共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)研究與信息量分析.pdf

1、激光共焦掃描顯微鏡是一種新型的顯微設(shè)備，它以光學(xué)系統(tǒng)共焦成像為基礎(chǔ)，利用激光掃描技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，可以對(duì)樣品進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)測(cè)量。與傳統(tǒng)顯微鏡相比，它具有較高的橫向、縱向分辨率以及像對(duì)比度，在生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。對(duì)激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行分析，促進(jìn)分辨率的提高，優(yōu)化成像系統(tǒng)的質(zhì)量是目前一個(gè)重要研究方向。另一方面，80年代末發(fā)展起來(lái)的光學(xué)信息論是一種全新的光學(xué)系統(tǒng)分析方法，但國(guó)內(nèi)這方面的運(yùn)用較少，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)

2、的報(bào)道也較少。論文以激光共焦掃描顯微鏡為研究對(duì)象，運(yùn)用標(biāo)量衍射理論和光學(xué)信息論的方法分析和評(píng)價(jià)了激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)。 論文主要開(kāi)展了下面的工作： 首先，建立了共焦顯微系統(tǒng)的光路模型，運(yùn)用標(biāo)量衍射理論，推導(dǎo)出共焦掃描顯微系統(tǒng)的成像公式和系統(tǒng)的相干傳遞函數(shù)，并對(duì)探測(cè)孔徑半徑對(duì)橫向和軸向分辨率的影響進(jìn)行了深入的分析和研究，結(jié)果表明：系統(tǒng)限制孔徑對(duì)系統(tǒng)成像有明顯影響，系統(tǒng)橫向和軸向響應(yīng)半高寬隨孔徑歸一化半徑的增加而增加，即分

3、辨率隨限制孔徑的增加而減小。論文基于數(shù)值模擬提出了最佳針孔歸一化半徑，并應(yīng)用共焦顯微成像理論，通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)共焦針孔的偏移、物鏡的數(shù)值孔徑和光瞳函數(shù)對(duì)成像強(qiáng)度和分辨率的影響進(jìn)行了仔細(xì)的分析和研究。這為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。 以標(biāo)量衍射理論分析的結(jié)論為基礎(chǔ)，論文著重運(yùn)用光學(xué)信息論，得出激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)的信息量表達(dá)式，并結(jié)合自由度不變?cè)矸治鎏岣邘拰?shí)現(xiàn)超分辨的理論依據(jù)；從信息量的角度，分析了激光共焦掃描顯微鏡的激光

4、光源，探測(cè)針孔等對(duì)提高分辨率的影響。(1)小尺度的針孔探測(cè)器，成為該成像系統(tǒng)的限制孔徑，由成像的共軛性可知，它減小了視場(chǎng)，從自由度不變?cè)?，這會(huì)促使空間頻率的提高，從而實(shí)現(xiàn)高分辨。(2)采用激光光源后，激光聚焦光斑不僅起到了與物鏡衍射斑卷積作用，同時(shí)還起到了一個(gè)針孔的作用，即激光聚焦光斑在像面上相當(dāng)于一個(gè)針孔，實(shí)現(xiàn)高分辨。論文還分析了共焦熒光掃描顯微鏡的信噪比對(duì)信息量的影響，與普通顯微鏡比較得出，探測(cè)孔徑半徑足夠大時(shí)，共焦系統(tǒng)才能比普通