(57)【要約】      （修正有）【課題】クリティカル照明用透過光照明装置を有する顕微鏡の提供。【解決手段】検査対象物Ｏクリティカル照明用の透過光照明装置１０を有する顕微鏡１００で、より小さな光放射面を有するＬＥＤ装置を含む光源２０と、カップリングアウト面寸法を備えた一層大きなカップリングアウト面３２を有する光誘導素子３０であって、光源２０から外に放射された光がカップリングアウト面３２に結合され、且つそこから射出されるように、光誘導素子（３０）が配置され、カップリングアウト面３２から射出された光が、最小±１０°で最大±５０°の角度範囲で放射され、且つ５０％未満の強度変動を伴い、少なくとも±５°の角度範囲で５ｍ離れたエリアを照明する光誘導素子３０と、光誘導素子のカップリングアウト面３２と検査対象物Ｏの間のコンデンサ４０であって、開口部４１が完全に照射されるように、コンデンサ４０が配置される。【選択図】図１
2013065003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物（Ｏ）のクリティカル照明用の透過光照明装置（１０）を備えた顕微鏡（１００）にして、より小さな光放射面を備えたＬＥＤ装置を有する光源（２０）と、カップリングアウト面寸法を備えたより大きなカップリングアウト面（３２）を備えた光誘導素子（３０）と、前記光誘導素子の前記カップリングアウト面（３２）と検査前記対象物（Ｏ）の間のコンデンサ（４０）とを備えて構成される顕微鏡であって、
前記光誘導素子（３０）は、前記光源（２０）から放射された光が前記カップリングアウト面（３２）に結合され、且つそこから射出されるように、配置されており、前記カップリングアウト面（３２）から射出された光が、少なくとも±１０°で多くても±５０°の角度範囲で放射され、且つ５０％未満の強度変動を伴い少なくとも±５°の角度範囲で５ｍの距離のエリアを照明し、
前記コンデンサは、開口部寸法（Ａ）を備えた開口部（４１）を有し、且つ前記開口部（４１）が前記カップリングアウト面（３２）から射出された光で完全に照射されるように、配置されている、顕微鏡。
【請求項２】
前記カップリングアウト面寸法（Ｄ）が前記開口部寸法（Ａ）より大きい、請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記カップリングアウト面（３２）がレンズ配置を有する、請求項１または２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記開口部（４１）からの前記カップリングアウト面（３２）の間隔（ｄ）が、前記カップリングアウト面の前記寸法（Ｄ）の少なくとも２倍で、且つ多くても４倍である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項５】
前記開口部（４１）が、光源側にて前記コンデンサ（４０）の焦点に配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項６】
前記カップリングアウト面（３２）と前記コンデンサ（４０）の間の光学経路が折り重ねられない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項７】
前記開口部寸法（Ａ）が、アイリスシャッタによって予め可変に設定できる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項８】
前記カップリングアウト面（３２）と前記コンデンサ開口部（４１）の間の前記光学経路に、好ましくは前記コンデンサ開口部（４１）にすぐ隣接して拡散器（４００、５００）が配置される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項９】
前記拡散器（４００、５００）が、所定の拡散領域（４０１、５０１）を備えたクリアディスクとして具体化される、請求項８に記載の顕微鏡。
【請求項１０】
前記拡散領域（４０１）が円形で、所定の照明開口部に対応する寸法（Ｄ２）を有する、請求項９に記載の顕微鏡。
【請求項１１】
前記拡散領域（５０１）が非円形であり、好ましくは星形である、請求項９に記載の顕微鏡。
【請求項１２】
前記拡散領域（５０１）内における中央の、特に凸部の領域が、所定の照明開口部に対応する寸法（Ｄ２）を有する、請求項１１に記載の顕微鏡。
【請求項１３】
前記拡散器（４００、５００）が、前記光学経路内へ、および前記光学経路から外へ旋回できるように旋回可能に実装される、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の顕微鏡。
【請求項１４】
前記開口部寸法（Ａ）に応じて、前記光学経路内へ、および前記光学経路から外へ前記拡散器（４００、５００）を旋回させる機構が設けられる、請求項１３に記載の顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリティカル照明用の透過光照明装置（透照装置）を有する顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
光顕微鏡検査で用いられる種類の従来の光源は、それら自体、非常に不均質であり（例えば、コイルフィラメントまたはＬＥＤアレイ）、その結果、拡散器、通常は拡散ディスクが、通例、用いられる。しかしながら、これは、対象物の方向における光損失につながり、その結果、光源は、それ相応により明るくなければならない。
【０００３】
簡単な顕微鏡では、光学コンポーネントをほとんど必要としない、いわゆるクリティカル照明が用いられることが多い。通常、少なくともコレクタおよびフィールドシャッタは省くことができる。対象物は、大きなエリアにわたってほぼ平行な光で照射される標本端においてコンデンサの焦点にほぼ配置される。存在するどんな開口部シャッタも、ランプ端においてコンデンサの焦点にほぼ配置される。光源の遠視野における不均質は、対象物画像において直接目に見える。光源の面積が小さすぎる場合に、口径食が対象物画像に生じる。
【０００４】
しかしながら、十分に大きな面積を有する一方で、同時に均質である光源を設けることは、非常に費用がかかる。特に、光学品質に対するより大きな要求を伴うより高品質の顕微鏡に関して、かかる光源は、非常に大きな費用および労力をかけないと提供できない。
【０００５】
高倍率用に十分な光強度を提供できるようにするには、強い照明手段を用いなければならない。ＬＥＤは、多くの利点を有する小型の照明手段として人気がある。しかしながら、通常、十分な高強度照明を達成するために、複数のＬＥＤを用いることが必要である。
【０００６】
ＬＥＤ間の隙間が、特に著しい不均質につながるので、特に異なる倍率用に十分な均質性を提供できるように、拡散器、通常拡散ディスクを用いなければならない。しかしながら、拡散ディスクの使用は、光損失につながり、より明るいＬＥＤおよび／またはより多くのＬＥＤの使用を必要とする。
【０００７】
口径食なしに十分な照明を提供できるように、周知の光源を拡大する必要がある。これは、一方ではレンズ系を、他方では比較的長い光学経路を必要とし、それは、光学経路を折り重ねることを必要とする。これらの両方とも、コストを桁外れに増加させる。
【０００８】
したがって、優れた品質のクリティカル照明の提供は、非常に費用がかかり、それが、高品質顕微鏡において、光源をほとんど必要としないいわゆるケーラー照明だけが実質的に用いられる理由である。しかしながら、そのためには、追加の光学素子が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高品質光顕微鏡用の十分に均質なクリティカル照明を低コストで有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、請求項１の特徴構成を有し、クリティカル照明用の透過光照明装置を備えた顕微鏡が提案される。有利な実施形態は、従属項および以下の説明の主題である。
【００１１】
光源は、少なくとも１つのＬＥＤを含むＬＥＤ装置を有する。発光ダイオードの使用により、コイルフィラメントと比較して電源消費および発せられる熱が低減され、その結果、費用のかかる冷却用に、どんな追加スペースもほとんど必要とされない。ＬＥＤは、従来の白熱電球に勝る利点を有する。なぜなら、ＬＥＤは、小さな容積しかない一方で、高照明出力および低電力消費を伴い、且つ色温度を変化させずに減光できるからである。（以下で説明するような）適切な光誘導素子の使用のおかげて、従来の拡散器を用いることが必要でなくなり、その結果、ＬＥＤ装置が、ほんの少数、好ましくは１つから多くても４つのＬＥＤしか有していない場合でさえ、十分な光強度を達成することができ、したがって、構成を単純化し、且つ特にＬＥＤ間の隙間から発生する不均質を低減する。
【００１２】
光源の指向特性の制御された調整のために、光誘導素子が用いられる。これは、離れた表面の所定の照明（サイズ、輝度の低下等）を生成する。これは、光誘導素子の壁において結合光の方向における異なる変化によって、および／またはカップリングアウト面における適切な構造（例えばレンズ）によって行われる。従来の顕微鏡照明とは対照的に、光誘導素子は、光源のどんな結像も引き起こさない。カップリングアウト面は、コンデンサ開口部の総表面エリアの照明用に十分に大きい。カップリングアウト面が最大コンデンサ開口部より大きい場合に、様々な程度の倍率を備えた対物レンズの対物レンズ瞳がよく照明されることが分かった。上記のように、光源自体は、特に、カップリングアウト面より小さな、比較的小さい光放射エリアを有する。
【００１３】
光誘導素子から進む光は、高光効率用に十分に、且つクリティカル照明用に十分均質に合焦される。この目的のために、光源および光誘導素子を含むシステムは、次のように配置される。すなわち、光誘導素子から進む光が、少なくとも±１０°、且つ多くても±５０°の角度範囲で放射され、且つ５０％未満、好ましくは３５％未満、より好ましくは２５％未満の強度変動を伴い、少なくとも±５°の角度範囲で５ｍの距離におけるエリア（顕微鏡検査において従来的に用いられる円形断面を備えた光学経路において、これは、直径が少なくとも８７．５ｃｍの照明円形エリアに相当する）を照明するように配置される。換言すれば、輝度は、最大５０％、３５％または２５％のみ、光学軸を中心に±５°の範囲内で変動する。
【００１４】
顕微鏡検査照明において均質化用に従来的に用いられる種類の拡散ディスクは、必要とされない。したがって、拡散ディスクに関連する光損失は発生せず、比較的少数のＬＥＤによってさえ十分な輝度が提供される。
【００１５】
適切な光誘導素子が、例えば室内照明技術から周知である。それらは、より小さなカップリングイン面およびより大きなカップリングアウト面を備えたほぼ錐台形である。カップリングアウト面は、好ましくは蜂の巣状構造におけるレンズ配置、好ましくは２０を超えるマイクロレンズを備えたマイクロレンズ配置を有することが多い。それらは、通常、透明プラスティックで作製される。本発明の文脈内において、この種の光誘導素子がまた、クリティカル顕微鏡照明の分野において役立つように使用可能であることが分かった。実際には、他の専門分野からの照明装置は、通常、顕微鏡検査に適していない。なぜなら、顕微鏡において、コンデンサ、対象物面、および対物レンズを通して、ちょうどアイピースの射出瞳に至るまで、ランプおよび照明瞳の結像を伴ういわゆるインターレース光学経路があるからである。この理由で、表面の照明に関係するランプの均質性に関するデータは、顕微鏡照明の均質性に適用することができない。
【００１６】
本発明は、特に交換可能な対物レンズを備えた高品質光顕微鏡用に、すなわち、非常に異なる倍率、したがって同様に非常に異なる均質性および輝度要件用に、非常に均質なクリティカル照明をわずかなコストで提供する。
【００１７】
しかしながら、用いられる光誘導素子に依存にして、近視野、すなわちカップリングアウト面の直後のエリアに不均質が存在する可能性がある。カップリングアウト面とコンデンサ開口部との間の、カップリングアウト面の直径の少なくとも２倍に相当する距離が、２０×以上の倍率を備えた対物レンズ用に、観察下の対象物の十分な均質性を達成することが分かった。
【００１８】
コンデンサ開口部からのカップリングアウト面の距離が大きければ大きいほど、対象物フィールドは、より均質に照明される。しかしながら、距離は、最大限でも、照明光学経路のどんな折り重ねも必要がないような大きさで選択されるのが好ましい。これは、偏向手段が必要とされないので、費用優位につながる。通常、カップリングアウト面の直径の４倍に相当する距離で、依然として、カップリングアウト面とコンデンサとの間の直線光学経路が可能になる。
【００１９】
低倍率および付随する小さな開口において、画像の焦点深度が非常に大きいので、比較的離れたカップリングアウト面でさえ、対象物画像において見ることが可能になる。画像は、不均質になる。しかしながら、低倍率において必要とされる光密度がまた低いので、拡散器（好ましくは拡散ディスク）を、これらの場合に光学経路に設けてもよい。アイピースにおいてコンデンサ開口部（例えば開口部シャッタ）を検出できるように、拡散器は、カップリングアウト面とコンデンサ開口部との間に便宜的に配置される。それは、内外へ旋回できるのが好ましい。それは、光損失をできるだけ最小化するために、コンデンサ開口部の近くに配置するのが好ましい。
【００２０】
同じことがまた、高倍率の対物レンズを用いるときに開口部シャッタ（アイリス）が大部分閉じている場合に、当てはまる。したがって、拡散器が開口部の関数として設けられる場合、すなわち開口部寸法（通常はシャッタ直径）が所定の大きさに達しないときに拡散器が導入される場合が有利である。
【００２１】
用いられる光源が十分に明るい場合に、拡散器はまた、永続的に設けてもよい。
【００２２】
一方では、付随の高焦点深度を備えた小さな開口部寸法用の均質な照明を可能にするために、他方では、高倍率を備えた対物レンズ用に十分な光密度を提供するために、拡散器は、所定範囲の光だけが光学軸を中心に散乱されるように、特に有利な方法で構成される。この目的のために、拡散器は、所定の拡散（好ましくは無光沢）中心領域を備えたクリアディスクとして具体化される。この拡散器は、光学経路に永続的に実装するのに特に適している。
【００２３】
所定の領域が円形であり、且つ０．３５の照明開口部に相当する直径を有する場合が有利であると分かった。（０．３５の開口数は、２０×対物レンズの通常の開口部に相当する。）１．５倍まで大きな直径がまた適切である。なぜなら、この場合に、拡散面が、やはり総カップリングアウト面と比較して小さく、したがって、高倍率において高照明強度がやはり存在するからである。
【００２４】
照明開口部が、より高い倍率でさえ閉じている周知の用途（例えばコントラスト法）がある。照明開口部直径が所定の範囲に近づくと、拡散領域とクリア領域との間のエッジで破壊的な散乱効果が存在し得る。さらに、輝度の低下が強まることによって示されるように、アイリス直径上の対象物フィールドにおける光強度の二次依存性の勾配が変わる。これに対する解決策は、非円形構成、例えば星または他の先細構造の形状をした所定の領域に生じることになろう。非円形（例えば星形）構成の結果、エッジにおける散乱効果は最小化にされ、開口部が閉じている場合に異常な輝度効果はなくなる。非円形領域の無光沢（本質的には円形）中心が、今度は０．３５の照明開口部の所定の直径に対応するべきである。代替または追加として、勾配を備えた無光沢エリアを用いてもよい。
【００２５】
本発明のさらなる利点および実施形態は、説明および添付の図面から明らかになろう。
【００２６】
上で言及した特徴および以下でこれから説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱せずに、提示した特定の組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせまたはそれらの特徴自体で使用可能である。
【００２７】
本発明は、例示的な実施形態によって図面に概略的に表され、且つ以下で図面に関連して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による顕微鏡の好ましい実施形態を概略側面図で示し、スタンドベースが長手方向断面で示されている。
【図２】本発明に適した光誘導素子の好ましい実施形態を、断面図（左）、平面図（中央）、および透視図（右）に示す。
【図３】光誘導素子を備えた適切な光源の放射特性の図を示す。
【図４】本発明に適した拡散器の第１の好ましい実施形態を概略的に示す。
【図５】本発明に適した拡散器の第２の好ましい実施形態を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明による顕微鏡１００の好ましい実施形態を概略側面図で示し、スタンドベースが長手方向断面で示されている。顕微鏡１００は、顕微鏡ステージ９０上に配置された対象物Ｏを検査するために使用される。顕微鏡は、様々な顕微鏡要素、特に透過光照明装置１０、異なる対物レンズ７１を備えた回転対物レンズアレイ７０、およびアイピースを備えた鏡筒８０を支持するためのスタンド６０を有する。
【００３０】
顕微鏡ステージは、回転ノブ９１および９２によって、ｚまたはｘ／ｙ方向に、周知の方法で移動可能である。
【００３１】
透過光照明装置１０には、ＬＥＤ装置として具体化された光源２０が含まれる。エネルギ供給源２１は、ＬＥＤ装置にエネルギを供給する役目をする。ＬＥＤ装置２０の上には、光誘導素子３０、すなわち、照明されることになる対象物Ｏに面する自身の側に寸法（この場合には直径）Ｄの一層大きなカップリングアウト面３２を含む光誘導素子３０が設けられる。光源２０の光放射面（チップ面）は、光誘導素子のカップリングアウト面３２より著しく小さく、好ましくは、そのサイズの半分、３分の１、または４分の１未満である。
【００３２】
照明装置には、本例において調整可能アイリスシャッタとして具体化された、寸法（この場合には直径）Ａのコンデンサ開口部４１を有するコンデンサ４０が含まれる。装置１０を照明する透過光は、検査下の対象物Ｏのクリティカル照明用に設定される。したがって、対象物Ｏは、標本側でコンデンサ４０のほぼ焦点に配置され、開口部シャッタ４１は、ランプ側でコンデンサ４０のほぼ焦点に配置される。
【００３３】
開口部４１からのカップリングアウト面３２の距離ｄは、図示の実施形態においてカップリングアウト面の寸法Ｄの２倍である。
【００３４】
光誘導素子３０は、ＬＥＤ装置２０によって放射された光を、それが１０度〜５０度の角度範囲でカップリングアウト面３２から照らすように誘導する。遠視野において、光は、強度が、主な放射方向を中心に少なくとも５°の範囲において、多くても５０％だけ変動するように（図３を参照）、強度分布を有する。
【００３５】
図２は、光源２０および光誘導素子３０を含むシステムを、断面図（左）、平面図（中央）、および透視図（右）において概略的に示す。
【００３６】
本実施形態において、ＬＥＤ装置２０には、矩形アレイ中に４つの個別ＬＥＤが含まれる。しかしながら、それにはまた、より少数のＬＥＤ、好ましくはただ１つのＬＥＤを含んでもよい。光源としてのＬＥＤ装置２０から放射された光は、適切に成形されたカップリングイン面で光誘導素子３０に結合され、上部のカップリングアウト面３２で再び射出される。カップリングアウト面３２は、マイクロレンズアレイを有し、マイクロレンズは、ハチの巣形である。しかしながら、光誘導素子３０は、光源２０を結像しない。ＬＥＤを備えた光誘導素子の好ましい放射特性が、図３に示されている。
【００３７】
図３は、デカルト図で光強度を示す。５メートルの距離における光強度Ｉ［Ｃｄ］が、ｘ軸上の放射角度［°］に対して、ｙ軸上にプロットされており、用いられる光源２０は、単一のルクシオンレベル白色光ＬＥＤである。放射の重心が光学軸（０°）の領域に位置するように、光が誘導されることが明らかである。したがって、不可欠な照明電力が−１５°〜＋１５°の範囲にあるように、放射光のある視準が行われる。−５°〜＋５°間に、強度における５０％未満の小さな変動だけがあることがまた明らかである。
【００３８】
小さな寸法の開口部４１（開口部シャッタの開口直径Ａ）を備えた図１による顕微鏡において、焦点深度が非常に大きいので、カップリングアウト面の構造が対象物画像において目に見えるようになる可能性がある。これは、望ましくない不均質につながる。この不均質を除去するために、カップリングアウト面３２と開口部４１との間の光学経路に、好ましくは開口部４１に接近して拡散器を設けてもよい。本発明の好ましい実施形態において、拡散器は、図４および５に関連して以下で説明するように、特別に構成される。拡散器は、光学経路に永続的に配置してもよく、または開口部寸法に依存して、内外へ旋回してもよい。この場合に、閾値の開口部寸法（通常は直径）が、あるレベルを下回る場合に、拡散器は内側に旋回され、寸法がこのレベルを超過する場合に、拡散器は、外側に旋回される。閾値の開口部寸法は、０．３５の開口数に対応するのが好ましい。
【００３９】
図４は、この種の拡散器の第１の実施形態４００を示し、図５は、第２の実施形態５００を示す。両方の拡散器とも、所定の領域４０１または５０１において、それぞれ拡散効果を有するように構成された直径Ｄ１のクリアディスクから本質的になる。この目的のために、所定の領域は、例えばサンドブラスティングによって無光沢にされるのが好ましい。直径Ｄ１は、シャドーイングを引き起こさずに拡散器を光学経路に容易に配置できるように選択される。それは、好都合なことに、照明開口部の少なくとも１つの最大可能寸法に対応する。
【００４０】
図４による実施形態には、円形拡散領域４０１が含まれ、その寸法Ｄ２（この場合には直径）は、所定の開口部寸法に一致される（好ましくは０．３５の開口数に対応する）。
【００４１】
図５による実施形態５００は、星形構成であり、一方で中央部における中心（特により凸形の）領域の寸法Ｄ２もまた、所定の開口部寸法に一致される（好ましくは０．３５の開口数に対応する）。中央部の中心領域に加えて、所定の領域５０１は、先細構造をさらに有して、開口部シャッタの閉鎖中における光の急激な減少、および拡散領域からクリア領域への遷移における拡散を特に回避するようにする。
【符号の説明】
【００４２】
１０  透過光照明装置
２０  光源
２１  エネルギ供給源
３０  光誘導素子
３２  カップリングアウト面
４０  コンデンサ
４１  コンデンサ開口部
６０  スタンド
７０  対物レンズアレイ
７１  対物レンズ
８０  鏡筒
９０  顕微鏡ステージ
９１  ノブ
９２  ノブ
１００  顕微鏡
４００  第１の実施形態
４０１  所定の領域
５００  第２の実施形態
５０１  所定の領域
Ａ  開口部寸法
Ｄ  カップリングアウト面寸法
ｄ  距離
Ｄ１  直径
Ｄ２  直径
Ｏ  対象物
【図１】
2013065003.tif 000003
【図２】
2013065003.tif 000004
【図３】
2013065003.tif 000005
【図４】
2013065003.tif 000006
【図５】
2013065003.tif 000007
【外国語明細書】
2013065003000001.pdf
2013065003000002.pdf
2013065003000003.pdf
2013065003000004.pdf