激光共聚焦顯微鏡OLS5100技術(shù)簡(jiǎn)述
奧林巴斯激光共聚焦顯微鏡OLS5100是一種基于激光掃描共聚焦光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡,它主要用于樣品表面形貌的非接觸式觀察和三維測(cè)量。以下對(duì)其涉及的主要技術(shù)原理做簡(jiǎn)要說明。
核心原理:共聚焦成像
與傳統(tǒng)寬場(chǎng)顯微鏡同時(shí)照亮整個(gè)視場(chǎng)不同,OLS5100采用點(diǎn)掃描成像方式。其核心是一個(gè)“共聚焦"光路設(shè)計(jì):
點(diǎn)照明:激光束通過照明針孔,被物鏡聚焦到樣品表面一個(gè)極小的點(diǎn)上。
點(diǎn)探測(cè):從樣品該點(diǎn)反射(或激發(fā)出的熒光)的光信號(hào),再次被物鏡收集,并穿過一個(gè)被稱為“共聚焦針孔"的小孔,最終被探測(cè)器(如光電倍增管PMT)接收。
空間濾波:這個(gè)共聚焦針孔是關(guān)鍵。只有從樣品焦平面上的點(diǎn)發(fā)出的光,才能恰好聚焦通過針孔被高效探測(cè)。而從焦平面上下方(非焦點(diǎn)區(qū)域)發(fā)出的雜散光,則會(huì)被針孔阻擋,無(wú)法到達(dá)探測(cè)器。
二維成像:通過掃描裝置(通常為振鏡)使激光焦點(diǎn)在樣品表面進(jìn)行X-Y方向逐點(diǎn)或逐線掃描,同步記錄每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)信號(hào),即可在計(jì)算機(jī)上重建出一幅二維的共聚焦圖像。這幅圖像主要反映了樣品焦平面一個(gè)薄層的信息,具有較好的對(duì)比度和軸向分辨率。
三維形貌獲?。?/strong>
為了獲得樣品表面的三維形貌,系統(tǒng)會(huì)控制載物臺(tái)或物鏡在Z軸方向步進(jìn)移動(dòng),在每一個(gè)Z軸位置采集一幅X-Y平面的共聚焦圖像。這樣就得到了一系列沿Z軸分布的光學(xué)切片圖像。由于共聚焦圖像中每一點(diǎn)的亮度反映了該點(diǎn)在對(duì)應(yīng)焦平面上的反射率(或熒光強(qiáng)度),通過檢測(cè)每一X-Y坐標(biāo)點(diǎn)上亮度最高的Z軸位置,或通過算法分析焦點(diǎn)位置,系統(tǒng)可以確定該點(diǎn)的表面高度信息。最終,所有點(diǎn)的高度信息合成為樣品表面的三維形貌圖。
主要技術(shù)組件:
激光光源:提供高強(qiáng)度、單色性好的點(diǎn)光源。常用固態(tài)激光器,波長(zhǎng)例如405nm, 473nm, 532nm, 635nm等,不同波長(zhǎng)適用于不同樣品材料或熒光染料。
掃描單元:通常采用高速振鏡控制激光束在樣品上的掃描路徑。
共聚焦針孔:一個(gè)可調(diào)節(jié)直徑的小孔,用于空間濾波,其大小影響光學(xué)切片厚度和圖像信噪比。
探測(cè)器:接收通過針孔的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),如光電倍增管(PMT),具有高靈敏度和快速響應(yīng)特性。
高精度Z軸驅(qū)動(dòng):用于實(shí)現(xiàn)焦平面的精確步進(jìn)移動(dòng),以獲取Z軸序列圖像。
物鏡:高質(zhì)量物鏡負(fù)責(zé)將激光聚焦到樣品,并收集返回的光信號(hào)。其數(shù)值孔徑(NA)直接影響系統(tǒng)分辨率。
控制與圖像處理計(jì)算機(jī)及軟件:控制整個(gè)硬件協(xié)同工作,采集圖像數(shù)據(jù),并進(jìn)行三維重建、顯示、測(cè)量和分析。
通過這些技術(shù)的結(jié)合,激光共聚焦顯微鏡OLS5100能夠?qū)崿F(xiàn)比傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡更清晰的“光學(xué)切片"成像,并能獲取樣品表面的三維形貌數(shù)據(jù),為后續(xù)的定量分析奠定基礎(chǔ)。其技術(shù)路徑旨在平衡成像質(zhì)量、測(cè)量能力和操作效率。
激光共聚焦顯微鏡OLS5100技術(shù)簡(jiǎn)述