JPH08110542A

JPH08110542A - 顕微鏡カメラの露光制御方法及びそのための写真顕微鏡

Info

Publication number: JPH08110542A
Application number: JP7249632A
Authority: JP
Inventors: Bernd Spruck; シュプルックベルント; Gerhard Herrmann; ヘルマンゲルハルト
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1996-04-30
Also published as: DE19532897A1; US5682567A

Abstract

(57)【要約】【課題】フィルム露光の間の退色を考慮する。写真画
像の中の相対的ずれは、大幅に拡大しても回避する。【解決手段】本発明の顕微鏡カメラの露光制御方法で
は、蛍光の時間特性に整合されたただ１つの露光持続時
間の間フィルムを露光する。さらに写真顕微鏡におい
て、センサが像の明るさを検出し、評価装置が、像の明
るさの時間特性を考慮した露光時間を求め、制御装置
が、像の明るさの時間特性を考慮したただ１つの持続時
間の間カメラシャッタを開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、第１の発明では、
顕微鏡カメラの露光制御方法に関し、第２発明は第１発
明の露光制御方法を用いた写真顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】顕微鏡写真では、とりわけ、蛍光像を撮
影する場合には、多くの蛍光色素においていわゆるフェ
ージング効果（退色効果）が発生し、これにより蛍光
が、退色し、ひいては、像の明るさが、時間依存性が発
生する。この場合、１次近似では、蛍光強度は、初期値
から指数関数的に時間と共に減少し、減少の時定数は、
蛍光色素に依存し、通常、数ミリ秒〜数秒の領域の中に
ある。時間に対する蛍光の依存性は、米国特許第４３１
８５９４号明細書に記載のように、フィルム露光の間に
連続的に、センサに入射する光量が、測定され、積分器
を用いて積分され、シャッタは、積分器の電荷量が所定
値に到達すると初めて閉成される。しかし、フィルム露
光の間に連続的に露光を測定することは、欠点を有す
る、すなわち、光の一部は、フィルム露光の間は部分反
射鏡を介してセンサに向けなくてはならず、従って、光
のこの部分は、フィルム露光に使用できない。

【０００３】この問題は、ドイツ特許出願第４２３０７
２４号明細書に記載のように、露光測定及びフィルム露
光を、写真カメラの場合に通常行われるように、時間的
に順次に行うことにより回避できる。この場合、露光測
定の間は、光全体を鏡を介してセンサに向け、フィルム
露光の間は、鏡を光路から出して、写真フィルムに向け
ることができる。この場合、第１の露光測定値は、フィ
ルム露光の前に検出され、次いで、カメラシャッタが、
露光測定値から求められた露光時間にわたり開放され
る。露光時間を計算する場合、蛍光の退色が発生して
も、これを考慮しないので、カメラシャッタの閉成後、
第２の露光測定値が検出され、２つの露光測定値の比較
により、フィルムの後露光が必要又は有益であるかどう
かが判断される。このような後露光が、必要又は有益で
あると判断された場合、カメラシャッタは、２回目とし
て、２つの露光測定値から計算された時間の間開放され
る。

【０００４】この公知の方法では、第１回目の測定で求
められた露光時間が、蛍光の退色の時定数に比して大き
い場合、フィルムは、第１の露光フェーズの間は露光不
足のままであり、第２の露光フェーズの間に後露光を行
うことも、無益である、何故ならば残った蛍光強度は、
露光欠陥を補償するのに不充分であるからである。更
に、カメラシャッタの開放及び閉成は、常に振動を発生
し、この振動に起因して、とりわけ顕微鏡の倍率が大き
い場合、２つの露光フェーズの間に写真画像の中の対象
の詳細が僅かに相対的にずれることがある。従って、こ
の場合、カメラ又はカメラシャッタを、振動伝達の面で
顕微鏡台架から分離しなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の技術で発生する欠点を除去できる、顕微鏡カメラの露
光制御方法および露光制御写真顕微鏡を提供することに
ある。本発明の方法は、フィルム露光の間の退色を考慮
する。更に、写真画像の中の相対的ずれは、大幅に拡大
しても回避できる。更に、本発明の方法は、フィルム露
光の間は光路の光全体をフィルムに向けることを可能に
する。露光時間及び蛍光の減衰時間が不適切である場合
に発生する露光欠陥も、大幅に回避可能である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
り、第１の発明では、請求項１の特徴部分に記載の特徴
により、フィルム露光の前にセンサにより多重測定又は
時間分解能を有する測定を行うことにより顕微鏡像の像
の明るさを検出し、測定値から顕微鏡像の時間特性を求
め、次いで、蛍光の時間特性に整合されたただ１つの露
光持続時間の間フィルムを露光することにより解決さ
れ、第２の発明では、請求項５の特徴部分に記載の特徴
により、像の明るさを検出するセンサを具備し、フィル
ム露光の前に像の時間特性を、時間分解能を有する測定
又は多重測定により求め、評価装置を具備し、評価装置
は、センサ信号から、像の明るさ時間特性を考慮した露
光時間を求め、制御装置を具備し、露光時間が得られた
後、制御装置は、像の明るさの時間特性を考慮したただ
１つの持続時間にわたりカメラシャッタを開放すること
により解決される。本発明の有利な実施例は、その他の
請求項に記載されている。

【０００７】本発明では、フィルム露光の前にセンサに
より多重測定又は時間分解能を有する測定を行うことに
より顕微鏡像の像の明るさを検出する。次いで、測定値
から顕微鏡像の時間特性を求め、次いで、蛍光の時間特
性に整合されたただ１つの露光持続時間の間フィルムを
露光する。

【０００８】露光測定とフィルム露光とが、時間的に順
次に行うことができるので、本発明では、光路の中にあ
る使用可能な光全体を、露光測定の間はセンサに向け、
フィルム露光の間はフィルムに向けることができる。従
って、光の一部を分光することは、不要である。蛍光の
時間特性が、フィルム露光の前に求められるので、既に
フィルム露光の前に、この時間特性と所要露光時間との
比較により、充分に露光された写真の撮影が可能である
かどうかを判断できる。これにより、露光欠陥、とりわ
け露光不足が、回避可能である。

【０００９】本発明の１つの有利な実施例では、像の明
るさを検出するために、センサの出力電流を時間積分す
る。このようなな積分測定は、測定感度が高く、従って
センサとしてホトダイオードが、蛍光像が非常に微弱で
ある場合でも適する。更に、露光測定のダイナミックレ
ンジが充分に大きいことを保証するために、顕微鏡像の
像の明るさに応じて積分時間を変化可能にすると、有利
である。このような構成は、ダイナミックレンジ及び測
定感度の面で、光電子増倍管の構成に相応するが、しか
しこの構成は、光電子増倍管の構成に比して大幅にコン
パクトであり小コストである。更に、高圧が不要であ
る。

【００１０】ホトダイオードの光電流の積分による露光
測定は、従来の写真カメラでも、例えば米国特許第４２
９３２０８号明細書から基本的に公知である。この明細
書ではしかし、前もって与えられた可変の積分時間が使
用されず、積分器に印加される電圧が、ヒステリシスを
有する比較器に供給され、比較器の出力電圧が、積分器
に帰還され、この帰還は、ホトダイオードに入射する光
強度の尺度となる周波数を発振する発振器が形成される
ように行われる。

【００１１】更に、露光欠陥を回避するために、像の明
るさの時間特性を表す時定数を計算し、ディスプレーに
表示する。この時定数と所要露光時間との比較により、
顕微鏡写真が、充分な露光で可能であるかどうかがただ
ちに分かる。何故ならば、例えば像の明るさの時定数
が、露光時間に比して大幅に小さい場合、任意に長い露
光持続時間でも、充分なフィルム露光は行われないから
である。ディスプレーは、特別の操作卓の構成部分であ
ることもあり、この操作卓は、入力にも用いられる。代
替的に、ディスプレーは、計算機モニターとしても実現
でき、この場合、入力は、計算機の入力手段、例えばキ
ーボード、マウス等を介して行われる。

【００１２】時定数を求めるために、像の明るさを、セ
ンサを用いて、時間的に互いに間隔を置かれている時間
間隔で検出し、評価装置で、２つの時間間隔のセンサ信
号の差から時定数を計算することが可能である。

【００１３】

【実施例】次に本発明を実施例に基づき図を用いて詳細
に説明する。

【００１４】図１の写真顕微鏡は、光学機械要素の構成
の面で、従来の構造を有する。この写真顕微鏡は、本質
的に、顕微鏡から成り、この顕微鏡は、図中、単一レン
ズとして示されている対物レンズ２と、鏡胴レンズ３
と、図示されていない接眼レンズへ光線を方向変換する
プリズム４とにより示されている。プリズム４は、図示
されていない公知の方法で、複数の切換え位置を有する
プリズムスライダの中に配置でき、この場合、１つの切
換え位置では観察光路全体が、プリズム４の上方で開始
する光電管の中に入射を許容される。対物レンズ２と鏡
胴レンズ３との間のダイクロイックビームスプリッタを
介しての蛍光観察の際に顕微鏡光路の中に鏡を介して入
射される所要の照明装置も、図示されていない。

【００１５】光路の途中に、光線方向で見てプリズム４
の背後に、光路の中に入れたり光路から出したり入れ出
し切換え可能な切換え鏡３が挿入配置されている。切換
え鏡８が、光路の中に入れ切換えされた場合、光路の光
線全体が、露光測定センサ９に向かうように方向変換さ
れ、光路の途中に挿入配置されているレンズ９ａにより
センサ９に集束される。レンズ９ａと、センサ９の感光
面とは、対物レンズ１の像領域の中央の約３％の面積の
部分が、センサ９の感光面に入射するように互いに調整
されている。このいわゆるスポット測定は、とりわけ、
蛍光像の顕微鏡写真にとって有利である、何故ならば露
光測定のためには、試料１の領域のうちとりわけ重要で
あり観察者により像領域の中央に移動された部分領域の
みが、露光測定に用いられるからである。

【００１６】切換え鏡８が、光路から旋回されて出され
た場合、すなわち、出し切換えされた場合、光路の光線
全体が、写真カメラのフィルム７へ向かって入射を許容
される。後続の写真対物レンズ６により対象１は、フィ
ルム７に結像される。対物レンズ６と、切換え鏡８との
間には、電気駆動装置５ａにより駆動されるカメラシャ
ッタ５が、配置されている。

【００１７】基本調整位置の場合、すなわち、カメラシ
ャッタ５が閉じている場合、切換え可能な鏡８は、光路
の中に旋回されて入る。本実施例では計算機として実現
されている制御装置によりカメラを作動する際、まず初
めに、切換え可能な鏡８が、光路から旋回されて出さ
れ、次いで、カメラシャッタ５が、所定の露光時間だけ
開く。このために、シャッタ５の駆動装置５ａと、切換
え可能な鏡８の駆動装置８ａとは、センサ９に設けられ
ている後に詳細に説明するプロセッサ３を介してコンピ
ュータ１０に、コンピュータ１０のインターフェースの
うちの１つのインターフェースを介して接続され、この
接続は、ドイツ実用新案出願第９４１０４０５．０号明
細書に記載されているように行われる。勿論、図示され
ていない方法で、この実用新案出願明細書に記載のよう
に、付加情報を鏡を介して入射する手段を設け、この手
段をコンピュータ１０により制御することもできる。

【００１８】センサ９の具体的な回路構成は、図２のブ
ロック回路図から分かる。光検出器としてホトダイオー
ド１１が用いられ、ホトダイオード１１の１つの極は、
アースにつながり、第２の極は、演算増幅器１２の反転
入力側につながっている。演算増幅器１２の非反転入力
側も、アースにつながっている。演算増幅器の出力側
は、１００ｐＦの容量のコンデンサ１３を介して、演算
増幅器１２の反転入力側に帰還されている。帰還回路の
中のスイッチ２５を介して、コンデンサ１３は、放電可
能であり、演算増幅器１２の出力側の背後の別のスイッ
チ１４を介して、前述の回路は、後続の電子評価装置か
ら遮断可能であり、コンデンサ１３を介して帰還されて
いる演算増幅器１２は、積分器を形成し、この積分器を
介して、ホトダイオード１１により発生された光電流
は、積分され、時間積分に比例する電圧信号が発生され
る。光電流のこの積分のために、Ｂｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎ
社（Ｔｕｓｃｏｎ，Ａｒｉｚｏｎａ，ＵＳＡ）の市販の
部品ＡＣＦ２０１を使用できる。

【００１９】積分器の出力側は、スイッチ１４を介し
て、第２の演算増幅器１５の非反転入力側に接続され、
この第２の演算増幅器１５の出力側は、この第２の演算
増幅器１５の反転入力側に帰還されている。この第２の
演算増幅器１５は、非反転入力側回路の中に配置されて
いる１０ｎＦのコンデンサ１７と一緒に、標本化・保持
回路を形成する。増幅器回路の中のポテンショメータ１
６を介して、標本化・保持回路のオフセットを、調整可
能である。

【００２０】標本化・保持回路の出力側には、増幅器１
８が後置接続され、この増幅器１８は、１倍と１０倍の
増幅率との間で切換え可能である。増幅器１８の出力信
号は、後置接続されているアナログ／ディジタル変換器
でディジタル化され、マイクロプロセッサ２０に供給さ
れ、マイクロプロセッサ２０は、後に説明する露光測定
の時間経過を制御する。マイクロプロセッサは、原理的
に、コンピュータの中央演算装置ＣＰＵにより実現でき
る。具体的に説明される実施例では、しかし、図２の回
路全体と一緒に、顕微鏡に取付け可能なホトモジュール
（光電管）の中に配置され、データの入出力のためにの
みコンピュータ１０に接続されている。これにより、露
光測定の際の評価時間が短縮され、更に、柔軟性が高め
られる、何故ならばコンピュータは、ユーザの希望に応
じて、データ入出力のみに用いられる操作卓と交替可能
であるからである。

【００２１】露光測定を制御するために、マイクロプロ
セッサ２０は、更に、増幅器１８の増幅率を切換えるた
めと、積分器１２，１３の積分時間を切換えるためと
に、３つの単安定マルチバイブレータ２１，２２，２３
に接続され、これらの単安定マルチバイブレータ２１，
２２，２３は、所定持続時間にわたりスイッチ１４，２
５を閉成することと、次いでスイッチ１４，２５を再び
開放することとを制御する。

【００２２】図２の回路による露光測定は、次のように
行われる。静止位置では、すなわち、像を形成する前で
は、リセットスイッチ２５と選択スイッチ１４とは双方
とも、閉成されている。増幅器１８は、１倍の増幅率に
調整されている。マイクロプロセッサ２０の開始信号
は、単安定マルチバイブレータ２１を不安定状態に切換
え、同時にフリップフロップ２４を切換え、これによ
り、リセットスイッチ２５が開放される。ホトダイオー
ドの光電流は、この時点に、積分器１２，１３により積
分され、これに応じて、標本化・保持回路のコンデンサ
１７は充電される。単安定マルチバイブレータ２１の切
換え時間が５０μｓ経過すると、単安定マルチバイブレ
ータ２１は、再び、安定状態に切換わって戻る。この切
換えにより、選択スイッチ１４は、別の単安定マルチバ
イブレータ２６により定められる時間にわたり開放さ
れ、リセットスイッチ２５は、フリップフロップ２４に
より再び閉成される。選択スイッチ１４の開放と同時
に、アナログ／ディジタル変換器１９が、トリガされ、
標本化・保持回路１５，１７の出力信号をディジタル化
する。出力信号のディジタル化の後、単安定マルチバイ
ブレータにより選択スイッチ１４は、再び閉成され、標
本化・保持回路１５，１７は放電される。単安定マルチ
バイブレータ２６が、不安定状態に滞在する時間は、約
２μｓである。

【００２３】１２ｂｉｔアナログ／ディジタル変換器１
９から供給されたディジタル信号が、最大出力信号の１
／１００より小さい場合、マイクロプロセッサ２０は、
再度の測定を開始しするが、しかし今回は、積分器１
２，１３の積分時間は、単安定マルチバイブレータ２２
により定められ、単安定マルチバイブレータ２２は、単
安定マルチバイブレータ２１に比して１００倍長い時
間、すなわち、不安定状態に５ｍｓ滞在する。今回も、
アナログ／ディジタル変換器１９から供給された信号
が、最大信号の１／１００より小さい場合、３回目の測
定が、更に１００倍長い積分時間で、すなわち、５００
ｍｓの積分時間で行われる。この場合、積分時間は、フ
リップフロップ２３により定められる。この信号も、不
充分である場合、４回目の露光測定が、同一の積分時間
で、しかし増幅器１８の増幅率を１０倍にして行われ
る。

【００２４】総括すると、図２の前述の回路によりホト
ダイオードの光電流は、２００×１０^-15Ａまで測定可
能であることが分かり、更に、異なる積分時間と、増幅
器１８による後置増幅とにより２・１０⁸のダイナミッ
クレンジが、実現可能であることが分かった。図２に基
づいて説明された露光測定の全経過は、図３のフローチ
ャートに、”測定１”として示されている第１のステッ
プ３０として示されている。蛍光像を撮影する際のフェ
ージング補正のために、同一の測定経過が、ステップ３
１で２回目として行われる（”測定２”）。次いで、プ
ロセッサ２０は、時間的に順次に検出された露光測定値
を供給し、次いで、演算ステップ３２で、これらの露光
測定値から、プロセッサで時定数τが計算され、時定数
τは測定場の中の蛍光強度の減少を表す。この計算の
際、蛍光強度は、図４の曲線３５により示されているよ
うに、時間と共に指数関数的に減少すると仮定され
る。”測定１”は、時間間隔Δｔ₁にわたり積分された
光強度に比例する信号を供給し、”測定２”は、時間間
隔Δｔ₂の場合の信号を供給する。２つの時間間隔の間
の時間間隔をΔｔとすると、プロセッサ２０で、時定数
τが次式により求められる。

【００２５】 τ＝Δｔ／ｌｎ（Ｍ１／Ｍ２）（１）ただし、Ｍ１は、”測定１”での測定値であり、Ｍ２
は、”測定２”での測定値を示す。これに平行して、プ
ロセッサ２０で、露光時間Ｄが、第２の測定で時間的に
一定の蛍光強度Ｍ２に対して得られる露光測定値から計
算される。ステップ３２で計算された時定数τも、ステ
ップ３３で計算され蛍光の減衰を考慮していない露光時
間Ｄも、計算機１０のモニターに表示される。更に、ス
テップ３３で、次式により、蛍光強度の時間特性を考慮
した露光時間Ｄ_Cが計算される。

【００２６】Ｄ_C＝−τｌｎ（１−Ｄ／τ）（２）良好な露光に必要な露光時間Ｄ_Cは、次式により表され
る係数αだけ、蛍光の減衰を考慮しない露光時間Ｄに比
して延長される。

【００２７】 α＝−（τ／Ｄ）ｌｎ（１−Ｄ／τ）（３）この後に初めて、プロセッサ２０は、ステップ３４でカ
メラシャッタ５ａを制御し、カメラシャッタ５ａを、蛍
光の減衰を考慮している露光時間Ｄ_Cにわたり開放す
る。カメラシャッタ５の開放時点は、図４にｔ₃により
示され、閉成の時点は、ｔ₄により示されている。

【００２８】前述の方法により、ただ１つのフィルム露
光の際の時間変化する蛍光も、考慮できる。しかし、勿
論、本発明の方法においても、例えば複数の顕微鏡像を
１つのネガに撮影するための多重露光が、可能である。

【００２９】更に、本発明の方法でも、付加的に、相反
則不軌の補正（シュワルツシルト補正）を行うことがで
きる。しかし、このような相反則不軌補正は、露光時間
Ｄ_Cの付加的な補正としてフェージングを考慮した後に
加算されなければならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】写真顕微鏡の中の光路を原理的に示す概念図で
ある。

【図２】図１の写真顕微鏡における露光測定する回路の
ブロック回路図である。

【図３】露光測定の際に行うステップを説明するフロー
チャートである。

【図４】時定数τで時間と共に減衰する蛍光強度Ｉを示
す線図である。

【符号の説明】

１試料２対物レンズ３鏡胴レンズ４プリズム５カメラシャッタ５ａ駆動装置６写真対物レンズ７フィルム８入れ出し切換え可能な鏡８ａ駆動装置９センサ９ａレンズ１０コンピュータ１１ホトダイオード１２演算増幅器１３コンデンサ１４スイッチ１５演算増幅器１６ポテンショメータ１７コンデンサ１８増幅器１９アナログ／ディジタル変換器２０マイクロプロセッサ２１，２２，２３単安定マルチバイブレータ２４フリップフロップ２５リセットスイッチ２６単安定マルチバイブレータ３５曲線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルム露光の前にセンサ（９，１１）
により多重測定又は時間分解能を有する測定を行うこと
により顕微鏡像の像の明るさを検出し、測定値から顕微
鏡像の時間特性を求め、次いで、蛍光の時間特性に整合
されたただ１つの露光持続時間（Ｄ_C）の間フィルム
（７）を露光することを特徴とする顕微鏡カメラの露光
制御方法。
【請求項２】像の明るさを検出するために、センサ
（９，１１）の出力電流を時間積分することを特徴とす
る請求項１に記載の顕微鏡カメラの露光制御方法。
【請求項３】積分時間（Δｔ₁，Δｔ₂）を、顕微鏡像
の像の明るさに応じて変化することを特徴とする請求項
２に記載の顕微鏡カメラの露光制御方法。
【請求項４】像の明るさの時間特性を表す時定数
（τ）を計算し、ディスプレー（１０）に表示すること
を特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１
つの請求項に記載の顕微鏡カメラの露光制御方法。
【請求項５】像の明るさを検出するセンサ（９，１
１）を具備し、フィルム露光の前に像の明るさの時間特
性を、時間分解能のある測定又は多重測定により求め、
評価装置（１０，２０）を具備し、前記評価装置（１
０，２０）は、センサ信号から、像の明るさの時間特性
を考慮した露光時間（Ｄ_C）を求め、制御装置（１０，
２０）を具備し、露光時間（Ｄ_C）が得られた後、前記
制御装置（１０，２０）は、像の明るさの時間特性を考
慮したただ１つの持続時間（Ｄ_C）の間カメラシャッタ
（５）を開放することを特徴とする写真顕微鏡。
【請求項６】センサ（１１）が、ホトダイオードであ
り、前記ホトダイオード（１１）の出力電流を積分する
積分器（１２，１３）を設けることを特徴とする請求項
５に記載の写真顕微鏡。
【請求項７】積分器（１２，１３）の積分時間を変化
する手段（２１，２２，２３）を設けることを特徴とす
る請求項６に記載の写真顕微鏡。
【請求項８】像の明るさを、時間的に互いに間隔を置
かれている２つの時間間隔（Δｔ₁，Δｔ₂）で検出し、
評価装置（２０）が、２つの前記時間間隔(Δｔ₁，Δｔ
₂）での像の明るさの差から、像の明るさの時間特性を
表す時定数(τ）を計算することを特徴とする請求項５
から請求項７のうちのいずれか１つの請求項に記載の写
真顕微鏡。
【請求項９】計算された時定数（τ）を表示するディ
スプレー（１０）が設けられていることを特徴とする請
求項８に記載の写真顕微鏡。
【請求項１０】光路の途中に、光路の中に入れたり光
路から出したりの入れ出し切換え可能な鏡（８）を挿入
配置し、前記鏡（８）が入れ切換えされている場合には
光路の光全体が、センサ（９，１１）に向けられ、前記
鏡（８）が出し切換えされている場合には光全体が、フ
ィルム（７）に向けられていることを特徴とする請求項
５から請求項９のうちのいずれか１つの請求項に記載の
写真顕微鏡。