強度と同等になる。その結果として、蛍光する発光体と、蛍光体を有さない組織（この組織は可視光背景照明波長を反射する）とを同時に観察することが可能となる。

本発明を、以下の特徴によってさらに改善することができる。これらの特徴は、相互に独立して組み合わせることができ、それぞれの特徴は、各自の有利な技術的効果を有する。

照明システムの照明装置は、光源を含むことができ、この光源は、連続光源、離散光源として具体化することができるか、または連続放射ペデスタルと、この連続ペデスタルと同時に放射される離散波長とからなる放射スペクトルを有することができる。

連続光源とは、連続スペクトルによって光を放射する光源として理解されるべきであり、その一方で、離散光源は、１つまたは複数の離散的な孤立された局所的な最大値を有する放射スペクトルを有する。離散光源のスペクトルパワー分布は、局所的な最大値の周囲で、または複数の局所的な最大値との間でゼロまで低下しうる。

可視光背景照明波長を、照明装置によって連続的または離散的に放射することができ、特に白色光として知覚することができる。加法色である白色光は、複数の可視光背景照明波長から構成することができ、すなわち、連続スペクトルから構成することができるか、または複数の単一の離散波長から構成することができる。例示的には、可視光背景照明波長は、赤色、緑色および青色として知覚される波長を含むことができる。同様にして、シアン、マゼンタおよびイエローも、結果的に白色の加法色をもたらすことができる。

色が人間の目の知覚に基づいて考慮されることに留意すべきである。本開示において「波長」、「放射」、または「吸収」という用語と「色ｘ」という用語とが組み合わせられている場合には、「人間の目で色ｘとして知覚される（放射／吸収の）波長」として理解されるべきである。

蛍光励起通過帯域の透過率は、少なくとも０．７、好ましくは少なくとも０．８、より好ましくは少なくとも０．９とすることができる。理想的な理論モデルでは、蛍光励起通過帯域の透過率は、１．０である。これらの理論値は、実際のフィルタにおいて得られない可能性があるが、照明フィルタの蛍光励起通過帯域の透過率は、０．９５よりも大きいか、またはそれどころか０．９８よりも大きくてもよい。透過率は、一般的に０（透過なし、不透明材料）から１（透明材料、損失なし）の範囲、または１％〜１００％の範囲である。

背景照明通過帯域の透過率は、実際のフィルタではゼロではなく、１０^−４から１０^−２の桁数とすることができる。背景照明通過帯域の透過率は、数パーセントに達することもできる。

蛍光プロセスの効率は、背景照明通過帯域の透過率に対する蛍光励起通過帯域の透過率の比率が好ましくは１０００以上の桁数となるように、１０^−３の桁数である。背景照明通過帯域を用いた背景照明波長の減衰は、蛍光プロセスの効率が低下するにつれて増加する。

照明フィルタは、誘電体フィルタとして具体化することができ、背景照明通過帯域に対して６の光学濃度を得ることができる。６の光学濃度は、１０^−６の透過率を意味する。

照明フィルタを、複数の異なる位置の間で移動可能に支持することができ、照明フィルタを、好ましくは傾けることが可能である。照明フィルタは、それぞれの位置において、それぞれ異なる背景照明通過帯域の透過率を有することができる。照明フィルタを傾けることによって、動作パラメータが、フィルタを設計した際に基礎とした特定の作業パラメータとは異なるように、照明フィルタを配置することができる。

したがって、特定の作業パラメータ、例えばフィルタリングされる電磁放射の入射角から離れるように照明フィルタを傾けることによって、光学濃度を減少させ、背景照明通過帯域の透過率および／または蛍光励起通過帯域の透過率を増加させることができる。

照明フィルタの誘電層の数、フィルタの特定の設計、ひいてはフィルタの品質に応じて、背景照明通過帯域の光学濃度を３〜５の桁数とすることもできる。

顕微鏡方法は、複数の動作モードで実施することができ、複数の動作モードのそれぞれでは、蛍光励起波長におけるエネルギに対する可視光背景照明波長におけるエネルギの比率が変更される。

したがって、照明システムは、複数の動作モードの中から選択して、蛍光励起波長におけるエネルギに対する可視光背景照明波長におけるエネルギの当該比率を選択するための選択装置を含むことができる。

さらに、顕微鏡方法は、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布を変化させることを可能にすることができる。本発明による照明システムは、複数の動作モードを含み、複数の動作モードのそれぞれでは、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布がそれぞれ異なっていることによって、本方法のこのステップを実施することができる。

照明システムおよび顕微鏡方法のこの実施形態によれば、背景照明波長強度の構成を変更することが可能となり、今度はその結果として、対象物を照明するための照明色が変更される。照明色を、対象物の反射特性に適合させることもできる。

蛍光励起波長におけるエネルギに対する可視光背景照明波長におけるエネルギの比率を変更するための複数の異なる動作モードと、可視光背景照明にわたるエネルギの分布を変化させるための複数の動作モードとを個別に選択すること、または組み合わせて選択することができる。

さらなる実施形態の本発明による照明システムは、それぞれ異なる放射スペクトルを有する少なくとも２つの光源を有する照明装置を含む。したがって、照明システムのこの実施形態を適用する顕微鏡方法は、少なくとも２つの光源の少なくとも２つのそれぞれ異なる放射スペクトルによって対象物を同時に照明する。少なくとも２つの光源の特性は、上述した複数の動作モードのうちのそれぞれ異なる動作モードが設定されうるように、少なくとも２つの光源に対して個別に変化させることができる。

本発明による照明システムのさらなる実施形態では、少なくとも２つの光源のうちの１つの光源の放射スペクトルは、蛍光励起波長を含み、少なくとも２つの光源のうちの別の１つの光源の放射スペクトルは、可視光背景照明波長を含む。

少なくとも２つの光源は、少なくとも１つの蛍光体における蛍光を励起するための蛍光励起スペクトルと、対象物を照明する可視光背景照明波長とを特に同時に放射する。したがって、対象物の、蛍光を示さない部分も観察することが可能となる。

照明システムのこの実施形態は、可視光背景照明波長におけるエネルギと、蛍光励起波長におけるエネルギと、これらのエネルギの比率とを、少なくとも２つの光源のそれぞれを個別に調整することによって設定することができるという利点を有する。

したがって、可視光背景照明波長を含む光源を調整することにより、可視光背景照明波長を、対象物に到達する前に減衰させることが可能となる。したがって、背景照明波長のエネルギを減少させると、背景照明通過帯域の減衰および光学濃度を減少させることができる。可視光背景照明波長の調整は、蛍光励起波長に影響を与えない。

可視光背景照明波長を含む光源は、連続スペクトルまたは離散スペクトルを放射する白色光光源とすることができる。

照明システム、顕微鏡、または顕微鏡方法のユーザまたはオペレータによる、白色光光源の放射された放射の知覚は、白色の加法色とすることができる。

しかしながら、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布を変更する複数の動作モードの中から１つが選択される場合には、背景照明の彩色を生成することができる。

蛍光励起波長を含む光源を、狭帯域光源として具体化することができ、この場合、狭帯域光源という用語は、数ナノメートルまたは最大１０または２０ナノメートルの帯域幅を有する放射スペクトルを有する光源として理解されるべきである。狭帯域光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザの分野においてよく知られており、可視光波長の範囲では、数ナノメートルの帯域幅を有する光源が、狭帯域であると見なされる。

ＬＥＤは、一般的に離散光光源であり、その一方で、レーザは、離散放射スペクトルまたは連続放射スペクトルのいずれかを含むことができる。

可視光背景照明波長および蛍光励起波長のための少なくとも２つの光源の放射スペクトルを、これらの放射スペクトルが重ならないようにスペクトル的に分離させることができる。

本発明による顕微鏡方法は、それぞれ異なる蛍光励起波長を有する複数の異なる蛍光体を含む対象物を照明することができる。本発明による照明システムは、複数の異なる光源を含むことによって、前記それぞれ異なる蛍光励起波長を提供する。

それぞれ異なる蛍光励起波長を放射する複数の異なる光源は、特に、蛍光体の蛍光励起スペクトルのそれぞれの励起最大値に対応する中心波長で放射する狭帯域光源として具体化することができる。

少なくとも２つの光源の放射を、光組み合わせ装置によって組み合わせることができる。光組み合わせ装置は、分岐型ファイバ、プリズム装置、ビームコンバイナまたはダイクロイックミラーとして具体化することができる。少なくとも２つの光源によって放射される光の組み合わせを、個々の光放射方向を数度の角度で重ね合わせることによって実施することもできる。

本発明による顕微鏡方法のさらなる実施形態では、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布は、少なくとも１つの蛍光体の蛍光放射スペクトルに応じて自動的に調整される。

さらに、本方法は、可視光背景照明波長における強度を、少なくとも１つの蛍光体の蛍光放射スペクトルにおいて放射された光の強度に応じて自動的に調整することができる。可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布の調整と、可視光背景照明波長の強度の調整とを、交互にまたは組み合わせて実施することができる。

本発明による顕微鏡方法の上述した実施形態を実施するように適合された本発明による照明システムは、少なくとも２つの光源の放射スペクトルおよび強度のうちの少なくとも一方を、相互に独立して適合させるように構成された制御装置を含む。

上記の実施形態は、対象物の少なくとも１つの蛍光体の蛍光よりも輝く白色光背景照明を、その強度に関して、背景照明の強度と蛍光放射の強度とが等しくなるように調整（低減）することができるという利点を有する。

別の実施形態による本発明による照明システムは、蛍光放射の色に対して相補的な色において少なくとも１つの局所的な最大値を有する可視光背景照明波長の強度を含む。顕微鏡方法では、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布は、局所的な最大値が得られるように調整される。前記最大値の波長は、特に蛍光放射の色に対して相補的な色に対応する。

この実施形態は、蛍光の視認性を高めることができるという利点を有する。例えば、対象物に橙色（赤色）の蛍光が存在する場合には、可視光背景照明波長の強度は、好ましくは青色（緑色）に対応する波長において局所的な最大値を有する。

可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布を適合させるために、本発明による照明システムは、画像プロセッサと、光源制御部とを含み、画像プロセッサは、対象物の少なくとも一部の色を特定するように構成されており、光源制御部は、特定された色に応じて光源の放射スペクトルを変化させるように適合されている。

したがって、照明システムのこの実施形態を適用する顕微鏡方法は、対象物の少なくとも一部の色を特定し、特定された色に対応する色情報信号を制御装置に伝送し、特定された色に対して相補的な色を計算または特定し、対応する光適合信号を光源制御部に供給し、光源制御部は、光適合信号に従って、可視光背景照明波長を含む光源の放射スペクトルを変化させる。

画像プロセッサが、一例として可視スペクトルの赤色の部分、すなわち約６５０ｎｍの波長における蛍光を検出した場合には、制御装置は、色信号ラインを介して色情報信号を光源制御部に供給する。

色情報信号は、光源制御部の制御モジュールによって受信することができ、制御モジュールは、光適合信号を光源に供給し、光源は、自身の動作モードを変化させて、蛍光の検出された赤色光に対して相補的な色を有する光、すなわち緑色光を放射する。

したがって、この例の背景照明光源のスペクトルは、可視スペクトルの緑色の部分における１つまたは複数の波長、すなわち約５５０ｎｍの波長において局所的な最大値を含む。

対象物の少なくとも一部の色を特定するために、照明システムは、カメラを含むことができ、この場合、画像プロセッサを、カメラによって供給された画像データに応じて対象物の色を特定するように適合させることができる。

画像プロセッサを、対象物の少なくとも１つの領域の色を特定するように構成することもでき、この場合、少なくとも１つの蛍光体の放射波長を除いた色を検出することができる。

したがって、背景照明を供給する光源の色を、対象物のスペクトル特性に基づいて、または蛍光放射の色に基づいて、光源制御部によって適合させることができる。画像プロセッサおよび／または光源制御部は、ソフトウェアとして、ハードウェアとして、またはソフトウェアおよびハードウェアの組み合わせとして具体化することができる。

顕微鏡方法はさらに、背景照明波長の色を、蛍光放射の色または対象物の色に適合させるだけでなく、可視光背景照明波長における強度を、少なくとも１つの蛍光体の蛍光放射スペクトルにおいて放射された光の強度に応じて自動的に調整することもできる。

本方法のこのステップは、少なくとも１つの蛍光体から放射された蛍光光の強度を特定するための強度検出器を含む、照明システムの実施形態によって実施される。強度検出器によって特定された強度は、この特定された強度に応じて可視光背景照明波長の少なくとも一部における強度を自動的に調整するために使用される。

可視光背景照明波長の強度および／または分布を、対象物のただ１回の捕捉に基づいて適合させるために、照明システムにマルチスペクトルカメラおよび画像プロセッサを設けることができる。

したがって、本方法は、蛍光放射スペクトルまたは対象物の一部の色に応じて、可視光背景照明波長にわたるエネルギの分布を適合させることができ、可視光背景照明波長における強度を、蛍光放射スペクトルにおいて放射された光の強度に応じて適合させることができる。

少なくとも１つの光源を、強度および／または色を含む照明条件および／または蛍光条件に適合させることを、特に自動的に実施することができる。さらに、この適合を、開ループ制御または閉ループ制御で実施することができ、変更された照明強度または蛍光強度または色が特定または検出された後に、前記条件を瞬間的に適合させることができる。

上述した照明システムおよび顕微鏡方法は、顕微鏡または内視鏡、特に蛍光顕微鏡または蛍光内視鏡に組み込むことができるか、または顕微鏡または内視鏡、特に蛍光顕微鏡または蛍光内視鏡を用いて実施することができる。

さらに、照明システムを、当技術分野の顕微鏡に組み込まれるように適合されたアップグレードキットとして具体化することができる。

アップグレードキットは、照明装置と共に、または照明装置を用いずに具体化することができる。

照明フィルタを受け取るために、当技術分野の顕微鏡が本発明によるアップグレードキットを含む場合に、当技術分野の顕微鏡のこれ以上の適合が不要となるように、かつ本発明による照明システムの実装が容易になるように、かつ本発明による照明システムの実装によって、当該技術分野の顕微鏡を用いた本発明による方法の実施が可能となるように、当技術分野の顕微鏡の既存のインフラストラクチャを適用することができる。

さらに、当該技術分野の顕微鏡も、本発明の顕微鏡も、蛍光励起波長を阻止する観察フィルタを含むことに留意すべきである。

さらに、蛍光励起通過帯域のスペクトル的に外側に位置する可視光背景照明波長が、対象物によって反射されて観察フィルタを透過した蛍光励起波長の一部と重ね合わせられることが考えられる。したがって、観察フィルタは、蛍光励起波長に対してゼロではない透過率を有することができる。

例示的に、蛍光体の励起が青色に対応する波長を適用する場合には、蛍光励起通過帯域のスペクトル的に外側に位置する背景照明波長は、緑色スペクトル領域における離散光源（例えばＬＥＤ）と、赤色スペクトル領域における１つの離散光源とを含むことができる。

観察フィルタを透過した蛍光励起波長の一部を、前記２つの背景照明波長と一緒に重ね合わせるだけで、加法的な白色光が結果的に得られる。

顕微鏡方法のさらなる実施形態では、蛍光励起波長の放射および／または可視光背景照明波長の放射を、時間的に変調させることができる。そのようにするために、本発明による照明システムは、蛍光励起波長および／または可視光背景照明波長の放射を時間的に変調させるために、変調制御ラインを介して変調信号を少なくとも１つの光源に供給する周波数発生器モジュールを含むことができる。前記周波数発生器モジュールを、光源制御部に組み込むことができ、ユーザまたはオペレータによって選択または選択解除することができる。さらに、背景照明または蛍光励起を変調させるための、それぞれ異なる変調周波数を有する複数の動作モードを選択することができるようにすることが可能である。これらの複数の動作モードのユーザ制御は、動作モードスイッチによって実現することができる。

上述した変調は、例えば蛍光放射の点滅によってこれらの低強度信号をより簡単に検出することが可能となるので、視認性が向上するという利点を有する。視認性の向上は、人間の認知、特に動作の知覚に関連する。

本発明の実施形態は、添付の図面を使用して例として以下により詳細に説明される。示された実施形態およびグラフは、本発明の可能な構成を表す。実施形態の説明では、同じ特徴および同じ技術的効果を有する要素には、同じ参照番号が付されている。

顕微鏡の概略図である。第１の実施形態における本発明による照明システムの透過特性を示す図である。ａ〜ｃは、本発明による照明システムの第２の実施形態の透過特性を示す図である。補色を説明するための色相環を示す図である。

図１は、蛍光顕微鏡３として具体化された本発明による顕微鏡１の概略図を示す。顕微鏡１は、本体５と、観察領域７と、照明装置９と、観察アセンブリ１１と、を含み、観察アセンブリ１１は、図１に示された蛍光顕微鏡３の実施形態では立体視接眼レンズ１３として具体化されている。

観察アセンブリ１１は、当技術分野で公知のような顕微鏡対物レンズ（図示せず）として具体化されうる観察光学系１５も含む。

観察領域７の内部には、少なくとも１つの蛍光体１９を含む対象物１７が配置されている。照明装置９は、対象物１７の上に光２１を放射し、光２１は、蛍光励起波長２３と可視光背景照明波長２５とを含む放射スペクトル２２を有する。光２１、蛍光励起波長２３および可視光背景照明波長は、矢印で示されている。蛍光励起波長２３は、蛍光体１９の蛍光励起スペクトル２０に含まれている。

図１の蛍光顕微鏡３は、蛍光顕微鏡３のさらなる要素を概略的に示す２つの部分切取図２７を示している。

第１の部分切取図２７ａは、光２１を放射する２つの光源２９を示し、この光２１は、集光器３１によって集光され、光学レンズ３３ａとして具体化されうる光学要素３３によってコリメートされる。

光学レンズ３３ａは、図１では分岐型光ファイバ３７として具体化されている光組み合わせ装置３５へと光２１を結合する。

分岐型光ファイバ３７へと結合された光２１は、照明光学系３９を介してファイバの内部に導かれ、そこに、照明フィルタ４１が形成されている。照明フィルタ４１を、蛍光顕微鏡３の内部の２つの光ファイバの間の自由ビーム経路（図示せず）に配置することもできる。

照明装置９から出射された光２１は、対象物１７に入射し、そこで、蛍光励起波長２３が対象物１７の蛍光体１９を励起し、可視光背景照明波長２５が対象物１７を照明する。

対象物１７から反射された可視光背景照明２５ａおよび蛍光放射波長２３ａ（両方とも波状の矢印によって示される）は、対象物１７から出射され、観察光学系１５によって集光され、観察アセンブリ１１を介してユーザまたはオペレータによって見ることができる。

第２の部分切取図２７ｂに存在する要素は、蛍光顕微鏡３の左側の拡大図に示されている。

観察光学系１５によって集光された光２１は、図１ではカメラ４５として具体化されている検出器４３によって検出もされる。画像信号４７は、画像信号ライン４９を介してカメラドライバ５１に伝送され、続いて、第２の画像信号ライン５３を介してさらなる電気コンポーネントを含む回路基板５５に伝送される。回路基板５５は、制御装置５６であるとして理解することができるか、または制御装置５６の一部を形成することができる。

画像信号４７は、画像プロセッサ５７に伝送され、画像プロセッサ５７は、蛍光放射の色１１２（図示せず）を識別するように適合された蛍光放射色識別モジュール５９を含む。蛍光放射色識別モジュール５９は、蛍光放射波長２３ａの波長値の特定を可能にする。

画像プロセッサ５７はさらに、蛍光の強度を特定するように適合された蛍光放射強度検出モジュール６１を含む。

同様にして、画像プロセッサ５７は、背景色識別モジュール６３と、背景強度検出器モジュール６５と、を含む。

したがって、画像プロセッサ５７は、画像信号４７を分析し、例えば比較器モジュール６７またはメモリモジュール６９のような、回路基板５５の上に位置するさらなるモジュールを回路基板の上に具体化することができる。

画像プロセッサ５７は、画像評価ライン７３を介して画像評価信号７１を光源制御部７５に供給する。画像評価信号７１は、蛍光放射および背景の、特定された強度および色１１２（図示せず）を表すものである。

画像評価信号７１は、蛍光放射および背景の両方に関して、色情報信号（図示せず）と強度情報信号（図示せず）とを含むことができる。光源制御信号７７は、背景照明波長２５の強度を適合させるための光強度適合信号（図示せず）と、可視光背景照明波長２５の加法色を変更するための光色適合信号（図示せず）と、を含むことができる。

光源制御部７５はさらに、動作モードスイッチ６によって作動および制御されうる周波数発生器モジュール７６を含む。動作モードスイッチ６を、プッシュボタン（参照符号なし）または回転つまみ（参照符号なし）として具体化することができ、動作モードスイッチ６を使用して、蛍光および／または背景照明の時間的な変調を制御し、蛍光強度および／または背景照明強度の適合を制御し、蛍光色および／または背景照明色の適合を制御することができる。

画像評価信号７１に基づいて、光源制御部７５は、光源制御ライン７９を介して光源制御信号７７を照明装置９に供給する。照明装置９は、図１の拡大図に概略的にのみ示されている。

上述したように照明装置９は、光源制御部７５によって駆動および制御される１つまたは複数の（図１に示された実施形態では２つの）光源２９を含む。

蛍光顕微鏡３は、動作モードスイッチ６を含むことができ、動作モードスイッチ６を用いて、可視光背景照明波長２５におけるエネルギ、または可視光背景照明波長２５にわたるエネルギの分布を、光源制御部７５によって制御および適合させることができる。

図２は、照明フィルタ４１の透過特性８３と、観察フィルタ８５の透過特性８３と、を示す。

透過特性８３は、０％〜１００％の範囲になるようにパーセンテージ単位で記載された透過率８８を示す。透過率８８は、縦軸８７に記載されており、横軸上に記載される波長９１に対してプロットされている。横軸８９の波長９１は、ナノメートルで記載されており、横軸の範囲は、３００ｎｍ〜８００ｎｍの間の波長範囲を包含する。

照明フィルタ４１の透過特性８３は、２つの蛍光励起通過帯域９３と、２つの背景照明通過帯域９５と、を含む。これら４つの通過帯域９３，９５は、図２のプロットの上方に示されている。蛍光励起通過帯域９３および背景照明通過帯域９５のそれぞれは、幅９２を有し、蛍光励起通過帯域９３の幅９２は、背景照明通過帯域９５の幅９２よりも狭い。

蛍光顕微鏡３（図１参照）の少なくとも１つの光源２９が、約３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの間に広がる紫色スペクトル領域９９における可視光背景照明波長２５を含む放射スペクトルを有する場合には、照明フィルタ４１は、蛍光励起波長２３よりも短い波長９１において、背景照明通過帯域９５と見なすこともできるＵＶ帯域９７を含む。

しかしながら、図２の２つの背景照明通過帯域９５は、可視光背景照明波長２５を含み、７８０ｎｍを超える波長９１の電磁放射を含む近赤外スペクトル領域１０１へと広がることができる。

照明フィルタ４１の蛍光励起通過帯域９３は、観察フィルタ８５の阻止帯域１０３の内部に位置しており、観察フィルタ８５はさらに、それぞれの阻止帯域１０３の隣および間に観察通過帯域１０５を含む。

図２は、照明フィルタ４１の透過特性８３が、約９８％に達する蛍光励起通過帯域透過率１０７を有することを示している。

背景照明通過帯域９５の内部では、照明フィルタの透過特性８３は、図２の照明フィルタ４１の場合には約６％に達する背景照明通過帯域透過率１０９を有する。

図２に示された観察フィルタ８５の透過率８８は、阻止帯域１０３の内部では０％の透過率を有し、かつ観察通過帯域１０５の内部では１００％の透過率８８を有する理想的な観察フィルタ８５を表している。観察阻止帯域１０３は、照明フィルタ４１の蛍光励起通過帯域９３を完全に包囲している。

図２はさらに、点線で示された第２の照明フィルタ４１ａの透過特性８３を示し、この点線は、照明フィルタ４１と第２の照明フィルタ４１ａとが異なっているスペクトル領域においてのみ示されている。

第２の照明フィルタ４１ａの透過特性８３は、約６８０ｎｍの波長９１に中心がある局所的な最大値１１１を示す。第２の照明フィルタ４１ａの透過特性８３は、結果的に、可視光背景照明波長２５の重ね合わせの赤色または赤みを帯びた外観をもたらす。このような赤みを帯びた色１１２は、図２に示すように緑色１１２に対応するスペクトル領域の内部に蛍光放射１１３が位置する場合に、コントラスト（図示せず）を増加させるために有利である。ここでは、蛍光放射１１３が陰影によって示されており、約５２５ｎｍにその中心がある。

したがって、第２の照明フィルタ４１ａを透過した光の可視光背景照明波長２５の重ね合わせの色１１２は、蛍光放射１１３の色１１２に対して相補的である。

補色１１５の原理は、図４でさらに説明されている。

図３は、３つの異なる透過特性８３を示し、図３ａは、示されている観察フィルタ８５の観察通過帯域１０５における透過率８８が９８％に達するという点で、図２に示された観察フィルタ８５とは異なっている観察フィルタ８５の透過特性８３を示す。

図３ａ〜３ｃの３つの透過特性８３によって表される照明システム１０は、２つの照明フィルタ４１を含み、この場合、図３ｂに示された透過特性８３は、蛍光フィルタ４１ｆに関して得られたものであり、図３ｃに示された透過特性８３は、白色光フィルタ４１ｗを使用して得られたものである。図３ｂの蛍光フィルタ４１ｆは、蛍光励起光源２９のビーム経路の内部に配置されている。蛍光フィルタ４１ｆの透過特性８３は、図２の透過特性８３によって説明された照明フィルタ４１と同様の蛍光励起通過帯域９３を含む。

しかしながら、蛍光フィルタ４１ｆの背景照明通過帯域９５は、約０％の透過率８８を示す。蛍光励起光源２９ｆは、背景照明通過帯域９５による影響を受けていない蛍光励起波長２３においてのみ影響を受ける。

図３ｃに示された白色光フィルタ４１ｗは、白色光源２９ｗのビーム経路の内部に配置されている。

白色光フィルタ４１ｗの透過特性８３は、平坦な推移と、約３７％に達する実質的に一定の透過率８８と、を示す。

したがって、白色光フィルタ４１ｗは、図３ｂの蛍光フィルタ４１ｆのように複数の異なる帯域同士を区別しない。

本発明による蛍光顕微鏡３の別の１つの実施形態では、図１に示された２つの光源２９を、このような実施形態による蛍光励起光源２９ｆおよび白色光源２９ｗとして具体化することができる。照明フィルタ４１は、蛍光フィルタ４１ｆおよび白色光フィルタ４１ｗに置き換えられ、これらのフィルタは、対応する光源２９ｆ，２９ｗと光組み合わせ装置３５との間に配置される。

図４は、黄、橙、赤、紫、青および緑の色１１２を概略的に示した色相環１１７を示し、これらの色１１２には、色相環１１７において各色の英単語の最初の文字が付されている。図４はさらに、両方向矢印によって示された可能な３組の補色１１９を示す。黄色は、紫色の補色１１５であり、橙色は、青色の補色１１５であり、赤色は、緑色の補色１１５である。次に、紫色は、黄色の補色１１５でもあり、以下も同様である。

図４の色相環１１７は、補色１１９の多数の組のうちの３組のみを示す。なぜなら、色相環１１７のあらゆる任意の色１１２と、これに対応する向かい側の色１１２と、が１組の補色１１９を表すからである。

１顕微鏡
３蛍光顕微鏡
５本体
６動作モードスイッチ
７観察領域
９照明装置
１０照明システム
１１観察アセンブリ
１３立体視接眼レンズ
１５観察光学系
１７対象物
１９蛍光体
２０蛍光励起スペクトル
２１光
２２放射スペクトル
２３蛍光励起波長
２３ａ蛍光放射波長
２５可視光背景照明波長
２５ａ反射された可視光背景照明波長
２７部分切取図
２７ａ第１の切取図
２７ｂ第２の切取図
２９光源
２９ｆ蛍光励起光源
２９ｗ白色光源
３１集光器
３３光学要素
３３ａ光学レンズ
３５光組み合わせ装置
３７分岐型光ファイバ
３９照明光学系
４１照明フィルタ
４１ａ第２の照明フィルタ
４１ｆ蛍光フィルタ
４１ｗ白色光フィルタ
４３検出器
４５カメラ
４７画像信号
４９画像信号ライン
５１カメラドライバ
５３第２の画像信号ライン
５５回路基板
５６制御装置
５７画像プロセッサ
５９蛍光放射色識別モジュール
６１蛍光放射強度検出モジュール
６３背景色識別モジュール
６５背景強度検出器モジュール
６７比較器モジュール
６９メモリモジュール
７１画像評価信号
７３画像評価ライン
７５光源制御部
７６周波数発生器モジュール
７７光源制御信号
７９光源制御ライン
８３透過特性
８７縦軸
８８透過率
８９横軸
９１波長
９３蛍光励起通過帯域
９５背景照明通過帯域
９７ＵＶ帯域
９９紫色スペクトル領域
１０１近赤外スペクトル領域
１０３阻止帯域
１０５観察通過帯域
１０７蛍光励起通過帯域透過率
１０９背景照明通過帯域透過率
１１１局所的な最大値
１１２色
１１３蛍光放射
１１５補色
１１７色相環
１１９補色の組

Claims

少なくとも１つの蛍光体（１９）を含む対象物（１７）を観察するための、蛍光顕微鏡（３）用の照明システム（１０）において、
前記照明システム（１０）は、照明装置（９）を含み、
前記照明装置（９）は、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光励起波長（２３）と、前記蛍光励起波長（２３）とは異なる可視光背景照明波長（２５）と、を含む放射スペクトル（２２）を有し、
前記照明システム（１０）はさらに、前記照明装置（９）と前記対象物（１７）との間に配置するための照明フィルタ（４１）を含み、
前記照明フィルタ（４１）は、前記蛍光励起波長（２３）に限定された少なくとも１つの蛍光励起通過帯域（９３）と、前記可視光背景照明波長（２５）を含む少なくとも１つの背景照明通過帯域（９５）と、を有し、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の透過率（８８）は、前記背景照明通過帯域（９５）の透過率（８８）よりも高く、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の幅（９２）は、前記背景照明通過帯域（９５）の幅（９２）よりも狭く、
前記照明システム（１０）は、画像プロセッサ（５７）と、光源制御部（７５）と、を含み、
前記画像プロセッサ（５７）は、前記対象物（１７）の少なくとも一部の色（１１２）を特定するように構成されており、
前記光源制御部（７５）は、特定された前記色（１１２）に応じて光源（２９）の放射スペクトル（２２）を変化させるように適合されている、
照明システム（１０）。
少なくとも１つの蛍光体（１９）を含む対象物（１７）を観察するための、蛍光顕微鏡（３）用の照明システム（１０）において、
前記照明システム（１０）は、照明装置（９）を含み、
前記照明装置（９）は、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光励起波長（２３）と、前記蛍光励起波長（２３）とは異なる可視光背景照明波長（２５）と、を含む放射スペクトル（２２）を有し、
前記照明システム（１０）はさらに、前記照明装置（９）と前記対象物（１７）との間に配置するための照明フィルタ（４１）を含み、
前記照明フィルタ（４１）は、前記蛍光励起波長（２３）に限定された少なくとも１つの蛍光励起通過帯域（９３）と、前記可視光背景照明波長（２５）を含む少なくとも１つの背景照明通過帯域（９５）と、を有し、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の透過率（８８）は、前記背景照明通過帯域（９５）の透過率（８８）よりも高く、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の幅（９２）は、前記背景照明通過帯域（９５）の幅（９２）よりも狭く、
前記照明システム（１０）は、強度検出器（６１）を含み、
前記強度検出器（６１）は、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）から放射された蛍光光（１１３）の強度を特定し、特定された前記強度に応じて前記可視光背景照明波長（２５）の少なくとも一部における強度を自動的に調整する、
照明システム（１０）。
前記照明装置（９）は、複数の動作モードを含み、
前記複数の動作モードのそれぞれでは、前記蛍光励起波長（２３）におけるエネルギに対する前記可視光背景照明波長（２５）におけるエネルギの比率がそれぞれ異なっている、
請求項１または２記載の照明システム（１０）。
前記照明装置（９）は、複数の動作モードを含み、
前記複数の動作モードのそれぞれでは、前記可視光背景照明波長（２５）にわたるエネルギの分布がそれぞれ異なっている、
請求項１から３までのいずれか１項記載の照明システム（１０）。
前記照明装置（９）は、それぞれ異なる放射スペクトル（２２）を有する少なくとも２つの光源（２９）を含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の照明システム（１０）。
前記少なくとも２つの光源（２９）のうちの１つの光源の放射スペクトル（２２）は、前記蛍光励起波長（２３）を含み、
前記少なくとも２つの光源（２９）のうちの別の１つの光源の放射スペクトル（２２）は、前記可視光背景照明波長（２５）を含む、
請求項５記載の照明システム（１０）。
複数の異なる光源（２９）によって、それぞれ異なる蛍光体（１９）の蛍光励起波長（２３）が放射される、
請求項５または６記載の照明システム（１０）。
前記少なくとも２つの光源（２９）の放射スペクトル（２２）および強度のうちの少なくとも一方を、相互に独立して適合させるように構成された制御装置（５６）が設けられている、
請求項５から７までのいずれか１項記載の照明システム（１０）。
前記可視光背景照明波長（２５）の強度は、蛍光放射（１１３）の波長（９１）に対して相補的な色（１１２）において少なくとも１つの局所的な最大値（１１１）を有する、
請求項１から８までのいずれか１項記載の照明システム（１０）。
請求項１から９までのいずれか１項記載の照明システム（１０）を含む、顕微鏡（１）。
照明システム（１０）を用いて少なくとも１つの蛍光体（１９）を含む対象物（１７）を照明するための顕微鏡方法において、
前記対象物（１７）を、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光励起スペクトル（２０）における蛍光励起波長（２３）と、前記蛍光励起波長（２３）とは異なる可視光背景照明波長（２５）と、を用いて照明するステップを含み、
前記照明システム（１０）は、照明装置（９）と、前記照明装置（９）と前記対象物（１７）との間に配置するための照明フィルタ（４１）と、を含み、
前記照明フィルタ（４１）は、前記蛍光励起波長（２３）に限定された少なくとも１つの蛍光励起通過帯域（９３）と、前記可視光背景照明波長（２５）を含む少なくとも１つの背景照明通過帯域（９５）と、を有し、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の透過率（８８）は、前記背景照明通過帯域（９５）の透過率（８８）よりも高く、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の幅（９２）は、前記背景照明通過帯域（９５）の幅（９２）よりも狭く、
前記可視光背景照明波長（２５）を、前記対象物（１７）に到達する前に減衰させ、
前記照明システム（１０）の画像プロセッサ（５７）により、前記対象物（１７）の少なくとも一部の色（１１２）を特定し、
前記照明システム（１０）の光源制御部（７５）により、特定された前記色（１１２）に応じて光源（２９）の放射スペクトル（２２）を変化させる、
顕微鏡方法。
照明システム（１０）を用いて少なくとも１つの蛍光体（１９）を含む対象物（１７）を照明するための顕微鏡方法において、
前記対象物（１７）を、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光励起スペクトル（２０）における蛍光励起波長（２３）と、前記蛍光励起波長（２３）とは異なる可視光背景照明波長（２５）と、を用いて照明するステップを含み、
前記照明システム（１０）は、照明装置（９）と、前記照明装置（９）と前記対象物（１７）との間に配置するための照明フィルタ（４１）と、を含み、
前記照明フィルタ（４１）は、前記蛍光励起波長（２３）に限定された少なくとも１つの蛍光励起通過帯域（９３）と、前記可視光背景照明波長（２５）を含む少なくとも１つの背景照明通過帯域（９５）と、を有し、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の透過率（８８）は、前記背景照明通過帯域（９５）の透過率（８８）よりも高く、
前記蛍光励起通過帯域（９３）の幅（９２）は、前記背景照明通過帯域（９５）の幅（９２）よりも狭く、
前記可視光背景照明波長（２５）を、前記対象物（１７）に到達する前に減衰させ、
前記照明システム（１０）の強度検出器（６１）により、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）から放射された蛍光光（１１３）の強度を特定し、特定された前記強度に応じて前記可視光背景照明波長（２５）の少なくとも一部における強度を自動的に調整する、
顕微鏡方法。
前記可視光背景照明波長（２５）にわたるエネルギの分布を、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光放射スペクトル（１１４）に応じて自動的に調整する、
請求項１１または１２記載の顕微鏡方法。
前記可視光背景照明波長（２５）における強度を、前記少なくとも１つの蛍光体（１９）の蛍光放射スペクトル（１１４）において放射された光（２１）の強度に応じて自動的に調整する、
請求項１１から１３までのいずれか１項記載の顕微鏡方法。
前記可視光背景照明波長（２５）における強度を、前記対象物（１７）の少なくとも一部の色（１１２）に応じて自動的に調整する、
請求項１１から１４までのいずれか１項記載の顕微鏡方法。