А.C. МАЧИХИН Научный руководитель – В.Э. ПОЖАР, д.ф.-м.н., профессор БЕЗАБЕРРАЦИОННЫЙ ЗОНДОВЫЙ

А.C. МАЧИХИН
Научный руководитель – В.Э. ПОЖАР, д.ф.-м.н., профессор
Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Москва
БЕЗАБЕРРАЦИОННЫЙ ЗОНДОВЫЙ
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ 2D-СПЕКТРОМЕТР
Рассмотрена задача регистрации изображений труднодоступных объектов в
произвольных узких (2-3 нм) интервалах. Предложена схема 2D-спектрометра на
основе оптоволоконного зонда и специализированного акустооптического монохроматора. В отличие от существующих аналогов данная схема обеспечивает минимальные аберрационные искажения, что позволяет использовать прибор для
быстрого высокоточного измерения спектров во всех пикселях, составляющих
изображение исследуемого объекта.
Фотолюминесцентные методы исследований все чаще применяются
при диагностике и терапии раковых опухолей. Распространение получают
2D-спектрометры - системы для анализа не только спектральных, но также и пространственных свойств объектов. Приборы, реализующие данный
подход, выгодно отличает высокая информативность, чувствительность и
способность работать в разнообразных, в том числе внелабораторных
условиях. При этом особое место могли бы занять 2D-спектрометры для
исследования внутренних органов in vivo. Несмотря на широкое распространение эндоскопических методов исследований и терапии, до сих пор
не известны приборы, которые в полной мере позволяли бы решить данную задачу. Имеющиеся зарубежные разработки на основе одиночных
перестраиваемых фильтров [1] дают возможность лишь качественно анализировать набор спектральных изображений в то время, как наибольший
интерес представляет прецизионное измерение спектров в отдельных точках объекта. Этот недостаток объясняется, прежде всего, невозможностью
обеспечения должного высокого качества передачи изображения.
В настоящей работе впервые разработана схема безаберрационного
зондового 2D-спектрометра для исследования труднодоступных объектов.
Рассеянное исследуемым объектом 1 излучение от ультрафиолетового
источника 3 собирается гибким оптоволоконным зондом 2, волокна которого уложены регулярным образом для передачи изображения, и направляется на акустооптический (АО) спектральный элемент особой конструкции. Этот элемент состоит из двух развернутых на 180° идентичных
неколлинеарных АО ячеек 6 и 8 (рис. 1) изготовленных из кристалла TeO2.
Излучение, длина волны которого соответствует периоду дифракционной
решетки, создаваемой акустической волной, дифрагирует на решетке, в
результате чего поляризация излучения меняет ориентацию. Излучение
других длин волн проходит через АО ячейку 6 без изменений и практически полностью отрезается скрещенным поляризатором 7. Далее происходит повторная фильтрация с помощью второй АО ячейки 8 и поляризатора 9, после чего изображение фокусируется объективом 10 на ПЗС матрице 11. Изменяя частоту акустических волн, можно получить изображение
объекта на произвольных длинах волн.
1
2
4
3
5
6
17
7
16
8
9
10
12
18
15
11
14
13
Рис. 1. Схема разработанного 2D-спектрометра
1– объект; 2 – оптоволоконный зонд; 3 – источник света; 4 – сопрягающая оптическая система; 5, 7, 9 – поляризаторы; 6, 8 – АО ячейки; 10 – объектив; 11 – ПЗС
матрица; 12 – плата видеозахвата; 13 – блок обработки; 14 – программный интерфейс; 15 – контроллер; 16 – ВЧ генератор; 17, 18 – ВЧ усилители
Применение такой специальной конструкции АО элемента обеспечивает минимальные (менее 1 пикселя) пространственные искажения [2], а
использование специально рассчитанной сопрягающей оптической системы – минимум хроматических аберраций.
Разработанный 2D-спектрометр не имеет подвижных частей и обладает высоким спектральным (3,5 нм) и пространственным (~103 разрешимых
элементов по каждой из координат) разрешением, малым временем перестройки (~10-3 с), произвольной спектральной адресацией в диапазоне 0,40,7 мкм,. Все это делает его прецизионным и эргономичным инструментом для неинвазивной фотолюминисцентной диагностики при бронхоскопии, гастроскопии и других эндоскопических обследованиях.
Список литературы
1.
2.
M. Martin, M. Wabuyele etc. Dual modality fluorescence and reflectance hyperspectral imaging: principle and applications // Proc. of SPIE, 2005. V. 5692. P. 133-139.
Мачихин А.С., Пожар В.Э. Искажения изображения, возникающие при передаче через
двойной акустооптический монохроматор. // Электромагнитные волны и электронные
системы, 2009. T. 14. №11. С. 63-68.