JP3181514U - 顕微鏡の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】顕微鏡の照明装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つの強度最大及び強度最大間に配置された強度最小を有する第１の強度スペクトルの光をもたらす第１のＬＥＤ１０と、第１の強度スペクトルの強度最小領域に強度最大をそれぞれ有するさらなる強度スペクトルＫ２の光をもたらす少なくとも１つのさらなる第２のＬＥＤ２０と、第１のＬＥＤ１０の光と少なくとも１つのさらなる第２のＬＥＤ２０の光とを結合する装置３０とを有する、顕微鏡２００の照明装置１００であって、照明装置１００により、第１の強度スペクトルの光と、さらなる強度スペクトルのそれぞれの光とで構成される結合強度スペクトルを有する照明光を生成することができる、照明装置１００。
【選択図】図４

Description

本考案は、顕微鏡の照明装置に関する。

細胞診及び病理学では、例えば、染色された標本が、通常、透過光明視野照明を用いて顕微鏡下で調べられる。顕微鏡下で調べられる標本の色は、診断の重要な基準である。

ここ１０年間、ハロゲン灯が、顕微鏡において、例えば、透過光明視野照明の照明手段として使用されている。ハロゲン灯が発する光は主に、黒体放射体（完全放射体）の連続スペクトルに対応する。通常、発せられる放射線の赤外線範囲を大きく減衰させる熱保護フィルタが、ハロゲン灯と共にランプ筐体内に組み込まれる。多くの場合、吸収ガラス（ＫＧ１、２ｍｍ厚）が、熱保護フィルタとして使用される。結果として生成される照明の連続スペクトルにより、ユーザは染色の確実な評価に辿り着くことができる。

特定の光源を用いた照明下で色を評価するために、いわゆる演色評価数（ＣＲＩ）が重要である。これは、同じ相関色温度の光源の色再現性の品質を記述するために使用することができる測光値を意味する。最高で色温度５，０００Ｋまでの演色品質を評価するために使用される基準は、対応する色温度の黒体放射体により発せられる光である。５，０００Ｋを超える色温度では、昼光と同様のスペクトル分布が基準として使用される。例えば、２，７００Ｋの温度を有する黒体放射体のスペクトルが、それ自体が完全放射体に近い近似である家庭の白熱灯の演色の計算に使用される。可視波長範囲内の同じ（相関する）色温度の黒体放射体のスペクトルを完全に複製する各光源は、１００の演色評価数を達成する。白熱電球のようなハロゲン灯は、最高で１００の演色評価数を達成し得る。

顕微鏡法では、ハロゲン灯はますます、既知の利点を有する発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）に取って代わられつつある。これらの利点としては、光の放射がより高く、消費電力がより低く、寿命がより長いことが挙げられる。白色光ＬＥＤが主に、透過光照明に使用される。標準の商用白色光標準ＬＥＤ、青色、紫色、又はＵＶ−ＬＥＤが、一体型帯青ユニットとして、筐体内で光輝性材料と組み合わせられる。通常、黄色の蛍光基板と組み合わせられた青色ＬＥＤが使用される。いくつかの異なる蛍光基板（通常、赤、緑、及び青）を有するＵＶ−ＬＥＤを使用することもできる。加法混色法の原理によれば、白色光はこの種のＬＥＤを用いて生成される。そうして生成される成分は良好な演色性を有し、７０〜９０の演色評価数を有する。しかし、白色光ＬＥＤは連続スペクトルを発しない。青色ＬＥＤに基づく白色光ＬＥＤは、例えば、青色スペクトル範囲（約４５０ｎｍ）で強い放射を有し、青−緑（約５００ｎｍ）で最小の放射を有し、そこから波長が高くなるにつれて強い放射範囲を有し、約５５０ｎｍで最大になり、約６５０ｎｍで急激に低下する。

５００ｎｍでの強度最小と約４５０ｎｍでの強度最大との比率は、ＬＥＤの種類に応じて約１０〜２０％である。この主の非連続スペクトルを標本の照明として使用する場合、色の評価はより困難であり、ハロゲン灯を使用する顕微鏡照明により得られる実験値からずれる。

（特許文献１）はこの問題に対処する。昼光に可能な限り対応する連続スペクトル分布を提供するために、この刊行物は、フィルタを使用して、上述した強度最大の範囲をより低く、ほぼ同一の強度に調整することを提案する。このようにして、連続スペクトルをシミュレートすることができるが、昼光の連続スペクトルにいくらかのみしか対応しない。別の欠点は、そのようなフィルタの使用に付随する強度の損失である。この理由により、使用される白色光ＬＥＤは非常に強力である必要があり、高いエネルギーコスト、顕微鏡内でのより大きな発熱、及び嵩張る構築（必要な冷却手段又はファンにより）に繋がる。

ＤＥ １０ ２００７ ０２２ ６６６ Ａ１

したがって、本考案の課題は、昼光スペクトルに実質的に対応するか、又は観測者によりそのように知覚される、可能な限り連続したスペクトルを効率的に生成することができる強力な照明を顕微鏡に提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する照明装置、請求項１０の特徴を有する照明方法、及び請求項１１の特徴を有する顕微鏡により解決される。

強度スペクトルが互いに相補的な少なくとも２つのＬＥＤを有する顕微鏡の照明を実施する新規の対策により、強度を失わずに連続スペクトル、特に昼光スペクトルを模倣することが可能である。したがって、従来の解決策と比較して、ＬＥＤ出力のサイズは小さく、エネルギー消費の低減及び発熱の低減に繋がる。従来技術による解決策においてある程度使用する必要があるいかなる除熱手段も冷却手段も必要ない。本考案は、第１のＬＥＤの強度最小の領域において強度最大を有する少なくとも１つの他のＬＥＤの使用により補われる第１のＬＥＤの強度最小をもたらす。特に、この種の別のＬＥＤの強度最大は、第１のＬＥＤの強度最小の場所の可能な限り近く、例えば、この最小を中心とした＋／−５〜１０ｎｍの範囲内に配置し得る。有利なことには、第１のＬＥＤの強度最小の範囲内に強度最大を有する２つ以上の、例えば、３つの他のＬＥＤの提供により、この種の第１のＬＥＤの強度最小を補償することも可能である。例えば、第１のＬＥＤの最小の波長よりも低い波長で強度最大を有する第１の追加のＬＥＤと、第１のＬＥＤの強度最小の領域に強度最大を有する第２のＬＥＤと、第１のＬＥＤの最小波長よりもいくらか高い波長に強度最大を有する第３のＬＥＤとを使用することも考えられる。

第２のＬＥＤの強度最大が第１のＬＥＤの強度最小の範囲内にあるべきという規則は、特に、第１のＬＥＤの強度最小の所望の補償を達成するために、これらの極値の位置の差が１０ｎｍ以下であるべきことを意味するものとして解釈されるべきである。

本考案の有利な実施形態は、下位請求項の趣旨である。

第１のＬＥＤが、約４５０ｎｍ及び約５７０ｎｍに強度最大を有し、約５００ｎｍに強度最小を有する白色光ＬＥＤとして実施され、追加のＬＥＤ又は第２のＬＥＤが、約５００ｎｍに強度最大を有する青緑ＬＥＤとして実施されることが好ましい。

通常使用され得るか、又は好ましい白色光ＬＥＤの例として、約５００ｎｍに顕著な最小を有する、（公序良俗違反につき、不掲載）の「自然白色」ＬＥＤを参照する。使用し得る好ましい青緑ＬＥＤの例として、例えば、５００ｎｍに顕著な最大を有する、（公序良俗違反につき、不掲載）のＬＥＤを参照する。これらの２つのＬＥＤ型の強度スペクトルは互いを補うため、フィルタを使用せずに（すなわち、濾波せずに）、昼光スペクトルに大方対応する連続強度スペクトルを生成することが可能である。

好ましくは、第１のＬＥＤ及び少なくとも１つの追加のＬＥＤからの光を結合する装置は、多色ビームスプリッタ（スプリッタ反射器）として実施される。この種のビームスプリッタは、定義されたスペクトル範囲の光を反射しながら、このスペクトル範囲外の光を透過するという特性を有する。

ビームスプリッタの透過特性及び反射特性は、好ましくは、選択されたＬＥＤのスペクトルパターンに密に対応するように選ぶことができる。

特に、ビームスプリッタが、第１のＬＥＤの強度スペクトルと追加のＬＥＤの強度スペクトルとが交差する波長間のみを透過又は代替として反射することが好ましい。特に、これは、第１のＬＥＤの強度スペクトルと第２のＬＥＤの強度スペクトルとが交差する波長間で透過性を有し、他のスペクトル範囲で反射性を有するか、又は代替として、第１のＬＥＤの強度スペクトルと第２のＬＥＤの強度スペクトルとが交差する波長間で反射性を有し、その他のスペクトル範囲で透過性を有するように、多色ビームスプリッタが実施されることを意味する。このようにして、第１の強度スペクトルの光と第２の強度スペクトルの光又は任意の追加の強度スペクトルの光とで構成される結合強度スペクトルを有する照明光が得られる。

好ましくは、ビームスプリッタは、約４８０ｎｍ〜５２０ｎｍのスペクトル範囲を透過し、このスペクトル範囲外を反射するように選択される。ビームスプリッタが約４８０ｎｍ〜５２０ｎｍのスペクトル範囲を反射し、この範囲外を透過することも可能である。

特に好ましくは、ビームスプリッタに入射して、このビームスプリッタから反射される角度は、２０°〜５０°、好ましくは２０°〜３５°、より好ましくは３０°に調整される。

本明細書では、入射角は、従来の用語により、入射光の中心光線とビームスプリッタの表面の法線との角度を意味する。通常、４５°の入射角が使用される。選ばれる入射角が小さいほど、スプリッタ反射器の透過と反射との遷移が急になる。したがって、透過と反射との遷移を特に精密に定義し、より穏やかな、すなわち、より平坦な遷移を伴う強度の損失を最小化することが可能である。

光を結合する装置（ビームスプリッタ）から発せられる照明光が、少なくとも１つのレンズを通して顕微鏡に結合されることが好ましい。

本考案による照明装置は、従来の獣類のすべての範囲の顕微鏡内で使用し得るが、本明細書では、純粋に例として、明視野照明、暗視野照明、透過光照明、及び暗光照明を参照し、これらは、例えば、透過光明視野照明として互いに従来通りに組み合わせて使用することもできる。

実際には、まず、例えば、適した分光計を使用して、使用すべき白色光ＬＥＤのスペクトル放射を厳密に特定することができる。少なくとも１つの適した追加のＬＥＤがこのために選択される。

白色光ＬＥＤ及び追加で使用すべきさらなるＬＥＤのスペクトルパターンの詳細は、例として以下に説明される実施形態において見出すことができる。

上述した特徴及びまだ説明されていない特徴は、指定される特定の組み合わせのみならず、本考案の枠組みから逸脱せずに、他の組み合わせ又は単独でも使用可能なことが理解されよう。

本考案は、例として、添付図面に実施形態により概略的に示され、図面を参照して詳細に後述される。

白色光ＬＥＤ（連続線）及び青−緑ＬＥＤ（破線）の典型的な強度スペクトルを示す。 図１によるＬＥＤの強度スペクトルで構成される、本考案の好ましい実施形態により提供される照明光の強度スペクトルを示す。 図２によるが、青−緑ＬＥＤが強度最大の周囲により広いピークを有するＬＥＤで置換された複合強度スペクトルを示す。 顕微鏡と一緒に、本考案による照明装置の好ましい実施形態を示す。

図１は、波長（ナノメートル単位）に対して描画された異なるＬＥＤの２つの強度パターン又はスペクトルを概略的に示す。示される強度は１００に標準化される。示される波長範囲はおおよそ４３０〜７５０ｎｍ、ひいては紫から青、緑、黄、橙、そして赤への可視波長範囲を含む。

連続線で記される曲線Ｋ１は、青色波長範囲で放射し、例えば、変換着色剤を励起させて、緑−黄スペクトル範囲で発光させる白色光ＬＥＤの典型的なスペクトルパターンを示す。相応して、青色波長範囲での曲線Ｋ１の最初の最大は約４５０〜４６０ｎｍであり、緑−黄スペクトル範囲での２番目の最大は約５５０〜５８０ｎｍである。２番目の最大の範囲が１番目の最大よりも広いことが分かる。これらの最大の間に、最小が約５００ｎｍにある。同種の様々な白色光ＬＥＤの場合（この場合、変換着色剤を有する青色ＬＥＤ）、スペクトルパターンの最大及び最小の位置及び高さが異なり得る。スペクトルパターン内で同様の最大及び最小を有するＬＥＤは、製造業者により特定の色ランクに割り振られる。

昼光スペクトルは、図１に示されず、特に約４５０ｎｍ〜６５０ｎｍで比較的均一（連続した）強度パターンを有する。これから直接、５００ｎｍ前後の範囲に示される白色光ＬＥＤのスペクトルＫ１が、十分に高い程度までは昼光スペクトルを複製できないことが分かる。

破線の曲線Ｋ２は、厳密に５００ｎｍ前後の範囲にスペクトル強度最大を有する第２のＬＥＤ、すなわち、青−緑ＬＥＤ、例えばＯｓｒａｍ ＬＶ Ｗ５ＳＮ型の青−緑ＬＥＤのスペクトルパターンを表す。本考案の概念は、曲線Ｋ１及びＫ２による強度スペクトルを互いに結合して、実質的に連続したスペクトルを生成可能なことである。

図２は、図４を参照して後述される装置を使用して得られ、Ｋ３として示される、図１を参照して上述した２つのＬＥＤの複合強度スペクトルを示す。図１による白色光ＬＥＤのみを使用して可能な強度スペクトルよりもはるかに均一な強度スペクトルを可視スペクトル範囲、すなわち、約４５０〜６５０ｎｍで生成できることが分かる。したがって、本考案によれば、この強度スペクトルＫ３を有する顕微鏡の照明光が提供される。

すでに述べた２つのＬＥＤの強度スペクトルの重ね合わせ又は結合により達成可能な強度スペクトルは、生理学的に昼光におおよそ対応する強度分布を構成する。残っている強度最小はあまりに狭いため、人間の目には問題ではない。さらなるＬＥＤ（例えば、４７０ｎｍ及び／又は５３０ｎｍに強度最大を有する）を追加使用することにより、生成される強度スペクトルを昼光の強度分布のさらに近くに近似することが可能である。

図３は複合強度スペクトルＫ４を示し、このスペクトルＫ４では、図２の第２のＬＥＤが、実際に同じ波長に強度最大を有するが、最大前後の強度パターンがはるかに広いＬＥＤで置換されている。強度最小が図２と比較して高い強度を有することが分かる。

図４では、本考案による照明装置の好ましい実施形態は全体的に１００で示される。この照明装置１００は、照明光を顕微鏡２００に結合するために使用される。顕微鏡については、本明細書では特に説明しない。照明装置の範囲内で関連するいくつかの構成要素について、手短に考察するだけである。

照明装置１００は、白色光ＬＥＤとして提供される第１のＬＥＤ１０を有する。照明装置１００は、青−緑ＬＥＤとして提供される第２のＬＥＤ２０も有する。第１のＬＥＤ１０から発せられた光は、レンズ１２を通して多色ビームスプリッタ３０に向けられ、多色ビームスプリッタ３０で光は２つの強度最大の波長範囲で反射する。第１のＬＥＤ１０の最小のスペクトル範囲、すなわち、おおよそ４０ｎｍ〜５２０ｎｍでは、多色ビームスプリッタ３０は透過性であり、したがって、この光を透過する。ビームスプリッタ３０から反射された後、ＬＥＤ１０から発せられた光は光軸２０２に沿って伝播する。

第２のＬＥＤ２０から発せられた光も、第２のレンズ２２を通った後、多色ビームスプリッタ３０に衝突するが、多色ビームスプリッタ３０によりほぼ完全に、すなわち、４８０ｎｍ〜５２０ｎｍの範囲で透過し、又は通される。換言すれば、多色ビームスプリッタ３０は、第２のＬＥＤ２０が発した波長の光を透過するように実施される。第２のＬＥＤ２０は光軸２０２上に配置される。したがって、ビームスプリッタ３０により透過される、第２のＬＥＤ２０からの光も、この光軸２０２に沿って伝播する。したがって、全体的に、第１のＬＥＤ１０からの反射光とＬＥＤ２０の透過光とが重なり合う。この光は、顕微鏡２００の照明光を構成する。照明光は、別のレンズ４０を通して光軸２０２に沿って顕微鏡２００に結合される。

図４に示される実施形態では、照明光は偏向反射器２０４に衝突し、偏向反射器２０４により下方に、顕微鏡スライド２０６上に保持された物体２０８に向けて偏向される。したがって、照明光は、示される実施形態によれば、透過光照明光として使用される。もちろん、照明装置１００により提供される光をダウンライト照明等の範囲内で使用することも可能である。

図４は、第１のＬＥＤ２０から発せられ、多色ビームスプリッタ３０に衝突する光の入射角が４５°未満であることも示す。入射角とは、ＬＥＤ１０が発した光の中心光線１０ａと、反射器３０の表面の法線３０ａとの角度を指す。しかし、特定の実施形態では、より小さな入射角、例えば、３０°が好ましい。このように入射光がより小さい場合、多色ビームスプリッタ３０の反射−透過遷移に得られる遷移（側面）は急になる。このようにして、ＬＥＤ１０から発せられる光の強度損失を最小化することができる。

変更された構造によれば、両方又はいくつかのＬＥＤを光軸２０２上に実質的に配置することも可能なことに留意されたい。この場合、多色ビームスプリッタを省くことができる。さらに、ビームスプリッタでの強度損失又はビームスプリッタの使用に起因する強度損失を回避することができる。

１０ 第１のＬＥＤ
１２ レンズ
２０ 第２のＬＥＤ
２２ レンズ
３０ 多色ビームスプリッタ
４０ レンズ
１００ 照明装置
２００ 顕微鏡
２０２ 光軸
２０４ 偏向反射器
２０６ 顕微鏡スライド
２０８ 物体
Ｋ１ 第１の強度スペクトル
Ｋ２ 第２の強度スペクトル
Ｋ３ 結合強度スペクトル

通常使用され得るか、又は好ましい白色光ＬＥＤの例として、約５００ｎｍに顕著な最小を有する、「自然白色」ＬＥＤがある。使用し得る好ましい青緑ＬＥＤの例として、例えば、５００ｎｍに顕著な最大を有するＬＥＤがある。これらの２つのＬＥＤ型の強度スペクトルは互いを補うため、フィルタを使用せずに（すなわち、濾波せずに）、昼光スペクトルに大方対応する連続強度スペクトルを生成することが可能である。

Claims (9)

1. 少なくとも２つの強度最大及びこれら強度最大間に配置された強度最小を有する第１の強度スペクトル（Ｋ１）で放射する第１のＬＥＤ（１０）と、前記第１の強度スペクトル（Ｋ１）の強度最小の範囲に強度最大をそれぞれ有するさらなる強度スペクトル（Ｋ２）を有する光を放射する少なくとも１つのさらなるＬＥＤ（２０）と、前記第１のＬＥＤ（１０）の光と前記少なくとも１つのさらなるＬＥＤ（２０）の光とを結合する装置（３０）とを有する、顕微鏡（２００）の照明装置（１００）であって、前記装置（３０）は、前記第１の強度スペクトルの非濾波光と、前記さらなる強度スペクトルのそれぞれの非濾過光とで構成される、連続する結合昼光近似強度スペクトル（Ｋ３）を有する照明光をもたらす、照明装置。
2. 前記第１のＬＥＤ（１０）が、約４５０ｎｍ及び５７０ｎｍに強度最大を有し、約５００ｎｍに強度最小を有する白色光ＬＥＤとして具現化され、約５００ｎｍに強度最大を有する青−緑ＬＥＤとして具現化されるさらなるＬＥＤ（２０）が与えられることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１のＬＥＤ（１０）の光と前記少なくとも１つのさらなるＬＥＤ（２０）の光とを結合する装置（３０）が、多色ビームスプリッタ（３０）として具現化されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記多色ビームスプリッタ（３０）が、前記第１のＬＥＤ（１０）の強度スペクトルと第２のＬＥＤ（２０）の強度スペクトルとが交わる波長間を透過し、その他のスペクトル範囲は反射するように設けられ、又は代替として、前記第１のＬＥＤ（１０）の強度スペクトルと前記第２のＬＥＤ（２０）の強度スペクトルとが交わる波長間を反射し、これらの他のスペクトル範囲を透過するように設けられることを特徴とする、請求項３に記載の照明装置。
5. 前記ビームスプリッタ（３０）が、約４８０〜５２０ｎｍのスペクトル範囲を透過し、その他のスペクトル範囲を反射するように設けられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の照明装置。
6. 前記ビームスプリッタ（３０）が、約４８０〜５２０ｎｍのスペクトル範囲を反射し、その他のスペクトル範囲を透過するように設けられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の照明装置。
7. 前記ビームスプリッタ（３０）に衝突し、前記ビームスプリッタ（３０）から反射される光の入射角が２０°〜５０°であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記装置（３０）により結合される複合強度スペクトル（Ｋ３）を有する照明光を、少なくとも１つのレンズ（４０）を通して前記顕微鏡に結合することができることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の照明装置（１００）を有する顕微鏡（２００）。

Images