JP2005174982A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御ユニットの発熱がレーザ合成光学系に影響しないような一体構造の照明装置を提供する。
【解決手段】 波長の異なるレーザ光を発生する複数のレーザ光源から発せられるレーザ光をレーザ合成光学系で合成し、これら合成されたレーザ光のうち所望する波長のレーザ光を音響光学素子１０で選択可能としたものであって、この音響光学素子１０を制御するためのドライバ１７および制御基板１９をレーザ合成光学系および音響光学素子１０と熱的に分離してユニット化した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、走査型レーザ顕微鏡などに使用される照明装置に関するものである。

従来、走査型レーザ顕微鏡などに使用される照明装置として、特許文献１に開示されものが知られている。図７は、かかる照明装置の概略構成を示すもので、レーザユニット７０１には、４８８ｎｍの波長を発振するＡｒレーザ７０２と、５４３ｎｍの波長を発振するＨｅ−Ｎｅレーザ７０３が設けられている。これらＡｒレーザ７０２とＨｅ−Ｎｅレーザ７０３の前方には、それぞれのレーザ光路を結合して４８８ｎｍと５４３ｎｍの波長を合成するためのミラー７０４とダイクロイックミラー７０５が配置され、ダイクロイックミラー７０５により導かれたレーザ光路には、４８８ｎｍと５４３ｎｍの波長を選択するための音響光学素子７０６が配置されている。音響光学素子７０６には、シングルモードファイバ７０７の光入射端が接続され、このシングルモードファイバ７０７の光出射端には、コリメートレンズ７０８を介してスキャンユニット７０９が接続され、音響光学素子７０６を透過したレーザ光は、シングルモードファイバ７０７、コリメートレンズ７０８を通って、平行光束となって、スキャンユニット７０９に供給されるようになっている。音響光学素子７０６には、信号ケーブル７１１を介して音響光学素子制御装置７１０が接続され、スキャンユニット７０９には、信号ケーブル７１３を介してスキャンユニット制御装置７１２が接続され、さらに、これら音響光学素子制御装置７１０とスキャンユニット制御装置７１２には、ケーブル７１５を介してコンピュータ７１４が接続され、このコンピュータ７１４の指示により音響光学素子制御装置７１０およびスキャンユニット制御装置７１２により音響光学素子７０６およびスキャンユニット７０９が制御されている。
特開２００２−２６７９３３号公報

しかしながら、このような照明装置では、Ａｒレーザ７０２とＨｅ−Ｎｅレーザ７０３を有するレーザユニット７０１に含まれる音響光学素子７０６と、この音響光学素子７０６を制御する制御ユニットの音響光学素子制御装置７１０が別々に配置されるため、顕微鏡システム全体が占有する面積か大きくなるという問題を生じ、また、顕微鏡システムをセットアップする際に、信号ケーブル７１１などを配線しなければならないため、この時のセットアップが煩雑で作業性が悪化するという問題があった。

しかし、音響光学素子を含むレーザ合成光学系と制御ユニットを一体に構成すると、制御ユニットは、電源や制御基板などの熱源を有しているため、制御ユニットの発熱の影響を受けてレーザ合成光学系の取付けベースなどの支持部材が局所的に暖められ熱変形が発生したり、レーザ光が通過する空気層の密度が変化して屈折率が変化するなどして、レーザ光の光軸にずれを発生し、レーザ出力が不安定になるおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、制御ユニットでの発熱によるレーザ光発生手段への影響を無くすことができる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、波長の異なるレーザ光を発生する複数のレーザ光源と、これらレーザ光源から発せられるレーザ光を合成するためのレーザ光合成手段および該レーザ光合成手段で合成されたレーザ光のうち所望する波長のレーザ光を選択する波長選択手段を有するレーザ光発生手段と、前記波長選択手段を制御する制御手段と、を具備し、少なくとも前記制御手段と前記レーザ光発生手段を熱的に分離して一体化したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記レーザ光発生手段および制御手段は、それぞれユニット化され、前記レーザ光発生手段のユニット上に前記制御手段のユニットを配置したことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、制御手段のユニットは、前記レーザ光発生手段のユニットの上方を開閉可能に設けられたことを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の発明において、前記制御手段のユニットは、冷却手段を有し、且つ前記レーザ光発生手段のユニットとの間の空気の流れを遮断する構成としたことを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数のレーザ光源のそれぞれのレーザ光出射口近辺に、レーザ光遮断手段を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、波長選択手段を制御する制御手段をレーザ光合成手段および波長選択手段を有するレーザ光発生手段と熱的に分離してユニット化し、このユニットをレーザ光発生手段の上方に配置する構成としたので、大きなフットプリントが必要なくなり、顕微鏡システムのコンパクト化を図ることができる。

また、本発明によれば、ユニット化された発熱源の制御手段を熱的に分離し、レーザ光発生手段への熱的影響を排除することで、これらレーザ光発生手段のベース部の熱変形を原因とするレーザ光の光軸のずれの発生を確実に防止できるので、安定したレーザ光の出力により安定した画像や、正確な測定結果を得ることができる。

さらに、本発明によれば、制御手段のユニットに冷却手段を設けたので、発熱源となる制御手段の冷却効率が格段に向上でき、さらに制御手段のユニットとレーザ光発生手段のユニットとの間で空気が循環しない構造としているため、レーザ光合成手段および波長選択手段の近傍での空気の密度の変化を原因とするレーザ光の光軸のずれの発生を確実に防止できるので、安定したレーザ光の出力により安定した画像や正確な測定結果を得ることができる。

さらにまた、本発明によれば、制御手段のユニットを取り外しすることなく、レーザ光合成手段および波長選択手段を有するレーザ光発生手段のユニットを開閉できるので、レーザ光合成手段および波長選択手段へのアクセスが容易に可能となり、光軸調整作業などの保守点検を簡単に行なうことができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に従い説明する。

図１は、本発明が適用される照明装置の概略構成を示している。

図において、１はベース部で、このベース部１は長方形の板状からなっている。このベース部１上の一方端部側には、レーザ光源としての４８８ｎｍを発振するアルゴンレーザ２、５４３ｎｍを発振するグリーンヘリウムネオンレーザ３、６３３ｎｍを発振するレッドヘリウムネオンレーザ４がベース部１上の幅方向に並べて配置されている。

ベース部１上の他方端部側には、後述するレーザ合成手段と波長選択手段を有するレーザ光発生手段をユニット化して収容する光学ボックス５が配置されている。この光学ボックス５は、図３に示すようにベース部１を底板とし、このベース部１上に設けられた四方の側壁５０１と、これら側壁５０１の上方を覆う天板を兼ねた、後述する電装ボックス１４の底板１４１により構成されている。

このような光学ボックス５には、図２の示すようなレーザ合成手段としてのレーザ合成光学系５ａが収容されている。レーザ合成光学系５ａは、グリーンヘリウムネオンレーザ３から発せられるレーザ光の光路上に反射ミラー６が配置されている。また、反射ミラー６の反射光路とレッドヘリウムネオンレーザ４から発せられるレーザ光の光路との交点に第１の合成ダイクロイックミラー７が配置されている。この第１の合成ダイクロイックミラー７は、グリーンヘリウムネオンレーザ３から発せられるレーザ光を透過し、レッドヘリウムネオンレーザ４から発せられるレーザ光を反射するもので、これらのレーザ光を合成して出射するようになっている。

第１の合成ダイクロイックミラー７からのレーザ光の出射光路とアルゴンレーザ２から発せられるレーザ光の光路との交点に第２の合成ダイクロイックミラー８が配置されている。この第２の合成ダイクロイックミラー８は、アルゴンレーザ２から発せられるレーザ光を透過し、第１の合成ダイクロイックミラー７から出射されるレーザ光を反射し、これらレーザ光を合成して出射するようになっている。第２の合成ダイクロイックミラー８からのレーザ光の出射光路には、反射ミラー９が配置されている。反射ミラー９の反射光路には、波長選択手段としての音響光学素子１０が配置されている。音響光学素子１０は、アルゴンレーザ２、グリーンヘリウムネオンレーザ３およびレッドヘリウムネオンレーザ４から出射されるレーザ光から所望する波長のレーザ光のみを取り出すためのものである。

音響光学素子１０からの出射光の光路上には、カプラ１１が配置されている。カプラ１１には、ファイバユニット１２が取り付けられている。ファイバユニット１２は、音響光学素子１０からのレーザ光のビーム径を適切なものに変換して、スキャンユニット（不図示）に照明光として導くもので、光ファイバとしてシングルモードファイバ１２１が用いられている。このシングルモードファイバ１２１の光入射端には、カプラ１１に対応するカップリングレンズ１２２が設けられ、光出射端には、コリメートレンズ１２３が設けられている。この場合、シングルモードファイバ１２１は、カップリングレンズ１２２に平行光束が入射したときの焦点位置に光入射端が位置され、コリメートレンズ１２３から平行光束が出射する際の焦点位置に光出射端が位置されるようになっている。

光学ボックス５の上方には、後述する制御手段をユニット化して収容する電装ボックス１４が配置されている。この電装ボックス１４は、図３に示すように光学ボックス５の天板を兼ねた底板１４１と天板１４２により構成されている。この場合、図４（ａ）に示すように、底板１４１は、両側端部を同方向に折り曲げて側壁１４１ａ、１４１ｂを形成し、また、天板１４２も、両側端部を同方向に折り曲げて側壁１４２ａ、１４２ｂを形成し、これら底板１４１と天板１４２を組み合わせることで電装ボックス１４を構成している。また、電装ボックス１４は、底板１４１を蝶番１５を介して光学ボックス５に支持されており、蝶番１５を中心に回動させることで、光学ボックス５の上面を開閉できるようになっている（図３（ａ）（ｂ）参照）。

電装ボックス１４内の底板１４１上には、制御手段としてのドライバ１７と制御基板１９が配置されている。この場合、ドライバ１７は、音響光学素子１０を動作させるためのもので、断熱部材１６を介して底板１４１上に取り付けられ、また、制御基板１９は、選択波長の指示値を出してドライバ１７を制御するもので、断熱部材１８を介して底板１４１上に取り付けられている。

電装ボックス１４の底板１４１に形成された一方の側壁１４１ａには、冷却ファン２０が設けられている。この冷却ファン２０は、ドライバ１７と制御基板１９を強制的に冷却するためのものである。また、他方の側壁１４１ｂには、空気取り入れ口２１が設けられている。この空気取り入れ口２１は、電装ボックス１４の外部の空気を電装ボックス１４内に取り入れるためのものである。

電装ボックス１４の底板１４１には、孔部２２が形成されている。この孔部２２は、光学ボックス５と電装ボックス１４を連通するもので、ケーブル２３が挿通されている。このケーブル２３は、光学ボックス５内の音響光学素子１０と電装ボックス１４内のドライバ１７の間を電気的に接続するためのものである。また、孔部２２上には、パッキン２４が設けられている。このパッキン２４は、図４（ｂ）に示すように孔部２２にケーブル２３を通した状態で孔部２２面を塞ぐようにしたもので、電装ボックス１４と光学ボックス５の間での空気の流れを遮断するようにしている。

次に、このように構成された実施の形態の作用を説明する。

ここでは、音響光学素子１０が、５４３ｎｍを発振するグリーンヘリウムネオンレーザ３からのレーザ光のみを透過可能にした場合を例にとり説明する。

この場合、グリーンヘリウムネオンレーザ３から発せられた５４３ｎｍのレーザ光は、反射ミラー６で９０度折り返された後、第１の合成ダイクロイックミラー７を透過し、第２の合成ダイクロイックミラー８で反射し、さらに反射ミラー９で反射して音響光学素子１０に入射する。また、レッドヘリウムネオンレーザ４から発せられた６３３ｎｍのレーザ光は、第１の合成ダイクロイックミラー７で反射した後、第２の合成ダイクロイックミラー８で反射し、さらに反射ミラー９で反射して音響光学素子１０に入射する。さらに、アルゴンレーザ２から発せられた４８８ｎｍのレーザ光は、第２の合成ダイクロイックミラー８を透過した後、反射ミラー９で反射して音響光学素子１０に入射する。

この状態で、音響光学素子１０は、制御基板１９の指示値によりドライバ１７を介して５４３ｎｍの波長のレーザ光を透過可能としているので、音響光学素子１０に入射したアルゴンレーザ光、グリーンヘリウムネオンレーザ光およびレッドヘリウムネオンレーザ光のうちのグリーンヘリウムネオンレーザ光のみが音響光学素子１０を透過し、ファイバユニット１２のカップリングレンズ１２２、シングルモードファイバ１２１、コリメートレンズ１２３を透過して、スキャンユニット（不図示）へ出力される。

この場合、音響光学素子１０を動作させるドライバ１７および制御基板１９は、それぞれ発熱しており、電装ボックス１４内部の空気は暖められる。この暖められた空気は、その性質上、電装ボックス１４内部を上方へと移動していくが、その途中で、冷却ファン２０によって電装ボックス１４外へと強制的に排出される。また、暖められた空気が強制的に電装ボックス１４外部に排出されたことで、電装ボックス１４内部の気圧が低下するため、電装ボックス１４外の空気が空気取り入れ口２１を通って電装ボックス１４内部へ流入する。このとき、電装ボックス１４内のドライバ１７と光学ボックス５内の音響光学素子１０とを電気的に接続するケーブル２３を通すための孔部２２は、パッキン２４によって塞がれているため、電装ボックス１４の下部に配置されている光学ボックス５内部の気圧は変化することがない。

従って、このようにすれば、レーザ合成光学系５ａと音響光学素子１０が格納されている光学ボックス５の上方に、音響光学素子１０を制御するためのドライバ１７および制御基板１９などの発熱源を収容する電装ボックス１４が配置されるようになっているので、大きなフットプリントを必要とすることがなくなり、このような照明装置を装着した顕微鏡システム全体がコンパクトに構成することができる。

また、電装ボックス１４内のドライバ１７および制御基板１９は、それぞれ断熱部材１６，１８を介して底板１４１に取り付けられ、また、電装ボックス１４内部は、冷却ファン２０で強制的に冷却され、さらには電装ボックス１４からレーザ合成光学系５ａが配置される光学ボックス５のベース部１までの熱伝達経路がかなり長くなっているので、ベース部１がドライバ１７および制御基板１９からの熱により歪みを発生することが全くない。さらに、電装ボックス１４内を冷却ファン２０により強制的に空冷することにより、電装ボックス１４の電気系近傍で暖められた空気は、強制的に外部に排出され、このとき、（電装ボックス１４から排出される空気の量）＞（光学ボックス５へ流入される空気の空気の量）であった場合、（光学ボックス５の気圧）＞（電装ボックス１４の気圧）となるが、光学ボックス５と電装ボックス１４の間はパッキン２４で遮断され、光学ボックス５と電装ボックス１４との間で空気が循環しないようになっているので、光学ボックス５から電装ボックス１４へ空気が流れることがないので、光学ボックス５内の気圧は、ほぼ一定に保たれる。これにより、光学ボックス５のベース部１が局所的に暖められて熱変形を発生することがなく、さらに、レーザ光が通過する光学ボックス５内の空気層の密度が変化して屈折率が変化することもないので、レーザ光の光軸ずれの発生を確実に防止できる。このことは、ファイバユニット１２から変動のない安定したレーザ光が出射されることにつながり、このようなレーザ光を顕微鏡システムの照明光として適用することで、安定した画像を取得でき、正確な観察結果を得ることができる。

さらに、電装ボックス１４は、光学ボックス５上方において、開閉可能となっていて、光学ボックス５内部のレーザ合成光学系５ａなどの部位のアクセスを簡単にできるので、レーザ合成光学系５ａでの光軸調整なども容易に行なうことができる。また、このアクセスを行う際、電装ボックス１４を開閉しても、ドライバ１７と音響光学素子１０の間を電気的に接続するケーブル２３を取り外す必要がないので、ケーブルの着脱といった面倒な作業等が発生することがなく、保守点検を簡単に行なうことができる。

（変形例１）
上述した実施の形態では電装ボックス１４に冷却ファン２０を設けて、電装ボックス１４内部で暖められた空気を強制的に外部に排出するようにしたが、例えば、図３と同一部分には同符号を付した図５に示すように、ドライバ１７および制御基板１９にそれぞれ冷却手段としての放熱板３１，３２を取付け、これら放熱板３１，３２を直接電装ボックス１４の天板１４２に取り付けることで、ドライバ１７および制御基板１９で発生する熱を電装ボックス１４の天板１４２に伝達し放熱させるような構成としてもよい。

このようにすれば、冷却ファン２０が必要なくなるので、例えば、壁際などに密着させて配置することが可能になるなど、設置場所の制限を大幅に緩和することができる。

（変形例２）
ところで、音響光学素子１０にはクロストークといった現象がつきものである。このクロストークとは、音響光学素子１０への指示値以外の波長も若干透過させてしまう現象で、例えば、指示値が５４３ｎｍのみ透過であっても、４８８ｎｍや６３３ｎｍの波長を１００分の数％程度透過してしまう現象である。

そこで、図２と同一部分には、同符号を付した図６に示すように、４８８ｎｍを発振するアルゴンレーザ２、５４３ｎｍを発振するグリーンヘリウムネオンレーザ３、６３３ｎｍを発振するレッドヘリウムネオンレーザ４のそれぞれの出射口近辺に、レーザ光手段手段としてのメカニカルシャッタ４１、４２、４３を配置するような構成としてもよい。

このようにすれば、音響光学素子１０への指示値に応じてメカニカルシャッタ４１、４２、４３の開閉を制御することにより、音響光学素子１０のクロストークによる影響を完全に排除することができるようになり、例えば分光データを取得するような測定において、さらに正確な測定結果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。 一実施の形態に用いられるレーザ合成光学系の概略構成を示す図。 一実施の形態に用いられる光学ボックスと電装ボックスの概略構成を示す図。 一実施の形態に用いられる電装ボックスを分解して示す図。 本発明の一実施の形態の変形例１の概略構成を示す図。 本発明の一実施の形態の変形例２の概略構成を示す図。 従来の照明装置の一例の概略構成を示す図。

符号の説明

１…ベース部、２…アルゴンレーザ、
３…グリーンヘリウムネオンレーザ、４…レッドヘリウムネオンレーザ
５…光学ボックス、５０１…側壁、５ａ…レーザ合成光学系
６…反射ミラー、７…第１の合成ダイクロイックミラー
８…第２の合成ダイクロイックミラー、９…反射ミラー
１０…音響光学素子、１１…カプラ、１２…ファイバユニット
１２１…シングルモードファイバ、１２２…カップリングレンズ
１２３…コリメートレンズ、１４…電装ボックス
１４１…底板、１４１ａ．１４１ｂ…側壁
１４２…天板、１５…蝶番、１６．１８…断熱部材
１７…ドライバ、１９…制御基板、２０…冷却ファン
２１…空気取り入れ口、２２…孔部、２３…ケーブル
２４…パッキン、３１．３２…放熱板、４１．４２、４３…メカニカルシャッタ

Claims (5)

1. 波長の異なるレーザ光を発生する複数のレーザ光源と、
   これらレーザ光源から発せられるレーザ光を合成するためのレーザ光合成手段および該レーザ光合成手段で合成されたレーザ光のうち所望する波長のレーザ光を選択する波長選択手段を有するレーザ光発生手段と、
   前記波長選択手段を制御する制御手段と、を具備し、
   少なくとも前記制御手段と前記レーザ光発生手段を熱的に分離して一体化したことを特徴とする照明装置。
2. 前記レーザ光発生手段および制御手段は、それぞれユニット化され、前記レーザ光発生手段のユニット上に前記制御手段のユニットを配置したことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 制御手段のユニットは、前記レーザ光発生手段のユニットの上方を開閉可能に設けられたことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
4. 前記制御手段のユニットは、冷却手段を有し、且つ前記レーザ光発生手段のユニットとの間の空気の流れを遮断する構成としたことを特徴とする請求項２または３記載の照明装置。
5. 前記複数のレーザ光源のそれぞれのレーザ光出射口近辺に、レーザ光遮断手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。

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