白光共聚焦顯微鏡工作原理
2025-12-15
[147]
白光共聚焦顯微鏡是結(jié)合了共聚焦成像技術(shù)與白光照明的高精度顯微設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)樣品的高分辨率、高對比度三維成像,其核心工作原理圍繞共聚焦光路設(shè)計(jì)和白光光源的多波段成像展開,具體如下:
一、核心結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
白光共聚焦顯微鏡的核心組件包括白光光源模塊(通常為鹵素?zé)?、LED 復(fù)合光源)、針孔光闌組、掃描振鏡、物鏡、分光系統(tǒng)及圖像探測器,其中針孔光闌是實(shí)現(xiàn)共聚焦成像的關(guān)鍵部件。
二、光路傳輸與成像流程
光源發(fā)射與準(zhǔn)直白光光源發(fā)出連續(xù)光譜的混合光,經(jīng)準(zhǔn)直透鏡處理后形成平行光束,再通過分光鏡(半透半反鏡)改變光路方向,導(dǎo)向物鏡。
樣品照射與信號激發(fā)平行光束經(jīng)物鏡聚焦后,形成微小光斑投射到樣品表面。樣品不同部位對白光不同波段的光產(chǎn)生反射、散射或吸收,其中反射 / 散射的光信號會(huì)沿原光路返回,再次穿過物鏡進(jìn)入分光系統(tǒng)。
共聚焦針孔的篩選作用這是共聚焦技術(shù)的核心環(huán)節(jié):
從樣品焦平面返回的光信號,經(jīng)分光鏡反射后可精準(zhǔn)通過共聚焦針孔,進(jìn)入后續(xù)的探測器;
而焦平面以外的雜散光(非焦點(diǎn)區(qū)域的信號),因光路發(fā)散無法穿過針孔,會(huì)被針孔擋板攔截,無法參與成像。
此過程實(shí)現(xiàn)了 “光學(xué)切片” 效果,消除了非焦平面的背景干擾。
信號分光與探測穿過針孔的白光信號會(huì)進(jìn)入分光模塊,該模塊通過濾光片或光柵將白光按波長拆分(如可見光波段的紅、綠、藍(lán)等通道),不同波段的光信號分別被對應(yīng)的探測器接收并轉(zhuǎn)化為電信號。
圖像重建與呈現(xiàn)掃描振鏡會(huì)控制聚焦光斑在樣品表面做逐點(diǎn)、逐行的二維掃描,探測器同步采集每個(gè)掃描點(diǎn)的信號,再由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將電信號轉(zhuǎn)化為像素點(diǎn),拼接成二維圖像;若沿 Z 軸(樣品深度方向)逐層掃描,還可通過多層二維圖像的疊加,實(shí)現(xiàn)樣品的三維結(jié)構(gòu)重建。
三、白光共聚焦的技術(shù)特點(diǎn)
相較于激光共聚焦顯微鏡,白光共聚焦無需多個(gè)激光光源,可通過單光源實(shí)現(xiàn)多波段成像,降低設(shè)備成本與光路復(fù)雜度;
基于白光的寬光譜特性,能同時(shí)獲取樣品在不同可見光波段的光學(xué)信息,更適合對天然色素、無標(biāo)記樣品的成像觀測;
共聚焦針孔的篩選機(jī)制,使其成像分辨率和對比度遠(yuǎn)高于普通白光顯微鏡,且可實(shí)現(xiàn)無損的三維層析成像。

