作者单位
摘要
1 东北林业大学计算机与控制工程学院,黑龙江 哈尔滨 150000
2 东北林业大学机电工程学院,黑龙江 哈尔滨 150000
光谱共焦显微技术结合了共焦显微镜的高空间分辨率和光谱分析的高波长分辨率,凭借精度高、适用性强、无损检测等特性,广泛应用于工业生产、生物医疗和半导体芯片等领域。首先介绍点光谱共焦系统的原理,指出点光谱共焦检测效率低的缺点。其次,针对光谱共焦显微技术的关键性能指标改善,阐述了在光源、色散物镜和光谱信号检测等方面所取得的主要成果,并对各类光源进行定性对比。随后展示光谱共焦显微技术的扫描方法,梳理了相关研究进展,并总结了相关方法的优点和缺点。最后,展望光谱共焦显微技术未来的发展趋势。
光谱共焦显微技术 精密测量 宽光谱光源 色散物镜 扫描成像 
激光与光电子学进展
2024, 61(6): 0618024
作者单位
摘要
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院,上海 200093
共焦显微测量是一种很有前景的技术,具有非接触测量和高精度位移识别能力,广泛应用在芯片加工、高精密仪器制造、生物医学、材料化学、工业检测等领域。其沿轴向位置高精度扫描的二维图像可用于三维重建,然而,扫描的速度限制了图像的采集速率,为了克服这一局限性,研究人员提出了许多方法对传统的共聚焦显微镜系统进行了改进。例如,基于扫描振镜光束扫描型共焦显微镜、基于数字微镜装置的共焦显微镜、差分式扫描共焦显微镜等。本文主要讨论了各种共聚焦显微镜的工作原理、物镜类型、扫描方法、优缺点及应用。随着光学核心部件的升级和各种准确、高效算法的出现,未来共焦显微镜的扫描速度会更快、应用范围更广、分辨率更高。
共焦显微 三维成像 位移识别 扫描速度 confocal microscopy 3D imaging displacement identification scanning speed 
光学仪器
2024, 46(1): 82
Author Affiliations
Abstract
University of Kassel, Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Measurement Technology Group, Kassel, Germany
We present a unified electromagnetic modeling of coherence scanning interferometry, confocal microscopy, and focus variation microscopy as the most common techniques for surface topography inspection with micro- and nanometer resolution. The model aims at analyzing the instrument response and predicting systematic deviations. Since the main focus lies on the modeling of the microscopes, the light–surface interaction is considered, based on the Kirchhoff approximation extended to vectorial imaging theory. However, it can be replaced by rigorous methods without changing the microscope model. We demonstrate that all of the measuring instruments mentioned above can be modeled using the same theory with some adaption to the respective instrument. For validation, simulated results are confirmed by comparison with measurement results.
interference microscopy coherence scanning interferometry confocal microscopy focus variation microscopy electromagnetic modeling surface topography measurement 
Advanced Photonics Nexus
2024, 3(1): 016013
Author Affiliations
Abstract
1 Université Paris-Saclay, Institut d’Optique Graduate School, CNRS, Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau 91127, France
2 DAMAE Medical, Paris 75013, France
Line-field Confocal Optical Coherence Tomography (LC-OCT) is an imaging modality based on a combination of time-domain optical coherence tomography and reflectance confocal microscopy. LC-OCT provides three-dimensional images of semi-transparent samples with a spatial resolution of ∼1 μm. The technique is primarily applied to in vivo skin imaging. The image contrast in LC-OCT arises from the backscattering of incident light by the sample microstructures, which is determined by the optical scattering properties of the sample, characterized by the scattering coefficient μs and the scattering anisotropy factor g. In biological tissues, the scattering properties are determined by the organization, structure and refractive indexes of the sample. The measurement of these properties using LC-OCT would therefore allow a quantitative characterization of tissues in vivo. We present a method for extracting the two scattering properties μs and g of tissue-mimicking phantoms from 3D LC-OCT images. The method provides the mean values of μs and g over a lateral field of view of 1.2 mm × 0.5 mm (x × y). It can be applied to monolayered and bilayered samples, where it allows extraction of μs and g of each layer. Our approach is based on a calibration using a phantom with known optical scattering properties and on the application of a theoretical model to the intensity depth profiles acquired by LC-OCT. It was experimentally tested against integrating spheres and collimated transmission measurements for a set of monolayered and bilayered scattering phantoms.
Line-field confocal optical coherence tomography Optical coherence tomography Reflectance confocal microscopy Optical properties Scattering 
Journal of the European Optical Society-Rapid Publications
2023, 19(2): 2023037
作者单位
摘要
华中科技大学光学与电子信息学院,湖北 武汉 430074
光谱共焦显微成像(CCM)技术基于色差共焦原理,利用不同波长的焦点位置不同实现深度测量,并使用共聚焦设置滤除离焦光以及杂散光从而提高信噪比。首先,介绍CCM的基本原理以及不同扫描方案。然后,对CCM的发展历程进行梳理,并阐述CCM的国内外研究进展。针对光学设计、信号产生模型、光谱数据处理、减小串扰等关键问题,对相关的研究方案进行了总结。凭借无损检测、高分辨率、高信噪比、层析成像等诸多优势,CCM技术在生物医学、工业检测等领域得到广泛应用。
三维成像 光谱共焦显微成像 共聚焦显微成像 超高分辨率 层析成像 
激光与光电子学进展
2023, 60(12): 1200001
雷云泽 1†郜鹏 1,**†刘星 1李娇月 1[ ... ]姚保利 2
作者单位
摘要
1 西安电子科技大学物理学院,陕西 西安 710071
2 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西 西安 710119
光学显微具有对样品损伤低、可特异性成像等优点,是生物医学、生命科学、材料化学等多个领域中必不可少的成像手段。然而,传统光学显微镜多采用平行光照明整个样品,无法有效区分在焦信号和离焦背景,不具备三维层析成像能力。基于此,提出一种基于共振扫描的稀疏结构光照明三维层析显微(SSI-3DSM)技术,通过共振扫描聚焦光斑快速生成稀疏条纹结构光,利用多步相移减除背景噪声实现对待测样品的三维层析成像。相较于扫描宽场成像,该方法将轴向分辨率提升1.3倍,信背比提升12倍。此外,该技术性能稳定、成本较低、便于商业化开发,可与结构光照明、单分子定位等超分辨显微成像技术相结合以进一步提高横向分辨率。
成像系统 结构光照明显微 共振扫描 数字共聚焦显微 大深度成像 三维层析成像 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811016
王玥颖 1,2刘旭 1,**郝翔 1,2,*
作者单位
摘要
1 浙江大学光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
2 浙江大学嘉兴研究院智能光电创新中心,浙江 嘉兴 314000
随着精密仪器制造和半导体加工产业的蓬勃发展,对微小结构表面形貌的观察和测量是现代科学研究的一个重要方向。激光扫描共聚焦显微成像技术因高分辨率、高信噪比和优秀的层切能力在三维表面形貌测量领域备受青睐。介绍共聚焦显微成像技术的基本原理,并对适用于三维表面形貌测量领域的共聚焦显微成像方法进行综述,包括共聚焦成像的不同扫描方法、不同探测手段及基于光谱的共聚焦成像技术。最后,对共聚焦显微成像技术未来的发展趋势进行展望。
共聚焦显微成像技术 三维表面形貌测量 扫描成像 轴向定位 
激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811007
作者单位
摘要
杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江省器官发育与再生技术研究重点实验室,杭州 311121
激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)是一种高分辨率的光学成像仪器,它利用“共轭成像”原理,获得的图片质量远超于普通荧光显微镜。LSCM有两组功能不同的针孔,即照明针孔和探测针孔,这是实现“共轭成像”的关键。由于照明针孔的大小和位置一般是固定的,LSCM主要通过调节探测针孔的大小来获得高质量的成像图片。然而,很多使用者对于LSCM中针孔大小与荧光成像质量的关联缺乏了解。因此,本文阐述了针孔在LSCM中的作用原理及其与显微镜分辨率的关系,并通过小鼠脊髓腹侧白质中的免疫荧光成像分析,发现针孔参数优化对提高LSCM荧光成像质量具有显著影响。这一发现将为LSCM成像分析提供重要参考。
激光扫描共聚焦显微镜 针孔 分辨率 荧光成像 成像分析 laser scanning confocal microscopy pinhole resolution fluorescence imaging imaging analysis 
激光生物学报
2023, 32(1): 20
李怡霏 1,2何木斌 1,2吴天翔 1,2周静 1,2[ ... ]钱骏 1,2
作者单位
摘要
1 浙江大学 光电科学与工程学院 先进光子学国际研究中心, 浙江 杭州 310058
2 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310058
共聚焦显微镜具有较高的空间分辨率和信号背景比,能对生物样品进行三维层析成像,在医学与生物学领域有着广泛的应用。近红外二区(NIR-II,900~1 880 nm)波段的光在生物组织中具有适中的吸收、较低的散射,以及非常弱的生物组织自发荧光,因此,NIR-II荧光活体成像具有大深度、高对比度等优势。点激发、点探测的NIR-II共聚焦显微技术结合了上述二者的优势,在大深度生物成像中具有高空间分辨率和高信号背景比等优点,因此在生物医学领域得到了广泛应用。此综述将从NIR-II共聚焦显微技术的原理出发,阐述其发展进程、以及基于此项技术开展的生物医学成像应用,探讨NIR-II共聚焦显微技术未来的改进和发展方向。
共聚焦显微镜 近红外二区 活体生物成像 confocal microscopy near-infrared II in vivobioimaging 
红外与激光工程
2022, 51(11): 20220494
王梓 1,2石俊凯 1,*陈晓梅 1姜行健 1[ ... ]周维虎 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院微电子研究所 光电技术研发中心, 北京 100029
2 中国科学院大学, 北京 100049
测量技术正不断向着精密化、智能化、集成化的方向发展, 具有代表性的光谱共焦测量技术是在激光共焦显微技术的基础上发展而来, 利用色散原理和光谱仪解码分析实现高精度测量。光谱共焦测量技术可进行位移测量、三维重建、表面粗糙度检测和厚度检测, 具有无接触、高效率、在线测量等优点, 在精密测量中发挥着重要作用, 被广泛应用于微电子、工程材料、生物医学和航空航天等领域。近年来, 光谱共焦系统在光学系统结构、光学镜头设计、光源优化和数据处理算法等各个方面取得了重大进展。文章对光谱共焦测量技术进行综述, 论述了光谱共焦测量技术相较于其他测量方法的优势, 综述了光谱共焦技术的测量原理、发展历程与应用进展, 并对光谱共焦测量技术的发展趋势进行了展望。
光谱共焦显微术 激光共焦扫描显微术 微纳测量 精密测量 chromatic confocal microscopy laser scanning confocal microscopy micro-nano measurement precision measurement 
半导体光电
2022, 43(4): 752

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