共焦顯微技術(shù)的案例
[NEWSLETTER] 共焦掃描顯微鏡
共焦激光掃描顯微鏡是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。 在像平面上使用空間針孔（與物的位置共軛）有助于提高分辨率。 我們?cè)赩irtualLab Fusion中建立了一個(gè)這樣的共焦掃描顯微鏡。特別地，在光柵組件的幫助下，我們使用金屬光柵作為測(cè)試物體來(lái)演示其工作原理并可視化系統(tǒng)中不同位置的效果。
共焦掃描顯微鏡工作原理
我們?cè)赩irtualLab Fusion中建立了一個(gè)共焦掃描顯微鏡，使用金屬光柵作為測(cè)試物體來(lái)演示顯微鏡的工作原理。
光學(xué)系統(tǒng)中光柵的建模–實(shí)例討論
在典型示例的幫助下，我們解釋了如何在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)光柵建模，并討論了諸如光柵對(duì)準(zhǔn)，光柵級(jí)次選擇和角度響應(yīng)設(shè)置之類的主題。
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展開(kāi) ZEMAX | 如何用 OpticStudio 設(shè)計(jì)共焦熒光顯微鏡
人類通過(guò)科學(xué)技術(shù)拓展自己的感官范圍，在光學(xué)方面，不同的光學(xué)系統(tǒng)讓人們能夠觀察到上至星辰宇宙下至微觀顆粒的形狀樣貌 。本周的技術(shù)文章，讓我們關(guān)注：
如何用 OpticStudio 設(shè)計(jì)共焦熒光顯微鏡
概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中將序列模式和非序列模式結(jié)合，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)共焦熒光顯微鏡。這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)主要由兩部分組成：將激光輸送到顯微物鏡的激光聚焦（和準(zhǔn)直）系統(tǒng)，以及顯微物鏡、鏡筒透鏡和探測(cè)器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計(jì)共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個(gè)序列模式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非序列模式。
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概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中將序列模式和非序列模式結(jié)合，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)共焦熒光顯微鏡。這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)主要由兩部分組成：將激光輸送到顯微物鏡的激光聚焦（和準(zhǔn)直）系統(tǒng)，以及顯微物鏡、鏡筒透鏡和探測(cè)器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計(jì)共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個(gè)序列模式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非序列模式。
引言
共聚焦顯微鏡能獲得高分辨率三維圖像，在生命科學(xué)和半導(dǎo)體行業(yè)里地位重要。為了獲得高分辨率，共聚焦顯微鏡的設(shè)計(jì)分為：從激光光源到顯微物鏡，和從顯微物鏡到探測(cè)器兩部分。本文提供了一個(gè)在 OpticStudio 中建模共聚焦顯微鏡的流程，您可在 ZEBASE 中找到本顯微系統(tǒng)使用的物鏡，編號(hào)為 K_007。如果需要了解 ZEBASE 鏡頭庫(kù)可以聯(lián)系我們工作人員。
系統(tǒng)概覽
共焦光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)由照明光源（激光）、聚焦透鏡、準(zhǔn)直透鏡、顯微物鏡、鏡筒透鏡和一個(gè)探測(cè)器組成。這些光學(xué)元件的擺放位置如下圖所示：
紫色的光束代表激光光源，粗紅線光束代表探測(cè)器接收的熒光，為了展示第二個(gè)針孔的作用，圖中還另外繪制了細(xì)紅線光束。第一個(gè)針孔放在聚焦透鏡和準(zhǔn)直透鏡之間，第二個(gè)針孔放在鏡頭透鏡之后、探測(cè)器之前。兩個(gè)針孔位置共軛，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)就成為了共焦顯微鏡系統(tǒng)。
注意：雖然本設(shè)計(jì)并非掃描共焦顯微鏡，但示例文件中包含的一組用于設(shè)計(jì)掃描共焦顯微鏡的激光準(zhǔn)直元件，可以作為將本系統(tǒng)改為掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的參考范本。
設(shè)計(jì)激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)
我們需先在序列模式中設(shè)計(jì)激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)，示例系統(tǒng)的激光參數(shù)如下：
首先創(chuàng)建聚焦系統(tǒng)元件的表面，材料可以選擇任意一種玻璃。
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概述
這篇文章介紹了如何在 OpticStudio 中將序列模式和非序列模式結(jié)合，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)共焦熒光顯微鏡。這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)主要由兩部分組成：將激光輸送到顯微物鏡的激光聚焦（和準(zhǔn)直）系統(tǒng)，以及顯微物鏡、鏡筒透鏡和探測(cè)器組成的成像系統(tǒng)。本文提供了設(shè)計(jì)共聚焦顯微鏡的流程以及如何建立用于優(yōu)化的評(píng)價(jià)函數(shù)，還有如何利用轉(zhuǎn)換為 NSC 組工具將整個(gè)序列模式系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為非序列模式。
引言
共聚焦顯微鏡能獲得高分辨率三維圖像，在生命科學(xué)和半導(dǎo)體行業(yè)里地位重要。為了獲得高分辨率，共聚焦顯微鏡的設(shè)計(jì)分為：從激光光源到顯微物鏡，和從顯微物鏡到探測(cè)器兩部分。本文提供了一個(gè)在 OpticStudio 中建模共聚焦顯微鏡的流程，您可在 ZEBASE 中找到本顯微系統(tǒng)使用的物鏡，編號(hào)為 K_007。如果需要了解 ZEBASE 鏡頭庫(kù)可以聯(lián)系我們工作人員。
系統(tǒng)概覽
共焦光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)由照明光源（激光）、聚焦透鏡、準(zhǔn)直透鏡、顯微物鏡、鏡筒透鏡和一個(gè)探測(cè)器組成。這些光學(xué)元件的擺放位置如下圖所示：
紫色的光束代表激光光源，粗紅線光束代表探測(cè)器接收的熒光，為了展示第二個(gè)針孔的作用，圖中還另外繪制了細(xì)紅線光束。第一個(gè)針孔放在聚焦透鏡和準(zhǔn)直透鏡之間，第二個(gè)針孔放在鏡頭透鏡之后、探測(cè)器之前。兩個(gè)針孔位置共軛，整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)就成為了共焦顯微鏡系統(tǒng)。
注意：雖然本設(shè)計(jì)并非掃描共焦顯微鏡，但示例文件中包含的一組用于設(shè)計(jì)掃描共焦顯微鏡的激光準(zhǔn)直元件，可以作為將本系統(tǒng)改為掃描共焦顯微鏡系統(tǒng)的參考范本。
設(shè)計(jì)激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)
我們需先在序列模式中設(shè)計(jì)激光聚焦準(zhǔn)直系統(tǒng)，示例系統(tǒng)的激光參數(shù)如下：
首先創(chuàng)建聚焦系統(tǒng)元件的表面，材料可以選擇任意一種玻璃。僅把表面曲率作為變量，將玻璃材料求解類型設(shè)置為替換。
展開(kāi) 
微觀特征輪廓尺寸測(cè)量：光學(xué)3D輪廓儀、共焦顯微鏡與臺(tái)階儀的應(yīng)用
隨著科技進(jìn)步，顯微測(cè)量?jī)x器以滿足日益增長(zhǎng)的微觀尺寸測(cè)量需求而不斷發(fā)展進(jìn)步。多種高精度測(cè)量?jī)x器被用于微觀尺寸的測(cè)量，其中包括光學(xué)3D表面輪廓儀（白光干涉儀）、共聚焦顯微鏡和臺(tái)階儀。有效評(píng)估材料表面的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，從而指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程、優(yōu)化產(chǎn)品性能。
光學(xué)3D表面輪廓儀（白光干涉儀）
光學(xué)3D表面輪廓儀是一種利用白光干涉原理進(jìn)行非接觸式測(cè)量的高精度儀器。它通過(guò)分析反射光的干涉模式來(lái)重建表面的三維形貌。
非接觸無(wú)損測(cè)量，超高縱向分辨率，測(cè)量從光滑到粗糙等各種精細(xì)器件表面。測(cè)量分析樣品表面形貌的關(guān)鍵參數(shù)和尺寸，典型結(jié)果包括：
表面形貌（粗糙度，平面度，平行度，臺(tái)階高度，錐角等等）；
幾何特征（關(guān)鍵孔徑尺寸，曲率半徑，特征區(qū)域的面積和體積，特征圖形的位置和數(shù)量等等）。
光學(xué)3D表面輪廓儀廣泛應(yīng)用于對(duì)器件表面質(zhì)量要求超高的光學(xué)加工、半導(dǎo)體制造與封裝、超精密加工、3C產(chǎn)業(yè)鏈等，同時(shí)在航空航天、國(guó)防工業(yè)以及科學(xué)研究等領(lǐng)域也存在普遍使用。它能以優(yōu)于納米級(jí)的分辨率，測(cè)試各類表面并自動(dòng)聚焦測(cè)量工件獲取2D，3D表面粗糙度、輪廓等一百余項(xiàng)參數(shù)。
共聚焦顯微鏡
共聚焦顯微鏡以共軛共焦技術(shù)為基礎(chǔ)研制而成的用于樣品表面3D微觀形貌檢測(cè)的精密光學(xué)儀器。
非接觸式無(wú)損檢測(cè)方式，復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大角度形貌測(cè)量能力，優(yōu)異的橫向分辨率，低反射率表面的適應(yīng)性強(qiáng)。
展開(kāi) 基于共聚焦顯微技術(shù)的顯微鏡和熒光顯微鏡的區(qū)別
熒光顯微鏡主要應(yīng)用在生物領(lǐng)域及醫(yī)學(xué)研究中，能得到細(xì)胞或組織內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)的熒光圖像，在亞細(xì)胞水平上觀察諸如Ca2+ 、PH值，膜電位等生理信號(hào)及細(xì)胞形態(tài)的變化，是形態(tài)學(xué)，分子生物學(xué)，神經(jīng)科學(xué)，藥理學(xué)，遺傳學(xué)等領(lǐng)域中新一代強(qiáng)有力的研究工具。
以共聚焦技術(shù)為原理的共聚焦顯微鏡，是用于對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行微納米級(jí)測(cè)量的檢測(cè)儀器。
材料科學(xué)的目標(biāo)是研究材料表面結(jié)構(gòu)對(duì)于其表面特性的影響。因此，高分辨率分析表面形貌對(duì)確定表面粗糙度、反光特性、摩擦學(xué)性能及表面質(zhì)量等相關(guān)參數(shù)具有重要意義。共焦技術(shù)能夠測(cè)量各種表面反射特性的材料并獲得有效的測(cè)量數(shù)據(jù)。
VT6000共聚焦顯微鏡基于共聚焦顯微技術(shù)，結(jié)合精密Z向掃描模塊、3D 建模算法等，可以對(duì)器件表面進(jìn)行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，實(shí)現(xiàn)器件表面形貌3D測(cè)量。在材料生產(chǎn)檢測(cè)領(lǐng)域中能對(duì)各種產(chǎn)品、部件和材料表面的面形輪廓、表面缺陷、磨損情況、腐蝕情況、平面度、粗糙度、波紋度、孔隙間隙、臺(tái)階高度、彎曲變形情況、加工情況等表面形貌特征進(jìn)行測(cè)量和分析。
應(yīng)用
1.MEMS
微米和亞微米級(jí)部件的尺寸測(cè)量，各種工藝（顯影，刻蝕，金屬化，CVD， PVD，CMP等）后表面形貌觀察，缺陷分析。
2.精密機(jī)械部件，電子器件
微米和亞微米級(jí)部件的尺寸測(cè)量，各種表面處理工藝，焊接工藝后的表面形 貌觀察，缺陷分析，顆粒分析。
3.半導(dǎo)體/ LCD
各種工藝（顯影，刻蝕，金屬化，CVD，PVD，CMP等）后表面形貌觀察， 缺陷分析 非接觸型的線寬，臺(tái)階深度等測(cè)量。
4.摩擦學(xué)，腐蝕等表面工程
磨痕的體積測(cè)量，粗糙度測(cè)量，表面形貌，腐蝕以及亞微米表面工程后的表面形貌。
激光共聚焦顯微鏡測(cè)量技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用
展開(kāi) 激光共聚焦顯微鏡測(cè)量技術(shù)在汽車工業(yè)上的應(yīng)用
共焦技術(shù)能夠測(cè)量各種表面反射特性的材料并獲得有效的測(cè)量數(shù)據(jù)。
以共聚焦技術(shù)為原理的共聚焦顯微鏡，是用于對(duì)各種精密器件及材料表面進(jìn)行微納米級(jí)測(cè)量的檢測(cè)儀器。在汽車工業(yè)中，非接觸式共聚焦測(cè)量技術(shù)精確地確定了氣缸運(yùn)行缸孔表面、凸輪軸、連桿、涂層或金屬板在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)過(guò)程中的表面結(jié)構(gòu)質(zhì)量。
1、激光焊接焊縫
利用三維線傳感器檢測(cè)激光焊接焊縫的質(zhì)量，包括氣孔和砂眼等。此外，焊縫的完整性和一致性可以完全自動(dòng)化檢測(cè)。如果軟件判定測(cè)量結(jié)果為不良，則需要重新焊接和檢測(cè)。通過(guò)這種方式，可以降低廢品率。
2、車身涂層表面(外觀)
涂漆和未涂漆的噴涂和未噴涂金屬片的表面外觀在微觀上是由微觀結(jié)構(gòu)和波紋決定的。使用激光共聚焦顯微鏡可以用于測(cè)量事先定義的不同部位和不同生產(chǎn)工藝流程的車身表面并記錄單個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的幅值。通過(guò)這些數(shù)據(jù)可以評(píng)估材料和制造條件的影響。一某個(gè)區(qū)域剖面的測(cè)量結(jié)果可以與汽車模型的設(shè)定值進(jìn)行比較。
3、墊圈
激光共聚焦顯微鏡的測(cè)量速度比接觸式測(cè)量快數(shù)百倍。此外，共聚焦顯微系統(tǒng)以更高的精度對(duì)亞微米范圍的結(jié)構(gòu)進(jìn)行非接觸式測(cè)量。在短短幾分鐘內(nèi)，不僅可以測(cè)量整個(gè)面板表面密封件的性能，還可以測(cè)量其與表面組成相關(guān)的各種數(shù)據(jù)點(diǎn)。
4、金屬板
通過(guò)軋制形成的油穴不僅可以用于儲(chǔ)油而且能夠改善金屬板成型性能。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的相關(guān)分析工具同樣適用于評(píng)估這些重要的功能性三維結(jié)構(gòu)。除粗糙度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)外，還可以計(jì)算和評(píng)估表面封閉區(qū)域的微體積。應(yīng)用拼接功能可以將測(cè)量范圍擴(kuò)大到幾個(gè)毫米。
VT6000激光共聚焦顯微鏡基于共聚焦顯微技術(shù)，結(jié)合精密Z向掃描模塊、3D 建模算法等，可以對(duì)器件表面進(jìn)行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，實(shí)現(xiàn)器件表面形貌3D測(cè)量。
展開(kāi) 共聚焦顯微鏡——光伏產(chǎn)業(yè)制造智能化測(cè)量新技術(shù)
作為全尺寸鏈精密測(cè)量?jī)x器制造商，為加快推進(jìn)產(chǎn)業(yè)智能制造和現(xiàn)代化水平，有效提升光伏產(chǎn)業(yè)智能制造水平，中圖儀器VT6000共聚焦顯微鏡可以為太陽(yáng)能行業(yè)實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)需求服務(wù)，提供從二維到三維的多尺度檢測(cè)手段。
VT6000共聚焦顯微鏡以針孔共聚焦技術(shù)為原理，結(jié)合精密Z向掃描模塊、3D建模算法等對(duì)器件表面進(jìn)行非接觸式掃描并建立表面3D圖像，對(duì)大坡度的產(chǎn)品有更好的成像效果，在滿足精度的情況下使用場(chǎng)景更具兼容性。
1.真彩圖像
配備了真彩相機(jī)并提供還原的3D真彩圖像，對(duì)細(xì)節(jié)的展現(xiàn)纖毫畢現(xiàn)；
2.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：
儀器整體由一臺(tái)輕量化的設(shè)備主機(jī)和電腦構(gòu)成，控制單元集成在設(shè)備主機(jī)之內(nèi)，亦可采用筆記本電腦驅(qū)動(dòng)。
(1)采用全電動(dòng)化設(shè)計(jì)，并可無(wú)縫銜接位移軸與掃描軸的切換，圖像視窗和分析視窗同界面的設(shè)計(jì)風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)即所得的快速檢測(cè)效果。
(2)采用自研的電動(dòng)鼻輪塔臺(tái)，并對(duì)軟件防撞設(shè)置與硬件傳感器防撞設(shè)置功能進(jìn)行了優(yōu)化，確保共聚焦顯微鏡在使用高倍物鏡僅不到1mm的工作距離時(shí)也能應(yīng)對(duì)。
VT6000共聚焦顯微鏡測(cè)量全自動(dòng)化、精度高、快速測(cè)量、處理數(shù)據(jù)便捷等優(yōu)點(diǎn)，能對(duì)太陽(yáng)能電池片微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維形貌重建：
1、能夠?qū)﹄姵匕褰q面這種表面反射率低且形貌復(fù)雜的樣品進(jìn)行三維形貌重建，并由專用分析模塊自動(dòng)獲取絨面上每個(gè)金字塔的體積，比表面積等信息，計(jì)算出單位面積金字塔數(shù)量和不同尺寸金字塔的比例。
2、對(duì)柵線進(jìn)行快速檢測(cè)，軟件具備對(duì)視場(chǎng)內(nèi)的柵線自動(dòng)測(cè)量功能，能夠?qū)呙璜@取的三維輪廓進(jìn)行多剖面分析，計(jì)算出每個(gè)剖面的柵線高度及寬度尺寸。
新一代測(cè)量技術(shù)與光伏產(chǎn)業(yè)融合創(chuàng)新，非傳統(tǒng)光學(xué)、白光和激光掃描測(cè)量設(shè)備是越來(lái)越多用戶的選擇。
展開(kāi) 共聚焦顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡的區(qū)別詳解
共聚焦顯微鏡（Confocal Microscope）和激光共聚焦顯微鏡（Laser Scanning Confocal Microscope）相同的工作原理和應(yīng)用特性使得它們成為成像和表征樣品的重要工具。
相同的的共焦成像原理
共聚焦顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡都基于共焦成像原理工作，通過(guò)控制光源和光路，使得只有來(lái)自焦點(diǎn)處的光能夠通過(guò)檢測(cè)器，從而提高成像的清晰度和對(duì)比度。
相同的測(cè)量特點(diǎn)
（1）高分辨率成像：共聚焦顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡都能夠?qū)崿F(xiàn)高分辨率的成像，提供清晰的圖像和細(xì)節(jié)信息。
（2）非接觸成像：共聚焦顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡的成像過(guò)程都是非接觸的，不會(huì)對(duì)樣品造成損傷，適用于對(duì)脆性或敏感樣品的觀察和分析。
（3）適用范圍廣泛：兩者都適用于各種樣品類型和領(lǐng)域的研究。
但兩者在細(xì)節(jié)和特性上還是存在差異。
1、原理上的差別：
共聚焦顯微鏡基于共焦原理的顯微鏡技術(shù)，是一種使用了透鏡系統(tǒng)將樣品的不同焦深處的光聚焦到同一焦點(diǎn)上。這種聚焦方式能夠減少背景噪音，提高圖像的清晰度和對(duì)比度。共焦顯微鏡通常使用白光或者非激光光源，不一定需要激光；
激光共聚焦顯微鏡是一種特殊類型的共焦顯微鏡，它使用激光光源，并且通常具有更高的分辨率和靈敏度。激光共聚焦顯微鏡利用激光束的聚焦和散射技術(shù)，只有聚焦點(diǎn)處的樣品表面才會(huì)發(fā)射回散射光，從而實(shí)現(xiàn)高分辨率的成像。所以激光共聚焦顯微鏡通常用于獲取三維圖像和進(jìn)行表面粗糙度分析等應(yīng)用，對(duì)于要求更高分辨率和更精細(xì)結(jié)構(gòu)分析的樣品有更大的優(yōu)勢(shì)。
2、應(yīng)用上的差別：
共聚焦顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡在應(yīng)用上的差別主要取決于它們的成像能力、靈敏度和分辨率。
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