공초점 현미경의 원리

공초점 현미경의 원리

공초점 현미경은 1980년대에 등장하여 발전한 고정밀 이미징 장비로, 서브미크론 구조를 연구하기 위한 필수적인 과학 연구 장비입니다. 컴퓨터, 이미지 처리 소프트웨어 및 레이저의 발달로 공초점 현미경도 크게 발전하여 현재 생물학, 마이크로 시스템 및 재료 측정 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 공초점 현미경은 공초점 원리, 스캐닝 기술 및 컴퓨터 그래픽 처리 기술을 통합한 신형 현미경입니다. 주요 장점은 다음과 같습니다. 높은 측면 해상도 및 높은 축 해상도, 높은 콘트라스트로 미광을 효과적으로 억제합니다.

일반적인 공초점 현미경 설정은 그림과 같이 측정 대상의 초점면의 공액면에 두 개의 작은 구멍을 배치하는 것입니다. 그 중 하나는 광원 앞에 배치되고 다른 하나는 검출기 앞에 배치됩니다. 1. 그림에서 측정된 샘플이 준초점 평면에 있을 때 검출단에서 수집된 빛의 세기가 가장 크다는 것을 알 수 있습니다. 측정된 샘플이 아웃포커스 위치에 있을 때 검출 끝의 광점이 확산되고 광도가 급격히 감소합니다. 따라서 초점면의 점에서 방출된 빛만이 출구 핀홀을 통과할 수 있고, 초점면 외부의 점에서 방출된 빛은 출구 핀홀 평면에서 초점이 흐려져 대부분 중앙 핀홀을 통과하지 못합니다. 따라서 초점면의 관찰 대상 지점은 밝게 보이고 비 관찰 지점은 배경으로 검은색으로 나타나 대비를 높이고 이미지를 선명하게 합니다. 이미징 과정에서 두 개의 핀홀은 공초점이며, 공초점 지점이 감지된 지점이며 감지된 지점이 있는 평면이 공초점 평면입니다.

공초점 현미경에서 검출기의 핀홀 크기는 중요한 역할을 합니다. 시스템의 해상도와 신호 대 잡음비에 직접적인 영향을 미칩니다. 핀홀이 너무 크면 공초점 감지 효과가 달성되지 않아 시스템의 해상도가 감소할 뿐만 아니라 더 많은 미광이 유입됩니다. 핀홀이 너무 작으면 감지 효율이 떨어지고 현미경 이미지가 줄어듭니다. 명도. 연구에 따르면 핀홀의 직경이 Airy 디스크의 직경과 같을 때 공초점 요구 사항이 충족되고 감지 효율이 크게 감소하지 않는 것으로 나타났습니다. 핀홀의 직경은 일반적으로 미크론 정도이므로 레이저 빔의 초점과 핀홀의 위치 사이에 편차가 있으면 신호 왜곡이 발생합니다. 따라서 공초점 현미경은 일반적으로 측정 시간을 사실상 증가시키는 자동 초점 시스템을 사용합니다.

레이저 공초점 스캐닝 현미경은 포인트 이미징이기 때문에 물체의 2차원 이미지를 얻기 위해서는 x, y 방향으로 2차원 스캐닝을 해야 한다. 다른 현미경은 다른 스캐닝 방법을 사용합니다.

(1) 객체 스캐닝. 즉, 물체 자체는 일정한 법칙에 따라 움직이지만 광선은 변하지 않습니다. 장점: 안정적인 광경로; 단점: 큰 스캐닝 테이블이 필요하므로 스캐닝 속도가 크게 제한됩니다.

(2) 반사 검류계를 사용하여 빔 스캐닝 시스템을 구성한다. 즉, 스캐닝 갈바노미터를 제어하여 집속된 광점을 물체의 특정 층에 규칙적으로 반사시켜 2차원 스캐닝을 완성하는 것이다. 그 장점은 정밀도가 높고 고정밀 측정에 자주 사용된다는 것입니다. 개체 스캔보다 스캔 속도가 향상되었지만 여전히 빠르지는 않습니다.

(3) 스캐닝에는 음향 광학 편향 소자를 사용하고 음파의 출력 주파수를 변경한 다음 광파의 전송 방향을 변경하여 스캐닝을 구현합니다. 뛰어난 장점은 스캔 속도가 매우 빠르다는 것입니다. 미국에서 개발한 스캐닝 시스템은 음향 광학 디플렉터를 사용하여 실시간 비디오 이미지를 생성합니다. 2차원 이미지를 스캔하는 데 1/30초밖에 걸리지 않으며 거의 ​​실시간 출력을 달성합니다.

(4) Nipkow 디스크 스캔. 스캐닝 프로세스는 다른 구성 요소를 움직이지 않게 유지하면서 Nipkow 디스크를 회전시켜 완료됩니다. 한 번에 이미지화할 수 있으며 속도가 매우 빠릅니다. 그러나 이미징 빔은 축외광이기 때문에 렌즈의 축외 수차를 보정해야 하며, 빛 에너지의 활용률이 매우 낮다.