染色された生物試料用の発光ダイオードを具える照射源
顕微鏡照射システム（１０）は、少なくとも４つのＬＥＤ光源（１６Ｒ、１６Ｂ、１６Ｇ、１６Ｙ）を有する光源（１６）を具え、各ＬＥＤ光源は、可視スペクトルの異なる部分内の光を放出する。少なくとも４つのＬＥＤ光源の各々は独立して制御可能にしても良い。少なくとも４つのＬＥＤ光源から放出される結果として生じる光は、白熱光源からのものとほぼ似ている。一実施例において、システムは、少なくとも１の赤色ＬＥＤ（１６Ｒ）と、少なくとも１の緑色ＬＥＤ（１６Ｇ）と、少なくとも１の青色ＬＥＤ（１６Ｂ）と、少なくとも１の黄色ＬＥＤ（１６Ｙ）とを具える。他の色の組合せも可能である。照射源は、光源の光路内にスライド（１４）などの試料ホルダを配置するように配置しても良い。システムは、さらに、生物試料の画像を拡大するための光学拡大システム（２２）を具えても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般的に細胞学及び組織学分野に関するものである。より詳細には、本発明の分野は、１又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して、染色された生物試料を照射する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの顕微鏡は、従来からの白熱灯を使用して染色された生物試料を照射する。白熱灯は、可視スペクトル（約４００ｎｍ乃至約７００ｎｍ）の全ての色を組み合わせた白色光を放出する。しかし、残念なことに、白熱灯は大量の熱を放出し、エネルギー効率が低く、しばしば、頻繁に交換することを必要とする。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は一般的に既知の光源であり、可視スペクトルの狭い帯域のみをカバーする単色を発生させる。たとえば、４５０ｎｍ、５２５ｎｍ、及び６２５ｎｍに集中している狭い帯域の光を作り出すＬＥＤは、人間の目には、青、緑、及び赤としてそれぞれ見えうる。色というものは、目に特別な細胞を有している人間によって視覚化されるものである。具体的には、人間の目は３種類の色受容細胞を有している。これらは、いわゆる、Ｓ−ｃｏｎｅ、Ｍ−ｃｏｎｅ、Ｌ−ｃｏｎｅを含んでおり、これらは、それぞれ短波長、中波長、長波長の可視光を検出する。３種類全ての錐体細胞は、広い帯域の波長に敏感であるが、ピーク感度は異なっている。例えば、Ｓ−ｃｏｎｅは４２０ｎｍ（青）周辺で最も敏感となり、Ｍ−ｃｏｎｅは５３４ｎｍ（緑）周辺、Ｌ−ｃｏｎｅは５６４ｎｍ（赤）周辺で敏感となる。
【０００４】
目は、基本的にスペクトル特性を統合して３つの信号を生成する。信号の一つは光度である。もう１つは、青色光と黄色との差別化である。最後の３つ目は、黄色を赤又は緑の光に分ける。スペクトルをこのように統合することによって、色を相互に平均化する。黄色のＬＥＤ（５９０ｎｍ）からの光は、緑及び赤色ＬＥＤを組み合わせた光（５３０ｎｍ及び６５０ｎｍ）と同じように目に見える。赤と緑が釣り合って、両方とも青に勝るからである。
【０００５】
様々な強さの赤、緑、青の光を結合することによって、ほとんど、どんな色の態様も作ることができる。たとえば、別々に色が付いた赤、緑、及び青色ＬＥＤを用いた顕微鏡照射システムは、オペレータの選択に従い、どんな色の照射にも調節することができる。
【０００６】
一般的な顕微鏡画像アプリケーションでは、生物試料を照射するために従来の白熱電球から放出する光である白色光を必要とする。疾病状態のための生物試料の観察を学んでいる病理学者及び他の人は、広帯域の、白熱光源で照射される試料を分析することに精通している。従来の白熱光源から放出される白色光を模倣するために、ＬＥＤを用いる試みがなされてきた。たとえば、単一ＬＥＤを作り、白色光に近くするために色のついた光を混合する。たとえば、前記設計において、青色光は窒化ガリウムダイオード半導体（４６０ｎｍ周辺）から放出される。約５５０ｎｍ乃至約６５０ｎｍの範囲の第２の光は、高分子ジャケットの内側に位置する蛍光体コーティングによって放出される。この波長を組合せることによって、比較的高温の「白色」光が生成される。上記に述べたタイプのＬＥＤは、これらが比較的長い波長（例えば赤色光）の光を生成するのに適していないという問題を有している。
【０００７】
さらに別の構成において、赤、緑、及び青色ＬＥＤからの光を白色に見える照射を生成するように結合するが、十分な可視スペクトルを含んでいない。特に、黄色の帯域（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ周辺）の照射の強さが非常に低い。黄色部分のスペクトルのこの隙間は、染色された細胞試料が白熱灯で照射される場合と比較して、これらのいくらかが異なる色に見えてしまう原因となる。これは、病理学者や他の訓練された人によって、染色された生物試料が、従来の白熱の白色光と比較してＬＥＤ式の白色光の下で異なって見えてしまうので問題となる。しかしながら、病理学者は、一般的に、広い帯域の白熱光源を用いる顕微鏡で訓練される。異なる視覚的な様相によって、スライドの結果が混乱してしまい、誤解を与えることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例では、顕微鏡照射システムは、少なくとも４つのＬＥＤ光源を有する光源を具え、各ＬＥＤ光源は、可視スペクトルの異なる部分内の光を放出する。少なくとも４つのＬＥＤ光源の各々は、独立して制御可能にしても良い。少なくとも４つのＬＥＤ光源から放出される結果として生じる光は、白熱光源からのものにほぼ近い。少なくとも４つのＬＥＤ光源は、結合するときに白熱又は広帯域の光源から放出される光にかなり近い任意の色にしても良い。例えば、少なくとも４つのＬＥＤは、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、黄色ＬＥＤとを具えても良い。照射システムは、各色の単一のＬＥＤを具えるか、又は照射システムが各色の複数のＬＥＤを具えるようにしても良い。さらに別の実施例では、照射システムは、単一の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤと、複数の黄色ＬＥＤとを具えても良い。さらに他の色の組合せが可能である。例えば、４つのＬＥＤの色は、紫色、青緑色、黄緑色、及び橙色を含んでも良い。
【０００９】
本発明の一実施例では、照射システムは、４色のＬＥＤに動作可能に接続された１又はそれ以上の駆動回路を具える。例えば、第１の回路は、ＲＧＢ色を駆動するために使用される一方、第２の回路は、黄色ＬＥＤを駆動するために使用されても良い。別の代替物として、各色（赤、緑、青、及び黄）は、別個の回路によって制御されても良い。別の実施例において、個々の色付きＬＥＤの輝度は、独立して制御可能である。４色ＬＥＤは、分離しているか、これらは、単一又は複数のモジュールに一体化されていても良い。例えば、ＲＧＢ ＬＥＤは、一のモジュールであるが、黄色ＬＥＤは分離したモジュールに配置されても良い。
【００１０】
本発明のさらに別の実施例において、顕微鏡照射システムが、少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える光源を具える。顕微鏡照射システムは、光源の光路内に配置されるホルダを具える。試料ホルダは、光学照射の光路内に生物試料を保持するように構成される。顕微鏡照射システムは、生物試料の拡大画像を取得するための光学システムを具える。例えば、カメラを使用して、生物試料の拡大画像を取得するようにしても良い。代替的に、従来の顕微鏡レンズを使用可能である（例えば、対物レンズや同様のもの）。
【００１１】
本発明のさらに別の実施例において、生物試料を照射する方法が、１の赤色ＬＥＤと、１の緑色ＬＥＤと、１の青色ＬＥＤと、別の黄色ＬＥＤとを具える少なくとも４つのＬＥＤを具える照射を提供するステップを具える。黄色ＬＥＤは、従来のＲＧＢ ＬＥＤユニットと比較されるときの黄色部分の可視スペクトルの隙間を埋める。次いで、組織部分、細胞、又は複数の細部を含む生物試料が、照射源の光路に提供される。一般的に生物染色で染色された生物試料は、少なくとも４つのＬＥＤで照射される。様々な色のＬＥＤの輝度は、画像の外観を変えるために調節されても良い。例えば、黄色ＬＥＤの輝度は、知覚される色相を変えるために調節されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
次に、本発明の実施例が、添付した図面を通じて追加的な特異性及び詳細とともに記述され説明されている。
【図１】図１は、本発明の一実施例に従って、ＬＥＤ式照射システムを概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の別の実施例に従って、ＬＥＤ式照射システムを概略的に示す。
【図３】図３は、４つの色付ＬＥＤが、分離している駆動回路によってそれぞれ駆動される実施例を示す。
【図４】図４は、複数の黄色ＬＥＤに囲まれた、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとを具えるＬＥＤ式光源を示す。
【図５】図５は、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとを具える第１モジュールにおける別のＬＥＤ式光源を示す。第２のモジュールが、少なくとも１の黄色ＬＥＤを具えて提供されている。２つのモジュールはビームスプリッタに対して配列されており、黄色の光が赤色、緑色、及び青色の光と結合されて白色光を作り、試料を照射する。
【図６】図６は、４色（赤、緑、青、及び黄）ＬＥＤ式照射システムの波長特性である光度のグラフを示す。
【図７】図７は、４色（赤、緑、青、及び黄）ＬＥＤ式照射システムの波長特性である光度のグラフを示す。また、ステイン・エオシンＹの吸収スペクトルも示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、顕微鏡照射システム１０を概略的に示す。広い意味において、顕微鏡照射システム１０は、少なくとも４つの別々のＬＥＤを具える照射源又は光源１２を具える。ＬＥＤは、少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える。上述した色は、それぞれのＬＥＤから放出される光の色に言及している。例えば、赤色ＬＥＤは、一般的に、約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、緑色ＬＥＤは、一般的に、約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、青色ＬＥＤは、一般的に、約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、黄色ＬＥＤは、一般的に、約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出する。もちろん、これらの範囲は、それぞれのＬＥＤから送られる光の大部分を含んでいることを意味しており、記載した範囲を越えた放出がいくらか起こることが予期される。
【００１４】
以下に更に詳細に説明されるように、赤、緑、及び青色ＬＥＤのみを照射源として使う場合、黄色ＬＥＤを追加することによって、顕微鏡照射システム１０からの発光スペクトルの隙間を埋める。この点に関し、黄色ＬＥＤの追加をすることによって、ＬＥＤ式顕微鏡照射システムで観察される生物試料の外観を、従来の白熱システムで観察される同じ試料とより似るようにすることができる。この点に関し、病理学者及び他の訓練された専門家は、生物試料の特定の構造及び態様の視覚化をより良くすることができる。たとえば、エオシンＹとオレンジＧ染色など特定の染色剤が用いられるとき、ユーザにとって、ＬＥＤからのＲＧＢ（赤、青、緑）の照射源のみで照射される細胞及び細胞構造は、従来の広い帯域の（白熱光源）で照射される同じ対象と比較すると視覚的に異なるように見えてしまう。黄色ＬＥＤを追加することによって、この問題を緩和することができる。
【００１５】
図１に戻って参照すると、顕微鏡照射システム１０の一の目的は、複数の異なる色のＬＥＤ１６を用いて、顕微鏡スライド１４上の生物（例えば、細胞学的）標本１２を画像化するための「白色」光源を提供することである。照射源は、少なくとも１の赤色ＬＥＤ１６Ｒと、少なくとも１の緑色ＬＥＤ１６Ｇと、少なくとも１の青色ＬＥＤ１６Ｂと、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙとを具える。各ＬＥＤ１６は、明るい白色光が、生物標本１２を照射して視覚化することを可能とするように高輝度ＬＥＤにしても良い。複数のＬＥＤを、単一の別個のＬＥＤの組合せ又はカスタムマルチ型ＬＥＤ式モジュールで形成しても良い。例えば、個々のＬＥＤは、常時簡単に購入可能な構成部材で組み立てて、照射源サブアセンブリを構成しても良い。代替的に、個々のＬＥＤダイが共通の基板１８（図１及び２に示す）に取り付けられたＬＥＤ式モジュールを使用しても良い。
【００１６】
ＬＥＤ１６が発熱して、ＬＥＤの温度が上昇すると、出力波長がシフトする。発生する熱量は、ＬＥＤが駆動される電流及び電流が流れる持続時間に依存する。波長をシフトさせる原因になる十分な熱を発生させることなく、装置からの光出力を増やすために、ＬＥＤ１６は、パルス回路２０によって駆動されても良く、特定の実施例では、カメラとの統合している間、イメージングシステム１０のカメラ２２と同期して、短く強いパルス光をカメラ２２へ送り出す。本実施例において、カメラ２２は、続いて観察および／又は分析するために、生物標本１２の画像を拡大し捕捉する。もちろん、たとえば、顕微鏡照射システム１０が人間のオペレータによって用いられる場合、ＬＥＤ１６はカメラ２２と同期する必要はない。本実施例において、カメラ２２は、従来の拡大レンズ（例えば対物レンズなど）と置き換えられても良い。この適用例では、ＬＥＤ１６は連続的に動かされ、同期する必要がない。
【００１７】
図１に戻って参照すると、カメラ２２を用いる実施例において、例えば、方形波発生器２６を用いて、カメラ／フレームグラッバ２４及びＬＥＤパルスドライバ２０の両方をトリガとする外部トリガを提供することによって、ＬＥＤパルスは、カメラフレーム統合と同期する。カメラ２２は、トリガに即時に応答するものではない。この遅延を補償するために、パルス駆動回路２０はプログラム可能な遅延を用いて、システムと同期する。もちろん、カメラの種類及び実際の実装に依存する他の同期方法も可能である。
【００１８】
照射システム１０は、カメラ２２によって撮られる画像の取得及び保存を制御するために使用可能なパソコンなどのプロセッサ２９を具えても良い。プロセッサ２９は、画像シーケンスの様々な機能を調整し、さらに生物標本１２のデジタル画像を保持する又は伝送するようにしても良い。
【００１９】
ＬＥＤ１６は、本来、不均一な出力光を空間的に作り出し、いくつかの光学アプリケーションでは、試料の適切な均一の照射を必要とする。均一性を問題とする状況では、空間的に均一な照射を作り出す２種類のシステムを、ＬＥＤ１６、すなわち、ケーラ（Ｋｏｅｈｌｅｒ）及びファイバオプティックシステムとともに用いても良い。これらのシステムのどちらにも使用されるＬＥＤ１６は、近接してまとめられた別個のＬＥＤ１６にするか、又はより高密の装置を作るために、複数のＬＥＤ１６ダイを単一の基板１８に集積しても良い。
【００２０】
ケーラ照明（図１及び２参照）は一般的な技術であり、従来の顕微鏡照射器で用いられる空間的に不均一な白熱灯のフィラメントから顕微鏡スライド１４の均一な照射を作る。検査で測定されたように、この技術は、ＬＥＤ１６を使用するときに均一性を達成するために等しく効果的である。ＬＥＤ式照射システム１０の一実施例において、個々のＬＥＤ１６は、互いに近くでまとめられて、従来のケーラ照明２８におけるランプフィラメントの一般的な位置に配置される。
【００２１】
図２に見られるように、均一性を達成する別の実施例において、複数のＬＥＤ１６が、レンズ又は他の光学装置とともに、ラージコア（約５００乃至約６００μｍ）光ファイバ３０に連結されている。本書に全体を説明したものとして参照によって盛り込まれている米国特許第６，６６５，０６０号は、ＬＥＤ１６と共に使用されうるレンズを開示している。ファイバ３０の長さが選択され、ＬＥＤ１６の空間的な不均一性が互いに混合されて、ファイバ３０からの比較的均一な空間出力が達成される。実際には、ファイバ３０の出力は、ほぼ、空間プロフィールにおけるガウス分布である。ファイバ３０は、中央の、比較的平らな、出力部分のみを使用するために、顕微鏡スライド１４から離れていなければならないかもしれない。個々のＬＥＤ１６の代替として、複数のＬＥＤダイ（図１及び２参照）が単一基板１８に配置されても良い。個々のレンズを各ダイ上に配置して、各ダイからの放射が狭い円錐に収集されるようにすることができる。特定の実施例では、ケーラ照明２８、３０は全く存在しなくても良い。
【００２２】
上述したように、図１及び２における黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＲＧＢ ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを使用して放出された光の発光スペクトルの隙間を埋める。スペクトルの黄色領域（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ）における照射強度は、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙが存在することによって満たされる。図１及び２が、単一の黄色ＬＥＤ１６Ｙを示している一方、いくつかの実施例において、複数の黄色ＬＥＤ１６Ｙを使用しても良い。例えば、一の構成において、複数の黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＲＧＢ ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ又はＬＥＤダイを具える内部を囲む又は包含する（たとえば図４参照）。
【００２３】
図３に示すように、本発明の一実施例では、複数のＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙが、分離している駆動回路によって駆動される。すなわち、少なくとも１の赤色ＬＥＤ１６Ｒは第１の駆動回路４０Ｒによって駆動され、少なくとも１の緑色ＬＥＤ１６Ｇは、第２の、分離している駆動回路４０Ｇによって駆動され、少なくとも１の青色ＬＥＤ１６Ｂは、第３の、分離している駆動回路４０Ｂによって駆動され、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙは、第４の、分離している駆動回路４０Ｙによって駆動される。図３は、本実施例を示しており、分離している駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは各々、それぞれのＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙに連結している。
【００２４】
駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、一般的に、ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙに電流を適用するための電流源を具えている。電流がＬＥＤｐ−ｎ接合全体でフォワードバイアスされるときに光がダイオードから放出される。駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、互いに独立したＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの輝度を調節することができる。例えば、黄色ＬＥＤ１６Ｙの輝度は、赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを独立して調節するようにしても良い。輝度のレベルは、パルス幅の変調を利用して調節される。例えば、１０％の輝度レベルを達成するために、電流は、１０％の時間の「オン（ｏｎ）」状態と９０％の時間の「オフ（ｏｆｆ）」状態でパルス化される。パルス幅の変調は、ＬＥＤの輝度レベルを制御するための公知の方法である。駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、１又はそれ以上のマイクロプロセッサを用いて実装されても良い。
【００２５】
図４及び５は、照射システム１０用ＬＥＤ式光源５０のための２つの例示的な構成を示している。図４において、一連の黄色のＬＥＤ１６Ｙは、赤、緑、青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを具えるＬＥＤモジュール４２を囲む。黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＬＥＤモジュール４２周囲に対称的な方法で配列されている。図５は、ＬＥＤ式光源５０の別の構成を示しており、赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを具えるモジュール４２は、ビームスプリッタＢＳに放射を放出する。黄色ＬＥＤ１６Ｙを具える別個のモジュール４２は、黄色ＬＥＤ１６Ｙから放出する黄色の光が、ビームスプリッタを介して伝えられる赤、緑、及び青色の光と組み合わされ又は結合されるように、ＲＧＢモジュール４２の光路にほぼ垂直に配置される。もちろん、図４及び５のＬＥＤ式光源５０は、例示であり、赤、緑、青、黄色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙを組み合わせた他の構成が本発明内で考えられる。
【００２６】
黄色のＬＥＤ１６Ｙの存在は、可視スペクトル（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ）のこの領域の隙間を満たす。図６は、赤、緑、青、黄色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙを使用する照射システム１０のスペクトルを示す。この第４の（すなわち黄）色を追加することによって、試料が、広い帯域の白熱光源で照射される場合、染色された生物試料（例えば、細胞）を知覚される色により近く見えるようにする。例えば、本発明は、エオシンＹ（Ｃ２０Ｈ６Ｂｒ４Ｎａ２Ｏ５；ＣＡＳ Ｎｏ．１７３７２−８７−１）、ヘマトキシリンとエオシン（Ｈ＆Ｅ）方法におけるミョウバンヘマトキシリンに対する一般的な対比染色剤などの生物染色を使用する染色された生物試料をとくに対象としている。エオシンＹは、約５２５ｎｍ周辺に吸収ピークを有する狭い帯域の光を吸収する。この吸収ピークは、緑色ＬＥＤ１６Ｇのピーク放出波長とほとんど正確に対応している。図７は、４色のＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの照射スペクトルに重ね合わせたエオシンＹの吸収スペクトルを示す（図６）。エオシンＹで染色された試料では、緑色の光のほとんどが遮断されるが、青、黄、及び赤色波長が伝えられることに留意する。
【００２７】
エオシンＹで染色された生物試料が白熱光源で照射される場合、緑の光のほとんどが遮断され、残りのスペクトルが淡いピンク色として人間の目に知覚される。しかしながら、エオシンＹで染色された生物試料が、赤、緑、青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂだけを用いて照射される場合、黄色の波長が存在しないことによって、生物試料の知覚される色からかなりシフトしてしまう。白熱光源と同様に、緑の光のほとんどが遮断され、赤及び青の残りの混合は、マゼンタの高飽和状態の色合いとして人間の目に知覚される。従って、エオシンＹで染色された、細胞の厚いクラスタは、かなり暗く飽和して見え、核を特定することが難しい。病理学者または細胞検査技師は、このように、彼または彼女が従来の白熱照射源の下で見えるであろうと予期するものとかなり異なる画像を見ることになる。
【００２８】
同様の色の知覚が、オレンジＧ染色（１−フェニルアゾ−２−ナフトール−６，８−ジスルホン酸ジナトリウム塩；Ｃ１６Ｈ１０Ｎ２Ｎａ２Ｏ７Ｓ２、ＣＡＳ Ｎｏ．１９３６−１５−８）で染色された生物標本に起こるようにしても良い。赤、青、緑色ＬＥＤのみを具えるＬＥＤ式照射システムを用いて、生物試料を照射し観察する場合、オレンジＧ染色とエオシンＹを区別することは難しい。しかしながら、オレンジＧ染色はガンを角質化する指標であるため、これは問題である。したがって、ＲＧＢカラーのみに依存する照射システムでは、誤診の可能性がある。
【００２９】
細胞染色が診断情報を提供するので、ＬＥＤ照射された生物構造（例えば、細胞及び細胞小器官）が、顕微鏡に一般的に用いられる白熱光源によって照射されるものと同じように見えることは避けられない。ＲＧＢ ＬＥＤのみが細胞を照射するために用いられる場合、異なる外観を有するため、病理学者または細胞検査技師によって試料が誤診される可能性がありうる。
【００３０】
しかしながら、この問題は、黄色のＬＥＤ１６Ｙを追加し、ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの相対的な強さを調節して、光がさらに白色に見えるようにする場合に解決される。結果的に、エオシンＹで染色される試料は、暗いマゼンタ色の色彩よりも、むしろ予期されるであろうピンクがかったトーンで知覚される又は視覚化される。白熱光源と同様に、ＬＥＤ１６Ｇからの緑の光のほとんどは遮断され、残りの赤、青、及び黄色の光が混合して、淡いピンクの色として人間の目に知覚される。知覚される色相は、白熱照射の外観に一致するように黄色の光の輝度を変えることによって調節できる。例えば、図３を参照すると、ＬＥＤ駆動回路４０Ｙを用いて、パルス幅変調を調節することによって黄色ＬＥＤ１６Ｙの輝度を変えても良い。
【００３１】
改良された白色照射は、１又はそれ以上の従来の赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに加えて、１又はそれ以上の黄色ＬＥＤ１６Ｙを組み込むＬＥＤモジュール４２を構築することによって達成可能である。代替的に、複数のＬＥＤモジュール４２を組み合わせて、広帯域の白熱光源を模倣するようにしても良い。本書に記載した本発明は、４色のＬＥＤ（赤、緑、青、及び黄）を用いて説明されているが、可視スペクトルを十分にカバーする任意のＬＥＤの色を組合せることによって同様の結果を達成できる。たとえば、紫色、青緑色、黄緑色、及び橙色のＬＥＤを組み合わせることによって、赤、緑、青、及び黄色ＬＥＤによって作られるのと同じ程に十分なスペクトルを提供するだろう。本書に説明しているタイプの照射システム１０のＬＥＤが追加の色を具えることは、白熱放射から放出さられるスペクトルに等しいより完全な、十分なスペクトルを提供することができるであろう。
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般的に細胞学及び組織学分野に関するものである。より詳細には、本発明の分野は、１又はそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して、染色された生物試料を照射する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの顕微鏡は、従来からの白熱灯を使用して染色された生物試料を照射する。白熱灯は、可視スペクトル（約４００ｎｍ乃至約７００ｎｍ）の全ての色を組み合わせた白色光を放出する。しかし、残念なことに、白熱灯は大量の熱を放出し、エネルギー効率が低く、しばしば、頻繁に交換することを必要とする。
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は一般的に既知の光源であり、可視スペクトルの狭い帯域のみをカバーする単色を発生させる。たとえば、４５０ｎｍ、５２５ｎｍ、及び６２５ｎｍに集中している狭い帯域の光を作り出すＬＥＤは、人間の目には、青、緑、及び赤としてそれぞれ見えうる。色というものは、目に特別な細胞を有している人間によって視覚化されるものである。具体的には、人間の目は３種類の色受容細胞を有している。これらは、いわゆる、Ｓ−ｃｏｎｅ、Ｍ−ｃｏｎｅ、Ｌ−ｃｏｎｅを含んでおり、これらは、それぞれ短波長、中波長、長波長の可視光を検出する。３種類全ての錐体細胞は、広い帯域の波長に敏感であるが、ピーク感度は異なっている。例えば、Ｓ−ｃｏｎｅは４２０ｎｍ（青）周辺で最も敏感となり、Ｍ−ｃｏｎｅは５３４ｎｍ（緑）周辺、Ｌ−ｃｏｎｅは５６４ｎｍ（赤）周辺で敏感となる。
【０００４】
目は、基本的にスペクトル特性を統合して３つの信号を生成する。信号の一つは光度である。もう１つは、青色光と黄色との差別化である。最後の３つ目は、黄色を赤又は緑の光に分ける。スペクトルをこのように統合することによって、色を相互に平均化する。黄色のＬＥＤ（５９０ｎｍ）からの光は、緑及び赤色ＬＥＤを組み合わせた光（５３０ｎｍ及び６５０ｎｍ）と同じように目に見える。赤と緑が釣り合って、両方とも青に勝るからである。
【０００５】
様々な強さの赤、緑、青の光を結合することによって、ほとんど、どんな色の態様も作ることができる。たとえば、別々に色が付いた赤、緑、及び青色ＬＥＤを用いた顕微鏡照射システムは、オペレータの選択に従い、どんな色の照射にも調節することができる。
【０００６】
一般的な顕微鏡画像アプリケーションでは、生物試料を照射するために従来の白熱電球から放出する光である白色光を必要とする。疾病状態のための生物試料の観察を学んでいる病理学者及び他の人は、広帯域の、白熱光源で照射される試料を分析することに精通している。従来の白熱光源から放出される白色光を模倣するために、ＬＥＤを用いる試みがなされてきた。たとえば、単一ＬＥＤを作り、白色光に近くするために色のついた光を混合する。たとえば、前記設計において、青色光は窒化ガリウムダイオード半導体（４６０ｎｍ周辺）から放出される。約５５０ｎｍ乃至約６５０ｎｍの範囲の第２の光は、高分子ジャケットの内側に位置する蛍光体コーティングによって放出される。この波長を組合せることによって、比較的高温の「白色」光が生成される。上記に述べたタイプのＬＥＤは、これらが比較的長い波長（例えば赤色光）の光を生成するのに適していないという問題を有している。
【０００７】
さらに別の構成において、赤、緑、及び青色ＬＥＤからの光を白色に見える照射を生成するように結合するが、十分な可視スペクトルを含んでいない。特に、黄色の帯域（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ周辺）の照射の強さが非常に低い。黄色部分のスペクトルのこの隙間は、染色された細胞試料が白熱灯で照射される場合と比較して、これらのいくらかが異なる色に見えてしまう原因となる。これは、病理学者や他の訓練された人によって、染色された生物試料が、従来の白熱の白色光と比較してＬＥＤ式の白色光の下で異なって見えてしまうので問題となる。しかしながら、病理学者は、一般的に、広い帯域の白熱光源を用いる顕微鏡で訓練される。異なる視覚的な様相によって、スライドの結果が混乱してしまい、誤解を与えることになる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施例では、顕微鏡照射システムは、少なくとも４つのＬＥＤ光源を有する光源を具え、各ＬＥＤ光源は、可視スペクトルの異なる部分内の光を放出する。少なくとも４つのＬＥＤ光源の各々は、独立して制御可能にしても良い。少なくとも４つのＬＥＤ光源から放出される結果として生じる光は、白熱光源からのものにほぼ近い。少なくとも４つのＬＥＤ光源は、結合するときに白熱又は広帯域の光源から放出される光にかなり近い任意の色にしても良い。例えば、少なくとも４つのＬＥＤは、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、黄色ＬＥＤとを具えても良い。照射システムは、各色の単一のＬＥＤを具えるか、又は照射システムが各色の複数のＬＥＤを具えるようにしても良い。さらに別の実施例では、照射システムは、単一の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤと、複数の黄色ＬＥＤとを具えても良い。さらに他の色の組合せが可能である。例えば、４つのＬＥＤの色は、紫色、青緑色、黄緑色、及び橙色を含んでも良い。
【０００９】
本発明の一実施例では、照射システムは、４色のＬＥＤに動作可能に接続された１又はそれ以上の駆動回路を具える。例えば、第１の回路は、ＲＧＢ色を駆動するために使用される一方、第２の回路は、黄色ＬＥＤを駆動するために使用されても良い。別の代替物として、各色（赤、緑、青、及び黄）は、別個の回路によって制御されても良い。別の実施例において、個々の色付きＬＥＤの輝度は、独立して制御可能である。４色ＬＥＤは、分離しているか、これらは、単一又は複数のモジュールに一体化されていても良い。例えば、ＲＧＢ ＬＥＤは、一のモジュールであるが、黄色ＬＥＤは分離したモジュールに配置されても良い。
【００１０】
本発明のさらに別の実施例において、顕微鏡照射システムが、少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える光源を具える。顕微鏡照射システムは、光源の光路内に配置されるホルダを具える。試料ホルダは、光学照射の光路内に生物試料を保持するように構成される。顕微鏡照射システムは、生物試料の拡大画像を取得するための光学システムを具える。例えば、カメラを使用して、生物試料の拡大画像を取得するようにしても良い。代替的に、従来の顕微鏡レンズを使用可能である（例えば、対物レンズや同様のもの）。
【００１１】
本発明のさらに別の実施例において、生物試料を照射する方法が、１の赤色ＬＥＤと、１の緑色ＬＥＤと、１の青色ＬＥＤと、別の黄色ＬＥＤとを具える少なくとも４つのＬＥＤを具える照射を提供するステップを具える。黄色ＬＥＤは、従来のＲＧＢ ＬＥＤユニットと比較されるときの黄色部分の可視スペクトルの隙間を埋める。次いで、組織部分、細胞、又は複数の細部を含む生物試料が、照射源の光路に提供される。一般的に生物染色で染色された生物試料は、少なくとも４つのＬＥＤで照射される。様々な色のＬＥＤの輝度は、画像の外観を変えるために調節されても良い。例えば、黄色ＬＥＤの輝度は、知覚される色相を変えるために調節されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
次に、本発明の実施例が、添付した図面を通じて追加的な特異性及び詳細とともに記述され説明されている。
【図１】図１は、本発明の一実施例に従って、ＬＥＤ式照射システムを概略的に示す。
【図２】図２は、本発明の別の実施例に従って、ＬＥＤ式照射システムを概略的に示す。
【図３】図３は、４つの色付ＬＥＤが、分離している駆動回路によってそれぞれ駆動される実施例を示す。
【図４】図４は、複数の黄色ＬＥＤに囲まれた、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとを具えるＬＥＤ式光源を示す。
【図５】図５は、赤色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとを具える第１モジュールにおける別のＬＥＤ式光源を示す。第２のモジュールが、少なくとも１の黄色ＬＥＤを具えて提供されている。２つのモジュールはビームスプリッタに対して配列されており、黄色の光が赤色、緑色、及び青色の光と結合されて白色光を作り、試料を照射する。
【図６】図６は、４色（赤、緑、青、及び黄）ＬＥＤ式照射システムの波長特性である光度のグラフを示す。
【図７】図７は、４色（赤、緑、青、及び黄）ＬＥＤ式照射システムの波長特性である光度のグラフを示す。また、ステイン・エオシンＹの吸収スペクトルも示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、顕微鏡照射システム１０を概略的に示す。広い意味において、顕微鏡照射システム１０は、少なくとも４つの別々のＬＥＤを具える照射源又は光源１２を具える。ＬＥＤは、少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える。上述した色は、それぞれのＬＥＤから放出される光の色に言及している。例えば、赤色ＬＥＤは、一般的に、約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、緑色ＬＥＤは、一般的に、約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、青色ＬＥＤは、一般的に、約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出する。例えば、黄色ＬＥＤは、一般的に、約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出する。もちろん、これらの範囲は、それぞれのＬＥＤから送られる光の大部分を含んでいることを意味しており、記載した範囲を越えた放出がいくらか起こることが予期される。
【００１４】
以下に更に詳細に説明されるように、赤、緑、及び青色ＬＥＤのみを照射源として使う場合、黄色ＬＥＤを追加することによって、顕微鏡照射システム１０からの発光スペクトルの隙間を埋める。この点に関し、黄色ＬＥＤの追加をすることによって、ＬＥＤ式顕微鏡照射システムで観察される生物試料の外観を、従来の白熱システムで観察される同じ試料とより似るようにすることができる。この点に関し、病理学者及び他の訓練された専門家は、生物試料の特定の構造及び態様の視覚化をより良くすることができる。たとえば、エオシンＹとオレンジＧ染色など特定の染色剤が用いられるとき、ユーザにとって、ＬＥＤからのＲＧＢ（赤、青、緑）の照射源のみで照射される細胞及び細胞構造は、従来の広い帯域の（白熱光源）で照射される同じ対象と比較すると視覚的に異なるように見えてしまう。黄色ＬＥＤを追加することによって、この問題を緩和することができる。
【００１５】
図１に戻って参照すると、顕微鏡照射システム１０の一の目的は、複数の異なる色のＬＥＤ１６を用いて、顕微鏡スライド１４上の生物（例えば、細胞学的）標本１２を画像化するための「白色」光源を提供することである。照射源は、少なくとも１の赤色ＬＥＤ１６Ｒと、少なくとも１の緑色ＬＥＤ１６Ｇと、少なくとも１の青色ＬＥＤ１６Ｂと、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙとを具える。各ＬＥＤ１６は、明るい白色光が、生物標本１２を照射して視覚化することを可能とするように高輝度ＬＥＤにしても良い。複数のＬＥＤを、単一の別個のＬＥＤの組合せ又はカスタムマルチ型ＬＥＤ式モジュールで形成しても良い。例えば、個々のＬＥＤは、常時簡単に購入可能な構成部材で組み立てて、照射源サブアセンブリを構成しても良い。代替的に、個々のＬＥＤダイが共通の基板１８（図１及び２に示す）に取り付けられたＬＥＤ式モジュールを使用しても良い。
【００１６】
ＬＥＤ１６が発熱して、ＬＥＤの温度が上昇すると、出力波長がシフトする。発生する熱量は、ＬＥＤが駆動される電流及び電流が流れる持続時間に依存する。波長をシフトさせる原因になる十分な熱を発生させることなく、装置からの光出力を増やすために、ＬＥＤ１６は、パルス回路２０によって駆動されても良く、特定の実施例では、カメラとの統合している間、イメージングシステム１０のカメラ２２と同期して、短く強いパルス光をカメラ２２へ送り出す。本実施例において、カメラ２２は、続いて観察および／又は分析するために、生物標本１２の画像を拡大し捕捉する。もちろん、たとえば、顕微鏡照射システム１０が人間のオペレータによって用いられる場合、ＬＥＤ１６はカメラ２２と同期する必要はない。本実施例において、カメラ２２は、従来の拡大レンズ（例えば対物レンズなど）と置き換えられても良い。この適用例では、ＬＥＤ１６は連続的に動かされ、同期する必要がない。
【００１７】
図１に戻って参照すると、カメラ２２を用いる実施例において、例えば、方形波発生器２６を用いて、カメラ／フレームグラッバ２４及びＬＥＤパルスドライバ２０の両方をトリガとする外部トリガを提供することによって、ＬＥＤパルスは、カメラフレーム統合と同期する。カメラ２２は、トリガに即時に応答するものではない。この遅延を補償するために、パルス駆動回路２０はプログラム可能な遅延を用いて、システムと同期する。もちろん、カメラの種類及び実際の実装に依存する他の同期方法も可能である。
【００１８】
照射システム１０は、カメラ２２によって撮られる画像の取得及び保存を制御するために使用可能なパソコンなどのプロセッサ２９を具えても良い。プロセッサ２９は、画像シーケンスの様々な機能を調整し、さらに生物標本１２のデジタル画像を保持する又は伝送するようにしても良い。
【００１９】
ＬＥＤ１６は、本来、不均一な出力光を空間的に作り出し、いくつかの光学アプリケーションでは、試料の適切な均一の照射を必要とする。均一性を問題とする状況では、空間的に均一な照射を作り出す２種類のシステムを、ＬＥＤ１６、すなわち、ケーラ（Ｋｏｅｈｌｅｒ）及びファイバオプティックシステムとともに用いても良い。これらのシステムのどちらにも使用されるＬＥＤ１６は、近接してまとめられた別個のＬＥＤ１６にするか、又はより高密の装置を作るために、複数のＬＥＤ１６ダイを単一の基板１８に集積しても良い。
【００２０】
ケーラ照明（図１及び２参照）は一般的な技術であり、従来の顕微鏡照射器で用いられる空間的に不均一な白熱灯のフィラメントから顕微鏡スライド１４の均一な照射を作る。検査で測定されたように、この技術は、ＬＥＤ１６を使用するときに均一性を達成するために等しく効果的である。ＬＥＤ式照射システム１０の一実施例において、個々のＬＥＤ１６は、互いに近くでまとめられて、従来のケーラ照明２８におけるランプフィラメントの一般的な位置に配置される。
【００２１】
図２に見られるように、均一性を達成する別の実施例において、複数のＬＥＤ１６が、レンズ又は他の光学装置とともに、ラージコア（約５００乃至約６００μｍ）光ファイバ３０に連結されている。本書に全体を説明したものとして参照によって盛り込まれている米国特許第６，６６５，０６０号は、ＬＥＤ１６と共に使用されうるレンズを開示している。ファイバ３０の長さが選択され、ＬＥＤ１６の空間的な不均一性が互いに混合されて、ファイバ３０からの比較的均一な空間出力が達成される。実際には、ファイバ３０の出力は、ほぼ、空間プロフィールにおけるガウス分布である。ファイバ３０は、中央の、比較的平らな、出力部分のみを使用するために、顕微鏡スライド１４から離れていなければならないかもしれない。個々のＬＥＤ１６の代替として、複数のＬＥＤダイ（図１及び２参照）が単一基板１８に配置されても良い。個々のレンズを各ダイ上に配置して、各ダイからの放射が狭い円錐に収集されるようにすることができる。特定の実施例では、ケーラ照明２８、３０は全く存在しなくても良い。
【００２２】
上述したように、図１及び２における黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＲＧＢ ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを使用して放出された光の発光スペクトルの隙間を埋める。スペクトルの黄色領域（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ）における照射強度は、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙが存在することによって満たされる。図１及び２が、単一の黄色ＬＥＤ１６Ｙを示している一方、いくつかの実施例において、複数の黄色ＬＥＤ１６Ｙを使用しても良い。例えば、一の構成において、複数の黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＲＧＢ ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ又はＬＥＤダイを具える内部を囲む又は包含する（たとえば図４参照）。
【００２３】
図３に示すように、本発明の一実施例では、複数のＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙが、分離している駆動回路によって駆動される。すなわち、少なくとも１の赤色ＬＥＤ１６Ｒは第１の駆動回路４０Ｒによって駆動され、少なくとも１の緑色ＬＥＤ１６Ｇは、第２の、分離している駆動回路４０Ｇによって駆動され、少なくとも１の青色ＬＥＤ１６Ｂは、第３の、分離している駆動回路４０Ｂによって駆動され、少なくとも１の黄色ＬＥＤ１６Ｙは、第４の、分離している駆動回路４０Ｙによって駆動される。図３は、本実施例を示しており、分離している駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは各々、それぞれのＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙに連結している。
【００２４】
駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、一般的に、ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙに電流を適用するための電流源を具えている。電流がＬＥＤｐ−ｎ接合全体でフォワードバイアスされるときに光がダイオードから放出される。駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、互いに独立したＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの輝度を調節することができる。例えば、黄色ＬＥＤ１６Ｙの輝度は、赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを独立して調節するようにしても良い。輝度のレベルは、パルス幅の変調を利用して調節される。例えば、１０％の輝度レベルを達成するために、電流は、１０％の時間の「オン（ｏｎ）」状態と９０％の時間の「オフ（ｏｆｆ）」状態でパルス化される。パルス幅の変調は、ＬＥＤの輝度レベルを制御するための公知の方法である。駆動回路４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ、４０Ｙは、１又はそれ以上のマイクロプロセッサを用いて実装されても良い。
【００２５】
図４及び５は、照射システム１０用ＬＥＤ式光源５０のための２つの例示的な構成を示している。図４において、一連の黄色のＬＥＤ１６Ｙは、赤、緑、青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを具えるＬＥＤモジュール４２を囲む。黄色ＬＥＤ１６Ｙは、ＬＥＤモジュール４２周囲に対称的な方法で配列されている。図５は、ＬＥＤ式光源５０の別の構成を示しており、赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂを具えるモジュール４２は、ビームスプリッタＢＳに放射を放出する。黄色ＬＥＤ１６Ｙを具える別個のモジュール４２は、黄色ＬＥＤ１６Ｙから放出する黄色の光が、ビームスプリッタを介して伝えられる赤、緑、及び青色の光と組み合わされ又は結合されるように、ＲＧＢモジュール４２の光路にほぼ垂直に配置される。もちろん、図４及び５のＬＥＤ式光源５０は、例示であり、赤、緑、青、黄色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙを組み合わせた他の構成が本発明内で考えられる。
【００２６】
黄色のＬＥＤ１６Ｙの存在は、可視スペクトル（約５６５ｎｍ乃至約５９０ｎｍ）のこの領域の隙間を満たす。図６は、赤、緑、青、黄色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙを使用する照射システム１０のスペクトルを示す。この第４の（すなわち黄）色を追加することによって、試料が、広い帯域の白熱光源で照射される場合、染色された生物試料（例えば、細胞）を知覚される色により近く見えるようにする。例えば、本発明は、エオシンＹ（Ｃ２０Ｈ６Ｂｒ４Ｎａ２Ｏ５；ＣＡＳ Ｎｏ．１７３７２−８７−１）、ヘマトキシリンとエオシン（Ｈ＆Ｅ）方法におけるミョウバンヘマトキシリンに対する一般的な対比染色剤などの生物染色を使用する染色された生物試料をとくに対象としている。エオシンＹは、約５２５ｎｍ周辺に吸収ピークを有する狭い帯域の光を吸収する。この吸収ピークは、緑色ＬＥＤ１６Ｇのピーク放出波長とほとんど正確に対応している。図７は、４色のＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの照射スペクトルに重ね合わせたエオシンＹの吸収スペクトルを示す（図６）。エオシンＹで染色された試料では、緑色の光のほとんどが遮断されるが、青、黄、及び赤色波長が伝えられることに留意する。
【００２７】
エオシンＹで染色された生物試料が白熱光源で照射される場合、緑の光のほとんどが遮断され、残りのスペクトルが淡いピンク色として人間の目に知覚される。しかしながら、エオシンＹで染色された生物試料が、赤、緑、青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂだけを用いて照射される場合、黄色の波長が存在しないことによって、生物試料の知覚される色からかなりシフトしてしまう。白熱光源と同様に、緑の光のほとんどが遮断され、赤及び青の残りの混合は、マゼンタの高飽和状態の色合いとして人間の目に知覚される。従って、エオシンＹで染色された、細胞の厚いクラスタは、かなり暗く飽和して見え、核を特定することが難しい。病理学者または細胞検査技師は、このように、彼または彼女が従来の白熱照射源の下で見えるであろうと予期するものとかなり異なる画像を見ることになる。
【００２８】
同様の色の知覚が、オレンジＧ染色（１−フェニルアゾ−２−ナフトール−６，８−ジスルホン酸ジナトリウム塩；Ｃ１６Ｈ１０Ｎ２Ｎａ２Ｏ７Ｓ２、ＣＡＳ Ｎｏ．１９３６−１５−８）で染色された生物標本に起こるようにしても良い。赤、青、緑色ＬＥＤのみを具えるＬＥＤ式照射システムを用いて、生物試料を照射し観察する場合、オレンジＧ染色とエオシンＹを区別することは難しい。しかしながら、オレンジＧ染色はガンを角質化する指標であるため、これは問題である。したがって、ＲＧＢカラーのみに依存する照射システムでは、誤診の可能性がある。
【００２９】
細胞染色が診断情報を提供するので、ＬＥＤ照射された生物構造（例えば、細胞及び細胞小器官）が、顕微鏡に一般的に用いられる白熱光源によって照射されるものと同じように見えることは避けられない。ＲＧＢ ＬＥＤのみが細胞を照射するために用いられる場合、異なる外観を有するため、病理学者または細胞検査技師によって試料が誤診される可能性がありうる。
【００３０】
しかしながら、この問題は、黄色のＬＥＤ１６Ｙを追加し、ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂ、及び１６Ｙの相対的な強さを調節して、光がさらに白色に見えるようにする場合に解決される。結果的に、エオシンＹで染色される試料は、暗いマゼンタ色の色彩よりも、むしろ予期されるであろうピンクがかったトーンで知覚される又は視覚化される。白熱光源と同様に、ＬＥＤ１６Ｇからの緑の光のほとんどは遮断され、残りの赤、青、及び黄色の光が混合して、淡いピンクの色として人間の目に知覚される。知覚される色相は、白熱照射の外観に一致するように黄色の光の輝度を変えることによって調節できる。例えば、図３を参照すると、ＬＥＤ駆動回路４０Ｙを用いて、パルス幅変調を調節することによって黄色ＬＥＤ１６Ｙの輝度を変えても良い。
【００３１】
改良された白色照射は、１又はそれ以上の従来の赤、緑、及び青色ＬＥＤ１６Ｒ、１６Ｇ、１６Ｂに加えて、１又はそれ以上の黄色ＬＥＤ１６Ｙを組み込むＬＥＤモジュール４２を構築することによって達成可能である。代替的に、複数のＬＥＤモジュール４２を組み合わせて、広帯域の白熱光源を模倣するようにしても良い。本書に記載した本発明は、４色のＬＥＤ（赤、緑、青、及び黄）を用いて説明されているが、可視スペクトルを十分にカバーする任意のＬＥＤの色を組合せることによって同様の結果を達成できる。たとえば、紫色、青緑色、黄緑色、及び橙色のＬＥＤを組み合わせることによって、赤、緑、青、及び黄色ＬＥＤによって作られるのと同じ程に十分なスペクトルを提供するだろう。本書に説明しているタイプの照射システム１０のＬＥＤが追加の色を具えることは、白熱放射から放出さられるスペクトルに等しいより完全な、十分なスペクトルを提供することができるであろう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
染色された生物試料用照射システムにおいて：
少なくとも４つのＬＥＤ光源を具え、各ＬＥＤ光源は、異なる部分の可視スペクトル内の光を放出し、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源の各々は、独立して制御可能であり、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源から放出された合成光は、白熱光源からのものと実質的に近いことを特徴とする照射システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記照射システムが、単一の赤色ＬＥＤ光源と、単一の緑色ＬＥＤ光源と、単一の青色ＬＥＤ光源と、複数の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項３】
請求項２に記載の照射システムにおいて、前記複数の黄色ＬＥＤ光源が、前記赤色ＬＥＤ光源、前記緑色ＬＥＤ光源、及び前記青色ＬＥＤ光源を囲む環状に配列されることを特徴とする照射システム。
【請求項４】
請求項２に記載の照射システムがさらに、輝度を調節すべく前記複数の黄色ＬＥＤ光源の接続される回路を具えることを特徴とする照射システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源が、各色のそれぞれの輝度を調節するために、別個の駆動回路に接続されることを特徴とする照射システム。
【請求項６】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源が、紫色ＬＥＤと、青緑色ＬＥＤと、黄緑色ＬＥＤと、橙色ＬＥＤとを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項７】
染色された生物試料用照射システムにおいて：
少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の青色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項８】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記照射システムが、単一の赤色ＬＥＤ光源と、単一の緑色ＬＥＤ光源と、単一の青色ＬＥＤ光源と、複数の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項９】
請求項８に記載の照射システムにおいて、前記複数の黄色ＬＥＤ光源が、前記赤色ＬＥＤ光源、前記緑色ＬＥＤ光源、及び前記青色ＬＥＤ光源を囲む環状に配列されることを特徴とする照射システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の照射システムがさらに、輝度を調節すべく、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源に接続される回路を具えることを特徴とする照射システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源が約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源が約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出することを特徴とする照射システム。
【請求項１２】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源、及び前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が、各色のそれぞれの輝度を調節するために、別個の駆動回路に接続されることを特徴とする照射システム。
【請求項１３】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源、及び前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が第１のモジュールに含まれ、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が、第２のモジュールに含まれることを特徴とする照射システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照射システムにおいて、前記第１及び第２のモジュールは、ビームスプリッタに対して実質的に垂直に配列され、前記ビームスプリッタが、前記第１のモジュールから放出された光を前記第２のモジュールから放出された光と結合することを特徴とする照射システム。
【請求項１５】
顕微鏡照射システムにおいて：
少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える光源と；
生物試料を保持するように構成され、前記光源の光路内に配置される試料ホルダと；
前記生物試料の画像を拡大するための光学拡大装置とを具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記光源が、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤとを囲む、複数の黄色ＬＥＤを具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ、少なくとも１の緑色ＬＥＤ、少なくとも１の青色ＬＥＤ、及び少なくとも１の黄色ＬＥＤが共通の基板に取り付けられることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムがさらに、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤと、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤと、及び前記少なくとも１の青色ＬＥＤとに対して前記少なくとも１の黄色ＬＥＤの輝度を変更するための制御回路を具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源が約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源が約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出することを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項２０】
生物試料を照射する方法において：
少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを含む少なくとも４つのＬＥＤを具える照射源を提供するステップと；
前記照射源の光路に生物試料を提供するステップと；
前記少なくとも４つのＬＥＤで前記生物試料を照射するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記照射源が、複数の黄色ＬＥＤを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法がさらに、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤの輝度を残りの３つのＬＥＤに対して調節するステップを具えることを特徴とする方法。
【請求項１】
染色された生物試料用照射システムにおいて：
少なくとも４つのＬＥＤ光源を具え、各ＬＥＤ光源は、異なる部分の可視スペクトル内の光を放出し、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源の各々は、独立して制御可能であり、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源から放出された合成光は、白熱光源からのものと実質的に近いことを特徴とする照射システム。
【請求項２】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記照射システムが、単一の赤色ＬＥＤ光源と、単一の緑色ＬＥＤ光源と、単一の青色ＬＥＤ光源と、複数の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項３】
請求項２に記載の照射システムにおいて、前記複数の黄色ＬＥＤ光源が、前記赤色ＬＥＤ光源、前記緑色ＬＥＤ光源、及び前記青色ＬＥＤ光源を囲む環状に配列されることを特徴とする照射システム。
【請求項４】
請求項２に記載の照射システムがさらに、輝度を調節すべく前記複数の黄色ＬＥＤ光源の接続される回路を具えることを特徴とする照射システム。
【請求項５】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源が、各色のそれぞれの輝度を調節するために、別個の駆動回路に接続されることを特徴とする照射システム。
【請求項６】
請求項１に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも４つのＬＥＤ光源が、紫色ＬＥＤと、青緑色ＬＥＤと、黄緑色ＬＥＤと、橙色ＬＥＤとを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項７】
染色された生物試料用照射システムにおいて：
少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の青色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源と；
少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項８】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記照射システムが、単一の赤色ＬＥＤ光源と、単一の緑色ＬＥＤ光源と、単一の青色ＬＥＤ光源と、複数の黄色ＬＥＤ光源とを具えることを特徴とする照射システム。
【請求項９】
請求項８に記載の照射システムにおいて、前記複数の黄色ＬＥＤ光源が、前記赤色ＬＥＤ光源、前記緑色ＬＥＤ光源、及び前記青色ＬＥＤ光源を囲む環状に配列されることを特徴とする照射システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の照射システムがさらに、輝度を調節すべく、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源に接続される回路を具えることを特徴とする照射システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源が約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源が約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出することを特徴とする照射システム。
【請求項１２】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源、及び前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が、各色のそれぞれの輝度を調節するために、別個の駆動回路に接続されることを特徴とする照射システム。
【請求項１３】
請求項７に記載の照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源、及び前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が第１のモジュールに含まれ、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が、第２のモジュールに含まれることを特徴とする照射システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の照射システムにおいて、前記第１及び第２のモジュールは、ビームスプリッタに対して実質的に垂直に配列され、前記ビームスプリッタが、前記第１のモジュールから放出された光を前記第２のモジュールから放出された光と結合することを特徴とする照射システム。
【請求項１５】
顕微鏡照射システムにおいて：
少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを具える光源と；
生物試料を保持するように構成され、前記光源の光路内に配置される試料ホルダと；
前記生物試料の画像を拡大するための光学拡大装置とを具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記光源が、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤとを囲む、複数の黄色ＬＥＤを具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ、少なくとも１の緑色ＬＥＤ、少なくとも１の青色ＬＥＤ、及び少なくとも１の黄色ＬＥＤが共通の基板に取り付けられることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１８】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムがさらに、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤと、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤと、及び前記少なくとも１の青色ＬＥＤとに対して前記少なくとも１の黄色ＬＥＤの輝度を変更するための制御回路を具えることを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項１９】
請求項１５に記載の顕微鏡照射システムにおいて、前記少なくとも１の赤色ＬＥＤ光源が約６２５ｎｍ乃至約６６０ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の青色ＬＥＤ光源が約４５０ｎｍ乃至約５００ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の緑色ＬＥＤ光源が約４８０ｎｍ乃至約５７５ｎｍの範囲内の光を放出し、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤ光源が約５７５ｎｍ乃至約６２５ｎｍの範囲内の光を放出することを特徴とする顕微鏡照射システム。
【請求項２０】
生物試料を照射する方法において：
少なくとも１の赤色ＬＥＤと、少なくとも１の緑色ＬＥＤと、少なくとも１の青色ＬＥＤと、少なくとも１の黄色ＬＥＤとを含む少なくとも４つのＬＥＤを具える照射源を提供するステップと；
前記照射源の光路に生物試料を提供するステップと；
前記少なくとも４つのＬＥＤで前記生物試料を照射するステップとを具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、前記照射源が、複数の黄色ＬＥＤを具えることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法がさらに、前記少なくとも１の黄色ＬＥＤの輝度を残りの３つのＬＥＤに対して調節するステップを具えることを特徴とする方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５１４１０１（Ｐ２０１０−５１４１０１Ａ）
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４１４７２（Ｐ２００９−５４１４７２）
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８６１６２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７３７２８
【国際公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（５０７１３００１５）サイテック コーポレイション (18)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３０日（２００７．１１．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８６１６２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７３７２８
【国際公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【出願人】（５０７１３００１５）サイテック コーポレイション (18)
【Ｆターム（参考）】
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