光學顯微成像的案例
我國成功研制高端超分辨光學顯微鏡
據新華社報道，由中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所承擔的國家重大科研裝備研制項目“超分辨顯微光學核心部件及系統研制”26日在蘇州高新區通過驗收，標志著我國已經成功研制出高端超分辨光學顯微鏡。
驗收專家組組長、中科院高能物理所柴之芳院士認為，該項目的成功實施，改善了我國高端光學顯微鏡基本依賴進口的狀況，對滿足我國前沿基礎研究的定制化需求、提升創新能力，以及推動我國光學顯微鏡行業轉型升級具有重要意義。
在科學研究中,高/超分辨光學顯微鏡發揮著至關重要的作用,10納米至100納米尺度的超分辨顯微光學成像更是取得原創性研究成果的重要手段。超分辨光學成像(Super-resolution Optical Microscopy)是本世紀光學顯微成像領域最重大的突破，打破了光學顯微鏡的分辨率極限（換言之，超越了光學顯微鏡的分辨率極限，故被稱為超分辨光學成像）
歷時5年攻關,中科院蘇州醫工所科研人員突破大數值孔徑物鏡、特種光源、新型納米熒光增強試劑、系統集成與檢測等關鍵技術；研制出激光掃描共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡、受激發射損耗(STED)超分辨顯微鏡、雙光子-STED顯微鏡等高端光學顯微鏡整機；建成了高端顯微光學加工、裝調、檢測以及顯微鏡整機技術集成工程化平臺。
據了解，項目組發表相關論文61篇，授權發明專利35項，已授權實用新型專利56項，培養了一支集光學、機械、電子、計算機、軟件、材料等領域的超分辨顯微光學技術研發與工程化開發團隊，為我國高端光學顯微鏡的發展提供了系統解決方案。中科院蘇州醫工所所長唐玉國介紹,該所研制的超分辨顯微鏡或核心部件已在美國、德國、以色列及國內多家研究機構投入使用并取得部分成果。
展開 共聚焦、光學顯微鏡與測量顯微鏡的區分
簡單來說，“光學顯微鏡”是一個廣泛的概念，涵蓋了所有利用光學原理進行成像的顯微鏡技術；“共聚焦顯微鏡”是光學顯微鏡中的一種特殊技術，提供高分辨率的成像；而“測量顯微鏡”則是根據顯微鏡的應用目的來命名的，它可以是任何類型的顯微鏡，只要它被用于測量樣品的物理特性，共聚焦顯微鏡因其特性常被歸類于此。這三種名稱相互關聯，但又各自強調了顯微鏡的不同屬性或應用。
顯微測量|共聚焦顯微鏡大傾角超清納米三維顯微成像
用于材料科學領域的共聚焦顯微鏡，基于光學共軛共焦原理，其超高的空間分辨率和三維成像能力，提供了全新的視角和解決方案。
工作原理
共聚焦顯微鏡通過在樣品的焦點處聚焦激光束，在樣品表面進行快速點掃描并逐層獲取不同高度處清晰焦點并重建出3D真彩圖像，從而進行分析。
儀器結構
共聚焦顯微鏡主要有四部分組成：1、顯微鏡光學系統。2、掃描裝置。3、激光光源。4、檢測系統。整套儀器由計算機控制，各部件之間的操作切換都可在計算機操作平臺界面中方便靈活地進行。
一體化操作的測量分析軟件
（1）測量與分析同界面操作，無須切換，測量數據自動統計，實現了快速批量測量的功能；
（2）可視化窗口，便于用戶實時觀察掃描過程；
（3）結合自定義分析模板的自動化測量功能，可自動完成多區域的測量與分析過程；
（4）幾何分析、粗糙度分析、結構分析、頻率分析、功能分析五大功能模塊齊全；
（5）一鍵分析、多文件分析，自由組合分析項保存為分析模板，批量樣品一鍵分析，并提供數據分析與統計圖表功能；
（6）可測依據ISO/ASME/EUR/GBT等標準的多達300余種2D、3D參數。
特點與應用解析
共聚焦顯微鏡最大的特點是在成像時只獲取來自樣品的一個薄層，而剩余的光信號被消除，從而消除了深度模糊現象，獲得了超高的空間分辨率。這一特性使共聚焦顯微鏡對大坡度的產品有更好的成像效果，一般用于略粗糙度的工件表面的微觀形貌檢測，分析粗糙度、凹坑瑕疵、溝槽等參數。
展開 奧林巴斯光學顯微鏡手動顯微鏡系統 BX43
奧林巴斯BX43顯微鏡系統是您進行高質量微觀世界探索的理想伙伴，它將先進的光學技術與人性化設計完美結合，為用戶提供了一個既經濟又解決方案。
奧林巴斯光學顯微鏡體視顯微鏡
例如，SZX16提供了高達230倍的放大倍率，適用于從整個生物體到單個細胞結構的成像；而SZX7則是一款經濟高效的系統，專為進行舒適的高質量生命科學成像而設計。
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SZX16：這款研究級體視顯微鏡具有大變焦比率(16.4:1)，可在采用1倍物鏡時實現7倍至115倍的放大倍率，并且使用復消色差光學器件減少色差模糊，提供清晰的細節觀察。
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SZX10：作為一款性價比高的系統，SZX10適合常規研究，擁有高達0.2的NA和10:1變倍比，能夠呈現自然的立體和色彩表現方式。
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SZX7：專為經濟高效的高質量生命科學成像設計，SZX7具有7:1的大變焦比率，在采用1倍物鏡時可實現8倍至56倍的放大范圍。
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SZ61/SZ51：這些小巧的變焦體視顯微鏡針對舒適的常規研究進行了優化，具有良好的圖像平面度和格里諾光學系統。
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靈活的應用場景
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體視顯微鏡使用兩個獨立的光路，為用戶提供樣品的三維視圖，非常適合用于觀察較厚樣品如卵或胚胎等，感知其深度和尺寸。此外，它們廣泛應用于生命科學研究中，如昆蟲或植物的觀察，以及生物解剖，因此也被稱為解剖顯微鏡。
展開 用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
摘要
雙螺旋(DH) PSF工程在縱向上為三維成像提供了高分辨率，它可以通過在光瞳平面上增加一個帶有漩渦的相位掩膜來產生[Ginni Grover等，Opt. Exp. 2012]。VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法來計算高NA顯微鏡系統小離焦的DH PSFs。這個用例說明了DH-PSFs在離焦約130nm時有明顯的變化。
建模任務
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
不同離焦像面的雙螺旋PSF
文件信息
延伸閱讀
- Debye-Wolf積分計算器
- 分析高NA物鏡
- 用瑞利判據研究顯微鏡物鏡的分辨率
展開 用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
摘要
雙螺旋(DH) PSF工程在縱向上為三維成像提供了高分辨率，它可以通過在光瞳平面上增加一個帶有漩渦的相位掩膜來產生[Ginni Grover等，Opt. Exp. 2012]。VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法來計算高NA顯微鏡系統小離焦的DH PSFs。這個用例說明了DH-PSFs在離焦約130nm時有明顯的變化。
建模任務
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
不同離焦像面的雙螺旋PSF
文件信息
延伸閱讀
- Debye-Wolf積分計算器
- 分析高NA物鏡
- 用瑞利判據研究顯微鏡物鏡的分辨率
展開 全電動倒置顯微鏡數字成像系統
在當前材料科學與精密制造研究中，高精度成像技術已成為推動項目進展的關鍵工具。APX100全電動倒置顯微鏡數字成像系統以其卓越性能和智能化設計，為研究人員提供了一套高效、便捷且圖像質量優異的解決方案，助力將更多時間投入到核心分析任務中。
全電動倒置顯微鏡：https://lifescience.evidentscientific.com.cn
產品連接：https://lifescience.evidentscientific.com.cn/zh/solutions-based-systems/apx100/
APX100基于先進的光學平臺，結合直觀的操作界面與人工智能算法，實現了從樣品定位到圖像采集的全流程自動化。系統配備智能樣品導航器和快速自動對焦功能，顯著減少傳統手動操作所需的時間，使研究人員能夠更專注于數據獲取與分析。此外，APX100支持多通道、拼接、延時及Z堆棧等多種成像模式，滿足表面結構、涂層材料、復合元件等多樣化檢測需求。
在圖像質量方面，APX100采用了與成像系統相同的優質光學元件，確保輸出圖像具備高清晰度與細節還原能力。例如，在觀察微觀紋理或納米級結構時，系統可精準捕捉熒光標記或其他對比增強信號，為后續定量分析提供可靠依據。
除了出色的成像能力，APX100還集成了高效的數據管理模塊。系統可自動整理采集數據，并保存完整的實驗參數，便于后期回溯與重復實驗。這種結構化的數據處理方式不僅提升了工作效率，也有助于團隊協作與成果共享。
來自Marlow Ingredients的Mark Taylor博士表示：“APX100在我們多樣化的實驗室環境中表現出色，不僅支撐了多個內部項目，也幫助我們拓展了合作網絡。其升級方案靈活，投資回報率高。”
展開 前沿進展 | 多焦點光場顯微成像技術
定量實驗證明：在不需要額外硬件輔助的情況下，SAsLFM可以將成像體的高分辨軸向范圍擴展3倍。同時，文章進行了大量的生物實驗展示了SAsLFM的成像性能：包括對300 μm厚的活體小鼠腦進行高信噪比鈣信號提取，以22Hz的體成像速率在2000×2000×500 μm3的視野范圍內對自由移動水母進行動態追蹤等等。進一步的，該研究還通過深度學習方法將重建速度提升3個數量級，實現了大通量三維信息實時可視化。該研究于2022年11月30日發表于PhotoniX。
技術突破
非聚焦掃描光場顯微系統往往含有幾十個甚至上百個子孔徑分量(圖1a)。在理想系統中，不同子孔徑分量對應的高分辨率軸向范圍完全相互重疊，因此存在大量的數據冗余。在對光場成像的物理模型進行分析后，研究人員發現在相空間下，不同子孔徑分量之間保持相對獨立，即可以通過合理的相位調制將不同子孔徑的焦點位置進行重排，即在軸向上將不同子孔徑分量的焦點位置錯開，以此擴展單次采集的高分辨率軸向范圍。球差作為一種常見的光學畸變，在傳統的成像系統中并不收歡迎。但對于光場成像系統而言，通過折射率不匹配來引入球差是一種簡單有效的重排子孔徑焦點的方法。如圖1b所示，在光瞳面加入一個理想的中心對稱球差，各子孔徑分量的聚焦深度由子孔徑位置與光瞳面中心的相對距離決定，導致各子孔徑分量的軸向高分辨率位置偏移，能量被重新分布。
展開 用于高NA顯微鏡成像的工程化PSF
顯微成像技術在最近的幾十年中得到迅速發展。 PSF（點擴散函數）通常不是像平面上的艾里斑。當對沿縱軸定向的偶極子源進行成像時，可以設計出一個甜甜圈形狀。 我們在VirtualLab Fusion中證明，當偶極子源的方向發生變化時，會獲得不同的非對稱PSF（不是艾里斑）。 此外，可通過在顯微鏡系統的光瞳平面中插入一定的相位掩模來獲得雙螺旋PSF [Ginni Grover et al., Opt. Exp. 2012]。通過這種工程化的PSF，甚至可以觀察到物體的微小散焦，即與傳統的成像方法相比，可以大大提高軸向分辨率。 我們通過在VirtualLab Fusion中應用商業顯微鏡鏡頭（Nikon）系統來演示此現象。
使用高NA顯微鏡系統分析偶極子源的PSF
在VirtualLab Fusion中，可以直接分析偶極子源的PSF。 該實驗證明了當偶極子源的方向改變時，PSF具有不同的形狀。
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
在VirtualLab Fusion中，通過在高NA顯微鏡系統的光瞳平面中插入相位掩模，以簡單快捷的方式分析雙螺旋PSF。 結果表明，即使只有一點散焦（?130 nm）的物點，雙螺旋PSF也會有旋轉。
詳詢更多相關消息請郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
展開 高NA顯微鏡系統的離軸成像分析
摘要
成像系統的離軸PSF經常受到由應用的光學部件（例如顯微鏡系統）引入的像差的影響。因此，焦點并不像理想預期的那樣對偏移完全不變。
VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法，可以使用高NA顯微鏡檢查光傳播和離軸成像的PSF。該用例演示了具有不同橫向偏移距離的離軸物點的成像，來檢查像差的影響。
建模任務
建模技術的單平臺互操作性
光在系統中傳播時會遇到不同的組件并與之相互作用。對于系統的這些元件中的每一個，都需要在精度和速度之間提供良好折衷的合適模型：
連接建模技術：自由空間傳播
連接建模技術：物鏡
透鏡系統組件
連接建模技術：管狀透鏡
連接建模技術：探測器
探測器的自動橫向定位
探測器的自動縱向定位
系統概述
具有橫向位移的焦平面上的輻照度
深入技術：附件探測量
對于這個用例，我們只測量焦斑的輻照度。盡管可以通過添加更多的探測器附加組件來計算額外的物理量，如照度、輻射通量等。
然而，在這種特定的用例中——為了避免錯誤消息——有必要稍微調整Parameter Coupling的可編程片段，如下所示。其背后的原因是，用于計算焦平面的算法基于Ray Result Profile引擎，該引擎與大多數計算物理量的探測器插件不兼容，因此需要為參數耦合算法禁用它們。
展開 
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
摘要
雙螺旋(DH) PSF工程在縱向上為三維成像提供了高分辨率，它可以通過在光瞳平面上增加一個帶有漩渦的相位掩膜來產生[Ginni Grover等，Opt. Exp. 2012]。VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法來計算高NA顯微鏡系統小離焦的DH PSFs。這個用例說明了DH-PSFs在離焦約130nm時有明顯的變化。
建模任務
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
不同離焦像面的雙螺旋PSF
文件信息
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- Debye-Wolf積分計算器
- 分析高NA物鏡
- 用瑞利判據研究顯微鏡物鏡的分辨率
展開 VirtualLab：用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
摘要
雙螺旋(DH) PSF工程在縱向上為三維成像提供了高分辨率，它可以通過在光瞳平面上增加一個帶有漩渦的相位掩膜來產生[Ginni Grover等，Opt. Exp. 2012]。VirtualLab Fusion提供了一種快速方便的方法來計算高NA顯微鏡系統小離焦的DH PSFs。這個用例說明了DH-PSFs在離焦約130nm時有明顯的變化。
建模任務
在VirtualLab Fusion中構建系統
系統構建塊
元件解算器
利用光線追跡進行幾何光學仿真
結果：幾何光線追跡
利用場追跡進行物理光學仿真
不同離焦像面的雙螺旋PSF
文件信息
延伸閱讀
- Debye-Wolf積分計算器
- 分析高NA物鏡
- 用瑞利判據研究顯微鏡物鏡的分辨率
展開 用于高NA顯微鏡成像的工程化PSF
顯微成像技術在最近的幾十年中得到迅速發展。 PSF（點擴散函數）通常不是像平面上的艾里斑。當對沿縱軸定向的偶極子源進行成像時，可以設計出一個甜甜圈形狀。 我們在VirtualLab Fusion中證明，當偶極子源的方向發生變化時，會獲得不同的非對稱PSF（不是艾里斑）。 此外，可通過在顯微鏡系統的光瞳平面中插入一定的相位掩模來獲得雙螺旋PSF [Ginni Grover et al., Opt. Exp. 2012]。通過這種工程化的PSF，甚至可以觀察到物體的微小散焦，即與傳統的成像方法相比，可以大大提高軸向分辨率。 我們通過在VirtualLab Fusion中應用商業顯微鏡鏡頭（Nikon）系統來演示此現象。
使用高NA顯微鏡系統分析偶極子源的PSF
在VirtualLab Fusion中，可以直接分析偶極子源的PSF。 該實驗證明了當偶極子源的方向改變時，PSF具有不同的形狀。
用于3D成像顯微鏡的雙螺旋PSF
在VirtualLab Fusion中，通過在高NA顯微鏡系統的光瞳平面中插入相位掩模，以簡單快捷的方式分析雙螺旋PSF。 結果表明，即使只有一點散焦（?130 nm）的物點，雙螺旋PSF也會有旋轉。
展開 傅立葉顯微鏡對單分子成像
與傳統的成像技術相比，傅立葉顯微鏡可以直接觀察空間頻率分布。因此，如今它被廣泛用于例如：表面等離子體觀察、光子晶體成像等。借助VirtualLab Fusion，可以對完整的傅立葉顯微鏡系統進行建模，并將其用于單分子成像。具體來說，我們演示了幾種物理光學效應的影響，包括每個光學界面的菲涅爾損耗和透鏡孔徑的衍射。
傅立葉顯微鏡對單分子成像
建模用于單分子成像的完整高NA傅立葉顯微鏡系統，特別展示了例如：菲涅爾損耗、由于孔徑引起的衍射，并將仿真結果與參考值進行比較。
分析高NA物鏡的聚焦
高NA物鏡廣泛用于光學光刻，顯微技術等。在聚焦模擬中考慮光的矢量性質非常重要。更多相關信息，請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com網址: http://www.infotek.com.cn / http://www.honglun-seminary.com
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