共聚焦顯微技術，作為光學顯微鏡領域的一項里程碑式創新，為科學家們提供了一種全新的視角，以前所未有的清晰度觀察微觀世界。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡，作為光學顯微鏡領域的革命性工具，不僅能夠捕捉到傳統寬視野光學顯微鏡難以觸及的精細圖像，更以其共聚焦技術，為我們提供了控制景深、消除背景干擾的先進手段，從而顯著提升圖像質量。

近年來，共聚焦顯微鏡的普及度呈爆炸式增長，部分原因是可以相對輕松地從為傳統熒光顯微鏡準備的樣本中獲取極高質量的圖像。這項技術通過精確的光學切片和高效的光束聚焦，使得科學家們能夠清晰地觀察和分析樣本、材料和納米結構，從而在半導體技術、生物學、材料科學等領域取得突破性進展。

Part.01

共聚焦顯微鏡發展歷程

共聚焦顯微鏡的基本概念最初由 Marvin Minsky 在 20 世紀 50 年代中期提出，于 1955 年制造出第一臺共聚焦掃描顯微鏡，并于 1957 年申請了專利。通過移動載物臺來實現焦平面中照明點的掃描。當時他還是哈佛大學的博士后。Minsky 想要在未染色的腦組織制劑中對神經網絡進行成像，并希望對生物系統中發生的生物事件進行成像。Minsky 的發明在很大程度上沒有引起人們的注意，這很可能是因為缺乏成像所需的強光源和處理大量數據所需的計算機馬力。

來自 Minsky 專利申請的方案，顯示了他制造的透射共聚焦掃描顯微鏡的原理

繼 Minsky 的工作之后，Mojmir Petran和Milan Hadravsky在 20 世紀 60 年代末制造了一種多光束共聚焦顯微鏡，該顯微鏡利用旋轉（Nipkow）盤來檢查未染色的腦切片和神經節細胞。

Petran 串聯掃描顯微鏡的方案

之后，M. David Egger繼續在這一領域探索，開發出第一臺機械掃描共聚焦激光顯微鏡，并于 1973 年發表了第一張可識別的細胞圖像。

在 20 世紀 70 年代末和 80 年代，計算機和激光技術的進步，加上數字圖像處理的新算法，引起了人們對共聚焦顯微鏡的興趣日益濃厚。荷蘭物理學家 G. Fred Brakenhoff 于 1979 年開發了掃描共聚焦顯微鏡，而幾乎與此同時，Colin Sheppard 也為該技術做出了貢獻，提出了圖像形成理論。Tony Wilson、Brad Amos 和 John White 培育了這一概念，并在后來（20 世紀 80 年代末）展示了共聚焦成像在熒光生物樣本檢查中的實用性。第一批商用儀器于 1987 年問世。

20 世紀 90 年代，光學和電子學的進步帶來了更穩定、更強大的激光器、高效掃描鏡單元、高通量光纖、更好的薄膜介電涂層和具有降低噪聲特性的探測器。再加上 20 世紀 90 年代末出現的快速發展的計算機處理速度、增強的顯示技術和大容量存儲技術，共聚焦顯微鏡的應用數量呈爆炸式增長。

顯微鏡歷史時間線

共聚焦顯微鏡比傳統的寬視野光學顯微鏡有幾個優勢，包括能夠控制景深、消除或減少遠離焦平面的背景信息（這會導致圖像質量下降）以及能夠從厚樣本中收集連續光學切片。共聚焦方法的基本關鍵是使用空間濾波技術來消除厚度超過焦平面的樣本中的失焦光或眩光。

Part.02

共聚焦顯微鏡工作原理

在傳統的寬視野落射熒光顯微鏡中，整個標本受到非相干汞或氙弧放電燈的強烈照射，產生的二次熒光發射圖像可以直接在目鏡中查看，也可以投射到電子陣列檢測器或傳統膠片平面的表面上。與這個簡單的概念相反，共聚焦顯微鏡中的成像機制根本不同。

光源發射的探測光經照明針孔，經由分光鏡反射至物鏡，并聚焦于焦平面上的樣品上，對樣品焦平面每一個點進行掃描。樣品中如果有可被激發的熒光物質，受到激發后發出的熒光經原來入射光路直接反向回到分光鏡，通過探測針孔先聚焦，聚焦后的光被光電倍增管（PMT）探測收集，并將信號輸送到計算機，處理后在計算機顯示器上顯示圖像。

在對比寬視野顯微鏡和共聚焦顯微鏡之間的相似點和不同點時，比較每種技術所采用的標本照明的特性和幾何形狀通常很有用。傳統的寬視野落射熒光顯微鏡物鏡將寬照明錐聚焦在大量標本上，標本被均勻且同時照亮（如下圖左側所示）。物鏡收集了大部分反射回顯微鏡的熒光發射（取決于數值孔徑）并投射到目鏡或檢測器中。由于發射的背景光和來自焦平面上方和下方區域的自發熒光，結果會產生大量信號，從而嚴重降低分辨率和圖像對比度。

共聚焦顯微鏡中的激光照明源首先擴展以填充物鏡后孔徑，然后由透鏡系統聚焦到焦平面上的一個非常小的光斑（如上圖右側所示）。照明點的大小范圍為直徑約為 0.25 至 0.8 微米（取決于物鏡數值孔徑），最亮強度下的深度為 0.5 至 1.5 微米。共聚焦光斑大小由顯微鏡設計、入射激光波長、物鏡特性、掃描單元設置和標本決定。上圖顯示了相同數值孔徑下寬視野和點掃描共聚焦顯微鏡的典型照明錐體的比較。寬視野顯微鏡可以照亮標本大面積的整個深度，而共聚焦顯微鏡則用以焦平面為中心的精細聚焦的照明光斑掃描樣品。

現代共聚焦顯微鏡可以看作是一個完全集成的電子系統，其中光學顯微鏡在由一個或多個電子探測器、一臺計算機（用于圖像顯示、處理、輸出和存儲）以及多個激光系統（結合波長選擇裝置和光束掃描組件）組成的配置中起著核心作用。在大多數情況下，各個組件之間的集成非常徹底，因此整個共聚焦顯微鏡通常統稱為能夠產生電子圖像的數字或視頻成像系統。

ME-PT3000

美能光子灣3D共聚焦顯微鏡

美能光子灣3D共聚焦顯微鏡是一款用于對各種精密器件及材料表面，可應對多樣化測量場景，能夠快速高效完成亞微米級形貌和表面粗糙度的精準測量任務，提供值得信賴的高質量數據。

• 超寬視野范圍，高精細彩色圖像觀察

• 提供粗糙度、幾何輪廓、結構、頻率、功能等五大分析功能

• 采用針孔共聚焦光學系統，高穩定性結構設計

提供調整位置、糾正、濾波、提取四大模塊的數據處理功能

共聚焦顯微鏡技術的發展，不僅為科研人員提供了一個強大的研究工具，也為工業應用中的精密制造和質量控制提供了新的解決方案。美能光子灣3D共聚焦顯微鏡，以其先進的技術和可靠的性能，正在成為推動科學發現和技術創新的關鍵設備。隨著技術的不斷優化和應用領域的拓展，我們期待共聚焦顯微鏡技術在未來能夠揭示更多微觀世界的奧秘，為人類對自然界的認知帶來革命性的變化。

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