显微镜是一种基本的技术，用于分析样品太小，不需要放大就能感知。它被用于多种科学，从生物学、医学、化学到人类学，以及任何需要提供小样本的科学。
早期的显微镜是只有几个光学元件的简单仪器。随着方法的改进，分辨率和对比显微镜也能提供。荧光显微镜是显微镜学的一个活跃领域。19世纪50年代，约翰·弗雷德里克·威廉·赫歇尔(著名天文学家威廉·赫歇尔的儿子)发现了荧光，20世纪初，第一台商用荧光显微镜由卡尔·蔡斯(Carl Zeiss)推出。
这些早期系统的基本概念仍然被广泛使用，并在不断发展。像共焦显微术、双光子显微术和其他许多技术都依赖于荧光显微术的基本原理。
本文讨论研制扫描荧光显微镜时的设计要点。我们从一些基本的定义开始，然后讨论如何用现成的组件和定制的组件来设计系统。
基本体系结构
扫描显微镜
在激光扫描显微镜中，扫描可以通过不同的方式实现。一是在保持光学固定的情况下，在x-y方向(有时是z方向)移动样品。这可能会将图像的分辨率限制在移动舞台的机械性能上。
另一种技术是在扫描镜头的后焦平面上放置一个可以旋转几度的镜子。利用压电元件可以非常精确地控制这种可移动的反射镜。为了产生扫描光束，一个典型的系统将有一个扫描透镜(靠近扫描镜)，一个管透镜和一个物镜。扫描镜置于扫描透镜的后焦距处，扫描透镜的前焦平面与管状透镜的后焦平面重合(进而形成一个焦距望远镜)。然后管状透镜将扫描镜成像到物镜的瞳孔中，再成像到样品。使用该系统的扫描显微镜的设计需要仔细考虑，以防止不必要的畸变和样品的适当照明。需要在物镜NA和传输功率之间达成妥协。虽然可以使用现成的组件，但可以通过使用定制光学器件来提高性能。
设计过程的一个重要细节是a的选择188abc金博宝 包括其设计参数，是单轴还是双轴，以及运动范围和频率。所有这些都是重要的参数，将影响选择其余的光学元件。我们之前建立的线性和188abc金博宝 扫描镜，客户已集成到扫描显微镜系统。
荧光显微镜
荧光显微镜是一种特殊的显微镜，用于检测样品中生物分子的存在。顾名思义，它是基于荧光的。简单地说，荧光是一种光发射，在这种发射中，样品吸收特定频率的光(因此具有非常特定的能量)。被吸收的能量会激发样品中的电子，当电子回到更稳定的状态时，它们会以比被吸收的频率更低的频率发出光。在处理生物样品时，这是一种必不可少的仪器，因为它允许在非常小的浓度下检测分子。图1是一个简单的荧光显微镜的小示意图。
荧光显微镜。作者:Henry Mühlpfordt(谈话)
就光学元件而言，荧光显微镜需要非常强的光源。氙灯、汞蒸气灯、激光器和大功率led灯只是可能的光源的几个例子。在光源之后，我们有一个滤光片(通常称为激励滤光片)，只有一个非常特定的波长可以通过。从这个滤镜，我们得到一个二色镜。对于两种不同的波长，二向色镜有一个非常特定的透射和反射系数:它们允许一种波长被透射，同时反射另一种波长。在我们的例子中，我们将反射来自激励滤光片的光，这束光将被透镜聚焦到一个样品中。
然后样品被这种特定的波长激发，荧光在我们试图检测的生物分子中发生。生物分子由于荧光而发出的光然后被发射回二向色镜。在第二次通过时，发射出来的光穿过镜子，然后通过第二个滤光片(这个叫做发射滤光片)，然后进入目镜或相机。
如果激发/发射滤波器和二色镜的正确组合可用，就有可能用不同的波长激发样品，并获得生物分子的彩色图像。虽然需要进行相当大的设计工作来获得适当的照明，但像差需要在每个波长上进行校正。
设计一种扫描荧光显微镜也是可能的。一个很常见的例子是双光子扫描显微镜或共聚焦显微镜。在本文的其余部分中，我们将尝试在使用现成的光学组件和定制组件之间，以及模拟、机械设计参数和原型之间做出妥协。
现成的组件vs定制光学
物镜和扫描透镜对整体成像性能有很大影响。虽然可以使用现成的扫描透镜(通常是消色差双重透镜)，但这些组件在其全视场上往往不受衍射限制。它们引入几何像差和弯曲图像是很常见的。其中一些可以通过使用高质量的物镜来纠正，以平衡扫描透镜的光学性能。在选择合适的透镜管时需要特别考虑。如果扫描透镜处的光束直径增加，性能也会得到改善(尽管衍射极限也会降低)。使用现成的组件，一个可能的选择是50mm滤光管消色差镜(例如Thorlabs的AC300-50-050-B)，一个125 mm滤光管镜头和奥林巴斯XLPLN25x物镜。
通过改进扫描透镜和电子管透镜的设计，有可能增加衍射极限范围和减少系统的像差。用精心选择的光源和镜头材料，在简单的改进上消色差紧身上衣使用四元素镜头，或添加额外的光学组件，与现成的同类产品相比，它有可能做出改进。
Zemax档案建模
Zemax档案建模在整个设计过程中，从概念开发到原型测试。
一旦定义了显微镜的初始规格，我们就可以使用现成的组件开始制作初稿，并根据像差和MTF分别描述每个组件。使用Zemax，我们可以用黑盒文件对现成组件的性能进行建模，并评估我们离设定的目标有多远。用定制组件生产原型的成本与用现成组件生产原型的成本之间存在一种权衡。在尝试使用自定义组件之前，务必记住客户端的性能需求和财务状况。
然后，我们可以开始一次优化一个组件。管状透镜和扫描透镜是首选。我们想要模拟和优化整个光运动范围内的任何设计，而不仅仅是在镜头的中心部分。一个好的设计将呈现类似的优点，当光束更接近镜头边缘而不是它的中心。一般来说，在显微镜设计中，我们将特别小心地设计一个系统，在其他设计参数上具有高对比度和高分辨率。
正是在这个阶段，我们做了一个公差研究，这将帮助我们了解性能限制和制造需求，这将影响原型和生产成本。
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一旦确定了元件的布局，光学工程师将开发一份透镜元件相对于其他元件的位置和公差清单。例如倾斜、集中、气隙都会对光学质量产生影响。
这种光学布局被传递给光学机械工程师，他们将使用ProE或Solidworks等程序来设计结构来容纳元素。
热管理和杂散光预防等问题也进行了讨论光电子的机械工程师，光学工程师和应用专家。
典型的输出包括整个系统的实体模型和显微镜内每个元素的零件制造图纸。
