JP6146335B2 - 走査ユニット、レーザ走査型顕微鏡及び温度調節方法 - Google Patents
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Description
1.第1の実施形態
1.1.走査ユニットと走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の構成例
1.2.温度調節機構の配置方法
1.3.走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の具体例
2.まとめ
3.実施例
<走査ユニットと走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の構成例>
まず、図1A〜図6を参照しながら、本開示の第1の実施形態に係る走査ユニットと、かかる走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の構成例について説明する。図1A〜図1Cは、本実施形態に係る走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡を模式的に示した説明図である。図2A〜図2Dは、本実施形態に係る走査ユニットが有するレーザ光源の一例を模式的に示した説明図である。図3〜図5Bは、本実施形態に係る温度調節機構の一例を模式的に示した説明図である。図6は、本実施形態に係る走査ユニットの別の一例を模式的に示した説明図である。
なお、温度調節機構170により走査機構101の温度調節を行うにあたって、温度調節機構170のサイズに対して走査機構101の排熱が大きい場合も考えられる。この場合には、図3に示したように、ベースプレート150からヒートベース160へと向かう方向(すなわち、図1B及び図1CにおけるZ軸方向)に沿って、複数の温度調節機構170を重ねて配設するようにしてもよい。
次に、図7〜図9Bを参照しながら、本実施形態に係る温度調節機構170の配置方法について説明する。図7は、本実施形態に係る温度調節機構の配置方法を説明するための説明図であり、図8は、本実施形態に係る温度調節機構の配置例の一例を模式的に示した説明図である。また、図9A及び図9Bは、温度調節機構の配置例の他の一例を模式的に示した説明図である。
次に、図10〜図12Bを参照しながら、以上説明したような走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の具体例について、簡単に説明する。図10は、本実施形態に係る走査ユニットを備えるレーザ走査型顕微鏡の一例を具体的に示した斜視図であり、図11は、本実施形態に係る走査ユニットが有するレーザ光源部一例を具体的に示した斜視図である。図12A及び図12Bは、本実施形態に係るレーザ走査型顕微鏡の光学系を模式的に示した説明図である。
以上説明したように、本開示の実施形態に係る走査ユニット100は、レーザ光源と走査モジュールとを同一のベースプレート上に設けて熱源を一体化することで、レーザ光源や走査モジュールからの排熱を共通化する。これにより、熱源によって発生した熱の方熱面積を大きくすることが可能となり、効率の良い冷却が可能となる。また、レーザ光源と走査モジュールとを一体化することで、レーザ光源や走査モジュールの配置を、熱や振動の観点から最適化することが容易となる。その結果、空冷による温度調節によってチラーなどの補助機器が不要となるとともに、装置全体の小型化が可能となる。
本検証では、60mm四方の空冷ファン及び銅製ヒートシンクと、80mm四方の空冷ファン及び銅製ヒートシンクと、120mm四方の空冷ファン及び銅製ヒートシンクと、を利用して、風量と排熱能力との関係を検証した。
図13から明らかなように、空冷ファンの大きさが大きいほど風量が大きくなり、得られる排熱能力も増加することがわかる。この結果が示すように、走査ユニット100に排熱部180として設けられる空冷ファン181及びヒートシンク183の大きさは、なるべく大きなサイズとすることが好ましいことがわかる。
(1)
所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部と、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部と、を少なくとも有する走査機構が配設される第1のベースと、
前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に位置し、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースと、
前記第1のベースと前記第2のベースとの間に設けられ、前記走査機構の温度を調節する温度調節機構と、
を備える、走査ユニット。
(2)
前記第2のベースの前記第1のベース側の面と対向する面側には、前記温度調節機構及び前記第2のベースによる前記走査機構からの排熱を系外へと排出する排熱部が設けられる、(1)に記載の走査ユニット。
(3)
前記排熱部は、前記排熱を系外へと排出する空冷ファンを少なくとも有する、(2)に記載の走査ユニット。
(4)
前記排熱部は、前記第2のベースに配設された、前記排熱を放散させるヒートシンクを更に有し、
前記空冷ファンは、前記ヒートシンクにより放散された前記排熱を系外へと排出する、(3)に記載の走査ユニット。
(5)
前記温度調節機構は、前記第1のベースから前記第2のベースへと向かう方向に沿って複数重ねて配設される、(1)〜(4)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(6)
所定の断熱材からなる断熱壁を介して、前記被走査体が載置される被走査体載置ユニットに接続される、(1)〜(5)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(7)
前記温度調節機構は、ペルチェ素子、ヒートパイプ又は熱伝導シートの少なくとも何れかである、(1)〜(6)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(8)
前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器である、(1)〜(7)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(9)
前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器(Master Oscillator Power Amplifier:MOPA)である、(1)〜(7)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(10)
前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、増幅された前記レーザ光の波長を変換する波長変換部と、を有する光源である、(1)〜(7)の何れか1つに記載の走査ユニット。
(11)
所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部、及び、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部を少なくとも有する走査機構が配設される第1のベースと、前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に位置し、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースと、前記第1のベースと前記第2のベースとの間に設けられ、前記走査機構の温度を調節する温度調節機構と、を有する走査ユニットと、
前記走査ユニットからの前記レーザ光を所定位置に載置された前記被走査体に集光させる集光光学系を少なくとも有し、前記走査ユニットとは熱的に分離された顕微鏡ユニットと、
を備える、レーザ走査型顕微鏡。
(12)
所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部と、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部と、を少なくとも有する走査機構を第1のベースに配設するとともに、前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースを設けることと、
前記第1のベースと前記第2のベースとの間に設けた温度調節機構により、前記走査機構の温度を調節することと、
を含む、温度調節方法。
101 走査機構
103 レーザ光源部
105 走査部
107 走査制御部
111 主発振器
113 半導体レーザユニット
115 共振器部
117 光増幅部
119 波長変換部
121 ビーム形状補正部
150 ベースプレート(第1のベース)
151 サブベースプレート
160 ヒートベース(第2のベース)
170 温度調節機構
171 ヒートパイプ
173 円筒形カラム
180 排熱部
181 空冷ファン
183 ヒートシンク
200 顕微鏡ユニット
300 断熱壁
Claims (11)
- 所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部と、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部と、を少なくとも有する走査機構が配設される第1のベースと、
前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に位置し、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースと、
前記第1のベースと前記第2のベースとの間に設けられ、前記走査機構の温度を調節する温度調節機構と、
を備え、
所定の断熱材からなる断熱壁を介して、前記被走査体が載置される被走査体載置ユニットに接続される、走査ユニット。 - 前記第2のベースの前記第1のベース側の面と対向する面側には、前記温度調節機構及び前記第2のベースによる前記走査機構からの排熱を系外へと排出する排熱部が設けられる、請求項1に記載の走査ユニット。
- 前記排熱部は、前記排熱を系外へと排出する空冷ファンを少なくとも有する、請求項2に記載の走査ユニット。
- 前記排熱部は、前記第2のベースに配設された、前記排熱を放散させるヒートシンクを更に有し、
前記空冷ファンは、前記ヒートシンクにより放散された前記排熱を系外へと排出する、請求項3に記載の走査ユニット。 - 前記温度調節機構は、前記第1のベースから前記第2のベースへと向かう方向に沿って複数重ねて配設される、請求項1〜4の何れか1項に記載の走査ユニット。
- 前記温度調節機構は、ペルチェ素子、ヒートパイプ又は熱伝導シートの少なくとも何れかである、請求項1〜5の何れか1項に記載の走査ユニット。
- 前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器である、請求項1〜6の何れか1項に記載の走査ユニット。
- 前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、から構成される主発振器出力増幅器(Master Oscillator Power Amplifier:MOPA)である、請求項1〜6の何れか1項に記載の走査ユニット。
- 前記レーザ光源部におけるレーザ光源は、半導体レーザと共振器とから構成される主発振器と、当該主発振器からのレーザ光を増幅する光増幅器と、増幅された前記レーザ光の波長を変換する波長変換部と、を有する光源である、請求項1〜6の何れか1項に記載の走査ユニット。
- 所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部、及び、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部を少なくとも有する走査機構が配設される第1のベースと、前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に位置し、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースと、前記第1のベースと前記第2のベースとの間に設けられ、前記走査機構の温度を調節する温度調節機構と、を有する走査ユニットと、
前記走査ユニットからの前記レーザ光を所定位置に載置された前記被走査体に集光させる集光光学系を少なくとも有し、前記走査ユニットとは熱的に分離された顕微鏡ユニットと、
を備える、レーザ走査型顕微鏡。 - 所定波長のレーザ光を射出するレーザ光源部と、前記レーザ光を用いて被走査体を走査する走査部と、を少なくとも有する走査機構を第1のベースに配設し、前記第1のベースの前記走査機構が配設された面と対向する面側に、前記第1のベースから熱的に分離された第2のベースを設け、前記第1のベースと前記第2のベースとの間に、温度調節機構を設けて走査ユニットとすることと、
前記被走査体が載置される被走査体載置ユニットと、前記走査ユニットとを、所定の断熱材からなる断熱壁を介して接続することと、
前記温度調節機構により、前記走査機構の温度を調節することと、
を含む、温度調節方法。
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