KR200385702Y1 - Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera - Google Patents
Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera Download PDFInfo
- Publication number
- KR200385702Y1 KR200385702Y1 KR20-2005-0001326U KR20050001326U KR200385702Y1 KR 200385702 Y1 KR200385702 Y1 KR 200385702Y1 KR 20050001326 U KR20050001326 U KR 20050001326U KR 200385702 Y1 KR200385702 Y1 KR 200385702Y1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- scanning
- sample
- parallel
- lens
- plane
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
- H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/02—Details
- H01J37/22—Optical or photographic arrangements associated with the tube
- H01J37/224—Luminescent screens or photographic plates for imaging ; Apparatus specially adapted therefor, e.g. cameras, TV-cameras, photographic equipment, exposure control; Optical subsystems specially adapted therefor, e.g. microscopes for observing image on luminescent screen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/261—Details
- H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
Abstract
본 고안은 음향광학편향기와 선주사 카메라를 이용한 공초점 레이저 선주사 현미경에 관한 것이다.The present invention relates to a confocal laser line scanning microscope using an acoustic optical deflector and a line scanning camera.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경은, 광원, 빔 확장기, 주사장치, 결상광학계부, 주사광학계부를 구비하며; 상기 빔 확장기는 광원으로부터 조사된 빔의 공간여과를 한 후, 빔의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고, Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 만들며; 상기 주사장치는 상기 빔확장기로부터 Z축에 대해 평행으로 진행하는 빔을 입사하여, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시키고; 상기 주사광학계부는 상기 주사장치로부터 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 입력하여, 샘플에 선주사하며 상기 샘플에 의하여 산란된 빔을 다시 입력하여 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 생성하고; 상기 주사장치는 상기 주사광학계부로 부터의 XZ평면에 평행한 빔이 입사하여, X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성하고; 상기 결상광학계부는, 상기 주사장치를 통해, 상기 샘플에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입력받아, 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하는 공초점 레이저 선주사 현미경에있어서, 상기 주사장치는 적어도 음향광학편향기를 구비하며, 상기 결상광학계부는 적어도 선주사 카메라를 구비하는 것을 특징으로 한다.The confocal laser line scanning microscope of the present invention includes a light source, a beam expander, a scanning device, an imaging optical unit, and a scanning optical unit; The beam expander performs spatial filtration of the beam irradiated from the light source, deforms and expands the cross section of the beam into a proper shape, and makes a beam running parallel to the Z axis; The scanning device receives a beam traveling parallel to the Z axis from the beam expander to generate a beam which is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane; The scanning optical unit inputs a beam repeatedly repeatedly deflected to the XY plane from the scanning device, prescans the sample and inputs the beam scattered by the sample again to generate a beam traveling parallel to the optical path in the XZ plane. ; The scanning device receives a beam parallel to the XZ plane from the scanning optical system to generate a polarizing beam parallel to the X-axis direction; The imaging optical system is a confocal laser line scanning microscope that receives a polarization beam parallel to the X-axis direction reflected from the sample through the scanning device to form an image of the information of the sample, wherein the scanning device is at least An acoustic optical deflector is provided, and the imaging optical unit includes at least a line scanning camera.
Description
본 고안은 음향광학편향기와 선주사 카메라를 이용한 공초점 레이저 선주사 현미경에 관한 것이다.The present invention relates to a confocal laser line scanning microscope using an acoustic optical deflector and a line scanning camera.
일반적 주사현미경은 레이저 주사 방식과 니코우(Nipkow) 디스크 방식의 두가지 분야로 대별된다. In general, the scanning microscope is classified into two fields, a laser scanning method and a Nicokow disk method.
레이저 주사 방식은 시편을 레이저로 초점을 맺어 점주사 방식으로, 두개의 갈바노미터를 이용하여, 일반적으로 광전자증배기와 같은 광검출기로 반사나 형광된 빛을 검출한다. 레이저 주사 방식은 갈바노미터의 주사 속도로 인해 영상 재생 속도에 제한을 받는다는 단점이 있다.The laser scanning method focuses the specimen with a laser and uses a point scanning method to detect reflected or fluorescence light using a photodetector such as a photomultiplier. The laser scanning method has a disadvantage in that the image reproduction speed is limited due to the scanning speed of the galvanometer.
니코우(Nipkow) 디스크 방식의 입사빔은 비간섭 광원(백색광원)을 사용하고, 기계적 형상체(니코우 디스크)로 공초점 이미지를 얻기 위해 초점에서 벗어난 광원은 다시 기계적으로 제거하고, 2차원 CCD 카메라를 광검출기로 사용한다. 니코우 디스크 방식은 디스크에 장착된 다수의 고가의 마이크로 렌즈를 사용하기때문에 상당한 비용이 든다는 단점이 있다.The incident beam of the Nikkow disk method uses a non-interfering light source (white light source), and mechanically removes the light source that is out of focus again to obtain a confocal image with a mechanical shape (Nikow disk), and two-dimensionally CCD camera is used as the photodetector. The Nico disk method has a disadvantage in that it costs a lot because it uses a large number of expensive micro lenses mounted on the disk.
따라서 레이저 주사 현미경은 입사빔의 파장과 주사속도에 제한을 받으며, 니코우 디스크방식을 이용한 기계식 주사현미경은 다파장의 백색광원을 사용하나 광원의 손실이 커서 신호대 잡음비가 감소된다. 또한 레이저 주사 현미경 및 기계식 주사현미경 둘다는 입사빔과 광검출기 사이의 동기화를 해야하며 이를 위한 별도의 장비가 요구된다.Therefore, the laser scanning microscope is limited to the wavelength and the scanning speed of the incident beam, and the mechanical scanning microscope using the Nico disk method uses a multi-wavelength white light source, but the loss of the light source is large, which reduces the signal-to-noise ratio. In addition, both laser scanning microscopes and mechanical scanning microscopes require synchronization between the incident beam and the photodetector and require separate equipment.
일반적으로 레이저 주사 현미경은 레이저를 광원으로 사용하며 관찰시료를 형광염로로 염색하여 레이저 주사방식에 의해 관찰시료 조직의 형광 영상을 얻는 것으로, 공초점 레이저 주사 현미경은 이러한 레이저 주사 현미경에서 분해능을 향상시킨 장비이다. In general, a laser scanning microscope uses a laser as a light source and stains the sample with a fluorescent salt to obtain a fluorescent image of the sample tissue by a laser scanning method. The confocal laser scanning microscope improves the resolution in such a laser scanning microscope. Equipment.
공초점 레이저 주사 현미경(confocal Laser Scanning Microscope)은 레이저를 광원으로 하여 포인트 소스(point source)에서 나오는 광을 사용해서 시료의 초점과 검출기 핀홀(detector pinhole)의 상의 초점을 일치시켜(confocal), 초점면 이외의 부분은 현미경 상에 나타나지 않게 함으로써 기존의 형광현미경보다 초점면에 대한 해상도가 1.4배 정도 높고, 광축(optical axis)에 핀홀을 설치하여 표본(specimen)을 통과 또는 표본에서 반사되는 광선 중 초점이 정확하게 맞는 광선만을 선택할 수 있도록 함으로써 해상력을 높이고 내부까지 단층으로 스캐닝하여 세포의 내부구조를 시각화할 수 있다. 또한 공초점 레이저 주사 현미경에 있어서, 이차원영상은 컴퓨터소프트웨어를 사용하여 다시 삼차원 또는 입체영상으로 재구축할 수 있기 때문에 종래에 관찰할 수 없었던 XZ 섹션(section)의 이미지도 관찰할 수 있으며 부피가 있는 구조물의 형태를 공초점 주사 현미경을 통해 재구축하여 원하는 방향의 영상을 쉽게 얻을 수 있다.A confocal Laser Scanning Microscope uses a laser as the light source to use the light from the point source to confocal the focus of the sample with the image of the detector pinhole. The non-surface part is not shown on the microscope, so the resolution of the focal plane is 1.4 times higher than that of the conventional fluorescence microscope, and the pinhole is installed on the optical axis to pass through or reflect from the specimen. By allowing you to select only the rays that are in focus, you can increase the resolution and visualize the internal structure of the cells by scanning them to a single layer inside. In the confocal laser scanning microscope, the two-dimensional image can be reconstructed into three-dimensional or three-dimensional image by using computer software, so that it is possible to observe an image of the XZ section, which has not been observed in the past, and is bulky. The shape of the structure can be reconstructed by confocal scanning microscope to easily obtain the image in the desired direction.
종래의 공초점 주사 현미경는 광원으로부터 조사된 빛은 빔 공간필터 / 빔 확장기를 통과하면서 확장되어 평행 빔으로 만들어진 후 빔 스플리터에 의해 주사(scanning) 장치로 유도된다. 이어서, 빛은 주사 장치 및 원형 대물 렌즈에 의해 한 번에 하나의 초점씩 샘플 상에 집속된다. 샘플로부터 산란되는 빛은 빔 스플리터를 통과하여 원형 수광 렌즈에 의해 수집되어서 바늘구멍 마스크로 수렴된다. 이 때, 샘플 상의 초점에서 산란한 빛은 마스크에 형성되어있는 바늘구멍을 통과하여 영상 처리계에 제공되지만, 초점에서 벗어난 위치로부터 발산된 빛은 바늘구멍을 통과하지 못한다. 따라서, 샘플상의 의도된 점들에 집속된 빛으로부터의 정보만이 최종 영상 형성에 반영되므로 뛰어난 3차원적 공간 분해능을 갖는다. 특히, 생체와 같이 빛에 대한 산란이 심한 물질로 이루어진 물체의 내부를 영상화하는 데에 매우 유용하게 사용될 수 있다. 그러나, 점주사 방식은 TV 주사선 방식이므로 프레임 영상 획득 속도가 상당히 느린 단점이 있다.In conventional confocal scanning microscopes, the light irradiated from the light source is extended while passing through the beam space filter / beam expander to make a parallel beam, which is then directed to a scanning device by a beam splitter. The light is then focused onto the sample one focus at a time by the scanning device and the circular objective lens. Light scattered from the sample passes through the beam splitter and is collected by the circular light receiving lens and converged into the needle hole mask. At this time, the light scattered at the focus on the sample passes through the needle hole formed in the mask and is provided to the image processing system, but the light emitted from the position out of focus does not pass through the needle hole. Thus, only information from light focused at the intended points on the sample is reflected in the final image formation, resulting in excellent three-dimensional spatial resolution. In particular, it can be very useful for imaging the inside of an object made of a material having a high scattering of light such as a living body. However, since the point scan method is a TV scan line method, the frame image acquisition speed is considerably slow.
또 다른 종래 기술로서, 빛의 효율성을 도모하고 주사 속도를 향상시키고자, 선 모양의 빛을 이용하는 슬릿 현미경(Slit Microscope)이 제안된 바 있다. 이 장치는 영상프레임을 얻기 위하여, 갈바노미터 거울의 1차원적 회전 운동을 이용하여 선 모양 빔을 거울의 회전축을 중심으로 하는 원주를 따라 주사 시키는 원형 선 주사방식을 사용한다. 이는 초당 약 25 프레임의 속도로 점주사 방식 보다는 빠른 프레임 영상획득 속도를 가지나, 한쪽 측의 분해능이 TV 주사선 방식의 점주사 방식에 비하여 떨어지는 단점이 있다. As another conventional technology, a slit microscope using a linear light has been proposed to improve light efficiency and improve scanning speed. In order to obtain the image frame, the device uses a circular line scanning method that scans a linear beam along the circumference around the axis of rotation of the mirror using a one-dimensional rotational motion of a galvanometer mirror. It has a faster frame image acquisition speed than the point scan method at a rate of about 25 frames per second, but has a disadvantage that the resolution of one side is inferior to that of the TV scan line method.
따라서 영상 획득 속도가 빠르며, 분해능이 뛰어난 고속 공초점 레이저 주사 현미경이 요망된다.Therefore, a fast confocal laser scanning microscope with fast image acquisition and excellent resolution is desired.
본 고안은 음향광학 편향기를 사용해, 기존의 기계적 방식을 벗어나, 프레임 레이트가 빠른 선형 주사 카메라를 사용하여 보다 빠른 실시간 영상 획득 속도를 가지는 고속 공초점 레이저 주사 현미경과 그 방법을 제공한다.The present invention provides a high-speed confocal laser scanning microscope and method using an acoustooptic deflector, which has a faster real-time image acquisition speed by using a linear scanning camera having a high frame rate, out of the conventional mechanical scheme.
본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 음향광학편향기와 선주사 카메라를 이용한 고속 공초점 레이저 선주사 현미경을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a high speed confocal laser line scanning microscope using an acoustic optical deflection and a line scanning camera.
본 고안이 이루고자 하는 또다른 기술적 과제는 공초점 레이저 주사 현미경에 있어서 보다 빠른 실시간 영상 획득 속도를 가지는 영상 형성 장치 및 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus and method having a faster real-time image acquisition speed in a confocal laser scanning microscope.
상기한 기술적 과제를 이루기 위한 본 고안의 특징점을 나열하면 다음과 같다.The following is a list of features of the present invention for achieving the above technical problem.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경은, 광원, 빔 확장기, 주사장치, 결상광학계부, 주사광학계부를 구비하며; 상기 빔 확장기는 광원으로부터 조사된 빔의 공간여과를 한 후, 빔의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고, Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 만들며; 상기 주사장치는 상기 빔확장기로부터 Z축에 대해 평행으로 진행하는 빔을 입사하여, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시키고; 상기 주사광학계부는 상기 주사장치로부터 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 입력하여, 샘플에 선주사하며 상기 샘플에 의하여 산란된 빔을 다시 입력하여 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 생성하고; 상기 주사장치는 상기 주사광학계부로 부터의 XZ평면에 평행한 빔이 입사하여, X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성하고; 상기 결상광학계부는, 상기 주사장치를 통해, 상기 샘플에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입력받아, 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하는 공초점 레이저 선주사 현미경에있어서, 상기 주사장치는 적어도 음향광학편향기를 구비하며, 상기 결상광학계부는 적어도 선주사 카메라를 구비하는 것을 특징으로 한다.The confocal laser line scanning microscope of the present invention includes a light source, a beam expander, a scanning device, an imaging optical unit, and a scanning optical unit; The beam expander performs spatial filtration of the beam irradiated from the light source, deforms and expands the cross section of the beam into a proper shape, and makes a beam running parallel to the Z axis; The scanning device receives a beam traveling parallel to the Z axis from the beam expander to generate a beam which is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane; The scanning optical unit inputs a beam repeatedly repeatedly deflected to the XY plane from the scanning device, prescans the sample and inputs the beam scattered by the sample again to generate a beam traveling parallel to the optical path in the XZ plane. ; The scanning device receives a beam parallel to the XZ plane from the scanning optical system to generate a polarizing beam parallel to the X-axis direction; The imaging optical system is a confocal laser line scanning microscope that receives a polarization beam parallel to the X-axis direction reflected from the sample through the scanning device to form an image of the information of the sample, wherein the scanning device is at least An acoustic optical deflector is provided, and the imaging optical unit includes at least a line scanning camera.
상기 주사장치는, 편광 빔 분배기, 1/4 파장판을 더 구비하며; 상기 빔확장기로부터의 빔을 상기 편광 빔 분배기와 1/4 파장판을 통해 우원편광된 빔을 생성하며, 이로부터 상기 음향광학 편향기는 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 생성하고; 샘플로부터 반사된 빔인 좌원편광된 빔은 상기 1/4 파장판을 통해 Y축방향과 평행인 선형편광빔을 생성하여, 상기 편광 빔분배기를 통해 상기 결상광학계부로 전달하는 것을 특징으로 한다.The scanning device further comprises a polarizing beam splitter, a quarter wave plate; Generating a right polarized beam through the polarization beam splitter and a quarter wave plate from the beam expander, from which the acoustooptic deflector produces a beam that is constantly repeatedly deflected on the XY plane; The left circularly polarized beam, which is a beam reflected from the sample, generates a linearly polarized beam parallel to the Y axis direction through the quarter wave plate, and transmits the linearly polarized beam to the imaging optical unit through the polarizing beam splitter.
상기 결상 광학계부는, 상기 주사장치의 출력인 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입사하여, X축에 평행하며 선모양으로 집속된 빔을 생성하는 결상원통렌즈; 상기 결상원통렌즈의 초점면에서 선 모양으로 집속된 빛만이 통과하여 추출되도록 배치되어 있으며, 슬릿의 중심은 결상원통렌즈의 광축에 위치하고, 슬릿의 길이 방향은 Y축과 평행한 슬릿형 마스크; 상기 슬릿형 마스크를 통과한 선 모양의 빛으로부터 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하여, 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 변환하는 선형주사 카메라;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The imaging optical unit may include: an imaging cylindrical lens configured to enter a polarizing beam parallel to the X-axis direction, which is the output of the scanning device, to generate a beam parallel to the X-axis and focused in a line shape; A slit mask disposed in such a manner that only light focused in a line shape is extracted from the focal plane of the imaging cylindrical lens, the center of the slit is located on the optical axis of the imaging cylindrical lens, and the length direction of the slit is parallel to the Y axis; And a linear scan camera for forming an image of information of the sample from the linear light passing through the slit mask, and converting the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto. It features.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경은 X축 방향과 평행인 편광 빔의 레이저를 조사하는 광원; 상기 광원으로부터 조사된 빔의 공간여과를 하고 빔의 단면을 확장하여 Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 출력하는 빔 확장기; 상기 빔확장기로부터 빔을 입력받아 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시키는 주사장치; 상기 주사장치로부터 출력된 빔을 샘플에 선주사하며, 상기 샘플에 의하여 산란된 빔을 상기 주사장치로 보내는 주사광학계부; 상기 주사광학계부로 부터의 샘플에의해 산란된 빔을 상기 주사장치를 통해 입력받아, 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하는 결상 광학계부;를 구비하는 공초점 레이저 선주사 현미경에 있어서, 상기 주사장치는, 상기 빔확장기를 통해 입사된 빔에서, X축 방향과 평행한 편광빔은 투과 시키고 Y축방향과 평행한 편광빔은 반사시키는 편광빔 분배기; 상기 편광 빔 분배기로부터 빔을 입사하여 우원 편광된 빔을 생성하는 1/4파장판; 1/4 파장판으로부터의 우원 편광된 빔을 주사원통렌즈를 통해 입사하여, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시켜 주는 음향광학 편향기;를 적어도 구비하는 것을 특징으로 한다.Confocal laser line scanning microscope of the present invention is a light source for irradiating the laser of the polarizing beam parallel to the X-axis direction; A beam expander for performing spatial filtration of the beam irradiated from the light source and extending a cross section of the beam to output a beam traveling parallel to the Z axis; A scanning device that receives the beam from the beam expander and generates a beam that is repeatedly deflected constantly on an XY plane; A scanning optical unit which pre-injects the beam output from the scanning device to a sample and sends the beam scattered by the sample to the scanning device; A confocal laser line scanning microscope comprising: an imaging optical unit configured to receive a beam scattered by a sample from the scanning optical unit through the scanning device and form an image of information of a sample. A polarizing beam splitter configured to transmit a polarization beam parallel to the X axis direction and reflect the polarization beam parallel to the Y axis direction from the beam incident through the beam expander; A quarter-wave plate generating an unidirectionally polarized beam by entering the beam from the polarizing beam splitter; And an at least one acoustooptic deflector which enters the right polarized beam from the quarter wave plate through the scanning cylindrical lens and generates a beam which is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경은, 샘플에 빔을 선주사하고, 샘플에 의하여 산란된 빔이 다시 입사되어, XZ평면에 평행한 빔을 생성하는 주사광학계부; 상기 주사광학계부로 부터의 출력인 XZ평면에 평행한 빔이 입사하여, X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성하는 주사장치; 상기 주사장치의 출력인 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입사하여, 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하는 결상광학계부;를 적어도 구비하는 공초점 레이저 주사 현미경에 있어서, 상기 결상 광학계부는 상기 주사장치의 출력인 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입사하여, X축에 평행하며 선모양으로 집속된 빔을 생성하는 결상원통렌즈; 상기 결상원통렌즈의 초점면에서 선 모양으로 집속된 빛만이 통과하여 추출되도록 배치되어 있으며, 슬릿의 중심은 결상원통렌즈의 광축에 위치하고, 슬릿의 길이 방향은 X축과 평행한 슬릿형 마스크; 상기 슬릿형 마스크를 통과한 선 모양의 빛으로부터 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하여, 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 변환하는 선형주사 카메라;를 구비하는 것을 특징으로 한다.The confocal laser line scanning microscope of the present invention comprises: a scanning optical system for pre-injecting a beam into a sample, and the beam scattered by the sample is incident again to generate a beam parallel to the XZ plane; A scanning device in which a beam parallel to the XZ plane, which is an output from the scanning optical unit, is incident to generate a polarizing beam parallel to the X-axis direction; An imaging optical system comprising at least an imaging optical system for injecting a polarizing beam parallel to the X-axis direction, which is the output of the scanning device, to form an image of information of a sample, wherein the imaging optical system comprises: An imaging cylindrical lens for injecting a polarizing beam parallel to the X-axis direction, which is the output of N, to produce a beam focused parallel to the X-axis and linearly; A slit mask disposed in such a manner that only the light focused in a line shape is extracted from the focal plane of the imaging cylindrical lens, the center of the slit is located on the optical axis of the imaging cylindrical lens, and the longitudinal direction of the slit is parallel to the X axis; And a linear scan camera for forming an image of information of the sample from the linear light passing through the slit mask, and converting the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto. It features.
상기 광원은 헬륨-네온(He-Ne) 레이저로 이루어진다.The light source consists of a helium-neon (He-Ne) laser.
상기 주사광학계부는, 주사렌즈, 전달렌즈, 대물렌즈를 구비하며, 상기 주사장치의 주사원통렌즈와 음향광학편향기를 거쳐 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을, 상기 주사렌즈, 전달렌즈, 대물렌즈를 거쳐 샘플에 선주사하며, 상기 샘플에 선주사된 빔은 샘플에 의하여 산란되어 일부분이 상기 대물렌즈의 개구 안으로 다시 입사되며, 상기 샘플에 의하여 산란된어 상기 대물렌즈로 다시 입사된 빔은 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하여 상기 전달렌즈 및 주사렌즈를 통해 상기 주사장치로 전달하며; 상기 주사장치의 주사원통렌즈는, 상기 샘플에 의하여 산란되어 일부분이 상기 대물렌즈의 개구 안으로 다시 입사된 빔 중에서, 상기 주사원통렌즈의 초점면에 집속된 빔으로부터 산란되어 온 빔만을 통과시키는 것을 특징으로 한다.The scanning optical unit includes a scanning lens, a transmission lens, and an objective lens, and continuously scans a beam which is repeatedly deflected on the XY plane through the scanning cylindrical lens and the acoustic optical deflector of the scanning apparatus, and the scanning lens, the transmission lens, and the objective lens. The beam is pre-injected to the sample, and the beam pre-injected to the sample is scattered by the sample and is partially incident back into the opening of the objective lens. The beam scattered by the sample is incident again to the objective lens in the XZ plane. Progressing in parallel along the optical path and transmitting to the scanning device through the transmission lens and the scanning lens; The scanning cylindrical lens of the scanning device passes only a beam scattered from the beam scattered by the sample and part of which is incident again into the opening of the objective lens, focused from the beam focused on the focal plane of the scanning cylindrical lens. It is done.
상기 빔 확장기는 빔 공간필터, 제1확장렌즈, 제2확장렌즈를 구비한다.The beam expander includes a beam spatial filter, a first expansion lens, and a second expansion lens.
상기 대물렌즈를 통과한 빔의 샘플에서의 주사 방향은 투사된 빔의 전파 방향에 수직하며, 샘플에 대한 주사는 선 주사를 위해 한 방향으로 만 행해지는 것을 특징으로 한다.The scanning direction in the sample of the beam passing through the objective lens is perpendicular to the propagation direction of the projected beam, and the scanning of the sample is performed in one direction only for the linear scanning.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경은, 샘플의 여러 부분에서 산란된 빔들 중에서 주사원통렌즈의 초점면에 집속된 빔의 위치로부터 산란되어 온 빔만이 선 모양으로 결상원통렌즈와 슬릿형마스크를 통해 입력하여, 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾸어 출력하는 선형 주사 카메라; 상기 선형주사 카메라의 출력신호를 입력 받아 디지털화하여 선 화소 정보로서 임시로 저장하는 프레임 그레버; 상기 프레임 그레버로부터 입력되는 샘플에 대한 데이터를 조합하여 샘플의 2차원 또는 3차원적 구조를 합성하며 물리량을 분석하는 프로세서; 음향광학 편향기의 제어 신호 및 선형 주사 카메라의 속도제어신호를 생성하는 제어기; 상기 제어기의 출력신호인 상기 음향광학 편향기의 제어 신호 및 선형 주사 카메라의 속도제어신호에 따라 음향광학 편향기의 구동 신호 및 선형 주사 카메라의 속도제어부의 구동신호를 발생하는 함수발생기;를 적어도 구비하는 것을 특징으로 한다.In the confocal laser line scanning microscope of the present invention, only the beams scattered from the positions of the beams focused on the focal plane of the scanning cylindrical lens among the beams scattered at various parts of the sample are input in the form of a line through the imaging cylindrical lens and the slit mask. A linear scanning camera for converting the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto; A frame grabber that receives the output signal of the linear scan camera and digitizes it and temporarily stores it as line pixel information; A processor which combines data about a sample input from the frame grabber, synthesizes a two-dimensional or three-dimensional structure of the sample, and analyzes a physical quantity; A controller for generating a control signal of the acoustooptic deflector and a speed control signal of the linear scanning camera; And a function generator configured to generate a drive signal of the acoustooptic deflector and a drive signal of the speed control part of the linear scan camera according to a control signal of the acoustooptic deflector which is an output signal of the controller and a speed control signal of the linear scan camera. Characterized in that.
상기 제어기는 상기 음향광학 편향기의 구동 신호와 상기 선형 주사 카메라의 속도제어부의 구동신호의 위상을 같도록 동기화시켜주는 것을 특징으로 한다.The controller is characterized in that the phase of the drive signal of the acousto-optic deflector and the drive signal of the speed control unit of the linear scanning camera to be the same.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 영상형성방법은, 주사원통렌즈, 대물렌즈, 음향광학 편향기, 1/4 파장판, 편광 빔 분배기, 결상원통렌즈, 슬릿형 마스크, 선형주사 카메라를 적어도 구비한 공초점 레이저 주사 현미경의 영상형성방법에 있어서, 상기 대물렌즈는 상기 주사원통렌즈를 통해 입사된 빔을 샘플에 집속하며, 이렇게 샘플에 집속되는 빔은 상기 샘플에 의하여 산란되어 일부분이 상기 대물렌즈의 개구 안으로 다시 입사되는 산란단계; 상기 주사원통렌즈는 상기 산란단계의 상기 대물렌즈의 개구 안으로 다시 입사된 빛 중에서 주사원통렌즈의 초점면에 집속된 빔으로부터 산란되어 온 빛만을 통과시키는 주사원통렌즈 통과단계; 상기 주사원통렌즈 통과단계로 부터 출력된 빔은 상기 1/4파장판을 거쳐 Y축 방향과 평행인 선형 편광빔으로 변환되는 Y축방향 편광빔 변환단계; 상기 Y축방향 편광빔 변환단계의 출력신호인 Y축 방향과 평행인 선형 편광빔을 상기 편광 빔 분배기에 입사하여 X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성하는 X축방향 편광빔 생성단계; 상기 X축방향 편광빔 생성단계의 출력신호인 X축 방향과 평행인 편광 빔을 결상원통렌즈에 입사하여, 결상원통렌즈의 초점면에서 선 모양으로 집속하는 빔집속단계; 상기 빔집속단계의 출력신호를 슬릿형 마스크 통해 선형주사 카메라에 입사하여 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하며 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾸는 영상검출 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.An image forming method of a confocal laser line scanning microscope of the present invention includes at least a scanning cylindrical lens, an objective lens, an acoustic optical deflector, a quarter wave plate, a polarizing beam splitter, an imaging cylindrical lens, a slit mask, and a linear scanning camera. In an image forming method of a confocal laser scanning microscope, the objective lens focuses a beam incident through the scanning cylindrical lens on a sample, and the beam focused on the sample is scattered by the sample, and a part of the objective lens is scattered. A scattering step incident again into the opening of the; The scanning cylindrical lens passing step of passing only the light scattered from the beam focused on the focal plane of the scanning cylindrical lens among the light incident again into the opening of the objective lens in the scattering step; A Y-axis polarization beam conversion step of converting the beam output from the scanning cylindrical lens passing step into a linear polarization beam parallel to the Y-axis direction through the quarter-wave plate; An X-axis polarization beam generating step of generating a polarization beam parallel to the X-axis direction by entering a linear polarization beam parallel to the Y-axis direction, which is an output signal of the Y-axis polarization beam conversion step, to the polarization beam splitter; A beam focusing step of injecting a polarizing beam parallel to the X-axis direction, which is an output signal of the X-axis polarizing beam generating step, to the imaging cylindrical lens and focusing it in a line shape at the focal plane of the imaging cylindrical lens; An image detection step of inputting the output signal of the beam focusing step into a linear scan camera through a slit mask to form an image of information of a sample, and converting the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto; Characterized in having a.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 영상형성방법은, 광원으로 부터 X축 방향과 평행인 편광 빔의 레이저를 조사하는 빔조사 단계; 상기 빔조사 단계에서 조사된 빔의 공간여과를 하고 빔의 단면을 확장하여 Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 출력하는 빔확장 단계; 상기 빔확장 단계로부터 빔을 입력받아 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시키는 주사 단계; 상기 주사단계로부터 출력된 빔을 샘플에 선주사하며, 샘플에 의하여 산란되는 산란단계; 상기 산란단계의 산란된 빔을 입력받아, 샘플의 정보에 대한 영상을 형성하는 영상 형성단계;를 구비하는 공초점 레이저 주사 현미경의 영상형성방법에 있어서, 상기 주사단계는, 편광빔 분배기에서 상기 빔확장단계를 통해 입사된 빔에서, X축 방향과 평행한 편광빔은 투과 시키고 Y축방향과 평행한 편광빔은 반사시키는 편광빔 분배단계; 상기 편광 빔 분배단계의 출력신호를 1/4 파장판을 통과하여 우원 편광된 빔을 음향광학 편향기로 입사하며, 상기 음향광학 편향기에서 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시켜 주는 반복 편향빔 발생단계;를 적어도 구비하는 것을 특징으로 한다.An image forming method of a confocal laser line scanning microscope of the present invention includes: a beam irradiation step of irradiating a laser of a polarizing beam parallel to the X axis direction from a light source; A beam expansion step of performing spatial filtration of the beam irradiated in the beam irradiation step and extending a cross section of the beam to output a beam traveling parallel to the Z axis; A scanning step of receiving a beam from the beam expanding step and generating a beam which is repeatedly deflected constantly on an XY plane; A scattering step of pre-injecting the beam output from the scanning step into a sample and scattering the sample; An image forming method of receiving a scattered beam of the scattering step, to form an image of the information of the sample; In the image forming method of a confocal laser scanning microscope, the scanning step, the beam in the polarizing beam splitter A polarization beam distribution step of transmitting a polarization beam parallel to the X-axis direction and reflecting the polarization beam parallel to the Y-axis direction in the beam incident through the expansion step; Repetitive deflection which enters the unidirectionally polarized beam into the acoustic optical deflector by passing the output signal of the polarization beam distribution step through the quarter wave plate, and generates a beam which is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane in the acoustic optical deflector. And a beam generating step.
이하 본 고안의 일 실시예에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration and operation of a confocal laser line scanning microscope according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1는 본 고안의 일 실시예에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 광 신호처리부를 설명하기위한 개략도로서 광원(100), 빔 확장기(200), 주사장치(300), 결상광학계부(400), 주사광학계부(500), 샘플(600)을 구비한다. 1 is a schematic diagram for explaining an optical signal processing unit of a confocal laser line scanning microscope according to an embodiment of the present invention, a light source 100, a beam expander 200, a scanning device 300, an imaging optical system 400, The scanning optical system 500 and the sample 600 are provided.
빔 확장기(200)는 광원(100)으로부터 조사된 빔의 공간여과(spatial filtering)를 한 후, 빔의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고, Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 만든다. 주사장치(300)는 빔확장기(200)로부터 Z축에 대해 평행으로 진행하는 빔을 입력받아, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시킨다. 주사광학계부(500)는 주사장치(300)로부터 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 입력하여 샘플(600)에 선주사하고, 샘플(600)에 의하여 산란된 빔을 다시 입력하여 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 생성한다. 주사장치(300)는 주사광학계부(500)로 부터의 XZ평면에 평행하게 진행하는 빔이 입사하여, X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성한다. 결상광학계부(400)는, 주사장치(300)를 통해, 샘플(600)에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입력받아, 샘플(600)의 정보에 대한 영상을 형성한다.The beam expander 200 performs spatial filtering of the beam irradiated from the light source 100, deforms and expands the cross section of the beam into a proper shape, and makes a beam running parallel to the Z axis. The scanning device 300 receives a beam traveling in parallel with respect to the Z axis from the beam expander 200 and generates a beam that is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane. The scanning optical system 500 inputs a beam which is repeatedly repeatedly deflected to the XY plane from the scanning device 300 to prescan the sample 600, and inputs the beam scattered by the sample 600 again to the optical path in the XZ plane. Create a beam that runs parallel along. The scanning device 300 receives a beam traveling in parallel to the XZ plane from the scanning optical system 500 to generate a polarizing beam parallel to the X-axis direction. The imaging optical unit 400 receives a polarization beam parallel to the X-axis direction reflected from the sample 600 through the scanning device 300 to form an image of the information of the sample 600.
광원(100)은 X축 방향과 평행인 편광 빔의 레이저를 조사한다. 본 고안에서는 광원으로 헬륨-네온(He-Ne) 레이저를 사용한다.The light source 100 irradiates a laser of a polarizing beam parallel to the X axis direction. In the present invention, a helium-neon (He-Ne) laser is used as the light source.
빔 확장기(200)는 광원(100)으로부터 조사된 빔의 공간여과를 한 후, 빔의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고, Z축으로 진행하는 빔을 만든다. 이 때, 대물렌즈(540)의 개구(aperture)와 교차하는 빔의 단면적은 타원 형태이다. 빔 확장기(200)는 제1확장렌즈(210), 빔 공간필터(220), 제2확장렌즈(230)를 구비한다.The beam expander 200 performs spatial filtration of the beam irradiated from the light source 100, deforms and expands the cross section of the beam into a proper shape, and makes a beam traveling in the Z axis. At this time, the cross-sectional area of the beam that intersects the aperture of the objective lens 540 is elliptical. The beam expander 200 includes a first extension lens 210, a beam spatial filter 220, and a second extension lens 230.
제1확장렌즈(210)는 광원(100)에서 나온 빔이 한번 초점에 모였다가 확장되게 해주는 역할을 한다. 제1확장렌즈(210)는 볼록렌즈로 이루어진다.The first expansion lens 210 serves to cause the beam emitted from the light source 100 to be focused once and then expanded. The first expansion lens 210 is formed of a convex lens.
빔 공간필터(220)는 광원(100)으로부터 제1확장렌즈(210)를 통해 조사된 빔을 공간여과를 한다. 빔 공간필터(220)는 핀홀로 이루어지며, 빔을, 중심을 기준으로 하여 고르게 퍼져 있는 가우시안 모양으로 만들어 주고, 주변의 잡음이나 사이드로브(side-lobe)를 줄여주는 역할을 한다. The beam spatial filter 220 performs spatial filtration of the beam irradiated from the light source 100 through the first expansion lens 210. The beam space filter 220 is made of a pinhole, and makes the beam into a Gaussian shape that is evenly distributed with respect to the center, and serves to reduce ambient noise or side-lobe.
제2확장렌즈(230)는 제1확장렌즈(210)에 의해 확대된 레이저빔을 일정한 크기로 만들어 주는 역할을 한다. 제2확장렌즈(230)는 볼록렌즈로 이루어진다. 즉 제1확장렌즈(210)로 부터 빔 공간필터(220)을 거쳐 제2확장렌즈(230)로 입사된 빔은 제2확장렌즈(230)에 의해 일정한 크기로 만들어진다.The second extension lens 230 serves to make the laser beam enlarged by the first extension lens 210 to a predetermined size. The second extension lens 230 is made of a convex lens. That is, the beam incident from the first extension lens 210 to the second extension lens 230 through the beam spatial filter 220 is made to have a constant size by the second extension lens 230.
제1확장렌즈(210) 및 제2확장렌즈(230)는 빔의 단면을 알맞은 모습으로 변형 확장시키고 Z축에 대해서 평행으로 진행하는 빔을 만든다. 즉 제1확장렌즈(210) 및 제2확장렌즈(230)는 볼록렌즈로, 광원(100)의 레이저 빔이 대물렌즈의 개구를 채우도록 제1확장렌즈(210) 및 제2확장렌즈(230)에 의해 확장되어진다. The first extension lens 210 and the second extension lens 230 deform and expand the cross section of the beam into a proper shape, and make a beam running parallel to the Z axis. That is, the first extension lens 210 and the second extension lens 230 are convex lenses, and the first extension lens 210 and the second extension lens 230 fill the openings of the objective lens with the laser beam of the light source 100. Is expanded by
주사장치(300)는 빔확장기(200)로부터의 Z축에 대해 평행으로 진행하는 빔이 입사되어, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 발생시켜 주사광학계부(500)로 전달한다. 또한, 주사장치(300)는 주사광학계부(500)로 부터 XZ평면에 평행하게 진행하는 빔이 입사되어, X축 방향과 평행인 편광 빔을 생성하여 결상광학계부(400)로 전달한다. 주사장치(300)는 편광 빔 분배기(310), 1/4 파장판(320), 주사원통렌즈(325), 음향광학 편향기(330)로 이루어진다. The scanning device 300 receives a beam traveling parallel to the Z axis from the beam expander 200, generates a beam that is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane, and transmits the beam to the scanning optical system 500. In addition, the scanning device 300 receives a beam traveling parallel to the XZ plane from the scanning optical unit 500, generates a polarized beam parallel to the X-axis direction, and transmits the beam to the imaging optical unit 400. The scanning device 300 includes a polarizing beam splitter 310, a quarter wave plate 320, a scanning cylindrical lens 325, and an acoustooptic deflector 330.
편광 빔 분배기(310)는 X축방향과 평행한 편광빔은 투과 시키고, Y축방향과 평행한 편광빔은 반사시킨다. 빔확장기(200)의 제2확장렌즈(230)를 통해 Z축방향과 평행하게 진행하는 빔이 입사되어 편광 빔 분배기(310)에서 투과되어, 1/4 파장판(320)으로 전달된다. 또한, 1/4 파장판(320)에서 편광 빔 분배기(310)로 입사된 Y축방향과 평행인 선형편광빔은 편광 빔분배기(310)에서 반사하여, 즉 X축 방향과 평행인 편광빔으로 되어, 결상광학계부(400)의 결상원통렌즈(410)로 전달된다.The polarization beam splitter 310 transmits the polarization beam parallel to the X-axis direction and reflects the polarization beam parallel to the Y-axis direction. A beam traveling in parallel with the Z-axis direction is incident through the second extension lens 230 of the beam expander 200, transmitted through the polarization beam splitter 310, and transmitted to the quarter wave plate 320. In addition, the linearly polarized beam parallel to the Y-axis direction incident from the quarter wave plate 320 to the polarization beam splitter 310 is reflected by the polarization beam splitter 310, that is, the polarization beam is parallel to the X-axis direction. Then, it is transmitted to the imaging cylindrical lens 410 of the imaging optical system 400.
1/4 파장판(320)은 편광 빔 분배기(310)에서 투과된 빔인 Z축방향과 평행하게 진행하는 빔이 입사되어, Z축방향과 평행하게 진행하며 우원편광된 빔을 생성하여 주사원통렌즈(325)을 통해 음향광학 편향기(330)로 전달한다. 또한 1/4 파장판(320)은 샘플(600)에서 반사된 좌원편광된 빔이 주사원통렌즈(325)을 통해 입사되어, Y축방향과 평행인 선형편광빔을 생성하여 편광 빔분배기(310)로 전달된다.In the quarter wave plate 320, a beam that passes in parallel with the Z-axis direction, which is a beam transmitted from the polarization beam splitter 310, is incident, and proceeds in parallel with the Z-axis direction to generate a right circularly polarized beam to scan the lens. And transmits to the acoustooptic deflector 330 through 325. In addition, the quarter wave plate 320 is a polarized beam splitter 310 by generating a linearly polarized beam parallel to the Y-axis direction of the left circularly polarized beam reflected from the sample 600 is incident through the scanning cylindrical lens 325. Is delivered.
주사원통렌즈(325)는 선형초점을 맺히게 하는 것으로, 주사원통렌즈(530)는 빔이 샘플(600)의 시료면에 조사될때, 선모양이 될 수 있게 해주는 역할을 한다. 주사원통렌즈(325)는 원통모양이기 때문에 한쪽면으로만 초점이 모이게 되는데 이 현상에 의해서 주사원통렌즈(325)에 의해서 시료면에서 선모양의 초점이 맺히게 된다. 즉, 주사원통렌즈(325)는 1/4 파장판(320)에서 입사된 우원편광된 빔을 음향광학편향기(330), 주사광학계부(500)을 통해 시료면에 선모양의 초점이 맺히게 한다.The scanning cylindrical lens 325 forms a linear focus, and the scanning cylindrical lens 530 serves to make a line shape when the beam is irradiated onto the sample surface of the sample 600. Since the scanning cylindrical lens 325 has a cylindrical shape, the focus is focused on only one side. By this phenomenon, the scanning cylindrical lens 325 forms a line-shaped focus on the sample surface. That is, the scanning cylindrical lens 325 causes the right circularly polarized beam incident from the quarter wave plate 320 to form a line-shaped focus on the sample surface through the acoustic optical deflector 330 and the scanning optical system 500. do.
또한, 주사원통렌즈(325)는 샘플(600)에 의하여 산란되어 일부분이 대물렌즈(540)의 개구 안으로 다시 입사된 빔 중에서, 주사원통렌즈(325)의 초점면에 집속된 빔으로부터 산란되어 온 빔만을 통과시킨다. 이때 주사원통렌즈(325)는 Y축방향으로는 렌즈 작용을 하지않으므로, XZ평면과 수직인면에서는 빛의 진행방향이 대상물에서 산란된 방향을 그대로 유지한다.In addition, the scan cylindrical lens 325 is scattered by the sample 600 and is scattered from the beam focused on the focal plane of the scan cylindrical lens 325 among the beams partially incident back into the opening of the objective lens 540. Only the beam passes through. At this time, since the scanning cylindrical lens 325 does not act as a lens in the Y-axis direction, the traveling direction of the light is maintained in the direction perpendicular to the XZ plane.
음향광학 편향기(330)는 1/4 파장판(320)에서 우원 편광된 빔을 주사원통렌즈(325)를 통해 입사하여, XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 생성하며, 이를 주사광학계부(500)의 주사렌즈(510)로 전달한다. 즉, 음향광학 편향기(330)는 XZ면에 평행한 방향으로 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 생성하여 주사렌즈(510)로 전달한다. 또한, 음향광학 편향기(330)는 주사광학계부(500)의 주사렌즈(510)로부터 XZ평면에 평행하게 입사하는 빔을, 주사원통렌즈(325)를 통해 1/4 파장판(320)으로 전달한다.The acousto-optic deflector 330 receives a unidirectionally polarized beam from the quarter wave plate 320 through the scanning cylindrical lens 325 to generate a beam that is repeatedly deflected constantly on the XY plane. Transfer to the scanning lens 510 of (500). That is, the acoustooptic deflector 330 generates a beam which is repeatedly repeatedly deflected on the XY plane in a direction parallel to the XZ plane, and transmits the beam to the scanning lens 510. In addition, the acoustic optical deflector 330 transmits a beam incident in parallel to the XZ plane from the scanning lens 510 of the scanning optical system 500 to the quarter wave plate 320 through the scanning cylindrical lens 325. To pass.
특히 음향 광학 편향기(330)는 음파가 PZT로 인해 광학 물질의 투명한 판에서 생기며 이러한 진행파들은 조밀(compression)과 희박(rarefaction)의 두 진형으로 나타나서 투과형 회절 그레이팅으로 행동한다. 단파장의 레이저 빔이 이 브래그 셀(Bragg cell)에 입사시, 빔을 편향하는 장치로 편향되는 빔의 주사각도와 주사속도는 브래그 셀에 입사하는 PZT에 의한 음파의 주파수에 따라 변화된다. 이러한 변화는 음파간 거리의 일정한 변화에 따른다. 음향 광학 편향기(330)는 1차회전효율이 약 80%이며 최대회절각이 2.75도이다.In particular, the acousto-optic deflector 330 generates sound waves in a transparent plate of optical material due to PZT, and these traveling waves appear in two forms of compression and rarity to act as transmission diffraction gratings. When a short-wavelength laser beam is incident on this Bragg cell, the scanning angle and the scanning speed of the beam deflected by the device deflecting the beam change according to the frequency of the sound wave by PZT incident on the Bragg cell. This change depends on a constant change in the distance between sound waves. The acoustooptic deflector 330 has a primary rotational efficiency of about 80% and a maximum diffraction angle of 2.75 degrees.
주사광학계부(500)는 주사장치(300)로부터 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 입력하여, 샘플(600)에 선주사하고, 샘플(600)에 의하여 산란된 빔을 다시 입력하여 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 생성하여 주사장치(300)로 전달한다. 주사광학계부(500)는 주사렌즈(510), 전달렌즈(520), 대물렌즈(540)로 이루어진다. The scanning optical system 500 inputs a beam repeatedly repeatedly deflected from the scanning device 300 to the XY plane, prescans the sample 600, and inputs the beam scattered by the sample 600 again in the XZ plane. A beam traveling in parallel along the optical path is generated and transmitted to the scanning device 300. The scanning optical system 500 includes a scanning lens 510, a transfer lens 520, and an objective lens 540.
주사렌즈(510)는 빔을 더 이상 퍼지지 못하게 하는 역할을 한다. 주사렌즈(510)는 주사장치(300)의 음향 광학 편향기(330)로 부터의 XY면에 평행한 방향으로 반복 편향되는 빔을 더 이상 퍼지지 못하게 하며 이를 전달렌즈(520)로 전달한다. 또한, 주사렌즈(510)는 전달렌즈(520)로부터의 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 더 이상 퍼지지 못하게 하며 이를 주사장치(300)의 음향 광학 편향기(330)로 전달한다.The scanning lens 510 serves to prevent the beam from spreading any further. The scanning lens 510 stops spreading the beam repeatedly deflected in a direction parallel to the XY plane from the acoustooptic deflector 330 of the scanning device 300 and transmits it to the transmission lens 520. In addition, the scanning lens 510 prevents further propagation of a beam traveling in parallel in the XZ plane from the transmission lens 520 along the optical path and transmits it to the acoustooptic deflector 330 of the scanning device 300.
전달렌즈(520)는 주사렌즈(510)를 통하여 나온 빔을 대물렌즈(540)의 뒤개구멍(back aperture)에 넣어주는 역할을 한다. 전달렌즈(520)는 주사렌즈(510)로부터의 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 대물렌즈(540)로 전달한다. 또한 전달렌즈(520)는 대물렌즈(540)로 부터의 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하는 빔을 주사렌즈(510)로 전달한다.The transfer lens 520 serves to insert the beam emitted through the scanning lens 510 into the back aperture of the objective lens 540. The transfer lens 520 transmits a beam traveling parallel to the optical path in the XZ plane from the scanning lens 510 to the objective lens 540. In addition, the transfer lens 520 transmits a beam traveling parallel to the optical path in the XZ plane from the objective lens 540 to the scanning lens 510.
대물렌즈(540)는 전달렌즈(520)를 통해 입사된 빔을 샘플(600)에 집속한다. 대물렌즈(540)를 통과하여 샘플에 집속되는 빛은 샘플(600)에 의하여 산란되어 일부분이 대물렌즈(540)의 개구 안으로 다시 입사된다. 대물렌즈(540)는, 대물렌즈(540)로 투사된 빔의 형태가 선으로 되어지기 때문에, 비점수차(非點收差)(astigmatism)에 기인하여 1차 이미지와 2차 이미지를 형성한다. The objective lens 540 focuses the beam incident through the transfer lens 520 on the sample 600. Light focused through the objective lens 540 and focused on the sample is scattered by the sample 600, and a part of the light is incident back into the opening of the objective lens 540. The objective lens 540 forms a primary image and a secondary image due to astigmatism because the shape of the beam projected onto the objective lens 540 becomes a line.
샘플(600)에서 주사 방향은 투사된 빔의 전파 방향에 수직한다. 시편의 샘플(600)의 주사는 XY면과 광 경로인 Z축을 따라서 평행한 면들이 깊이방향으로 진행을 하게 된다. 샘플에 대한 주사는 선주사를 위해 한 방향으로 만 행해진다. 2차 이미지면에서 선초점의 방향은 Y축을 따른다. 2차 이미지가 공초점 이미지로 사용되어진다. 한편 1차 이미지면에서 선초점의 방향은 X축을 따른다. The scanning direction in the sample 600 is perpendicular to the propagation direction of the projected beam. The scanning of the sample 600 of the specimen causes the parallel surfaces along the Z axis, which is the XY plane and the optical path, to travel in the depth direction. Scanning of the sample is done in one direction only for pre-scanning. The direction of line focus in the secondary image plane is along the Y axis. The secondary image is used as the confocal image. Meanwhile, the direction of line focus in the primary image plane is along the X axis.
결상광학계부(400)는, 주사장치(300)를 통해, 시편에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입력받아, 샘플(600)의 정보에 대한 영상을 형성하는데, 이때 선형주사 카메라(430)의 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾸어 프레임 그레버로 출력한다. 결상광학계부(400)는 결상원통렌즈(410), 슬릿형 마스크(420), 선형주사 카메라(430)로 이루어진다. 즉, 주사장치(300)의 편광빔 분배기(310)를 통해 시편에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입사하여, 결상원통렌즈(410)와 슬릿형마스크 (420)를 지나 선형 주사 카메라(430)로 진행한다. 즉, 샘플의 여러 부분에서 산란된 빔들 중에서 주사원통렌즈(325)의 초점면(620)에 집속된 빔의 위치로부터 산란되어 온 빔만이 선 모양으로 결상원통렌즈(410)와 슬릿형마스크 (420)를 지나 선형 주사 카메라(430)로 진행한다. The imaging optical unit 400 receives a polarization beam parallel to the X-axis direction reflected from the specimen through the scanning device 300 to form an image of the information of the sample 600, wherein the linear scanning camera ( The intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface of 430 is converted into an electrical signal proportional thereto and output to the frame grabber. The imaging optical unit 400 includes an imaging cylindrical lens 410, a slit mask 420, and a linear scanning camera 430. That is, a linear scanning camera passes through the imaging cylindrical lens 410 and the slit mask 420 through the polarizing beam parallel to the X-axis direction reflected from the specimen through the polarizing beam splitter 310 of the scanning device 300. Proceed to 430. That is, only the beams scattered from the positions of the beams focused on the focal plane 620 of the scanning cylindrical lens 325 among the beams scattered at various portions of the sample are in the shape of a linear cylindrical lens 410 and a slit mask 420. And proceeds to linear scanning camera 430.
결상원통렌즈(410)는 선형 초점이 맺히도록 하는 것이다. 결상원통렌즈(410)는 주사장치(300)의 편광 빔 분배기(310)를 통해 시편에서 반사된 X축 방향과 평행인 편광 빔을 입력받아, 원통형 축 방향이 Y축과 평행하고 광축 방향이 X축인 결상원통렌즈(410)를 지난 빔은 결상원통렌즈(410)의 초점면에서 선 모양으로 집속된 빔을 생성한다. 이 빔은 슬릿형 마스크(420)를 통해 선형 주사 카메라(403)의 검광면에 최적의 크기로 선명하게 영상이 맺히도록 한다. 이 때, 선 모양으로 집속되는 빛의 길이 방향은 Y축 방향과 평행하게 된다. 결상원통렌즈(410)는 YZ면에 초점을 형성한다. 특히 본 고안에서 결상원통렌즈(410)와 주사원통렌즈(325)는 선형 초점이 맺히도록 돕는 렌즈로, 본 고안에서는 한 쌍으로 작용하며 샘플(600)에서 반사된 빛이 실제 이미지와 같이 초점을 이루도록 즉, 영상을 만드는 이미징 렌즈의 역할을 한다.The imaging cylindrical lens 410 is intended to form a linear focus. The imaging cylindrical lens 410 receives a polarizing beam parallel to the X-axis direction reflected from the specimen through the polarizing beam splitter 310 of the scanning device 300, and the cylindrical axis direction is parallel to the Y axis and the optical axis direction is X. The beam passing through the axis of the imaging cylindrical lens 410 generates a beam focused in a line shape at the focal plane of the imaging cylindrical lens 410. The beam allows the image to be clearly formed at an optimal size on the detection surface of the linear scanning camera 403 through the slit mask 420. At this time, the longitudinal direction of the light focused in a linear shape is parallel to the Y-axis direction. The imaging cylindrical lens 410 forms a focal point on the YZ plane. In particular, the imaging cylindrical lens 410 and the scanning cylindrical lens 325 in the present invention is a lens that helps to form a linear focus, in the present invention acts as a pair and the light reflected from the sample 600 is focused as in the actual image That is, it serves as an imaging lens to make an image.
슬릿형 마스크(420)는 사이드로브와 같은 잡음을 제거하기위한 필터와 같은 역할을 하며, 폭이 매우 좁은 슬릿을 가지고 있다. 결상원통렌즈(410)의 초점면에서 선 모양으로 집속된 빛만이 슬릿을 통과하여 추출되도록 배치한다. 슬릿형 마스크(420)의 중심은 결상원통렌즈(410)의 광축에 위치하고, 슬릿의 길이 방향은 X축과 평행하다. The slit mask 420 serves as a filter for removing noise such as side lobes, and has a very narrow slit. Only light focused in a line shape at the focal plane of the imaging cylindrical lens 410 is arranged to be extracted through the slit. The center of the slit mask 420 is located on the optical axis of the imaging cylindrical lens 410, and the longitudinal direction of the slit is parallel to the X axis.
선형주사 카메라(430)는 슬릿형 마스크(420)를 통과한 선 모양의 빛으로부터 샘플(600)의 정보에 대한 영상을 형성한다. 선형 주사 카메라(430)는 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾼다. 이 전기 신호, 즉 선형주사 카메라(430)의 출력신호는 프레임 그레버(450)에서 디지털화하여 선화소(line pixel) 정보로서 임시로 저장하며, 또는 저장된 정보를 영상 구성 및 분석부(800)로 보내어 화면에 디스플레이 한다. 선형주사 카메라(430)는 라인 레이트(line rate)가 67.1kHz의 선형 주사 카메라를 사용할 수 있다. 즉 이러한 선형 주사 카메라의 라인 레이트는 67.1kHz/line으로, 영상데이터 획득 속도는 초당 131프레임 이상의 상당히 빠른 속도를 가진다.The linear scan camera 430 forms an image of the information of the sample 600 from the linear light passing through the slit mask 420. The linear scanning camera 430 converts the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection plane into an electrical signal proportional thereto. The electrical signal, that is, the output signal of the linear scan camera 430 is digitized in the frame grabber 450 and temporarily stored as line pixel information, or the stored information is transferred to the image construction and analysis unit 800. Send it and display it on the screen. The linear scan camera 430 may use a linear scan camera having a line rate of 67.1 kHz. That is, the line rate of the linear scanning camera is 67.1 kHz / line, and the image data acquisition speed is considerably faster than 131 frames per second.
도 1의 공초점 레이저 선주사 현미경의 광 신호처리부를 광로를 따라 설명하면 다음과 같다.Referring to the optical signal processing unit of the confocal laser line scanning microscope of Figure 1 along the optical path as follows.
광원(100)에서 조사된 X축 방향과 평행인 편광 빔이, 제1확장렌즈를 통해 확대되고, 빔 공간필터(220)에서 공간여과되고, 제2확장렌즈(230)를 통해 일정한 크기의 빔으로 되어, Z축에 대해 평행하게 진행한다.The polarization beam parallel to the X-axis direction irradiated from the light source 100 is enlarged through the first extension lens, spatially filtered by the beam spatial filter 220, and has a constant size beam through the second extension lens 230. And parallel to the Z axis.
이 Z축방향과 평행하게 진행하는 빔은 편광 빔 분배기(310)에서 투과되고, 1/4 파장판(320)을 통해 우원편광된 빔을 생성하여, 주사원통렌즈(325)를 통해, 음향광학 편향기(330)로 전달하며, 음향광학 편향기(330)는 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 생성한다.The beam traveling in parallel with the Z-axis direction is transmitted by the polarization beam splitter 310 and generates a right circularly polarized beam through the quarter wave plate 320, and through the scanning cylindrical lens 325, an acoustic optical signal. Transmitted to the deflector 330, the acousto-optic deflector 330 generates a beam that is repeatedly deflected constantly on the XY plane.
음향 광학 편향기(330)로 부터의 XY면에 일정하게 반복 편향되는 빔을 주사렌즈(510) 및 전달렌즈(520)를 거쳐 대물렌즈(540)로 전달한다. 이를 대물렌즈(540)는 샘플(600)에 집속한다. 대물렌즈(540)를 통과하여 샘플에 집속되는 빔은 샘플(600)에 의하여 산란되어 일부분이 대물렌즈(540)의 개구 안으로 다시 입사된다. The beam is repeatedly repeatedly deflected from the acoustooptic deflector 330 to the objective lens 540 via the scanning lens 510 and the transmission lens 520. The objective lens 540 focuses on the sample 600. The beam that passes through the objective lens 540 and is focused on the sample is scattered by the sample 600 so that a part of the beam is incident back into the opening of the objective lens 540.
샘플(600)에 의하여 산란되어 일부분이 대물렌즈(540)의 개구 안으로 다시 입사된 빔은 XZ평면에서 광로를 따라 평행하게 진행하며, 이는 전달렌즈(520), 주사렌즈(510), 음향 광학 편향기(330)를 통해 주사원통렌즈(325)로 전달한다. 즉, 주사렌즈(510)와 음향광학 편향기(330)를 통해 주사원통렌즈(325)로 입사된 빔은 샘플에서 반사된 빔으로 XZ평면에 평행하며 좌원편광된 빔이다. A beam scattered by the sample 600 and partially incident back into the opening of the objective lens 540 travels parallel along the optical path in the XZ plane, which is the transmission lens 520, the scanning lens 510, and the acoustooptic lens. The fragrance 330 is transferred to the scanning cylindrical lens 325. That is, the beam incident to the scanning cylindrical lens 325 through the scanning lens 510 and the acoustic optical deflector 330 is a beam reflected from the sample and is a left circularly polarized beam parallel to the XZ plane.
주사원통렌즈(325)는 샘플(600)에 의하여 산란되어 일부분이 대물렌즈(540)의 개구 안으로 다시 입사된 빔 중에서, 주사원통렌즈(325)의 초점면에 집속된 빔으로부터 산란되어 온 빔만을 통과시키며, 이렇게 하여 주사원통렌즈(325)를 통과한 빔은 X1/4 파장판(320)으로 전달된다.The scanning cylindrical lens 325 is scattered by the sample 600, and only a beam scattered from the beam focused on the focal plane of the scanning cylindrical lens 325 among the beams partially partially incident into the opening of the objective lens 540. In this way, the beam passing through the scanning cylindrical lens 325 is transmitted to the X1 / 4 wave plate 320.
1/4 파장판(320)은 좌원편광된 빔의 편광을 Y축방향과 평행인 선형편광빔으로 바꾸며, 이는 편광 빔분배기(310)를 통해 반사하여 X축 방향과 평행인 편광 빔을 결상원통렌즈(410)로 전달한다.The quarter wave plate 320 converts the polarization of the left circularly polarized beam into a linearly polarized beam parallel to the Y-axis direction, which reflects through the polarization beam splitter 310 to form a polarizing beam parallel to the X-axis direction. Transfer to lens 410.
편광 빔 분배기(310)를 통해 생성된 X축 방향과 평행인 편광 빔으로부터, 결상원통렌즈(410)는 X축에 평행하며 선모양으로 집속된 빔을 생성하며, 슬릿형 마스크(420)를 통해 선형 주사 카메라(403)의 검광면에 최적의 크기로 선명하게 영상이 맺히도록 한다. 선형 주사 카메라(430)는 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾸며, 프레임 그레버(450)는 이를 디지털화하여 선화소(line pixel) 정보로서 임시로 저장하며, 저장된 정보를 영상 구성 및 분석부(800)로 보내어 화면에 디스플레이한다. From the polarizing beam parallel to the X-axis direction generated through the polarizing beam splitter 310, the imaging cylindrical lens 410 generates a beam that is parallel to the X-axis and focused linearly, and through the slit mask 420. The image is clearly formed at an optimal size on the detection surface of the linear scanning camera 403. The linear scanning camera 430 converts the intensity distribution of the 1-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto, and the frame grabber 450 digitizes it and temporarily stores it as line pixel information. The stored information is sent to the image composition and analysis unit 800 and displayed on the screen.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 영상 데이터 처리부를 설명하기위한 블럭도로, 영상 데이터 획득부(700), 영상 구성 및 분석부(800)으로 나눌 수 있다.2 is a block diagram illustrating an image data processing unit of a confocal laser line scanning microscope according to an embodiment of the present invention, and may be divided into an image data acquisition unit 700 and an image construction and analysis unit 800.
영상데이터 획득부(700)는 결상광학계부(400), 프레임그레버(450)로 이루어진다.The image data acquisition unit 700 includes an imaging optical unit 400 and a frame grabber 450.
결상광학계부(400)는 결상원통렌즈(410), 슬릿형 마스크(420), 선형주사 카메라(430)로 이루어지며, 샘플(600)로부터 산란되어 온 빔이 선 모양으로 결상원통렌즈(410)와 슬릿형마스크 (420)를 지나 선형 주사 카메라(430)로 진행하게 되며, 선형 주사 카메라(430)는 검광 면에 맺힌 1차원 선형 빔의 세기 분포를 그에 비례하는 전기 신호로 바꾼다. The imaging optical unit 400 includes an imaging cylindrical lens 410, a slit mask 420, and a linear scanning camera 430, and the beams scattered from the sample 600 are linear in the imaging cylindrical lens 410. After passing through the slit mask 420 and proceeds to the linear scanning camera 430, the linear scanning camera 430 changes the intensity distribution of the one-dimensional linear beam formed on the detection surface into an electrical signal proportional thereto.
프레임 그레버(450)는 결상광학계부(400)의 선형주사 카메라(430)의 출력신호인 전기 신호를 입력 받아, 디지털화하여 선화소(line pixel) 정보로서 임시로 저장하거나, 또는 저장된 정보를 영상 구성 및 분석부(800)에 제공한다. 프레임 그레버(450)는 화소크기가 512 X 512 화소인 2차원 영상들을 형성한다. 즉, 선형주사 카메라(430)는 샘플에 대한 광학 영상의 원시 데이터(raw data)를 프레임 그레버(410)로 보내며, 프레임 그레버(410)는 이 원시 데이터를 프레임으로 만들어 2차원 광학 영상 획득 기능을 가지게 한다. The frame grabber 450 receives an electrical signal that is an output signal of the linear scanning camera 430 of the imaging optical unit 400, digitizes it temporarily and temporarily stores it as line pixel information, or stores the stored information as an image. Provided to the configuration and analysis unit 800. The frame grabber 450 forms two-dimensional images having a pixel size of 512 × 512 pixels. That is, the linear scan camera 430 sends raw data of the optical image of the sample to the frame grabber 410, and the frame grabber 410 uses the raw data as a frame to acquire a two-dimensional optical image. Have a function
선형주사 카메라(430)의 라인 레이트가 67.1kHz/line이면, 영상데이터 획득 속도는 초당 131프레임 이상의 상당히 빠른 속도를 가지며, 영상 데이터 획득부(700)는 초당 약 60 프레임의 상당히 빠른 실시간 영상 획득을 할 수 있다.When the line rate of the linear scan camera 430 is 67.1 kHz / line, the image data acquisition speed is considerably faster than 131 frames per second, and the image data acquisition unit 700 performs a considerably fast real time image acquisition of about 60 frames per second. can do.
영상 구성 및 분석부(800)는 제어기(810), 프로세서(820), 화면기(830), 입/출력기(804)로 구성된다. The image composition and analyzer 800 includes a controller 810, a processor 820, a screen 830, and an input / output 804.
프로세서(820)는 프레임 그레버(410)로부터 입력되는 샘플에 대한 원시 데이터를 조합하여 샘플의 2차원 또는 3차원적 구조를 합성하거나 필요한 물리량을 분석한다. The processor 820 combines the raw data for the sample input from the frame grabber 410 to synthesize the two-dimensional or three-dimensional structure of the sample or analyze the required physical quantity.
제어기(810)는 샘플의 여러 위치로부터 오는 정보를 얻기 위하여, 프로세서(820)를 통하여 입력되는 정보에 따라, 음향광학 편향기(330)의 제어 신호와 선형주사 카메라(430)의 속도제어신호를 연산처리하여 함수발생기(340)로 출력한다. 특히 음향광학 편향기(330)의 구동신호와 선형주사 카메라(430)의 속도제어부(435)의 구동신호는 위상을 같게 동기화 시켜주어야 하는데, 이를 위해 제어기(810)는 소정의 연산처리를 하여 음향광학 편향기(330)의 제어 신호와 선형주사 카메라(430)의 속도제어신호를 함수발생기(340)로 출력한다.The controller 810 receives the control signal of the acoustooptic deflector 330 and the speed control signal of the linear scan camera 430 according to the information input through the processor 820 to obtain information from various positions of the sample. The operation is processed and output to the function generator 340. In particular, the drive signal of the acoustic optical deflector 330 and the drive signal of the speed controller 435 of the linear scan camera 430 should be synchronized in phase. For this purpose, the controller 810 performs a predetermined arithmetic operation to perform a sound. The control signal of the optical deflector 330 and the speed control signal of the linear scan camera 430 are output to the function generator 340.
화면기(830)는 프로세서(820)로부터의 출력신호를 받아서 화면으로 출력하는 기능을 갖는다. The screen 830 has a function of receiving an output signal from the processor 820 and outputting it to a screen.
입/출력기(840)는 외부의 사용자 또는 다른 장치들로부터 동작 명령을 입력받아서 프로세서(820)로 전달하며, 또한 프로세서(800)의 분석 결과 신호를 다른 장치로 전달한다. The input / output unit 840 receives an operation command from an external user or other devices and transmits the operation command to the processor 820, and also transmits the analysis result signal of the processor 800 to another device.
함수발생기(340)는 2채널로 이루어지는데, 그중 한채널은 음향광학 편향기(330)를 구동시키기 위한 채널이고, 다른 한채널은 선형주사 카메라(430)의 속도를 조절하기위한 채널이다. The function generator 340 is composed of two channels, one of which is a channel for driving the acoustooptic deflector 330, and the other is a channel for adjusting the speed of the linear scan camera 430.
함수발생기(340)는 음향광학 편향기(330)의 제어 신호를 제어기(810)를 통해 수신하고, 이 제어신호에 따라 음향광학 편향기(330)의 구동 신호를 발생하여 음향광학 편향기(330)로 출력한다. 본 고안에서 음향광학 편향기(330)의 구동신호로는 램프파를 사용하였으며 음향광학 편향기(330)는 상기 램프파의 진폭에 따라서 빔이 스캐닝이 된다.The function generator 340 receives a control signal of the acoustooptic deflector 330 through the controller 810, and generates a driving signal of the acoustooptic deflector 330 according to the control signal to generate an acoustooptic deflector 330. ) In the present invention, a ramp wave is used as a driving signal of the acoustooptic deflector 330, and the acoustooptic deflector 330 scans a beam according to the amplitude of the ramp wave.
함수발생기(340)는 선형주사 카메라(430)의 속도제어신호를 제어기(810)를 통해 입력하고, 이 제어신호에 따라 선형주사 카메라(430)의 속도제어부 구동신호가 발생하여, 선형주사 카메라(430)의 속도제어부로 출력된다. 본 고안에서 선형주사 카메라(430)의 속도제어부 구동신호로 TTL신호를 사용한다.The function generator 340 inputs the speed control signal of the linear scan camera 430 through the controller 810, and generates a driving signal of the speed controller of the linear scan camera 430 according to the control signal, thereby generating a linear scan camera ( 430 is output to the speed control unit. In the present invention, the TTL signal is used as a driving signal of the speed controller of the linear scan camera 430.
특히 음향광학 편향기(330)의 구동신호와 선형주사 카메라(430)의 속도제어부 구동신호는 위상을 같게 동기화시켜주어야 한다.In particular, the drive signal of the acoustic optical deflector 330 and the drive signal of the speed controller of the linear scan camera 430 should be synchronized in phase.
다음은 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경이 상당히 빠른 실시간 영상 획득을 하면서도 그 결과가 종래의 공초점 현미경과 다름없이 통상의 공초점 신호가 획득될 수 있음을 검증한다.The following demonstrates that the confocal laser line scanning microscope of the present invention achieves a fairly fast real-time image acquisition while the result can be obtained with a conventional confocal signal as well as a conventional confocal microscope.
도 3은 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경에서 반사경이 초점 면을 횡단해서 움직여졌을 때의 축방향 응답(axial response)의 일예이다. 도 3은 반사경(mirror)이 초점 면을 횡단해서 움직여졌을 때, 슬릿을 통과한 빛의 강도를 측정하여 축방향 응답을 구한 것이다. 도 3에서와 같이, 통상의 공초점 신호가 획득되었다. Z의 포지티브 값이 대물렌즈와 반사경 사이의 거리가 증가되었음을 나타냈다. 반치폭(full-width at half-maximum)(FWHM)이 3.5㎛이다.3 is an example of an axial response when the reflector is moved across the focal plane in the confocal laser line scanning microscope of the present invention. Figure 3 shows the axial response by measuring the intensity of light passing through the slit when the mirror is moved across the focal plane. As in FIG. 3, a conventional confocal signal was obtained. A positive value of Z indicated that the distance between the objective lens and the reflector was increased. Full-width at half-maximum (FWHM) is 3.5 μm.
도 4a는 상용 광학 현미경의 2차원 CCD 카메라에 의해 얻어진 에어포스 타겟(air-force target)의 영상이고, 도 4b는 본 고안에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 2차원 CCD 카메라에 의해 얻어진 에어포스 타겟의 영상이다.4A is an image of an air-force target obtained by a two-dimensional CCD camera of a commercial optical microscope, and FIG. 4B is an air force target obtained by a two-dimensional CCD camera of a confocal laser line scanning microscope according to the present invention. Is a video of.
도 4a 및 도 4b의 에어포스 타겟은 에드먼드 옵틱스(Edmund optics)사의 에어포스 타겟(Edmund optics, 36408)이다. 도 4a 및 도 4b에서 상용 광학 현미경 및 본 고안에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경은 동일한 대물렌즈를 사용하였다. 도 4a 및 도 4b의 공초점 이미지 둘다는 디지탈적으로 처리되지 않았다. 본 고안에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 시야(도 4b)가, 음향광학 편향기(330)의 작은 회절 각에 기인하여, 광학 현미경의 시야(도 4a)보다 작다. 도 4a 및 도 4b의 각 이미지의 시야와 화소크기를 고려하면, 공초점 이미지의 분해능이 광학 줌(optical zoom)과 같이 증가되었다. 도 4b에서 X축의 분해능은 Y축의 분해능보다 더 좋다. Y축의 분해능은, 그 샘플에 초점되어진 방향이 Y축과 평행하기 때문에, 광학현미경의 분해능과 거의 같다. The air force targets of FIGS. 4A and 4B are Edmund optics 36408 from Edmund optics. 4A and 4B, the commercial optical microscope and the confocal laser line scanning microscope according to the present invention used the same objective lens. Both confocal images of FIGS. 4A and 4B were not digitally processed. The field of view of the confocal laser line scanning microscope according to the present invention (FIG. 4B) is smaller than the field of view of the optical microscope (FIG. 4A) due to the small diffraction angle of the acoustooptic deflector 330. FIG. Considering the field of view and pixel size of each of the images of FIGS. 4A and 4B, the resolution of the confocal image has been increased like optical zoom. In FIG. 4B, the resolution of the X axis is better than the resolution of the Y axis. The resolution of the Y axis is almost the same as that of the optical microscope because the direction focused on the sample is parallel to the Y axis.
본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 깊이 식별력(depth discrimination)을 확인하기위해서, 공초점 레이저 선주사 현미경의 이미지를 광학 현미경의 이미지와 비교하였다. In order to confirm the depth discrimination of the confocal laser line scanning microscope of the present invention, the image of the confocal laser line scanning microscope was compared with that of the optical microscope.
도 5는 상용 광학 현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 마이크로미터 크기의 구조물의 영상의 일예이고, 도 6은 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 마이크로미터 크기의 구조물의 영상의 일예이다.5 is an example of an image of a micrometer-sized structure when the stage of a commercial optical microscope is moved across the focal plane, and FIG. 6 is a stage of the confocal laser line scanning microscope of the present invention that is moved across the focal plane. An example of an image of a micrometer-sized structure.
도 5 및 도 6은 광학 리소그래피(lithography)에 의해 만들어진 마이크로미터(micrometer) 크기의 구조물의 영상이다. 도 5의 (a) 및 (b)에서와 같이, 광학현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 그 이미지는 희미해졌다. 5 and 6 are images of micrometer sized structures made by optical lithography. As in FIGS. 5A and 5B, when the stage of the optical microscope is moved across the focal plane, the image is blurred.
그러나 도 6의 (a)에서 (d)와 같이, 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 서로다른 공초점 이미지들이 도 6의 (a) 내지 (d)와 같이 얻어졌다.However, as shown in (a) to (d) of FIG. 6, when the stage of the confocal laser line scanning microscope of the present invention is moved across the focal plane, different confocal images are compared with those of FIGS. 6 (a) to (d). Obtained together.
따라서 본 고안의 공초점 선형 주사 현미경은 영상 획득 속도가 빠르며, 분해능이 뛰어남을 알 수 있다.Therefore, the confocal linear scanning microscope of the present invention can be seen that the image acquisition speed is fast, and the resolution is excellent.
본 고안은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다음에 기재되는 청구범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능한 것임은 물론이다.The present invention is not limited to what has been described above and illustrated in the drawings, and of course, more modifications and variations are possible to those skilled in the art within the scope of the following claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 음향광학편향기와 선주사 카메라를 이용한 고속 공초점 레이저 선주사 현미경을 제공하며, 또한 본 고안의 공초점 레이저 주사 현미경은 보다 빠른 실시간 영상 획득 속도를 가지는 영상 형성 장치 및 방법을 제공한다.As described above, the present invention provides a high speed confocal laser line scanning microscope using an acoustic optical deflector and a line scanning camera, and the confocal laser scanning microscope of the present invention has a faster real time image acquisition apparatus and method. To provide.
본 고안에서 새로운 고속 공초점 선형 주사 현미경을 제안했다. 본 고안의 새로운 고속 공초점 선형 주사 현미경은 음향광학 편향기(330)와 선형 주사 카메라(430)가 사용되어짐으로써, 공초점 이미지가 움직이는 부분없이 초당 60프레임 획득되어질 수 있다. 본 고안의 공초점 선형 주사 현미경은 이렇게 영상 획득 속도가 빠를 뿐만아니라, 분해능이 뛰어난다.In this design, a new high speed confocal linear scanning microscope is proposed. In the novel high speed confocal linear scanning microscope of the present invention, the acousto-optic deflector 330 and the linear scanning camera 430 are used, and thus 60 frames per second can be obtained without moving the confocal image. The confocal linear scanning microscope of the present invention is not only fast in image acquisition, but also excellent in resolution.
본 고안의 고속 공초점 선형 주사 현미경은 임상적 응용과 생물학적 응용에서 매우 빠른 반응이나 현상을 분석하는데 아주 유용할 것이다.The high speed confocal linear scanning microscope of the present invention will be very useful for analyzing very fast reactions or phenomena in clinical and biological applications.
도 1는 본 고안의 일 실시예에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 광 신호처리부를 설명하기위한 개략도이다.1 is a schematic diagram illustrating an optical signal processing unit of a confocal laser line scanning microscope according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 영상 데이터 처리부를 설명하기위한 블럭도이다.2 is a block diagram illustrating an image data processing unit of a confocal laser line scanning microscope according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경에서 반사경이 초점 면을 횡단해서 움직이 졌을때의 축방향 응답의 일예이다. Figure 3 is an example of the axial response when the reflector is moved across the focal plane in the confocal laser line scanning microscope of the present invention.
도 4a는 상용 광학 현미경의 2차원 CCD 카메라에 의해 얻어진 에어포스 타겟의 영상이다.4A is an image of an air force target obtained by a two-dimensional CCD camera of a commercially available optical microscope.
도 4b는 본 고안에 의한 공초점 레이저 선주사 현미경의 2차원 CCD 카메라에 의해 얻어진 에어포스 타겟의 영상이다.4B is an image of an air force target obtained by a two-dimensional CCD camera of a confocal laser line scanning microscope according to the present invention.
도 5는 상용 광학 현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 마이크로미터 크기의 구조물의 영상의 일예이다.5 is an example of an image of a micrometer-sized structure when the stage of a commercial optical microscope is moved across the focal plane.
도 6은 본 고안의 공초점 레이저 선주사 현미경의 스테이지가 초점 면을 횡단해서 움직여 질때, 마이크로미터 크기의 구조물의 영상의 일예이다.6 is an example of an image of a micrometer-sized structure when the stage of the confocal laser line scanning microscope of the present invention is moved across the focal plane.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20-2005-0001326U KR200385702Y1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20-2005-0001326U KR200385702Y1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040082908A Division KR100612219B1 (en) | 2004-10-16 | 2004-10-16 | Confocal LASER?Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR200385702Y1 true KR200385702Y1 (en) | 2005-06-02 |
Family
ID=43687149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20-2005-0001326U KR200385702Y1 (en) | 2005-01-17 | 2005-01-17 | Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR200385702Y1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109682819A (en) * | 2019-03-06 | 2019-04-26 | 锘海生物科学仪器(上海)股份有限公司 | A kind of novel tiling mating plate selectivity flat illumination microscope |
-
2005
- 2005-01-17 KR KR20-2005-0001326U patent/KR200385702Y1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109682819A (en) * | 2019-03-06 | 2019-04-26 | 锘海生物科学仪器(上海)股份有限公司 | A kind of novel tiling mating plate selectivity flat illumination microscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107941763B (en) | Coaxial three-dimensional stimulated radiation loss super-resolution microscopic imaging method and device | |
| US8773760B2 (en) | Multi-point scan architecture | |
| US6088097A (en) | Point-scanning luminescent microscope | |
| CN108680544B (en) | Structured illumination light slice fluorescence microscopic imaging method and device | |
| KR100721414B1 (en) | Confocal microscope, fluorescence measuring method and polarized light measuring method using confocal microscope | |
| JPS63306413A (en) | Scanning type optical microscope | |
| US20050211872A1 (en) | Optical-scanning examination apparatus | |
| US20130120563A1 (en) | Image generation device | |
| CN102455501A (en) | SPIM Microscope with a sequential light sheet | |
| JP2002323660A (en) | Method and apparatus for gaining optical understanding through deep part optical analysis of sample | |
| JP2009103958A (en) | Scanning laser microscope | |
| AU2010200554A1 (en) | Microscope with a viewing direction perpendicular to the illumination direction | |
| JPH10206742A (en) | Laser scanning microscope | |
| JP5589374B2 (en) | Microscope equipment | |
| US7642536B2 (en) | Real-time high-magnification stereoscopic microscope | |
| KR100612219B1 (en) | Confocal LASER?Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera | |
| CN109870441B (en) | Frequency shift-based three-dimensional super-resolution optical section fluorescence microscopic imaging method and device | |
| CN108982455A (en) | A kind of multifocal light slice fluorescent microscopic imaging method and device | |
| CN110168423A (en) | Lighting device and method and microscope for being illuminated in microscope | |
| KR200385702Y1 (en) | Confocal LASER Line Scanning Microscope with Acousto-optic Deflector and Line scan camera | |
| RU2579640C1 (en) | Confocal image spectrum analyser | |
| WO2017213171A1 (en) | Optical information detection apparatus and microscope system | |
| CN110261320B (en) | Method and device for fluorescence staggered differential microscopic imaging | |
| TWI714378B (en) | A large-angle optical raster scanning system for high speed deep tissue imaging | |
| CN110824684B (en) | High-speed three-dimensional multi-modal imaging system and method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| U107 | Dual application of utility model | ||
| REGI | Registration of establishment | ||
| T201 | Request for technology evaluation of utility model | ||
| T701 | Written decision to grant on technology evaluation | ||
| G701 | Publication of correction | ||
| EXTG | Extinguishment |