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为什么市场上需要共聚焦显微镜

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光学显微镜经过了我们伟大的前人们的努力与改良,已经臻于完善的地步。事实上,通常的显微镜可以简单、快捷地为我们提供美丽的微观图像。但是,给这个近乎完善的显微镜世界带来革命性创新的事件发生了,这就是“激光扫描型共聚焦显微镜”的发明。这种新型显微镜的特点是:采用仅将焦点所集中的面上的图像情报提取出来的光学系统,通过改变焦点的同时将所获得的信息在图像存储器内复原,从而可以获得具有完全3维信息情报的鲜明的图像。通过这个方法,可以简单地获得以通常的显微镜所无法确认的、关于表面形状的信息。另外,对于通常的光学显微镜来说,“提高分辨率”与“加深焦点深度”是相互矛盾的条件,尤其在高倍率时这个矛盾更为突出,但在共聚焦显微镜来讲,这个难题迎刃而解。

1.共聚焦光学系统的优势

共聚焦光学系统是对样品进行点照明,同时反射光也采用点感受器来受光。样品被放置在焦点位置时,反射光几乎全部可以到达感光器,样品偏离焦点时,反射光无法到达感光器。也就是说,共聚焦光学系统中,只有与焦点重合的图象会被输出,光斑、无用的散乱光都被屏蔽掉了。

2.为何用激光?

共聚焦光学系统中,对样品进行点照明、同时反射光亦采用点感光器受光。因此,点光源就成为必要。激光属于非常优秀的点光源。大多数情况下,共聚焦显微镜的光源都采用激光光源。另外,激光所具有的单色性、方向性以及优异的光束形状等特征,也是被广泛采用的重要理由。

3.高速扫描基础上的实时观察成为可能

激光的扫描,其水平方向采用了声控光学偏向单元(Acoustic Optical Deflector,AO素子)、垂直方向采用了伺服电控光束扫描镜(Servo Galvano-mirror)。音响光学偏向单元由于不存在机械性震动部分,所以可以进行高速的扫描, 在监视画面上实时观察成为可能。这种摄像的高速性,是直接影响聚焦、位置检索速度的非常重要的项目。

4.焦点位置和亮度的关系

共聚焦光学系统中,样品被正确地放置在焦点位置时亮度为最大,在它的前后,其亮度皆会锐减(图4实线)。这种焦点面的敏感的选择性,也正是共聚焦显微镜高度方向测定以及焦点深度扩张的原理所在。相对于此,通常的光学显微镜则在焦点位置前后不会有明显的亮度变化(图4点线)。

5.高对比度、高分辨率

通常的光学显微镜,由于偏离焦点部分的反射光会发生干扰,它与焦点成像部分发生重叠,从而造成图像对比度的降低。而相对于此,共聚焦光学系统中,焦点以外的散乱光以及物镜内部的散乱光几乎完全被去除掉,因而可以获得对比度非常高的图像。另外,由于光线2次通过物镜使得点像更加先锐化,也提高了显微镜的分辨能力。

6.光学局部化功能

共聚焦光学系统中,与焦点重合点以外的部分的反射光被微孔屏蔽掉了。因此在观察立体样品时,形成如同用焦点面对样品进行切片后形成的图象(图5)。这种效果被称为光学局部化,属于共聚焦光学系统的特长之一。

7.焦点移动记忆机能

所谓焦点以外的反射光被微孔屏蔽掉,反过来看的话,可以认为共聚焦光学系统所成的像上所有的点均与焦点重合。因此将立体样品沿Z轴(光轴)方向移动的话,将图像累积保存在存储器内,最终就会获得样品全体与焦点重合而形成的图像。以这种方法将焦点深度无限加深的机能称做移动记忆机能。

8.表面形状测定机能

焦点移动机能上,追加以面的高度记录回路,就可以对样品的表面形状进行非接触式测定。以此机能为a基础,对各画素中最大辉度值形成的Z轴坐标的记录成为可能,并以此情报为依据可以获得样品表面形状相关的情报。

9.高精度微小尺寸测定机能

受光单元采用了1维CCD成像传感器,因此可以不受扫描装置扫描倾斜等的影响,从而可以完成高精度的测定。另外,由于同时采用焦点深度可调(加深)的焦点移动记忆机能,从而可以剔除由于焦点偏移而造成的测定误差。

11.三维图像解析


使用表面形状测定机能,可以轻松地做出样品表面三维图像。不仅如此,还可以进行多种解析如:表面粗糙度测定、面积、体积、表面积、圆形度、半径、绝对最大长度、周长、重心、断层图像、FFT变换、线幅测定等等。激光共聚焦扫描显微镜既可以用于观察细胞形态,也可以用于细胞内生化成分的定量分析、光密度统计以及细胞形态的测量。

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