上海交通大学：《材料组织结构表征》课程教学资源（课件讲义）光学显微镜4-共聚焦扫描显微镜

scanning mi个r0rS detector pin hole 四、共聚焦扫描显微镜 microscope sample

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景深D:物镜的垂直分辨率 (0.15~0.30)n Df (N.A.)M (uum) Depth of Field Ranges Low NA High NA Object Plane Depth of Field Figure 1 2

2 景深Df：物镜的垂直分辨率

共聚焦扫描显微镜 ·成像原理 ·构造 aser ·应用 scanning %i个c0f5 detector pinhole micr oicepe Sample

共聚焦扫描显微镜 • 成像原理 • 构造 • 应用 3

共聚焦光学 1957年由马文·闵斯基(Marvin Lee Minsky)提出。 “共聚焦显微镜是一种利用空间针孔(spatial pinhole)过滤掉非焦平面光线， 从而提高图像对比度并获得试样三维形貌的光学显微技术。”(Pawley JB (editor)(2006).Handbook of Biological Confocal Microscopy (3rd ed.)) 22 24 28 B 6 F1G.1. 光源面 样品焦平面 像平面 共轭 4

共聚焦光学 • 1957年由马文·闵斯基（Marvin Lee Minsky）提出。 • “共聚焦显微镜是一种利用空间针孔(spatial pinhole)过滤掉非焦平面光线， 从而提高图像对比度并获得试样三维形貌的光学显微技术。” (Pawley JB (editor) (2006). Handbook of Biological Confocal Microscopy (3 rd ed.)) 4

传统明场成像 d b a 5

传统明场成像 5

共聚焦成像 C d b a 非焦平面 杂散光 6

共聚焦成像 6 非焦平面 杂散光

detector 深度方向上的成像原理 Pinhole aperture 光切片 Dichroic mirror optical slicing Laser point source Objective lens Focal plane Specimen 7

7 深度方向上的成像原理 光切片 optical slicing

针孔对分辨率的影响 a) PH~3.0 AU b) PH~1 AU PH~0,25 AU FWHMiL latera! 像扩散斑 FWHMdet lateral 光源扩散斑 PSFdet>>PSF PSFdet>PSF PSFdet>=PSF Geometric-optical Wave-optical confocality confocality PSF point spread function AU Airy unit 8

针孔对分辨率的影响 8 PSF = point spread function AU = Airy unit 光源扩散斑 像扩散斑

水平方向 高度方向 普通光镜PSF 共聚焦PSF PSF=point spread function 9

9 PSF=point spread function

针孔对分辨率的影响 0.85 for material research 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40 035 0.30 for bio-research 0 0.10.20.3 0.40.5 0.60.708 0.91.0 Pinhole diameter [AU] axial lateral 10

针孔对分辨率的影响 10 for material research for bio-research