JPH03503578A - １つのフォトメーターを有する分光顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １つのフォトメーターを有する分光顕微鏡本発明は特許請求の範囲第１頂上部概 念記載の顕微鏡に関する。

１つのフォトメーター並びに１つのモノクロメータ−を有する顕微鏡（マイクロ 分光フォトメーター）は１つの光線の分光的分布を検出するために用いられる。

その際検出される対象物は１つの光源を用いて照明されそして対象物によって変 化させられた光線が測定される。この様なマイクロ分光フォトメーターは西ドイ ツ国特許公開第２５４２７３１号公報によって公知になっている。

この公報において、選択的に後で顕微鏡に連結取り付は可能な別の付加装置を有 する１つの顕微鏡が記載されている。この様な付加装置の１つは、１つの入射ス リット、１つの凹面鏡並びに１つの光学格子を有する１つの格子モノクロメータ −を有している。フォトメーターは１つの付加装置の中に配置されそしてもう１ つ別の取り付は可能な付加物を介してモノクロメータ−と結合している。

格子を１つの平面鏡と交換することによってこの顕微鏡は分光フォトメーターと しても純粋なフォトメーターとしても用いられる。この様な装置は、取り付は可 能な構成単位又は機能単位の間の調整の費用が高いため非常に高価なものになる 。さらにこの様な装置では、前取て選択可能な対象物点の濃度の測定並びに分光 硬度測定を同時に実施することが不可能である。

西ドイツ国特許公開第３４３２２５２号公報によれば１つの測定顕微鏡が公知に なっており、この顕微鏡は、対象物から来る光線について濃度測定及び分光光度 測定のための装着可能な１つの構成単位を有している。このため構成単位の中に は、対象物の中間像面に１つの光学的スリットが設けられている。このスリット の後方には１つの半透明鏡が配置され、分割された２つの光路が形成されている 。これらの光路のうちの１つにはフォトマルチプライヤ−を有する１つのフォト メーターが含まれ、一方別の光路には１つの凹面反射格子並びに、分光光度測定 のためのダイオードの１つの列が配置されている。

この顕微鏡は、高価な構造を持っていながら、光軸上においてのみ測定が可能で あり、斯くして対象物の測定面は対象物を１つの走査テーブルを用いて推進させ ることによってのみ測定可能になっている。さらにこの顕微鏡においてはスリッ トの像及びそれらのスペクトル線を接眼鏡の中で見ることが不可能である。

本発明の課題は、従来の顕微鏡に対象物の濃度測定と分光光度測定のための簡単 な手段を装備すること、そしてその際、両方の測定を同時に行うことを可能なら しめることである。

上記の課題は、本発明により、特許請求の範囲第１項の特徴ある構成により達成 される。その他の有利な変形は特許請求の範囲第２項以下に記載されている。

この装置により、特に、平坦な１つのセンサーを用いることによって零次及び１ 次の回折の回折像が同時に捉えられている。モノクロメータ−の入射スリットに 依存して対象物点のそれぞれには１つのスペクトル並びにフォトメーターによっ て検出される光学技術量が付設されている。斯くして例えば１つの対象物の構造 が、フォトメーターによってそれの幅をそしてそれと同時にスペクトルによって その都度の対象物構造の高さが検出される。

従ってそれぞれの対象物点は捉えられる２つの情報（面と高さ）を同時に包含し ている。

顕微鏡において１つの走査テーブルが用いられるならば、さらに時間低減された （ｚｅｉｔａｕｆｇｅ１６ｓｔｅ）スペクトル測定（Ｓｐｅｋｔｒａｌｍｅｓｓ ｕｎｇ）又は時間低減された（ｚｅｉｔａｕｆｇｅｌｉｊｓｔｅ）濃度測定（ｄ ｅｎｓｉｔｏｍｅｔｒｉｓｃｈｅ　Ｍｅｓｓｕｎｇ）が実施される。斯くして例 えば一度刺激された粒子のルミネセンス漸減時間（Ｌｕｍｉｎｅｓｚｅｎｚ−＾ ｂｋｌｉｎｇｚｅｉｔｅｎ）が検出可能である。

極端に簡単な構造により、既に存在している顕微鏡が改装され（ｎａｃｈｒｊｉ ｓ　ｔｅｎ）、その際この種の顕微鏡は、煩わしい改造なしに従来の観察のため に使用可能である。

図面の簡単な説明 本発明は次の記述において、略図によって示された実施例を用いて詳細に説明さ れる。添付図中第１図：１つの顕微鏡の光路、 第２図：表面に配置された透過光学格子を有する１つの光学くさび、 第２ｂ図二表面に配置された透過光学格子を有する１つの光学くさび、 第３図：落下照明光線路、 第４図：光学くさびと透過光学格子とを有するフィルター円板、 第５図：付設された回転プリズムを有する光学くさび、第６図：共役な２つの明 視野絞り面の間に配置された１つの像導体を示している。

第１図は、詳細に示されていない１つの顕微鏡の１つの照明光路１並びにこの光 路に直角に配置された１つの観察／測定光路２を示している。照明光路１は１つ の光源３から出発して１つの収斂レンズ４並びに１つの開口絞り面ＡＰを有し、 開口絞り面には調節可能な絞り５が配置されている。照明光路１の先方には、そ の照明光路に配置され調節可能な１つの光学入射スリット６を有する１つの明視 野絞り面ＬＦ並びに１つのレンズ系７が設けられている。次に配置された１つの 半透明鏡８によって光源３の照明光線は観察／測定光路２の中に反射導入されそ して対物レンズの開口ＡＰ’と対物レンズ９を介して対象物１０ａ上に結像され る。対物レンズ９は無限遠に結像する１つの光学系であり、斯くして観察／測定 光路２の一部分は無限遠に結像する光路１７として形成されている。この光路の 中で半透明鏡８の後に１つの光学くさび１１．１つの光学透過格子１２並びに１ つのチューブレンズ１９が配置されている。チューブレンズ１９によって対象物 １０ａの１つの像が中間像面ＬＦ’に形成される。この中間像面ＬＦ’には１つ のセンサー１３が配置されている。顕微鏡の接眼鏡が第１図には示されていない 。しかし対象物の観察はセンサー１３の後方に配置されているモニターによって 行うことが可能である。さらに１つの別の分割反射鏡を観察／測定光路２の中に 設けることが可能であり、これが対象物面１０からの光線の一部を１つの接眼鏡 の中に反射して取り出す（図示されていない）。

第１図に示されている照明光路１は１つのケーラー照明系を示している、何故な らば、収斂レンズ４によって光源３は開口絞り面ＡＰに、開口絞り５はレンズ系 ７並びに対物レンズ９を介して無限遠に、そして明視野絞り（入射スリット６） は対物レンズ９によって対象物面１０にそれぞれ結像されているからである。

光学的な入射スリット６及び光学的透過格子１２は１つのモノクロメータ−を構 成している。零次及び１次の回折像の間の角度は光学くさび１１によって正確に 補償されそして回折像は中間像面ＬＦ’上で互いに分離されて結像される。この 際１次の回折像は個々のスペクトル線を包含しそして零次の回折像はスリットの 像である。

双方の像を空間的に分離することによって、１次の回折像からはスペクトルが得 られそして零次の回折像からはその都度の濃度の分布が同時に捉えられる。

第２ａおよび２ｂ図は光学くさび１１と透過格子１２との実施形態の変形を示し ている。この際双方の実施形態は一体の構成部材として形成されている。第２ａ 図においては対象物面１０から発する光が最初に、零次と１次の間の角度だけ曲 げられ、それから透過格子１２の所でスペクトルに分割される。第２ｂ図におい ては最初にスペクトルに分割されそして光学くさび１１によってスペクトルが回 折角度だけ推移させられる。

第３図は、スリット６と透過格子１２から成り立っているモノクロメタ−の配置 の１つの変形を示している。

この２つは分離した１つの光路に配置されており、斯くして、第１図の説明の所 で述べたように、対象物１０ａを接眼鏡１８を介して観察することが可能になっ ている。

この図において示されている照明光路１は、第１図と同様に、１つの光源３１． １つの収斂レンズ４．１つの開口絞り５．１つの明視野絞りＬＦ及１つのレンズ 系７を有している。半透明鏡８を介して、明視野絞り面ＬＰは、詳細に説明され ていないケーラーの照明によって対物レンズ９を介して対象物面１０に結像され ている。第１図に示した実施例と異なり観察／測定光路２は付加的光線分割鏡１ ４を有し、この分割鏡は対象面１０から来る光線の一部を外側に反射する。チュ ーブレンズ１９を介して対象物１０ａの１つの中間像又は明視野絞り面ＬＦの中 間像が形成される。この面ＬＦ’に光学入射スリット６が配置されている。後方 に配置されたレンズ系１５．１６を介して中間像面ＬＦ’の１つの像がもう１つ の面ＬＦ’に形成される。この面ＬＦ’には面センサ−１３が設けられている。

レンズ系１５．１６はこれらのレンズの間に少なくとも近似的に平行な光路が存 在するように形成されている。この平行な光路１７には光学的くさび１１を有す る透過格子１２が設けられている。モノクロメータ−の光学スリット６にはモー ター駆動の調節手段２６が付設されている。この調節手段２６を介してスリット の高さばかりでなく幅も変化させられることが可能である。さらに透過格子１２ 並びに光学くさび１１には１つの別のモーター駆動の調節手段２７が付設されて いる。この調節手段は、組み合わせられたくさびと透過格子１１．１２とを観察 ／測定光路２又は平行な光路１７に正確に出し入れする（Ｅｉｎ−／Ａｕｓｂｒ ｉｎｇｅｎ）のに役立っている。２つの調節手段２６．２７は１つの走査装置２ ８に電気的に連結され、この装置はまた１つの組合わされた計数／評価回路２３ に接続されている。ここに図示されている面センサ−１３には１つの微増幅器２ ９が付設されている。これら双方は計数／評価回路２３に電気的に接続されてい る。さらに詳細に示されていない顕微鏡は、Ｘ−１ｙ−及び２一方向に変位可能 な１つの走査テーブル２４を存している。このテーブル２４を制御（Ａｎｓ　ｔ ｅｕｅｒｕｎｇ）するためもう１つ別の制御装［２５が設けられており、この制 御装置は組合わせられた計数／評価回路２３に電気的に接続されている。

第３図に示されている実施例の特徴は特に、１つの接眼鏡１日を介して行われる 観察方法が維持されておりそしてそれと同時に分光光度測定及び／又は濃度測定 を行うことが可能になっていることである。さらにこの図に示された光路を見れ ば、モノクロメータ−は、改装可能な構成部材として簡単な方法で既に存在して いる顕微鏡に適用することが可能であることが判明する。入射スリット６はそれ の調節手段２６と共に明視野絞り面ＬＦに配置されることも可能であることは明 らかである。

第４図は光学くさび１１と透過格子１２との組合わされた実施形態の１つの変形 を示している。２つの構成部材はこの際回転可能に配置された１つのフィルター レボルバ−２０（２重矢印参照）上に設けられており、その際刈の顕微鏡作業に 素早く切り変えるため、その他のフィルター２１ａ〜２１ｃが設けられている。

存在している位置の１つは光線の自由通過路２１ｄとして形成されているのが合 目的である。個々の位置２１ａ〜２１ｄに種々異なる透過格子１２を配置するこ とも可能であることは明らかである。その際相異なる格子定数ばかりでなく、種 々異なる格子の向き及び格子形状も用いられることが可能である。さらにこのよ うな交換装置２０は調節可能な光学入射スリット６と連結しており、斯くしてこ のスリットは古典的な顕微鏡作業の場合には自動的に光路の外に旋回して除外さ れる。

第５図は光学透過格子１２を有する光学くさび１１の１つの別の変形を示す。こ の２つの光学構成要素にはこの際１つのプリズム２２が付設されている。このプ リズムは、平行な光路１７の中で回転するように（２重矢印）配置されることが 可能である。斯くしてスペクトル（１次の回折像）がセンサー１３上に正確に合 わせられる。

このような配置によって等しい格子定数ばかりを有し種々の方向を向いた透過格 子に置き替えることが可能である。

第６図は第３図の一部分を示している。レンズ１５と１９との間に１つの像導体 ３０が設けられており、この像導体は、明視野絞り面ＬＦに共役な面ＬＦ”及び ＬＦ’の間に正確に配置されている。機械的に安定させるため像導体３０は保護 管として形成された被覆３１を有している。像導体３０は像を大なる距離を介し て伝達するのに用いられそして相互に位置確定した先導繊維を有している。しか し像導体３０の内部で先導繊維をねじって配置し、斯くして像全体が、光線射出 面ＬＦ’で一定の角度（例えば９０＠又は１８０＠）だけ回転させるようにする ことも可能である。明らかに、個々の繊維の相互の順序又は位置は光線入射面Ｌ Ｆ”から光線射出面ＬＦ’まで変化しないで維持されていなければならない。さ らに像導体３０の光線入射面ＬＦ”及び／又は光線射出面ＬＦ’は既にスリット 絞り６として形成されていることが可能である。

実現されたケーラーの照明によって１つのスリットの像が対象物１０ａ上に又は 対象物面１０に結像されるか（第１図）又は観察／ｍ一定路２から１つのスリッ トの像が取り出される。このスリットの像の背後には１つの光学透過格子１２が 配置され、この格子は常に１つの少なくとも近似的に平行な光路１７の中に設け られている。

このことによって得られる光線のスペクトル分解は、さらに後方に配置されてい るレンズ（第１図では１９、第３図では１６）によって、対象物面１０に共役な １つの面ＬＦ’　　、ＬＦ’に結像される。この際零次の回折像は濃度測定の情 報を担持しそして１次の回折像はスペクトルの情報を担持している。濃度測定は 組織の幅を定めるために実施されることが可能である。それと同時にスペクトル からその都度の高さの情報が得られる。何故ならばスリット６の内部のそれぞれ の点に対して１つのスペクトルが発生するからである。しかし高さと幅の情報を 探求するためには、１つの検定過程を実施し、全体の高さをその都度のスペクト ルで捉えておくことが必要である。

観察点毎のスペクトル及び濃度測定値を同時に定めるためには、センサーをＣＯ Ｄ面アレーとして形成することが必要である。スペクトル分析のためセンサーは 全ての色調を捉える特性を有していなければならない、しかし又直線状に並んだ 個々のダイオードの列、１つのビデオカメラ或いは又１つの微増幅器と１つのカ メラとの組合わせも考慮される。

静止している対象物点を測定する場合に、透過格子１２及び光学くさび１１を、 或いは光学くさび１１だけを観察／測定光路２から抜き出し、斯くして濃度測定 及び分光光度測定を相前後して実施することも可能である。

このことは特に、くさび１１が零次及び１次の回折の間の回折角度を正確に補償 していることによって可能になる。

上記した測定装置の感度及び分解力は、透過格子、センサー及び顕微鏡の中で与 えられている焦点距離の関数になっている。これらのパラメーターを変化すれば 特殊の用途に対する条件が変化することは明らかである。上記した装置は透過照 明はかりでなくその他の総ての照明の種類にも使用可能である０例えば１度刺激 された粒子のルミネセンスの減衰時間又は時間に依存する分光光度測定も可能で ある。このことは次のことが前提になるのみである。即ち通常の蛍光フィルター の他に１つの走査テーブル２４又は粒子の流動装置が用いられる。走査テーブル ２４又は粒子の流動装置により、蛍光照明によって刺激された粒子は一定の速さ で移動する。このことにより、その都度のスペクトルが相前後して測定され、推 移運動に付設されそしてその都度の蛍光減衰時間が探求される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象物面内の光の強さの分布を測定するための１つのフォトメーター及び／ 又は対象物から発する光のスペクトル組成を測定するための１つの格子モノクロ メーターを有し、その際対象物の測定面を確定するための１つの光学スリットが 対象物面に共役な１つの面内に配置されている顕微鏡において、顕微鏡の観察− 測定光路（２）は１つの平行な光路（１７）を有しており、この光路の中に１つ の光学透過格子（１２）が配置され、その際対象物（１０ａ）のスリット像は透 過格子（１２）を通って導かれ、そして回折像特に零次及び１次の回折像が後方 に配置されている少なくとも１つの平坦な光学的センサー上に及び／又は少なく ともラインセンサ（１３）に結像されることを特赦とする顕微鏡。 ２．センサー（１３）はＣＣＤ面アレーとして形成されていることを特徴とする 、特許請求の範囲第１項記載の顕微鏡。 ３．センサー（１３）はダイオードの１つ列として形成されていることを特赦と する、特許請求の範囲第１項記載の顕微鏡。 ４．センサー（１３）には１つの像増幅器（２９）が付設されていることを特徴 とする、特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 ５．センサー（１３）はすべての色調を捉える特性を有していることを特赦とす る、特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 ６．センサー（１３）には計数／評価装置の１つの組み合わせ（２３）が付設さ れていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第５項のいずれか１つに 記載の顕微鏡。 ７．光学格子（１２）には回折角度を補償するため１つのくさびとして形成され た光学要素（１１）が付設されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項 から第６項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 ８．格子（１２）及びくさび（１１）には回転可能に配置された１つのプリズム （２２）が付設されていることを特徴とする、特許請求の範囲第７項記載の顕微 鏡。 ９．平行な光路（１７）の中にレボルバー（２０）として形成された１つのフィ ルター交換装置が配置されそしてこの装置は少なくとも１つの格子（１２）を有 していることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか１つに 記載の顕微鏡。 １０．レボルバー（２０）は種々異なる格子定数を有する数個の格子（１２）及 び／又は種々異なる方向を向いた数個の格子を有していることを特徴とする、特 許請求の範囲第９項記載の顕微鏡。 １１．計数／評価装置の組み合わせ（２３）は数個の回折像を同時に捉えそして 評価するために形成されそしてセンサー（１３）と電気的に接続されていること を特徴とする、特許請求の範囲第６項記載の顕微鏡。 １２．センサー（１３）上の回折像の一方はスペクトル分布の情報を含みそして もう１つの別の回折像は濃度の情報を含んでいることを特徴とする、特許請求の 範囲第１１項記載の顕微鏡。 １３．顕微鏡は自動的に制御可能な１つの走査テーブル（２４）を有しているこ とを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第１２項のいずれか１つに記載の顕 微鏡。 １４．顕微鏡は１つの粒子流動装置を有していることを特徴とする、特許請求の 範囲第１項から第１３項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 １５．顕微鏡は１つの蛍光装置を有していることを特徴とする、特許請求の範囲 第１３項又は第１４項記載の顕微鏡。 １６．計数／評価装置（２３）には１つの制御装置（２５）が付設されておりそ してこの装置は走査テーブル（２４）又は粒子流動装置と電気的に接続されてい ることを特徴とする、特許請求の範囲第１３項記載の顕微鏡。 １７．光学スリット（６）には、スリットの幅及びスリットの高さを変化させる ための調節手段（２６）が付設されていることを特徴とする、特許請求の範囲第 １項から第１６項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 １８．格子（１２）及び／又はくさび（１１）には、平行な光路（１７）の中に 挿入し又は取り出すための１つの調節手段（２７）が付設されていることを特徴 とする、特許請求の範囲第１項から第１７項のいずれか１つに記載の顕微鏡。 １９．調節手段（２６；２７）は１つの制御装置（２８）と電気的に結合してい ることを特徴とする、特許請求の範囲第１７項又は第１８項に記載の顕微鏡。 ２０．モノクロメーター（６；１１）及びセンサー（１３）は別の容器の中に配 置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第１９項のいずれか １つに記載の顕微鏡。 ２１．容器は後で取り付け可能な構成単位として形成されそしてそれ自体公知の 連結要素を介して顕微鏡と結合されていることを特徴とする、特許請求の範囲第 ２０項記載の顕微鏡。 ２２．位置と面積とを同時に変化することが可能な数個の光学スリット（６）が 設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第２１項のいずれ か１つに記載の顕微鏡。 ２３．共役な明視野絞りの２つの面（ＬＦ′、ＬＦ′′）の間に１つの像導体（ ３０）が配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第２２項 のいずれか１つに記載の顕微鏡。 ２４．像導体（３０）は、それの光入射面（ＬＦ′′）から光射出面（ＬＦ′） までの内部に正確に整頓された光導繊維を有していることを特徴とする、特許請 求の範囲第２３項記載の顕微鏡。 ２５．光導体（３０）の光入射面（ＬＦ′′）及び／又は光射出面（ＬＦ′）は スリットとして形成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第２３項又は 第２４項記載の顕微鏡。 ２６．像導体（３０）は、機械的に安定させるため１つの被覆（３１）を有して いることを特徴とする、特許請求の範囲第２３項から第２５項のいずれか１つに 記載の顕微鏡。