DE19644662A1

DE19644662A1 - Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop

Info

Publication number: DE19644662A1
Application number: DE19644662A
Authority: DE
Inventors: Karl-Josef Dr Schalz
Original assignee: Leica Mikroskopie und Systems GmbH
Current assignee: Leica Microsystems CMS GmbH
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 1998-04-30
Anticipated expiration: 2016-10-26
Also published as: EP0875017A1; KR19990076596A; DE19644662C2; US6243197B1; WO1998019198A1; CN1212059A; CN1167967C; JP2000502472A

Description

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 26.

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 31 08 389 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop bekannt, bei der als mechanische Blende eine ansteuerbare Flüssigkristallzelle mit definierter Struktur verwendet wird. Für die verschiedenen Beleuchtungsarten, wie Auflicht/Durchlichtbeleuchtung, Schrägbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung, Phasenkontrastbeleuchtung und Polariationsbeleuchtung, 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.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den bekannten Stand der Technik so weiterzubilden, daß mit einer einzigen steuerbaren Zelle die unterschiedlichsten Beleuchtungsarten realisiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und des Patentanspruches 25 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Anordnung eines LCD, das eine flächige Matrix mit einzeln ansteuerbaren Pixeln aufweist, in einer zur Leuchtfeldblende oder Aperturblende konjugierten Ebene 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 kann 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 LCD oder auch DLP (Digital Light Technologie) als Beleuchtungseinrichtung am Mikroskop, können die verschiedensten Beleuchtungsarten realisiert werden, ohne daß die bisher üblichen mechanischen Anpassungen über Blenden, Filter o.a. 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 Farb-LCD kann über das Videosignal die Farbe des Beleuchtungslichtes eingestellt werden. Dabei ist es sogar in einfacher Art und Weise möglich, an verschiedenen Stellen des LCDs 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 in vorteilhafter Art und Weise erreicht, daß mit der Änderung des Bildes auf dem LCD die resultierende Änderung des Mikroskopbildes auf dem TV-Monitor sichtbar wird. Damit läßt sich durch schrittweises Ändern der Beleuchtung über das LCD-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 das LCD 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 dem LCD 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 dem LCD erzeugtes Bild;

Fig. 3 ein zweites auf dem LCD erzeugtes Bild;

Fig. 4 ein drittes auf dem LCD erzeugtes Bild;

Fig. 5 ein viertes auf dem LCD erzeugtes Bild;

Fig. 6 ein fünftes auf dem LCD erzeugtes Bild.

Die Fig. 1 zeigt ein Mikroskop 1 mit einem Objektiv 9 und einem Objekt 6. Das Mikroskop 1 weist einen Beleuchtungsstrahlengang 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 ein LCD 5 in einer zur Aperturblendenebene AP konjugierten Ebene AP' angeordnet, das von einer Lichtquelle 2 beleuchtet wird. Das LCD 5 ist über eine im Gehäuse 11 integrierte LCD-Ansteuereinrichtung 23 und ein Videokabel 19 an eine Steuer-/Rechner einrichtung 7 angeschlossen. Über ein Monitorkabel 18 besteht eine elektrische Verbindung zwischen der Steuer-/Rechnereinrichtung 7 und einem Monitor 8.

Im Gehäuse 11 ist zusätzlich eine Audioeinheit 21 integriert.

Die Steuer-/Rechnereinrichtung 7 ist außerdem zur Datenübertragung über eine Datenleitung 14 und eine Schnittstelle 13 mit der Steuereinrichtung des Mikroskops 1 verbunden. Zusätzlich ist in der Steuer-/Rechnereinrichtung 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 der Steuer-/Rechnereinrichtung 7 geladenes Steuerprogramm läßt sich menügeführt das entsprechende Transparent-/Opakmuster auf dem LCD 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 verändernden Parameter in ergonomisch günstiger Weise über eine Maussteuerung einstellbar sind.

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

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

Die Fig. 4 zeigt das LCD 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 das LCD 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 das LCD 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 integriertem LCD beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Videoprojektoren mit LCD beschränkt, sondern es können selbstverständlich auch anders aufgebaute Videoprojektoren verwendet werde. Dies sind beispielsweise Videoprojektoren mit DLP (Digital-Light-Processing) Technik, die mit bewegten Mikrospiegeln auf Reflexionsbasis arbeiten.

Ferner können an Stelle eines LCD 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

LCD

6

Objekt

7

Steuer-/Rechnereinrichtung

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

LCD-Steuereinrichtung
AP Aperturblendenebene
AP' konjugierte Aperturblendenebene.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1), mit einer Lichtquelle (2), einer Beleuchtungsoptik (3) und einem im Beleuchtungsstrahlengang (4) angeordneten LCD (5), wobei das Beleuchtungslicht von der Lichtquelle (2) über das LCD (5) auf das Objekt (6) gelenkt wird, mit einer Steuer- und Rechnereinrichtung (7) zum Ansteuern des LCD (5), wobei auf dem LCD (5) ein Transparent-/Opakmuster erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das LCD (5) in einer zur Leuchtfeld- oder Aperturblendenebene (AP) konjugierten Ebene (AP') angeordnet ist und das LCD (5) eine flächige Matrix mit einzeln ansteuerbaren Pixeln aufweist und das LCD (5) über ein, von der Steuer- und Rechnereinrichtung (7) erzeugtes Bildsignal angesteuert wird, wodurch ein beliebiges Transparent-/Opakmuster auf dem LCD (5) erzeugt wird.

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

3. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Steuer- und Rechnereinrichtung (7) ein Monitor (8) angeschlossen ist, über den das auf dem LCD (5) erzeugte Transparent-/Opakmuster gleichzeitig darstellbar ist.

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

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

6. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Transparent-/Opakmuster auf dem LCD (5) ein aus einzelnen Pixeln bestehendes, in der Beleuchtungsachse (10) des Beleuchtungsstrahlenganges (4) angeordnetes, transparent und kreisförmig ausgebildetes, Bild erzeugt wird (Fig. 2).

7. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Transparent-/Opakmuster auf dem LCD (5) ein aus einzelnen Pixeln bestehendes, in der Beleuchtungsachse (10) des Beleuchtungsstrahlenganges (4) angeordnetes, opak und kreisförmig ausgebildetes, Bild erzeugt wird (Fig. 5).

8. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Transparent-/Opakmuster auf dem LCD (5) ein aus einzelnen Pixeln bestehendes, in der Beleuchtungsachse (10) des Beleuchtungsstrahlenganges (4) angeordnetes und mindestens ein Kreissegment aufweisendes, Bild erzeugt wird (Fig. 3; Fig 4).

9. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Transparent-/Opakmuster auf dem LCD (5) ein aus einzelnen Pixeln bestehendes, in der Beleuchtungsachse (10) des Beleuchtungsstrahlenganges (5) angeordnetes und einzelne ringförmig opake Bereiche aufweisendes, Bild erzeugt wird. (Fig. 6)

10. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) einem der Ansprüche 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) und das LCD (5) als separate Baueinheit ausgebildet sind.

11. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit in einem separaten Gehäuse (11) angeordnet ist.

12. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (1) eine Ankoppeleinrichtung (12) für das Gehäuse (11) aufweist.

13. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß als separate Baueinheit ein handelsüblicher Video-Projektor verwendet wird.

14. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit mit einer Audioeinheit (21) ausgestattet ist.

15. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Audioeinheit über die Steuer-/Rechnereinrichtung (7) ansteuerbar ist.

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

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

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

19. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Transparent-/Opakmuster über die Steuer-/Rechnereinrichtung (7) zeitlich nacheinander an verschiedenen Stellen auf dem LCD (5) erzeugt werden.

20. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (1) eine elektronische Schnittstelle (13) aufweist.

21. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer-/Rechnereinrichtung (7) zur Ansteuerung elektrisch schaltbaren Mikroskopfunktionen über die Schnittstelle (13) mit dem Mikroskop (1) verbunden ist.

22. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 20-21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikroskop (1) zur externen Steuerung mit einem Netzwerk verbunden ist.

23. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß über das Netzwerk die Beleuchtung für mindestens ein Mikroskop (1) einstellbar ist.

24. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 22-23, dadurch gekennzeichnet, daß über das Netzwerk sämtliche Mikroskopfunktionen einstellbar sind.

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

26. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1), dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle ein Videoprojektor verwendet wird.

27. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Videoprojektor von einem Signal einer Grafikkarte einer Steuer-/Rechnereinrichtung (7) angesteuert wird.

28. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Videoprojektor von einem Videosignal oder einem Fernsehsignal angesteuert wird.

29. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal oder das Fernsehsignal von einer handelsüblichen Grafikkarte eines Computers erzeugt wird.

30. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuer-/Rechner einrichtung (7) ein handelsüblicher PC oder tragbarer Computer verwendet wird.

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

32. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung im Auflicht oder im Durchlicht am Mikroskop betrieben wird.

33. Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop (1) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß im Mikroskop Schaltmittel zur wahlweisen Umschaltung zwischen der Auflicht und Durchlichtbeleuchtung angeordnet sind.