超景深顯微鏡的原理是什么?如何克服顯微鏡“看不清”的難題

你知道顯微鏡里存在一位“大佬”叫做超景深顯微鏡嗎?

超景深的定義是什么?能夠?yàn)轱@微鏡帶來哪些生物顯微鏡所不具備的優(yōu)勢?

這么厲害的顯微鏡又是以什么作為工作原理?

生物顯微鏡的景深一般比較淺，在高放大倍數(shù)下難以抓取更為清晰的圖像，通常只適合平面樣品，而超景深顯微鏡克服了這個(gè)難題，不僅能夠在高放大倍數(shù)下抓取有深度的樣品全貌，一些高端的超景深顯微鏡還能呈現(xiàn)樣品出3D形貌并進(jìn)行高度測量，進(jìn)一步拓展了顯微鏡的功能實(shí)用性，那么它是如何做到的呢?

首先超景深顯微鏡會采用特殊的光源和照明系統(tǒng)，以此確保樣品在較大的深度范圍內(nèi)得到均勻照明。其次顯微鏡會通過使用特殊的光學(xué)元件，例如菲涅爾透鏡、液晶空間光調(diào)制器等等，以實(shí)現(xiàn)對光波前的編碼，從而改變光的傳播特性，這樣可以在一定范圍內(nèi)增加景深，使不同深度的樣品部分同時(shí)清晰可見。

另外超景深顯微鏡中的光學(xué)透鏡系統(tǒng)中包含了一些特殊設(shè)計(jì)的元件，這些元件可以提升顯微鏡在深度方向的解析能力，涉及使用非球面透鏡、多層透鏡組合等等。

最后在圖像采集與處理方面，超景深顯微鏡通過對一系列不同焦平面的圖像進(jìn)行合成，以此得到一個(gè)在更大深度范圍內(nèi)清晰的圖像，這種方法也被稱為焦點(diǎn)堆疊。

有些超景深顯微鏡還具備著三維重建能力，通過從不同角度或不同焦平面捕獲圖像，并結(jié)合精確的校準(zhǔn)和算法處理，可以重建樣品的三維結(jié)構(gòu)。

超景深顯微鏡的設(shè)計(jì)涉及許多復(fù)雜的光學(xué)和數(shù)字圖像處理技術(shù)，需要極其精確的校準(zhǔn)和調(diào)整，當(dāng)然要想達(dá)成理想的超景深效果，跟顯微鏡本身的質(zhì)量也密不可分，如果質(zhì)量上出現(xiàn)問題，最后可能也跟顯微鏡沒有太大差別。

既然超景深顯微鏡的優(yōu)勢在于加強(qiáng)觀察水平，那么它都主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域范圍呢?

在細(xì)胞生物學(xué)、組織學(xué)和病理學(xué)領(lǐng)域中，觀察復(fù)雜的生物樣品往往需要超景深的效果，而超景深顯微鏡就可以提供對樣品更完整、更清晰的觀察。

在材料結(jié)構(gòu)和失效分析中，超景深顯微鏡能夠提供對材料表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的更詳細(xì)觀察，從而幫助研究人員更好地了解材料性質(zhì)。

在電子工業(yè)當(dāng)中，超景深顯微鏡通常用于檢查半導(dǎo)體芯片、電路板和其他微電子組件的制造質(zhì)量。

在地質(zhì)和古生物學(xué)當(dāng)中，超景深顯微鏡能夠?qū)r石、化石等樣品進(jìn)行多層次結(jié)構(gòu)的清晰觀察。

而在犯罪學(xué)和法醫(yī)學(xué)當(dāng)中，超景深顯微鏡還可以用于分析證據(jù)，例如對纖維、頭發(fā)、油漆碎片等物件的精細(xì)觀察，從而幫助警方確定犯罪現(xiàn)場和嫌疑人。

上述這些領(lǐng)域范圍只是超景深顯微鏡應(yīng)用的一部分，相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來超景深顯微鏡的應(yīng)用還將得到進(jìn)一步擴(kuò)展。那么關(guān)于超景深顯微鏡的相關(guān)知識，大家還有什么不理解的地方嗎？