KR102162424B1 - Illuminator for fluorescent imaging system with adjustable field of view based on multi-wavelength light source - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치에 관한 것으로서, 상세하게는 다중파장을 발생하는 다중파장광원을 이용하여, 다수의 나노 입자들을 여기(excitation)시켜 다중 파장 영역에서 다중 형광 이미지를 동시에 유도할 수 있고, 단일 또는 중첩광원의 시야면적(FOV, filed of view)을 조절할 수 있는 형광 영상장치에 사용되는 광조사장치(illuminator)에 관한 것이다. 보다 상세하게는 파장 가변 광원, 다파장 광원, 다중 어레이 광원 등의 다중파장광원을 이용하여, 광 조사장치를 통해서 다양한 다수의 나노입자의 동시 여기가 가능하여 다중 형광 이미지를 동시에 획득할 수 있으며, 단일 또는 중첩광원의 시야(FOV, filed of view) 면적 조절이 가능하고, 스펙클 현상이 억제되는, 형광 영상장치용 광조사장치에 관한 것이다. The present invention relates to a light irradiation device for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multiple wavelength light source, and in detail, by using a multiple wavelength light source generating multiple wavelengths, a plurality of A light irradiation device used in a fluorescent imaging device capable of simultaneously inducing multiple fluorescence images in a multi-wavelength region by excitation of nanoparticles and controlling the field of view (FOV) of a single or superimposed light source ( illuminator). More specifically, by using a multi-wavelength light source such as a variable-wavelength light source, a multi-wavelength light source, and a multi-array light source, it is possible to simultaneously excite a number of various nanoparticles through a light irradiation device, thereby simultaneously obtaining multiple fluorescence images. It relates to a light irradiation device for a fluorescent imaging device, in which the field of view (FOV, filed of view) area of a single or superimposed light source can be adjusted and speckle phenomenon is suppressed.
통상적인 형광 영상 장치는 임상시험, 동물실험, 양상 유도 수술 등에서 한 개의 파장을 갖는 여기광(exciting light)을 집광하여 대물렌즈를 통과시켜 관찰부위에 조사하여 변화 및 구조를 관찰할 수 있는 형광 영상 시스템이다.A typical fluorescence imaging device is a fluorescence image capable of observing changes and structures by condensing exciting light having a single wavelength in clinical trials, animal experiments, and pattern guidance surgery and passing it through an objective lens to irradiate the observation site. System.
기존의 형광 영상 시스템은 다양한 파장을 이용한 광원을 이용하여 발광체 여기(exciting)가 불가능하고, 여기광의 파장 가변이 불가능하여 다중 형광 영상의 동시 관측이 불가능하며, 단일 또는 중첩광원의 시야 면적 조절이 불가능하다. 레이저 광원을 사용하는 경우 스펙클 현상에 의해서 발광 특성 저하가 발생할 수 있다. Existing fluorescence imaging systems cannot excite a luminous body using a light source using a variety of wavelengths, and because the wavelength of excitation light cannot be changed, simultaneous observation of multiple fluorescence images is impossible, and the viewing area of a single or overlapping light source cannot be adjusted. Do. When a laser light source is used, light emission characteristics may be deteriorated due to the speckle phenomenon.
여기서, '스펙클 현상'이란 레이저 영상에서 간섭에 의해 산재된 점이 나타내는 현상을 말한다. 즉, 레이저 간섭에 의해 영상에서 밝거나 혹은 어두운 점들이 산재되어 나타난다. 스펙클은 서로 다른 개구(aperture)로서 얻어진 신호들을 간섭에 의한 영향이 적어지도록 결합함으로써 감소시킬 수 있다.Here, the'speckle phenomenon' refers to a phenomenon represented by points scattered by interference in a laser image. In other words, bright or dark dots appear scattered in the image due to laser interference. Speckle can be reduced by combining signals obtained with different apertures so that the influence of interference is less.
따라서, 다파장 광원을 이용하거나 파장 가변이 가능한 여기광을 구현하여 다중 나노 입자를 여기시켜 다중 파장 형광 이미지를 동시에 획득할 수 있고, 단일 또는 중첩 광원의 시야 면적을 자유롭게 조절할 수 있으며, 스펙클 현상을 억제하여 고품질의 형광 영상을 획득할 수 있는 새로운 형광 영상 시스템 개발이 요구되고 있다.Therefore, it is possible to obtain a multi-wavelength fluorescence image simultaneously by using a multi-wavelength light source or by implementing excitation light with variable wavelength to excite multiple nanoparticles, freely adjusting the viewing area of a single or overlapping light source, and a speckle phenomenon. There is a need to develop a new fluorescence imaging system capable of acquiring a high-quality fluorescence image by suppressing the signal.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 형광 영상 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 파장 가변 광원, 다파장 광원, 다중 레이저 어레이와 시야 면적 조절이 가능한 빛 조사 장치 통해 다양한 파장의 빛을 조사시켜 다중 형광제에 의해 발생하는 다양한 형광 형상을 동시에 관찰하고, 단일 또는 중첩광원의 시야 면적을 자유롭게 조절하여 형광 영상의 관찰 면적 및 광출력을 조절할 수 있는, 범용 형광 영상 장치용 광조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of such a conventional fluorescent imaging device, by irradiating light of various wavelengths through a variable wavelength light source, a multi-wavelength light source, a multiple laser array, and a light irradiation device capable of adjusting the field of view. To provide a light irradiation device for a general-purpose fluorescent imaging device, capable of simultaneously observing various fluorescent shapes generated by and controlling the viewing area and light output of a fluorescent image by freely adjusting the viewing area of a single or superimposed light source. have.
본 발명은 하나의 시스템으로 파장 가변이 가능하고 단일 또는 중첩광원의 시야 면적 조절을 통해서 다중 형광체에서 발생하는 다중 형광 영상을 동시에 관측하고 형광 영상의 관찰 면적과 광출력을 자유롭게 조절할 수 있는, 범용 형광 영상 장치용 광조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 특히, 다파장 광원을 이용하여 다양한 형광체에 대한 다양한 형광 영상을 동시에 측정할 수 있는 형광 영상장치용 광조사 장치를 제공할 수 있다. The present invention is a general-purpose fluorescent light source capable of tunable wavelength with one system, simultaneously observing multiple fluorescent images generated from multiple phosphors by controlling the viewing area of a single or superimposed light source, and freely adjusting the observation area and light output of the fluorescent image. An object thereof is to provide a light irradiation device for an imaging device. In particular, it is possible to provide a light irradiation device for a fluorescent imaging device capable of simultaneously measuring various fluorescent images of various phosphors using a multi-wavelength light source.
본 발명은 기존의 형광 시스템에서 스펙클 현상에 의한 형광 영상 품질 저하 문제를 해결하고 고품질의 형광 영상을 획득할 수 있는 범용 형광 영상 장치용 광조사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a light irradiation device for a general-purpose fluorescent imaging apparatus capable of solving a problem of deteriorating fluorescence image quality due to speckle phenomenon in a conventional fluorescence system and obtaining a high-quality fluorescence image.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광제에 의해 발생하는 다양한 형광 형상을 동시에 관찰하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사 장치는 다수의 파장을 갖는 광원; 상기 광원에 연결되어 각기 다른 파장별로 빛을 전달하는 다수개의 광섬유; 상기 다수개의 광섬유가 일정 간격으로 원형을 형성하여 배치되며, 전압을 가하거나 온도를 가함에 따라 직경이 변화되는 링 형상의 디스크; 상기 디스크의 주위에 설치되어 백색 빛을 발산하는 조명등; 및 상기 디스크 및 상기 조명등을 지지하는 원통형의 고정디스크;를 포함하되, In order to achieve the above object, according to a preferred embodiment of the present invention, there are a number of light irradiation devices for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing various fluorescent shapes generated by multiple fluorescent agents based on a multi-wavelength light source and adjusting the viewing area. A light source having a wavelength of; A plurality of optical fibers connected to the light source and transmitting light according to different wavelengths; A ring-shaped disk in which the plurality of optical fibers are arranged to form a circle at regular intervals and whose diameter is changed according to application of voltage or temperature; A lighting lamp installed around the disk to emit white light; And a cylindrical fixed disk supporting the disk and the lighting lamp;
상기 광섬유는 상기 링 형상의 디스크에 일정 각도(θ)로 기울어져 형성되어 있음으로, 상기 디스크에 전압이나 온도를 가하여 상기 디스크에서 출력빔이 겹쳐지는 영역(또는, 광축이 겹쳐지는 지점)까지의 거리인 작동거리(working distance)를 조절함으로써, 상기 출력빔이 겹쳐지는 영역에서의 다수의 나노 입자에 의한 형광을 구현한다. Since the optical fiber is formed to be inclined to the ring-shaped disk at a certain angle (θ), voltage or temperature is applied to the disk to reach the area where the output beam overlaps (or the point where the optical axis overlaps). By adjusting a working distance, which is a distance, fluorescence by a plurality of nanoparticles in a region where the output beam overlaps is realized.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 광원이 레이저인 경우에 상기 광섬유의 말단에는 스펙클 현상을 방지하기 위해서 확산기가 설치된다. According to a preferred embodiment, when the light source is a laser, a diffuser is installed at the end of the optical fiber to prevent speckle.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 광원은 LED, LD, solid state 레이저, quantum dot 레이저, 또는 semiconductor optical amplifier 광원이다. According to a preferred embodiment, the light source is an LED, LD, solid state laser, quantum dot laser, or semiconductor optical amplifier light source.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 다수의 파장을 갖는 광원은 파장가변광원, 다파장광원, 또는 다중 어레이 광원이다. According to a preferred embodiment, the light source having a plurality of wavelengths is a variable-wavelength light source, a multi-wavelength light source, or a multiple array light source.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 파장가변광원은 FDML(Fourier Domain Mode-Locking) 레이저, 주파수 가변 레이저, 또는 파장가변 레이저이다. According to a preferred embodiment, the tunable light source is a Fourier Domain Mode-Locking (FDML) laser, a frequency tunable laser, or a tunable laser.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 다파장광원은 파장 영역에서 다중 파장으로 발진하는 다파장 레이저 광원을 포함한다. According to a preferred embodiment, the multi-wavelength light source includes a multi-wavelength laser light source that oscillates at multiple wavelengths in a wavelength region.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 광원이 파장 가변 광원인 경우, 상기 광원의 빛이 파장 분리기에 의해 다수개의 파장으로 분리되는 파장분리기를 추가로 포함하되, 상기 파장분리기에 의해 파장별로 분리된 파장은 파장별로 각기 다른 광섬유를 통해서 전달된다. According to a preferred embodiment, when the light source is a variable-wavelength light source, a wavelength separator for separating the light from the light source into a plurality of wavelengths by a wavelength separator, wherein the wavelength separated by wavelength is a wavelength. They are transmitted through different optical fibers.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 광원이 각기 다른 파장을 내는 광원으로 이루어진 다중 어레이 광원인 경우, 각각의 광원에서 나온 파장은 각기 다른 광섬유를 통해서 전달된다. According to a preferred embodiment, when the light source is a multi-array light source consisting of light sources emitting different wavelengths, wavelengths emitted from each light source are transmitted through different optical fibers.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 광원이 각기 다른 파장을 내는 광원으로 이루어진 다중 어레이 광원인 경우, 상기 다중 어레이 광원에서 전달된 파장을 결합하는 광원결합기와, 상기 광원결합기에서 나온 빛은 파워별로 분리되는 파워분리기를 추가로 포함한다. According to a preferred embodiment, when the light source is a multi-array light source composed of light sources having different wavelengths, a light source combiner that combines the wavelengths transmitted from the multi-array light source, and the light emitted from the light source combiner is a power separated by power. It further comprises a separator.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 본 발명의 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적(FOV, field of view) 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치는 다음과 같은 효과를 가진다. According to the present invention as described above, a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing multiple fluorescence images and adjusting a field of view (FOV) based on the multi-wavelength light source of the present invention is as follows. Has the same effect.
첫째, 다중파장 광원을 이용하거나 파장가변 가능한 여기광을 구현하여, 여기광의 파장을 자유롭게 조절할 수 있으므로 다중 나노 입자를 여기시켜 다중 파장 형광 이미지를 획득함으로써, 다양한 형광체의 특성을 동시에 관측할 수 있고 다중 항원 분석 및 치료가 가능한 범용 형광 영상 장치에 널리 사용될 수 있다. First, by using a multi-wavelength light source or implementing excitation light with variable wavelength, the wavelength of the excitation light can be freely controlled. Thus, multiple nanoparticles are excited to obtain a multi-wavelength fluorescence image, thereby simultaneously observing the properties of various phosphors and It can be widely used in general-purpose fluorescent imaging devices capable of antigen analysis and treatment.
둘째, 하나의 시스템으로 단일 또는 중첩광원의 시야 면적을 자유롭게 조절할 수 있으므로 관측 면적과 광출력을 자유롭게 조절하여 형광 현미경과, 임상시험, 동물실험, 양상 유도 수술 등에 활용하기 위한 형광 영상 시스템으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. Second, since one system can freely control the viewing area of a single or overlapping light source, it can be used as a fluorescence imaging system for use in fluorescence microscopy, clinical trials, animal experiments, and aspect-guided surgery by freely adjusting the observation area and light output. There is an advantage that there is.
셋째, 레이저 광원에 의해 발생되는 스펙클 현상을 억제하여 고품질의 형광 영상을 제공할 수 있다는 장점이 있다. Third, there is an advantage in that a high-quality fluorescent image can be provided by suppressing the speckle phenomenon generated by the laser light source.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 광조사기 평면도이며, 도 5는 광조사장치의 실제 사진을 도시하며, 도 6은 광조사기 평면도로서 다양한 파장을 표현한 도면이며, 도 7은 광조사기의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치에 사용되는 광섬유 사시도.1 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to another preferred embodiment of the present invention.
3 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to another preferred embodiment of the present invention.
4 is a plan view of a light irradiator for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing multiple fluorescence images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a light irradiation device Fig. 6 is a plan view of a light irradiator, showing various wavelengths, and Fig. 7 is a front view of the light irradiator.
8 is a perspective view of an optical fiber used in a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms different from each other, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the scope of the invention to those who have it, and the invention is only defined by the scope of the claims.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.With reference to the accompanying drawings below will be described in detail for the implementation of the present invention. Regardless of the drawings, the same reference numerals refer to the same elements, and "and/or" includes each and all combinations of one or more of the mentioned items.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terms used in this specification are for describing exemplary embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, “comprises” and/or “comprising” do not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the mentioned elements.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used as meanings that can be commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not interpreted ideally or excessively unless explicitly defined specifically.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 있어, 형광 영상장치용 광원은 다수의 파장을 갖는 광원인 다중파장광원을 사용한다. 여기서, 광원은 LED, LD, solid state 레이저, quantum dot 레이저, 또는 semiconductor optical amplifier 광원 등을 의미한다. In the present invention, a light source for a fluorescent imaging apparatus uses a multi-wavelength light source, which is a light source having a plurality of wavelengths. Here, the light source means an LED, LD, solid state laser, quantum dot laser, or semiconductor optical amplifier light source.
다수의 파장을 갖는 다중파장광원은 파장가변광원, 다파장광원, 또는 다중 어레이 광원을 포함한다. A multi-wavelength light source having a plurality of wavelengths includes a variable-wavelength light source, a multi-wavelength light source, or a multiple array light source.
파장가변광원은 FDML(Fourier Domain Mode-locking) 레이저, 주파수 가변 레이저, 또는 파장가변 레이저 등이 사용될 수 있다. The tunable light source may be a Fourier Domain Mode-locking (FDML) laser, a frequency tunable laser, or a tunable laser.
다파장광원은 파장 영역에서 다중 파장으로 발진하는 다파장 레이저 광원을 포함한다. The multi-wavelength light source includes a multi-wavelength laser light source that oscillates at multiple wavelengths in a wavelength region.
광원 어레이(다중 어레이 광원)는 일정 파장을 발생시키는 다수개의 광원의 집합체이다. 즉, 각기 서로 다른 일정 파장을 발생시키는 다수개의 광원을 모아놓은 집합체라 할 것이다. The light source array (multi-array light source) is an assembly of a plurality of light sources generating a predetermined wavelength. In other words, it will be an aggregate of a plurality of light sources each generating a different predetermined wavelength.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도이다. 즉, 도 1은 다중파장광원으로 파장가변광원을 사용한 경우를 도시한다. 1 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention. That is, FIG. 1 shows a case where a variable wavelength light source is used as a multi-wavelength light source.
파장가변광원(11)은 FDML(Fourier Domain Mode-locking) 레이저, 주파수 가변 레이저, 또는 파장가변 레이저 등을 의미한다. The variable wavelength
파장가변광원(11)에서 발생된 광원은 파장분리기(20)에 의해서 N개의 파장으로 분리된다. 즉, λ1, λ2‥‥‥λn 으로 분리된다. 분리된 각 파장은 N개의 광섬유(30)를 통해서 광조사기로 이동한다. The light source generated from the variable-
광섬유(30)는 각 분리된 파장이 각각 전달되도록 N개의 광섬유가 형성된다. N개로 분리된 각 파장은 N개의 광섬유를 통해서 광조사기(40)로 전달된다. 광조사기에서 광섬유를 통해 출력된 빔은 다수의 나노 입자에 조사되고, 조사된 빔은 다중 나노 입자를 여기시켜 카메라(특히, 3CCD camera)를 통해 다중 파장 형광 이미지를 획득하게 된다. 광조사기의 구조는 하기에서 도 4 및 도 5와 관련하여 설명하기로 한다. In the
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도이다. 2 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to another preferred embodiment of the present invention.
도 2의 실시예는, 광원 어레이(다중 어레이 광원)를 사용한 경우를 도시한다. 광원 어레이(12)는 각기 서로 다른 파장을 발생시키는 다수개의 광원을 모아놓은 집합체, 즉 λ1, λ2‥‥‥λn의 각기 다른 파장을 내는 광원의 집합체이다. The embodiment of Fig. 2 shows a case in which a light source array (multi-array light source) is used. The
광원 어레이(12, 다중 어레이 광원)는 각기 다른 파장을 내는 광원으로 이루어져 있음으로, 각각의 광원은 광섬유(30)에 각각 연결되어, N개의 광섬유를 통해서 광조사기(40)로 직접 전달된다. Since the light source array 12 (multi-array light source) is composed of light sources emitting different wavelengths, each light source is connected to the
광조사기에서 광섬유를 통해 출력된 빔은 도 1과 같이, 다수의 나노 입자에 조사되고, 조사된 빔은 다중 나노 입자를 여기시켜 카메라(특히, 3CCD camera)를 통해 다중 파장 형광 이미지를 획득할 수 있다. The beam output through the optical fiber from the light irradiator is irradiated to a plurality of nanoparticles, as shown in FIG. 1, and the irradiated beam excites the multiple nanoparticles to obtain a multi-wavelength fluorescence image through a camera (especially a 3CCD camera). have.
도 3은 본 발명의 바람직한 또다른 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 시스템 구성도이다. 3 is a system configuration diagram of a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to another preferred embodiment of the present invention.
도 3의 실시예는, 도 2에서와 동일하게, 광원으로 각기 서로 다른 파장을 발생시키는 다수개의 광원의 집합체인 광원 어레이(12)를 사용한다. The embodiment of FIG. 3 uses a
도 3을 참조하면, 광원 어레이(12)에서 발생된 광원은 광원 결합기(22)로 전달된다. Referring to FIG. 3, the light source generated from the
광원결합기(22)는 입력된 각기 다른 파장을 결합하는 것이다. 광원결합기에서 결합된 파장은 파워분리기(24)로 전달된다. The
파워 분리기(24)에서는 파워(power)에 따라 파워 세기별로 M개로 분리된 후 광섬유(30)를 통해서 광조사기(40)로 전달된다. 즉, 파워 세기별로 P1, P2‥‥‥PM로 분리된 후 광조사기(40)로 전달된다. In the
도 1 및 도 2와 동일하게, 광조사기에서 광섬유를 통해 출력된 빔은 다수의 나노 입자에 조사되고, 조사된 빔은 다중 나노 입자를 여기시켜 카메라(특히, 3CCD camera)를 통해 다중 파장의 형광 이미지를 획득할 수 있다. 1 and 2, a beam output through an optical fiber from a light irradiator is irradiated to a plurality of nanoparticles, and the irradiated beam excites the multiple nanoparticles to generate multi-wavelength fluorescence through a camera (especially a 3CCD camera). Images can be acquired.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치의 광조사기 평면도이며, 도 5는 광조사장치의 실제 사진을 도시한다. 4 is a plan view of a light irradiator for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing multiple fluorescence images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a light irradiation device Shows the real picture.
도 4 및 도 5를 참조하면, 광조사기(40)는 디스크(42), 광섬유(30), 조명등(44), 고정디스크(46)를 포함한다. 4 and 5, the
디스크(42)는 광원에서 전달되는 파장을 발산하는 광섬유(30)가 일정 간격으로 배치되는 부분이다. 즉, 광섬유(30)는 일정간격으로 N개가 설치된다. 광섬유(30)가 N개이면, 360도/N 의 간격으로 광섬유가 설치된다. 디스크(42)는 도시된 바와 같이 중앙에 홀(hole)이 형성된 링 형상을 지니며, 중간에 일정간격으로 광섬유가 파장별로 N개가 설치된다. 중앙의 홀을 통해, 다수의 나노 입자에 의한 형광 영상을 카메라에서 획득할 수 있다. The
디스크(42)에 전압을 가하거나 온도를 가하면, 디스크(42)의 직경(d)을 변화시킬 수 있다. 디스크의 직경(d)이 변화되면 디스크 내에 일정간격으로 삽입된 광섬유의 위치를 변화시키게 된다. 이에 따라, 작동거리(working distance)가 변화되게 된다. 이는 하기에서 도 7과 관련하여 다시 설명하기로 한다. When a voltage or temperature is applied to the
디스크는 전압을 가하거나 온도를 가할 경우에 팽창하는 폴리머 또는 PZT(lead zirconate titanate, 지르코산 티탄산연)물질로 제조된다. The disk is made of a polymer or PZT (lead zirconate titanate) material that expands when a voltage is applied or temperature is applied.
디스크의 외곽은 조명등(44)이 설치된다. 조명등은 바람직하게는 white light LED이다. 조명등은 전체적으로 가시광 파장 영역의 밝은 빛을 제공하여 바이오 샘플이나 기타 물체를 구별하기 위한 역할을 한다. A
조명등(44)의 외부는 몸체에 해당하는 고정디스크(46)가 형성된다. 고정디스크(46)는 디스크(42), 조명등(44)이 설치되는 지지부 역할을 한다. The outside of the
고정디스크(46)는 강한 강도를 지니는 단단한 각종 메탈이나, 각종 플라스틱 등이 사용될 수 있다. The fixed
도 6은 본 발명에 따른, 광조사기 평면도로서, 다양한 파장을 표현한 도면이다. 6 is a plan view of a light irradiator according to the present invention, showing various wavelengths.
도 6을 참조하면, 4개의 파장으로 분리되어 있으며, 4개의 광섬유를 통해 각기 다른 파장의 빛이 발산된다. 광섬유(30)는 90도의 각도로 분리되어 있다. Referring to FIG. 6, it is divided into four wavelengths, and light of different wavelengths is emitted through four optical fibers. The
흰색은 조명등, 특히 white light LED를 의미한다. White means lighting, especially white light LED.
도 7을 이용하여, 작동거리(working distance)가 가변되는 이유에 대해서 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명에 따른, 광조사기의 정면도이다. The reason why the working distance is variable will be described with reference to FIG. 7. 7 is a front view of a light irradiator according to the present invention.
도 7을 참조하면, 디스크(42)에 다수개의 광섬유(30)가 비스듬히 고정되어 있다. 즉, 각기 다른 파장의 빛을 발산하는 광섬유(30)는 θ의 각도로 비스듬히 디스크(42)에 고정되어 있다. Referring to FIG. 7, a plurality of
여기서, 디스크(42)에 전압을 가하거나 온도를 가하게 되면, 디스크(42)는 팽창하게 되고, 디스크에 고정된 광섬유의 간격도 넓어지고, 이에 따라 광섬유에서 출력된 빔들이 겹쳐지는 영역도 디스크에서 멀어지게 된다. 즉, 광조사 모듈(illumination module)인 디스크로부터 광섬유에서 나온 출력빔이 겹쳐지는 영역(또는, 광축이 겹쳐지는 지점)까지의 거리인 작동거리(working distance)가 길어지게 되는 것이다. 작동거리(working distance)는 광조사모듈로부터 샘플까지의 수직거리를 의미한다. Here, when a voltage or temperature is applied to the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 다중파장을 이용하여 디스크에 가해지는 전압이나 온도를 적절히 조절함으로써, 디스크와 출력빔이 겹쳐지는 영역까지의 거리인 작동거리(working distance)를 조절하여, 다수의 나노 입자에 의한 다중 형광 영상을 동시에 볼 수 있게 되는 것이다. As described above, according to the present invention, by appropriately controlling the voltage or temperature applied to the disk using multiple wavelengths, the working distance, which is the distance to the area where the disk and the output beam overlap, is adjusted, Multiple fluorescence images by particles can be viewed simultaneously.
즉, 본 발명에서, 다파장 광원을 이용하거나 파장 가변이 가능한 여기광을 구현하여 다중 나노 입자를 여기시켜 다중 파장의 형광 이미지를 동시에 획득할 수 있으며, 또한, 단일 또는 중첩 광원의 시야 면적(FOV)을 자유롭게 조절가능함으로 샘플에 조사되는 광양(optical intensity)를 자유롭게 조절할 수 있어, 형광 영상의 관찰 면적 및 광출력을 조절할 수 있다. That is, in the present invention, a multi-wavelength light source may be used or an excitation light capable of variable wavelength may be implemented to excite multiple nanoparticles to simultaneously acquire a multi-wavelength fluorescence image, and also, the field of view (FOV) of a single or overlapping light source ) Is freely adjustable, so that the optical intensity irradiated to the sample can be freely adjusted, and thus the observation area and light output of the fluorescent image can be adjusted.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 다중파장광원을 기반으로 다중 형광 영상 동시 관측이 가능하고 시야면적 조절이 가능한 형광 영상장치용 광조사장치에 사용되는 광섬유의 사시도이다. 8 is a perspective view of an optical fiber used in a light irradiation apparatus for a fluorescent imaging apparatus capable of simultaneously observing multiple fluorescent images and adjusting a viewing area based on a multi-wavelength light source according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 광조사기에 위치하는 광섬유의 끝단에는 확산기(diffuser, 32)가 부착된다. 확산기를 통과한 광원이 다수의 나노입자에 조사되는 것이다. 확산기(32)는 광섬유의 끝단 표면을 거칠게 가공하거나, 내부에 액상의 나노 파티컬 폴리머를 내장함으로써 구현할 수 있다. Referring to FIG. 8, a
모든 광섬유의 말단에 확산기가 필요한 것은 아니라, 조사되는 광원에 따라서 확산기의 필요여부가 결정된다. 즉, 광원이 LED의 경우에는 확산기가 필요없으나, 광원이 레이저인 경우에 확산기가 필요하다. Not all optical fibers require a diffuser, but the need for a diffuser depends on the light source being irradiated. That is, when the light source is an LED, a diffuser is not required, but when the light source is a laser, a diffuser is required.
광원이 레이저인 경우, 광섬유를 통과하는 레이저는 스펙클 현상이 발생되게 된다. 이를 방지하기 위해서, 광원이 레이저인 경우에 광섬유의 말단에 확산기가 형성되는 것이다. 즉, 레이저에 의한 스펙클 현상을 방지하기 위해서 광섬유의 끝단에 확산기가 설치된다. 확산기(diffuser)는 빛을 확산함으로 레이저에 의한 스펙클 현상을 제거하게 된다. 확산기는 광섬유의 끝단 표면을 거칠게 가공하거나, 내부에 액상의 나노 파티컬 폴리머를 내장함으로써 구현할 수 있는 등 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다. When the light source is a laser, a speckle phenomenon occurs in the laser passing through the optical fiber. To prevent this, when the light source is a laser, a diffuser is formed at the end of the optical fiber. That is, a diffuser is installed at the end of the optical fiber to prevent the speckle phenomenon caused by the laser. The diffuser diffuses the light and eliminates the speckle phenomenon caused by the laser. It goes without saying that the diffuser can be implemented by roughly processing the end surface of the optical fiber or by embedding a liquid nanoparticulate polymer therein.
즉, 본 발명에 따르면 빔이 출력되는 광섬유의 끝단에 확산기를 형성하여, 스펙클 현상을 방지함으로써 스펙클 현상에 의한 형광 영상 품질 저하 문제를 해결할 수 있어 고품질의 형상 영상을 획득하게 된다. That is, according to the present invention, a diffuser is formed at the end of the optical fiber through which the beam is output, thereby preventing the speckle phenomenon, thereby solving the problem of deteriorating fluorescence image quality caused by the speckle phenomenon, thereby obtaining a high-quality shape image.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand that there is. Therefore, it is to be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects.
10: 다중파장 광원
11: 파장가변광원
12: 광원 어레이
20: 파장 분리기
22: 광원 결합기
24: 파워 분리기
30: 광섬유
32: 확산기(diffuser)
40: 광조사기
42: 디스크
44: 조명등
46: 고정디스크
50: 3CCD 카메라10: multi-wavelength light source
11: variable wavelength light source
12: light source array
20: wavelength separator
22: light source combiner
24: power separator
30: optical fiber
32: diffuser (diffuser)
40: light irradiator
42: disk
44: light
46: fixed disk
50: 3CCD camera
Claims (9)
다수의 파장을 갖는 광원;
상기 광원에 연결되어 각기 다른 파장별로 빛을 전달하는 다수개의 광섬유;
상기 다수개의 광섬유가 일정 간격으로 원형을 형성하여 배치되며, 전압을 가하거나 온도를 가함에 따라 직경이 변화되는 링 형상의 디스크;
상기 디스크의 주위에 설치되어 백색 빛을 발산하는 조명등; 및
상기 디스크 및 상기 조명등을 지지하는 원통형의 고정디스크;를 포함하되,
상기 광섬유는 상기 링 형상의 디스크에 일정 각도(θ)로 기울어져 형성되어, 상기 디스크에 전압이나 온도를 가하여 상기 디스크에서 출력빔이 겹쳐지는 영역까지의 거리인 작동거리(working distance)를 조절함으로써, 상기 출력빔이 겹쳐지는 영역에서의 다수의 나노입자에 의한 형광을 구현하는 것을 특징으로 하는 광조사장치.In the light irradiation device for a fluorescent imaging device capable of simultaneously observing multiple fluorescent images based on a multi-wavelength light source and adjusting the viewing area,
A light source having a plurality of wavelengths;
A plurality of optical fibers connected to the light source and transmitting light according to different wavelengths;
A ring-shaped disk in which the plurality of optical fibers are arranged to form a circle at regular intervals and whose diameter is changed according to application of voltage or temperature;
A lighting lamp installed around the disk to emit white light; And
Including; a cylindrical fixed disk supporting the disk and the lighting lamp,
The optical fiber is formed to be inclined to the ring-shaped disk at a certain angle (θ), by applying a voltage or temperature to the disk to adjust a working distance, which is a distance from the disk to an area where the output beams overlap. , A light irradiation apparatus, characterized in that implementing fluorescence by a plurality of nanoparticles in the region where the output beam overlaps.
상기 광원이 레이저인 경우에 상기 광섬유의 말단에는 스펙클 현상을 방지하기 위해서 확산기(diffuser)가 설치되는 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
When the light source is a laser, a diffuser is installed at an end of the optical fiber to prevent a speckle phenomenon.
상기 광원은 LED, LD, solid state 레이저, quantum dot 레이저, 또는 semiconductor optical amplifier 광원인 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
The light source is a light irradiation apparatus, characterized in that the LED, LD, solid state laser, quantum dot laser, or a semiconductor optical amplifier light source.
상기 다수의 파장을 갖는 광원은 파장가변광원, 다파장광원, 또는 다중 어레이 광원인 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
A light irradiation apparatus, characterized in that the light source having a plurality of wavelengths is a variable wavelength light source, a multi-wavelength light source, or a multiple array light source.
상기 파장가변광원은 FDML(Fourier Domain Mode-Locking) 레이저, 주파수 가변 레이저, 또는 파장가변 레이저인 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 4,
The tunable light source is a light irradiation apparatus, characterized in that the FDML (Fourier Domain Mode-Locking) laser, a frequency tunable laser, or a tunable laser.
상기 다파장광원은 파장 영역에서 다중 파장으로 발진하는 다파장 레이저 광원을 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 4,
The multi-wavelength light source comprises a multi-wavelength laser light source oscillating at multiple wavelengths in a wavelength region.
상기 광원이 파장 가변 광원인 경우,
상기 광원의 빛이 파장 분리기에 의해 다수개의 파장으로 분리되는 파장분리기를 추가로 포함하되,
상기 파장분리기에 의해 파장별로 분리된 파장은 파장별로 각기 다른 광섬유를 통해서 전달되는 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
When the light source is a variable wavelength light source,
Further comprising a wavelength separator in which the light of the light source is separated into a plurality of wavelengths by a wavelength separator,
A light irradiation apparatus, characterized in that the wavelengths separated by wavelengths by the wavelength separator are transmitted through different optical fibers for each wavelength.
상기 광원이 각기 다른 파장을 내는 광원으로 이루어진 다중 어레이 광원인 경우,
각각의 광원에서 나온 파장은 각기 다른 광섬유를 통해서 전달되는 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
When the light source is a multiple array light source composed of light sources emitting different wavelengths,
Light irradiation device, characterized in that the wavelengths emitted from each light source are transmitted through different optical fibers.
상기 광원이 각기 다른 파장을 내는 광원으로 이루어진 다중 어레이 광원인 경우,
상기 다중 어레이 광원에서 전달된 파장을 결합하는 광원결합기와,
상기 광원결합기에서 나온 빛은 파워별로 분리되는 파워분리기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사장치.The method of claim 1,
When the light source is a multiple array light source composed of light sources emitting different wavelengths,
A light source combiner for combining wavelengths transmitted from the multiple array light sources,
A light irradiation apparatus, characterized in that the light emitted from the light source combiner further comprises a power splitter separated by power.
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