DE19644662C2

DE19644662C2 - Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop

Info

Publication number: DE19644662C2
Application number: DE19644662A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Schalz
Original assignee: Leica Microsystems Wetzlar GmbH; Leica Microsystems CMS GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2016-10-26
Also published as: CN1167967C; WO1998019198A1; KR19990076596A; EP0875017A1; CN1212059A; DE19644662A1; JP2000502472A; US6243197B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop beinhaltet im Beleuchtungsstrahlengang eine Lampe, eine Beleuchtungsoptik und mechanische Blenden. Die Größe und Form der Blenden müssen an das verwendet Objektiv und die gewünschte Beleuchtungsart jeweils angepasst werden. Aus diesem Grunde ist man dazu übergegangen, die veränderlichen Größen automatisch anzusteuern. Dazu wurden die mechanischen Blenden und Filter im Mikroskop mit jeweils einem elektrischen Antrieb bzw. Stellglied ausgestattet und mit einer Steuereinrichtung verbunden. Durch die Vielzahl der der verwendeten Blenden und Filter bei den unterschiedlichsten mikroskopischen Beleuchtungsarten ist diese Art der Ansteuerung mit großem mechanischen und elektrischen Aufwand verbunden.

Aus der DE 37 34 691 A1 ist eine Flächenlichtquelle aus einzelnen, nebeneinander angeordneten Halbleiterlichtquellen bekannt. Die Halbleiterlichtquellen sind einzeln ansteuerbar ausgebildet und ersetzen die gewöhnlich verwendete Halogenlampe. Nachteilig ist an dieser Anordnung, daß durch die relativ schwach leuchtenden Halbleiterlichtquellen nur eine begrenzte Lichtmenge für die Mikroskopbeleuchtung zur Verfügung steht. Außerdem sind derartige selbstleuchtende Halbleiterlichtquellen relativ groß, so daß sich nur einer relativ grobe Auflösung bei der Darstellung von verschiedenen Blenden erreichen läßt.

Aus der DE 31 08 389 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei der als mechanische Blende eine, über einen Computer ansteuerbare Flüssigkristallzelle mit definierter Struktur verwendet wird. Für die verschiedenen Beleuchtungsarten, wie Auflicht/Durchlichtbeleuchtung, Schrägbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung, Phasenkontrastbeleuchtung und Polarisationsbeleuchtung, werden jeweils unterschiedlich ausgebildete Flüssigkristallzellen verwendet.

Durch die fest vorgegebenen Elektrodenstrukturen der jeweiligen Zelle können diese nur für vorgegebene Vergrößerungsverhältnisse im Mikroskop verwendet werden. Bei einem Wechsel der Vergrößerung durch die Verwendung eines anderen Mikroskopobjektivs muß eine andere, daran angepaßte Flüssigkeitszelle in das Mikroskop eingebaut werden. Dies ist natürlich auch immer dann der Fall, wenn auf eine andere mikroskopische Beleuchtungsart gewechselt wird. Auch ist hier nicht vorgesehen, das Bild der Flüssigkristallzelle für den Benutzer direkt sichtbar zu machen und damit den Einstellvorgang zu vereinfachen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den bekannten Stand der Technik so weiterzubilden, daß die Änderung und Anpassung an verschiedene Beleuchtungszustände vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Anordnung einer Flüssigkristallzelle, die eine flächige Martix mit einzeln ansteuerbaren Pixeln aufweist, in einer zur Leuchtfeldblende oder Aperturblende konjugierten Ebende wird entweder eine Köhler'sche oder eine Kritische Beleuchtung realisiert. Durch die einzeln ansteuerbaren Pixel lassen sich beispielsweise über einen Computer die verschiedensten Transparent/Opakmuster und somit die verschiedensten Blendenformen und Blendengrößen erzeugen.

Dabei wird die erzeugte Blende gleichzeitig auf einem an den Computer angeschlossenen Monitor dargestellt werden. Es hat sich auch von Vorteil erwiesen, wenn der Rechner zum Datenaustausch mit der Steuereinrichtung des Mikroskops verbunden ist. Dadurch können dann beispielweise die Daten über das gerade verwendete Objektiv an das Steuerprogramm weitergegeben und mit dem im Computer geladenen Steuerprogramm die notwendige Blendengröße und Blendenform bestimmt werden.

Durch die Verwendung eines handelsüblichen Videoprojektors mit einer Flüssigkristallzelle oder auch DLP (Digital-Light-Processing Technologie) als Beleuchtungseinrichtung am Mikroskop, können die verschiedensten Beleuchtungsarten realisiert werden, ohne daß die bisher üblichen mechanischen Anpassungen über Blenden, Filter o. ä. notwendig sind. Die bisher im Mikroskop verwendeten mechanischen Blenden, Filter, Phasenringe u. ä. können daher völlig entfallen.

Die handelsüblichen Videoprojektoren, beispielsweise Sony CPJ-PC200E oder InFocus SYSTEMS LitePro620 können über eine einfache Beleuchtungsoptik an das Mikroskopstativ angeflanscht werden und ersetzen sowohl die übliche Lichtquelle als auch die Blenden und Filter. Die Ansteuerung des Videoprojektors kann dadurch realisiert werden, daß der vorhandene standardisierte Videoeingang z. B. VGA, SVGA, PAL, SECAM, NTSC, RGB mit dem entsprechenden Ausgang einer Videokarte eines Computers verbunden wird.

Bei der Verwendung eines Videoprojektors mit einer Farb-Flüssigkristallzelle kann über das Videosignal die Farbe des Beleuchtungslichtes eingestellt werden.

Dabei ist es sogar in einfacher Art und Weise möglich, an verschiedenen Stellen der flüssigkristallzelle gleichzeitig unterschiedliche Farben zu erzeugen, bzw. die Helligkeit des Beleuchtungslichtes im Mikroskop an den verschiedenen Stellen unterschiedlich zu gestalten.

Als Videokarte und Computer können dabei handelsübliche Geräte verwendet werden. Zur Ansteuerung des Videoprojektors genügt ein PC oder tragbarer Computer mit eingebauter Videokarte. Dabei kann die Videokarte sowohl mit dem Videoprojektor als auch mit einem weiteren Monitor zur Darstellung des eingestellten Transparent/Opakmusters verbunden sein.

Mit der Darstellung des mikroskopischen Bildes vom Objekt über eine TV- Kamera und einen angeschlossenen TV-Monitor, wird erreicht, daß mit der Änderung des Bildes auf der Flüssigkristallzelle die resultierende Änderung des Mikroskopbildes auf dem TV-Monitor sichtbar wird. Damit läßt sich durch schrittweises Ändern der Beleuchtung über das Flüssigkristallzellen-Bild die gewünschte Darstellung des Objektbildes einstellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Computer über ein Netzwerk mit weiteren Rechnern verbunden, wodurch sich die Beleuchtungsbedingungen fernsteuern lassen. Dies ist insbesondere in Seminarräumen mit mehreren Mikroskopen sinnvoll, um z. B. im Rahmen einer Lehrveranstaltung überall die gleichen Beleuchtungsbedingungen zu schaffen. Über dieses Netzwerk können dann natürlich auch die weiteren Mikroskopfunktionen ferngesteuert werden.

Es hat sich außerdem von Vorteil erwiesen, wenn über die Flüssigkristallzelle zusätzliche Orientierungs- und/oder Schriftzeichen in den mikroskopischen Strahlengang einblendbar sind. Diese Einblendung kann auch zusammen mit der Darstellung der Blenden für die Beleuchtung auf der Flüssigkristallzelle erfolgen.

Durch die Verwendung eines Videoprojektors erfolgt die Umschaltung auf eine andere Beleuchtungsart bzw. eine andere Blende ohne bewegte Massen. Dadurch ist es auch möglich, verschiedene Blenden bzw. Beleuchtungsarten z. B. mit der Wechselfrequenz des Videosignals zu ändern. Dieser "stroboskopartige Effekt" für eine Mikroskopbeleuchtung kann dann beispielsweise zur Bewegungsanalyse von sich bewegenden Objekten, wie lebende Zellen, unter dem Mikroskop, z. B. bei fotografischen Aufnahmen, genutzt werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des Mikroskops mit angeschlossenem Videoprojektor

Fig. 2 ein erstes auf der Flüssigkristallzelle erzeugtes Bild

Fig. 3 ein zweites auf der Flüssigkristallzelle erzeugtes Bild

Fig. 4 ein drittes auf der Flüssigkristallzelle erzeugtes Bild

Fig. 5 ein viertes auf der Flüssigkristallzelle erzeugtes Bild

Fig. 6 ein fünftes auf der Flüssigkristallzelle erzeugtes Bild

Die Fig. 1 zeigt ein Mikroskop 1 mit einem Objektiv 9 und einem Objekt 6. Das Mikroskop 1 weist einen Beleuchtungsstahlengang 4 mit einer Beleuchtungsachse 10 auf, in dem eine Beleuchtungsoptik 3 und eine Aperturblendenebene AP vorgesehen ist. Über eine Ankoppeleinrichtung 12 mit einer Anpassungsoptik 20 ist ein Gehäuse 11 eines Videoprojektors am Mikroskop 1 angeschlossen. Im Gehäuse 11 ist eine Flüssigkristallzelle 5 in einer zur Aperturblendenebene AP konjugierten Ebene AP' angeordnet, die von einer Lichtquelle 2 beleuchtet wird. Die Flüssigkristallzelle 5 ist über eine im Gehäuse 11 integrierte Flüssigkristallzelle-Ansteuereinrichtung 23 und ein Videokabel 19 an einen Computer 7 angeschlossen. Über ein Monitorkabel 18 besteht eine elektrische Verbindung zwischen dem Computer 7 und einem Monitor 8.

Im Gehäuse 11 ist zusätzlich eine Audioeinheit 21 integriert.

Der Computer 7 ist außerdem zur Datenübertragung über eine Datenleitung 14 und eine Schnittstelle 13 mit der Steuereinrichtung des Mikroskops 1 verbunden. Zusätzlich ist in dem Computer 7 ein Netzwerkanschluß 22 integriert, über den sowohl die Beleuchtungseinrichtung als auch alle weiteren Mikroskopfunktionen fernsteuerbar ausgebildet sind.

Am Mikroskop 1 ist ferner eine TV-Kamera 15 zur Übertragung des Bildes des Objekts 6 über ein TV-Kabel 17 an einen TV-Monitor 16 angeordnet.

Über ein in dem Computer 7 geladenes Steuerprogramm läßt sich menuegeführt das entsprechende Transparent-/Opakmuster auf der Flüssigkristallzelle 5 erzeugen. Dieses Muster wird gleichzeitig über den Monitor 8 dargestellt. Als Oberfläche für das geladene Steuerprogramm kann beispielsweise eine WINDOWS-Oberfläche verwendet werden, wodurch sämtliche zu veränderden Parameter in ergonomisch günstiger Weise über eine Maussteuerung einstellbar sind.

Die Fig. 2 zeigt die Flüssigkristallzelle 5 mit der in der Mitte angeordneten Beleuchtungsachse 10. Auf der Flüssigkristallzelle 5 ist ein kreisförmiges, transparente (T) und opake (O) Bereiche enthaltenes Bild dargestellt. Diese Einstellung enspricht der Öffnung einer Apertur- oder Leuchtfeldblende.

Die Fig. 3 zeigt die Flüssigkristallzelle 5 mit einem, einen transparenten (T) Halbkreis enthaltenen Bild, welches zur Einstellung der Beleuchtungsart "Schiefe Beleuchtung" im Mikroskop Verwendung findet.

Die Fig. 4 zeigt die Flüssigkristallzelle 5 mit einem, einen mehrere transparente (T) Kreissegmente enthaltenen Bild, wobei die einzelnen Segmente unterschiedlich eingefärbt sein können. Diese Art kann ebenfalls für eine "Schiefe Beleuchtung" im Mikroskop verwendet werden.

Die Fig. 5 zeigt die Flüssigkristallzelle 5 mit einem in der Beleuchtungsachse 10 angeordneten opaken Kreis (O) und einem um diesen Kreis angeordneten transparenten Ring (T). Diese Blende wird für die Einstellung einer Dunkelfeldbeleuchtung im Mikroskop verwendet.

Die Fig. 6 zeigt die Flüssigkristallzelle 5 mit einem in der Beleuchtungsachse 10 vorgesehenen transparenten Kreis (T) und einem um diesen Kreis angeordneten opaken Ring (T). Diese Blende kann beispielsweise für eine Phasenkontrastbeleuchtung im Mikroskop verwendet werden.

Das Ausführungsbeispiel wurde mit einem Videoprojektor mit integrierter Flüssigkristallzelle beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Videoprojektoren mit Flüssigkristallzelle beschränkt, sondern es können selbstverständlich auch anders aufgebaute Videoprojektoren verwendet werden. Dies sind beispielsweise Videoprojektoren mit DLP (Digital-Light-Processing) Technik, die mit bewegten Mikrospiegeln auf Reflexionsbasis arbeiten.

Ferner können an Stelle einer Flüssigkristallzelle auch andere elektrisch und/oder magnetisch beeinflußbare Materialien verwendet werden. Diese Materialien können polymere Kunststoffe sein, wie z. B. Polyimide, die entsprechend angesteuert ihre optischen Eigenschaften ändern.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die beschriebene Beleuchtungseinrichtung im Auflicht am Mikroskop zu betreiben, wobei über bekannte Schaltmittel, wie klappbare Umlenkspiegel auch eine wahlweise Auflicht-/Durchlichtbeleuchtung am Mikroskop realisiert werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Mikroskop

2

Lichtquelle

3

Beleuchtungsoptik

4

Beleuchtungsstrahlengang

5

Flüssigkristallzelle

6

Objekt

7

Computer

8

Monitor

9

Objektiv

10

Beleuchtungsachse

11

Gehäuse

12

Ankoppeleinrichtung

13

Schnittstelle

14

Datenleitung

15

TV-Kamera

16

TV-Monitor

17

TV-Kabel

18

Monitorkabel

19

Videokabel

20

Anpassungsoptik

21

Audioeinheit

22

Netzwerkanschluß

23

Flüssigkristallzellen-Steuereinrichtung
AP Aperturblendenebene
AP' konjugierte Aperturblendenebene

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1), mit einer Lichtquelle (2), einer Beleuchtungsoptik (3) und einer im Beleuchtungsstrahlengang (4) angeordneten Flüssigkristallzelle (5), wobei das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle (2) durch die Flüssigkristallzelle (5) hindurch auf das Objekt (6) einfällt, und mit einem die Flüssigkristallzelle (5) ansteuernden Computer (7) zur Erzeugung eines beliebigen Transparent-/Opakmusters auf der Flüssigkristallzelle (5) und damit zur Realisierung unterschiedlicher Beleuchtungszustände der Objektbeleuchtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Transparent-/Opakmuster auf einem an dem Computer (7) angeschlossenen Monitor (8) anzeigbar und mausgesteuert einstellbar ist, und daß das Objektbild auf einem separaten TV-Monitor (16) dargestellt ist, der die Auswirkung einer Änderung des Transparent-/Opakmusters auf das Objektbild unmittelbar sichtbar macht.

2. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle (5) als Farb-Flüssigkristallzelle ausgebildet ist.

3. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Köhler'schen Beleuchtung mit dem Computer (7) auf der Flüssigkristallzelle (5) ein an das verwendete Objektiv (9) angepaßtes Transparent-/Opakmuster erzeugt wird und dieses mit der Beleuchtungsoptik (3) in die Aperturebene (AP) abgebildet wird.

4. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer Kritischen Beleuchtung mit dem Computer (7) auf der Flüssigkristallzelle (5) ein an das verwendete Objektiv (9) angepaßtes Transparent-/Opakmuster erzeugt wird und dieses mit der Beleuchtungsoptik (3) in die Leuchtfeldblendenebene abgebildet wird.

5. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Transparent-/Opakmuster ein transparent und kreisförmig ausgebildetes Bild oder ein opak und kreisförmig ausgebildetes Bild oder ein mindestens ein Kreissegment aufweisendes Bild oder ein einzelne, ringförmig opake Bereiche aufweisendes Bild erzeugt wird.

6. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) und die Flüssigkristallzelle (5) als separate Baueinheit ausgebildet sind und die Baueinheit in einem separaten Gehäuse (11) angeordnet ist und das Mikroskop (1) eine Ankoppeleinrichtung (12) für das Gehäuse (11) aufweist.

7. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als separate Baueinheit ein handelsüblicher Video- Projektor verwendet wird.

8. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal oder das Fernsehsignal zur Ansteuerung des Video-Projektors von einer handelsüblichen Grafikkarte des Computers (7) erzeugt wird.

9. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit mit einer Audioeinheit (21) ausgestattet ist und die Audioeinheit über den Computer (7) ansteuerbar ist.

10. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallzelle (5) zusätzlich zur Darstellung von Schrift- und/oder Orientierungszeichen verwendet wird.

11. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Flüssigkristallzelle (5) die Helligkeit und/oder Farbtemperatur des Beleuchtungslichts einstellbar ist.

12. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Bild- oder Halbbild- Wechselfrequenz des Bildsignals eine andere Beleuchtungsart einstellbar ist.

13. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Transparent-/Opakmuster über den Computer (7) zeitlich nacheinander an verschiedenen Stellen auf der Flüssigkristallzelle (5) erzeugt werden.

14. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (1) eine elektronische Schnittstelle (13) aufweist und der Computer (7) zur Ansteuerung der elektrisch schaltbaren Mikroskopfunktionen über die Schnittstelle (13) mit dem Mikroskop (1) verbunden ist.

15. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (1) zur externen Steuerung mit einem Netzwerk verbunden ist und über das Netzwerk die Beleuchtung für mindestens ein Mikroskop (1) einstellbar ist.

16. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß über das Netzwerk sämtliche Mikroskopfunktionen einstellbar sind.

17. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Flüssigkristallzelle (5) ein DMD (Digital-Mirror-Device) verwendet wird.

18. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle der Flüssigkristallzelle (5) ein elektrisch und/oder magnetisch beeinflußbarer polymerer Werkstoff verwendet wird.