Ποιος είναι ο σκοπός ενός ομοεστιακού μικροσκοπίου;
1. Μετά τις προσπάθειες και τις βελτιώσεις των μεγάλων προκατόχων μας, το οπτικό μικροσκόπιο έφτασε στο σημείο της τελειότητας. 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». Το χαρακτηριστικό αυτού του νέου τύπου μικροσκοπίου είναι ότι υιοθετεί ένα οπτικό σύστημα που εξάγει πληροφορίες εικόνας μόνο στην επιφάνεια όπου είναι συγκεντρωμένη η εστίαση και επαναφέρει τις πληροφορίες που λαμβάνονται στη μνήμη της εικόνας ενώ αλλάζει την εστίαση, έτσι ώστε να μπορούν να είναι πλήρεις τρισδιάστατες πληροφορίες. λαμβάνεται. Μια σκοτεινή εικόνα ευφυΐας. Με αυτή τη μέθοδο, είναι δυνατό να ληφθούν εύκολα πληροφορίες σχετικά με το σχήμα της επιφάνειας που δεν μπορούν να επιβεβαιωθούν με ένα κανονικό μικροσκόπιο. Επιπλέον, για τα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια, η "αύξηση της ανάλυσης" και η "εμβάθυνση του βάθους εστίασης" είναι αντιφατικές συνθήκες, ειδικά σε υψηλές μεγεθύνσεις, αυτή η αντίφαση είναι πιο εμφανής, αλλά όσον αφορά τα ομοεστιακά μικροσκόπια, αυτό το πρόβλημα λύνεται εύκολα.
2. Πλεονεκτήματα του ομοεστιακού οπτικού συστήματος
Σχηματικό διάγραμμα ομοεστιακού μικροσκοπίου λέιζερ
Το ομοεστιακό οπτικό σύστημα εκτελεί σημειακό φωτισμό στο δείγμα και το ανακλώμενο φως λαμβάνεται επίσης από τον υποδοχέα σημείου. Όταν το δείγμα τοποθετείται στη θέση εστίασης, σχεδόν όλο το ανακλώμενο φως μπορεί να φτάσει στον φωτοϋποδοχέα και όταν το δείγμα είναι εκτός εστίασης, το ανακλώμενο φως δεν μπορεί να φτάσει στον φωτοϋποδοχέα. Δηλαδή, στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα θα βγαίνει μόνο η εικόνα που συμπίπτει με το εστιακό σημείο και τα φωτεινά σημεία και το άχρηστο διάσπαρτο φως θα θωρακίζονται.
3. Γιατί να χρησιμοποιήσετε λέιζερ;
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το δείγμα φωτίζεται σε ένα σημείο και το ανακλώμενο φως λαμβάνεται επίσης από έναν σημειακό φωτοϋποδοχέα. Επομένως, μια σημειακή πηγή φωτός καθίσταται απαραίτητη. Τα λέιζερ είναι πολύ σημειακές πηγές φωτός. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι πηγές φωτός λέιζερ χρησιμοποιούνται ως πηγές φωτός για ομοεστιακά μικροσκόπια. Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά της μονοχρωματικότητας, η κατευθυντικότητα και το εξαιρετικό σχήμα δέσμης του λέιζερ είναι επίσης σημαντικοί λόγοι για την ευρεία υιοθέτησή του.
4. Η παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο με βάση τη σάρωση υψηλής ταχύτητας καθίσταται δυνατή
Για τη σάρωση με λέιζερ, η ακουστική μονάδα οπτικής εκτροπής (Acoustic Optical Deflector, στοιχείο AO) χρησιμοποιείται στην οριζόντια κατεύθυνση και το Servo Galvano-mirror χρησιμοποιείται στην κατακόρυφη κατεύθυνση. Δεδομένου ότι η μονάδα ακουστικο-οπτικής εκτροπής δεν διαθέτει μηχανικό τμήμα δόνησης, μπορεί να εκτελέσει σάρωση υψηλής ταχύτητας και είναι δυνατή η παρατήρηση σε πραγματικό χρόνο στην οθόνη της οθόνης. Αυτή η απεικόνιση υψηλής ταχύτητας είναι ένα πολύ σημαντικό στοιχείο που επηρεάζει άμεσα την ταχύτητα εστίασης και ανάκτησης θέσης.
5. Η σχέση μεταξύ θέσης εστίασης και φωτεινότητας
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, η φωτεινότητα του δείγματος είναι η μέγιστη όταν το δείγμα τοποθετηθεί σωστά στην εστιακή θέση και η φωτεινότητά του θα μειωθεί απότομα πριν και μετά από αυτό (η συμπαγής γραμμή στο Σχήμα 4). Η ευαίσθητη επιλεκτικότητα του εστιακού επιπέδου είναι επίσης η αρχή του προσδιορισμού της κατεύθυνσης του ύψους του ομοεστιακού μικροσκοπίου και της επέκτασης του εστιακού βάθους. Αντίθετα, τα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια δεν έχουν σημαντικές αλλαγές φωτεινότητας πριν και μετά τη θέση εστίασης.
6. Υψηλή αντίθεση, υψηλή ανάλυση
Στα συνηθισμένα οπτικά μικροσκόπια, λόγω της παρεμβολής του ανακλώμενου φωτός από το τμήμα εστίασης, επικαλύπτεται με το τμήμα απεικόνισης εστίασης, με αποτέλεσμα τη μείωση της αντίθεσης της εικόνας. Από την άλλη πλευρά, στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το διάσπαρτο φως έξω από το εστιακό σημείο και το διάσπαρτο φως μέσα στον αντικειμενικό φακό αφαιρούνται σχεδόν εντελώς, έτσι ώστε να 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, γεγονός που βελτιώνει επίσης την ικανότητα ανάλυσης του μικροσκοπίου.
7. Λειτουργία οπτικού εντοπισμού
Στο ομοεστιακό οπτικό σύστημα, το ανακλώμενο φως διαφορετικό από το σημείο που συμπίπτει με το εστιακό σημείο θωρακίζεται από τον μικροπόρο. Επομένως, κατά την παρατήρηση ενός τρισδιάστατου δείγματος, σχηματίζεται μια εικόνα σαν το δείγμα να είναι κομμένο σε φέτες με το εστιακό επίπεδο (Εικόνα 5). Αυτό το φαινόμενο είναι γνωστό ως οπτικός εντοπισμός και είναι μια από τις ειδικότητες των ομοεστιακών οπτικών συστημάτων.
8. Εστίαση λειτουργίας μνήμης κινητού
Το λεγόμενο ανακλώμενο φως έξω από το εστιακό σημείο θωρακίζεται από τους μικροπόρους. Από την άλλη πλευρά, μπορεί να θεωρηθεί ότι όλα τα σημεία στην εικόνα που σχηματίζονται από το ομοεστιακό οπτικό σύστημα συμπίπτουν με το εστιακό σημείο. Επομένως, εάν το τρισδιάστατο δείγμα μετακινηθεί κατά μήκος του άξονα Z (οπτικός άξονας), οι εικόνες συσσωρεύονται και αποθηκεύονται στη μνήμη και τελικά θα ληφθεί η εικόνα που σχηματίζεται από ολόκληρο το δείγμα και το εστιακό σημείο. Η λειτουργία της άπειρης εμβάθυνσης του βάθους εστίασης με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται λειτουργία της κινητής μνήμης.
9. Λειτουργία μέτρησης σχήματος επιφάνειας
Όσον αφορά τη λειτουργία μετατόπισης εστίασης, το σχήμα της επιφάνειας του δείγματος μπορεί να μετρηθεί χωρίς επαφή με την προσθήκη ενός κυκλώματος καταγραφής ύψους επιφάνειας. Με βάση αυτή τη συνάρτηση, είναι δυνατή η καταγραφή των συντεταγμένων του άξονα Z που σχηματίζονται από τη μέγιστη τιμή φωτεινότητας σε κάθε pixel και με βάση αυτές τις πληροφορίες, μπορούν να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με το σχήμα της επιφάνειας του δείγματος.
10. Λειτουργία μέτρησης μικρο-μεγέθους υψηλής ακρίβειας
Η μονάδα λήψης φωτός υιοθετεί έναν 1-διαστατικό αισθητήρα απεικόνισης CCD, επομένως δεν επηρεάζεται από την κλίση σάρωσης της συσκευής σάρωσης, ώστε να μπορεί να ολοκληρωθεί η μέτρηση υψηλής ακρίβειας. Επιπλέον, λόγω της χρήσης της λειτουργίας μνήμης μετατόπισης εστίασης με ρυθμιζόμενο βάθος εστίασης (εμβάθυνση), το σφάλμα μέτρησης που προκαλείται από τη μετατόπιση εστίασης μπορεί να εξαλειφθεί.
11. Τρισδιάστατη ανάλυση εικόνας
Χρησιμοποιώντας τη λειτουργία μέτρησης σχήματος επιφάνειας, μπορείτε εύκολα να δημιουργήσετε μια τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας του δείγματος. Όχι μόνο αυτό, αλλά μπορεί επίσης να εκτελέσει μια ποικιλία αναλύσεων όπως: μέτρηση τραχύτητας επιφάνειας, εμβαδόν, όγκο, επιφάνεια, κυκλικότητα, ακτίνα, μέγιστο μήκος, περίμετρος, κέντρο βάρους, τομογραφική εικόνα, μετασχηματισμός FFT, μέτρηση πλάτους γραμμής κ.λπ. .
Το συνεστιακό μικροσκόπιο σάρωσης λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για την παρατήρηση της μορφολογίας των κυττάρων, αλλά και για την ποσοτική ανάλυση των ενδοκυτταρικών βιοχημικών συστατικών, τις στατιστικές οπτικής πυκνότητας και τη μέτρηση της μορφολογίας των κυττάρων.
