(57)【要約】  少なくとも１つの光チャネル（１６；１８；２０）を形成するための、光路（２２）に配置された開口制限器（１２）を有する顕微鏡（１０）が記載されている。前記開口制限器（１２）は、前記少なくとも１つの光チャネル（１６；１８；２０）の開口を設定するために構成されている。前記開口制限器はさらに、第１の動作モードでは第１の光チャネルを、第２の動作モードでは少なくとも１つの第２の光チャネルを、選択的に形成可能であるように構成されている。前記開口制限器はさらに、前記光路の瞳面に配置されている。
2017531828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡（１０）であって、
前記顕微鏡（１０）は、少なくとも１つの光チャネル（１６；１８；２０）を形成するための、光路（２２）に配置された開口制限器（１２）を有し、
前記開口制限器（１２）は、前記少なくとも１つの光チャネル（１６；１８；２０）の開口を設定するために構成されている、
顕微鏡（１０）において、
前記開口制限器（１２）は、第１の動作モードでは第１の光チャネル（１６）を、第２の動作モードでは少なくとも１つの第２の光チャネル（１８）を、選択的に形成可能であるように構成されており、
前記開口制限器（１２）は、前記光路（２２）の瞳面（２４）に配置されている、
ことを特徴とする顕微鏡（１０）。
【請求項２】
前記開口制限器（１２）は、
前記第１の動作モードでは前記第１の光チャネル（１６）が前記光路（２２）の光軸（２６）に対して中央にセンタリングされるように、
前記第２の動作モードでは前記少なくとも第２の光チャネル（１８）が前記光路（２２）の前記光軸（２６）に対して水平方向にシフトされるように、
構成されている、
請求項１記載の顕微鏡（１０）。
【請求項３】
前記開口制限器（１２）は、
前記第２の動作モードにおいて、前記少なくとも第２の光チャネル（１８）と第３の光チャネル（２０）とがシーケンシャルに形成されるように、かつ、前記少なくとも第２の光チャネル（１８）と前記第３の光チャネル（２０）とがそれぞれ前記光路（２２）の光軸（２６）に対して水平方向にシフトされるように構成されている、
請求項１又は２記載の顕微鏡（１０）。
【請求項４】
第１のシャッター（２８ａ）と、第２のシャッター（２８ｂ）と、が設けられており、
前記第１のシャッター（２８ａ）と、前記第２のシャッター（２８ｂ）と、前記開口制限器（１２）と、は、前記第２の動作モードにおいて、
前記少なくとも第２の光チャネル（１８）が形成されるときには前記第１のシャッター（２８ａ）が開放され、かつ、前記第２のシャッター（２８ｂ）が閉鎖されるように、
前記第３の光チャネル（２０）が形成されるときには前記第２のシャッター（２８ｂ）が開放され、かつ、前記第１のシャッター（２８ａ）が閉鎖されるように、
構成されている、
請求項３記載の顕微鏡（１０）。
【請求項５】
前記開口制限器（１２）は、前記第２の動作モードにおいて、前記少なくとも第２の光チャネル（１８）と前記第３の光チャネル（２０）とが、フリッカー融合頻度以上の頻度でシーケンシャルに形成されるように構成されている、
請求項３又は４記載の顕微鏡（１０）。
【請求項６】
前記開口制限器（１２）は、複数の電子制御可能なセグメント（１４ａ〜１４ｉ）を含む、
請求項１から５のいずれか１項記載の顕微鏡（１０）。
【請求項７】
前記複数の電子制御可能なセグメント（１４ａ〜１４ｉ）のそれぞれのセグメントの透過率又は反射率は、個々に制御可能である、
請求項６記載の顕微鏡（１０）。
【請求項８】
前記開口制限器（１２）を制御するための制御装置（３０）と、ズーム系（３２）と、が設けられており、
前記開口制限器（１２）は、前記ズーム系（３２）に設けられており、
前記制御装置（３０）は、前記第１の光チャネル（１６）及び前記第２の光チャネル（１８）のうちの少なくとも一方の光チャネル（１６；１８）の開口が前記ズーム系（３２）のズーム設定に基づいて設定されるように、前記開口制限器（１２）を制御する、
請求項１から７のいずれか１項記載の顕微鏡（１０）。
【請求項９】
前記制御装置（３０）は、前記第１の光チャネル（１６）及び前記第２の光チャネル（１８）のうちの少なくとも一方の光チャネル（１６；１８）の開口が前記顕微鏡（１０）のユーザの少なくとも１つのユーザ選好に基づいて設定されるように、前記開口制限器（１２）を制御する、
請求項８記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのユーザ選好は、所望の最大分解能、所望の一定の画像輝度、又は、被写界深度と分解能との間の所望のトレードオフを含む、
請求項９記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１１】
前記開口制限器（１２）は、
前記開口制限器（１２）の複数の電子制御可能なセグメント（１４ａ〜１４ｉ）の透過率が前記光路（２２）の光軸（２６）から水平方向に連続的に低減していくように、前記第１の光チャネル（１６）及び前記第２の光チャネル（１８）のうちの少なくとも一方の光チャネル（１６；１８）の開口が設定されるように、構成されている、
請求項１から１０のいずれか１項記載の顕微鏡（１０）。
【請求項１２】
前記開口制限器（１２）は、ＬＣＤセグメントの二次元グリッドを有する液晶マトリクスである、
請求項１から１１のいずれか１項記載の顕微鏡（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの光チャネルを形成するための、光路に配置された開口制限器を有する顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術から、絞りの形態の固定的な瞳制限、虹彩絞りの形態の調整可能な瞳制限、ズーム位置によって機械式に強制的に制御される虹彩開口、及び、モータ駆動式の虹彩絞りが公知である。これらは常に、機械式の光不透過性の絞り要素であり、これらの絞り要素は、瞳直径を所望のように制限するために成形されており、かつ、光ビームを瞳の領域に自由に通過させ、かつ、この領域を明確に制限する。
【０００３】
従来技術からはさらに、例えばテレビやコンピュータのモニタのような液晶ディスプレイにおける電子制御式のシャッターが公知である。ここで設けられる画素グリッド（画素アレイ）は、それぞれ個々の画素の輝度値の設定を可能にする。しかしながら、この構成要素の全ての用途は、画像を放射するために使用されており、この場合、いわゆるシャッターマトリクスは画像面に位置している。
【０００４】
公知の機械式の瞳制限は、瞳の調整時に瞳の所定の形状、大抵はほぼ円形の形状を可能にする固定的な絞り又は複数の羽根からなる。公知の機械式の瞳制限は、ほぼ任意の瞳形状、又は水平方向における瞳の移動を、この瞳制限によって非常に限定的にしか可能でないか、又は大きな機械的コストを伴ってしか可能でないという欠点を有する。これに対して瞳制限のフレキシブルな自動制御が、顕微鏡において益々大きな関心を呼んでいる。
【０００５】
公知の機械式の瞳制限はさらに、開口を機械式に調整するための所要時間を無視することができないという欠点を有する。とりわけ公知の機械式の構成要素によれば、開口の高速な調整は実現できないか、又は高いコストを伴ってしか実現できない。これに結びついた構造に対する要求は、高い機械的応力、激しい摩耗、及び顕著な騒音発生をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
公知の従来技術を踏まえて本発明の課題は、少なくとも１つの光チャネルのフレキシブルかつ高速な形成を可能にすると同時に、高画質も可能にする顕微鏡を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、請求項１に記載の特徴を有する顕微鏡によって解決される。有利な発展形態は、従属請求項に記載されている。
【０００８】
請求項１に記載の特徴を有する顕微鏡によれば、少なくとも１つの光チャネルのフレキシブルかつ高速な形成が実現されると同時に、高画質も実現される。なぜなら、とりわけ光路の瞳面に配置された開口制限器が設けられているからである。開口制限器はさらに、少なくとも１つの光チャネルの開口を設定するために構成されている。このことにより、少なくとも１つの光チャネルのフレキシブルかつ高速な形成が可能となると同時に、高画質も可能となる。顕微鏡は、例えばビームスプリッタと、少なくとも１つの接眼レンズを有するチューブとを含む。これにより、少なくとも１つの光チャネルを介して被検物体を視覚的に観察することができる。これに代えて又はこれに加えて、被検物体の撮影画像を３Ｄメガネによって３Ｄスクリーン上に表示してもよい。
【０００９】
開口制限器が、第１の動作モードでは第１の光チャネルを、第２の動作モードでは少なくとも１つの第２の光チャネルを、選択的に形成可能であるように構成されている場合には有利である。好ましくは、開口制限器は、第１の動作モードでは第１の光チャネルが光路の光軸に対して中央にセンタリングされるように、第２の動作モードでは少なくとも第２の光チャネルが光路の光軸に対して水平方向にシフトされるように構成されている。これにより、中央の光チャネルを用いたマクロスコープモードと、非中央の光チャネルを用いた実体顕微鏡モードとを、選択的に提供することが可能となる。
【００１０】
開口制限器が、複数の電子制御可能なセグメントを含む場合には有利である。この場合には、複数の電子制御可能なセグメントのそれぞれのセグメントの透過率又は反射率を個々に制御可能である。これにより、少なくとも１つの光チャネルの形成を比較的フレキシブルに実施することが可能となる。さらには、少なくとも１つの光チャネルの形成を透過型又は反射型に実施することが可能となる。
【００１１】
さらには、開口制限器が、選択的に２つ又は３つ以上の横方向に互いにシフトされた光チャネルも形成されるように構成されている場合には有利である。これにより、複数の異なる動作モードをただ１つの顕微鏡を用いて、しかもレンズ系の変更なしに実現することが可能となる。
【００１２】
さらには、開口制限器が、第２の動作モードにおいて、少なくとも第２の光チャネルと第３の光チャネルとがシーケンシャルに形成されるように、かつ、少なくとも第２の光チャネルと第３の光チャネルとがそれぞれ光路の光軸に対して水平方向にシフトされるように構成されている場合には有利である。これにより、２つのシーケンシャルに形成される非中央に移動された光チャネルを用いた実体顕微鏡モードを提供することができる。
【００１３】
好ましくは、開口制限は、１つの時点に常に厳密に１つの光路が形成されるように制御される。すなわち中央にセンタリングされた１つの開口制限か、又は、第１の非中央に移動された１つの開口制限か、又は、これとは異なるシフトを有するさらに別の非中央に移動された１つの開口制限である。これにより、実体顕微鏡モードを、開口制限器のそれぞれ対応する相異なる設定による、それぞれの光チャネルの同期化された開放及び閉鎖によって、シーケンシャルに実現することが可能となる。
【００１４】
任意選択的に、顕微鏡は、第１のシャッター（又は第１のシャッター要素）と、第２のシャッター（又は第２のシャッター要素）とが設けられていることを特徴としており、第１のシャッターと、第２のシャッターと、開口制限器とは、第２の動作モードにおいて、少なくとも第２の光チャネルが形成されるときには第１のシャッターが開放され、かつ第２のシャッターが閉鎖されるように、第３の光チャネルが形成されるときには第２のシャッターが開放され、かつ第１のシャッターが閉鎖されるように構成されている。
【００１５】
好ましくは、開口制限器は、第２の動作モードにおいて、少なくとも第２の光チャネルと第３の光チャネルとが、フリッカー融合頻度以上の頻度でシーケンシャルに形成されるように構成されている。これにより、実体顕微鏡モードにおいて、被検物体の連続画像を視覚的に撮影することが可能となる。
【００１６】
さらには、顕微鏡に、開口制限器を制御するための制御装置と、ズーム系とが設けられていることを特徴しており、開口制限器が、ズーム系に設けられており、制御装置が、第１の光チャネルと第２の光チャネルのうちの少なくとも一方の光チャネルの開口がズーム系のズーム設定に基づいて設定されるように、開口制限器を制御する場合には有利である。これにより、少なくとも１つの光チャネルの開口を自動的に設定することが可能となる。
【００１７】
好ましくは、制御装置は、第１の光チャネルと第２の光チャネルのうちの少なくとも一方の光チャネルの開口が顕微鏡のユーザの少なくとも１つのユーザ選好に基づいて設定されるように、開口制限器を制御する。これにより、少なくとも１つの光チャネルの開口の自動的な設定に対して、所望のユーザ選好によって影響を与えることが可能となる。
【００１８】
好ましくは、少なくとも１つのユーザ選好は、所望の最大分解能、所望の一定の画像輝度、又は、被写界深度と分解能との間の所望のトレードオフを含む。これにより、少なくとも１つの光チャネルの開口の自動的な設定に対して、フレキシブルに影響を与えることが可能となる。
【００１９】
さらには、複数の電子制御可能なセグメントの透過率が光路の光軸から、すなわち光路の中心から水平方向に連続的に低減していくように、第１の光チャネル及び第２の光チャネルのうちの少なくとも一方の光チャネルの開口が設定されるように、開口制限器が構成されている場合には有利である。これにより、いわゆる瞳アポダイゼーションを実現することが可能となり、これによって画質をさらに向上させることが可能となる。
【００２０】
好ましくは、開口制限器は、ＬＣＤセグメントの二次元グリッドを有する液晶マトリクスである。
【００２１】
これに代えて、光路の瞳面に複数の電子制御可能なセグメントを有する開口制限器の代わりに、対応する機械式の要素によって少なくとも１つの光チャネルを形成するための開口制限器を設けてもよい。
【００２２】
本発明のさらなる特徴及び利点は、本発明を実施例に基づいて添付の図面に関連してより詳細に説明する以下の記載から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】中央の光チャネルを形成するための、光路に配置された開口制限器を有する、本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【図２】非中央の光チャネルを形成するための、光路に配置された開口制限器を有する、図１の本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【図３】透過型において２つの非中央の光チャネルを形成するための、光路に配置された開口制限器を有する、図１の本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【図４】反射型において２つの非中央の光チャネルを形成するための、光路に配置された開口制限器を有する、図１の本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【図５ａ】光路に配置されたビームスプリッタを有する、図１の本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【図５ｂ】光路に配置されたビームスプリッタを有する、図１の本発明に係る顕微鏡の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、中央の光チャネル１６を形成するための、光路２２に配置された開口制限器１２を有する、本発明に係る顕微鏡１０の概略図を示す。顕微鏡１０は、被検物体３８の画像４２を検出するために使用される。図１に示されているように顕微鏡１０は、対物レンズ３６及びズーム系３２を含む。対物レンズ３６及びズーム系３２は、被検物体３８と検出画像４２との間にある光路２２に配置されている。対物レンズ３６は、被検物体３８の方を向いている。ズーム系３２はさらに、光の流れ方向で対物レンズ３６の下流に配置されている。光の流れ方向は、被検物体３８から検出画像４２への光ビームの方向として定義されている。図１に示されているようにズーム系３２は、複数のレンズ群３４ａ〜３４ｅを含む。ズーム系３２のレンズ群３４ａ〜３４ｅは、とりわけ光の流れ方向で順次連続して配置されている。ズーム系３２は、顕微鏡１０のための所望のズーム設定を設定するために使用される。
【００２５】
全ての実施例において、光路２２の光軸２６は、対物レンズ３６及びズーム系３２のレンズ群３４ａ〜３４ｅの対称軸に一致する。光路２２の光軸２６は、とりわけレンズ群３４ａ〜３４ｅによって形成されるレンズ系の光軸に一致する。
【００２６】
図１に示された顕微鏡１０の開口制限器１２は、光路２２の瞳面２４に配置されている。瞳面２４は、ズーム系３２のレンズ群３４ｂと３４ｃとの間に位置しており、光軸２６に対して垂直である。図１に示されているように開口制限器１２は、複数の電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉを含む。この場合には、複数の電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのそれぞれのセグメントの透過率を個々に制御可能である。図１の開口制限器１２は、中央の光チャネル１６の開口を設定するために使用される。中央の光チャネル１６は、開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって得られる。
【００２７】
中央の光チャネル１６は、瞳面２４に位置する開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって制限されたビーム束として定義されている。ビーム束は、被検物体３８と検出画像４２との間に延在する光ビームを含む。ビーム束はさらに、ビーム制限の実施によって画定されるビーム縁部４４ａ，４４ｂを含む。すなわち、中央の光チャネル１６は、開口制限器１２によって制限されたビーム束のビーム縁部４４ａ，４４ｂを含む。
【００２８】
図１に示された顕微鏡１０の場合、中央の光チャネル１６の開口は、軸に近いセグメント１４ｂ〜１４ｈの透過率を１とし、その一方で、軸から遠いセグメント１４ａ，１４ｉの透過率を０とすることによって設定される。軸に近いセグメント１４ｂ〜１４ｈは、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、光軸２６を中心とした中央の領域に配置されているセグメントであり、その一方で、軸から遠いセグメント１４ａ，１４ｉは、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、この中央の領域の外側に配置されているセグメントである。これにより、中央の光チャネル１６は、光軸２６を中心とした中央の領域でのみ形成され、この中央の領域では、開口制限器１２の透過率は最大であり、すなわち１である。
【００２９】
上記の透過率の設定の代わりに、常に透過率０とすべき最も外側のセグメント１４ａ，１４ｉを省略することも可能である。この場合には、構成要素１２の最大開口は、適当なフレームによって制限されるので、アクティブなセグメントだけを製造すればよい。
【００３０】
図１によれば、顕微鏡１０のためのマクロスコープモードを実現することができる。この場合には、光路に大きい中央のアパーチャ開口が設けられている。画像縁部の主ビームは、図１では破線４０によって示されている。
【００３１】
図２は、非中央の光チャネル１８を形成するための、光路２２に配置された開口制限器１２を有する、図１の本発明に係る顕微鏡１０の概略図を示す。図２に示されているように非中央の光チャネル１８は、光路２２の光軸２６に対して水平方向にシフトされている。水平方向は、光軸２６に対して垂直な方向として定義されている。
【００３２】
図２の開口制限器１２は、非中央の光チャネル１８の開口を設定するために使用される。非中央の光チャネル１８は、開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって得られる。非中央の光チャネル１８は、瞳面２４に位置する開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって制限されたビーム束として定義されている。ビーム束は、被検物体３８と検出画像４２との間に延在する光ビームを含む。ビーム束はさらに、ビーム制限の実施によって画定されるビーム縁部４４ａ，４４ｂを含む。すなわち、非中央の光チャネル１８は、開口制限器１２によって制限されたビーム束のビーム縁部４４ａ，４４ｂを含む。
【００３３】
非中央の光チャネル１８の開口は、非中央の領域に配置されているセグメント１４ｆ〜１４ｈの透過率を１とし、その一方で、残りのセグメント１４ａ〜１４ｅ及び１４ｉの透過率を０とすることによって設定される。非中央の領域に配置されているセグメント１４ｆ〜１４ｈは、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、光軸２６上に位置する中央のセグメント１４ｅと縁部のセグメント１４ｉとの間に設けられている。これにより、非中央の光チャネル１８は、この非中央の領域でのみ形成され、この非中央の領域では、開口制限器１２によって設定される透過率は最大であり、すなわち１である。
【００３４】
任意選択的に、常に透過率０とすべき最も外側のセグメント１４ａ，１４ｉを省略することも可能である。この場合にも、構成要素１２の最大開口は、適当なフレームによって制限される。
【００３５】
図２によれば、顕微鏡１０のための実体顕微鏡モードを実現することができる。この場合には、光路に非中央の部分瞳開口が設けられている。図２では、実体顕微鏡モードが、一例として顕微鏡１０の左側のチャネルに関して図示されている。
【００３６】
図３は、透過型において２つの非中央の光チャネル１８，２０を形成するための、光路に配置された開口制限器１２を有する、図１の本発明に係る顕微鏡１０の概略図を示す。図３に示されているように２つの非中央の光チャネル１８，２０は、それぞれ光路２２の光軸２６に対して水平方向にシフトされている。２つの非中央の光チャネル１８，２０は、光軸２６に対して対称に配置されている。
【００３７】
図３の開口制限器１２は、２つの非中央の光チャネル１８，２０の開口を設定するために使用される。２つの非中央の光チャネル１８，２０は、開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって得られる。
【００３８】
２つの非中央の光チャネル１８，２０は、瞳面２４に位置する開口制限器１２によって実施されるビーム制限によって制限されたビーム束としてそれぞれ定義されている。ビーム束は、被検物体３８と検出画像４２との間に延在する光ビームを含む。ビーム束はさらに、ビーム制限の実施によって画定されるビーム縁部４４ａ，４４ｂ又は４４ｃ，４４ｄを含む。すなわち、２つの非中央の光チャネル１８，２０は、開口制限器１２によって制限されたビーム束のビーム縁部４４ａ，４４ｂ又は４４ｃ，４４ｄを含む。
【００３９】
２つの非中央の光チャネル１８，２０の開口は、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、非中央に配置されているセグメント１４ｂ〜１４ｄ又は１４ｆ〜１４ｈの透過率を１とし、その一方で、残りのセグメント１４ａ，１４ｅ，１４ｉの透過率を０とすることによって設定される。非中央の領域に配置されているセグメント１４ｂ〜１４ｄ又は１４ｆ〜１４ｈは、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、光軸２６上に位置する中央のセグメント１４ｅと縁部のセグメント１４ａ又は１４ｉとの間に設けられている。これにより、２つの非中央の光チャネル１８，２０は、この非中央の領域でのみ形成され、この非中央の領域では、開口制限器１２によって設定される透過率は最大であり、すなわち１である。
【００４０】
任意選択的に、常に透過率０とすべき最も外側のセグメント１４ａ，１４ｉを省略することも可能である。この場合にも、構成要素１２の最大開口は、適当なフレームによって制限される。
【００４１】
図３によれば、顕微鏡１０のための実体顕微鏡モードを実現することができる。この場合には、光路に２つの非中央の部分瞳開口が設けられている。図３には、実体顕微鏡モードが、一例として顕微鏡１０の左側のチャネル及び右側のチャネルに関して図示されている。
【００４２】
図３の実体顕微鏡モードでは、２つの非中央の光チャネル１８，２０がシーケンシャルに形成される。
【００４３】
２つの非中央の光チャネル１８，２０のシーケンシャルな形成は、左側のチャネルと右側のチャネルとを切り替える頻度、又は、右側のチャネルと左側のチャネルとを切り替える頻度がフリッカー融合頻度以上となるように、開口制限器１２によって実施される。この切り替える頻度は、５０Ｈｚよりも高いことが好ましい。
【００４４】
図４は、反射型において２つの非中央の光チャネル１８，２０を形成するための、光路２２に配置された開口制限器１２を有する、図１の本発明に係る顕微鏡１０の概略図を示す。図４に示されているように開口制限器１２は、光軸２６に対して４５°の角度で方向決めされている。図１〜図３に示された光路とは異なり、図４の光路２２は屈曲されている。図４に示された光路２２は、光の流れ方向で開口制限器１２の上流に第１の区分を含み、光の流れ方向で開口制限器１２の下流に第２の区分を含む。ズーム系３２はさらに、光路２２の第１の区分に配置されているレンズ群３４ａ，３４ｂと、光路２２の第２の区分に配置されているレンズ群３４ｃ〜３４ｅと、を含む。この場合にも、ズーム系３２のレンズ群３４ａ〜３４ｅは、光の流れ方向で順次連続して配置されている。
【００４５】
図４に示されているように光軸２６に対して４５°の角度で配置された開口制限器１２は、ズーム系３２のレンズ群３４ｂと３４ｃとの間に設けられている。図１〜図３とは異なり、図４に示された開口制限器１２の場合には、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのそれぞれのセグメントの反射率を個々に制御可能である。２つの非中央の光チャネル１８，２０の開口は、電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉのうち、少なくともそれぞれの非中央の光チャネル１８，２０に対応付けられたセグメント１４ｂ〜１４ｄ又は１４ｆ〜１４ｈの反射率を１とすることによって設定される。反射型において形成された図４の非中央の光チャネルは、透過型において形成された図３の非中央の光チャネルに実質的に相当する。
【００４６】
図４によれば、顕微鏡１０のための実体顕微鏡モードを、反射型においてシーケンシャルに形成された２つの非中央の光チャネル１８，２０によって実現することができる。
【００４７】
図５ａ及び図５ｂは、光路２２に配置されたビームスプリッタ４６を有する、図１の本発明に係る顕微鏡１０の概略図を示す。図５ａ及び図５ｂに示された顕微鏡１０はさらに、第１のシャッター要素２８ａ及び第２のシャッター要素２８ｂを含む。図５ａ及び図５ｂの光路２２に配置された開口制限器１２は、２つの非中央の光チャネル１８，２０の開口をシーケンシャルに設定するために使用される。ビームスプリッタ４６は、光の流れ方向でズーム系３２の下流に配置されている。ビームスプリッタ４６は、軸４８を有する出射光路を形成するために使用される。第１のシャッター要素２８ａ及び第２のシャッター要素２８ｂは、光の流れ方向でビームスプリッタ４６の下流に配置されている。第１のシャッター要素２８ａは、非中央の光チャネル１８，すなわち左側のチャネルを開閉するために使用され、その一方で、第２のシャッター要素２８ｂは、非中央の光チャネル２０，すなわち右側のチャネルを開閉するために使用される。図５ａ及び図５ｂに示された顕微鏡１０は、左側のチャネルのための第１の接眼レンズと、右側のチャネルのための第２の接眼レンズと、を含む。第１の接眼レンズは、非中央の光チャネル１８を介して第１の画像４２ａを検出するために使用され、その一方で、第２の接眼レンズは、非中央の光チャネル２０を介して第２の画像４２ｂを検出するために使用される。
【００４８】
図５ａに示されているように第１のシャッター要素２８ａと、第２のシャッター要素２８ｂと、開口制限器１２と、は、左側のチャネル１８が形成されるときには第１のシャッター要素２８ａが開放され、かつ第２のシャッター要素２８ｂが閉鎖されるように、同期化されている。さらに図５ｂに示されているように第１のシャッター要素２８ａと、第２のシャッター要素２８ｂと、開口制限器１２と、は、右側のチャネル２０が形成されるときには第２のシャッター要素２８ｂが開放され、かつ第１のシャッター要素２８ａが閉鎖されるように、同期化されている。
【００４９】
これにより、図５ａの構成の場合には、第１のシャッター要素２８ａが開放されている状態において左側のチャネル１８が第１の接眼レンズのために提供される。左側のチャネル１８は、被検物体３８と、第１の接眼レンズによって検出される画像４２ａと、の間に延在している光ビームのビーム束として定義されており、ただし、ビーム束は、ビーム縁部４４ａ，４４ｂを含む。図５ａの構成の場合にはさらに、ビームスプリッタ４６から出射された光ビームのビーム束は、第２のシャッター要素２８ｂが閉鎖されている状態において、この第２のシャッター要素２８ｂによって遮断される。これにより、この場合には画像４２ａだけが第１の接眼レンズによって検出される。
【００５０】
図５ｂの構成の場合にはさらに、第２のシャッター要素２８ｂが開放されている状態において右側のチャネル２０が第２の接眼レンズのために提供される。右側のチャネル２０は、被検物体３８と、第２の接眼レンズによって検出される画像４２ｂと、の間に延在している光ビームのビーム束として定義されており、ただし、ビーム束は、ビーム縁部４４ｃ，４４ｄを含む。図５ｂの構成の場合にはさらに、ビームスプリッタ４６を通過する光ビームのビーム束は、第１のシャッター要素２８ａが閉鎖されている状態において、この第１のシャッター要素２８ａによって遮断される。これにより、この場合には画像４２ｂだけが第２の接眼レンズによって検出される。
【００５１】
図５ａ及び図５ｂによれば、２つの接眼レンズによる実体顕微鏡観察のために、左側の画像、すなわち第１の接眼レンズによって検出される画像４２ａ、又は、右側の画像、すなわち第２の接眼レンズによって検出される画像４２ｂを形成するための光路が実現される。図５ａには、左側の、すなわち第１の接眼レンズによる左側の透視のための画像検出が概略的に図示されている。図５ｂにはさらに、右側の、すなわち第２の接眼レンズによる右側の透視のための画像検出が概略的に図示されている。図５ａ又は図５ｂの構成によって実体顕微鏡モードを提供することができる。この実体顕微鏡モードでは、２つの接眼レンズによる実体顕微鏡観察が可能となる。この場合には、複数の同期化されたシャッター要素によって、これら２つの接眼レンズに、フリッカー融合頻度を上回る頻度で実体画像を供給することができる。
【００５２】
顕微鏡１０は、回折制限された分解を特徴としており、いずれの構成においても光回折限界まで分解する。とりわけ５５０ｎｍの波長の場合、以下の関係式
Ｒ＝３０００・ｎＡ
が当てはまる。ただし、Ｒは、１ｍｍ当たりの線対（ラインペア）における分解能であり、ｎＡは、開口数である。
【００５３】
図１〜図４、図５ａ及び図５ｂを参照すると、顕微鏡１０は、ズーム系３２に設けられた開口制限器１２を制御するための制御装置３０を含む。開口制限器１２は、少なくとも１つの光チャネル１６；１８；２０の開口がズーム系３２のズーム設定に基づいて設定されるように、制御装置３０によって制御される。開口制限器１２はさらに、少なくとも１つの光チャネル１６；１８；２０の開口が所望のユーザ選好に基づいて設定されるように、制御装置３０によって制御されることができる。ユーザ選好は、所望の最大分解能、所望の一定の画像輝度、又は、被写界深度と分解能との間の所望のトレードオフを含む。とりわけ、ズーム系３２に設けられた開口制限器１２を制御する場合に、以下の３つのシナリオを実現することが可能である。
【００５４】
第１のシナリオでは、光チャネルの開口が可能な限り大きく設定される。すなわち、開口制限器１２を使用して、所与のレンズデザインにおいて可能である限り最大のビーム断面積が設定される。この第１のシナリオでは、ユーザは、可能な限り最高の顕微鏡分解能を獲得する。なぜなら、開口数（ｎＡ）が可能な限り最大に設定されているからである。換言すると、開口を最大に設定することによって最高の分解能が実現される。第２及び第３のシナリオでは、特定の用途に応じた利点を実現するためにそれぞれの開口が所望のように縮小される。いずれのズーム設定においても同一の画像輝度を維持するため、例えば一定の露光時間のために、第２のシナリオでは、以下の条件式
倍率・ｎＡ＝一定
が満たされるように、光チャネルの開口が設定される。第１のシナリオでは、ズーム過程にわたるそれぞれの最大可能開口は、必ずしも上記の関係式に従わないので、このことを、開口制限器１２のための適切な制御によって任意選択として選択できるようにすることが適当である。第３のシナリオではさらに、分解能を犠牲にして増加した被写界深度が得られるように、光チャネルの開口を設定することができる。この場合には、開口は、第１のシナリオ又は第２のシナリオの値の例えば５０％に設定される。上で説明した３つのシナリオは、所望のユーザ選好によって制御することが可能である。
【００５５】
開口制限器１２を光学ズーム系３２に挿入することによって、開口をフレキシブルに、かつズーム設定に応じて可変的に制御することが可能となる。
【００５６】
図１〜図４、図５ａ及び図５ｂに示された開口制限器１２は、とりわけＬＣＤ（“Liquid Crystal Display”）セグメントの二次元グリッドを有する液晶マトリクスである。
【００５７】
とりわけ図１〜図３によれば、大きい中央のアパーチャ開口を用いたマクロスコープモードと、２つの非中央の部分瞳開口を用いた実体顕微鏡モードと、を選択的に提供することができる。これら２つの動作モードの選択的な提供は、ただ１つの顕微鏡１０において実現される。
【００５８】
顕微鏡１０は、それぞれの目による視覚的な観察のために、実体顕微鏡モード用のステレオチューブ、すなわち２つの接眼レンズを有するチューブを含む。これに代えて又はこれに加えて、被検物体の撮影画像を３Ｄメガネによって３Ｄスクリーン上に表示することも可能である。
【００５９】
開口制限器１２は、大きさ、すなわち横断面の水平方向の寸法と、位置、すなわち光軸２６に対して水平方向にシフトされた位置と、例えば円形のような形状と、が可変的に設定可能となるように構成されている。開口制限器１２はさらに、光チャネルの個数を設定するために使用される。
【００６０】
さらには、少なくとも１つの光チャネル１６；１８；２０の開口を、複数の電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉの透過率が光路２２の光軸２６から水平方向に連続的に低減していくように、開口制限器１２によって設定することができる。これにより、透過率の矩形関数の代わりに、光軸２６を横断する方向における透過率の経過を、例えば正弦波形の経過のような連続的な経過にすることが可能である。
【００６１】
本発明は、光路２２に電子制御可能な瞳制限要素、すなわち開口制限器１２が設けられた顕微鏡１０を提供する。制御によって瞳直径と、とりわけ水平方向、すなわち光軸を横断する方向における瞳位置と、瞳分割又は瞳形状とを、可変的に電子的に設定することが可能となる。瞳は、光路２２における開口又はアパーチャに相当する。
【００６２】
開口制限器１２は、例えば液晶マトリクスを含むことができ、液晶ディスプレイの画素マトリクスと同様に構成することができる。開口制限器１２は、とりわけ透過型において光路２２の瞳の位置に挿入される。開口制限器１２のマトリクス要素、とりわけ電子制御可能なセグメント１４ａ〜１４ｉを制御することによって、透過率を局所的にスイッチオン又はオフすることができる。これによって瞳の大きさ、水平方向における瞳開口の位置、又は瞳形状を、フレキシブルに、とりわけ電子的に制御することができる。
【００６３】
これに代えて、開口制限器１２は、例えばプロジェクタにおいて画素のスイッチオン／オフのために使用されるようなマイクロミラーグリッド、すなわちマイクロミラーアレイ又はＬＣＯＳ（“Liquid Crystal on Silicon”）要素を含むことも可能である。この場合には、開口制限器１２は、反射型において光路２２に挿入され、従って、このことにより若干より大きい光波長が要求される。
【００６４】
本発明によれば、開口制限器１２は、瞳面２４において使用され、すなわち画像面において使用されるのではない。従って、開口制限器１２は、本発明に係る開口制限器１２の使用時に開口制限器１２の多数のマトリクス要素によって拡大される、透過された又は反射された波面の均一性の維持に関して特別な要求を満たしていることが求められる。
【００６５】
本発明によれば、開口制限器１２は、光路２２の瞳面２４においてシャッターマトリクスの形態で使用され、とりわけ開口を制御するために使用される。従って、それぞれ異なる用途に応じて、開口制限器１２に対してそれぞれ異なる技術的要求も生じる。瞳においては、それぞれの画像点のビーム束が定められた通りに瞳の横断面全体にわたって延在しているので、それぞれの画像点の拡大された波面が、開口制限器１２を、横断面全体において顕著な波面ひずみなく、すなわちλ／４（λは波長）よりも格段に良好に通過することを保証すべきである。このことは、公知のＬＣＤを使用した場合には保証されておらず、また必要でもない。なぜなら、公知のＬＳＤの場合には、それぞれの画像点の波面がマトリクスの厳密に１つの要素に由来しており、拡大されていないからである。
【００６６】
本発明によれば、巨視的な機械式動作なしにとりわけ短時間で、すなわち１０ｍｓ未満の切り替え時間で、種々の形状又は種々の位置に瞳を制限することが可能な電子制御式のシャッターマトリクスを、顕微鏡において提供することが可能となる。
【００６７】
とりわけ開口を機械式に調整するための所要時間を無視することができず、また、例えばビデオカメラの２つのフレーム間での例えば３０Ｈｚのような高速の調整が不可能であった公知のシステムとは対称的に、本発明によればそれどころか、人間の目のフリッカー頻度を上回る頻度での切り替えさえも可能となる。このことは、公知の機械式の構成要素を用いた場合には実現することが不可能であるか、又は構造の動作に対する非現実的に高いコストを意味していて、とりわけ高い機械的応力、激しい摩耗、及び顕著な騒音発生と結びついているということが判明している。
【００６８】
とりわけ、機械式の瞳制限に代えて、開口制限器１２を用いた電子制御式の瞳制限によって、コンパクトであり、摩耗がなく、フレキシブルであり、かつ高速に設定可能である要素の利点が提供されることが判明した。本発明によれば、ズーム特性、とりわけ最大分解能、一定の輝度、又は、最大被写界深度に関する種々異なるユーザ選好を、瞳制限のために開口制限器１２を使用することによって理想的に、すなわち機械的コストなく、しかもファームウェアプログラミングによるだけで実施することが可能となる。瞳制限を水平方向に移動させることにより、複数の異なる透視角度からの画像検出が可能となる。本発明によれば光チャネルを電子的に設定することが可能であるので、透視撮影のための角度を極めてフレキシブルに選択することが可能となる。このことにより、物体を複数の異なる角度からシーケンシャルにデジタルに検出することが可能となり、かつ、３Ｄディスプレイを用いた３Ｄ再構成又は３Ｄ表示が可能となる。これによってさらには、大きい、好ましくは中央の瞳開口を用いた高分解能のマクロモードと、水平方向にシフトされたより比較的小さい部分瞳を用いた透視モードとの間の切り替えが可能となる。これによって、とりわけ弱い蛍光性の物体の場合に有利な、非常に高い光収率を実現することが可能となる。
【００６９】
本発明に係る瞳制限と、ステレオチューブの２つのチャネルにおける同期化されたシャッター２８ａ，２８ｂの使用と、を組み合わせることによって、従来型の実体顕微鏡を模倣することも可能である。この場合には、瞳が交番的に左又は右にシフトされ、それと同時にそれぞれの接眼レンズ管におけるシャッター２８ａ又は２８ｂが開放又は閉鎖される。本発明に係る電子制御可能な構成要素によって、連続画像が視覚的に知覚されるように、フリッカー頻度を上回る頻度で検出画像を撮影することが可能となる。本発明に係る顕微鏡は、とりわけ以下のようなマクロスコープモード、すなわち瞳が中央に大きく設定され、対応する画像が光チャネルを介して統一的に、すなわち立体感なく両目に供給されるマクロスコープモードを提供することができる。このことにより、実体顕微鏡の利点が高分解能のマクロスコープの可能性と組み合わせられ、本発明に係る顕微鏡の用途の幅広い多様性を実現することが可能となる。
【００７０】
液晶シャッターの形態の開口制限器１２は、マトリクスのオン／オフを制御するだけでなく、透過率をいわば連続的に、例えば１００％から５０％に制御することもできる。マイクロミラーアレイを使用した場合には、このことは不可能である。いわば連続的な制御により、例えば、硬い瞳縁部ではなく明から暗への柔らかい移行を形成する瞳アポダイゼーションを実現することができる。回折原理からは、例えば正弦波形の瞳透過率が第１の回折最大値における強度を０に低減することが公知である。これによって分解能は増加するが、得られる画像におけるコントラストは増加しない。上記の瞳アポダイゼーションの可能性によって、公知のズーム顕微鏡に比べて高画質が可能となる。
【００７１】
本発明に係る顕微鏡の用途の一例は、いわゆる“符号化開口イメージング（Coded Aperture Imaging）”である。この用途は、高さ検出を可能にすると同時に、高い被写界深度及び分解能を可能にする。電子制御式の開口制限器１２の高いフレキシビリティによって、開口絞りの局所的な符号化を顕微鏡の特定の用途に合わせて所望のように最適化することができる。これによって、とりわけ局所的に分解された被検物体の画像情報を得ることができる。
【００７２】
本発明によれば、とりわけ瞳直径及び瞳位置を制御するための電子制御可能な要素を有するズーム顕微鏡を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１０  顕微鏡
１２  開口制限器
１４ａ〜１４ｉ  電子制御可能なセグメント
１６，１８，２０  光チャネル
２２  光路
２４  瞳面
２６  光軸
２８ａ，２８ｂ  シャッター
３０  制御装置
３２  ズーム系
３４ａ〜３４ｅ  ズーム系のレンズ群
３６  対物レンズ
３８  物体
４０  画像縁部の主ビーム
４２，４２ａ，４２ｂ  画像
４４ａ〜４４ｄ  軸方向の画像点のビーム縁部
４６  ビームスプリッタ
４８  出射光路の軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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