軸向分辨率檢測(cè)

軸向分辨率（Axial Resolution），也稱為縱向分辨率或深度分辨率，是光學(xué)成像系統(tǒng)（尤其是顯微鏡、內(nèi)窺鏡、光學(xué)相干層析成像OCT系統(tǒng)等）的一項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)。它特指系統(tǒng)在光軸方向（Z軸方向）上能夠區(qū)分開(kāi)兩個(gè)點(diǎn)狀物體或兩個(gè)特征結(jié)構(gòu)的最小距離。良好的軸向分辨率對(duì)于獲取清晰的層析圖像、實(shí)現(xiàn)精確的三維成像以及對(duì)生物樣本進(jìn)行深層結(jié)構(gòu)解析至關(guān)重要。在生物醫(yī)學(xué)研究、材料科學(xué)和無(wú)損檢測(cè)等領(lǐng)域，準(zhǔn)確評(píng)估光學(xué)系統(tǒng)的軸向分辨率是驗(yàn)證其成像能力和確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性的必要步驟。

檢測(cè)項(xiàng)目

軸向分辨率檢測(cè)的核心項(xiàng)目就是測(cè)量系統(tǒng)在Z軸方向的分辨能力。具體而言，通常包括：

• 理論分辨率計(jì)算與驗(yàn)證： 基于系統(tǒng)的光學(xué)參數(shù)（如數(shù)值孔徑NA、工作波長(zhǎng)λ、介質(zhì)折射率n），利用光學(xué)理論公式（如Rayleigh判據(jù)或FWHM - Full Width at Half Maximum）計(jì)算理論軸向分辨率值，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量驗(yàn)證該理論值。
• 點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）軸向分布的測(cè)量： PSF是系統(tǒng)對(duì)一個(gè)理想點(diǎn)光源的響應(yīng)圖像。軸向分辨率檢測(cè)的核心就是精確測(cè)量PSF在Z軸方向上的強(qiáng)度分布半高寬（FWHM）。FWHM值越小，表明軸向分辨率越高。
• 軸向響應(yīng)曲線測(cè)量： 定量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)位于不同軸向位置的單個(gè)點(diǎn)目標(biāo)或反射界面的信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度，繪制信號(hào)強(qiáng)度隨軸向位置變化的曲線（也稱為深度響應(yīng)曲線）。該曲線的陡峭程度直接反映了軸向分辨能力。
• 實(shí)際樣品結(jié)構(gòu)分辨能力評(píng)估： 使用已知軸向間距的標(biāo)準(zhǔn)分辨率靶或具有精細(xì)軸向結(jié)構(gòu)的生物/非生物樣品（如多層薄膜、熒光標(biāo)記的細(xì)胞核等），直觀評(píng)估系統(tǒng)能否清晰分辨這些軸向特征。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行軸向分辨率檢測(cè)需要依賴特定的儀器和設(shè)備：

• 待測(cè)光學(xué)成像系統(tǒng)： 這是檢測(cè)的核心對(duì)象，如共聚焦顯微鏡、雙光子顯微鏡、OCT系統(tǒng)、光片顯微鏡等。
• 高精度軸向位移平臺(tái)： 用于精確控制樣品或參考反射鏡在Z軸方向進(jìn)行納米級(jí)或亞微米級(jí)的步進(jìn)掃描。壓電陶瓷位移臺(tái)（PZT）因其極高的精度和響應(yīng)速度而常用。
• 標(biāo)準(zhǔn)分辨率樣品：
  • 熒光微球： 直徑小于或接近系統(tǒng)預(yù)期分辨率的熒光小球（如100nm, 200nm）。單個(gè)微球用于測(cè)量PSF的FWHM。
  • 多層反射鏡或薄膜樣品： 用于OCT或反射式顯微鏡，提供已知間距的軸向反射界面。
  • 定制化分辨率靶： 具有精確刻蝕的軸向階梯結(jié)構(gòu)或已知間距的點(diǎn)陣/線對(duì)結(jié)構(gòu)。
• 高靈敏度探測(cè)器： 如光電倍增管（PMT）、雪崩光電二極管（APD）、科學(xué)級(jí)CCD/CMOS相機(jī)、OCT系統(tǒng)內(nèi)的平衡探測(cè)器等，用于精確采集微弱的光信號(hào)。
• 數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)： 計(jì)算機(jī)及專(zhuān)用軟件，用于控制位移平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、同步觸發(fā)圖像采集、記錄探測(cè)器信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
• 穩(wěn)定的環(huán)境系統(tǒng)： 隔震臺(tái)、溫濕度控制設(shè)備等，以最大限度減少環(huán)境震動(dòng)和熱漂移對(duì)高精度軸向掃描的影響。

檢測(cè)方法

軸向分辨率檢測(cè)主要有以下幾種常用方法：

• 點(diǎn)光源PSF測(cè)量法（最常用）：
  1. 將單個(gè)亞分辨率尺寸的熒光微球（或反射小點(diǎn)）作為點(diǎn)光源樣品固定在載物臺(tái)上。
  2. 使用高精度PZT位移臺(tái)，在聚焦位置附近沿Z軸方向進(jìn)行小步距（如10-50nm）的等間隔掃描。
  3. 在每一個(gè)Z位置采集該點(diǎn)光源的圖像（XY平面）或記錄其信號(hào)強(qiáng)度。
  4. 對(duì)采集到的圖像序列，在點(diǎn)光源中心位置提取每個(gè)Z平面的強(qiáng)度值；或者直接記錄探測(cè)器聚焦在點(diǎn)上時(shí)的強(qiáng)度值。
  5. 將信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于Z位置作圖，得到PSF的軸向分布曲線。
  6. 計(jì)算該曲線峰值強(qiáng)度一半處（50%）所對(duì)應(yīng)的兩點(diǎn)之間的Z軸距離，即為軸向分辨率的FWHM值。
• 刀口法/刃邊法：
  1. 使用一個(gè)具有鋒利邊緣（刀口）的樣品（如鍍鉻玻璃板上的刀口）。
  2. 將刀口邊緣放置在焦平面附近，并使其邊緣與光軸（Z軸）平行（或成一個(gè)很小的固定角度）。
  3. 沿Z軸掃描，在每個(gè)Z位置采集刀口邊緣的圖像。
  4. 分析每個(gè)Z位置圖像的刀口邊緣擴(kuò)散函數(shù)（Edge Spread Function, ESF）。
  5. 對(duì)ESF進(jìn)行微分得到線擴(kuò)散函數(shù)（Line Spread Function, LSF）。
  6. 計(jì)算LSF的FWHM值。理論上，在理想聚焦且邊緣絕對(duì)鋒利的情況下，LSF的FWHM與軸向分辨率相關(guān)（需注意此方法更常用于橫向分辨率，用于軸向分辨率時(shí)需謹(jǐn)慎解釋?zhuān)袝r(shí)需要特殊的光路配置）。
• 反射界面法（常用于OCT/反射顯微鏡）：
  1. 使用一個(gè)放置在介質(zhì)（如水或匹配油）中的高反射鏡面作為樣品。
  2. 沿Z軸移動(dòng)反射鏡（或移動(dòng)物鏡/樣品臺(tái)）。
  3. 記錄反射鏡面在每一個(gè)Z位置時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度。
  4. 繪制信號(hào)強(qiáng)度隨Z位置變化的曲線（軸向響應(yīng)曲線）。
  5. 測(cè)量該曲線的-3dB（或-6dB）帶寬或者FWHM，作為系統(tǒng)軸向分辨率的度量。對(duì)于相干成像系統(tǒng)，F(xiàn)WHM是標(biāo)準(zhǔn)度量。
• 標(biāo)準(zhǔn)樣品成像觀測(cè)法： 直接成像具有已知極小軸向間距特征的標(biāo)準(zhǔn)分辨率靶（如具有納米級(jí)臺(tái)階的薄膜或特殊結(jié)構(gòu)樣品），觀察系統(tǒng)是否能清晰分辨這些特征，進(jìn)行定性或半定量評(píng)估。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

軸向分辨率檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于結(jié)果的可比性和可靠性至關(guān)重要。以下是一些關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范：

• PSF FWHM作為主要指標(biāo)： 光學(xué)領(lǐng)域普遍接受使用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF）在軸向的強(qiáng)度分布曲線的半高寬（FWHM）作為軸向分辨率的定量標(biāo)準(zhǔn)。
• 樣品標(biāo)準(zhǔn)：
  • 熒光微球應(yīng)足夠?。ㄖ睆?<< 預(yù)期分辨率），通常推薦使用100nm或更小的熒光微球，且熒光染料應(yīng)穩(wěn)定、亮度足夠。
  • 反射鏡面應(yīng)平整、反射率高。
  • 標(biāo)準(zhǔn)分辨率靶的標(biāo)稱值需有溯源性證明（如NIST可溯源）。
• 測(cè)量環(huán)境要求： 測(cè)量應(yīng)在穩(wěn)定的環(huán)境（溫度、振動(dòng)）下進(jìn)行，并記錄環(huán)境條件。
• 數(shù)據(jù)采集要求：
  • Z軸掃描范圍應(yīng)足夠覆蓋整個(gè)PSF軸向分布的顯著部分。
  • Z軸步距應(yīng)足夠小（通常遠(yuǎn)小于預(yù)期分辨率，如分辨率的1/5至1/10），以避免采樣不足導(dǎo)致測(cè)量誤差。
  • 在每個(gè)Z位置應(yīng)有足夠的積分時(shí)間或平均次數(shù)，以獲得高信噪比（SNR）的數(shù)據(jù)。
• 數(shù)據(jù)處理要求：
  • 應(yīng)進(jìn)行背景扣除（減去無(wú)目標(biāo)區(qū)域的信號(hào)）。
  • FWHM的計(jì)算通常采用插值法（如三次樣條插值）以提高精度。
  • 應(yīng)報(bào)告多次測(cè)量的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
• 報(bào)告內(nèi)容： 檢測(cè)報(bào)告應(yīng)包含:
  • 待測(cè)系統(tǒng)型號(hào)和主要參數(shù)（物鏡NA、波長(zhǎng)等）。
  • 所用標(biāo)準(zhǔn)樣品信息。
  • 檢測(cè)方法描述。
  • 詳細(xì)的測(cè)量條件（步距、范圍、積分時(shí)間、環(huán)境溫度等）。
  • 原始數(shù)據(jù)圖（PS

    檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)證書(shū)

    

    CMA認(rèn)證

    檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定證書(shū)

    證書(shū)編號(hào)：241520345370

    有效期至：2030年4月15日

    

    CNAS認(rèn)可

    實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可證書(shū)

    證書(shū)編號(hào)：CNAS L22006

    有效期至：2030年12月1日

    

    ISO認(rèn)證

    質(zhì)量管理體系認(rèn)證證書(shū)

    證書(shū)編號(hào)：ISO9001-2024001

    有效期至：2027年12月31日
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