JP2009192626A - 走査型顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】走査手段の振動に起因する騒音の発生を抑えた走査型顕微鏡を提供する。
【解決手段】光源２からの光を走査するための走査手段８と、走査手段８を経た光を試料５に集光する対物レンズ１３と、試料５からの光を対物レンズ１３を介して検出する検出器６とを有する走査型顕微鏡１において、走査手段８は、振動の減衰係数が１よりも大きな材料からなる振動減衰部品２０を介して筐体３ａに取り付けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、走査型顕微鏡に関する。

従来、試料上に集光したレーザ光を走査手段によって二次元的に走査し、試料から発生した蛍光を対物レンズの焦点と共役な位置に配したピンホールを通過させて検出する構成のレーザ走査型共焦点顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。そして斯かるレーザ走査型共焦点顕微鏡の走査手段には、一般にガルバノスキャナや共振型スキャナが用いられている。ガルバノスキャナは、数百Ｈｚの周波数でミラーを振動させてレーザ光を走査するものであり、走査信号は純粋なサイン波ではなくより高次の周波数成分を含んだ波形である。また共振型スキャナは、数ｋＨｚの周波数でミラーを振動させてレーザ光を走査するものである。
特開２００６−１１９６４３号公報

しかしながら従来のレーザ走査型共焦点顕微鏡においては、上述した走査手段の振動が走査手段の設けられている筐体へ伝わり、これによって筐体が振動しその結果可聴域の騒音が発生することとなってしまうという問題がある。ここで、筐体は通常、軽量化、低コスト化、加工性等の観点からアルミ合金で作製されており、このアルミ合金の振動に対する減衰係数は１以下である。このため筐体は、走査手段からの振動によりこれを殆ど減衰することなく振動することとなってしまう。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、走査手段の振動に起因する騒音の発生を抑えた走査型顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
光源からの光を走査するための走査手段と、前記走査手段を経た光を試料に集光する対物レンズと、前記試料からの光を前記対物レンズを介して検出する検出器とを有する走査型顕微鏡において、
前記走査手段は、振動の減衰係数が１よりも大きな材料からなる振動減衰部品を介して筐体に取り付けられていることを特徴とする走査型顕微鏡を提供する。

本発明によれば、走査手段の振動に起因する騒音の発生を抑えた走査型顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る走査型顕微鏡を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
はじめに、本実施形態に係る走査型顕微鏡の全体的な構成を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡の全体構成を示す図である。
本走査型顕微鏡１は、レーザ走査型の共焦点顕微鏡であって、図１に示すようにレーザ光を供給するレーザ光源２と、該レーザ光源２からのレーザ光を走査するスキャナヘッド３と、顕微鏡本体４と、試料５からの観察光（蛍光）を検出する光検出器６と、本走査型顕微鏡１の各部を制御するコンピュータ７とを備えている。

スキャナヘッド３は、光を二次元的に走査するガルバノスキャナ８と、ミラー９と、後記対物レンズ１３の焦点と共役な位置に配置されたピンホール１０と、反射プリズム１１とを、アルミ合金で作製された筐体３ａ内に有する。このスキャナヘッド３は、顕微鏡本体４の上部に取り付けられており、レーザ光源２及び光検出器６とは光ファイバ１２ａ，１２ｂを介して接続されている。
また図１に示すように、顕微鏡本体４は、スキャナヘッド３側から順に、対物レンズ１３と、試料５を載置するステージ１４とを備えており、さらにコンピュータ７にはモニタ１５が接続されている。

斯かる構成の下、レーザ光源２から発せられたレーザ光は、スキャナヘッド３を介して顕微鏡本体４へ導かれ、該顕微鏡本体４において対物レンズ１３を経てステージ１４上の試料５に照射される。そしてこれによって試料５から発せられた観察光は、再び対物レンズ１３を経た後、スキャナヘッド３を介して光検出器６へ入力される。ここで、試料５に照射されるレーザ光は、スキャナヘッド３内のガルバノスキャナ８によって二次元的に走査されるため、光検出器６では試料５の観察領域全体にわたって観察光が検出されることとなる。これによりコンピュータ７は、光検出器６から観察光の検出信号を取得し、これに基づいて試料５の二次元画像を生成しモニタ１５に表示させる。このようにして本走査型顕微鏡１の使用者は、試料５の共焦点画像を観察することが可能となる。

以下、本実施形態において最も特徴的なスキャナヘッド３について詳細に説明する。
図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡におけるスキャナヘッドの構成を示す拡大図である。なお、スキャナヘッド３の筐体３ａ内には、ガルバノスキャナ８等の上述した光学部品とこれらを駆動するためのアクチュエータや電気基板等が設けられているが、本図においてはガルバノスキャナ８のみを図示している。またガルバノスキャナ８は、光を二次元的に走査するべくＸ方向走査用及びＹ方向走査用として２つ筐体３ａ内に備えられているが、簡単のために一方のみを図示している。

本実施形態のガルバノスキャナ８は、先端にミラー８ａが取り付けられた回動軸８ｂとこれを回動させるための駆動部８ｃとからなり、回動軸８ｂを保持部品２０に貫通させてネジ２１で固定することで該保持部品２０に取り付けられている。
保持部品２０は、ガルバノスキャナ８を保持するための部品であって、制振合金であるマグネシウム合金（本実施形態ではMg-Zn合金）を材料として作製されている。この保持部品２０は、図２（ｂ）に示すように下部にネジ固定用の凸部２０ａを有するブロック形状をしており、スキャナヘッド３の筐体３ａ底面にネジ２２で固定されている。

このようにガルバノスキャナ８は、保持部品２０を介してスキャナヘッド３の筐体３ａ底面に取り付けられている。ここで、保持部品２０を構成するマグネシウム合金は、図３に示すように振動の減衰係数が５０以上であり、金属材料の中で最も大きな減衰係数を有するものの一つである。したがって、ガルバノスキャナ８の駆動によって振動が発生しても、この振動は保持部品２０へ伝わり該保持部品２０の内部で効果的に減衰されることとなる。すなわち、ガルバノスキャナ８からの振動が筐体３ａまで伝わることを効果的に軽減することができるため、筐体３ａの振動を抑え騒音の発生を大幅に抑えることができる。なお、本実施形態の具体的な例では５ｄＢ程度の騒音レベルの低下を実現することができる。

以上より本実施形態に係る走査型顕微鏡１は、ガルバノスキャナ８の振動に起因する騒音の発生を効果的に抑えることができる。
なお、本実施形態では保持部品２０を構成する材料としてマグネシウム合金を用いているが、これに限られず振動の減衰係数が１よりも大きな材料、例えば図３に示すマグネシウム合金以外の制振合金等を用いることもできる。なお、振動の減衰係数が１以下の材料で保持部品２０を作製すれば、ガルバノスキャナ８からの振動を増幅してしまうこととなるため好ましくない。特に、振動の減衰係数が１０以上の材料で保持部品２０を作製すれば振動を効果的に減衰することができるので好ましい。

（第２実施形態）
本実施形態に係る走査型顕微鏡について、上記第１実施形態と同様の構成の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる構成の部分について詳細に説明する。
図４（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡におけるスキャナヘッドの構成を示す拡大図である。

本実施形態のガルバノスキャナ８は、回動軸８ｂを保持部品２５に貫通させてネジ２１で固定することで該保持部品２５に取り付けられている。
保持部品２５は、ガルバノスキャナ８を保持するためのブロック形状の部品であって、加工性に優れたアルミ合金で作製されており、スペーサ２６に対してネジ２７で固定されている。

スペーサ２６は、ガルバノスキャナ８からの振動を減衰するための部品であって、マグネシウム合金（本実施形態ではMg-Zn合金）で作製されており、図４（ｂ）に示すように下部にネジ固定用の凸部２６ａを有するブロック形状をしている。このスペーサ２６の厚みＨは、ガルバノスキャナ８からの振動を効果的に減衰可能なスペーサ２６の体積を確保するために極力大きいことが好ましく、本実施形態においては具体的な例として２０ｍｍとしている。斯かる構成のスペーサ２６は、スキャナヘッド３の筐体３ａ底面にネジ２８で固定されている。

このようにガルバノスキャナ８は、保持部品２５及びスペーサ２６を介してスキャナヘッド３の筐体３ａ底面に取り付けられている。斯かる構成により、ガルバノスキャナ８の駆動によって振動が発生しても、この振動は保持部品２５を経由してスペーサ２６へ伝わり該スペーサ２６の内部で効果的に減衰されることとなり、上記第１実施形態と同様に筐体３ａの振動を抑え騒音の発生を大幅に抑えることができる。
なお、上述のようにスペーサ２６を筐体３ａ底面に固定するためのネジ２８と、ガルバノスキャナ８を保持するための保持部品２５をスペーサ２６に固定するためのネジ２７とを別々に設けたことにより、ガルバノスキャナ８からの振動がネジ２７を経由して筐体３ａへ直接伝わることを防ぐことができる。

以上より本実施形態に係る走査型顕微鏡は、ガルバノスキャナ８の振動に起因する騒音の発生を効果的に抑えることができる。また、複雑な加工を要する保持部品２５をアルミ合金で作製することにより、加工精度の向上及び低コスト化を図ることができる。
なお、本実施形態ではスペーサ２６を構成する材料としてマグネシウム合金を用いているが、これに限られず上記第１実施形態と同様に、振動の減衰係数が１よりも大きなその他の材料を用いることもできる。

なお、上記各実施形態では、光を二次元的に走査するための走査手段としてガルバノスキャナ８を備えた走査型顕微鏡を例示しているが、本発明はこれに限られるものでなく、振動を発生するその他の走査手段（例えば、共振型スキャナ等）を備えた走査型顕微鏡に適用することもできる。
また、上記各実施形態におけるスキャナヘッド３の筐体３ａは、上述のようにアルミ合金で構成されているが、これに限られず上記第１実施形態の保持部品２０や上記第２実施形態のスペーサ２６と同様に振動の減衰係数が１よりも大きなその他の材料、特に好ましくはマグネシウム合金で構成すれば、本発明の効果を最大限に発揮することができる。

本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡の全体構成を示す図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る走査型顕微鏡におけるスキャナヘッドの構成を示す拡大図であり、（ｂ）は当該スキャナヘッド内の保持部品の形状を示す側面図である。 金属材料の振動に対する減衰係数と強度を示すグラフである。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る走査型顕微鏡におけるスキャナヘッドの構成を示す拡大図であり、（ｂ）は当該スキャナヘッド内の保持部品及びスペーサの形状を示す側面図である。

符号の説明

１ 走査型顕微鏡
２ レーザ光源
３ スキャナヘッド
３ａ 筐体
４ 顕微鏡本体
５ 試料
６ 光検出器
７ コンピュータ
８ ガルバノスキャナ
１０ ピンホール
１３ 対物レンズ
２０，２５ 保持部品
２６ スペーサ

Claims (6)

1. 光源からの光を走査するための走査手段と、前記走査手段を経た光を試料に集光する対物レンズと、前記試料からの光を前記対物レンズを介して検出する検出器とを有する走査型顕微鏡において、
   前記走査手段は、振動の減衰係数が１よりも大きな材料からなる振動減衰部品を介して筐体に取り付けられていることを特徴とする走査型顕微鏡。
2. 前記振動減衰部品は、前記筐体に固定され前記走査手段を保持する保持部品であることを特徴とする請求項１に記載の走査型顕微鏡。
3. 前記振動減衰部品は、前記走査手段を保持する保持部品と前記筐体との間に設けられたスペーサであることを特徴とする請求項１に記載の走査型顕微鏡。
4. 前記走査手段として、ガルバノスキャナ又は共振型のスキャナを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
5. 前記材料は、マグネシウム合金であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡。
6. 前記筐体は、振動の減衰係数が１よりも大きな材料からなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の走査型顕微鏡。

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