JP4905139B2 - 走査型レーザ顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、走査型レーザ顕微鏡のガルバノスキャナで発生する熱を効率的に放熱する走査型レーザ顕微鏡に関する。

従来、標本からの蛍光あるいは反射光を画像化するレーザ顕微鏡では、レーザ光を二次元に走査するために二軸のガルバノスキャナが使用されている（例えば、特許文献１参照）。特に生きた細胞の蛍光画像の取得は、細胞の変化をとらえるために高速化が要求されている。そのためには二次元に走査するガルバノスキャナを高速に往復走査することが必要である。ガルバノスキャナは走査時に熱を発生し、また高速に走査するほどエネルギーを必要としガルバノスキャナから発生する熱も大きくなる。ガルバノスキャナが高温になると油の蒸発等により寿命が縮まるばかりでなく、破損してしまう場合もあり、ガルバノスキャナは特定の温度以上にしないことが望ましい。また、従来の走査型レーザ顕微鏡におけるスキャナユニットは外部からの光が入り込まないように密閉されているため、ガルバノスキャナで発生する熱はスキャナユニット内あるいは走査型レーザ顕微鏡内にこもってしまい熱の逃げ場がなかった。その結果、ガルバノスキャナを高速動作させる時にはガルバノスキャナの走査角度を小さくして熱の発生を抑え、スキャナユニット内が高温にならないようにしていた。
特開平９−３０４７０１号公報

しかしながら、ガルバノスキャナの発熱を抑えるためにガルバノスキャナの走査角度を小さくすると観察範囲か小さくなってしまい、生きた細胞を広い範囲で高速に観察したいと言う要求を充たすことができないと言う課題がある。

上記課題を解決するため、本発明は、レーザ光源からのレーザ光を二次元に走査する走査手段と、前記走査手段を覆う遮光部材と、前記走査手段の近傍に、外部からの光を遮断しつつ前記遮光部材を貫通するダクト部と、一端部が前記走査手段に接触し、他端部が前記ダクト部に接触して、前記走査手段が発生する熱を前記ダクト部中に放熱する放熱手段と、を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡を提供する。

本発明によれば、ガルバノスキャナで発生する熱を効率よく放熱することにより、ガルバノスキャナが高速かつ広範囲を走査可能になり、広い範囲を観察できる走査型レーザ顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明にかかる一実施の形態に関し図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態にかかる走査型レーザ顕微鏡の概略構成図である。図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は実施の形態の変形例の断面図を示す。

図１、図２において、走査型レーザ顕微鏡１は、レーザ光源２からファイバー３を介してレーザ光がスキャナユニット４に入射し、コリメータレンズ５で略平行光にされダイクロイックミラー６で二軸のガルバノスキャナ部７方向に反射される。なお、ダイクロイックミラー６はフィルタフォルダ６ａに複数のダイクロイックミラー６が収納されレーザ光の波長に応じて適宜交換して使用される。二軸のガルバノスキャナ部７でレーザ光は二次元に走査され、レンズ８を介して像面９を形成する。

スキャナユニット４を射出したレーザ光は顕微鏡１０に入射され、対物レンズ１１を介してステージ１２に載置された標本１３を二次元に走査する。なお、スキャナユニット４は、外部からの光が迷光として侵入しないように遮光構成されている。

標本１３からの観察光は入射光路を戻りスキャナユニット４の二軸のガルバノスキャナ部７でデスキャンされダイクロイックミラー６を透過したのち、集光レンズ１４でピンホール１５に集光される。ピンホール１５を通った観察光はファイバ１６を介して検出部１７へ導入され、例えばホトマルチプライアー（ＰＭＴ）１８で光量を検出し不図示の画像形成処理部を介して二次元画像を形成し、不図示のモニター等で観察される。

二軸のガルバノスキャナ部７は、ガルバノスキャナ２１、２１’とガルバノスキャナ２１、２１’をベース部材２２に固定する固定部材２３、２３’、および固定部材２３、２３’に熱的に接触され、ガルバノスキャナ２１、２１’が発生した熱を固定部材２３、２３’を介してダクト２４に放出するための放熱部材２５、２５’が配置されている。なお、ガルバノスキャナ２１、２１’と固定部材２３、２３’とは熱的に接触が保たれている。また、固定部材２３、２３’がカバーしきれていないガルバノスキャナ２１、２１’部分には熱伝導テープ２６、２６’の一端が接着され、他端は放熱部材２５、２５’あるいはダクト２４の壁部に接着されて放熱をさらに良好にするように構成されている。

また、ガルバノスキャナ２１、２１’の端部には温度センサー４１、４１’が配置され動作中のガルバノスキャナ２１、２１’の温度を検出することができるように構成されている。温度センサー４１、４１’からの信号は、制御装置３０に送られ制御装置３０によって後述するファンの回転制御に用いられる。また放熱部材２５、２５’のダクト２４に突出する部分は、放熱フィン２５ａ、２５’ａが形成され効率的な放熱を可能にしている。なお、放熱部材２５、２５’は熱伝導率の大きいアルミ等を用いることが好ましい。

また、図２に示すように、ダクト２４がスキャナユニット４を紙面上下方向に貫通するように設けられている。ダクト２４の一端２４ａはスキャナユニット４の上部壁４ａに固着され光が漏れないように構成され、スキャナユニット４内に外部からの光が迷光とならないように完全に遮光されるように構成されている。このように上下に開口を有するダクト４を形成することによって空気の対流が形成されやすくなる。

ダクト２４の壁のうち放熱部材２５に接する部分２４ｂは、断面略Ｌ字状に形成され、放熱部材２５に形成された断面略Ｕ字状部分２５ｂに固設されダクト２４の筒部からの光の侵入を防止するように構成されている。

スキャナユニット４の下部壁４ｂのダクト４の開口部には、ファン３１が固着され外部からの迷光を防止するように構成されている。さらにファン３１はスキャナユニット４のベース基材２７に弾性部材２８を介して固定されている。弾性部材２８を介することによってファン３１の振動が二軸のガルバノスキャナ部７に伝達されることを防止することができる。なお、弾性部材には、ゴム、ゲル状部材、弾力のあるプラスチック部材などを用いることができる。

このように、本実施の形態にかかる走査型レーザ顕微鏡では、ガルバノスキャナ２１、２１’が動作することによって発生する熱を固定部材２３、２３’、熱伝導テープ２６、２６’および放熱部材２５、２５’を介してダクト２４に導き放熱フィン２５ａ、２５’ａを介して放熱することにより、ガルバノスキャナ２１、２１’の温度上昇を抑制することができ、ガルバノスキャナ２１、２１’の高速、広範囲の走査を可能にし広い範囲の標本を短時間で観察することができると共に、ガルバノスキャナ２１、２１’を長時間動作させる長時間観察も可能になる。

また、放熱フィン２５ａ、２５’ａにファン３１で風を吹きつけることによって更に放熱効率を高めることができ、ガルバノスキャナ２１、２１’の高速、広範囲の走査を可能にし広い範囲の標本を短時間で観察することができる。

また、ファン３１で熱を外気に放出するためスキャナユニット４内部の温度が上昇することを防止することができる。

また、ガルバノスキャナ２１、２１’に接して設けられた温度センサー４１、４１’からの信号に基づき、制御装置３０がファン３１の回転を制御することができる。この結果、ガルバノスキャナ２１、２１’の温度がほぼ一定になるように制御することができる。例えば、温度が設定値より上がったときにはファン３１の回転数を上げて放熱を促進し、設定値以下の場合には回転数を下げる、あるいは停止するという制御を行うことでガルバノスキャナ２１、２１’の温度をほぼ一定に保つことが可能になり、広い範囲を長時間観察でき、ファン３１から発生する振動による画像への影響を低減させることができる。

なお、制御装置３０は、ファン３１の制御方法としてガルバノスキャナ２１、２１’の温度ではなくガルバノスキャナ２１、２１’の走査速度、あるいは走査時間に応じてファン３１の回転数を制御することで、ガルバノスキャナ２１、２１’の温度が高温にならずに広い範囲を長時間観察でき、ファン３１から発生する振動による画像への影響を低減させることができる。

（変形例）
図３は実施の形態にかかる放熱部分の変形例を示す。

図３において、放熱部材２５、（２５’）と固定部材２３、（２３’）との間にペルチェ素子４０を配置し、固定部材２３、（２３’）をペルチェ素子４０で冷却することによりガルバノスキャナ２１、（２１’）の温度上昇を防止する構成としている。また、ペルチェ素子４０の発熱部分を放熱部材２５、（２５’）に接触させ、ダクト２４内の放熱フィン２５ａ、（２５’ａ）で放熱する構成である。ダクト２４の壁のうち放熱部材２５に接触する部分は断面略Ｌ字状に形成され、Ｌ字状部分が放熱部材２５の側面に固設されることによって、ダクト２４部分からの迷光の侵入を防止している。その他の構成、作用、および効果は上述の実施の形態と同様であり説明を省略する。なお、ペルチェ素子４０は、温度センサー４１からの信号に基づき制御装置３０で駆動制御され、ガルバノスキャナ２１、（２１’）の温度をほぼ一定に保つことができる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、二軸のガルバノスキャナによる高速走査および広範囲走査を行ってもガルバノスキャナの温度上昇、かつスキャナユニットあるいは走査型レーザ顕微鏡の温度上昇を抑制することができ、広範囲の標本を短時間で観察可能な走査型レーザ顕微鏡を提供することができる。

なお、上記実施の形態では空気の吸入部あるいは排出部から外部の光が入り込むのを防ぐためにダクトを設けたが、遮光板を配置するなどして外部からの光が直接、スキャナユニットの入射あるいは観察光路に入り込まないようにしてもダクトと同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態ではダクト内にファンをもうけたが、ファンをとりつけずにダクトだけでもガルバノスキャナの熱の逃げ道を外部と確保することができるので、ダクト内を空気が自然対流してガルバノスキャナの温度上昇を抑えることができる。

なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。

実施の形態にかかる走査型レーザ顕微鏡の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 実施の形態の変形例の断面図を示す。

符号の説明

１ 走査型レーザ顕微鏡
２ レーザ光源
４ スキャナユニット
１０ 顕微鏡
２１、２１’ ガルバノスキャナ
２２、２２’ ベース部材
２３、２３’ 固定部材
２４ ダクト
２５、２５’ 放熱部材
２５ａ、２５’ａ 放熱フィン
２６、２６’ 熱伝導テープ
２７ ベース基材
２８ 弾性部材
３０ 制御装置
３１ ファン
４０ ペルチェ素子
４１、４１’ 温度センサー

Claims (6)

1. レーザ光源からのレーザ光を二次元に走査する走査手段と、
   前記走査手段を覆う遮光部材と、
   前記走査手段の近傍に、外部からの光を遮断しつつ前記遮光部材を貫通するダクト部と、
   一端部が前記走査手段に接触し、他端部が前記ダクト部に接触して、前記走査手段が発生する熱を前記ダクト部中に放熱する放熱手段と、を有することを特徴とする走査型レーザ顕微鏡。
2. 前記放熱手段は、前記他端部分の少なくとも一部が前記ダクト部の壁を貫通して前記ダクト部中に露出して配置され、
   前記ダクト部の前記貫通する部分の壁の端部は、断面が折り曲げ構造で形成されて前記放熱手段に固設されて外部からの光を遮断することを特徴とする請求項１に記載の走査型レーザ顕微鏡。
3. 前記ダクト部の開口部にファンが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の走査型レーザ顕微鏡。
4. 前記ファンは、前記走査手段を支持する支持部材に弾性体を介して固定されていることを特徴とする請求項３に記載の走査型レーザ顕微鏡。
5. 前記走査手段の近傍に温度センサーを有し、
   前記温度センサーからの信号に基づき前記ファンの回転数を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の走査型レーザ顕微鏡。
6. 前記放熱手段は、ペルチェ素子を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の走査型レーザ顕微鏡。

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