RU2712789C1 - Fiber-glass confocal scanning microscope - Google Patents

Fiber-glass confocal scanning microscope Download PDF

Info

Publication number
RU2712789C1
RU2712789C1 RU2019106393A RU2019106393A RU2712789C1 RU 2712789 C1 RU2712789 C1 RU 2712789C1 RU 2019106393 A RU2019106393 A RU 2019106393A RU 2019106393 A RU2019106393 A RU 2019106393A RU 2712789 C1 RU2712789 C1 RU 2712789C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
waveguide
radiation
lens
optical
aperture
Prior art date
Application number
RU2019106393A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Алексеевич Шульгин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ")
Priority to RU2019106393A priority Critical patent/RU2712789C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2712789C1 publication Critical patent/RU2712789C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to devices for recording radiation excited in local areas of the medium when focusing laser radiation. Fiber-optic confocal scanning microscope has a laser radiation source, a Y-circulator, a lens, a confocal diaphragm, a photodetector and spatial scanning devices of the analyzed region of the object. First unidirectional input of the optical waveguide of the Y-circulator is connected to the object illumination source. Optical beam of the output end of the first waveguide is directed to the end of the second waveguide at a certain angle in the axis of the second waveguide within the limits of the aperture angle of the optical fiber. Output end of the optical bidirectional second waveguide is an aperture which forms a light beam of illumination of the object through the lens and simultaneously is a confocal diaphragm filtering the radiation of the object medium response. Radiation of the medium response passes back through the lens and the second waveguide to the end of the third unidirectional waveguide. Third waveguide is located along the axis of the second waveguide. Output of the third waveguide is the output of the Y-circulator, connected to the input of the fiber-optic spectrometer. Radiating end of the second waveguide is connected to the mechanical system of displacement of this butt-end for scanning of the radiator scaled by the lens of the image of the aperture in the conjugated plane combined with the object.
EFFECT: technical result consists in expansion of functional capabilities of device and simplification of microscope design.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам регистрации излучения, возбуждаемого в локальных областях среды при фокусировке лазерного освещения, и последующего синтеза двухмерного и трехмерного изображений по результатам пространственного сканирования объекта световым пучком. Устройство может быть использовано для спектрального исследования различных биологических сред, включая флуоресцентную диагностику для решения прикладных задач медицины. Конфокальная микроскопия имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционной оптической микроскопией, включая регулируемую глубину поля, исключение ухудшающей изображение внефокусной информации, возможность последовательного анализа оптических срезов толстых образцов.The invention relates to devices for detecting radiation excited in local areas of the medium when focusing laser lighting, and the subsequent synthesis of two-dimensional and three-dimensional images based on the results of spatial scanning of an object with a light beam. The device can be used for spectral studies of various biological environments, including fluorescence diagnostics for solving applied problems of medicine. Confocal microscopy has several advantages compared to traditional optical microscopy, including adjustable depth of field, eliminating out-of-focus information that degrades the image, and the possibility of sequential analysis of optical sections of thick samples.

Известен «Аппарат для микроскопии», являющийся первым описанием конфокального микроскопа (MARVIN MlNSKY АМ/111 7- ATTORNEYS United States Patent office Patented Dec. 19, 1961 3,013,467 MICROSCOPY APPARATUS Marvin Minsky, 44 Bowdoin St., Cambridge, Mass. Filed Nov. 7, 1957, Ser. No. 695,107 4 Claims. C1. 88-14). Устройство, согласно изобретению (Патент М. Минский), содержит источник излучения 10, 12 с точечной коллимирующей диафрагмой 16, объектив 11, конфокальную диафрагму 26, фотоприемник 28, светоделительную пластину 17, причем отражающая поверхность пластины 17 обращена к объективу 11 и фотоприемнику 28 с конфокальной диафрагмой 26, а прозрачная поверхность пластины 17 обращена к источнику освещения 10, 12 с точечной коллимирующей диафрагмой 16, устройство пространственного сканирования объекта (Патент М. Минский). Из описания патента следует, что излучение источника проходит сквозь делительную пластину к объекту, а возвращается по другому пути: отражается от делительной пластины и направляется через конфокальную диафрагму на фотоприемник. В данном случае делительная пластина выполняет функцию невзаимного устройства - трех портового циркулятора (Y-циркулятора). Данное техническое решение позволяет исключить внефокусные лучи, задерживаемые конфокальной диафрагмой и, на основе данных о смещении образца устройством пространственного сканирования, построить двухмерное или трехмерное изображение с высокой контрастностью. Механическая система сканирования объекта исследований построена с использованием резонатора на изгибных колебаниях, возбуждаемых электромагнитными устройствами, синхронизированными с разверткой электронного луча осциллографа.The well-known "Microscope Apparatus", which is the first description of a confocal microscope (MARVIN MlNSKY AM / 111 7- ATTORNEYS United States Patent office Patented Dec. 19, 1961 3,013,467 MICROSCOPY APPARATUS Marvin Minsky, 44 Bowdoin St., Cambridge, Mass. Filed Nov. 7 1957, Ser. No. 695,107 4 Claims. C1. 88-14). The device according to the invention (M. Minsky Patent) contains a radiation source 10, 12 with a point collimating diaphragm 16, a lens 11, a confocal aperture 26, a photodetector 28, a beam splitter plate 17, the reflecting surface of the plate 17 facing the lens 11 and the photodetector 28 s confocal diaphragm 26, and the transparent surface of the plate 17 faces the light source 10, 12 with a point collimating diaphragm 16, a device for spatial scanning of an object (Patent M. Minsky). From the description of the patent it follows that the radiation of the source passes through the dividing plate to the object, and returns in a different way: it is reflected from the dividing plate and sent through the confocal diaphragm to the photodetector. In this case, the dividing plate performs the function of a non-reciprocal device - three port circulator (Y-circulator). This technical solution eliminates out-of-focus rays delayed by the confocal aperture and, based on the data on the displacement of the sample by the spatial scanning device, constructs a two-dimensional or three-dimensional image with high contrast. The mechanical system for scanning the object of research is constructed using a resonator based on bending vibrations excited by electromagnetic devices synchronized with the scanning electron beam of the oscilloscope.

Основной недостаток устройства - система фокусировки светового пучка точечного источника 16 на объекте и система управления положением конфокальной диафрагмы 26, должны с высокой точностью обеспечить совмещение изображения освещенной локальной области объекта с точечной конфокальной диафрагмой, размещаемой в сопряженной плоскости объектива. При высоком разрешении микроскопа, вследствие «двойной фокусировки», предъявляются высокие требования к оптомеханике устройства. Кроме того, формирование точечного источника света из протяженного источника с помощью диафрагмы 16 не позволяет получить достаточно высокую плотность мощности сканирующего пучка осветителя на объекте. Представленная механическая система сканера с резонатором, на котором закреплен объект исследований, не может обеспечить независимого смещения по осям координат и имеет ограниченные возможности по исследованию различных сред, подвергающихся вибрационному воздействию.The main disadvantage of this device is the system of focusing the light beam of a point source 16 on the object and the position control system of the confocal diaphragm 26, should ensure that the image of the illuminated local area of the object is aligned with the point confocal diaphragm located in the conjugate plane of the lens. With a high resolution of the microscope, due to the "double focusing", high demands are placed on the optomechanics of the device. In addition, the formation of a point light source from an extended source using the diaphragm 16 does not allow to obtain a sufficiently high power density of the scanning beam of the illuminator at the object. The presented mechanical scanner system with a resonator, on which the object of research is fixed, cannot provide independent displacement along the coordinate axes and has limited possibilities for studying various media exposed to vibration.

Наиболее близким по совокупности признаков является прибор фирмы Dilor (Франция), ориентированный на проведение измерений с высоким спектральным разрешением, в котором флуоресцентные изображения объектов реконструируются только на основе записанных спектров (А.В. Феофанов «Спектральная лазерная сканирующая конфокальная микроскопия в биологических исследованиях». Успехи биологической химии - т. 47, 2007, с. 371-410, рис. 3 на с. 381). Прибор содержит лазерный источник излучения, возбуждающего флуоресценцию, устройство невзаимной коммутации направляемого на объект излучения и излучения отклика среды в виде светоделительной пластины, объектив, конфокальную диафрагму, фотоприемник с функцией разложения флуоресцентного излучения в спектр и его регистрации, устройство пространственного сканирования оптическим пучком анализируемой области объекта за счет перемещения объектива и синхронного сканирования подвижными зеркалами.The closest in combination of features is the Dilor company (France), which is focused on carrying out measurements with high spectral resolution, in which the fluorescence images of objects are reconstructed only on the basis of the recorded spectra (A.V. Feofanov, “Spectral Laser Scanning Confocal Microscopy in Biological Research”. Advances in Biological Chemistry - vol. 47, 2007, p. 371-410, fig. 3 on p. 381). The device contains a laser source of radiation that excites fluorescence, a device for non-reciprocal switching of the radiation directed to the object and the radiation response of the medium in the form of a beam splitter, a lens, a confocal aperture, a photodetector with the function of decomposing the fluorescence radiation into the spectrum and recording it, a device for spatial scanning with an optical beam of the analyzed region of the object due to the movement of the lens and synchronous scanning with moving mirrors.

Недостатком данного устройства является наличие светоделительной пластины и, соответственно, необходимость в высокоточной системе синхронной фокусировки - фокусировки излучения на объекте и совмещения изображения фокального пятна в сопряженной плоскости объектива с точечной конфокальной диафрагмой. При этом, для возбуждения флуоресценции используется только одна длина волны лазера, а ее смена требует перенастройки прибора. Система сканирования, построенная на синхронном движении зеркал, отличается сложностью механических узлов и имеет ограничения по динамическим характеристикам сканера.The disadvantage of this device is the presence of a beam splitter plate and, accordingly, the need for a high-precision synchronous focusing system - focusing radiation on the object and combining the image of the focal spot in the conjugate plane of the lens with a point confocal aperture. In this case, only one laser wavelength is used to excite fluorescence, and its change requires reconfiguration of the device. The scanning system, built on the synchronous movement of mirrors, is characterized by the complexity of mechanical components and has limitations on the dynamic characteristics of the scanner.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства и упрощение конструкции микроскопа за счет применения оптоволоконного Y-циркулятора в качестве устройства невзаимной коммутации, направляемого на объект излучения и излучения отклика среды (Оптоволоконный коммутатор лазерного спектроанализатора. Патент RU 2632993 от 04.04.2016. Опубликовано: 11.10.2017, Бюл. №29).The technical result of the invention is to expand the functionality of the device and simplify the design of the microscope through the use of fiber optic Y-circulator as a non-reciprocal switching device directed to the object of radiation and radiation response medium (Fiber optic laser spectrum analyzer. Patent RU 2632993 from 04.04.2016. Published: 11.10 .2017, Bull. No. 29).

Преимущество данной системы состоит в том, что она не содержит селективных делительных зеркал, элементов оптомеханики для выполнения оптической юстировки совмещения изображения фокального пятна сканирующего светового пучка с конфокальной диафрагмой в сопряженной плоскости объектива. Предложенный принцип коммутации оптических пучков решает задачу их разделения независимо от спектрального и модового состава излучения, а также поляризации. В рассматриваемом Y-циркуляторе невзаимность обусловлена топологией пространственной коммутации оптических пучков.The advantage of this system is that it does not contain selective fission mirrors, optomechanical elements to perform optical alignment of combining the image of the focal spot of the scanning light beam with the confocal diaphragm in the conjugate plane of the lens. The proposed principle of switching optical beams solves the problem of their separation regardless of the spectral and mode composition of the radiation, as well as polarization. In the considered Y-circulator, nonreciprocity is due to the topology of spatial switching of optical beams.

Пучок излучения выходного торца первого (однонаправленного) оптического волновода, сопряженного с лазерным источником, возбуждающим флуоресценцию, направляется в торец второго волновода под некоторым углом, задаваемым направляющей системой подложек с канавками в пределах апертурного угла оптического волокна. Излучение выходного торца второго волновода объективом фокусируется на поверхности или в объеме объекта. Отраженное и флуорецентное излучения освещенной локальной области объекта в пределах пространственного угла числовой апертуры собираются объективом и вводятся обратно в выходной торец второго (двухнаправленного) волновода. Пучок излучения объекта из второго волновода направляется в торец третьего (однонаправленного) волновода, расположенного по оси второго волновода. Выход третьего волновода является выходом Y-циркулятора и соединен с входом оптоволоконного спектрометра. Для регистрации спектра флуоресценции в оптический волновод лазерного источника и оптический волновод входа спектрометра дополнительно включены пропускающий и заграждающий фильтры лазерного излучения. Таким образом, выходная апертура второго волновода является как выходной апертурой лазерного источника, так и входной апертурой фотоприемника (конфокальной диафрагмой), блокирующей внефокусные лучи излучения объекта. Исключается высокоточная механика, обеспечивающая совмещение изображения точечного источника флуоресцентного излучения, возбужденного сфокусированным лазерным пучком, с точечной конфокальной диафрагмой, так как конфокальная диафрагма и точечный источник лазерного излучения совмещены в одной апертуре. Остается только одна независимая степень свободы - фокусировка возбуждающего флуоресценцию лазерного излучения в пространственных координатах объекта. Следствием этого является новая возможность построения устройства сканирования микроскопа, когда пространственное сканирование масштабированного объективом изображения апертуры торца второго волновода в сопряженной плоскости, совмещенной с объектом, осуществляется механическим сканированием торца второго волновода (конфокальной диафрагмы) в соответствующем масштабе смещений. Данное решение расширяет возможности построения сканеров наряду с известными техническими решениями - сканированием флуоресцентных сигналов с трехмерным субмикронным разрешением подвижными зеркалами, смещением объекта и смещением объектива. Устройство дополнительно содержит пропускающий и заграждающий оптические фильтры на выходе лазерного источника и входе оптоволоконного спектрометра в соответствии с известным техническим решением, обеспечивающим выделения флуоресцентного излучения на фоне возбуждающего лазерного излучения.The radiation beam of the output end of the first (unidirectional) optical waveguide coupled to a laser source that excites fluorescence is directed to the end of the second waveguide at a certain angle defined by the guiding system of substrates with grooves within the aperture angle of the optical fiber. The radiation from the output end of the second waveguide is focused by the lens on the surface or in the volume of the object. The reflected and fluorescence radiation of the illuminated local area of the object within the spatial angle of the numerical aperture is collected by the lens and introduced back into the output end of the second (bi-directional) waveguide. The radiation beam of the object from the second waveguide is directed to the end of the third (unidirectional) waveguide located along the axis of the second waveguide. The output of the third waveguide is the output of the Y-circulator and is connected to the input of a fiber optic spectrometer. To register the fluorescence spectrum in the optical waveguide of the laser source and the optical waveguide of the input of the spectrometer, transmission and blocking filters of laser radiation are additionally included. Thus, the output aperture of the second waveguide is both the output aperture of the laser source and the input aperture of the photodetector (confocal diaphragm), which blocks out-of-focus radiation rays of the object. High precision mechanics is excluded, which ensures that the image of a point source of fluorescent radiation excited by a focused laser beam is combined with a point confocal diaphragm, since the confocal diaphragm and the point source of laser radiation are combined in one aperture. There remains only one independent degree of freedom - focusing of the laser radiation exciting the fluorescence in the spatial coordinates of the object. The consequence of this is a new possibility of constructing a microscope scanning device, when spatial scanning of the image of the aperture of the end face of the second waveguide in a conjugate plane aligned with the object is carried out by mechanical scanning of the end face of the second waveguide (confocal diaphragm) in the corresponding displacement scale. This solution expands the possibilities of constructing scanners along with well-known technical solutions - scanning fluorescent signals with three-dimensional submicron resolution by moving mirrors, object displacement and lens displacement. The device further comprises transmitting and trapping optical filters at the output of the laser source and the input of the fiber optic spectrometer in accordance with the known technical solution, which provides the allocation of fluorescent radiation against the background of the exciting laser radiation.

Данный технический результат достигается тем, что в оптоволоконном конфокальном микроскопе, содержащем лазерный источник излучения, устройство невзаимной коммутации, направляемого на объект излучения и излучения отклика среды, объектив, конфокальную диафрагму, фотоприемник, устройство пространственного сканирования анализируемой области объекта согласно изобретению, в качестве устройства невзаимной коммутации используется оптоволоконный Y-циркулятор, формирующий пространственное разделение коммутируемых оптических пучков, первый однонаправленный вход оптического волновода которого соединен с источником освещения объекта, а оптический пучок выходного торца этого волновода направляется в торец второго волновода под некоторым углом к оси второго волновода, задаваемым направляющей системой подложек с канавками в пределах апертурного угла оптического волокна, выходной торец оптического двунаправленного второго волновода является апертурой, формирующей световой пучок освещения объекта через объектив и, одновременно апертурой, являющейся конфокальной диафрагмой, фильтрующей излучение отклика среды объекта, проходящего обратно через этот же объектив и второй волновод в торец третьего однонаправленного волновода, расположенного по оси второго волновода, выход которого является выходом Y-циркулятора, соединенным с входом оптоволоконного спектрометра, а излучающий торец второго волновода соединен с механической системой смещения этого торца для сканирования масштабированного объективом изображения апертуры излучателя в сопряженной плоскости, совмещенной с объектом.This technical result is achieved by the fact that in a fiber optic confocal microscope containing a laser radiation source, a non-reciprocal switching device directed to the radiation object and the radiation response medium, a lens, a confocal aperture, a photodetector, a spatial scanning device of the analyzed region of the object according to the invention, as a non-reciprocal device a fiber optic Y-circulator is used, which forms the spatial separation of the switched optical beams, first whose unidirectional input of the optical waveguide is connected to the object light source, and the optical beam of the output end of this waveguide is directed to the end of the second waveguide at an angle to the axis of the second waveguide, defined by the guiding system of substrates with grooves within the aperture angle of the optical fiber, the output end of the optical bidirectional second the waveguide is an aperture that forms a light beam of illumination of the object through the lens and, at the same time, an aperture, which is a confocal diaphragm a mission filtering the radiation response of the medium of the object passing back through the same lens and the second waveguide to the end of the third unidirectional waveguide located along the axis of the second waveguide, the output of which is the output of the Y-circulator connected to the input of the fiber-optic spectrometer, and the radiating end of the second waveguide is connected to a mechanical displacement system of this end for scanning the image of the aperture of the emitter scaled by the lens in the conjugate plane aligned with the object.

Сущность изобретения поясняется схемой, приведенной на Фиг. 1, на которой показан оптоволоконный конфокальный сканирующий микроскоп. Оптоволоконный Y-циркулятор (См. Фиг. 1), формирующий пространственное разделение коммутируемых оптических пучков включает оптические волокна 1, 2, и 3, размещенные на подложке 4. Конфокальная диафрагма и одновременно апертура лазерного излучателя 5 соответствуют выходному торцу оптического волновода 2. Лазерный источник 6, сопряженный с волокном 7 через оптический разъем 8 соединен с входом коллиматора 9, обеспечивающего функционирование пропускающего фильтра 10. Оптический выход коллиматора 9 соединен с волокном 1 Y-циркулятора. Объектив 11 формирует сканирующий лазерный пучок 12 на объекте 13. Выход волокна 3 соединен с входом коллиматора 14, содержащего заграждающий фильтр 15. Выход коллиматора 14 через оптический разъем 16 подключен к входу оптоволоконного спектрометра 17. Излучающий торец волокна 2 соединен с механической системой смещения этого торца 18.The invention is illustrated by the circuit shown in FIG. 1, which shows a fiber optic confocal scanning microscope. Fiber optic Y-circulator (See Fig. 1), which forms a spatial separation of switched optical beams, includes optical fibers 1, 2, and 3 located on the substrate 4. The confocal aperture and simultaneously the aperture of the laser emitter 5 correspond to the output end of the optical waveguide 2. Laser source 6, coupled to the fiber 7 through the optical connector 8 is connected to the input of the collimator 9, which ensures the operation of the transmission filter 10. The optical output of the collimator 9 is connected to the fiber 1 of the Y-circulator. The lens 11 forms a scanning laser beam 12 at the object 13. The output of the fiber 3 is connected to the input of the collimator 14 containing the trap filter 15. The output of the collimator 14 through the optical connector 16 is connected to the input of the fiber-optic spectrometer 17. The emitting end of the fiber 2 is connected to a mechanical bias system of this end 18.

Работа оптоволоконного конфокального сканирующего микроскопа (см. Фиг. 1) осуществляется следующим образом. Лазерный источник 6, через оптический волновод 7, оптический разъем 8 передает излучение на вход коллиматора 9, формирующего коллимированный пучок излучения с апертурой, необходимой для функционирования фильтра 10, пропускающего основную линию излучения лазера 6 и подавляющего остальное излучение. Выходное излучение коллиматора 9 поступает на вход волокна 1 Y-циркулятора. Выходной оптический пучок волокна 1 направляется на входной торец волокна 2 под заданным углом к оси волокна 2. Излучающий торец 5 волокна 2 расположен в фокальной плоскости объектива 11, формирующего сканирующий пучок 12, сфокусированный в сопряженной плоскости объектива 11 на исследуемым объекте 13. В локальном объеме сфокусированного лазерного излучения среда объекта 13 создает излучение флуоресценции. Это излучение в границах пространственного угла 12 вместе с отраженным лазерным излучением объективом 11 фокусируется на торце 5 волокна 2, апертура которого выполняет функцию конфокальной диафрагмы, так как иные лучи, кроме излучения из области фокусировки, не могут быть введены в волокно 2. Флуоресцентное излучение из волокна 2 в соответствие с направлением оптического пучка вводится в волокно 3, затем поступает в коллиматор 14, проходит через заграждающий фильтр 15, подавляющий лазерное излучение и пропускающий излучение флуоресценции. Выход коллиматора 14 через оптический разъем 16 соединен с входом оптоволоконного спектрометра 17, регистрирующего спектр флуоресценции сканируемой области объекта 13. Излучающий торец волокна 2 соединен с механической системой смещения этого торца 18. Смещение конфокальной диафрагмы 5, апертура которой также является излучателем, приводит к смещению фокального пятна в сопряженной плоскости объектива 11, расположенной на объекте 13.The operation of the optical fiber confocal scanning microscope (see Fig. 1) is as follows. The laser source 6, through the optical waveguide 7, the optical connector 8 transmits the radiation to the input of the collimator 9, forming a collimated radiation beam with an aperture necessary for the functioning of the filter 10, which transmits the main radiation line of the laser 6 and suppresses the rest of the radiation. The output radiation of the collimator 9 is fed to the input of the fiber 1 of the Y-circulator. The output optical beam of fiber 1 is directed to the input end of fiber 2 at a predetermined angle to the axis of fiber 2. The emitting end 5 of fiber 2 is located in the focal plane of the lens 11, which forms the scanning beam 12, focused in the conjugate plane of the lens 11 on the studied object 13. In the local volume focused laser radiation, the medium of the object 13 creates a fluorescence radiation. This radiation within the boundaries of the spatial angle 12 together with the reflected laser radiation by the lens 11 is focused on the end face 5 of the fiber 2, the aperture of which serves as a confocal diaphragm, since other rays, except the radiation from the focusing area, cannot be introduced into the fiber 2. The fluorescent radiation from fiber 2 in accordance with the direction of the optical beam is introduced into the fiber 3, then enters the collimator 14, passes through a blocking filter 15, which suppresses laser radiation and transmits fluorescence radiation. The output of the collimator 14 through the optical connector 16 is connected to the input of the fiber optic spectrometer 17, which registers the fluorescence spectrum of the scanned area of the object 13. The emitting end of the fiber 2 is connected to the mechanical system of the bias of this end 18. The offset of the confocal diaphragm 5, the aperture of which is also the emitter, leads to a shift of the focal spots in the conjugate plane of the lens 11 located on the object 13.

Claims (1)

Оптоволоконный конфокальный сканирующий микроскоп, содержащий лазерный источник излучения, устройство невзаимной коммутации направляемого на объект излучения и излучения отклика среды, объектив, конфокальную диафрагму, фотоприемник, устройство пространственного сканирования анализируемой области объекта, отличающийся тем, что в качестве устройства невзаимной коммутации используется оптоволоконный Y-циркулятор, формирующий пространственное разделение коммутируемых оптических пучков, первый однонаправленный вход оптического волновода которого соединен с источником освещения объекта, а оптический пучок выходного торца этого волновода направляется в торец второго волновода под некоторым углом к оси второго волновода, задаваемым направляющей системой подложек с канавками в пределах апертурного угла оптического волокна, выходной торец оптического двунаправленного второго волновода является апертурой, формирующей световой пучок освещения объекта через объектив и, одновременно, являющейся конфокальной диафрагмой, фильтрующей излучение отклика среды объекта, проходящего обратно через этот же объектив и второй волновод в торец третьего однонаправленного волновода, расположенного по оси второго волновода, выход которого является выходом Y-циркулятора, соединенным с входом оптоволоконного спектрометра, а излучающий торец второго волновода соединен с механической системой смещения этого торца для сканирования масштабированного объективом изображения апертуры излучателя в сопряженной плоскости, совмещенной с объектом.A fiber optic confocal scanning microscope containing a laser radiation source, a device for non-reciprocal switching of radiation and radiation from the medium, a lens, a confocal aperture, a photodetector, a device for spatial scanning of the analyzed region of an object, characterized in that a fiber-optic Y-circulator is used as a device for non-reciprocal switching forming the spatial separation of switched optical beams, the first unidirectional input of an optical wave the novode of which is connected to the illumination source of the object, and the optical beam of the output end of this waveguide is directed to the end of the second waveguide at an angle to the axis of the second waveguide, defined by the guide system of substrates with grooves within the aperture angle of the optical fiber, the output end of the optical bidirectional second waveguide is an aperture, forming a light beam of illumination of the object through the lens and, at the same time, being a confocal diaphragm, filtering the radiation of the response of the medium of the object, passing back through the same lens and the second waveguide to the end face of the third unidirectional waveguide located along the axis of the second waveguide, the output of which is the output of the Y-circulator connected to the input of the optical fiber spectrometer, and the radiating end of the second waveguide is connected to the mechanical bias system of this end to scan the scaled the image lens of the aperture of the emitter in the conjugate plane, combined with the object.
RU2019106393A 2019-03-06 2019-03-06 Fiber-glass confocal scanning microscope RU2712789C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106393A RU2712789C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Fiber-glass confocal scanning microscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019106393A RU2712789C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Fiber-glass confocal scanning microscope

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712789C1 true RU2712789C1 (en) 2020-01-31

Family

ID=69625484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019106393A RU2712789C1 (en) 2019-03-06 2019-03-06 Fiber-glass confocal scanning microscope

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712789C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6053731A (en) * 1997-03-07 2000-04-25 Kaltenbach & Voigt Gmbh & Co. Device for the recognition of caries, plaque or bacterial infection of teeth
RU2464549C1 (en) * 2011-05-12 2012-10-20 Ираида Николаевна Сарычева Fibre-optic device for detecting fluorescence
RU2632993C2 (en) * 2016-04-04 2017-10-11 Владимир Алексеевич Шульгин Fibre-optic switch of laser spectrometer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6053731A (en) * 1997-03-07 2000-04-25 Kaltenbach & Voigt Gmbh & Co. Device for the recognition of caries, plaque or bacterial infection of teeth
RU2464549C1 (en) * 2011-05-12 2012-10-20 Ираида Николаевна Сарычева Fibre-optic device for detecting fluorescence
RU2632993C2 (en) * 2016-04-04 2017-10-11 Владимир Алексеевич Шульгин Fibre-optic switch of laser spectrometer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"СПЕКТРАЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ СКАНИРУЮЩАЯ КОНФОКАЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ" А.В. ФЕОФАНОВ, УСПЕХИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2007, т. 47. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102841083B (en) Method and system of laser scanning phase-microscope imaging
US9383568B2 (en) Objective-coupled selective plane illumination microscopy
US6088097A (en) Point-scanning luminescent microscope
US6369928B1 (en) Fiber-coupled, angled-dual-illumination-axis confocal scanning microscopes for performing reflective and two-photon fluorescence imaging
US5386112A (en) Apparatus and method for transmitted-light and reflected-light imaging
US7872799B2 (en) Device for controlling light radiation
US5589936A (en) Optical measuring apparatus for measuring physichemical properties
CN103674926B (en) Optical devices
US7688504B2 (en) Optical scanning microscope
US20070051869A1 (en) Scanning microscope and method for examining a sample by using scanning microscopy
JP2008523383A (en) Multi-spot survey device
CN110632045A (en) Method and device for generating parallel super-resolution focal spots
US11029506B2 (en) Scanning microscope with multiplexed light sources
CN103135220A (en) Illuminating system for microscope and corresponding method
JP2022528951A (en) Coherent anti-Stoke Raman scattering microscope imaging device
WO2023221400A1 (en) Super-resolution single-objective light-sheet optical microscopy system and imaging system comprising same
KR20210151709A (en) Interferometric scattering microscopy
JP2002214533A (en) Confocal microscope
EP0536273B1 (en) Apparatus and method for transmitted-light and reflected-light imaging
RU2712789C1 (en) Fiber-glass confocal scanning microscope
RU2579640C1 (en) Confocal image spectrum analyser
CN109060761B (en) High-speed Raman spectrum scanning imaging method and device with three-dimensional high spatial resolution
JP5544548B2 (en) Scanning microscope and confocal scanning microscope with circulator
US11874450B2 (en) Oblique plane microscope for imaging a sample
US20020030886A1 (en) Microscope