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)，可以對樣品進行三維動態(tài)測量。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。對激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)進行分析，促進分辨率的提高，優(yōu)化成像系統(tǒng)的質(zhì)量是目前一個重要研究方向。另一方面，80年代末發(fā)展起來的光學(xué)信息論是一種全新的光學(xué)系統(tǒng)分析方法，但國內(nèi)這方面的運用較少，近年來，國內(nèi)相關(guān)

2、的報道也較少。論文以激光共焦掃描顯微鏡為研究對象，運用標量衍射理論和光學(xué)信息論的方法分析和評價了激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)。 論文主要開展了下面的工作： 首先，建立了共焦顯微系統(tǒng)的光路模型，運用標量衍射理論，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)，并對探測孔徑半徑對橫向和軸向分辨率的影響進行了深入的分析和研究，結(jié)果表明：系統(tǒng)限制孔徑對系統(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，通過數(shù)值模擬對共焦針孔的偏移、物鏡的數(shù)值孔徑和光瞳函數(shù)對成像強度和分辨率的影響進行了仔細的分析和研究。這為系統(tǒng)的設(shè)計提供了堅實的理論依據(jù)。 以標量衍射理論分析的結(jié)論為基礎(chǔ)，論文著重運用光學(xué)信息論，得出激光共焦掃描顯微鏡系統(tǒng)的信息量表達式，并結(jié)合自由度不變原理分析提高帶寬實現(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，探測針孔等對提高分辨率的影響。(1)小尺度的針孔探測器，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，從自由度不變原理，這會促使空間頻率的提高，從而實現(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，同時還起到了一個針孔的作用，即激光聚焦光斑在像面上相當于一個針孔，實現(xiàn)高分辨。論文還分析了共焦熒光掃描顯微鏡的信噪比對信息量的影響，與普通顯微鏡比較得出，探測孔徑半徑足夠大時，共焦系統(tǒng)才能比普通