Σύγκριση μεταξύ ομοεστιακού μικροσκοπίου και συνηθισμένου οπτικού μικροσκοπίου
Γενικό οπτικό μικροσκόπιο
Το γενικό βιολογικό μικροσκόπιο αποτελείται από τρία μέρη, και συγκεκριμένα: ① σύστημα φωτισμού, συμπεριλαμβανομένης της πηγής φωτός και του συμπυκνωτή. ② Το σύστημα οπτικής ενίσχυσης, το οποίο αποτελείται από αντικειμενικό φακό και προσοφθάλμιο, είναι το κύριο σώμα του μικροσκοπίου. Προκειμένου να εξαλειφθεί η σφαιρική και η χρωματική εκτροπή, τόσο ο προσοφθάλμιος όσο και ο αντικειμενικός φακός αποτελούνται από σύνθετες ομάδες φακών. (3) μηχανική συσκευή, που χρησιμοποιείται για τη στερέωση υλικών και την εύκολη παρατήρηση.
Το αν η εικόνα του μικροσκοπίου είναι καθαρή ή όχι εξαρτάται όχι μόνο από τη μεγέθυνση, αλλά και από την ανάλυση του μικροσκοπίου. Η ανάλυση αναφέρεται στην ικανότητα του μικροσκοπίου (ή του σημείου όπου τα ανθρώπινα μάτια είναι 25 cm μακριά από τον στόχο) να διακρίνει το μικρό διάστημα του αντικειμένου zui. Η ανάλυση εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός, τον λόγο διαφράγματος και τον δείκτη διάθλασης του μέσου, ο οποίος εκφράζεται με τον τύπο:
R=0.61λ /N．A． N.A.Sin /2
Όπου: n= δείκτης διάθλασης του μέσου.=γωνία κατοπτρισμού (η γωνία ανοίγματος του δείγματος προς το διάφραγμα του φακού) και αριθμητικό διάφραγμα NA=. Η γωνία του καθρέφτη είναι πάντα μικρότερη από 180; Επομένως, η τιμή zui του sina/2 πρέπει να είναι μικρότερη από 1.
Ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού που χρησιμοποιείται για την κατασκευή οπτικών φακών είναι 1,65~1,78 και ο δείκτης διάθλασης του μέσου που χρησιμοποιείται είναι πιο κοντά σε αυτόν του γυαλιού, τόσο το καλύτερο. Για τον ξηρό αντικειμενικό φακό, το μέσο είναι αέρας και η αναλογία διαφράγματος είναι γενικά 0.05 ~ 0,95; Ο φακός λαδιού χρησιμοποιεί αρωματική άσφαλτο ως μέσο και ο ρυθμός ανοίγματος του φακού μπορεί να είναι κοντά στο 1,5.
Το μήκος κύματος του συνηθισμένου φωτός είναι 400~700 nm, επομένως η ανάλυση του μικροσκοπίου δεν είναι μικρότερη από 0,2 μm και η ανάλυση του ανθρώπινου ματιού είναι 0,2 mm, επομένως η μεγάλη μεγέθυνση του zui σχεδιάστηκε από Το γενικό μικροσκόπιο είναι συνήθως 1000Χ x.
Γιατί χρειάζεστε ένα ομοεστιακό μικροσκόπιο;
1. Το οπτικό μικροσκόπιο έχει τελειοποιηθεί με τις προσπάθειες και τη βελτίωση των μεγάλων προκατόχων μας. Στην πραγματικότητα, τα συνηθισμένα μικροσκόπια μπορούν να μας προσφέρουν όμορφες μικροσκοπικές εικόνες απλά και γρήγορα. Ωστόσο, συνέβη ένα γεγονός που έφερε επαναστατική καινοτομία σε αυτόν τον σχεδόν τέλειο κόσμο του μικροσκοπίου, το οποίο είναι η εφεύρεση του "συνεστιακού μικροσκοπίου σάρωσης λέιζερ". Αυτό το νέο μικροσκόπιο χαρακτηρίζεται από την υιοθέτηση ενός οπτικού συστήματος που εξάγει μόνο τις πληροφορίες εικόνας στο επίπεδο όπου είναι συγκεντρωμένη η εστίαση και επαναφέρει τις πληροφορίες που λαμβάνονται στη μνήμη της εικόνας ενώ αλλάζει την εστίαση, έτσι ώστε μια ζωντανή εικόνα με πλήρεις τρισδιάστατες πληροφορίες μπορεί να αποκτηθεί. Με αυτή τη μέθοδο, μπορούν απλά να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με το σχήμα της επιφάνειας που δεν μπορούν να επιβεβαιωθούν με συνηθισμένα μικροσκόπια. Επιπλέον, για τα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια, η "βελτίωση της ανάλυσης" και η "εμβάθυνση του βάθους εστίασης" είναι αντιφατικές συνθήκες, ειδικά σε υψηλή μεγέθυνση, αλλά για τα ομοεστιακά μικροσκόπια, αυτό το πρόβλημα επιλύεται.
2. Πλεονεκτήματα του ομοεστιακού οπτικού συστήματος
Το ομοεστιακό οπτικό σύστημα φωτίζει το σημείο δείγματος και το ανακλώμενο φως λαμβάνεται επίσης από σημειακούς υποδοχείς. Όταν το δείγμα τοποθετείται στη θέση εστίασης, σχεδόν όλο το ανακλώμενο φως μπορεί να φτάσει στον φωτοϋποδοχέα, αλλά όταν το δείγμα αποκλίνει από την εστίαση, το ανακλώμενο φως δεν μπορεί να φτάσει στον φωτοϋποδοχέα. Δηλαδή, στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα θα βγαίνει μόνο η εικόνα που συμπίπτει με την εστίαση και θα θωρακίζεται η θυρίδα και το άχρηστο διάσπαρτο φως.
3. Γιατί να χρησιμοποιήσετε λέιζερ;
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το δείγμα φωτίζεται και το ανακλώμενο φως λαμβάνεται επίσης από έναν σημειακό φωτοϋποδοχέα. Επομένως, η σημειακή πηγή φωτός καθίσταται απαραίτητη. Το λέιζερ ανήκει σε μια πολύ σημειακή πηγή φωτός. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η πηγή φωτός του ομοεστιακού μικροσκοπίου υιοθετεί την πηγή φωτός λέιζερ. Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά του laser, όπως η μονοχρωματικότητα, η κατευθυντικότητα και το εξαιρετικό σχήμα δέσμης, είναι επίσης σημαντικοί λόγοι για την ευρεία χρήση του.
4. Η παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο με βάση τη σάρωση υψηλής ταχύτητας καθίσταται δυνατή.
Στη σάρωση με λέιζερ, ο ακουστικός οπτικός εκτροπέας (AO prime element) χρησιμοποιείται στην οριζόντια κατεύθυνση και ο Servo Galvano-mirror χρησιμοποιείται στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Επειδή δεν υπάρχει τμήμα μηχανικής δόνησης στη μονάδα ακουστικής οπτικής εκτροπής, μπορεί να σαρώσει με υψηλή ταχύτητα και είναι δυνατή η παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο στην οθόνη παρακολούθησης. Η υψηλή ταχύτητα αυτής της κάμερας είναι ένα πολύ σημαντικό έργο που επηρεάζει άμεσα την ταχύτητα εστίασης και ανάκτησης θέσης.
5. Σχέση μεταξύ θέσης εστίασης και φωτεινότητας
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, όταν το δείγμα τοποθετηθεί σωστά στη θέση εστίασης, η φωτεινότητα είναι μεγάλη και πριν και μετά από αυτό, η φωτεινότητά του θα πέσει απότομα (συμπαγή γραμμή στο Σχήμα 4). Αυτή η ευαίσθητη επιλεκτικότητα του εστιακού επιπέδου είναι επίσης η αρχή της μέτρησης της κατεύθυνσης ύψους του ομοεστιακού μικροσκοπίου και της επέκτασης του εστιακού βάθους. Αντίθετα, το συνηθισμένο οπτικό μικροσκόπιο δεν έχει εμφανή αλλαγή φωτεινότητας πριν και μετά τη θέση εστίασης (διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 4).
6. Υψηλή αντίθεση και υψηλή ανάλυση
Γενικά, το οπτικό μικροσκόπιο, το ανακλώμενο φως που αποκλίνει από την εστίαση θα παρεμβαίνει και θα επικαλύπτεται με το τμήμα απεικόνισης εστίασης, μειώνοντας έτσι την αντίθεση της εικόνας. Αντίθετα, στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το διάσπαρτο φως έξω από την εστίαση και το διάσπαρτο φως στο εσωτερικό του αντικειμενικού φακού αφαιρούνται σχεδόν εντελώς, επομένως μπορεί να ληφθεί μια εικόνα με πολύ υψηλή αντίθεση. Επιπλέον, επειδή το φως διέρχεται από τον αντικειμενικό φακό δύο φορές, η αιχμηρή εικόνα γίνεται πρώτα και βελτιώνεται επίσης η ανάλυση του μικροσκοπίου.
7. Λειτουργία οπτικού εντοπισμού
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το ανακλώμενο φως του μέρους εκτός του εστιακού σημείου καλύπτεται από μικροπόρους. Επομένως, κατά την παρατήρηση ενός τρισδιάστατου δείγματος, σχηματίζεται μια εικόνα σαν αυτή που σχηματίζεται μετά τον τεμαχισμό του δείγματος με την εστίαση (Εικόνα 5). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται οπτικός εντοπισμός, ο οποίος ανήκει σε μια από τις ειδικότητες του ομοεστιακού οπτικού συστήματος.
8. Εστιάστε τη λειτουργία κινούμενης μνήμης
Το λεγόμενο ανακλώμενο φως έξω από την εστία θωρακίζεται από τους μικροπόρους. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να θεωρηθεί ότι όλα τα σημεία της εικόνας που σχηματίζονται από το ομοεστιακό οπτικό σύστημα συμπίπτουν με την εστίαση. Επομένως, εάν το τρισδιάστατο δείγμα μετακινηθεί κατά μήκος της κατεύθυνσης του άξονα Z (οπτικός άξονας), η εικόνα θα συσσωρευτεί και θα αποθηκευτεί στη μνήμη και το zui θα πάρει τελικά την εικόνα που σχηματίζεται από τη σύμπτωση ολόκληρου του δείγματος και την εστίαση . Με αυτόν τον τρόπο, η συνάρτηση του απεριόριστου βάθους εστίασης ονομάζεται λειτουργία κινητής μνήμης.
9. Λειτουργία μέτρησης σχήματος επιφάνειας
Στη λειτουργία κίνησης εστίασης, το σχήμα της επιφάνειας του δείγματος μπορεί να μετρηθεί χωρίς επαφή με την προσθήκη ενός βρόχου καταγραφής ύψους. Με βάση αυτή τη συνάρτηση, είναι δυνατό να καταγραφούν οι συντεταγμένες του άξονα Z που σχηματίζονται από τη μεγάλη τιμή φωτεινότητας του zui σε κάθε pixel και με βάση αυτές τις πληροφορίες, μπορούν να ληφθούν οι πληροφορίες που σχετίζονται με το σχήμα της επιφάνειας του δείγματος.
10. Λειτουργία μέτρησης μικρο-μεγέθους υψηλής ακρίβειας
Η μονάδα λήψης φωτός υιοθετεί έναν μονοδιάστατο αισθητήρα απεικόνισης CCD, ώστε να μην επηρεάζεται από την κλίση σάρωσης της συσκευής σάρωσης, ώστε να μπορεί να ολοκληρωθεί η μέτρηση υψηλής ακρίβειας. Επιπλέον, επειδή η λειτουργία μνήμης κίνησης εστίασης με ρυθμιζόμενο βάθος εστίασης υιοθετείται ταυτόχρονα, το σφάλμα μέτρησης που προκαλείται από τη μετατόπιση εστίασης μπορεί να εξαλειφθεί.
11. Τρισδιάστατη ανάλυση εικόνας
Χρησιμοποιώντας τη λειτουργία μέτρησης σχήματος επιφάνειας, μπορεί εύκολα να γίνει η τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας του δείγματος. Όχι μόνο αυτό, αλλά και πολλά είδη ανάλυσης μπορούν να πραγματοποιηθούν, όπως: μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας, εμβαδόν, όγκος, επιφάνεια, κυκλικότητα, ακτίνα, μήκος zui, περίμετρος, κέντρο βάρους, τομογραφική εικόνα, μετασχηματισμός FFT, γραμμή μέτρηση πλάτους και ούτω καθεξής.
Το ομοεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την παρατήρηση της μορφολογίας των κυττάρων, αλλά και για την ποσοτική ανάλυση βιοχημικών συστατικών στα κύτταρα, τις στατιστικές οπτικής πυκνότητας και τη μέτρηση της μορφολογίας των κυττάρων.
