(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの光源（１１０）と、光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）と、を有する顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）に関しており、この場合光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、それぞれ異なる発光領域（３２０，３３０，３４０）を有する異なる蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）を含んだ少なくとも１つの光導波路として形成されており、この場合少なくとも１つの光源（１１０）は、前記少なくとも１つの光源（１１０）からの放射光が蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）の励起のために光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）に入力されるように配置されており、この場合光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）から発光された光が、光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）の光出射面（１４２，１４２’’）に案内され、そこで照明光として出力されるように形成されている。
2019521383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源（１１０）と、光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）と、を有する顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）であって、
前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、それぞれ異なる発光領域（３２０，３３０，３４０）を有する異なる蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）を含んだ少なくとも１つの光導波路として形成されており、
前記少なくとも１つの光源（１１０）は、前記少なくとも１つの光源（１１０）からの放射光が前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）の励起のために前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）に入力されるように配置されており、
前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）から発光された光が、前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）の光出射面（１４２，１４２’’）に案内され、そこで照明光として出力されるように形成されている、
顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項２】
前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、複数の区間（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ）に分割されており、前記区間（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ）の各々は、それぞれ前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）のうちの１つのみを含み、かつ／または、前記区間（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ）の各々は、それぞれ同じまたは少なくとも実質的に同じ発光領域を有する前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）を含む、
請求項１記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの光源（１１０）は、複数の光源を有し、前記区間（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ）毎にそれぞれ前記複数の光源のうちの少なくとも１つが設けられている、
請求項２記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項４】
前記区間（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ）は、それぞれ特定の波長の光を反射または吸収する分離要素（１６１，１６２）によってそれぞれ相互に分離されている、
請求項２または３記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項５】
前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）は、前記異なる蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）を含む少なくとも１つの透明固体として形成されている、
請求項１から４までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項６】
前記異なる蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）は、量子ドットを含む、
請求項１から５までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光源（１１０）の放射光は、前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）から発光される光よりも短い波長を有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光源（１１０）の放射光は、３５０ｎｍと４５０ｎｍとの間の波長を有する、
請求項１から７までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項９】
前記異なる蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）の前記異なる発光領域（３２０，３３０，３４０）は、４００ｎｍと７００ｎｍとの間の波長、特に４５０ｎｍと６７０ｎｍとの間の波長にある、
請求項１から８までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項１０】
前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）は、前記蛍光材料（１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６，１５７）の密度および／または前記発光領域（３２０，３３０，３４０）および／または励起領域が、前記光出射面（１４２，１４２’’）の方向で前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）の長さに沿って所定の分布に従うように前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）内に配置されている、
請求項１から９までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項１１】
前記光変換素子（１４０，１４０’，１４０’’）の、前記光出射面（１４２，１４２’’）に対向する端部（１４１，１４１’’）に反射要素（１４３，１４７）が配置されている、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項１２】
前記光変換素子の前記光出射面（１４２，１４２’’）に、光出力要素（１４４，１４５，１４６）が配置されている、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の顕微鏡照明装置（１００，１００’，１００’’）を備えた顕微鏡（５００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡照明装置ならびにこの種の顕微鏡照明装置を備えた顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡、顕微解剖装置、内視鏡などの科学的および／または医学的機器の照明装置のために、発光ダイオードなどの半導体素子が頻繁に使用される。それぞれ異なる波長領域の光を発光する複数の異なる発光ダイオードを組み合わせることによって、白色の印象を有する照明光を生成することができる。
【０００３】
例えば、独国特許出願公開第１０２０１００６７７８６号明細書（ＤＥ１０２０１００６７７８６Ａ１）では、少なくとも１つの半導体光源と少なくとも１つの光混合素子とを備えた顕微鏡照明具が開示されている。光混合素子では、光入射面を介して入射した光がその内部で混合される。光出射面からは、混合光が光混合素子から出射する。半導体光源は、例えば発光ダイオードである。ここでは、例えば白色の混合光を生成するために、複数の発光ダイオードを使用することができる。類似の照明装置は、例えば、米国特許出願公開第４９２３２７９号明細書（ＵＳ４９２３２７９Ａ１）、米国特許第６７８３２６９号明細書（ＵＳ６７８３２６９Ｂ２）、米国特許出願公開第５５８８０８４号明細書（ＵＳ５５８８０８４Ａ１）、および米国特許第７８９８６６５号明細書（ＵＳ７８９８６６５Ｂ２）にも記載されている。
【０００４】
しかしながら個々の発光ダイオードは、大抵は非常に狭帯域の発光スペクトルしか有していないので、このように生成される照明光は、しばしば均質な白色とはならず、大抵は広帯域の連続スペクトルではなくて一連の個々の離散的なもしくは狭帯域の個別スペクトルを有している。しかしながら、科学的および／または医学的機器のために、広帯域の連続スペクトルを有する均質な白色照明光を提供することが頻繁に必要となる可能性があり、このことはこの種の従来の照明装置を用いたのでは大抵は不可能である。
【０００５】
米国特許出願公開第２００９／００３４２９２号明細書（ＵＳ２００９／００３４２９２Ａ１）は、少なくとも１つのＬＥＤと、それぞれ異なる発光領域を有する異なる波長変換材料を含んだ光導波路と、を有する照明装置を示している。波長変換材料はＬＥＤによって照射され、変換された光は光出射面から出力される。照明装置は、モニタ用のバックライトとして白色光を生成する。
【０００６】
ここでは、可及的に連続的で広帯域ではあるが可変であるスペクトルを有する可及的に均質な白色照明光を生成することができる、改善された照明装置を提供することが望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、独立請求項の特徴を有する顕微鏡照明装置ならびにこの種の顕微鏡照明装置を備えた顕微鏡が提案される。好ましい実施形態は、従属請求項ならびに以下の明細書の対象である。
【０００８】
顕微鏡照明装置は、少なくとも１つの光源と光変換素子とを有する。少なくとも１つの光源は、特に少なくとも１つの半導体光源として、もしくは少なくとも１つの半導体素子として形成されており、例えば少なくとも１つの発光ダイオードとして、かつ／または少なくとも１つのレーザ光源として形成されている。光変換素子は、それぞれ異なる発光領域を有する異なる蛍光材料を含んだ少なくとも１つの光導波路として形成されている。
【０００９】
異なる蛍光材料は、それぞれ１つの励起領域もしくは吸収領域を有し、この場合それらは前記励起領域の波長を有する光をそれぞれ目的に合わせて吸収する。この種の励起の後で蛍光材料は、各発光領域の波長を有する放射光を発光する。個々の材料は、ここではそれぞれ同じ励起領域またはそれぞれ異なる励起領域を有することができる。したがって、蛍光材料により、光変換素子の内部において光を生成することができる。
【００１０】
少なくとも１つの光源は、前記少なくとも１つの光源からの放射光が蛍光材料の励起のために光変換素子に入力されるように配置されている。光源の放射光は、好ましくは蛍光材料の励起領域内にある波長を有する。光変換素子は、蛍光材料から発光された光が光変換素子の光出射面に案内され、そこで照明光として出力されるように形成されている。
【００１１】
光変換素子は、特に完全に蛍光材料から製造されているのではなく、複数の材料が光変換素子内の適切な箇所に導入されている。光変換素子は、目的に合わせて従来の光導波路の特性を有する。特に、光変換素子は透明であるため、光源の放射光は、簡単な方法で光変換素子内に入射させることができる。蛍光材料によって生成された放射光は、光変換素子の内部で目的に合わせて反射もしくは全反射により案内される。
【００１２】
光変換素子は、特に上下に連続してもしくは相前後して配置された１つ以上の光導波路から組み合わされてもよい。これらの個々の光導波路は、目的に合わせて同じ形状または少なくとも実質的に同じ形状を有することができる。個々の光導波路の組み合わせ、特にその中に導入されている蛍光材料の密度および種類は、同一であっても異なっていてもよい。
【００１３】
本発明によれば、一次光源と照明光の生成との間の分離が可能になる。光変換素子は、特に光源の放射光を照明光に変換することを可能にする。照明光の特性は、特に蛍光材料の特性によって決定され、特に使用される光源の特性に依存しないかまたは少なくともほとんど依存しない。蛍光材料を適切に選択することにより、広帯域の連続スペクトルを有する均質な白色照明光が目的に合わせて提供される。
【００１４】
例えば顕微鏡または他の科学的目的のための従来の照明光源には、白色の印象を生成するためにそれらの光が混合される様々な発光ダイオードまたは他の半導体光源がしばしば使用される。しかしながら個々の発光ダイオードは、大抵は非常に狭帯域の発光スペクトルしか有していないので、白色の印象を有する照明光を生成するためにはそれぞれ異なる発光スペクトルを有する複数の異なる発光ダイオードからの組み合わせが必要である。しかしながらこの照明光は、しばしば均質な白色とはならず、大抵は広帯域の連続スペクトルではなくて一連の個々の離散的なもしくは狭帯域の個別スペクトルを有している。さらに、この種の従来の照明光源では頻繁に、複数の異なる光学素子、例えばダイクロイックミラーが必要になる。これらのダイクロイックミラーは、特殊なビーム特性および発光ダイオードの配置構成への正確な適合化が必要である。この種の従来の照明光源は構造的に非常に複雑であり、光学素子の配向において高い精度を必要とする。
【００１５】
それとは対照的に、本発明による照明光源を用いれば、大きな構造的コストをかけることなく、かつ正確に配向された複数の光学素子を必要とせずに、均質な白色照明光を生成することができる。個々の蛍光材料は目的に合わせてそれぞれ広帯域の発光スペクトルを有する。したがって、特に、比較的狭帯域の発光スペクトルを有する光源を使用して、広帯域のスペクトルを有する照明光を提供することが可能になる。
【００１６】
それにより、例えば、異なる発光スペクトルを有する複数の異なる光源を使用する必要はない。複数の蛍光材料がそれぞれ同じまたは類似の励起領域を有する場合、例えば、光変換素子内で全ての蛍光材料を同時に励起するために、同じ種類のまたは同じもしくは類似の発光スペクトルを有する複数の光源を、特に複数の発光ダイオードを使用することができる。それにもかかわらず、蛍光材料の異なる発光領域によって、広帯域の照明光が生成され得る。
【００１７】
さらに、照明光源により、照明光のスペクトル組成もしくはスペクトルをフレキシブルに変更することが可能になる。特に、照明光の個々のスペクトル成分をフレキシブルにオン／オフすることができる。例えば、異なる蛍光材料がそれぞれ異なる個別の励起領域を有する場合、これらの個々の材料の励起のためにこれらの励起領域に特に適合した発光領域を有するそれぞれ相応の光源を設けてもよい。したがって、照明光のスペクトル組成は、簡単でかつフレキシブルな方法で、それぞれの光源をオン／オフすることによって可変になる。
【００１８】
非常にナチュラルに作用する光を表す生成された均質な白色照明光は、特に顕微鏡で観察すべき対象物の照明に適している。しかしながら顕微鏡照明装置は、他の特に科学的および／または医学的目的、例えば顕微解剖装置、内視鏡などのための使用にも適している。
【００１９】
光変換素子は、例えば、ロッド、ファイバ、ディスク、プレートなどとして形成されてもよい。例えば光変換素子は、コアおよびクラッドも有し得る。この場合光はコア内を案内される。クラッドは、ここでは特にコアよりも低い屈折率を有する。特に、個々の光源は、光変換素子の１つ以上の側面に配置されており、それを側面から照明する。例えば、光変換素子は、光源のそばを螺旋状または蛇行状に繰り返し通ることも考えられる。
【００２０】
目的に合わせて、光源は一列以上で配置されている。この種の列では、特に複数の光源のうちの少なくとも２つが相互に隣接して配置されている。特にこれらの列は、それぞれ相互に平行に配置されており、例えば光変換素子の対向側に配置されている。
【００２１】
この種の列で配置された光源は、同じ波長かもしくは少なくとも実質的に同じ波長の放射光を目的に合わせて同じようにまたは構造的に同じように発光する。異なる蛍光材料がそれぞれ異なる個々の励起領域を有する場合、個々の列はそれぞれ特定の材料の励起のために設けられてもよい。したがって、照明光のスペクトル成分は、対応する光源列を活性化または非活性化することによって簡単な方法でオン／オフすることができる。
【００２２】
光変換素子は目的に合わせて円形および／または楕円形および／または多角形の断面を有する。多角形の形状の場合、光源の放射光は、光変換素子の対応する平坦な側面に特に効果的に入力させることができる。例えば、個々の光源はここではこれらの平坦な側面に直接配置することもできる。
【００２３】
特に、光変換素子の断面は、丸み付けられた角を有する多角形の形状を有している。断面がこの種の形状の場合、例えば、個々の蛍光材料から発光された光の特に効果的な混合を保証することができる。さらに斜行ビームが抑制され、このことは、特に光出射面の均質な照明につながる。
【００２４】
目的に合わせて少なくとも１つの光源は、少なくとも１つの能動的および／または受動的冷却装置上に配置されている。例えば、上述した光源列の各々に対して固有の冷却装置を設けてもよい。
【００２５】
好ましくは、光源を制御するための制御装置が設けられている。この制御装置も同様に目的に合わせて能動的冷却装置を制御するように構成されていてもよい。
【００２６】
好ましい実施形態によれば、光変換素子は複数の区間に分割されている。これらの区間の各々は、好ましくはそれぞれ蛍光材料のうちの１つのみを含む。代替的または付加的に、これらの区間の各々は、好ましくはそれぞれ同じまたは少なくとも実質的に同じ発光領域を有する蛍光材料を含む。したがって、光変換素子は、これらの区間の各々において光が異なる発光領域で発光するように複数の区間に分割されている。それにより、特にこれらの区間の各々において、照明光の異なる成分が異なる波長領域で生成される。このようにして、光変換素子のモジュール構成を可能にさせることができ、これによって目的に合わせて照明光のスペクトル成分のフレキシブルなオン／オフが可能になる。
【００２７】
個々の区間は、例えば、それぞれ対応する蛍光材料を含む個々の異なる光導波路によって実現することができる。これらの個々の光導波路は、さらに上述したように、上下に連続してもしくは相前後して配置されてもよい。
【００２８】
好ましくは少なくとも１つの光源は複数の光源を有し、前記複数の光源のうちのそれぞれ少なくとも１つが区間毎に設けられている。特に同じ区間に割り当てられている光源は１つのグループに配置されている。例えばこの種のグループの光源は、上記で説明したように列に配置されてもよい。この種のグループの光源は、それぞれ特に対応する区間のみを照明し、各区間の対応する蛍光材料を励起する。特に異なるグループの光源は、個別にかつ相互に依存することなく活性化もしくは不活性化させることができる。
【００２９】
これらの区間は、好ましくはそれぞれ特定の波長の光を反射または吸収する分離要素によってそれぞれ相互に分離されている。目的に合わせてこれらの分離要素は、それぞれ光源の放射光を吸収または反射する。したがって、特に、各区間においてそこにある蛍光材料によって吸収されなかった光源もしくは光源グループの光が隣接する区間に転送され、そこで場合によっては前記対応する区間が非活性であるにもかかわらず蛍光材料を励起することが防止され得る。
【００３０】
好ましくは、光変換素子は、異なる蛍光材料を含む少なくとも１つの透明固体として形成されている。例えばこの種の固体は、アクリルガラス（ポリメチルメタクリレート；ＰＭＭＡ）などのガラスまたはプラスチックから製造されてもよい。この種の固体では、簡単でかつ構造的に低コストの方法で、異なる蛍光材料を導入することが可能である。さらに、光源の光の簡単な入力ならびに固体内部での効果的な光伝導を保証することができる。
【００３１】
好ましくは異なる蛍光材料は、量子ドット（英記、ｑｕａｎｔｕｍ  ｄｏｔ＝ＱＤ）からなる。量子ドットは、特に半導体材料（例えばＩｎＧａＡｓ，ＣｄＳｅ，ＩｎＰまたはＧａｌｎＰ）からなるナノスコピック材料構造である。量子ドット中の電荷担体（電子、正孔）は、それらの移動度において、それらのエネルギーがもはや連続的な値ではなく、かろうじて離散値しかとることができないように制限されており、そのためこれらの量子ドットは原子と同じように振る舞う。電子の形状、サイズならびに数は、目的に合わせて選択することができるため、量子ドットの電子的および光学的特性はフレキシブルに生じ得る。個々の量子ドットの発光スペクトルは、原子とは対照的に、線スペクトルではなく、特にローレンツ曲線の形状を有する。量子ドットの集合体の発光スペクトルは、特にガウス曲線の形状を有する。なぜなら、異なる発光波長での個々のスペクトルのローレンツ曲線の重畳は特にガウス分布に結び付くからである。
【００３２】
特に好ましくは、異なる蛍光材料の異なる発光領域はそれぞれ、これらの異なる発光領域の全てにおいてそれぞれ光が発光されるときに、均質または少なくとも実質的に均質な白色光が光出射面に提供されるように選択される。目的に合わせて光変換素子は、例えば少なくとも３つの異なる発光領域を有する異なる蛍光材料を含む。この種の異なる発光領域により、目的に合わせて広帯域のスペクトルを有する特に均質な白色照明光が提供され得る。
【００３３】
好ましくは少なくとも１つの光源の放射光は、蛍光材料から発光される光よりも短い波長を有する。それに応じて蛍光材料はそれぞれ、対応する発光領域よりも短い波長の吸収領域を有する。特にこれらの光源は、青色または紫外線領域で発光する。この光は光変換素子により、目的に合わせて可視領域の光に変換される。
【００３４】
好ましくは、少なくとも１つの光源の放射光は、３００ｎｍと５００ｎｍとの間の波長、好ましくは３５０ｎｍと４５０ｎｍとの間の波長を有する。好ましくは異なる蛍光材料の異なる発光領域は、４００ｎｍと７００ｎｍとの間の波長、好ましくは４５０ｎｍと６７０ｎｍとの間の波長にある。例えば蛍光材料の個々の発光領域の中心波長は、それぞれ４５０ｎｍおよび／または４９０ｎｍおよび／または５２５ｎｍおよび／または５４０ｎｍおよび／または５７５ｎｍおよび／または６３０ｎｍおよび／または６６５ｎｍにある。
【００３５】
好ましくは蛍光材料は、蛍光材料の密度および／または発光領域および／または励起領域が、光出射面の方向で光変換素子の長さに沿って所定の分布に従うように光変換素子内に配置されている。特に密度は，光出射面の方向で低減する。特に密度ならびに励起および発光領域の分布が相互に調整され、そのため二次吸収（すなわち蛍光材料から発光された光の吸収）を防止することができ、それによって照明光源の効率を高めることができる。
【００３６】
好ましくは、光変換素子の、光出射面に対向する端部に反射要素、例えば反射被覆が配置されている。光変換素子内の蛍光材料から発光された光がこの端部に案内されると、光は反射要素上で光出射面の方向に反射され、前記光出射面まで案内される。したがって、光出射面においては、目的に合わせて、光変換素子において生成された全てのもしくは少なくとも実質的に全ての放射光が照明光として提供される。
【００３７】
特に反射要素は、蛍光材料の発光領域内の波長を有する光を反射するように構成されている。目的に合わせて反射要素は、特定の波長領域において、例えば蛍光材料の１つの励起領域もしくは全ての励起領域において、透過的であってもよい。したがって、光変換素子の前記端部の後方にも、この特定の波長領域の光を発光する１つ以上の光源を配置することができる。
【００３８】
好ましくは光変換素子の光出射面に光出力要素が配置されている。この光出力要素によって、特に照明光の効果的な出力もしくは放射が保証される。例えば光出力要素は、例えば反射防止被覆などの反射防止要素として、かつ／または放物面集光器として、かつ／または屈折率分布型レンズとして形成されてもよい。
【００３９】
本発明はさらに、本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態を備えた顕微鏡に関する。本発明による顕微鏡の利点および好ましい実施形態も、本発明による顕微鏡照明装置の上記の明細書から同様に明らかとなる。
【００４０】
本発明のさらなる利点および実施形態は、前記明細書および添付の図面から明らかとなる。
【００４１】
上述した特徴ならびに以下でさらに説明する特徴は、それぞれ示された組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなくその他の組み合わせにおいても、あるいは単独でも使用可能であることを理解されたい。
【００４２】
本発明は、実施例に基づき図面に概略的に示されており、さらに以下ではこれらの図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態を概略的に示した側面図
【図２】本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態をそれぞれ概略的に示した断面図
【図３】本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態の蛍光材料からのスペクトルを概略的に示した図
【図４】本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態を概略的に示した側面図
【図５】本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態を備えた本発明による顕微鏡の好ましい実施形態を概略的に示した側面図
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図１には、本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態が側面図で概略的に示され、符号１００が付されている。
【００４５】
顕微鏡照明装置１００は、発光ダイオードの形態の光源１１０を有する。図示の例では、それぞれ４つの発光ダイオードが１つのグループ１１１もしくは１１２に統合されている。これらのグループ１１１および１１２の各々の発光ダイオードは、それぞれ相互に隣接して直線的に一列に配置されている。
【００４６】
これらの発光ダイオードのグループ１１１および１１２の各々に対して、それぞれ能動的冷却装置１２１もしくは１２２が設けられている。
【００４７】
制御ユニット１３０は、個々の発光ダイオード１１０ならびに任意の能動的冷却装置１２１および１２２の制御のために設けられている。特に制御ユニット１３０は、各グループ１１１および１１２の発光ダイオードを一緒に駆動制御することができる。
【００４８】
発光ダイオード１１０は特に同じ種類であり、それぞれ同じ波長領域の放射光、例えば３８０ｎｍと３９０ｎｍとの間の波長領域の紫色光を発光する。
【００４９】
顕微鏡照明装置１００はさらに光変換素子１４０を有する。この光変換素子１４０は、それぞれ異なる発光領域を有する異なる蛍光材料１５１〜１５７を含む光導波路として形成されている。
【００５０】
光導波路は、好ましくは透明固体として形成されており、例えばアクリルガラス（ポリメタクリル酸メチル；ＰＭＭＡ）から製造されている。これらの蛍光材料１５１〜１５７は、製造過程においてアクリルガラス内で固定されるように導入されていてもよい。例えば個々の蛍光材料１５１〜１５７は、それぞれ半導体材料からなる量子ドットとしてアクリルガラス内に導入されていてもよい。
【００５１】
これらの異なる蛍光材料１５１〜１５７は、それぞれ類似の励起領域、例えばそれぞれ３５０ｎｍと４５０ｎｍとの間の励起領域を有し得る。ただし蛍光材料１５１〜１５７の各々は、個別の発光領域を有する。
【００５２】
例えば材料１５１は、４５０ｎｍの中心波長を有し、４００ｎｍと５００ｎｍとの間の発光領域を有し得る。材料１５２は、例えば４９０ｎｍの中心波長を有し、４４０ｎｍと５４０ｎｍとの間の発光領域を有し得る。材料１５３は、５２５ｎｍの中心波長を有し、４７５ｎｍと５７５ｎｍとの間の発光領域を有する。材料１５４の発光領域は、例えば５４０ｎｍの中心波長を有し、４９０ｎｍと５９０ｎｍとの間にわたる。材料１５５の発光領域の中心波長は、例えば５７５ｎｍにあり、領域は５２５ｎｍと６２５ｎｍとの間にわたる。材料１５６は、６３０ｎｍの中心波長を有し、５８０ｎｍと６８０ｎｍとの間の発光領域を有する。材料１５７は、６６５ｎｍの中心波長を有し、６１５ｎｍと７１５ｎｍとの間の発光領域を有する。
【００５３】
光源グループ１１１，１１２は、それぞれ光変換素子１４０の対向側に配置されている。したがって、光源１１０からの放射光を簡単な方法で光変換素子１４０に入力させることができる。
【００５４】
光変換素子１４０内では、光源１１０の光が、異なる蛍光材料１５１〜１５７に吸収される。この励起後、蛍光材料１５１〜１５７は、各発光領域の放射光をそれぞれ発光する。
【００５５】
材料１５１〜１５７から発光されたこの光は、光変換素子１４０内で全反射によってその端部１４１および１４２まで移送される。光変換素子１４０の一方の端部１４１には、反射被覆の形態の反射要素１４３が設けられている。そこから出射される材料１５１〜１５７の放射光は、反射被覆１４３において反射され、その後で光変換素子１４０の他方の端部１４２まで案内される。
【００５６】
光変換素子１４０のこの端部１４２は、蛍光材料１５１〜１５７から発光された光が出力される光出射面と見なすことができる。
【００５７】
照明光のより効果的な出力のために、光出射面１４２には、例えば反射防止被覆１４４の形態の光出力要素が設けられてもよい。さらにこの光出射面１４２には、例えば放物面集光器１４５または屈折率分布型レンズ１４６の形態のさらなる光出力要素を設けることができる。
【００５８】
図２ａには、顕微鏡照明装置１００のラインＡ−Ａに沿った断面図が概略的に示されている。図２ａから認識できるように、光変換素子１４０は、丸み付けされた角を有する矩形の形状の断面を有する。発光ダイオードの２つのグループ１１１および１１２は、断面の対向側に配置されている。
【００５９】
図２ｂには、図２ａに類似した本発明による顕微鏡照明装置１００’の好ましい実施形態の断面図が示されている。この顕微鏡照明装置１００’は、円形の断面を有する光変換素子１４０’を有する。
【００６０】
図３には、図１からの光変換素子の蛍光材料の簡略的スペクトルが概略的に示されている。横座標にはここでは波長がｎｍで示されている。
【００６１】
符号３１０が付された曲線は、蛍光材料１５１〜１５７の励起領域を特徴付ける。さらに図３には３つの発光スペクトル、例えば４５０ｎｍの中心波長を有する、４００ｎｍと５００ｎｍとの間の材料１５１の発光スペクトル３２０と、５４０ｎｍの中心波長を有する、４９０ｎｍと５９０ｎｍとの間の材料１５４の発光スペクトル３３０と、６３０ｎｍの中心波長を有する、５８０ｎｍと６８０ｎｍとの間の材料１５６の発光スペクトル３４０と、が示されている。蛍光材料は量子ドットとして実現されるので、それらのスペクトルはそれぞれローレンツ曲線の形状を有する。
【００６２】
図４には、本発明による顕微鏡照明装置のさらに好ましい実施形態が図１に類似した概略的側面図で示され、符号１００’’が付されている。
【００６３】
顕微鏡照明装置１００’’は、３つの区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃに分割された光変換素子１４０’’を有する。この光変換素子１４０’’の光出射面１４２’’において照明光は出力される。３つの区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃにより、照明光の個々のスペクトル成分をフレキシブルにオン／オフすることが可能になる。
【００６４】
これらの３つの区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃの各々には、それぞれ１種類だけの蛍光材料が含まれる。区間１４０ａには材料１５１のみが導入され、区間１４０ｂには材料１５４が導入され、区間１４０ｃには材料１５６が導入されている。
【００６５】
これらの区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、ここでは前記区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃの各々が別個の光導波路によって形成され、その際これらの３つの光導波路が相前後して配置されることによって実現することができる。
【００６６】
３つの区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃの各々に対して、それぞれ光源グループ１１１ａ，１１１ｂもしくは１１１ｃが設けられている。この例では、これらの光源グループ１１１ａ，１１１ｂおよび１１１ｃの各々において、それぞれ２つの発光ダイオードが能動的冷却装置１２１ａ，１２１ｂもしくは１２１ｃ上に隣接して配置されている。
【００６７】
光源グループ１１１ａは、区間１４０ａ内の材料１５１を励起するために用いられ、それに対して光源グループ１１１ｂは、区間１４０ｂ内の材料１５４を励起するために用いられ、光源グループ１１１ｃは、ここでは区間１４０ｃ内の材料１５６を励起するために用いられる。
【００６８】
制御ユニット１３０’’は、光源グループ１１１ａ，１１１ｂおよび１１１ｃならびに能動的冷却装置１２１ａ，１２１ｂおよび１２１ｃを駆動制御するために設けられている。光源グループ１１１ａ，１１１ｂおよび１１１ｃの各々は、制御ユニット１３０’’により、個別にかつ相互に依存することなく活性化および非活性化させることができる。
【００６９】
個々の光源グループの活性化もしくは非活性化によって、対応する蛍光材料のスペクトル成分は、前記光源グループに割り当てられた各区間の照明光においてフレキシブルにオン／オフすることができる。
【００７０】
区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃは、それぞれ、蛍光材料の励起領域の各光を反射する分離要素１６１もしくは１６２によって相互に分離されている。したがって、特に、１つの区間の材料が隣接区間のグループの発光ダイオードによって励起されることが防止され得る。
【００７１】
発光ダイオードからなるさらなる光源グループ１１３は、光変換素子１４０’’の光出射面１４２’’に対向する端部１４１’’の後方に配置されている。この端部１４１’’には反射被覆の形態の反射要素１４７が設けられているが、この反射要素１４７は、発光ダイオード１１０の発光領域では透過的である。したがって前記グループ１１３の発光ダイオード１１０の光は、直接光変換素子１４０’’内に入力させることができる。
【００７２】
３つの異なる区間１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃにより、蛍光材料１５１，１５４，１５６は、蛍光材料の発光領域が光出射面１４２’’の方向で光変換素子の長さに沿って所定の分布に従うように光変換素子１４０’’内に配置されている。
【００７３】
図５には、本発明による顕微鏡の好ましい実施形態が側面図で概略的に示され、符号５００が付されている。
【００７４】
この顕微鏡５００は、本発明による顕微鏡照明装置の好ましい実施形態、例えば図１に示されている顕微鏡照明装置１００を含んでいる。顕微鏡照明装置１００から光出射面において出力される照明光は、顕微鏡５００のビームパス５０１に入力される。観察すべき対象物５０２は、照明光によって照明される。この顕微鏡５００はさらに、対象物を観察するための対物レンズ５０３ならびに接眼レンズ５０４を有する。この顕微鏡５００は、さらに別の目的に合わせた要素も有し得ることを理解されたい。
【００７５】
図５に示されている顕微鏡５００は、例えば、試料が下方から照明光によって照明されるバックライト型顕微鏡として構成されているが、この顕微鏡は、同様に例えば、試料が上方から照明される反射型顕微鏡として構成されてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１００      顕微鏡照明装置
１００’    顕微鏡照明装置
１００’’  顕微鏡照明装置
１１０      光源、発光ダイオード
１１１      光源グループ、発光ダイオード
１１１ａ    光源グループ、発光ダイオード
１１１ｂ    光源グループ、発光ダイオード
１１１ｃ    光源グループ、発光ダイオード
１１２      光源グループ、発光ダイオード
１１３      光源グループ、発光ダイオード
１２１      能動的冷却装置
１２１ａ    能動的冷却装置
１２１ｂ    能動的冷却装置
１２１ｃ    能動的冷却装置
１２２      能動的冷却装置
１３０      制御ユニット
１３０’’  制御ユニット
１４０      光変換素子
１４０’    光変換素子
１４０’’  光変換素子
１４０ａ    光変換素子の区間
１４０ｂ    光変換素子の区間
１４０ｃ    光変換素子の区間
１４１      光変換素子の端部
１４１’’  光変換素子の端部
１４２      光変換素子の端部、光出射面
１４２’’  光変換素子の端部、光出射面
１４３      反射要素、反射被覆
１４４      光出力要素、反射防止被覆
１４５      光出力要素、放物面集光器
１４６      光出力要素、屈折率分布型レンズ
１４７      反射要素、反射被覆
１５１      蛍光材料
１５２      蛍光材料
１５３      蛍光材料
１５４      蛍光材料
１５５      蛍光材料
１５６      蛍光材料
１５７      蛍光材料
１６１      分離要素
１６２      分離要素
３１０      励起領域
３２０      発光スペクトル
３３０      発光スペクトル
３４０      発光スペクトル
５００      顕微鏡
５０１      ビームパス
５０２      試料
５０３      対物レンズ
５０４      接眼レンズ
【図１】
2019521383.tif 000003
【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019521383.tif 000008
【国際調査報告】
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2019521383.tif 000011
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