ITRM20100286A1 - SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND. - Google Patents

SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND. Download PDF

Info

Publication number
ITRM20100286A1
ITRM20100286A1 IT000286A ITRM20100286A ITRM20100286A1 IT RM20100286 A1 ITRM20100286 A1 IT RM20100286A1 IT 000286 A IT000286 A IT 000286A IT RM20100286 A ITRM20100286 A IT RM20100286A IT RM20100286 A1 ITRM20100286 A1 IT RM20100286A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
microscope according
obi
sample
focusing
beam splitter
Prior art date
Application number
IT000286A
Other languages
Italian (it)
Inventor
Francesca Romana Bertani
Elisabetta Botti
Francesco Cilloco
Antonio Costanzo
Luisa Ferrari
Stefano Selci
Original Assignee
Consiglio Nazionale Ricerche
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consiglio Nazionale Ricerche filed Critical Consiglio Nazionale Ricerche
Priority to IT000286A priority Critical patent/ITRM20100286A1/en
Priority to EP11740726.2A priority patent/EP2577376A1/en
Priority to PCT/IT2011/000181 priority patent/WO2011148407A1/en
Publication of ITRM20100286A1 publication Critical patent/ITRM20100286A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0028Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders specially adapted for specific applications, e.g. for endoscopes, ophthalmoscopes, attachments to conventional microscopes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/02Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system
    • G02B17/06Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror
    • G02B17/0605Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors
    • G02B17/061Catoptric systems, e.g. image erecting and reversing system using mirrors only, i.e. having only one curved mirror using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/0004Microscopes specially adapted for specific applications
    • G02B21/002Scanning microscopes
    • G02B21/0024Confocal scanning microscopes (CSOMs) or confocal "macroscopes"; Accessories which are not restricted to use with CSOMs, e.g. sample holders
    • G02B21/0032Optical details of illumination, e.g. light-sources, pinholes, beam splitters, slits, fibers
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10Beam splitting or combining systems
    • G02B27/14Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/144Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

Microscopio confocale spettrale in riflettanza a larga banda Confocal spectral microscope in broadband reflectance

La presente invenzione riguarda un microscopio confocale spettrale in riflettanza a larga banda. The present invention relates to a spectral confocal microscope in broadband reflectance.

Più precisamente, la presente invenzione riguarda un microscopio confocale in riflettanza a scansione con laser a largo spettro. Questo strumento può essere usato sia per l'analisi spettrale in riflettanza sia per l'imaging morfometrico di sezioni ottiche di campioni di tessuto vitali (in vivo, ex vivo, in vitro), o di campioni per scienza dei materiali. I dati spettrali e le immagini possono essere acquisiti contemporaneamente, in un larghissimo intervallo di lunghezze d'onda, grazie all'uso di una sorgente di tipo supercontinuum (un particolare tipo di laser, dove la generazione della radiazione avviene in una fibra fotonica, detto anche "laser bianco" o "white light laser"). More precisely, the present invention relates to a broad spectrum laser scanning confocal reflectance microscope. This tool can be used for both reflectance spectral analysis and morphometric imaging of optical sections of viable tissue samples (in vivo, ex vivo, in vitro), or materials science samples. Spectral data and images can be acquired simultaneously, in a very wide range of wavelengths, thanks to the use of a supercontinuum source (a particular type of laser, where the generation of radiation occurs in a photonic fiber, called also "white laser" or "white light laser").

Accanto alla microscopia confocale "tradizionale" legata alla fluorescenza, oggi le soluzioni di microscopia confocale a scansione laser disponibili sul mercato e usate come mezzo per la diagnostica appartengono a due famiglie: i microscopi a riflettanza e quelli con eccitazione laser a due fotoni. Occorre notare che lo sviluppo ha riguardato essenzialmente l'applicazione per la diagnostica e la terapia dermatologica . Alongside the "traditional" confocal microscopy linked to fluorescence, today the laser scanning confocal microscopy solutions available on the market and used as a means for diagnostics belong to two families: reflectance microscopes and those with two-photon laser excitation. It should be noted that the development essentially concerned the application for dermatological diagnostics and therapy.

La microscopia confocale a scansione laser in riflettanza (ad esempio il sistema "Vivascope" della Mavig GmbH) è una modalità di imaging per visualizzare gli strati più superficiali della cute in tempo reale e in maniera non invasiva ma con alto contrasto e risoluzione spaziale sotto il micrometro, quindi paragonabile all'analisi istologica convenzionale. L'applicazione di questo strumento alla visualizzazione dei diversi strati della pelle ha recentemente portato grandi vantaggi in dermatologia, permettendo di aprire una finestra virtuale sulla pelle in condizioni fisiologiche, senza quindi la necessità di biopsie o trattamento dei tessuti. La possibilità di acquisire immagini ad alta risoluzione e in maniera non invasiva ha ampie applicazioni nelle aree cliniche e di ricerca, come nella diagnosi di lesioni benigne e maligne, l'individuazione dei margini tumorali, l'evoluzione della risposta a trattamenti farmacologici, chirurgici o cosmetici e lo studio patofisiologico dei processi infiammatori. Confocal laser scanning reflectance microscopy (for example the "Vivascope" system from Mavig GmbH) is an imaging modality to visualize the most superficial layers of the skin in real time and in a non-invasive way but with high contrast and spatial resolution under the micrometer, therefore comparable to conventional histological analysis. The application of this tool to the visualization of the different layers of the skin has recently brought great advantages in dermatology, allowing to open a virtual window on the skin in physiological conditions, therefore without the need for biopsies or tissue treatment. The possibility of acquiring high-resolution images in a non-invasive way has wide applications in clinical and research areas, such as in the diagnosis of benign and malignant lesions, the identification of tumor margins, the evolution of the response to pharmacological, surgical or cosmetics and the pathophysiological study of inflammatory processes.

Nei microscopi confocali a riflettanza, la radiazione, infrarossa e monocromatica, del laser viene focalizzata sul campione di pelle. La radiazione, passando tra strutture cellulari con diversi indici di rifrazione, è naturalmente riflessa, viene raccolta dall'obiettivo, inviata ad un sistema di acquisizione e ricomposta in una immagine bidimensionale in toni di grigio dal software di un computer. Muovendo il fuoco del microscopio lungo l'asse perpendicolare alla superficie della pelle si possono ottenere immagini da piani a diverse profondità nella pelle. (Piergiacomo Calzavara-Pinton, Caterina Longo, Marina Venturini, Raffaella Sala and Giovanni Pellacani Reflectance Confocal Microscopy for In Vivo Skin Imaging, Photochemistry and Photobiology, 2008, 84: 1421-1430; Kishwer S. Nehal, Dan Gareau, and Milind Rajadhyaksha, Skin Imaging With Reflect ance Confocal Microscopy, Semin. Cutan. Med. Surg. 27:37-43,2008). In confocal reflectance microscopes, the infrared and monochromatic radiation from the laser is focused on the skin sample. The radiation, passing between cellular structures with different refractive indices, is naturally reflected, is collected by the lens, sent to an acquisition system and recomposed into a two-dimensional image in gray tones by a computer software. By moving the focus of the microscope along the axis perpendicular to the skin surface, images can be obtained from planes at different depths in the skin. (Piergiacomo Calzavara-Pinton, Caterina Longo, Marina Venturini, Raffaella Sala and Giovanni Pellacani Reflectance Confocal Microscopy for In Vivo Skin Imaging, Photochemistry and Photobiology, 2008, 84: 1421-1430; Kishwer S. Nehal, Dan Gareau, and Milind Rajadhyaksha, Skin Imaging With Reflect ance Confocal Microscopy, Semin. Cutan. Med. Surg. 27: 37-43,2008).

D'altra parte il tomografo multifotonico commerciale (ad esempio "Dermainspect" della Jenlab GmbH) è basato sulla fluorescenza causata da una eccitazione a due fotoni e dalla generazione di seconda armonica. I campi di utilizzo sono la diagnostica tumorale precoce, l'analisi dell'interazione tra tessuti ingegnerizzati e tessuti umani e lo screening farmacologico in situ (Enrico Dimitrow, Iris Riemann, Alexander Ehlers, Martin Johannes Koehler, Johannes Norgauer, Peter Elsner, Karsten Koenig and Martin Kaatz, Spectral fluorescence lifetime detection and selective melanin imaging by multiphoton laser tomography for melanoma diagnosis, Experimental Dermatology, 18, 509-515, 2009). On the other hand, the commercial multiphoton tomograph (eg "Dermainspect" from Jenlab GmbH) is based on the fluorescence caused by a two-photon excitation and second harmonic generation. The fields of use are early tumor diagnostics, analysis of the interaction between engineered and human tissues and in situ drug screening (Enrico Dimitrow, Iris Riemann, Alexander Ehlers, Martin Johannes Koehler, Johannes Norgauer, Peter Elsner, Karsten Koenig and Martin Kaatz, Spectral fluorescence lifetime detection and selective melanin imaging by multiphoton laser tomography for melanoma diagnosis, Experimental Dermatology, 18, 509-515, 2009).

Nel caso della fluorescenza eccitata a due fotoni, due fotoni di uguale lunghezza d'onda nell'infrarosso (intervallo spettrale 800-1200 nm di lunghezza d'onda) sono assorbiti simultaneamente. Ogni fotone fornisce metà dell'energia che è normalmente richiesta per eccitare il fluoroforo in uno stato elettronico a più alto contenuto energetico. Quindi le emissioni blu, verdi, gialle e rosse dei fluorofori possono essere indotte con fotoni nel vicino infrarosso, quindi a più bassa energia. Con un processo a tre fotoni, i fotoni nel vicino infrarosso possono anche indurre fluorescenza ultravioletta. L'intervallo spettrale tra 800 e 1200 nm corrisponde alla finestra ottica di cellule e tessuti, ed è caratterizzata da una alta profondità di penetrazione a causa dei bassi coefficienti di assorbimento e scattering. In the case of two-photon excited fluorescence, two photons of equal wavelength in the infrared (spectral range 800-1200 nm wavelength) are absorbed simultaneously. Each photon provides half the energy that is normally required to excite the fluorophore into a higher energy electronic state. Hence the blue, green, yellow and red emissions of the fluorophores can be induced with photons in the near infrared, therefore with lower energy. With a three-photon process, photons in the near infrared can also induce ultraviolet fluorescence. The spectral range between 800 and 1200 nm corresponds to the optical window of cells and tissues, and is characterized by a high depth of penetration due to the low absorption and scattering coefficients.

Una luminescenza molto particolare invece può essere osservata quando il collagene è illuminato da impulsi laser infrarossi ultra-brevi: in questo caso, le proteine della matrice extracellulare emettono luce ad una lunghezza d'onda che è la metà di quella della luce laser incidente. Questo processo è denominato generazione di seconda armonica (SHG). Avviene solo in alcune strutture molecolari non centrosimmetriche come il collagene, la miosina o la tubulina quando sono investite da intensi impulsi laser ultra-brevi. A very particular luminescence, on the other hand, can be observed when the collagen is illuminated by ultra-short infrared laser pulses: in this case, the extracellular matrix proteins emit light at a wavelength that is half that of the incident laser light. This process is called second harmonic generation (SHG). It occurs only in some non-centrosymmetric molecular structures such as collagen, myosin or tubulin when they are hit by intense ultra-short laser pulses.

La spettroscopia applicata ad un design confocale, invece, è stata finora applicata a metodi Raman e CARS (spettroscopia Raman anti-Stokes coerente o "Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy") confocali, chiamata nel caso di accoppiamento a microscopi ottici microspettroscopia Raman (R. J. Swain and M. M. Stevens, Raman microspectroscopy for non-invasive biochemical analysis of single cells, Biochemical Society Transactions (2007) Volume 35, part 3) o applicata alla spettroscopia di fluorescenza (nel dominio dei tempi o delle frequenze) legata ai tempi di vita dei fluorocromi. La microspettroscopia Raman, che ha conosciuto grande sviluppo in tempi recenti, unisce alla tradizione di analisi chimica tramite spettroscopia vibrazionale la possibilità di eseguire l'indagine su campioni rappresentati da singole cellule vive immerse nel loro medium di coltura senza l'aggiunta di fissativi o reagenti esterni. A differenza della spettroscopia infrarossa l'intervallo spettrale usato evita le zone di grande assorbimento dell'acqua. Il limite fondamentale delle tecniche Raman è l'intrinseca debolezza del segnale che impone quindi la scelta di rivelatori opportunamente sensibili e di sorgenti ad alta intensità. Spectroscopy applied to a confocal design, on the other hand, has so far been applied to confocal Raman and CARS methods (Coherent anti-Stokes Raman spectroscopy), called in the case of coupling to optical microscopes Raman microspectroscopy (R. J. Swain and M. M. Stevens, Raman microspectroscopy for non-invasive biochemical analysis of single cells, Biochemical Society Transactions (2007) Volume 35, part 3) or applied to fluorescence spectroscopy (in the time or frequency domain) linked to the life times of fluorochromes. Raman microspectroscopy, which has undergone great development in recent times, combines the tradition of chemical analysis using vibrational spectroscopy with the possibility of carrying out the investigation on samples represented by single live cells immersed in their culture medium without adding fixatives or reagents. external. Unlike infrared spectroscopy, the spectral range used avoids areas of great water absorption. The fundamental limitation of Raman techniques is the intrinsic weakness of the signal which therefore requires the choice of suitably sensitive detectors and high intensity sources.

In entrambi i casi, tuttavia, si utilizza una sola lunghezza d'onda per eccitare fluorocromi o molecole specifiche. In both cases, however, only one wavelength is used to excite specific fluorochromes or molecules.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un microscopio confocale in riflettanza che risolva i problemi e superi gli inconvenienti delle tecniche anteriori. The object of the present invention is to provide a confocal reflectance microscope which solves the problems and overcomes the drawbacks of the prior techniques.

E' oggetto della presente invenzione un microscopio confocale spettrale in riflettanza a larga banda, comprendente una sorgente laser, un divisore di fascio, un sistema di focalizzazione del fascio laser sul campione, un sistema di rilevamento del fascio laser riflesso dal campione e trasmesso dal divisore di fascio, caratterizzato dal fatto che: The object of the present invention is a confocal spectral microscope in broadband reflectance, comprising a laser source, a beam splitter, a system for focusing the laser beam on the sample, a system for detecting the laser beam reflected from the sample and transmitted by the divider. beam, characterized by the fact that:

detta sorgente laser è una sorgente a spettro continuo nelle lunghezze d'onda del visibile e infrarosso; said laser source is a continuous spectrum source in the visible and infrared wavelengths;

- subito dopo la sorgente laser è inserito un espansore di fascio; - a beam expander is inserted immediately after the laser source;

- detto divisore di fascio è in materiale opportunamente trasparente in tutto l'intervallo spettrale emesso dalla sorgente ed è posto a 45° rispetto alla direzione del fascio; - said beam splitter is made of suitably transparent material throughout the spectral range emitted by the source and is placed at 45 ° with respect to the direction of the beam;

- detto sistema di focalizzazione è acromatico e presenta una banda spettrale tra i 200nm e i 20μπι, lunga distanza di lavoro superiore ai 5mm ed una apertura numerica superiore a 0,25. - said focusing system is achromatic and has a spectral band between 200nm and 20μπι, a long working distance greater than 5mm and a numerical aperture greater than 0.25.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il materiale del divisore di fascio è il Fluoruro di Calcio. Preferably according to the invention, the material of the beam splitter is calcium fluoride.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il materiale del divisore di fascio è il Solfuro di Zinco. Preferably according to the invention, the material of the beam splitter is Zinc Sulfide.

Preferibilmente secondo l'invenzione, detto sistema di focalizzazione è un primo obiettivo riflettivo. Preferably according to the invention, said focusing system is a first reflective objective.

Preferibilmente secondo l'invenzione, detto obiettivo di focalizzazione presenta un design di Cassegrain-Schwarzschild . Preferably according to the invention, said focusing objective has a Cassegrain-Schwarzschild design.

Preferibilmente secondo l'invenzione, la banda spettrale di detto sistema di focalizzazione è compresa tra i 400nm e i 3μπι. Preferably according to the invention, the spectral band of said focusing system is comprised between 400nm and 3μπι.

Preferibilmente secondo l'invenzione, la distanza di lavoro è superiore agli 8mm, e l'apertura è superiore a 0,40. Preferably according to the invention, the working distance is greater than 8mm, and the opening is greater than 0.40.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il campione è mosso, rispetto al fuoco del sistema di focalizzazione, da un sistema di scansione laterale e assiale a controllo piezoelettrico. Preferably according to the invention, the sample is moved, with respect to the focus of the focusing system, by a lateral and axial scanning system with piezoelectric control.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il microscopio comprende mezzi atti a centrare il fuoco del sistema di focalizzazione all'ingresso di una fibra monomodale, la quale è montata all'altra estremità su un sistema meccanico miniaturizzato che comprende un sistema per la suzione e l'ancoraggio al campione ed un controllo piezoelettrico per la scansione della fibra rispetto al campione, in particolare detti mezzi potendo essere accoppiati a sistemi endoscopici. Preferably according to the invention, the microscope comprises means suitable for centering the focus of the focusing system at the inlet of a single-mode fiber, which is mounted at the other end on a miniaturized mechanical system which comprises a system for suction and anchoring to the sample and a piezoelectric control for scanning the fiber with respect to the sample, in particular said means being able to be coupled to endoscopic systems.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il sistema di focalizzazione è atto a raccogliere la luce riflessa dal campione, la quale attraversa il divisore di fascio ed è convogliata attraverso un sistema ottico in grado di mantenere 1'acromaticità del fascio e quindi acromaticamente focalizzata attraverso un secondo obiettivo su un pinhole la cui apertura è variabile e controllabile in maniera continua e ripetibile tramite mezzi di controllo piezoelettrici. Preferably according to the invention, the focusing system is adapted to collect the light reflected by the sample, which passes through the beam splitter and is conveyed through an optical system capable of maintaining the achromaticity of the beam and therefore achromatically focused through a second lens on a pinhole whose opening is variable and controllable in a continuous and repeatable manner by means of piezoelectric control means.

Preferibilmente secondo l'invenzione, detto secondo obiettivo di focalizzazione del fascio in uscita dal campione sul pinhole è di tipo riflettivo e presenta un design di Cassegrain-Schwarzschild. Preferably according to the invention, said second objective for focusing the beam leaving the sample on the pinhole is of the reflective type and has a Cassegrain-Schwarzschild design.

Preferibilmente secondo l'invenzione, detto pinhole è costituito da una coppia di lamine con un corpo principale ed una coda di rondine opportunamente lavorate disposte con le code di rondine affacciate e a contatto simmetricamente da una parte e dall'altra di un piano, le lamine di detta coppia di lamine essendo atte ad essere mosse in maniera continua lungo il piano rispetto al loro centro comune, delimitando in tal modo un foro romboidale di diametro variabile tra 0 e 200 μπι. Preferably according to the invention, said pinhole is constituted by a pair of plates with a main body and a dovetail suitably machined arranged with the dovetails facing and in contact symmetrically on one side and on the other of a plane, the plates of said pair of laminae being able to be moved continuously along the plane with respect to their common center, thus delimiting a rhomboid hole with a diameter ranging from 0 to 200 μπι.

Preferibilmente secondo l'invenzione, il pinhole è accoppiato otticamente ad un sistema di raccolta che attraverso una fibra ottica o un libero cammino, convoglia il segnale ad un sistema di dispersione cromatica ed a una successiva sezione di acquisizione ed analisi spettrometrica lineare formata da uno o più sensori ad array o matriciali. Preferably according to the invention, the pinhole is optically coupled to a collection system which, through an optical fiber or a free path, conveys the signal to a chromatic dispersion system and to a subsequent linear spectrometric acquisition and analysis section formed by one or more multiple array or matrix sensors.

L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui: The invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, with particular reference to the drawings of the attached figures, in which:

- la figura 1 mostra lo schema costruttivo del microscopio confocale secondo l'invenzione. - figure 1 shows the constructive scheme of the confocal microscope according to the invention.

- la figura 2 mostra lo schema del pinhole secondo l'invenzione, in tre viste differenti (a) sezione, (c) dall'alto, e (b) in prospettiva - figure 2 shows the pinhole scheme according to the invention, in three different views (a) section, (c) from above, and (b) in perspective

Lo strumento secondo l'invenzione è un microscopio confocale a scansione laser. Esso è alimentato da una sorgente laser LS a spettro largo e continuo nelle lunghezze d'onda del visibile e infrarosso. The instrument according to the invention is a confocal laser scanning microscope. It is powered by an LS laser source with a broad and continuous spectrum in the visible and infrared wavelengths.

Il fascio in uscita dalla fibra fotonica che lo genera viene espanso attraverso un espansore di fascio o "beam expander" acromatico BE (necessario per mantenere la possibilità di inviare tutte le lunghezze d'onda generate dalla sorgente senza aberrazione cromatica), indispensabile per sfruttare le caratteristiche costruttive dell'obiettivo riflettivo. The beam coming out of the photonic fiber that generates it is expanded through a beam expander or achromatic "beam expander" BE (necessary to maintain the possibility of sending all the wavelengths generated by the source without chromatic aberration), which is essential to exploit the construction characteristics of the reflective lens.

A seguire, attraverso un sistema di specchi piani M, il fascio di luce viene inviato su un divisore di fascio o "beam splitter" BS di materiale opportunamente trasparente in tutto l'intervallo spettrale emesso dalla sorgente e posto a 45 rispetto alla direzione del fascio. Then, through a system of plane mirrors M, the light beam is sent to a beam splitter or "beam splitter" BS of suitably transparent material in the entire spectral range emitted by the source and placed at 45 with respect to the direction of the beam. .

Il ruolo del beam-splitter (divisore di fascio) è particolarmente critico per il microscopio secondo l'invenzione. Infatti, tale componente deve essere attraversato due volte dalla fascio laser proveniente dalla sorgente, una prima volta in riflessione ed una seconda volta in trasmissione. Diversi elementi costruttivi sono stati tenuti in considerazione, come di seguito elencati. The role of the beam splitter is particularly critical for the microscope according to the invention. In fact, this component must be crossed twice by the laser beam coming from the source, a first time in reflection and a second time in transmission. Several constructive elements have been taken into consideration, as listed below.

Anzitutto, la sequenza riflessione/trasmissione potrebbe essere invertita, in via di principio, in trasmissione/riflessione. Tuttavia, è opportuno riservare alla riflessione la precedenza nel percorso del fascio in quanto si deve garantire la minima distorsione ottica verso l'obiettivo rivolto verso il campione. Questa scelta ha anche l'effetto di ridurre l'intensità incidente in maniera determinata dal coefficiente di riflessione della lamina, per evitare il sovraccarico termico del campione. First, the reflection / transmission sequence could in principle be reversed into transmission / reflection. However, reflection should be given precedence in the beam path as minimum optical distortion must be ensured towards the target facing the sample. This choice also has the effect of reducing the incident intensity in a manner determined by the reflection coefficient of the foil, to avoid thermal overload of the sample.

La soluzione innovativa della presente invenzione, legata all'uso di una sorgente a largo spettro come il laser a fibra fotonica qui utilizzato, sta anche nel modo di ridurre la intensità di radiazione depositata sul campione, attraverso un beam splitter secondo 1'invenzione. The innovative solution of the present invention, linked to the use of a broad spectrum source such as the photonic fiber laser used here, also lies in the way of reducing the intensity of radiation deposited on the sample, through a beam splitter according to the invention.

Infatti, tale intensità non può essere semplicemente regolata agendo sulla potenza della sorgente laser utilizzata. Il controllore del laser permetterebbe, in effetti, un facile controllo della potenza di emissione, ma, contemporaneamente, una riduzione eccessiva può modificare profondamente lo spettro di emissione eliminando gran parte dello spettro visibile. Infatti, l'estensione dello spettro dei laser "supercont inuum" è legato in maniera complessa a fenomeni non lineari e, quindi, sotto una certa soglia di potenza lo spettro risulterebbe profondamente alterato. In fact, this intensity cannot be simply adjusted by acting on the power of the laser source used. The laser controller would allow, in effect, an easy control of the emission power, but, at the same time, an excessive reduction can profoundly modify the emission spectrum by eliminating a large part of the visible spectrum. In fact, the extension of the "supercont inuum" laser spectrum is linked in a complex way to non-linear phenomena and, therefore, under a certain power threshold the spectrum would be profoundly altered.

Per tutti questi motivi, il materiale scelto per il componente BS è il Fluoruro di Calcio (CaF2). Tale scelta risulta dettata da un complesso di fattori. Principalmente, si vuole avere un materiale di buone proprietà ottiche (assenza di assorbimento) per l'intervallo spettrale estremamente esteso del laser fotonico utilizzato (450nm-2.5μπι) e una buona stabilità strutturale e chimica. Non sembrano possibili altre scelte, salvo rinunciare a qualche proprietà fondamentale. Nella tabella 1 sono illustrati gli svantaggi o le caratteristiche per altri materiali possibili. L'unico materiale utilizzabile in alternativa è il Solfuro di Zinco (ZnS), conosciuto con il nome commerciale CLEARTRAN™ (della CVD Ine.), che ha caratteristiche simili, ma esclude la possibilità di lavorare con sorgenti che si possano estendere nella regione ultravioletta per esperimenti di fluorescenza. Tale materiale potrebbe rappresentare una interessante alternativa. Tuttavia, l'alto indice di rifrazione (2.27 a Ιμπι) produce una minore trasmissione (circa il 70%), e quindi una maggiore riflessione che, se aumenterebbe in teoria il segnale a disposizione, costringerebbe ad una diminuzione della potenza in ingresso per campioni molto sensibili al riscaldamento locale. Come già detto, tale variazione può comportare una modifica profonda nello spettro di emissione del laser a fibra fotonica. I vetri più comuni sono stati esclusi in quanto opachi nell'infrarosso. For all these reasons, the material chosen for the BS component is Calcium Fluoride (CaF2). This choice is dictated by a series of factors. Mainly, we want to have a material with good optical properties (absence of absorption) for the extremely extended spectral range of the photonic laser used (450nm-2.5μπι) and a good structural and chemical stability. No other choices seem possible, apart from giving up some fundamental properties. Table 1 shows the disadvantages or characteristics for other possible materials. The only material that can be used as an alternative is Zinc Sulfide (ZnS), known by the trade name CLEARTRAN ™ (from CVD Ine.), Which has similar characteristics, but excludes the possibility of working with sources that can extend into the ultraviolet region. for fluorescence experiments. Such material could represent an interesting alternative. However, the high refractive index (2.27 a Ιμπι) produces a lower transmission (about 70%), and therefore a greater reflection which, if it would theoretically increase the available signal, would force a decrease in the input power for samples. very sensitive to local heating. As already mentioned, this variation can lead to a profound modification in the emission spectrum of the photon fiber laser. The most common glasses were excluded as they are opaque in the infrared.

La soluzione proposta secondo la presente invenzione è quindi l'utilizzo del Floruro di Calcio come materiale per il divisore di fascio BS per avere una finestra spettrale accessibile tra i 0.15μπι e i 6μπι, con una trasmissione superiore al 90% in tale intervallo, un ottimo grado di insolubilità in acqua, con conseguente stabilità nel tempo, l'assenza di difetti che possano essere centri di diffusione o assorbimento da parte di intensi fasci laser, e l'assenza di fenomeni di birifrangenza che, con sorgenti coerenti nella configurazione data, produrrebbero deleterie modulazioni nella risposta ottica. The solution proposed according to the present invention is therefore the use of Calcium Floride as material for the BS beam splitter to have an accessible spectral window between 0.15μπι and 6μπι, with a transmission greater than 90% in this range, an excellent degree of insolubility in water, with consequent stability over time, the absence of defects that could be centers of diffusion or absorption by intense laser beams, and the absence of phenomena of birefringence which, with coherent sources in the given configuration, would produce deleterious modulations in the optical response.

Tabella 1 Table 1

L'indice di rifrazione del cristallo fa sì che una parte del fascio, come descritto, venga riflessa verso l'obiettivo riflettivo acromatico OBI e quindi da questo focalizzata sul campione S. The refractive index of the crystal causes a part of the beam, as described, to be reflected towards the achromatic reflective objective OBI and therefore focused by it on the sample S.

Un altro punto importante del microscopio secondo l'invenzione è costituito dall'obiettivo OBI che focalizza il fascio sul campione. Per gli scopi del presente microscopio confocale l'obiettivo deve essere caratterizzato da una larga banda spettrale, lunga distanza di lavoro e alta apertura numerica per permettere di focalizzare il fascio su un'area molto ristretta sul piano focale, sulla superficie o dentro il campione in analisi. Another important point of the microscope according to the invention is constituted by the OBI objective which focuses the beam on the sample. For the purposes of this confocal microscope, the objective must be characterized by a wide spectral band, long working distance and high numerical aperture to allow the beam to be focused on a very narrow area on the focal plane, on the surface or inside the sample. analyses.

Nel prototipo realizzato si è utilizzato un obiettivo con una banda spettrale tra i 200nm e i 20μπι, una distanza di lavoro di 10,4mm, ed una apertura numerica di 0,52. Preferibilmente, la banda è compresa tra i 400nm e i 3μπι, la distanza di lavoro è superiore ai 5mm, e l'apertura è superiore a 0,25. In the prototype we used an objective with a spectral band between 200nm and 20μπι, a working distance of 10.4mm, and a numerical aperture of 0.52. Preferably, the band is between 400nm and 3μπι, the working distance is greater than 5mm, and the aperture is greater than 0.25.

La soluzione secondo l'invenzione usa un obiettivo riflettivo. Questo tipo di obiettivo, che può essere caratterizzato da design di Cassegrain-Schwarzschild, risponde ai requisiti sopra esposti, e non trova generale applicazione nei microscopi confocali in quanto richiede una particolare cura nella geometria del fascio. Inoltre, generalmente non si ha necessità di un intervallo spettrale così vasto come il caso esposto. Sebbene non si possano escludere altre soluzioni, gli obiettivi rifrattivi, comunemente usati, soffrirebbero di uno spostamento del fuoco in funzione della lunghezza d'onda. The solution according to the invention uses a reflective lens. This type of objective, which can be characterized by Cassegrain-Schwarzschild design, meets the above requirements, and does not find general application in confocal microscopes as it requires particular care in the geometry of the beam. Furthermore, there is generally no need for such a large spectral range as the case described above. Although other solutions cannot be ruled out, commonly used refractive lenses would suffer from a shift of focus as a function of wavelength.

Un sistema di scansione laterale e assiale a controllo piezoelettrico XYZs muove il campione rispetto al fuoco dell'obiettivo. A piezoelectrically controlled XYZs lateral and axial scanning system moves the sample relative to the focus of the objective.

La luce riflessa dal campione S viene raccolta dall'obiettivo (condensatore) OBI, attraversa il beam splitter BS e viene convogliata attraverso un sistema ottico M in grado di mantenere 1'acromat icità del fascio (combinazione di specchi paraboloidi e piani tutti con superficie ottimizzata per tutto l'intervallo spettrale in uso) e quindi focalizzata (sempre in maniera acromatica) tramite l'obiettivo 0B2 su un pinhole PH la cui apertura è variabile e controllabile tramite tecnologia piezoelettrica. The light reflected by the sample S is collected by the objective (condenser) OBI, passes through the beam splitter BS and is conveyed through an optical system M capable of maintaining the achromaticity of the beam (combination of paraboloid and flat mirrors all with optimized surface for the entire spectral range in use) and then focused (always in achromatic way) through the 0B2 objective on a PH pinhole whose aperture is variable and controllable by piezoelectric technology.

Il pinhole PH è elemento caratterizzante e cruciale per ogni sistema confocale. La sua presenza assicura la possibilità di effettuare un sezionamento ottico del campione, perché esclude dalla rivelazione il segnale non proveniente dal volume di fuoco dell'obiettivo. The pinhole PH is a characterizing and crucial element for every confocal system. Its presence ensures the possibility of optical sectioning of the sample, because it excludes from the detection the signal not coming from the focus volume of the objective.

In molti sistemi è fornita la possibilità di scelta tra diversi pinhole a dimensione fissa. Nel caso della presente invenzione si è prevista la necessità di lavorare con livelli di intensità di segnale e necessità di risoluzione assiale molto diversi. Many systems provide a choice of several fixed size pinholes. In the case of the present invention, the need to work with very different levels of signal intensity and need for axial resolution has been envisaged.

La soluzione secondo la presente invenzione è rappresentata in figura 2 e consiste nella progettazione di un disegno originale composto da una coppia di lamine 110,120 con un corpo principale 111,121 ed una coda di rondine 112,122 opportunamente lavorate che possono essere spostate in maniera simmetrica rispetto ad un piano 200 e continua rispetto al punto centrale 130 delimitando così un foro romboidale 140 di diametro variabile tra 0 e 200 μπι. Il movimento, come già accennato, è gestito e controllato da un piezoelettrico assemblato e calibrato su questo sistema specifico che permette quindi di variare in maniera continua e ripetibile l'apertura del pinhole per adattare la rivelazione alle diverse necessità sperimentali. The solution according to the present invention is represented in figure 2 and consists in the design of an original design consisting of a pair of sheets 110,120 with a main body 111,121 and a dovetail 112,122 suitably machined which can be moved symmetrically with respect to a plane 200 and continuous with respect to the central point 130 thus delimiting a rhomboidal hole 140 of variable diameter between 0 and 200 μπι. The movement, as already mentioned, is managed and controlled by a piezoelectric assembled and calibrated on this specific system which allows therefore to vary in a continuous and repeatable way the opening of the pinhole to adapt the detection to the different experimental needs.

Il pinhole è accoppiato otticamente ad un sistema di raccolta che, attraverso una fibra ottica o un libero cammino, convoglia il segnale ad un sistema di dispersione cromatica ed a una successiva acquisizione formata da uno o più sensori ad array AS (Array-Spectrometer, o Spettrometro Lineare; i sensori possono essere diodi, CMOS, CCD, o qualsiasi altro dispositivo equivalente) che permette l'acquisizione simultanea di tutte le lunghezze d'onda riflesse da uno stesso punto (il punto di fuoco). The pinhole is optically coupled to a collection system which, through an optical fiber or a free path, conveys the signal to a chromatic dispersion system and to a subsequent acquisition formed by one or more AS array sensors (Array-Spectrometer, or Linear Spectrometer; the sensors can be diodes, CMOS, CCD, or any other equivalent device) which allows the simultaneous acquisition of all wavelengths reflected from the same point (the focus point).

In alternativa alla scansione con il sistema di assi motorizzati a controllo piezoelettrico, per campioni che non è possibile deporre sugli assi motorizzati è possibile centrare il fuoco dell'obiettivo o di altri dispositivi ottici acromatici in ingresso di una fibra monomodale la quale, montata in uscita su un sistema meccanico miniaturizzato per endoscopia che comprenda un sistema di suzione e ancoraggio del tessuto, effettui una scansione tridimensionale a controllo piezoelettrico sul campione. Questo strumento così accoppiato a sistemi endoscopici permette di raggiungere le superfici interne dell'organismo umano (applicazioni su tutto il tratto digerente, ma anche di tipo ginecologico, urologico o grandi vasi). As an alternative to scanning with the piezoelectrically controlled motorized axes system, for samples that cannot be deposited on the motorized axes, it is possible to center the focus of the objective or other achromatic optical devices at the input of a single-mode fiber which, mounted at the output on a miniaturized mechanical system for endoscopy that includes a tissue suction and anchoring system, perform a three-dimensional piezoelectric control scan on the sample. This instrument thus coupled to endoscopic systems allows to reach the internal surfaces of the human organism (applications on the entire digestive tract, but also of the gynecological, urological or large vessels type).

Questo sistema permette infatti alla sorgente e al rivelatore di essere posizionati anche ad una certa distanza dal campione oggetto di indagine, senza la necessità di una connessione meccanica rigida tra le parti (si veda in proposito il brevetto statunitense N. In fact, this system allows the source and the detector to be positioned even at a certain distance from the sample under investigation, without the need for a rigid mechanical connection between the parts (see in this regard the US patent No.

6,341,036, "Confocal miniaturized System incorporated into a compact probe") . In questo caso, la luce riflessa dal campione viene quindi di nuovo raccolta dalla fibra e in uscita da questa raccolta dall'obiettivo OBI o da altro dispositivo ottico acromatico e da qui segue il medesimo cammino indicato sopra . 6,341,036, "Confocal miniaturized System incorporated into a compact probe"). In this case, the light reflected by the sample is then again collected by the fiber and exiting this collection by the OBI objective or other achromatic optical device and from here it follows the same path indicated above.

La soluzione innovativa proposta risiede nell 'utilizzo contemporaneo di tutte le lunghezze d'onda acquisite. Al contrario di altre progettazioni, tutto il disegno della macchina è rivolto a questo scopo . The innovative solution proposed lies in the simultaneous use of all the acquired wavelengths. Unlike other designs, the entire design of the machine is aimed at this purpose.

Un software appositamente sviluppato presiede il controllo di scansione, acquisizione e memorizzazione dei dati. A specially developed software controls the scanning, acquisition and storage of data.

Lo strumento secondo l'invenzione è innovativo perché rende possibile coniugare spettroscopia di riflettanza nel visibile e vicino infrarosso su campioni di dimensioni arbitrarie con risoluzione submicrometrica con tecniche di imaging confocale. The instrument according to the invention is innovative because it makes it possible to combine visible and near infrared reflectance spectroscopy on samples of arbitrary size with submicrometric resolution with confocal imaging techniques.

L'imaging confocale, che è stato tradizionalmente diviso tra la microscopia a fluorescenza, usata soprattutto per la ricerca e la microscopia a riflettanza, usata nella pratica clinica, permette la visualizzazione di molecole fluorescenti e dell'architettura tissutale, rispettivamente. Confocal imaging, which has traditionally been divided between fluorescence microscopy, used primarily for research, and reflectance microscopy, used in clinical practice, allows visualization of fluorescent molecules and tissue architecture, respectively.

Lo strumento secondo l'invenzione unisce l'informazione di natura fisico-chimica ad altissima risoluzione spettrale e alta risoluzione spaziale portata dalla risposta spettroscopica all'informazione strutturale portata dall'imaging tipico dell'approccio confocale, grazie alla contemporanea elaborazione di uno spettro di frequenze invece che di una sola frequenza. The instrument according to the invention combines physico-chemical information with very high spectral resolution and high spatial resolution brought by the spectroscopic response to the structural information carried by imaging typical of the confocal approach, thanks to the simultaneous processing of a frequency spectrum instead of a single frequency.

La possibilità di associare ad ogni punto di scansione (corrispondente a dimensioni fisiche dell'ordine del micron o inferiori) un intero spettro fa superare una delle passate limitazioni della microscopia a riflettanza a singola lunghezza d'onda: la mancanza di specificità per organelli e ultrastrutture (Kishwer S. Nehal, Dan Gareau, and Milind Rajadhyaksha, Skin Imaging With Reflectance Confocal Microscopy, Semin. Cutan. Med. Surg. 27:37-43,2008). The possibility of associating an entire spectrum to each scanning point (corresponding to physical dimensions of the order of a micron or lower) overcomes one of the past limitations of single wavelength reflectance microscopy: the lack of specificity for organelles and ultrastructures (Kishwer S. Nehal, Dan Gareau, and Milind Rajadhyaksha, Skin Imaging With Reflectance Confocal Microscopy, Semin. Cutan. Med. Surg. 27: 37-43,2008).

La possibilità di osservare la stessa superficie fisica sotto ad es. 2000 diverse lunghezze d'onda equivale alla possibilità di avere 2000 differenti modi di contrasto, come nella fluorescenza o nell'istologia diverse sonde sono utilizzate per caratterizzare diversi bersagli. Gli approcci spettrale e di imaging, combinati in maniera sinergica, portano alla possibilità di avere quindi immagini multimodali da sezioni ottiche con la possibilità di ottenere un contrasto struttura-specifico. The possibility of observing the same physical surface under eg. 2000 different wavelengths is equivalent to the possibility of having 2000 different contrast modes, as in fluorescence or histology different probes are used to characterize different targets. The spectral and imaging approaches, combined in a synergistic way, lead to the possibility of having multimodal images from optical sections with the possibility of obtaining a structure-specific contrast.

Le applicazioni prevedibili di questa tecnologia coinvolgono campi come la dermatologia, la cosmetologia, l'oculistica, la farmacologia (sia come farmacodinamica che farmacocinetica), la bioingegneria tissutale, ma anche molte tematiche legate alla endoscopia. La possibilità di poter variare la potenza di emissione del laser su regioni estremamente definite di tessuto, anche in maniera automatica, amplia le potenziali applicazioni dalla diagnostica alla terapia altamente selettiva di diverse patologie e alle applicazioni tipiche dei laser ad uso "cosmetico". The foreseeable applications of this technology involve fields such as dermatology, cosmetology, ophthalmology, pharmacology (both as pharmacodynamics and pharmacokinetics), tissue bioengineering, but also many issues related to endoscopy. The possibility of being able to vary the emission power of the laser on extremely defined regions of tissue, even automatically, extends the potential applications from diagnostics to highly selective therapy of various pathologies and to the typical applications of lasers for "cosmetic" use.

Un'altra caratteristica dello strumento secondo l'invenzione è la possibilità di combinare alle tecniche descritte anche la microscopia confocale a scansione laser convenzionale o la spettroscopia Raman, per aumentare il potenziale diagnostico e le relative applicazioni . Another feature of the instrument according to the invention is the possibility of combining conventional laser scanning confocal microscopy or Raman spectroscopy with the described techniques, to increase the diagnostic potential and the related applications.

In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma è da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. In the foregoing, the preferred embodiments have been described and variants of the present invention have been suggested, but it is to be understood that those skilled in the art will be able to make modifications and changes without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by the claims attached.

Claims (13)

RIVENDICAZIONI 1) Microscopio confocale spettrale in riflettanza a larga banda, comprendente una sorgente laser (LS), un divisore di fascio (BS), un sistema (OBI) di focalizzazione del fascio laser sul campione (S), un sistema di rilevamento (M, 0B2, PH, AS) del fascio laser riflesso dal campione (S) e trasmesso dal divisore di fascio (BS), caratterizzato dal fatto che: detta sorgente laser (LS) è una sorgente a spettro continuo nelle lunghezze d'onda del visibile e infrarosso; subito dopo la sorgente laser (LS) è inserito un espansore di fascio (BE); - detto divisore di fascio (BS) è in materiale opportunamente trasparente in tutto l'intervallo spettrale emesso dalla sorgente ed è posto a 45° rispetto alla direzione del fascio; - detto sistema (OBI) di focalizzazione è acromatico e presenta una banda spettrale tra i 200nm e i 20μπι, una distanza di lavoro superiore ai 5mm ed una apertura numerica superiore a 0,25. CLAIMS 1) Confocal spectral microscope in broadband reflectance, comprising a laser source (LS), a beam splitter (BS), a system (OBI) for focusing the laser beam on the sample (S), a detection system (M, 0B2, PH, AS) of the laser beam reflected from the sample (S) and transmitted by the beam splitter (BS), characterized in that: said laser source (LS) is a continuous spectrum source in the visible and infrared wavelengths; immediately after the laser source (LS) a beam expander (BE) is inserted; - said beam splitter (BS) is made of suitably transparent material throughout the spectral range emitted by the source and is placed at 45 ° with respect to the direction of the beam; - said focusing system (OBI) is achromatic and has a spectral band between 200nm and 20μπι, a working distance greater than 5mm and a numerical aperture greater than 0.25. 2) Microscopio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale del divisore di fascio (BS) è il Fluoruro di Calcio (CaF2). 2) Microscope according to claim 1, characterized in that the material of the beam splitter (BS) is Calcium Fluoride (CaF2). 3) Microscopio secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il materiale del divisore di fascio (BS) è il Solfuro di Zinco (ZnS). 3) Microscope according to claim 1, characterized in that the material of the beam splitter (BS) is Zinc Sulfide (ZnS). 4) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detto sistema (OBI) di focalizzazione è un primo obiettivo riflettivo. 4) Microscope according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said focusing system (OBI) is a first reflective objective. 5) Microscopio secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto obiettivo (OBI) di focalizzazione presenta un design di Cassegrain-Schwarzschild . 5) Microscope according to claim 4, characterized in that said focusing objective (OBI) has a Cassegrain-Schwarzschild design. 6) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la banda spettrale di detto sistema di focalizzazione (OBI) è compresa tra i 400nm e i 3μπι. 6) Microscope according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the spectral band of said focusing system (OBI) is comprised between 400nm and 3μπι. 7) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che il sistema di focalizzazione (OBI) presenta una distanza di lavoro superiore agli 8mm, e un'apertura superiore a 0,40. 7) Microscope according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the focusing system (OBI) has a working distance greater than 8mm, and an aperture greater than 0.40. 8) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere un sistema di scansione laterale e assiale a controllo piezoelettrico (XYZs) adatto a muovere il campione (S) rispetto al fuoco del sistema di focalizzazione (OBI). 8) Microscope according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a lateral and axial scanning system with piezoelectric control (XYZs) suitable for moving the sample (S) with respect to the focus of the focusing system (OBI). 9) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi atti a centrare il fuoco del sistema (OBI) di focalizzazione all'ingresso di una fibra monomodale, la quale è montata all'altra estremità su un sistema meccanico miniaturizzato che comprende un sistema per la suzione e l'ancoraggio al campione (S) ed un controllo piezoelettrico per la scansione della fibra rispetto al campione (S), in particolare detti mezzi potendo essere accoppiati a sistemi endoscopie! . 9) Microscope according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises means suitable for centering the focus of the focusing system (OBI) at the inlet of a single-mode fiber, which is mounted at the other end on a system mechanical miniaturized which comprises a system for sucking and anchoring to the sample (S) and a piezoelectric control for scanning the fiber with respect to the sample (S), in particular said means being able to be coupled to endoscopy systems! . 10) Microscopio secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, caratterizzato dal fatto che il sistema (OBI) di focalizzazione è atto a raccogliere la luce riflessa dal campione (S), la quale attraversa il divisore di fascio (BS) ed è convogliata attraverso un sistema ottico (M) in grado di mantenere 1'acromaticità del fascio e quindi è acromaticamente focalizzata attraverso un secondo obiettivo (OB2) su un pinhole (PH) la cui apertura è variabile e controllabile in maniera continua e ripetibile tramite mezzi di controllo piezoelettrici. 10) Microscope according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the focusing system (OBI) is adapted to collect the light reflected by the sample (S), which passes through the beam splitter (BS) and is conveyed through an optical system (M) capable of maintaining the achromaticity of the beam and therefore is achromatically focused through a second objective (OB2) on a pinhole (PH) whose aperture is variable and controllable in a continuous and repeatable manner by means of control piezoelectric. 11) Microscopio secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto secondo obiettivo (OB2) di focalizzazione del fascio in uscita dal campione sul pinhole è di tipo riflettivo e presenta un design di Cassegrain-Schwarzschild. 11) Microscope according to claim 10, characterized in that said second objective (OB2) for focusing the beam leaving the sample on the pinhole is of the reflective type and has a Cassegrain-Schwarzschild design. 12) Microscopio secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detto pinhole (PH) comprende o è costituito da una coppia di lamine (110,120) con un corpo principale (111,121) ed una coda di rondine (112,122) opportunamente lavorate disposte con le code di rondine (112,122) affacciate e a contatto simmetricamente da una parte e dall'altra di un piano (200), le lamine di detta coppia di lamine essendo atte ad essere mosse in maniera continua lungo il piano (200) rispetto al loro centro comune (130), delimitando in tal modo un foro romboidale (140) di diametro variabile tra 0 e 200 μπι. 12) Microscope according to claim 10, characterized by the fact that said pinhole (PH) comprises or consists of a pair of plates (110,120) with a main body (111,121) and a dovetail (112,122) suitably worked arranged with the tails dovetails (112,122) facing and in contact symmetrically on both sides of a plane (200), the blades of said pair of blades being able to be moved continuously along the plane (200) with respect to their common center ( 130), thus delimiting a rhomboid hole (140) of variable diameter between 0 and 200 μπι. 13) Microscopio secondo la rivendicazione 10 o 12, caratterizzato dal fatto che il pinhole (PH) è accoppiato otticamente ad un sistema di raccolta che, attraverso una fibra ottica o un libero cammino, convoglia il segnale ad un sistema di dispersione cromatica ed a una successiva sezione di acquisizione ed analisi spettrometrica lineare (AS) formata da uno o più sensori ad array o matriciali.13) Microscope according to claim 10 or 12, characterized in that the pinhole (PH) is optically coupled to a collection system which, through an optical fiber or a free path, conveys the signal to a chromatic dispersion system and to a next section of acquisition and linear spectrometric analysis (AS) formed by one or more array or matrix sensors.
IT000286A 2010-05-28 2010-05-28 SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND. ITRM20100286A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000286A ITRM20100286A1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND.
EP11740726.2A EP2577376A1 (en) 2010-05-28 2011-05-30 Confocal, wide band spectral reflection microscope, and relevant spectral imaging method
PCT/IT2011/000181 WO2011148407A1 (en) 2010-05-28 2011-05-30 Confocal, wide band spectral reflection microscope, and relevant spectral imaging method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT000286A ITRM20100286A1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ITRM20100286A1 true ITRM20100286A1 (en) 2011-11-29

Family

ID=43385754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT000286A ITRM20100286A1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND.

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2577376A1 (en)
IT (1) ITRM20100286A1 (en)
WO (1) WO2011148407A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3182099A1 (en) * 2015-12-16 2017-06-21 rap.ID Particle Systems GmbH System and method for confocal raman-spectroscopic measurements of biological samples
CN113484290A (en) * 2021-06-18 2021-10-08 中国科学院上海技术物理研究所 Confocal microscopic infrared modulation photoluminescence spectrum experimental device and testing method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2392978A (en) * 1942-07-27 1946-01-15 Rca Corp Light divider
US5161052A (en) * 1991-03-29 1992-11-03 Tandem Scanning Corporation Steroscopic tandem scanning reflected light confocal microscope
US20030021020A1 (en) * 2001-07-30 2003-01-30 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Method for scanning microscopy; and scanning microscope
WO2005114299A1 (en) * 2004-05-12 2005-12-01 Massachussetts Institute Of Technology Multi-layer thin-film broadband beam splitter with matched group delay dispersion
US7042556B1 (en) * 2003-12-05 2006-05-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Device and nondestructive method to determine subsurface micro-structure in dense materials
WO2006078964A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Omni Sciences, Inc. System and method for generating supercontinuum light
US20060237666A1 (en) * 2005-04-25 2006-10-26 Olympus Corporation Multiphoton-excitation laser scanning microscope
US20070114362A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-24 Illumina, Inc. Confocal imaging methods and apparatus

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1057063A4 (en) 1998-02-26 2004-10-06 Gen Hospital Corp Confocal microscopy with multi-spectral encoding
JP5631299B2 (en) * 2008-03-28 2014-11-26 コントラスト オプティカル デザイン アンド エンジニアリング,インク. Full beam image splitter system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2392978A (en) * 1942-07-27 1946-01-15 Rca Corp Light divider
US5161052A (en) * 1991-03-29 1992-11-03 Tandem Scanning Corporation Steroscopic tandem scanning reflected light confocal microscope
US20030021020A1 (en) * 2001-07-30 2003-01-30 Leica Microsystems Heidelberg Gmbh Method for scanning microscopy; and scanning microscope
US7042556B1 (en) * 2003-12-05 2006-05-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Device and nondestructive method to determine subsurface micro-structure in dense materials
WO2005114299A1 (en) * 2004-05-12 2005-12-01 Massachussetts Institute Of Technology Multi-layer thin-film broadband beam splitter with matched group delay dispersion
WO2006078964A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Omni Sciences, Inc. System and method for generating supercontinuum light
US20060237666A1 (en) * 2005-04-25 2006-10-26 Olympus Corporation Multiphoton-excitation laser scanning microscope
US20070114362A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-24 Illumina, Inc. Confocal imaging methods and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011148407A1 (en) 2011-12-01
EP2577376A1 (en) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11971535B2 (en) Optical imaging devices and variable-focus lens elements, and methods for using them
Shin et al. Fiber-optic confocal microscope using a MEMS scanner and miniature objective lens
Fu et al. Nonlinear optical endoscopy based on a double-clad photonic crystal fiber and a MEMS mirror
US8582096B2 (en) System and method for efficient coherence anti-stokes raman scattering endoscopic and intravascular imaging and multimodal imaging
US7019309B2 (en) Tripartite fiber-coupled fluorescence instrument
US20080304788A1 (en) Broadband Light Source Having a Microstructured Optical Fiber for Endoscopic and Fluorescence Microscopic Examination Devices, in Particular for Special Devices for Optical Biopsy
US7945077B2 (en) Hyperspectral microscope for in vivo imaging of microstructures and cells in tissues
ES2317227T3 (en) DEVICE FOR GENERATING A POLYCHROMATIC LIGHT WITH CONTINUOUS SPECTRUM.
Yasui et al. Ex vivo and in vivo second-harmonic-generation imaging of dermal collagen fiber in skin: comparison of imaging characteristics between mode-locked Cr: forsterite and Ti: sapphire lasers
Shnaiderman et al. Fiber interferometer for hybrid optical and optoacoustic intravital microscopy
US20080205833A1 (en) Imaging System
Jeong et al. Combined two-photon microscopy and optical coherence tomography using individually optimized sources
Peyrot et al. Development of a nonlinear fiber-optic spectrometer for human lung tissue exploration
Yin et al. Label-free in vivo pathology of human epithelia with a high-speed handheld dual-axis confocal microscope
Lai et al. Design and test of a rigid endomicroscopic system for multimodal imaging and femtosecond laser ablation
Barik et al. In vivo spectroscopy: optical fiber probes for clinical applications
ITRM20100286A1 (en) SPECTRAL CONFOCAL MICROSCOPE IN REFLECTION WITH A WIDE BAND.
JP5864105B2 (en) Optical probe
Wu et al. Harmonic generation and impact of phase matching in multimodal multiphoton microscopy
Mega et al. Three-photon fluorescence imaging of melanin with a dual-wedge confocal scanning system
AU2003204717B2 (en) Apparatus
Lai Multimodal microscopy and the stepwise multi-photon activation fluorescence of melanin
Höhl et al. Optical properties of the human round window membrane
Schenkl et al. Rigid and high NA multiphoton fluorescence GRIN-endoscopes
La Cavera et al. Phononic endo-microscopy in 3D