[科普中国]-共聚焦显微镜

共聚焦显微成像技术（英语：Confocal microscopy）是一种利用逐点照明和空间针孔调制来去除样品非焦点平面的散射光的光学成像手段，相比于传统成像方法可以提高光学分辨率和视觉对比度。

简介共聚焦显微成像技术（英语：Confocal microscopy）是一种利用逐点照明和空间针孔调制来去除样品非焦点平面的散射光的光学成像手段，相比于传统成像方法可以提高光学分辨率和视觉对比度。

商业化的共聚焦显微镜（Confocal microscope）分三类：

共聚焦激光扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscope，CLSM，LSCM）

转盘共聚焦显微镜（Spinning-disk (Nipkow disk) confocal microscopes）

可编程序阵列显微镜（Programmable Array Microscopes (PAM)）1

基本原理从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源，这就是所谓的共聚焦，简称共焦。共焦显微镜在反射光的光路上加上了一块半反半透镜（dichroic mirror），将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有“针孔”（Pinhole）的挡板，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管（photomultiplier tube，PMT）。可以想像，探测光焦点前后的反射光通过这一套共焦系统，必不能聚焦到小孔上，会被挡板挡住。于是光度计测量的就是焦点处的反射光强度。其意义是：通过移动透镜系统可以对一个半透明的物体进行三维扫描。这样的构想，是在1953年，美国学者马文·明斯基提出，经过了30年的发展，才利用激光为光源，发展出符合马文·明斯基理想的共聚焦显微镜。1

相关应用全内反射萤光显微镜（Total internal reflection fluorescence microscope; TIRF Microscope）

海德堡视网膜地形图(Heidelberg Retina Tomograph; HRT)，以此原理对视网膜，特别是视神经盘（Optic disc），进行分层的扫描，以重建视神经盘的三维结构。主要用于青光眼的诊断和随访。1

共聚焦激光扫描显微共聚焦激光扫描显微（英语：Confocal laser scanning microscopy，CLSM，LCSM）是一项高分辨率三维光学成像技术。主要特点在于其光学分层能力，即获得特定深度下焦点内的图像。图像通过逐点采集，以及之后的计算机重构而成。因此它可以重建拓扑结构复杂的物体。对于不透明样品，可以进行表面作图，而对于透明样品，则可以进行内部结构成像。内部结构成像上，图像质量在单台显微镜中就可以得到极大的提升，因为来自样品不同深度的信息未被重叠。传统显微镜能“看”到所有能被光投身到地方，而对于共聚焦显微镜，只有焦点处的信息被采集。实际上共聚焦激光扫描显微是通过对焦点深度的控制和高度限制来实现的。

共聚焦的原理早在1957年就由美国科学家马文·明斯基注册为专利，但实际上经过三十年的时间及相应专用激光器的发展，直至1980年代末这项技术才成为标准技术。1978年，托马斯和克里斯托弗·克莱默设计出一套激光扫描程序。该程序采用激光聚焦的方式逐点扫描物体三维表面，并通过类似于扫描电镜的计算机化手段生成图像。这一共聚焦激光扫描显微设计首次结合了激光扫描方法和荧光标记的生物样品三维探测。接下来的数十年内，共聚焦荧光显微发展成一项成熟的技术，尤其受益于阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam），来自海德堡的欧洲分子生物实验室（European Molecular Biology Laboratory）及其业界伙伴的共同努力。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所