RU2649045C2

RU2649045C2 - Multichannel confocal microscope

Info

Publication number: RU2649045C2
Application number: RU2016136551A
Authority: RU
Inventors: Виктор Павлович Бессмельцев; Вадим Станиславович Терентьев; Михаил Викторович Максимов
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-03-29
Also published as: RU2016136551A3; RU2016136551A

Abstract

FIELD: instrument engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of instrument-making related to the production of optoelectronic equipment. In the lighting unit of the device, the collimated light of the laser source is split into a matrix of beams by means of a diffractive optical element; the ray array is then deflected by a beam splitting cube and focused into the plane of the diaphragm array, passes through the beam splitter plate and further the deflection or scanning of the array of rays along the two coordinates of the object under investigation is realized by means of two plane-parallel plates mounted on orthogonally oriented axes of electric motor rotors or galvanic scanners and forming optics, then said rays pass through a birefringent plate, they pass through the focusing optics to the object under study, and the optical signal reflected from the object under study is returned in the opposite direction to the beam splitting cube, passes through the cube, and enters the detection matrix of the photodetectors through a polarization filter that wraps the image along two orthogonal axes, an optical element, a projection lens, a rotating mirror, then passes through the plane-parallel plates of the lighting unit and the projection lens. Normalization block consisting of a projection lens and a recording matrix of photodetectors serves to adjust the intensity of rays.

EFFECT: suppression of stray reflected light from the optical elements of the lighting unit and an increase in the signal-to-noise ratio in the recording unit.

1 cl, 3 dwg

Description

Многоканальный конфокальный микроскоп (МКМ) относится к области приборостроения, связанной с производством оптико-электронной аппаратуры для анализа, исследования и визуализации различных характеристик материалов и биологических объектов.Multichannel confocal microscope (MKM) refers to the field of instrumentation associated with the production of optoelectronic equipment for analysis, research and visualization of various characteristics of materials and biological objects.

Использование в микроскопах конфокальной схемы предложил Марвин Минский в 1961 году (заявка US 3013467 A, 1961-12-19). Конфокальный микроскоп имеет повышенное по сравнению с обычным микроскопом разрешение, как латеральное (поперечное), так и по глубине. Это достигается путем оптической фильтрации фонового света, идущего из глубины образца, с помощью дополнительной (конфокальной) диафрагмы. Следующим шагом в развитии конфокальной микроскопии стало создание сканирующих конфокальных микроскопов. Например, известны схемы, предложенные в патентах RU 2018891 C1, RU 2140661 C1 и заявке RU 2007131539 A. Основной недостаток таких схем - низкая скорость сканирования исследуемых объектов, поскольку сканирование осуществляется единственным световым лучом (луч лазера), а прием сигналов, соответственно, одним фотодатчиком.The use of confocal schemes in microscopes was proposed by Marvin Minsky in 1961 (application US 3013467 A, 1961-12-19). A confocal microscope has a higher resolution than a conventional microscope, both lateral (transverse) and in depth. This is achieved by optical filtering of the background light coming from the depth of the sample using an additional (confocal) aperture. The next step in the development of confocal microscopy was the creation of scanning confocal microscopes. For example, the schemes proposed in the patents RU 2018891 C1, RU 2140661 C1 and the application RU 2007131539 A are known. The main disadvantage of such schemes is the low scanning speed of the studied objects, since the scanning is carried out by a single light beam (laser beam), and the signal reception, respectively, by one photosensor.

Отмеченный недостаток устраняется в предлагаемых в последнее время многоканальных конфокальных микроскопах, в которых свет источника осветительного блока микроскопа преобразуется в совокупность (матрицу) независимых лучей, число которых определяет количество одновременно сканируемых точек исследуемого объекта, при этом для одновременного приема информации от множества сканирующих лучей применяются многоканальная детектирующая схема на основе регистрирующей матрицы фотоприемников.The noted drawback is eliminated in the recently proposed multichannel confocal microscopes, in which the light from the source of the illumination unit of the microscope is converted into a set (matrix) of independent rays, the number of which determines the number of simultaneously scanned points of the object under study, while for the simultaneous reception of information from many scanning beams, multichannel a detecting circuit based on a recording matrix of photodetectors.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство, в отношении которого ранее было получено решение о выдаче патента на изобретение «Многоканальный конфокальный микроскоп (варианты)» (патент № RU 2574863 C1, второй вариант). В этом варианте предложена схема лазерного многоканального конфокального микроскопа, который способен быстро строить конфокальное изображение объекта за счет своей многоканальности. Микроскоп содержит осветительный, регистрирующий и нормировочный блоки, в осветительном блоке микроскопа коллимированный свет лазерного источника расщепляется в матрицу лучей, направляемых на исследуемый объект через последовательно расположенные оптические элементы: светоделительный кубик, матрицу конфокальных диафрагм, модуль сканирования на основе двух преломляющих плоскопараллельных пластин с использованием гальваносканеров, формирующую и фокусирующую оптику, отраженные от объекта лучи возвращаются в обратном направлении до светоделительного кубика, проходят через него в регистрирующий блок, содержащий модуль сканирования, аналогичный модулю сканирования, установленному в осветительном канале, формирующую и фокусирующую оптику и регистрирующую матрицу фотодетекторов, а настройка лучей по интенсивности выполняется в нормировочном блоке.Closest to the proposed solution is a device in relation to which a decision was issued to grant a patent for the invention "Multichannel confocal microscope (options)" (patent No. RU 2574863 C1, second option). In this embodiment, a laser multichannel confocal microscope scheme is proposed, which is capable of quickly constructing a confocal image of an object due to its multichannel nature. The microscope contains illumination, recording, and normalization units; in the illumination unit of the microscope, the collimated light of the laser source is split into a matrix of rays directed to the object under investigation through optical elements in series: a beam splitter cube, a matrix of confocal diaphragms, a scanning module based on two refracting plane-parallel plates using galvanoscanners , forming and focusing optics, the rays reflected from the object return in the opposite direction d about a beam-splitting cube, pass through it into a recording unit containing a scanning module, similar to a scanning module installed in the lighting channel, forming and focusing optics and a recording matrix of photodetectors, and the intensity adjustment of the beams is performed in the normalization block.

В процессе исследовательских работ, проводимых с использованием реализованного по вышеуказанному патенту микроскопа, выявились некоторые эксплуатационные трудности, главная из которых заключается в обеспечении необходимой точной фазовой синхронизации работы двух сканирующих устройств, в составе которых, кроме оптических элементов, присутствуют элементы электромеханики (сканирующие устройства на основе гальванометрических сканеров). В предлагаемой схеме микроскопа указанные трудности устранены. Это достигнуто за счет построения оптической схемы микроскопа, в которой измерительные (подаваемые на исследуемый объект) лучи и отраженные от объекта лучи после их прохождения ряда оптических элементов проходят через один модуль сканирования. Этим достигается синхронизация работы осветительного и регистрирующего каналов, необходимая для построения конфокального изображения.In the course of research conducted using a microscope implemented according to the above patent, some operational difficulties were identified, the main one of which was to provide the necessary accurate phase synchronization of the operation of two scanning devices, which, in addition to optical elements, contain electromechanical elements (scanning devices based on galvanometric scanners). In the proposed microscope design, these difficulties are eliminated. This was achieved by constructing the optical scheme of the microscope, in which the measuring (supplied to the object under study) rays and the rays reflected from the object after passing through a number of optical elements pass through one scanning module. This ensures synchronization of the lighting and recording channels, necessary for constructing a confocal image.

Другой недостаток связан с неоптимальным соотношением сигнала к шуму, связанным с тем, что при существовании небольших остаточных отражений от элементов схемы осветительного блока, расположенных на оптическом пути после светоделительного кубика, и от материала исследуемого образца часть лазерного света от этих отражений может попадать в регистрирующий блок через светоделительный кубик, что приводит к паразитной фоновой засветке на матрице фотодетекторов.Another disadvantage is associated with the non-optimal signal-to-noise ratio due to the fact that if there are small residual reflections from the circuit elements of the lighting unit located on the optical path after the beam splitting cube, and part of the laser light from these reflections can enter the recording unit from the material of the sample under study through a beam splitting cube, which leads to spurious background illumination on the photodetector array.

В предлагаемом устройстве этот недостаток также устранен. Технический результат подавления паразитного отраженного света от оптических элементов осветительного блока и повышения соотношения сигнал/шум в регистрирующем блоке достигается за счет использования лазера с линейно поляризованным излучением и введения в осветительный блок дополнительного поляризационного элемента: фазосдвигающей двулучепреломляющей пластинки, расположенной на входной апертуре объектива, а на входе регистрирующего блока установлен поляризационный фильтр, настроенный на подавление только линейно поляризованного света осветителя. В то же время данный поляризационный фильтр пропускает линейно поляризованный сигнальный свет от исследуемого объекта, так как плоскость его линейной поляризации ортогонально повернута по отношению к поляризации осветителя.In the proposed device, this disadvantage is also eliminated. The technical result of suppressing stray reflected light from the optical elements of the lighting unit and increasing the signal-to-noise ratio in the recording unit is achieved by using a laser with linearly polarized radiation and introducing an additional polarizing element into the lighting unit: a phase-shifting birefringent plate located on the input aperture of the lens, and a polarizing filter is installed at the input of the recording unit, configured to suppress only linearly polarized of light illuminator. At the same time, this polarizing filter transmits a linearly polarized signal light from the object under study, since the plane of its linear polarization is orthogonally rotated with respect to the polarization of the illuminator.

Схема предлагаемого многоканального конфокального микроскопа иллюстрируется графическим материалом:The scheme of the proposed multichannel confocal microscope is illustrated by graphic material:

фиг. 1. Структурная схема предлагаемого устройства,FIG. 1. The structural diagram of the proposed device,

фиг. 2. Фотоснимок экспериментального макета (номера элементов соответствуют обозначениям на структурной схеме),FIG. 2. A photograph of the experimental layout (element numbers correspond to the notation on the structural diagram),

фиг. 3. Фотоснимок отсканированного изображения, полученного с помощью экспериментального макета.FIG. 3. A photograph of the scanned image obtained using the experimental layout.

Многоканальный конфокальный микроскоп, показанный на схеме фиг. 1, состоит из трех блоков (20, 21, 22), выделенных пунктирными линиями. Осветительный блок 20 содержит: лазер 1; расширитель луча 2; дифракционный оптический элемент (ДОЭ) 3; светоделительный кубик 4; матрицу конфокальных диафрагм 5; светоделительную пластинку 6; модуль сканирования 23, состоящий из преломляющих плоскопараллельных пластин 7 с оптически просветленными гранями, установленных на ортогонально расположенных относительно друг друга осях роторов электродвигателей или гальвано-сканеров и формирующей оптики (тубусной линзы) 8; фазосдвигающую четвертьволновую пластинку 9; фокусирующий объектив 10; исследуемый объект 11. Регистрирующий блок 21 содержит: поляризационный фильтр 12; оптический элемент, оборачивающий изображение по двум ортогональным осям (призма с крышей) 13; проекционный объектив 14; поворотное зеркало 15; преломляющие плоскопараллельные пластины 7; проекционный объектив 16; регистрирующую матрицу фотодетекторов 17. Нормировочный блок 22 состоит из проекционного объектива 18 и регистрирующей матрицы фотодетекторов 19.The multi-channel confocal microscope shown in the diagram of FIG. 1, consists of three blocks (20, 21, 22), indicated by dashed lines. The lighting unit 20 comprises: a laser 1; beam expander 2; diffractive optical element (DOE) 3; beam splitting cube 4; matrix of confocal apertures 5; beam splitting plate 6; a scanning module 23, consisting of refracting plane-parallel plates 7 with optically clarified faces mounted on the axes of the rotors of electric motors or galvanic scanners orthogonally located relative to each other and forming optics (tube lens) 8; phase shifting quarter-wave plate 9; focusing lens 10; the studied object 11. The recording unit 21 contains: a polarizing filter 12; an optical element wrapping the image along two orthogonal axes (prism with a roof) 13; projection lens 14; rotary mirror 15; refracting plane-parallel plates 7; projection lens 16; a recording matrix of photodetectors 17. The normalizing unit 22 consists of a projection lens 18 and a recording matrix of photodetectors 19.

Данная схема обеспечивает одновременную синхронизацию развертки лучей осветительного блока на объекте 11 и лучей регистрирующего блока на матрице фотодетекторов 17. В своих центральных положениях по углу поворота относительно осей электродвигателей рабочие поверхности указанных плоскопараллельных пластин 7 устанавливаются под углом к оптической оси осветительного блока 20 таким образом, чтобы угол падения света матрицы лучей после элемента 6 был равен углу падения света в регистрирующем блоке после элемента 15 для уменьшения влияния различия углов падения на коэффициент пропускания просветляющих покрытий на поверхностях пластинок, для идентичности развертки лучей на объекте и на матрице фотодетекторов, а также для уменьшения остаточных паразитных отражений от поверхностей пластинок.This scheme provides simultaneous synchronization of the sweep of the rays of the lighting unit on the object 11 and the rays of the recording unit on the matrix of photodetectors 17. In their central positions by the angle of rotation relative to the axes of the electric motors, the working surfaces of these plane-parallel plates 7 are set at an angle to the optical axis of the lighting unit 20 so that the angle of incidence of the light of the beam matrix after element 6 was equal to the angle of incidence of light in the recording unit after element 15 to reduce the effect of the difference in the angles of incidence on the transmittance of antireflection coatings on the surfaces of the plates, for the identical development of the rays on the object and on the photodetector array, as well as to reduce residual spurious reflections from the surfaces of the plates.

Поясним принцип работы предлагаемой схемы МКМ. Источником света 1 является лазер, генерирующий линейно-поляризованное излучение. Для согласования с ДОЭ 3 лазерный луч проходит через расширитель 2 (коллиматорные линзы). В ДОЭ 3 излучение разделяется на массив (матрицу) независимых лучей числом M*N, которые затем попадают на светоделительный кубик 4, отражаются от его светоделительной грани и далее проходят с целью пространственной фильтрации паразитных дифракционных порядков через отверстия матрицы конфокальных диафрагм 5 такой же размерности M×N, матрица диафрагм почернена для уменьшения паразитного отражения. После матрицы 5 лучи проходят через светоделительную пластинку 6, которая ответвляет часть излучения в нормировочный блок 22. Пройдя пластинку, лучи попадают на модуль сканирования 23, состоящий из двух преломляющих плоскопараллельных пластин 7, установленных на ортогонально расположенных относительно друг друга осях роторов электродвигателей или гальвано-сканеров и формирующей оптики 8. Данные пластинки в зависимости от угла поворота вокруг осей роторов смещают оси падающих лучей латерально по двум ортогональным координатным осям перпендикулярно оптической оси в соответствии с заданной программой. После пластинок лучи попадают на тубусную линзу, после которой распространяются под углом к оптической оси, пропорциональным величине смещения лучей пластинками. Далее матрица лучей проходит через фазовую (фазосдвигающую) пластинку 9, которая сдвигает по фазе оси ортогональных поляризаций света на четверть периода (90°). Прошедшие сквозь нее линейно-поляризованные лучи становятся циркулярно поляризованными и, пройдя через объектив 10, фокусируются на объекте 11. Отраженные лучи возвращаются обратным путем через матрицу конфокальных диафрагм 5, проходят светоделительный кубик и попадают в регистрирующий блок 21. При прохождении лучей через фазовую пластинку 9 (повторно) их плоскость поляризации становится повернутой на 90° относительно изначальной. В регистрирующем блоке поляризационный фильтр настроен на подавление паразитного отраженного света от элементов 4, 5 и пропускание линейно-поляризованного сигнального светового потока. Прошедшая через поляризационный фильтр матрица лучей поворачивается на 90° по направлению распространения, а их изображение оборачивается в двух плоскостях на 180° с помощью оборачивающего оптического элемента 13 (призма с крышей). При этом после прохождения проекционного объектива 14, поворотного зеркала 15, направление построения изображения на матрице фотодетекторов совпадает с направлением движения луча на объекте. Далее лучи проходят через преломляющие плоскопараллельные пластины 7 модуля сканирования 23 под некоторым углом к перпендикуляру к поверхности пластин 7 (15-20°) и затем, пройдя через проекционный объектив 16, который строит и масштабирует изображение прямоугольной матрицы лучей, попадают на регистрирующую матрицу фотодетекторов 17. Масштаб всего изображения зависит от положения проекционного объектива 16 относительно создаваемого объективом 14 промежуточного изображения, которое расположено между поворотным зеркалом 15 и сканерными пластинками 7. Функция матрицы конфокальных диафрагм 5 заключается в пространственном ограничении прохождения света таким образом, чтобы через нее проходил в основном только тот поток света, который исходит из областей объекта, находящихся в фокальной области фокусировки каждого осветительного луча (конфокальная схема). Это приводит к повышению контраста изображения. Также элемент 5 одновременно отсекает паразитные порядки падающего на объект света от ДОЭ.Let us explain the principle of operation of the proposed MKM scheme. Light source 1 is a laser that generates linearly polarized radiation. To align with DOE 3, the laser beam passes through the expander 2 (collimator lenses). In DOE 3, the radiation is divided into an array (matrix) of independent rays by the number M * N, which then fall onto the beam splitting cube 4, are reflected from its beam splitting face, and then pass with the purpose of spatial filtering of spurious diffraction orders through the holes of the matrix of confocal diaphragms 5 of the same dimension M × N, the aperture matrix is blackened to reduce spurious reflection. After the matrix 5, the rays pass through a beam splitter plate 6, which branches part of the radiation into a normalizing unit 22. After passing through the plate, the rays enter the scanning module 23, which consists of two refracting plane-parallel plates 7 mounted on the axes of the electric motor rotors or galvanically scanners and forming optics 8. These plates, depending on the angle of rotation around the axes of the rotors, shift the axis of the incident rays laterally along two orthogonal coordinate axes of the perp ndikulyarno optical axis in accordance with a predetermined program. After the plates, the rays fall on the tube lens, after which they propagate at an angle to the optical axis, proportional to the displacement of the rays by the plates. Further, the matrix of rays passes through a phase (phase-shifting) plate 9, which shifts in phase the axis of orthogonal polarizations of light by a quarter of the period (90 °). The linearly polarized rays passing through it become circularly polarized and, passing through the lens 10, are focused on the object 11. The reflected rays return back through the matrix of confocal diaphragms 5, pass a beam splitter cube and fall into the recording unit 21. When the rays pass through phase plate 9 (repeatedly) their plane of polarization becomes rotated 90 ° relative to the original. In the recording unit, a polarizing filter is configured to suppress stray reflected light from elements 4, 5 and transmit a linearly polarized signal light flux. The matrix of rays passing through the polarizing filter is rotated 90 ° in the direction of propagation, and their image is rotated 180 ° in two planes using a wrapping optical element 13 (prism with a roof). Moreover, after passing through the projection lens 14, the rotary mirror 15, the direction of the image on the photodetector matrix coincides with the direction of the beam on the object. Then the rays pass through the refracting plane-parallel plates 7 of the scanning module 23 at a certain angle to the perpendicular to the surface of the plates 7 (15-20 °) and then, passing through the projection lens 16, which builds and scales the image of a rectangular matrix of rays, they arrive at the recording matrix of photodetectors 17 The scale of the whole image depends on the position of the projection lens 16 relative to the intermediate image created by the lens 14, which is located between the rotary mirror 15 and the scanner plate 7. Kami function matrix confocal aperture 5 consists in a spatial limitation of the passage of light so that it passed through substantially only the light flux, which emanates from the object areas, each light beam focusing region located in the focal (confocal scheme). This leads to an increase in image contrast. Also, element 5 simultaneously cuts off the parasitic orders of light incident on the object from the DOE.

Для построения изображения производится сканирование с помощью последовательного углового перемещения сканерными преломляющими плоскопараллельными пластинами 7 матрицы сфокусированных лучей по зоне объекта, ограниченной расстоянием между сфокусированными пятнами. Построение изображения в данной схеме возможно только в параллельном режиме, при котором происходит перемещение изображения пятен лучей по чувствительным элементам регистрирующей матрицы фотодетекторов, и полное конфокальное изображение объекта формируется за время одного кадра регистрирующей матрицы фотодетекторов 17. Нормировочный блок 22 используется для нормировки и калибровки освещающих объект лучей в режиме реального времени. Он состоит из проекционного объектива 18 и регистрирующей матрицы фотодетекторов 19. Здесь могут фиксироваться относительные значения интенсивностей света каждого луча.To build the image, scanning is performed using a sequential angular movement by the scanner refracting plane-parallel plates 7 of the matrix of focused rays over the area of the object, limited by the distance between the focused spots. The construction of the image in this scheme is possible only in parallel mode, in which the image of the spots of rays is moved along the sensitive elements of the recording matrix of photodetectors, and a complete confocal image of the object is formed during one frame of the recording matrix of photodetectors 17. The normalization unit 22 is used for normalization and calibration of illuminating the object rays in real time. It consists of a projection lens 18 and a recording matrix of photodetectors 19. Here, the relative values of the light intensities of each beam can be recorded.

Экспериментальный образец многоканального конфокального микроскопа создан в Институте автоматики и электрометрии СО РАН. На фиг. 2 приведен фотоснимок макета МКМ и показан путь распространения света. Оптические характеристики экспериментального образца:An experimental sample of a multichannel confocal microscope was created at the Institute of Automation and Electrometry SB RAS. In FIG. Figure 2 shows a photograph of the MKM layout and shows the path of light propagation. Optical characteristics of the experimental sample:

- Диаметр луча по уровню e^-2 профиля интенсивности от максимального значения в плоскости ДОЭ - 5.4 мм.- The diameter of the beam at the level e ^{-2 of} the intensity profile of the maximum value in the DOE plane is 5.4 mm.

- Количество лазерных лучей после ДОЭ (элемент 3) - 25×25.- The number of laser beams after DOE (element 3) - 25 × 25.

- Расстояние фокусировки ДОЭ - 150 мм.- Focusing distance DOE - 150 mm.

- Диаметр отверстий матрицы диафрагм (элемент 5) - 50 мкм.- The diameter of the holes of the diaphragm matrix (element 5) is 50 μm.

- Расстояние между отверстиями в матрице диафрагм - 300 мкм.- The distance between the holes in the diaphragm matrix is 300 microns.

- Полный размер матрицы диафрагм - 7.2×7.2 мм- The full size of the aperture matrix is 7.2 × 7.2 mm

- Фокусное расстояние тубусной линзы (элемент 8) - f_t=165 мм.- The focal length of the tube lens (element 8) - f _t = 165 mm

- Апертура тубусной линзы (элемент 8) - 29 мм.- Aperture of the tube lens (element 8) - 29 mm.

- Фокусное расстояние объектива (элемент 10) - f_ob=4.5 мм.- The focal length of the lens (element 10) - f _ob = 4.5 mm.

- Апертура объектива - 5.5 мм.- Aperture of the lens - 5.5 mm.

- Коэффициент поперечного (латерального) увеличения системы - M=f_t/f_ob=36.6.- The coefficient of the transverse (lateral) increase in the system is M = f _t / f _ob = 36.6.

- Размер матрицы лучей на объекте (расстояние между центрами крайних точек по одной из поперечных осей) - 196.3 мкм.- The size of the matrix of rays on the object (the distance between the centers of the extreme points along one of the transverse axes) is 196.3 microns.

- Расстояние между соседними пятнами лучей в плоскости объекта - 8.1 мкм.- The distance between adjacent spots of rays in the plane of the object is 8.1 microns.

- Фокусное расстояние линзы (элемент 14) - 100 мм.- The focal length of the lens (element 14) is 100 mm.

Эксперименты подтвердили работоспособность предлагаемого многоканального конфокального микроскопа. Она демонстрируется на Фиг. 3. Здесь изображено сканирование поверхности непрозрачной пленки хрома с отверстием 40 мкм, нанесенной на стеклянную подложку. Область развертки (сканирования) одного луча показана штрихованной рамкой. Также видны трещины в пленке, имеющие характерный размер порядка 1 мкм. Видно, что в области развертки одного луча вмещается восемь проходов луча по вертикальной оси (число проходов можно регулировать). Между соседними областями существует небольшой темный промежуток, размер которого может быть отрегулирован за счет амплитуды поворота пластинок сканерного модуля, а также перемещения проекционного объектива 14. Правильность развертки изображения подтверждается визуально наблюдаемой сшивкой наклонных борозд и трещин в пленке, проходящих через несколько областей. Данное изображение было построено за один кадр матрицы фотодетекторов. Таким образом, при использовании высокоскоростных камер можно получать лазерное сканирующее конфокальное изображение со скоростью в сотни кадров в секунду.The experiments confirmed the efficiency of the proposed multichannel confocal microscope. It is shown in FIG. 3. This shows a surface scan of an opaque chromium film with a 40 μm hole deposited on a glass substrate. The scan area of one beam is shown by a dashed frame. Cracks in the film are also visible, having a characteristic size of the order of 1 μm. It can be seen that in the scan area of one beam, eight passes of the beam fit along the vertical axis (the number of passes can be adjusted). Between neighboring regions there is a small dark gap, the size of which can be adjusted due to the amplitude of rotation of the plates of the scanner module, as well as the movement of the projection lens 14. The correctness of the image scan is confirmed by visually observed stitching of inclined grooves and cracks in the film passing through several regions. This image was built in one frame of the photodetector array. Thus, when using high-speed cameras, it is possible to obtain a laser scanning confocal image at a speed of hundreds of frames per second.

Claims

A multichannel confocal microscope containing illumination, recording, and normalization blocks, in the lighting block, the collimated light of the laser source is split into a matrix of rays directed through successive optical elements: a beam splitter cube, a matrix of confocal diaphragms, and with a sequential deviation or scanning along two orthogonal coordinates by the scanning module based on two refracting plane-parallel plates mounted on orthogonally oriented d angles relative to the other axes of the rotors of electric motors or galvanic scanners and forming optics, get through the focusing optics to the object under study, the rays reflected from the object are returned in the opposite direction to the beam splitter, pass through it into the recording unit containing the lens and the recording matrix of photodetectors, and the setting the intensity of the rays is performed in the normalization unit, characterized in that in the lighting unit, said matrix of light rays is initially formed by diffraction an optical element from a laser beam with linear polarization, and after the matrix of diaphragms passes through a beam splitter plate, which deflects part of the light into the normalization block, and then after the scan module passes through a phase quarter-wave plate, and the optical signal reflected from the object under investigation returns in the opposite direction, also passes through the phase quarter-wave plate, while the reflected light after the beam splitting cube enters the recording unit and passes through the polarization an ion filter, an optical element wrapping the image along two orthogonal axes, a lens, a rotary mirror, plane-parallel plates of a scanning module and a projection lens on a recording matrix of photodetectors.